[发明专利]一种液压挖掘机功率自适应控制系统

摘要

本发明公开了一种液压挖掘机功率自适应控制系统，旨在实现挖掘机在变负荷工况下发动机功率输出与外负载功率需求之间的动态实时匹配。本发明通过采集主泵压力信号和先导压力信号，据此对铲斗阻力的大小和用户对铲斗速度的期望进行在线计算，进而计算出挖掘机工作的实时功率需求；根据功率需求及其变化趋势对发动机油门位置进行离散模糊控制，使发动机工作在预定的功率输出点附近，同时对动力系统的状态参数进行在线调节，使动力单元的功率输出能够对外负载进行匹配控制。本发明在保证挖掘机动力性的前提下提高了其经济性，实现挖掘机在变负荷工况下发动机功率输出与外负载功率需求之间的动态实时匹配，有效降低了单位土方量的燃油消耗率。

主权项

一种液压挖掘机功率自适应控制系统，其特征在于，系统具有主压力传感器，能够在线检测主液压系统压力；系统具有先导压力传感器，能够在线检测先导液压系统压力；系统具有功率控制模块，该模块通过对主液压系统压力信号和先导液压系统压力信号进行计算和处理，可以在线调节发动机油门开度、发动机目标转速和液压泵的变量机构；所述功率控制模块工作内容如下：其输入信号包括挖掘机主液压系统压力信号、先导液压系统压力信号、发动机转速、主泵排量信息中的部分或全部；其输出信号包括对发动机油门开度的调节信号、发动机目标转速信号和液压泵排量调节信号的部分或全部；其数据处理方法包括对输入信号进行代数运算、模糊推理或人工神经网络方法中的一种或几种；其功能包括对外负载的大小进行在线计算和预测、对操作者的作业方式期望进行模式识别、对操作者的作业速度期望进行计算和预测；所述功率控制模块包括两个模块：负载计算器和模糊油门控制器；负载计算器的输入量是主泵压力信号和先导压力信号，其输出量是负载的计算值；模糊油门控制器的输入值是负载计算器的计算结果和检测到的发动机实际转速，输出值是油门开度；所述负载计算器的计算过程如下：1)在一个工作循环内将检测到的主系统压力进行加权平均，根据重载挖掘时的功率需求，在0—1之间赋值；2)在一个工作循环内将检测到的先导压力进行全程平均，将结果在0—1间赋值；3)将上述两个值相乘，得到一个0——1之间的数值，该数值即为主泵角功率的百分数；当计算出的外界功率需求小于发动机额定功率时，对动力系统输出功率进行自适应控制，当计算出的外界功率需求大于发动机额定功率时，保持发动机额定功率输出；所述模糊油门控制器的组成模块包括：转速偏差变化计算模块、输入量的模糊化处理模块、模糊推理和模糊决策模块、模糊数据精确化处理模块；所述转速偏差变化计算模块，其计算公式如下：e=n1‑n0ec=n2‑n1其中：e：发动机转速偏差ec：转速偏差变化n0：发动机目标转速n1：发动机在t1时刻的转速n2：发动机在t2时刻的转速；所述输入量的模糊化处理模块，其计算方式如下：模糊控制器的输入量确定为发动机转速偏差e和转速偏差变化ec，输出量为发动机油门信号增量u；发动机转速偏差e的基本论域为[‑200，200]，转速偏差变化ec的基本论域为[‑50，50]；输入量的模糊语言变量分别为E和EC，输出量的模糊语言变量为U，模糊量E、EC、U的基本论域均为[‑6，‑5，‑4，‑3，‑2，‑1， 0，+1，+2，+3，+4，+5，+6]，模糊量E、EC、U的模糊变量均赋值为[NL、NM、NS、O、PS、PM、PL]，建立语言变量的赋值表下：所述模糊推理和模糊决策模块，其计算方式如下：模糊油门控制器的模糊规则如下表：所述模糊数据精确化处理模块，其计算方式如下把模糊量转换为精确量u用来执行控制，u=∑u(xi)xi/∑u(xi)其中：xi指论域元素；u(xi)指相应于xi的隶属度；还包括控制表的获取；对于任意的误差E1和误差变化EC1，均有唯一的U1与其对应，模糊控制器的控制表，如下所示：。