CN1010969B - 负载敏感液压驱动回路的控制系统 - Google Patents

Abstract

负载敏感液压驱动回路的控制系统包括：第一检测装置，以检测液压泵的输出压力和多个液压致动器中最大负载压力之间的压差；第二检测装置，以检测泵的输出压力；第一装置，计算压差目标排量QΔP；第二装置，计算泵的输入限制目标排量QT；第三装置，控制泵的排量不超过QT，以及第四装置，计算补偿值Qns，控制压力补偿流量控制阀。

Description

本发明涉及液压机械（如液压挖掘机、液压起重机）的负载敏感液压驱动回路，这些机械都装有多个液压致动器，更具体地说，涉及负载敏感液压驱动回路的控制系统，其设计是用补偿压力的流量控制阀控制提供给液压致动器的流体的流量，同时保持液压泵的输出压力比液压驱动器中的最大负载力高一个预定值。

近来，在液压挖掘机和起重机这类有多个液压致动器的液压机械中使用了负载敏感液压驱动回路。

液压驱动回路包括：连在液压泵和每个液压致动器之间的压力补偿流量控制阀，用来根据从控制连杆来的操作信号控制提供给液压致动器的流体的流量;负载敏感调节器，用来保持液压泵的输出压力比液压驱动器中的最大负载压力高一个预定值。压力补偿流量控制阀具有压力补偿功能，使流量恒定，不受负载压力的变化或压力泵输出压力的变化的影响，这样，正比于每一控制连杆操作量的流量被提供给相关的液压致动器。因此，当多个液压致动器以组合状态工作时，保证了各自的独立运行。负载敏感调节器的功能是恒定地维持液压泵的输出压力处于相应于液压致动器中最大负载压力的下限，以节约能源。

但是上述负载敏感液压驱动回路，特别是负载敏感控制，有下述问题。

更具体地说，液压泵的可变位移排量是由其位移，即在斜盘型的情况下是斜盘的倾角，和泵的转速的乘积决定的。斜盘的倾角越大，泵的排量就越大。斜盘的倾角有一个由泵结构决定的上限，在此上限的排量也达极大。但是泵是由一个原动机驱动的，如果泵的输入力矩超过原动机的输出力矩，原动机的转速将减少，在最坏的情况下甚至无法转动。因此，为避免此情况，通常在泵上装一个输入力矩调节器，以限止斜盘的最大倾角，这样泵的输入力矩将不超过原动机的输出力矩，从而随着输入力矩极限控制也控制了泵的排量。

如上所述，液压泵有一个由泵结构决定的最大排量和一个被输入力矩极限控制所限制的最大排量，总之，泵的排量有个上限，即可达到的最大排量。

因此，当联合操作时由各自的控制连杆操纵的多个致动器要求的总流量超过了泵可达到的最大排量时，即使泵受到负载敏感控制，也无法更多地增加排量（倾角）。换句话说，泵的排量已饱和了。因而泵的输出压力减少，不再能维持在比最大负载压力高一个预定量。这样使泵的排量大多流向较低压力的致动器，而液压流体不能提供给较高压力的致动器，产生了多个致动器不能顺利进行联合操作的问题。

为解决上述问题，DE-AI-3422165（相应于日本公开专利6011706）建议了这样一种回路装置：将一对相对的操纵室加到每一压力补偿流量控制阀的压力平衡阀上，泵的输出压力引向处在“阀开”方向的操纵室，而多个致动器中间最大的负载压力引向另一个处在“阀闭”方向的操纵室。回路这样布置后，当由各自的控制连杆操纵的多个致动器要求的总流量超过了液压泵的最大排量时， 各压力平衡阀的节流阀开口以相同的比例按泵的输出压力的减少而减小，从而通过各自的流量控制阀的流量相应于其节流开口（需要的流量）的比受到限止。所以，液压流体也能可靠地提供给高压力的致动器，以确定地实现联合操作。

压力补偿流量控制阀决定了通过该阀到所连液压致动器的可消耗流量，它是根据从控制连杆来的操作信号给出的流量控制阀的节流开口控制值和作用于压力平衡阀的跨越流量控制阀的压差控制值决定的，并且控制流量控制阀的节流开口和压力平衡阀两者，使得通过压力补偿流量控制阀的流量（即由液压致动器消耗的流量）等于可消耗流量。在上述现有技术中，跨越流量控制阀的压差控制值以液压的方式直接作用在压力平衡阀上，使得液压泵输出的压力和液压致动器中间的最大负载压力从相反的方向引到压力平衡阀上，使两者之间的压差作用在压力平衡阀上。这样做了之后，作用于所有压力平衡阀上的压差控制值都限于补偿（减少）所有液压致动器总的可消耗流量。这减少了致动器实际消耗的流量。因此，在本说明书中称这种控制为总可消耗流量补偿控制。应注意，在上述现有技术的总可消耗流量补偿控制中，泵输出压力和最大负载压力之间的压力差是按液压泵的实际输出压力小于由控制连杆操纵的所需流量的量来减少的，因此总可消耗流量总是和液压致动器消耗的实际总流量一致的。

但是，在前面的现有技术中，因为压力补偿流量控制阀是直接根据泵输出压力和最大负载压力之差来进行总可消耗流量补偿控制的，所以当泵的输出压力减小时，就同时出现液压泵的负载敏感控制和压力补偿流量控制阀的总可消耗流量补偿控制。这就带来了下述问题。

更具体地说，负载敏感控制是控制泵的排量以维持压差恒定，当液压泵的排量控制是通过各种不同机械来进行时，负载敏感控制的响应速度比总可消耗流量补偿控制的响应速度要慢。因此当操纵控制连杆，开始向致动器提供液压流体或增加液压流体的供应量的时刻，泵的输出压力减少时，在负载敏感控制开始增加泵的排量之前，在总可消耗流量补偿控制下，通过压力补偿流量控制阀的流量开始受到限止。这在过渡阶段产生了问题：即使想操纵控制连杆增加流量，也不能增加提供给致动器的流量，可操作性受到损害。

在相似的情况下，可能重复地发生：在通过流量控制阀的流量在总可消耗流量补偿控制下受到限制以后，在负载敏感控制下增加泵排量以提高泵输出压力，然后去掉总可消耗流量补偿控制以增加通过流量控制阀的流量，使泵的输出压力减小，此后在负载敏感控制开始增大泵排量之前，在总可消耗流量补偿控制下限制通过流量控制阀的流量。换句话说，负载敏感控制和总可消耗流量补偿控制互相干扰，从而导致振荡现象（hunting    phenomenon）。

本发明的目的是提供一种负载敏感液压驱动回路的控制系统，即使在液压泵的排量饱和的情况下，也能进行压力补偿流量控制阀的总可消耗流量补偿控制，它能保证极好的可控制性，并提供没有振荡现象的稳定控制。

为实现上述目的，根据本发明提供一种负载敏感液压驱动回路的控制系统，包括：至少一个液压泵;多个用该泵输出的液压流体驱动的液压致动器，以及连接在泵和每一致动器之间的压力补偿流量控制阀，用来根据从控制装置来的操作信号控制提供给每一致动器的液压 流体的流量，其中该控制系统包括：

第一检测装置，用来检测液压泵输出压力和多个液压致动器中间最大负载压力之间的压力差;

第二检测装置，用来检测泵的输出压力;

第一装置，用来基于第一探测装置的压力差信号计算泵的压差目标排量QΔP，以维持压差恒定;

第二装置，用来基于第二探测装置的至少一个压力信号和对泵预置的输入限制函数，计算泵的输入限制目标排量QP;

第二装置，用来选择压差目标排量QΔP和输入限制目标排量QQT中的一个，作为泵的排量目标值Q₀，然后控制泵的排量，使得该排量不超出输入限制目标排量QT;以及

第四装置，当第三装置选择输入限制目标排量QT后，至少用来基于输入限制目标排量QT和压差目标排量QΔP，计算补偿值Qns，以限制致动器的总可消耗流量，然后根据该补偿值Qns控制压力补偿流量控制阀。

第四装置可以基于补偿值Qns控制压力补偿流量控制阀的压力平衡阀。用另一种方法，第四装置可以从补偿值Qns计算一个操作信号修改因子α，用该操作信号修正因子α修正从控制装置来的操作信号，并用修正后的操作信号控制压力补偿流量控制阀。

第三装置可以选择压差目标排量QΔP和输入限制目标排量QT之中的较小者作为泵的排量目标值Q₀。用另一种方法，当补偿值Qns为零时，第三装置可以选择压差目标排量QΔP作为泵的排量目标值Q₀，当补偿Qns不是零时，可以选择输入限制目标排量 QT作为泵的排量目标值Q₀。

