用于控制液压系统的方法、控制器以及机械与流程

本发明涉及先进制造装备领域，具体地，涉及一种用于控制液压系统的方法、控制器以及机械。

背景技术：

一些工程机械(例如旋挖钻机)在承受突变负载时，其发动机-液压系统功率匹配控制过程分为第一部分瞬态过程和第二部分稳态过程。在第一部分瞬态过程中，发动机转速发生波动，当突变负载接近发动机额定负载的100％(称为功率极限载荷工况)时，通过策略控制变量主泵排量或液压主阀开口，改变液压系统所需流量，进而改变发动机负载突变梯度，防止发动机熄火、冒黑烟，这种过程称为极限载荷控制；而在第二部分稳态过程中，发动机转速稳定，这时控制变量主泵排量或液压主阀开口，改变液压系统所需流量，进而改变发动机负载，让发动机工作在当前转速下的最佳油耗状态，实现稳态功率匹配。

申请公布号为CN101857175A的中国专利申请公开了一种集装箱正面吊运机极限载荷的控制系统及其控制方法，其采用发动机当前速度负载百分比作为反馈量搭建极限载荷控制系统，控制对象为液压系统液压主阀开口。当当前速度负载百分比小于设定值时，加大液压主阀开度；当当前速度负载百分比大于设定值时，减小液压主阀开度，目的是将当前速度负载百分比控制在设定值附近。

申请公布号为CN102021925A的中国专利申请公开了一种挖掘机功率匹配控制系统和方法。申请公布号为CN102505996A的中国专利申请公开了一种电控发动机和变量液压主泵的功率匹配系统及方法。这两篇专利申请采用发动机转速作为反馈量搭建功率匹配控制系统，控制对象为变量主泵排量。当发动机实际转速与空载转速的差值较大时，增加主泵控制电流减小主泵吸收功率；当发动机实际转速与空载转速的差值较小时，则减小主泵控制电流增大主泵吸收功率。

申请公布号为CN105402039A的中国专利申请公开了一种基于扭矩与转速复合控制的旋挖钻机功率匹配方法，其采用发动机转速与扭矩作为反馈量搭建功率匹配控制系统，当发动机实际转速及扭矩与目标差值较大时，增加主泵控制电流减小主泵吸收功率；使发动机不熄火、不冒黑烟。

然而，现有技术存在以下缺点。

第一、在瞬态过程中，发动机的扭矩指标(当前速度负载百分比)无法准确反映发动机的扭矩响应特征，因此根据发动机当前速度负载百分比进行的极限载荷控制，忽视了的扭矩响应问题，必然无法达到理想的控制效果。

图1是机械在承受负载的全过程中发动机扭矩与速度变化曲线。如图1所示，B和C组成的区间为稳定时间(发生在瞬态过程)，在整个C区间时，发动机转速线急速下降，后快速回升，在发动机转速急速下降区域显然发动机的需求负载要远大于输出功率需求，而当前速度负载百分比在此阶段一直维持在100％左右，明显存在速度负载百分比不能准确真实反映需求扭矩与实际处处扭矩之间差值的情况，因此只根据发动机当前速度负载百分比进行的功率匹配控制，必然无法达到理想的控制效果。

第二、在稳态过程中，发动机转速无法准确反映发动机的负载状态，因此根据发动机速度进行的功率匹配控制，忽视了的负载状态，无法真正使发动机工作在负载匹配点附近。

如图1所示，D区间为稳态过程，在整个D区间时，发动机转速与A区间(空载状态)下一致，都维持在一个确定的值左右(1000rpm)，而当前速度负载百分比由A区间的约20％变化为84％左右，明显发动机转速在D区间不能准确真实反映需求发动机的负载大小的情况，因此在稳态过程中只根据发动机的速度进行功率匹配控制，必然无法准确的使发动机工作在负载匹配点附近。

因此，CN101857175A、CN102021925A及CN102505996A只关注了瞬态与稳态过程的两者之一，或者期望在瞬态、稳态过程中采用单一变量作为整个策略的反馈量，忽视了瞬、稳态过程的差异，必然会导致控制效果不佳。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种用于控制液压系统的方法、控制器以及机械，其能够既解决瞬态过程下发动机的熄火问题又实现稳态过程下液压系统与发动机的功率匹配。

