CN102900121A - 一种用于工程机械的液压泵控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工程机械的液压泵控制方法，工程机械包括行走体、旋转体，主臂、副臂、装载部件和回转装置，回转装置驱动旋转体回转，旋转体、主臂、各个副臂和装载部件每相邻二者通过液压缸驱动连接，液压缸和回转装置由液压泵供给流量；控制方法包括：先获取旋转体、主臂、各个副臂和装载部件的预设的目标位姿参数和实际位姿参数；再根据实际位姿参数和目标位姿参数，获取工程机械按照目标轨迹运行时液压泵的需求流量，根据需求流量输出控制指令；最后接收控制指令，控制所述液压泵的流量，以使所述液压泵输出所述需求流量。这种方法实现对液压泵流量的精确控制，优化工程机械运行轨迹。本发明还提供一种用于工程机械的液压泵控制系统。

Description

一种用于工程机械的液压泵控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种用于工程机械的液压泵控制系统及方法。

背景技术

挖掘机是常用的一种工程机械，其通常包括本体部分和臂架部分，本体部分包括行走体、旋转体和二者之间的回转装置，臂架部分包括主臂、副臂和铲斗。工作过程中，分别通过三个液压缸控制主臂、副臂和铲斗三者的旋转角度，回转装置驱动旋转体回转，三个液压缸和回转装置均由液压泵供给流量，因此，如何精确控制液压泵的流量成为自动化精确控制挖掘机动作的关键所在。

现有的挖掘机液压泵的控制方法可以分为两类：

一种是由操作手柄控制先导压力，控制多路阀阀芯的位移，多路阀阀芯的位移变化控制泵的流量，如负反馈、负荷传感系统。在此类控制方式中，液压泵的流量控制需要经过的环节较多，反应不够灵敏、存在滞后性，与挖掘机自动化控制所需的流量有较大的误差。

另一种挖掘机的液压泵控制方式为由操作手柄控制先导压力，如正反馈流量控制，先导压力分为两路：一路控制多路阀阀芯的位移，进而控制挖掘机液压缸的速度；另一路控制流量。在对此类挖掘机进行自动化控制时，由于先前挖掘机匹配过程中，先导压力与所需的流量存在一定的误差，同时由于挖掘机在多变的工况下(如主臂举升合流或负载压力过大产生泄流时)运行速度会发生改变。同时，当负荷变化时，发动机转速发生变化，液压泵的输出流量的稳定性无法保证。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，对现有挖掘机的液压泵控制系统和方法进行优化设计，提高挖掘机液压泵流量控制的准确性，保证液压泵输出流量的稳定性。

发明内容

本发明的目的为提供一种用于工程机械的液压泵控制方法和系统，以实现对工程机械的液压泵流量的精确控制，保证液压泵输出流量的稳定性，从而实现工程机械较高精度地按照预定轨迹的运行。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于工程机械的液压泵控制方法，所述工程机械包括行走体，与所述行走体水平回转连接的旋转体，与所述旋转体依次首尾竖直回转连接的主臂、至少一个副臂和装载部件，回转装置驱动旋转体回转，所述旋转体、所述主臂、各个副臂和所述装载部件每相邻二者通过液压缸驱动连接，所述液压缸和回转装置均由液压泵供给流量；所述液压泵控制方法包括如下步骤：

1)获取所述旋转体、主臂、各个副臂和装载部件的预设的目标位姿参数和实际位姿参数；

2)根据所述实际位姿参数和目标位姿参数，获取所述工程机械按照目标轨迹运行时液压泵的需求流量，根据所述需求流量输出控制指令；

3)接收所述控制指令，控制所述液压泵的流量，以使所述液压泵输出所述需求流量。

优选地，所述步骤1)中具体通过如下步骤获取所述实际位姿参数：

首先，采用多个倾角传感器分别检测所述主臂与重力的倾角、各个副臂与重力的倾角、装载部件与重力的倾角、旋转体与行走体的回转轴线与重力在预设竖直平面内的倾角，采用回转角度传感器检测旋转体相对于行走体的实际回转角，再通过几何空间转换算法计算出各个液压缸的实际长度；

所述步骤2)具体为：

21)根据各个液压缸的实际长度和预设的目标长度差值，回转装置的实际回转角与预设的目标回转角的回转角差值，获取所述液压泵的需求流量，减小需求流量的波动，再将需求流量除以所述工程机械的发动机转速，获取调整需求流量；

22)按照步骤21)的结果输出相应的PWM脉宽调制信号。

所述步骤3)具体为：

31)将所述PWM脉宽调制信号经过电磁比例阀放大器进行放大；

32)将放大后的PWM脉宽调制信号输出给液压泵的流量控制阀，实现对液压泵流量的控制。

优选地，所述步骤21)中获取调整需求流量后还包括步骤：

211)根据上次控制过程中液压泵的实际流量、目标流量获取修正系数＝上次所需流量/完成流量，再获取修正需求流量＝调整需求流量*修正系数。

优选地，还包括步骤：

检测所述液压泵的倾角和/或流量；

当检测到液压泵的倾角和/或流量小于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，增大当前倾角；当检测到液压泵的倾角和/或流量大于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，减小当前倾角。

优选地，还包括步骤：

根据上次控制过程获取流量系数和/或功率系数，将计算结果反馈给工程机械的轨迹规划器，并当所述流量系数大于第一预设值和/或功率系数大于第二预设值时，减小所述液压缸的运行速度，当所述流量系数小于第一预设值且所述功率系数小于第二预设值时，增大所述液压缸的运行速度；其中，

