CN109563694A - 摆动的闭环控制 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于控制机器(100)的摆动的系统(118)和方法。所述系统(118)可以包括静压回路(120)，所述静压回路包括电子排量控制泵(122)和流体连接在闭环回路中的第一摆动电机(124a)。所述电子排量控制泵(122)被配置成基于最终泵排量命令控制流体向第一摆动电机(124a)的供应。所述第一摆动电机(124a)被配置成使所述机器(100)的上托架(104)旋转。所述静压回路(120)被配置成(a)当所述最终泵排量命令由所请求的摆动电机速度产生时控制所述第一摆动电机(124a)的实际速度，并且(b)当所述最终泵排量命令由所请求的摆动电机转矩产生时控制所述第一摆动电机(124a)的转矩。

Description

摆动的闭环控制
技术领域
本发明一般涉及机器中的控制过程，并且更具体地涉及用于控制机器上的旋转摆动的过程。
背景技术
挖掘机、电铲和类似的运土设备通常装备有摆动驱动器，摆动驱动器使上托架(包括加工工具的上机器结构)相对于下托架(带有用于推进的轨道或轮子的下机器结构)旋转。摆动驱动器可以由液压或电动机来提供动力。可以在建筑挖掘机、反铲和类似机器上使用摆动速度控制。即当操作者移动控制杆时，杆的位置对应于摆动驱动器的期望旋转速度。操作者可以调节杆命令以获得期望的速度，并补偿可能影响摆动速度的有效载荷、连杆位置或其它因素的变化。诸如在大型起重机或挖掘铲中常见的大的惯性载荷可以通过摆动转矩控制来控制。摆动转矩控制意味着操作杆位置被解释为期望的电机转矩，允许操作者调整摆动驱动器的速度和加速度两者。
对于液压驱动的摆动驱动器，摆动控制以往一直是使用液压回路中的液压机械阀实现的，这种摆动驱动器的摆动控制特性(摆动速度控制、摆动转矩控制)主要由流量和压力控制阀、泵排量控制机构和其它液压机械部件的选择和设置确定。换言之，不管液压摆动回路主要使用速度控制还是转矩控制，都是由液压硬件确定的，原因是这种液压摆动回路主要对摆动电机提供转矩控制或速度控制，而不提供用相同的液压回路进行转矩控制或速度控制的选择。
由于上托架的尺寸和重量，在初始运动期间有大的惯性力待克服。排量控制泵并不用来控制摆动电机的速度，原因是摆动速度往往由于以下原因而振荡：发起运动所需的流体压力的量、泵和摆动电机之间的大的可压缩容积的软管及由与上托架(通过空气的上托架摆动)阻性接触的工作表面(地面、矿井壁等)提供的任何显著振动阻尼益处的缺乏。而且，如果使用闭环液压回路则排量控制泵的性能可进一步降低。
2003年2月18日发布的美国专利第6,520,731号(“MacLeod”)描述了用于摆动汽缸以在反铲上定位动臂的控制系统。所述系统在可操作地连接至动臂以相对于框架摆动动臂的反铲框架上包括一对双动作液压汽缸、与液压汽缸成闭合回路设置的泵，使得控制泵是控制汽缸的唯一手段。该公开没有解决的是控制在降低和增大用于流体体积排量的信号之间的跳跃/振荡。需要更好的设计。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了用于控制机器的上托架的摆动的系统。所述系统可以包括静压回路、速度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、用户界面和控制器。所述静压回路包括电子排量控制泵、第一摆动电机、第一管道和第二管道。所述电子排量控制泵被配置成基于最终泵排量命令控制流体向第一摆动电机的供应。所述第一摆动电机流体连接至所述电子排量控制泵。所述第一摆动电机被配置成使所述机器的上托架旋转。所述第一管道将所述电子排量控制泵和所述第一摆动电机流体连接。所述第二管道将所述电子排量控制泵和所述第一摆动电机流体连接。所述速度传感器被配置成测量所述第一摆动电机的实际速度。所述第一压力传感器被配置成测量由所述第一摆动电机接收的流体的输入压力。所述第二压力传感器被配置成测量从所述第一摆动电机排出的流体的输出压力。所述用户界面与控制器操作地通信，且被配置成接收用户输入并将用户输入传输到所述控制器。所述控制器与所述静压回路操作地通信。所述控制器被配置成由于所述用户输入的结果将代表所述最终泵排量命令的泵排量信号传输到所述电子排量控制泵。所述静压回路是闭环回路，所述闭环回路被配置成当所述用户输入与所请求的摆动电机速度关联时控制所述第一摆动电机的实际速度，并被配置成当所述用户输入与所请求的摆动电机转矩关联时控制所述第一摆动电机的转矩。
