基于PWM控制的高速开关电磁球阀动态特性仿真分析

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基于PWM的高速开关阀式电液伺服系统的非线性时域仿真研究

ｉｅｔｂｉｅｒｅｈｅｒｈｗｒｃｄｏｅｉｌｅｅｆｔｅｍｏｕａｎｅｕｎｙａｄｔｅｓｉｈｎ｛ａｔｒｔｓｏｔｅｖｌＯｅｓｓｌｈｄｒ￣ｔｅｍｓａｅｏｋｉａｓｈｓｕｎｔｎｌＤｅｏｄｌｉｇｆｑｅｃｎｗｔｉｇｃｍｒｃｅｉｉｆａＨｔｈｕｈｔｒｈｃｓｃｈｈｓｓｅ ’ｓｃｎｍⅡ ｎｅ咖ａｓｋｅａｔ￣ｔｍ。ＬｉｇＰｎＴｒ／ｓｍｕａｉｎｐｏｅＬｆｔｉｐｉｌｉｔｅｐｐｒｓｓｉｌｔｒｖ￣／＊ｖｏ．｜ｍ￣ｏｓｎｈ．ａｅ－ｎ
控制方式的高速开关阀式电ｌ伺服系统进行了仿真研究。分析了系统的结构框图和工作原理；建立醯
了系统的非线性财域仿真模型；重点研究了村制频率和阍的开关特性对系统控制性能的影响：防真结果征驸了率文有美观点
关键词：数字仿真；Ｐ＇ｇＭ；高速开关阀；电液伺服系统中圈分类号：Ｔ２１Ｐ７文献标识码：文章编号：】０３８２ｘ）３１ —３０】一８】ｌＩ２ —００Ｊ
ＭＡＬＢ控制工具销命令相结合的方法，对基于ＰＴＡｗＭ的高速开关阀式电液伺服系统进行仿真研究以往有关研究高速开关阀式控制系统的文献中．一般把０环节简化为比例环节，因而大都
微机周期性地对作动器的目标位置信号ｒ和作动器实际位置反馈信号进行采样、比较，得到误差信号ｅ然；后该信号进入控制器按一定的控制率进行运算，得到控

基于高速开关阀的转速控制系统建模与仿真

第25卷第3期湖南科技大学学报(自然科学版)2010年9月J ournal of H un an U ni ver si t y of Sci ence&T echnol ogy(N at ur al Sci ence E di t i on)V01．25N o．3 Sept．2010基于高速开关阀的转速控制系统建模与仿真张庆永1，常思勤2(1．湖北汽车工业学院汽车工程系，湖北十堰442002；2．南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：高速开关闽是电液控制系统的新型元件。

与计算机接口方便，并有较强抗污能力．设计了一个基于高速开关阀的二次调节转速控制系统，建立了主-J t-元件的数学模型，并得到转速控制系统的状态方程通过采用脉冲宽度调制(PW M)技术，实现对该系统的转速控制．通过仿真。