第四装置可以包括加法器装置，确定目标排量偏差ΔQ作为压差目标排量QΔP和输入限制目标排量QT之间的偏差，并至少用该目标排量偏差ΔQ计算补偿值Qns。

在这种情况下，第四装置可进一步包括积分型计算装置，从目标排量偏差ΔQ计算补偿值Qns的增量ΔQns，以使该偏差为零，然后把增量ΔQns加到前面计算的补偿值Qns^-1上，以决定补偿值Qns;以及当补偿值Qns为负值时，产生Qns＝0的限止器装置。

第一装置可以包括加法器装置，以计算从第一探测装置来的压差信号和预置的目标压差之间的压差偏差ΔP′。并且第四装置还可进一步包括滤波器装置，用来当压差偏差ΔP′为正时输出零值，当压差偏差ΔP′为负时输出等于ΔP′的ΔP″;选择器装置，用来当目标排量偏差ΔQ为负时选择滤波装置的输出ΔP″，当目标排量偏差ΔQ为正时选择加法装置的输出ΔP′;以及计算装置，用来从选择装置选出的ΔP″或ΔP′计算补偿值Qns。

第四装置可以计算补偿值Qns和预置的偏置值之间的偏差，然后输出一个结果值Qnso作为最终补偿值。

而且第一装置可以包括一个积分型计算装置，它基于从第一探测装置来的压差信号计算压差目标排量QΔP的增量ΔQΔP，以维持压差恒定，然后把增量ΔQΔP加到前面计算的压差目标排量Q^-1 ₀上，以决定压差目标排量QΔP;第二装置可包括一个积分型计算装置，它计算输入限制目标排量QT的增量ΔQPs，以控制从第二探 测装置来的压力信号达到由液压泵的输入限制函数得到的目标输出压力Pr，然后把增量ΔQPs加到前面计算的输入限制目标排量Q^-1 ₀上，以决定输入限制目标排量QT;第三装置可以包括选择压差目标排量QΔP的增量ΔQΔP和输入限制目标排量QT的增量ΔQPs之中的一个的装置，以选择压差目标排量QΔP和输入限制目标排量QT之中的一个。

此外，第二装置的输入限制函数可以是一个具有泵的输出压力和输入限制目标排量之一作为参数的输入力矩限制函数;第二装置可以基于第二检测装置的压力信号和输入力矩限制函数两者计算泵的输入限制目标排量QT。用另一种方法，该控制系统可以进一步包括第三检测装置，用来决定驱动液压泵的原动机的目标速度和其实际速度之间的偏差;第二装置的输入限制函数可以是一个具有泵的输出压力和输入限制目标排量以及原动机的速度偏差之一作为参数的输入力矩限制函数，第二装置可以基于第二探测装置的压力信号、第三探测装置的速度偏差信号和输入力矩限制函数计算泵的输入限制目标排量QT。

用这样布置的本发明，当第三装置选择压差目标排量QΔP作为排量目标值Q₀时，泵的排量这样控制，使泵的输出压力和多个液压致动器中的最大负载压力之间的压差等于压差目标排量QΔP。这时，因为第三装置没有选择输入限制目标排量QT，所以第四装置不计算补偿值Qns，也不执行限止通过流量控制阀的流量的总可消耗流量补偿控制。

当第三装置选择输入限制目标排量QT作为排量目标值Q₀时，泵的排量受到限制地被控制，使得它等于输入限制目标排量QT。这 时，因为第三装置选择了输入限制目标排量QT，则第四装置计算补偿值Qns，并且执行总可消耗流量补偿控制，以限止通过流量控制阀的流量。

这样，根据本发明，压差目标排量QΔP和输入限制目标排量QT是独立地计算作为液压泵的目标排量Q₀的，总可消耗流量补偿控制仅当选择输入限制目标排量QT时才进行。因此，负载敏感控制和总可消耗流量补偿控制将不同时发生。特别是，在泵的排量少于其最大可达到的排量（输入限制目标排量QT）的条件下，进行负载敏感控制，而当其达到最大可达到的排量的条件下，执行总可消耗流量补偿控制。这样能顺利地增加或减少提供给各自的液压致动器的流量，从而改进可控制性。这还能防止由于负载敏感控制和总可消耗流量补偿控制互相干扰产生的振荡现象，实现稳定控制。

在本发明中，当第四装置设计来用补偿值Qns控制压力补偿流量控制阀的压力平衡阀时，通过压力补偿流量控制阀到所连液压致动器的可消耗流量是基于从控制装置来的操作信号给出的流量控制阀的节流开口操纵值以及以补偿值Qns形式从第四装置来的作用于压力平衡阀的跨越流量控制阀的压差操纵值两者决定的。相反，当从补偿值Qns计算操作信号修正因子α，并且用该操作信号修正因子α修正从控制装置来的操作信号，以控制压力补偿流量控制阀时，上述压差操纵值包括在由修正过的操作信号给出的流量控制阀的节流开口操纵值中，并且可消耗流量是由修正过的控制信号（节流开口操纵值）决定的。

第一和第二计算装置是积分型时，新目标排量Q₀总是从前面的 目标排量Q^-1 ₀计算出的，因此当泵从随压差目标排量QΔP控制的状态转到随输入限制目标排量QT控制的状态或者相反时，过渡是平稳的。从而液压泵在转移控制方式时不会受到冲击式操作，保证了更稳定的控制。

进一步，在第四装置计算补偿值Qns和预置的偏置值之间的偏差并且输出结果值Qnso作为最终补偿值的情况，由用Qnso控制的压力补偿流量控制阀决定的总可消耗流量变得略高于泵的可利用的最大排量（相应于偏置值的程度），因而在泵的排量中产生一个相应的自由流量，它可以通入低压力的液压致动器中。但是，在这种情况，流量的绝大部分是处于总可消耗流量补偿控制下，它保证了也确定地向高压力致动器提供液压流体，以实现联合操作。这种自由流量的存在在总可消耗流量补偿控制中提供一些自由度，可以有利地利用。例如在一种用两个导轨马达作直线移动的应用中，希望各个负载压力互相影响，自由流量流入在低压力端的导轨马达，直线移动可以确定地实现。由此，可以消除在严格的总可消耗流量补偿控制中会出现的缺点。

而且在现有技术（DE-AI-3422165）的总可消耗流量补偿控制中，如上所述，因为压力补偿流量控制阀是直接用泵的输出压力和致动器中的最大负载压力之间的压差液压式地控制的，所以总可消耗流量与实际消耗的总流量是一致的。相反，在本发明的总可消耗流量补偿控制中，压力补偿流量控制阀是用计算得到的值来控制的，因此可以最优化地选择总可消耗流量。例如，如前面所提出的，可以这样控制：使总可消耗流量比液压泵的排量大，这时总可消耗流 量可以超过实际消耗的总流量。此外，在现有技术中，各压力平衡阀的节流开口以同样比例减小，本发明则不仅可用于这种方式，而且用于各压力补偿流量控制阀的节流开口相互稍有不同地减小这样的另外的方式。

图1是根据本发明的一个实施例的液压驱动回路的控制系统的略图，包括液压驱动回路本身;

图2是控制系统的压差计结构的剖视图;

图3是控制系统中排量控制装置构造的略图;

图4是控制系统中控制比例阀结构的剖面图;

图5是作为控制系统主部件的控制单元结构的略图;

图6是用于控制单元中的控制程序流程图;

图7是表示用于决定输入限制目标值的输入力矩限制函数的图;

图8是表示从液压泵的输出压力和最大负载压力之间的压差决定压差目标排量的步骤的方块图;

图9是表示从目标排量偏差决定总可消耗流量补偿值的步骤的方块图;

图10是表示基于排量目标值和倾角信号两者作排量控制的步骤的流程图;

图11是整个控制过程的控制方块图;

图12是根据本发明的第二实施例的控制系统的略图;

图13是用于图12的控制系统的输入力矩限制函数的图;

图14是图12控制系统的控制方块图;

图15A和B是根据本发明的第三实施例的液压驱动回路的控制 系统的控制方块图，包括液压驱动回路;

图16是根据本发明的第四个实施例的液压驱动回路的控制系统的控制方块图;

图17是根据本发明的第五个实施例的液压驱动回路的控制系统的控制方块图，

图18是根据本发明的第六个实施例的液压驱动回路的控制系统的控制方块图;以及

图19是根据本发明第七个实施例的液压驱动回路的控制系统的控制方块图。

本发明的较佳实施例将在下面参考附图进行描述。

图1是本发明的负载敏感液压驱动回路和控制系统的整体布局。首先解释负载敏感液压驱动回路。这个液压驱动回路包括一个可变排量液压泵1，例如斜盘型;第一和第二液压致动器2、3，由从液压泵1来的液压流体驱动;第一流量控制阀4和作压力补偿的第一压力平衡阀6，两者均安放在泵1和第一致动器2之间，以控制流量及从泵1提供给第一致动器2的液压流体的方向;以及第二流量控制阀5和作压力补偿的第二压力平衡阀7，两者均安放在泵1和第二致动器3之间，以控制流量及从泵1提供给第二致动器3的液压流体的方向。

