多电压复合驱动的高速开关阀性能研究

高速开关阀是数字液压技术的核心元件.高速开关阀的动态特性是决定数字液压技术响应速度和控制精度的关键.提出多电压复合驱动策略,通过预加载方法优化了高速开关阀启闭初始电流,并结合电流反馈和数字逻辑触发机制,实现了 5个驱动电压的自适应切换,最大程度上确保了高速开关阀的快响应切换和低功耗驱动.理论分析探究了初始电流和驱动电压对高速开关阀动态特性的影响规律,并基于该规律得到了改善高速开关阀动态特性的方法.搭建了高速开关阀仿真模型,开展了动态性能试验,通过直接测试和间接测试两种方法对所提出的多电压复合驱动方法的有效性进行了验证.结果表明,相比较于双电压驱动方法,多电压复合驱动方法在不增大驱动电压的前提下,通过优化启闭初始电流,大幅提高了开关阀的响应速度,减少开启滞后时间66.7％、缩短关闭滞后时间87.5％,并能改善高速开关阀流量控制特性,将其流量线性范围扩大了 17.1％,同时还降低热功率损耗64.8％,减小工作钢球压迫受力,延长高速开关阀使用寿命.     

PWM高速开关阀驱动电路仿真设计

本文分析了高速开关阀的开关过程中不同阶段线圈电流对其开关时间的影响.在仿真分析的基础上,设计了低端MOSFET管控制的高、低电压驱动电路,建立了驱动电路的PSPICE模型.仿真结果表明,该电路可减小高速开关阀的开关时间,提高其响应频率.     

离合起步用高速开关阀工作特性与驱动方法研究

在普通脉宽调制(PWM)信号驱动下,高速开关电磁阀的开启和关闭时间较长,反应慢,影响了高速开关电磁阀的控制性能。为了进一步提高高速开关阀的控制性能,在分析高速开关阀工作特性的基础上,提出了多路混合驱动方法,缩短了高速开关阀的开启和关闭时间,减小了压力控制时的压力波动,改善了高速开关阀的控制性能。在汽车离合器起步控制中,使用该方法很好地改善了汽车的起步性能,发动机转速比较平稳,从动盘转速增加趋势的波动较小。     

高压共轨柴油机喷油器驱动电路研究

为了提高喷油器电磁阀的高速驱动性能,采用分析和实验相结合的方法设计了一种脉宽调制型电路实现电磁阀电流的Peak&Hold驱动波形,并在云内4缸发动机台架上进行了多项参数试验和分析。测试结果得出:喷油器Peak&Hold电流从0上升到18A只需100us。该驱动方式功耗小,电流上升时间短,电磁阀开关速度快。低端电流反馈能够精确的控制电流波形。     

新型PZT元件驱动的电液高速开关阀及其大功率快速驱动技术的研究

针对目前电液高速开关阀脉宽调制频率较低的问题,研制了新型压电元件驱动的电液高速开关阀,并研究了该阀的动态特性和静态特性。该阀属于两位三通型锥阀结构的数字阀,样机产品达到了下述性能指标：工作压力p1=10 Mpa,额定流量qV,n=8 L/min,开启时间ton≈1.2 ms,关闭时间toff≈1.7 ms。还分析了这种阀的驱动电路及其工作原理,利用电路的暂态分析理论研究了该阀的大功率快速驱动技术。     

自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略研究

针对球阀结构高速开关阀动态特性受供油压力影响大的问题,提出自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略,通过计算不同供油压力下的高速开关阀临界启闭电流,结合电流反馈机制,实现多个激励电压源之间的自动切换,最大程度上维持了高速开关阀在变供油压力下的动态特性.理论分析验证了供油压力对高速开关阀的动态特性有较大影响.仿真和试验都达到了控制策略的预期效果,结果表明,与单电压驱动方法相比,自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略在5～20 MPa的供油压力变化范围内,能有效减少高速开关阀总启闭时间56.9％～75.8％,扩大可控占空比范围45.9％～240.6％,提高最大工作频率161.0％～637.5％.在动态性能提升的同时,自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略将启闭总时长的变化率控制在2.1％以内(变化范围0.2 ms),可控占空比范围的变化率稳定在2.1％以内,最大工作频率的差异系数保持在4.6％以内.     

