所属技术领域
本发明涉及一种液压挖掘机节能控制系统，适用于机械领域。
背景技术：
中国挖掘机市场近10年来平均以30%的速度递增，尤其是近几年，中国已经成为全球最大的挖掘机市场，不仅市场销量最大，而且产量也最大，是世界挖掘机行业的制造中心。但是由于挖掘机工作状况复杂，作业时间长，作业负荷变化大，平均外载荷只有最大外载荷的50%~60%，能量利用率只有30%左右。当液压泵不能完全吸收发动机输出功率或者液压元件出现液压油泄漏等现象时，会发生功率损失;当液压系统节流调节时会发生节流功率损失;回转机构或者铲斗等机械装置工作时会引起机械传动功率损失。因此节能控制技术成为挖掘机研究的热点。
技术实现要素：
本发明提出了一种液压挖掘机节能控制系统，该控制系统具备发动机电子油门控制、发动机-泵功率匹配控制等控制功能。经过装车试验证明：控制系统能够很好地适应负载的变化，使得变量泵的吸收功率与发动机的输出功率实时匹配，保证发动机转速在设定转速范围内工作。同时，挖掘机空载时发动机转速控制误差较小，响应速度快。挖掘机燃油消耗低，效率高。
本发明所采用的技术方案是。
所述控制系统主要硬件包括jrcc300控制器、显示器、直线电机、扭矩阀(集成在变量泵上)、继电器、油门旋钮、转速传感器(集成在发动机上)，24v直流电源等。显示器主要用来设置挖掘机作业的动力模式，还带有状态监测、故障报警等辅助功能，通过can总线与控制器进行连接。当挖掘机空载时，控制器控制直线电机使得发动机转速跟随油门旋钮设定空载转速的变化而变化。当挖掘机负载变化时，发动机转速发生变化，控制器通过输出pwm信号实时调整扭矩阀的开度，调整变量泵的排量，使得发动机转速稳定。
所述软件采用模块化编程，参数初始化模块主要实现ezprom中参数的读取、参数掉电存储功能。can通信模块主要用来实现控制器和显示器之间的数据通信，包括控制器向显示器发送整车状态信息的can发送模块和显示器向控制器发送包括改变动力模式命令等在内的can接收模块。当控制器接收到显示器发送动力模式改变的命令时，则对当前模式进行改变。油门控制模块主要实现根据油门旋钮设定的空载转速来控制发动机转速的功能。功率匹配模块用来实现发动机-泵功率匹配控制功能。
所述油门控制模块首先根据动力模式和油门旋钮的挡位位置，确定当前挡位的空载设定转速。其次根据发动机空载设定转速与油门拉杆位移(实际上也就是直线电机的反馈位移)的对应关系，确定空载设定转速与对应的直线电机目标位移值。控制器根据当前的直线电机实际位移值与目标位移值的差值，利用pid控制算法驱动直线电机转动，进而控制发动机转速。
本发明的有益效果是：该控制系统具备发动机电子油门控制、发动机-泵功率匹配控制等控制功能。经过装车试验证明:控制系统能够很好地适应负载的变化，使得变量泵的吸收功率与发动机的输出功率实时匹配，保证发动机转速在设定转速范围内工作。同时，挖掘机空载时发动机转速控制误差较小，响应速度快。挖掘机燃油消耗低，效率高。
附图说明
图1是本发明的系统硬件原理图。
图2是本发明的控制软件主程序流程图。
图3是本发明的油门控制模块软件流程图。
图4是本发明的功率匹配模块软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，控制系统主要硬件包括jrcc300控制器、显示器、直线电机、扭矩阀(集成在变量泵上)、继电器、油门旋钮、转速传感器(集成在发动机上),24v直流电源等。显示器主要用来设置挖掘机作业的动力模式，还带有状态监测、故障报警等辅助功能，通过can总线与控制器进行连接。当挖掘机空载时，控制器控制直线电机使得发动机转速跟随油门旋钮设定空载转速的变化而变化。当挖掘机负载变化时，发动机转速发生变化，控制器通过输出pwm信号实时调整扭矩阀的开度，调整变量泵的排量，使得发动机转速稳定。
如图2，控制器软件是基于codesys(controlleddevelopmentsystem)软件编程的。codesys是可编程逻辑控制器plc的完整开发环境它支持iec61131标准所描述的所有语言编程，包括:指令表、结构文本、顺序功能流程图、功能模块图、梯形图等，编程简便。
软件采用模块化编程，参数初始化模块主要实现ezprom中参数的读取、参数掉电存储功能。can通信模块主要用来实现控制器和显示器之间的数据通信，包括控制器向显示器发送整车状态信息的can发送模块和显示器向控制器发送包括改变动力模式命令等在内的can接收模块。当控制器接收到显示器发送动力模式改变的命令时，则对当前模式进行改变。油门控制模块主要实现根据油门旋钮设定的空载转速来控制发动机转速的功能。功率匹配模块用来实现发动机-泵功率匹配控制功能。
如图3，油门控制模块首先根据动力模式和油门旋钮的挡位位置，确定当前挡位的空载设定转速。其次根据发动机空载设定转速与油门拉杆位移(实际上也就是直线电机的反馈位移)的对应关系，确定空载设定转速与对应的直线电机目标位移值。控制器根据当前的直线电机实际位移值与目标位移值的差值，利用pid控制算法驱动直线电机转动，进而控制发动机转速。
x1为怠速转速;x2,x3,x4分别为3种模式对应的空载设定最高转速。油门旋钮位移确定以后，将油门旋钮位移的变化范围和空载设定转速范围进行线性化处理，并以当前油门旋钮位移作为输入，计算对应的空载设定转速set_speed。然后根据油门标定产生的发动机转速与油门拉杆位移的数组关系，以空载设定转速setspeed作为输入，计算对应的油门位移目标值dianji_mubiao_wj。以油门实际位移与目标位移的差值进行pid控制，控制油门位移，进而控制发动机转速。
如图4，由于发动机在负荷加载的过程中存在转速掉速现象，因此在功率匹配控制过程中，需要根据空载设定转速set_speed来确定目标工作转速mubiaospeed。需要说明的是，对于3种动力模式，由于l模式下发动机输出功率较小，因此，扭矩阀目标电流设置为0ma，即不参与功率匹配控制过程。在h模式和s模式下，扭矩阀电流根据液压泵电流与功率的特性关系分别设置对应的电流控制范围。