第一压力平衡阀6在其入口处通过液压流体供给线20连到泵1，在其出口处通过带有检查阀22的线连到流量控制阀4。流量控制阀4在其入口处连到压力平衡阀6，还通过返回线24连到容器10，在其出口处通过主线25、26连到第一致动器2。

第二压力平衡阀7在其入口处通过线21和液压流体供给线20连到泵1，在其出口处通过带有检查阀23的线连到流量控制阀5。流量控制阀5在其入口处连到压力平衡阀7，还通过返回线29连到容器10，在其出口处通过主线27，28连到第二致动器3。

压力平衡阀6是操纵工作型的，它有两个“闭向”工作操纵压力室6a，6b和一个位于相反方向的“开向”工作操纵室6c。流量控制阀4的入口压力通过线30作用在两个闭向工作操纵压力室6a，6b之一的6a，一个比例阀9（下面将描述）的出口压力通过线31作用于另一压力室6b，在流量控制阀4和第一致动器2之间的压力（下面将描述）通过线32a作用于开向工作操纵压力室6c。压力平衡阀6还包括一个弹簧6d将阀6推向开向。

压力平衡阀7也以同样方式构造。更具体地说，压力平衡阀7是操纵工作型的，它有两个闭向工作操纵压力室7a、7b，一个位于相反方向的开向工作操作室7c。流量控制阀5的入口压力通过线33作用在两个闭向工作操纵压力室7a、7b之一的7a，比例阀9的出口压力通过线34作用于另一压力室7b，在流量控制阀5和第二致动器3之间的压力通过线35a作用于开向工作操纵室7c。压力平衡阀7还包括一个弹簧7d，将阀7推向开向。

压力平衡阀6的动作如下述。当比例阀9的压力为零时，压力平衡阀6在一个方向受到通过线30引到其操纵室6a的流量控制阀4的入口压力，以及在相反方向受到通过线32a引到其操纵室6c的流量控制阀4的出口压力和弹簧6d的弹性压力。因此压力平衡阀6总是控制从液压泵1来的流量使流量控制阀4的入口和出口压差维持 在相应于弹簧6d弹性压力的恒定值。从而，通过流量控制阀4的流量不因泵1的输送线20和致动器2的主线25、26之间的压差升降而改变。这样压力平衡阀6起着压力补偿的流量控制阀的作用。压力平衡阀7也以相同方式工作。

同时，当比例阀9产生一个压力时，该压力通过线31、34传到压力平衡阀6、7，并起着抵消弹簧6d、7d的弹性压力的作用。换个方式说，压力平衡阀6、7每一个都是这样控制的：与线31、34中的压力上升成比例地减小流量控制阀4、5的入口压力与出口压力之间的压差，因此通过流量控制阀4、5的流量减小。这样，控制比例阀9的压力就能限制通过流量控制阀4、5的流量，并对其进行总可消耗流量补偿控制。

在所说的明的实施例，流量控制阀4、5是具有分别连于线36a、36b和37a、37b的相反操纵室的操纵工作型的，是根据从各自的控制连杆（未示出）来的操作信号，通过操纵线输出的操纵压力控制的。

这里，流量控制阀4和压力平衡阀6联合构成单个压力补偿流量控制阀。从相连的控制连杆（未示出）来的操作信号对流量控制阀4给出一个节流开口操纵值，而从弹簧6a的设置值和比例阀9来的作用于压力平衡阀6的压力给出了跨越流量控制阀4的压差操纵值。流量控制阀4的节流开口操纵值和压差操纵值确定了一个总可消耗流量，它从压力补偿流量控制阀4、6流到液压致动器2，控制流量控制阀的节流开口和压力平衡阀的节流开口使得能达到可消耗流量。这样就控制了通过压力补偿流量控制阀的实际流量，即通过液压致动器消耗的流量。

流量控制阀5和压力平衡阀7联合构成另一个以同样方式工作的压力补偿流量控制阀。

操纵线32、35也连到流量控制阀4、5上，用来分别取出第一、第二致动器2、3的负载压力。操纵线32、35这样布置，使得它们在流量控制阀4、5的内部在不工作状态连到返回线24、29，在工作状态连到与泵1耦合的致动器2、3的主线。

线32、35中压力高的一根由高压力选择器阀12选出，然后通过线38连到压差计43。通过线39的泵1的输出压力也引到压差计43。压差计43探测液压泵1的输出压力和高负载压力（最大负载压力）之间的压差，然后输出压差信号ΔP。

作为例子，压差计43有如图2所示的结构。压差计43包括一主体50，它分别连着线38、39的液压流体供给口47、48，和一个通过线41连到容器10的液压流体释放口49;一个装在主体50中的柱体51;装在柱体51中的活塞52，它有两个受压表面52a和52b，面积相等方向相对，分别受到从供给口47、48来的不同压力;一个非磁性物质做的轴53，传递位移和活塞52的力;一个装在柱体51中的弹簧54，用来接受活塞52的力，给出正比于活塞52的力的位移;一个装在柱体51中的非磁性物质做的壳55;一个磁性物质做的芯56，附在轴53的远端装在壳55中，它在55中移动通过的距离和活塞52的移动距离相同;一个固定在壳55的外缘的位移传感器57，把芯56的移动转换成电信号;一个装在附于柱体51的罩58中的放大器59，用来放大位移传感器57的电信号，并把放大的信号输出;以及一个放在活塞 52和主体50之间的弹簧60。

在这样构造的压差计中，泵输出压力P和最大负载压力Pam分别通过供给口47、48作用在活塞52的压力接受表面52a、52b上。令压力接受面积为A，力AX（P-Pam）在图中向上作用在活塞52上，因为P＞Pam。这个力使活塞52反抗弹簧54、60位移，54和60处于预压状态以弹性地支承活塞52。芯56也同样移动。假定弹簧54、60的弹性常数为K1、K2，则位移S可表示为：

S＝AX（P-Pam）/（K1-K2）

位移传感器57把位移转成电信号，从放大器59输出放大信号。位移传感器57用无接触型较好，例如微分变换器型或磁阻元件型，因为（例如）在芯56周围有油存在。因此，轴53和壳55都用非磁性材料做成。任何这类位移传感器的优点还在于在位移S和电信号电平E之间有一线性关系，即简单的正比关系。令该比例常数为K。则电信号电平E可表为：

E＝K·S＝〔K·A/（K1-K2）〕（P-Pam）

这里A、K1和K2都是常数，电信号电平E的值正比于泵输出压力和最大负载压力之间的压差（P-Pam），这就提供了一个压差信号ΔP。

通过这样在活塞52的相反的受压表面作用两个压力以产生它们之间的压差，可以避免由于压力传感器的输出对于压力和压力上升下降的滞后的非线性所引起的误差，该误差是在下述情况下产生的，即 把各个压力引到各自独立的压力传感器，分别产生电信号，然后得到这两个电信号电平之间的差，以产生相应于压差的电信号。因此本发明即使在较高压力下也可以高精度地测量压差。

作为另一种方法，因为压差计43在所述实施例中仅需测量P＞Pam时的压差，所以弹簧60可以不要。这时结构可以简化，输出电信号电平E和压差的关系可以表示为：

E＝〔K·A/K1〕（P-Pam）

再回到图1，压力探测器14连到泵1的液压流体供给线20，用来检测泵1的输出压力，给出压力信号P。泵1有个倾角计15，它检测诸如斜盘这种位移体积变化装置的倾角，并输出倾角信号Qθ。在这个实施例中，假定控制泵1的转速，使其基本上是恒定的，这样倾角信号Qθ就表示泵1的排量。泵1的排量是由一个与位移体积变化装置耦合的排量控制装置16来控制的。排量控制装置16可以构造成电-液压伺服型液压驱动装置的形式，例如图3所示。

更具体地说，排量控制装置16有一伺服活塞16b，它驱动可变排量液压泵1的位移体积变化装置16a，诸如斜盘、斜轴或类似东西，伺服活塞16b装在伺服汽缸16c中。伺服汽缸16c的柱状室被伺服活塞16b分成左室16d和右室16e，左室16d的截面积D比右室16e的截面积d大。