基于PWM控制的ESP高速开关阀动力学特性研究与仿真

汽车ESP中采用的高速开关阀是二位二通电磁阀,通过电磁阀的开启或关闭来实现车轮轮缸的增压、保压和减压。在(10~100)Hz低频范围内,高速开关阀虽实现了平均开度控制,但阀还是会出现时开时闭的状态,且电磁阀在状态切换中存在压力响应滞后现象。为了提高液压系统的控制精度,提出了脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制高速开关电磁阀的仿真模型,研究分析了调制频率在高频情况下,通过改变PWM下的占空比,实现高速开关阀压力精确控制的效果,达到ESP制动压力响应快且平稳。     

基于ARM的数字式比例多路阀控制器设计

根据工程机械中对"手动、自动"一体控制、远程控制、环保节能的需求,在多路阀原有手动控制的基础上,增加了以高速开关电磁阀为先导阀的数字式控制,设计出一种基于ARM-Cortex-M3内核的控制器,可以根据需求实现手动控制、自动控制、远程控制的切换。该控制器采用闭环控制,以PID调节结果确定输出PWM信号周期的个数和占空比,PWM信号驱动高速电磁阀实现对多路阀阀芯的快速精准控制,同时实现对液压系统流量和执行机构的速度控制,减少多路阀功耗,达到环保节能的效果。     

高速开关电磁阀力控系统线性增压控制研究

针对防抱死制动系统线性增压需求,建立某高速开关电磁阀阀芯力平衡数学模型,给出阀芯平衡状态附近线性化增量微分表达式,建立液压缸压力变化数学模型,给出液压缸压差的增量表达式,得到高速开关电磁阀力控系统压力和通电电流的传递函数。通过某高速开关电磁阀电磁场和流场的有限元分析,得到阀芯所受电磁力、阀芯所受液压力及流量随阀口开度的变化曲线,研究电磁力、液压力与流量之间的定量关系,阐述高速开关电磁阀力控系统线性增压基本原理,给出力平衡点的稳定条件,提出能够实现线性增压的控制方式;结合流场、电磁场分析结果建立某高速开关阀整体模型,对电磁阀开启过程进行仿真,并进行线性增压试验,验证了该控制方式对于恒流量输出的可行性和仿真计算方法与结果的正确性。     

基于AMESim的自动液力变速器高速开关阀动态仿真研究

以某型自动液力变速器高速开关电磁阀为研究对象,针对建模和开关阀部分主要参数对响应特性的影响进行了研究。分析高速开关阀的工作原理,建立了机械、电路和磁路数学模型,运用AMEsim软件建立了高速开关阀仿真模型,并分析了线圈匝数、励磁电压、介质压力等参数对高速开关阀位移响应的影响。仿真结果与性能检测试验数据对比表明,仿真模型能够比较准确地描述开关阀的动态性能,为高速开关阀特性和参数优化的研究提供理论参考。     

混合动力变速箱中比例电磁阀变频控制研究

脉宽调制技术（PWM）依靠改变频率和占空比形成不同的目标电流,广泛用于比例电磁阀的驱动。但由于受到比例电磁阀磁路特性和脉宽调制技术的双重制约,使得比例电磁阀各项性能难以发挥,甚至影响整个液压系统的平稳运行。因此,根据目标电流变化以及控制环境不同而改变PWM频率的控制方法被用于驱动比例电磁阀。试验结果证明：使用变频的控制方法在维持比例电磁阀输出电流稳定的前提下,缩短了电流响应时间,维持了阀芯小幅颤振,降低比例电磁阀的功率损耗。     

Dynamic performance of high speed solenoid valve with parallel coils

The methods of improving the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve include increasing the magnetic force of armature and the slew rate of coil current, decreasing the mass and stroke of moving parts. The increase of magnetic force usually leads to the decrease of current slew rate, which could increase the delay time of the dynamic response of solenoid valve. Using a high voltage to drive coil can solve this contradiction, but a high driving voltage can also lead to more cost and a decrease of safety and reliability. In this paper, a new scheme of parallel coils is investigated, in which the single coil of solenoid is replaced by parallel coils with same ampere turns. Based on the mathematic model of high speed solenoid valve, the theoretical formula for the delay time of solenoid valve is deduced. Both the theoretical analysis and the dynamic simulation show that the effect of dividing a single coil into N parallel sub-coils is close to that of driving the single coil with N times of the original driving voltage as far as the delay time of solenoid valve is concerned. A specific test bench is designed to measure the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve. The experimental results also prove that both the delay time and switching time of the solenoid valves can be decreased greatly by adopting the parallel coil scheme. This research presents a simple and practical method to improve the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve.     

基于电流调制的电磁开关阀开关特性研究

电磁开关阀是阀控液压系统中重要的基础流控原件，其开关特性决定系统整体性能。传统驱动方式下，阀芯位移响应滞后于励磁驱动电流，阻碍频响的提高。提出通过建立位移反馈提升阀芯在阶跃励磁电流作用下的电磁力的响应特性，进而提升电磁阀位移频响的方法。对二位二通电磁开关阀建立了动力学与电磁学方程，搭建了阀芯电磁-动力学关键参数测量装置。试验验证了试验装置可行性并获得了阀芯位移响应的开环传递函数。结合试验数据，在Simulink中搭建了反馈对电磁开关阀开关特性影响的验证系统。仿真结果表明，通过利用电磁阀位移反馈，阀芯位移对励磁线圈的阶跃响应改善显著，响应时间相比开环阀芯驱动缩短了近53%。     

