一种纯电动高空作业平台电控调速系统的制作方法

本发明涉及一种纯电动高空作业平台电控调速系统。

背景技术：

高空作业平台是通过工作臂的举升，将工作人员和器具运送到指定作业位置的专用机械。为保证空中作业人员的安全以及执行元件运行平稳可靠，在启动与停止时要求运动平稳，运动过程中要求按照作业人员需求，精确控制各执行元件的运动速度。因此高空作业平台操控系统必须具有完善的调速功能。

而目前高空作业平台调速系统主要有两种类型：

第一类为采用比例流量阀与多片电磁换向阀组合，其中比例流量阀控制当前执行元件的流量供应，实现速度控制，换向阀确定目标元件及其动作方向。这种调速系统控制方式简单，调速性能好，但只能定义一个执行元件的速度范围，其他机构的运行速度范围无法设定。

第二类为采用多片比例换向阀，对执行元件的各个动作进行独立控制，这种控制方式可以较好的实现速度控制，但这种调速系统的成本过高，并需要配置与机构相同数量的电位器手柄，结构复杂，不利于批量推广应用。

中国发明专利《一种用于高空作业车的液控比例调速节能控制系统及其控制方法》（专利号cn201410019603.6）公开了一种液控比例调速节能控制系统。通过先导控制阀输出成比例的液压压力信号，实现通往各执行元件流量的控制，液控阀可以按照各执行元件动作速度限制最大流量，同时根据先导压力值输出电信号，控制液压泵输出流量等于执行元件所需最大的流量设定值。

实用新型专利《比例调速控制系统》（专利号cn200920283646.x）公开了一种单片比例流量阀和换向阀实现的调速系统。在比例流量阀的放大器上并联多组可变电阻，通过改变每组可变电阻的阻值，改变各个执行元件动作时放大器的最大输出电流，实现各个执行元件在相应流量范围内动作速度的调节。

现有技术的缺点：

发明专利《一种用于高空作业车的液控比例调速节能控制系统及其控制方法》对于执行元件启动与停止过程并未进行详细控制，发动机驱动油泵的转速调节为执行元件所需最大流量，在执行元件低速运行时，系统会产生能量溢流损失，并且整机需要配置液压先导控制系统，导致整个系统结构复杂，成本高。

实用新型专利《比例调速控制系统》并未对执行元件的启动与停止过程进行详细控制，调速功能必须配置电位器手柄，对于只有开关信号控制的执行元件，无法进行调速控制，同时采用多组可变电阻并联形式，可靠性低，不便于系统功能升级与维修调试。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，针对上述高空作业平台现有调速控制技术中所存在的不足，导致各执行元件启动与停止时冲击大，运行不平稳，同时由于调速功能不完善，无法精确控制执行元件不同运动速度时的流量需求，系统能量损失大的问题，本发明提供一种纯电动高空作业平台电控调速系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电控调速系统，其特征在于：包括控制器、操作手柄、控制开关、臂长度传感器、臂倾角传感器、电机控制器、电机、定量泵、比例主阀、开关阀组和执行元件；

控制器与操作手柄、控制开关、臂长度传感器、臂倾角传感器、电机控制器、电机、定量泵、比例主阀、开关阀组、执行元件之间均通过数据通信电缆连接；电机控制器与电机之间通过动力线连接；

臂长度传感器、倾角传感器监测用于反馈臂伸缩的长度、起升角度；

控制器采集操作手柄位置、控制开关及传感器信号，输出电机转速调节信号、比例主阀开度电流调节信号和开关阀组控制信号；

比例主阀带有压力补偿功能，随着输入电流的增大，比例阀输出的流量也增大，不受系统工作压力的影响；

电机控制器接收控制器转速调节信号，控制电机带动定量油泵按照需求转速运转；

执行元件按照液压系统控制实现相应的动作。

本发明还提供所述的电控调速系统的调速方法，包括以下步骤：

步骤（1）执行元件最大流量计算与控制过程：

（1-1）根据司机的操作手柄与控制开关信号输入，确定系统当前执行元件ci；

（1-2）查询获取预存储的该执行元件最大允许系统流量qmaxi；

（1-3）根据流量qmaxi与油泵排量并考虑泄露损失，计算电机最大允许转速nmaxi；

（1-4）根据流量qmaxi与比例主阀控制电流和流量之间的（q-i）关系曲线，获得比例主阀最大控制电流imaxi。

步骤（2）预设各执行元件ci启动过程和停止过程流量与时间关系（q-t）曲线，控制系统按照该曲线调整执行元件流量输出，能够保证执行元件ci启动、停止过程平稳；若执行元件由电位器操作手柄控制，执行步骤（3）调速过程，否则，若由开关控制，则执行步骤（4）调速过程；

