阅读说明：本技术 一种通过多电压源切换实现电磁阀各阶段动态特性可变的方法 (Method for realizing variable dynamic characteristics of electromagnetic valve at each stage by switching multiple voltage sources ) 是由 钟麒 李研彪 谢耿 王军 何贤剑 汪谢乐 孙造诣 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通过多电压源切换实现电磁阀各阶段动态特性可变的方法,属于电磁阀控制领域。本发明的控制方法分为若干阶段,通过控制高速切换开关接入不同电压源,使得高频电磁阀的启闭动态特性可以调节。本发明进一步公开了在电磁阀单周期持续时间较短情况下的电磁阀启闭特性调整方案,并给出了电磁阀的最慢启闭特性控制方法和最快启闭特性控制方法。本发明通过切换电压源使得高频电磁阀可满足使用者对高频电磁阀启闭动态特性的不同需求,大大拓宽了高频电磁阀工作范围。(The invention discloses a method for realizing variable dynamic characteristics of each stage of an electromagnetic valve through switching of multiple voltage sources, and belongs to the field of electromagnetic valve control. The control method of the invention is divided into a plurality of stages, and the dynamic opening and closing characteristics of the high-frequency electromagnetic valve can be adjusted by controlling the high-speed selector switch to be connected with different voltage sources. The invention further discloses an electromagnetic valve opening and closing characteristic adjusting scheme under the condition that the single-cycle duration of the electromagnetic valve is short, and provides a slowest opening and closing characteristic control method and a fastest opening and closing characteristic control method of the electromagnetic valve. According to the invention, the high-frequency electromagnetic valve can meet different requirements of users on the opening and closing dynamic characteristics of the high-frequency electromagnetic valve by switching the voltage source, and the working range of the high-frequency electromagnetic valve is greatly widened.)

一种通过多电压源切换实现电磁阀各阶段动态特性可变的 方法

技术领域

本发明属于电磁阀控制领域，具体涉及一种通过多电压源切换实现电磁阀各阶段动态特性可变的方法。

背景技术

现有的高频电磁阀领域中，绝大多数技术都是致力于如何缩短电磁阀工作周期，提高其工作频率。少有技术着重于如何实现电磁阀启闭动态特性可调节的功能。现有的高频电磁阀因为不具备可调节启闭动态特性的功能，使其工作范围受限。

在电磁阀开启阶段，当电流值|I|>开启电流时，电磁阀开始开启运动；在电磁阀关闭阶段，当电流值|I|<关闭电流时，电磁阀开始关闭运动。当电气系统中的电器参数(电阻、电容)不变时，电流上升到某个数值的时间取决于初始电流和驱动电压的大小。调节电磁阀的启闭动态特性可以从调节电磁阀的滞后时间和运动时间两个方面着手。由于在高频率状态下，电磁阀线圈电感效应明显，现有技术中在电磁阀的开启和关闭阶段均会出现运动滞后现象，即在电压作用下，电流会因为电感效应产生滞后，要经过一段时间才能上升到预期电流值。运动滞后现象会产生运动滞后时间，开启阶段的运动滞后时间与开启阶段的初始电流有关，初始电流越接近开启电流，开启滞后时间越短；关闭阶段的运动滞后时间与关闭阶段开始时的初始电流有关，该初始电流越接近关闭电流，运动滞后时间越短。电磁阀的开启运动时间和关闭运动时间与开启阶段的驱动电压和关闭阶段的驱动电压相关，驱动电压越大，运动时间就越短。

实现高频电磁阀的滞后时间与运动时间的可调节性便能实现高频电磁阀的动态特性可调节性，具有重大的实际意义。

发明内容

为了满足现有技术的需求，并考虑到基于电压脉宽调整方案需要实时改变电压源的占空比，以精确输出对应占空比的电压方波，其控制精度要求较高，本发明提出了一种通过多电压源切换实现电磁阀各阶段动态特性可变的方法。

本发明通过多电压源切换实现电磁阀各阶段动态特性可变的方法，其电磁阀的线圈通过电流检测器与高速切换开关相连；电磁阀各工作口与压力传感系统连接用于实时获取电磁阀各工作口的压力状态；电磁阀内安装有位移传感器用于获取电磁阀阀芯运动状态；所述的高速切换开关具有一个与电流检测器相连的第一接触头和若干电压源接触头，每个电压源接触头均连接一个可变电压源；控制器与高速切换开关相连并可控制第一接触头与任意电压源接触头相连；控制器与压力传感系统相连实时获取压力传感系统中的数据，控制器与位移传感器相连获得电磁阀完全打开和完全关闭的时刻；