基于Maxwell电磁阀的开关动态响应研究

针对电磁阀开启和关闭响应时间相互影响的问题,基于Maxwell建立了电磁阀瞬态场三维模型,对影响电磁阀性能的关键因素进行仿真研究。根据力学方程、电路方程和磁路方程搭建了电磁阀运动模型,并分析了电磁阀材料的选择。仿真结果表明,增大弹簧刚度会使电磁阀上升时间和关闭响应时间延长;弹簧预紧力会使开启延迟减少的同时使关闭延迟增大;工作气隙越小的电磁阀开启响应越快且关闭响应减慢;磁感应强度在B-H曲线“膝点”附近会有更好的响应特性。通过仿真分析,为电磁阀设计参数的选择提供了新的思路和解决方案。     

Detecting the position of the moving-iron solenoid by non-displacement sensor based on parameter identification of flux linkage characteristics

Currently, most researches use signals, such as the coil current or voltage of solenoid, to identify parameters; typically, parameter identification method based on variation rate of coil current is applied for position estimation. The problem exists in these researches that the detected signals are prone to interference and difficult to obtain. This paper proposes a new method for detecting the core position by using flux characteristic quantity, which adds a new group of secondary winding to the coil of the ordinary switching electromagnet. On the basis of electromagnetic coupling theory analysis and simulation research of the magnetic field regarding the primary and secondary winding coils, and in accordance with the fact that under PWM control mode varying core position and operating current of windings produce different characteristic of flux increment of the secondary winding. The flux increment of the electromagnet winding can be obtained by conducting time domain integration for the induced voltage signal of the extracted secondary winding, and the core position from the two-dimensional fitting curve of the operating winding current and flux-linkage characteristic quantity of solenoid are calculated. The detecting and testing system of solenoid core position is developed based on the theoretical research. The testing results show that the flux characteristic quantity of switching electromagnet magnetic circuit is able to effectively show the core position and thus to accomplish the non-displacement transducer detection of the said core position of the switching electromagnet. This paper proposes a new method for detecting the core position by using flux characteristic quantity, which provides a new theory and method for switch solenoid to control the proportional valve.     

电磁先导阀动态特性仿真与分析

介绍了某种常见的电磁铁的结构及其工作原理,利用Ansoft和AMESim两种软件分别对电磁铁以及电磁先导阀进行仿真分析,从而实现电磁同路、机械传动以及液压系统三者之间的耦合.通过将电磁铁仿真曲线与试验曲线比较发现,该仿真结果与试验结果非常吻合.     

基于ARM7的喷气织机电磁阀控制电路

为完成喷气织机高频电磁阀的实时控制,提升对电磁阀工作时的故障检测能力,设计了基于ARM7的电磁阀高速驱动和电流检测反馈控制系统。以ARM7处理器的芯片LPC2478为微控制器,并在数据、地址总线基础上,通过采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)扩展了输出口线;针对喷气织机电磁阀高频特性,设计了高、低压复合的驱动控制电路;为判断电磁阀工作性能的优劣,增加了电流检测环节。试验结果表明,该系统运行稳定、高效,通过对电流检测反馈数据的分析,提高了喷气织机生产的质量和效率。     

高速电磁阀电磁铁的研究与开发

针对高速电磁阀快速响应的关键因素电磁铁电磁力大小与线圈驱动两方面的问题。对电磁铁铁芯形状、工作气隙相对于线圈位置、工作气隙大小、安匝数、圆形铁芯面积等因素影响电磁力进行了分析研究;提出了3种驱动电路,对3种线圈驱动电路影响电磁铁响应特性进行了对比,并运用Ansoft Maxwell软件对各因素与电磁力大小的关系、3种线圈驱动电路与电磁铁响应特性进行了模拟仿真计算,最后对电磁铁的开发提出了一种优化方案。研究结果表明,该优化方案对高速电磁阀的快速响应有一定的提升。     

面向飞机刹车压力伺服阀的电磁切断阀开启特性优化研究

电磁切断阀是飞机刹车系统的重要组成部分,电磁切断阀的动态响应对刹车压力快速控制有着重要影响。通过构建电磁切断阀AMESim模型,利用仿真分析研究切断阀的动态响应特性,并找出主要影响因素;为解决切断阀开启过程中负载腔出现的压力振荡现象,通过活塞左端油路添加节流阻尼孔、主阀芯重叠处开先导槽两种优化结构进行仿真分析,发现增加节流阻尼孔,能够降低压力振荡的最大压力值,但是会延长压力上升时间;而阀芯重叠处开先导槽的方法尽管对于压力振荡基本没有影响,但能在一定程度上缩短压力上升时间,加快压力响应,进而实现更快速的刹车压力控制。     

基于MC9S12DP256的汽车ABS的硬件电路设计

随着汽车电子技术的发展和人们对汽车安全性的重视,汽车防抱死制动系统（ABS）己逐渐成为汽车的标准配置。本文以工程实用为原则,设计了ABS电子控制单元的硬件部分,包括轮速信号调理电路、运算电路、电磁阀驱动电路、故障检测电路等,为开发ABS的电子控制单元提供了参考。