專利名稱：油泵控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域是裝備在如油壓挖土機(jī)之類工作機(jī)械上的油壓泵。
一般說，以油壓挖土機(jī)為代表的某些工作機(jī)械，具有由發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的可變排油量油泵，并設(shè)計(jì)成可向許多油壓傳動(dòng)裝置提供由油泵送出的壓力油，它通過方向控制閥，其開啟程度可隨操作設(shè)備的行程變化而變化。為了在流率既不低又不高于正常值的條件下向組合狀態(tài)下工作的許多油壓傳動(dòng)裝置提供壓力油，需要相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩(或發(fā)動(dòng)機(jī)功率)來控制油泵的吸收轉(zhuǎn)矩(或吸收功率)并同時(shí)保持良好的平衡，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)一直與其目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)一致。
根據(jù)這樣的要求，如

圖10所示，至今已推薦采用一個(gè)控制器30來控制送到泵調(diào)節(jié)器12，13的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
詳細(xì)地說，在圖10中，從檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)11轉(zhuǎn)數(shù)Ne的轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22和確定油泵9，10是否正在送壓力油的壓力開關(guān)31那里，控制器30接受檢測(cè)信號(hào)。然后，控制器30把一個(gè)控制信號(hào)輸?shù)诫姶疟壤郎p壓閥14，來控制油泵的總吸收轉(zhuǎn)矩(或功率)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)與其目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)一致。該控制信號(hào)經(jīng)過電磁比例減壓閥14的電-液壓轉(zhuǎn)換，向調(diào)節(jié)器12，13提供最終的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
然而，在常規(guī)的轉(zhuǎn)矩(功率)控制中，計(jì)算油泵送油量(流率)所需的檢測(cè)信號(hào)(例如，表示操縱設(shè)備行程變化的檢測(cè)信號(hào))并未輸入控制器，并且難以精確確定油泵所需的吸收轉(zhuǎn)矩。由此產(chǎn)生一個(gè)問題在操縱設(shè)備剛開始和結(jié)束動(dòng)作時(shí)，或操縱設(shè)備稍有動(dòng)作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出與油泵的吸收轉(zhuǎn)矩之間失去平衡，并且實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的偏離不斷增加，而損害了機(jī)械的工作性能。本發(fā)明將解決這個(gè)問題。
此外，控制器的調(diào)節(jié)過程需要針對(duì)工作機(jī)械的不同型號(hào)，甚至相似型號(hào)作調(diào)整。換句話說，由于需要對(duì)每個(gè)型號(hào)單獨(dú)執(zhí)行控制程序中的專用部分，使調(diào)節(jié)過程非常繁重。
另外，即使是同一型號(hào)，各個(gè)工作機(jī)械之間也有差異。加之工作環(huán)境隨地點(diǎn)(如寒冷地區(qū)或溫暖地區(qū))而變，以及發(fā)動(dòng)機(jī)燃料可隨使用者而異。諸如個(gè)別差異和工作環(huán)境的不同條件變化引起了另一個(gè)需要解決的問題在工作機(jī)械運(yùn)輸之前所作的調(diào)整實(shí)際上是不適用的，實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的偏差可增長(zhǎng)到不容許的程度。
考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)，為了解決上述問題而完成了本發(fā)明。本發(fā)明提供了一個(gè)用于可變送油量油泵的油泵控制系統(tǒng)，油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并按照操縱裝置的行程變化向油壓傳動(dòng)裝置供應(yīng)壓力油，在油泵控制系統(tǒng)中，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)檢測(cè)裝置和檢測(cè)油泵輸出狀態(tài)的輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置連接到控制器上，以便控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，控制器從輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果估計(jì)出油泵的轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)所估計(jì)的轉(zhuǎn)矩來控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，因而使預(yù)設(shè)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)之間的誤差為零。
采用上述構(gòu)造，油泵輸出轉(zhuǎn)矩是根據(jù)估計(jì)轉(zhuǎn)矩來控制的，而估計(jì)轉(zhuǎn)矩是從輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果估計(jì)出來的，從而使目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)之間的誤差為零。所以，即使在操縱設(shè)備剛開始和結(jié)束動(dòng)作時(shí)，或操縱設(shè)備稍有動(dòng)作時(shí)，可防止轉(zhuǎn)數(shù)誤差有明顯的變化，并改進(jìn)了工作性能。