根据本公开的另一方面，公开了一种控制机器的上托架的摆动的方法。所述机器包括上托架、下托架和系统。所述上托架旋转连接至所述下托架。所述下托架包括地面接合元件。所述系统包括控制器和静压回路。所述静压回路为闭环回路。所述静压回路包括电子排量控制泵和流体连接至所述电子排量控制泵的第一摆动电机。所述方法可以包括：接收模式输入；由所述控制器基于所述模式输入将所述系统置于速度模式或者转矩模式，所述系统在所述模式输入为速度模式时可在速度模式操作，并且在所述模式输入为转矩模式时可在转矩模式操作；由所述控制器接收用户输入，所述用户输入在所述系统处于速度模式时作为所请求的摆动电机速度接收，或者在所述系统处于转矩模式时作为所请求的摆动电机转矩接收；以及由所述系统基于所述模式输入和所述用户输入控制所述上托架的摆动。
根据本公开的又一方面，公开了一种用于控制机器的上托架的旋转摆动的系统。所述系统可以包括静压回路。所述静压回路包括电子排量控制泵和第一摆动电机。所述电子排量控制泵被配置成接收泵排量信号，所述泵排量信号控制所述电子排量控制泵的流体排量体积，所述泵排量信号代表最终泵排量命令。所述第一摆动电机流体连接至所述电子排量控制泵，并被配置成使所述机器的上托架旋转。所述静压回路为闭环回路，所述闭环回路被配置成(a)当所述泵排量命令由所请求的摆动电机速度产生时控制所述第一摆动电机的实际速度，并且(b)当所述泵排量命令由所请求的摆动电机转矩产生时控制所述第一摆动电机的转矩。
附图说明
图1是包括上托架104的示例性机器100的侧视图；
图2是用于控制图1的机器100的上托架104的旋转运动的示例性系统118的示意图；
图3是当图2的系统118处于速度模式时用于控制图1的机器100上的上托架104的旋转运动的示例性过程；
图4是当图2的系统118处于速度模式时用于控制图1的机器100上的上托架104的旋转运动的替代性的示例性过程；
图5是当图2的系统118处于速度模式时用于控制图1的机器100上的上托架104的旋转运动的替代性的示例性过程；
图6是当图2的系统118处于转矩模式时用于控制图1的机器100上的上托架104的旋转运动的示例性过程；并且
图7是当图2的系统118处于转矩模式时用于控制图1的机器100上的上托架104的旋转运动的替代性的示例性过程。
具体实施方式
图1图示了结合本公开的特征的机器100的一个实例。示例性机器100可以是诸如挖掘机、液压挖掘铲等之类的车辆。图1图示了为液压挖掘铲102的示例性机器100。机器100包括旋转连接至下托架106的上托架104。上托架104在顺时针和逆时针两个方向上旋转。上托架104包括操作站108和主体110。下托架106包括一个或多个地面接合单元112。在示例性实施例中，地面接合单元112是轨道组件114。本领域技术人员将认识到机器100还包括动力源116，例如发动机117，其通过机械或电传动系向地面接合单元112和最终驱动组件(未示出)提供动力。尽管接下来的详细描述和图是参考液压挖掘铲102进行的，但本公开的教导可用在其中上托架104相对于下托架106(通过空气并且不受地面阻碍)摆动或旋转的类似机器100上。
如图2中图示，机器100还可包括系统118，系统118用于控制机器100的上托架104相对于机器100的下托架106的运动(例如摆动/旋转运动)。系统118包括静压回路120，静压回路120包括电子排量控制泵122、一个或多个摆动电机124、第一管道126和第二管道128。静压回路120为闭环回路。
在一个实施例中，电子排量控制泵122可以是可变排量活塞泵，它的流体排量体积以电子方式控制。电子排量控制泵122被配置成在静压回路120的闭环回路中将流体泵送到一个或多个摆动电机124。如本文中所使用，闭环回路是这样一个回路，其中，从电子排量控制泵122泵送到摆动电机124的流体返回电子排量控制泵122。在这种闭环回路中，不使用储液器来保持待由电子排量控制泵122随后抽吸的返回流体。
每个摆动电机124流体连接至电子排量控制泵122，并被配置成通过连接连杆(例如行星齿轮和环形齿轮布置等)使机器100的上托架104旋转(旋转摆动)。在图2中图示的实施例中，静压回路120包括第一摆动电机124a和并联连接的第二摆动电机124b。
第一管道126将电子排量控制泵122和第一摆动电机124a流体连接。类似地，第一管道126将电子排量控制泵122和第二摆动电机124b流体连接。第二管道128将电子排量控制泵122和第一摆动电机124a、第二摆动电机124b流体连接。当上托架104顺时针方向摆动时，电子排量控制泵122的斜盘在第一方向上致动，第一摆动电机124a和第二摆动电机124b在第一方向上转动。当上托架104逆时针方向摆动时，电子排量控制泵122的斜盘在相反方向上致动，第一摆动电机124a和第二摆动电机124b也在相反方向上转动。当上托架104逆时针方向旋转时静压回路120中的流体流动的方向与上托架104顺时针旋转时静压回路120中的流体流动的方向相反(电机的入口和出口交换)。