标为8的是操纵泵或液压源，它提供液压流体到伺服汽缸16c。液压源8和伺服汽缸16c的左室16d通过线16f相互连通，液压源8和伺服汽缸16c的右室16e通过线16i相互连通，这些 线16f、16i通过返回线16j连到容器10。电磁阀16g置于连通液压源8和伺服汽缸16c的左室16d的线16f中，另一电磁阀16h置于返回线16j中。这些电磁阀16g、16h是常闭（具有在去激励时自动回到闭合状态的功能）电磁阀，并且用后面叙述的控制单元40的负载敏感控制信号Q′₀来转换其状态。

在上述构造中，当电磁阀16g被激励（开启）进入开关位置B时，伺服汽缸16c的左室16d与液压源8连通，这样由于左室16d和右室16e的截面积之间的差（如图3所示）而向右移动。这使泵1的排量体积变化装置16a的倾角增大，从而增大了其排量。当电磁阀16g和16h都去激励（关闭）时，回到开关位置A，导向左室16d的流体通路被切断，伺服活塞16b静止地保持在所移动的位置上。这样泵1的排量体积变化装置16a的倾角维持恒定，从而其排量维持恒定。另一方面，当电磁阀16h被激励（开启）进入开关位置B时，伺服汽缸16c的左室16d与容器10连通，由于左室16d压力减小，图3的伺服活塞16b在右室16e的压力作用下向左移动。这使液压泵1的排量体积变化装置16a的倾角减小，从而减少其排量。

通过以这种方式开-关控制电磁阀16g、16h来调节泵1的倾角，控制从倾角计15输出的倾角信号Qθ使其具有相应于由控制单元40计算的目标排量Q₀的水平（如后面所述的）。

作为例子，比例阀9可以如图4的构造。所说明的比例阀是由一比例减压阀构成，它包括螺线圈部分62和减压阀部分63。螺线圈部分62有已知的结构，包括线圈和铁芯（都未示出），螺线圈有端 子64a和64b，输入端子64a和64b是从控制单元40来的总可消耗流量补偿控制信号Qns（以后将描述）。

减压阀部分63包括主体71，它有通过供给线66连到辅助泵8的液压供给口67;通过返回线68连到容器10的液压流体释放口69;以及连到操纵线31、34的液压出口70;在主体71中的滑阀72，它有相对的端面72a和72b，并有内通道72c;推棒73，一端与正比螺线圈部分62的铁芯相啮合，另一端在滑阀72的端面72a。

当电流通过端子64a、64b供给螺线圈时，右线圈62的铁芯中引起正比于电流电平的力，然后通过与铁芯啮合的推棒73传递到滑阀72的端面72a。在这个传递力作用下，滑阀从图上说明位置移向右，使其通道72c与供给口67连通，并且供给口67与出口70通过内通道72c相连通。因此，在出口70处的液压增大，作用在滑阀72的端面72b上的力也增加。当作用在端面72b上的力超过压在推棒73上的力（即在螺线圈部分62的铁芯中引起的力）时，滑块向左移动，内通道72c与释放口69相通，从而出口70和释放口69通过内通道72c互相连接。结果，出口70处的液压减小，作用在滑阀72的端面72b上的力也减小。当作用在端面72b上的力小于压推棒73的力时，图中的滑阀又向右滑动。

这样，因为减压阀部分63的滑阀在受到线圈部分62的铁芯引起的力时动作，所以在出口70处产生正比于提供给正比螺线圈的电流电平的压力，然后输出到上面描述过的压力平衡阀6、7的操纵室6b、7b。

附带说一下，供给线66中的压力设计得总是在由溢流阀11设置的恒定水平上。

再回到图1，从压力检测器14来的压力信号P，从倾角计15来的倾角信号Qθ，以及从压差计43来的压差信号ΔP输入到控制单元40，控制单元40产生一个总可消耗流量补偿控制信号Qns和负载敏感控制信号Q′₀，然后把它们分别输出到比例阀9和排量控制16。

如图5所示，控制单元40有一个微型计算机，它包括：一个模/数转换器40a，用来转换从压力检测器14来的压力信号输出P，从倾角计15来的倾角信号输出Qθ，和从压差计43来的压差信号输出ΔP，成为各自的数字信号;一个中央处理器40b;一个存储器40c，用来存储控制过程的程序;一个数/模转换器40d，用来输出模拟信号;一个输入/输出接口40e，用来输出信号;一个放大器40f，连着比例阀9;以及放大器40g、40h，分别连着电磁阀16g和16h。

根据压力检测器14的压力信号输出P、倾角计15的倾角信号输出Qθ和压差计43的压差信号输出ΔP，控制单元40根据存在存储器40c中的程序计算对可变排量液压泵1的排量目标值Q₀，然后分别从放大器40g、40h通过输入/输出接口40e输出负载敏感控制操纵信号Q′₀到排量控制装置16的电磁阀16g、16h。在排量控制装置16接收到信号Q′₀后，伺服活塞16b的位置用电-液压伺服技术作开-关伺服控制，这样倾角信号Qθ具有相应于排量目标值Q₀的水平（如上面解释过的）。控制单元40 还基于存在存储器40c中的程序计算总可消耗流量补偿值，并通过数/模转换器40d从放大器40f输出控制操纵信号Qns到比例控制阀9。如前所述，这使比例阀9产生正比于操纵信号Qns的压力。

现在参考图6说明，控制通过排量控制装置16的液压泵的排量，来进行负载敏感控制的处理步骤（即排量目标值Q₀的计算），以及通过比例阀9控制压力平衡阀6、7来进行总可消耗流量补偿控制的处理步骤（即计算总可消耗流量补偿值Qns），这些控制都是在控制单元40控制作用下进行的。图6是存在控制单元40的存储器40c中的控制程序的流程图。

在第一步100，作为液压驱动系统的条件，控制单元40将泵1的输出压力P，泵1的倾斜量Qθ和最大负载压力Pam与输出压力P之间的压差ΔP分别从压力检测器14，倾角计15和压差计43读出并存储在自身中。

在下一步101，根据压力检测器14的输出压力P和原来存在存储器中的输入力矩限制函数f（P）两者确定输入限制目标排量QT。图7表示输入力矩限制函数。在图7中X轴是输出压力P，Y轴是基本输入力矩限制函数f（P）的输入限制目标排量QT。液压泵1的输入力矩正比于泵1的输出压力P和倾斜量Qθ之积，因此，输入力矩限制函数的f（P）由一双曲线或近似双曲线给出。这样，f（P）是由如下方程表示的函数：

QT＝K·TP/P    …（1）

其中TP：输入限制力矩

K：比例常数

根据上述输入力矩限制函数f（P）和输出压力P，可以决定输入限制目标排量QT。

回到图6，说明步骤102以后的流程。在步骤102，处理压差计43的压差信号ΔP，以确定为维持泵1的输出压力和致动器2、3中最大的负载压力之间的压差恒定所需要的压差目标排量QΔP。参考图8说明如何确定压差目标排量QΔP的一个例子。图8是从压差计43的压差信号ΔP决定压差目标排量QΔP的一种方法的方块图。在此例中，压差目标排量QΔP是基于下述方程决定的。

QΔP＝g（ΔP）＝∑KI（ΔP₀-ΔP）

＝KI（ΔP₀-ΔP）+Q^-1 ₀

＝ΔQΔP+Q^-1 ₀…（2）

其中KI：积分增益

ΔP₀：目标压差

Q^-1 ₀：上一控制循环的排量目标值输出

（ΔQΔP）：每一单位控制循环时间的压差目标排量的增量

更具体地说，这个例子是利用目标压差值ΔP₀和实际压差ΔP之间偏离的积分控制技术计算压差目标传递量QΔP。在图8中，方块120从压差ΔP计算KI（ΔP₀-ΔP），以决定每一单位控制循环时间的压差目标排量的增量ΔQΔP，方框121通过把上述ΔQΔP和上一控制循环的排量目标值Q^-1 ₀相加得到方程（2）。

虽然在前一实施例中利用作用于ΔP₀-ΔP的积分技术决定了QΔP，但是也可以用任何其它适当的技术来决定它。例如，可以用表示为（其中KP是比例增益）

QΔP＝KP（ΔP₀-ΔP） …（3）

的比例控制技术，或用方程（2）和（3）的和的比例加积分控制技术。

这样做后，在步骤102就决定了压差目标排量QΔP。

回到图6，在步骤103，确定压差目标排量和输入限制目标排量QT之间的目标排量偏差ΔQ。下一步104决定偏差ΔQ是正或负。若偏差ΔQ是正，则流程转到步骤105，选择QT作为排量目标值Q₀。若偏差ΔQ为负，则转到步骤106，选择QΔP作为排量目标值Q₀。换句话说，压差目标排量QΔP和输入限制目标排量QT中较小的一个被选为排量目标值Q₀，所以排量目标值Q₀不会超过由输入力矩限制函数f（P）决定的输入限制目标排量QT。

