CN112196856A - 一种电传动设备的液压系统及其控制方法 - Google Patents

一种电传动设备的液压系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电传动设备的液压系统及其控制方法，液压系统包括伺服驱动器、永磁同步电机、液压泵、流量传感器和压力传感器；流量传感器用于采集液压泵的反馈流量信号；流量传感器用于采集液压泵的反馈压力信号；伺服驱动器用于根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，以及根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，以及根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，并将其发送至永磁同步电机，以使永磁同步电机带动液压泵工作；其中，解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系。该液压系统消除了压力和流量的耦合关系，控制精度高。

Description

一种电传动设备的液压系统及其控制方法
技术领域
本发明实施例涉及工程机械电传动设备领域，尤其涉及一种电传动设备的液压系统及其控制方法。
背景技术
随着控制技术、传感技术、遥感技术、检测技术的不断发展，同时为了避免过度施工、反复施工及面对有特殊施工工艺要求路面(如机场跑道、高尔夫球场等)，工程机械施工越来越偏向高精度控制、绿色施工技术发展。随着技术的发展，高功率的发电机、高效能的电动机逐渐通过电传动技术被广泛运用在工程机械等领域，电传动技术也逐渐变的智能化，日趋成熟，这属于绿色新能源方向；电传功设备移动灵活、运行安全可靠，在控制系统上简单可靠，极易实现智能化。因此，相对传统工程机械设备，电传动设备在控制上有着绝对的优势，并将成为工程机械设备发展的主流。而高要求的施工工艺要求电传动设备定位精准、行走精准、动作精准，这就要求电传动设备在控制上更加简单、方便。
在控制领域中，各个控制变量或者过程变量存在着相互关联，耦合的情况，这样简单的单输入单输出控制系统就形成了一个多输入和多输出相关联的控制系统，由于各变量之间的耦合关系，在常规控制及相应结构上很难做到单一变量的精确控制，参数耦合严重的将影响整个系统的稳定性。在液压系统中存在一个很重要的问题需要解决——“压力”和“流量”两个控制变量在液压系统中存在严重的耦合关系，在液压系统中“压力”与“流量”的两者相互关联并且随动，当调节压力时，系统中的流量也会跟着变化，反之亦然。在精确要求较高的控制场合下，这个耦合问题急需解决。当解耦伺服控制以后，既可以做功率匹配，也可以做压力控制，又可以做流量分配。
传统降低“压力”、“流量”耦合关系主要通过阀来控制，很多行走机械的多路阀阀芯都带一个LVDT位移传感器，目的就是提高精度，解决闭环控制。新的多路阀小于125ms全开启时间是它响应时间的最低要求。而现在大多数多路阀的开启时间1s，1s去做解耦控制、闭环控制是很困难的，阀的响应速度和控制精度本身就有缺陷。如何采用特殊的方法消除“压力”和“流量”的耦合关系，是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种电传动设备的液压系统及其控制方法，以消除压力和流量的耦合关系，提高控制精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种电传动设备的液压系统，包括：伺服驱动器、永磁同步电机、液压泵、流量传感器和压力传感器；
伺服驱动器的输出端与永磁同步电机的控制端电连接，永磁同步电机与液压泵连接，流量传感器的输入端和压力传感器的输入端均与液压泵的输出端电连接，流量传感器的输出端和压力传感器的输出端均与伺服驱动器的输入端电连接；
流量传感器用于采集液压泵的反馈流量信号并传输至伺服驱动器；
压力传感器用于采集液压泵的反馈压力信号并传输至伺服驱动器；
伺服驱动器用于根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，以及根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，以及根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，并将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，以使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作；
其中，解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，以使液压泵输出的流量和压力无耦合关系。
可选的，液压系统还包括：多路阀和执行机构；
多路阀连接于液压泵与执行机构之间，多路阀与伺服驱动器电连接，伺服驱动器还用于控制多路阀的阀芯的位置，以控制执行机构执行相应的动作，执行机构执行不同的动作时，液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
可选的，执行机构包括翻斗缸和举升缸，执行机构的动作包括控制铲斗翻斗、控制铲斗上升和控制铲斗下降。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电传动设备的液压系统的控制方法，采用上一方面提供的电传动设备的液压系统执行，控制方法包括：