将电磁阀的一个工作周期分为5个阶段，通过控制每个周期各阶段的接入可变电压源的输出电压值进行电磁阀启闭特性的调整，一个周期内电磁阀启闭特性调整方法包括如下步骤：

1)开启初始阶段

在控制信号上升沿到来之前，控制器预先触发高速切换开关接入该阶段的可变电压源，在电压源作用下，线圈电流达到开启初始电流I₁，所述开启初始电流的数值|I₁|小于开启电流数值|I_开启|；

2)开启阶段

控制信号上升沿到来时，控制器触发高速切换开关接入该阶段的可变电压源，在电压源作用下，线圈电流上升，当线圈电流达到开启电流I_开启时电磁阀开始打开，电压持续作用直至电磁阀完全打开；电磁阀完全打开时触发位移传感器(5)，位移传感器(5)获取电磁阀完全打开时的时刻并传输给控制器；

3)关闭初始阶段

电磁阀完全打开时，控制器触发高速切换开关接入该阶段的可变电压源，在电压源作用下，使线圈电流调整为关闭初始电流I₃；所述关闭初始电流的数值|I₃|大于关闭电流数值|I_关闭|；

4)关闭阶段

控制信号下降沿到来时，控制器触发高速切换开关接入该阶段的可变电压源，在电压源作用下，线圈电流下降，当线圈电流下降至关闭电流I_关闭时，电磁阀开始关闭，电压源持续作用至电磁阀完全关闭；电磁阀完全关闭时触发位移传感器(5)，位移传感器(5)获取电磁阀完全关闭时的时刻并传输给控制器；

5)关闭维持阶段

电磁阀完全关闭后，位移传感器将信号传给控制器，控制器触发高速切换开关接入该阶段的电压源，其中该阶段电压源为零电压源，在电压源作用下，电压源输出零电压，电流下降至零电流；直至下一个周期的到来。

作为本发明的一种可选电磁阀启闭特性调整方法，每个阶段接入的可变电压源在该阶段持续时间内均输出恒定的电压值。

作为本发明的一种优选方案，不同的两个阶段或多个阶段接入的可变电压源可以为同一个可变电压源，但作为多阶段共享的可变电压源，其在不同阶段的输出电压值应满足该阶段的电压控制需求。作为优选方案，每一阶段对应接入一个独立的可变电压源。这样整个电磁阀的周期内就完全由高速切换开关来实现电压源的接入，而无需通过调整可变电压源的输出电压数值来使一个电压源满足多个阶段的使用要求。

作为本发明的一种可选电磁阀启闭特性调整方法，在开启初始阶段，控制器首先控制高速切换开关接入电压源，在该电压源作用下，线圈电流数值达到所需开启初始电流I₁；之后通过控制高速切换开关接入电压值为I₁*R的电压源或者通过改变已接入电压源的电压值为I₁*R，使线圈电流始终维持在开启初始电流I₁，其中R为电磁阀线圈电阻；

在其余四个阶段，每个阶段接入的电压源在该阶段持续时间内均输出恒定的电流值。

作为本发明的一种可选电磁阀启闭特性调整方法，在开启初始阶段，控制器首先控制高速切换开关接入电压源，在该电压源作用下，线圈电流数值达到所需开启初始电流I₁；之后通过控制高速切换开关接入电压值为I₁*R的电压源或者通过改变已接入电压源的电压值为I₁*R，使线圈电流始终维持在开启初始电流I₁，其中R为电磁阀线圈电阻；

在关闭初始阶段，控制器首先控制高速切换开关接入电压源，在该电压源作用下，线圈电流数值达到所需的关闭初始电流I₃；之后通过控制高速切换开关接入电压值为I₃*R的电压源或者通过改变已接入电压源的电压值为I₃*R，使线圈电流始终维持在开启初始电流I₃，其中R为电磁阀线圈电阻；

