CN115324954B - 工程机械作业系统电负载敏感-电静液复合驱动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工程机械作业系统电负载敏感‑电静液复合驱动控制方法。根据系统压力、负载压力和液压缸速度，判断负载工况，当工程机械作业系统工作在挖掘铲装工况时，采用电负载敏感控制，电机根据控制器信号驱动液压泵马达，使比例换向阀前后产生恒定压差，比例换向阀根据控制器信号调节阀口开度，从而控制液压缸速度；当工程机械作业系统工作在举升下降工况时，采用电静液控制，控制器控制比例换向阀阀口全开，电机根据控制器信号驱动液压泵马达，使液压泵马达输出流量满足液压缸速度需求，从而控制液压缸速度。本发明将电负载敏感控制的高操作性能与电静液控制的高能量效率相结合，能够在保证工程机械作业性能的同时，有效地提升系统的能量效率。

Description

工程机械作业系统电负载敏感-电静液复合驱动控制方法
技术领域
本发明涉及工程机械作业系统领域的一种作业系统及其控制方法，特别是涉及一种工程机械作业系统电负载敏感-电静液复合驱动控制方法。
背景技术
液压负载敏感控制是目前工程机械作业系统常用的液压驱动技术，但系统容易振荡，调控灵活性差，采用电负载敏感控制能够提高系统稳定性和控制灵活性，但仍然存在节流损耗。电静液作动器是由电机、泵、执行器、油箱等组成的一种高度集成的液压系统。与传统阀控液压系统相比，电静液作动器去除了控制阀的节流损失，系统能量效率高，被广泛应用于多电-全电飞机中。然而，由于去除了液压控制阀，电静液作动器系统阻尼小，较难适应工程机械快速变化的工况。同时，工程机械功率需求高，而大功率电机仍然存在转动惯量大、响应速度慢等问题。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提出了一种工程机械作业系统电负载敏感-电静液复合驱动控制方法。该方法能够在保证作业系统操作性能的同时，有效降低系统的节流损耗。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种工程机械作业系统：
所述工程机械作业系统包括控制器、电机驱动器、电机、液压泵马达、压力传感器组、比例换向阀、液压缸和速度传感器；控制器的输出端经电机驱动器后和电机的电输入端连接，电机的输出轴和液压泵马达的输入轴同步连接，液压泵马达的两个油口分别和比例换向阀的P口和T口连接，比例换向阀的A口和B口分别和液压缸的有杆腔和无杆腔连接；
压力传感器组包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和速度传感器；第一压力传感器、第二压力传感器分别连通安装在液压泵马达的两个油口处，第三压力传感器、第四压力传感器分别连通安装在液压缸的有杆腔和无杆腔处，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器均用于检测油路上的压力；速度传感器安装在液压缸的活塞杆处，速度传感器用于检测液压缸的活塞杆移动速度。
还包括低压蓄能器和单向阀组，单向阀组包括两个反向并联的第一单向阀、第二单向阀，以及两个反向串联的第一液控单向阀和第二液控单向阀，第一单向阀的入口和第二单向阀的出口相连并连接到低压蓄能器，第一单向阀的出口和第二单向阀的入口相连并连接到第一液控单向阀和第二液控单向阀的入口，第一液控单向阀的出口与比例换向阀的P口相连，第二液控单向阀的出口与比例换向阀的T口相连，第一液控单向阀的控制油口与比例换向阀的T口相连，第二液控单向阀的控制油口与比例换向阀的P口相连。
还包括安全阀组，安全阀组包括两个并联的安全阀，两个安全阀并联后连接在液压缸的有杆腔和无杆腔之间。
二、一种工程机械作业系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1：操作人员向控制器输入液压缸目标速度，第一压力传感器和第二压力传感器向控制器实时反馈系统压力，第三压力传感器和第四压力传感器向控制器实时反馈负载压力，速度传感器向控制器实时反馈液压缸的活塞杆移动速度；
步骤2：所述控制器根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度，实时判断当前负载工况：
若作业系统工作在挖掘铲装工况，则进入步骤3；