流量系数K_flow＝Q/Q_MAX，Q为需求流量，Q_MAX为液压泵的最大流量；

功率系数K_power＝P_power/P_max，P_power为液压泵消耗的功率，P_max为所述发动机的最大功率。

优选地，还包括压力截断步骤：

检测所述液压泵出口压力，当所述出口压力达到最大时，将所述液压泵流量减到最小。

优选地，还包括防过载步骤：

检测所述工程机械的发动机的油门开度，获取所述功率系数，并当所述功率系数大于1时，减小泵的输出流量，增大油门开度。

优选地，还包括怠速控制步骤：

当所述需求流量为零时，减小所述发动机油门至怠速状态。

优选地，所述工程机械为挖掘机。

本发明提供一种用于工程机械的液压泵控制方法，该方法包括如下步骤：首先，获取所述旋转体、主臂、各个副臂和装载部件的预设的目标位姿参数和实际位姿参数；然后根据所述实际位姿参数和目标位姿参数，获取所述工程机械按照目标轨迹运行时液压泵的需求流量，根据所述需求流量输出控制指令；最后接收所述控制指令，控制所述液压泵的流量，以使所述液压泵输出所述需求流量。

采用这种控制方法，通过控制器对实际位姿参数和目标位姿参数的比较和分析，能够直接、准确地获取工程机械按照目标轨迹运行时液压泵的需求流量，控制液压泵的输出流量，从而使挖掘机按照预定轨迹运行。

与现有技术相比，本控制方法无需经过操作手柄控制先导压力，再由先导压力控制泵的流量，或是由先导压力控制多路阀，再由多路阀控制泵的流量，克服了由于中间环节相对过多而引起的相应时间较长的缺点，大大提高了液压泵4流量控制的精度，实现了挖掘机的自动化控制。

本发明还提供一种用于工程机械的液压泵控制系统，所述工程机械包括行走体，与所述行走体水平回转连接的旋转体，与所述旋转体依次首尾竖直回转连接的主臂、至少一个副臂，所述副臂末端连接有装载部件，回转装置驱动旋转体回转，所述旋转体、所述主臂、各个副臂和所述装载部件每相邻二者通过液压缸驱动连接，所述液压缸和回转装置均由液压泵供给流量；所述液压泵控制系统包括：

检测装置，用于获取所述旋转体、主臂、各个副臂和装载部件的实际位姿参数；

轨迹规划器，用于根据所述工程机械预设目标位姿参数；

控制器，设于所述检测装置、轨迹规划器的输出端，用于接收所述实际位姿参数和预设的目标位姿参数，获取所述工程机械按照目标轨迹运行时液压泵的需求流量，根据所述需求流量输出控制指令；

执行装置，设于所述控制器的输出端，用于接收所述控制指令，控制所述液压泵的流量，以使所述液压泵输出所述需求流量。

优选地，所述检测装置为多个倾角传感器，分别用于检测所述主臂与重力的倾角、各个副臂与重力的倾角、装载部件与重力的倾角、旋转体与行走体的回转轴线与重力在预设竖直平面内的倾角，所述检测装置还包括检测旋转体相对于行走体的实际回转角的回转角度传感器：

所述控制器包括DSP模块，用于通过几何空间转换算法计算出各个液压缸的实际长度，根据液压缸的实际长度和预设的目标长度差值，再由实际回转角和目标回转角的回转角度差值，获取液压泵需求流量，减小需求流量的波动，再将需求流量除以发动机转速，获取调整需求流量；所述控制器还包括按照DSP模块的结果输出相应的PWM脉宽调制信号的寄存器；

所述执行装置包括对PWM脉宽调制信号进行放大的电磁比例阀放大器和按照电磁比例阀放大器的结果输出需求流量的流量控制阀。

优选地，所述控制器还用于根据上次控制过程中液压泵的实际流量、目标流量获取修正系数＝上次所需流量/完成流量，获取修正需求流量＝调整需求流量*修正系数。

优选地，还包括：

检测所述液压泵倾角的倾角检测装置和检测所述液压泵流量的流量检测装置；

所述控制器还用于当检测到液压泵的倾角和/或流量小于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，增大当前倾角；当检测到液压泵的倾角和/或流量大于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，减小当前倾角。

优选地，所述控制器还用于根据上次控制过程获取流量系数和/或功率系数，将计算结果反馈给工程机械的轨迹规划器，并当所述流量系数大于第一预设值和/或功率系数大于第二预设值时，减小所述液压缸的运行速度，当所述流量系数小于第一预设值且所述功率系数小于第二预设值时，增大所述液压缸的运行速度；其中，

流量系数K_flow＝Q/Q_MAX，Q为需求流量，Q_MAX为液压泵的最大流量；

功率系数K_power＝P_power/P_max，P_power为液压泵消耗的功率，P_max为所述发动机的最大功率。

优选地，还包括：

检测所述液压泵出口压力的压力检测装置；

所述控制器还用于当所述出口压力达到最大时，将所述液压泵流量减到最小。

优选地，还包括：

检测所述发动机油门开度的油门开度检测装置；

所述控制器还用于根据所述油门开度获取所述功率系数，并当所述功率系数大于1时，减小泵的输出流量，增大油门开度。

优选地，还包括：

所述控制器还用于在所述需求量为零时，减小所述发动机油门至怠速状态。

优选地，所述工程机械为挖掘机。

由于上述液压泵控制方法具有如上所述的技术效果，因此，与上述液压泵控制方法对应的控制系统也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明所提供液压泵控制方法的一种具体实施方式的流程框图；