步骤（3）电位器操作手柄控制：

（3-1）若是首次检测到手柄位置信号，则进行执行元件启动缓冲控制；依据手柄位置信号实时计算系统需求流量qreq，同时根据步骤（2）中的（q-t）曲线实时获得流量qlim，若qreq>qlim，则系统输出流量qi=qlim，否则qi=qreq，且qlim、qreq、qi≤qmaxi；

（3-2）根据流量qi和油泵排量并考虑泄露损失，计算电机需求转速ni，根据比例主阀控制电流与流量之间的关系曲线，获得比例主阀开度控制电流ii，且ii≤imaxi，同时若ii>idead，则输出开关阀开启控制信号，其中，idead是比例主阀开启死区电流；

（3-3）启动加速缓冲控制完成后，控制器实时采集手柄位置信号，计算系统流量需求qreq，根据流量qreq和油泵排量并考虑泄露损失，计算电机需求转速n，根据比例主阀控制电流与流量之间的关系曲线，获得比例主阀开度控制电流i，且qreq≤qmaxi，i≤imaxi；

（3-4）判断执行元件是否具有位置反馈传感器，若有则执行（3-5），否则执行（3-6）；

（3-5）判断执行元件是否进入减速区，若进入减速区，则强制进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号，其中，δi是电流偏差值，若未进入减速区，执行步骤（3-6）；

（3-6）判断手柄信号是否有输出，若有，则继续执行（3-3）、（3-4）、（3-5）过程，若无，则进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号。

步骤（4）开关控制：

（4-1）检测到开关有信号输出，则进行执行元件启动缓冲控制；根据步骤（2）中的（q-t）曲线实时获得流量qlim，qi=qlim，且qlim、qi≤qmaxi；

（4-2）执行（3-2）步骤，计算电机需求转速ni和比例主阀开度控制电流ii；

（4-3）启动加速缓冲控制完成后，系统流量需求qreq=qmaxi，根据流量qreq和油泵排量并考虑泄露损失，计算电机需求转速n，根据比例主阀控制电流与流量之间的关系曲线，获得比例主阀开度控制电流i，且qreq≤qmaxi，i≤imaxi；

（4-4）判断执行元件是否具有位置反馈传感器，若有则执行（4-5），否则执行（4-6）；

（4-5）判断执行元件是否进入减速区，若进入减速区，则强制进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号，其中，δi是电流偏差值，若未进入减速区，执行步骤（4-5）；

（4-6）判断开关信号是否有输出，若有，则继续执行（4-2）、（4-3）、（4-4）过程，若无，则进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号。

有益效果：本发明提供的纯电动高空作业平台电控调速系统，结构简单、操作方便，成本低，能够实现各执行元件在启动、运行和停止过程中的速度精细控制，使系统提供流量与执行元件需求流量相匹配，减少系统冲击与能量溢流损失，提高系统的自动化控制水平及系统效率，使系统的控制精确性更高，可靠性更强，保证空中作业人员的安全。无论执行元件有无位置反馈传感器，对于电位器手柄与开关控制均可以实现在运行过程中速度的精细控制，降低启动和停止过程中的冲击，保证空中作业人员的安全以及执行元件运行平稳可靠。按照执行元件运动对流量的需求，实时调整油泵电机转速与比例主阀控制电流，从而保证各种工况下系统提供的流量与执行元件需求流量相匹配，减少系统的溢流损耗，提高系统效率。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为执行元件最大流量计算与控制流程图；

