專利名稱：一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工程機械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
挖掘機是常用的一種工程機械，其通常包括本體部分和臂架部分，本體部分包括行走體、旋轉(zhuǎn)體和二者之間的回轉(zhuǎn)裝置，臂架部分包括主臂、副臂和鏟斗。工作過程中，分別通過三個液壓缸控制主臂、副臂和鏟斗三者的旋轉(zhuǎn)角度，回轉(zhuǎn)裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)，三個液壓缸和回轉(zhuǎn)裝置均由液壓泵供給流量，因此，如何精確控制液壓泵的流量成為自動化精確控制挖掘機動作的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)有的挖掘機液壓泵的控制方法可以分為兩類一種是由操作手柄控制先導(dǎo)壓力，控制多路閥閥芯的位移，多路閥閥芯的位移變化控制泵的流量，如負反饋、負荷傳感系統(tǒng)。在此類控制方式中，液壓泵的流量控制需要經(jīng)過的環(huán)節(jié)較多，反應(yīng)不夠靈敏、存在滯后性，與挖掘機自動化控制所需的流量有較大的誤差。另一種挖掘機的液壓泵控制方式為由操作手柄控制先導(dǎo)壓力，如正反饋流量控制，先導(dǎo)壓力分為兩路一路控制多路閥閥芯的位移，進而控制挖掘機液壓缸的速度；另一路控制流量。在對此類挖掘機進行自動化控制時，由于先前挖掘機匹配過程中，先導(dǎo)壓力與所需的流量存在一定的誤差，同時由于挖掘機在多變的工況下(如主臂舉升合流或負載壓力過大產(chǎn)生泄流時)運行速度會發(fā)生改變。同時，當負荷變化時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，液壓泵的輸出流量的穩(wěn)定性無法保證。有鑒于此，亟待針對上述技術(shù)問題，對現(xiàn)有挖掘機的液壓泵控制系統(tǒng)和方法進行優(yōu)化設(shè)計，提高挖掘機液壓泵流量控制的準確性，保證液壓泵輸出流量的穩(wěn)定性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的為提供一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對工程機械的液壓泵流量的精確控制，保證液壓泵輸出流量的穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)工程機械較高精度地按照預(yù)定軌跡的運行。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，所述工程機械包括行走體，與所述行走體水平回轉(zhuǎn)連接的旋轉(zhuǎn)體，與所述旋轉(zhuǎn)體依次首尾豎直回轉(zhuǎn)連接的主臂、至少一個副臂，所述副臂末端連接有裝載部件，回轉(zhuǎn)裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)體、所述主臂、各個副臂和所述裝載部件每相鄰二者通過液壓缸驅(qū)動連接，所述液壓缸和回轉(zhuǎn)裝置均由液壓泵供給流量；所述液壓泵控制系統(tǒng)包括檢測裝置，用于獲取所述旋轉(zhuǎn)體、主臂、各個副臂和裝載部件的實際位姿參數(shù)；軌跡規(guī)劃器，用于根據(jù)所述工程機械預(yù)設(shè)目標位姿參數(shù)；控制器，設(shè)于所述檢測裝置、軌跡規(guī)劃器的輸出端，用于接收所述實際位姿參數(shù)和預(yù)設(shè)的目標位姿參數(shù)，獲取所述工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵的需求流量，根據(jù)所述需求流量輸出控制指令；執(zhí)行裝置，設(shè)于所述控制器的輸出端，用于接收所述控制指令，控制所述液壓泵的流量，以使所述液壓泵輸出所述需求流量。優(yōu)選地，所述檢測裝置為多個傾角傳感器，分別用于檢測所述主臂與重力的傾角、各個副臂與重力的傾角、裝載部件與重力的傾角、旋轉(zhuǎn)體和行走體的回轉(zhuǎn)軸線與重力在預(yù)設(shè)豎直平面內(nèi)的傾角，所述檢測裝置還包括檢測旋轉(zhuǎn)體相對于行走體的實際回轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)角度傳感器所述控制器包括DSP模塊，用于根據(jù)所述檢測裝置的檢測結(jié)果獲取各個液壓缸的實際長度，并根據(jù)液壓缸的實際長度和預(yù)設(shè)的目標長度差值、實際回轉(zhuǎn)角和目標回轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)角度差值獲取液壓泵需求流量、調(diào)整需求流量；所述控制器還包括按照DSP模塊的結(jié)果輸出相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號的寄存器；所述執(zhí)行裝置包括對PWM脈寬調(diào)制信號進行放大的電磁比例閥放大器和按照電磁比例閥放大器的結(jié)果輸出需求流量的流量控制閥。