CN109083880A - 基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，泵中每一柱塞单元的吸油配流系统由一个二位二通常闭高速开关阀、一个吸油单向阀和一个双压阀组成，排油配流系统由一个二位二通常闭高速开关阀、一个排油单向阀和一个梭阀组成。通过控制两高速开关阀的启闭来实现闭式数字泵的双向作用，即实现泵吸排油口的互换，原吸油口变成新排油口，原排油口变成新吸油口，通过吸油单向阀与吸油侧高速开关阀之间的主动切换控制来实现泵的变排量配流，通过在一个控制周期内基于提出的一种编列策略确定数字泵吸油侧高速开关阀阀组的得电顺序与启闭过程，从而使得泵的排量实现平滑地变化调节。该闭式泵新型变排量配流系统更具节能可靠优势。

Description

基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统

技术领域

本发明涉及数字泵领域，具体是一种基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统。

背景技术

闭式油路泵控系统，是由液压泵-油马达组成的静液压传动系统，目前广泛地应用于工程机械上。其主要技术特点如下：(1)原动机启动时，泵变量机构处于零排量位置，因此即使系统中没有卸荷回路，原动机启动时也不会过载；(2)系统空循环(设备待机)时，泵可回到零排量位置，因此减少了系统的空载能量损失；(3)系统压力达到设定压力时，多余的油不从溢流阀溢流，用减小泵排量的方式实现系统的安全保护；(4)液流需要换向时，可用双向变量泵实现泵的进出油口换向，而不需要换向阀；(5)系统需要加速或减速时，可以用增大或减小泵排量输出的方式来实现调速，不需要用节流阀调速；(6)泵控系统由于减少了控制阀，因此减少了阀的节流损失。因此，泵控系统可大大减少系统的能量损失，从而还可以减少冷却器的容量和减少水的消耗，延长液压油的使用寿命，可以降低液压系统的制造成本和使用成本，使得泵控系统成为当今液压传动系统发展的重要方向。

然而，目前闭式油路泵控系统中的闭式泵，其小排量工况时的低效率问题，困扰着泵控系统节能高效性能的进一步发展。闭式数字泵是一种新型的元件，在结构原理上突破了传统闭式泵中各吸排油柱塞容腔之间的联动约束关系，每个柱塞容腔都通过一组高速开关阀来实现独立的吸排油配流，可以对不必要做功的柱塞容腔实时卸载，因此可以彻底克服传统闭式泵高效区狭窄难题，同时更具变量控制优势。然而，驱动高速开关阀所需的电力损失以及阀口的节流损失对闭式数字泵的效率特性具有显著的影响，如何保证高速开关阀动作时阀口两端的压力平衡以减小节流损失，如何降低高速开关阀启闭时的滞后现象对配流精度与可靠性的影响，这些基础性问题与闭式数字泵配流阀的设置及其配流控制方法密切相关。

如图1所示为目前典型的基于两位两通高速开关阀控制配流的闭式数字泵配流方案原理，在每个柱塞容腔上设置两个高速开关阀进行吸排油配流。坦佩雷理工大学的Tammisto、普度大学的Holland和Merrill及国内浙江大学的张斌等都对此进行了相关研究。张斌等于2016年公开了一种流量离散开关控制数字式轴向柱塞泵及一种多排数字轴向柱塞泵发明专利，通过调节对各个柱塞对应的进口高速开关阀和出口高速开关阀的工作顺序，来实现对流量离散开关控制数字式轴向柱塞泵输出流量的变量控制。

Tammisto于2010年在in-line单向阀阀配流泵基础上，开发了一台基于两个两位两通高速开关阀控制配流的三柱塞数字泵，高速开关阀可以在阀口两端高压差作用下正常开启和关闭。测试结果显示，在小排量工况时，配流阀的功率损耗占的比例是相当大的，考虑驱动阀的电力损失在内，在20％小排量，转速1000r/min工况下，所开发的三柱塞数字泵的总效率约为55％。2016年Tammisto在一个6柱塞的in-line单向阀阀配流泵基础上开发了由三个三位三通高速开关阀控制配流的第二代六柱塞数字泵，最大排量10.8cm³/r，测试结果发现由于高速开关阀配流误差的存在导致了较大的压缩容积损失的产生，但由于减小了阀口处的泄漏损失，在40％～100％满排量工况范围内，六柱塞数字泵效率普遍达到了70％以上。