然后流程进入步骤107，从103步得的目标排量偏差ΔQ计算用耒控制比例阀9的压力的总可消耗流量补偿值Qns，图9给出如何决定ΔQ的一个例子。图9是表示从目标排量偏差ΔQ计算补偿值QnS的方法的方框图。在这个例子中补偿值Qns是基于下述方程用于下述方程用积分控制技术决定的：

Qns＝h（ΔQ）＝∑KIns·ΔQP₀

＝KIns·ΔQ+Qns-1

＝ΔQns+Qns-1    …（4）

其中KIns;积分增益

Qns-1：上一控制循环中总可消耗流量补偿值输出Qns

ΔQns：每一控制循环时间单位的补偿值的增量

更具体地说，在图9的方框130中，每一单位控制循环时间的补偿值增量ΔQns，即KIns·ΔQ是从在103步决定的目标排量偏差ΔQ得到的。然后在加法器131中把该增量与上一控制循环的补偿值输出Qns-1相加，从而决定一个中间值Q′ns。一个限止器132用耒在Q′ns＜0时设置Qns为零。在Q′ns≥0时，若Q′ns＜Q′nsc（Q′nsc是一预先选定值），则限止器132输出正比于Q′ns的增加的现在补偿值Qns，如果Q′ns≥Q′nsc，则决定总可消耗量补偿值Qns以满足Qns＝Qnsmax。这里Qnsmax和Q′nsc是由泵1斜盘的最大倾角，即其最大排量决定的。

虽然在上述实施例中用积分控制技术决定了补偿值Qns，但是Qns和ΔQ之间的关系也可以用比例控制技术或比例加积分控制技术耒决定，如同上面压差目标排量QΔP的情况一样。

再回到图6，在步骤108，控制单元基于分别在105、106步得到的泵1的排量目标值Q₀和从倾角计15耒的倾角信号Q₀产生对排量控制装置16的控制信号Q′₀。这个控制信号通过控制单元40的输入/输出接口40e和放大器40g，40h输出到排量控制装置16，如图5所示，这样泵1的倾斜量Qθ变成等 于排量目标值Q₀。

图10是步骤108中进行的控制过程的流程图。首先在140步，计算Z＝Q₀-Qθ，以决定排量目标值Q₀和倾角信号Qθ之间的偏离Z。然后141步决定偏离Z的绝对值是大于还是小于为指定恒定区而预置的值Δ。若偏离Z的绝对值大于预置值Δ，则流程到142步，以决定偏离Z是正还是负。若偏离Z为正，则进入143步，输出控制信号Q′₀，接通排量控制装置16的电磁阀16g，并且关闭其电磁阀16h。这样，如前所述，泵1的倾角增大，倾角信号控制得与目标操纵值Q₀相一致。若偏离Z为负，则流程进入144步，输出控制信号Q′₀，它关闭电磁阀16g，接通电磁阀16h。这就减小了泵的倾角，从而控制倾角信号与目标操纵值Q₀相一致。若偏离Z的绝对值小于预置值Δ，则流程进入145步，电磁阀16g和16h都被关掉，这使泵1的倾角保持恒定，

通过按上述方法控制泵1的倾角，因为如果压差目标排量QΔP小于输入限制目标排量QT，则压差目标排量QΔP在106步被选为排量目标值Q₀，所以液压泵1的排量被控制得等于压差目标排量QΔP，泵1的输出压力和致动器2、3中最大负载输出压力之间的压差维持恒定。这样实现了负载敏感控制。另一方面，当压差目标排量QΔP超过输入限制目标排量QT时，输入限制目标排量QT 105步被选为排量目标值Q₀，因此泵的排量被控制得不超过输入限制目标排量QT。这样泵的排量受到输入限制控制。

再回到图6，在步骤109，如图5所示，通过控制单元40的数/模转换器40d和放大器40f向比例阀9输出一个控制得等于用耒控制图1所示压力平衡阀6、7的Qns的电流。用这一控制， 当压差目标排量QΔP小于输入限制目标排量QT，并且因而不需要总可消耗流量补偿控制时，目标电流Qns在图9的方块132中置为0。当压差目标排量QΔP大于输入限制目标排量QT时，目标电流Qns随着目标排量偏差ΔQ的增加而增大，直至达到步骤107的最大值Qnsmax，从而压力平衡阀6、7的节流开口按目标排量偏差ΔQ的增加而受到限制。这样实现了总可消耗流量补偿控制。

前面的整个过程总结在控制方框图11中。图中，方框200相应于图6中的101步，在那里基于图7的输入力矩限制函数计算输入限制目标排量QT。方框201、202、203相应于102步。具体地，加法方框201和正比计算方框202相应于图8中的压差目标排量增量计算方框120，而加法方框203相应于图8中的加法器121。这样，压差目标值QΔP是通过这三个方框耒计算的。方框204相应于图6中的104、105、106步，其中在两个目标排量QT和QΔP中选择较小的一个作为排量目标值Q₀。

方框205、206、207、208相应于图6中的107步。具体地，加法方框205和比例计算方框206相应于图9中的总可消耗流量补偿值增量计算方框131，加法方框207相应于图9中的限止器132。总可消耗流量补偿值Qns是通过这三个方框计算的。方框209、210、211相应于图6中的108步。具体地，加法方框209相应于图10中的140步，方框210、211相应于图10中的141步到145步，输出操纵信号Q′₀到各自的电磁阀16g、16h。

从上面清楚地看到，在现有技术中，泵输出压力和致动器最大负载压力之间的压差ΔP是直接用耒控制压力平衡阀，以实现总可消耗流量补偿控制的。它有这样的缺点，即压力平衡阀也根据由对泵1的排量控制装置16中的响应滞后造成的压差ΔP的减小而动作，在负载敏感控制之前无意识地执行了总可消耗流量补偿控制。相反地，在本实施例中，输入限制目标排量QT和压差目标排量QΔP是相独立地计算作为液压泵1的目标排量的，仅当压差目标排量QΔP超出输入限制目标排量QT时，才进行总可消耗流量补偿控制。因此，当压差目标排量小于输入限制目标排量因而不需要总可消耗流量补偿控制时，即使由于液压泵1的排量控制装置16中响应滞后造成压差ΔP减小，也不进行总可消耗流量补偿控制，结果压力平衡阀6、7的节流开口不会被限制。因而流量控制阀4、5能提供由所连控制连杆精确指定的流量。进一步，负载敏感控制和总可消耗流量补偿控制不同时进行，这就防止了相互干扰造成的振荡现象，因此保证了液压致动器2、3的稳定控制。

注意，虽然上述实施例在排量控制装置16中使用开/关电磁阀，但是也可以用通常的比例阀或伺服阀以相似的方式进行控制。

此外在上述实施例中计算输入限制目标排量QT时，QT是从输出压力P和输入力矩限制函数f（P）决定的，但作为本发明的另一实施例，也可以提供一个装置，用耒决定由驱动液压泵的原动机的加速计设置的目标速度和原动机真实速度之间的速度偏差ΔN并使用具有泵1的压力P和原动机的速度偏差ΔN作为参数的输入力矩限制函数f1（P、ΔN）作为液压泵的输入限制函数，从而 如在EP-B1-0062072中披露的，基于速度偏差，输出压力P和输入力矩限制函数f1（P，ΔN）耒决定QT。图12和图13示出这样一个实施例，其中与图1相同的组件用同样的数字耒表示。

在图12中，150是一个驱动包括液压泵1的多个泵的内燃机用燃料注入泵151给内燃机150供给燃料。内燃机150的目标速度由加速计152设置。在内燃机150的输出轴上有一个速度传感器153，用耒探测内燃机150的转速。加速计152的目标引擎速度信号Nr和速度传感器153的实际引擎速度信号Ne输入控制单元154，对引擎150确定其引擎速度偏差ΔN。从对燃料注入泵151的机架位移探测器155耒的机架位移信号也输入到控制单元154。基于引擎速度偏差ΔN和机架位移信号，控制单元154对燃料注入泵151计算目标机架位移，然后输出机架操作信号到燃料注入泵151。控制单元154还输出引擎速度偏差ΔN到液压泵1的控制单元40。

控制单元40中原耒存有一个作为液压泵1的输入限制函数的输入力矩限制函数f1（P，ΔN），以液压泵1的输出压力P和内燃机150的引擎速度偏差ΔN作为参数。图13示出输入力矩限制函数f1（P，ΔN）。输入力矩限制函数f1（P，ΔN）在引擎速度偏差ΔN增加时，使目标排量QT和输出压力P的乘积较小，从而控制了目标排量QT。

