一种基于全局动态规划的电静液作业系统及复合控制方法技术方案

本申请公开了一种基于全局动态规划的电静液作业系统及复合控制方法。该系统可以通过控制器控制液压泵马达的排量以及控制电机的转速，从而使得整个电静液作业系统始终工作在能量效率最优的状态下。该方法应用于电静液作业系统的控制器上，采用全局动态规划的能量管理策略来复合调节电机的转速和液压泵马达的排量，将电机转速与负载速度相解耦，在去除阀控系统节流损耗的基础上，进一步优化电机工作点，使电静液作业系统在单个工作周期内实现全局的能量效率最优。局的能量效率最优。局的能量效率最优。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全局动态规划的电静液作业系统及复合控制方法


[0001]本申请涉及液压动力
，特别涉及一种基于全局动态规划的电静液作业系统及复合控制方法。

技术介绍

[0002]工业应用的过程中常常会使用到液压系统，液压系统通常通过多个控制阀分别控制驱动工程机械不同动作的液压执行机构的液压油的流向，来形成工程机械的不同动作，在实际工作的过程中起到一定传递压力、润滑等工作。由于液压系统的重要性，在大部分工业生产和工作的过程中，液压系统被人们所广泛应用。
[0003]系统能耗是液压系统最重要的性能指标之一。由于去除了流量控制阀的节流损失，电静液控制液压系统具有较高的系统效率。目前，电静液控制液压系统常采用变转速电机驱动定量液压泵来作为系统的流量源。在这种系统构型下，电机输出转速和转矩随着负载的变化而变化，随之改变的电机效率成了影响系统效率的重要因素。在高压低流量的负载需求下，电机工作在较低的效率区间。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种基于全局动态规划的电静液作业系统及复合控制方法，其能够改善上述问题。
[0005]本申请的实施例是这样实现的：
[0006]第一方面，本申请提供一种基于全局动态规划的电静液作业系统，其包括：
[0007]电机驱动器，在控制器的控制下驱动对应电机；
[0008]电机，在所述电机驱动器的驱动下启动，并带动对应的液压泵马达工作；
[0009]所述液压泵马达，包括第一油口和第二油口；
[0010]第一液控单向阀和第二液控单向阀，所述第一液控单向阀的输入端与所述第一油口连通，所述第二液控单向阀的输入端与所述第二油口连通，所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的输出端均与低压蓄能器连通；
[0011]电磁开关阀，所述电磁开关阀的输入端和输出端分别与所述第一油口和所述第二油口连通；
[0012]液压缸，所述液压缸的有杆腔和无杆腔分别与所述第一油口和所述第二油口连通；
[0013]控制器，分别与所述液压泵马达、所述电机驱动器和所述电磁开关阀电连接。
[0014]在本申请可选的实施例中，该基于全局动态规划的电静液作业系统还包括：第一安全阀和第二安全阀，所述第一安全阀的输入端与所述第一油口连通，所述第一安全阀的输出端与所述第二油口连通，所述第二安全阀的输入端与所述第二油口连通，所述第二安全阀的输出端与所述第一油口连通。
[0015]在本申请可选的实施例中，该基于全局动态规划的电静液作业系统还包括：第一
压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述第一油口上，所述第二压力传感器设置于所述第二油口上；速度传感器，设置于所述液压缸的有杆腔，用于监控所述液压缸的负载速度；所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述速度传感器分别与所述控制器电连接。
[0016]可以理解，本申请公开的基于全局动态规划的电静液作业系统，可以通过控制器控制液压泵马达的排量以及控制电机的转速，从而使得整个电静液作业系统始终工作在能量效率最优的状态下。
[0017]在负载速度和负载力均大于零的工况下，液压泵马达工作在液压泵模式，液压泵马达的第一油口吸入液压油，液压泵马达的第二油口输出液压油，低压蓄能器经过第一液控单向阀向液压泵马达的第一油口补充液压油。
[0018]在负载速度小于零且负载力大于零的工况下，液压泵马达工作在空转模式，电磁开关阀打开，液压泵马达空转，液压缸无杆腔的液压油一部分经过电磁开关阀通往液压缸有杆腔，另一部分通往液压泵马达的第二油口，液压泵马达第一油口输出的液压油经过第一液控单向阀通往低压蓄能器。
[0019]在负载速度和负载力均小于零的工况下，液压泵马达工作在液压泵模式，液压缸无杆腔液压油一部分经过第二液控单向阀通往低压蓄能器，另一部分通往液压泵马达的第二油口。
[0020]在负载速度大于零且负载力小于零的工况下，液压泵马达工作在液压马达模式，液压泵马达的第一油口吸入液压油，第二油口输出液压油，低压蓄能器经过第二液控单向阀向液压缸无杆腔补充液压油。
[0021]第二方面，本申请提供一种基于全局动态规划的电静液作业系统复合控制方法，应用于第一方面任一项所述的基于全局动态规划的电静液作业系统，其包括：
[0022]S1、获取用户输入的单个周期内各个时刻的负载工况数据，所述负载工况数据包括负载速度和负载力；
[0023]S2、根据所述负载工况数据，计算单个周期内各个时刻的当前系统总功率损失；
[0024]S3、联系相邻两个时刻的所述当前系统总功率损失，得到单个周期内各个时刻的最小能耗方程；
[0025]S4、求解所述最小能耗方程，得到单个周期内各个时刻的最优电机转速和最优液压泵马达排量；
[0026]S5、控制所述电机驱动器驱动所述电机，使得所述电机的转速为单个周期内各个时刻的所述最优电机转速，控制所述液压泵马达使其排量为单个周期内各个时刻的所述最优液压泵马达排量。
[0027]其中,S1、S2等仅为步骤标识，方法的执行顺序并不一定按照数字由小到大的顺序进行，比如可以是先执行步骤S2再执行步骤S1，本申请不做限制。
[0028]可以理解，本申请公开了一种基于全局动态规划的电静液作业系统复合控制方法，采用全局动态规划的能量管理策略来复合调节电机的转速和液压泵马达的排量，将电机转速与负载速度相解耦，在去除阀控系统节流损耗的基础上，进一步优化电机工作点，使电静液作业系统在单个工作周期内实现全局的能量效率最优。
