义旧１。本研究从比例电磁阀的工作原理出发，通过合 理的试验设计得到温度和电压对比例电磁阀动态控制 特性的影响，在此基础上提出基于嵌入式控制系统对 比例电磁阀进行温度电压补偿的方法。
万
将无负载的比例电磁阀置于温度可调节的恒温箱中，
通过标定软件更改控制器驱动控制的ＰＷＭ值，利用 电流钳测量控制电流，示波器显示的平均电流值即为
０１４０３２）
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｖａｌｖｅ ｃｏｉｌ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ
ｔｈｅ ａｎａｌ—
ｙｓｉｓ ｏｆ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｖａｌｖｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ
引言 换挡过程控制是液力自动变速器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＴ）的关键技术，它要求迅速、平稳、无
１比例电磁阀工作原理
１．１
比例电磁阀工作原理 比例电磁阀的结构如图１所示，通过脉宽调制信
冲击，比例电磁阀作为液力自动变速器控制的先导元 件，其控制特性对换挡品质有着重要的影响。比例电 磁阀工作频率约为１０００ Ｈｚ，所以微小的控制误差也
ｉ（ｔ）＝，０・ｅ一７
其中，Ｒ为等效电阻；￡为等效电感；Ｕ为供电电压；
ｉ（ｔ）为瞬态电流；，ｏ为初始电流；Ｊ『。为稳态电流；ｒ为时 间常数。
２
将比例电磁阀置于恒温箱中，供电电压设置为
２４
比例电磁阀控制特性试验研究
Ｖ，使恒温箱温度从２０℃开始变化至９０℃，每温度
依据比例电磁阀电气特性分析确定等效电阻和等
℃）为单独控制温度区间，不进行补偿；常温区（２０～
摹、苫墨山５ｕ／、
加强弘弭勉∞勰拍Ｍ挑猫瑚扔啪狮
０．０ ０．１ ０．２ ０．３ ｔ／ｓ ０．４ ０．５
ｂ）补偿后的控制电流
图７电压补偿前后结果对比
万方数据
２０１４年第５期
液压与气动
８９
ａ）补偿前的控制电流
ｂ）补偿后的控制电流
图８温度补偿前后结果对比
表１温度补偿表格 温度 范围 补偿
ｌ ５．９３ ２．０９ １．１７
２０～ ４０℃
４０～
５０℃
５０— ６０℃
６０— ７０℃
７０— ８５℃
８５— １００℃
１００一 １２００Ｃ
舛舵∞强拍¨砣如勰拍Ｍ丝 Ｏ
—０．３６
—０．５９
—０．６８
系数
图５
温度对平均控制电流的影响
３比例电磁阀温度电压补偿方法
４试验验证及分析
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｅｓｔ
ｔｏ
ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｔｅｓｔ
ｄａｔａ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｔｅｒ。
ｏｎ
ｍｉｎｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ
路．－－ｆｖ２简化为电阻和电感的串联，如图２所示‘４｜。
标定软件
图３试验连接图 ２．１
电压对电流特性影响的试验研究 车载供电电压一般为２４ Ｖ，但实际使用环境中存
在电源可能因负载的变化发生跳变的情况，浮动范围
ａ）ＰＷＭ＿ＯＮ状态 图２ ｂ）ＰＷＭ＿ＯＦＦ状态
为１８～３２ Ｖ。根据前面所建立的比例电磁阀线圈电
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，８（２）：２４９—２５８．
［５］段丽娟，陶刚，孟飞．高速比例电磁阀电一机械转换器动 态特性研究［Ｊ］．液压与气动，２０１３，（５）：２０—２２． ［６］ 娄磊，马宏远，陈君辉．模糊控制在旋挖钻机桅杆油缸同 步控制上的应用［Ｊ］．液压与气动，２０１３，（６）：８１—８３．
电磁阀控制电流值，图７ｂ为补偿后的控制电流值，对
比图７ａ可以看出补偿后的控制电流值稳定在２７４～
２７９
统对该补偿方法进行对比试验验证，试验结果表明补 偿表格设计合理，基于此表格的补偿控制方法基本正
确、可靠，具有一定的使用价值。
参考文献： ［１］宫文斌，刘昕晖，孙延伟．电液比例ＰＷＭ控制方法［Ｊ］． 吉林大学学报（工学版），２００３，３３（７）：１０４—１０６． ［２］ 林峰，刘影，陈漫．电液比例阀在车辆换挡离合器缓冲控 制中的应用［Ｊ］．兵工学报，２００６，２７（５）：７８４—７８７． ［３］段丽娟，陶刚，盂飞．高速比例电磁阀电－机械转换器动态 特性研究［Ｊ］．液压与气动，２０１３，（５）：２０—２２． ［４］Ｈ．Ｇ．ＪＵＮＧ＇Ｊ．Ｙ．ＨＷＡＮＧ，Ｐ．Ｊ．ＹＯＯＮ，ｅｔ
（上接第８５页）
［６］ 肖清，王庆丰．混合动力液压挖掘机动力系统的参数匹配 方法［Ｊ］．中国公路学报，２００８，２１（１）：１２１—１２６． ［７］ＬＩＮ Ｔｉａｎ・ｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇ－ｆｅｎｇ，ＨＵ ｅｒｙ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