图3为执行元件调速控制流程图：图3（a）为电位器手柄控制调速流程，图3（b）为开关控制调速流程。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，为一种纯电动高空作业平台电控调速系统，包括控制器、操作手柄、控制开关、臂长度传感器、臂倾角传感器、电机控制器、电机、定量泵、比例主阀、开关阀组和执行元件。控制器与其他模块之间都通过数据通信电缆连接，电机控制器与电机之间通过动力线连接。臂长度与倾角传感器监测反馈臂伸缩的长度与起升角度；控制器采集操作手柄位置、控制开关及传感器信号，输出电机转速调节信号、比例主阀开度电流调节信号和开关阀组控制信号；比例主阀带有压力补偿功能，随着输入电流的增大，比例阀输出的流量也增大，不受系统工作压力的影响；电机控制器接收控制器转速调节信号，控制电机带动定量油泵按照需求转速运转；执行元件按照液压系统控制实现相应的动作。

本发明高空作业平台电控调速系统具体调速方法如下：

（1）执行元件最大流量计算与控制过程如图2所示，具体过程如下：

（1-1）根据司机的操作手柄与控制开关信号输入，确定系统当前执行元件ci；

（1-2）查询获取预存储的该执行元件最大允许系统流量qmaxi；

（1-3）根据流量qmaxi与油泵排量并考虑泄露损失，计算电机最大允许转速nmaxi；

（1-4）根据流量qmaxi与比例主阀控制电流和流量之间的（q-i）关系曲线，获得比例主阀最大控制电流imaxi；

（2）预设各执行元件ci启动过程和停止过程流量与时间关系（q-t）曲线，控制系统按照该曲线调整执行元件流量输出，能够保证执行元件ci启动、停止过程平稳。若执行元件由电位器操作手柄控制，执行步骤（3）调速过程，否则，若由开关控制，则执行步骤（4）调速过程；

（3）电位器操作手柄控制，控制流程如图3（a）所示，具体调速过程如下：

（3-1）若是首次检测到手柄位置信号，则进行执行元件启动缓冲控制。依据手柄位置信号实时计算系统需求流量qreq，同时根据步骤（2）中的（q-t）曲线实时获得流量qlim，若qreq>qlim，则系统输出流量qi=qlim，否则qi=qreq，且qlim、qreq、qi≤qmaxi；

（3-2）根据流量qi和油泵排量并考虑泄露损失，计算电机需求转速ni，根据比例主阀控制电流与流量之间的关系曲线，获得比例主阀开度控制电流ii，且ii≤imaxi，同时若ii>idead，则输出开关阀开启控制信号，其中，idead是比例主阀开启死区电流；

（3-3）启动加速缓冲控制完成后，控制器实时采集手柄位置信号，计算系统流量需求qreq，根据流量qreq和油泵排量并考虑泄露损失，计算电机需求转速n，根据比例主阀控制电流与流量之间的关系曲线，获得比例主阀开度控制电流i，且qreq≤qmaxi，i≤imaxi；

（3-4）判断执行元件是否具有位置反馈传感器，若有则执行（3-5），否则执行（3-6）；

（3-5）判断执行元件是否进入减速区，若进入减速区，则强制进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号，其中，δi是电流偏差值，若未进入减速区，执行步骤（3-6）；

（3-6）判断手柄信号是否有输出，若有，则继续执行（3-3）、（3-4）、（3-5）过程，若无，则进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号。

（4）开关控制的流程如图3（b）所示，具体调速过程如下：

（4-1）检测到开关有信号输出，则进行执行元件启动缓冲控制。根据步骤（2）中的（q-t）曲线实时获得流量qlim，qi=qlim，且qlim、qi≤qmaxi；

（4-2）执行（3-2）步骤，计算电机需求转速ni和比例主阀开度控制电流ii；

（4-3）启动加速缓冲控制完成后，系统流量需求qreq=qmaxi，根据流量qreq和油泵排量并考虑泄露损失，计算电机需求转速n，根据比例主阀控制电流与流量之间的关系曲线，获得比例主阀开度控制电流i，且qreq≤qmaxi，i≤imaxi；

（4-4）判断执行元件是否具有位置反馈传感器，若有则执行（4-5），否则执行（4-6）；

（4-5）判断执行元件是否进入减速区，若进入减速区，则强制进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号，其中，δi是电流偏差值，若未进入减速区，执行步骤（4-5）；

（4-6）判断开关信号是否有输出，若有，则继续执行（4-2）、（4-3）、（4-4）过程，若无，则进行停止减速缓冲控制，根据步骤（2）中的停止过程（q-t）曲线实时获得流量系统流量qlim，并计算电机需求转速n和比例主阀开度控制电流i，若i≤（idead+δi），则输出开关阀关闭控制信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。