静压回路120可以包括一个或多个进料泵129，所述一个或多个进料泵流体连接至静压回路120以弥补由于泄露等造成的可能出现在闭环回路中的任何流体损失。这种进料泵129被配置成从包含“弥补”流体的通常小的进料泵储液器汲取流体，并将这些流体注入到静压回路120的闭环回路中。
系统118还包括速度传感器130和/或多个压力传感器131。速度传感器130被配置成测量摆动电机124中的一个(例如第一摆动电机124a)的实际速度。每个压力传感器131被配置成测量管道中的一个(第一管道126或者第二管道128)中的流体压力。取决于静压回路120中的流体流动的方向，测量的流体压力可以是由第一摆动电机124a接收的流体的输入压力，或者是从摆动电机124返回电子排量控制泵122的流体的输出压力。
系统118包括模式界面134、用户界面136和控制器138。模式界面134与控制器138可操作通信，并被配置成从用户接收模式输入(选择)。模式输入(选择)可以是速度模式或转矩模式。如果模式输入(选择)为速度模式，则模式界面134将模式输入传输到控制器138，并且系统118接着被控制器138置于速度模式。如果模式输入(选择)为转矩模式，则模式界面134将模式输入传输到控制器138，并且系统118接着被控制器138置于转矩模式。
用户界面136与控制器138可操作通信，并且被配置成接收用户输入并将用户输入传输到控制器138。在一个实施例中，用户界面136可以是操纵杆、杆、拨号盘等。当系统118处于速度模式时，从用户界面136接收的用户输入被控制器138识别为代表所请求的摆动电机速度，并且当系统118处于转矩模式时，从用户界面136接收的用户输入被控制器138识别为代表所请求的摆动电机转矩。因此，相同的用户界面136，例如单个操纵杆可以用来根据由操作者/用户在模式界面134上选择的模式控制摆动电机124的输出速度或者转矩。在一些实施例中，模式界面134和用户界面136可以是相同装置的一部分，在其它实施例中，模式界面134和用户界面136可以是分开的/不同的装置。
控制器138与静压回路120(例如，静压回路120的电子排量控制泵122)、速度传感器130(如果有的话)、压力传感器131(如果有的话)可操作通信。在一些实施例中，控制器138可以与第一摆动电机124a、第二摆动电机124b和进料泵129可操作通信。控制器138被配置成由于由用户界面136接收并传输到控制器138的用户输入的结果将泵排量信号(例如电压、电流)(基于或代表最终泵排量命令)传输到电子排量控制泵122。
静压回路120被配置成当用户输入与所请求的摆动电机速度关联时控制摆动电机124a、124b的实际速度，并被配置成当用户输入与所请求的摆动电机转矩关联时控制摆动电机124a、124b的转矩。
控制器138可以包括处理器140和存储器元件142。处理器140可以是微处理器或者本领域已知的其它处理器。处理器140可以执行指令并生成控制信号以用于：处理用户输入、模式输入、实际速度(数据)、输入压力(数据)、输出压力(数据)、泵压力调节；计算测量的差压、速度误差、压力误差、阻尼值、比例积分微分(PID)泵排量调节、估计的泵排量、调节的泵排量命令、最终泵排量命令等；以及将各个值映射到其它值(通过查询表、算法等)。能够被计算机执行的这些指令可以被读入并体现在诸如存储器元件142之类的计算机可读介质上，或提供至处理器140的外部。在替代性实施例中，硬连线电路可代替软件指令或者与软件指令结合使用以实现控制方法。
如本文中使用的术语“计算机可读介质”指参与将指令提供至处理器140以供执行的任何非暂时性介质或介质的组合。这种介质可以包括所有计算机可读介质，除了暂时性的传播信号之外。计算机可读介质的形式包括例如任何磁介质、CD-ROM、任何光介质或者计算机处理器140可读取的任何其它介质。
控制器138不局限于一个处理器140和存储器元件142。控制器138可以是几个处理器140和存储器元件142。
工业适用性
图3图示了当由操作者/用户在模式界面134上选择(并传输到控制器138)的模式输入为速度模式时用于控制机器100的上托架104相对于下托架106的旋转(摆动)运动的示例性过程300。
