专利名称：节能控制系统、汽车起重机和节能控制方法
技术领域：
本发明涉及一种节能控制系统，具体而言，涉及节能控制系统、汽车起重机和节能控制方法。
背景技术：
目前，由电动机驱动液压泵的系统中，主要是通过频率调整踏板来调整电动机的转速，节能效率不是很高，同时也不能确保扭矩足够和很好的对液压系统进行保护；而由柴油发动机驱动液压泵的系统中，主要是通过控制器来调整发动机的转速和液压泵的排量， 转速调整精度不高，同时转速选取的方式复杂，发动机的油耗也将随它累积工作时间变化而变化。相关技术中，如
图1所示的节能控制系统，其通过控制器来调整发动机的转速和液压泵的排量，采用这种节能方式，发动机的速度调整精度不高，并且扭矩无法控制，可能导致因扭矩不足导致发动机熄火；速度选取方式复杂；发动机的油耗会随发动机累积运行时间波动，最佳油耗点无法校正。
发明内容
考虑到上述背景技术，本发明所要解决的一个技术问题是提供一种节能控制系统，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种具有该节能控制系统的汽车起重机，本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种节能控制方法，能够实现电动机的转速、扭矩和变量泵排量的联合控制。根据本发明的一个方面，提供了一种节能控制系统，包括电动机和变量泵，所述电动机用以驱动所述变量泵，所述节能控制系统还包括控制器、操作装置、压力传感器、变频器，其中，所述操作装置连接至所述控制器用以将变量泵的所需流量传送至所述控制器；压力传感器感测执行机构的负载压力信号并将所述负载压力信号传送至所述控制器；变频器位于所述电动机与所述控制器之间，用以将所述电动机的当前转速信号和当前扭矩信号反馈至所述控制器，以及在接收到来自所述控制器的第一调节命令时，调节所述电动机的转速和扭矩，以匹配由所述控制器计算出的初始转速值和初始扭矩值；所述控制器，连接至所述变频器、所述变量泵和所述压力传感器，根据所述所需流量、所述当前转速信号、所述当前扭矩信号和所述负载压力信号计算出所述电动机的所述初始转速值、所述初始扭矩值和所述变量泵的排量值，根据所述初始转速值和所述初始扭矩值生成所述第一调节命令并发送至所述变频器，根据所述变量泵的排量值生成第二调节命令并发送至所述变量泵；所述变量泵，连接至所述电动机和所述控制器，在接收到所述第二调节命令时，调节其排量，以满足所述控制器计算出的所述排量值。在上述技术方案中，优选地，所述控制器还可以包括节能算法模块，其中所述节能算法模块具体包括第一计算单元，基于加速度计算公式根据电动机的当前转速信号、所述电动机的加速度和所述电动机的响应时间计算出所述电动机的初始转速值范围，根据变量泵排量计算公式、所述初始转速值范围和所述所需流量，计算出所述变量泵的排量范围； 第二计算单元，基于扭矩计算公式根据所述变量泵的排量范围和所述负载压力信号计算出所述电动机的扭矩值范围；第三计算单元，根据所述初始转速值范围和所述变量泵的扭矩损耗模型，确定在扭矩损失量最小时的所述电动机的初始转速值和所述变量泵的对应排量值，根据所述对应排量值、所述负载压力信号和所述扭矩计算公式计算出在扭矩损失量最小时的所述初始扭矩值，其中，所述扭矩损耗模型为变量泵在各种转速、各种排量下依据实际试验测试数据建立的扭矩损失量的离散数据集合。在上述技术方案中，优选地，所述控制器还可以包括判断单元，用于判断由所述第三计算单元计算出来的初始扭矩值是否属于所述第二计算单元计算出的扭矩值范围内，以此来确定所述第二计算单元的计算结果是否正确，以及在计算结果正确时，判断所述当前扭矩信号对应的当前扭矩值是否符合计算出的初始扭矩值，若判断结果为否，则调节所述电动机的输出扭矩。在上述技术方案中，优选地，所述变量泵排量计算公式为Qitt= Qfte Xn，所述Qs Λ所述变量泵所需流量，所述Qfla所述变量泵的排量，所述η为所述电动机的转速。