为了实现上述目的，本申请的第一方面提供一种用于控制液压系统的方法，该方法包括：获取发动机转速，根据所述发动机转速来确定用于控制所述液压系统的功率的控制模式，其中所述控制模式包括极限载荷控制模式和扭矩匹配控制模式；判断当前控制模式与所确定的控制模式是否一致；如果判断出所述当前控制模式与所确定的控制模式一致，则继续使用所述当前控制模式来控制所述液压系统的功率；如果判断出所述当前控制模式与所确定的控制模式不一致，则从所述当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式。

可选地，在所述极限载荷控制模式中，根据所述发动机转速和设定的发动机转速的目标值生成用于控制所述液压系统的功率的第一控制量，并将所述第一控制量输出到所述液压系统以控制所述液压系统的功率；以及在所述扭矩匹配控制模式中，根据发动机当前速度负载百分比与设定的发动机当前速度负载百分比的目标值生成用于控制所述液压系统的功率的第二控制量，并将所述第二控制量输出到所述液压系统以控制所述液压系统的功率。

可选地，该方法还包括对输出到所述液压系统的控制量添加偏移值。

可选地，所述偏移值是根据所述液压系统的主泵压力、液压主阀先导压力、主泵的压力-流量曲线以及所述发动机的输出功率来确定的。

可选地，所述确定控制模式包括：将所述发动机转速与第一转速阈值进行比较；如果所述发动机转速大于所述第一转速阈值，则确定所述控制模式为所述扭矩匹配控制模式；如果所述发动机转速小于或等于所述第一转速阈值，则将所述发动机转速与第二转速阈值进行比较，其中所述第一转速阈值大于所述第二转速阈值；如果所述发动机转速大于所述第二转速阈值，则确定所述控制模式为所述极限载荷控制模式。

可选地，所述确定控制模式还包括：如果所述发动机转速小于或等于所述第一转速阈值，将所述发动机转速与所述设定的发动机转速的目标值进行比较，其中所述设定的发动机转速的目标值小于所述第一转速阈值且大于所述第二转速阈值；如果所述发动机转速大于所述设定的发动机转速的目标值，且上一个控制周期中使用的是所述扭矩匹配控制模式，则确定所述控制模式为所述极限载荷控制模式，并得到需要进行控制模式切换的结果。

可选地，所述控制模式还包括低转速控制模式，所述确定控制模式还包括：如果所述发动机转速小于或等于所述第二转速阈值，则确定所述控制模式为所述低转速控制模式。

可选地，在确定的控制模式是所述低转速控制模式的情况下，向所述液压系统输出最大控制量。

可选地，所述从所述当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式包括：计算在所述当前控制模式中用于控制所述液压系统的功率的第一控制量；计算在所确定的控制模式中用于控制所述液压系统的功率的第二控制量；

根据以下公式确定在每个控制周期输出到所述液压系统的控制量：

其中，y(i)表示在第i个控制周期输出到所述液压系统的控制量，A表示所述第一控制量，B表示所述第二控制量，t_i表示第i个控制周期的长度，G表示发动机和液压系统能承受的最大输出控制量减少率。

可选地，发动机具有动力模式和PTO调速功能，所述设定的发动机转速的目标值基于所述发动机的PTO档位来设定；以及所述设定的发动机当前速度负载百分比的目标值基于所述发动机的动力模式、所述发动机的PTO档位以及所述发动机的万有特性数据表来设定。

本申请的第二方面提供一种用于控制液压系统的控制器，所述控制器包括：控制模式确定模块，被配置成获取发动机转速并根据所述发动机转速来确定用于控制所述液压系统的功率的控制模式，其中所述控制模式包括极限载荷控制模式和扭矩匹配控制模式；以及控制量输出模块，被配置成：接收所述控制模式确定模块确定的控制模式；判断当前控制模式与所确定的控制模式是否一致；如果判断出所述当前控制模式与所确定的控制模式一致，则继续使用所述当前控制模式来控制所述液压系统的功率；如果判断出所述当前控制模式与所确定的控制模式不一致，则从所述当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式。

可选地，所述控制器还包括：极限载荷控制模块，被配置成获取所述发动机转速并根据所述发动机转速和设定的发动机转速的目标值生成用于控制所述液压系统的功率的第一控制量；扭矩匹配控制模块，被配置成获取发动机当前速度负载百分比并根据所述发动机当前速度负载百分比与设定的发动机当前速度负载百分比的目标值生成用于控制所述液压系统的功率的第二控制量；所述控制量输出模块还被配置成：在所述极限载荷控制模式中输出所述第一控制量到所述液压系统来控制所述液压系统的功率；在所述扭矩匹配控制模式中输出所述第二控制量到所述液压系统来控制所述液压系统的功率；以及在从所述当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式期间根据所述第一控制量和所述第二控制量确定输出到所述液压系统的用于控制所述液压系统的功率的控制量。

