CN102021925B - 一种挖掘机功率匹配控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种挖掘机功率匹配控制系统和方法，该方法包括设定与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值；检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；在所述与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值中，查找与当前档位相对应的极限载荷控制电流值；以及提供具有该极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率。该方法避免了发动机在挖掘机开始操作时发生严重丢转现象，而且不需要因为功率不匹配而频繁对发动机进行转速调整，减轻了发动机的负担。
Description
技术领域
本发明涉及一种挖掘机功率匹配控制系统和方法，具体涉及一种挖掘机发动机与液压泵的功率匹配控制系统和方法。
背景技术
挖掘机是一种广泛应用于建筑施工的工程机械，具有施工机动灵活，施工效率高等优点。如图1示出了现有的挖掘机功率匹配控制系统的结构示意图，如图1所示，挖掘机功率匹配控制系统包括档位旋钮、发动机1、液压泵2、转速传感器4以及控制器3，所述档位旋钮用于控制所述发动机1的档位；所述转速传感器4用于检测所述发动机1的转速；所述液压泵2与所述发动机1通过传动机构相连，该液压泵2包括用于控制液压泵吸收功率的极限载荷控制比例阀5；所述控制器3与所述档位旋钮、转速传感器4和极限载荷控制比例阀5电连接，用于根据转速传感器4所检测的转速以及当前档位，计算极限载荷控制电流的电流值，并将给具有该电流值大小的极限载荷控制电流提供给极限载荷控制比例阀5，以控制液压泵2的吸收功率。
一般而言，挖掘机的液压泵2的原始设计功率是超过发动机最大功率的，如果不对液压泵2的吸收功率加以限制，挖掘机就会在工作时出现冒黑烟甚至发动机熄火等问题，而液压泵2上的极限载荷控制比例阀5就是用来调整液压泵2的吸收功率，从而实现了发动机1与液压泵2的功率匹配。挖掘机功率匹配要实现的最终目的是使液压泵2最大限度地吸收发动机1对应油门位置的最大功率，同时不能造成发动机冒烟、憋车等现象。
现有的挖掘机中的控制器3均采用传统的PID算法来进行功率匹配控制，具体控制过程如下：利用转速传感器4采集发动机转速作为控制器3的反馈信号，控制器3通过检测所述档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位，当所采集的发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差达到预定起调点时，将此转速差通过数字PID控制算法运算后得到极限载荷控制电流的电流值，并利用具有该电流值大小的极限载荷控制电流驱动极限载荷控制比例阀5，从而调整液压泵2的吸收功率，使得液压泵2的最大吸收功率不超过当前档位对应的发动机最大输出功率，通过这样一个闭环控制实现了发动机1与液压泵2的功率匹配。
图2为采用传统PID控制算法的发动机转速曲线图，该图示出了动臂上升先导压力、发动机转速以及极限载荷控制电流三者之间的关系。随着动臂上升先导压力的增大，发动机转速会下降，当发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差达到预定起调点时，控制器3开始控制极限载荷控制比例阀5打开，并根据发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差来调整输入限载荷控制比例阀5的极限载荷控制电流。由于极限载荷控制比例阀5的调整需要一定的时间，这样当极限载荷控制真正能够起作用的时候发动机转速已经下降了500-600转/分，因此虽然能够保证在负载过大时不憋死车，但是无法消除发动机1在挖掘机开始操作时的丢转严重的现象，而且由于极限载荷控制的突然开启，还会造成挖掘机动作的突然停顿。
此外，由于挖掘机工作时的负载变化非常大且频繁，而极限载荷控制电流的大小决定了发动机1的最大输出功率，所以采用上述PID控制算法进行控制，会导致极限载荷控制电流的频繁变化，从而引起发动机转速不稳定，增加了发动机的负担。
发明内容
为了克服现有技术中采用PID控制算法进行功率匹配控制所存在的缺陷，本发明特提供一种能够非常恰当的实现挖掘机功率匹配的控制系统和方法。
本发明提供的挖掘机功率匹配的控制系统包括档位旋钮、发动机、液压泵以及控制器，所述液压泵与所述发动机通过传动机构相连，该液压泵包括用于控制液压泵吸收功率的极限载荷控制比例阀；所述档位旋钮用于控制所述发动机的档位；所述控制器与档位旋钮和极限载荷控制比例阀电连接，用于计算极限载荷控制电流的电流值，并将给具有该电流值大小的极限载荷控制电流提供给极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率；其中，所述控制器存储有与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值，并执行以下步骤：控制器检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；从所述与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值中，查找与当前档位相对应的极限载荷控制电流值；以及提供具有该极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率。
相应的，本发明还提供一种挖掘机功率匹配控制方法，所述挖掘机包括档位旋钮、发动机和液压泵，发动机与液压泵通过传动机构相连，所述液压泵包括用于控制液压泵吸收功率的极限载荷控制比例阀；所述档位旋钮用于控制所述发动机的档位；所述方法包括：设定与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值；检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；在所述与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值中，查找与当前档位相对应的极限载荷控制电流值；以及提供具有该极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率。
