CN104033260B - 发动机转速控制方法、设备、系统以及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机转速控制方法、一种发动机转速控制设备、一种发动机转速控制系统以及一种工程机械，所述方法包括：接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p；根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t；以及根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，以通过调节变量泵的排量来控制发动机转速。本发明可以及时控制发动机转速，使之保持稳定，既整体上抑制了负载突变，有效地降低了发动机掉速率，同时也降低了现有技术中防掉速模型可能出现的超调、振荡等附加问题。

Description

发动机转速控制方法、设备、系统以及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种发动机转速控制方法、一种发动机转速控制设备、一种发动机转速控制系统、以及一种工程机械。

背景技术

施工用工程机械(以旋挖钻机为例)在作业过程中会出现由于负载突变(增加或减少)导致该工程机械的发动机不能及时反应使发动机转速突然上升、下降，从而严重影响作业稳定性、工作效率以及发动机性能(例如，导致发动机冒烟、熄火等故障)。

针对上述问题，现有技术中一般根据发动机转速的掉速值(目标转速与当前转速之差)采用PID(Proportional,Integral and Derivative，比例积分微分)控制方法对控制器输出的变量泵排量控制电流进行调整，减小旋挖钻机的变量泵排量，以使发动机停止掉速，直至发动机转速等于设定目标转速。

但是这种发动机转速控制方法，由于负载突变导致发动机转速变化会有时间上的延迟，因此该控制方法存在滞后性不能及时控制发动机掉速，并且会导致发动机转速频繁地在小范围内振荡。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种发动机转速控制方法，该方法包括：接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p；根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t；以及根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，以通过调节变量泵的排量来控制发动机转速。

相应地，本发明还提供了一种发动机转速控制设备，该设备包括：接收器，用于接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p；控制器，用于根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t；以及还用于根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，并将所述变量泵排量控制阀控制电流I_t输出给变量泵排量控制阀，以通过调节变量泵的排量来控制发动机转速。

另外，本发明还提供了一种发动机转速控制系统，该系统包括：发动机转速传感器，用于测量发动机转速；变量泵压力传感器，用于测量工程机械的变量泵的压力值；根据本发明所提供的实施方式的发动机转速控制设备，其中所述发动机转速传感器和所述变量泵压力传感器分别与所述发动机转速控制设备连接，以将测量的发动机转速和变量泵的压力值发送到所述发动机转速控制设备的接收器；以及变量泵排量控制阀，与所述发动机转速控制设备的控制器连接，用于根据所述变量泵排量控制阀控制电流I_t调节自身的排量，从而控制发动机转速。

以及，本发明还提供了一种发动机转速控制系统，该系统包括：发动机转速传感器，用于测量发动机转速；变量泵压力传感器，用于测量工程机械的变量泵的压力值；定量泵压力传感器，用于测量所述工程机械的定量泵的压力值；以及根据本发明所提供的实施方式的发动机转速控制设备，其中所述发动机转速传感器、所述变量泵压力传感器、和所述定量泵压力传感器分别与所述发动机转速控制设备连接，以将测量的发动机转速、变量泵的压力值、定量泵的压力值发送到所述发动机转速控制设备的接收器；以及变量泵排量控制阀，与所述发动机转速控制设备的控制器连接，用于根据所述变量泵排量控制阀控制电流I_t调节自身的排量，从而控制发动机转速。

此外，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括根据本发明所提供的实施方式的发动机转速控制系统。

采用本发明的发动机转速控制方法、设备以及系统，根据工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t，由此可以根据变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max来获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，从而通过调节变量泵的排量来控制发动机转速，由于将压力反馈与发动机转速反馈有效地结合来控制变量泵排量，确保了变量泵的上一周期和当前周期的总负载保持不变，可以及时控制发动机转速，使之保持稳定，既整体上抑制了负载突变，有效地降低了发动机掉速率，同时也降低了现有技术中防掉速模型可能出现的超调、振荡等附加问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种实施方式的示例发动机转速控制设备的结构示意图；

图2是根据本发明的一种实施方式的示例发动机转速控制方法的流程图；以及

图3是根据本发明的一种实施方式的示例发动机转速控制系统的结构示意图。

附图标记说明

10发动机转速控制设备 20变量泵

30定量泵 40发动机

50发动机转速传感器 60变量泵压力传感器

70定量泵压力传感器 80变量泵排量控制阀

100接收器 200控制器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明的一种实施方式的示例发动机转速控制设备10的结构示意图，如图1所示，该设备包括：接收器100，用于接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p；控制器200，用于根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t；以及还用于根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，并将所述变量泵排量控制阀控制电流I_t输出给变量泵排量控制阀，以通过调节变量泵的排量来控制发动机转速。