Holland和Merrill采用两个两位两通高速开关阀控制柱塞容腔的吸排油配流过程，理论分析了七柱塞的数字泵及三柱塞的数字泵在流量限流控制策略及流量回流控制策略模式下的运行状态特征，并基于CAT660单向阀阀配流泵改造开发了一台三柱塞数字泵，最高转速700r/min，最高压力172bar，最大输出流量19.34L/min。理论分析及测试结果显示，高速开关阀阀口启闭滞后现象会导致较大能量损失的产生，数字泵最大的功率损失来源于高速开关阀阀口的节流损失以及驱动开关阀的电力损失。为了减小开关阀阀口启闭滞后问题带来的不利影响，Breidi在Michael和Kyle研究基础上，于2017年设计了一种通过实时检测数字泵吸排油口压力来修正开关阀阀口启闭滞后导致的配流误差的控制算法，测试结果显示在70％～100％满排量工况范围内取得了较好的效果。

目前的研究结果表明：对于基于两个两位两通高速开关阀控制配流的闭式数字泵配流方案，由于开关阀启闭滞后以及介质压缩性与温度和工况的变化等问题，柱塞容腔达到理想的预升压和预卸压状态瞬间这一时刻难于确定，即使该时刻能精确计算出来，高速开关阀也难于实现精准地在这一瞬间开启或关闭，因此导致阀口执行启闭动作时两端压力平衡难于得到有效地精确控制，使得产生了较大的阀口节流损失，由于两个高速开关阀需要频繁的执行启闭动作，也使得产生了较大的驱动电力损失。因此，闭式数字泵的配流阀设置及其配流控制方法，仍有待于更深入的研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，目的是为了减小驱动高速开关阀执行动作时所产生的电力损失，减小阀口节流损失，提高配流精度与可靠性，延长高速开关阀的服役寿命，使得闭式数字泵获得更为理想的配流特性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：包括装配在闭式数字泵每个柱塞单元低压吸油配流油路的吸油单向阀、吸油侧常闭高速开关阀，装配在闭式数字泵每个柱塞单元高压排油配流油路的排油单向阀、排油侧常闭高速开关阀，所述吸油单向阀、吸油侧常闭高速开关阀各自阀口一端分别通过油路与对应的柱塞单元内的柱塞容腔相连接，吸油侧常闭高速开关阀阀口另一端分别通过泵的吸油腔等油路与泵的吸油口相连接，吸油单向阀阀口另一端与低压吸油配流油路上的双压阀第一阀口连接，所述排油单向阀、排油侧常闭高速开关阀各自阀口一端分别通过油路与对应的柱塞单元内的柱塞容腔相连接，排油侧常闭高速开关阀阀口另一端分别通过泵的排油腔、排油口及外部管路等油路与负载回路相连接，排油单向阀阀口另一端与梭阀第一阀口相连接；还包括控制器、装配在泵轴端的角位移编码器，以及设置于每个柱塞单元内的双压阀和梭阀，所述双压阀第一阀口与吸油单向阀连接，双压阀第二阀口与吸油侧常闭高速开关阀和泵吸油口之间的低压吸油配流油路连接，双压阀第三阀口与排油侧常闭高速开关阀和泵排油口之间的高压排油配流油路连接；所述梭阀第一阀口与排油单向阀连接，梭阀第二阀口与排油侧常闭高速开关阀和泵排油口之间的高压排油配流油路连接，梭阀第三阀口与吸油侧常闭高速开关阀和泵吸油口之间的低压吸油配流油路连接；对于每一柱塞单元，由吸油单向阀与双压阀组成柱塞单元的一个吸油配流通道，同时吸油侧常闭高速开关阀为另一吸油配流通道，由排油单向阀与梭阀组成柱塞单元的一个排油配流通道，同时排油侧常闭高速开关阀为另一排油配流通道；所述控制器通过控制线分别与各个常闭高速开关阀控制连接，泵轴端角位移编码器通过信号线与控制器信号传递连接。