研究了占空比和阻尼系数对系统响应的影响．并通过试验对仿真结果进行了验证．研究表明：通过改变高速开关阀的PW M信号占空比，可以实现对二次元件的转速控制，且能满足系统的性能要求．关键词：高速开关阀；PW M；转速控制中图分类号：U463．22文献标识码：A文章编号：1672—9102(2010)03—0024—05二次调节是液压传动领域近年来发展起来的一种新型静液驱动技术．其特点是系统的压力基本恒定，通过调节液压泵，马达(称为二次元件)排量的变化来适应负载转矩的变化【Ⅷ．二次元件排量的变化通过阀控制液压油缸改变二次元件斜盘倾角来实现㈣．而高速开关阀作为新型的数字式电液转换控制元件，采用脉冲流量控制方式，直接根据脉冲电信号进行开关动作，与计算机有直接相连的接口，可以很方便的控制二次元件的排量变化，从而改变二次元件输出的转速、转矩、功率等17-91．作者提出的转速控制系统，是利用高速开关阀调制信号的占空比一流量特性来实现对二次元件变量油缸的位置控制，改变二次元件的排量，从而达到调节转速的目的．由于排量的调节是通过控制缸来实现，所以二次元件转速控制实际上也是位置控制环节．本文建立了系统的数学模型，并进行了仿真研究和试验分析，充分论证说明了系统的可行性．1系统建模1．1系统的组成及工作原理图1为基于高速开关阀的转速控制系统．图中液压缸活塞杆的位移可以改变斜盘f顷角，从而改变二次元件的转速．二次元件的转速及执行器活塞杆的位移通过传感器和M D转换反馈到计算机计算机将这些反馈值采样、比较后，得到控制信号，经放大器对脉冲信号幅值放大后，分别控制两个高速开关阀．高速开关阀采用PW M 方式工作，通过调节占空比控制高速开关阀的输出流量和压力，从而控制活塞杆的位移，最终控制二次元件的转速到目标值周中只为恒压网络压力，一路驱动二次元件，另一路通过减压阀控制两个高速开关阀．PW M高速开关阀转速控制机构的主要组成部分是高速开关阀、阀控液压缸动力机构和二次元件，下面分别建立其数学模型．1，2．高速开关阀；3．二次元件；4．减压阀图1转速控制系统ri g．1C ont r ol l i ng syst em of r ot a t i on sp eed收稿日期：2010--03-03基金项目：汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室(湖北汽车工业学院)开放基金(趵K201003)；湖北汽车工业学院博士科研启动基金(BK201005)通信作者：张庆永(1980-)，男，山东枣庄人，博士，讲师，主要从事混合动力车辆及机电液一体化技术研究．E—m ai Lz,hq r yl l27@163．eom1．2高速开关阀的特性分析高速开关阀是借助于控制电磁铁所产生的吸力，使得阀芯高速正、反向运动，从而实现液流在阀口处的交替通、断功能的电液控制元件．其采用脉冲流量控制方式，开关阀直接根据一系列脉冲电信号进行开关动作，再出口输出一系列的脉冲流．在—个脉冲周期内，导通时间为名，脉宽周期为T，占空比D=等．当高速开关阀工作‘』频率很高时，负载压力不会出现不稳定振荡情况阴q．高速开关阀工作油口的平均流量为厂f—q：D Cd4v、／生(只l-PL)，(1)V P对其进行线性化，得qL寻np+凡。

基于AMESim的电磁高速开关阀动静态特性研究.

68液压与气动2010年第2期基于A MESi m 的电磁高速开关阀动静态特性研究苏明, 陈伦军1, 21Dyna m ic Characteristic Research ofH i gh Speed On -off Solenoi dV al ve Based on AMES m iS U M i n g , C H E N Lun -jun1, 21(1. 贵州大学机械工程学院, 贵州贵阳 550003; 2. 贵州省机电研究设计院, 贵州贵阳 550003摘要:在分析电磁高速开关阀磁路及机液结构的基础上, 采用AMES i m 建立了电磁高速开关阀模型, 基于该模型在不同占空比及不同工作频率情况下进行了仿真, 分析了P WM 信号、电流、阀芯位移关系, 从控制角度提出了改善电磁高速开关阀性能的思路。

关键词:AMES i m ; 电磁高速开关阀; 动态模型; 仿真中图分类号TH 137 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2010 02-0068-051 引言电磁高速开关阀作为一种流体控制的新型控制元件, 采用P WM 控制方法, 可容易与计算机接口直接相连, 实现计算机技术与流体控制技术的良性有机结合, 进行液压系统的直接数字控制。

同比例阀、伺服阀等相比, 电磁高速开关阀且具有结构简单、抗污染能力强等特点。

电磁高速开关阀涉及机、电、磁、液多种领域知识, 很难建立其精确数学模型, 而且流体脉宽调制P WM 控制系统是一类本质非线性控制系统, 由于流体控制阀的响应速度限制, 调制频率不可能很高, 系统的分析[5]和设计比较困难。

法国I M AG I N E 公司于1995年推出的专门用于工程系统建模、仿真及动力学分析的AM ES i m 软件, 为流体动力、机械、热、电磁、控制等工程系统提供了一个完善的综合仿真环境及灵活的解决方案, 具有丰富的模型库, 可以采用基本元素法按照实际物理系统来构建自定义模块或者仿真模型, 而不需要去推导复杂的数学模型, 这可使研究人员将更多精力投入到实际物理模型的研究当中。

基于PWM控制的ESP高速开关阀动力学特性研究与仿真

基于PWM控制的ESP高速开关阀动力学特性研究与仿真王冬良;陈南;刘远伟【摘要】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.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】4页(P87-90)【关键词】PWM控制;ESP;高速开关电磁阀;仿真【作者】王冬良;陈南;刘远伟【作者单位】三江学院机械工程学院,江苏南京 210012;东南大学机械工程学院,江苏南京 211189;三江学院机械工程学院,江苏南京 210012【正文语种】中文【中图分类】TH16;U46摘.：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。