優(yōu)選地，所述控制器還用于根據(jù)上次控制過程中液壓泵的實際流量、目標流量獲取修正系數(shù)、修正需求流量。優(yōu)選地，還包括檢測所述液壓泵傾角的傾角檢測裝置和檢測所述液壓泵流量的流量檢測裝置；所述控制器還用于根據(jù)檢測到液壓泵的傾角和/或流量增大或減小當前傾角，以使所述液壓泵輸出所述修正需求流量。。優(yōu)選地，所述控制器還用于根據(jù)上次控制過程獲取流量系數(shù)和/或功率系數(shù)，將計算結(jié)果反饋給工程機械的軌跡規(guī)劃器，并根據(jù)所述流量系數(shù)和/或功率系數(shù)，增大或減小所述液壓缸的運行速度，以使所述液壓泵輸出所述需求流量。優(yōu)選地，還包括檢測所述液壓泵出口壓力的壓力檢測裝置； 所述控制器還用于根據(jù)所述出口壓力達到最大將所述液壓泵流量減到最小。優(yōu)選地，還包括檢測所述發(fā)動機油門開度的油門開度檢測裝置；所述控制器還用于根據(jù)所述油門開度獲取所述功率系數(shù)，并根據(jù)所述功率系數(shù)大于I減小泵的輸出流量、增大油門開度。優(yōu)選地，還包括所述控制器還用于根據(jù)所述需求量為零減小所述發(fā)動機油門至怠速狀態(tài)。優(yōu)選地，所述工程機械為挖掘機。本實用新型還提供一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其包括檢測裝置，用于獲取旋轉(zhuǎn)體、主臂、各個副臂和裝載部件的實際位姿參數(shù)；軌跡規(guī)劃器，用于根據(jù)工程機械預(yù)設(shè)目標位姿參數(shù)；控制器，設(shè)于檢測裝置、軌跡規(guī)劃器的輸出端，用于接收實際位姿參數(shù)和預(yù)設(shè)的目標位姿參數(shù)，獲取工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵的需求流量，根據(jù)需求流量輸出控制指令；執(zhí)行裝置，設(shè)于控制器的輸出端，用于接收控制指令，控制液壓泵的流量，以使液壓泵輸出需求流量。采用這種控制系統(tǒng)，通過控制器對實際位姿參數(shù)和目標位姿參數(shù)的比較和分析，能夠直接、準確地獲取工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵的需求流量，控制液壓泵的輸出流量，從而使挖掘機按照預(yù)定軌跡運行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本控制系統(tǒng)無需經(jīng)過操作手柄控制先導(dǎo)壓力，再由先導(dǎo)壓力控制泵的流量，或是由先導(dǎo)壓力控制多路閥，再由多路閥控制泵的流量，克服了由于中間環(huán)節(jié)相對過多而引起的響應(yīng)時間較長的缺點，大大提高了液壓泵流量控制的精度，實現(xiàn)了挖掘機的自動化控制。

圖1為本實用新型所提供液壓泵控制系統(tǒng)的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示液壓泵控制系統(tǒng)的控制流程框圖；圖3為與圖2對應(yīng)的液壓泵控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型所提供液壓泵控制系統(tǒng)的第二種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4所示液壓泵控制系統(tǒng)的控制流程框圖；圖6為圖3中的臂架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為第一夾角與第一油缸長度的對應(yīng)關(guān)系圖；圖8為第二夾角與第二油缸長度的對應(yīng)關(guān)系圖；圖9為第三夾角與第三油缸長度的對應(yīng)關(guān)系圖；圖10為實際回轉(zhuǎn)角和目標回轉(zhuǎn)角的差值與所需流量的對應(yīng)關(guān)系圖；圖11為本實用新型所提供液壓泵控制系統(tǒng)的又一種具體實施方式
的控制流程框圖；圖12為與圖11對應(yīng)的液壓泵控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖1至圖12中的附圖標記與部件名稱之間的對應(yīng)關(guān)系為檢測裝置I ;第一傾角傳感器11 ;第二傾角傳感器12 ;第三傾角傳感器13 ;第四傾角傳感器14 ;回轉(zhuǎn)角度傳感器15 ;壓力檢測裝置16 ;油門開度檢測裝置17 ;轉(zhuǎn)速檢測裝置
18;流量檢測裝置19 ;油泵傾角檢測裝置120 ；控制器2 ；DSP模塊21 ;寄存器22 ；執(zhí)行裝置3 ；電磁比例閥放大器31 ;流量控制閥32 ；液壓泵4 ；發(fā)動機5;本體10 ;回轉(zhuǎn)裝置101 ;行走體102 ;旋轉(zhuǎn)體103 ；臂架20 ;主臂201 ;副臂202 ;裝載部件203 ;第一液壓缸204 ;第二液壓缸205 ;第三液壓缸206。
具體實施方式