具体来说，接收器100可以接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p(例如系统控制器的反馈信号，也可以是控制器200的反馈信号)。之后，接收器100将其传送给与其连接的控制器200，控制器200可以根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t，即：

q_t＝q_m1+q_p 等式(1)

根据本发明的一种实施方式，所述目标排量输出值q_p可以根据发动机掉速值(e_n)的反馈控制算法获得，例如根据PID控制算法获得：

$q_p=k_p\·e_n+k_i\·{\∫e}_n+k_d\·d\frac{e_n}{t}$ 等式(2)

其中所述发动机掉速值e_n为发动机目标转速n_t和当前周期的发动机转速n₁之差，发动机目标转速n_t和当前周期的发动机转速n₁由发动机转速传感器50测量，k_p、k_i、k_d分别为比例、积分、微分系数，可以根据实际控制情况确定，应当理解的是，上述PID控制算法为本领域的公知常识，为了不混淆本发明的保护范围，在此不再赘述。并且，本领域技术人员可以依据实际情况(例如系统参数要求或资金成本等)选择适当的发动机掉速值的反馈控制算法获得目标排量输出值q_p，例如其可以为PID控制算法、模糊算法、以及人工神经网络算法中的任一者，本发明对此不进行限定。

以及，所述当前周期排量输出值q_m1可以根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、以及所述变量泵的当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁获得，即根据下列公式获得：

$q_{m1}=\frac{p_{m1}}{p_{\mathrm{fm}1}\·n_1}$ 等式(3)

其中P_m1为定量泵当前周期预测输出功率；P_m0为定量泵上一周期的输出功率，以及：

P_m0＝p_fm0·q_m0·n₀ 等式(4)

q_m0为变量泵的上一周期的排量，并且：

q_m0＝k*I_m0 等式(5)

其中k为给定值(控制阀出厂后的配置参数)。

变量泵的上一周期的压力值p_fm0以及当前周期的压力值p_fm1由变量泵压力传感器60测量并发送给接收器100，上一周期的排量控制电流I_m0由控制器200给出、上一周期的发动机转速n₀、以及当前周期的发动机转速n₁由发动机传转速传感器50测量并发送给接收器100。

根据本发明的一种实施方式，对于单泵的工程机械(例如以旋挖钻机为例)，控制器200可以设定：

P_m1＝P_m0 等式(6)

从而根据等式(3)可以获得当前周期排量输出值q_m1，进而根据等式(1)-(2)获得变量泵排量控制量q_t。之后控制器200可以根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，即：

$I_t=q_t\·\frac{(I_{\max }-I_{\min })}{q_{\max }}+I_{\min }$ 等式(7)

其中，变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max均为预定值，其可以由控制器200预先存储或者从其他设备接收(例如通过控制面板人工输入)。之后，控制器200将所述变量泵排量控制阀控制电流I_t输出给变量泵排量控制阀80，以通过调节变量泵20的排量(例如使排量开大或关小)来控制发动机转速。

采用本发明的上述实施方式将压力反馈(功率平衡模型)与发动机转速反馈(防掉速模型)有效地结合来控制变量泵排量控制阀80的开度，由于压力反馈比发动机转速反馈更快，并且上述实施方式确保了变量泵的上一周期和当前周期的总负载保持不变，使得该设备可以及时控制发动机转速，使之保持稳定，即整体上抑制了负载突变，有效地降低了发动机掉速率，同时也降低了现有技术中防掉速模型可能出现的超调、振荡等附加问题。

根据本发明的另一种实施方式，对于双泵的工程机械，例如以旋挖钻机为例，图3是根据本发明的一种实施方式的示例发动机转速控制系统的结构示意图，如图3所示，其中可以包括定量泵30和变量泵20。对于这种情况，为了更加精确的获得当前周期排量输出值q_m1，控制器200可以设定:

P_m1＝P_m0+P_a0-P_a1 等式(8)