在控制单元40中，输入限制目标排量QT是基于引擎速度偏差ΔN，输出压力p和输入力矩限制函数f1（p，ΔN）决定的。这 样做后，泵1的输入力矩可以控制得随引擎速度偏差ΔN的增加而减小。

图14是这个实施例的控制方框图。图中方块250比较速度传感器153的实际引擎速度Ne和加速计152的目标引擎速度Nr，计算引擎速度偏差ΔN。方块251是一个输入限制目标排量计算方框，它输入输出压力P和引擎速度偏差ΔN，从图13的输入力矩限制函数计算输入限制目标排量QT。其它方框和图11的相同。

根据这个实施例，这样执行泵1的输入力矩限制控制，使目标排量QT和输出压力P的乘积随引擎速度偏差增大而变小。这样可以在极大值时有效地利用引擎150的输出马力。

本发明的第三个实施例将参考图15A、15B来描述。在图中，与图1和图11相同的组件用相同的数字表示。在该实施例中，基于总可消耗流量补偿值Qns直接控制流量控制阀而不是压力平衡阀。

在前述实施例中，各压力补偿流量控制阀的压力平衡阀6、7是用补偿值Qns来控制的。在这种情况下，通过各压力补偿流量控制阀到致动器2、3的可消耗流量，是基于由所连控制连杆的操作信号给出的流量控制阀4、5的节流开口控制值以及作用于压力平衡阀6、7的跨越流量控制阀的压差操纵值两者来决定，作为补偿值Qns的。而在这个实施例中，控制连杆的操作信号用补偿值Qns来修正，把压差操纵值包括在流量控制阀6、7的各自的节流开口操纵值中，从而可消耗流量是由得到的节流开口操纵值来决定的。

更具体地说，在图15A和15B中，70、71是控制连杆，它在运行时分别输出液压致动器2、3的操作信号Qa₁，Qa₂。

控制单元40A除了起图1中的控制单元40的作用外，还从控制连杆70、71输入操作信号Qa₁，Qa₂，把输入信号转换成对比例阀9a-9d的驱动信号Qa₁′+，Qa₁′-，Qa₂′+，Qa₂′-，然后再分别输出它们。

比例阀9a-9d正比于从控制单元40A输出的驱动信号Qa₁′+，Qa₁′-，Qa₂′+，Qa₂′-产生操纵压力，用来操作流量控制阀。

流量控制阀4、5在开向和度数上受到从比例阀9a-9d输出的操纵压力的控制。例如，当驱动信号Qa₁′+输出到流量控制阀4时，流量控制阀4以比例阀9a输出的操纵压力如图所示转到右方，使节流开口正比于Qa₁′+。类似地，当输出驱动信号Qa₁′-时，流量控制阀4如图示转向左边。

调整压力平衡阀6A、7A的节流开口，使得流量控制阀4、5的入口和出口之间的压差分别等于弹簧6d，7d设置的值。由于流量控制阀4、5和压力平衡阀6A，7A的组合，给致动器2、3提供了由驱动信号Qa₁′+到Qa₂′-所指定的流量。

在图15A中，控制单元40A中进行的控制过程用一个类似于图11的控制方块图表示。在控制过程中，负载敏感控制和直到总可消耗流量补偿控制的计算Qns的各个步骤与图11中控制单元40的是一样的。下面参考控制方块图的其它部分描述控制单元40A的操作。

在计算了总可消耗流量补偿控制中的补偿值Qns后，控制单元40A从Qns确定一个操作信号修正因子α。因子α和Qns之间的关系示于方框400，例如α在Qns近似为零时是1，然后随 Qns的增加而减小。注意α的最小值应大于零。

然后已经通过模/数转换器40a（见图5）输入的从控制连杆70、72来的操作信号Qa₁、Qa₂在乘法器401a、401b中分别乘以操作信号修正因子α，以产生修正操作信号Qa₁′，Qa₂′。

然后，修正的操作信号Qa₁′、Qa₂′被限止器402a-402d分开成各自的+/-对，以产生正比螺线管驱动信号Qa₁′+、Qa₁′-、Qa₂′+、Qa₂′-，它们被输出到比例阀9a-9d。

用上述装置，当在负载敏感控制中压差目标排量QΔP小于输入限制目标排量QT，即泵输出压力未饱和时，补偿值Qns为零，因而操作信号修正因子为1。因此修正的操作信号Qa₁′、Qa₂′与从控制连杆70、71来的操作信号Qa₁、Qa₂一致，流量控制阀进入与操作信号Qa₁、Qa₂操作时一样的情况。

若操作信号Qa₁、Qa₂需要的总流量超出了输入限制目标排量QT，则出现饱和状态。在这种情况下，泵1用输入限制目标排量QT控制。换另一种说法，当泵的输出压力饱和，压差目标排量QΔP变得大于输入限制目标排量QT时，操作信号修正因子α随补偿值Qns逐渐从零增大而变小。这样，操作信号Qa₁和Qa₂在乘法器401a，401b中乘以小于1的操作信号修正因子α，从而修正的操作信号Qa₁′、Qa₂′逐渐减小。结果，通过流量控制阀4、5的流量也相应减小。

当修正因子α减少到使修正的操作信号Qa₁′、Qa₂′的总值与输入限制目标排量QT一致的水平时，压差信号ΔP恢复，压差 目标排量QΔP减少到与输入限制目标排量QT一致。因此，目标排量偏差ΔQ变成零，补偿值Qns的增加和修正因子α的减小就到头了。

以这种方式，使液压泵1的排量和通过流量控制阀4、5的总的所需流量互相一致，从而解决了饱和情况。

从控制连杆来的操作信号在上述实施例中是电信号，但它们也可以由液压操纵信号来代替，并且操纵信号的液压可以用操作信号修正因子α通过比例阀来调节。

本发明的第四个实施例将参照图16来描述。在这个实施例中，在总可消耗流量补偿控制时，泵的排量被控制在输入限制目标排量QT，以防止负载敏感控制和总可消耗流量补偿控制间的相互干扰。

更具体地说，在图1和11的实施例中，当在饱和条件下压差目标排量QΔP大于输入限制目标排量QT时，泵被控制到输入限制目标排量QT。然后，与输入限制目标排量QT比较，用相应的不足于流量控制阀4、5控制量操纵的所需流量的总可消耗流量补偿值Qns来控制通过流量控制阀4、5的流量，由此解决了饱和情况。

另一方面，在通过流量控制阀4、5的流量是由补偿值Qns控制的条件下，当控制连杆返回，以减少流量控制阀4、5的控制量，并且根据通过流量控制阀4、5的流量的减少，压差目标排量QΔP变得小于输入限制目标排量QT时，泵的排量受到限制，并减少到压差目标排量QΔP。但同时，补偿值Qns也减小，因而通过流量控制阀4、5的流量向着由操作信号操纵的所需流量增加。在这个过程中，当通过流量控制阀的流量刚超过泵的上述排量时，压差目标排量QΔP又增加到大于输入限制目标排量QT，这随之增大了补偿值 Qns，从而减少了通过流量控制阀4、5的流量。然后，压差目标排量QΔP再次增加。上述情况可以重复地发生。简略地说，负载敏感控制和总可消耗流量补偿控制可能同时进行并互相干扰，导致振荡现象。

已经实现了这个实施例而避免了这种振荡现象。图16中示出该实施例的控制单元40B的控制方块图。在图中，与图11相同的数字的方块具有同样的功能。注意该实施例中的组件构造与图1中的一样。

在图16中，方框300决定总可消耗流量补偿控制是否在进行，然后设置一个总可消耗流量补偿标识FQns。这个决定是基于总可消耗流量补偿值Qns这样作出的：使得当Qns等于或小于零时总可消耗流量补偿控制不存在，而当Qns大于零时存在。根据在或不在总可消耗流量补偿控制下，而设置标识FQns为1或零。

方框204A是最小值选择方块，它决定输入限制目标排量QT和压差目标排量QΔP中那一个较小，然后选择并输出较小的一个作为排量目标值Qor。

方框301是泵的排量目标值选择器开关。接收到总可消耗流量补偿标识FQns之后，当FQns为零时，开关选择由最小值选择方框204A选的排量目标值Qor;当FQns为1时，选择输入限制目标排量QT，然后将所选值作为排量目标值Q₀。

图16中其余的方框与图11中那些一样。

现在来描述该实施例的运行。在流量控制阀4、5的操作信号所操纵的所需流量的总量小于输入限制目标排量QT时，压差目标排量QΔP小于QT，方框204A选择压差目标排量QΔP作为所选的 排量目标值Qor。同时，总可消耗流量补偿值Qns变成零。这时标识FQns置为零，排量目标值选择器开关301选所选的排量目标值Qor作为排量目标值Qo。结果，液压泵控制到压差目标排量QΔP。

