本發(fā)明涉及先進制造裝備領域，具體地，涉及一種用于控制液壓系統(tǒng)的方法、控制器以及機械。

背景技術：

一些工程機械(例如旋挖鉆機)在承受突變負載時，其發(fā)動機-液壓系統(tǒng)功率匹配控制過程分為第一部分瞬態(tài)過程和第二部分穩(wěn)態(tài)過程。在第一部分瞬態(tài)過程中，發(fā)動機轉速發(fā)生波動，當突變負載接近發(fā)動機額定負載的100％(稱為功率極限載荷工況)時，通過策略控制變量主泵排量或液壓主閥開口，改變液壓系統(tǒng)所需流量，進而改變發(fā)動機負載突變梯度，防止發(fā)動機熄火、冒黑煙，這種過程稱為極限載荷控制；而在第二部分穩(wěn)態(tài)過程中，發(fā)動機轉速穩(wěn)定，這時控制變量主泵排量或液壓主閥開口，改變液壓系統(tǒng)所需流量，進而改變發(fā)動機負載，讓發(fā)動機工作在當前轉速下的最佳油耗狀態(tài)，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)功率匹配。

申請公布號為CN101857175A的中國專利申請公開了一種集裝箱正面吊運機極限載荷的控制系統(tǒng)及其控制方法，其采用發(fā)動機當前速度負載百分比作為反饋量搭建極限載荷控制系統(tǒng)，控制對象為液壓系統(tǒng)液壓主閥開口。當當前速度負載百分比小于設定值時，加大液壓主閥開度；當當前速度負載百分比大于設定值時，減小液壓主閥開度，目的是將當前速度負載百分比控制在設定值附近。

申請公布號為CN102021925A的中國專利申請公開了一種挖掘機功率匹配控制系統(tǒng)和方法。申請公布號為CN102505996A的中國專利申請公開了一種電控發(fā)動機和變量液壓主泵的功率匹配系統(tǒng)及方法。這兩篇專利申請采用發(fā)動機轉速作為反饋量搭建功率匹配控制系統(tǒng)，控制對象為變量主泵排量。當發(fā)動機實際轉速與空載轉速的差值較大時，增加主泵控制電流減小主泵吸收功率；當發(fā)動機實際轉速與空載轉速的差值較小時，則減小主泵控制電流增大主泵吸收功率。

申請公布號為CN105402039A的中國專利申請公開了一種基于扭矩與轉速復合控制的旋挖鉆機功率匹配方法，其采用發(fā)動機轉速與扭矩作為反饋量搭建功率匹配控制系統(tǒng)，當發(fā)動機實際轉速及扭矩與目標差值較大時，增加主泵控制電流減小主泵吸收功率；使發(fā)動機不熄火、不冒黑煙。

然而，現(xiàn)有技術存在以下缺點。

第一、在瞬態(tài)過程中，發(fā)動機的扭矩指標(當前速度負載百分比)無法準確反映發(fā)動機的扭矩響應特征，因此根據(jù)發(fā)動機當前速度負載百分比進行的極限載荷控制，忽視了的扭矩響應問題，必然無法達到理想的控制效果。

圖1是機械在承受負載的全過程中發(fā)動機扭矩與速度變化曲線。如圖1所示，B和C組成的區(qū)間為穩(wěn)定時間(發(fā)生在瞬態(tài)過程)，在整個C區(qū)間時，發(fā)動機轉速線急速下降，后快速回升，在發(fā)動機轉速急速下降區(qū)域顯然發(fā)動機的需求負載要遠大于輸出功率需求，而當前速度負載百分比在此階段一直維持在100％左右，明顯存在速度負載百分比不能準確真實反映需求扭矩與實際處處扭矩之間差值的情況，因此只根據(jù)發(fā)動機當前速度負載百分比進行的功率匹配控制，必然無法達到理想的控制效果。

第二、在穩(wěn)態(tài)過程中，發(fā)動機轉速無法準確反映發(fā)動機的負載狀態(tài)，因此根據(jù)發(fā)動機速度進行的功率匹配控制，忽視了的負載狀態(tài)，無法真正使發(fā)動機工作在負載匹配點附近。

如圖1所示，D區(qū)間為穩(wěn)態(tài)過程，在整個D區(qū)間時，發(fā)動機轉速與A區(qū)間(空載狀態(tài))下一致，都維持在一個確定的值左右(1000rpm)，而當前速度負載百分比由A區(qū)間的約20％變化為84％左右，明顯發(fā)動機轉速在D區(qū)間不能準確真實反映需求發(fā)動機的負載大小的情況，因此在穩(wěn)態(tài)過程中只根據(jù)發(fā)動機的速度進行功率匹配控制，必然無法準確的使發(fā)動機工作在負載匹配點附近。