ΔΡχΟ在上述技术方案中，优选地，所述扭矩计算公式为Γ = ^所述T为所述电
动机的扭矩，所述△ P为所负载压力信号，所述Qfti为所述变量泵的排量，所述nmh为机械液压效率。在上述技术方案中，优选地，所述控制器通过CAN总线获取所述电动机的当前转速信号和当前扭矩信号。根据本发明的技术方案，通过操作装置直接对应流量，对电动机的转速、扭矩和变量泵的排量进行联合控制，实现了由多种变量的控制转化为单一变量的控制，使得控制方式更加有效，实现了最佳节能目标，在很大程度上提高了节能效率。在连续固定的时间间隔内，通过控制器对电动机的转速及扭矩和变量泵的排量进行优化。还通过合理的限定电动机的加速度，减少电动机对系统的冲击，使电网(储能装置)和元件都能收到保护。另外，根据需求流量来为液压系统提供工作流量，减少了液压系统的卸荷流量，进而减少了液压系统的无用功，同时也保护了液压系统的管路和电磁阀，延长了部件的使用寿命。根据本发明的另一方面，还提供了一种汽车起重机，包括以上任一技术方案中所述的节能控制系统。根据本发明的又一个方面，还提供了一种节能控制方法，用于通过电动机驱动变量泵，包括以下步骤步骤202，通过操作装置获取变量泵的所需流量，通过压力传感器感测执行机构的负载压力信号以及通过变频器获取电动机的当前转速信号和当前扭矩信号； 步骤204，根据所述所需流量、所述当前转速信号、所述当前扭矩信号和所述负载压力信号计算出所述电动机的初始转速值、初始扭矩值和变量泵的排量值；步骤206，通过所述变频器调节所述电动车的转速，以匹配计算出来的所述初始转速值，通过所述变频器调节所述电动车的输入扭矩，以匹配计算出来的所述初始扭矩值以及调节所述变量泵的排量值，以匹配计算出来的所述变量泵的排量值。在上述技术方案中，优选地，所述步骤204还可以包括基于加速度计算公式根据电动机的当前转速信号、所述电动机的加速度和所述电动机的响应时间计算出所述电动机的初始转速值范围，根据变量泵排量计算公式、所述初始转速值范围和所述所需流量，计算出所述变量泵的排量范围；基于扭矩计算公式根据所述变量泵的排量范围和所述负载压力信号计算出所述电动机的扭矩值范围；根据所述初始转速值范围和所述变量泵的扭矩损耗模型，确定在扭矩损失量最小时的所述电动机的初始转速值和所述变量泵的对应排量值， 根据所述对应排量值、所述负载压力信号和所述扭矩计算公式计算出在扭矩损失量最小时的所述初始扭矩值，其中，所述扭矩损耗模型为变量泵在各种转速、各种排量下依据实际试验测试数据建立的扭矩损失量的离散数据集合。在上述技术方案中，优选地，所述步骤204还可以包括判断计算出来的初始扭矩值是否属于计算出的扭矩值范围内，以此来确定计算结果是否正确，以及在计算结果正确时，判断与所述当前扭矩信号对应的当前扭矩值是否符合计算出的初始扭矩值，若判断结果为否，则调节所述电动机的输出扭矩。在上述技术方案中，优选地，所述变量泵排量计算公式为Qitt= QflaXn,所述Qiffi Λ所述变量泵所需流量，所述Qfla所述变量泵的排量，所述η为所述电动机的转速。
权利要求