本實用新型的核心為提供一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，該控制方法和系統(tǒng)能夠提高液壓泵流量的精確度，實現(xiàn)工程機械準確地按照預(yù)定軌跡運行。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。[0056]請參考圖1至圖3，圖1為本實用新型所提供液壓泵控制系統(tǒng)的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示液壓泵控制系統(tǒng)的控制流程框圖；圖3為與圖2對應(yīng)的液壓泵控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。在一種具體實施方式
中，如圖1至3所示，本實用新型提供一種用于工程機械的液壓泵4控制系統(tǒng)，工程機械包括行走體102，與行走體102水平回轉(zhuǎn)連接的旋轉(zhuǎn)體103，回轉(zhuǎn)裝置101驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體103回轉(zhuǎn)，與旋轉(zhuǎn)體103依次首尾豎直回轉(zhuǎn)連接的主臂201、至少一個副臂202，副臂202末端連接有裝載部件203，旋轉(zhuǎn)體10 3、主臂201、各個副臂202和裝載部件203每相鄰二者通過液壓缸驅(qū)動連接，液壓缸和回轉(zhuǎn)裝置101均由液壓泵4供給流量；液壓泵4控制系統(tǒng)包括檢測裝置1，用于獲取旋轉(zhuǎn)體103、主臂201、各個副臂202和裝載部件203的實際位姿參數(shù)；軌跡規(guī)劃器6，用于根據(jù)操作者意圖預(yù)設(shè)工程機械目標位姿參數(shù)?？刂破?，設(shè)于檢測裝置1、軌跡規(guī)劃器6的輸出端，用于接收實際位姿參數(shù)和預(yù)設(shè)的目標位姿參數(shù)，獲取工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵4的需求流量Q，根據(jù)需求流量Q輸出控制指令；執(zhí)行裝置3，設(shè)于控制器2的輸出端，用于接收控制指令，控制所述液壓泵4的流量，以使所述液壓泵4輸出所述需求流量。如圖2所示，上述液壓泵控制系統(tǒng)采用如下步驟進行控制Sll :獲取旋轉(zhuǎn)體103、主臂201、各個副臂202和裝載部件203的實際位姿參數(shù)和預(yù)設(shè)的目標位姿參數(shù)；S12 :根據(jù)實際位姿參數(shù)和目標位姿參數(shù)，獲取工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵4的需求流量Q，根據(jù)需求流量Q輸出控制指令；S13 :根據(jù)需求流量Q輸出控制指令，控制液壓泵4的流量，以使所述液壓泵4輸出所述需求流量。采用這種控制系統(tǒng)，通過控制器2對實際位姿參數(shù)和目標位姿參數(shù)的比較和分析，能夠直接、準確地獲取工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵的需求流量，控制液壓泵的輸出流量，從而使挖掘機按照預(yù)定軌跡運行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本控制系統(tǒng)無需經(jīng)過操作手柄控制先導(dǎo)壓力，再由先導(dǎo)壓力控制泵的流量，或是由先導(dǎo)壓力控制多路閥，再由多路閥控制泵的流量，克服了由于中間環(huán)節(jié)相對過多而引起的響應(yīng)時間較長的缺點，大大提高了液壓泵4流量控制的精度，實現(xiàn)了挖掘機的自動化控制。請參考圖4和圖5，圖4為本實用新型所提供液壓泵控制系統(tǒng)的第二種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4所示液壓泵控制系統(tǒng)的控制流程框圖。具體的方案中，如圖4所示，檢測裝置I包括多個傾角傳感器，分別用于檢測主臂201與重力的傾角、各個副臂202與重力的傾角、裝載部件203與重力的傾角、旋轉(zhuǎn)體103與行走體102的回轉(zhuǎn)軸線與重力在預(yù)設(shè)豎直平面內(nèi)的傾角、該檢測裝置I還包括檢測旋轉(zhuǎn)體103相對于行走體102的實際回轉(zhuǎn)角θ R的回轉(zhuǎn)角度傳感器15 控制器2包括DSP模塊21，通過幾何空間轉(zhuǎn)換算法計算出各個液壓缸的實際長度，根據(jù)液壓缸的實際長度和預(yù)設(shè)的目標長度獲取液壓泵4的需求流量Q，減小需求流量Q的波動，再將需求流量除以發(fā)動機轉(zhuǎn)速，獲取調(diào)整需求流量；控制器2還包括按照DSP模塊的結(jié)果輸出相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號的寄存器22 ；執(zhí)行裝置3包括對PWM脈寬調(diào)制信號進行放大的電磁比例閥放大器31和按照電磁比例閥放大器31的結(jié)果輸出需求流量的流量控制閥32。