图2为与图1对应的液压泵控制方法的结构示意图；

图3为本发明所提供液压泵控制方法的另一种具体实施方式的流程框图；

图4为图2中的臂架的结构示意图；

图5为第一夹角与第一油缸长度的对应关系图；

图6为第二夹角与第二油缸长度的对应关系图；

图7为第三夹角与第三油缸长度的对应关系图；

图8为实际回转角和目标回转角的差值与所需流量的对应关系图；

图9为本发明所提供液压泵控制方法的第三种具体实施方式的流程框图；

图10为与图9对应的液压泵控制方法的结构示意图；

图11为本发明所提供液压泵控制系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图12为本发明所提供液压泵控制系统的第二种具体实施方式的结构示意图。

其中，图1至图12中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

检测装置1；第一倾角传感器11；第二倾角传感器12；第三倾角传感器13；第四倾角传感器14；回转角度传感器15；压力检测装置16；油门开度检测装置17；转速检测装置18；流量检测装置19；油泵倾角检测装置120；

控制器2；DSP模块21；寄存器22；

执行装置3；电磁比例阀放大器31；流量控制阀32；

液压泵4；

发动机5；

本体10；回转装置101；行走体102；旋转体103；

臂架20；主臂201；副臂202；装载部件203；第一液压缸204；第二液压缸205；第三液压缸206。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种用于工程机械的液压泵控制方法和系统，该控制方法和系统能够提高液压泵流量的精确度，实现工程机械准确地按照预定轨迹运行。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供液压泵控制方法的一种具体实施方式的流程框图；图2为与图1对应的液压泵控制方法的结构示意图。

在一种具体实施方式中，如图1和图2所示，本发明提供的液压泵控制方法用于工程机械上，该工程机械包括本体10部分和臂架20部分，本体10部分包括行走体102、旋转体103和二者之间的回转装置101，臂架20部分包括主臂201、至少一个副臂202和连接于副臂202末端的装载部件203，回转装置101驱动旋转体103回转，主臂201、各个副臂202和装载部件203每相邻二者通过液压缸驱动连接，液压缸和回转装置101均由液压泵4供给流量；上述液压泵控制方法具体包括如下步骤：

S11：获取旋转体103、主臂201、各个副臂202和装载部件203的实际位姿参数和预设的目标位姿参数；

S12：根据实际位姿参数和目标位姿参数，获取工程机械按照目标轨迹运行时液压泵4的需求流量Q，根据需求流量Q输出控制指令；

S13：根据需求流量Q输出控制指令，控制液压泵4的流量，以使所述液压泵4输出所述需求流量。

采用这种控制方法，通过控制器对实际位姿参数和目标位姿参数的比较和分析，能够直接、准确地获取工程机械按照目标轨迹运行时液压泵的需求流量，控制液压泵的输出流量，从而使挖掘机按照预定轨迹运行。

与现有技术相比，本控制方法无需经过操作手柄控制先导压力，再由先导压力控制泵的流量，或是由先导压力控制多路阀，再由多路阀控制泵的流量，克服了由于中间环节相对过多而引起的相应时间较长的缺点，大大提高了液压泵4流量控制的精度，实现了挖掘机的自动化控制。

在另一种具体实施方式中，如图3所示，该图为发明所提供液压泵控制方法的另一种具体实施方式的流程框图；上述液压泵控制方法可以具体包括步骤S21：

采用多个倾角传感器检测主臂201与重力的倾角、各个副臂202与重力的倾角、装载部件203与重力的倾角、旋转体103与行走体102的回转轴线与重力在预设竖直平面(例如XOZ平面)内的倾角，采用回转角度传感器15测量旋转体103与行走体102之间的实际回转角。

下面以挖掘机为例，具体描述上述液压泵控制方法的控制过程，挖掘机的装载部件203为铲斗，其副臂202的数目为一个，旋转体103与主臂201之间设有第一液压缸204、主臂201与副臂202之间设有第二液压缸205、副臂202和铲斗之间设有第三液压缸206。

对于上述挖掘机，请参考图4，图4为图2中的臂架20的结构示意图。首先建立三维坐标系如图1所示，可以具体采用安装于主臂201上的第一倾角传感器11、安装于副臂202上的第二倾角传感器12、安装于铲斗上的第三倾角传感器13、安装于旋转体103上的第四倾角传感器14和安装于回转装置101上的回转角度传感器15分别检测主臂201与重力的第一倾角θ₁、副臂202与重力的第二倾角θ₂、铲斗与重力的第三倾角θ₃、旋转体103与行走体102的回转轴线与重力在竖直平面XOZ内的第四倾角θ_X、旋转体103与行走体102之间的实际回转角θ_R。再计算连接旋转体103与主臂201的第一液压缸204的第一长度L₁、连接主臂201和副臂202的第二液压缸205的第二长度L₂、连接副臂202和铲斗的第三液压缸206的第三长度L₃。

