CN116972036A - 工程机械以及流量匹配控制方法、装置、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种工程机械以及流量匹配控制方法、装置、系统。流量匹配控制方法包括以下步骤：步骤S10：获取手柄的开度；步骤S20：基于手柄的开度控制手柄所对应的主阀的实际开度和电机的实际输出转速。本发明根据用户对手柄的操作控制该手柄所对应的主阀的实际开度和电机的实际输出转速，使得主阀的实际开度与电机的实际输出转速相匹配，进而实现流量的供需匹配，与传统的负载敏感系统相比，该控制方法以流量前馈替代了传统的利用长管道反馈压力的闭环控制，基本消除了泵阀之间的滞后响应，降低传统负载敏感系统的能量损耗，提高系统动态响应，使得液压系统效率高、节能效果好。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种工程机械以及流量匹配控制方法、装置、系统。
背景技术
随着技术的发展，工程起重机械朝着电动化和智能化发展的步伐进一步加快，对工程起重机械的性能要求和续航能力也不断提高。
目前，起重机采用多路阀和负载敏感泵系统，通过操作手柄的开度，输出与之成比例的控制电流来控制多路阀的阀开口流量，使得液压动作执行机构执行相应动作，而发动机的转速则是单独通过采集油门踏板的行程长短进行控制。
但是脚踩油门踏板控制的灵敏度与微动性远不如用手操作手柄移动的灵敏度与微动性，容易导致多路阀的阀开口流量与发动机转速不匹配，使得液压系统效率不高、节能效果不足、流量分配不足，同时产生“大开口小油门”或者“小开口大油门”的情况，造成发动机功率不足或过剩，从而降低系统的作业效率或者引起发动机油耗过高、电机电耗过高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的手柄和油门踏板不匹配造成液压系统效率不高的缺陷，从而提供一种工程机械以及流量匹配控制方法、装置、系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种流量匹配控制方法，包括以下步骤：步骤S10：获取手柄的开度；步骤S20：基于手柄的开度控制手柄所对应的主阀的实际开度和电机的实际输出转速。
可选的，手柄的数量为至少两个；在步骤S10中，获取至少两个手柄的开度；在步骤S20中，基于至少两个手柄的开度控制手柄所对应的主阀的实际开度及至少两个手柄所对应的电机的实际输出转速。
可选的，至少两个手柄包括变幅手柄和伸缩手柄；在步骤S10中，获取变幅手柄的第一开度和伸缩手柄的第二开度；在步骤S20中，基于第一开度和第二开度控制变幅手柄所对应的变幅主阀的实际开度、伸缩手柄所对应的伸缩主阀的实际开度以及变幅手柄和伸缩手柄所对应的电机的实际输出转速。
可选的，第一开度为α1，第二开度为α2，步骤S20包括：步骤S21：判断α1≥0；步骤S22：当α1≥0时，基于第一开度、第二开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵的排量计算电机的理论输出转速；基于电机的理论输出转速和电机的最大输出转速的关系，确定变幅主阀的实际开度、伸缩主阀的实际开度以及电机的实际输出转速。
可选的，基于第一开度、第二开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵的排量计算电机的理论输出转速的步骤包括：步骤S221：基于第一开度、第二开度对应计算变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度；步骤S222：基于变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度、先导控制油耗及泄漏油耗计算液压泵的理论输出流量；步骤S223：基于液压泵的理论输出流量和液压泵的排量计算电机的理论输出转速。
可选的，基于电机的理论输出转速和电机的最大输出转速的关系，确定变幅主阀的实际开度、伸缩主阀的实际开度以及电机的实际输出转速的步骤包括：步骤S224：判断电机的理论输出转速是否小于等于电机的最大输出转速；步骤S225：当电机的理论输出转速小于等于电机的最大输出转速时，确定变幅主阀的实际开度为变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的实际开度为伸缩主阀的理论开度以及电机的实际输出转速为电机的理论输出转速。
可选的，步骤S20还包括：步骤S23：当α1＜0时，判断α2＝0；步骤S24：当α2＝0时，基于第一开度控制变幅主阀的开度，并且控制电机保持待机转速。
