CN105485080A - 回转马达控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转马达控制系统及其控制方法，该系统包括控制器(100)和回转马达(1)，该回转马达的第一油口(A)的第一油口工作油路(C1)和第二油口(B)的第二油口工作油路(C2)中分别设有比例换向阀(4,5)，第一油口和第二油口分别液压连接有马达油口压力传感器(P2,P3)，控制器电连接马达油口压力传感器并控制比例换向阀的比例电磁铁(DT1～DT4)。此控制系统中不再采用平衡阀和单个的主换向阀，可通过比例换向阀切换控制回转马达的正转或反转，在回转马达的启动或制动时，通过控制器至少控制回转马达的回油油路中的比例换向阀，从而使得回转马达的回油口在启动或制动时的压力平稳，回油口不产生憋压。

Description

回转马达控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于液压控制领域，具体地，涉及一种回转马达控制系统及其控制方法。

背景技术

如图1所示，为现有技术中常见的一种回转马达液压控制系统。在该液压系统中，当回转马达1启动时，主换向阀7切换至图中的左位，液压油源P的压力油经由主换向阀7以及左侧平衡阀6的单向阀后进入回转马达1的左侧油口，使得该左侧油口的压力上升。由于采用外控式液压先导控制，右侧平衡阀6难以即时开启，使得回转马达1的右侧油口产生憋压，压力上升。当左侧油口的压力上升至右侧平衡阀6的先导开启压力时，右侧油口的压力下降。回转马达1的启动平稳性由平衡阀6决定，是一个被动控制过程，启动时间较长。

回转马达1制动时，主换向阀7的中位机能为Y型，马达制动器马上刹住回转马达1，但由于大负载惯性，回转机构会继续运动，导致回转马达1的出油侧产生憋压，使安全溢流阀频繁启闭，引起出油侧的压力波动大，影响制动平稳性，制动时间长。

由此可见，目前的回转马达的控制主要是通过一定开启比的平衡阀来被动匹配马达出油口的输出流量，存在回转启动、制动过程响应慢，压力冲击大，变负载下回转系统工况适应性差等诸多缺陷或不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种回转马达控制系统及其控制方法，在不采用平衡阀的情形下实现回转马达的平稳控制。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种回转马达控制系统，该系统包括控制器和回转马达，与该回转马达的第一油口连接的第一油口工作油路和与该回转马达的第二油口连接的第二油口工作油路中分别设有用于切换连接至液压油源或实现回油的比例换向阀，所述第一油口与对应的比例换向阀之间的油路上以及第二油口与对应的比例换向阀之间的油路上分别液压连接有用于回转马达的检测油口油压并电连接所述控制器的马达油口压力传感器；

所述控制器配置为：接收作为回油口的所述第一油口或第二油口一侧的所述马达油口压力传感器的检测压力值信号，控制作为回油油路的所述第一油口工作油路或第二油口工作油路中的所述比例换向阀的比例电磁铁，以调节该比例换向阀的阀芯开度，使得所述回转马达的回油口在启动或制动时的压力平稳。

优选地，所述控制器配置为：在作为回油口的所述第一油口或第二油口一侧的所述马达油口压力传感器的检测压力值信号大于预设回油压力值时，增大调节所述回油油路中的所述比例换向阀的阀芯开度。

优选地，所述第一油口工作油路中设有第一比例换向阀，所述第二油口工作油路中设有第二比例换向阀，所述第一比例换向阀和第二比例换向阀均包括进油口、回油口和工作油口，所述工作油口分别与对应的所述第一油口或第二油口油路连接，所述进油口油路连接所述液压油源；

其中，所述回转马达控制系统还包括用于检测所述第一油口工作油路和第二油口工作油路中的所述比例换向阀的所述进油口油压的阀口进油压力传感器，该阀口进油压力传感器电连接所述控制器。

优选地，所述比例换向阀为二位三通换向阀或二位四通换向阀。

优选地，所述比例换向阀中设有与所述控制器电连接的阀芯位移传感器。

优选地，所述第一比例换向阀和所述第二比例换向阀设置为使得所述第一油口工作油路为所述回转马达的进油油路且所述第二油口工作油路为回油油路时，流经所述第一比例换向阀的流量Q1和流经所述第二比例换向阀的流量Q2分别为：

$\begin{array}{cc}Q1=\mathrm{Cd}*A1\left(x\right)*\sqrt{\frac{2*(p1-p2)}{\mathrm{\ρ}}}& Q2=\mathrm{Cd}*A2\left(x\right)*\sqrt{\frac{2*(p3-p4)}{\mathrm{\ρ}}}\end{array}$