具体地，

由第一倾角θ₁和旋转体103在平面XOZ上与第四倾角θ_X，经公式

θ_L1＝θ₁-θ_X+θ_L01求出旋转体103与主臂201的第一夹角θ_L1；

其中θ_L01为主臂201角度补偿数值。因为检测角度θ₁与θ_X差值和θ_L1实际角度的不同，用补偿数值θ_L01进行补偿，同时也用来补偿倾角传感器的安装误差。

同理，通过

θ_L2＝θ₂-θ₁+θ_L02求出主臂201和副臂202的第二夹角θ_L2、通过

θ_L3＝θ₃-θ₂+θ_L03求出副臂202和铲斗的第三夹角θ_L3。

进一步地，根据几何学关系能够求出第一夹角θ_L1与第一长度L₁的对应关系，如图5所示，第二夹角θ_L2与第二长度L₂的对应关系，如图6所示，第三夹角θ_L3与第三长度L₃的对应关系，如图7所示。获取初级实际位姿参数后，只需根据对应关系即可获取各个液压缸的长度。更近一步地，还可以将上述附图制作成相应的表以供控制过程中查询使用，这样能够避免采用几何学计算的方法进行大量的运算，加快控制过程的反应速度，更进一步提高控制过程的效率。此外，上述回转角θ_R可以通过安装于回转装置上的回转角度传感器15直接获取。

上述液压泵控制方法中的实际位姿参数可以包括初级位姿参数、中间位姿参数和终极位姿参数，例如图1所示的挖掘机来说，该挖掘机的初级位姿参数可以具体为上述第一倾角θ₁、第二倾角θ₂、第三倾角θ₃、第四倾角θ_X和回转角θ_R；该挖掘机的中间位姿参数可以具体为第一夹角θ_L1、第二夹角θ_L2、第三夹角θ_L3和回转角θ_R；该挖掘机的终极位姿参数可以具体为第一长度L₁、第二长度L₂、第三长度L₃和回转角θ_R。在上述获取液压缸长度的过程中，采用了倾角传感器检测初级位姿参数，然后通过空间转换的算法较为准确地计算出上述终极位姿参数。

可以想到，上述检测液压缸长度的方法并不仅限于上述方法，还可以通过长度传感器直接检测出各个液压缸的长度。

此外，还可以通过安装于旋转体103与主臂201连接枢轴上的第一角度传感器、安装于主臂201与副臂202连接枢轴上的第二角度传感器、安装于副臂202与铲斗连接枢轴上的第三角度传感器，分别用来测量第一夹角θ_L1、第二夹角θ_L2和第三夹角θ_L3，然后再通过第一夹角θ_L1、第二夹角θ_L2和第三夹角θ_L3获取液压缸长度。

由于挖掘机自动化控制通常都设有轨迹规划器，该轨迹规划器能够通过当前挖掘机的实体参数和作业目标，直接预设目标位姿参数。与上述位姿参数相类似地，通过该轨迹规划器可以输出初级目标位姿参数、中级目标位姿参数或者直接获取终极目标位姿参数。

上述控制方法在步骤S21后执行步骤S221：根据各个液压缸的实际长度和预设的目标长度的差值，再由实际回转角和预设的目标回转角的回转角度差值，获取液压泵4的需求流量，再将需求流量除以工程机械的发动机转速，获取调整需求流量；

S222：按照步骤S221的结果输出相应的PWM脉宽调制信号。

首先可以通过控制器2的运算获取需求流量Q，其具体计算过程如下：

需求流量Q＝第一液压缸需求流量Q₁+第二液压缸需求流量Q₂+第三液压缸需求流量Q₃+回转需求流量Q_R。

第一液压缸需求流量Q₁＝(目标液压缸长度L₁-实际液压缸长度L₁)*第一液压缸面积A₁；

第二液压缸需求流量Q₂＝(目标液压缸长度L₂-实际液压缸长度L₂)*第二液压缸面积A₂；

第三液压缸需求流量Q₃＝(目标液压缸长度L₃-实际液压缸长度L₃)*第三液压缸面积A₃；

其中第一液压缸面积A₁、第二液压缸面积A₂、第三液压缸面积A₃在液压缸收缩时为相对应的液压缸的活塞小端面积，在液压缸伸长时为相对应的活塞大端面积。

请参考图8，图8为实际回转角θ_R、目标回转角θ′_R的差值与回转需求流量的对应关系图；当角度Δθ_R较小时与角度差值大小成正比，以保证与所需的运动相匹配，当角度Δθ_R较大时，由于液压泵4流量的限制，流量被限制在一定的流量内。由此，根据检测到挖掘机实际回转角θ_R与目标回转角θ′_R的差值求出Δθ_R，再根据差值Δθ_R的绝对值大小按照图8所示的关系得出回转需求流量Q_R。

求出上述需求流量Q后，还可以采用PID算法减小上述需求流量Q的波动，同时去除干扰引起的误差。例如，当有旋转的命令时所需要的流量较大，即泵的需求流量Q变化较大，此时就需要用PID算法使需求流量Q变化平稳，这样可以减小对泵的流量冲击，提高泵的使用寿命。需要说明的是，上述减小上述需求流量Q的波动还可以通过别的方法，例如可以通过滤波和取平均值的方法。

然后进一步对上述需求流量Q进行转速调整。由于发动机转速Nr会因为负载的不同而发生速度变化，因此当上述需求流量Q确定后，如果直接确定泵的倾角，会由于发动机转速Nr的变化使泵的输出流量随之变化。为了对这种影响进行补偿，可以在发动机5上安装转速传感器，用来检测发动机5的转速Nr，然后用上述需求流量Q除以发动机转速Nr，便得到可变排量液压泵4每转输出排量。