在其余三个阶段，每个阶段接入的电压源在该阶段持续时间内均输出恒定的电流值。

作为本发明的优选方案，所述控制器还包括控制信号产生单元，控制信号产生单元产生控制信号，控制器能获知控制信号的占空比、频率、上升沿时刻和下降沿时刻。

作为本发明的优选方案，由于电磁阀的开启或关闭不受电磁阀线圈中电流方向的影响，仅与电流值有关，因此指定电流的其中一个方向为正，另一反向为负；电流、电压正值表示与指定方向同向，负值表示与指定方向反向；设当前电磁阀以正电流值进行开启，则：

开启初始阶段中，增大该阶段接入的可变电压源的电压值，可提高电磁阀启闭动态特性；反之，降低可变电压源的电压值，可降低电磁阀启闭动态特性；

开启阶段中，增大该阶段接入的可变电压源的电压值，可提高电磁阀启闭动态特性；反之，降低可变电压源的电压值，可降低电磁阀启闭动态特性；

关闭初始阶段中，降低该阶段接入的可变电压源的电压值，可提高电磁阀启闭动态特性；反之，增加可变电压源的电压值，可降低电磁阀启闭动态特性；

关闭阶段中，降低该阶段接入的可变电压源的电压值，可提高电磁阀启闭动态特性；反之，增大可变电压源的电压值，可降低电磁阀启闭动态特性。

作为本发明的优选方案，选择各阶段的接入电压源的电压值以达到最慢启闭动态特性；

其中，在开启初始阶段中，选择接入的可变电压源的电压值满足：1)电压方向与指定方向相反，2)电压数值为最大允许开启初始电压值|U_1max|，所述的最大允许开启电压值是所能达到的小于开启电压|U_开启|的电压数值中的最大值；

在开启阶段，选择接入的可变电压源的电压值满足：1)电压方向与指定方向相同，2)电压数值是最小允许开启电压值，所述的最小允许开启电压值是所能达到的大于开启电压|U_开启|的电压数值中的最小值；

关闭初始阶段中，选择接入的可变电压源的电压值为可调范围内的正向最大电压值；

关闭阶段中，选择接入的可变电压源的电压值满足：1)电压方向与指定方向相同，2)电压数值是最大允许关闭电压值，所述最大允许关闭电压值是小于|U_关闭|的电压数值中的最大值。

作为本发明的优选方案，选择各阶段的接入电压源的电压值以使电磁阀达到最快启闭动态特性；

其中，在开启初始阶段中，选择接入的可变电压源的输出电压值满足：1)电压方向与指定方向相同，2)电压数值为最大允许开启初始电压值|U_1max|，所述的最大允许开启电压值是所能达到的小于开启电压|U_开启|的电压数值中的最大值；

在开启阶段，选择接入的可变电压源的电压值为可调范围内的正向最大电压值；

关闭初始阶段中，选择接入的可变电压源的输出电压值满足：1)电压方向与指定方向相同，2)电压数值是最小允许关闭初始电压值|I_3min|，所述的最小允许关闭初始电压值是所能达到的大于关闭电压|U_关闭|的电压数值中的最小值；

关闭阶段中，选择接入的可变电压源的电压值为可调范围内的反向最大电压值。

本发明通过将单个电磁阀的工作周期划分为5个阶段，从而能使电磁阀根据开关信号做出电磁阀开闭动作的响应，满足电磁阀最基本的工作需求；其次，通过高速切换开关即可实现电磁阀启闭特性的调整，硬件系统简单，可靠性高。另外，本发明各阶段接入的电源源输出电压均独立可调，从而可以根据需求达到不同的开启特征调整和关闭特性调整，以满足控制工况对于启闭特性的各种需求；且不同周期下同一阶段的输出电压也可以调整，大大拓宽了高频电磁阀工作范围。

最后，针对更为高频的需求，本发明在将工作周期划分为5个阶段的前提下，进一步优化开启初始阶段和/或关闭初始阶段，在相应的阶段中增加电流维持阶段，缩短电流调整过程在整个周期中的时间占比，从而使电磁阀即使面对更高频的工作环境，也能满足用户对于启闭特性可调的需求。

