CN103403363A - 具有液压缸流量校正的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压控制系统（48）。所述液压控制系统可以具有液压致动器（20，26），构造成调节进入到所述液压致动器中的加压流体的阀装置（54，56），以及构造成产生表示所述液压致动器的期望速度的第一信号的操作者输入装置（98）。液压控制系统还可以具有构造成产生表示进入到所述液压致动器中的流体的实际流率的第二信号的传感器（103），以及控制器（58）。控制器可以构造成基于第一信号确定进入到液压致动器中的流体的期望流率；基于流体的期望流率、校正流率和系统响应模型估算进入到液压致动器中的流体的实际流率；以及基于第二信号确定进入到液压致动器中的流体的实际流率。控制器还可以构造成比较进入到所述液压致动器中的流体的被估算的实际流率和被确定的实际流率，并且基于所述比较确定校正流率。

Description

具有液压缸流量校正的液压控制系统

技术领域

本发明总体上涉及液压控制系统，尤其涉及执行液压缸流量校正的液压控制系统。

背景技术

机器，诸如轮式装载机、挖掘机、推土机、自动平地机和其它类型的重型设备使用被供应来自在机器上的一个或多个泵的液压流体的多个致动器，以完成多种任务。通常至少基于操作者接口装置的致动位置控制这些致动器的速度。具体地，当操作者将具体的接口装置运动至规定的位移位置时，操作者期望相应的液压致动器在预定的速度下并且在期望的方向上运动。然而，这个预先确定的速度和产生该速度所要求的流入致动器中的相关流量在永久关系脉谱图内在生产设备的相似测试机器的测试期间通常是固定的，并且可能不会将不同机器的差异考虑在内。因此，当被操作者以相同方式致动时每台机器可能会表现得稍有不同。如果不进行核查，这种差异会造成降低的机器控制、性能和效率。

2004年8月17日授予Tabor的美国专利6,775,974（专利’974）公开了降低在位置输入、速度输出（position-in,velocity-out）液压控制系统的控制中不同机器之间的差异性的影响的一种尝试。具体地，专利’974描述了一种具有操纵杆的液压系统，该操纵杆可以通过操作者移动以产生指示相应的液压致动器运动的方向和期望速率的电信号。液压控制系统还具有构造成以与液压致动器关联的电液压比例阀感测系统压力的压力传感器，以及与操纵杆、压力传感器和电液压比例阀通信的控制器。控制器构造成基于电信号要求针对液压致动器的期望速度，并且基于来自压力传感器的信号确定作用在液压致动器上的变化的力。控制器进一步构造成确定独特的阀流量系数，该系数表示流过特定电液压比例阀的流体，该流体被要求达到期望速度。随后，基于阀流量系数执行电液压阀的致动。

尽管专利’974中的系统可能有助于降低不同机器之间的差异性，其仍不够理想并且缺少应用性。具体地，专利’974中的系统没有考虑到由于泵和液压缸响应的固有的系统延迟，以及液压缸运动期间的阀特征。此外，该系统对于作用在阀上的压力变化基本不影响流过该阀的流量的机器缺少应用性。

本发明公开的液压控制系统旨在克服上述的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及液压控制系统。所述液压控制系统可以包括液压致动器、构造成调节进入到所述液压致动器中的加压流体的阀装置，以及构造成产生表示所述液压致动器的期望速度的第一信号的操作者输入装置。所述液压控制系统还可以包括构造成生成表示进入到所述液压致动器中的流体的实际流率的第二信号的传感器，以及与所述阀装置、操作者输入装置和传感器通信的控制器。所述控制器可以构造成基于所述第一信号确定进入到所述液压致动器中的流体的期望流率，基于流体的期望流率、校正流率和系统响应模型估算进入到所述液压致动器中的流体的实际流率，以及基于所述第二信号确定进入到所述液压致动器中的流体的实际流率。所述控制器还可以构造成比较进入到所述液压致动器中的流体的被估算的实际流率和进入到所述液压致动器中的流体的被确定的实际流率，并且基于所述比较确定所述校正流率。