采用上述控制系統(tǒng)，如圖5所示，其控制過程具體包括步驟S21 采用多個傾角傳感器檢測主臂201與重力的傾角、各個副臂202與重力的傾角、裝載部件203與重力的傾角、旋轉(zhuǎn)體103與行走體102的回轉(zhuǎn)軸線與重力在預(yù)設(shè)豎直平面(例如XOZ平面)內(nèi)的傾角，采用回轉(zhuǎn)角度傳感器15測量旋轉(zhuǎn)體103與行走體102之間的實際回轉(zhuǎn)角。下面以挖掘機為例，具體描述上述液壓泵控制系統(tǒng)的控制過程，挖掘機的裝載部件203為鏟斗，其副臂202的數(shù)目為一個，旋轉(zhuǎn)體103與主臂201之間設(shè)有第一液壓缸204、 主臂201與副臂202之間設(shè)有第二液壓缸205、副臂202和鏟斗之間設(shè)有第三液壓缸206。對于上述挖掘機，請參考圖6，圖6為圖3中的臂架20的結(jié)構(gòu)示意圖。首先建立三維坐標系如圖3所示，可以具體采用安裝于主臂201上的第一傾角傳感器11、安裝于副臂202上的第二傾角傳感器12、安裝于鏟斗上的第三傾角傳感器13、安裝于旋轉(zhuǎn)體103上的第四傾角傳感器14和安裝于回轉(zhuǎn)裝置101上的回轉(zhuǎn)角度傳感器15分別檢測主臂201與重力的第一傾角Q1、副臂202與重力的第二傾角θ2、鏟斗與重力的第三傾角θ3、旋轉(zhuǎn)體103與行走體102的回轉(zhuǎn)軸線與重力在豎直平面XOZ內(nèi)的第四傾角θ χ、旋轉(zhuǎn)體103與行走體102之間的實際回轉(zhuǎn)角Θ RO再計算連接旋轉(zhuǎn)體103與主臂201的第一液壓缸204的第一長度L1、連接主臂201和副臂202的第二液壓缸205的第二長度L2、連接副臂202和鏟斗的第三液壓缸206的第三長度L3。具體地，由第一傾角旋轉(zhuǎn)體103在平面XOZ上與第四傾角θχ，經(jīng)公式0U =Θ r θ χ+ Θ L01求出旋轉(zhuǎn)體103與主臂201的第一夾角Θ u ；其中θ ωι為主臂201角度補償數(shù)值。因為檢測角度Θ i與θ χ差值和Θ L1實際角度的不同，用補償數(shù)值Θ L01進行補償，同時也用來補償傾角傳感器的安裝誤差。同理，通過Θ L2 = θ 2- Θ ^ Θ ■求出主臂201和副臂202的第二夾角θ 2、通過θ 3 =Θ 3- θ 2+ θ L03求出副臂202和鏟斗的第三夾角Θ L3。進一步地，根據(jù)幾何學(xué)關(guān)系能夠求出第一夾角Θ u與第一長度L1的對應(yīng)關(guān)系，如圖7所不，第二夾角Θ u與第二長度L2的對應(yīng)關(guān)系,如圖8所不,第三夾角Θ u與第三長度L3的對應(yīng)關(guān)系，如圖9所示。獲取初級實際位姿參數(shù)后，只需根據(jù)對應(yīng)關(guān)系即可獲取各個液壓缸的長度。更近一步地，還可以將上述附圖制作成相應(yīng)的表以供控制過程中查詢使用，這樣能夠避免采用幾何學(xué)計算的方法進行大量的運算，加快控制過程的反應(yīng)速度，更進一步提高控制過程的效率。此外，上述回轉(zhuǎn)角91；可以通過安裝于回轉(zhuǎn)裝置上的回轉(zhuǎn)角度傳感器15直接獲取。上述液壓泵控制方法中的實際位姿參數(shù)可以包括初級位姿參數(shù)、中間位姿參數(shù)和終極位姿參數(shù)，例如圖3所示的挖掘機來說，該挖掘機的初級位姿參數(shù)可以具體為上述第一傾角Q1、第二傾角θ2、第三傾角θ3、第四傾角回轉(zhuǎn)角θκ;該挖掘機的中間位姿參數(shù)可以具體為第一夾角Qu、第二夾角Θ&第三夾角θ u和回轉(zhuǎn)角θκ;該挖掘機的終極位姿參數(shù)可以具體為第一長度L1、第二長度L2、第三長度L3和回轉(zhuǎn)角θκ。在上述獲取液壓缸長度的過程中，采用了傾角傳感器檢測初級位姿參數(shù)，然后通過空間轉(zhuǎn)換的算法較為準確地計算出上述終極位姿參數(shù)。可以想到，上述檢測液壓缸長度的方法并不僅限于上述方法，還可以通過長度傳感器直接檢測出各個液壓缸的長度。此外，還可以通過安裝于旋轉(zhuǎn)體103與主臂201連接樞軸上的第一角度傳感器、安裝于主臂201與副臂202連接樞軸上的第二角度傳感器、安裝于副臂202與鏟斗連接樞軸上的第三角度傳感器，分別用來測量第一夾角Qu、第二夾角Θ u和第三夾角，然后再通過第一夾角Gu、第二夾角Gce和第三夾角Θ u獲取液壓缸長度。由于挖掘機自動化控制通常都設(shè)有軌跡規(guī)劃器6，該軌跡規(guī)劃器6能夠通過當前挖掘機的實體參數(shù)和作業(yè)目標，直接預(yù)設(shè)目標位姿參數(shù)。與上述位姿參數(shù)相類似地，通過該軌跡規(guī)劃器6可以輸出初級目標位姿參數(shù)、中級目標位姿參數(shù)或者直接獲取終極目標位姿 參數(shù)。上述控制系統(tǒng)在步驟S21后執(zhí)行步驟S221 :根據(jù)各個液壓缸的實際長度和預(yù)設(shè)的目標長度的差值，再由實際回轉(zhuǎn)角和預(yù)設(shè)的目標回轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)角度差值，獲取液壓泵4的需求流量，再將需求流量除以工程機械的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，獲取調(diào)整需求流量；再執(zhí)行步驟S222 :按照步驟S221的結(jié)果輸出相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號。