附图说明

图1是实施例中5阶段方案对应的系统结构示意图；

图2是实施例中6阶段方案对应的系统结构示意图；

图3是实施例中7阶段方案对应的系统结构示意图；

图4是本发明5阶段方案控制信号和电流曲线图；

图5是本发明6阶段方案控制信号和电流曲线图；

图6是本发明7阶段方案控制信号和电流曲线图；

图7是开启阶段电磁阀最快动态特性和最慢动态特性对比图；

图8是关闭阶段电磁阀最快动态特性和最慢动态特性对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

一、硬件系统

如图1所示，本发明的可选硬件系统其组成可包括四个可变电压源1-4、一个零电压源5(零电压源可以理解为是输出始终为0电压的可变电压源)、高速切换开关6(包括一个第一触头6-0和5个电压源接触头6-1～6-5，5个电压源接触头分别连接4个可变电压源和零电压源)、电流检测器7、电磁阀8、压力传感系统10、位移传感器9、控制器11；

电磁阀的线圈通过电流检测器与高速切换开关相连；电磁阀各工作口与压力传感系统连接用于实时获取电磁阀各工作口的压力状态；电磁阀内安装有位移传感器用于获取电磁阀阀芯运动状态；所述的高速切换开关的第一接触头与电流检测器相连；控制器与高速切换开关相连并可控制第一接触头与任意电压源接触头相连；控制器与压力传感系统相连实时获取压力传感系统中的数据，控制器与位移传感器相连获得电磁阀完全打开和完全关闭的时刻。

位移传感器采用直线位移传感器，直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。

本实施例中的压力传感系统与电磁阀相连，由此实时获得电磁阀各工作口的压力状态。位移传感器与电磁阀相连，由此获得电磁阀运动状态，从而获得电磁阀完全打开和完全关闭的时刻。控制器与压力传感系统相连，所述控制器包括控制信号产生单元。控制信号的上升沿表示操作者希望电磁阀开启，控制信号高电位表示操作者希望电磁阀处于开启状态，控制信号下降沿表示操作者希望电磁阀关闭，控制信号低电位表示操作者希望电磁阀处于关闭状态。

控制器实时获得压力传感系统中的数据，从而计算出当前状态下的系统开启电流和关闭电流。控制器产生控制信号，即该控制信号由控制器本身产生，参与控制器内部计算和数字触发等运算。控制器实时获得位移传感器中的数据，即获得电磁阀完全开启和关闭的时刻。

为方便阐述，图1中将控制信号12画在控制器外面。该控制信号为频率和占空比均可调的方波。由于该控制信号为控制器本身产生，因此，控制器也能获知不同状态下的控制信号的占空比、频率、上升沿时刻和下降沿时刻，得知下一个周期的控制信号上升沿何时到来。

作为优选，所有可变电压源的输出电压范围是相同的，本实施例中所有可变电压的输出范围均为-24～24V，即最大输出电压数值为24V。

如图2和3所示，相比于图1所示的系统，图2和图3中增加了可变电压源的数量，同时高速切换开关的电压源接触头的数量也对应增加。图2和图3的方案分别对应6阶段和7阶段的方案，即每一阶段分配一个独立的可变电压源。这样整个电磁阀的周期内就完全由高速切换开关来实现电压源的接入，而无需通过调整可变电压源的输出电压数值来使一个电压源满足多个阶段的使用要求。

当然，不同的两个阶段或多个阶段接入的可变电压源也可以为同一个可变电压源，但作为多阶段共享的可变电压源，其在不同阶段的输出电压值应满足该阶段的电压控制需求。例如，在图1所示的方案中，可变电压源4和零电压源5可以合并为一个可变电压源A(即关闭阶段和关闭维持阶段共用一个可变电压源)，在图1方案中，当需要接入可变电压源4和零电压源5时，均选择让高速切换开关接入可变电压源A，但需要在不同阶段调整可变电压源A的输出，例如在关闭维持阶段需使可变电压源A输出零电压(充当零电压源的作用)，以保证相应阶段的控制需求。

二、电磁阀启闭特性调整方法

本文说明的基于电压源切换的电磁阀启闭特性调整方法是根据改变开启和关闭时的电磁阀运动滞后时间、开启和关闭时的电磁阀工作运动时间来改变电磁阀的启闭动态特性。以下介绍本发明相应调整方法下的最慢启闭特性方案和最快启闭特性方案。实际工作中，可根据对于启闭特性的需求，通过个阶段电压源的控制，使启闭特性可以在最慢启闭特性方案和最快启闭特性方案之间进行调整。

