一种液压提升机运行速度平稳控制方法及控制系统与流程
本发明涉及一种起重机输出功率的控制方法及控制系统，特别涉及一种液压提升机运行速度平稳控制方法及控制系统。
背景技术：
在常规功率级别的起重机使用领域中，大多采用交流电机作为动力执行机构。然而在45t及以上级别大功率起重机使用领域中，采用液压马达驱动形成的液压提升机是一种性价比较高的选择。由于液压提升机系统庞大、使用工况多变，其控制系统具有迟滞、非线性、时变、大惯量的特性，目前没有比较完善的速度自动控制方法，大多根据操作人员经验进行手动控制，对操作人员的操作技巧要求很高，而且安全性和可靠性不能得到根本保障。为了适应更多的使用工况，需要液压提升机控制系统对液压提升机的控制能够实现控制响应迅速、速度控制精准、机构动作平稳、减少动载荷等高技术指标。
技术实现要素：
本发明实施例的目的是提供一种液压提升机运行速度平稳控制方法及控制系统，解决现有控制过程不能针对采用液压马达驱动的大功率级起重机，无法实现平稳控制的技术问题。
本发明的液压提升机运行速度平稳控制方法，包括开环控制过程、切换开关过程和闭环控制过程，其中：
开环控制过程，用于在载荷提升或下降过程中完成由初始速度向第一速度高速变化过程中的第一次速度整定，并在载荷的提升或下降工况稳定前维持第一速度；
闭环控制过程，用于在载荷提升或下降过程中完成由第一速度向第二速度低速变化过程中的第二次速度整定，并根据载荷特性的反馈在载荷的提升或下降工况中维持第二速度；
切换开关过程，用于在载荷提升或下降过程中根据载荷的速度变化反馈，控制切换开环控制过程和闭环控制过程的切换和次数。
所述开环控制过程包括：
设置与初始速度对应的第一档位，设置与第二速度对应的第二档位；
根据用户需求和液压提升机控制系统的物理特性设置第一档位与第二档位的切换缓冲时长；
根据第一档位至第二档位的切换缓冲时长设置开环调节速度步长为：
在高速变化过程中，当根据速度反馈检测到卷扬机钢缆的速度达到第一速度时，向液压传动系统输出保持第一速度的控制数据，使第一速度保持稳定缓冲时长。
所述闭环控制过程包括：
在第一速度向第二速度变化的过程中，以检测到卷扬机钢缆的速度为反馈数据，形成pid控制算法的闭环控制或固定步长逼近算法的闭环控制，向液压传动系统输出对应的控制数据；
确定闭环控制过程的反馈次数，将卷扬机钢缆的最终速度保持在第二速度的可接受误差范围内。
还包括：
建立速度规划数据，用于根据吊装负载质量和吊装负载类型，形成吊装负载上升和下放过程中对应的目标速度数值范围。
还包括：
建立液压传动系统的执行部件与控制器输出控制数据的映射关系，用于将预先测定的液压传动系统不同执行机构的流量特性，以及不同负载系统的流量特性形成不同负载工况和不同运行速度的控制器参数。
所述第一速度最多为第二速度的95％，所述第二速度的可接受误差为偏离度小于第二速度5％。
用于液压提升机运行速度平稳控制方法的液压提升机控制系统，包括位移传感器、差分运算电路和控制器，其中：
位移传感器，用于采集卷扬机钢缆的伸缩位移信号；
差分运算电路，用于将伸缩位置信号转换为差分共模或差模的速度反馈信号；
控制器，用于接收反馈信号和目标参数数据，根据内置的工况处理过程输出液压传动系统的控制数据。
还包括液压传动系统，液压传动系统包括双向比例阀、传动备压元件和液压马达，其中：
双向比例阀采用电液双向比例阀，用于接收控制数据调节动力油源主要输出油路的流体输出功率；
传动备压元件采用液压平衡阀，用于维持输出油路中的流体输出功率和流体方向矢量的稳定性；
液压马达，用于接收流体输出功率和流体方向矢量并产生对应的转速和转向，驱动卷扬机钢缆的伸缩。
还包括制动器，用于接入动力油源次要输出油路，根据预置触发条件转换为制动力制动液压马达。