在上述油泵控制系統(tǒng)中，控制器可包括一個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)，它從輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果來估計(jì)油泵工作中的送油量，并根據(jù)所估計(jì)的送油量來計(jì)算油泵的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩的變化。利用該性能可精確地確定估計(jì)轉(zhuǎn)矩。
在上述情形中，輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置可包括檢測(cè)油泵送油壓力的送油壓力檢測(cè)裝置，檢測(cè)操作設(shè)備行程變化的行程變化檢測(cè)裝置，或檢測(cè)管道壓力(其變化與操作設(shè)備的行程變化有關(guān))的管道壓力檢測(cè)裝置。利用該性能可同時(shí)確定油泵的送油壓力和送油量。
此外，控制器可包括一個(gè)擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)同時(shí)算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化，確定出第一預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)和第二預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)，然后計(jì)算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器根據(jù)擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
利用上述性能，可根據(jù)油泵工作時(shí)的輸出狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，盡管油泵的輸出狀態(tài)隨著工作機(jī)構(gòu)的不同型號(hào)，個(gè)別差異等而改變，或盡管發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的動(dòng)力特性隨著工作環(huán)境變化和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料不同引起的發(fā)動(dòng)機(jī)特性變化而改變，控制系統(tǒng)可在重復(fù)學(xué)習(xí)的過程中，以適應(yīng)個(gè)別工作機(jī)械的方式對(duì)油泵進(jìn)行控制。
作為替代方式，控制器可包括一個(gè)擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)同時(shí)算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化，計(jì)算出相對(duì)于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的估計(jì)轉(zhuǎn)矩誤差，并確定出第一預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，第二預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)以及第三預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的油泵許用轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，然后計(jì)算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器可根據(jù)由擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制油泵輸出轉(zhuǎn)矩。
該性能的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定值，不需再單個(gè)地設(shè)定后果變量，并可縮減控制器所需的內(nèi)存容量。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于相對(duì)于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的估計(jì)轉(zhuǎn)矩誤差也計(jì)算其擬合系數(shù)，因而除了適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差的變化以外，油泵的控制還可適應(yīng)估計(jì)轉(zhuǎn)矩誤差的變化，后者誤差變化也與工作條件、工作機(jī)械的個(gè)別差異和工作環(huán)境等有關(guān)。
另外，控制器可包括一個(gè)模糊規(guī)則前提運(yùn)算區(qū)，它把均由估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化應(yīng)用于模糊控制的每個(gè)前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計(jì)算前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計(jì)算出每個(gè)前提規(guī)則的組合擬合系數(shù)值，同時(shí)控制器包括一個(gè)模糊規(guī)則后果運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由模糊規(guī)則前提運(yùn)算區(qū)算出的每個(gè)組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計(jì)算后果變量，依據(jù)分別由前提和后果運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，控制器可計(jì)算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
