基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法及装置

本发明涉及电磁阀状态测量与故障监测，尤其涉及一种基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法及装置。

背景技术：

1、电磁阀是电液控制系统中的关键执行元件，其通过电磁能、机械能和液压能的耦合转换来调节流路与流量，广泛应用于燃油喷射、车辆制动、工程机械、船舶动力系统及数字液压等领域。其开启响应时间表征了由电流建立、电磁力形成、机械负载平衡及阀芯运动共同决定的瞬态过程。因此，可靠测量该参数对于评价阀动态特性、标定控制参数和监测运行状态至关重要。根据是否直接测量阀芯或动铁芯位移，现有方法可分为直接测量和间接测量。直接测量包括利用探针或线性可变差动变压器（lvdt）的接触式位移测量，以及利用激光或电涡流传感器的非接触式测量；间接测量则通过压力或流量、振动或线圈电流响应判断开启状态。

2、位移测量能够为阀芯或动铁芯运动提供最直接的参考。激光传感器可用于记录阀芯位移，并验证基于电流的识别或估计方法。电涡流传感器则可实现电液阀的非接触式位移测量。此外，也可将接触式探针或lvdt与运动部件机械连接以获取其位移。激光测量需要稳定的光路和可见的测量窗口；电涡流探头需要专用安装空间，并可能受到温度、压力、被测目标材料特性和电磁干扰的影响。接触式方法能够获得完整的运动轨迹，但需要改装阀体，且附加的探针或连杆可能增加运动质量并改变原有动态特性。对于由大瞬态电流驱动的电磁阀，线圈漏磁和动铁芯运动还可能在测得的位移中产生显著尖峰误差。

3、基于压力或流量的方法利用阀口开启所引起的液压或气动响应推断阀状态。该类方法无需直接接触运动部件，因此不必改动内部运动组件。然而，测得的响应同时受到腔体容积、流体可压缩性、管路传播、阀口几何形状及传感器动态特性的影响。因此，识别出的时刻可能滞后于阀芯实际运动，并且可能需要针对具体液压回路和传感器布置进行标定。

4、因此，如何在不改变电磁阀原有结构、不增加阀芯运动负载的前提下，实现阀芯开启响应时间的非侵入式准确测量，是电磁阀动态性能测试领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法及装置，用以实现电磁阀开启响应时间的稳定、准确和非侵入式测量的目的。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，包括：

3、采集电磁阀驱动电路的控制信号，并在所述控制信号触发后同步采集线圈电流信号；

4、以所述控制信号的触发时刻作为时间基准，在所述线圈电流信号中截取固定观测窗口；

5、基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量；所述多维电流特征向量包括净电流建立速率、电流累积激励、初始电流建立速率、早期电流累积激励和电流波动；

6、将所述多维电流特征向量输入至岭回归模型中，得到所述岭回归模型预测的电磁阀开启响应时间。

7、在一种可能的实现方式中，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

8、基于所述固定观测窗口内的电流信号的平均导数，确定所述净电流建立速率。

9、在一种可能的实现方式中，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

10、基于所述固定观测窗口内的电流信号的平方积分，确定所述电流累积激励。

11、在一种可能的实现方式中，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

12、基于所述触发时刻后的第一时长内的平均电流上升速率，确定所述初始电流建立速率。

13、在一种可能的实现方式中，所述初始电流建立速率的表达式如下：

14、

15、其中，表示初始电流建立速率，表示触发时刻，表示触发时刻的电流。

16、在一种可能的实现方式中，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

17、基于所述触发时刻后的第二时长内的电流积分，确定所述早期累积电流。

18、在一种可能的实现方式中，所述早期累积电流的表达式如下：

19、

20、其中，表示早期累积电流，表示触发时刻，表示电流。

21、在一种可能的实现方式中，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

22、基于所述固定观测窗口内的电流信号的标准差，确定所述电流波动。

23、第二方面，本发明还提供一种基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测装置，包括：

24、采集单元，用于采集电磁阀驱动电路的控制信号，并在所述控制信号触发后同步采集线圈电流信号；

25、截取单元，用于以所述控制信号的触发时刻作为时间基准，在所述线圈电流信号中截取固定观测窗口；

26、提取单元，用于基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量；所述多维电流特征向量包括净电流建立速率、电流累积激励、初始电流建立速率、早期电流累积激励和电流波动；

27、预测单元，用于将所述多维电流特征向量输入至岭回归模型中，得到所述岭回归模型预测的电磁阀开启响应时间。

28、第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括数据采集器、存储器和处理器，其中，

29、所述数据采集器、所述存储器和所述处理器通信连接；

30、所述数据采集器，用于采集电磁阀驱动电路的控制信号，并在所述控制信号触发后同步采集线圈电流信号；

31、所述存储器，用于存储程序；

32、所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述任意实现方式中所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法中的步骤。

33、本发明的有益效果是：本发明提供的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法及装置，在控制信号触发后同步采集线圈电流信号，不需要在阀芯、衔铁等运动部件上安装位移传感器，以控制信号的触发时刻作为时间基准，在线圈电流信号中截取固定观测窗口，基于固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，在不直接测量阀芯位移的条件下根据多维电流特征向量，建立岭回归模型实现电磁阀开启响应时间的高精度估计，在不改变电磁阀原有结构、不增加阀芯运动负载的前提下，实现了阀芯开启响应时间的稳定、准确和非侵入式测量。

1.一种基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

3.根据权利要求1所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

4.根据权利要求1所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

5.根据权利要求4所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，所述初始电流建立速率的表达式如下：

6.根据权利要求1所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

7.根据权利要求6所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，所述早期累积电流的表达式如下：

8.根据权利要求1所述的基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测方法，其特征在于，所述基于所述固定观测窗口内的电流信号，提取多维电流特征向量，包括：

9.一种基于多维电流特征的电磁阀开启响应时间预测装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括数据采集器、存储器和处理器，其中，