若作业系统工作在举升下降工况，则进入步骤4；
步骤3：所述作业系统工作在挖掘铲装工况时，控制器根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度采用电负载敏感控制模式进行控制；
步骤4：所述作业系统工作在举升下降工况时，控制器根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度采用电静液控制模式进行控制。
所述步骤2中，根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度计算负载功率，负载功率的瞬时变化大于预设阈值时，则作业系统工作在挖掘铲装工况；否则作业系统工作在举升下降工况。
所述步骤3具体为：
步骤3.1：所述控制器根据接收到的系统压力和负载压力来发出控制指令给电机驱动器，所述电机驱动器根据控制指令调节电机的转速和方向，所述电机按照调节后的转速和方向驱动液压泵马达工作，从而实现负载敏感控制，使得系统压差保持恒定：
所述控制器比较第一压力传感器和第二压力传感器实时反馈的压力信号，取其中较大值为系统压力；同时比较第三压力传感器和第四压力传感器实时反馈的压力信号，取其中较大值为负载压力；并以系统压力与负载压力之间的差值作为实际系统压差，并进行以下判断：
当实际系统压差小于预先设定的压差阈值时，所述控制器的输出信号增大，电机驱动器的输入信号增大，电机转速上升，液压泵马达输出流量增大，使得系统压力提高，实际系统压差趋近于预先设定的压差阈值；
当实际系统压差大于预先设定的压差阈值时，所述控制器的输出信号减小，电机驱动器的输入信号减小，电机转速下降，液压泵马达输出流量减小，使得系统压力降低，实际系统压差趋近于预先设定的压差阈值；
通过上述的负反馈控制过程，使得实际系统压差始终等于预先设定的压差阈值。
步骤3.2：在负载敏感控制后、系统压差保持恒定的基础上，所述控制器通过比较液压缸活塞杆的实际移动速度与目标速度，向比例换向阀发出控制指令，调节比例换向阀的开度，从而控制液压缸活塞杆的速度趋近于目标速度：
当实际移动速度小于目标速度时，所述控制器的输出信号增大，比例换向阀的开度增大，通过比例换向阀的流量增大，液压缸的活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
当实际移动速度大于目标速度时，所述控制器的输出信号减小，比例换向阀的开度减小，通过比例换向阀的流量减小，液压缸的活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
步骤3.3：所述控制器接收由速度传感器实时采集的液压缸活塞杆的移动速度，并不断将目标速度与实际移动速度进行比较判断并控制：
若实际移动速度等于目标速度，则所述控制器当前输出到比例换向阀的信号值保持恒定，使得比例换向阀的开度保持不变；
若实际移动速度不等于目标速度，则返回步骤3.2。
所述步骤4具体为：
步骤4.1：所述控制器发出控制指令给比例换向阀，控制比例换向阀的阀口全开，使得比例换向阀前后压差接近于零；
步骤4.2：所述控制器通过比较液压缸活塞杆的实际移动速度与目标速度发出控制指令给电机驱动器，所述电机驱动器根据控制指令调节电机转速和方向，所述电机按照调节后的转速和方向驱动液压泵马达，从而实现电静液控制：
当实际移动速度小于目标速度时，所述控制器的输出信号增大，电机驱动器控制电机转速上升，液压泵马达输出流量增大，液压缸活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
当实际移动速度大于目标速度时，所述控制器的输出信号减小，电机驱动器控制电机转速下降，液压泵马达输出流量减小，液压缸活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
步骤4.3：所述控制器接收由速度传感器实时采集的液压缸活塞杆的实际移动速度，并不断将目标速度与实际移动速度进行比较判断并控制：
若实际移动速度等于目标速度，则所述控制器输出到电机驱动器的信号值保持恒定，使得电机的转速保持不变；
若实际移动速度不等于目标速度，则返回步骤4.2。
所述液压泵马达具有两种工作模式：所述液压泵马达作为泵工作、工作在泵模式时，电机通过驱动液压泵马达向系统提高液压能；所述液压泵马达作为马达工作、工作在马达模式时，液压泵马达驱动电机向外放电。