汽车电子稳定性程序（Electronic Stability Program，ESP）是改善汽车行驶稳定性的一种主动安全系统[1]。

ESP系统是制动防抱死系统（Anti-lock Braking System，ABS）和 ABS/驱动防滑控制系统（Acceleration Slip Regulation，ASR）两大系统组合系统的进一步发展，可以快速、主动地对汽车各个车轮进行制动。

基于PWM控制模式的高速开关阀开关特性分析及优化

基于PWM控制模式的高速开关阀开关特性分析及优化
王琼;吴惠;夏光;张维
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(039)009
【摘要】高速开关电磁阀作为自动变速器电液控制系统的核心控制元件，其开关响应特性直接影响自动变速换挡执行机构的响应速度和作动品质。

文章在分析高速开关电磁阀结构及工作原理的基础上，建立了基于Matlab／Simulink平台上PWM维持占空比方式控制下的仿真模型，并通过仿真分析研究开关特性及关键参数对维持占空比及关闭时延的影响。

结果表明，与定压信号控制方式相比，采用PWM 维持占空比的控制方式以及结构参数优化调节，有效提高了阀开关动作的整体响应速度。

【总页数】6页(P1199-1204)
【作者】王琼;吴惠;夏光;张维
【作者单位】合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥 230009;合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥 230009;合肥工业大学汽车技术研究院，安徽合肥230009;合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥 230009
【正文语种】中文
【中图分类】U463.22
【相关文献】
1.基于PWM高速开关阀的液压位置系统最优预见控制研究 [J], 卢敢
2.基于PWM控制的ESP高速开关阀动力学特性研究与仿真 [J], 王冬良;陈南;刘远伟
3.基于PWM高速开关阀的温室气动开窗系统模糊控制研究 [J], 刘淑珍;张玉宝;苗香雯
4.基于PWM高速开关阀控制的穿地龙机器人液压驱动系统的研究 [J], 王茁;孙立宁;孟庆鑫;王立权
5.基于PWM高速开关阀控制的旋转平台液压系统的研究 [J], 曾文武
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考虑电磁特性的电磁开关阀动静态性能仿真研究

考虑电磁特性的电磁开关阀动静态性能仿真研究孙建彬;岑豫皖;王刚【摘要】为研究电磁特性下电磁阀的动静态性能,针对设计中使用到的电磁开关阀,首先分析了电磁铁的结构参数和电磁开关阀动力学模型,然后应用Ansoft Maxwell 和AMESim建立了电磁开关阀仿真模型,对不同占空比以及不同频率下的脉宽调制(PWM)输入控制信号进行了仿真,分析了其动态响应过程及静态性能(空载流量、空载压力等),最后提出了提高电磁开关阀控制效率和控制精度的设计方法和思路,并进行了对比仿真验证.研究结果表明,该研究获得了较准确的电磁阀动静态性能仿真结果,提高了其控制效率和控制精度.%In order to research the dynamic and static performance of the solenoid valve consider electromagnetic characteristics, for the solenoid valve used in the design, the simulation model based on the application of AMESim and Ansoft Maxwell was established on the analysis of the structural parameters of solenoid and the dynamics of the solenoid valve. And pulse width modulation (PWM) input control signals were simulated under different duty cycle and frequency. Also the dynamic response and static performances such as no-load flow and deadhead pressure were analyzed. Finally, the design methods and ideas of improving the efficiency and control precision of solenoid valve were put forward,and the simulation validation was done. The research results show that the study obtains more precise dynamic and static performance simulation results of the solenoid valve,and improves the efficiency and control precision.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)010【总页数】5页(P1180-1184)【关键词】电磁开关阀;Ansoft;AMESim;电磁特性;脉宽调制【作者】孙建彬;岑豫皖;王刚【作者单位】安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002【正文语种】中文【中图分类】TH137;TH122电磁开关阀是电液控制技术中常用的组成器件，电磁铁作为电磁阀的核心部件，是其“电—机—液”转换过程中的关键执行器，电磁铁的动静态性能直接影响电磁阀的性能，进而影响系统特性。