本发明的液压提升机运行速度平稳控制方法及控制系统达到了技术指标要求，能够满足不同负载工况起降速度稳定控制，有效减少了液压压力冲击和系统动载荷，保障了负载运行的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明用于部署液压提升机运行速度平稳控制方法的液压提升机控制系统的基本组成架构图。
图2为本发明液压提升机运行速度平稳控制方法的控制结构示意图。
图3为本发明液压提升机运行速度平稳控制方法的速度变化过程示意图。
图4为本发明液压提升机运行速度平稳控制方法的控制效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例的液压提升机控制系统包括位移传感器、差分运算电路和控制器。其中：
位移传感器，用于采集卷扬机钢缆的伸缩位移信号；
差分运算电路，用于将伸缩位置信号转换为差分共模或差模的速度反馈信号；
控制器，用于接收反馈信号和目标参数数据，根据内置的工况处理过程输出液压传动系统的控制数据。
液压传动系统包括双向比例阀、传动备压元件和液压马达。其中：
双向比例阀采用电液双向比例阀，用于接收控制数据调节动力油源主要输出油路的流体输出功率；
传动备压元件采用液压平衡阀，用于维持输出油路中的流体输出功率和流体方向矢量的稳定性；
液压马达，用于接收流体输出功率和流体方向矢量并产生对应的转速和转向，驱动卷扬机钢缆的伸缩。
还包括制动器，用于接入动力油源次要输出油路，根据预置触发条件转换为制动力制动液压马达。
如图2所示，本发明一实施例的控制器采用dsp处理器，其中部署的工况处理过程包括开环控制过程、切换开关过程和闭环控制过程，其中：
开环控制过程，用于在载荷提升或下降过程中完成由初始速度向第一速度高速变化过程中的第一次速度整定，并在载荷的提升或下降工况稳定前维持第一速度；
闭环控制过程，用于在载荷提升或下降过程中完成由第一速度向第二速度低速变化过程中的第二次速度整定，并根据载荷特性的反馈在载荷的提升或下降工况中维持第二速度；
切换开关过程，用于在载荷提升或下降过程中根据载荷的速度变化反馈，控制切换开环控制过程和闭环控制过程的切换和次数。
在本发明一实施例中，开环控制过程包括：
设置与初始速度对应的第一档位，设置与第二速度对应的第二档位；
根据用户需求和液压提升机控制系统的物理特性设置第一档位与第二档位的切换缓冲时长；
根据第一档位至第二档位的切换缓冲时长设置开环调节速度步长为：
在高速变化过程中，当根据速度反馈检测到卷扬机钢缆的速度达到第一速度时，向液压传动系统输出保持第一速度的控制数据，使第一速度保持稳定缓冲时长。
本发明实施例中的开环控制过程，根据相邻档位的速度差异和液压提升机控制系统的物理特性确定切换缓冲时长是为了保证用户需求和载荷特点的可靠完成。通过开环调节速度步长形成对应的液压提升机控制系统的控制数据，控制各阀体完成相应的功率，保证卷扬机钢缆的高速度动作过程。并在达到预定速率(第一速度)时控制卷扬机钢缆保持预定速率动作，以满足液压提升机控制系统各阀体的响应时间和液压、机械传动时间等，待输出速度稳定后完成第一次速度整定。采用本开环控制过程在保证卷扬机钢缆增速较高的状态下，通过两次缓冲时长的协调消除了液压提升机控制系统中非线性系统特征对速度变化的不良影响。
在本发明一实施例中，闭环控制过程包括：
在第一速度向第二速度变化的过程中，以检测到卷扬机钢缆的速度为反馈数据，形成pid控制算法的闭环控制或固定步长逼近算法的闭环控制，向液压传动系统输出对应的控制数据；
确定闭环控制过程的反馈次数，将卷扬机钢缆的最终速度保持在第二速度的可接受误差范围内。