作為替代方式，控制器可包括一個(gè)擬合系數(shù)前提運(yùn)算區(qū)，它把相對(duì)于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的估計(jì)轉(zhuǎn)矩誤差(由估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)算出)，估計(jì)的轉(zhuǎn)矩變化和油泵許用轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用于模糊控制的每個(gè)前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計(jì)算前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計(jì)算每個(gè)前提規(guī)則擬合系數(shù)的組合值，同時(shí)控制器包括一個(gè)模糊規(guī)則后果運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由模糊規(guī)則前提運(yùn)算區(qū)算出的每個(gè)組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計(jì)算后果變量，依據(jù)分別由前提和后果運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，控制器可計(jì)算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
采用如此的模糊控制，控制過程在相鄰兩個(gè)數(shù)值范圍的邊界上具有連續(xù)性，并可連續(xù)而平穩(wěn)地進(jìn)行輸出變化的控制。
圖1為油壓挖土機(jī)的透視圖。
圖2為表示動(dòng)力裝置系統(tǒng)構(gòu)形的簡(jiǎn)圖。
圖3為曲線圖，說明發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性與目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系。
圖4為曲線圖，說明發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性與目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系。
圖5為表示油泵調(diào)節(jié)器特性的曲線圖。
圖6為表示第一實(shí)施例控制器控制順序的框圖。
圖7為表示模糊規(guī)則的表格。
圖8為曲線圖，表示用于模糊規(guī)則前提的從屬函數(shù)例。
圖9為表示第二實(shí)施例控制器控制順序的框圖。
圖10為表示常規(guī)動(dòng)力裝置系統(tǒng)構(gòu)形的簡(jiǎn)圖。
以下參照?qǐng)D1至圖8來說明本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選例。在圖1中，一個(gè)油壓挖土機(jī)1包括了各種油壓傳動(dòng)裝置，如旋轉(zhuǎn)上機(jī)身2的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)(圖中未示)，操縱伸展臂3的伸展臂油缸4，操縱杠桿5的杠桿油缸6，以及操縱挖斗7的油缸8。這些油壓傳動(dòng)裝置的基本構(gòu)造與常規(guī)挖土機(jī)相同。
圖2是該實(shí)施例中動(dòng)力裝置系統(tǒng)構(gòu)形的簡(jiǎn)圖。在圖2中，參考號(hào)9，10表示第一和第二可變排油量油泵，它們由發(fā)動(dòng)機(jī)11的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，把壓力油輸送到上述油壓傳動(dòng)裝置中。第一和第二可變排油量油泵9，10由擋板式軸向活塞泵構(gòu)成，它隨著擋板9a，10a的傾斜角變化而改變送油流率。12，13表示改變擋板9a，10a位置的調(diào)節(jié)器。根據(jù)電磁比例減壓閥14提供的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps，管道壓力Pr1，Pr2(通過該管道，已經(jīng)過第一和第二定向控制閥15，17的壓力油流向油箱26)。以及油泵9，10送油管道中的壓力Pp，按照下面說明來控制調(diào)節(jié)器12，13。為了簡(jiǎn)化說明，在圖2中僅舉出二個(gè)傳動(dòng)裝置，即第一和第二油壓傳動(dòng)裝置27，28，分別從第一和第二油泵9，10向它們輸送壓力油。
在壓力油送向第一和第二油壓傳動(dòng)裝置27，28的方向上，第一和第二定向控制閥15，17控制著油的流率，并在接受相應(yīng)與操縱桿19，20行程變化的控制壓力下進(jìn)行工作。此外，第一和第二溢流閥16，18放在相關(guān)的管道中，通過該管道，已經(jīng)通過第一和第二定向控制閥15，17的中間旁路的壓力油流到油箱26中。
在上述油路中，當(dāng)操縱桿19，20行程變化為零(即當(dāng)操縱桿處于中間位置)時(shí)，定向控制閥15，17處于與油壓傳動(dòng)裝置27，28相連通道關(guān)閉的位置，因而油泵9，10送出的壓力油通過第一和第二定向控制閥15，17的中間旁路和溢流閥16，18流到油箱26中。此時(shí)，把溢流閥16，18吸油管道中的壓力Pr1，Pr2作為溢流的設(shè)定壓力值。當(dāng)從上述狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)操縱桿19，20，定向控制閥15，17逐漸打開與油壓傳動(dòng)裝置27，28相連的通道，同時(shí)逐漸關(guān)閉中間旁路。此后，當(dāng)操縱桿19，20轉(zhuǎn)到滿行程位置時(shí)，與油壓傳動(dòng)裝置27，28相連的閥門通道完全打開，同時(shí)中間旁路完全關(guān)閉。壓力油不通過溢流閥16，18，并且在溢流閥16，18吸油管道中的壓力Pr1，Pr2降到接近油箱的壓力水平。因此，溢流閥16，18吸油管道中的壓力Pr1，Pr2隨著操縱桿行程改變而改變，并且所產(chǎn)生的壓力Pr1，Pr2被傳送到調(diào)節(jié)器12，13中，如上所述。
控制器21由一個(gè)微機(jī)和相應(yīng)的外圍設(shè)備構(gòu)成。從檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)11轉(zhuǎn)數(shù)Ne的轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22，檢測(cè)油泵9，10送油壓力Pp的壓力敏感器23，以及檢測(cè)溢流閥16，18吸油管道中壓力Pr1，Pr2的壓力敏感器24，25等那里，控制器21接受它們的檢測(cè)信號(hào)，并根據(jù)這些檢測(cè)信號(hào)把控制信號(hào)輸?shù)诫姶疟壤郎p壓閥14。該控制信號(hào)經(jīng)過電磁比例減壓閥14的電-液壓轉(zhuǎn)換，向調(diào)節(jié)器12，13提供最終的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