1.一种节能控制系统，包括电动机(104)以及变量泵(114)，所述电动机用以驱动所述变量泵，其特征在于，所述节能控制系统还包括控制器(112)、操作装置(116)、压力传感器、变频器(110)，其中， 所述操作装置(116)连接至所述控制器(112)，用以将所述变量泵(114)的所需流量传送至所述控制器(112)；所述压力传感器用以感测执行机构(102)的负载压力信号并将所述负载压力信号传送至所述控制器(112)；所述变频器(110)位于所述电动机(104)与所述控制器(112)之间，用以将所述电动机(104)的当前转速信号和当前扭矩信号反馈至所述控制器(112)，以及在接收到来自所述控制器(112)的第一调节命令时，调节所述电动机(104)的转速和扭矩，以匹配由所述控制器(112)计算出的初始转速值和初始扭矩值；所述控制器(112)连接至所述变频器(110)、所述变量泵(114)和所述压力传感器，根据所述所需流量、所述当前转速信号、所述当前扭矩信号和所述负载压力信号计算出所述电动机(104)的所述初始转速值、所述初始扭矩值和所述变量泵(114)的排量值，根据所述初始转速值和所述初始扭矩值生成所述第一调节命令并发送至所述变频器(110)，根据所述变量泵(114)的排量值生成第二调节命令并发送至所述变量泵(114)；所述变量泵(114)连接至所述电动机(104)和所述控制器(112)，在接收到所述第二调节命令时，调节其排量，以满足所述控制器(112)计算出的所述排量值。
2.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征在于，所述控制器(112)包括节能算法模块(118)，其中所述节能算法模块(118)具体包括第一计算单元(120)，基于加速度计算公式根据电动机(104)的当前转速信号、所述电动机(104)的加速度和所述电动机(104)的响应时间计算出所述电动机(104)的初始转速值范围，根据变量泵(114)排量计算公式、所述初始转速值范围和所述所需流量，计算出所述变量泵(114)的排量范围；第二计算单元(122)，基于扭矩计算公式根据所述变量泵(114)的排量范围和所述负载压力信号计算出所述电动机(104)的扭矩值范围；第三计算单元(124)，根据所述初始转速值范围和所述变量泵(114)的扭矩损耗模型， 确定在扭矩损失量最小时的所述电动机(104)的初始转速值和所述变量泵(114)的对应排量值，根据所述对应排量值、所述负载压力信号和所述扭矩计算公式计算出在扭矩损失量最小时的所述初始扭矩值，其中，所述扭矩损耗模型为变量泵(114)在各种转速、各种排量下依据实际试验测试数据建立的扭矩损失量的离散数据集合。
3.根据权利要求2所述的节能控制系统，其特征在于，所述控制器(112)还包括判断单元(126)，用于判断由所述第三计算单元计算出来的初始扭矩值是否属于所述第二计算单元计算出的扭矩值范围内，以此来确定所述第二计算单元的计算结果是否正确，以及在计算结果正确时，判断所述当前扭矩信号对应的当前扭矩值是否符合计算出的初始扭矩值，若判断结果为否，则调节所述电动机(104)的输出扭矩。
4.根据权利要求2所述的节能控制系统，其特征在于，所述变量泵排量计算公式为Qiffi Λ= QftiXn,所述Qi 所述变量泵(114)所需流量，所述Qfla所述变量泵(114)的排量，所述η为所述电动机(104)的转速。
5.根据权利要求2所述的节能控制系统，其特征在于，所述扭矩计算公式为 ΔΡχΟT =——所述T为所述电动机(104)的扭矩，所述ΔΡ为所负载压力信号，所述Qfti20^xrImh为所述变量泵(114)的排量，所述nmh为机械液压效率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的节能控制系统，其特征在于，所述控制器(112) 通过CAN总线获取所述电动机(104)的当前转速信号和当前扭矩信号。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的节能控制系统，其特征在于，所述操作装置 (116)包括操作手柄，通过所述操作手柄给出所述变量泵所需的流量。
