起重机微动控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种起重机微动控制系统，包括：压力传感器，设置在液压马达的测压接口上以第一时间间隔周期性地向压力比较器发送实时测量的液压马达压力值；压力比较器，计算液压马达在上次停止前的瞬间压力值与当前接收到的液压马达压力值之间的差值；PID控制器，根据接收到的差值计算电流增加坡度值；电流控制单元，利用电流增加坡度值和预先设定的控制电流值产生逐步增加的控制电流，并将产生的控制电流提供给液压泵。本实用新型从补偿整个液压控制回路泄漏的角度出发进行微动控制，避免液压马达出现冲击、抖动或下滑等问题。
【专利说明】起重机微动控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及起重机控制领域，特别涉及一种起重机微动控制系统。
【背景技术】
[0002]目前越来越多的起重机在动作控制上采用电控方式，即使用电控手柄、电磁比例阀、控制器等来控制液压泵、液压马达等液压机构的动作执行，手柄的开度对应控制电流的上下限。在简化系统的同时，也带来一些控制上的问题，微动控制就是其中之一。本文中的微动控制，指控制手柄在微开口，即刚离开死区范围时，对液压系统的控制。此外，由于起重机中液压马达一般驱动卷扬，因此重点以卷扬为例。
[0003]微动控制最常出现的问题为卷扬冲击、卷扬抖动、卷扬反转、死区过大以及耗时过长(2-3s)等，造成以上现象的主要原因是液压泵的控制电流和制动开关没有合理匹配于液压回路的容积，即液压回路的泄漏DQ，它受工作压力、液压系统摩擦间隙、液压油粘度以及泵的转速影响。
[0004]根据液压马达的力矩公式:T = PXV，其中T为液压马达输出扭矩，P为其压力，V是其排量。当负载一定时，外部所需扭矩维持不变，且制动时V不变，因此手柄微开口时，影响微动控制效果的只有P。因此处理好P和DQ的关系是微动控制的关键。
[0005]针对微动控制，目前应用在起重机的一种技术方案是通过增加压力补偿装置，进行液压马达的泄漏补偿。该方案液压系统除液压泵、液压马达、制动器等提升系统外，需要将一个压力传感器布置在制动器和液压马达之间，并将压力补偿装置与液压马达相联。
[0006]具体的方法为:首先记录上一次液压马达停止前的瞬间压力值，然后计算出马达实际驱动所需要的理论压力值，两者相减即得到压力设定值。因此只要在下一次马达动作时，将压力补偿装置的输出压力调节至压力设定值，并提供给液压马达，使其容积内产生上述的压力设定值，就可以实现马达的平稳运行，而手柄位置对应的电流上下限是固定的。
[0007]现有技术通过增加压力补偿装置进行液压马达的泄漏补偿的方法仍然具有诸多缺点:
[0008]1、现有技术方案的出发点在于补偿因制动器制动液压马达的过程中所损失的压力，使下一次启动时液压马达的压力从补偿压力设定值开始往上增加。整个液压回路中，液压泵、液压阀、液压马达以及油路等都存在少量泄漏，而且泄漏受工作压力、转速等影响，因此在工作压力大或低转速时，整个控制回路都存在相对较大的泄漏。因此单从液压马达上进行补偿，手柄微开口时控制电流还是在下限，不能在工作压力大的时候实现精确的控制，从而会出现微动控制的耗时较长。
[0009]2、马达理论压力值通过计算进行确定。液压系统本身存在各种机械损耗和功率损耗，且在不同工作压力、转速、温度时，甚至起重机工作地面的坡度都有影响，因此即使计算公式考虑到这些影响因素，仍然难以完全反映实际情况，会造成给予的理论压力值并不准确，进而产生偏差。而且补偿压力设定值的控制结构并没有形成闭环，也就无法进行修正，存在进一步扩大补偿压力偏差的可能。
[0010]3、该方案没有考虑到发动机转速对液压控制回路的影响。由于发动机转速与液压泵转速成正比，液压泵排量相同时，较大的转速会使液压泵输出更多的流量，此时即使液压泵瞬间打开较小的排量，也可能会造成液压马达的冲击。
[0011]4、该方案的实现需要添加压力补偿装置。因此需要在液压组件上重新设计，并且需要给予其所需的安装空间，这就相应的提高了成本与安装要求。同时，由于多了一重控制环节，也就多了一个故障点。并且在补偿装置工作时，它会一直进行输出压力，并且自身也存在泄漏与损耗，那么也会造成能源浪费。
实用新型内容
[0012]本实用新型要解决的技术问题是提供一种起重机微动控制系统。本实用新型从补偿整个液压控制回路泄漏的角度出发进行微动控制，避免液压马达出现冲击、抖动或下滑等问题。