在另一方面中，本发明涉及操作机器的方法。所述方法可以包括接收表示液压致动器的期望速度的操作者输入，以及基于所述期望速度确定进入到所述液压致动器中的流体的期望流率。所述方法还可以包括基于流体的期望流率、校正流率和系统响应模型估算进入到所述液压致动器中的流体的实际流率；以及感测进入到所述液压致动器中的流体的实际流率。所述方法可以额外地包括比较进入所述液压致动器中的流体的被估算的实际流率和被感测的实际流率，并且基于所述比较确定所述校正流率。

附图说明

图1是本发明公开的示例性机器的示意性侧视图；

图2是本发明公开的能与图1中的机器结合使用的示例性液压控制系统的示意图；和

图3是说明由图2中的液压控制系统执行的本发明公开的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1示出具有共同合作完成任务的多个系统和部件的示例性机器10。机器10可以具体化为固定式机器或移动式机器，其执行与行业（诸如，矿业、建筑业、农业、运输业或本领域中已知的其它行业）相关的一些类型的操作。例如，机器10可以是物料移动机器，诸如图1中描绘的装载机。或者，机器10可以具体化为挖掘机、推土机、反铲挖土机、自动平地机、自动倾卸卡车或其它土方机器。机器10可以至少包括构造成使作业工具14运动的联接系统12以及向联接系统12提供动力的原动机16。

联接系统12可以包括由流体致动器作用于其上而使作业工具14运动的结构。具体地，联接系统12可以包括动臂（即，举升构件）17，所述动臂能通过一对邻近的双作用液压缸20（图1中仅示出一个）相对于工作面18竖直地绕着水平轴线28枢转。联接系统12还可以包括单个的双作用液压缸26，该液压缸被连接以使作业工具14相对于动臂17在竖直方向上绕着水平轴线30倾斜。动臂17在一个端部能可枢转地连接至机器10的主体32，而作业工具14能可枢转地连接至动臂17的相对端部。应当注意的是替代的连接构型也是可能的。

多种不同的作业工具14可以附接至单个机器10并且受控地执行一具体任务。例如，作业工具14可以具体化为铲斗（仅在图1中示出）、叉形装置、叶片、铲子、齿锯、倾卸机架、扫帚、除雪机、推进装置、切割装置、抓取装置或本领域已知的其它任务执行装置。尽管在图1的实施例中被连接用以相对于机器10举升和倾斜，但是作业工具14可以替代地或附加地枢转、旋转、滑动、摆动或任何其它适当的方式运动。

原动机16可以具体化为发动机（诸如，柴油机、汽油机、气态燃料驱动的发动机或本领域已知的另一类型的燃烧发动机），其由机器10的主体32支承并且可操作以便为机器10和作业工具14的运动提供动力。如果希望的话，可以设想原动机可替代地具体化为非燃烧动力源，诸如燃料电池、能量储存装置（例如，电池）或本领域已知的其它源。原动机16可产生随后可以转变为用于使液压缸20和26运动的液压动力的机械或电动力输出。

出于简单的目的，图2示出仅液压缸26和一个液压缸20的构成和连接。然而，应当理解的是：如果希望的话，则机器10可以包括具有被连接成使得联接系统12的相同结构构件或其它结构构件以相似方式运动的类似组成结构的其它液压致动器。

如图2所示，每个液压缸20和26可以包括管件34和设置在管件34内的活塞组件36以形成第一腔室38和第二腔室40。在一个示例中，活塞组件36的杆部36a可以延伸穿过第二腔室40的端部。这样，第二腔室40可以与各自的缸的杆端44关联，而第一腔室38可以与各自的缸的相对的头端42关联。

第一腔室38和第二腔室40中的每一个可以选择性地被供应加压流体并将加压流体排出，以引起活塞组件36在管件34内移位，借此改变液压缸20、26的有效长度并使作业工具14运动（参见图1）。流体流进和流出第一腔室38和第二腔室40的流率可以与液压缸20、26和作业工具14的速度有关，而第一腔室38和第二腔室40之间的压力差可以与由液压缸20、26施加在作业工具14上的力有关。液压缸20、26的扩展（由箭头46表示）和缩回（由箭头47表示）可以具有辅助作业工具14以不同方式运动（例如，分别举升作业工具14和使作业工具14倾斜）的功能。