所述液压缸活塞杆伸出且活塞杆所受外界作用力与负载速度方向相同时，液压泵马达工作在马达模式：若液压缸活塞杆向外伸出且比例换向阀处于上位工况，液压泵马达的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，低压蓄能器经过第一单向阀和第二液控单向阀向液压缸的第二腔补充液压油；若液压缸活塞杆向外伸出且比例换向阀处于下位工况，液压泵马达的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，低压蓄能器经过第一单向阀和第一液控单向阀向液压缸的第二腔补充液压油；若液压缸活塞杆向里缩回且比例换向阀处于上位工况，液压泵马达的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，液压泵马达通过经过第二单向阀和第一液控单向阀向低压蓄能器补充液压油；若液压缸活塞杆向里缩回且比例换向阀处于下位工况，液压泵马达的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，液压泵马达通过经过第二单向阀和第二液控单向阀向低压蓄能器补充液压油；
所述液压缸活塞杆伸出且活塞杆所受外界作用力与负载速度方向相反时，液压泵马达工作在泵模式：若液压缸活塞杆向外伸出且比例换向阀处于上位工况，液压泵马达的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，低压蓄能器经过第一单向阀和第一液控单向阀向液压泵马达的第一油口补充液压油；若液压缸活塞杆向外伸出且比例换向阀处于下位工况，液压泵马达的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，低压蓄能器经过第一单向阀和第二液控单向阀向液压泵马达的第二油口补充液压油；若液压缸活塞杆向里缩回且比例换向阀处于上位工况，液压泵马达的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，液压缸的第二腔经过比例换向阀的B口和T口、第二液控单向阀和第二单向阀向低压蓄能器补充液压油；若液压缸活塞杆向里缩回且比例换向阀处于下位工况，液压泵马达的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，液压缸的第二腔经过比例换向阀的B口和P口、第一液控单向阀和第二单向阀向低压蓄能器补充液压油。
本发明控制方法根据当前系统压力、负载压力和液压缸速度，判断负载工况，当作业系统工作在挖掘、铲装等功率变化剧烈的工况时，作业系统采用电负载敏感控制，电机根据控制器信号驱动液压泵马达，使比例换向阀前后产生恒定压差，比例换向阀根据控制器信号调节阀口开度，从而控制液压缸速度；当作业系统工作在举升、下降等功率变化平缓的工况时，作业系统采用电静液控制，控制器控制比例换向阀阀口全开，电机根据控制器信号驱动液压泵马达，使液压泵马达输出流量满足液压缸速度需求，从而控制液压缸速度。
本发明的有益效果是：
本发明可以根据负载工况切换控制模式：在挖掘、铲装等功率变化剧烈的工况下采用电负载敏感控制，通过调节电机转速来保证比例换向阀前后压差恒定，通过调节比例换向阀开度来控制液压缸活塞缸速度，提高了系统阻尼，同时引入响应较快的比例换向阀来解决大功率电机存在的转动惯量大、响应速度慢等问题；在举升、下降等功率变化平缓的工况下采用电静液控制，通过调节电机转速来控制液压缸活塞缸速度，去除了比例换向阀的节流损失，提高了系统的能量效率。
本发明将电负载敏感控制的高操作性能与电静液控制的高能量效率相结合，能够在保证工程机械作业性能的同时，有效地提升系统的能量效率。
附图说明
图1是工程机械作业系统的系统原理图。
图2是本发明一种工程机械作业系统的控制方法的执行流程图。
图中：1、控制器，2、电机驱动器，3、电机，4、第一压力传感器，5、第二压力传感器，6、液压泵马达，7、低压蓄能器，8、第一单向阀，9、第二单向阀，10、第一液控单向阀，11、第二液控单向阀，12、比例换向阀，13、第一安全阀，14、第二安全阀，15、第三压力传感器，16、第四压力传感器，17、速度传感器，18、液压缸。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，工程机械作业系统包括控制器1、电机驱动器2、电机3、液压泵马达6、压力传感器组、比例换向阀12、液压缸18和速度传感器17；控制器1的输出端经电机驱动器2后和电机3的电输入端连接，电机3的输出轴和液压泵马达6的输入轴同步连接，液压泵马达6的两个油口分别和比例换向阀12的P口和T口连接，比例换向阀12的A口和B口分别和液压缸18的有杆腔和无杆腔连接。