8.一种汽车起重机，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的节能控制系统。
9.一种节能控制方法，用于通过电动机驱动变量泵，其特征在于，包括以下步骤 步骤202，通过操作装置获取变量泵的所需流量，通过压力传感器感测执行机构的负载压力信号以及通过变频器获取电动机的当前转速信号和当前扭矩信号；步骤204，根据所述所需流量、所述当前转速信号、所述当前扭矩信号和所述负载压力信号计算出所述电动机的初始转速值、初始扭矩值和变量泵的排量值；步骤206，通过所述变频器调节所述电动车的转速，以匹配计算出来的所述初始转速值，通过所述变频器调节所述电动车的输入扭矩，以匹配计算出来的所述初始扭矩值以及调节所述变量泵的排量值，以匹配计算出来的所述变量泵的排量值。
10.根据权利要求9所述的节能控制方法，其特征在于，所述步骤204还包括 基于加速度计算公式根据电动机的当前转速信号、所述电动机的加速度和所述电动机的响应时间计算出所述电动机的初始转速值范围，根据变量泵排量计算公式、所述初始转速值范围和所述所需流量，计算出所述变量泵的排量范围；基于扭矩计算公式根据所述变量泵的排量范围和所述负载压力信号计算出所述电动机的扭矩值范围；根据所述初始转速值范围和所述变量泵的扭矩损耗模型，确定在扭矩损失量最小时的所述电动机的初始转速值和所述变量泵的对应排量值，根据所述对应排量值、所述负载压力信号和所述扭矩计算公式计算出在扭矩损失量最小时的所述初始扭矩值，其中，所述扭矩损耗模型为变量泵在各种转速、各种排量下依据实际试验测试数据建立的扭矩损失量的离散数据集合。
11.根据权利要求10所述的节能控制方法，其特征在于，所述步骤204还包括判断计算出来的初始扭矩值是否属于计算出的扭矩值范围内，以此来确定计算结果是否正确，以及在计算结果正确时，判断与所述当前扭矩信号对应的当前扭矩值是否符合计算出的初始扭矩值，若判断结果为否，则调节所述电动机的输出扭矩。
12.根据权利要求10所述的节能控制方法，其特征在于，所述变量泵排量计算公式为Q = Qfte Xn，所述Qiffii所述变量泵所需流量，所述Qfti所述变量泵的排量，所述η为所述电动机的转速。
13.根据权利要求10所述的节能控制方法，其特征在于，所述扭矩计算公式为 ΔΡχΟT =——^Si ,所述T为所述电动机的扭矩，所述Δ P为所述负载压力信号对应的负载压力 2^ ^ Vmh值，所述Qfla为所述变量泵的排量，所述ηΛ为机械液压效率。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的节能控制方法，其特征在于，所述操作装置包括操作手柄，通过所述操作手柄给出所述变量泵所需的流量。
全文摘要
本发明提供了一种节能控制系统，包括操作装置，用以将变量泵所需流量传送至控制器；压力传感器，感测执行机构的负载压力信号并将负载压力信号传送至控制器；变频器，将电动机的当前转速信号和当前扭矩信号反馈至控制器，以及根据第一调节命令调节电动机的转速和扭矩；控制器，连接至变频器、变量泵和压力传感器，根据所需流量、当前转速信号、当前扭矩信号和负载压力信号计算出电动机的初始转速值、初始扭矩值和变量泵的排量值，生成第一调节命令并发送至变频器，生成第二调节命令并发送至变量泵；变量泵，根据第二调节命令调节其排量。实现了从变量泵所需变量该单一变量出发，对电动机的转速、扭矩和变量泵排量的高效率联合控制。
文档编号F04B49/06GK102493953SQ20121000241
公开日2012年6月13日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者周斌, 朱湘华, 赵荣国 申请人:三一汽车起重机械有限公司