作为本发明最基础的电磁阀启闭特性调整方法，将电磁阀工作周期分为五个阶段：第一阶段为开启初始阶段、第二阶段为开启阶段，第三阶段为关闭初始阶段，第四阶段为关闭阶段、第五阶段为关闭维持阶段。

电磁阀的开启或关闭不受电磁阀线圈中电流方向的影响，仅与电流值有关，因此指定电流的其中一个方向为正，另一反向为负；电流、电压正值表示与指定方向同向，负值表示与指定方向反向。

方案1

如图1和图4左图所示，设当前电磁阀以正电流值进行开启(以负电流值进行开启时，原理和过程与以正电流值完全相同，只需电压和电流取相反的符号即可)，电磁阀达到最慢动态特性所采用的控制方法的步骤包括如下：

1)开启初始阶段

在控制信号上升沿到来之前，控制器根据当前线圈的电器参数和压力传感器中得到的数据算出在开启初始电压的作用下，电流从当前电流状态上升到开启初始电流的时间，为了控制方法的可行，一般可在这个时间的基础上延长5％～10％，将此时间作为第一阶段的时间。控制信号的上升沿到来时刻是第一阶段的结束时刻，控制器根据已经算得的第一阶段持续时间，可得出第一阶段的开始时刻，在开始时刻，控制器控制高速切换开关接入可变电压源1，可变电压源1输出负的最大允许开启初始电压值，该值＝负开启电压*β，其中β表示了硬件系统的控制精度，为了能稳定输出最大允许开启初始电压值，且保证在该脉冲电压作用下不至于发生电磁阀开启的情况，β一般可取为0.90-0.95；负开启电压＝负开始电流*线圈电阻。即开启初始电压方向为负向。在此电压作用下，电流下降至负的最大允许开启初始电流值。

2)开启阶段

控制信号上升沿到来时，进入第二阶段。控制器控制高速切换开关接入可变电压源2，可变电压源2输出最小允许开启电压值，最小允许开启电压值一般可取为1.05-1.1倍的开启电压值。在此电压作用下线圈电流上升到开启阶段电流，开启阶段电流略大于开启电流(开启电流*线圈电阻＝开启电压)，此时电磁阀开始打开，电流最终围绕在开启电流数值上做高频小幅波动，开启阶段电压持续至电磁阀完全打开；电磁阀完全打开时触发位移传感器，位移传感器获取电磁阀完全打开时的时刻；

其中，从控制信号上升沿时刻到线圈电流达到开启电流的时刻为开启运动滞后时间T_a；从线圈电流达到开启电流时刻至电磁阀完全打开的时刻为开启运动时间T_b；

3)关闭初始阶段

当电磁阀完全打开时，触发位移传感器，位移传感器将信号传递给控制器，控制器控制高速切换开关接入可变电压源3，可变电压源3输出正的最大电压值。在此电压的作用下线圈电流上升至最大的正向电流值，电流一直维持在关闭初始电流直到控制信号下降沿到来；

4)关闭阶段

控制信号下降沿到来时，进入第四阶段，控制器控制高速切换开关接入可变电压源4，可变电压源4输出最大允许关闭电压，最大允许关闭电压一般可取0.90-0.95倍的关闭电压值。在此电压作用下，线圈电流下降至略小于关闭电流数值(小于关闭电流5％～10％)，当线圈电流下降至关闭电流时电磁阀开始关闭，关闭阶段电压持续至电磁阀完全关闭；电磁阀完全关闭时触发位移传感器(4)，位移传感器(4)获取电磁阀完全关闭时的时刻；

其中，从控制信号下降沿时刻到线圈电流达到关闭电流的时刻为关闭运动滞后时间T_c；从线圈电流达到关闭电流的时刻至电磁阀完全关闭的时刻为关闭运动时间T_d；

5)关闭维持阶段

当电磁阀完全关闭时，位移传感器将信号传递给控制器，进入第五阶段，控制器控制高速切换开关接入零电压源5，零电压源5开始输出零电压。电流下降至零电流。直至下一个周期的到来，系统重复上述的步骤。

在本控制方案中，第一阶段的开启初始电流是能够保证电磁阀处于关闭状态的最大负电流值，这样就保证了在第二阶段中线圈电流从开启初始电流上升至正向开启电流的跨度最大；第二阶段中的驱动电压是开启阶段电压，其数值略大于开启电压数值，是能保证电流上升至开启电流的最小电压值，这使得电流从开启初始电流上升到开启电流的速率最小。上述两点结合，使得电流从开启初始电流上升到开启电流所用时间最长，即开启运动滞后时间(T_a)最长。