首先可以通過控制器2的運算獲取需求流量Q，其具體計算過程如下需求流量Q =第一液壓缸需求流量Q1+第二液壓缸需求流量Q2+第三液壓缸需求流量Q3+回轉(zhuǎn)需求流量QK。第一液壓缸需求流量Q1 =(目標液壓缸長度L1-實際液壓缸長度L1)*第一液壓缸面積A1 ；第二液壓缸需求流量Q2 =(目標液壓缸長度L2-實際液壓缸長度L2)*第二液壓缸面積A2 ；第三液壓缸需求流量Q3 =(目標液壓缸長度L3-實際液壓缸長度L3)*第三液壓缸面積A3 ；其中第一液壓缸面積A1、第二液壓缸面積A2、第三液壓缸面積A3在液壓缸收縮時為相對應(yīng)的液壓缸的活塞小端面積，在液壓缸伸長時為相對應(yīng)的活塞大端面積。請參考圖10，圖10為實際回轉(zhuǎn)角θκ、目標回轉(zhuǎn)角θκ的差值與回轉(zhuǎn)需求流量的對應(yīng)關(guān)系圖；當角度Λ 91；較小時與角度差值大小成正比，以保證與所需的運動相匹配，當角度Λ θκ較大時，由于液壓泵4流量的限制，流量被限制在一定的流量內(nèi)。由此，根據(jù)檢測到挖掘機實際回轉(zhuǎn)角θκ與目標回轉(zhuǎn)角θκ的差值求出Λ θκ，再根據(jù)差值Λ 絕對值大小按照圖10所示的關(guān)系得出回轉(zhuǎn)需求流量QK。求出上述需求流量Q后，還可以采用PID算法減小上述需求流量Q的波動，同時去除干擾引起的誤差。例如，當有旋轉(zhuǎn)的命令時所需要的流量較大，即泵的需求流量Q變化較大，此時就需要用PID算法使需求流量Q變化平穩(wěn)，這樣可以減小對泵的流量沖擊，提高泵的使用壽命。需要說明的是，上述減小上述需求流量Q的波動還可以通過別的方法，例如可以通過濾波和取平均值的方法。然后進一步對上述需求流量Q進行轉(zhuǎn)速調(diào)整。由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速隊會因為負載的不同而發(fā)生速度變化，因此當上述需求流量Q確定后，如果直接確定泵的傾角，會由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速隊的變化使泵的輸出流量隨之變化。為了對這種影響進行補償，可以在發(fā)動機5上安裝轉(zhuǎn)速傳感器，用來檢測發(fā)動機5的轉(zhuǎn)速隊，然后用上述需求流量Q除以發(fā)動機轉(zhuǎn)速隊，便得到可變排量液壓泵4每轉(zhuǎn)輸出排量。然后，以可變排量液壓泵4每轉(zhuǎn)輸出排量方法相應(yīng)比例來得出泵的傾角值，通過設(shè)置PMW脈寬調(diào)制信號的控制寄存器22，從而輸出相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號。步驟S222后執(zhí)行步驟S23，具體為·[0098]S231 :將PWM脈寬調(diào)制信號經(jīng)過電磁比例閥放大器31進行放大；S232 :將放大后的PWM脈寬調(diào)制信號輸出給液壓泵4的流量控制閥32，用以調(diào)整液壓泵4的傾角，實現(xiàn)對液壓泵4流量的控制。以上詳細介紹了對液壓泵4的流量的開環(huán)控制過程，事實上，上述液壓泵4的控制系統(tǒng)并不僅限于開環(huán)控制，還可以將其設(shè)置為閉環(huán)反饋控制。在另一種具體實施方式
中，控制器2還用于根據(jù)上次控制過程中液壓泵4的實際流量、目標流量獲取修正系數(shù)Kf =上次所需流量/完成流量,再獲取修正需求流量=調(diào)整需求流量*修正系數(shù)Kf，最后按照修正需求流量Q輸出對應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號，即在上述控制過程的步驟S221中獲取調(diào)整需求流量后還包括步驟S2211 :根據(jù)上次控制過程中液壓泵4的實際流量、目標流量獲取修正系數(shù)Kf =上次所需流量/完成流量，再獲取修正需求流量=調(diào)整需求流量*修正系數(shù)Kf。其中，根據(jù)公式Kf = Q/Qf來確定修正系數(shù)Kf，使液壓流量與實際需求匹配。其中Q為上個運算周期計算出的所需流量，Qf為完成流量Qf= Δ L1X A1+ Δ L2X A2+ Δ L3X A3+ Δ Θ RX qΔ L1為實際液壓缸長度L1在控制器一個運算周期內(nèi)變化值；Δ L2為實際液壓缸長度L2變化值；AL3為實際液壓缸長度L3變化值；Λ θ R為實際中央回轉(zhuǎn)中心角度θ R變化值。A1當Λ L1縮短時為主臂201液壓缸活塞小端面積，當Λ L1伸長時為主臂201液壓缸活塞大端面積。A2當Λ L2縮短時為副臂202液壓缸活塞小端面積，當Λ L2伸長時為副臂202液壓缸活塞大端面積。A3當Λ L3縮短時為鏟斗液壓缸活塞小端面積，當Λ L3伸長時為鏟斗液壓缸活塞大端面積。q為回轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體103做單位角度的旋轉(zhuǎn)運動所需的流量。上述流量修正系數(shù)Kf = Q/Qf,當Kf大于I時,表示流量不能夠完全滿足所需,為使流量能夠滿足要求就需要按Kf比例放大才能補償流量的不足；當Kf小于I時，表示流量供給大于所需，為使流量能夠滿足要求就需要按Kf比例縮小才能使流量減小滿足所需。這樣，電磁比例放大器31接收到的是按照修正需求流量輸出的對應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號，后續(xù)步驟按照修正需求流量控制液壓泵的流量，以實現(xiàn)對液壓泵4流量的補充，以進一步提聞控制精度。在另一種具體實施方式