为了帮助调节第一腔室38和第二腔室40的填充和排出，机器10可以至少包括具有多个相互连接和协作的流体部件的液压控制系统48。液压控制系统48可以包括至少部分地在液压缸20、26、发动机驱动的泵52和箱53之间形成回路的阀组50。阀组50可以包括提升阀装置54、倾斜阀装置56，并且在一些实施例中阀组50可以包括流体连接成以并行方式接收和排出加压流体的一个或多个辅助阀装置（未示出）。在一个示例中，阀装置54、56可以包括彼此栓接在一起以形成阀组50的分开的主体。在另一实施例中，每个阀装置54、56都可以是仅借助外部流体管道（未示出）彼此连接的独立的装置。可以设想，如果希望的话，阀组50内可以包括更多数量的阀装置、更少数量的阀装置或者阀装置的不同构型。例如，阀组50内可以包括构造成控制联接系统12的摆动的摆动阀装置（未示出）、一个或多个行进阀装置，以及其它适合的阀装置。液压控制系统48还可以包括与阀装置54、56通信以控制液压缸20、26的相应运动的控制器58。

提升阀装置54和倾斜阀装置56中的每一个可以调控调节它们相关联的流体致动器的运动。具体地，提升阀装置54可具有能运动以控制液压缸20和举升动臂17两者相对于工作面18的运动的元件。同样地，倾斜阀装置56可具有能运动以控制液压缸26的运动，并借此使作业工具14相对于动臂17倾斜的元件。在动臂17的降下运动和作业工具14的向下倾斜运动期间，液压缸20、26可以受到重力辅助。相反，在向上举升和倾斜运动期间，液压缸20、26可以抵抗重力工作。

阀装置54、56可以被连接以调节藉由公共通路流至液压缸20、26和从液压缸20、26流出的加压流体的流量。具体地，阀装置54、56可以借助公共供应通路60连接至泵52，并借助公共排出通路62连接至箱53。提升阀装置54和倾斜阀装置56可以分别借助独立的流体通路66和68并行地连接至公共供应通路60，并分别借助独立的流体通路72和74并行地连接至公共排出通路62。压力补偿阀78和/或止回阀79可以被设置在每个流体通路66、68内，以向阀装置54、56提供具有基本恒定的流量的流体的单向供应。压力补偿阀78可以是能响应于流动通过位置和流动阻断位置之间的压力差运动的前补偿阀（图2中所示）或后补偿阀（未示出），使得流量基本恒定的流体被提供至阀装置54和56，即使在被引导向压力补偿阀78的流体的压力变化时。可以设想，在一些应用中，如果希望的话，可以省略压力补偿阀78和/或止回阀79。

提升阀装置54和倾斜阀装置56中的每一个可以基本上相同并且包括四个独立的计量阀（IMV）。四个IMV中的两个可以总体与流体供应功能相关，而另两个可以总体与排出功能相关。例如，提升阀装置54可以包括头端供应阀80、杆端供应阀82、头端排出阀84和杆端排出阀86。类似地，倾斜阀装置56可以包括头端供应阀88、杆端供应阀90、头端排出阀92和杆端排出阀94。

头端供应阀80可以设置在流体通路66和通向液压缸20的第一腔室38的流体通路104之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节至第一腔室38的加压流体的流率。头端供应阀80可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体流进第一腔室38中的第一端部位置和将流体流与第一腔室38阻断的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端供应阀80可以包括额外的或不同的元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端供应阀80可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一适合的方式致动。

杆端供应阀82可以设置在流体通路66和通向液压缸20的第二腔室40的流体通路106之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节至第二腔室40的加压流体的流率。杆端供应阀82可以包括位置可变化的弹簧加载的阀元件（例如，提升元件或芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体流进第二腔室40中的第一端位置和将流体阻塞在第二腔室40外的第二端位置之间的任何位置。可以设想杆端供应阀82可以包括额外的或不同的元件，诸如，位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以想到杆端供应阀82可以替代地被液压致动、机器致动、气体致动或以另一适合的方式致动。