在框305处，模式界面134接收模式输入选择。所述选择然后被传输到控制器138。
在框310处，控制器138从模式界面134接收由用户选择的模式输入。在图3的实施例中，由用户/操作者选择并由控制器138接收的模式输入为速度模式。控制器138基于所接收的模式输入将系统118置于速度模式。
在框315处，控制器138从用户界面136接收用户输入。
在框320处，控制器138基于用户输入确定所请求的摆动电机速度。因为系统118处于速度模式，所以确定所请求的摆动电机速度(与所请求的摆动电机转矩相对)。在一个实施例中，控制器138可以将用户界面136(例如，操纵杆、杆或拨号盘)的形式为排量的用户输入映射到所请求的摆动电机速度。
在框325处，控制器138基于所请求的摆动电机速度(见框320)确定“前馈”项为(初始)请求的泵排量命令(值)。在一个实施例中，控制器138可基于所请求的摆动电机速度到(初始)请求的泵排量命令(值)的映射确定“前馈”项。
在框330处，控制器138从速度传感器130接收摆动电机124中的至少一个(例如第一摆动电机124a)的实际速度。
在框335处，控制器138确定速度误差。速度误差是所请求的摆动电机速度减去实际速度。
在框340处，控制器138基于速度误差(见框335)确定比例积分微分(PID)泵排量调节(值)。PID泵排量调节(值)是反馈值，其用来调节前馈(初始)请求的泵排量命令(值)，以更接近期望的速度驱动摆动电机速度，并衰减振荡。在一些实施例中，如果速度误差小于速度误差阈值，例如500rpm，则当误差大时通过将导数增益设置为零，PID泵排量调节的导数贡献可以只被用来衰减振荡。这种方案在阻止或另外靠近期望的摆动电机速度时保持导数项的衰减益处，而在误差大时不会引起较慢的加速度导数控制。基于速度误差的PID泵排量调节值是由速度误差乘的比例增益、与速度误差的积分成比例的积分增益和由速度误差的导数乘的导数增益的和。
在框345处，控制器138确定经调节的泵排量命令(值)。经调节的泵排量命令(值)是前馈项(请求的泵排量命令；见框325)和框340的PID泵排量调节值(来自PID反馈的“电机速度控制调节”)的和。
在框350处，控制器138从第一压力传感器131接收由第一摆动电机124a接收的流体的输入压力。控制器138还从第二压力传感器131接收已经由摆动电机124排出且正返回电子排量控制泵122的流体的输出压力。
在框355处，控制器138可以确定一个或多个泵压力调节。更具体讲，控制器138可以计算压力限制泵排量调节和/或压力上升速率减小泵排量调节。
控制器138可以计算压力限制泵排量调节，以在需要时进一步调节经调节的泵排量命令(框345的值)，将摆动电机124的端口上的压力限制到某个最大极限，例如350巴。控制器138监测每个端口(输入端口和输出端口)上的压力，并且如果任一端口处的流体压力超过期望的最大极限值(例如350巴)，则计算压力反馈和期望的最大极限值之间的误差。使用比例控制(由误差(超过压力的期望的最大极限值的差压)乘的比例增益)计算压力限制泵排量调节，以朝着期望的压力最大极限减小摆动电机124端口上的压力。
如上文所述，所述方法寻求使用比例控制将流体压力限制到期望的最大极限值(例如350巴)。然而，如果流体压力快速上升，当达到期望的最大极限值(例如350巴)时，在比例控制能够有效地使得电子排量控制泵122从冲程返回之前，压力正好在此期望的最大极限值(例如350巴)上形成尖峰。因此，为了限制期望的最大极限值(例如350巴)的压力过冲，导数控制(压力上升速率减小泵排量调节)可用来在流体压力达到期望的压力最大极限之前减缓压力上升速率。如果摆动电机124端口压力已经超过阈值，例如250巴，则压力正在上升，控制器138计算与压力上升速率成比例的压力上升速率减小泵排量调节。此压力上升速率减小泵排量调节将压力上升速率降低为期望的最大极限值(例如350巴)，因为当流体压力低于阈值(250巴)时不降低系统响应会接近此压力。
在框360处，控制器138确定最终泵排量命令(值)。最终泵排量命令(值)为经调节的泵排量命令(值)减去泵压力调节(压力限制泵排量调节(如果存在的话)和/或压力上升速率减小泵排量调节(如果存在的话))。如果不存在压力限制泵排量调节或压力上升速率减小泵排量调节，则最终泵排量命令(值)与经调节的泵排量命令(值)相同。最终泵排量命令(值)基于许多项的和，这些项有：前馈项((初始)请求的泵排量命令值)、PID泵排量调节值(摆动电机速度反馈项以改进期望速度的跟踪并降低摆动电机速度的振荡)、压力限制泵排量调节项(如果存在的话)以防止电子排量控制泵122超过压力阈值以及压力上升速率减小泵排量调节项(如果存在的话)以通过在接近压力极限时降低上升速率来限制压力极限过冲。