根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号；
根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号；
根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，并将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，以使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作；
其中，解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，以使液压泵输出的流量和压力无耦合关系。
可选的，根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，包括：
根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订流量信号和校订压力信号；
根据校订流量信号和校订压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号。
可选的，根据校订流量信号和校订压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，包括：
根据如下公式计算校订转矩信号和校订转速信号：
q＝CnV
p＝2πT/V
其中，q表示校订流量信号，p表示校订压力信号，n表示校订转速信号，T表示校订转矩信号，V为液压泵的排量，C为液压泵的容积效率。
可选的，根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，包括：
根据如下矩阵方程计算解耦流量信号和解耦压力信号：
Figure BDA0002748721820000041
其中，q’表示解耦流量信号，p’表示解耦压力信号，n表示校订转速信号，T表示校订转矩信号，D1(s)表示第一修订系数，D2(s)表示第二修订系数，式中，
Figure BDA0002748721820000051
Figure BDA0002748721820000052
以使解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系；其中，
G11(s)＝VC
Figure BDA0002748721820000053
Figure BDA0002748721820000054
Figure BDA0002748721820000055
式中，V为液压泵的排量，C为液压泵的容积效率，A1为无杆腔面积，ωm为液压固有频率，
Figure BDA0002748721820000056
为液压阻尼比，m为液压缸的等效质量，c为液压缸粘性系数，k为负载弹性系数。
可选的，根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，包括：
根据解耦流量信号和解耦压力信号计算目标转矩信号和目标转速信号；
根据目标转矩信号和目标转速信号计算电流控制信号和电压控制信号。
可选的，根据解耦流量信号和解耦压力信号计算目标转矩信号和目标转速信号，包括：
根据如下公式计算目标转矩信号和目标转速信号：
q’＝Cn’V
p’＝2πT’/V
式中，q’表示解耦流量信号，p’表示解耦压力信号，n’表示目标转速信号，T’表示目标转矩信号，V为液压泵的排量，C为液压泵的容积效率；
根据目标转矩信号和目标转速信号计算电流控制信号和电压控制信号，包括：
采用空间矢量脉宽调制算法计算电流控制信号和电压控制信号。
可选的，液压系统还包括多路阀和执行机构；
控制方法还包括：
控制多路阀的阀芯的位置以及调节第一修订系数和第二修订系数的比重，以控制执行机构执行相应的动作，使执行机构执行不同的动作时，液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
本发明实施例提供的电传动设备的液压系统，增设了伺服驱动器、流量传感器和压力传感器，利用流量传感器向伺服驱动器传输反馈流量信号，利用压力传感器向伺服驱动器传输反馈压力信号，使伺服驱动器根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，进一步根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，进一步根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，最后将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作，由于计算得到的解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，从而可以消除液压泵输出的压力和流量耦合关系，提高控制精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种电传动设备的液压系统的结构示意图；