当流量控制阀4、5的操作信号增加，所需流量的总量大于输入限制目标排量QT时，压差目标排量QΔP超过QT，因而方框204A选择QT作为排量目标值Qor。同时，目标排量偏差ΔQ变为正（+），补偿值Qns增大。这时标识FQns置为1，排量目标值选择器开关301选择输入限制目标排量QT作为排量目标值Q₀。结果，泵1控制到输入限制目标排量QT。进一步用补偿值Qns使通过流量控制阀4、5的流量减小到与输入限制目标排量QT一致，结果饱和条件解决了。

到此图16的实施例与图1的运行状态相似。

此后，当流量控制阀4、5的操作信号减小，通过它们的流量也减小，压差目标排量QΔP减小到小于输入限制目标排量QT。然后方框204A选择QΔP作为排量目标值Qor。这时，虽然目标排量偏差ΔQ变为负（-），但是总可消耗流量补偿值Qns仍为正（+），标识FQns保持为1，因为Qns在过渡范围内逐渐减小。因此排量目标值选择器开关301选择输入限制目标排量QT作为排量目标值Qo，泵1仍然控制到QT。这个情况一直继续到补偿值Qns减小并且流过流量控制阀4、5的总流量变得和QT一致为止。这使泵保持不被控制到压差目标排量QΔP，以防止与总可消耗流量补偿控制的干扰。

当流量控制阀4、5的操作信号操纵的所需流量的总量减到低于输入限制目标排量QT时，压差目标排量QΔP变得比QT小。但是排量目标值Q₀保持在QT，因为标识FQns保持为1而补偿值Qns取正（+）值。因此Qns仍在泵1的排量维持在QT的条件下逐渐减小，这个减小持续到Qns变成零。当由于补偿值Qns达到零，标识转为零时，排量目标值选择器开关301选择压差目标排量QΔP作为排量目标值Q₀。此后，QΔP被控制得与流量控制阀4、5的操作信号操纵的所需流量的总量一致。

根据本实施例，除了在图1和图11中所示实施例的优点外，它还能防止液压泵的总可消耗流量补偿控制和负载敏感控制之间的干扰，因而即使当从控制连杆来的操作信号操纵的所需流量的总量从总可消耗流量补偿控制条件减小时，也能进行稳定的控制。

参考图17描述本发明的第五个实施例。这个实施例不同于图16的地方在于输入限制目标排量是积分地而不是正比地计算的。因此组件布置和图16实施例一样，且都与图1的一样。

图17中，方框500是一个目标输出压力计算方框，它输入上次的排量目标值Q₀-1，从对泵1预置的输入限制力矩计算现在可允许的目标输出压力Pr。目标输出压力Pr送到压差计算方框501。在那里它和现在输出压力P比较算出压差ΔP。压差ΔP在输入限制目标排量增量计算方框502中乘以积分增益，以计算每一个控制循环时间单位输入限制目标排量的增量ΔQPs。

输入限制目标排量的增量ΔQPs和压差目标排量的增量ΔQΔP被送到排量增量最小值选择器方块204B中，决定两个增量中那个小，然后把小的一个作为目标排量增量ΔQor输出。

在从方框300接收了总可消耗流量补偿标识FQns以后，当FQns为零时，排量增量选择器开关301A选择由排量增量最小值选择器方框204B选的目标排量增量ΔQor，当FQns为1时，选择输入限制目标排量增量ΔQPs，然后输出所选值作为排量增量ΔQ₀。

由排量增量选择器开关301A所选的排量增量ΔQ₀在方框503中加到在上一控制循环中计算的排量目标值Q₀-1上，以计算在本循环中的排量目标值Q₀。输入限制目标排量增量ΔQPs和压差目标排量增量ΔQΔP被送到方块205A中，用来计算一个表示它们之间的差的信号作为目标排量偏差ΔQ。

图17中其余方框与图16中的相似。

在图17中，为计算压差目标排量，通过方框201、202、204、301A、503的流量和图16的负载敏感控制中通过方框201、202、203、204A、301的一样。另一方面，为计算输入限制目标排量，通过方框500、501、502、204B、301A、503的流量是代替图16中通过方框200、204A，301的流量。

在图16中执行的是通过从液压泵的输出压力P直接计算输入限制目标排量QT的正比型控制，而在图17实施例中，输入限制目标值是在积分型控制下计算的，从而计算跟随从液压泵的输入限制力矩计算的目标输出压力Pr的控制所必需的排量增量ΔQPs，并随后加到上次的排量目标值上。应注意最小值选择器方框204B和选择器开关301A在图17的方框图中是设计得作用在排量增量上的。这是由于下述原因。

如果在该实施例中如图16中那样计算目标排量：

QT＝-1+ΔQPs    …（5）

QΔP＝-1+ΔQP    …（6）

这里，因为

Q₀＝选〔最小（QT，QΔP），QT〕

代入方程（5），（6）导致：

Q₀＝Q₀-1+选〔最小（ΔQPs，ΔQΔP），ΔQPs〕

这样图16和17的实施例执行同样的功能，换个方式说，在图17的负载敏感控制中，从压差控制计算的压差目标排量的增量总是与从限制力矩计算的输入限制目标排量的增量比较，两者中的最小值被加到现在的泵排量上，以决定泵排量应该基于压差和限制力矩中的那一个来控制。

进一步，若目标排量也用在图17的方框205A中，和图16中的方框205一样计算目标排量的偏差：

ΔQ＝QΔP-QT

这里代入方程（5），（6）导致

ΔQ＝（Q₀-1+ΔQΔP）-（Q₀-1+ΔQΔP）

＝ΔQΔP-ΔQPs

这样图17中的方框205A与图16中的方框205等价。在方框206之后的其余方框完全与图16中的那些一样运行。

这个实施例基本上起与图16相似的作用，更具体地说，总可消耗流量补偿值Qns是基于泵的可利用排量和从压差决定的目标排量之间的偏差ΔQ来决定的，得到的Qns用来控制压力平衡阀，以解决饱和问题。而且当压力平衡阀是在总可消耗流量补偿控制下时，泵 被控制到输入限制目标排量，以避免对总可消耗流量补偿控制产生干扰。

但在这个实施例中，由于用输入限制目标排量的积分型计算。新的目标排量Q₀总是从上一目标排量Q₀-1计算得到的，因此当泵从按压差目标排量控制的状态转到按输入限制目标排量控制的状态或是相反，过渡都是平稳的。因此，泵不会受到任何突变操作，可以使控制在控制方式转变时更稳定。

现在参考图18描述本发明的第六个实施例。在图中，与图11同样的组件用同样数字来标记。这个实施例与前面的不同处在于计算总可消耗流量补偿值Qns的方框的布置。

更具体地说，方框601是一个半波整流器，它输入由加法器201计算的压差偏差ΔP′＝ΔP₀-ΔP，然后在ΔP′≥0时输出ΔP″＝0，在ΔP′＜0时输出ΔP″＝ΔP′。半波整流器601的输出ΔP″和压差偏离ΔP′两者都输入到信号选择器开关602。接收到加法器205的输出后，当ΔQ为正，即压差目标排量QΔP≥输入限制目标排量QT时，信号选择器开关602选择值ΔP′，当ΔQ为负，即QΔP＜QT时选择值ΔP″，然后输出所选量作为中间值的增量ΔQ′ns。这个增量ΔQ′ns在加法器207中加在上一个控制循环的输出Qns-1上，以得到中间值Q′ns。然后将值Q′ns送到限制器208。限制器208是保证值Q′ns不超过最大极值并输出它作为总可消耗流量补偿值Qns。

用上述布置，当压差目标排量QΔP大于输入限制目标排量QT，并且总可消耗流量补偿控制是必须时，信号选择器开关602 选择ΔP′（＞0）作为中间值Q′ns，用从正的ΔP′得到的补偿值Qns控制压力补偿流量控制阀作补偿。相反，如不需要总可消耗流量补偿控制，即QΔP＜QT，即使压差ΔP由于在液压泵负载敏感控制中响应滞后而减小，通过半波整流器601切去正的部分得到的ΔP″被选作中间值的增量ΔQ′ns，从而压力补偿流量控制阀不被控制作补偿，因为Q′ns＝Qns＝0。另一方面，当控制连杆回转，泵按压差目标排量QΔP控制，而压力补偿流量控制阀在总可消耗流量补偿控制下，压差ΔP增大，因而压差偏差ΔP′变负。这样，ΔP′的值不被半波滤波器601切掉，压力补偿流量控制阀用从负的ΔP′得到的减小的补偿值Qns向着去掉总可消耗流量补偿控制的方向被控制。