第二阶段中，开启电压是能否打开电磁阀的临界值。低于该电压，电流上升不到开启电流，电磁力无法克服阻力，电磁阀无法打开。因此当开启阶段电压略大于开启电压时，既能保证电流达到开启电流，电磁力大于阻力，能使电磁阀开启，同时又保证电磁阀以最长的时间打开，即开启运动时间(T_b)最长。

第三阶段驱动电压是关闭初始电压，接入正向的最大电压值，保证关闭初始电流上升到最大值。这样能够保证在第四阶段中从关闭初始电流下降至关闭电流的跨度最大；第四阶段中的驱动电压是关闭阶段电压，其值是保证电流能下降到关闭电流之下的最大电压值，这使得电流从关闭初始电流下降到关闭电流的速率最小。上述两点相结合，使得电流从关闭初始电流下降到关闭电流所用时间最长，即关闭运动滞后时间(T_c)最长。

电磁阀关闭运动时，电磁阀产生的电磁力是关闭运动的阻力，此时驱动电压越大，电磁阀关闭运动的阻力就越大，关闭运动时间越长。关闭电压是电磁阀能否关闭的临界值，当电压值大于关闭电压值，电流无法下降到关闭电流之下，电磁力大于阻力，电磁阀不能关闭。当关闭阶段电压值略小于关闭电压值时，既能保证线圈电流能下降到关闭电流之下，电磁力小于阻力，电磁阀可以关闭，也能保证电磁阀关闭过程中受到的合力最小，使关闭运动时间(T_d)最长。

方案2

当电磁阀工作在高频情况下时，单一周期的持续时间较短，此时图4左图所示方案可能因各电流调整过程持续时间较长而无法满足高频要求。此时，可在图4左图所示最慢控制方案的基础上，将开启初始阶段分为两个子阶段，即分为开启初始电流生成阶段和开启初始电流维持阶段。整个方案2相当于有6个阶段，如图5左图所示，其对应的硬件系统可选择如图2所示。

其设计思想是选用相比与图4左图输出电压值更大的电压源达到开启初始电流；而后在开启初始电流维持阶段，改变或调整接入的电压源以持续维持开启初始电流。开启初始电流维持阶段的时间可以根据需求调整，极限情况下甚至可缩短为接近0，这样整个开启初始阶段的所需时间相比于图4左图方案就缩短了，可以更好的满足高频需求。另外需要说明的是，由于开启初始电流(负的最大允许开启初始电流值)及其它阶段所要达到的电流未做变化，图4左图和图5左图所示的方案的开闭动态特性是完全一样的。

由于图4左图方案的其它阶段与图5左图一致，以下仅对图5左图所示的最慢启闭特性下的开启初始阶段做描述：

以图2系统为例，在开启初始阶段，首先，控制器控制高速切换开关接入可变电压源1-1，可变电压源1-1输出反向最大电压值，在此电压作用下，电流迅速下降至负的最大允许开启初始电流值-I_1max(可取为负开启电流(负开启电流*线圈电阻＝负开启电压)的90％～95％)。该过程中，由于驱动电压已知，目标电流已知，根据电磁阀的线圈参数，其持续时间是可计算的。

然后，通过控制高速切换开关接入可变电压源1-2，可变电压源1-2输出电压值为-I_1max*R(也可通过改变已接入的可变电压源1-1的电压值为-I_1max*R来实现，此时无需可变电压源1-2)，使线圈电流始终维持在负的最大允许开启初始电流-I_1max，其中R为电磁阀线圈电阻；由于最大允许开启初始电流值已知，根据电磁阀的线圈参数，可变电压源2输出电压值是可求的。

图6左图所示为进一步缩短关闭初始阶段所占时间的方案，其思想是在关闭初始电流生成阶段，选用相比与图5左图数值(绝对值)更大的电压以更快的速度达到关闭初始电流；而后在关闭初始电流维持阶段，调整接入电压以持续维持关闭初始电流。关闭初始电流维持阶段的时间可以根据需求调整，极限情况下甚至可缩短为0。由于图5左图所示方案在关闭初始阶段已经采用了最大输出电压值，因此图6左图所示方案与图5左图所示方案相同。