头端排出阀84可以设置在流体通路104和流体通路72之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸20的第一腔室38到箱53的加压流体的流率。头端排出阀84可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体从第一腔室38流出的第一端部位置和阻止流体从第一腔室38流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端排出阀84可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端排出阀84可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一适合的方式致动。

杆端排出阀86可以设置在流体通路106和流体通路72之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸20的第二腔室40到箱53的加压流体的流率。杆端排出阀86可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体从第二腔室40流出的第一端部位置和阻止流体从第二腔室40流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想杆端排出阀86可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想杆端排出阀86可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一适合的方式致动。

头端供应阀88可以设置在流体通路68和通向液压缸26的第一腔室38的流体通路108之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节至第一腔室38的加压流体的流率。头端供应阀88可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体流进第一腔室38中的第一端部位置和将流体流与第一腔室38阻断的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端供应阀88可以包括额外的或不同的元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端供应阀88可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一适合的方式致动。

杆端供应阀90可以设置在流体通路68和通向液压缸26的第二腔室40的流体通路110之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节至第二腔室40的加压流体的流率。具体地，杆端供应阀90可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体流进第二腔室40中的第一端部位置和将流体与第二腔室40阻断的第二端部位置之间的任何位置。可以设想杆端供应阀90可以包括额外的或不同的阀元件，诸如，位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想杆端供应阀90可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一适合的方式致动。

头端排出阀92可以设置在流体通路108和流体通路74之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸26的第一腔室38到箱53的加压流体的流率。具体地，头端排出阀92可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体从第一腔室38流出的第一端部位置和阻止流体从第一腔室38流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想头端排出阀92可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想头端排出阀92可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一适合的方式致动。

杆端排出阀94可以设置在流体通路110和流体通路74之间，并且构造成响应于来自控制器58的流量命令调节从液压缸26的第二腔室40到箱53的加压流体的流率。杆端排出阀94可以包括位置可变的弹簧偏压的阀元件（例如，提升元件或阀芯元件），所述阀元件是电磁驱动的并且构造成运动至在容许流体从第二腔室40流出的第一端部位置和阻止流体从第二腔室40流出的第二端部位置之间的任何位置。可以设想杆端排出阀94可以包括额外的或不同的阀元件，例如位置固定的阀元件或本领域已知的任何其它阀元件。还可以设想杆端排出阀94可以替代地被液压致动、机械致动、气动致动或以另一适合的方式致动。

泵52可具有可变排量并负载敏感地受控以从箱53中抽取流体并将该流体在一规定的升高的压力下排放至阀装置54、56。也就是说，泵52可以包括冲程调整机构96，例如斜盘或溢流阀，基于液压控制系统48的感测负载液压机械地（hydro-mechanically）调整所述冲程调整机构的位置以借此改变泵52的输出（例如，排放速度）。泵52的排量可以被从基本上没有流体从泵52排出的零排量位置调整到以最大速度将流体从泵52排出的最大排量位置。在一个实施例中，负载敏感通路（未示出）可以将压力信号引导至冲程调整机构96，并且基于这个信号的值（即，基于通路内的信号流体的压力），冲程调整机构96的位置可以改变以增加或减小泵52的输出并由此保持该规定的压力。泵52可以通过例如副轴、带或以另一适合的方式可驱动地连接至机器10的原动机16。或者，泵52可以藉由转矩变换器、齿轮箱、电路或以本领域中已知的任何其它方式间接地连接至原动机16。

箱53可以构成被构造为保持流体源的贮存器。流体可以包括，例如，专用的液压油、发动机润滑油、变速箱润滑油或本领域中已知的任何其它流体。机器10内的一个或多个液压回路可以从箱53中抽取流体和使流体返回箱53内。还可以设想，如果希望的话，那么液压控制系统48可以连接至多个分离的流体箱。