对于每个柱塞单元，通过在泵轴端安装的角位移编码器实现对柱塞行程位置的实时检测，控制器通过控制两常闭高速开关阀的启闭来实现闭式数字泵的双向作用，即实现泵吸排油口的互换，原吸油口变成新排油口，原排油口变成新吸油口，在泵吸排油口切换的动态过程中，吸油侧常闭高速开关阀及排油侧常闭高速开关阀分别控制柱塞的吸油行程及排油行程中的配流过程，随着新排油口压力的逐渐建立至稳定状态后，切换动态过程结束，两常闭高速开关阀复置于弹簧位，在新排油口液压油压力的逐渐建立的过程中，双压阀及梭阀自动将吸油单向阀及排油单向阀各阀口一端分别与新吸油口及新高压排油口连通，此后由吸油单向阀及排油单向阀来完成吸排油配流，在两常闭高速开关阀控制下新排油口压力逐渐地建立，可以避免给双压阀及梭阀带来撞击，当切换稳定后双压阀及梭阀即处于平稳状态，确保了较低的配流噪声；

当闭式数字泵柱塞单元处于工作状态时，控制器控制吸油口侧及排油口侧两常闭高速开关阀置于弹簧位，由吸、排油单向阀完成吸排油配流功能；当需要使柱塞单元置于卸载状态时，控制器在柱塞处于吸油行程的1/3位置时驱动吸油侧常闭高速开关阀打开阀口即可，此时柱塞容腔从低压油箱吸入低压油之后，当柱塞处于压排油行程中时，再将低压油通过吸油侧常闭高速开关阀打开的阀口排回至低压油箱；

控制器内置控制闭式数字泵变排量工况需求的编列策略变量控制算法，编列策略变量控制算法依据泵的变排量控制精度需求确定泵的控制周期，在一个控制周期内基于内置于控制器的编列策略变量控制算法，生成一列由1和0组成的数字码流，以确定闭式数字泵各柱塞单元中吸油侧常闭高速开关阀的得电顺序，1对应于得电，0对应于失电，通过数字码流驱动各柱塞单元中常闭高速开关阀在一个控制周期内有规律的执行启闭动作，实现闭式数字泵的排量平滑地变化调节。

所述的基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：所述吸油侧和排油侧常闭高速开关阀都是二位二通常闭高速开关阀。

所述的基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：每个柱塞单元设置的吸油单向阀、排油单向阀、吸油侧常闭高速开关阀、排油侧常闭高速开关阀、梭阀和双压阀，可由集成上述阀的功能于一体的吸、排油配流总阀代替。

所述的基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：所述编列策略变量控制算法所需输入的参数为数字码流的总位数及排量比，排量比为当前排量与满排量的比值，定义排量比为1时对应满排量，排量比为0.5时对应50％满排量，排量比为0时对应零排量，在泵排量一个控制周期内的一个数字码流中，首先将1以最小步长编列于码流中，在此基础之上评估排量误差如仍不满足精度要求后，再以更大的一个步长将1编列于码流中，如此往复编列码流，直至达到变排量控制精度需求；

记需要达到的排量比为β，数字码流的总位数为n，则数字码流中1的最小编列步长δ₁由下式(1)计算得到：

δ₁＝[β^-1] (1)，

在计算得到最小编列步长δ₁后，将数字码流中的第一位编列为数字1，并在此后的每隔δ₁位处编列数字1。为了计算数字1的下一个编列步长δ_j，需要对参数ε_j进行计算，如下式(2)所示，其中b_its表示数字码流：