图2是电传动设备的控制原理示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电传动设备的液压系统的控制方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种电传动设备的液压系统的控制方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种电传动设备的液压系统的控制方法的控制原理示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种电传动设备的液压系统的控制方法的控制原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种电传动设备的液压系统的结构示意图，参见图1，该液压系统包括伺服驱动器1、永磁同步电机2、液压泵3、流量传感器4和压力传感器5；伺服驱动器1的输出端与永磁同步电机2的控制端电连接，永磁同步电机2与液压泵3连接，流量传感器4的输入端和压力传感器5的输入端均与液压泵3的输出端电连接，流量传感器4的输出端和压力传感器5的输出端均与伺服驱动器1的输入端电连接；流量传感器4用于采集液压泵3的反馈流量信号并传输至伺服驱动器1；压力传感器5用于采集液压泵3的反馈压力信号并传输至伺服驱动器1；伺服驱动器1用于根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，以及根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，以及根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，并将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机2，以使永磁同步电机2旋转并带动液压泵3工作；其中，解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，以使液压泵输出的流量和压力无耦合关系。
图2是电传动设备的控制原理示意图，以电传动装载机为例，参见图2，电传动设备的控制原理为：电池作为电传动装载机的动力源，为行走电机和永磁同步电机提供动力，永磁同步电机带动液压泵实现装载动作，行走电机带动变速机构，经过前后驱动桥实现走车，电控操作系统可以实现对液压系统中的多路阀及变速机构上的变速阀控制，完成装载动作及走车控制。如图1所示，液压系统还包括多路阀和执行机构，简单来说，电传动设备的液压系统的工作原理是，控制永磁同步电机(以下简称电机)转动，使其带动液压泵转动，输出高压油，在多路阀处于中位时，高压油直接回油箱，当控制多路阀阀芯时，实现多路阀动作，使执行机构完成相应的动作。例如，电传动设备可以是装载机，液压系统可以控制执行机构完成装载动作。但是，液压系统中，液压泵输出的压力和流量的耦合情况严重，与液压泵所要输出的目标压力和目标流量相差较大，液压系统难以实现高精度控制，因此需要消除压力和流量的耦合关系。
在介绍本发明实施例的技术方案之前，首先将现有技术中对液压泵的压力和流量的控制原理做如下说明。具体的，液压泵的流量方程为：
q＝CnV
式中，各参数的含义为：n-电机转速，r/min；C-泵的容积效率；V-液压泵的排量，mL/r。
泵排量公式变换为：
p＝2πT/V
式中，各参数的含义为：p-液压泵的输出压力(或者是说是多路阀P口的压力)，T-液压泵的转矩(液压泵与永磁同步电机经过钟形罩和联轴器连接，转矩值相同)，V-液压泵的排量。
液压泵选定以后，液压泵的排量V即可确定。从上述两个公式可以看出，在液压泵的排量V一定的情况下，液压泵输出的流量的大小只与电机的转速有关，转速越高，流量越大，同样，液压泵的排量V确定后，液压泵输出的压力值只与液压泵的转矩(等于电机的转矩)有关。因此，可以通过数学计算迭代将对液压泵流量的控制转化成对电机转速的控制，对液压泵压力的控制转化成对电机转矩的控制。而对永磁同步电机的转矩和转速的控制可以通过脉宽矢量算法转换成对永磁同步电机输入的电压和电流的控制(此双输入参数和双输出参数之间为一一对应关系)。即，从理论上看，通过控制永磁同步电机输入的电压和电流，即可控制液压泵输出的压力和流量。
但是，实际情况并非如此。液压系统中普遍存在压力和流量耦合关系，所谓耦合关系，即在实际的液压系统中，压力和流量是相互作用的，压力影响流量，流量影响压力，因此本来理想中的流量和转速，以及压力和转矩的对应关系就转化成流量对转速、流量对转矩、压力对转速、压力对转矩的关系。从控制学角度上来看，为了表示这种耦合的对应关系，我们可以通过如下矩阵方程来实现。
Figure BDA0002748721820000101
进一步地，工作装置液压系统采用“泵控”形式，通过对液压泵1的动力源精确控制，从而达到精确调整液压控制变量的目的。通过数学建模及根据相应的数学模型简化标准，建立装载机工作液压系统数学模型(活塞缸位移)如下所示：
Figure BDA0002748721820000102
式中：ωm-液压固有频率，
Figure BDA0002748721820000103
ζm-液压阻尼比，
Figure BDA0002748721820000104
由上式数学模型可以推导出G11(s)、G12(s)、G21(s)、G22(s)所对应的函数形式(推导过程不作详细说明)，则流量与压力双输入双输出传递函数矩阵可以确定为：
Figure BDA0002748721820000105
即，
G11(s)＝VC
Figure BDA0002748721820000106
Figure BDA0002748721820000111
