CN103261530B - 用于混合动力施工机械的转动控制系统 - Google Patents
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Abstract
公开一种用于混合动力施工机械的转动控制系统，其中检测混合动力施工机械的转动惯量，从而不管转动惯量变化如何均以一定的转动加速度驱动转动马达。根据本发明，一种用于混合动力施工机械的转动控制系统包括：转动操纵杆；转动马达，其根据转动操纵杆的操纵而被驱动；速度检测传感器，其检测转动马达的转速；控制器，其基于根据转动操纵杆的操纵所产生的转动操纵信号和从速度检测传感器反馈回的转速检测信号，计算转动马达的驱动速度；逆变器，其基于来自控制器的控制信号驱动转动马达；转动惯量检测器，其检测机器的转动惯量，其中机器的转动惯量依据工作装置的位置变化而改变，且转动惯量检测器根据机器的转动惯量输出转矩补偿值；以及惯性转矩补偿器，其将转动惯量检测器检测出的根据机器惯量的转矩补偿值与来自控制器的转矩值比较，并将计算出的用于控制转动马达的转矩值输出到逆变器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力施工机械的转动控制系统，其能够通过驱动转动马达而实现上转动结构相对于下行进结构转动。更特别地，本发明涉及这样一种转动控制系统，其不管机器的变化如何均能够实现以恒定转动加速度驱动转动马达。
背景技术
近来，利用诸如混合动力挖掘机等配备有转动装置的施工机械，其中转动装置利用电能驱动的转动马达相对于下行进结构转动上转动结构。
如图1所示，现有技术中的用于混合动力施工机械的转动控制系统包括：
转动操纵杆(未示出)，其输出与操作者的操纵量成比例的转动操纵信号；
转动马达1，响应于与转动操纵杆的操纵量对应的电控制信号，转动马达1被驱动以使上转动结构相对于下行进结构转动；
速度检测传感器2，其检测转动马达1的转速；
控制器3，其基于根据转动操纵杆的操纵的转动操纵信号和从速度检测传感器2反馈回的转速检测信号，计算转动马达1的驱动速度；
逆变器4，其响应于从控制器3施加来的控制信号将DC(直流)转换成AC(交流)，并将转换后的AC电力施加到转动马达1以驱动转动马达1。
当根据操作者对转动操纵杆的操纵的转动操纵信号和从速度检测传感器2反馈回的转速检测信号施加至控制器3时，控制器3可基于转动操纵信号和转速检测信号计算转动马达1的驱动速度，以在从控制器3施加至逆变器4的用于控制的电流值的基础上驱动转动马达1。
其中，如在利用挖掘机的装载工作中，在执行机器的转动操作和对包括动臂等工作装置的驱动操作的组合操作过程中，机器的转动惯量依据工作装置的位置变化而改变，导致机器的转动加速度发生变化。
在这种情况下，如图2所示，机器的转动加速度α与机器的转动惯量J成反比例(J∝1/α)。这成为了维持转动操作的可重复性的障碍因素，导致在操作者执行机器和工作装置的组合操作的情况下工作能力下降。
发明内容
技术问题
因此，本发明致力于解决现有技术中存在的上述问题，且本发明的目的是提供一种用于混合动力施工机械的转动控制系统，其不管机器的转动惯量变化如何均能够使转动马达被驱动以保持恒定转动加速度，由此改善转动操作的可重复性并因此提高机器的工作能力。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明一实施方式，
提供一种用于混合动力施工机械的转动控制系统，其包括：
转动操纵杆，所述转动操纵杆构造为输出与操作者的操纵量成比例的转动操纵信号；
转动马达，所述转动马达构造为响应于与所述转动操纵杆的操纵量对应的电控制信号而被驱动；
速度检测传感器，所述速度检测传感器构造为检测所述转动马达的转速；
控制器，所述控制器构造为基于根据所述转动操纵杆的操纵的转动操纵信号和从所述速度检测传感器反馈回的转速检测信号，计算所述转动马达的驱动速度；
逆变器，所述逆变器构造为基于从所述控制器施加来的用于控制的电流值，驱动所述转动马达；
转动惯量检测器，所述转动惯量检测器构造为检测机器的转动惯量，其中所述机器的转动惯量依据包括动臂、斗杆、铲斗、以及用于驱动动臂、斗杆、和铲斗的液压缸的工作装置的位置变化而改变，且所述转动惯量检测器根据检测到的机器的转动惯量输出转矩补偿值或与转矩补偿值对应的转动惯量检测信号；以及
