控制液压致动器的方法与流程

本发明涉及一种用于通过具有阀元件的阀来控制系统的液压致动器的方法，其中，阀元件的位置确定供应给液压致动器的压力。

背景技术：

在下文中，将起重机用作其中液压致动器应该被控制的系统的示例。然而，本发明不限于起重机。

液压致动器用于抵抗力来移动某些物体，例如用于提升载荷。在致动器能够移动之前，供应给致动器的压力必须足以克服该力。当例如通过由操纵杆致动的阀来控制致动器时，在致动器能够移动之前，操纵杆必须被移动超过一定程度。这给人一种死区的感觉，并且死区是可变的，因为死区取决于在与致动器的致动方向相反的方向上作用在致动器上的力。

尤其在高惯量功能方面出现了问题，诸如但不限于通过通常被称为“致动器”的液压马达或液压作动筒操作的起重机臂。在不牺牲能量消耗或可控性的情况下，实现平稳的回转通常是一个挑战。当启动回转移动时，液压致动器必须克服静摩擦力以及惯量加速度。对总惯量的贡献是起重机惯量与载荷惯量之和。克服静摩擦力会导致压力过冲(overshoot)。如果使用流量控制的阀部分，则该压力过冲会导致振荡移动。

为了减小静摩擦力和初始载荷加速度的影响，可以通过在致动器的流量控制输入中增加背压来减少这种振荡。然而，该方法会增加执行作业所需的功率。

为了改善对振荡的控制，可以使用压力控制阀。这样的阀控制固定的压力，并且因此会控制作用于致动器的固定的力，从而为振动提供阻尼作用。然而，该方法对致动器上的外部载荷条件很敏感，因为它会产生取决于载荷的死区和取决于载荷的流量(并且因此取决于致动器速度)。

技术实现要素：

本发明的目的是在液压致动器的控制中使可变的死区最小化。

该目的通过开头所述的方法得以解决，其中，根据液压致动器外部的至少一个参数来预调整阀元件的起始位置。

因此，操作员在操作阀时立即经历致动器的移动。阀元件的相应预调整受致动器外部系统的条件影响。这不必排除如下情况：直接取决于致动器本身的参数用于控制阀的阀元件。然而，无论如何都使用在液压致动器外部的至少一个参数。“在液压致动器外部”是指该参数既不是在致动器内部检测的(例如压力)，也不直接由致动器控制。

在本发明的实施例中，阀是滑阀，并且阀元件是阀芯，其中，阀芯在滑阀中移动。阀元件移动到“起始位置”，其中，起始位置取决于液压致动器外部的条件。

在本发明的实施例中，阀元件被电动驱动或液压驱动。换句话说，在输入装置(例如操纵杆)与阀芯或阀元件之间没有直接的机械连接。这有利于阀元件的预调整。

在本发明的实施例中，至少一个参数是取决于载荷的参数。所讨论的液压致动器外部的系统中的载荷影响例如必须由致动器克服的初始摩擦力。因此，即使不能精确地确定该摩擦力，也可以将阀元件预调整到起始位置，在该起始位置例如可以克服该静摩擦力。

在本发明的实施例中，所述参数是系统中另一液压致动器中的压力。例如，当所讨论的致动器用于执行起重机的回转运动时，致动起重机的主吊杆的致动器中的压力可以用作进一步的参数。

在本发明的实施例中，至少通过查找表获得起始位置，其中，查找表示出参数与起始位置之间的关系。查找表可以预先产生。根据需要，查找表可以具有两个维度或更多个维度。

在本发明的实施例中，阀元件由输入装置控制，其中，输入装置的分辨力被按比例缩放为阀元件的起始位置和终止位置之间的距离。例如，当阀元件已移动到其最大冲程的42％的位置以产生起始压力时，阀元件的其余58％的冲程被映射为输入装置的最大冲程。这允许即使在更高的载荷下也更精确地控制致动器。

在本发明的实施例中，至少一个参数是取决于系统的几何结构的参数。在这种情况下，不仅可以考虑载荷的重量，还可以考虑系统的几何结构。例如，当参数是致动起重机的主吊杆的致动器中的压力时，该致动器的位置会给出关于起重机的几何结构的附加信息，该附加信息影响开始回转运动时的静摩擦力。

在实施例中，对系统中至少一个其他致动器的位置进行测量。在本文中，术语“位置”在这个背景下是指已经通过致动器的操作而改变的位置。例如，当致动器是液压作动筒时，该位置是作动筒杆的延伸量。当致动器是旋转致动器时，该位置是例如旋转角度。

在本发明的实施例中，所述系统包括起重机，并且致动器是起重机的回转马达。在这种情况下，该方法可以使用于使起重机的吊杆回转的死区最小化。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明的实施例，其中：

图1示出作为系统示例的起重机，

图2示意性地示出获得修改后的设定点的方式，

图3示意性地示出用于确定阀元件的起始位置的曲线图，并且

图4示意性地示出方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出起重机1，该起重机1作为用于其中致动器2待被控制的系统的示例。