圖6是在控制器21中執(zhí)行的控制順序框圖。在圖6中，第一油泵送油量的估計(jì)運(yùn)算區(qū)50接受由壓力敏感器24檢測(cè)到的第一溢流閥16吸油管道中的壓力Pr1(以下稱為第一管道壓力)，由壓力敏感器23檢測(cè)到的油泵9，10送油壓力Pp(以下稱為油泵壓力)，以及在上述步驟中所得的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps，根據(jù)這些輸入信號(hào)值，估計(jì)出第一油泵9的送油量(送油流率)Q1。
第二油泵送油量的估計(jì)運(yùn)算區(qū)51接受由壓力敏感器25檢測(cè)到的第二溢流閥18吸油管道中的壓力Pr2(以下稱為第二管道壓力)，油泵壓力Pp，以及在上述步驟中所得的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps，根據(jù)這些輸入信號(hào)值，估計(jì)出第二油泵10的送油量(送油流率)Q2。
估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)52接受估計(jì)送油量Q1，Q2，油泵壓力Pp，以及由轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(以下稱為實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù))Ne，根據(jù)這些輸入信號(hào)值，計(jì)算出由兩個(gè)油泵9，10產(chǎn)生的估計(jì)轉(zhuǎn)矩Tp和估計(jì)轉(zhuǎn)矩的變化DTp。變化DTp代表了單位時(shí)間轉(zhuǎn)矩的變化，用單位d(Tp)/dt表示。
53表示了模糊規(guī)則前提的擬合系數(shù)計(jì)算區(qū)(以下稱為前提運(yùn)算區(qū))，它接受估計(jì)轉(zhuǎn)矩Tp和估計(jì)轉(zhuǎn)矩的變化DTp，并根據(jù)這些輸入信號(hào)，采用一個(gè)從屬函數(shù)來定量地計(jì)算模糊規(guī)則前提(相當(dāng)于在表示“如…則…”規(guī)則中的“如…”)的擬合系數(shù)。
加法器54接受發(fā)動(dòng)機(jī)11的預(yù)設(shè)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)Nset和由轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)Ne，并計(jì)算出兩轉(zhuǎn)數(shù)間的差值誤差ΔNe。
55表示了模糊規(guī)則后果變量Wij的計(jì)算區(qū)(以下稱為后果運(yùn)算區(qū))，它接受前提運(yùn)算區(qū)53的計(jì)算結(jié)果和轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe，根據(jù)這些輸入信號(hào)值，計(jì)算出模糊規(guī)則后果的變量值Wij。
控制輸出轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)56接受前提運(yùn)算區(qū)53的計(jì)算結(jié)果和后果運(yùn)算區(qū)53的計(jì)算結(jié)果，并計(jì)算出油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩設(shè)定值Tr(控制輸出轉(zhuǎn)矩)。然后由控制壓力轉(zhuǎn)換器57把控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr轉(zhuǎn)換成電磁比例減壓閥14的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
現(xiàn)說明在本實(shí)施例中發(fā)動(dòng)機(jī)11和油泵9，10的特性。
首先，圖3和圖4均表示了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性與目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系。圖3表示了發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用率為100％的情形，圖4表示了加速器表盤設(shè)定值改變和發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用率小于100％情形。
在圖3和圖4中，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出位于限速區(qū)和滯后區(qū)內(nèi)，兩區(qū)之間有一個(gè)額定轉(zhuǎn)矩Te點(diǎn)。限速區(qū)是限速器打開程度小于100％的輸出區(qū)，而滯后區(qū)是限速器打開程度等于100％的輸出區(qū)。
當(dāng)采用具有上述發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性的油壓挖土機(jī)1來進(jìn)行繁重的挖掘工作時(shí)，目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)Nset設(shè)定在圖3中由·記號(hào)表示的點(diǎn)上，其值略低于額定轉(zhuǎn)數(shù)(在額定點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù))，以便在100％發(fā)動(dòng)機(jī)輸出和燃料經(jīng)濟(jì)性良好的條件下完成工作。
此外，當(dāng)進(jìn)行輕度挖掘工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出不需要達(dá)到100％，在工作時(shí)加速器表盤可設(shè)定在較低值。所以，由圖4中·記號(hào)表示的每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)值給出目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)，由圖4中·記號(hào)表示的每個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)值給出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。
