用電磁開關閥控制流量連續可調的方法
2023-08-03 18:29:41
專利名稱：用電磁開關閥控制流量連續可調的方法
技術領域：
本發明屬於流體流量控制領域，具體的說是一種用電磁開關閥控制流量連續可調的方法，涉及位置、壓力、流量等物理量目標達到一定要求精度控制的方法。
背景技術：
在冶金、水利、環保等行業中，通過液壓系統對流量、壓力、位置等物理量目標的精確控制，往往採用比例閥、伺服閥等線性連續執行機構，通過連續控制流過其閥的介質流量來完成，如中國專利CN2646748所公開的電液伺服位置控制裝置就以通過伺服閥對流量的連續調節來實現位置控制。但比例閥、伺服閥往往需要相應配置一套電動伺服系統才能工作，所以其閥的結構複雜，相應的故障率也高，價格不菲、維護成本高、對使用環境的要求也較高。另外，比例閥、伺服閥等線性閥非常容易發生閥芯卡死、部件磨損等情況，其使用壽命較短。電磁開關閥(或稱邏輯開關閥)不存在上述線性閥的不足，而且控制簡單，可靠性較高，但它僅具備開關功能，不能對介質流量進行連續性控制，因此，目前在對物理量目標進行連續性閉環控制時並不採用開關閥。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中使用比例閥、伺服閥等線性執行機構所存在的結構複雜、可靠性不高、維護成本高、對使用環境要求高等不足，提供一種用電磁開關閥控制流量連續可調的方法，本方法可以對介質流量連續可調，且控制精度較高。
解決上述問題的技術方案是所提供的用電磁開關閥控制流量連續可調的方法如下在到達給定的流體目標量之前電磁開關閥連續周期性地進行開啟和關閉；1)每個開啟、關閉周期中電磁開關閥的開啟、關閉時間按下式確定；f(t)=1;t[(n-1)KT,(n-1)KT+tn]0;t((n-1)KT+tn,nKT)]]>式中f(t)為電磁開關閥的輸入信號，f(t)＝1時，電磁開關閥開啟；f(t)＝0時，電磁開關閥關閉；t為實時時間；tn為控制開關閥的邏輯「1」時間；n是周期數，n為大於等於1的正整數，即n＝1，2，3，…；T為開關閥的最小開關周期；K為調整係數，K≥1，它與開關閥的最小開關周期T及所控制的系統慣性相關，K的取值應使系統慣性減小為準，若控制的系統慣性較大，調整係數K可取較大值，K值太大會增加控制系統的調節時間，一般情況下，調整係數K的取值為5≥K≥2；2)上式中控制開關閥的邏輯「1」時間tn由下面的表達式確定tn＝(Δx÷B)2×KT式中Δx為目標量差值(指閉環控制系統中給定的流體目標量與實際量之差)；
B為閉環控制系統的調整係數，它與控制精度相關，在一定範圍內調整係數B越小，系統的調節精度就越高，一般情況下，調整係數B的取值為1≥B≥0.1。
從以上所建立的數學模型可知目標量差值Δx越大，開關閥在一個周期內的開通時間tn就越長；目標量差值Δx越小，開關閥在一個周期內的開通時間tn就越短。在實際過程中，隨著目標量差值Δx的減小，開關閥在一個周期內的開通時間tn逐漸減小，直至達到所要求的精度。
與現有技術相比，本發明由於採用了電磁開關閥，不但實施費用較低，而且實施簡單、可靠。另外，本發明對使用環境要求不高，所以應用範圍較廣，如可用於機械設備的液壓油缸柱塞定位系統控制、水廠管道閥門控制、泥漿輸送管道閥門控制等。使用本發明可以取代比例閥、伺服閥等線性閥部件，不僅降低了使用成本，而且具有不宜堵塞、更不易磨損、部件使用功能更加可靠、使用壽命更長等優點。
圖1是本發明的控制原理框圖。
圖2是本發明一個實例的控制框圖。
圖3是本發明實施例的測試結果曲線圖。
具體實施例方式
本發明的控制原理如圖1所示把目標量差值Δx輸入tn＝(Δx÷B)2×KT運算模塊21中，得到tn；將實時時間t與KT求餘(即t％KT)，得到一個從0到KT範圍變化的數值rt，再把tn與數值rt通過比較器22進行比較，如果tn≥rt時，其輸出模塊23的輸出信號f(t)為1，如果tn＜rt時，輸出信號f(t)為0；輸出信號f(t)控制電磁開關閥24當f(t)為1時，開關閥24打開，當f(t)為0時，開關閥24關閉；對於通過開關閥24控制的系統中的介質總量S來說，是和它的物理結構參數P有關的介質流量的積分。