可选的，步骤S24包括：步骤S241：基于第一开度控制变幅主阀所对应的变幅先导比例减压阀的输出压力；步骤S242：基于变幅先导比例减压阀的输出压力控制变幅主阀的实际开度和变幅主阀对应的平衡阀的实际开度。
可选的，步骤S20还包括：步骤S25：当α2≠0时，基于第一开度、第二开度对应计算变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度，并且基于变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵的排量计算电机的理论输出转速；基于变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度及电机的理论输出转速对应确定变幅主阀的实际开度、伸缩主阀的实际开度以及电机的实际输出转速。
可选的，基于变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵的排量计算电机的理论输出转速的步骤包括：步骤S252：基于变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度、先导控制油耗及泄漏油耗计算液压泵的理论输出流量；步骤S254：基于液压泵的理论输出流量和液压泵的排量计算电机的理论输出转速。
可选的，基于变幅主阀的理论开度、伸缩主阀的理论开度及电机的理论输出转速对应确定变幅主阀的实际开度、伸缩主阀的实际开度以及电机的实际输出转速的步骤中，确定变幅主阀的实际开度为变幅主阀的理论开度，确定伸缩主阀的实际开度为伸缩主阀的理论开度，确定电机的实际输出转速为电机的理论输出转速。
可选的，在步骤S20之后，流量匹配控制方法还包括：步骤S30：获取电机所驱动的液压泵的实际输出流量；步骤S40：基于液压泵的实际输出流量以及通过开度、先导控制油耗及泄漏油耗所计算的液压泵的理论输出流量的关系，调节电机的实际输出转速。
本发明还提供了一种流量匹配控制装置，用于执行上述的流量匹配控制方法，流量匹配控制装置包括：获取模块，用于获取手柄的开度；控制模块，用于基于手柄的开度控制手柄所对应的主阀的实际开度和电机的实际输出转速。
本发明还提供了一种流量匹配控制系统，包括手柄、主阀、电机以及控制器，控制器包括至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行上述的流量匹配控制方法。
本发明还提供了一种工程机械，包括上述的流量匹配控制系统。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述的方法。
本发明具有以下优点：
1、根据用户对手柄的操作控制该手柄所对应的主阀的实际开度和电机的实际输出转速，使得主阀的实际开度与电机的实际输出转速相匹配，进而实现流量的供需匹配，与传统的负载敏感系统相比，该控制方法以流量前馈替代了传统的利用长管道反馈压力的闭环控制，基本消除了泵阀之间的滞后响应，降低传统负载敏感系统的能量损耗，提高系统动态响应，使得液压系统效率高、节能效果好。
2、通过不同手柄的开度控制其对应的主阀的实际开度和电机的实际输出转速，实现了流量的供需匹配，流量分配效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例的流量匹配控制方法的流程示意图；
图2示出了图1的流量匹配控制方法的具体流程示意图；
图3示出了本发明实施例的流量匹配控制系统的简易液压示意图；
图4示出了图3的流量匹配控制系统的部分示意图；
图5示出了本发明实施例的流量匹配控制系统的控制框图。
附图标记说明：
11、变幅手柄；12、变幅主阀；13、变幅油缸；14、平衡阀；15、变幅先导比例减压阀；16、变幅压力补偿阀；21、伸缩手柄；22、伸缩主阀；23、伸缩油缸；25、伸缩先导比例减压阀；26、伸缩压力补偿阀；31、减压阀；32、梭阀；33、三通流量阀；40、电机；50、液压泵；60、控制器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1和图5所示，本实施例的流量匹配控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取手柄的开度，其中，用户移动或旋转手柄，可以改变手柄的开度，手柄的开度是手柄行程的位移信号或角度信号，通过响应手柄的移动操作或旋转操作，可以确定手柄的开度，进而确定当下时刻操作手柄得到的手柄的开度，手柄的开度可以转化成电信号，然后将电信号传输到控制器60中；