式(2)中，n为大于或等于1的自然数。

数字1的下一个编列步长δ_j通过下式(3)进行计算：

在得到编列步长δ_j后，数字1将从码流的第δ_j-1位置处开始进行编列，并在之后的每隔步长δ_j位置处编列一个数字1；

重复公式(2)和(3)，计算得到数字1的新的下一个编列步长，并将数字1依据步长进行编列，直至计算得到的编列步长超过码流的总位数之后，说明此时排量已达到了变量控制精度需求，将没有编列数字1的位置处置0，最终即可得到该排量所对应的数字码流，通过在泵的一个控制周期内往高速开关阀驱动器中依次输送入该数字码流，即可将泵的排量平滑地调节至所期望的排量值。

与现有技术相比，本发明的优点为：

本发明所提供的基于切换配流原理及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，在双压阀及梭阀的自动选择控制作用下，通过吸油单向阀与吸油侧高速开关阀之间的主动切换控制配流，保留单向阀配流优点的同时，实现了它的变量主动控制，高速开关阀常态是处于弹簧位，只在变量控制过程中时才被置于得电状态，大大节约了驱动高速开关阀的电力损耗，在变量控制过程中，由于只需要在柱塞吸油行程中1/3行程时刻驱动吸油侧的高速开关阀开启即可，具有充足的行程裕度以充分保证高速开关阀执行动作时阀口前后压差基本为零，且都处于一个低压状态，使得阀口节流损失可以控制在一个很小的数量级范围内，同时也大为简化了配流控制算法，可以显著提高配流精度与可靠性，延长高速开关阀的服役寿命。同时，通过对吸油侧的高速开关阀及排油侧的高速开关阀启闭主动控制，可以实现闭式泵的双向作用功能。本发明所提供的新配流系统中充分发挥了单向阀的理想配流特性，同时密封性能好漏损小，输出压力高，温度环境适应能力强，避免了电磁阀控制压排油配流过程中由于微小配流误差即造成的高速开关阀阀口两端压力不平衡及压力冲击问题的产生。

附图说明

图1是现有技术两高速开关阀控制配流的闭式数字泵配流原理示意图。

图2是本发明具体实施例中闭式数字泵切换配流原理示意图。

图3是本发明具体实施例中数字泵排量比为43％时编列的对应数字码流图。

图中标记：柱塞1、柱塞2、柱塞3、柱塞4、可扩展柱塞单元5、吸油单向阀6、排油单向阀7、梭阀8、双压阀9、吸油侧常闭高速开关阀10、排油侧常闭高速开关阀11、柱塞单元12、信号线13、控制器14、控制线15，柱塞容腔16。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图2所示，基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，包括装配在闭式数字泵每一柱塞单元12低压吸油配流油路的吸油单向阀6、吸油侧常闭高速开关阀10，装配在闭式数字泵每一柱塞单元12高压排油配流油路的排油单向阀7、排油侧常闭高速开关阀11，吸油单向阀6、吸油侧常闭高速开关阀10各自阀口一端分别通过油路与对应的柱塞单元内的柱塞容腔16相连接，吸油侧常闭高速开关阀10阀口另一端分别通过泵的吸油腔等油路与泵的吸油口相连接，吸油单向阀6阀口另一端与低压吸油配流油路上的双压阀9第一阀口连接，所述排油单向阀7、排油侧常闭高速开关阀11各自阀口一端分别通过油路与对应的柱塞单元内的柱塞容腔16相连接，排油侧常闭高速开关阀11阀口另一端分别通过泵的排油腔、排油口及外部管路等油路与负载回路相连接，排油单向阀7阀口另一端与梭阀8第一阀口相连接；还包括控制器14、装配在泵轴端的角位移编码器，以及设置于每个柱塞单元12内的双压阀9和梭阀8，所述双压阀9第一阀口与吸油单向阀6连接，双压阀9第二阀口与吸油侧常闭高速开关阀10和泵吸油口之间的低压吸油配流油路连接，双压阀9第三阀口与排油侧常闭高速开关阀11和泵排油口之间的高压排油配流油路连接；所述梭阀8第一阀口与排油单向阀7连接，梭阀8第二阀口与排油侧常闭高速开关阀11和泵排油口之间的高压排油配流油路连接，梭阀8第三阀口与吸油侧常闭高速开关阀10和泵吸油口之间的低压吸油配流油路连接；对于每一柱塞单元，由吸油单向阀6与双压阀9组成柱塞单元12的一个吸油配流通道，同时吸油侧常闭高速开关阀10为另一吸油配流通道，由排油单向阀7与梭阀8组成柱塞单元12的一个排油配流通道，同时排油侧常闭高速开关阀11为另一排油配流通道；所述控制器14通过控制线15分别与各个常闭高速开关阀控制连接，泵轴端角位移编码器通过信号线13与控制器14信号传递连接；