Figure BDA0002748721820000112
式中，V为液压泵的排量，C为液压泵的容积效率，A1为无杆腔面积，ωm为液压固有频率，
Figure BDA0002748721820000113
为液压阻尼比，m为液压缸的等效质量，c为液压缸粘性系数，k为负载弹性系数。
显然，从上述流量与压力双输入双输出传递函数矩阵可以知道，电机的转速既会影响液压泵的流量也会影响液压泵的压力，同样，电机的转矩既会影响液压泵的压力也会影响液压泵的流量，因此，根据液压泵所要输出的目标压力和目标流量，推导出电机所要输出的目标转矩和目标转速，进而得到对电机施加的电流和电压后，若将此电流和电压加载到电机上使其旋转并带动液压泵工作，将会使液压泵输出的流量和压力存在严重的耦合关系。
为解决这一问题，本发明实施例采取的技术方案的核心思想是，通过消除电机转矩对液压泵流量的影响，以及消除电机转速对液压泵压力的影响，即通过计算得到无耦合关系的解耦流量信号和解耦压力信号，可以使液压泵的目标流量可以与电机的目标转速一一对应，液压泵目标压力与电机的目标转矩一一对应，如此，根据解耦流量信号和解耦压力信号计算得到电流控制信号和电压控制信号并将其发送至永磁同步电机，使其带动液压泵工作后，可以使液压泵输出的压力和流量无耦合关系，从而实现高精度控制。
具体的，本实施例中，伺服驱动器所计算的参数中，设定流量信号和设定压力信号是指液压泵所要输出的流量和压力，根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号可以得到校订流量信号和校订压力信号，进而通过上述两个公式计算得到校订转矩信号和校订转速信号。但是，若直接根据校订转矩信号和校订转速信号计算对电机输入的电流和电压，会使液压泵输出的压力和流量存在严重的耦合关系，因此，本发明实施例首先根据校订转矩信号和校订转速信号计算出无耦合关系的解耦流量信号和解耦压力信号，进而计算对电机输入的电流和电压(即电流控制信号和电压控制信号)，从而使液压泵输出的流量和压力无耦合关系。
换句话说，本发明实施例是通过前反馈补偿的方法消除了电机转矩对液压泵流量以及电机转速对液压泵压力的影响，具体算法在后续的液压系统的控制方法实施例中做示例性说明，在此不再过多说明。
而且，本发明实施例通过设置流量传感器和压力传感器实现了液压系统的闭环控制，相比于直接根据设定流量信号以及设定压力信号计算转矩和转速而言，根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算得到的校订转矩信号和校订转速信号更加精确，进而使得后续的计算结果更加精确，从而进一步提高了控制精度。
本发明实施例提供的电传动设备的液压系统，增设了伺服驱动器、流量传感器和压力传感器，利用流量传感器向伺服驱动器传输反馈流量信号，利用压力传感器向伺服驱动器传输反馈压力信号，使伺服驱动器根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，进一步根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，进一步根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，最后将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作，由于计算得到的解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，从而可以消除液压泵输出的压力和流量耦合关系，提高控制精度。
在上述实施例的基础上，参见图1，可选的，液压系统还包括：多路阀6和执行机构7；多路阀6连接于液压泵3与执行机构7之间，多路阀6与伺服驱动器1电连接(未示出)，伺服驱动器1还用于控制多路阀6的阀芯的位置，以控制执行机构7执行相应的动作，执行机构7执行不同的动作时，液压泵3输出的流量和压力均无耦合关系。
如上所述，通过控制多路阀的阀芯的位置，可以使执行机构执行不同的动作。具体的，执行机构在执行不同动作的过程中，对液压系统中压力和流量的需求是变化的。本实施例提供的电传动设备中，伺服驱动器还可以在上述消除压力和流量的耦合关系的基础上，使执行机构在执行不同的动作时，液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。示例性的，伺服驱动器可以根据执行机构执行不同的动作时对压力和流量的不同需求，优先控制流量，或者优先控制压力，又或者同时控制压力和流量。此处优先控制可以理解为液压泵输出的压力和流量的比重。
示例性的，电传动设备可以为电传动装载机。参见图1，可选的，执行机构7包括翻斗缸72和举升缸71，执行机构的动作包括控制铲斗翻斗、控制铲斗上升和控制铲斗下降。示例性的，对于电传动装载机而言，可以在需要控制铲斗下降时，优先控制流量；在需要控制铲斗翻斗时，优先控制压力；在需要控制铲斗上升时，压力和流量同时控制，以实现执行机构执行不同的动作时，液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种电传动设备的液压系统的控制方法，采用上述实施例提供的电传动设备的液压系统执行。图3是本发明实施例提供的一种电传动设备的液压系统的控制方法的流程示意图，参见图3，该控制方法包括：
S11、根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号。
