CN106402069A - 依赖于负载的电子阀致动器调节和压力补偿 - Google Patents

依赖于负载的电子阀致动器调节和压力补偿 Download PDF

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Abstract

一种液压控制系统，其使用系统压力信息和再缩放的操作者输入以控制阀芯面积，从而控制致动器速度。该系统使用软密封和/或软压力补偿。

Description

依赖于负载的电子阀致动器调节和压力补偿
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年7月30日提交的U.S.系列编号为No.62/198,877的临时申请的优先权，其所有内容通过引用全部纳入此文。
技术领域
本发明涉及一种液压系统的电子阀致动器。本发明尤其涉及通过负载相依性和压力补偿来调整电子阀致动器。
背景技术
液压致动器或缸在本领域众所周知，并且用于通过单向冲程给出单向力。液压致动器有很多应用，例如施工设备、制造机械和土木工程。
液压致动器由加压的液压流体获得动力。出入致动器的液压流体的流动通过阀来控制。根据应用，液压致动器面临着变化很大的负载。在这些情景下，要通过致动器满足的需求与在阀中的需要满足的需求相冲突。例如，在轻负荷的情况下，阀面积需要较大以允许高致动器速度。当负载大时，阀面积需要相当小以避免过大的致动器速度。
典型地，阀开口面积由操作者的输入成比例地控制，例如，0-100％的操纵杆命令导致0-100％的阀开口面积。这会导致低分辨率。在致动器速度为0-100％时，当阀开口面积为0-10％并且操纵杆命令也限制为0-10％时产生低分辨率。
解决该问题的一个方法是使用液压补偿器，其将阀的控制开口面积上的压降调整到相对恒定的压降。该方法的问题是当用于轻负荷条件下的最大阀面积需要加大时，即使当阀开口被完全打开时，补偿器也会添加额外的压降，因此减小了轻负荷的最大下降速度。
为避免高负载情况下的不安全的下降速度，可使用流量限制阀，然而这仍然具有当降下高负载时的低分辨率的问题(例如10％的操纵杆命令可导致100％的致动器速度)。
当致动器用于叉车起重机时安全问题尤其呈现。叉车起重机的下降功能无论叉装载或不装载通常都由叉的重力起作用。在没有压力补偿的情况下，负载越大，加速度会越大。这导致对操作者不安全的操作条件。
发明内容
本发明所基于的目的为使用压力信息和再缩放的操作输入以控制致动器速度而不是控制阀面积。同时，该系统应当降低成本，具有最佳性能、良好的输入分辨率并且提供更高的适应性。
该目的通过使用压力信息来确定能够被用于限制致动器的极限速度的最大允许操作者输入或最大允许阀开口面积来实现。之后，根据允许的阀面积再缩放操作者的输入命令以直接控制致动器的速度。
优选地，最大允许操作者输入命令(即，阀开口面积)通过使用存储的预定信息例如2-D对照表来估算，或使用利用系统压力计算的确定的信息来估算。可替代地，最大操作者输入命令基于传感压力和油箱压力之间的差额计算，并且使用比例-积分-微分(PID)控制将该差额控制到预定的压力差，以提供软压力补偿。
操作者输入再缩放或软缩放优选地包括使用输入调整模块来修正操作者输入命令。基于最大允许输入命令和修正的输入命令的比较，信号被传递到具有良好分辨率的比例阀使能(PVE)，以控制致动器而不是控制阀芯面积。
附图说明
借助于附图示出的示例性实施例对本发明做更详细的说明。
图1为液压控制系统的示意图；
图2为具有软缩放的液压控制系统的示意图；并且
图3为具有软压力补偿的液压系统的示意图。
具体实施方式
图1示出具有依赖于负载的电子阀致动器调节和压力补偿的系统10的示意图。该系统包括车辆12，车辆12包括操作者输入装置14、用于移动负载的液压系统16和连接到输入装置14的控制器18。液压系统具有致动器20和控制出入致动器20的流量的阀22。为清楚起见，图1仅示出系统10的基本元件。其中系统10使用来自液压系统16的压力信息以确定用于阀22的可允许的最大开口面积，该可允许的最大开口面积能够用于限制致动器20的极限速度。控制器18还根据允许的阀面积来调整或再缩放操作者输入命令，从而控制致动器20的速度而不是控制阀面积，这产生良好的输入分辨率。当致动器的速度与操作者输入命令和阀开口面积不成比例时产生低分辨率。通过关于最大允许阀面积来再缩放操作者命令，用于致动器速度的命令变得与允许的阀开口面积成比例，这产生良好的分辨率。
系统10用于任何利用重力来移动致动器和负载的应用。作为众多示例中的一个，优选的系统10包括叉车12。叉车12具有起重机24和用作操作者输入装置14的操纵杆
图2示出包括用于操作者输入命令的软缩放的规定的系统的示意图。输入调整模块26用于修正或再缩放操作者输入命令，之后控制器18将操作者输入命令与估算的最大允许的操作者(操纵杆)命令相比较。通过确定的信息例如起重机压力的反馈计算最大允许的操作者(操纵杆)命令。可替代地，最大允许操作者命令由预先确定的信息决定，该信息存储在控制器18中，例如2-D对照表等。例如软RampTM和ProfileTM等的输入调整模块26可被使用，其来自Danfoss Power Solutions PLUS+1TM Work Function Library。修正的输入命令的绝对最小值和估算的最大允许的操作者输入的绝对极小值被允许传输到比例阀使能(PVE)。由此，比例阀使能命令总是基于起重机压力的反馈而限定，起重机压力的反馈提供了与装载尺寸无关的平滑下降。
图3示出了包括用于软压力补偿的规定的系统10的示意图。优选地使用比例-积分-微分控制器28和技术以获得阀22的主阀芯上的恒定压降，而无需补偿装置。首先，在软件30中定义未补偿的芯阀22上的期望的压力极限(下降)Pd。该压力极限Pd可使用维修工具改变。
系统压力P基于起重机压力P1和油箱压力PT计算，该起重机压力P1由传感器32检测以提供起重机压力反馈P1f，该油箱压力PT为预先估算的或可由单独的压力传感器直接测量。期望的油箱压力PT可基于在不同的负载状况下降下起重机时对芯阀22上的平均压降的估算来确定。PID 28基于期望的压力极限Pd和计算出的系统压力来计算误差e。
之后PID输出或比例阀使能输入(PVEin)与操作者输入命令通过控制器18进行比较，以提供修正的比例阀使能输入。修正的比例阀使能输入传递到比例阀使能驱动器，比例阀使能驱动器控制比例阀使能致动器(PVEA)。如果调整得合适，PID控制28可将误差e最小化以获得主芯阀22上的与负荷无关的恒定压降。软压力补偿的下降可由重力辅助，其中无需泵流量。因此，液压控制系统被公开，至少满足所有所声称的目标。