2.1最快启闭特性方案

方案1

如图1和图4右图所示，设当前电磁阀以正电流值进行开启，电磁阀达到最快周期所采用的控制方法的步骤包括如下：

1)开启初始阶段

在控制信号上升沿到来之前，控制器根据当前线圈的电器参数和压力传感器中得到的数据算出在开启初始电压的作用下，电流从零状态上升到开启初始电流的时间，为了控制方法的稳定可行，一般可在这个时间的基础上延长5％～10％，将此时间作为第一阶段的时间。控制信号的上升沿到来时刻是第一阶段的结束时刻。在控制信号上升沿到来之前，控制器根据已经算得的第一阶段持续时间，控制器控制高速切换开关接入可变电压源1，可变电压源1输出最大允许开启初始电压值，该值＝开启电压*β，其中β表示了硬件系统的控制精度，为了能稳定输出最大允许开启初始电压值，且保证在该脉冲电压作用下不至于发生电磁阀开启的情况，β一般可取为0.90-0.95；开启电压＝开始电流*线圈电阻。在此电压的作用下，电流上升至开启初始电流。

2)开启阶段

控制信号上升沿到来时，进入第二阶段。控制器控制高速切换开关接入可变电压源2，可变电压源2输出正向最大电压，在此电压作用下线圈电流调上升到开启电流，此时电磁阀开始打开，开启阶段电压继续维持，直到电磁阀完全打开；电磁阀完全打开时触发位移传感器，位移传感器获取电磁阀完全打开时的时刻；

3)关闭初始阶段

当电磁阀完全打开时，进入第三阶段。控制器控制高速切换开关接入可变电压源3，可变电压源3输出最小允许关闭初始电压，最小允许关闭初始电压一般为1.05-1.10倍的关闭电压，最小允许关闭初始电压是保证电流不会下降至关闭电流所能达到的最小电压值。线圈电流在最小允许关闭初始电压作用下下降到最小允许关闭初始电流(最小允许关闭初始电流略大于关闭电流)。此电压一直持续到控制信号下降沿到来。第三阶段的持续时间是第二阶段结束时刻至控制信号下降沿到来时刻之间的时间间隔。

4)关闭阶段

控制信号下降沿到来时，进入第四阶段，控制器控制高速切换开关接入可变电压源4，可变电压源4输出反向最大电压值。在此电压作用下线圈电流迅速下降到关闭电流并持续下降至零。当线圈电流小于关闭电流时，电磁阀开始关闭运动。由于第三阶段中电流已经达到了关闭初始电流，关闭初始电流略大于关闭电流，使得电流将在很短的时间内下降到关闭电流，即关闭运动滞后时间十分短暂。电磁阀在第四阶段电压作用下完全关闭。第四阶段的持续时间等于从第三阶段结束时刻至电磁阀完全关闭时刻的时间间隔。

5)关闭维持阶段

当电磁阀完全关闭时，位移传感器将信号传递给控制器，进入第五阶段，控制器控制高速切换开关接入零电压源5，零电压源5开始输出零电压。电流下降至零电流。直至下一个周期的到来，系统重复上述的步骤。

在上述最快控制策略中，由于第一阶段中电流已经到达了开启初始电流，即略小于开启电流，保证从开启初始电流上升至开启电流的跨度最小。第二阶段驱动电压是开启驱动电压，开启阶段电压是正向最大电压值。在第二阶段的开启阶段电压驱动下，保证线圈电流从开启初始电流上升到开启电流的时间最短，即开启运动滞后时间最短(T_a＇)。同时也保证了电磁阀开启运动中线圈电流增长速度最快，即电磁力增长的最快，保证了电磁阀开启运动时间(T_b＇)最短。

第三阶段的驱动电压略大于关闭电压，保证关闭初始电流略大于关闭电流，并且是能够达到的最小值。这保证了在第四阶段的负最大电压中线圈电流从关闭初始电流下降到关闭电流的时间最短，即关闭运动滞后时间(T_c＇)最短。

第四阶段的驱动电压是关闭阶段电压，是最大负电压值。电磁阀关闭运动中，电磁力是阻力，采用最大负电压能保证线圈电流最快速度达到零，使电磁力下降速度最快，使关闭运动中的合力达到最大值。从而保证电磁阀关闭运动时间(T_d＇)最短。