可选地，所述控制器还包括偏移设定模块，被配置成：获取所述液压系统的主泵压力和液压主阀先导压力以及所述发动机的输出功率；根据所述液压系统的主泵压力、所述液压主阀先导压力、主泵的压力-流量曲线以及所述发动机的输出功率来确定偏移值；所述控制量输出模块还被配置成将所述第一控制量、所述第二控制量和所述控制量中要被输出到所述液压系统的一者加上所述偏移值之后再输出到所述液压系统。

可选地，所述控制模式确定模块被配置成：将所述发动机转速与第一转速阈值进行比较；如果所述发动机转速大于所述第一转速阈值，则确定所述控制模式为所述扭矩匹配控制模式；如果所述发动机转速小于或等于所述第一转速阈值，则将所述发动机转速与第二转速阈值进行比较，其中所述第一转速阈值大于所述第二转速阈值；以及如果所述发动机转速大于所述第二转速阈值，则确定所述控制模式为所述极限载荷控制模式。

可选地，所述控制模式确定模块还被配置成：如果所述发动机转速小于或等于所述第一转速阈值，将所述发动机转速与所述设定的发动机转速的目标值进行比较，其中所述设定的发动机转速的目标值小于所述第一转速阈值且大于所述第二转速阈值；以及如果所述发动机转速大于所述设定的发动机转速的目标值，且上一个控制周期中使用的是所述扭矩匹配控制模式，则确定所述控制模式为所述极限载荷控制模式，并得到需要进行控制模式切换的结果。

可选地，所述控制模式确定模块还被配置成：如果所述发动机转速小于或等于所述第二转速阈值，则确定所述控制模式为所述低转速控制模式；以及所述控制量输出模块还被配置成接收所述低转速控制模式，向所述液压系统输出最大功率控制值。

可选地，发动机具有动力模式和PTO调速功能，所述极限载荷控制模块还被配置成基于所述发动机的PTO档位来设定所述设定的发动机转速的目标值；以及所述扭矩匹配控制模块还被配置成基于所述发动机的动力模式、所述发动机的PTO档位以及所述发动机的万有特性数据表来设定所述设定的发动机当前速度负载百分比的目标值。

本申请的第三方面提供一种机械，包括上述的用于控制液压系统的控制器。

通过上述技术方案，采用转速、扭矩复合控制方法，既解决了极限载荷状态下发动机的熄火问题，又实现了液压系统与发动机在非极限载荷状态下的功率匹配。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是机械在承受负载的全过程中发动机扭矩与速度变化曲线；

图2示出了掉速率、当前速度负载百分比以及稳定时间之间的关系；

图3是根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的控制器的结构框图；

图4是可以应用根据本申请的实施方式提供的控制器的第一种应用场景的示意图；

图5是在图4中的应用场景中应用的根据本申请的实施方式提供的控制器的控制策略示意图；

图6是可以应用根据本申请的实施方式提供的控制器的第二种应用场景的示意图；

图7是可以应用根据本申请的实施方式提供的控制器的第三种应用场景的示意图；

图8是根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的方法的流程图；

图9是图8中示出的根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的方法中的确定控制模式步骤的流程图；以及

图10是图8中示出的根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的方法中的根据控制模式确定控制量的步骤的流程图。

附图标记说明

10控制器 11控制模式确定模块

12控制量输出模块 13极限载荷控制模块

14扭矩匹配控制模块 15偏移设定模块

20主泵 30液压主阀

41发动机 42ECU

50压力传感器 60液压执行器

70动力模式和PTO档位选择开关

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本申请中提到的术语“掉速率”是指发动机突变负载下的最大转速(或最小转速)与负载突变前的额定转速之差与额定转速之比的百分数。

在本申请中提到的术语“当前速度负载百分比”是指在当前发动机转速下，实际发动机转矩(指示转矩)和最大有效指示转矩的比值。

在本申请中提到的术语“稳定时间”是指从发动机转速突变起至发动机转速重新稳定在所规定转速不稳定度范围内为止的一段时间。

图2示出了掉速率、当前速度负载百分比以及稳定时间之间的关系。

发动机熄火、冒黑烟或者掉速较大本质上都是由于发动机的输出扭矩与负载的需求扭矩不匹配造成发动机不正常工作的现象，一般说来是负载的需求扭矩在一段时间内大于发动机的输出扭矩。通常表现为两种原因：

