一种适用于挖掘发动机与ISG电机的控制系统及方法与流程

本发明属于新能源工程机械领域，具体涉及一种适用于挖掘发动机与isg电机的控制系统及方法。

背景技术：

1、挖掘机是一种多用途的工程机械，经常用于挖掘、平地、装载、破碎等形式作业，其工作周期性强，且外负载复杂多变，发动机因负载多变，出现转速不断波动，进一步造成发动机经常在高效区和低效区之间波动，在此瞬态工况下，油耗明显变高。油耗增加会增加客户使用成本。

2、为了实现能耗节约，混合动力挖掘机引入isg电机，挖掘机由发动机和isg电机同轴并联联合驱动，isg电机可以实现驱动和发电两种工作模式，驱动模式辅助发动机驱动，以提高发动机的负载响应；发电模式将发动机多余功率给电池充电，电池可以驱动挖掘机的附件如电子水泵、风扇、电回转等机构。因为是同轴并联的原因，发动机和电机会保持相同的转速，isg电机可以辅助驱动，相比于发动机单独驱动，有更好的调速性能，而且电机驱动的控制精度高、响应快，因此可以用来削弱突变负载对发动机的影响。

3、目前一般是基于发动机转速差通过plc、步进电机、齿轮齿条控制发动机油门，来实现对发动机恒转速控制，缺点是响应时间长、且未提及削弱负载扰动的能力。对于负载多变的动力系统，导致发动机处于低效区时间相对较长。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种适用于挖掘发动机与isg电机的控制系统及方法，控制isg电机对发动机进行转矩补偿，使发动机转速快速恢复到最佳油耗区，减少作业油耗。

2、为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种适用于挖掘发动机与isg电机的控制系统，包括：发动机、isg电机、液压泵、传感器模块和主控制器；

4、所述传感器模块分别与所述发动机、isg电机和液压泵相连，采集液压泵的压力和排量，以及isg电机的转速和发动机的转速；

5、所述主控制器与所述传感器模块相连，基于液压泵的压力和排量，分别生成第一补偿转矩和第二补偿转矩；基于发动机的转速和isg电机的转速，生成第三补偿转矩和第四补偿转矩；基于发动机转速变化量，基于pi控制算法，计算得到第五补偿转矩；筛选出第一补偿转矩、第二补偿转矩、第三补偿转矩和第四补偿转矩中的最大值，与所述第五补偿转矩求和后作为isg电机目标补偿转矩，基于isg电机目标补偿转矩控制isg电机对发动机进行转矩补偿。

6、可选地，所述主控制器基于发动机转速n1，计算出发动机转速变化量δn1，δn1＝f(n1)；

7、当发动机转速变化量δn1大于设定阈值，则计算isg电机目标补偿转矩；

8、或者，所述主控制器基于传感器模块采集到的液压泵实际压力p1，计算出液压泵压力差δp，δp＝f(p1)；

9、当液压泵压力差δp大于设定阈值，则计算isg电机目标补偿转矩。

10、可选地，所述传感器模块包括：发动机转速传感器、isg电机转速传感器、电流传感器和压力传感器；

11、所述发动机转速传感器分别与所述发动机和主控制器相连；

12、所述isg电机转速传感器分别与所述isg电机和主控制器相连；

13、所述电流传感器分别与所述液压泵和主控制器相连；

14、所述压力传感器分别与所述液压泵和主控制器相连。

15、可选地，所述主控制器包括负载前馈控制器和发动机前馈控制器。

16、可选地，当挖掘机作业受阻，液压泵的压力急剧上升，产生液压泵压力差δp，若液压泵压力差δp大于设定阈值，则经负载前馈控制器计算得到第一补偿转矩，所述第一补偿转矩的计算公式为：

17、

18、其中，t1为第一补偿转矩，k1为负载前馈控制器的压力补偿系数，δp为液压泵压力差；v1为液压泵实际排量，v1由主控制器基于传感器模块采集到的液压泵实际电流i1计算获得，v1＝f(i1)。

19、可选地，当液压泵突然加速动作，液压泵的排量急剧上升，产生液压泵排量差δv，若液压泵排量差δv大于设定阈值，则经负载前馈控制器计算得到第二补偿转矩，所述第二补偿转矩的计算公式为：

20、

21、其中，t2为第一补偿转矩，k2为负载前馈控制器的排量补偿系数，δv为液压泵排量差；p1为液压泵实际压力，由传感器模块采集获得。

22、可选地，当挖掘机作业受阻，液压泵的压力会急剧上升，产生液压泵压力差δp，因发动机压力增大，发动机转速突然下降δnf1，则经发动机前馈控制器计算得到第三补偿转矩，所述第三补偿转矩的计算公式为：

23、

24、其中，t3为第三补偿转矩，k3为发动机前馈控制器的压力补偿系数，pisg为isg电机的功率。

25、可选地，当液压泵突然加速动作，液压泵排量急剧增加，产生液压泵排量差δv，因发动机排量增大，转速突然下降δnf2，则经发动机前馈控制器计算得到第四补偿转矩，所述第四补偿转矩的计算公式为：

26、

27、其中，t4为第四补偿转矩，k4为发动机前馈控制器的排量补偿系数，pisg为isg电机的功率。

28、可选地，获取根据液压泵压力差δp、液压泵排量差δv，创建的比例控制参数kp的map数值表；

29、主控制器依据检测到的液压泵压力差δp、液压泵排量差δv，找到对应的比例控制参数kp；

30、当发动机实际转速与目标转速的差值δn2的绝对值小于设定阈值时，启动积分控制ki，当积分值超过上限kiupl，仅累积负偏差；当积分值超出下限kidownl时，仅累积正偏差；为积分计算值，e(t)为关于差值δn2的累计积分函数，t为积分时间；kiupl为积分上限值，kidownl为积分下限值；

31、最终计算得到第五补偿转矩t5，

32、第二方面，本发明提供了一种适用于挖掘发动机与isg电机的控制方法，包括：

33、利用传感器模块分别采集液压泵的压力和排量，以及isg电机的转速和发动机的转速；

34、利用主控制器液压泵的压力和排量，分别生成第一补偿转矩和第二补偿转矩；基于发动机的转速和isg电机的转速，生成第三补偿转矩和第四补偿转矩；基于发动机转速变化量，基于pi控制算法，计算得到第五补偿转矩；筛选出第一补偿转矩、第二补偿转矩、第三补偿转矩和第四补偿转矩中的最大值，与所述第五补偿转矩求和后作为isg电机目标补偿转矩，基于isg电机目标补偿转矩控制isg电机对发动机进行转矩补偿。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果：

36、本发明根据液压泵(即负载)突变情况，基于液压泵的压力和排量，分别生成第一补偿转矩和第二补偿转矩；根据发动机转速突变情况，基于发动机的转速和isg电机的转速，生成第三补偿转矩和第四补偿转矩；还根据发动机转速突变情况，基于发动机转速变化量，基于pi控制算法，计算得到第五补偿转矩，筛选出第一补偿转矩、第二补偿转矩、第三补偿转矩和第四补偿转矩中的最大值，与所述第五补偿转矩求和后作为isg电机目标补偿转矩，基于isg电机目标补偿转矩控制isg电机对发动机进行转矩补偿，不仅能够带动发动机快速回归设定转速、减小发动机摩擦功、提高节油率，还能够实现多维度提高isg电机转矩转速控制精度，以及提高转速和转矩响应速度及控制精度。