步骤S20：基于手柄的开度控制手柄所对应的主阀的实际开度和电机40的实际输出转速，其中，控制器60基于电信号控制手柄所对应的主阀的实际开度和电机40的实际输出转速，手柄的实际开度越大，主阀的实际开度越大，电机40的实际输出转速越大，使得手柄的实际开度与主阀的实际开度、电机40的实际输出转速成正相关。
需要说明的是，电机40与液压泵50连接，液压泵50与主阀连通，主阀与执行元件连通，电机40驱动液压泵50工作，液压泵50吸入油箱中的液压油并将液压油输送到主阀中，然后液压油流入执行元件中，执行元件执行相应的动作。
应用本实施例的流量匹配控制方法，根据用户对手柄的操作控制该手柄所对应的主阀的实际开度和电机40的实际输出转速，使得主阀的实际开度与电机40的实际输出转速相匹配，进而实现流量的供需匹配，与传统的负载敏感系统相比，该控制方法以流量前馈替代了传统的利用长管道反馈压力的闭环控制，基本消除了泵阀之间的滞后响应，降低传统负载敏感系统的能量损耗，提高系统动态响应，使得液压系统效率高、节能效果好。
在本实施例中，手柄的数量为至少两个；在步骤S10中，获取至少两个手柄的开度；在步骤S20中，基于至少两个手柄的开度控制手柄所对应的主阀的实际开度及至少两个手柄所对应的电机40的实际输出转速。通过不同手柄的开度控制其对应的主阀的实际开度和电机40的实际输出转速，实现了流量的供需匹配，流量分配效果好。可以理解，作为可替换的实施方式，手柄的数量也可以为一个。
在本实施例中，如图2至图4所示，至少两个手柄包括变幅手柄11和伸缩手柄21；在步骤S10中，获取变幅手柄11的第一开度和伸缩手柄21的第二开度；在步骤S20中，基于第一开度和第二开度控制变幅手柄11所对应的变幅主阀12的实际开度、伸缩手柄21所对应的伸缩主阀22的实际开度以及变幅手柄11和伸缩手柄21所对应的电机40的实际输出转速。通过变幅手柄11的第一开度、伸缩手柄21的第二开度控制变幅主阀12的实际开度、伸缩主阀22的实际开度以及电机40的实际输出转速。
需要说明的是，变幅主阀12与变幅油缸13连通，伸缩主阀22与伸缩油缸23连通，变幅油缸13用于驱动工程机械的变幅机构动作，伸缩油缸23用于驱动工程机械的伸缩机构动作。可以理解，执行元件也可以为马达。
可以理解，作为可替换的实施方式，至少两个手柄可以相同，例如，两个手柄均为伸缩手柄21等。
在本实施例中，第一开度为α1，第二开度为α2，步骤S20包括：
步骤S21：判断α1≥0；
步骤S22：当α1≥0时，基于第一开度、第二开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵50的排量计算电机40的理论输出转速；基于电机40的理论输出转速和电机40的最大输出转速的关系，确定变幅主阀12的实际开度、伸缩主阀22的实际开度以及电机40的实际输出转速，实现了流量精准匹配，有效的提高了液压系统的效率。通过第一开度、第二开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵50的排量所计算电机40的理论输出转速更准确，然后通过电机40的理论输出转速和电机40的最大输出转速的关系来确定变幅主阀12的实际开度、伸缩主阀22的实际开度以及电机40的实际输出转速，实现了流量精准匹配，有效的提高了液压系统的效率。
需要说明的是，α1≥0时，工程机械处于单动起幅工况、单动伸缩工况或起幅伸缩复动工况，当工程机械处于单动起幅工况时，变幅机构处于起幅状态，伸缩机构不动作；当工程机械处于单动伸缩工况时，伸缩机构处于伸缩状态，变幅机构不动作；当工程机械处于起幅伸缩复动工况时，变幅机构处于起幅状态，伸缩机构处于伸缩状态。其中，α1＝0时，变幅手柄11在中位，α1＞0时，变幅手柄11处于起幅开度，α1＜0时，变幅手柄11处于落幅开度。
具体地，基于第一开度、第二开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵50的排量计算电机40的理论输出转速的步骤包括：
步骤S221：基于第一开度、第二开度对应计算变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度，其中，变幅主阀12的理论开度为Xt1，伸缩主阀22的理论开度Xt2，Xt1＝f1(α1)，即变幅主阀12的理论开度为Xt1与第一开度α1之间具有一定的映射关系，Xt2＝f2(α2)，即伸缩主阀22的理论开度Xt2与第一开度α2之间具有一定的映射关系；