比例换向阀12具有四个端口，分别为左上的P口、左下的T口、右上的A口、右下的B口。比例换向阀12具有三个工作工况，分别为：上位工况下，P口和A口连通，T口和B口连通；下位工况下，P口和B口连通，T口和A口连通；中位工况下，P口、T口、A口和B口均各自封堵不连通。
压力传感器组包括第一压力传感器4、第二压力传感器5、第三压力传感器15、第四压力传感器16和速度传感器17；第一压力传感器4、第二压力传感器5分别连通安装在液压泵马达6的两个油口处，第三压力传感器15、第四压力传感器16分别连通安装在液压缸18的有杆腔和无杆腔处，第一压力传感器4、第二压力传感器5、第三压力传感器15和第四压力传感器16均用于检测油路上的压力；速度传感器17安装在液压缸18的活塞杆处，速度传感器17用于检测液压缸18的活塞杆移动速度。
还包括低压蓄能器7和单向阀组，单向阀组包括两个反向并联的第一单向阀8、第二单向阀9，以及两个反向串联的第一液控单向阀10和第二液控单向阀11；第一单向阀8的入口和第二单向阀9的出口相连并连接到低压蓄能器7，第一单向阀8的出口和第二单向阀9的入口相连并连接到第一液控单向阀10和第二液控单向阀11的入口；第一液控单向阀10的出口与比例换向阀12的P口相连，第二液控单向阀11的出口与比例换向阀12的T口相连；第一液控单向阀10的控制油口与比例换向阀12的T口相连，第二液控单向阀11的控制油口与比例换向阀12的P口相连。
还包括安全阀组，安全阀组包括两个并联的安全阀，分别为第一安全阀13和第二安全阀14，两个安全阀并联后连接在液压缸18的有杆腔和无杆腔之间。
液压泵马达6的两个油口分别为第一油口和第二油口，液压缸18的有杆腔和无杆腔分别作为第一腔和第二腔，则：
液压泵马达6的第一油口经由处于上位工况的比例换向阀12与液压缸18的第一腔相连，或经由处于下位工况的比例换向阀12与液压缸18的第二腔相连；液压泵马达6的第二油口经由处于上位工况的比例换向阀12与液压缸18的第二腔相连，或经由处于下位工况的比例换向阀12与液压缸18的第一腔相连。
低压蓄能器7通过第一单向阀8和第一液控单向阀10与液压泵马达6的第一油口相连，或通过第二单向阀9和第一液控单向阀10与液压泵马达6的第一油口相连；低压蓄能器7通过第一单向阀8和第二液控单向阀11与液压泵马达6的第二油口相连，或通过第二单向阀9和第二液控单向阀11与液压泵马达6的第二油口相连；第一压力传感器4与液压泵马达6的第一油口相连，第二压力传感器5与液压泵马达6的第二油口相连；第三压力传感器15与液压缸18的第一腔相连，第四压力传感器16与液压缸18的第二腔相连；速度传感器17与液压缸18的活塞杆相连。
液压泵马达6具有两种工作模式：液压泵马达6作为泵工作、工作在泵模式时，电机3通过驱动液压泵马达6向系统提高液压能；液压泵马达6作为马达工作、工作在马达模式时，液压泵马达6驱动电机3向外放电。
液压缸18活塞杆伸出且活塞杆所受外界作用力与负载速度方向相同时，液压泵马达6工作在马达模式：若液压缸18活塞杆向外伸出且比例换向阀12处于上位工况，液压泵马达6的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，低压蓄能器7经过第一单向阀8和第二液控单向阀11向液压缸18的第二腔补充液压油；若液压缸18活塞杆向外伸出且比例换向阀12处于下位工况，液压泵马达6的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，低压蓄能器7经过第一单向阀8和第一液控单向阀10向液压缸18的第二腔补充液压油；若液压缸18活塞杆向里缩回且比例换向阀12处于上位工况，液压泵马达6的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，液压泵马达6通过经过第二单向阀9和第一液控单向阀10向低压蓄能器7补充液压油；若液压缸18活塞杆向里缩回且比例换向阀12处于下位工况，液压泵马达6的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，液压泵马达6通过经过第二单向阀9和第二液控单向阀11向低压蓄能器7补充液压油；