(1)、发动机的输出扭矩最大增长率与负载需求扭矩增长率不匹配，一般表现为需求扭矩增长率在一段时间内大于输出扭矩最大增长率，导致发动机熄火、冒黑烟或者掉速较大现象。

(2)、液压系统需求扭矩大于发动机能输出的最大扭矩，导致发动机熄火、冒黑烟或者掉速较大现象。

为了防止熄火等现象的发生，同时使发动机长时间工作在经济工作区，需通过实时控制发动机或液压系统参数使发动机在负载变化很大的工况下，不至于熄火、冒黑烟或者掉速较大；在负载相对平稳时，发动机能工作在最佳经济工作区间内。整个的这一过程称为发动机—液压系统的功率匹配。

根据上述描述，实现发动机-液压系统的功率匹配可以有两种方式，一种实时调整发动机的参数，但是如果发动机是带有自动电子调速器的电喷发动机，一般说来是具有PTO调速功能的发动机(即当负载变化时，发动机具有一定的保持发动机转速不随负载变化的能力)，考虑到发动机本身自带调速能力，这种方式不适用。考虑到更宽的应用范围，本申请的实施方式采用另一种方法：通过控制液压系统参数来实时匹配发动机的输出能力，使发动机在负载变化很大的工况下，不至于熄火、冒黑烟或者掉速较大；在负载相对平稳时，发动机能工作在最佳经济工作区间内。

因此，本申请的实施方式可以通过调整液压系统的参数(例如，主泵的控制电流)，使发动机与液压系统的扭矩实时相匹配，来保护发动机在液压系统需求功率变化剧烈时，不至于熄火、冒黑烟或者掉速较大；在液压系统需求功率相对平稳时，发动机能工作在最佳经济工作区间内。

图3是根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的控制器10的结构框图。参考图3，在本申请的实施方式中，提供了一种用于控制液压系统的控制器10，该控制器10可以包括：

控制模式确定模块11，可以被配置成获取发动机转速根据发动机转速来确定用于控制液压系统的功率的控制模式，其中该控制模式可以包括极限载荷控制模式和扭矩匹配控制模式；以及

控制量输出模块12，可以被配置成：

接收控制模式确定模块11确定的控制模式；

判断当前控制模式与所确定的控制模式是否一致；

如果判断出当前控制模式与所确定的控制模式一致，则继续使用当前控制模式来控制液压系统的功率；

如果判断出当前控制模式与所确定的控制模式不一致，则从当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式。

在本申请的进一步实施方式中，控制器10还可以包括：

极限载荷控制模块13，可以被配置成获取发动机转速并根据发动机转速和设定的发动机转速的目标值生成用于控制液压系统的功率的第一控制量；

扭矩匹配控制模块14，可以被配置成获取发动机当前速度负载百分比并根据发动机当前速度负载百分比与设定的发动机当前速度负载百分比的目标值生成用于控制液压系统的功率的第二控制量；

控制量输出模块12还可以被配置成：

在极限载荷控制模式中输出第一控制量到液压系统来控制液压系统的功率；

在扭矩匹配控制模式中输出第二控制量到液压系统来控制液压系统的功率；以及

在从当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式期间根据第一控制量和第二控制量确定输出到液压系统的用于控制液压系统的功率的控制量(即，过渡控制量)。

在本申请实施方式中，极限载荷控制模块13和扭矩匹配控制模块14可以采用传统的PID控制方式，但本领域技术人员可以理解还可以使用其他的反馈控制。

具体来说，控制量输出模块12可以根据以下公式确定在每个控制周期输出到液压系统的控制量：

其中，y(i)表示在第i个控制周期输出到液压系统的控制量，A表示第一控制量，B表示第二控制量，t_i表示第i个控制周期的长度，G表示系统能承受的最大输出控制量减少率。