在框365处，控制器138确定泵排量信号。在一个实施例中，控制器138将框360的最终泵排量命令(值)映射到控制电子排量控制泵122的流体排量体积的泵排量信号(例如，电流或电压)。控制器138接着将所产生的泵排量信号传输到电子排量控制泵122。
图4图示了当模式输入为速度模式且(1)系统118不包括速度传感器130或者(2)来自速度传感器130的数据例如第一摆动电机124a的实际速度不被控制器138接收时用于控制机器100的上托架104的旋转(摆动)运动的示例性过程400。图4的方法类似于图3的方法，不过，图4的方法使用差压(见框435)获得与电机速度导数类似的值，而不是取电机速度反馈的导数(见图3的框340)。此外，与确定PID的图3的方法不同，图4的方法并不确定关于电机速度控制的比例积分值。
在框405处，模式界面134接收模式输入选择。所述选择然后被传输到控制器138。
在框410处，控制器138从模式界面134接收由用户选择的模式输入。在图4的方法中，由用户/操作者选择并由控制器138接收的模式输入为速度模式。控制器138基于所接收的模式输入将系统118置于速度模式。
在框415处，控制器138从用户界面136接收用户输入。
在框420处，控制器138基于用户输入确定所请求的摆动电机速度。在一个实施例中，控制器138可以将用户界面136(例如，操纵杆、杆或拨号盘)的形式为排量的用户输入映射到所请求的摆动电机速度。
在框425处，控制器138基于所请求的摆动电机速度(见框420)确定(初始)请求的泵排量命令(值)即前馈项。在一个实施例中，控制器138可以通过将框420的所请求的摆动电机速度映射到(初始)请求的泵排量命令(值)来确定这个前馈项。
在框430处，控制器138从第一压力传感器131接收由第一摆动电机124a接收的流体的输入压力。控制器138还从第二压力传感器131接收已经由摆动电机124排出且正返回电子排量控制泵122的流体的输出压力。
在框435处，控制器138确定阻尼值。图4的方法的阻尼值为摆动电机124反馈项，其与输入压力和输出压力之间的差压成比例。由于此差压与摆动电机加速度或者摆动电机速度的导数成比例，所以在图4的方法(参见下面的框445)中通过将(初始)请求的泵排量命令(值)调节与摆动电机124上的差压成比例的项(阻尼值)，实现摆动电机速度导数项的衰减效应。通过减小与差压成比例的所请求的泵排量命令(值)，这降低了摆动电机速度的不期望的振荡。
在框440处，控制器138确定压力限制泵排量调节，以将摆动电机124的端口上的压力限制到某个最大极限，例如350巴。控制器138监测每个端口(输入端口和输出端口)上的压力，并且如果任一端口处的流体压力超过期望的最大极限值(例如350巴)，则计算压力反馈和期望的最大极限值之间的误差。通过由误差乘的比例增益，计算压力限制泵排量调节，以朝着期望的压力最大极限减小摆动电机124端口上的压力。
在框445处，控制器138确定电子排量控制泵122的最终泵排量命令(值)。控制器138接着将最终泵排量命令值映射到控制电子排量控制泵122的流体排量体积的泵排量信号(例如，电流或电压)。
最终泵排量命令(值)(和泵排量信号)基于由(1)基于计算的差压(见框435的阻尼值)的摆动电机反馈和(2)压力限制泵排量调节(如果存在的话)调节的前馈项(所请求的泵排量命令值)。更具体而言，在一个实施例中，最终泵排量命令(值)可按所请求的泵排量命令值减去(1)阻尼值和(2)压力限制泵排量调节(如果存在的话)来计算。
在框450处，控制器138确定泵排量信号。在一个实施例中，控制器138将框445的最终泵排量命令(值)映射到控制电子排量控制泵122的流体排量体积的泵排量信号(例如，电流或电压)。控制器138接着将所产生的泵排量信号传输到电子排量控制泵122。
图5图示了当模式输入为速度模式且系统118不包括压力传感器131或者压力传感器反馈不被控制器138接收时用于控制机器100的上托架104的旋转(摆动)运动的示例性过程500。
在框505处，模式界面134接收模式输入选择。所述选择然后被传输到控制器138。
在框510处，控制器138从模式界面134接收由用户选择的模式输入。在图5的方法中，由用户/操作者选择并由控制器138接收的模式输入为速度模式。控制器138基于所接收的模式输入将系统118置于速度模式。
在框515处，控制器138从用户界面136接收用户输入。