液压缸18活塞杆伸出且活塞杆所受外界作用力与负载速度方向相反时，液压泵马达6工作在泵模式：若液压缸18活塞杆向外伸出且比例换向阀12处于上位工况，液压泵马达6的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，低压蓄能器7经过第一单向阀8和第一液控单向阀10向液压泵马达6的第一油口补充液压油；若液压缸18活塞杆向外伸出且比例换向阀12处于下位工况，液压泵马达6的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，低压蓄能器7经过第一单向阀8和第二液控单向阀11向液压泵马达6的第二油口补充液压油；若液压缸18活塞杆向里缩回且比例换向阀12处于上位工况，液压泵马达6的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，液压缸18的第二腔经过比例换向阀12的B口和T口、第二液控单向阀11和第二单向阀9向低压蓄能器7补充液压油；若液压缸18活塞杆向里缩回且比例换向阀12处于下位工况，液压泵马达6的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，液压缸18的第二腔经过比例换向阀12的B口和P口、第一液控单向阀10和第二单向阀9向低压蓄能器7补充液压油。
本发明在上述作业系统基础上，提出一种工程机械作业系统的控制方法。所述控制方法包括以下两种控制模式：
1)电负载敏感控制：当作业系统工作在挖掘、铲装等功率变化剧烈的工况时，作业系统采用电负载敏感控制。电机3根据控制器1信号驱动液压泵马达6，使比例换向阀12前后产生恒定压差；比例换向阀12根据控制器1信号调节阀口开度，从而控制液压缸18速度。
2)电静液控制：当作业系统工作在举升、下降等功率变化平缓的工况时，作业系统采用电静液控制。控制器1控制比例换向阀12阀口全开；电机3根据控制器1信号驱动液压泵马达6，使液压泵马达6输出流量满足液压缸18速度需求，从而控制液压缸18速度。
如图2所示，电负载敏感-电静液复合驱动控制方法包括如下步骤：
步骤1：操作人员向控制器1输入液压缸18目标速度，第一压力传感器4和第二压力传感器5向控制器1反馈系统压力，第三压力传感器15和第四压力传感器16向控制器1反馈负载压力，速度传感器17向控制器1反馈液压缸18活塞杆当前速度；
步骤2：所述控制器1根据当前系统压力、负载压力和液压缸18速度，判断当前负载工况，若作业系统工作在挖掘铲装工况，则进入步骤3；若作业系统工作在举升下降工况，则进入步骤7；
步骤3：所述作业系统工作在挖掘铲装工况时，控制器1采用电负载敏感控制模式。
步骤4：所述控制器1根据接收到的系统压力和负载压力信号来发出控制指令给电机驱动器2，所述电机驱动器2根据控制指令来调节电机3转速和方向，所述电机3根据控制指令驱动液压泵马达6，从而实现负载敏感控制，具体控制方法为：
所述控制器1比较第一压力传感器4和第二压力传感器5反馈的压力信号，较大值为系统压力，比较第三压力传感器15和第四压力传感器16反馈的压力信号，较大值为负载压力。系统压力与负载压力之间的差值即为系统压差。当实际系统压差小于预先设定的压差阈值时，所述控制器1的输出信号增大，电机驱动器2的输入信号增大，电机3转速上升，液压泵马达6输出流量增大，系统压力提高，实际系统压差趋近于预先设定的压差阈值；当实际系统压差大于预先设定的压差阈值时，所述控制器1的输出信号减小，电机驱动器2的输入信号减小，电机3转速下降，液压泵马达6输出流量减小，系统压力降低，实际系统压差趋近于预先设定的压差阈值。可见上述控制方法为负反馈控制，使得实际系统压差始终等于预先设定的压差阈值。
步骤5：在系统压差保持恒定的基础上，所述控制器1通过比较液压缸18活塞杆实际移动速度与目标速度，向比例换向阀12发出控制指令，调节比例换向阀12开度，从而控制液压缸18速度。当液压缸18实际移动速度小于目标速度时，所述控制器1的输出信号增大，比例换向阀12开度增大，通过比例换向阀12的流量增大，液压缸18实际移动速度趋近于目标速度；当液压缸18实际移动速度大于目标速度时，所述控制器1的输出信号减小，比例换向阀12开度减小，通过比例换向阀12的流量减小，液压缸18实际移动速度趋近于目标速度。