[0013]根据本实用新型的一个方面，提供一种起重机微动控制系统，包括:液压马达、压力传感器、检测单元、压力比较器、PID控制器、电流控制单元、液压泵，其中:
[0014]所述压力传感器设置在所述液压马达的测压接口上，所述压力传感器包括记忆模块；所述压力比较器分别与所述压力传感器和所述检测单元连接；所述压力比较器、所述PID控制器、所述电流控制单元、所述液压泵和所述液压马达依次连接；
[0015]所述压力传感器以第一时间间隔周期性地向压力比较器发送实时测量的液压马达压力值，其中所述记忆模块记忆液压马达在上次停止前的瞬间压力值；所述检测单元检测手柄是否超过死区范围；所述压力比较器在所述检测单元检测到手柄超过死区范围时，将液压马达在上次停止前的瞬间压力值与当前接收到的液压马达压力值之间的差值发送给所述PID控制器；所述PID控制器接收所述差值，并向所述电流控制单元发送控制电流下限值和电流增加坡度值；所述电流控制单元将控制电流提供给所述液压泵；所述液压泵调整液压马达的输入流量。
[0016]优选的，所述系统还包括显示器，其中，所述显示器分别与所述电流控制单元和所述压力比较器连接。
[0017]本实用新型通过在液压马达处设置一个压力传感器，以液压马达的压力为基准来控制液压泵的电流值，对整个液压控制回路的泄漏进行补偿，自然就会屏蔽掉其他液压件的泄漏影响，使得整个系统的响应速度更快；同时本实用新型使用闭环控制完成微动控制，平稳可靠，避免产生冲击和振荡现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本实用新型起重机微动控制系统一个实施例的示意图。
[0020]图2为本实用新型起重机微动控制系统另一实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
[0023]同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0024]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
[0025]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0026]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0027]图1为本实用新型起重机微动控制系统的示意图。图1所示的起重机微动控制系统包括设置在液压马达101的测压接口上的压力传感器102、检测单元103、压力比较器104、PID (Proport1n Integrat1n Differentiat1n,比例-积分-微分)控制器 105、电流控制单元106、液压泵107，其中:
[0028]压力传感器102，用于当液压马达101启动时，以第一时间间隔周期性地向压力比较器104发送实时测量的液压马达压力值。
[0029]检测单元103，用于检测手柄是否超过死区范围。
[0030]压力比较器104，用于当检测单元103检测到手柄超过死区范围时，计算液压马达101在上次停止前的瞬间压力值Pm与当前接收到的液压马达压力值P之间的差值，并将差值发送给PID控制器105。
[0031]PID控制器105，用于根据接收到的差值判断所述瞬时压力值Pm是否大于当前接收到的液压马达压力值P ;当所述瞬时压力值Pm小于或等于当前接收到的液压马达压力值P时，指示电流控制单元106将预先设定的控制电流值Itl作为控制电流下限值Imin提供给液压泵107 ;当所述瞬时压力值Pm大于当前接收到的液压马达压力值P时，利用所述差值确定电流增加坡度值Ik，将电流增加坡度值Ik发送给电流控制单元106，其中电流增加坡度值Ik随所述差值的减小而减小。
[0032]电流控制单元106，用于根据PID控制器的指示，将预先设定的控制电流值Ici作为控制电流下限值Imin提供给液压泵107 ;还用于利用从PID控制器接收的电流增加坡度值Ik和预先设定的控制电流值Itl产生逐步增加的控制电流，并将产生的控制电流提供给液压泵107。
[0033]液压泵107，用于根据接收到的控制电流调整液压马达101的输入流量。
[0034]基于本实用新型上述实施例提供的起重机微动控制系统，通过液压马达的压力为基准来控制液压泵的电流值，对整个液压控制回路的泄漏进行补偿，自然就会屏蔽掉其他液压件的泄漏影响，使得整个系统的响应速度更快；仅需在液压马达处设置一个压力传感器就能够实现很好的微动控制，这在成本、故障排查、安装、系统能源等方面都是非常有利的；以实时压力和上次记忆压力进行比较，不存在理论计算所引入的偏差；同时本实用新型使用闭环控制完成微动控制，平稳可靠，避免产生冲击和振荡现象。