PWM调压的高速电磁开关阀双电压驱动器研究

ＰＷＭ调压的高速电磁开关阀双电压驱动器研究
苏明，（．贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州贵阳５０１１５０４；２．贵州师范大学机械与控制仿真实验室，贵州贵阳５０１）ＩＩ５０４
摘要：分析了影响高速电磁开关阀开启和关闭特性的电气因素，设计了一种ＰＷＭ调压的高速电磁开关阀双电压驱动
第ｌ５期
苏明：ＰＷＭ调压的高速电磁开关阀双电压驱动器研究
・９・３
（＿一）１ｅ寺
（）
开关阀双电压驱动器，结构示意图如图３所示。
ＰＷＭ１ＰＷＭ３
式中：ｒ
面／。．ａ
当ＰＷＭ信号为０时，开关断开，线圈与续流二极管接通，忽略续流二极管两端电压，在ｔ≤ ＜Ｔ范。
图１开关阀线圈启、闭电路
图２ＰＷＭ信号
当ＰＷＭ信号为１，开关通，驱动电源与线圈时接通，在０＜ ≤ｔｔ范围内，电压方程为：
Ｕ＝（Ｒ）ＬＲ＋ＥＲ＋Ｅ＋＝（。Ｒ）＋
样机的基础上，进行了高速电磁开关阀动态特性的试
ｓａｄｗｓｅｔｂｉｈｄＴｅｅｆｃｉｅｅｓｏｍｐｏｉｇｔｅｄｎｍｉｃａａｔｒｔｓｏｅｄａｏｔｇｒｅｆｈｇ — ｐｅｗｉｈｎＯｔｎａｓａｌｅ．ｈｆｔｎｓｆｓｅｖｉｒｖｎｈｙａｃｈｒｃｅｓｉｆｔｕｌｌｅｄｖｒｏｉｈｓｅｄｓｔｉｇＳ — ｉｃｈｖａｉｃ

考虑电磁特性的电磁开关阀动静态性能仿真研究

ＡｂｔａｔＩｒｅｏｒｓａｃｈｙａｃａｄｓａｉｅｆｒｎｅｏｅｓｌｎｉａｖｏｓｄｒｅｅｔｍａｎｔｈｒｃｅｓｉｓｏｅｓｌ — ｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｅｅｒｈｔｅｄｎｍｉｎｔｔｐｒｏｍａｃｆｈｏｅｏｄｖｌｅｃｎｉｅｌｃｒｃｔｏｇｅｉｃａａｔｒｔ，ｆｒｔｏｅｃｉｃｈｎｉａｖｓｄｉｈｅｉｎ，ｔｅｓｍｕａｉｎｍｏｅａｅｎｔｅａｐｉａｉｎｏｏｄｖｅｕｅｎｔｅｄｓｇｌｈｉｌｔｄｌｓｄｏｈｐｌｔｆＡＭＥＳｍｎｓｆＭａｗｅｌｓｅｔｂｉｈｄｏｈｎｌｓｓｏｂｃｏｉａｄＡｎｏｘｌｗａｓａｌｅｎｔｅａａｙｉｌｓ
孙建彬，豫皖，岑王刚
（安徽工业大学机械工程学院，安徽马鞍山２３０）４０２
摘要：为研究电磁特性下电磁阀的动静态性能，对设计中使用到的电磁开关阀，针首先分析了电磁铁的结构参数和电磁开关阀动力
学模型，然后应用ＡｓｆＭｘｅｌＡＳｍ建立了电磁开关阀仿真模型，ｎｏａｗｌ和ＭＥｉｔ对不同占空比以及不同频率下的脉宽调制（ＷＭ）Ｐ输入控
Ｓｉｎｂｎ，Ｎ — ｎ，ＡＮＧｎＵＮＪａ —ｉＣＥＹｕｗａＷＧａｇ
（ｏｅｅｏｃａｉａＥｇｎｅｉ，ｎｕＵｉｒｔｏｅｈｏｏｙＭａａｓａ４０２ＣｉａＣｌｇｆｌＭｅｈ２３０，ｈｎ）ｎｅｉＴｇ

基于Simulink的高速电磁阀动态响应分析

２．ＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，Ｘｉａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ）
自、；：
［中图分类号］Ｕ６４６．１；ＴＫ４２
［文献标志码］Ａ
ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｙｎａｍｉｃＲｅｓｐｏｎｓｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ
．
ｔｉｏｎｍｏｄｅｌｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｈｉｇｈ— ｓｐｅｅｄｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｆｒｏｍｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＳｏｌｅｎｏｉｄＶａｌｖｅ
ＸＩＡＮＧＹｏｎｇ－ｂｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＪｉａ．１ｉａｎｇ，
（１．ＭａｉｒｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＪｉｍｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ；
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｖｏｌｔａｇｅ

基于AMESim的高速电磁开关阀动态特性研究

第1期（总期80期）2017年1月Fluid Power Transmission and ControlNo.1(Serial No.80)Jan.,2017随着计算机技术的迅猛发展，液压技术与微电子技术的相互结合促进了机电一体化技术的发展。