步骤6：所述控制器1接收由速度传感器17实时采集的液压缸18活塞杆速度，并不断将目标速度与实际移动速度进行比较。若液压缸18活塞杆实际移动速度等于目标速度，则所述控制器1输出到比例换向阀12的信号值保持恒定，使得比例换向阀12开度保持不变；若液压缸18活塞杆实际移动速度不等于目标速度，则返回步骤5。
步骤7：所述作业系统工作在举升下降工况时，控制器1采用电静液控制模式。
步骤8：所述控制器1发出控制指令给比例换向阀12，控制比例换向阀12阀口全开，使得比例换向阀12前后压差接近于零。
步骤9：所述控制器1通过比较液压缸18活塞杆实际移动速度与目标速度来发出控制指令给电机驱动器2，所述电机驱动器2根据控制指令来调节电机3转速和方向，所述电机3根据控制指令驱动液压泵马达6，从而实现电静液控制，具体控制方法为：
当液压缸18实际移动速度小于目标速度时，所述控制器1的输出信号增大，电机驱动器2控制电机3转速上升，液压泵马达6输出流量增大，液压缸18实际移动速度趋近于目标速度；当液压缸18实际移动速度大于目标速度时，所述控制器1的输出信号减小，电机驱动器2控制电机3转速下降，液压泵马达6输出流量减小，液压缸18实际移动速度趋近于目标速度；
步骤10：控制器1接收由速度传感器17实时采集的液压缸18活塞杆速度，并不断将目标速度与实际移动速度进行比较。若液压缸18活塞杆实际移动速度等于目标速度，则所述控制器1输出到电机驱动器2的信号值保持恒定，使得电机3转速保持不变；若液压缸18活塞杆实际移动速度不等于目标速度，则返回步骤9。
通过所述电负载敏感-电静液复合驱动控制方法，作业系统可以在挖掘、铲装等功率变化剧烈的工况下，拥有电负载敏感控制的高操作性能，在举升、下降等功率变化平缓的工况，拥有电静液控制的高能量效率。所述电负载敏感-电静液复合驱动控制方法能够保证工程机械作业性能的同时，有效地提升系统的能量效率。

Claims (8)

1.一种工程机械作业系统，其特征在于：所述工程机械作业系统包括控制器(1)、电机驱动器(2)、电机(3)、液压泵马达(6)、压力传感器组、比例换向阀(12)、液压缸(18)和速度传感器(17)；控制器(1)的输出端经电机驱动器(2)后和电机(3)的电输入端连接，电机(3)的输出轴和液压泵马达(6)的输入轴同步连接，液压泵马达(6)的两个油口分别和比例换向阀(12)的P口和T口连接，比例换向阀(12)的A口和B口分别和液压缸(18)的有杆腔和无杆腔连接；压力传感器组包括第一压力传感器(4)、第二压力传感器(5)、第三压力传感器(15)、第四压力传感器(16)和速度传感器(17)；第一压力传感器(4)、第二压力传感器(5)分别连通安装在液压泵马达(6)的两个油口处，第三压力传感器(15)、第四压力传感器(16)分别连通安装在液压缸(18)的有杆腔和无杆腔处，第一压力传感器(4)、第二压力传感器(5)、第三压力传感器(15)和第四压力传感器(16)均用于检测油路上的压力；速度传感器(17)安装在液压缸(18)的活塞杆处，速度传感器(17)用于检测液压缸(18)的活塞杆移动速度；
还包括低压蓄能器(7)和单向阀组，单向阀组包括两个反向并联的第一单向阀(8)、第二单向阀(9)，以及两个反向串联的第一液控单向阀(10)和第二液控单向阀(11)，第一单向阀(8)的入口和第二单向阀(9)的出口相连并连接到低压蓄能器(7)，第一单向阀(8)的出口和第二单向阀(9)的入口相连并连接到第一液控单向阀(10)和第二液控单向阀(11)的入口，第一液控单向阀(10)的出口与比例换向阀(12)的P口相连，第二液控单向阀(11)的出口与比例换向阀(12)的T口相连，第一液控单向阀(10)的控制油口与比例换向阀(12)的T口相连，第二液控单向阀(11)的控制油口与比例换向阀(12)的P口相连。
2.根据权利要求1所述的一种工程机械作业系统，其特征在于：还包括安全阀组，安全阀组包括两个并联的安全阀，两个安全阀并联后连接在液压缸(18)的有杆腔和无杆腔之间。
3.应用于权利要求1-2任一所述的一种工程机械作业系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