其中，Cd为流量系数；ρ为油液密度；A1(x)和A2(x)分别为所述第一比例换向阀和第二比例换向阀的阀口节流面积，该阀口节流面积通过所述阀芯位移传感器检测所述阀芯位移而获得；p1为所述阀口进油压力传感器的检测压力值；p2、p3分别为与所述第一油口和第二油口对应的所述马达油口压力传感器的检测压力值；p4为所述回转马达的回油油路中的回油背压值。

优选地，所述控制器还配置为：计算所述流量Q1，在该流量Q1大于设定进油流量值时，控制所述第二比例换向阀的比例电磁铁，以增大该第二比例换向阀的阀芯开度。

所述控制器还进一步配置为：当所述流量Q1大于所述设定进油流量值时，控制所述第一比例换向阀的比例电磁铁，以减小该第一比例换向阀的阀芯开度。

优选地，该系统还包括梭阀，所述回转马达的所述第一油口和第二油口分别连接有第一油口压力检测油路和第二油口压力检测油路，该第一油口压力检测油路和第二油口压力检测油路分别连接到所述梭阀的两个入口，该梭阀的出口连接所述回转马达的马达制动器的控制油腔。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据本发明的回转马达控制系统的控制方法，该控制方法包括：

步骤一、通过所述比例换向阀切换控制所述回转马达的正转或反转；

步骤二、在所述回转马达的启动或制动时，通过所述控制器控制所述回转马达的回油油路中的所述比例换向阀，从而使得所述回转马达的回油口在启动或制动时的压力平稳。

根据上述技术方案，本发明的回转马达控制系统中不再采用平衡阀，也不再采用单个的主换向阀，而在回转马达的两侧油口处设置马达油口压力传感器，两侧油口的工作油路中分别设置比例换向阀以切换连接至液压油源或实现回油，比例换向阀的两端设置比例电磁铁以调节阀芯开度；这样，在控制器的控制下，可根据马达油口压力值，通过调节比例电磁铁来调节各个比例换向阀的阀芯开度，实现主动调节，使得回转马达在启动或制动时的压力平稳。此外，还可在比例换向阀的阀前设置阀口进油压力传感器，通过控制器计算两个比例换向阀的流量，从而实现流量的主动调节和控制，最终实现回转马达的快速、平稳启动和制动。

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为现有技术中常见的回转马达液压控制系统的液压原理图；

图2为根据本发明的优选实施方式的回转马达控制系统的液压原理图。

附图标记说明

1回转马达2马达制动器

3梭阀4第一比例换向阀

5第二比例换向阀6平衡阀

7主换向阀100控制器

A第一油口B第二油口

P0进油口T0回油口

D工作油口DT1～DT4比例电磁铁

P1阀口进油压力传感器P2～P3马达油口压力传感器

X1～X2阀芯位移传感器P液压油源

C1第一油口工作油路C2第二油口工作油路

Y1第一油口压力检测油路Y2第二油口压力检测油路

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。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

本发明旨在提供针对回转机构工作腔压力和流量进行独立控制的系统及方法，可以在没有平衡阀的前提下，主动控制马达进出油流量、压力等，避免大惯性负载下回转马达出油测压力冲击，实现马达平稳控制。为此，如图2所示，本发明提供了一种回转马达控制系统，该系统包括控制器100和回转马达1，该回转马达1的第一油口A的第一油口工作油路C1和第二油口B的第二油口工作油路C2中分别设有用于切换连接至液压油源P或实现回油的比例换向阀4,5，第一油口A和第二油口B分别液压连接有用于检测油口油压并电连接控制器100的马达油口压力传感器P2,P3；在图2中，马达油口压力传感器P2连接在第一油口A与对应的比例换向阀之间的油路上，马达油口压力传感器P3连接在第二油口B与对应的比例换向阀之间的油路上。

其中，控制器100电连接马达油口压力传感器P2,P3以接受压力检测信号，控制器100还可通过控制电流大小等来控制各个比例电磁铁DT1～DT4，实现开关切换以及精确的阀芯行程控制。该控制器100至少配置为：接收作为回油口的第一油口A或第二油口B一侧的马达油口压力传感器(P2,P3)的检测压力值信号，控制作为回油油路的第一油口工作油路C1或第二油口工作油路C2中的比例换向阀的比例电磁铁，以调节该回油油路中的比例换向阀的阀芯开度，使得回转马达的回油口在启动或制动时的压力平稳。