步骤S222：基于变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度、先导控制油耗及泄漏油耗计算液压泵50的理论输出流量，其中，先导控制油耗为Qpilot，泄漏油耗为Qleak，液压泵50的理论输出流量为Qtp，变幅主阀12的理论输出流量为Qt1，伸缩主阀22的理论输出流量为Qt2，Qtp＝Qt1+Qt2+Qpilot+Qleak＝f3(Xt1)+f4(Xt2)+Qpilot+Qleak，变幅主阀12的理论输出流量Qt1与变幅主阀12的理论开度Xt1之间具有一定的映射关系，伸缩主阀22的理论输出流量Qt2与伸缩主阀22的理论开度Xt2之间具有一定的映射关系；
步骤S223：基于液压泵50的理论输出流量和液压泵50的排量计算电机40的理论输出转速，其中，液压泵50的排量为Dp，电机40的理论输出转速为nt，nt＝Qtp/Dp。
需要说明的是，先导控制油耗及泄漏油耗是根据经验估算的。
在本实施例中，基于电机40的理论输出转速和电机40的最大输出转速的关系，确定变幅主阀12的实际开度、伸缩主阀22的实际开度以及电机40的实际输出转速的步骤包括：
步骤S224：判断电机40的理论输出转速是否小于等于电机40的最大输出转速；
步骤S225：当电机40的理论输出转速小于等于电机40的最大输出转速时，确定变幅主阀12的实际开度为变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的实际开度为伸缩主阀22的理论开度以及电机40的实际输出转速为电机40的理论输出转速，即X1＝Xt1，X2＝Xt3，nm＝nt。若电机40的理论输出转速小于等于电机40的最大输出转速时，则液压系统处于流量不饱和状态；若电机40的理论输出转速大于电机40的最大输出转速时，则液压系统处于流量饱和状态，此时电机的实际输出转速小于理论输出转速，电机以最大输出转速来运行。在液压系统处于流量不饱和状态时，电机40的实际输出转速即为理论输出转速，变幅主阀12的实际开度即为理论开度，伸缩主阀22的实际开度即为理论开度，根据变幅主阀12的实际开度确定变幅主阀12所对应的变幅先导比例减压阀15的电流i1，根据伸缩主阀22的实际开度确定伸缩主阀22所对应的伸缩先导比例减压阀25的电流i2，最终通过控制先导油使变幅主阀12和伸缩主阀22打开，控制简便。
可以理解，作为可替换的实施方式，也可以不设置变幅先导比例减压阀15和伸缩先导比例减压阀25，根据变幅主阀12的实际开度确定变幅主阀12的电流，根据伸缩主阀22的实际开度确定伸缩主阀22的电流，进而控制变幅主阀12和伸缩主阀22打开。
在本实施例中，步骤S20还包括：
步骤S23：当α1＜0时，判断α2＝0；
步骤S24：当α2＝0时，基于第一开度控制变幅主阀12的开度，并且控制电机40保持待机转速；当α1＜0且α2＝0时，工程机械处于单动落幅工况，电机40保持待机转速，进而通过液压泵50维持液压系统基本的控制油压，变幅机构通过自重回落，通过第一开度控制变幅主阀12的开度，可以调节变幅机构的下落速度，避免变幅机构下落过快。需要说明的是，α2＝0时，伸缩手柄21在中位，α2＜0或α2＞0时，伸缩手柄21不在中位。
需要说明的是，电机40的待机转速是指电机40不停止以较低的转速运转，电机40的待机转速的具体数值需要维持液压系统基本的控制油压，不同的作业机械的待机转速不同，相同的作业机械的待机转速也可能不同，需要根据液压系统来确定待机转速，例如，作业机械为起重机时，某一台起重机的电机的待机转速为300rpm-400rpm。
具体地，步骤S24包括：
步骤S241：基于第一开度控制变幅主阀12所对应的变幅先导比例减压阀15的输出压力；
步骤S242：基于变幅先导比例减压阀15的输出压力控制变幅主阀12的实际开度和变幅主阀12对应的平衡阀的实际开度。
通过控制先导油使变幅主阀12打开，控制简便。
在本实施例中，步骤S20还包括：
步骤S25：当α2≠0时，基于第一开度、第二开度对应计算变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度，并且基于变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵50的排量计算电机40的理论输出转速；基于变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度及电机40的理论输出转速对应确定变幅主阀12的实际开度、伸缩主阀22的实际开度以及电机40的实际输出转速。当α1＜0且α2≠0时，工程机械处于落幅伸缩复动工况，变幅手柄11处于落幅开度，伸缩手柄21不在中位，由于变幅机构依靠自重回落，不需要主油路向变幅油缸13输入高压油，通过第一开度控制变幅主阀12的开度，可以调节变幅机构的下落速度，避免变幅机构下落过快；并且，此时液压系统一定处于流量不饱和状态，电机40的实际输出转速一定小于电机40的理论输出转速，不需要再判断电机40的实际输出转速与电机40的理论输出转速之间的关系，直接通过变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度及电机40的理论输出转速对应确定变幅主阀12的实际开度、伸缩主阀22的实际开度以及电机40的实际输出转速，减少控制步骤，控制过程更简单。
