CN107882102A - 一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法 - Google Patents
一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法，包括如下步骤：步骤1，当挖掘机正常工作时，采集油门旋钮电压信号；步骤2，处理油门旋钮电压信号，根据油门旋钮电压对应档位关系设定工作档位；步骤3，根据工作档位与负流量泵功率阀电流的一一对应关系，设定起始功率阀电流值；步骤4，通过CAN总线通讯接受发动机扭矩百分比信息，设定扭矩百分比对应的扭矩电流值；步骤5，用起始功率阀电流值减去扭矩百分比对应的电流值作为PID控制的控制目标值SP，进而对功率控制比例阀进行控制，通过实际电流的反馈值PV，达到对功率控制比例阀的精确控制。
Description
技术领域
本发明属于机械设备控制领域，涉及一种节能控制方法，尤其涉及一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法。
背景技术
目前，工程机械产品的燃油利用率低是一个公认的事实。尤其是液压挖掘机，发动机的输出功率大概只有20％左右真正转化为有用功，其中约40％损失于液压元件，约20％损失于车体和工作装置的运动，约20％损失于节流调速控制。
对于30T以上的液压挖掘机，主要使用负流量泵，而现在对负流量泵的控制主要是通过功率阀调节，功率阀电流的给定是通过一定的档位给恒定的功率阀电流，这样就会面对负载变化剧烈的情况，而负流量泵的功率在一定档位下是不变的，这样就会出现高功率对应低负载的情况，造成功率的浪费。同时，一旦发动机转速发生变化，扭矩、功率都会发生变化，燃油油耗会随之该变。
由于对于每一档位的功率阀电流是一定的，这样面对突加负载，发动机转矩突然增大，导致发动机出现瞬时失速问题。面对发动机处于高档位、低怠速的情况，突然加大负载，功率阀电流迅速增大到设定值，会出现发动机熄火的现象。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明采用闭环功率阀电流柔性加载的控制方式，即在功率阀电流加载过程中，通过监测扭矩百分比的大小自动调节功率阀电流的大小，实现功率阀电流的柔性控制。
本发明公开了一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法，包括如下步骤：
步骤1，当挖掘机正常工作时，采集油门旋钮电压信号；
步骤2，在控制器283H中处理油门旋钮电压信号，油门旋钮电压信号对应档位关系成正比例线性关系，根据线性关系设定工作档位；
步骤3，根据工作档位与负流量泵功率阀电流的一一对应关系，设定起始功率阀电流值；
步骤4，通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线通讯接受发动机扭矩百分比信息，设定扭矩百分比对应的扭矩电流值(注：此电流值需根据挖机实际工作，调整到合适的工作值)；
步骤5，采用PID控制策略，用起始功率阀电流值减去扭矩百分比对应的电流值作为PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制的控制目标值SP(Set Point,设定值)，进而对功率控制比例阀进行控制，通过实际电流的反馈值PV(Process Value，测量值)，达到对功率控制比例阀的精确控制。
步骤5中，采用PID控制策略时，负流量控制表达式为：
其中，t表示时间，e(t)表示控制误差，POCOM表示设定压力，PO(t)表示节流口前检测压力，q(t)表示泵排量控制值，KP表示PID控制中的比例系数，KI表示PID控制中的积分系数，KD表示PID控制中的微分系数。
按照PID经典整定ZN(Ziegler-Nichols)法得到KP、KI、KD的值，其中，ZN法的表达式为：
式中，Kpcrit表示临界系数，Tn表示积分时间，Tv表示微分时间。
其中(2)式中的Tn、Tv表达式为：
式中，Tcrit表示临界震荡周期。
经过ZN法可得KP、KI、KD的值，一般KP取经验值为5.65，一般KI取经验值为0.61，一般KD取经验值为0.55。
如果(1)式中的KI、KD为零，即变为通常所描述的负流量控制策略。
有益效果：相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：
(1)通过扭矩百分比对应控制功率阀电流关系，可以柔性控制功率阀电流值，使功率阀电流随负载的变化而变化，大大提高了发动机功率的利用率，进而达到节能的目的。