其中，反馈流量信号和反馈压力信号是指液压泵实际输出的流量和压力，设定流量信号和设定压力信号是指液压泵所要输出的流量和压力。如上所述，根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算得到的校订转矩信号和校订转速信号更加精确，进而使得后续的计算结果更加精确，可以提高控制精度。示例性的，可以通过上述两个公式计算校订转矩信号和校订转速信号，后续对计算过程做详细说明。
S12、根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号。
其中，解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，以使液压泵输出的流量和压力无耦合关系。
如上所述，若直接根据校订转矩信号和校订转速信号计算对电机输入的电流和电压，那么，液压泵输出的流量和压力将仍然存在严重的耦合关系。因此，为了消除液压泵输出的流量和压力的耦合关系，本发明实施例在计算对电机输入的电流和电压之前，先根据校订转矩信号和校订转速信号计算得到无耦合关系的解耦流量信号和解耦压力信号(前置补偿算法)，以使液压泵的目标流量可以与电机的目标转速一一对应，液压泵目标压力与电机的目标转矩一一对应。如此，可以使解耦流量信号和解耦压力信号与对电机输入的电流和电压为一一对应关系。将此电流和电压施加到电机上后，便可以消除液压泵输出的流量和压力的耦合关系。详见S13。
S13、根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，并将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，以使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作。
其中，电流控制信号和电压控制信号是指对电机输入电流和电压，如S12所述，因为解耦流量信号和解耦压力信号与电流控制信号和电压控制信号为一一对应的关系，因此，将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作后，液压泵输出的压力和流量将无耦合关系，且与液压泵所要输出的目标压力和目标流量基本一致。
本发明实施例提供的电传动设备的液压系统的控制方法，首先根据反馈流量信号、反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，进一步根据校订转矩信号和校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，进一步根据解耦流量信号和解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，最后将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作。由于计算得到的解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，因而可以消除液压泵输出的压力和流量耦合关系，提高控制精度。
在上述实施例的基础上，下面对液压系统的控制方法做进一步详细说明。图4是本发明实施例提供的另一种电传动设备的液压系统的控制方法的流程示意图，参见图4，液压系统的控制方法具体包括如下步骤：
S21、根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订流量信号和校订压力信号。
可以理解的，若未消除液压泵输出的压力和流量的耦合关系，那么，液压泵实际输出的压力和流量与液压泵所要输出的目标压力和目标流量之间将存在很大的偏差。即使消除了液压泵输出的压力和流量的耦合关系，可以使液压泵实际输出的压力和流量与液压泵所要输出的目标压力和目标流量基本一致，但可能仍然存在略微的偏差。因此，本发明实施例采取了闭环控制策略，根据反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订流量信号和校订压力信号，以进一步提高控制精度。本发明实施例对该计算方法不作限定，本领域技术人员可以自行设计。
S22、根据校订流量信号和校订压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号。
可选的，可以根据如下公式计算校订转矩信号和校订转速信号：
q＝CnV
p＝2πT/V
其中，q表示校订流量信号，p表示校订压力信号，n表示校订转速信号，T表示校订转矩信号，V为液压泵的排量，C为液压泵的容积效率。
从上文可知，对液压泵压力和流量的控制可以转化为对电机转矩和转速的控制，因此，可以根据上述公式，计算校订转矩信号和校订转速信号。但是，从上文分析可知，后续不能直接根据此校订转矩信号和校订转速信号计算对电机输入的电压和电流(因为会导致液压泵输出的压力和流量有耦合关系，误差较大)，而是需要先对流量和压力进行解耦，详见S23。
S23、根据如下矩阵方程计算解耦流量信号和解耦压力信号：
Figure BDA0002748721820000161
其中，q’表示解耦流量信号，p’表示解耦压力信号，n表示校订转速信号，T表示校订转矩信号，D1(s)表示第一修订系数，D2(s)表示第二修订系数，式中，
Figure BDA0002748721820000171
Figure BDA0002748721820000172