惯性转矩补偿器，所述惯性转矩补偿器构造为将从所述转动惯量检测器输出的根据机器惯量的转矩补偿值与从所述控制器输出的转矩值比较，并将计算出的用于控制所述转动马达的转矩值输出到所述逆变器。
根据更优选的实施方式，从所述转动惯量检测器输出的转动惯量检测信号借助于选自模拟信号、数字信号、有线通讯信号以及无线通讯信号中的任一种传输到所述惯性转矩补偿器。
另外，所述转动惯量检测器实时地检测各个用于工作装置的液压缸的位置变化值，并利用检测到的液压缸的位置变化值的组合来检测所述机器的转动惯量。
所述转动惯量检测器比较所述转动马达的速度反馈值和电流反馈值，所述速度反馈值和电流反馈值是从所述转动速度检测传感器反馈回到所述转动惯量检测器以预测所述转动马达的加速度值和转矩值，然后所述转动惯量检测器在实时地检测这些值的同时，将惯性值传输到所述惯性转矩补偿器。
有益效果
如上述构造的根据本发明一实施方式的用于混合动力施工机械的转动控制系统具有以下优点。
根据机器的转动惯量的变化对转矩进行补偿，使得不管机器的转动惯量的变化如何，控制转动马达保持恒定转动加速度，由此改善转动操作的可重复性并因此提高机器的工作能力。
附图说明
图1是示出现有技术中的用于混合动力施工机械的转动控制系统的构造的示意性方块图；
图2是图示现有技术的转动控制系统中的转动马达的加速度与机器的惯量之间关联关系的曲线图；
图3是示出根据本发明的用于混合动力施工机械的转动控制系统的构造的示意性方块图；
图4是图示根据本发明的用于混合动力施工机械的转动控制系统中的转动马达的加速度与机器的惯量之间的关联关系的曲线图；以及
图5是图示利用根据本发明的用于混合动力施工机械的转动控制系统的挖掘机的示意性示图。
附图元件标号列表：
11：转动马达
12：速度检测传感器
13：控制器
14：逆变器
15：转动惯量检测器
16：惯性转矩补偿器
具体实施方式
现将参照附图详述本发明的优选实施方式。诸如详细构造和元件等具体实施方式中描述的对象仅是提供用来辅助本领域技术人员全面理解本发明的具体细节，且本发明并不限于下文公开的实施方式。
如图3至5所示，根据本发明一实施方式的用于混合动力施工机械的转动控制系统，
所述用于混合动力施工机械的转动控制系统包括：
转动操纵杆(未示出)，其输出与操作者的操纵量成比例的转动操纵信号；
转动马达11，响应于与转动操纵杆的操纵量对应的电控制信号，转动马达11被驱动以使上转动结构b相对于下行进结构a转动；
速度检测传感器12，其检测转动马达11的转速；
控制器13，其基于根据转动操纵杆的操纵的转动操纵信号和从速度检测传感器12反馈回的转速检测信号，计算转动马达11的驱动速度；
逆变器14，其基于从控制器13施加来的用于控制的电流值驱动转动马达11，并DC(直流)转换成AC(交流)；
转动惯量检测器15，转动惯量检测器15检测机器的转动惯量，其中机器的转动惯量依据包括动臂、斗杆、铲斗、以及用于驱动动臂、斗杆、和铲斗的液压缸的工作装置c的位置变化而改变，且转动惯量检测器15根据检测到的机器的转动惯量输出转矩补偿值或与转矩补偿值对应的转动惯量检测信号；以及
惯性转矩补偿器，其将从转动惯量检测器15输出的根据机器惯量的转矩补偿值与从控制器13输出的转矩值比较，并将计算出的用于控制转动马达11的转矩值输出到逆变器14。
在这种情况下，虽然未示出，但从转动惯量检测器15输出的转动惯量检测信号借助于选自模拟信号、数字信号、有线通讯信号以及无线通讯信号中的任一种传输到惯性转矩补偿器16。
转动惯量检测器15实时地检测各个用于工作装置的液压缸的位置变化值，并利用检测到的液压缸的位置变化值的组合来检测机器的转动惯量。
转动惯量检测器15比较转动马达11的速度反馈值和电流反馈值，速度反馈值和电流反馈值是从转动速度检测传感器12反馈回到转动惯量检测器15以预测转动马达的加速度值和转矩值，然后转动惯量检测器15在实时地检测这些值的同时，将惯性值传输到惯性转矩补偿器16。
下文，将参照附图详述根据本发明的用于混合动力施工机械的转动控制系统的使用示例。