在本实施例中，基于变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵50的排量计算电机40的理论输出转速的步骤包括：
步骤S252：基于变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度、先导控制油耗及泄漏油耗计算液压泵50的理论输出流量；
步骤S254：基于液压泵50的理论输出流量和液压泵50的排量计算电机40的理论输出转速。
需要说明的是，步骤S25中电机40的理论输出转速的计算方法与步骤S22中的电机40的理论输出转速的计算方法相同，在此不再详细赘述。
具体地，基于变幅主阀12的理论开度、伸缩主阀22的理论开度及电机40的理论输出转速对应确定变幅主阀12的实际开度、伸缩主阀22的实际开度以及电机40的实际输出转速的步骤中，确定变幅主阀12的实际开度为变幅主阀12的理论开度，确定伸缩主阀22的实际开度为伸缩主阀22的理论开度，确定电机40的实际输出转速为电机40的理论输出转速。在液压系统处于流量不饱和状态时，电机40的实际输出转速即为理论输出转速，变幅主阀12的实际开度即为理论开度，伸缩主阀22的实际开度即为理论开度，根据变幅主阀12的实际开度确定变幅主阀12所对应的变幅先导比例减压阀15的电流i1，根据伸缩主阀22的实际开度确定伸缩主阀22所对应的伸缩先导比例减压阀25的电流i2，最终通过控制先导油使变幅主阀12和伸缩主阀22打开，控制简便。
在本实施例中，在步骤S20之后，流量匹配控制方法还包括：
步骤S30：获取电机40所驱动的液压泵50的实际输出流量，其中，液压泵50的实际输出流量通过流量传感器等流量检测部件来检测；
步骤S40：基于液压泵50的实际输出流量以及通过开度、先导控制油耗及泄漏油耗所计算的液压泵50的理论输出流量的关系，调节电机40的实际输出转速。
通过液压泵50的实际输出流量和液压泵50的理论输出流量之间的关系可以及时调整电机40的实际输出转速，使得液压泵50的实际输出流量与液压泵50的理论输出流量向匹配，流量匹配更精准，液压系统的效率也提高了，并且，该液压泵50的出口压力自适应流量变化，不需要预设压力裕度，降低了系统的能量损失。
具体地，若实际输出流量小于理论输出流量，则提高电机40的实际输出转速；若实际输出流量等于理论输出流量，则保持电机40的实际输出转速不变；若实际输出流量大于理论输出流量，则降低电机40的实际输出转速。
本发明还提供了一种流量匹配控制装置，用于执行上述的流量匹配控制方法，流量匹配控制装置包括：
获取模块，用于获取手柄的开度；
控制模块，用于基于手柄的开度控制手柄所对应的主阀的实际开度和电机40的实际输出转速。
本发明实施例提供的流量匹配控制装置，用于执行上述实施例提供的流量匹配控制方法，其实现方式与原理相同，详细内容参见上述方法实施例的相关描述，不再赘述。
本发明还提供了一种流量匹配控制系统，如图3和图4所示，其包括手柄、主阀、电机40以及控制器60，控制器60包括至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行上述的流量匹配控制方法。通过流量匹配控制系统实时检测变幅手柄11和伸缩手柄21的开度，控制器60实时计算流量匹配控制系统所需流量并同步控制各联主阀的阀口的实际开度和永磁同步电机40的实际输出转速，以实现系统流量精准匹配，提升了系统效率，降低系统能耗，提升续航能力，提高客户的使用经济性，满足环保需求，解决了现有液压系统效率不够高、节能效果不足、流量分配不足的问题。
在本实施例中，如图3和图4所示，流量匹配控制系统还包括液压泵50、油箱、变幅油缸13及伸缩油缸23，手柄包括变幅手柄11和伸缩主阀22，主阀包括变幅主阀12和伸缩主阀22，液压泵50与电机40连接，控制器60与变幅手柄11、伸缩手柄21、电机40、变幅先导比例减压阀15、伸缩先导比例减压阀25电连接，变幅油缸13与变幅主阀12连通，伸缩油缸23与伸缩主阀22连通。电机40驱动液压泵50工作，液压泵50将机械能转化为液压能，液压泵50从油箱中吸入油液并形成液压油排出，然后输送到变幅先导比例减压阀15、伸缩先导比例减压阀25中，通过变幅先导比例减压阀15、伸缩先导比例减压阀25控制变幅主阀12和伸缩主阀22打开，进而控制变幅油缸13、伸缩油缸23动作。