[0035]优选的，压力传感器102可以包括一个记忆模块，用于记忆液压马达101在上次停止前的瞬间压力值Pm。
[0036]优选的，所述系统中，PID控制器105还可以用于在执行利用所述差值确定电流增加坡度值Ik，将电流增加坡度值Ik发送给电流控制单元106的操作之后，在根据接收到的差值判断所述瞬时压力值？111等于当前接收到的液压马达压力值P时，指示电流控制单元106维持当前的控制电流值不变，并将当前的控制电流值作为控制电流下限Imin提供给液压泵107。
[0037]优选的，所述系统中，PID控制器105还可以用于在手柄回到死区范围时，指示电流控制单元106将预先设定的控制电流值Itl作为控制电流下限Imin提供给液压泵107。
[0038]优选的，所述系统中，电流控制单元106可以利用公式I1 = IfIci得到当前的控制电流I1 ;将当前的控制电流I1提供给液压泵107 ;经过第二时间间隔后，将当前的控制电流I1作为Itl,执行利用公式I1 = Ik+Ic)得到当前的控制电流Il的操作。
[0039]优选的，所述系统中，第二时间间隔小于第一时间间隔，第一时间间隔是压力测量时间间隔，第二时间间隔是利用电流增加坡度值Ik计算控制电流的时间间隔。
[0040]优选的，所述系统中，第一时间间隔和第二时间间隔均可以在10-50ms之间。在一个优选实施例中，第一时间间隔为20ms，第二时间间隔为10ms。
[0041]优选的，所述系统中，PID控制器105可以利用所述差值确定电流增加坡度值Ik ；而后利用公式Ik’ = IkXNmin/N计算电流增加坡度值Ik的修正值Ik’，其中N为当前液压马达的转速，Nfflin为液压马达的怠速；而后将所述修正值Ik’发送给电流控制单元106。
[0042]其中，Ik的修正值Ik’的计算公式Ik’ = IkXNmin/N的推倒过程为:
[0043]根据液压泵的流量计算公式q = vXn，其中q为液压泵的输出流量，V为液压泵的排量，η为液压泵的转速；
[0044]考虑到发动机转速和液压泵转速关系满足公式n = NXk，其中N为发动机的转速，k为发动机转速和液压泵转速的转速比，可以得到q = vXNXk,即当液压泵的排量不变时，若发动机转速发生变化，那么液压泵的流量也会发生变化；
[0045]考虑到液压控制回路中的压力和液压泵流量有直接关系，为了消除发动机转速的影响，因此以发动机怠速Nmin作为基准，对液压泵的排量进行如下的改变:q = (vXNfflin/N) XNXk，即在原来的电流坡度值Ik基础上，按照公式Ik’ = IkXNmin/N进行修正。
[0046]基于本实用新型上述实施例提供的起重机微动控制系统，去除了发动机转速对电流坡度控制的影响，根据发动机不同的转速，产生不同的电流坡度值，促使液压控制回路的压力合理提高；而不会在液压泵排量打开的瞬间，因为流量过多造成压力过高而导致液压马达的冲击现象。
[0047]优选的，所述系统通过如下方式实现对起重机的微动控制:
[0048]当液压马达启动时，压力传感器以第一时间间隔周期性地向压力比较器发送实时测量的液压马达压力值，其中压力传感器设置在液压马达的测压接口上。
[0049]当手柄超过死区范围时，压力比较器计算液压马达在上次停止前的瞬间压力值Pm与当前接收到的液压马达压力值P之间的差值，并将差值发送给PID控制器。
[0050]PID控制器根据接收到的差值判断所述瞬时压力值Pm是否大于当前接收到的液压马达压力值P。
[0051]若所述瞬时压力值Pm小于或等于当前接收到的液压马达压力值P，PID控制器指示电流控制单元将预先设定的控制电流值Itl作为控制电流下限值Imin提供给液压泵。
[0052]若所述瞬时压力值Pm大于当前接收到的液压马达压力值P，PID控制器利用所述差值确定电流增加坡度值Ik，其中电流增加坡度值Ik随所述差值的减小而减小；利用公式I/ = IkXNmin/N计算电流增加坡度值Ik的修正值Ik’，其中N为当前液压马达的转速，Nmin为液压马达的怠速；将电流增加坡度值Ik’发送给电流控制单元。