其中，不再采用平衡阀和单个的主换向阀，而在回转马达1的两侧油口的工作油路中分别设置比例换向阀以切换连接至液压油源P或实现回油，比例换向阀的两端可设置比例电磁铁DT1～DT4以调节阀芯开度，并在回转马达的两侧油口处设置马达油口压力传感器P2,P3。这样，在控制器100的控制下，可根据回转马达1的回油口的压力检测值，通过调节回转马达1的相应的回油油路中的比例电磁铁来调节对应的比例换向阀的阀芯开度，实现主动的压力调节，即回油口泄压，使得回转马达1在启动或制动时达到回油口压力平稳，不产生憋压，油液流动顺畅，使得回转马达1的启动或制动的时间更短。

作为一种具体控制方式，控制器100可设置为：在作为回油口的第一油口A或第二油口B一侧的马达油口压力传感器P2,P3的检测压力值信号大于预设回油压力值时，增大调节回油油路中的比例换向阀的阀芯开度。其中，回油口的检测压力值信号为控制器的控制参数之一，预设回油压力值可根据具体工况人工输入作为控制器100的另一控制参数。本领域技术人员能够理解的是，控制器100也可采用其它控制方式，例如在回油口的油压升压速率过快时，预先调节增大回油油路中的比例换向阀的阀芯开度等，在此不再一一赘述。

参见图2，第一比例换向阀4和第二比例换向阀5中可分别设有与控制器100电连接的阀芯位移传感器X1,X2，以精确显示和控制阀芯开度，便于计算比例换向阀的通过流量，以下将具体述及。

在本实施方式中，回转马达1的第一油口工作油路C1和第二油口工作油路C2中对应设置有第一比例换向阀4和第二比例换向阀5，第一比例换向阀4和第二比例换向阀5均包括进油口P0、回油口T0和工作油口D，两个比例换向阀的工作油口D各自通过第一油口工作油路C1和第二油口工作油路C2分别与对应的第一油口A和第二油口B油路连接，进油口P0油路连接液压油源P。其中，作为回转马达1的进油油路的第一油口工作油路C1或第二油口工作油路C2中的比例换向阀4,5的进油口P0处设有阀口进油压力传感器P1。在图2中，两个比例换向阀4,5的进油口P0油路连通，该阀口进油压力传感器P1与两个进油口P0的连通油路相连，从而能够同时检测两个进油口P0的油压。该阀口进油压力传感器P1电连接控制器100。通过阀口进油压力传感器P1可检测进油油路中的比例换向阀的阀前油压，结合阀后的马达油口检测压力，方便计算通过该比例换向阀的进油流量。

其中，第一比例换向阀4和第二比例换向阀5优选为二位三通换向阀或二位四通换向阀，即至少包括进油口P0、回油口T0与一个或两个工作油口D。如图2所示，第一比例换向阀4和第二比例换向阀5为二位四通换向阀，图中的第一比例换向阀4处于左位，第二比例换向阀5处于右位，使得第一油口工作油路C1和第二油口工作油路C2通过比例换向阀后均回油，回转马达1停止工作。需要正向启动或反向启动回转马达1时，在图示状态下将相应侧的比例换向阀进行相位切换即可。另外，若在形成闭式液压回路时，还可设置溢流补油桥路，以适时补充液压油，防止回转马达1空吸等。

此外，本实施方式中的回转马达控制系统还包括了梭阀3，回转马达1的第一油口A和第二油口B分别连接有第一油口压力检测油路Y1和第二油口压力检测油路Y2，该第一油口压力检测油路Y1和第二油口压力检测油路Y2分别连接到梭阀3的两个入口，该梭阀的出口连接回转马达1的马达制动器2的控制油腔。这样，通过梭阀3取得回转马达1的两侧油口的压力最大值给马达制动器2，以实现液压制动。在回转马达1的一侧压力足够大时，推动马达制动器2解除对回转马达1的制动，使得回转马达1正常运转。

在上述的回转马达控制系统的结构基础上，本发明提供了该回转马达控制系统的相应控制方法，该控制方法包括：

步骤一、通过比例换向阀4,5切换控制回转马达1的正转或反转；

步骤二、在回转马达1的启动或制动时，通过控制器100控制回转马达1的回油油路中的比例换向阀4,5，从而使得回转马达1的回油口在启动或制动时的压力平稳。

通过上述步骤，可实现对回转马达1在启动或制动时的主动压力控制，即在回转马达1的回油口产生憋压(例如回油口油压大于预设回油压力值)时，加大回油油路中的比例换向阀的阀芯开度，进行主动泄压，达到回油口的压力平稳。此处的压力平稳可视为例如不超出预设的回油口压力上限，或者不超出上述的预设回油压力值。