其中液压技术发展的一个重要方向就是采用PWM 控制的高速电磁开关阀（又称数字开关阀）。

高速电磁开关阀具有体积小、成本低、对污染不敏感等优点，尤其它具有较高的响应速度，重复误差小，可直接采用计算机进行数字控制。

这样就可以应用低价格的个人计算机系统结合高速电磁开关阀构成高可靠的适用于工程机械的数字电液控制系统。

由于高速电磁开关阀建模涉及机、电、磁、液多种领域，很明显，高频电磁铁以及流体与机械间流固耦合都存在非线性，但由于目前非线性系统的理论和分析方法还不很成熟，因此很难建立其精确数学模型，而且流体脉宽调制PWM 控制系统本质上也是一类非线性控制系统，系统的分析和设计比较困难。

本文基于IMAGINE AMESim 这一流体动力、机械、热、电磁、控制等工程系统综合仿真平台，借助其丰富的模型库，采用基本元素法按照实际物理系统构建了高速电磁开关阀的仿真模型，通过驱动阀的PWM 信号、电流、阀芯位移间的动态响应关系，分析了PWM 控制信号对高速电磁开关阀动态特性的响，从而从信号控制角度提出了改善高速电磁开关阀动态特性的思路。

1高速电磁开关阀的结构和工作原理高速电磁开关阀是由高频电磁铁、杆杠机构和二位二通球阀三部分构成，其结构简图如图1所示。

其工作原理如下：与伺服阀和比例阀的连续控制方法不同，高速电磁开关阀采用脉宽调制PWM 控制收稿日期：2016-10-17作者简介：甘文兵（1982-），硕士研究生，工程师，主要从事机电液一体化研究及工程设计工程。

方法。

首先计算机根据控制要求发出相应的脉冲信号，经过脉宽调制器和功率放大器，将脉冲信号调制和放大后送给高速电磁开关阀，然后通过控制高频电磁铁的吸力，利用杠杆机构使得球阀阀芯高速运动，从而实现液流在阀口处的开启时间的长短来控制流量。

PWM高速开关阀驱动电路仿真设计

变，高速开关阀磁环路总磁阻Ｒ亦保持不变。由
磁路欧姆定律：
Ｒ￣＝Ｎｉ
ｍ
量，Ｆ为电磁吸力，Ｆ力阀芯轴向液动力，伪库ｃｄ
（）１Βιβλιοθήκη 伦摩擦力。由于方程（）（）非线性的，无解析解。为６、７是
中图分类号：Ｔ１７５＋１Ｈ１２３文献标识码：Ａ文章编号：１０ — １４２１）６ｏ８０９０（０ｏｏ－ｌ－４０３６
Ｄｏｉ３６／．ｓ．０－０４．０．６．５：１９９Ｊｉｎ１９１０．ｓ０３２１０５０
（东交通大学信息工程学院，南昌３０１）华３０３
摘要：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ＭＯＦＴＳＥ管控制的高、低电压驱动电路，建立了驱动电路的ＰＰＣＥＳＩ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。关键词：高速开关阀；ＰＷＭ；ＭＯＦＴ；ＰＰＣＳＥＳＩＥ；仿真
１衔铁２衔铁管３线圈４极靴．．．．５阀体６顶杆７球阀．．．
提高其调制频率，并且在一定的频段内，可以增
大其线性控制区，有利于改善ＰＭ的控制特性。Ｗ本文将对高速开关阀的开关过程及其功率驱动电
０引言
高速开关阀作为一种新型的数字式电液转换元件，具有结构简单、控制方便、响应速度快、抗污染能力强等优点，已广泛应用于车辆电子控

基于虚拟仪器的高速电磁开关阀动态特性研究

山西电子技术２１０１年第３期
文章编号：６４４７（０１０．０８０１７ —５８２１）３０７－２
研究与探讨
基于虚拟仪器的高速电磁开关阀动态特性研究
１Ｊ魏口
（中北大学，山西太原００５）３０１
第３期
（）电流稳定４
何巍：于虚拟仪器的高速电磁开关阀动态特性研究基
７９