中，控制器2還用于根據(jù)上次控制過程獲取流量系數(shù)和/或功率系數(shù)，將計算結(jié)果反饋給工程機械的軌跡規(guī)劃器6，并當所述流量系數(shù)大于第一預(yù)設(shè)值和/或功率系數(shù)大于第二預(yù)設(shè)值時，減小所述液壓缸的運行速度，以防止流量不足的情況，并能夠起到優(yōu)化軌跡的作用。當所述流量系數(shù)小于第一預(yù)設(shè)值且所述功率系數(shù)小于第二預(yù)設(shè)值時，增大所述液壓缸的運行速度。其中，流量系數(shù)KflOT = Q/Q祖，Q為需求流量，Qmax為液壓泵4的最大流量；當流量系數(shù)Kflow大于I時表示泵的需求流量Q大于泵的最大流量Qmax,此時泵的最大流量不能滿足挖掘機流量需求，該需求流量Q也可由油泵傾角值和發(fā)動機轉(zhuǎn)速值相乘并比例放大后得出。上述與流量系數(shù)Kflmt對應(yīng)的第一預(yù)設(shè)值通常設(shè)置為1，當然特殊情況下也可以為其他數(shù)值。功率系數(shù)Kp。· = Ppower/Pmax, Ppower為液壓泵4消耗的功率，液壓泵4的流量Q乘以泵的出口壓力P得出液壓泵4所消耗的功率Pp?！ぃ琍fflax為發(fā)動機5的在當前油門開度下的最大功率；當Kpotot大于I時，表明所需發(fā)動機5的功率已經(jīng)超過最大功率。為了使挖掘機最佳的工作狀態(tài)，上述功率系數(shù)Kpotot對應(yīng)的第二預(yù)設(shè)值通常設(shè)置為O. 8，當然特殊情況下也可以為其他數(shù)值。需要說明的是，上述功率系數(shù)Kp。■還可以通過別的方式獲取，例如可以設(shè)置轉(zhuǎn)速檢測裝置18檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速獲取功率系數(shù)Kpotct ;當精度要求不高時Pmax也可為發(fā)動機5的最大功率代替。
·[0113]在另一種具體實施方式
中，上述液壓泵4控制系統(tǒng)還包括檢測液壓泵4傾角的油泵傾角檢測裝置120和檢測液壓泵4流量的流量檢測裝置
19;控制器2還用于當檢測到液壓泵4的傾角和/或流量小于按照修正需求流量輸出所對應(yīng)的傾角和/或流量時，增大當前傾角；當檢測到液壓泵4的傾角和/或流量大于按照修正需求流量輸出所對應(yīng)的傾角和/或流量時，減小當前傾角，以使液壓泵輸出需求流量，增強控制精度。還可以進一步設(shè)置上述液壓泵4控制系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)。在另一種具體實施方式
中，上述控制系統(tǒng)還包括檢測液壓泵4出口壓力的壓力檢測裝置16，控制器2還用于當所述出口壓力達到最大時，將所述液壓泵4流量減到最小，實現(xiàn)壓力截斷功能。這樣，能夠減小溢流損耗，對挖掘機的液壓系統(tǒng)起到保護作用。并且，將此時液壓泵4壓力反饋給軌跡控制器2，如果最大壓力持續(xù)不變，表明挖掘機挖掘阻力太大，軌跡控制器2重新規(guī)劃軌跡，以避過障礙。在另一種具體實施方式
中，上述控制系統(tǒng)還包括檢測發(fā)動機油門開度的油門開度檢測裝置17，控制器2還用于根據(jù)發(fā)動機油門開度獲取功率系數(shù)Kp?！?，并當功率系數(shù)大于I時，減小泵的輸出流量，增大油門開度。即在輸出控制壓力之后包括如下步驟檢測發(fā)動機5的油門開度，獲取此時發(fā)動機5的功率系數(shù)Κρ?！?。當功率系數(shù)Kpotot大于I時，將流量控制器2轉(zhuǎn)移到防過載狀態(tài)，減小泵的流量，加大油門開度，防止發(fā)動機5熄火。需要說明的是，上述功率系數(shù)Κρ。■還可以通過別的方式獲取，例如可以設(shè)置轉(zhuǎn)速檢測裝置18檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速獲取功率系數(shù)Κρ?！ぁＴ诹硪环N具體實施方式
中，上述控制系統(tǒng)的控制器2還用于在需求流量為零時減小發(fā)動機5的油門至怠速狀態(tài)。即控制過程中增加怠速控制步驟，即當預(yù)設(shè)時間段內(nèi)，上述需求流量Q均為零時，將流量控制器2轉(zhuǎn)移到怠速模式，減小發(fā)動機5的油門，使挖掘機處于怠速模式，節(jié)省燃油。以上詳細介紹了液壓泵控制系統(tǒng)應(yīng)用于一個液壓泵4控制所有液壓缸流量的挖掘機，下面介紹上述液壓泵應(yīng)用于包括兩個液壓泵4的挖掘機的控制過程。請參考圖11和圖12，圖11為本實用新型所提供液壓泵控制系統(tǒng)的又一種具體實施方式