在本申请的一个实施方式中，控制器10还可以包括偏移设定模块15，被配置成：

获取液压系统的主泵压力和液压主阀先导压力以及发动机41的输出功率；

根据液压系统的主泵压力、液压主阀先导压力、主泵20的压力-流量曲线以及发动机41的输出功率来确定偏移值；

控制量输出模块12还可以被配置成将第一控制量、第二控制量和控制量中要被输出到液压系统的一者加上偏移值之后再输出到液压系统。

在本申请的进一步实施方式中，控制模式确定模块11可以被配置成：

将发动机转速与第一转速阈值进行比较；

如果发动机转速大于第一转速阈值，则确定控制模式为扭矩匹配控制模式；

如果发动机转速小于或等于第一转速阈值，则将发动机转速与第二转速阈值进行比较，其中第一转速阈值大于第二转速阈值；以及

如果发动机转速大于第二转速阈值，则确定控制模式为极限载荷控制模式。

在本申请进一步实施方式中，控制模式确定模块11还可以被配置成：

如果发动机转速小于或等于第一转速阈值，将发动机转速与设定的发动机转速的目标值进行比较，其中设定的发动机转速的目标值小于第一转速阈值且大于第二转速阈值；以及

如果发动机转速大于设定的发动机转速的目标值，且上一个控制周期中使用的是扭矩匹配控制模式，则确定控制模式为极限载荷控制模式，并得到需要进行控制模式切换的结果。

在本申请的进一步实施方式中，控制模式确定模块11还可以被配置成：如果发动机转速小于或等于第二转速阈值，则确定控制模式为低转速控制模式；以及

控制量输出模块12还可以被配置成接收低转速控制模式，向液压系统输出最大功率控制值。

在本申请的实施方式中，提及的发动机41可以具有动力模式和PTO调速功能，在这种情况下，极限载荷控制模块13还可以被配置成基于发动机41的PTO档位来设定所述设定的发动机转速的目标值；以及扭矩匹配控制模块14还可以被配置成基于发动机41的动力模式、发动机41的PTO档位以及发动机41的万有特性数据表来设定该设定的发动机当前速度负载百分比的目标值。发动机41的万有特性数据表可以是已知的并可以预存储在控制器10中(例如控制器10的存储器(未示出)中)。

控制器10中的控制模式确定模块11、控制量输出模块12、极限载荷控制模块13、扭矩匹配控制模块14以及偏移设定模块15可以通过软件、硬件、固件或这些的任意组合的方式来实施。控制器10的示例可以包括但不限于通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机等。

图4是可以应用根据本申请的实施方式提供的控制器10的第一种应用场景的示意图。图5是在图4中的应用场景中应用的根据本申请的实施方式提供的控制器10的控制策略示意图。在该第一种应用场景中，发动机41与液压系统的主泵20连接，用于给主泵20输出动力。主泵20通过液压主阀30与液压执行器60连通。压力传感器50用于检测主泵20出口压力和液压主阀30的先导压力。如果液压主阀30采用电比例先导阀，也可以用先导阀控制电流代替先导压力。控制器10可以通过CAN总线与发动机41的ECU 42连接。控制器10可以例如通过CAN总线与发动机41的ECU 42连接，可实时获取发动机转速、当前速度负载百分比、发动机41输出功率等状态参数。在该应用场景中，发动机41可以具有动力模式和PTO调速功能。控制器10可以例如通过开关量输入通道获取人为设置(例如通过图4中的动力模式和PTO档位选择开关70)的动力模式和PTO档位。控制器10可以例如通过模拟量输入通道获取压力传感器50测量的主泵出口压力值和液压主阀先导压力值。控制器10可以例如通过PWM输出通道向主泵20输出泵控电流实现液压系统扭矩调节。在该应用场景中，用于控制液压系统的功率的控制量(输出控制量)是输出到主泵20的泵电流。图5中的极限载荷控制块可以对应于图3中的极限载荷控制量输出模块12，图5中的调节主泵预设电流块可以对应于图3中的偏移设定模块15，图5中的系统瞬、稳态自动判断块可以对应于图3中的控制模式确定模块11，图5中的扭矩匹配控制块可以对应于图3中扭矩匹配控制模块14，以及图5中的自主选择及平滑过渡模块可以对应于图3中的控制量输出模块12。

在图5中所示的极限载荷控制块，例如图3所示的控制器10的极限载荷控制模块13可以从动力模式和PTO档位选择开关70接收PTO档位信号，计算出发动机41与所选档位对应的转速目标值，比较与实际转速的差值，极限载荷控制模块13可以根据从ECU 42获取的发动机转速信号与转速目标值计算出用于输出到液压系统的主泵20的对应的控制电流值。在本申请的实施方式中，极限载荷控制目标值可以例如设定在发动机PTO设定的转速值的94％～98％，PTO档位越高，目标值取值越低；PTO档位越低，目标值取值越高。控制目标不宜过高或过低，设定过高，PTO调速与极限载荷控制同时作用易导致转速超调；控制目标设定过低，发动机转速掉速过大导致控制品质变差甚至熄火。当发动机实际转速低于控制目标(目标值)时，可以启动传统PID控制，输出控制量为泵电流值。