本发明实施例中的闭环控制过程，将完整速度控制过程中的作为中间速度的第一速度与最为目标速度的第二速度形成的速度区间尽量缩小，可以使得区间内可以进行较低增速的正反馈闭环控制，既保证以较少反馈次数对目标速度的快速实现又满足较小的速度冲击。同时根据执行元件的特性以及液压传动系统的整体物理特性选择不同的闭环反馈算法，克服了系统死区、滞环和大流量自激震荡等非线性特性对目标速度稳定的影响。
在本发明一实施例中，闭环控制过程，针对液压传动系统中的自激震荡特性敏感度高的阀或执行元件采用pid控制算法的闭环控制过程进行调节，对于自激震荡特性敏感度低的阀或执行元件采用固定步长逼近算法的闭环控制过程进行调节。
在本发明一实施例中，针对液压传动系统中各执行元件的控制周期采用同一时长。
在本发明一实施例中，还包括：
建立速度规划数据，用于根据吊装负载质量和吊装负载类型，形成吊装负载上升和下放过程中对应的目标速度数值范围。优选采用与速度规划数据形成对应映射的数据曲线图形，使选定数据可以直观显示。
在本发明一实施例中，还包括：
建立液压传动系统的执行部件与控制器输出控制数据的映射关系，用于将预先测定的液压传动系统不同执行机构的流量特性，以及不同负载系统的流量特性形成不同负载工况和不同运行速度的控制器参数pij(i＝1,2,...,j＝i,ii,...)。pij为参数矢量，根据控制过程形式而定，如pid控制器即为三个参量。映射关系中负载和速度范围均设定到额定值的110％为止。如表1所示：
表1
其中load为吊装负载占额定载荷百分比，speed为运行速度档位，p为控制器参数。
本发明实施例的控制方法中预先建立速度规划数据和建立液压传动系统的执行部件与控制器输出控制数据的映射关系，可以将从大量实测数据中掌握的规律数据和经验数据作为您构成控制数据的基准，避免了控制器完成液压提升机运行速度平稳控制过程时受控制器特性、液压提升机控制系统、液压传动系统和载荷执行机构的差异影响，控制结构出现较大偏差。
以下为一个具体的液压提升机运行速度平稳控制方法的具体控制过程。
1、根据液压传动系统的执行部件与控制器输出控制数据的映射关系，从表1中选取对应系统的比例阀流量特性输出曲线及系统流量-电压输出曲线的pij矢量参数作为控制过程中控制数据的形成基础。
2、根据速度规划数据(如图3所示，其中左侧为增速调节过程，右侧为减速调节过程)，确定控制器速度平稳控制过程的系统参数，包括第一档位的初始速度v0、开环控制过程达到的第一速度v1、做为目标速度的第二速度v2、切换缓冲时长a、稳定缓冲时长b、闭环反馈次数t、闭环控制周期t等。
3、选取设置闭环控制器负载适配参数表(从表1中)，包括pid参数表或确定固定调节步长表。
4、如图3所示，首先完成开环控制过程(即第一次速度整定)，从当前一个档位速度(初始速度v0)向下一个档位速度(第二速度v2)切换过程时首先采用开环斜坡过渡缓冲算法，切换缓冲时长a根据客户需求和系统特性设置，即速度开环调节步长为
5、然后完成闭环控制过程(即第二次速度整定)，在输出速度稳定第一速度v1的范围内，根据设置的稳定缓冲时长b、闭环反馈次数t、闭环控制周期t利用pid控制算法实现或固定步长逼近算法实现闭环控制，使目标速度稳定在第二速度v2的可接受误差范围内(通常为第二速度v2的95％-100％)。
如图4所示，采用本发明实施例的提升机运行速度平稳控制方法可以在载荷提升和下降过程中高速调整传动速度尽快完成主要运动过程，低速调整传动速度保证运动过程准确到位，在这个过程中避免了系统特性带来的控制误差，避免了速度变化形成的冲击，可以良好地完成载荷的转移。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
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