通过高频开关电压在不同阶段采用不同的驱动电压，使得高频电磁阀的启闭动态特性可以调节。调节使得高频电磁阀可满足使用者对高频电磁阀启闭动态特性的不同需求。大大拓宽了高频电磁阀工作范围。

方案2

当电磁阀工作在高频情况下时，单一周期的持续时间较短，此时图4右图所示方案可能因各电流调整过程持续时间较长而无法满足高频要求。此时，可在图4右图所示最快控制方案的基础上，将开启初始阶段分为两个子阶段，即分为开启初始电流生成阶段和开启初始电流维持阶段，并在开启初始电流生成阶段选用相比与图4右图数值更大的电压以更快的速度达到开启初始电流；而后在开启初始电流维持阶段。整个方案2相当于有6个阶段。由于开启初始电流(最大允许开启初始电流值)及其它阶段所要达到的电流未做变化，图2右图和图3右图所示的方案的开闭动态特性是完全一样的。

由于图5右图方案的其它阶段与图4右图一致，以下仅对图5右图所示的最快启闭特性下的开启初始阶段做描述：

采用如图2所示系统，在开启初始阶段，首先，控制器控制高速切换开关接入可变电压源1-1，可变电压源1-1输出正向最大电压值，在此电压作用下，电流迅速上升至最大允许开启初始电流值I_1max(可取为开启电流(开启电流*线圈电阻＝开启电压)的90％～95％)。该过程中，由于驱动电压已知，目标电流已知，根据电磁阀的线圈参数，其持续时间是可计算的。

然后，通过控制高速切换开关接入可变电压源1-2，可变电压源1-2输出电压值为I_1max*R(也可通过改变已接入的可变电压源1-1的电压值-I_1max*R来实现)，使线圈电流始终维持在负的最大允许开启初始电流I_1max，其中R为电磁阀线圈电阻；由于最大允许开启初始电流值已知，根据电磁阀的线圈参数，可变电压源1-2输出电压值是可求的。

方案3

当电磁阀工作在更为高频情况下时，单一周期的持续时间将更短，此时图4右图和图5右图所示方案可能均无法满足高频要求。此时，可在图5右图所示最慢控制方案的基础上，将关闭初始阶段分为两个子阶段，即分为关闭初始电流生成阶段和关闭初始电流维持阶段，在关闭初始电流生成阶段，选用相比与图5右图数值(绝对值)更大的电压输出以更快的速度达到关闭初始电流；而后在关闭初始电流维持阶段，调整接入电压值以持续维持关闭初始电流。整个方案3相当于有7个阶段。图4图6右图所示的方案的开闭动态特性是完全一样的。

由于图6右图方案的其它阶段与图5右图(最快启闭特性方案2)一致，以下仅对图6右图所示的最快启闭特性下的关闭初始阶段做描述：

采用如图3所示系统，在关闭初始阶段，首先，控制器控制高速切换开关接入可变电压源3-1，可变电压源3-1输出反向最大电压值，在此电压作用下，电流迅速下降至最小允许关闭初始电流值I_3min(可取为关闭电流的105％～110％)。该过程中，由于驱动电压已知，目标电流已知，根据电磁阀的线圈参数，其持续时间是可计算的。

然后，通过控制高速切换开关接入可变电压源3-2，可变电压源3-2输出电压值为I_3min*R(也可通过改变已接入的可变电压源3-1的电压值I_3min*R来实现)，使线圈电流始终维持在负的最小允许关闭初始电流值I_3min，其中R为电磁阀线圈电阻；由于最大允许开启初始电流值已知，根据电磁阀的线圈参数，可变电压源3-2输出电压值是可求的。

本发明中电磁阀的启闭动态特性调节范围是(T_a+T_b+T_c+T_d)至(T_a＇+T_b＇+T_c＇+T_d＇)。

图7中可看出，在电磁阀开启阶段，最快启闭动态特性中的开启滞后时间和开启运动时间(T_a’、T_b’)都远远短与最慢启闭动态特性中的开启滞后运动时间和开启运动时间(T_a、T_b)。

图8中可看出，在电磁阀关闭阶段，最快启闭动态特性中的关闭滞后时间关闭运动时间(T_c’、T_d’)都远远短与最慢启闭动态特性中的关闭滞后运动时间和关闭运动时间(T_c、T_d)。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。