Claims (20)

1.一种电子阀致动器系统，包括：
控制器，所述控制器连接到输入装置和液压系统；
所述液压系统，所述液压系统具有控制出入所述致动器的流量的阀；
其中，基于接收自液压系统的压力信息，控制器确定阀的最大允许开口面积，并且根据最大允许开口面积再缩放来自输入装置的操作者输入命令，以控制致动器的速度，实现良好的输入分辨率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中输入调整模块被用于再缩放操作者输入命令。
3.根据权利要求1所述的系统，其中预定值存储在控制器中并用于估算最大允许输入命令。
4.根据权利要求1所述的系统，其中控制器向致动器发送命令，该命令为再缩放的操作者输入命令和最大允许开口面积的绝对极小值。
5.一种电子阀致动器系统，包括：
控制器，控制器连接到输入装置和液压系统；
所述液压系统，所述液压系统具有控制出入致动器的流量的阀；
其中控制器具有软件，在所述软件中设定期望的压力极限，并且比例-积分-微分控制器获得阀上的恒定压降。
6.根据权利要求5所述的系统，其中比例-积分-微分控制器基于设定的压力极限和计算出的系统压力计算误差。
7.根据权利要求6所述的系统，其中控制器构造成基于起重机压力和预先估算的油箱压力计算系统压力，起重机压力由提供起重机压力反馈的传感器检测。
8.根据权利要求7所述的系统，其中油箱压力基于不同的负载状况下降下起重机时阀上的平均压降来估算。
9.根据权利要求5所述的系统，其中比例-积分-微分输出与操作者输入命令通过控制器相比较以将修正的PVE命令提供到致动器。
10.根据权利要求9所述的系统，其中修正的PVE命令传递到PVE驱动器，PVE驱动器控制所述致动器。
11.一种控制液压系统的方法，包括如下步骤：
使用控制器确定阀的最大允许开口以限制致动器的速度，所述阀控制出入致动器的流量；
使用控制器根据阀的最大允许开口再缩放操作者输入命令；并且
基于再缩放的操作者输入命令，使用控制器控制致动器速度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中用于阀的最大允许开口基于来自液压系统的压力信息。
13.根据权利要求11所述的方法，其中调整模块被用于再缩放操作者输入命令。
14.根据权利要求11所述的方法，其中最大允许操作者命令通过控制器由确定的信息计算。
15.根据权利要求11所述的方法，其中最大允许操作者命令由存储在控制器中的预定的信息确定。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：使用控制器将再缩放的操作者命令与最大允许操作者输入命令进行比较；以及允许绝对极小值被传递到比例阀使能。
17.根据权利要求11所述的方法，其中确定用于阀的最大允许开口的步骤使用比例-积分-微分控制器以获得阀上的恒定的压降，而无需补偿装置。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括定义阀上的期望的压力极限的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括基于传感器检测到的压力和以前估算的油箱压力来计算系统压力的步骤。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括将来自比例-积分-微分控制器的输出与操作者输入命令相比较以提供修正的比例阀使能的步骤，该修正的比例阀使能控制比例阀使能致动器。
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