然后，以可变排量液压泵4每转输出排量方法相应比例来得出泵的倾角值，通过设置PMW脉宽调制信号的控制寄存器22，从而输出相应的PWM脉宽调制信号。

步骤S23具体为：

S231：将PWM脉宽调制信号经过电磁比例阀放大器31进行放大；

S232：将放大后的PWM脉宽调制信号输出给液压泵4的流量控制阀32，用以调整液压泵4的倾角，实现对液压泵4流量的控制。

以上详细介绍了对液压泵4的流量的开环控制方法，事实上，上述液压泵4的控制方法并不仅限于开环控制，还可以将其设置为闭环反馈控制。

在另一种具体实施方式中，上述步骤S221中获取调整需求流量后还包括步骤：

S2211：根据上次控制过程中液压泵4的实际流量、目标流量获取修正系数K_f＝上次所需流量/完成流量，再获取修正需求流量＝调整需求流量*修正系数K_f。

其中，根据公式K_f＝Q/Q_f来确定修正系数K_f，使液压流量与实际需求匹配。

其中Q为上个运算周期计算出的所需流量，Q_f为完成流量：

Q_f＝ΔL₁×A₁+ΔL₂×A₂+ΔL₃×A₃+Δθ_R×q

ΔL₁为实际液压缸长度L₁在控制器一个运算周期内变化值；ΔL₂为实际液压缸长度L₂变化值；ΔL₃为实际液压缸长度L₃变化值；Δθ_R为实际中央回转中心角度θ_R变化值。

A₁当ΔL₁缩短时为主臂201液压缸活塞小端面积，当ΔL₁伸长时为主臂201液压缸活塞大端面积。A₂当ΔL₂缩短时为副臂202液压缸活塞小端面积，当ΔL₂伸长时为副臂202液压缸活塞大端面积。A₃当ΔL₃缩短时为铲斗液压缸活塞小端面积，当ΔL₃伸长时为铲斗液压缸活塞大端面积。q为回转马达驱动旋转体103做单位角度的旋转运动所需的流量。

上述流量修正系数K_f＝Q/Q_f，当K_f大于1时，表示流量不能够完全满足所需，为使流量能够满足要求就需要按K_f比例放大才能补偿流量的不足；当K_f小于1时，表示流量供给大于所需，为使流量能够满足要求就需要按K_f比例缩小才能使流量减小满足所需。

这样，步骤S222中接收到的是按照修正需求流量输出的对应的PWM脉宽调制信号，后续步骤按照修正需求流量控制液压泵的流量，以实现对液压泵4流量的补充，以进一步提高控制精度。

在另一种具体实施方式中，上述液压泵控制方法还可以包括如下步骤：

根据上次控制过程获取流量系数和/或功率系数，将计算结果反馈给工程机械的轨迹规划器，并当流量系数大于第一预设值和/或功率系数大于第二预设值时，减小液压缸的运行速度，当流量系数小于第一预设值且功率系数小于第二预设值时，增大液压缸的运行速度。其中，

流量系数K_flow＝Q/Q_MAX，Q为需求流量，Q_MAX为液压泵4的最大流量；当流量系数K_flow大于1时表示泵的需求流量Q大于泵的最大流量Q_MAX，此时泵的最大流量不能满足挖掘机流量需求，该需求流量Q也可由油泵倾角值和发动机转速值相乘并比例放大后得出。上述与流量系数K_flow对应的第一预设值通常设置为1，当然特殊情况下也可以为其他数值。

功率系数K_power＝P_power/P_max，P_power为液压泵4消耗的功率，液压泵4的流量Q乘以泵的出口压力P得出液压泵4所消耗的功率P_power，P_max为发动机5的在当前油门开度下的最大功率；当K_power大于1时，表明所需发动机5的功率已经超过最大功率。为了使挖掘机最佳的工作状态，上述功率系数K_power对应的第二预设值通常设置为0.8，当然特殊情况下也可以为其他数值。需要说明的是，上述功率系数K_power还可以通过别的方式获取，例如可以设置转速检测装置18检测发动机的转速，然后根据转速获取功率系数K_power；当精度要求不高时P_max也可为发动机5的最大功率代替。

这样，上述控制方法能够将反映液压泵的工作情况的流量系数和功率系数反馈给轨迹规划器，以使轨迹规划器据此进行轨迹优化。

上述液压泵控制方法还可以包括如下步骤：

检测液压泵4的倾角和/或流量，并根据液压泵4的需求流量Q调整液压泵4的倾角，以使液压泵4输出需求流量Q。具体地，当检测到液压泵4的倾角和/或流量小于按照需求流量Q输出所对应的倾角和/或流量时，增大当前倾角；当检测到液压泵4的倾角和/或流量大于按照需求流量Q输出所对应的倾角和/或流量时，减小当前倾角。

还可以进一步设置上述液压泵控制方法的其他具体步骤。

在另一种具体实施方式中，上述液压泵控制方法还可以包括压力截断步骤，即在输出控制压力之后包括如下步骤：

检测液压泵4的出口压力，当检测到液压泵4的出口压力达到最大时，将液压泵4流量减到最小。这样，能够减小溢流损耗，对挖掘机的液压系统起到保护作用。并且，将此时液压泵4压力反馈给轨迹控制器2，如果最大压力持续不变，表明挖掘机挖掘阻力太大，轨迹控制器2重新规划轨迹，以避过障碍。

在另一种具体实施方式中，上述液压泵控制方法还可以包括防过载步骤，即在输出控制压力之后包括如下步骤：

检测发动机5的油门开度，获取此时发动机5的功率系数K_power。当功率系数K_power大于1时，将流量控制器2转移到防过载状态，减小泵的流量，加大油门开度，防止发动机5熄火。需要说明的是，上述功率系数K_power还可以通过别的方式获取，例如可以设置转速检测装置18检测发动机的转速，然后根据转速获取功率系数K_power。

在另一种具体实施方式中，上述液压泵控制方法还可以包括怠速控制步骤，即当预设时间段内，上述需求流量Q均为零时，将流量控制器2转移到怠速模式，减小发动机5的油门，使挖掘机处于怠速模式，节省燃油。