步骤1：向控制器(1)输入液压缸(18)目标速度，第一压力传感器(4)和第二压力传感器(5)向控制器(1)实时反馈系统压力，第三压力传感器(15)和第四压力传感器(16)向控制器(1)实时反馈负载压力，速度传感器(17)向控制器(1)实时反馈液压缸(18)的活塞杆移动速度；
步骤2：所述控制器(1)根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度，实时判断当前负载工况：
若作业系统工作在挖掘铲装工况，则进入步骤3；
若作业系统工作在举升下降工况，则进入步骤4；
步骤3：所述作业系统工作在挖掘铲装工况时，控制器(1)根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度采用电负载敏感控制模式进行控制；
步骤4：所述作业系统工作在举升下降工况时，控制器(1)根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度采用电静液控制模式进行控制。
4.根据权利要求3所述的一种工程机械作业系统的控制方法，其特征在于：所述步骤2中，根据当前系统压力、负载压力和液压缸的活塞杆移动速度计算负载功率，负载功率的瞬时变化大于预设阈值时，则作业系统工作在挖掘铲装工况；否则作业系统工作在举升下降工况。
5.根据权利要求3所述的一种工程机械作业系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3具体为：
步骤3.1：所述控制器(1)根据接收到的系统压力和负载压力来发出控制指令给电机驱动器(2)，所述电机驱动器(2)根据控制指令调节电机(3)的转速和方向，所述电机(3)按照调节后的转速和方向驱动液压泵马达(6)工作，从而实现负载敏感控制，使得系统压差保持恒定：
所述控制器(1)比较第一压力传感器(4)和第二压力传感器(5)实时反馈的压力信号，取其中较大值为系统压力；同时比较第三压力传感器(15)和第四压力传感器(16)实时反馈的压力信号，取其中较大值为负载压力；并以系统压力与负载压力之间的差值作为实际系统压差，并进行以下判断：
当实际系统压差小于预先设定的压差阈值时，所述控制器(1)的输出信号增大，电机驱动器(2)的输入信号增大，电机(3)转速上升，液压泵马达(6)输出流量增大，使得系统压力提高，实际系统压差趋近于预先设定的压差阈值；
当实际系统压差大于预先设定的压差阈值时，所述控制器(1)的输出信号减小，电机驱动器(2)的输入信号减小，电机(3)转速下降，液压泵马达(6)输出流量减小，使得系统压力降低，实际系统压差趋近于预先设定的压差阈值；
步骤3.2：在负载敏感控制后、系统压差保持恒定的基础上，所述控制器(1)通过比较液压缸(18)活塞杆的实际移动速度与目标速度，向比例换向阀(12)发出控制指令，调节比例换向阀(12)的开度，从而控制液压缸(18)活塞杆的速度趋近于目标速度：
当实际移动速度小于目标速度时，所述控制器(1)的输出信号增大，比例换向阀(12)的开度增大，通过比例换向阀(12)的流量增大，液压缸(18)的活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
当实际移动速度大于目标速度时，所述控制器(1)的输出信号减小，比例换向阀(12)的开度减小，通过比例换向阀(12)的流量减小，液压缸(18)的活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
步骤3.3：所述控制器(1)接收由速度传感器(17)实时采集的液压缸(18)活塞杆的移动速度，并不断将目标速度与实际移动速度进行比较判断并控制：
若实际移动速度等于目标速度，则所述控制器(1)当前输出到比例换向阀(12)的信号值保持恒定，使得比例换向阀(12)的开度保持不变；
若实际移动速度不等于目标速度，则返回步骤3.2。
6.根据权利要求3所述的一种工程机械作业系统的控制方法，其特征在于：所述步骤4具体为：
步骤4.1：所述控制器(1)发出控制指令给比例换向阀(12)，控制比例换向阀(12)的阀口全开；
步骤4.2：所述控制器(1)通过比较液压缸(18)活塞杆的实际移动速度与目标速度发出控制指令给电机驱动器(2)，所述电机驱动器(2)根据控制指令调节电机(3)转速和方向，所述电机(3)按照调节后的转速和方向驱动液压泵马达(6)，从而实现电静液控制：