因此，CN101857175A、CN102021925A及CN102505996A只關注了瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)過程的兩者之一，或者期望在瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)過程中采用單一變量作為整個策略的反饋量，忽視了瞬、穩(wěn)態(tài)過程的差異，必然會導致控制效果不佳。

技術實現(xiàn)要素：

本申請的目的是提供一種用于控制液壓系統(tǒng)的方法、控制器以及機械，其能夠既解決瞬態(tài)過程下發(fā)動機的熄火問題又實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)過程下液壓系統(tǒng)與發(fā)動機的功率匹配。

為了實現(xiàn)上述目的，本申請的第一方面提供一種用于控制液壓系統(tǒng)的方法，該方法包括：獲取發(fā)動機轉速，根據(jù)所述發(fā)動機轉速來確定用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的控制模式，其中所述控制模式包括極限載荷控制模式和扭矩匹配控制模式；判斷當前控制模式與所確定的控制模式是否一致；如果判斷出所述當前控制模式與所確定的控制模式一致，則繼續(xù)使用所述當前控制模式來控制所述液壓系統(tǒng)的功率；如果判斷出所述當前控制模式與所確定的控制模式不一致，則從所述當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式。

可選地，在所述極限載荷控制模式中，根據(jù)所述發(fā)動機轉速和設定的發(fā)動機轉速的目標值生成用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量，并將所述第一控制量輸出到所述液壓系統(tǒng)以控制所述液壓系統(tǒng)的功率；以及在所述扭矩匹配控制模式中，根據(jù)發(fā)動機當前速度負載百分比與設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值生成用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的第二控制量，并將所述第二控制量輸出到所述液壓系統(tǒng)以控制所述液壓系統(tǒng)的功率。

可選地，該方法還包括對輸出到所述液壓系統(tǒng)的控制量添加偏移值。

可選地，所述偏移值是根據(jù)所述液壓系統(tǒng)的主泵壓力、液壓主閥先導壓力、主泵的壓力-流量曲線以及所述發(fā)動機的輸出功率來確定的。

可選地，所述確定控制模式包括：將所述發(fā)動機轉速與第一轉速閾值進行比較；如果所述發(fā)動機轉速大于所述第一轉速閾值，則確定所述控制模式為所述扭矩匹配控制模式；如果所述發(fā)動機轉速小于或等于所述第一轉速閾值，則將所述發(fā)動機轉速與第二轉速閾值進行比較，其中所述第一轉速閾值大于所述第二轉速閾值；如果所述發(fā)動機轉速大于所述第二轉速閾值，則確定所述控制模式為所述極限載荷控制模式。

可選地，所述確定控制模式還包括：如果所述發(fā)動機轉速小于或等于所述第一轉速閾值，將所述發(fā)動機轉速與所述設定的發(fā)動機轉速的目標值進行比較，其中所述設定的發(fā)動機轉速的目標值小于所述第一轉速閾值且大于所述第二轉速閾值；如果所述發(fā)動機轉速大于所述設定的發(fā)動機轉速的目標值，且上一個控制周期中使用的是所述扭矩匹配控制模式，則確定所述控制模式為所述極限載荷控制模式，并得到需要進行控制模式切換的結果。

可選地，所述控制模式還包括低轉速控制模式，所述確定控制模式還包括：如果所述發(fā)動機轉速小于或等于所述第二轉速閾值，則確定所述控制模式為所述低轉速控制模式。

可選地，在確定的控制模式是所述低轉速控制模式的情況下，向所述液壓系統(tǒng)輸出最大控制量。

可選地，所述從所述當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式包括：計算在所述當前控制模式中用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量；計算在所確定的控制模式中用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的第二控制量；

根據(jù)以下公式確定在每個控制周期輸出到所述液壓系統(tǒng)的控制量：

其中，y(i)表示在第i個控制周期輸出到所述液壓系統(tǒng)的控制量，A表示所述第一控制量，B表示所述第二控制量，t_i表示第i個控制周期的長度，G表示發(fā)動機和液壓系統(tǒng)能承受的最大輸出控制量減少率。

可選地，發(fā)動機具有動力模式和PTO調速功能，所述設定的發(fā)動機轉速的目標值基于所述發(fā)動機的PTO檔位來設定；以及所述設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值基于所述發(fā)動機的動力模式、所述發(fā)動機的PTO檔位以及所述發(fā)動機的萬有特性數(shù)據(jù)表來設定。

本申請的第二方面提供一種用于控制液壓系統(tǒng)的控制器，所述控制器包括：控制模式確定模塊，被配置成獲取發(fā)動機轉速并根據(jù)所述發(fā)動機轉速來確定用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的控制模式，其中所述控制模式包括極限載荷控制模式和扭矩匹配控制模式；以及控制量輸出模塊，被配置成：接收所述控制模式確定模塊確定的控制模式；判斷當前控制模式與所確定的控制模式是否一致；如果判斷出所述當前控制模式與所確定的控制模式一致，則繼續(xù)使用所述當前控制模式來控制所述液壓系統(tǒng)的功率；如果判斷出所述當前控制模式與所確定的控制模式不一致，則從所述當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式。