对于每个柱塞单元12，通过在泵轴端安装的角位移编码器实现对柱塞行程位置的实时检测，控制器14通过控制两常闭高速开关阀10、11的启闭来实现闭式数字泵的双向作用，即实现泵吸排油口的互换，原吸油口变成新排油口，原排油口变成新吸油口，在泵吸排油口切换的动态过程中，吸油侧常闭高速开关阀10及排油侧常闭高速开关阀11分别控制柱塞的吸油行程及排油行程中的配流过程，随着新排油口压力的逐渐建立至稳定状态后，切换动态过程结束，两常闭高速开关阀10、11复置于弹簧位，在新排油口液压油压力的逐渐建立的过程中，双压阀9及梭阀8自动将吸油单向阀6及排油单向阀7各自阀口一端分别与泵的新吸油口及新高压排油口连通，此后由吸油单向阀6及排油单向阀7来完成吸排油配流，在两常闭高速开关阀10、11控制下新排油口压力逐渐地建立，避免给双压阀9及梭阀8带来撞击，当切换稳定后双压阀9及梭阀8即处于平稳状态，确保了较低的配流噪声；

当闭式数字泵柱塞单元12处于工作状态时，控制器14控制吸油口侧及排油口侧两常闭高速开关阀10、11置于弹簧位，由吸、排油单向阀6、7完成吸排油配流功能；当需要使柱塞单元12中柱塞容腔16置于卸载状态时，控制器14在柱塞处于吸油行程的1/3位置时驱动吸油侧常闭高速开关阀10打开阀口即可，此时柱塞容腔16从吸油口油路吸入低压油之后，当柱塞进入压排油行程时，再将低压油通过吸油侧常闭高速开关阀10打开的阀口排回至吸油口油路；

控制器14内置控制闭式数字泵变排量工况需求的编列策略变量控制算法，编列策略变量控制算法依据泵的变排量控制精度需求确定泵的控制周期，在一个控制周期内基于内置于控制器的编列策略变量控制算法，生成一列由1和0组成的数字码流，以确定闭式数字泵各个柱塞单元中的吸油侧常闭高速开关阀10的得电顺序，1对应于得电，0对应于失电，通过数字码流驱动各个常闭高速开关阀10在一个控制周期内有规律的执行启闭动作，实现闭式数字泵的排量平滑地变化调节。

吸油侧和排油侧常闭高速开关阀10、11分别是二位二通常闭高速开关阀。

每个柱塞单元12中设置的吸油单向阀6、排油单向阀7、吸油侧常闭高速开关阀10、排油侧常闭高速开关阀11、梭阀8和双压阀9可由集成了上述阀的功能于一体的吸、排油配流总阀代替。

图2所示闭式数字泵配流系统中含有4个柱塞单元，但不局限于只适应于为4个柱塞单元，同样可以为含有其它数目柱塞单元，如图2中留有的可扩展柱塞单元5所示，可以扩展至含有其他任意个数目的柱塞单元。

编列策略变量控制算法所需输入的参数为数字码流的总位数及排量比，排量比为当前排量与满排量的比值，定义排量比为1时对应满排量，排量比为0.5时对应50％满排量，排量比为0时对应零排量，在泵排量一个控制周期内的一个数字码流中，首先将1以最小步长编列于码流中，在此基础之上评估排量误差如仍不满足精度要求后，再以更大的一个步长将1编列于码流中，如此往复编列码流，直至达到变排量控制精度需求；