在图5中所示的调节主泵预设电流块，例如图3所示的控制器10的偏移设定模块15可以通过从压力传感器50获取的主泵压力及液压主阀先导压力信息计算出合适的预设电流值。这个预设电流值的大小一般可以根据经验取对应泵的负载压力下，满负荷输出电流值的一定百分比，例如50％。调节主泵预设电流的作用是使控制起始点快速接近目标控制值，缩短控制区间，提高控制精度。调节主泵预设电流是通过接收主泵压力信号、液压主阀先导压力信号等，根据主泵20的压力-流量曲线及发动机41的输出功率，取发动机-液压系统负荷的一百分比(例如半负荷(50％))输出时的电流值为系统的调节主泵20的预设电流。主泵20的压力-流量曲线是已知的。但是，本领域技术人员可以理解，在没有该调节主泵20的预设电流(偏移值)的情况下也可以实施本申请实施方式提供的控制方案。

在图5中所示的扭矩匹配控制块，例如图3所示的控制器10的扭矩匹配控制模块14可以根据动力模式、PTO档位及发动机万有特性数据表等信息来设定发动机41的当前速度负载百分比。扭矩匹配控制模块14可以根据设定的发动机的当前速度负载百分比和实际的发动机速度负载百分比信息，计算出用于输出到液压系统的主泵20的相应的控制电流值。这里的扭矩匹配控制可以根据实际的发动机速度负载百分比和设定的发动机的当前速度负载百分比之间的差值，运用合适的传统PID控制策略，来输出主泵20的控制电流。

在图5中所示的系统瞬稳态判断块，例如图3所示的控制器10的控制模式确定模块11可以例如从ECU 42获取发动机转速，分析判断出发动机41所处的响应状态是瞬态还是稳态。

具体来说，在本申请的实施方式中，控制模式确定模块11可以执行以下操作：

获取发动机转速信息，判断发动机41实际转速是否小于或等于高转速阀值的大小，如果判断结果为否则确定应该进行扭矩匹配控制，则确定所需控制模式是扭矩匹配控制模式；其中高转速阀值一般可以取PTO设定转速的98％左右，下文的低转速阀值一般可以取PTO设定转速的80％。

如果上述的判断结果为是，则比较发动机实际转速与发动机目标转速的大小，如果实际转速大于目标转速，且上个周期为扭矩匹配控制模式，则判断需要切换控制模式，进行极限载荷控制。在这种情况下确定所需控制模式是极限载荷控制模式。

如果发动机实际转速小于或等于发动机目标转速，且实际转速大于低转速阀值，则判断以转速作为目标进行控制，即进行极限载荷控制。在这种情况下确定所需控制模式是极限载荷控制模式。

如果发动机实际转速小于或等于低转速阀值，则判断进入低转速模式，确定所需控制模式是低转速控制模式，在该低转速控制模式中，将主泵20的控制电流设为最大。

将以上确定的所需控制模式输出给控制量输出模块12。

在图5中所示的自主选择及平滑过渡块，例如图3所示的控制器10的控制量输出模块12可以接收来自极限载荷控制模块13、偏移设定模块15(调节主泵预设电流)、控制模式确定模块11(系统瞬、稳态自动判断)和扭矩匹配控制模块14的控制结果及确定结果，生成用于平滑控制主泵20的泵电流输出。

具体来说，在本申请的实施方式中，控制量输出模块12可以执行以下操作：

接收控制模式确定模块11(在瞬稳态状态判断块)输出的确定结果，判断当前控制模式是否与所确定的控制模式一致，如果一致则计算当前控制模式下(极限载荷控制模式或者扭矩匹配控制模式)输出到主泵20的泵电流值，即将极限载荷控制模块13或扭矩匹配控制模块14生成或输出的控制量(电流值)叠加在调节主泵预设电流块计算出的预设电流值然后输出到主泵20。