控制器21把轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps的信號(hào)輸?shù)诫姶疟壤郎p壓閥14，來啟動(dòng)調(diào)節(jié)器12，13，從而油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩可與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出很好地平衡。
另一方面，圖5表示了油泵9，10的每個(gè)調(diào)節(jié)器12，13的特性。在圖5中，泵壓Pp較低時(shí)產(chǎn)生的最大送油量(最大送油流率)QU隨第一和第二管道壓力Pr1，Pr2而增減，后者是根據(jù)操縱桿行程變化而變化。當(dāng)操縱桿行程變化較小時(shí)，啟動(dòng)調(diào)節(jié)器來減少最大送油量QU。
當(dāng)泵壓PP為中等或較高時(shí)，隨著泵壓PP的增加，送油量QL(送油流率)降低。該壓力范圍(相應(yīng)于圖5中的斜特性線)代表了油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩不變區(qū)域(稱為轉(zhuǎn)矩不變曲線或功率不變曲線)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)作用在電磁比例減壓閥14上的轉(zhuǎn)矩控制壓力PS指令信號(hào)改變時(shí)，轉(zhuǎn)矩不變曲線沿箭頭方向移動(dòng)，以改變油泵的吸收轉(zhuǎn)矩(或功率)。
換句話說，可從第一和第二管道壓力Pr1，Pr2來估計(jì)油泵9，10的送油量QU，可從當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩控制壓力PS和當(dāng)前的泵壓PP來估計(jì)位于轉(zhuǎn)矩不變曲線上的送油量QL。所以，可精確地確定油泵9，10工作時(shí)的送油量Q，并根據(jù)送油量Q精確地確定輸出轉(zhuǎn)矩。
以下說明控制器21中的運(yùn)算區(qū)50～56的執(zhí)行順序。
首先，根據(jù)圖5調(diào)節(jié)器特性，按上述步驟從第一管道壓力Pr1，泵壓PP和轉(zhuǎn)矩控制壓力PS，估計(jì)第一油泵送油量的運(yùn)算區(qū)50估計(jì)出第一油泵9的送油量Q1。除了接受第二管道壓力Pr2以外，估計(jì)第二油泵送油量的運(yùn)算區(qū)51以相同方式估計(jì)出第二油泵10的送油量Q2。
估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)52采用以下公式，從所估計(jì)的送油量Q1，Q2計(jì)算出油泵9，10的估計(jì)轉(zhuǎn)矩TPTP＝(Q1+Q2)Pp/(2π·Ne·η)(1)這里Q1，Q2是由估計(jì)送油量的運(yùn)算區(qū)50，51估計(jì)出的第一和第二油泵9，10送油量，PP是泵壓，Ne是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)，以及η是油泵效率。
此后，運(yùn)算區(qū)52從下式計(jì)算出與時(shí)間有關(guān)的估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP變化DTPDTP＝(TP(k)-TP(k-1))/(t(k)-t(k-1)) (2)這里t(k)和(k-1)代表控制過程的步驟；(k)是當(dāng)前步驟，(k-1)是上一步驟，t是時(shí)間。
前提運(yùn)算區(qū)53接受估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTp，并計(jì)算出模糊規(guī)則前提(“如…”部分)的擬合系數(shù)。
圖7是表示模糊規(guī)則的一個(gè)表格，在圖7中，由估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP給出的NB，NM，…，PB行和由估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTP給出的NB，NM，…，PB列代表了前提規(guī)則。此外，表格中Wij(i＝1～7，j＝1～7)是后果變量。
這里，NB，NM，NS，ZO，PS，PM和PB分別是負(fù)最大，負(fù)中間，負(fù)最小，零，正最小，正中間和正最大的縮寫，并稱為模糊標(biāo)號(hào)。這些模糊標(biāo)號(hào)的含義如下對(duì)于估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP，NB指轉(zhuǎn)矩很小，PB指轉(zhuǎn)矩很大，等等而對(duì)于估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTP，NB指轉(zhuǎn)矩變化為負(fù)且很大，PB指轉(zhuǎn)矩變化為正且很大，等等。
另外，擬合系數(shù)以定量方式來代表每個(gè)模糊標(biāo)號(hào)與實(shí)際條件的符合程度，從屬函數(shù)用于模糊控制的定量化。
圖8的曲線圖是表示用于估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP的從屬函數(shù)例子。例如，如果前提規(guī)則給出為“如TP是NM”，則由相應(yīng)于圖8中“NM”的從屬函數(shù)(三角形)來確定估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP的從屬函數(shù)值，并把所確定值作為上述前提規(guī)則的擬合系數(shù)。這同樣可用于其他前提規(guī)則。