圖2給出了本發明用於連鑄機液壓缸活塞位置閉環系統的控制框圖。本發明通過三位開關電磁閥來控制液壓缸的活塞位置，系統的流體壓力源恆定。
該控制系統工作時，首先設定期望的位置給定量，控制系統得到位移傳感器36的反饋信號，根據本發明的數學模型控制數字量板卡33的輸出，輸出信號控制電磁開關閥34的通斷來控制液壓缸35活塞的位置。
本實例中電磁開關閥的最小開關周期T為250毫秒(系統的慣性很大)；調整係數K值設為4，這樣可以減小閥的開關次數，有利於降低油缸慣性，還有利於延長閥的使用壽命；調整係數B越小，系統的調節精度就越高，本實例中調整係數B設定為0.5；系統運行時電磁開關閥的開關周期KT＝1000毫秒。根據tn＝(Δx÷B)2×KT，當目標量差值Δx＝0.5毫米時，tn＝KT＝1000毫秒，也就是說當目標量差值Δx為0.5毫米以前，開關閥一直處於開通狀態，目標量差值小於0.5毫米以後隨著目標量差值的減小，電磁閥的開通時間tn逐漸減小。譬如，目標量差值Δx＝0.4毫米時，電磁閥的開通時間tn為640毫秒，關閉的時間為360毫秒；目標量差值Δx＝0.3毫米時，電磁閥的開通時間tn為360毫秒，關閉時間為640毫秒。最終電磁閥完全關閉，液壓缸活塞停止在所要求的位置上。
在實際運行中電磁開關閥有一個工作死區τ，即當開關時間在這個工作死區範圍內時，閥是沒有動作的。如果(Δx÷B)2×KT＜τ時，最終的目標量差值Δx已能滿足精度要求，則不必考慮電磁開關閥的工作死區問題。
如果要進一步提高控制精度，可以考慮電磁開關閥的工作死區問題。即當τ/C≤(Δx÷B)2×KT＜τ時，令tn＝τ；
當(Δx÷B)2×KT＜τ/C時，令tn＝0；式中τ為電磁開關閥的工作死區，C是大於1的係數。
本實例中電磁開關閥的工作死區為20毫秒，係數C設定為2，即當計算出的電磁開關閥的開通時間小於20毫秒，而大於或等於10毫秒時，使tn＝20毫秒；當計算出的電磁開關閥的開通時間小於10毫秒時，就認為目標量差值為0，使tn＝0。
本實例所設定的液壓缸活塞位置給定值為20毫米，系統實際運行中實測的數據如表1，數據曲線如圖3所示。
表1
從表1和圖3可以看出，液壓缸活塞從15毫米左右處開始移動，在目標量差值為0.5毫米(實際位置為19.5毫米)以前開關閥一直為開通狀態，目標量差值小於0.5以後隨著目標量差值的減小，tn逐漸減小。最終經過9秒的時間，實際位置到達19.955毫米，液壓缸活塞的位置偏差在0.05毫米之內。
權利要求
1.用電磁開關閥控制流量連續可調的方法，其特徵是在到達給定的流體目標量之前電磁開關閥連續周期性的進行開啟和關閉；1)每個開啟、關閉周期中電磁開關閥的開啟、關閉時間按下式確定；f(t)=1;t[(n-1)KT,(n-1)KT+tn]0;t((n-1)KT+tn,nKT)]]>式中f(t)為電磁開關閥的輸入信號，f(t)＝1時，電磁開關閥開啟；f(t)＝0時，電磁開關閥關閉；t為實時時間；tn為控制開關閥的邏輯「1」時間；n是周期數，n為大於等於1的正整數；T為開關閥的最小開關周期；K為調整係數，K≥1；2)上式中控制開關閥的邏輯「1」時間tn由下面的表達式確定tn＝(Δx÷B)2×KT式中Δx為目標量差值；B為閉環控制系統的調整係數。
2.如權利要求1所述的控制方法，其特徵是所說的調整係數K的取值範圍為5≥K≥2，調整係數B的取值範圍為1≥B≥0.1。
3.如權利要求1或2所述的控制方法，其特徵是當τ/C≤(Δx÷B)2×KT＜τ時，令tn＝τ；當(Δx÷B)2×KT＜τ/C時，令tn＝0；式中τ為電磁開關閥的工作死區，C是大於1的係數。
全文摘要
本發明是一種用電磁開關閥控制流量連續可調的方法，是在到達給定的目標量之前電磁開關閥按下式連續周期性的進行開啟和關閉式中f(t)為電磁開關閥的輸入信號，f(t)＝1時，電磁開關閥開啟；t為實時時間；t
文檔編號G05D7/06GK1804747SQ200510096408
公開日2006年7月19日 申請日期2005年11月24日 優先權日2005年11月24日
發明者賈濤, 李生斌, 區興華, 谷振雲, 謝世明, 蘇力 申請人:西安重型機械研究所