以上详细介绍了一个液压泵4控制所有液压缸流量的挖掘机的压油泵控制方法，下面介绍包括两个液压泵4的挖掘机的液压泵控制方法。

请参考图9和图10，图9为本发明所提供液压泵控制方法的第三种具体实施方式的流程框图；图10为与图9对应的液压泵控制方法的结构示意图。

在另一种具体实施方式中，如图9和图10，上述挖掘机可以包括两个液压泵，即第一液压泵4a与第二液压泵4b，第一液压泵4a提供流量给第一液压缸204、第三液压缸206，泵4b提供流量给第二液压缸205、回转装置101，泵出口压力检测装置有两个16a、16b，电磁比例阀放大器31a、31b，泵的流量控制阀有32a、32b。

这种双液压泵4的控制系统大部分控制过程与上述单液压泵4的控制过程相似，主要包括如下步骤：

S31：获取旋转体103、主臂201、副臂202和装载部件203的预设的目标位姿参数和实际位姿参数；

S32：根据实际位姿参数和目标位姿参数，分别获取工程机械按照目标轨迹运行时第一液压泵4a的第一需求流量Qa、第二液压泵4b的第二需求流量Qb，根据第一需求流量Qa、第二需求流量Qb输出控制指令；

S33：接收控制指令，将第一需求流量Qa输出给第一液压泵4a、第二需求流量Qb输出个第二液压泵4b。

其中，个别参数的计算方法与上述单液压泵的工程机械有所差别：

第一需求流量Q_a＝第一液压缸需求流量Q₁+第三液压缸需求流量Q₃；

第二需求流量Q_b＝第二液压缸需求流量Q₂+旋转马达需求流量Q_R

修正系数K_fa＝Q_a/Q_fa，Q_fa＝ΔL₁×A₁+ΔL₃×A₃

修正系数K_fb＝Q_b/Q_fb，Q_fb＝ΔL₂×A₂+Δθ_R×q

其中Q_fa和Q_fb为挖掘机检测到相应泵实际完成的流量。ΔL₁为实际液压缸长度L₁在流量挖掘机一个运算周期内变化值，ΔL₂为实际液压缸长度L₂变化值，ΔL₃为实际液压缸长度L₃变化值，Δθ_R为实际中央回转中心角度θ_R变化值。

第一流量系数K_a flow＝第二液压泵4a的需求流量Q_a/泵的最大流量Q_MAX a。

第二流量系数K_b flow＝第二液压泵4b的需求流量Q_b/泵的最大流量Q_MAX b。

同上述单泵实施例，P_max为发动机5在当前油门开度下的最大功率；。两个液压泵4所消耗的功率：第一液压泵4a的流量Q_a乘以泵的出口压力P_a得出第一液压泵4a所消耗的功率P_a power，第二液压泵4b的流量Q_b乘以泵的出口压力P_b得出第二液压泵4b所消耗的功率P_b power。

功率系数K_power＝(P_a power+P_b power)/P_max

需要说明的是，上述功率系数K_power还可以通过别的方式获取，例如可以设置转速检测装置18检测发动机的转速，然后根据转速获取功率系数K_power；当精度要求不高时P_max也可为发动机5的最大功率代替。

根据上次控制过程获取流量系数K_a flow、K_b flow和/或功率系数K_power，将计算结果反馈给工程机械的轨迹规划器，并当所述流量系数大于第一预设值和/或功率系数大于第二预设值时，减小所述液压缸的运行速度，当所述流量系数小于第一预设值且所述功率系数小于第二预设值时，增大所述液压缸的运行速度；

最后PWM输出分为两路，分别控制第一液压泵4a和第二液压泵4b。

需要说明的是，上文仅以挖掘机为例介绍了上述液压泵控制方法的具体控制过程，实际上，上述液压泵控制方法并不仅限用于挖掘机，还可以用于叉车、混凝土泵车等多种工程机械。

请参考图，图11为本发明所提供液压泵4控制系统的一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，如图11所示，本发明还提供一种用于工程机械的液压泵4控制系统，工程机械包括行走体102，与行走体102水平回转连接的旋转体103，回转装置101驱动旋转体103回转，与旋转体103依次首尾竖直回转连接的主臂201、至少一个副臂202，副臂202末端连接有装载部件203，旋转体103、主臂201、各个副臂202和装载部件203每相邻二者通过液压缸驱动连接，液压缸和回转装置101均由液压泵4供给流量；液压泵4控制系统包括：

检测装置1，用于获取旋转体103、主臂201、各个副臂202和装载部件203的实际位姿参数；

轨迹规划器6，用于根据操作者意图预设工程机械目标位姿参数。

控制器2，设于检测装置1、轨迹规划器6的输出端，用于接收实际位姿参数和预设的目标位姿参数，获取工程机械按照目标轨迹运行时液压泵4的需求流量Q，根据需求流量Q输出控制指令；

执行装置3，设于控制器2的输出端，用于接收控制指令，控制所述液压泵4的流量，以使所述液压泵4输出所述需求流量。

具体的方案中，检测装置1包括多个倾角传感器，分别用于检测主臂201与重力的倾角、各个副臂202与重力的倾角、装载部件203与重力的倾角、旋转体103与行走体102的回转轴线与重力在预设竖直平面内的倾角、该检测装置1还包括检测旋转体103相对于行走体102的实际回转角θ_R的回转角度传感器15：