需要说明的是，流量匹配控制系统包括流量匹配液压系统，流量匹配液压系统包括液压泵50、主阀及电机40等液压部件。
具体地，流量匹配控制系统还包括平衡阀14、变幅压力补偿阀16、三通流量阀33、伸缩压力补偿阀26、减压阀31、梭阀32等等，平衡阀14与变幅油缸13、变幅主阀12连通，变幅压力补偿阀16与液压泵50、变幅主阀12连通，三通流量阀33与液压泵50、梭阀32连通，伸缩压力补偿阀26与液压泵50、伸缩主阀22连通，减压阀31与油泵、变幅先导比例减压阀15连通，梭阀32与变幅主阀12、伸缩主阀22、变幅压力补偿阀16、伸缩压力补偿阀26连通。液压泵50为定量泵等，定量泵为齿轮泵等。
在本实施例中，控制器60包括PID转速控制器，将液压泵50的实际输出流量和液压泵50的理论输出流量通过PID转速控制器运算，输出信号转变为电机的目标转速信号并传输电机控制器，电机控制器控制电机40旋转。电机40为永磁同步电机等。
在本实施例中，处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
在本实施例中，存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的控制方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的控制方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本发明还提供了一种工程机械，包括上述的流量匹配控制系统。
在本实施例中，工程机械为起重机，起重机包括变幅手柄11、伸缩手柄21、电机40、变幅机构、伸缩机构、变幅油缸13、伸缩油缸23、变幅主阀12、伸缩主阀22、电机40、液压泵50等等。起重机具有单动落幅工况、单动起幅工况、单动伸缩工况、起幅伸缩复动工况及落幅伸缩复动工况。具体地，变幅手柄11、伸缩手柄21分别为电控变幅手柄、电控伸缩手柄。
当检测到变幅手柄11处于落幅开度且伸缩手柄21处于中位时，起重机处于单动落幅工况，此时流量匹配控制系统待机。变幅机构通过自重回落，电控变幅手柄11控制变幅先导比例减压阀15的输出压力，进而控制变幅主阀12和平衡阀14的开度，从而调节变幅机构的下落速度。
当检测到变幅手柄11处于起幅开度且伸缩手柄21在中位、变幅手柄11在中位且伸缩手柄21不在中位或变幅手柄11处于起幅开度且伸缩手柄21不在中位时，此时起重机对应处于单动起幅工况、单动伸缩工况或起幅伸缩复动工况，电控变幅手柄、电控伸缩手柄分别将其开度α1、α2转化成电信号并传输到控制器60中，控制器60根据电信号大小计算出变幅主阀12、伸缩主阀22的理论开度Xt1、Xt2，进而得到通过变幅主阀12、伸缩主阀22的理论输出流量Qt1、Qt2，再加上先导控制油耗Qpilot和泄漏油耗Qleak，最终匹配得到液压泵50所需要提供的理论输出流量Qtp，由于液压泵50的排量Dp一定，即可计算电机40的理论输出转速nt。将电机40的理论输出转速nt与电机40所能输出的最大输出转速nmax进行对比，若理论输出转速nt小于等于最大输出转速nmax，则系统处于流量不饱和状态，电机40的实际输出转速nm即为理论输出转速nt，变幅主阀12、伸缩主阀22的实际开度X1、X2即为变幅主阀12、伸缩主阀22的理论开度Xt1、Xt2，根据变幅主阀12、伸缩主阀22所需开度X1、X2进而给定变幅先导比例减压阀15、伸缩先导比例减压阀25相应的电流信号i1、i2，最终通过控制先导油压使变幅主阀12、伸缩主阀22打开。
当检测到变幅手柄11处于落幅开度且伸缩手柄21不在中位，此时系统处于落幅伸缩复动工况，电控变幅手柄11、电控伸缩手柄21分别将开度α1、α2转化成电信号并传输到控制器60中，控制器60根据电信号大小计算出变幅主阀12、伸缩主阀22的理论开度Xt1、Xt2，由于落幅时变幅机构依靠其自重回落，不需要主油路向变幅油缸13输入高压油，所以液压泵50需要输出的理论输出流量Qtp等于伸缩主阀22的理论输出流量Qt2、先导控制油耗Qpilot和泄漏油耗Qleak之和，由于泵的排量Dp一定，即可计算电机40的理论输出转速nt。电机40的实际输出转速nm为理论输出转速nt，变幅主阀12、伸缩主阀22的实际开度X1、X2即为变幅主阀12、伸缩主阀22的理论开度Xt1、Xt2，根据变幅主阀12、伸缩主阀22所需开度X1、X2进而给定变幅先导比例减压阀15、伸缩先导比例减压阀25相应的电流信号i1、i2，最终通过控制先导油压使变幅主阀12、伸缩主阀22打开。