当电流稳定后，线圈中磁通量不再发生变化，铁不会衔
运动。
（）线圈断电５
线圈断电后，其磁场强度减小，衔铁所受到磁场的吸力
减小，Ｆ。当 ≤ 时，衔铁开始向的方向运动，铁运动衔时，穿过线圈的磁通量减小，同样会在线圈上产生感应电流，感应电流所产生的磁通量将抑制原来磁通量的减小，根据楞次定律，感应电流的方向和原电流方向相同，因此，圈中的线
一Ⅳ５ｄＢ
（线圈的匝数；线圈的横截面积；磁感应强度（Ｎ：：：由于衔铁运动，导致线圈内磁通量发生变化，如果衔铁运动位移相
同则Ｂ常）因，电为，ｄ数）此感流：一，为，应舌＝线
圈的电为， ÷ ｄ百ｉ，上可，铁上总流：：ｔＮＡ从式知衔开一ＳＢ
锥面和左阀座接触并密封，进气口和出气口连通，线圈断电
前的变化规律进行变化，电流曲线上即表现为吸合拐点。在根据衔铁的受力情况，可得下式： —Ｆ＝啪，中：ｔ衔式／：ｒ铁的质量；：ａ衔铁的加速度；衔铁的运动位移为￡根据运设，

高速开关电磁阀阀芯动态模型设计及研究

种状态。

滤网座；2.底板；3.线圈骨架；4.轭铁；5.线圈；6.动铁；隔磁管；8.阀芯；9.阀体；10.弹簧；11.阀座；12.钢球图1图2（a）（c）（a）（b）当阀芯运动到上限位时采用一个等效大刚度弹簧与阻尼C1，下限位等效大刚度弹簧K2阻尼C2的模型。

从而使整个阀芯运动过程在时间t上可连续表示。

4改进后的电磁阀数学模型当阀芯阀芯受弹簧弹力Fk，流体力Fh和电磁力作用处于上端面限位区间时如图2（a）时，动力学方程可表示为：图5阀口输出压力恒定状态下。

改变对在观察该模型下的阀芯位移的响状态下阀芯位移与脉冲跟随状状态下阀芯位移与脉冲跟随状态下阀芯位移与脉冲跟图5、图6、图7纵坐标表示动铁的位移距离，横坐标为时长。

从仿真结果来看，对比图5、图6、图7，在相同占空比50%情况下，采用不同频率，阀芯的位移状态会出现明显不同，阀芯的运动范围由初始限位距离决定。

在低频率脉冲f=10Hz状态下，阀芯位移Xm与控制信号有良好的跟随性，阀芯位移Xm会在上下限位区间进行来回震动。

在控制信号频率为f=100Hz状态下，阀芯下移到最大位移后，阀芯无法跟随控制信号复位到最大开启位置处后就随着控制信号闭合。

在脉冲为f=1000Hz状态下，电磁阀阀芯处于震动状态，并以该种状态不断向最大位移图3图40.350.30.250.20.150.10.05-0.0510.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.10.20.30.40.50.60.70.80.91处移动，直到最大位处，会跟随控制信号进行微弱的位移运动。

5.2仿真结论经过仿真可以看出，电磁力控制信号在相同的占空比情况下，采用不同的频率会对电磁阀阀芯的运动位移产生影响：越低的频率会导致阀芯运动到最大限位处复位性越强；越高的频率会导致阀芯运动到最大限位处复位性越弱。

即影响了阀口的开度大小。

试验设备的结构框图设计如图8所示。

图8恒流泵从储液箱中泵送恒定流量的液体通过电磁阀，在恒流泵与电磁阀之间安装有流量计用于采集流量，电磁阀由控制器来控制电磁阀上电磁吸力的频率。

基于PWM控制的高速开关电磁阀在汽车防抱死制动系统中的应用

ｌｓｐｅｎ—ｏｏｅｏｄｖｌｅｉｅｅｒｈｄｉｈｓｐｐｒｈｏｔｌｐｉｃｐｅｏＷＭｎｈｐｒｔｎｌｃａａｔｒｔｌｈｓｅｄｏｉｆｓｌｎｉａｖｓｒｓａｃｅｔｉａｅ．ＴｅｃｎｒｒｉｌｆＰｎｏｎａｄｔｅｏｅａｉａｈｒｃｅｓｉｏｉｃ
中的具体应用。
关键词：电磁开关阀；高速防抱死制动系统；Ｗ应心ＰＭ；
中图分类号：４３５１Ｕ６．２文献标识码：Ａ文章编号：０７—４１２０）３—０８０１０４４（０７００３— ２
Ａｐｌａｉｎｏｉｈｓｅｄｏ一０ｆｓｌｎｉａｖａｅｎＰＭｎａｔｍｏｉｐｉｔｆｈｇｐｅｎｃｏｆｏｅｏｄｖｌｅｂｓｄｏＷｉｕｏｂｌＡＢＳｅ
０ｉｈｓｅｎ—ｏｏｅｏｄｖｌｅａｅａａｙｅ．Ａｄｔｅｃｎｒｔｐｌａｉｎｏｉｈｓｅｄｏｆｌｇｐｄｏｌｅｆｓｌｎｉａｖｌｎｚｄｌｎｈｏｃｅｅａｐｉｔｆｈｇｐｅｎ—ｏｏｅｏｄｖｖｓｎｎｃｏｆｓｌｎｉａｅｕｉｇｉｌａｔｍｏｉＢＳｉｌｓｒｔｄｕｏｂｌＡｓｉｕｔａｅ．ｅｌ
李
（１安徽科技学院，徽凤阳．安
慧，朱德文
２０１）１０４
２３０；．业部南京农业机械化研究所．苏南京３１０２农江