控制器2包括DSP模块31，通过几何空间转换算法计算出各个液压缸的实际长度，根据液压缸的实际长度和预设的目标长度获取液压泵4的需求流量Q，减小需求流量Q的波动，再将需求流量除以发动机转速，获取调整需求流量；控制器2还包括按照DSP模块的结果输出相应的PWM脉宽调制信号的寄存器22；

执行装置3包括对PWM脉宽调制信号进行放大的电磁比例阀放大器31和按照电磁比例阀放大器31的结果输出需求流量的流量控制阀32。

在另一种具体实施方式中，控制器2还用于根据上次控制过程中液压泵4的实际流量、目标流量获取修正系数K_f＝上次所需流量/完成流量，再获取修正需求流量＝调整需求流量*修正系数K_f，最后按照修正需求流量Q输出对应的PWM脉宽调制信号。

在另一种具体实施方式中，控制器2还用于根据上次控制过程获取流量系数和/或功率系数，将计算结果反馈给工程机械的轨迹规划器，并当所述流量系数大于第一预设值和/或功率系数大于第二预设值时，减小所述液压缸的运行速度，当所述流量系数小于第一预设值且所述功率系数小于第二预设值时，增大所述液压缸的运行速度；其中，

其中，

流量系数K_flow＝Q/Q_MAX，Q为需求流量，Q_MAX为液压泵4的最大流量；

功率系数K_power＝P_power/P_max，P_power为液压泵4消耗的功率，P_max为发动机5的最大功率。

在另一种具体实施方式中，上述液压泵4控制系统还包括：

检测液压泵4倾角的油泵倾角检测装置120和检测液压泵4流量的流量检测装置19；

控制器2还用于当检测到液压泵4的倾角和/或流量小于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，增大当前倾角；当检测到液压泵4的倾角和/或流量大于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，减小当前倾角。

还可以进一步设置上述液压泵4控制系统的其他结构。

在另一种具体实施方式中，上述控制系统还包括检测液压泵4出口压力的压力检测装置16，控制器2还用于当所述出口压力达到最大时，将所述液压泵4流量减到最小，实现压力截断功能。

在另一种具体实施方式中，上述控制系统还包括检测发动机油门开度的油门开度检测装置17，控制器2还用于根据发动机油门开度获取功率系数K_power，并当功率系数大于1时，减小泵的输出流量，增大油门开度。

在另一种具体实施方式中，上述控制系统的控制器2还用于在需求流量为零时减小发动机5的油门至怠速状态。

具体地，上述工程机械为挖掘机。

由于上述液压泵控制方法具有如上所述的技术效果，因此，与上述液压泵控制方法对应的控制系统也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种用于工程机械的液压泵控制方法和控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (18)

1.一种用于工程机械的液压泵控制方法，所述工程机械包括行走体(102)，与所述行走体(102)水平回转连接的旋转体(103)，与所述旋转体(103)依次首尾竖直回转连接的主臂(201)、至少一个副臂(202)和装载部件(203)，回转装置(101)驱动旋转体(103)回转，所述旋转体(103)、所述主臂(201)、各个副臂(202)和所述装载部件(203)每相邻二者通过液压缸驱动连接，所述液压缸和回转装置(101)均由液压泵(4)供给流量；其特征在于，所述液压泵控制方法包括如下步骤：

1)获取所述旋转体(103)、主臂(201)、各个副臂(202)和装载部件(203)的预设的目标位姿参数和实际位姿参数；

2)根据所述实际位姿参数和目标位姿参数，获取所述工程机械按照目标轨迹运行时液压泵(4)的需求流量，根据所述需求流量输出控制指令；

3)接收所述控制指令，控制所述液压泵(4)的流量，以使所述液压泵(4)输出所述需求流量。

2.根据权利要求1所述的用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，所述步骤1)中具体通过如下步骤获取所述实际位姿参数：

首先，采用多个倾角传感器分别检测所述主臂(201)与重力的倾角、各个副臂(202)与重力的倾角、装载部件(203)与重力的倾角、旋转体(103)与行走体(102)的回转轴线与重力在预设竖直平面内的倾角，采用回转角度传感器(15)检测旋转体(103)相对于行走体(102)的实际回转角，再通过几何空间转换算法计算出各个液压缸的实际长度；

所述步骤2)具体为：

21)根据各个液压缸的实际长度和预设的目标长度差值，回转装置(101)的实际回转角与预设的目标回转角的回转角差值，获取所述液压泵(4)的需求流量，减小需求流量的波动，再将需求流量除以所述工程机械的发动机转速，获取调整需求流量；

22)按照步骤21)的结果输出相应的PWM脉宽调制信号。

所述步骤3)具体为：

31)将所述PWM脉宽调制信号经过电磁比例阀放大器(31)进行放大；

32)将放大后的PWM脉宽调制信号输出给液压泵(4)的流量控制阀(32)，实现对液压泵(4)流量的控制。

3.根据权利要求2所述的用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，所述步骤21)中获取调整需求流量后还包括步骤：

211)根据上次控制过程中液压泵(4)的实际流量、目标流量获取修正系数＝上次所需流量/完成流量，再获取修正需求流量＝调整需求流量*修正系数。

4.根据权利要求1所述的用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，还包括步骤：

检测所述液压泵(4)的倾角和/或流量；

当检测到液压泵(4)的倾角和/或流量小于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，增大当前倾角；当检测到液压泵(4)的倾角和/或流量大于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，减小当前倾角。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，还包括步骤：