的控制流程框圖；圖12為與圖11對應(yīng)的液壓泵控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。[0122]在另一種具體實施方式
中，如圖11和圖12，上述挖掘機可以包括兩個液壓泵，SP第一液壓泵4a與第二液壓泵4b，第一液壓泵4a提供流量給第一液壓缸204、第三液壓缸206，泵4b提供流量給第二液壓缸205、回轉(zhuǎn)裝置101，泵出口壓力檢測裝置有兩個16a、16b，電磁比例閥放大器3la、31b，泵的流量控制閥有32a、32b。這種雙液壓泵4的控制系統(tǒng)大部分控制過程與上述單液壓泵4的控制過程相似，其控制過程主要包括如下步驟S31 :獲取旋轉(zhuǎn)體103、主臂201、副臂202和裝載部件203的預(yù)設(shè)的目標位姿參數(shù)和實際位姿參數(shù)；S32:根據(jù)實際位姿參數(shù) 和目標位姿參數(shù)，分別獲取工程機械按照目標軌跡運行時第一液壓泵4a的第一需求流量Qa、第二液壓泵4b的第二需求流量Qb，根據(jù)第一需求流量Qa、第二需求流量Qb輸出控制指令；S33 :接收控制指令，將第一需求流量Qa輸出給第一液壓泵4a、第二需求流量Qb輸出個第二液壓泵4b。其中，個別參數(shù)的計算方法與上述單液壓泵的工程機械有所差別第一需求流量Qa =第一液壓缸需求流量Q1+第三液壓缸需求流量Q3 ;第二需求流量Qb =第二液壓缸需求流量Q2+旋轉(zhuǎn)馬達需求流量Qk修正系數(shù)Kfa — Qa/QfaJ Qfa — Δ L1X A1+ Δ L3 X A3修正系數(shù)Kfb = Qb/Qfb, Qfb = Δ L2XA2+ Δ Θ RXq其中Qfa和Qfb為挖掘機檢測到相應(yīng)泵實際完成的流量。Λ L1為實際液壓缸長度L1在流量挖掘機一個運算周期內(nèi)變化值，Λ L2為實際液壓缸長度L2變化值，Λ L3為實際液壓缸長度L3變化值，Λ θκ為實際中央回轉(zhuǎn)中心角度01；變化值。第一流量系數(shù)Kaflmt =第二液壓泵4a的需求流量Qa/泵的最大流量QMxa。第二流量系數(shù)Kb flow =第二液壓泵4b的需求流量Qb/泵的最大流量Qmxbo同上述單泵實施例，Pmax為發(fā)動機5的在一定油門開度下的最大功率；。兩個液壓泵4所消耗的功率第一液壓泵4a的流量Qa乘以泵的出口壓力Pa得出第一液壓泵4a所消耗的功率Pa power,第二液壓泵4b的流量Qb乘以泵的出口壓力Pb得出第二液壓泵4b所消耗的功率Pbp?！?。功率系數(shù)Kpmrer = (Papower+Pbp0wer) /Pmax需要說明的是，上述功率系數(shù)Kp?！鲞€可以通過別的方式獲取，例如可以設(shè)置轉(zhuǎn)速檢測裝置18檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速獲取功率系數(shù)Kpmct ；當精度要求不高時Pmax也可為發(fā)動機5的最大功率代替。根據(jù)上次控制過程獲取流量系數(shù)KaflOT、Kbflmt和/或功率系數(shù)Kp。■，將計算結(jié)果反饋給工程機械的軌跡規(guī)劃器6，并當所述流量系數(shù)大于第一預(yù)設(shè)值和/或功率系數(shù)大于第二預(yù)設(shè)值時，減小所述液壓缸的運行速度，當所述流量系數(shù)小于第一預(yù)設(shè)值且所述功率系數(shù)小于第二預(yù)設(shè)值時，增大所述液壓缸的運行速度；最后PWM輸出分為兩路,分別控制第一液壓泵4a和第二液壓泵4b。需要說明的是，上文僅以挖掘機為例介紹了上述液壓泵控制系統(tǒng)的具體控制過程，實際上，上述液壓泵控制系統(tǒng)并不僅限用于挖掘機，還可以用于叉車、混凝土泵車等多種工程機械。[0141]以上對本實用新型所提供的一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，所述工程機械包括行走體(102)，與所述行走體(102)水平回轉(zhuǎn)連接的旋轉(zhuǎn)體(103)，與所述旋轉(zhuǎn)體(103)依次首尾豎直回轉(zhuǎn)連接的主臂(201)、至少一個副臂(202)，所述副臂(202)末端連接有裝載部件(203)，回轉(zhuǎn)裝置 (101)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體(103)回轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)體(103)、所述主臂(201)、各個副臂(202)和所述裝載部件(203)每相鄰二者通過液壓缸驅(qū)動連接，所述液壓缸和回轉(zhuǎn)裝置(101)均由液壓泵(4)供給流量；其特征在于，所述液壓泵控制系統(tǒng)包括檢測裝置(I)，用于獲取所述旋轉(zhuǎn)體(103)、主臂(201)、各個副臂(202)和裝載部件(203)的實際位姿參數(shù)；軌跡規(guī)劃器￠)，用于根據(jù)所述工程機械預(yù)設(shè)目標位姿參數(shù)；控制器(2)，設(shè)于所述檢測裝置(I)、軌跡規(guī)劃器(6)的輸出端，用于接收所述實際位姿參數(shù)和預(yù)設(shè)的目標位姿參數(shù)，獲取所述工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵(4)的需求流量，根據(jù)所述需求流量輸出控制指令；執(zhí)行裝置(3)，設(shè)于所述控制器(2)的輸出端，用于接收所述控制指令，控制所述液壓泵(4)的流量，以使所述液壓泵(4)輸出所述需求流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置(I)為多個傾角傳感器，分別用于檢測所述主臂(201)與重力的傾角、各個副臂(202)與重力的傾角、裝載部件(203)與重力的傾角、旋轉(zhuǎn)體(103)和行走體(102) 的回轉(zhuǎn)軸線與重力在預(yù)設(shè)豎直平面內(nèi)的傾角，所述檢測裝置(I)還包括檢測旋轉(zhuǎn)體(103) 相對于行走體(102)的實際回轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)角度傳感器(15)所述控制器(2)包括DSP模塊，用于根據(jù)所述檢測裝置(I)的檢測結(jié)果獲取各個液壓缸的實際長度，并根據(jù)液壓缸的實際長度和預(yù)設(shè)的目標長度差值、實際回轉(zhuǎn)角和目標回轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)角度差值獲取液壓泵(4)需求流量、調(diào)整需求流量；所述控制器(2)還包括按照 DSP模塊的結(jié)果輸出相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制信號的寄存器(22)；所述執(zhí)行裝置(3)包括對PWM脈寬調(diào)制信號進行放大的電磁比例閥放大器(310和按照電磁比例閥放大器(31)的結(jié)果輸出需求流量的流量控制閥(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器(2)還用于根據(jù)上次控制過程中液壓泵(4)的實際流量、目標流量獲取修正系數(shù)、修正需求流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括檢測所述液壓泵(4)傾角的傾角檢測裝置(120)和檢測所述液壓泵(4)流量的流量檢測裝置(19)；所述控制器(2)還用于根據(jù)檢測到液壓泵(4)的傾角和/或流量增大或減小當前傾角，以使所述液壓泵(4)輸出所述修正需求流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器(2)還用于根據(jù)上次控制過程獲取流量系數(shù)和/或功率系數(shù)，將計算結(jié)果反饋給工程機械的軌跡規(guī)劃器，并根據(jù)所述流量系數(shù)和/或功率系數(shù)，增大或減小所述液壓缸的運行速度，以使所述液壓泵(4)輸出所述需求流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括檢測所述液壓泵(4)出口壓力的壓力檢測裝置(16)；所述控制器(2)還用于根據(jù)所述出口壓力達到最大將所述液壓泵(4)流量減到最小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括檢測所述發(fā)動機油門開度的油門開度檢測裝置(17)；所述控制器(2)還用于根據(jù)所述油門開度獲取所述功率系數(shù)，并根據(jù)所述功率系數(shù)大于I減小泵的輸出流量、增大油門開度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括所述控制器(2)還用于根據(jù)所述需求量為零減小所述發(fā)動機油門至怠速狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，其特征在于，所述工程機械為挖掘機。
專利摘要本實用新型公開了一種用于工程機械的液壓泵控制系統(tǒng)，包括用于獲取所述旋轉(zhuǎn)體、主臂、各個副臂和裝載部件的實際位姿參數(shù)的檢測裝置；用于根據(jù)所述工程機械預(yù)設(shè)目標位姿參數(shù)的軌跡規(guī)劃器；設(shè)于所述檢測裝置、軌跡規(guī)劃器的輸出端的控制器，用于接收所述實際位姿參數(shù)和預(yù)設(shè)的目標位姿參數(shù)，獲取所述工程機械按照目標軌跡運行時液壓泵的需求流量，根據(jù)所述需求流量輸出控制指令；以及設(shè)于所述控制器的輸出端的執(zhí)行裝置，用于接收所述控制指令，控制所述液壓泵的流量，以使所述液壓泵輸出所述需求流量。采用這種控制系統(tǒng)，能大大提高了液壓泵流量控制的精度，實現(xiàn)了挖掘機的自動化控制。
文檔編號E02F9/22GK202831050SQ20122050984
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者張國軍 申請人:張國軍