本发明提供的挖掘机功率匹配控制系统和方法能够直接根据当前档位确定出合适的极限载荷控制电流，并将该电流应用到极限负荷控制比例阀，调整液压泵的吸收功率，达到液压泵与发动机的功率相匹配的效果。与现有技术中的PID控制算法相比，本发明的控制方法不需要等到发动机当前转速与当前档位的空载转速之间的转速差到达预定起调点时才进行调节，而是根据针对各个档位所设定的极限载荷控制电流值，直接将与当前档位相对应的极限载荷控制电流应用至极限载荷控制比例阀，实现了液压泵与发动机的功率匹配，从而避免了发动机在挖掘机开始操作时发生严重丢转现象，而且不需要因为功率不匹配而频繁进行转速调整，减轻了发动机的负担。
附图说明
图1是现有的挖掘机功率匹配控制系统的结构示意图；
图2是采用传统PID控制算法时的发动机转速曲线图；
图3是本发明的挖掘机功率匹配控制方法的流程图；以及
图4是采用本发明的挖掘机功率匹配控制方法时的发动机转速曲线图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明。
本发明提供的挖掘机功率匹配的控制系统包括档位旋钮、发动机、液压泵以及控制器，所述液压泵与所述发动机通过传动机构相连，该液压泵包括用于控制液压泵吸收功率的极限载荷控制比例阀；所述档位旋钮用于控制所述发动机的档位；所述控制器与档位旋钮和极限载荷控制比例阀电连接，用于计算极限载荷控制电流的电流值，并将给具有该电流值大小的极限载荷控制电流提供给极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率；其中，所述控制器存储有与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值，并执行以下步骤：控制器检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；从所述与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值中，查找与当前档位相对应的极限载荷控制电流值；以及提供具有该极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率。
如图3所示，所述控制器具有正常运行状态和自学习控制状态，所述与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值可以在自学习控制状态中得到的。在此，所述挖掘机功率匹配的控制系统还包括转速传感器，该转速传感器与所述控制器相连，用于检测发动机转速，并将所检测的转速发送给控制器。下面介绍控制器在正常运行状态和自学习控制状态的操作过程。
首先，控制器会确定当前档位，并提供具有该极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率。在此之后，控制器会进入正常运行个状态。
在正常运行状态中，转速传感器检测发动机转速，并将该转速发动给控制器；控制器根据档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；当发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围内时，这表明当前对极限载荷控制比例阀施加的极限载荷控制电流是合适的，能够满足发动机与液压泵之间的功率匹配；当控制器判断发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差超过预定范围时，则控制器进入自学习控制状态。
在自学习控制状态中，控制器调整极限载荷控制电流，以使得发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围内。具体调整过程可以分为以下两种情况：一、转速差小于预定范围的下限值，则表明液压泵的吸收功率过大，此时增大极限载荷控制电流，以减小液压泵的吸收功率；二、转速差大于预定范围的上限值，则表明液压泵的吸收功率过小，没有充分利用发动机的输出功率，此时减小极限载荷控制电流，增大液压泵的吸收功率。通过上述调整过程，最终可以使得发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围内。在发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围内之后，控制器保存当前的极限载荷控制电流的电流值，以作为当前档位的极限载荷控制电流值。如果此时存储器中已存储有与当前档位相对应的极限载荷控制电流值，则利用当前的极限载荷控制电流的电流值更新控制器中所存储的当前档位的极限载荷控制电流值。通过自学习控制状态，与各个档位相对应的极限载荷控制电流值可以得到创建和更新。之后，控制器从自学习控制状态重新进入正常运行状态。
需要说明的是，发动机中各个档位的空载转速是预先设定好的。发动机的当前档位不仅决定了当前档位的空载转速，还决定了发动机在当前档位下的最大输出功率。所述预定范围可以根据挖掘机所用的发动机的特性来设定，例如可以为180-250转/分。
理论上，在发动机和液压泵的性能没有发生变化的情况下，提供具有与当前档位相对应的极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀便可以使发动机的输出功率与液压泵的吸收功率相匹配。然而，在实际工作过程中，为了防止因发动机和液压泵的性能变化而导致发动机的输出功率与液压泵的吸收功率不相匹配，控制器会在所述正常运行状态，检查发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差是否处于预定范围，以便在发动机和液压泵的性能临时发生变化而导致功率不匹配时，及时对液压泵的吸收功率进行调整，并对所存储的与当前档位相对应的极限载荷控制电流值进行更新，以使其适应发动机和液压泵的性能变化。这样，可以在例如发动机老化造成功率下降而导致功率不匹配的情况下，自适应地调整与各个档位相对应的极限载荷控制电流值，自动完成新状态下的功率匹配，从而减少了人工操作。