记需要达到的排量比为β，数字码流的总位数为n，则数字码流中1的最小编列步长δ₁由下式(1)计算得到：

δ₁＝[β^-1] (1)，

在计算得到最小编列步长δ₁后，将数字码流中的第一位编列为数字1，并在此后的每隔δ₁位处编列数字1。为了计算数字1的下一个编列步长δ_j，需要对参数ε_j进行计算，如下式(2)所示，其中b_its表示数字码流：

式(2)中，n为大于或等于1的自然数。

数字1的下一个编列步长δ_j通过下式(3)进行计算：

在得到编列步长δ_j后，数字1将从码流的第δ_j-1位置处开始进行编列，并在之后的每隔步长δ_j位置处编列一个数字1；

重复公式(2)和(3)，计算得到数字1的新的下一个编列步长，并将数字1依据步长进行编列，直至计算得到的编列步长超过码流的总位数之后，说明此时排量已达到了变量控制精度需求，将没有编列数字1的位置处置0，最终即可得到该排量所对应的数字码流，通过在泵一个控制周期内往高速开关阀驱动器中依次输送入该数字码流，即可将泵的排量平滑地调节至所期望的排量值。

本发明闭式数字泵配流系统切换配流原理示意图，它包括：信号线13、控制器14、控制线15，以及柱塞1、柱塞2、柱塞3、柱塞4、可扩展柱塞单元5，其中每一个柱塞单元12都含有吸油单向阀6、排油单向阀7、吸油侧高速开关阀10、排油侧高速开关阀11、梭阀8及双压阀9各一只。吸油单向阀6与双压阀9组成闭式数字泵一个柱塞单元12的吸油配流通道，同时吸油侧高速开关阀10为另一吸油配流通道，通过泵内部的孔道、吸油腔等油路与闭式数字泵吸油口相连通；排油单向阀7与梭阀8组成闭式数字泵一个柱塞单元12的排油配流通道，同时排油侧高速开关阀11为另一排油配流通道，通过泵内部的孔道、排油腔等油路与闭式数字泵排油口相连通。

如图3所示为排量比为43％时，基于编列控制策略由控制器14内部的变量控制算法生成的数字码流示意图，该数字码流依次地输送至柱塞1～4中对应的吸油侧高速开关阀驱动器中。

本发明的工作过程如下：

闭式数字泵在原动机驱动下，通过如斜盘、偏心轮、凸轮、曲轴等机构，使得柱塞1～4在柱塞孔中执行周而复始的往复运动，每一柱塞单元12中的吸油单向阀6、双压阀9与吸油侧常闭高速开关阀10，都以串联连接或并联连接方式，设置在泵的低压吸油配流油路上，通过泵内部的孔道、吸油腔等油路，与闭式数字泵的吸油口相连通，每一柱塞单元12中的排油单向阀7、梭阀8及排油侧常闭高速开关阀11，都以串联连接或并联连接方式，设置在泵的高压排油配流油路上，通过泵内部的孔道及排油腔等油路与闭式数字泵的排油口相连通。柱塞往复运动的行程位移信号，以及可能的其它如压力、温度信号，通过信号线13传输至控制器14。

当闭式数字泵吸排油口需要互换时，通过控制吸油侧常闭高速开关阀10及排油侧常闭高速开关阀11的启闭来实现泵的双向作用。在泵吸排油口切换的动态过程中，新吸油侧的高速开关阀及新排油侧的高速开关阀分别控制柱塞的吸油行程及排油行程中的配流过程，随着新排油口压力的逐渐建立至稳定状态后，切换动态过程结束，吸排油两侧高速开关阀重新复置于弹簧位，在泵新排油口液压油压力的逐渐建立的过程中，每一柱塞单元中的双压阀9及梭阀8自动地将吸油单向阀6及排油单向阀7阀口一端分别与新低压吸油口及新高压排油口连通，此后由吸油单向阀6及排油单向阀7来完成吸排油配流。在高速开关阀控制下新排油口压力逐渐地建立，可以避免给双压阀9及梭阀8带来撞击问题，当切换稳定后双压阀9及梭阀8即处于平稳状态，确保了较低的配流噪声。