在第一比例换向阀4和第二比例换向阀5中分别设有与控制器100电连接的阀芯位移传感器X1,X2，油路连接液压油源P的进油口P0处设有阀口进油压力传感器P1的情况下，控制器100还可实时接收阀芯位移传感器X1,X2的阀芯位移信号和阀口进油压力传感器P1的阀口进油压力信号；进而计算第一比例换向阀4的流量Q1和第二比例换向阀5的流量Q2。

如图2所示，在第一比例换向阀4和第二比例换向阀5均右位得电时，第一油口工作油路C1为回转马达1的进油油路，第二油口工作油路C2则为回油油路，流经第一比例换向阀4的流量Q1和流经第二比例换向阀5的流量Q2分别为：

$Q1=\mathrm{Cd}*A1\left(x\right)*\sqrt{\frac{2*(p1-p2)}{\mathrm{\ρ}}}$

$Q2=\mathrm{Cd}*A2\left(x\right)*\sqrt{\frac{2*(p3-p4)}{\mathrm{\ρ}}}$

其中，Cd为流量系数；ρ为油液密度；A1(x)和A2(x)分别为第一比例换向阀4和第二比例换向阀5的阀口节流面积，为阀芯位移的计算函数，该阀口节流面积通过阀芯位移传感器X1,X2检测阀芯位移而获得；p1为阀口进油压力传感器P1的检测压力值；p2、p3分别为第一油口工作油路C1和第二油口工作油路C2中相应的马达油口压力传感器P2,P3的检测压力值；p4为回转马达1的回油油路(即第二比例换向阀5的回油口T1与回油箱T之间的油路)中的回油背压值，其压力值相对较小，计算时可忽略不计。同理，在图2所示的液压原理图中，当第一比例换向阀4和第二比例换向阀5均左位得电时，第一油口工作油路C1为回转马达1的回油油路且第二油口工作油路C2为进油油路，则所述的p3为阀口进油压力传感器P1的检测压力值，p1、p4分别为与第一油口A和第二油口B对应的马达油口压力传感器P2,P3的检测压力值；p2为回转马达1的回油油路中的回油背压值。

最后，控制器100根据接收的各个信号，计算流量Q1，在该流量Q1大于设定进油流量值时，控制第二比例换向阀5的比例电磁铁，以增大该第二比例换向阀5的阀芯开度，从而使得回转马达1在启动或制动时的回油流量平稳，防止产生回油口憋压。当然，在流量调节过程中，还可计算流量Q2，获得第二比例换向阀5的当前流量作为参考。在流量Q2较大，判断第二比例换向阀5的阀芯开度达到最大也将使得回油口压力上升时，可进一步控制第一比例换向阀4的比例电磁铁，以减小该第一比例换向阀4的阀芯开度，即对进油流量(即流量Q1)进行限流。

需要说明的是，上述的预设回油压力值和设定进油流量值等控制参数可根据回转马达等部件的性能和控制要求进行具体设定。本领域技术人员能够理解的是，可根据回转马达的回油口油压和进油油量两个参数进行综合判断和计算，进行模糊控制或智能控制，相应调节回油油路中的比例换向阀的阀芯开度。

总之，在回转马达1启动或制动时，可通过对回转马达1的出油侧的油液压力检测以及进油侧、回油侧的流量计算，对比例换向阀的阀芯开度进行匹配调整，从而实现回转马达的快速、平稳启动和制动。实现了回转马达进、出油侧流量单独控制、主动控制，系统流量合理匹配；回转马达出油侧压力、流量单独主动控制，减少马达启动、制动时间及压力冲击，实现马达平稳动作。

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 (10)

1.一种回转马达控制系统，其特征在于，该系统包括控制器(100)和回转马达(1)，与该回转马达(1)的第一油口(A)连接的第一油口工作油路(C1)和与该回转马达(1)的第二油口(B)连接的第二油口工作油路(C2)中分别设有用于切换连接至液压油源(P)或实现回油的比例换向阀(4,5)，所述第一油口(A)与对应的比例换向阀之间的油路上以及第二油口(B)与对应的比例换向阀之间的油路上分别液压连接有用于检测回转马达(1)的油口油压并电连接所述控制器(100)的马达油口压力传感器(P2,P3)；