控制器58可以具体化为包括用于至少基于来自机器10的操作者的输入和一个或多个感测操作参数来控制阀装置54、56的部件的单个微处理器或多个微处理器。多种市场上能买到的微处理器可被构造成执行控制器58的功能。应当意识到控制器58可以容易地具体化为能够控制多种机器功能的综合机器微处理器。控制器58可以包括存储器、辅助存储装置、处理器以及用于操作应用的任何其它部件。多种其它线路可与控制器58相关，诸如动力供应线路、信号调节线路、螺线管驱动器线路以及其它类型的线路。

控制器58能接收借助定位在机器10的操作者工作台内的一个或多个接口装置98输入的、与期望的机器10运动相关的操作者输入。接口装置98可以具体化为，例如，单轴或多轴操纵杆、杆件或靠近车载操作者座椅（如果机器10直接受控于机器上的操作者的话）定位或者在机器10以外的远程工作站内定位的其它已知接口装置。每个接口装置98都可以是比例型装置，其能在从中立位置到最大位移位置的范围内运动以生成指示由液压缸20、26引起的作业工具14的期望速度（例如期望的作业工具14的倾斜和/或举升速度）的相应排量信号。这些举升和倾斜的期望速度信号可以由相同或不同的接口装置98独立生成或同时生成，并且被引导向控制器58用于进一步处理。

与（多个）接口装置位置信号、相应的期望作业工具速度、关联的流率、阀元件位置、系统压力和/或液压控制系统48的其它特征相关的一个或多个脉谱图可以被储存在控制器58的存储器中。这些脉谱图中的每一个可以是表格、曲线图和/或方程式的形式。在一个例子中，期望的作业工具速度和命令流率可以形成用于头端供应阀80、82和杆端供应阀88、90的控制的二维表格的坐标轴。以期望速度运动液压缸20、26所需要的命令流率以及适合的阀装置54、56的相应阀元件位置可以在相同的或其它独立的二维或三维脉谱图中相关联，如所期望的那样。还可以设想在单个二维脉谱图中将期望的速度替代地与阀元件位置直接关联。控制器58可以构造成容许操作者直接修改这些脉谱图和/或从储存在控制器58的存储器内的可用的关系脉谱图中选择特定的脉谱图，以影响液压缸20、26的致动。还可以设想，如果希望的话，可以基于感测的或确定/决定的机器操作模式通过控制器58自动地选择脉谱图以供使用。

控制器58可以构造成接收来自接口装置98的输入并且响应于所述输入以及基于如上所述的关系脉谱图来控制阀装置54、56的操作。具体地，控制器58可以接收指示期望的作业工具速度的接口装置位置信号，并且参照选择的和/或修改的被储存在控制器58的存储器内的关系脉谱图，用以针对在阀装置54、56内的适合的供应元件和/或排出元件确定期望的流率。在传统的液压系统中，随后会将期望的流率指定给合适的供应元件和排出元件，以引起在对应于期望的作业工具速度的速率下充填液压缸20、26内的特定腔室。然而，不同机器之间的差异性（例如，供应阀元件、排出阀元件、泵和致动器之间的差异）会引起常规系统的未预料到和/或不期望的性能差异。实际上，在一些系统中，已经显示不同机器之间的差异性占据高达30%的期望作业工具速度误差（即，低于或高于期望速度的30%的速度）。因此，正如以下将更详细地描述，控制器58可以构造成通过基于监控到和模拟的/典型的性能因素选择性地校正针对单独的阀装置制定的期望流率来调节不同机器之间的差异性。