接著，前提運(yùn)算區(qū)53確定前提規(guī)則擬合系數(shù)的組合值如下假設(shè)對(duì)于估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP的每個(gè)前提規(guī)則擬合系數(shù)為μj，j＝1～7(j＝1，2…，7，分別相應(yīng)于NB，NM，…，PB)，和對(duì)于估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTP的每個(gè)前提規(guī)則擬合系數(shù)為μI，i＝1～7(i＝1，2，…，7，分別相應(yīng)于NB，NM，…，PB)，則可由下式確定μj和μi的組合值μijμij＝μi×μj作為替代方式，可采用與上述(3)不同的以下公式來計(jì)算組合值μij＝min(μi，μj)(3a)另一方面，后果運(yùn)算區(qū)55接受從加法器54輸入的誤差ΔNe(它是相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)Nset的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)誤差)和從前提運(yùn)算區(qū)53輸入的組合值μij，并按下式計(jì)算模糊規(guī)則后果的變量Wij值Wij(k)＝Wij(k-1)-γ·Δt·ΔNe·μij(4)這里γ是“學(xué)習(xí)”放大系數(shù)，Δt是控制周期時(shí)間，ΔNe是轉(zhuǎn)數(shù)誤差，μij是前提規(guī)則的組合擬合系數(shù)(i＝1，2，…，7，j＝1，2，…，7)。
在采用公式(4)的控制過程中，前提規(guī)則的擬合系數(shù)愈高(前提規(guī)則與實(shí)際條件愈符合)和轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe愈大，則在以上步驟中公式(4)的第二項(xiàng)愈大和后果變量Wij(k-1)的修正量愈大。此外，由于在轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe變零之前第二項(xiàng)是變化的，需進(jìn)行后果變量Wij(k-1)的修正(學(xué)習(xí))。
如何進(jìn)行估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTP的轉(zhuǎn)換，這與特性變化有關(guān)，例如由于操縱桿的行程變化，個(gè)別發(fā)動(dòng)機(jī)和油泵的差異，挖土機(jī)的型號(hào)不同等引起的特性變化。但由于設(shè)定了從屬函數(shù)以包括所有轉(zhuǎn)換范圍，可以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)特性變化的油泵控制。換句話說，用最適應(yīng)特性變化的前提規(guī)則來作運(yùn)算操作，并修正(學(xué)習(xí))與相關(guān)前提規(guī)則相應(yīng)的后果變量Wij，因而可使轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe為零。
根據(jù)后果變量Wij(k)和前提擬合系數(shù)的組合值μij，控制輸出轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)56按下式來計(jì)算油泵的控制輸出轉(zhuǎn)矩TrTr＝∑(μij×Wij(k))/∑μij(5)公式(5)是計(jì)算所謂加權(quán)平均的公式，并代表了在模糊控制中確定輸出值的一般方法。
如果改變加速器表盤的設(shè)定值，目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)Nset也改變。所以，在這第一實(shí)施例中，對(duì)加速器表盤的每個(gè)設(shè)定值準(zhǔn)備了后果變量Wij。這使得對(duì)加速器表盤的每個(gè)設(shè)定值可進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?br> 在上述的控制系統(tǒng)中，控制器21估計(jì)了油泵9，10工作中的轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP計(jì)算了控制輸出轉(zhuǎn)矩(油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩設(shè)定值)Tr。根據(jù)與操縱桿19，20行程變化有關(guān)的第一和第二管道壓力Pr1，Pr2檢測(cè)值以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)Ne和油泵壓力PP的檢測(cè)值，計(jì)算出估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP。因此，可精確地估計(jì)油泵9，10工作中的轉(zhuǎn)矩；從而甚至可在操縱桿19，20剛開始和剛結(jié)束動(dòng)作時(shí)，或甚至可在操縱桿19，20稍有動(dòng)作時(shí)，采取與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出平衡良好的方式來控制吸收轉(zhuǎn)矩。
此外，根據(jù)前提規(guī)則組合擬合系數(shù)值μij(它是相對(duì)于估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTP的各個(gè)范圍得出的)與誤差ΔNe(相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)Nset的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)Ne的誤差)的乘積，以學(xué)習(xí)方式計(jì)算出油泵9，10的控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr。所以。盡管油泵9，10的輸出狀態(tài)隨著油壓挖土機(jī)1的不同型號(hào)，個(gè)別差異而改變，或盡管發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的動(dòng)力特性隨著工作環(huán)境變化(如寒冷地區(qū)或溫暖地區(qū))和發(fā)動(dòng)機(jī)特性變化(由于采用不同發(fā)動(dòng)機(jī)燃料品牌而引起)而改變，控制系統(tǒng)可在重復(fù)學(xué)習(xí)的同時(shí)，根據(jù)油泵9，10的輸出狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe，計(jì)算出油泵9，10的控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr。因此，可在適應(yīng)使用中的油壓挖土機(jī)，即個(gè)別油壓挖土機(jī)的方式下，進(jìn)行油泵9，10的控制。
另外，因?yàn)榭刂破?1包括上述學(xué)習(xí)過程，由此取得的好處是不再需要對(duì)每種挖土機(jī)型號(hào)作控制系統(tǒng)的調(diào)整或控制程序的修改。