(2)功率阀电流值可以根据扭矩百分比(负载)大小变化而变化，可以有效地减少失速，同时可以防止高档位怠速时，液压突加负载发动机熄火。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是挖掘机负流量液压系统原理图；
图2是负流量泵功率阀电流节能控制方法；
图3是功率阀电流控制的程序流程图；
图4a是扭矩百分比—扭矩电流趋势图。
图4b是扭矩百分比—功率阀电流趋势图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明公开了一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法，包括如下步骤：
步骤1，当挖掘机正常工作时，采集油门旋钮电压信号；
步骤2，在控制器283H中处理油门旋钮电压信号，油门旋钮电压信号对应档位关系成正比例线性关系，根据线性关系设定工作档位；
步骤3，根据工作档位与负流量泵功率阀电流的一一对应关系(如图4a所示，扭矩电流在起始阶段是基本保持平稳状态，随着扭矩百分比的增大扭矩电流成线性关系的逐渐减小；如图4b所示，功率阀电流随着在起始阶段基本保持平稳状态，随着扭矩百分比的增大功率阀电流成线性关系的增大)，设定起始功率阀电流值；
步骤4，通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线通讯接受发动机扭矩百分比信息，设定扭矩百分比对应的扭矩电流值(注：此电流值需根据挖机实际工作，调整到合适的工作值)；
步骤5，采用PID控制策略，用起始功率阀电流值减去扭矩百分比对应的电流值作为PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制的控制目标值SP(Set Point,设定值)，进而对功率控制比例阀进行控制，通过实际电流的反馈值PV(Process Value，测量值)，达到对功率控制比例阀的精确控制。
步骤5中，采用PID控制策略时，负流量控制表达式为：
其中，t表示时间，e(t)表示控制误差，POCOM表示设定压力，PO(t)表示节流口前检测压力，q(t)表示泵排量控制值，KP表示PID控制中的比例系数，KI表示PID控制中的积分系数，KD表示PID控制中的微分系数。
按照PID经典整定ZN(Ziegler-Nichols)法得到KP、KI、KD的值，其中，ZN法的表达式为：
式中，Kpcrit表示临界系数，Tn表示积分时间，Tv表示微分时间。
其中(2)式中的Tn、Tv表达式为：
式中，Tcrit表示临界震荡周期。
经过ZN法可得KP、KI、KD的值，一般KP取经验值为5.65，一般KI取经验值为0.61，一般KD取经验值为0.55。
如果(1)式中的KI、KD为零，即变为通常所描述的负流量控制策略。
实施例
图1为挖掘机负流量液压系统原理图。虚线框为主控阀，为简化问题图1中只画出了一个回路，在实际中应有多个回路，如动臂回路、斗杆回路、铲斗回路、行走回路、回转回路等。从图中可以看出该液压系统为进油节流、回油节流、旁路节流调速回路的复合应用。实际当中A、B、C三个节流阀是联动关系，其结构通常为一个三位流通滑阀形式，滑阀的位置由先导油来控制。当滑阀处于中位时，节流阀C开口面积最大，A、B完全关闭，主泵排出的油均由旁路返回油箱。当滑阀处于左位或右位即油缸小腔或大腔进油，C几乎完全关闭，主泵排出的油几乎全由工作油路返回油箱。根据节流特性，当流经节流口D的流量越大，Pn点的压力也就越大。该负流量液压系统通过压力Pn来控制主泵的排量，也即用通过旁路的流量，来控制主泵的排量。为了使得主泵排量与负载相适应，当Pn增大时(即旁路流量增大)，说明系统有许多的压力油从旁路卸载即出现了流量富余，故此时应该减少主泵的排量。与此相反，当Pn减小时说明系统出现了供油不足现象，此时应增加主泵的排量。负流量液压系统即是基于以上思想而设计的。从某种意义上来说，负流量系统也是一种负载感知系统和操作者意愿感知系统。
图2为功率阀电流闭环控制原理图，系统由控制器、功率控制比例阀及油门旋钮等组成。在功率阀电流控制过程中，使用功率控制比例阀对电流加以精确控制。主要是通过检测扭矩百分比的大小，随动调节功率阀电流值，主要是通过PID算法的精确计算来给定功率控制比例阀相应的电流，从而达到对负流量泵功率阀电流柔性控制的目的。其中采用PID控制策略时，可得负流量控制表达式为：
式中：t表示时间；e(t)控制误差；POCOM设定压力；PO(t)节流口前检测压力；q(t)泵排量控制值；KPPID控制中的比例系数；KIPID控制中的积分系数；KDPID控制中的微分系数。按照PID经典整定ZN(Ziegler-Nichols)法得到KP，KI，KD的值，其中，ZN法的表达式为