图4示出了在挖掘机动臂全速上升时，在使用本发明所提供的挖掘机功率匹配控制方法的发动机转速曲线图。从图4中可以很明显看出，动臂全速上升(即动臂上升先导压力不断地增大)时的负载使得发动机转速只下降了180-230转/分左右，这与现有技术中PID算法的500-600转/分相比，显著减小了操作开始时发动机转速下降幅度，避免了憋车冒黑烟的现象。
Claims (10)
1.一种挖掘机功率匹配控制系统，该系统包括档位旋钮、发动机、液压泵以及控制器，所述液压泵与所述发动机通过传动机构相连，该液压泵包括用于控制液压泵吸收功率的极限载荷控制比例阀；所述档位旋钮用于控制所述发动机的档位；所述控制器与档位旋钮和极限载荷控制比例阀电连接，用于计算极限载荷控制电流的电流值，并将给具有该电流值大小的极限载荷控制电流提供给极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率；
其特征在于，所述控制器存储有与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值，并执行以下步骤：
检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；
从所述与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值中，查找与当前档位相对应的极限载荷控制电流值；以及
提供具有该极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率。
2.根据权利要求1所述的挖掘机功率匹配控制系统，其中，该系统还包括转速传感器，用于检测发动机转速，并将所检测的转速发送给控制器；所述与发动机的一个档位相对应的极限载荷控制电流值通过以下步骤得出：
控制器检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；
转速传感器检测发动机转速，并将所检测的转速发送给控制器；
当控制器判断发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围之外时，调整极限载荷控制电流，以使发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内；以及
在发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内之后，保存当前的极限载荷控制电流的电流值，以作为当前档位的极限载荷控制电流值。
3.根据权利要求1所述的挖掘机功率匹配控制系统，其中，该系统还包括转速传感器，用于检测发动机转速，并将所检测的转速发送给控制器；在提供具有所查找的极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀之后，所述控制器还执行以下步骤：
接收转速传感器所检测的发动机转速；以及
当判断发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围之外时，调整极限载荷控制电流，以使发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内。
4.根据权利要求3所述的挖掘机功率匹配控制系统，其中，所述方法还包括：
在发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内之后，保存当前的极限载荷控制电流的电流值，以更新控制器中所存储的当前档位的极限载荷控制电流值。
5.根据权利要求2或3所述的挖掘机功率匹配控制系统，其中，所述预定范围为180-250转/分。
6.一种挖掘机功率匹配控制方法，所述挖掘机包括档位旋钮、发动机和液压泵，发动机与液压泵通过传动机构相连，所述液压泵包括用于控制液压泵吸收功率的极限载荷控制比例阀；所述档位旋钮用于控制所述发动机的档位；所述方法包括：
设定与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值；
检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；
在所述与发动机的各个档位相对应的极限载荷控制电流值中，查找与当前档位相对应的极限载荷控制电流值；以及
提供具有该极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀，以控制液压泵的吸收功率。
7.根据权利要求6所述的挖掘机功率匹配控制方法，其中，所述设定与发动机的一个档位相对应的极限载荷控制电流值包括以下步骤：
检测档位旋钮的位置，确定发动机的当前档位；
检测发动机转速；
当发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围之外时，调整极限载荷控制电流，以使发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内；以及
在发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内之后，保存当前的极限载荷控制电流的电流值，以作为当前档位的极限载荷控制电流值。
8.根据权利要求6所述的挖掘机功率匹配控制方法，其中，在提供具有所查找的极限载荷控制电流值大小的极限载荷控制电流至所述极限载荷控制比例阀之后，所述方法还包括以下步骤：
检测发动机转速；以及
当发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差处于预定范围之外时，调整极限载荷控制电流，以使发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内。
9.根据权利要求8所述的挖掘机功率匹配控制方法，其中，所述方法还包括：
在发动机转速与当前档位的空载转速之间的转速差在预定范围内之后，保存当前的极限载荷控制电流的电流值，以更新控制器中所存储的当前档位的极限载荷控制电流值。
10.根据权利要求7或8所述的挖掘机功率匹配控制方法，其中，所述预定范围为180-250转/分。
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