根据上次控制过程获取流量系数和/或功率系数，将计算结果反馈给工程机械的轨迹规划器，并当所述流量系数大于第一预设值和/或功率系数大于第二预设值时，减小所述液压缸的运行速度，当所述流量系数小于第一预设值且所述功率系数小于第二预设值时，增大所述液压缸的运行速度；其中，

流量系数K_flow＝Q/Q_MAX，Q为需求流量，Q_MAX为液压泵(4)的最大流量；

功率系数K_power＝P_power/P_max，P_power为液压泵(4)消耗的功率，P_max为所述发动机(5)的最大功率。

6.根据权利要求1-4任一项所述的用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，还包括压力截断步骤：

检测所述液压泵(4)出口压力，当所述出口压力达到最大时，将所述液压泵(4)流量减到最小。

7.根据权利要求1-4任一项所述的用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，还包括防过载步骤：

检测所述工程机械的发动机(5)的油门开度，获取所述功率系数，并当所述功率系数大于1时，减小泵的输出流量，增大油门开度。

8.根据权利要求1-4任一项所述的用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，还包括怠速控制步骤：

当所述需求流量为零时，减小所述发动机油门至怠速状态。

9.根据权利要求1-4任一项所述用于工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，所述工程机械为挖掘机。

10.一种用于工程机械的液压泵控制系统，所述工程机械包括行走体(102)，与所述行走体(102)水平回转连接的旋转体(103)，与所述旋转体(103)依次首尾竖直回转连接的主臂(201)、至少一个副臂(202)，所述副臂(202)末端连接有装载部件(203)，回转装置(101)驱动旋转体(103)回转，所述旋转体(103)、所述主臂(201)、各个副臂(202)和所述装载部件(203)每相邻二者通过液压缸驱动连接，所述液压缸和回转装置(101)均由液压泵(4)供给流量；其特征在于，所述液压泵控制系统包括：

检测装置(1)，用于获取所述旋转体(103)、主臂(201)、各个副臂(202)和装载部件(203)的实际位姿参数；

轨迹规划器(6)，用于根据所述工程机械预设目标位姿参数；

控制器(2)，设于所述检测装置(1)、轨迹规划器的输出端，用于接收所述实际位姿参数和预设的目标位姿参数，获取所述工程机械按照目标轨迹运行时液压泵(4)的需求流量，根据所述需求流量输出控制指令；

执行装置(3)，设于所述控制器(2)的输出端，用于接收所述控制指令，控制所述液压泵(4)的流量，以使所述液压泵(4)输出所述需求流量。

11.根据权利要求10所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，

所述检测装置(1)为多个倾角传感器，分别用于检测所述主臂(201)与重力的倾角、各个副臂(202)与重力的倾角、装载部件(203)与重力的倾角、旋转体(103)与行走体(102)的回转轴线与重力在预设竖直平面内的倾角，所述检测装置(1)还包括检测旋转体(103)相对于行走体(102)的实际回转角的回转角度传感器(15)：

所述控制器(2)包括DSP模块，用于通过几何空间转换算法计算出各个液压缸的实际长度，根据液压缸的实际长度和预设的目标长度差值，再由实际回转角和目标回转角的回转角度差值，获取液压泵(4)需求流量，减小需求流量的波动，再将需求流量除以发动机转速，获取调整需求流量；所述控制器(2)还包括按照DSP模块的结果输出相应的PWM脉宽调制信号的寄存器(22)；

所述执行装置(3)包括对PWM脉宽调制信号进行放大的电磁比例阀放大器31和按照电磁比例阀放大器31的结果输出需求流量的流量控制阀(32)。

12.根据权利要求11所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，所述控制器(2)还用于根据上次控制过程中液压泵(4)的实际流量、目标流量获取修正系数＝上次所需流量/完成流量，获取修正需求流量＝调整需求流量*修正系数。

13.根据权利要求10所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，还包括：

检测所述液压泵(4)倾角的倾角检测装置(120)和检测所述液压泵(4)流量的流量检测装置(19)；

所述控制器(2)还用于当检测到液压泵(4)的倾角和/或流量小于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，增大当前倾角；当检测到液压泵(4)的倾角和/或流量大于按照修正需求流量输出所对应的倾角和/或流量时，减小当前倾角。

14.根据权利要求10-13任一项所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，所述控制器(2)还用于根据上次控制过程获取流量系数和/或功率系数，将计算结果反馈给工程机械的轨迹规划器，并当所述流量系数大于第一预设值和/或功率系数大于第二预设值时，减小所述液压缸的运行速度，当所述流量系数小于第一预设值且所述功率系数小于第二预设值时，增大所述液压缸的运行速度；其中，

流量系数K_flow＝Q/Q_MAX，Q为需求流量，Q_MAX为液压泵(4)的最大流量；

功率系数K_power＝P_power/P_max，P_power为液压泵(4)消耗的功率，P_max为所述发动机(5)的最大功率。

15.根据权利要求10-13任一项所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，还包括：

检测所述液压泵(4)出口压力的压力检测装置(16)；

所述控制器(2)还用于当所述出口压力达到最大时，将所述液压泵(4)流量减到最小。

16.根据权利要求10-13任一项所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，还包括：

检测所述发动机油门开度的油门开度检测装置(17)；

所述控制器(2)还用于根据所述油门开度获取所述功率系数，并当所述功率系数大于1时，减小泵的输出流量，增大油门开度。

17.根据权利要求10-13任一项所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，还包括：

所述控制器(2)还用于在所述需求量为零时，减小所述发动机油门至怠速状态。

18.根据权利要求10-13任一项所述的用于工程机械的液压泵控制系统，其特征在于，所述工程机械为挖掘机。

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