其中P_a0和P_a1为定量泵30的上一周期和当前周期的负载功率，并且，P_a0＝p_fa0·q_a0·n₀，q_a0＝k*I_a0等式(9)；P_a1＝p_fa1·q_a1·n₁，q_a1＝k*I_a1等式(10)，其中k为给定值(控制阀出厂后的配置参数)，变量泵的上一周期的压力值p_fm0以及当前周期的压力值p_fm1由变量泵压力传感器60测量并发送给接收器100，定量泵的上一周期的压力值p_fa0以及当前周期的压力值p_fa1由定量泵压力传感器70测量并发送给接收器100，变量泵的上一周期的排量控制电流I_m0、定量泵的上一周期的排量控制电流I_a0以及当前周期的排量控制电流I_a1由控制器200给出，变量泵和定量泵的上一周期的发动机转速n₀以及当前周期的发动机转速n₁由发动机传转速传感器50测量并发送给接收器100。

因此，在这种实施方式下，当前周期排量输出值q_m1可以根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁、以及所述工程机械的定量泵的上一周期的压力值p_fa0、上一周期的排量控制电流I_a0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fa1、当前周期的排量控制电流I_a1、当前周期的发动机转速n₁获得，其中I_a0＝I_a1。之后，控制器200可以如上所述，根据上述等式计算变量泵排量控制阀控制电流I_t并输出给变量泵排量控制阀80，以通过调节变量泵20的排量(例如使排量开大或关小)来控制发动机转速。采用这种实施方式，由于确保变量泵的上一周期和当前周期的总负载保持不变，由此可以及时控制发动机转速，使之保持稳定，即整体上抑制了负载突变，有效地降低了发动机掉速率，同时也降低了现有技术中防掉速模型可能出现的超调、振荡等附加问题。

对应地，图2是根据本发明的一种实施方式的示例发动机转速控制方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

在步骤1001，接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p；

在步骤1002，根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t；以及

在步骤1003，根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，以通过调节变量泵的排量来控制发动机转速。

优选地，所述目标排量输出值q_p根据发动机掉速值的反馈控制算法获得，其中所述发动机掉速值为发动机目标转速n_t和当前周期的发动机转速n₁之差。

优选地，所述当前周期排量输出值q_m1根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、以及所述变量泵的当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁获得。

优选地，所述当前周期排量输出值q_m1根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁、以及所述工程机械的定量泵的上一周期的压力值p_fa0、上一周期的排量控制电流I_a0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fa1、当前周期的排量控制电流I_a1、当前周期的发动机转速n₁获得，其中I_a0＝I_a1。

优选地，所述反馈控制算法为PID控制算法、模糊算法、以及人工神经网络算法中的任一者。

上述方法步骤中对于当前周期排量输出值q_m1、目标排量输出值q_p、变量泵排量控制阀控制电流I_t以及其他参数等的获得的实施方式如上所述，在此不再赘述。

相应地，本发明提供一种发动机转速控制系统，该系统包括：发动机转速传感器50，用于测量上述发动机转速；变量泵压力传感器60，用于测量工程机械的上述变量泵的压力值；根据本发明所提供的一种实施方式的发动机转速控制设备10，其中所述发动机转速传感器50和所述变量泵压力传感器60分别与所述发动机转速控制设备10连接，以将测量的发动机转速和变量泵的压力值发送到所述发动机转速控制设备的接收器100；以及变量泵排量控制阀80，与所述发动机转速控制设备10的控制器200连接，用于根据所述变量泵排量控制阀控制电流I_t调节自身的排量，从而控制发动机转速。

此外，根据本发明的另一种实施方式，如图3所示，对于包括变量泵20和定量泵30的工程机械来说，本发明还提供一种发动机转速控制系统，该系统包括：发动机转速传感器50，用于测量上述发动机转速；变量泵压力传感器60，用于测量工程机械的上述变量泵的压力值；定量泵压力传感器70，用于测量所述工程机械的上述定量泵的压力值；以及根据本发明所提供的另一种实施方式的发动机转速控制设备10，其中所述发动机转速传感器50、所述变量泵压力传感器60、和所述定量泵压力传感器70分别与所述发动机转速控制设备10连接，以将测量的发动机转速、变量泵的压力值、定量泵的压力值发送到所述发动机转速控制设备10的接收器100；以及变量泵排量控制阀80，与所述发动机转速控制设备10的控制器200连接，用于根据所述变量泵排量控制阀控制电流I_t调节自身的排量，从而控制发动机转速。

相应地，本发明还提供了一种根据本发明实施方式的发动机转速控制系统的工程机械(未示出)，该工程机械不但可以如上所述包括根据本发明实施方式的发动机转速控制系统，而且该工程机械也可以采用上述发动机转速控制方法进行上述控制操作。应当理解的是，该工程机械可以是任何需要变变量泵和/或定量泵的设备，例如旋挖钻机。