需要说明的是，i1为流量不饱和时输入到变幅先导比例减压阀15的电流，i2为流量不饱和时输入到伸缩先导比例减压阀25的电流，i1＝f5(X1)，i2＝f6(X2)。
可以理解，工程机械也可以为挖掘机、旋挖钻机等等。
需要说明的是，图5中虚线矩形框所指的是控制器。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述的方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：
流量匹配控制方法采用电控正流量的电液流量匹配方法，降低传统负载敏感系统的能量损耗，提高系统动态响应。通过流量匹配控制系统实时检测变幅手柄11和伸缩手柄21的开度，控制器60实时计算流量匹配控制系统所需流量并同步控制各联主阀的阀口的实际开度和永磁同步电机的实际输出转速，以实现系统流量精准匹配，提升了系统效率。其中，主阀的开度的调节是通过给定先导油路的先导比例减压阀31电信号而间接控制的。对比传统负载敏感系统，起重机的流量匹配控制系统以流量前馈替代了利用长管道反馈压力的闭环控制，基本消除了泵阀间的滞后响应。另外，该系统泵的出口压力自适应流量变化，不需要预设压力裕度，降低了系统的能量损失，提高了动态性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (16)
1.一种流量匹配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10：获取手柄的开度；
步骤S20：基于所述手柄的开度控制所述手柄所对应的主阀的实际开度和电机(40)的实际输出转速。
2.根据权利要求1所述的流量匹配控制方法，其特征在于，所述手柄的数量为至少两个；
在步骤S10中，获取至少两个所述手柄的开度；
在步骤S20中，基于至少两个所述手柄的开度控制所述手柄所对应的主阀的实际开度及至少两个所述手柄所对应的电机(40)的实际输出转速。
3.根据权利要求2所述的流量匹配控制方法，其特征在于，至少两个所述手柄包括变幅手柄(11)和伸缩手柄(21)；
在步骤S10中，获取所述变幅手柄(11)的第一开度和所述伸缩手柄(21)的第二开度；
在步骤S20中，基于所述第一开度和所述第二开度控制所述变幅手柄(11)所对应的变幅主阀(12)的实际开度、所述伸缩手柄(21)所对应的伸缩主阀(22)的实际开度以及所述变幅手柄(11)和所述伸缩手柄(21)所对应的所述电机(40)的实际输出转速。
4.根据权利要求3所述的流量匹配控制方法，其特征在于，所述第一开度为α1，所述第二开度为α2，
步骤S20包括：
步骤S21：判断α1≥0；
步骤S22：当α1≥0时，基于所述第一开度、所述第二开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵(50)的排量计算所述电机(40)的理论输出转速；基于所述电机(40)的理论输出转速和所述电机(40)的最大输出转速的关系，确定所述变幅主阀(12)的实际开度、所述伸缩主阀(22)的实际开度以及所述电机(40)的实际输出转速。
5.根据权利要求4所述的流量匹配控制方法，其特征在于，基于所述第一开度、所述第二开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵(50)的排量计算所述电机(40)的理论输出转速的步骤包括：
步骤S221：基于所述第一开度、所述第二开度对应计算所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度；
步骤S222：基于所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度、先导控制油耗及泄漏油耗计算液压泵(50)的理论输出流量；
步骤S223：基于所述液压泵(50)的理论输出流量和所述液压泵(50)的排量计算所述电机(40)的理论输出转速。
6.根据权利要求4所述的流量匹配控制方法，其特征在于，基于所述电机(40)的理论输出转速和所述电机(40)的最大输出转速的关系，确定所述变幅主阀(12)的实际开度、所述伸缩主阀(22)的实际开度以及所述电机(40)的实际输出转速的步骤包括：
步骤S224：判断所述电机(40)的理论输出转速是否小于等于所述电机(40)的最大输出转速；