以使解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系；其中，
G11(s)＝VC
Figure BDA0002748721820000173
Figure BDA0002748721820000174
Figure BDA0002748721820000175
式中，V为液压泵的排量，C为液压泵的容积效率，A1为无杆腔面积，ωm为液压固有频率，
Figure BDA0002748721820000176
为液压阻尼比，m为液压缸的等效质量，c为液压缸粘性系数，k为负载弹性系数。
图5是本发明实施例提供的一种电传动设备的液压系统的控制方法的控制原理示意图，与S23中的矩阵方程对应，示出了解耦流量信号和解耦压力信号的解耦控制原理。其中，D1(s)和D2(s)均为常规控制器，分别用于对校订转速信号和校订转矩信号进行修订，例如增益和过滤干扰信号等运算，G(s)表示压力和流量与转矩和转速之间固有的耦合关系，N(s)为前反馈补偿器，用于消除电机转矩对液压泵流量以及电机转速对液压泵压力的影响，使解耦流量信号只与校订转速信号有关，解耦压力信号只与校订转矩信号有关，从而达到消除解耦流量信号和解耦压力信号之间耦合关系的目的。
示例性的，先从校订转矩信号T经过常规控制器D2(s)处理后的输出VT对解耦流量信号q’的影响开始分析，应用线性叠加可得：
q’＝(N12(s)·G11(s)+G12(s))·VT
由于经过解耦后要使解耦流量信号q’不受VT影响，即当VT发生变化时，q’为零即可，即，
N12(s)·G11(s)+G12(s)＝0
由此可得，
Figure BDA0002748721820000181
同理可得，
Figure BDA0002748721820000182
在此不再赘述。
S24、根据解耦流量信号和解耦压力信号计算目标转矩信号和目标转速信号。
可选的，可以根据如下公式计算目标转矩信号和目标转速信号：
q’＝Cn’V
p’＝2πT’/V
式中，q’表示解耦流量信号，p’表示解耦压力信号，n’表示目标转速信号，T’表示目标转矩信号，V为液压泵的排量，C为液压泵的容积效率。
由于解耦流量信号和解耦压力信号无耦合关系，因此，解耦流量信号只与电机转速有关，解耦压力信号只与电机转矩有关，因此，可以根据上述两个公式计算出目标转矩信号和目标转速信号，进而可以根据目标转矩信号和目标转速信号计算对电机输入的电压和电流，详见S25。
S25、根据目标转矩信号和目标转速信号计算电流控制信号和电压控制信号。
可选的，可以采用空间矢量脉宽调制算法计算电流控制信号和电压控制信号。
电机转矩和转速与对电机输入的电压和电流是一一对应的关系，具体可通过脉宽调制算法实现，因此，在得到目标转矩信号和目标转速信号后，即可采用空间矢量脉宽调制算法计算电流控制信号和电压控制信号，此算法为成熟的技术，在此不再赘述。
S26、将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，以使永磁同步电机旋转并带动液压泵工作。
将电流控制信号和电压控制信号发送至永磁同步电机，使其带动液压泵工作后，即可使液压泵实际输出的压力和流量无耦合关系，且与液压泵所要输出的目标压力和目标流量基本一致，从而实现了高精度控制。
在上述实施例的基础上，可选的，液压系统还包括多路阀和执行机构；控制方法还包括：控制多路阀的阀芯的位置以及调节第一修订系数和第二修订系数的比重，以控制执行机构执行相应的动作，使执行机构执行不同的动作时，液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
如前所述，伺服驱动器可以根据执行机构执行不同的动作时对压力和流量的不同需求，优先控制流量，或者优先控制压力，又或者同时控制压力和流量。具体的，可以通过调节第一修订系数和第二修订系数的比重，实现执行机构执行不同的动作时，液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
示例性的，图6是本发明实施例提供的另一种电传动设备的液压系统的控制方法的控制原理示意图，参见图6，参见图6，当流量优先控制时，第一修订系数为D1qp(s)、第一修订系数为D2qp(s)；当压力优先控制时，第一修订系数为D1p(s)、第一修订系数为D2p(s)；当压力优先控制时，第一修订系数为D1q(s)、第二修订系数为D2q(s)，以使执行机构在完成不同的动作时，液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电传动设备的液压系统，其特征在于，包括：伺服驱动器、永磁同步电机、液压泵、流量传感器和压力传感器；
所述伺服驱动器的输出端与所述永磁同步电机的控制端电连接，所述永磁同步电机与所述液压泵连接，所述流量传感器的输入端和所述压力传感器的输入端均与所述液压泵的输出端电连接，所述流量传感器的输出端和所述压力传感器的输出端均与所述伺服驱动器的输入端电连接；
所述流量传感器用于采集所述液压泵的反馈流量信号并传输至所述伺服驱动器；
所述压力传感器用于采集所述液压泵的反馈压力信号并传输至所述伺服驱动器；
所述伺服驱动器用于根据所述反馈流量信号、所述反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，以及根据所述校订转矩信号和所述校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，以及根据所述解耦流量信号和所述解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，并将所述电流控制信号和所述电压控制信号发送至所述永磁同步电机，以使所述永磁同步电机旋转并带动所述液压泵工作；