控制器58能至少部分地依靠进入液压缸20、26的流体的测量流率而将不同机器之间的变化考虑在内。测量流率可以直接地或间接地由一个或多个传感器102、103感测到。在本发明的实施例中，每个速度传感器102、103可以具体化为与嵌入不同的液压缸20、26的活塞组件36中的磁铁（未示出）关联的磁性拾取器型传感器。在这种构型中，传感器102、103可以各自构造成通过监控所述磁铁的相对位置、指明随时间的位置变化以及生成相应的速度信号来检测相应的液压缸20、26的伸展位置。随着液压缸20、26伸展和缩回，传感器102、103可以生成速度信号并将信号引导至控制器58以便进一步处理。可以设想的是，速度传感器102、103可以替代地具体化为其它类型的传感器，诸如与在液压缸20、26内部的波导器（未示出）关联的磁致伸缩型传感器、与在外部安装到液压缸20、26上的电缆（未示出）关联的电缆型传感器、内部地或外部地安装的光传感器、与可通过液压缸20、26枢转的接头关联的旋转型传感器，或者本领域中已知的任何其它类型的传感器。还设想：传感器102、103可以替代地仅被构造成生成与液压缸20、26的伸展和缩回位置关联的信号，其中，控制器58随后指明随时间的位置信号，借此基于来自传感器102、103的信号确定液压缸20、26的速度。根据由传感器102、103提供的速度信息并且基于液压缸20、26的已知几何构型和/或动力学（例如，通流面积），控制器58能够造成计算进入液压缸20、26的流体的流率。也就是说，可以根据该特定液压缸的速度和它的通流截面积由控制器58计算进入特定的液压缸的流体的流率。

图3示出示例性的由控制器58执行的流量校正操作。将在以下部分更详细地对图3进行说明以进一步解释本发明的构思。

工业实用性

本发明的液压控制系统可以应用到包括多个流体致动器且控制能力、生产率和效率成为问题的任何机器中。本发明的液压控制系统能通过选择性地基于监控到的和模拟的性能因素控制单独的阀装置来校正期望的流率增强控制能力、生产率和效率。现在将解释液压控制系统48的操作。

在机器10操作期间，机器操作者可以操纵接口装置98来要求作业工具14的相应运动。接口装置98的位移位置可以与作业工具14的操作者期望的速度相关。操作者接口装置98可以在操纵期间生成表明操作者期望速度的位置信号并将这个位置信号导引至控制器58用于进一步处理。

控制器58可以接收操作者接口装置位置信号（步骤300）并参照储存在存储器中的脉谱图，以确定针对液压控制系统48的适合的液压缸20、26的期望速度以及应当引起那个液压缸20、26在该期望速度下运动的相应的期望流率（步骤305）。随后，控制器58可以将校正流量应用至期望流量，并且指定阀装置54、56的适合的供应元件和排出元件的由此形成的总流量以使相应的液压缸20、26在操作者要求的期望速度下运动。在本发明的实施例中，校正流量可以是被添加到期望流率或从期望流率中减去的装置特定流率。然而，在另一实施例中，校正流率可以替代地或额外地包括针对某装置的多个期望流率乘以具体量的比例因素。

在一些实施例中，如果希望的话，校正流率可以在被应用到针对某装置的期望流率之前首先被限制。例如，控制器58可以构造成比较校正流率的量级与期望流率的量级（步骤310），并且在校正流率量级大于期望流率量级时将校正流率的量级设定成等于期望流率的量级（步骤315）。通过限制校正流率，能够确保校正流率将不会引起过量的总流率，或者方向与操作者期望的作业工具的运动方向相反的总流率。例如，针对具体的阀装置50的期望流率是50lpm（升每分钟），但是校正流率是-55lpm，由此形成的总流量会是-5lpm，这造成液压缸的运动方向与要求的方向相反。替代地，在这个示例中，可以将校正流量限制成-50lpm，使得总流率为0lpm。可以想到，如果希望的话，也可以省略步骤310-315.

通过使用期望响应模型能够确定应用到期望流率的校正流率。具体地，控制器58能提供在步骤305中确定的期望流率作为至系统响应模型的输入，用以评估液压控制系统48将如何响应阀装置命令来调节进入相应的液压缸中的期望流率。在本发明的实施例中，所述系统响应模型可以由三个不同的部分组成，包括泵响应部分、液压缸响应部分和阀行为响应部分。系统响应模型的每个部分可以包括用于预测液压缸控制系统48的特定部分的物理响应和/或行为的一个或多个方程式、运算法则、脉谱图和/或子程序。每个方程式、运算法则、脉谱图和/或子程序可以在机器10制造期间形成并且被定期更新和/或基于独立的机器10的实际操作状况被针对性地调整。