以这种方式，这个实施例也能达到与第一实施例相似的作用。

注意，虽然加法器207和限制器208在该实施例中被用于进行积分控制型的计算，但是也可用正比控制型来代替。

结合图19来描述本发明的第七个实施例。同样，图19中与图11相同的组件用同样的数字来标记。这个实施例与前面的不同处在于总可消耗流量补偿值被进一步修正。

在例如液压挖掘机的导轨装置中，液压流体通过所连压力补偿流量控制阀分别提供给右边和左边的导轨马达。但是，如果严格执行前面的总可消耗流量补偿控制的话，这类导轨装置有下述缺点。具体地说，当液压挖掘机直线行进时，由于单个组件，诸如压力平衡阀和流量控制阀的小的变化，左右导轨马达的液压流体供应量之间会稍有不同。这使导轨马达的转速相互稍有不同，从而载重器主体将慢慢转向左或右。

为避免上述缺点，在这个实施例中有一个加法器610，从补偿值Qns中减去一个小的偏置值Qnsof，很到的差作为最终补偿值Qnso输出。

这样做后，由Qnso给出的总可消耗流量比泵可达到的最大输出流量稍大，其量相应于偏置值Qnsof的大小，因此在泵的排量中产生一个相应的自由流量，它可以流入低压的导轨马达。这种自由流量可以方便地视情况使用。例如，若装有上述导轨装置的载重主体由于单个组件的变化给右导轨马达提供了比左导轨马达大的流量，倾向于慢慢的左转，则右导轨马达将产生比左导轨马达大的驱动力矩。因此液压在右边进一步增加，这就允许由偏置值Qnsof引起的自由流量进入低负载压力的左导轨马达。结果，载重主体自动地消除了向左转的倾向而能直行。

应该理解，在上述情况，流量的大部分仍是在总可消耗流量补偿控制下，它也保证了确定地提供液压流体给高压部分的功能。因此，当操作者打方向盘时，液压流体能提供给在方向盘转向那边的导轨马达，相应地允许载重体作曲线移动。

这样这个实施例可以解决在严格执行总可消耗流量补偿控制时会遇到的缺陷。

从上面可以清楚地看到，根据本发明，压差目标排量QΔP和输入限制目标排量QT是独立地作为泵的排量Q₀计算的，仅当选择输入限制目标排量QT时才进行总可消耗流量补偿控制。因此在泵的排量小于其可达到的最大排量（输入限制目标排量QT）时，进行负载敏感控制，而它达到可利用的最大排量（输入限制目标排量QT）的 时候，进行总可消耗流量补偿控制。这能顺利地增加或减少提供给各液压致动器的流量，因此改进可控制性。这也可以防止由于在负载敏感控制和总可消耗流量补偿控制之间相互干扰产生的振荡现象，得到稳定控制。

而且，在积分计算输入限制目标排量时，新的目标排量Q₀总是从上一目标排量Q₀-1算出，因而当液压泵从按压差目标排量QΔP控制转到按输入限制目标排量QT控制或相反时，使过渡变得平稳，因而保证了更稳定的控制。

此外当不需要严格执行总可消耗流量补偿控制时，可以以适当的自由度来执行。

Claims (12)

1、一种负载敏感液压驱动回路的控制系统，包括：

至少一个具有排量变化装置的液压泵，多个用从所述液压泵输出的液压流体驱动的液压致动器，连在所述泵和每一所述致动器之间的压力补偿流量控制阀，用来根据控制装置的操作信号控制提供给每一所述致动器的流体的流量，以及排量控制装置，用来驱动液压泵的所述排量变化装置，控制液压泵的排量，使所述液压泵的输出压力与所述多个液压致动器中最大负载压力之间的压力差保持在预定值，

其特征在于所述控制系统包括：

第一检测装置，用来检测所述液压泵的输出压力和所述多个液压致动器中最大负载压力之间的所述压力差，

第二检测装置，用来检测所述泵的输出压力，

第一装置，用来基于所述第一探测装置的压差信号计算所述泵的压差目标排量Q△P，以使所述压差保持在所述预定值，

第二装置，用来基于所述第二探测装置的至少一个压力信号和对所述泵预置的输入限制函数计算所述泵的输入限制目标排量QT，

第三装置，用来选择所述压差目标排量Q△P和所述输入限制目标排量QT之中的一个，作为对所述泵的排量目标值Q₀，然后控制所述排量控制装置，使所述泵的排量不超过所述输入限制目标排量QT；以及

第四装置，当所述第三装置选择所述输入限制目标排量QT时，用来至少基于所述输入限制目标排量QT和所述压差目标排量Q△P，计算补偿值Qns，用以限止所述致动器的总可消耗流量，然后基于所述补偿值Qns控制所述压力补偿流量控制阀。

2、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第四装置基于所述补偿值Qns控制一个所述压力补偿流量控制阀的压力平衡阀。

3、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第四装置从所述补偿值Qns计算一个操作信号修正因子α，用所述操作信号修正因子α修正所述控制装置的所述操作信号，用修正了的操作信号控制所述压力补偿流量控制阀。

4、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第三装置选择所述压差目标排量QΔP和所述输入限制目标排量QT中较小的一个作为所述泵的排量目标值Q₀。

5、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中当所述补偿值Qns为零时所述第三装置选择所述压差目标排量QΔP作为所述泵的排量目标值Q₀，当所述补偿值Qns不为零时，选择所述输入限制目标排量QT作为所述泵的排量目标值Q₀。

6、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第四装置包括加法器装置，以决定一个目标排量偏差ΔQ，作为所述压差目标排量QΔP和所述输入限制目标排量QT之间的偏差，并至少用所述目标排量偏差ΔQ计算所述补偿值Qns。

7、根据权利要求6的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第四装置还包括：

积分型计算装置，从所述目标排量偏差ΔQ计算所述补偿值Qns的增量ΔQns，以使所述偏差为零，然后把所述增量ΔQns加到上次计算的补偿值Qns^-1上，以决定补偿值Qns，以及

限止器装置，当所述补偿值Qns为负值时，产生Qns＝0。

8、根据权利要求6的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中：

所述第一装置包括加法器装置，以计算所述第一探测装置的压差信号和预置的目标压差之间的压差偏差ΔP′;以及

所述第四装置还包括：

滤波器装置，以使当所述压差偏差ΔP′为正时输出零值，当所述压差偏差ΔP′为负时输出一个等于ΔP′的值ΔP″，

选择器装置，当所述目标排量偏差ΔQ为负时，选择所述滤波器装置的输出ΔP″，当所述目标排量偏差为正时，选择所述加法器装置的输出ΔP′，以及

计算装置，用来从所述选择器装置选择的值ΔP″或ΔP′计算所述补偿值Qns。

9、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第四装置计算在所述补偿值Qns和一预设的偏置值之间的偏差，然后输出得到的值Qnso作为最后补偿值。

10、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第一装置包括一个积分型计算装置，它基于所述第一检测装置的压差信号计算所述压差目标排量QΔP的增量ΔQΔP，以维持所述压差恒定，然后把所述增量ΔQΔP加到上次计算的压差目标排量Q^-1 ₀上，以决定压差目标排量QΔP;

所述第二装置包括一个积分型计算装置，它计算所述输入限制目标排量QT的增量ΔQPs，以控制所述第二检测装置的压力信号到从所述液压泵的输入限制函数得到的目标输出压力Pr，然后把所述增量ΔQPs加到上次计算的输入限制目标排量Q^-1 ₀上，以决定输入限制目标排量QT;以及

所述第三装置包括选择所述压差目标排量QΔP的增量ΔQΔP和所述输入限制目标排量QT的增量ΔQPs之中一个的装置，以选择所述压差目标排量QΔP和所述输入限制目标排量QT中的一个。

11、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中所述第二装置的输入限制函数是一个输入力矩限制函数，具有所述泵的输出压力和输入限制目标排量之中的一个作为参数，所述第二装置基于所述第二检测装置的压力信号和所述输入力矩限制函数两者计算所述泵的输入限制目标排量QT。

12、根据权利要求1的负载敏感液压驱动回路的控制系统，其中：

所述控制系统还包括第三检测装置，以决定目标速度和驱动所述液压泵的原动机的实际速度之间的偏差，以及

所述第二装置的输入限制函数是一个输入力矩限制函数，具有所述泵的输出压力和输入限制目标排量以及所述原动机的速度偏差之中的一个作为参数，所述第二装置基于所述第二检测装置的压力信号，所述第三检测装置的速度偏差信号和所述输入力矩限制函数，计算所述液压泵的输入限制目标排量QT。

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