其中，所述解耦流量信号和所述解耦压力信号无耦合关系，以使所述液压泵输出的流量和压力无耦合关系。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：多路阀和执行机构；
所述多路阀连接于所述液压泵与所述执行机构之间，所述多路阀与所述伺服驱动器电连接，所述伺服驱动器还用于控制所述多路阀的阀芯的位置，以控制所述执行机构执行相应的动作，所述执行机构执行不同的动作时，所述液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
3.根据权利要求2所述的液压系统，其特征在于，所述执行机构包括翻斗缸和举升缸，所述执行机构的动作包括控制铲斗翻斗、控制铲斗上升和控制铲斗下降。
4.一种电传动设备的液压系统的控制方法，采用权利要求1-3任一项所述的电传动设备的液压系统执行，其特征在于，包括：
根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号；
根据所述校订转矩信号和所述校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号；
根据所述解耦流量信号和所述解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，并将所述电流控制信号和所述电压控制信号发送至永磁同步电机，以使所述永磁同步电机旋转并带动液压泵工作；
其中，所述解耦流量信号和所述解耦压力信号无耦合关系，以使所述液压泵输出的流量和压力无耦合关系。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订转矩信号和校订转速信号，包括：
根据流量传感器传输的反馈流量信号、压力传感器传输的反馈压力信号、设定流量信号以及设定压力信号计算校订流量信号和校订压力信号；
根据所述校订流量信号和所述校订压力信号计算所述校订转矩信号和所述校订转速信号。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述校订流量信号和所述校订压力信号计算所述校订转矩信号和所述校订转速信号，包括：
根据如下公式计算所述校订转矩信号和所述校订转速信号：
q＝CnV
p＝2πT/V
其中，q表示所述校订流量信号，p表示所述校订压力信号，n表示所述校订转速信号，T表示所述校订转矩信号，V为所述液压泵的排量，C为所述液压泵的容积效率。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据所述校订转矩信号和所述校订转速信号计算解耦流量信号和解耦压力信号，包括：
根据如下矩阵方程计算所述解耦流量信号和所述解耦压力信号：
Figure FDA0002748721810000031
其中，q’表示所述解耦流量信号，p’表示所述解耦压力信号，n表示所述校订转速信号，T表示所述校订转矩信号，D1(s)表示第一修订系数，D2(s)表示第二修订系数，式中，
Figure FDA0002748721810000032
Figure FDA0002748721810000033
以使所述解耦流量信号和所述解耦压力信号无耦合关系；其中，
G11(s)＝VC
Figure FDA0002748721810000034
Figure FDA0002748721810000041
Figure FDA0002748721810000042
式中，V为所述液压泵的排量，C为所述液压泵的容积效率，A1为无杆腔面积，ωm为液压固有频率，ζm为液压阻尼比，m为液压缸的等效质量，c为液压缸粘性系数，k为负载弹性系数。
8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据所述解耦流量信号和所述解耦压力信号计算电流控制信号和电压控制信号，包括：
根据所述解耦流量信号和所述解耦压力信号计算目标转矩信号和目标转速信号；
根据所述目标转矩信号和目标转速信号计算所述电流控制信号和所述电压控制信号。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，根据所述解耦流量信号和所述解耦压力信号计算目标转矩信号和目标转速信号，包括：
根据如下公式计算所述目标转矩信号和所述目标转速信号：
q’＝Cn’V
p’＝2πT’/V
式中，q’表示所述解耦流量信号，p’表示所述解耦压力信号，n’表示所述目标转速信号，T’表示所述目标转矩信号，V为所述液压泵的排量，C为所述液压泵的容积效率；
根据所述目标转矩信号和目标转速信号计算所述电流控制信号和所述电压控制信号，包括：
采用空间矢量脉宽调制算法计算所述电流控制信号和所述电压控制信号。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述液压系统还包括多路阀和执行机构；
所述控制方法还包括：
控制所述多路阀的阀芯的位置以及调节所述第一修订系数和所述第二修订系数的比重，以控制所述执行机构执行相应的动作，使所述执行机构执行不同的动作时，所述液压泵输出的流量和压力均无耦合关系。
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