[0029]在本申请可选的实施例中，步骤S2包括：
[0030]S21、根据单个周期内各个时刻的所述负载工况数据确定每个时刻对应的工作模式；
[0031]S22、根据单个周期内各个时刻的所述工作模式和所述负载工况数据，计算每个时刻的液压泵马达容积损失、液压泵马达机械损失和电机功率损失；
[0032]S23、将每个时刻的所述液压泵马达容积损失、所述液压泵马达机械损失和所述电机功率损失之和作为对应时刻的当前系统总功率损失。
[0033]在本申请可选的实施例中，步骤S21包括：
[0034]S211、在所述负载速度大于零，且所述负载力大于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第一模式；
[0035]S212、在所述负载速度小于零，且所述负载力大于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第二模式；
[0036]S213、在所述负载速度小于零，且所述负载力小于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第三模式；
[0037]S214、在所述负载速度大于零，且所述负载力小于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第四模式。
[0038]在本申请可选的实施例中，步骤S22包括：
[0039]在所述工作模式确定为所述第一模式或所述第三模式的情况下，通过下式计算当前时刻的液压泵马达容积损失、液压泵马达机械损失和电机功率损失：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全局动态规划的电静液作业系统，其特征在于，包括：电机驱动器，在控制器的控制下驱动对应电机；电机，在所述电机驱动器的驱动下启动，并带动对应的液压泵马达工作；所述液压泵马达，包括第一油口和第二油口；第一液控单向阀和第二液控单向阀，所述第一液控单向阀的输入端与所述第一油口连通，所述第二液控单向阀的输入端与所述第二油口连通，所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的输出端均与低压蓄能器连通；电磁开关阀，所述电磁开关阀的输入端和输出端分别与所述第一油口和所述第二油口连通；液压缸，所述液压缸的有杆腔和无杆腔分别与所述第一油口和所述第二油口连通；控制器，分别与所述液压泵马达、所述电机驱动器和所述电磁开关阀电连接。2.根据权利要求1所述的基于全局动态规划的电静液作业系统，其特征在于，还包括：第一安全阀和第二安全阀，所述第一安全阀的输入端与所述第一油口连通，所述第一安全阀的输出端与所述第二油口连通，所述第二安全阀的输入端与所述第二油口连通，所述第二安全阀的输出端与所述第一油口连通。3.根据权利要求1所述的基于全局动态规划的电静液作业系统，其特征在于，还包括：第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述第一油口上，所述第二压力传感器设置于所述第二油口上；速度传感器，设置于所述液压缸的有杆腔上，用于监控所述液压缸的负载速度；所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述速度传感器分别与所述控制器电连接。4.一种基于全局动态规划的电静液作业系统复合控制方法，应用于权利要求1至3任一项所述基于全局动态规划的电静液作业系统的控制器，其特征在于，包括：获取用户输入的单个周期内各个时刻的负载工况数据，所述负载工况数据包括负载速度和负载力；根据所述负载工况数据，计算单个周期内各个时刻的当前系统总功率损失；联系相邻两个时刻的所述当前系统总功率损失，得到单个周期内各个时刻的最小能耗方程；求解所述最小能耗方程，得到单个周期内各个时刻的最优电机转速和最优液压泵马达排量；控制所述电机驱动器驱动所述电机，使得所述电机的转速为单个周期内各个时刻的所述最优电机转速，控制所述液压泵马达使其排量为单个周期内各个时刻的所述最优液压泵马达排量。5.根据权利要求4所述的基于全局动态规划的电静液作业系统复合控制方法，其特征在于，所述根据所述负载工况数据，计算单个周期内各个时刻的当前系统总功率损失，包括：根据单个周期内各个时刻的所述负载工况数据确定每个时刻对应的工作模式；根据单个周期内各个时刻的所述工作模式和所述负载工况数据，计算每个时刻的液压
泵马达容积损失、液压泵马达机械损失和电机功率损失；将每个时刻的所述液压泵马达容积损失、所述液压泵马达机械损失和所述电机功率损失之和作为对应时刻的当前系统总功率损失。6.根据权利要求5所述的基于全局动态规划的电静液作业系统复合控制方法，其特征在于，所述根据单个周期内各个时刻的所述负载工况数据确定每个时刻对应的工作模式，包括：在所述负载速度大于零，且所述负载力大于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第一模式；在所述负载速度小于零，且所述负载力大于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第二模式；在所述负载速度小于零，且所述负载力小于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第三模式；在所述负载速度大于零，且所述负载力小于零的情况下，将当前时刻的所述工作模式确定为第四模式。7.根据权利要求6所述的基于全局动态规划的电静液作业系统复合控制方法，其特征在于，所述根据单个周期内各个时刻的所述工作模式和所述负载工况数据，计算每个时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，吴佳明，张琪，林梓畅，张浩翔，林振川，乔艺涵，汪佳佳，徐兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：