其中，所述控制器(100)配置为：接收作为回油口的所述第一油口(A)或第二油口(B)一侧的所述马达油口压力传感器(P2,P3)的检测压力值信号，控制作为回油油路的所述第一油口工作油路(C1)或第二油口工作油路(C2)中的所述比例换向阀(4,5)的比例电磁铁(DT1～DT4)，以调节该比例换向阀(4,5)的阀芯开度，使得所述回转马达(1)的回油口在启动或制动时的压力平稳。

2.根据权利要求1所述的回转马达控制系统，其特征在于，所述控制器(100)配置为：在作为回油口的所述第一油口(A)或第二油口(B)一侧的所述马达油口压力传感器(P2,P3)的检测压力值信号大于预设回油压力值时，增大调节所述回油油路中的所述比例换向阀(4,5)的阀芯开度。

3.根据权利要求1所述的回转马达控制系统，其特征在于，所述第一油口工作油路(C1)中设有第一比例换向阀(4)，所述第二油口工作油路(C2)中设有第二比例换向阀(5)，所述第一比例换向阀(4)和第二比例换向阀(5)均包括进油口(P0)、回油口(T0)和工作油口(D)，所述工作油口(D)分别与对应的所述第一油口(A)或第二油口(B)油路连接，所述进油口(P0)油路连接所述液压油源(P)；

其中，所述回转马达控制系统还包括用于检测所述第一油口工作油路(C1)和第二油口工作油路(C2)中的所述比例换向阀(4,5)的所述进油口(P0)油压的阀口进油压力传感器(P1)，该阀口进油压力传感器(P1)电连接所述控制器(100)。

4.根据权利要求3所述的回转马达控制系统，其特征在于，所述比例换向阀(4,5)为二位三通换向阀或二位四通换向阀。

5.根据权利要求3所述的回转马达控制系统，其特征在于，所述比例换向阀(4,5)中设有与所述控制器(100)电连接的阀芯位移传感器(X1,X2)。

6.根据权利要求5所述的回转马达控制系统，其特征在于，所述第一比例换向阀(4)和所述第二比例换向阀(5)设置为使得所述第一油口工作油路(C1)为所述回转马达(1)的进油油路且所述第二油口工作油路(C2)为回油油路时，流经所述第一比例换向阀(4)的流量Q1和流经所述第二比例换向阀(5)的流量Q2分别为：

$\begin{array}{cc}Q1=\mathrm{Cd}*A1\left(x\right)*\sqrt{\frac{2*(p1-p2)}{\mathrm{\ρ}}}& Q2=\mathrm{Cd}*A2\left(x\right)*\sqrt{\frac{2*(p3-p4)}{\mathrm{\ρ}}}\end{array}$

其中，Cd为流量系数；ρ为油液密度；A1(x)和A2(x)分别为所述第一比例换向阀(4)和第二比例换向阀(5)的阀口节流面积，该阀口节流面积通过所述阀芯位移传感器(X1,X2)检测所述阀芯位移而获得；p1为所述阀口进油压力传感器(P1)的检测压力值；p2、p3分别为与所述第一油口(A)和第二油口(B)对应的所述马达油口压力传感器(P2,P3)的检测压力值；p4为所述回转马达(1)的回油油路中的回油背压值。

7.根据权利要求6所述的回转马达控制系统，其特征在于，所述控制器(100)还配置为：计算所述流量Q1，在该流量Q1大于设定进油流量值时，控制所述第二比例换向阀(5)的比例电磁铁(DT1～DT4)，以增大该第二比例换向阀(5)的阀芯开度。

8.根据权利要求7所述的回转马达控制系统，其特征在于，所述控制器(100)还配置为：当所述流量Q1大于设定进油流量值时，控制所述第一比例换向阀(4)的比例电磁铁(DT1～DT4)，以减小该第一比例换向阀(4)的阀芯开度。

9.根据权利要求1所述的回转马达控制系统，其特征在于，该系统还包括梭阀(3)，所述回转马达(1)的所述第一油口(A)和第二油口(B)分别连接有第一油口压力检测油路(Y1)和第二油口压力检测油路(Y2)，该第一油口压力检测油路(Y1)和第二油口压力检测油路(Y2)分别连接到所述梭阀(3)的两个入口，该梭阀的出口连接所述回转马达(1)的马达制动器(2)的控制油腔。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的回转马达控制系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

步骤一、通过所述比例换向阀(4,5)切换控制所述回转马达(1)的正转或反转；以及

步骤二、在所述回转马达(1)的启动或制动时，通过所述控制器(100)控制所述回转马达(1)的回油油路中的所述比例换向阀(4,5)，从而使得所述回转马达(1)的回油口在启动或制动时的压力平稳。