如图3和5所示，根据操作者对转动操纵杆的操纵量的转动马达的转矩值与从速度检测传感器12反馈回的根据转动马达11的实际驱动的速度反馈值，输入到控制器13。也即，控制器13将操作者需要的操纵信号值与转动马达11的速度反馈值进行比较，并计算转动马达11能被驱动的驱动速度。
同时，转动惯量检测器15检测依据包括铲斗等工作装置c的位置变化而改变的机器的转动惯量，并根据检测到的机器的转动惯量输出转矩补偿值或与转矩补偿值对应的转动惯量检测信号。
惯性转矩补偿器16将从转动惯量检测器15输出的根据机器惯性的转矩补偿值与从控制器13输出的转矩值进行比较，并计算转动马达11能被驱动的驱动速度，且将计算出的驱动速度输出到逆变器14。
因此，响应于从惯性转矩补偿器16输出到逆变器14的控制信号，转动马达可被驱动。
举例而言，挖掘机的惯量J依据铲斗末端d的位置与转动基准轴线即转动马达11的轴线之间的距离x而改变，所述铲斗末端d的位置依据包括铲斗等工作装置c的位置变化而改变。一般而言，当上述距离x的值逐渐增加时，机器的转动惯量值也增加。
如在利用挖掘机的装载工作中，在执行机器的转动操作和对工作装置的驱动操作的组合过程中，机器的转动惯量依据工作装置c的位置变化而改变。机器的这种转动惯量根据转矩T、惯量J与加速度α的关联关系而改变。如果转矩T恒定，则机器的转动加速度α与机器的转动惯量J成反比例，如下式所示：
T＝J×α，α＝T/J。
根据距离x值变化的机器的转动惯量的变化，由转动惯量检测器15通过对转矩值的控制，进行补偿，即转矩T/惯量J被恒定地控制，使得转动马达11的加速度能恒定地控制(参见图4的曲线)。也即，不管机器的转动惯量的变化如何，转动马达被控制保持恒定转动加速度。
因此，在装载工作过程中，能恒定地保持根据工作装置c的位置变化的转动装置的加速度特性。随之产生的结果是，在利用挖掘机的装载工作的情况下，可改善转动操作的可重复性并因此可提高机器的工作能力。
产业应用性
根据本发明的用于混合动力施工机械的转动控制系统，将转动马达的转速值与机器的转动惯量彼此比较，以补偿根据转动惯量的变化的转矩，使得不管机器的转动惯量的变化如何，转动马达可保持恒定转动加速度，由此改善转动操作的可重复性。
Claims (4)
1.一种用于混合动力施工机械的转动控制系统，包括：
转动操纵杆，所述转动操纵杆构造为输出与操作者对转动操纵杆的操纵量成比例的转动操纵信号；
转动马达，所述转动马达构造为响应于与所述转动操纵杆的操纵量对应的电控制信号而被驱动；
速度检测传感器，所述速度检测传感器构造为检测所述转动马达的转速；
控制器，所述控制器构造为基于根据所述转动操纵杆的操纵的转动操纵信号和从所述速度检测传感器反馈回的转速检测信号，计算所述转动马达的驱动速度；
逆变器，所述逆变器构造为基于从所述控制器施加来的用于控制的电流值，驱动所述转动马达；
转动惯量检测器，所述转动惯量检测器构造为检测机器的转动惯量，其中所述机器的转动惯量依据工作装置的位置变化而改变，且所述转动惯量检测器根据检测到的机器的转动惯量输出转矩补偿值或与转矩补偿值对应的转动惯量检测信号；以及
惯性转矩补偿器，所述惯性转矩补偿器构造为将从所述转动惯量检测器输出的根据机器惯量的转矩补偿值与从所述控制器输出的转矩值比较，并将计算出的用于控制所述转动马达的转矩值输出到所述逆变器。
2.如权利要求1所述的转动控制系统，其中，从所述转动惯量检测器输出的转动惯量检测信号借助于选自模拟信号、数字信号、有线通讯信号以及无线通讯信号中的任一种传输到所述惯性转矩补偿器。
3.如权利要求1所述的转动控制系统，其中，所述转动惯量检测器(15)实时地检测各个用于工作装置的液压缸的位置变化值，并利用检测到的液压缸的位置变化值的组合来检测所述机器的转动惯量。
4.如权利要求1所述的转动控制系统，其中，所述转动惯量检测器比较所述转动马达的速度反馈值和电流反馈值，所述速度反馈值和电流反馈值是从所述速度检测传感器反馈回到所述转动惯量检测器以预测所述转动马达的加速度值和转矩值，然后所述转动惯量检测器在实时地检测这些值的同时，将惯性值传输到所述惯性转矩补偿器。
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