步骤S225：当所述电机(40)的理论输出转速小于等于所述电机(40)的最大输出转速时，确定所述变幅主阀(12)的实际开度为所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的实际开度为所述伸缩主阀(22)的理论开度以及所述电机(40)的实际输出转速为所述电机(40)的理论输出转速。
7.根据权利要求4所述的流量匹配控制方法，其特征在于，步骤S20还包括：
步骤S23：当α1＜0时，判断α2＝0；
步骤S24：当α2＝0时，基于所述第一开度控制所述变幅主阀(12)的开度，并且控制所述电机(40)保持待机转速。
8.根据权利要求7所述的流量匹配控制方法，其特征在于，步骤S24包括：
步骤S241：基于所述第一开度控制所述变幅主阀(12)所对应的变幅先导比例减压阀(15)的输出压力；
步骤S242：基于所述变幅先导比例减压阀(15)的输出压力控制所述变幅主阀(12)的实际开度和所述变幅主阀(12)对应的平衡阀的实际开度。
9.根据权利要求7所述的流量匹配控制方法，其特征在于，步骤S20还包括：
步骤S25：当α2≠0时，基于所述第一开度、所述第二开度对应计算所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度，并且基于所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵(50)的排量计算所述电机(40)的理论输出转速；基于所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度及所述电机(40)的理论输出转速对应确定所述变幅主阀(12)的实际开度、所述伸缩主阀(22)的实际开度以及所述电机(40)的实际输出转速。
10.根据权利要求9所述的流量匹配控制方法，其特征在于，
基于所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度、先导控制油耗、泄漏油耗、液压泵(50)的排量计算所述电机(40)的理论输出转速的步骤包括：
步骤S252：基于所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度、所述先导控制油耗及所述泄漏油耗计算液压泵(50)的理论输出流量；
步骤S254：基于所述液压泵(50)的理论输出流量和所述液压泵(50)的排量计算所述电机(40)的理论输出转速。
11.根据权利要求9所述的流量匹配控制方法，其特征在于，
基于所述变幅主阀(12)的理论开度、所述伸缩主阀(22)的理论开度及所述电机(40)的理论输出转速对应确定所述变幅主阀(12)的实际开度、所述伸缩主阀(22)的实际开度以及所述电机(40)的实际输出转速的步骤中，确定所述变幅主阀(12)的实际开度为所述变幅主阀(12)的理论开度，确定所述伸缩主阀(22)的实际开度为所述伸缩主阀(22)的理论开度，确定所述电机(40)的实际输出转速为所述电机(40)的理论输出转速。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的流量匹配控制方法，其特征在于，在所述步骤S20之后，所述流量匹配控制方法还包括：
步骤S30：获取所述电机(40)所驱动的液压泵(50)的实际输出流量；
步骤S40：基于所述液压泵(50)的实际输出流量以及通过所述开度、先导控制油耗及泄漏油耗所计算的液压泵(50)的理论输出流量的关系，调节所述电机(40)的实际输出转速。
13.一种流量匹配控制装置，其特征在于，用于执行权利要求1所述的流量匹配控制方法，所述流量匹配控制装置包括：
获取模块，用于获取手柄的开度；
控制模块，用于基于所述手柄的开度控制所述手柄所对应的主阀的实际开度和电机(40)的实际输出转速。
14.一种流量匹配控制系统，其特征在于，包括手柄、主阀、电机(40)以及控制器(60)，所述控制器(60)包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-12中任一项所述的流量匹配控制方法。
15.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求14所述的流量匹配控制系统。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1-12中任一项所述的方法。
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