起重机1包括回转马达，即液压致动器2。液压致动器2以回转运动的方式驱动立柱3、主吊杆4和臂5。主吊杆4可以通过作为另一液压致动器的主吊杆作动筒6相对于立柱3移动。臂5可以通过臂作动筒7相对于主吊杆4移动，并且臂5包括延伸部8，该延伸部可以通过延伸作动筒9移动。载荷10待由起重机1提升。

在起重机1的操作期间，立柱3执行回转运动。为此，致动器2必须被操作，即，具有足够大压力的液压流体必须被供应给致动器2。该液压流体的压力由阀(未示出)控制，该阀在大多数情况下是滑阀，它具有可以在两个终止位置之间移动的阀芯。在第一终止位置，供应给致动器2的压力为最小或者为零。在第二终止位置，供应给致动器2的压力为最大压力。

当致动器2被操作以启动回转移动时，致动器2必须克服静摩擦力以及惯量的加速度。惯量尤其取决于载荷10的质量。此外，它取决于几何结构。例如，当延伸部8进一步延伸时，惯量更大。对总惯量的贡献是起重机惯量与载荷惯量之和。克服静摩擦力会导致压力过冲。如果使用流量控制的阀部分，则该压力过冲可能导致振荡移动。

为了避免这种振荡运动或者使这种振荡运动最小化，可以使用背压。该背压被添加到流量控制的输入中，以减小静摩擦力和初始载荷加速度的影响。然而，这种方式增加了操作致动器2所需的功率。

使振荡最小化或者避免振荡的另一种方式是使用压力控制阀。当它控制固定压力时，它将因此控制作用到致动器的固定力，从而为振荡提供阻尼作用。然而，该方法对致动器2上的外部载荷条件很敏感，因为它会产生取决于载荷的死区和取决于载荷的流量，因此液压致动器2必须达到的致动器速度很大，输入装置必须在操作员看到致动器2的移动之前被移动到一定程度。这种“死区”是不期望的。死区是可变的，因为它取决于系统中变化的载荷条件。

为了避免这种死区或者使这种死区最小化，该阀是压力控制阀，其中，该阀的输出处的压力由阀元件在阀内的位置来控制。这样，可以补偿可变的死区。阀元件的位置已经预调整。换句话说，阀元件的起始位置被控制。该预调整是根据液压致动器外部的至少一个参数进行的，即，通过既不是由致动器2直接控制或影响也不能在致动器2内部被检测到的参数进行的。

阀元件的位置优选地由辅助驱动器控制，即，阀元件被电动驱动或液压驱动。用于移动阀元件的命令由输入装置给出。操作员使用输入装置来向辅助驱动器(即，向阀元件的电动驱动器或液压驱动器)请求某个设定点。这在图2中被示意性地示出。将操作员设定点供应给微控制器单元(mcu)。mcu执行下述算法：在所述算法中，初始起始压力请求以及作用在致动器2外部的外部载荷压力用于补偿可变的死区或可变的死区感觉。可以使用下述函数来表示修改后的设定点：

scmd＝sstart+f(pstart+pload)

在该函数中，

scmd是修改后的设定点。

sstart是在阀元件的中立位置外的第一输入命令处的起始位置阈值。

pstart是起始压力请求。

pload是载荷压力输入。

载荷压力输入是参数的示例。还可以使用其他参数。例如，可以使用主吊杆作动筒6中的压力传感器间接地计算致动器2的修改后的设定点scmd。

此外，有可能另外使用取决于系统的几何结构的参数。例如，底盘上的倾斜传感器可以用于获得有关起重机的倾斜度的信息。此外，主吊杆作动筒6中的位置传感器可以用于获得关于载荷10距立柱3的径向距离的信息。

这再次在图4中被示出。系统通过p传感器在主吊杆作动筒6中传递包括压力在内的系统反馈，并通过上述倾斜传感器或倾斜计来提供关于倾斜度的信息。

基于系统反馈，确定所需的起始压力。图中示出两条曲线，该曲线示出在主吊杆作动筒压力上致动致动器2所需的压力。上面的曲线图仅示出压力的函数。下面的曲线图示出其中还考虑了起重机的倾斜度的情况。

在知道所需的起始压力而且知道阀门的特性(例如压力与阀芯冲程的关系)的情况下，一旦给出操作员输入，就可以通过将阀芯置于正确位置来补偿可变的死区感觉。

上述信息将被转换为阀芯位置命令。例如，如果计算出所需的起始压力为60bar，则使用阀元件所需位置(例如阀芯位置)的查找表。这示出在下一栏中(“确定所需的阀芯冲程”)。具有60bar的所需起始压力将导致阀芯(或其他阀元件)的位置处于全冲程的42％。

从0-100％的操纵杆分辨力被按比例缩放为阀芯42-100％，使得在操纵杆中不会感觉到死区，但是使得操纵杆移动的分辨力尽可能地高。