現(xiàn)參照?qǐng)D9的框圖來說明第二實(shí)施例中控制器的控制順序如下。這個(gè)第二實(shí)施例與上述第一實(shí)施例的區(qū)別是在于前提運(yùn)算區(qū)的輸入值不同。
更準(zhǔn)確地說，在第二實(shí)施例中前提運(yùn)算區(qū)59接受了相對(duì)于油泵9，10目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tt的實(shí)際轉(zhuǎn)矩TP誤差ΔTP，估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTP以及油泵9，10的許用轉(zhuǎn)矩TPm。把目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tt和由估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)52算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩TP輸入加法器58，由加法器58計(jì)算出轉(zhuǎn)矩誤差ΔTP。許用轉(zhuǎn)矩TPm是指轉(zhuǎn)矩的上限值，超過它時(shí)油泵9，10就不能吸收。
由于接受了三個(gè)輸入值，即轉(zhuǎn)矩誤差ΔTP，估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化DTP和許用轉(zhuǎn)矩TPm，前提運(yùn)算區(qū)59計(jì)算出前提規(guī)則的三個(gè)擬合系數(shù)值并組合這三個(gè)值?？砂瓷鲜龅谝粚?shí)施例相似的方式計(jì)算出一個(gè)組合值μijk。把所得的組合值μijk輸?shù)胶蠊\(yùn)算區(qū)55和控制輸出轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)56，其中，把組合值μijk用到上述公式(4)和(5)中，以確定油泵9，10的控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr。
在上述過程中，對(duì)于如圖4發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性的每個(gè)加速器表盤設(shè)定值，準(zhǔn)備了目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tt和發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)Nset，并存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存(圖中未示)。由于按此方式修改了系統(tǒng)，在第二實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)加速器表盤設(shè)定值不需再單個(gè)地設(shè)定后果變量Wii，并可縮減所需的內(nèi)存容量。
此外，在第二實(shí)施例中，不僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)誤差，也依靠相對(duì)于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩誤差來執(zhí)行控制的運(yùn)算操作，因而可在適應(yīng)上述兩種誤差同時(shí)變化(變化原因與工作條件，油壓挖土機(jī)的個(gè)別差異和工作環(huán)境有關(guān))的方式下，進(jìn)行油泵的控制。
應(yīng)注意，在第二實(shí)施例中，對(duì)于與第一實(shí)施例通用(相同)的部件采用了同一參考號(hào)，并不再作說明。
應(yīng)明白的是本發(fā)明絕不限于上述第一和第二實(shí)施例，例如，作為一種修改方式，可從操縱桿的行程變化來計(jì)算油泵送油量。此時(shí)，需提供檢測(cè)每個(gè)操縱桿行程變化的行程變化檢測(cè)裝置，并把行程變化檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)輸入控制器的每個(gè)送油量運(yùn)算區(qū)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于可變送油量油泵的油泵控制系統(tǒng)，油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并按照操縱裝置的行程變化向油壓傳動(dòng)裝置供應(yīng)壓力油，在油泵控制系統(tǒng)中，把檢測(cè)上述發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)檢測(cè)裝置和檢測(cè)上述油泵輸出狀態(tài)的輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置連接到控制器上，以便控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，上述控制器從輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果估計(jì)出上述油泵的轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)所估計(jì)的轉(zhuǎn)矩來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，因而使預(yù)設(shè)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)與上述發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)之間的誤差為零。
2.權(quán)利要求1的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個(gè)估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)，它從上述輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果來估計(jì)上述油泵工作中的送油量，并根據(jù)所估計(jì)的送油量來計(jì)算上述油泵的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩的變化。