在框520处，控制器138基于用户输入确定所请求的摆动电机速度。在一个实施例中，控制器138可以将用户界面136(例如，操纵杆、杆或拨号盘)的形式为排量的用户输入映射到所请求的摆动电机速度。
在框525处，控制器138基于所请求的摆动电机速度(见框520)确定前馈项为(初始)请求的泵排量命令(值)。在一个实施例中，控制器138可以基于所请求的摆动电机速度到(初始)请求的泵排量命令(值)的映射确定前馈项。
在框530处，控制器138从速度传感器130接收摆动电机124中的至少一个(例如第一摆动电机124a)的实际速度。
在框535处，控制器138确定速度误差。速度误差是所请求的摆动电机速度减去实际速度。
在框540处，控制器138基于速度误差(见框535)确定PID泵排量调节(值)。PID泵排量调节(值)是反馈值，其用来调节前馈(初始)请求的泵排量命令(值)，以更接近期望的速度驱动摆动电机速度，并衰减振荡。在一些实施例中，如果速度误差小于速度误差阈值，例如500rpm，则当误差大时通过将导数增益设置为零，PID泵排量调节的导数贡献可以只被用来衰减振荡。这种方案在阻止或另外靠近期望的摆动电机速度时保持导数项的衰减益处，而在误差大时不会引起较慢的加速度导数控制。基于速度误差的PID泵排量调节值是由速度误差乘的比例增益、与速度误差的积分成比例的积分增益和由速度误差的导数乘的导数增益的和。
在框545处，控制器138确定电子排量控制泵122的最终泵排量命令(值)。最终泵排量命令(值)是前馈项(初始请求的泵排量命令；见框525)和框540的PID泵排量调节值(来自PID反馈的“电机速度控制调节”)的和。
在框550处，控制器138确定泵排量信号。在一个实施例中，控制器138将框545的最终泵排量命令(值)映射到控制电子排量控制泵122的流体排量体积的泵排量信号(例如，电流或电压)。控制器138接着将所产生的泵排量信号传输到电子排量控制泵122。
图6图示了当模式输入为转矩模式时用于控制机器100的上托架104的旋转(摆动)运动的示例性过程600。
在框605处，模式界面134接收模式输入选择。所述选择然后被传输到控制器138。
在框610处，控制器138从模式界面134接收由用户选择的模式输入。在图6的实施例中，由用户/操作者选择并由控制器138接收的模式输入为转矩模式。控制器138基于所接收的模式输入将系统118置于转矩模式。
在框615处，控制器138从用户界面136接收用户输入。
在框620处，控制器138基于用户输入确定所请求的摆动电机转矩。在一个实施例中，控制器138可以将用户界面136(例如操纵杆、杆或拨号盘)的形式为排量的用户输入映射到所请求的摆动电机转矩，由此通过控制器138导出差压“所请求的差压”，或者替代性地，控制器138可以将用户输入直接映射到摆动电机124的所请求的差压。
在框625处，控制器138从第一压力传感器131接收由第一摆动电机124a接收的流体的输入压力。控制器138还从第二压力传感器131接收已经由摆动电机124排出且正返回电子排量控制泵122的流体的输出压力。
在框630处，控制器138确定摆动电机124中的一个上的(测量的)差压。测量的差压在此实施例中是输入压力和输出压力之间的差。
在框635处，控制器138确定压力误差。压力误差是所请求的差压(框620)和所测量的差压(框630)之间的差。
在框640处，控制器138将基于压力误差的比例积分微分(PID)泵排量调节确定为由压力误差乘的比例增益、与压力误差的积分成比例的积分增益和由压力误差的导数乘的导数增益的和。
在框645处，控制器138从速度传感器130接收摆动电机124的实际速度。
在框650处，控制器138基于摆动电机124的实际速度确定估计的泵排量。在一个实施例中，控制器138可以通过将摆动电机124的实际速度映射到估计的泵排量来确定估计的泵排量。
在框655处，控制器138确定最终泵排量命令(值)。最终泵排量命令是前馈项(基于测量的摆动电机速度估计的泵排量)和压力反馈项(PID泵排量调节)的和。更具体讲，最终泵排量命令是估计的泵排量和PID泵排量调节的和。
在框660处，控制器138基于最终泵排量命令确定泵排量信号。在一个实施例中，控制器138通过将在框655中确定的最终泵排量命令映射到泵排量信号确定泵排量信号。
在框665处，控制器138将泵排量信号传输到电子排量控制泵122。
图7图示了当模式输入为转矩模式且系统118不包括速度传感器130或者速度传感器反馈不被接收(例如当速度传感器130损坏或不工作时)时用于控制机器100的上托架104的旋转(摆动)运动的示例性过程700。