如果当前控制模式与确定的控制模式不一致，则需要切换控制模式，此时计算当前控制模式下输出到主泵20的输出电流值和所确定的控制模式下输出到主泵20的输出电流值。

根据上述在当前控制模式与所确定的控制模式下输出的电流值，以电流变化率不大于系统要求为目的，对电流的减少率进行控制，使输出到主泵20的电流不突变以实现平滑过渡。

具体来说，可以套用上述公式(1)确定在每个控制周期输出到所述液压系统的控制量(即，过渡控制量)：

在该应用场景中，y(i)可以表示在第i个控制周期输出到主泵20的电流值，A可以表示当前控制模式下输出到主泵20的电流值，B可以表示所确定的控制模式下输出到主泵20的电流值，t_i表示第i个控制周期的长度，G表示系统(发动机41和液压系统构成的系统)能承受的最大电流减少率。

例如，假设控制周期的长度为10ms，当前控制模式是扭矩匹配控制且扭矩匹配控制模块14的控制量为500mA，而确定的控制模式是极限载荷控制模式，且极限载荷控制模式控制量为400mA，则在本次控制周期中输出到主泵20的电流值为500-G*10(mA)，其中G为系统能承受的最大电流减少率，其单位可以为mA/ms。然后可以将该电流值叠加在调节主泵预设电流块计算出的预设电流值之后一起输出到主泵20(即，500-G*10+预设电流值)。

采用平滑过渡，可以避免在切换控制模式时控制量的突变带来系统震荡，避免系统抖动造成控制效果不佳。

图6是可以应用根据本申请的实施方式提供的控制器10的第二种应用场景的示意图。图6中示出的应用场景与图4和图5中示出的第一种应用场景中的控制策略基本相同，区别只是在于图6中示出的应用场景可应用于通过控制液压主阀30能够控制液压系统的功率的情况中，在该应用场景中控制器10的控制对象可以是液压主阀30的开口量，因此控制器10(控制量输出模块12)输出的控制量是输出到液压主阀30的阀控电流，这也能实现与图4和图5中所示的控制主泵20电流相同或相似的控制效果。

图7是可以应用根据本申请的实施方式提供的控制器10的第三种应用场景的示意图。图7中示出的应用场景与图4和图5中示出的第一种应用场景中的控制策略基本相同，区别只是在于图7中示出的应用场景可应用于液压系统的主泵20是功率控制泵的情况，通过控制该功率控制泵的功率能够控制液压系统的功率。在该应用场景中控制器10的控制对象可以是主泵20的功率控制信号，因此控制器10(控制量输出模块12)输出的控制量是输出到主泵20的功率控制信号，这也能实现与图4和图5中所示的控制主泵20电流或图6中所示的控制阀控电流相同或相似的控制效果。

图8是根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的方法的流程图。如图8所示，根据本申请的实施方式，提供了一种用于控制液压系统的方法，该方法可以包括：

获取发动机转速；

根据发动机转速来确定用于控制液压系统的功率的控制模式，其中控制模式包括极限载荷控制模式和扭矩匹配控制模式；

判断当前控制模式与所确定的控制模式是否一致；

如果判断出当前控制模式与所确定的控制模式一致，则继续使用当前控制模式来控制液压系统的功率；

如果判断出当前控制模式与所确定的控制模式不一致，则从当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式。

其中，在极限载荷控制模式中，根据发动机转速和设定的发动机转速的目标值生成用于控制液压系统的功率的第一控制量，并将第一控制量输出到液压系统以控制液压系统的功率；以及

在扭矩匹配控制模式中，根据发动机当前速度负载百分比与设定的发动机当前速度负载百分比的目标值生成用于控制液压系统的功率的第二控制量，并将第二控制量输出到液压系统以控制液压系统的功率。

极限载荷控制模式和扭矩匹配控制模式可以采用PID控制。

在本申请的可选实施方式中，该方法还可以包括使用偏移值来控制所述液压系统的功率。也就是说，对输出到所述液压系统的控制量添加偏移值。该偏移值可以是例如上述参考图4和图5描述的调节主泵20的预设电流值，参考图6描述的调节液压主阀30的预设电流值，或参考图7描述的调节主泵20的功率控制信号值。

在本申请的实施方式中，偏移值可以是根据所述液压系统的主泵压力、液压主阀先导压力、主泵20的压力-流量曲线以及所述发动机41的输出功率来确定的，主泵20的压力-流量曲线可以是已知的。

图9是图8中示出的根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的方法中的确定控制模式步骤的流程图。如图9所示，上述的确定控制模式可以包括：