当实际移动速度小于目标速度时，所述控制器(1)的输出信号增大，电机驱动器(2)控制电机(3)转速上升，液压泵马达(6)输出流量增大，液压缸(18)活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
当实际移动速度大于目标速度时，所述控制器(1)的输出信号减小，电机驱动器(2)控制电机(3)转速下降，液压泵马达(6)输出流量减小，液压缸(18)活塞杆的实际移动速度趋近于目标速度；
步骤4.3：所述控制器(1)接收由速度传感器(17)实时采集的液压缸(18)活塞杆的实际移动速度，并不断将目标速度与实际移动速度进行比较判断并控制：
若实际移动速度等于目标速度，则所述控制器(1)输出到电机驱动器(2)的信号值保持恒定，使得电机(3)的转速保持不变；
若实际移动速度不等于目标速度，则返回步骤4.2。
7.根据权利要求3所述的一种工程机械作业系统的控制方法，其特征在于：所述液压泵马达(6)具有两种工作模式：所述液压泵马达(6)作为泵工作、工作在泵模式时，电机(3)通过驱动液压泵马达(6)向系统提高液压能；所述液压泵马达(6)作为马达工作、工作在马达模式时，液压泵马达(6)驱动电机(3)向外放电。
8.根据权利要求3所述的一种工程机械作业系统的控制方法，其特征在于：所述液压缸(18)活塞杆伸出且活塞杆所受外界作用力与负载速度方向相同时，液压泵马达(6)工作在马达模式：若液压缸(18)活塞杆向外伸出且比例换向阀(12)处于上位工况，液压泵马达(6)的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，低压蓄能器(7)经过第一单向阀(8)和第二液控单向阀(11)向液压缸(18)的第二腔补充液压油；若液压缸(18)活塞杆向外伸出且比例换向阀(12)处于下位工况，液压泵马达(6)的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，低压蓄能器(7)经过第一单向阀(8)和第一液控单向阀(10)向液压缸(18)的第二腔补充液压油；若液压缸(18)活塞杆向里缩回且比例换向阀(12)处于上位工况，液压泵马达(6)的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，液压泵马达(6)通过经过第二单向阀(9)和第一液控单向阀(10)向低压蓄能器(7)补充液压油；若液压缸(18)活塞杆向里缩回且比例换向阀(12)处于下位工况，液压泵马达(6)的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，液压泵马达(6)通过经过第二单向阀(9)和第二液控单向阀(11)向低压蓄能器(7)补充液压油；
所述液压缸(18)活塞杆伸出且活塞杆所受外界作用力与负载速度方向相反时，液压泵马达(6)工作在泵模式：若液压缸(18)活塞杆向外伸出且比例换向阀(12)处于上位工况，液压泵马达(6)的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，低压蓄能器(7)经过第一单向阀(8)和第一液控单向阀(10)向液压泵马达(6)的第一油口补充液压油；若液压缸(18)活塞杆向外伸出且比例换向阀(12)处于下位工况，液压泵马达(6)的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，低压蓄能器(7)经过第一单向阀(8)和第二液控单向阀(11)向液压泵马达(6)的第二油口补充液压油；若液压缸(18)活塞杆向里缩回且比例换向阀(12)处于上位工况，液压泵马达(6)的第一油口输出液压油，第二油口吸入液压油，液压缸(18)的第二腔经过比例换向阀(12)的B口和T口、第二液控单向阀(11)和第二单向阀(9)向低压蓄能器(7)补充液压油；若液压缸(18)活塞杆向里缩回且比例换向阀(12)处于下位工况，液压泵马达(6)的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，液压缸(18)的第二腔经过比例换向阀(12)的B口和P口、第一液控单向阀(10)和第二单向阀(9)向低压蓄能器(7)补充液压油。
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