在框705处，模式界面134接收模式输入选择。所述选择然后被传输到控制器138。
在框710处，控制器138从模式界面134接收由用户选择的模式输入。在图7的方法中，由用户/操作者选择并由控制器138接收的模式输入为转矩模式。控制器138基于所接收的模式输入将系统118置于转矩模式。
在框715处，控制器138从用户界面136接收用户输入。
在框720处，控制器138基于用户输入确定所请求的摆动电机转矩(差压)。在一个实施例中，控制器138可以将用户界面136(例如操纵杆、杆或拨号盘)的形式为排量的用户输入映射到所请求的摆动电机转矩，由此通过控制器138导出差压“所请求的差压”，或者替代性地，控制器138可以将用户输入直接映射到摆动电机124的所请求的差压。
在框725处，控制器138从第一压力传感器131接收由第一摆动电机124a接收的流体的输入压力。控制器138还从第二压力传感器131接收已经由摆动电机124排出且正返回电子排量控制泵122的流体的输出压力。
在框730处，控制器138确定(测量的)差压。测量的差压在此实施例中是输入压力和输出压力之间的差。
在框735处，控制器138确定压力误差。压力误差是所请求的差压(框720)和所测量的差压(框730)之间的差。
在框740处，控制器138将基于压力误差的比例积分微分(PID)泵排量调节确定为由压力误差乘的比例增益、与压力误差的积分成比例的积分增益和由压力误差的导数乘的导数增益的和。
在框745处，控制器138基于PID泵排量调节(框740)确定最终泵排量命令(值)。在一个实施例中，最终泵排量命令(值)与PID泵排量调节相同。
在框750处，控制器138确定泵排量信号。在一个实施例中，控制器138通过将最终泵排量命令映射到泵排量信号来确定泵排量信号。
在框755处，控制器138将泵排量信号传输到电子排量控制泵122。
还公开了控制机器100的上托架104的摆动的方法。所述方法可以包括：接收模式输入；由控制器138基于模式输入将系统118置于速度模式或转矩模式；由控制器138接收用户输入，所述用户输入在系统118处于速度模式时作为所请求的摆动电机速度接收，或者在系统118处于转矩模式时作为所请求的摆动电机转矩接收；以及由系统118基于模式输入和用户输入控制上托架104的摆动。在一个实施例中，所述方法还可以包括如果系统118处于速度模式，则确定最终泵排量命令并将泵排量信号(基于最终泵排量命令)传输到电子排量控制泵122，其中，最终泵排量命令至少部分地基于PID泵排量调节，所述PID泵排量调节基于速度误差。最终泵排量命令还可以基于所请求的摆动电机速度。
在一个实施例中，所述方法可以包括如果系统118处于速度模式，则确定最终泵排量命令，其中，最终泵排量命令基于所请求的摆动电机速度和与第一摆动电机124a上的差压成比例的阻尼值。
在一个实施例中，所述方法可以包括如果系统118处于转矩模式，则确定最终泵排量命令并将泵排量信号(代表最终泵排量命令)传输到电子排量控制泵122，其中，最终泵排量命令至少部分地基于PID泵排量调节，所述PID泵排量调节基于压力误差。在一种细化形式中，最终泵排量命令还可以基于估计的泵排量，该估计的泵排量基于摆动电机124的实际速度。
本文中公开的特征可对诸如挖掘机和液压挖掘铲102之类的机器100特别有益。本文中公开的系统118提供了允许在速度控制模式或者转矩控制模式中操作的液压摆动控制。相同的硬件配置可以用来实现摆动速度控制或者摆动转矩控制，这些操作特性无需改变系统硬件配置就可在系统118的使用期间被改变。这种优点包括适应各种操作者偏好以及机器的各种大小、类型和操作的能力。而且，本公开的教导可以用来减小控制这种旋转或摆动的静压回路120中的跳跃/振荡。

Claims (10)

1.一种用于控制机器(100)的上托架(104)的摆动的系统(118)，所述系统(118)包括：
静压回路(120)，所述静压回路包括：
电子排量控制泵(122)，所述电子排量控制泵被配置成基于最终泵排量命令控制流体向第一摆动电机(124a)的供应；
所述第一摆动电机(124a)，所述第一摆动电机流体连接至所述电子排量控制泵(122)，所述第一摆动电机(124a)被配置成使所述机器(100)的上托架(104)旋转；
第一管道(126)，所述第一管道将所述电子排量控制泵(122)与所述第一摆动电机(124a)流体连接；以及
第二管道(128)，所述第二管道将所述电子排量控制泵(122)与所述第一摆动电机(124a)流体连接；
