高速电磁开关阀是电液控制系统的新型元件，在计算机控制系统中得到了越来越广泛的运用。但其动、静态特性容易受材料、结构、工作压力等因素的影响。对于高速电磁开关阀的使用者来说， 通常从控制角度改善高速电磁开关阀控制性能的方法是自适应双电压法，在开启阶段，要使高速电磁开关阀快速吸合必须使电磁线圈中电流快速上升到吸合要求的电流值，吸合以后只需维持在保持吸合的维持电流值。但由于供油压力的变化，其需要的吸合电流值和保持电流值不同。如果不改变相应的吸合的维持电流值，高速电磁开关阀的动、静态特性将会发生较大的变化[1]。因此，为适应供油口压力变化，必须提高高速电磁开关阀控制性能，增大其有效的占空比调节范围，这对于高速电磁开关阀的应用具有重要的实用价值。

1 自适应双电压法对开关阀控制特性的改善
    自适应双电法就是使驱动电压成为一个变形的PWM信号，其波形如图1所示。在图1中， Th为高电压时间，设定为定值； Tw为PWM脉冲宽度；T为PWM脉冲周期；τ=Tw/T为PWM脉冲占空比；V1为高驱动电压值，决定了电流波形的上升速率；V2为维持驱动电压值，决定了电流波形下降的起点和速率。如果能够根据供油压力变化，调整相应的电流波形，使其适应供油压力变化，就可以使开关阀的工作特性基本保持与额定供油压力时一致，提高开关阀的控制特性[2]。

    为了实现上述目标，本系统采用以下技术方案：根据供油口压力变化、按照脉宽调制的方法，利用公式V1′=V1-Af1（P）和V2′=V2-Bf2（P）对高速电磁开关阀的开启电压和维持电压进行调整，使高速电磁开关阀的电流特性和位移特性接近理想曲线形状，使高速电磁开关阀的空载流量特性和空载压力特性与额定供油口压力情况下的空载流量特性和空载压力特性尽可能保持一致。实现此方案的技术路线是采用自适应双电压法适应供油口压力变化的高速电磁开关阀，在AMESim中建立仿真模型，设定fPWM=50 Hz，供油压力为5 MPa、15 MPa，对模型进行仿真，得到图2、图3所示的特性曲线[3]。

    图2为电磁高速开关阀动态特性。从图2中可看出采用自适应双电压法后，电流波形适应供油压力变化，阀芯位移波形趋于一致，动态性能在不同供油压力时的一致性明显改善。
    图3电磁高速开关阀静态特性采用自适应双电压法后，空载流量特性趋于一致，空载压力特性趋于一致，静态性能在不同供油压力时的一致性明显改善。
2 控制系统设计
    本文采用自适应双电压法的思路,以DSP为核心,设计了适应供油口压力变化的高速电磁开关阀控制系统。
2.1系统构成
    控制系统框图如图4所示。本系统包括传感器和控制器。传感器有压力传感器和角位移传感器，所转换的信号通过电压跟随器与DSP内部的A/D转换器连接，DSP所输出的四路PWM信号依次通过光电隔离器、驱动器与高速电磁开关阀连接，DSP还设有编程接口和上位机接口。该系统能根据供油口压力变化情况调节数控电源的电压值和电子开关的开断时间。

2.2硬件电路设计
2.2.1电压跟随器设计
    传感器输出信号一般为交流双向信号，而TMS320LF2407A的A/D只能检测0～5 V的单向信号，故须对传感器检测的电流信号进行电压提升后，通过RC滤波后再进入TMS320LF2407A的A/D接口，其电路如图5所示。

2.2.2 DSP接口电路设计
    DSP具体接口电路如图6所示。

    液压缸的数字控制是其发展趋势，DSP已逐渐成为实现液压缸全数字实时控制的最有力的工具。本系统以TMS320LF2407A为主处理器,其本身具有16通道模拟输入高速10位A/D转换器、多个功能丰富的通用计时器、多路可编程脉宽调制(PWM)、多路信号输入捕捉（CAP）、事件管理模块EVA和EVB，以及业界通用的异步串行接口（SCI）、串行（同步）外设接口（SPI）和CAN总线接口。本系统充分运用了DSP丰富的控制资源和各种通信接口资源。
2.2.3 双电压驱动电路设计
    本系统中的数控调压电路采用线性电源，稳压精度高,输出纹波电压也较低。其工作原理是通过DSP输出的PWM控制信号(高、低压调压信号)PWM3、PWM4的占空比情况实现电压的数字调节，其方法是调节三端稳压器LM317调整端，改变三端稳压器基准端电位，从而改变输出电压，PWM1、PWM2分别为高压数控PWM控制信号和开关阀PWM控制信号，分别控制两个电子开关Q5、Q6的开断, 利用闭环调节来达到稳定输出电压的目的,实现双电压驱动的数字精确控制。如图7所示，D2、DWZ、Rx三个元件构成高速电磁开关阀的能量释放回路。

3 实验验证
3.1 动态系统实验
    实验装置的油源采用了贵州红林车用电控技术有限公司生产的HLYKQ-2油源系统， 在实际工作过程中供油压力不断变化，本系统设计适应供油压力变化的软件，使双电压驱动的高电压值和低电压值随供油压力变化。在试验中调整参数，设定PWM=50 Hz，得到在不同供油压力时的动态特性，如图8所示。通过比较发现，供油口压力变化和高速电磁开关阀的动态特性指标基本保持不变[2]。

3.2 系统测试结论

    设计本系统的主程序、工作周期定时中断采样程序、PWM处理中断程序及串口中断程序，运用Protel99se制作PCB板，并进行相应的硬件和软件调试，通过DSP给定高速电磁开关阀控制系统的4个PWM信号，选择工作频率，采集传感器数据，得到输出波形如图9所示。

    从图中可得出,该波形的高电压和低电压连续可调，满足设计要求。
    本文以DSP（TMS320LF2407A）为控制系统核心，实现了先进、可靠、高效的信号处理与控制平台，实现了控制系统中的复杂的控制算法，提高了系统的实时性和控制精度。提出了提高高速电磁开关阀性能的自适应双电压法，设计了适应供油口压力变化的高速电磁开关阀控制系统，通过高速电磁开关阀的动态特性试验结果和系统调试结果验证了本系统对于提高高速电磁开关阀控缸控制性能有明显作用，所设计的适应供油口压力变化的高速电磁开关阀控制系统能有效实现控制。
参考文献
[1] 苏明,陈伦军. 基于AMESim的高速电磁开关阀动静态特性研究[J]. 液压与气动, 2010（2）：68-72.
[2] 苏明. 高速电磁开关阀控制特性及方法研究[D]. 贵阳：贵州大学，2010．
[3] 孔晓武．高速开关阀动态性能试验装置及其应用研究[J]．机电工程，2005，22（8）：38-40．
[4] 陈维龙，王辉. 高速电磁阀的驱动方法探讨[J]．中国机电工业，2001（22）：56-57．