在命令控制阀装置54、56中的适合的一个调节处于约等于期望流率加上校正流率的总流率的流体的大约同时（即，刚好之前或刚好之后），控制器58可以使系统响应模型的泵部分运行，以确定泵52（参见图2）会如何响应由控制器指定执行的流率调节（步骤325）。也就是说，系统响应模型的泵部分可以被控制器58使用来评估：在控制器58发出流率调节命令到适合的阀装置54、56的时刻与在调整机构96（参见图2）开始调整泵52的排量并且响应由调节引起的系统压力波动的时刻之间的延迟。也就是说，甚至在控制器58发出流率调节命令以后，在系统压力下降并且泵52以增加的排量（该增加的排量使压力升回到其本应当维持的水平）机械地响应该下降之前，可能逝去一些时间。在此时间期间，流过系统的流体（例如，流过相应的阀装置进入适合的液压缸）会波动，造成液压缸速度的改变。除了估算相关的泵响应时间延迟以外，系统响应模型的泵部分还可以构造成模拟被导引至相应的阀装置54、56的实际泵流量（步骤330）。这个关于泵的输出的信息可以随后用于泵52的控制和/或机器10的其它功能。

控制器58可以构造成在完成步骤325以后运行液压缸延迟和系统响应模型的阀行为部分，以确定在紧随着调节命令发布的特定瞬间流经相应的阀装置54、56至适合的液压缸20、26的估算出的实际流量（步骤335）。具体地，控制器58能使用系统响应模型的液压缸延迟部分来估算：在调整机构96开始调整泵52的排量并且响应由指定调节引起的系统压力波动的时刻与在相应的液压缸经历所述调整的影响的时刻之间的延迟。换句话说，液压缸响应模型可以被控制器58使用来确定泵52的排量调整和由所述调整引起的进入相应的液压缸20、26的实际流率及液压缸速度的变化之间的延迟。随后，控制器58能使用系统响应模型的阀行为部分来确定在泵52的排量调整已经影响了缸的速度以后（即，在缸响应延迟阶段以后）相应的阀装置54、56的运动如何影响缸的速度。换句话说，在泵52的排量已经被调整以改变被导引至相应的液压缸20、26的流体的流率以后，所述阀行为部分能随后被控制器58使用来模拟相应的阀装置54、56的运动如何影响该流率。

控制器58构造成基于来自系统响应模型的信息估算在任何时间点进入到相应的液压缸20、26中的流体的实际流率，并且比较被估算的实际流率与借助传感器102、103测得的实际流率（步骤340）。这个比较可以提供关于指定给阀装置54、56的总流率调节（即，期望流率+校正流率）多大程度上引起作业工具14的操作者期望速度的指示。具体地，基本上与估算的实际流率和测得的实际流率之间的差成比例的误差值可在步骤340期间产生并且被控制器58利用，以在随后被要求的液压缸20、26运动期间调整校正流率（即，在再次使用系统响应模型时在随后的控制周期之间）。换句话说，在当前的机器运动期间在步骤320中使用的校正流率可以是在紧接先前的控制周期期间被调整的校正流率。在本发明的实施例中，可以对来自连续周期的调整求积分以形成校正流率（步骤350）。

在一些实施例中，控制器58构造成考虑操作者在步骤300中要求的运动方向。具体地，控制器59构造成确定要求的作业工具14的运动是否与重力一致（步骤345）（即，当要求的流量方向引起相应的液压缸20、26与重力方向一致或相反的运动），并且根据所述确定做出不同响应。当被要求的运动抵抗重力时（即，当作业工具向上举升或倾斜时），控制器能够进行步骤350，如上所述。然而，当被要求的运动与重力一致时（即，当作业工具14降下或向下倾斜时），控制器58构造成保持而不改变利用系统响应模型在紧接先前的控制循环期间确定的校正流率（步骤355）（即，对于校正流率的调整可以不被积分）。以这种方式，能避免重力的影响，该影响会导致液压缸比在流体的指定流率下可能的运动更快地运动，并且保持校正流率的完整性，借此给液压控制系统48提供稳定性。