ａ
ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ
ｃｏｎｃｌｕｄｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ
ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｖａｌｖｅ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｖｏｌｔａｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
效电感，设计合理的试验方法对比例电磁阀控制电流 影响因素进行逐个分析，试验的实物连接如图３所示。
下静置１ ｈ后开始试验，记录不同温度下，同一控制占 空比对应平均控制电流值，部分试验数据曲线如图５ 所示。
万方数据
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液压与气动
０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ ０
２０１４年第５期
４０℃）采用确定的控制值，补偿系数为１；其他分段 区域均以该区域中的最低温度为基准进行补偿计 算，其补偿系数即为该温度区间内的关系斜率值。
的合理性、可靠性。 关键词：比例电磁阀；控制特性；电压温度补偿 中图分类号：ＴＨｌ３７．５文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１４）０５－００８６－０４
Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｓｏｌｅｎｏｉｄ Ｖａｌｖｅ
，
Ｕ
￡
１６ １８ ２０ ２２ ２４ ２６ ２８ ３０ ３２ ３４
。ｓ
２百，下２百
同理，ＰＷＭ—ＯＦＦ＿Ｓｔａｔｅ：
ＵＮ
Ｒｉ＋￡芈：０ ｄｆ
Ｉ
图４控制电压与控制电流的关系曲线
２．２温度对电流特性影响的试验研究
（２） 湿式比例电磁阀线圈电阻随油液温度的变化而变 化，又线圈材料为正温度系数材料，所以温度主要影响 的是电磁阀阻值的大小，温度上升，阻值增大。
基于ＦＲＥＥＳＣＡＬＥ ＭＣ９Ｓ１２Ｘ系列１６位单片机驱
基于嵌入式控制系统补偿方法的流程如图６所 示。单片机Ａ／Ｄ １３采集当前油温及控制电压并转换 为真实物理值，通过查表的方式得到当前条件下的补 偿系数，计算得到修正后的ＰＷＭ控制值。表格的设 计要考虑诸多影响因素，如单片机存储空间、运算速度 等，结合试验得到的特性分析后确定标定段（连续工 作温度段），步长（标定段划分精度），基准控制值等。
ＰＷＭ驱动等效电路
流数学模型可知，当供电电压不稳定发生跳变时，整个 控制周期内的平均电流均会受到影响，电流变化最终
会导致流量控制的精确性。将比例电磁阀置于恒温箱 中，恒温箱通电加热至８０℃并恒温静置２ ｈ后，测量 比例电磁阀在１ ｋＨｚ频率控制下，不同供电电压与平 均控制电流的关系，关系曲线如图４所示。
ａ１．Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
出压力稳态值以完成换挡过程，并满足动力性、经济性 和换挡平顺性的要求。本研究从比例电磁阀工作原理 及控制电流特性的理论分析出发，通过设计合理的试 验方法，得到不同控制电压及温度对控制电流的影响， 并以此提出可行的补偿方法，最后基于嵌入式控制系
ＰＷＭ—ｄｒｉｖｅｎ Ｓｏｌｅｎｏｉｄ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
动比例电磁阀进行验证试验，控制频率为１ ｋＨｚ，控制
周期为１ ｍｓ，本试验空载进行∞１。
４．１
电压补偿试验验证
环境温度选定为８０℃，进行电压补偿试验，试验
结果如图７所示，图７ａ为补偿前不同控制电压下比例
之。
图６基于嵌入式系统的控制流程图
３．１
电压补偿方法
从图４可以看出，忽略测量误差，可认为控制电压 的变化对控制电流的影响是线性的，利用补偿公式对 电压进行补偿，得到修正的控制参数：
Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ
ａ
ｍＡ之间，不随控制电压改变。 由稳压电源供电２４ Ｖ，进行温度补偿试验，试验
４．２温度补偿试验验证
结果如图８所示，图８ａ为补偿前的比例电磁阀控制电
流值，图８ｂ为补偿后的控制电流值，对比图８ａ可以看 出补偿后的控制电流值稳定在３６７～３７０ ｍＡ之间，与
理想控制电流３６８ ｍＡ一致旧Ｊ。 ５结论 精确的比例电磁阀驱动控制，可以得到适当的输
……
…一’
比例阀 控制油ｆ
７’、
此时的平均控制电流。试验过程中注意每次试验时间 不超过２０ ｍｉｎ，避免通电时间过长导致电磁阀温升过
大，破坏试验数据的准确性、可靠性。
图ｌ
比例电磁阀结构图
１．２比例电磁阀线圈电流数学模型 比例电磁阀采用ＰＷＭ驱动，即周期一定、脉冲宽