当闭式数字泵工作在满排量工况时，由吸油单向阀6及排油单向阀7来完成吸排油配流。当闭式数字泵排量需要改变时，依据变排量控制调节精度需求，在控制器14中设置数字码流总位数，总位数越大则变排量控制精度越高，通过内置的编列控制算法生成与变排量调节精度需求相适应的数字码流，通过将该数字码流依次输送至泵中每一柱塞单元12的吸油侧常闭高速开关阀10的驱动器中，使得吸油侧常闭高速开关阀10有规律的执行启闭动作，从而控制泵的排量精确平滑地调节至所期望的排量值。本示例中图3为43％排量时所对应的一个控制周期内的数字码流，其编列控制算法如下：

设置数字码流总位数为128位，由下式(1)计算得到数字1的最小编列步长δ₁为3，数字1从码流的第1位处开始，以3为步长进行编列；由下式(2)计算得到参数ε₁为12.04，由下式(3)计算得到数字1的下一个编列步长δ₂为11，数字1从码流的第3位处开始，以11为步长进行编列；由下式(4)计算得到参数ε₂为0.04，由下式(5)计算得到数字1的下一个编列步长δ₃为3201，由于编列步长δ₃超越了总位数128，说明此时已达到了变排量调节精度需求，因此数字1编列结束。未编列1处置为0，由此得到对应于43％排量时一个控制周期内的数字码流，如图3中所示。

δ₁＝[β^-1]＝[0.43^-1]＝3 (1)，

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包涵本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：包括装配在闭式数字泵每个柱塞单元低压吸油配流油路的吸油单向阀、吸油侧常闭高速开关阀，装配在闭式数字泵每个柱塞单元高压排油配流油路的排油单向阀、排油侧常闭高速开关阀，所述吸油单向阀、吸油侧常闭高速开关阀各自阀口一端分别通过油路与对应的柱塞单元内的柱塞容腔相连接，吸油侧常闭高速开关阀阀口另一端分别通过泵的吸油腔等油路与泵的吸油口相连接，吸油单向阀阀口另一端与低压吸油配流油路上的双压阀第一阀口连接，所述排油单向阀、排油侧常闭高速开关阀各自阀口一端分别通过油路与对应的柱塞单元内的柱塞容腔相连接，排油侧常闭高速开关阀阀口另一端分别通过泵的排油腔、排油口及外部管路等油路与负载回路相连接，排油单向阀阀口另一端与梭阀第一阀口相连接；还包括控制器、装配在泵轴端的角位移编码器，以及设置于每个柱塞单元内的双压阀和梭阀，所述双压阀第一阀口与吸油单向阀连接，双压阀第二阀口与吸油侧常闭高速开关阀和泵吸油口之间的低压吸油配流油路连接，双压阀第三阀口与排油侧常闭高速开关阀和泵排油口之间的高压排油配流油路连接；所述梭阀第一阀口与排油单向阀连接，梭阀第二阀口与排油侧常闭高速开关阀和泵排油口之间的高压排油配流油路连接，梭阀第三阀口与吸油侧常闭高速开关阀和泵吸油口之间的低压吸油配流油路连接；对于每一柱塞单元，由吸油单向阀与双压阀组成柱塞单元的一个吸油配流通道，同时吸油侧常闭高速开关阀为另一吸油配流通道，由排油单向阀与梭阀组成柱塞单元的一个排油配流通道，同时排油侧常闭高速开关阀为另一排油配流通道；所述控制器通过控制线分别与各常闭高速开关阀控制连接，泵轴端角位移编码器通过信号线与控制器信号传递连接；