本发明的液压控制系统48可以帮助改善机器10的控制、生产率和效率。具体地，液压控制系统48可以构造成监控被供应至液压控制系统20、26的流体的实际流率，并且调整相应的流率命令以使液压缸20、26的实际流率与机器10的操作者希望的和要求的速度更好地匹配。通过这种方式，能减小不同机器之间的差异性，容许改善的控制、生产率和效率。

对本领域技术人员而言，显然可以对本发明的液压控制系统做出多种改变和变型。通过考虑本发明液压系统的说明和实践，其它实施例对于本领域技术人员而言将是明显的。意在将说明和示例被视为仅示例性的，同时，真正的范围由所附的权利要求及它们的等效方案表示。

Claims (10)

1.一种液压控制系统（48），包括：

液压致动器（20，26）；

构造成调节进入到所述液压致动器中的加压流体的阀装置(54，56）；

操作者输入装置（98），所述操作者输入装置构造成产生指示所述液压致动器的期望速度的第一信号；

传感器（103），所述传感器构造成生成指示进入到所述液压致动器中的流体的实际流率的第二信号；和

与阀装置、操作者输入装置和传感器通信的控制器（58），所述控制器构造成：

基于所述第一信号确定进入到所述液压致动器中的流体的期望流率；

基于流体的所述期望流率、校正流率和系统响应模型估算进入到所述液压致动器中的流体的实际流率；

基于所述第二信号确定进入到所述液压致动器中的流体的实际流率；

比较进入到所述液压致动器中的流体的被估算的实际流率和被确定的实际流率；以及

基于所述比较确定校正流率。

2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，还包括排量可变的泵，所述泵构造成对通过所述阀装置被导引进入到所述液压致动器中的流体加压，其中所述系统响应模型包括构造成模拟第一延迟的第一部分，该第一延迟从所述控制器发出命令给所述阀装置以调节进入到所述液压致动器中的流体的期望流率和校正流率的时刻到所述排量可变的泵开始响应由所述阀装置的调节引起的系统压力变化的时刻。

3.根据权利要求2所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器进一步构造成基于所述期望流率和所述系统响应模型确定至所述阀装置的实际泵流率。

4.根据权利要求2所述的液压控制系统，其特征在于，所述系统响应模型还包括构造成模拟一延迟的第二部分，所述一延迟是从所述排量可变的泵开始响应由所述阀装置的调节引起的系统压力变化的时刻到所述液压致动器的运动受到排量可变的泵的响应的影响的时刻。

5.根据权利要求2所述的液压控制系统，其特征在于，所述系统响应模型还包括构造成模拟在所述液压致动器运动期间所述阀装置的行为的第三部分。

6.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成当所述液压致动器正受到重力辅助时，在所述系统响应模型的多次使用期间维持用于所述校正流率的恒定值。

7.根据权利要求6所述的液压控制系统，其特征在于，所述控制器构造成当所述液压致动器没有受到重力辅助时，基于被估算的实际流率和被确定的实际流率之间的差对所述校正流率求积分。

8.根据权利要求7所述的液压控制系统，其特征在于，还包括可借助所述液压致动器运动的作业工具，其中，所述控制器构造成当所述液压致动器的期望速度与所述作业工具的下降运动或向下倾斜运动关联时确定所述液压致动器正受到重力辅助。

9.一种操作机器（10）的方法，包括：

接收指示液压致动器（20）的期望速度的操作者输入；

基于所述期望速度确定进入到所述液压致动器中的流体的期望流率；

基于流体的所述期望流率、校正流率和系统响应模型估算进入到所述液压致动器中的流体的实际流率；

感测进入所述液压致动器的流体的实际流率；

比较进入所述液压致动器中的流体的被估算的实际流率和被感测的实际流率；和

基于所述比较确定所述校正流率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

对流体加压；

发出命令调节进入到所述液压致动器中的加压流体的期望流率和校正流率；和

基于由所述调节引起的系统压力的变化调整对所述流体的加压，

其中，基于所述系统响应模型估算实际流率的步骤包括基于所述系统响应模型的第一部分来估算实际流率，所述第一部分构造成模拟从发出进行调节的命令的时刻到调整开始的时刻的第一延迟。

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