采用本发明的发动机转速控制方法、设备以及系统，根据工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t，由此可以根据变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max来获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，从而通过调节变量泵的排量来控制发动机转速，由于将压力反馈与发动机转速反馈有效地结合来控制变量泵排量，确保了变量泵的上一周期和当前周期的总负载保持不变，可以及时控制发动机转速，使之保持稳定，既整体上抑制了负载突变，有效地降低了发动机掉速率，同时也降低了现有技术中防掉速模型可能出现的超调、振荡等附加问题。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种发动机转速控制方法，其特征在于，该方法包括：

接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p；

根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t；以及

根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，以通过调节变量泵的排量来控制发动机转速；

其中，所述目标排量输出值q_p根据发动机掉速值的反馈控制算法获得，其中所述发动机掉速值为发动机目标转速n_t和当前周期的发动机转速n₁之差；以及

所述当前周期排量输出值q_m1根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、以及所述变量泵的当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁获得。

2.根据权利要求1所述的发动机转速控制方法，其特征在于，所述当前周期排量输出值q_m1根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁、以及所述工程机械的定量泵的上一周期的压力值p_fa0、上一周期的排量控制电流I_a0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fa1、当前周期的排量控制电流I_a1、当前周期的发动机转速n₁获得，其中I_a0＝I_a1。

3.根据权利要求1所述的发动机转速控制方法，其特征在于，所述反馈控制算法为PID控制算法、模糊算法、以及人工神经网络算法中的任一者。

4.一种发动机转速控制设备，其特征在于，该设备包括：

接收器，用于接收工程机械的变量泵的当前周期排量输出值q_m1以及目标排量输出值q_p；

控制器，用于根据所述当前周期排量输出值q_m1以及所述目标排量输出值q_p计算变量泵排量控制量q_t；以及还用于根据所述变量泵排量控制量q_t、变量泵排量控制阀最大电流I_max、变量泵排量控制阀开启电流I_min、变量泵最大排量q_max获得变量泵排量控制阀控制电流I_t，并将所述变量泵排量控制阀控制电流I_t输出给变量泵排量控制阀，以通过调节变量泵的排量来控制发动机转速；

其中，所述目标排量输出值q_p根据发动机掉速值的反馈控制算法获得，其中所述发动机掉速值为发动机目标转速n_t和当前周期的发动机转速n₁之差；以及

所述当前周期排量输出值q_m1根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、以及所述变量泵的当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁获得。

5.根据权利要求4所述的发动机转速控制设备，其特征在于，所述当前周期排量输出值q_m1根据所述变量泵的上一周期的压力值p_fm0、上一周期的排量控制电流I_m0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fm1、当前周期的发动机转速n₁、以及所述工程机械的定量泵的上一周期的压力值p_fa0、上一周期的排量控制电流I_a0、上一周期的发动机转速n₀、当前周期的压力值p_fa1、当前周期的排量控制电流I_a1、当前周期的发动机转速n₁获得，其中I_a0＝I_a1。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述反馈控制算法为PID控制算法、模糊算法、以及人工神经网络算法中的任一者。

7.一种发动机转速控制系统，其特征在于，该系统包括：

发动机转速传感器，用于测量发动机转速；

变量泵压力传感器，用于测量工程机械的变量泵的压力值；

根据权利要求4所述的发动机转速控制设备，其中所述发动机转速传感器和所述变量泵压力传感器分别与所述发动机转速控制设备连接，以将测量的发动机转速和变量泵的压力值发送到所述发动机转速控制设备的接收器；以及

变量泵排量控制阀，与所述发动机转速控制设备的控制器连接，用于根据所述变量泵排量控制阀控制电流I_t调节自身的排量，从而控制发动机转速。

8.一种发动机转速控制系统，其特征在于，该系统包括：

发动机转速传感器，用于测量发动机转速；

变量泵压力传感器，用于测量工程机械的变量泵的压力值；

定量泵压力传感器，用于测量所述工程机械的定量泵的压力值；以及

根据权利要求5所述的发动机转速控制设备，其中所述发动机转速传感器、所述变量泵压力传感器、和所述定量泵压力传感器分别与所述发动机转速控制设备连接，以将测量的发动机转速、变量泵的压力值、定量泵的压力值发送到所述发动机转速控制设备的接收器；以及

变量泵排量控制阀，与所述发动机转速控制设备的控制器连接，用于根据所述变量泵排量控制阀控制电流I_t调节自身的排量，从而控制发动机转速。

9.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求7或8所述的发动机转速控制系统。