式中，Kpcrit表示临界系数，Tcrit表示临界震荡周期。
式中，Tn表示积分时间，Tv表示微分时间。
经过实验，一般KP取经验值为5.65，一般KI取经验值为0.61，一般KD取经验值为0.55
如果(1)式中的KI、KD为零，即变为通常所描述的负流量控制策略。
(1)功率阀电流及扭矩百分比对应的电流设计
挖掘机正常工作时，设定每一档的功率阀电流是负流量液压挖掘机工作的必要条件，功率阀电流的设定方法为：油门旋钮至最高档位，发动机处于非怠速以及最高转速状态，进行双泵憋压操作，通过扭矩百分比设置合适的功率阀电流(其中扭矩百分比是衡量使用发动机功率有效表达)；扭矩百分比对应的电流值需要挖掘机在实际工作过程中进行设置，主要是在挖掘机油耗调节及实际人员操作感受下进行调整。功率阀电流及扭矩百分比对应的电流设计，一般是根据经验及挖机工作状态进行实际调节。图4a和图4b分别为扭矩百分比—扭矩、功率阀电流趋势图。从图中可以看出，作用于功率控制比例阀的电流值的变化趋势，功率控制比例阀的电流值随扭矩百分比的增大而增大，这样功率控制比例阀的电流值为柔性变化，对发动机失速，熄火以及节能都有比较好的调节。
(2)负流量泵功率阀电流节能控制
图3为功率阀电流控制流程图，当挖掘机正常工作时，采集油门旋钮电压，用软件处理油门电压信号，根据油门电压对应档位关系设定工作档位，然后根据工作档位与负流量泵功率阀电流的一一对应关系，设定起始功率阀电流值；通过CAN总线通讯接受发动机扭矩百分比信息，同时，设定扭矩百分比对应的扭矩电流值(注：此电流值需根据挖机实际工作，一般初始值取经验值0.2A)；功率阀电流初值与扭矩电流值设定完毕后，用初始设定的功率阀电流值减去扭矩对应的电流值作为PID控制的控制目标值(SP)，进而对功率控制比例阀进行控制，通过实际电流的反馈值(PV)，达到对功率控制比例阀的精确控制。
功率阀电流随动扭矩百分比的控制过程，主要是通过主控制器输出相应的PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)信号来改变功率控制比例阀的开度，根据负载的不同来柔性调节功率阀电流的大小，以达到挖掘机节能以及防止发动机失速，熄火的目的。
本发明提供了一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种基于负流量泵功率阀电流的节能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，当挖掘机正常工作时，采集油门旋钮电压信号；
步骤2，在控制器283H中处理油门旋钮电压信号，油门旋钮电压信号与档位关系成正比例线性关系，根据线性关系设定工作档位；
步骤3，根据工作档位与负流量泵功率阀电流的一一对应关系，设定起始功率阀电流值；
步骤4，通过CAN总线通讯接受发动机扭矩百分比信息，设定扭矩百分比对应的扭矩电流值；
步骤5，采用PID控制策略，用起始功率阀电流值减去扭矩百分比对应的电流值作为PID控制的控制目标值SP，进而对功率控制比例阀进行控制，通过实际电流的反馈值PV，达到对功率控制比例阀的精确控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，采用PID控制策略时，负流量控制表达式为：
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其中，t表示时间，e(t)表示控制误差，POCOM表示设定压力，PO(t)表示节流口前检测压力，q(t)表示泵排量控制值，KP表示PID控制中的比例系数，KI表示PID控制中的积分系数，KD表示PID控制中的微分系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照PID经典整定ZN法得到KP、KI、KD的值，其中，ZN法的表达式为：
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式中，Kpcrit表示临界系数，，Tn表示积分时间，Tv表示微分时间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，公式(2)式中的Tn、Tv表达式为：
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式中，Tcrit表示临界震荡周期。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180406 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |