本发明涉及一种液压控制技术中多执行器的控制系统，特别是一种用于工程装备降低多执行器系统压差损失和动力匹配的电液控制系统。
背景技术：
现有各种类型工程机械、筑路机械、矿山机械、林业机械和农业机械等非道路移动装备，普遍采用内燃发动机驱动液压泵作动力源，经多路阀和管路分配与传递动力，控制多个执行器复合动作的液压系统，这也是液压技术应用最广泛、最重要的领域，特点是功率密度高、结构紧凑、操控性好和环境适应性强，但致命不足是能量利用率低，整机能效仅有20%左右。研究表明，控制阀口非常大的能量损失、发动机长时间工作在低效区以及动势能转换过程的能量耗散，是造成工程装备装机功率大、燃油消耗大、排放差和发热严重的根源，其中控制阀产生的能量耗散最为严重。在已公开的发明专利“采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统，cn103032396a”，针对多执行器系统往往具有负载变化范围广的特点，通过采用负载敏感控制原理，使液压泵的输出压力始终跟随负载变化而改变，避免了原有系统始终以最高工作压力供油所造成的能量浪费，减少了节流损失和溢流损失，但由于泵的输出压力只能与最高负载相匹配，而对于多执行器系统，较大载荷差异所造成低负载执行器控制阀的节流损失始终无法消除，而这部分损失恰恰是多执行器系统最主要的能耗来源，占到发动机输出功率的35%~39%。
另外，工程机械在实际运行中载荷大范围变化，造成动力源常常运行在低效率的工作区域，增大了动力源的排放和能耗，因此，需要根据载荷的变化情况，采用扭矩耦合方式附加其他形式的动力源，来对原有的动力源进行匹配，如油电混合动力方式的电动/发电机或液压混合动力方式的液压泵/马达，在低载荷工况辅助动力源作为负载，吸收主动力源的功率，从而提升主动力源的能效，而在大载荷工况下，辅助动力源释放所吸收的能量并辅助主动力源一起驱动负载做功，但现有混合动力方式，辅助动力源提供的能量要经过控制阀的二次节流产生损耗，而且功能仅仅是匹配发动机的工作点，附加这一单元后，整机的成本会增大许多，且成本回收周期较长，影响推广应用。
技术实现要素：
针对上述现有负载敏感多执行器系统存在的不足，本发明提供一种动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统，采用能量再生利用结构，控制最高负载执行器以外各执行器的回油腔压力，使各执行器进油腔压力及控制阀口压差相同，使液压泵压力及流量与各液压执行器匹配，消除载荷差异所造成的多执行器系统节流损失，并通过控制执行器回油腔压力调控动力源工作点，调控单元与动力源非刚性连接，将混合动力功能进一步扩展到动势能回收利用，减小节流损耗，提升节能效果，缩短投资回收周期，利于推广应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统，包括动力源、主液压泵、分动箱、安全阀、第一液压执行器、第二液压执行器、第三液压执行器、第一控制阀、第二控制阀及第三控制阀；其特征在于：
进一步增设有动力调控单元、背压调控单元、控制器、第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器及第六压力传感器；
第一控制阀的工作油口分别与第一液压执行器的进出油口连通，第二控制阀的工作油口分别与第二液压执行器的进出油口连通，第三控制阀的工作油口分别与第三液压执行器的进出油口连通；主液压泵的出油口分别与第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀的进油口连通；第一控制阀的回油口与第一液控单向阀的出油口连通，第二控制阀的出油口与第二液控单向阀的出油口连通，第三控制阀的出油口与第三液控单向阀的出油口连通；动力源的输出轴与分动箱连接，主液压泵的输入轴与分动箱连接；第一转换控制阀的油口a1和油口b1分别与第一液压执行器的进出油口连通，第二转换控制阀的油口a2和油口b2分别与第二液压执行器的进出油口连通，第三转换控制阀的油口a3和油口b3分别与第三液压执行器的进出油口连通；第一压力传感器、第二压力传感器分别与第一液压执行器的进出油口连通，第三压力传感器、第四压力传感器分别与第二液压执行器的进出油口连通，第五压力传感器第六压力传感器分别与第三液压执行器的进出油口连通；所有压力传感器、位移传感器、转速传感器的输出信号均连接到控制器，所述信号经过控制器运算后给出控制第一控制阀、第二控制阀第三控制阀第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀和转速控制器动作的信号。
所述背压调控单元是由背压调控电动/发电机，第一背压调控液压泵/马达，第二背压调控液压泵/马达，第一背压调控液压蓄能器，第二背压调控液压蓄能器，第一补油单向阀，第二补油单向阀，第七压力传感器，第八压力传感器，第一位移传感器，第二位移传感器，转速传感器，转速控制器，双向dc-dc变换器，超级电容组以及电源开关构成；其中：
所述第二背压调控液压泵/马达的油口p3与第一转换控制阀的油口r1和第二转换控制阀的油口r2连通，第二背压调控液压泵/马达的油口p4与第二背压调控液压蓄能器的进油口、第八压力传感器、第二补油单向阀出油口连通，第二位移传感器检测第二背压调控液压泵/马达的摆角；第一背压调控液压泵/马达的油口p1与第三转换控制阀的油口r3连通，第一背压调控液压泵/马达的油口p2与第一背压调控液压蓄能器的进油口、第七压力传感器、第一补油单向阀出油口连通，第一位移传感器检测第一背压调控液压泵/马达的摆角；转速控制器的输出端与背压调控电动/发电机连接，双向dc-dc变换器的一端连接在转速控制器的直流母线上，双向dc-dc变换器的另一端与超级电容组连接，电源开关的输出端与转速控制器的输入端连接，转速传感器检测背压调控电动/发电机的转速。
所述背压调控电动/发电机与第一背压调控液压泵/马达、第二背压调控液压泵/马达通过扭矩耦合方式连接；所述背压调控电动/发电机、第一背压调控液压泵/马达和第二背压调控液压泵/马达驱动轴是与分动箱连接或不连接。
当所述动力调控单元是动力调控电动/发电机时，动力调控电动/发电机的驱动轴与分动箱连接，且设置有第二逆变器，第二逆变器的输出端连接到动力调控电动/发电机，第二逆变器的输入端与转速控制器的直流母线连接。
当所述动力调控单元是动力调控液压泵/马达时，动力调控液压泵/马达的驱动轴连接到分动箱上，且动力调控液压泵/马达的进油口p5与动力调控蓄能器的工作油口、第九压力传感器工作油口连通，动力调控液压泵/马达的油口p6与油箱连通；第三位移传感器安装在动力调控液压泵/马达上检测其排量。
所述主液压泵是负载敏感型的变量液压泵、恒压变量液压泵、负流量控制型液压泵、比例变排量液压泵，或者是这些液压泵的组合。
所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀是四边联动的多路换向阀，或者是进出油口独立控制的液压阀组，控制方式是液压先导控制、手动控制或者是电气比例控制。
所述第一液压执行器、第二液压执行器、第三液压执行器是液压缸，或者是液压马达。
所述第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀是液压控制，或者是电气信号控制。
所述第一转换控制阀的油口a1、b1、第二转换控制阀的油口a2、b2，第三转换控制阀的油口a3、b3是分别与第一控制阀进出油口、第二控制阀进出油口、第三控制阀进出油口连通，第一转换控制阀的油口r1，第二转换控制阀的油口r2与第二背压调控液压泵/马达的油口p3连通；第三转换控制阀的油口r3与第一背压调控液压泵/马达的油口p1连通。
实施本发明上述所提供的一种动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统，与现有技术相比，其优点与积极效果如下。
本系统结构通过设置压力能电气再生结构，对执行器回油腔的压力进行调控，使得多执行器系统在大载荷差异工况下，每个执行器控制阀的压差相等，液压泵的输出压力和流量与各个执行器所需匹配，因而消除了载荷不一致所产生的节流损失。
本系统结构无需压差补偿阀，不受负载差异变化影响，精确控制和分配流量，进一步降低了控制阀控制流量的节流损失。
本系统结构包含有动势能的回收利用功能，采用同一套硬件系统，实现了动臂势能和回转制动动能的回收利用，实现了能量回收与消除载荷差异节流损耗的一体化控制。
本系统结构通过控制执行器回油腔压力，调节发动机的工作点，使发动机工作在高效的工作区域，满足了发动机动力匹配要求。
本系统结构方案降低了机器的装机功率，减小了系统的发热，增加了机器可持续工作时间并降低冷却功率，解决了工程机械液压油箱小易引起液压油发热和老化的问题。
本系统结构方案在保留变现有多执行器操控模式优点的基础上，有效地消除了原有方案的不足，具有高能效、低排放、动势能回收利用和动力匹配一体化等多方面的优点。
附图说明
图1是本发明含有电气动力调控单元和与分动箱连接的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理结构示意图。
图2是本发明含有液压动力调控单元和与分动箱连接的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理结构示意图。
图3是本发明只采用与分动箱连接的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理结构示意图。
图4是本发明含有电气动力调控单元和与分动箱分离背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理结构示意图。
图5是本发明含有液压动力调控单元和与分动箱分离背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理结构示意图。
图6是本发明只采用与分动箱分离背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理结构示意图。
图中：1、动力源，2、主液压泵，3、分动箱，4、安全阀，5、动力调控电动机/发电机，6、第一液压执行器，7、第二液压执行器，8、第三液压执行器，9、第一控制阀，10、第二控制阀，11、第三控制阀，12、第一转换控制阀，13、第二转换控制阀，14、第三转换控制阀，15、背压调控单元，16、控制器，17、第一压力传感器，18、第二压力传感器，19、第三压力传感器，20、第四压力传感器，21、第五压力传感器，22、第六压力传感器，23、第一背压调控液压蓄能器，24、第二背压调控液压蓄能器，25、第一背压调控液压泵/马达，26、第二背压调控液压泵/马达，27、背压调控电动/发动机，28、第一补油单向阀，29、第二补油单向阀，30、转速控制器，31、双向dc-dc变换器，32、超级电容组，33、第七压力传感器，34、第八压力传感器，35、第一位移传感器，36、第二位移传感器，37、转速传感器，38、电源开关，39、动力调控液压泵/马达，40、动力调控液压蓄能器，41、第二逆变器，42、第九压力传感器，43、第三位移传感器，44、动力调控单元。
g1、第一液控单向阀，g2、第二液控单向阀，g2、第三液控单向阀，p1、第一背压调控液压泵/马达进油口，p2、第一背压调控液压泵/马达出油口，p3、第二背压调控液压泵/马达进油口，p4、第二背压调控液压泵/马达出油口，p5、动力调控液压泵/马达进油口，p6、动力调控液压泵/马达出油口，a1、第一转换控制阀油口ⅰ，b1第一转换控制阀油口ⅱ，r1第一转换控制阀油口ⅲ，a2第二转换控制阀油口ⅰ，b2第二转换控制阀油口ⅱ，r2第二转换控制阀油口ⅲ。a3第三转换控制阀油口ⅰ，b3第三转换控制阀油口ⅱ，r3第三转换控制阀油口ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出一步的说明。
实施例1
如附图1所示，是本发明动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统实施例1，其含有电气动力调控单元和与分动箱连接的背压调控单元控制3个液压执行器的回路原理。该系统中动力源选用内燃发动机，主液压泵采用变排量液压泵，分动箱主要传递扭矩，各轴速比例均为1：1，安全阀设定压力为32mpa，第一液压执行器选用液压缸，第二液压执行器同样选用液压缸，第三液压执行器选用液压马达；第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀均采用正流量控制的比例多路阀。其结构关系是进一步增设有动力调控单元、背压调控单元和控制器，控制器采用32位的工业控制计算机，增设的第一转换控制阀、第二转换控制阀和第三转换控制阀均采用电控方式；第一液控单向阀、第二液控单向阀和第三液控单向阀通经均为32mm；第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器的压力范围均为0-40mpa。
构成关系是，第一控制阀的工作油口分别与第一液压执行器的进出油口连通，第二控制阀的工作油口分别与第二液压执行器的进出油口连通，第三控制阀的工作油口分别与第三液压执行器的进出油口连通；主液压泵的出油口分别与第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀的进油口连通，第一控制阀的回油口与第一液控单向阀的出油口连通，第二控制阀的出油口与第二液控单向阀的出油口连通，第三控制阀的出油口与第三液控单向阀的出油口连通；动力源的输出轴与分动箱连接，主液压泵的输入轴与分动箱连接；第一转换控制阀的油口a1和油口b1分别与第一液压执行器的进出油口连通，第二转换控制阀的油口a2和油口b2分别与第二液压执行器的进出油口连通，第三转换控制阀的油口a3和油口b3分别与第三液压执行器的进出油口连通；第一压力传感器、第二压力传感器分别与第一液压执行器的进出油口连通，第三压力传感器、第四压力传感器分别与第二液压执行器的进出油口连通，第五压力传感器、第六压力传感器分别与第三液压执行器的进出油口连通；所有压力传感器、位移传感器、转速传感器的输出信号均连接到控制器，这些信号经过控制器运算后给出控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀和转速控制器动作的信号。
实施背压调控电动/发电机选用永磁同步电动/发电机，第一背压调控液压泵/马达，第二背压调控液压泵/马达都选用轴向柱塞结构，第一背压调控液压蓄能器、第二背压调控液压蓄能器都采用活塞式结构，第一补油单向阀、第二补油单向阀通经都选用32mm；转速传感器采用高精度的编码器，第七压力传感器和第八压力传感器的压力范围均为40mpa；第一位移传感器和第二位移传感器选用差动变压器形式，转速控制器采用变频控制方式；双向dc-dc变换器自行设计，超级电容组容量为60法拉，电源开关的额定功率为100kw。第一背压调控液压泵/马达的油口p1与第三转换控制阀的油口r3连通，第一背压调控液压泵/马达的油口p2与第一背压调控液压蓄能器的进油口、第七压力传感器、第一补油单向阀出油口连通；第二背压调控液压泵/马达的油口p3与第一转换控制阀的油口r1、第二转换控制阀的油口r2连通，第二背压调控液压泵/马达的油口p4与第二背压调控液压蓄能器的进油口、第八压力传感器、第二补油单向阀出油口连通；转速控制器的输出端与背压调控电动/发电机连接，双向dc-dc变换器的一端连接在转速控制器的直流母线上，双向dc-dc变换器的另一端与超级电容组连接，电源开关的输出端与转速控制器的输入端连接，转速传感器检测背压调控电动/发电机的转速，第一位移传感器检测第一背压调控液压泵/马达的摆角，第二位移传感器检测第二背压调控液压泵/马达的摆角。
背压调控电动/发电机与第一背压调控液压泵/马达、第二背压调控液压泵/马达同轴连接后再与分动箱通过扭矩耦合方式连接。
进一步选择动力调控单元为电动/发电机，其驱动轴与分动箱直接连接，设置有第二逆变器，第二逆变器的输出端连接到动力调控电动/发电机输入端，控制其转速，第二逆变器的输入端与转速控制器的直流母线连接。
进一步选择主液压泵为比例变排量液压泵。
进一步选择第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀选用四边联动的多路换向阀，控制方式选用液压先导控制。
进一步选择第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀选用电气信号控制方式。
实施例2
如附图2所示，是本发明动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统实施例2，其含有液压动力调控单元和与分动箱连接的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理。
本实施例2的组成及连接关系与实施例1类似，区别仅仅是动力调控单元采用液压控制方式，所述动力调控液压泵/马达选用轴向柱塞结构，其驱动轴直接连接到分动箱上，动力调控液压泵/马达的进油口p5与动力调控液压蓄能器的工作油口、第九压力传感器连通，动力调控液压泵/马达的油口p6与油箱连通，第三位移传感器安装在动力调控液压泵/马达上，检测其排量。
实施例3
如附图3所示，是本发明动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统实施例3，其只采用与分动箱3连接的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理。本实施例与实施例1和实施例2的区别是系统中不包含动力调控单元。
实施例4
如附图4所示，是本发明动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统实施例4，其含有电气动力调控单元和与分动箱分离的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理。系统中包括有动力源为电动机，主液压泵为变排量液压泵，分动箱主要传递扭矩，各轴速比例均为1：1，安全阀设定压力为32mpa，第一液压执行器选用液压缸，第二液压执行器选用液压缸，第三液压执行器选用液压马达，第一控制阀，第二控制阀和第三控制阀均采用正流量控制的比例多路阀。其构成是进一步增设有动力调控单元，背压调控单元，和控制器，控制器采用32位的工业控制计算机；增设的第一转换控制阀，第二转换控制阀和第三转换控制阀均采用电其控制方式，第一液控单向阀、第二液控单向阀和第三液控单向阀通经均为32mm，第一压力传感器，第二压力传感器，第三压力传感器，第四压力传感器，第五压力传感器，第六压力传感器的压力范围为0-40mpa。
第一控制阀的工作油口分别与第一液压执行器的进出油口连通，第二控制阀的工作油口分别与第二液压执行器的进出油口连通，第三控制阀的工作油口分别与第三液压执行器的进出油口连通；主液压泵的出油口分别与第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀的进油口连通，第一控制阀的回油口与第一液控单向阀的出油口连通，第二控制阀的出油口与第二液控单向阀的出油口连通，第三控制阀的出油口与第三液控单向阀的出油口连通；动力源的输出轴与分动箱连接，主液压泵的输入轴与分动箱连接；第一转换控制阀的油口a1和油口b1分别与第一液压执行器的进出油口连通，第二转换控制阀的油口a2和油口b2分别与第二液压执行器的进出油口连通，第三转换控制阀的油口a3和油口b3分别与第三液压执行器的进出油口连通；第一压力传感器、第二压力传感器分别与第一液压执行器的进出油口连通，第三压力传感器、第四压力传感器分别与第二液压执行器的进出油口连通，第五压力传感器、第六压力传感器分别与第三液压执行器的进出油口连通；所有压力传感器、位移传感器、转速传感器的输出信号均连接到控制器，这些信号经过控制器运算后给出控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀和转速控制器动作的信号。
实施中背压调控电动/发电机选用永磁同步电动/发电机，第一背压调控液压泵/马达，第二背压调控液压泵/马达都选用轴向柱塞结构，第一背压调控液压蓄能器、第二背压调控液压蓄能器都采用活塞式结构，第一补油单向阀、第二补油单向阀通经都选用32mm；转速传感器采用高精度的编码器，第七压力传感器和第八压力传感器的压力范围均为40mpa；第一位移传感器和第二位移传感器选用差动变压器形式，转速控制器采用变频控制方式；双向dc-dc变换器自行设计，超级电容组容量为60法拉，电源开关的额定功率为100kw。第一背压调控液压泵/马达的油口p1与第三转换控制阀的油口r3连通，第一背压调控液压泵/马达的油口p2与第一背压调控液压蓄能器的进油口、第七压力传感器、第一补油单向阀出油口连通；第二背压调控液压泵/马达的油口p3与第一转换控制阀的油口r1、第二转换控制阀的油口r2连通，第二背压调控液压泵/马达的油口p4与第二背压调控液压蓄能器的进油口、第八压力传感器、第二补油单向阀出油口连通；转速控制器的输出端与背压调控电动/发电机连接，双向dc-dc变换器的一端连接在转速控制器的直流母线上，双向dc-dc变换器的另一端与超级电容组连接，电源开关的输出端与转速控制器的输入端连接；转速传感器检测背压调控电动/发电机的转速，第一位移传感器检测第一背压调控液压泵/马达的摆角，第二位移传感器检测第二背压调控液压泵/马达的摆角。
背压调控电动/发电机与第一背压调控液压泵/马达、第二背压调控液压泵/马达同轴连接，但与分动箱3不发生连接关系。
进一步选择动力调控单元为电动/发电机，其驱动轴与分动箱直接连接，设置有第二逆变器，第二逆变器的输出端连接到动力调控电动/发电机输入端，控制其转速，第二逆变器的输入端与转速控制器的直流母线连接。
进一步选择主液压泵为比例变排量液压泵。
进一步选择第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀选用四边联动的多路换向阀，控制方式选用液压先导控制。
进一步选择第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀选用电气信号控制方式。
实施例5
如附图5所示，是本发明动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统实施例5，其含有液压动力调控单元和与分动箱分离的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理。
本实施例5的组成及连接关系与实施例4类似，区别仅仅是动力调控单元采用液压控制方式，所述动力调控液压泵/马达选用轴向柱塞结构，其驱动轴直接连接到分动箱上，动力调控液压泵/马达的油口p5与动力调控蓄能器的工作油口、第九压力传感器连通，动力调控液压泵/马达的油口p6与油箱连通，第三位移传感器安装在动力调控液压泵/马达上，检测其排量。
实施例6
如附图6所示，是本发明动力和背压油电液刚柔复合调控多执行器系统实施例6，其仅采用与分动箱3分离的背压调控单元控制三个液压执行器的回路原理。本实施例与实施例4和实施例5的区别是系统中不包含动力调控单元。