将发动机转速与第一转速阈值(高转速阈值)进行比较；

如果发动机转速大于第一转速阈值，则确定控制模式为扭矩匹配控制模式；

如果发动机转速小于或等于第一转速阈值，则将发动机转速与第二转速阈值(低转速阈值)进行比较，其中第一转速阈值大于第二转速阈值；以及

如果所述发动机转速大于所述第二转速阈值，则确定所述控制模式为所述极限载荷控制模式。

在上述发动机转速与第一转速阈值和第二转速阈值进行比较的过程中，还可以加入与设定的发动机转速的目标值进行比较的步骤。具体来说，如果发动机转速小于或等于第一转速阈值，将发动机转速与设定的发动机转速的目标值进行比较，其中设定的发动机转速的目标值小于第一转速阈值且大于第二转速阈值；以及

如果发动机转速大于设定的发动机转速的目标值，且上一个控制周期中使用的是扭矩匹配控制模式，则确定控制模式为极限载荷控制模式，并得到需要进行控制模式切换的结果。

确定控制模式还包括：如果发动机转速小于或等于第二转速阈值，则确定控制模式为低转速控制模式。

在确定的控制模式是低转速控制模式的情况下，向液压系统输出最大功率控制值(例如，泵电流值、阀控电流值或泵功率控制信号值)。

在该方法中，从当前控制模式平滑过渡到所确定的控制模式可以包括：

计算在当前控制模式中用于控制液压系统的功率的第一控制量；

计算在所确定的控制模式中用于控制液压系统的功率的第二控制量；

根据上述公式(1)确定在每个控制周期输出到液压系统的控制量(即，过渡控制量)：

其中，y(i)表示在第i个控制周期输出到液压系统的控制量，A表示第一控制量，B表示第二控制量，t_i表示第i个控制周期的长度，G表示系统(发动机和液压系统构成的系统)能承受的最大输出控制量减少率。

采用平滑过渡，可以避免在切换控制模式时控制量的突变带来系统震荡，避免系统抖动造成控制效果不佳。

图10是图8中示出的根据本申请的实施方式提供的用于控制液压系统的方法中的根据控制模式确定控制量的步骤的流程图。如图10所示，在确定控制模式之后，判断当前控制模式与所确定的控制模式是否一致；如果一致，则计算当前控制模式下用于控制液压系统的功率的第一控制量；如果当前控制模式与所确定的控制模式不一致，则计算在当前控制模式中用于控制液压系统的功率的第一控制量，计算在所确定的控制模式中用于控制液压系统的功率的第二控制量，根据公式(1)确定在每个控制周期输出到液压系统的控制量(即，过渡控制量)。这里需要说明的是，在应用了上述的偏移值(例如上述的预设电流值)的情况下，如果在公式(1)中计算第一控制量A和第二控制量B中没有考虑该偏移值，则在计算出控制量以后将该控制量与偏移值叠加之后再输出到液压系统。如果在计算第一控制量A和第二控制量B中已经考虑了该偏移值，则计算出控制量以后不用再叠加该偏移值。

另外，在本申请的一些实施方式中，发动机41可以具有动力模式和PTO调速功能，设定的发动机转速的目标值可以基于发动机41的PTO档位来设定；以及设定的发动机当前速度负载百分比的目标值可以基于发动机41的动力模式、所述发动机41的PTO档位以及所述发动机41的万有特性数据表来设定。

本领域技术人员可以理解，在本申请中参考图8至图10描述的实施方式提供的方法可以由参考图3描述的实施方式提供的控制器10执行，并可应用于参考图4至图7描述的三种应用场景中。

在本申请的一个实施方式中，还提供了一种机械，该机械可以包括以上实施方式中提供的用于控制液压系统的控制器。

本申请的实施方式提供的上述方案可以具有以下任意一个或多个优点：

1、采用转速、扭矩复合控制方法，既解决了功率极限载荷状态(瞬态过程)下的熄火问题，又实现了液压系统与发动机在非极限载荷状态(稳态过程)下的功率匹配。

2、不干涉发动机PTO调速功能，不对油门施加越权控制，避免了油门控制和PTO调速两者耦合产生的控制死区。

3、将功率匹配控制(稳态过程)与功率极限载荷(瞬态过程)控制融合在一个完备的控制策略中，简化了控制程序并提高了控制可靠性。

另外，本申请实施方式提供的方案具有广泛的适应性，可适用于采用电控泵的不同类型的机械，例如农业机械、消防机械、其他专用车辆等，只要根据主机参数合理配置控制参数，就能获得相当的控制性能。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。