3.權(quán)利要求2的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述輸出狀態(tài)檢測(cè)裝置包括檢測(cè)上述油泵送油壓力的送油壓力檢測(cè)裝置，檢測(cè)操作設(shè)備行程變化的行程變化檢測(cè)裝置，或檢測(cè)與上述操作設(shè)備的行程變化有關(guān)的管道壓力變化的管道壓力檢測(cè)裝置。
4.權(quán)利要求2或3的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個(gè)擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由上述估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)同時(shí)算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化，確定出第一預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)和第二預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)，然后計(jì)算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器根據(jù)上述擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
5.權(quán)利要求2或3的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個(gè)擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)同時(shí)算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化，計(jì)算出相對(duì)于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的估計(jì)轉(zhuǎn)矩誤差，并確定出第一預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，第二預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)以及第三預(yù)設(shè)數(shù)值范圍的油泵許用轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，然后計(jì)算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器根據(jù)由上述擬合系數(shù)運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
6.權(quán)利要求4的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個(gè)模糊規(guī)則前提運(yùn)算區(qū)，它把均由估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化應(yīng)用于模糊控制的上述每個(gè)前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計(jì)算前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計(jì)算出每個(gè)前提規(guī)則的組合擬合系數(shù)值，同時(shí)上述控制器包括一個(gè)模糊規(guī)則后果運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由上述模糊規(guī)則前提運(yùn)算區(qū)算出的每個(gè)組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計(jì)算后果變量，依據(jù)分別由上述前提和后果運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，上述控制器可計(jì)算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
7.權(quán)利要求5的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個(gè)模糊規(guī)則前提運(yùn)算區(qū)，它把相對(duì)于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的由上述估計(jì)轉(zhuǎn)矩運(yùn)算區(qū)算出的估計(jì)轉(zhuǎn)矩誤差，估計(jì)轉(zhuǎn)矩變化和油泵許用轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用于模糊控制的每個(gè)前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計(jì)算上述前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計(jì)算每個(gè)前提規(guī)則擬合系數(shù)的組合值，同時(shí)上述控制器包括一個(gè)模糊規(guī)則后果運(yùn)算區(qū)，它根據(jù)由上述模糊規(guī)則前提運(yùn)算區(qū)算出的每個(gè)組合擬合系數(shù)值和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計(jì)算后果變量，依據(jù)分別由上述前提和后果運(yùn)算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，上述控制器計(jì)算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
一種油泵控制系統(tǒng),它可在良好的平衡方式下控制相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的油泵吸收轉(zhuǎn)矩,并可減小實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)離發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的偏差。從油泵壓力(P
文檔編號(hào)E02F9/22GK1186915SQ97123289
公開日1998年7月8日 申請(qǐng)日期1997年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者小西英雄, 鮫島誠(chéng) 申請(qǐng)人:新履帶三菱株式會(huì)社