基于MATLAB的超高压电磁换向球阀动态特性的研究

在不同情况下，向阀的动力学微分方程如下：换当电磁铁通电，Ｆ —Ｆ＿ｄ＋Ｆｈ～ｋＸ＋）ｈ一Ｆｔ（０
Ｏ／７
当电磁铁通电，阀芯移动，口打开时阀
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２００７年第１２期
液压与气动
４７
基于ＭＡＴＡＬＢ的超高压电磁换向球阀动态特性的研究
陈伟房彦伟，
ＤｙａｃｌＳｍｕａｉｎｂｍｐｔｒｏｅｔｏｇｅｉｌｅｎｍｉａｉｌｔｏｙＣｏｕｅｆＥｌｃｒｍａｎｔｃＶａｖ
分析，结果有利于液压系统及元件的设计和改造。其
关键词：高压；ＭＡＴＡ超ＬＢ；电磁阀；态特性动中图分类号：Ｈ１７文献标识码：文章编号：００４５（０７１．０７０Ｔ３Ｂ１０．８８２０）２０４．３
而产生的瞬态液动力、复位弹簧的作用力、推杆密封而产生的摩擦阻力，以及阀芯移动的黏滞性阻尼力。当电磁铁断电，阀芯在复位的过程中，复位弹簧力需克服阀芯开口变化而导致的瞬态液动力、杆密封推
Ｆ —— 推杆密封摩擦力总和
Ｆ —— 电磁铁剩磁力
算例：压系统中使用Ｙ．８抗磨液压油，液ＢＮ６公称
流量ｑ ≤３６５Ｌｍｎ标称压力Ｐ＝６ａ最高压ｇ．２／ｉ，３ＭＰ，
力Ｐ＝８ａ，高压电磁换向球阀标称通径ｄ０ＭＰ时超

高速开关电磁阀的模型分析及控制方法研究

% 0 , / 05! ( 0 * 1（ 2 3%） 4／ " 5. 式中，0 为电磁吸引力；1 为常数；" 为气隙大［］小； 2 3 为安匝数；4 为铁心截面积 ) 。由上式可知：电磁力和线圈中的电流和匝数的
) ( + , ! （）（） +.!,) +,!.) -! , ! ! ) % ） )" （ +,!.) ) !. %） +,!.) ) -! ( + , - （ !. % ! )）* # (（ ! ） )" （ +,!./ ) +. &
电气应用 ! " " #年第! $卷第% %期
/ 较小，开关阀不能完全开启。这种情况对阀体本身没有什么损害，也不存在深度饱和，功耗增
大，温升等问题。
! 控制方法
! " # $ %& 与闭环反馈控制脉冲宽度调制（，是在控制系统中经常 " #$）用到的信号调制方法，原理简单，技术成熟，在此不再赘述。当调压阀出口压力值（由出口传感器测得）与给定压力值不相等时，单片机用输出压力值与给定压力值的偏差驱动进、排气电磁阀，实现对先导腔压力的调节，直到偏差为零，进、排气电磁阀均关闭，主阀芯在新的位置上达到平衡，从而得到一个与输入信号成比例的输出压力。按偏差信号进行控制的方法，就是闭环反馈控制。" #$ 与闭环反馈］ ’ 控制结合，在气动伺服系统中应用得比较广泛［。 ! " ’ 二次调制高速开关阀是感性组件，其开启、关闭动作相对于控制信号有一定的滞后，其滞后时间主要由驱动能量和驱动方式决定。阀上电后，电磁部分产生电磁力，衔铁在电磁力的作用下上下运动，公式为