对于每个柱塞单元，通过在泵轴端安装的角位移编码器实现对柱塞行程位置的实时检测，控制器通过控制两常闭高速开关阀的启闭来实现闭式数字泵的双向作用，即实现泵吸排油口的互换，原吸油口变成新排油口，原排油口变成新吸油口，在泵吸排油口切换的动态过程中，吸油侧常闭高速开关阀及排油侧常闭高速开关阀分别控制柱塞的吸油行程及排油行程中的配流过程，随着新排油口压力的逐渐建立至稳定状态后，切换动态过程结束，两常闭高速开关阀复置于弹簧位，在新排油口液压油压力的逐渐建立的过程中，双压阀及梭阀自动将吸油单向阀及排油单向阀各阀口一端分别与新吸油口及新高压排油口连通，此后由吸油单向阀及排油单向阀来完成吸排油配流，在两常闭高速开关阀控制下新排油口压力逐渐地建立，可以避免给双压阀及梭阀带来撞击，当切换稳定后双压阀及梭阀即处于平稳状态，确保了较低的配流噪声；

当闭式数字泵柱塞单元处于工作状态时，控制器控制吸油口侧及排油口侧两常闭高速开关阀置于弹簧位，由吸、排油单向阀完成吸排油配流功能；当需要使柱塞单元置于卸载状态时，控制器在柱塞处于吸油行程的1/3位置时驱动吸油侧常闭高速开关阀打开阀口即可，此时柱塞容腔从低压油箱吸入低压油之后，当柱塞处于压排油行程中时，再将低压油通过吸油侧常闭高速开关阀打开的阀口排回至低压油箱；

控制器内置控制闭式数字泵变排量工况需求的编列策略变量控制算法，编列策略变量控制算法依据泵的变排量控制精度需求确定泵的控制周期，在一个控制周期内基于内置于控制器的编列策略变量控制算法，生成一列由1和0组成的数字码流，以确定闭式数字泵各柱塞单元中吸油侧常闭高速开关阀的得电顺序，1对应于得电，0对应于失电，通过数字码流驱动各柱塞单元中常闭高速开关阀在一个控制周期内有规律的执行启闭动作，实现闭式数字泵的排量平滑地变化调节。

2.根据权利要求1所述的基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：所述吸油侧和排油侧常闭高速开关阀都是二位二通常闭高速开关阀。

3.根据权利要求1所述的基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：每个柱塞单元设置的吸油单向阀、排油单向阀、吸油侧常闭高速开关阀、排油侧常闭高速开关阀、梭阀和双压阀可由集成了上述阀的功能于一体的吸、排油配流总阀代替。

4.根据权利要求1所述的基于切换配流及编列策略的闭式数字泵变排量配流系统，其特征在于：所述编列策略变量控制算法所需输入的参数为数字码流的总位数及排量比，排量比为当前排量与满排量的比值，定义排量比为1时对应满排量，排量比为0.5时对应50％满排量，排量比为0时对应零排量，在泵排量一个控制周期内的一个数字码流中，首先将1以最小步长编列于码流中，在此基础之上评估排量误差如仍不满足精度要求后，再以更大的一个步长将1编列于码流中，如此往复编列码流，直至达到变排量控制精度需求；

记需要达到的排量比为β，数字码流的总位数为n，则数字码流中1的最小编列步长δ₁由下式(1)计算得到：

δ₁＝[β^-1] (1)，

在计算得到最小编列步长δ₁后，将数字码流中的第一位编列为数字1，并在此后的每隔δ₁位处编列数字1。为了计算数字1的下一个编列步长δ_j，需要对参数ε_j进行计算，如下式(2)所示，其中b_its表示数字码流：

式(2)中，n为大于或等于1的自然数。

数字1的下一个编列步长δ_j通过下式(3)进行计算：

在得到编列步长δ_j后，数字1将从码流的第δ_j-1位置处开始进行编列，并在之后的每隔步长δ_j位置处编列一个数字1；

重复公式(2)和(3)，计算得到数字1的新的下一个编列步长，并将数字1依据步长进行编列，直至计算得到的编列步长超过码流的总位数之后，说明此时排量已达到了变量控制精度需求，将没有编列数字1的位置处置0，最终即可得到该排量所对应的数字码流，通过在泵一个控制周期内往泵中各吸油侧常闭高速开关阀驱动器中依次输送入该数字码流，即可将泵的排量平滑地调节至所期望的排量值。