速度传感器(130)，所述速度传感器被配置成测量所述第一摆动电机(124a)的实际速度；
第一压力传感器(131)，所述第一压力传感器被配置成测量由所述第一摆动电机(124a)接收的流体的输入压力；
第二压力传感器(131)，所述第二压力传感器被配置成测量从所述第一摆动电机(124a)排出的流体的输出压力；
用户界面(136)，所述用户界面与控制器(138)操作地通信，并被配置成接收用户输入并将用户输入传输到所述控制器(138)；以及
所述控制器(138)，所述控制器与所述静压回路(120)操作地通信，所述控制器(138)被配置成作为所述用户输入的结果将代表所述最终泵排量命令的泵排量信号传输到所述电子排量控制泵(122)，
其中，所述静压回路(120)是闭环回路，所述闭环回路被配置成当所述用户输入与所请求的摆动电机速度关联时控制所述第一摆动电机(124a)的实际速度，并被配置成当所述用户输入与所请求的摆动电机转矩关联时控制所述第一摆动电机(124a)的转矩。
2.根据权利要求1所述的系统(118)，其中，所述静压回路(120)还包括第二摆动电机(124b)，所述第二摆动电机由所述第一管道流体连接至所述电子排量控制泵(122)，所述第一摆动电机(124a)和所述第二摆动电机(124b)并联连接，所述第二摆动电机(124b)被配置成使所述机器(100)的上托架(104)旋转。
3.根据权利要求1所述的系统(118)，其中，当所述用户输入与所请求的摆动电机速度关联时，所述最终泵排量命令基于所请求的摆动电机速度和第一PID泵排量调节，所述第一PID泵排量调节基于速度误差，其中进一步地，当所述用户输入与所请求的摆动电机转矩关联时，所述最终泵排量命令至少部分地基于第PID泵排量调节，所述第PID泵排量调节基于压力误差。
4.根据权利要求3所述的系统(118)，其中，当所述用户输入与所请求的摆动电机速度关联时，所述最终泵排量命令基于所请求的摆动电机速度、所述第一PID泵排量调节和泵压力调节，所述第一PID泵排量调节基于速度误差。
5.根据权利要求4所述的系统(118)，其中，所述泵压力调节包括压力限制泵排量调节和压力上升速率减小泵排量调节。
6.根据权利要求4所述的系统(118)，其中，当所述用户输入与所请求的摆动电机速度关联时，所述最终泵排量命令基于所请求的摆动电机速度和阻尼值，所述阻尼值与所述第一摆动电机(124a)上的差压成比例。
7.根据权利要求1所述的系统(118)，其中，所述用户界面(136)是操纵杆、杆或拨号盘。
8.根据权利要求7所述的系统(118)，所述系统还包括与所述控制器(138)操作地通信的模式界面，所述模式界面被配置成从用户接收将所述系统(118)置于速度模式或转矩模式的模式输入，
其中，当所述系统(118)处于速度模式时，从所述用户界面(136)传输的用户输入被所述控制器(138)识别为与所请求的摆动电机速度关联，并且当所述系统(118)处于转矩模式时，所述用户输入被识别为与所请求的摆动电机转矩关联。
9.一种控制机器(100)的上托架(104)的摆动的方法，所述机器(100)包括上托架(104)、下托架和系统(118)，所述上托架(104)旋转连接至所述下托架，所述下托架包括地面接合元件，所述系统(118)包括控制器(138)和静压回路(120)，所述静压回路(120)包括电子排量控制泵(122)和第一摆动电机(124a)，所述第一摆动电机流体连接至所述电子排量控制泵(122)，所述方法包括：
接收模式输入；
由所述控制器(138)基于所述模式输入将所述系统(118)置于速度模式或转矩模式，所述系统(118)在所述模式输入为速度模式时能够在所述速度模式操作，并且在所述模式输入为转矩模式时能够在所述转矩模式操作；
由所述控制器(138)接收用户输入，所述用户输入在所述系统(118)处于速度模式时作为所请求的摆动电机速度接收，或者在所述系统(118)处于转矩模式时作为所请求的摆动电机转矩接收；以及
由所述系统(118)基于所述模式输入和所述用户输入控制所述上托架(104)的摆动，
其中，所述静压回路(120)为闭环回路。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
如果所述系统(118)处于速度模式，则确定最终泵排量命令；以及
基于所述最终泵排量命令将泵排量信号传输到所述电子排量控制泵(122)，
其中，所述最终泵排量命令至少部分地基于PID泵排量调节，所述PID泵排量调节基于速度误差。
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