PWM调压的高速电磁开关阀双电压驱动器研究

而提高高速电磁开关阀的开启特性；
（ 2）高速电磁开关阀关闭时，降低线圈内的初
始电流 i0、增大续流支路电阻 Rx 有利于提高高速电磁开关阀线圈电流的下降速度，从而提高高速电磁开
关阀的关闭特性。
但一方面续流支路电阻 Rx 太大，会引起电压瞬间增高，一旦超过开关的耐压，元件将被击穿；另外
一方面，通过电阻放电时，电流下降到一定程度后，
图 1 开关阀线圈启、闭电路
图 2 PWM 信号
当 PWM 信号为 1 时，开关通，驱动电源与线圈
接通，在 0≤t ＜ tp 范围内，电压方程为：
Us
=（
Rs
+ RL）
i
+
εL
=
（
Rs
+ RL）
i
+
L
di dt
式中： Rs 为电源内阻； L 为线圈电感。
假设：
i（ s）
=
sL
+
（
1 Rs
+
RL）
Us（
3. 2 动态特性试验高速电磁开关阀的动态特性主要取决于开启脉冲
及线圈能量释放。为了更好地观察开启和关闭特性，在 fPWM = 20 Hz、给定供油压力 10 MPa、τ = 0. 5 的条件下，单电压驱动、二极管续流，双电压驱动、二极管续流，双电压驱动、稳压续流时高速电磁开关阀的动态特性试验结果见图 9。
第 15 期
苏明： PWM 调压的高速电磁开关阀双电压驱动器研究
·39·
i=
Us
（
1
－
e
－
t τ1
）
（ 1）
Rs + RL
式中：

高速电磁阀动态响应特性的仿真分析

ｕｎｉｔｐｕｍｐ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｐｒａａｍｅｔｅｒａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃｓｏｆｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ，ＧＴ—Ｓｕｉｔｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｒｖｅｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｈｅｐｒｅ — ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｗｅｒｅａｎａ — ｌｙｚｅｄｔｏａｆｆｅｃｔｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇａｎｄｃｌｏｓｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｌａｗｓ．Ｔｈｅｂｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｃａｓｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎ
磁阀驱动电流组合和电磁阀弹簧预紧力４５Ｎ的最佳研究方案，仿真结果表明，改进方法可为电磁阀参数匹配优化技术提供
依据。
关键词：电控燃油喷射；驱动电流；电磁阀；响应特性中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ｂ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｙｎａｍｉｃＲｅｓｐｏｎｓｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ０ｆＨｉｇｈ－ＳｐｅｅｄＳｏｌｅｎｏｉｄＶａｌｖｅ

基于随机载波PWM的开关磁阻电动机谐波频谱展开研究

基于随机载波PWM的开关磁阻电动机谐波频谱展开研究郑致远;王家军;孙嘉豪【摘要】In order to solve the problem of the intrinsic vibration and acoustic noise of switched reluctance motor (SRM).Random carrier based pulse width modulation(RCPWM) was proposed to realize the frequency spectra spread for SRM.Two types of RCPWMs were applied to the current loop in the speed control of SRM,which were single random carrier based PWM and multiple random carrier based PWM.The harmonics of SRM were spread continuously to a wider frequency range.The harmonic spread factor(HSF) and total harmonic distortion (THD) were used to evaluate the frequency spectra spread performance.The control simulation models for the four-phase 8/6 SRM were built up in Matlab/Simulink environment.Simulation results show that compares with conventional PWM and hysteresis control,RCPWMs can effectively improve the harmonics frequency spread ability of SRM.The vibration and acoustic noise of SRM are related with voltage harmonics directly so that they can be reduced effectively.%为解决开关磁阻电动机(SRM)固有的振动和噪声问题,在SRM的速度控制中使用了随机载波脉宽调制(RCPWM)进行了谐波频谱扩展.将两种RCPWM,即单随机载波脉宽调制(SRCPWM)和多随机载波脉宽调制(MRCPWM)运用到SRM速度控制中的电流环,其能够有效地将电压谐波分散到更宽范围的频谱上.谐波频谱展开性能可以用谐波展开因子(HSF)和总谐波畸变(THD)进行评估.通过Madab/Simulink软件搭建了四相8/6极SRM速度控制系统.仿真结果表明,相较于普通PWM和滞环控制,RCP-WM能够显著提升SRM的谐波频谱展开能力,而SRM的振动和噪声与电压谐波有着直接的关系,因此可以达到减小SRM振动和噪声的目的.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2017(034)003【总页数】5页(P267-271)【关键词】开关磁阻电动机;随机载波脉宽调制;谐波展开因子;总谐波畸变;谐波频谱展开【作者】郑致远;王家军;孙嘉豪【作者单位】杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TH39;TM352众所周知，开关磁阻电动机(SRM)优点突出，其结构简单、坚固，起动转矩大、起动电流小，运行可靠高效并且成本低廉。