[0053]电流控制单元利用公式I1 = Ik’ +10得到当前的控制电流I1 ;将当前的控制电流I1提供给液压泵；经过第二时间间隔后，将当前的控制电流I1作为Itl，执行利用公式I1 =Ik+Ic)得到当前的控制电流I1的操作；然后在每个第二时间间隔后，都将当前的控制电流I1作为Ιο，执行利用公式I1 = Ik+1得到当前的控制电流I1的步骤，即，每个第二时间间隔后当前的控制电流I1都增加Ik，形成循环。
[0054]当PID控制器根据接收到的差值判断所述瞬时压力值Pm等于当前接收到的液压马达压力值P时，指示电流控制单元维持当前的控制电流值不变，并将当前的控制电流值作为控制电流下限Imin提供给液压泵。
[0055]当手柄回到死区范围时，PID控制器指示电流控制单元将预先设定的控制电流值10作为控制电流下限Imin提供给液压泵。
[0056]最后，液压泵根据接收到的控制电流调整液压马达的输入流量。
[0057]图2为本实用新型起重机微动控制系统另一实施例的示意图。与图1所示实施例相比，在图2所示实施例中，起重机微动控制系统还可以包括显示单元201，其中:
[0058]显示单元201，用于显示液压马达在上次停止前的瞬间压力值Pm与当前接收到的液压马达压力值P，以及当前的控制电流值。
[0059]优选的，显示单元201还可以用于在当前接收到的液压马达压力值P接近或大于在上次停止前的瞬间压力值Pm时，进行提示或报警，从而使起重机操纵者清楚当前的状态。
[0060]通过实施本实用新型，可以得到如下有益效果:
[0061]1、本实用新型对整个液压控制回路的泄漏进行补偿。因为液压马达处于控制回路的最后阶段，并且全部的流量都是通过液压泵进行供给，因此以液压马达的压力为基准来控制液压泵的电流值，电流下限跟随工作压力进行变化，是对整个控制回路的泄漏进行补偿，自然就会屏蔽掉其他液压件的泄漏影响，使得整个系统的响应速度更快。
[0062]2、本实用新型以实时压力和上次记忆压力进行比较，不存在理论计算所引入的偏差。记忆压力和实际压力的测量环境几乎是相同的，因此可以屏蔽掉工作压力、温度、转速的影响。
[0063]3、本实用新型的系统控制结构以液压马达实时压力构成闭环反馈，使用PID控制进行电流坡度的调整:电流坡度与两个压力差成正比；两个压力值相同时，维持当前控制电流，从而避免了电流过大造成冲击、电流过小出现反转、电流不稳导致抖动等现象，实现系统的稳定控制。
[0064]4、本实用新型去除了发动机转速对电流坡度控制的影响，根据发动机不同的转速，产生不同的电流坡度值，促使液压控制回路的压力合理提高；而不会在液压泵排量打开的瞬间，因为流量过多造成压力过高而导致液压马达的冲击现象。
[0065]5、本实用新型的实施仅需在液压马达处设置一个压力传感器。对于电控起重机来讲，压力传感器对于用作提升的液压马达一般是必须安装的，因此无需额外的装置就能够实现很好的微动控制，这在成本、故障排查、安装、系统能源等方面都是非常有利的。
[0066]本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【权利要求】
1.一种起重机微动控制系统，其特征在于，包括: 液压马达、压力传感器、检测单元、压力比较器、PID控制器、电流控制单元、液压泵，其中: 所述压力传感器设置在所述液压马达的测压接口上，所述压力传感器包括记忆模块，所述压力比较器分别与所述压力传感器和所述检测单元连接，所述压力比较器、所述PID控制器、所述电流控制单元、所述液压泵和所述液压马达依次连接，以液压马达的压力为基准来控制液压泵的电流值，使用闭环控制完成微动控制，其中: 所述压力传感器以第一时间间隔周期性地向压力比较器发送实时测量的液压马达压力值，其中所述记忆模块记忆液压马达在上次停止前的瞬间压力值；所述检测单元检测手柄是否超过死区范围；所述压力比较器在所述检测单元检测到手柄超过死区范围时，将液压马达在上次停止前的瞬间压力值与当前接收到的液压马达压力值之间的差值发送给所述PID控制器；所述PID控制器接收所述差值，并向所述电流控制单元发送控制电流下限值和电流增加坡度值；所述电流控制单元将控制电流提供给所述液压泵；所述液压泵根据接收到的控制电流调整液压马达的输入流量。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括显示器，其中:所述显示器分别与所述电流控制单元和所述压力比较器连接。
【文档编号】F15B9/00GK203926173SQ201320588762
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】孙丽, 张东, 余钦伟 申请人:徐工集团工程机械股份有限公司