可選地，所述控制器還包括：極限載荷控制模塊，被配置成獲取所述發(fā)動機轉速并根據(jù)所述發(fā)動機轉速和設定的發(fā)動機轉速的目標值生成用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量；扭矩匹配控制模塊，被配置成獲取發(fā)動機當前速度負載百分比并根據(jù)所述發(fā)動機當前速度負載百分比與設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值生成用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的第二控制量；所述控制量輸出模塊還被配置成：在所述極限載荷控制模式中輸出所述第一控制量到所述液壓系統(tǒng)來控制所述液壓系統(tǒng)的功率；在所述扭矩匹配控制模式中輸出所述第二控制量到所述液壓系統(tǒng)來控制所述液壓系統(tǒng)的功率；以及在從所述當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式期間根據(jù)所述第一控制量和所述第二控制量確定輸出到所述液壓系統(tǒng)的用于控制所述液壓系統(tǒng)的功率的控制量。

可選地，所述控制器還包括偏移設定模塊，被配置成：獲取所述液壓系統(tǒng)的主泵壓力和液壓主閥先導壓力以及所述發(fā)動機的輸出功率；根據(jù)所述液壓系統(tǒng)的主泵壓力、所述液壓主閥先導壓力、主泵的壓力-流量曲線以及所述發(fā)動機的輸出功率來確定偏移值；所述控制量輸出模塊還被配置成將所述第一控制量、所述第二控制量和所述控制量中要被輸出到所述液壓系統(tǒng)的一者加上所述偏移值之后再輸出到所述液壓系統(tǒng)。

可選地，所述控制模式確定模塊被配置成：將所述發(fā)動機轉速與第一轉速閾值進行比較；如果所述發(fā)動機轉速大于所述第一轉速閾值，則確定所述控制模式為所述扭矩匹配控制模式；如果所述發(fā)動機轉速小于或等于所述第一轉速閾值，則將所述發(fā)動機轉速與第二轉速閾值進行比較，其中所述第一轉速閾值大于所述第二轉速閾值；以及如果所述發(fā)動機轉速大于所述第二轉速閾值，則確定所述控制模式為所述極限載荷控制模式。

可選地，所述控制模式確定模塊還被配置成：如果所述發(fā)動機轉速小于或等于所述第一轉速閾值，將所述發(fā)動機轉速與所述設定的發(fā)動機轉速的目標值進行比較，其中所述設定的發(fā)動機轉速的目標值小于所述第一轉速閾值且大于所述第二轉速閾值；以及如果所述發(fā)動機轉速大于所述設定的發(fā)動機轉速的目標值，且上一個控制周期中使用的是所述扭矩匹配控制模式，則確定所述控制模式為所述極限載荷控制模式，并得到需要進行控制模式切換的結果。

可選地，所述控制模式確定模塊還被配置成：如果所述發(fā)動機轉速小于或等于所述第二轉速閾值，則確定所述控制模式為所述低轉速控制模式；以及所述控制量輸出模塊還被配置成接收所述低轉速控制模式，向所述液壓系統(tǒng)輸出最大功率控制值。

可選地，發(fā)動機具有動力模式和PTO調速功能，所述極限載荷控制模塊還被配置成基于所述發(fā)動機的PTO檔位來設定所述設定的發(fā)動機轉速的目標值；以及所述扭矩匹配控制模塊還被配置成基于所述發(fā)動機的動力模式、所述發(fā)動機的PTO檔位以及所述發(fā)動機的萬有特性數(shù)據(jù)表來設定所述設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值。

本申請的第三方面提供一種機械，包括上述的用于控制液壓系統(tǒng)的控制器。

通過上述技術方案，采用轉速、扭矩復合控制方法，既解決了極限載荷狀態(tài)下發(fā)動機的熄火問題，又實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)與發(fā)動機在非極限載荷狀態(tài)下的功率匹配。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是機械在承受負載的全過程中發(fā)動機扭矩與速度變化曲線；

圖2示出了掉速率、當前速度負載百分比以及穩(wěn)定時間之間的關系；

圖3是根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的控制器的結構框圖；

圖4是可以應用根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器的第一種應用場景的示意圖；

圖5是在圖4中的應用場景中應用的根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器的控制策略示意圖；

圖6是可以應用根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器的第二種應用場景的示意圖；

圖7是可以應用根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器的第三種應用場景的示意圖；

圖8是根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的方法的流程圖；

圖9是圖8中示出的根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的方法中的確定控制模式步驟的流程圖；以及

圖10是圖8中示出的根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的方法中的根據(jù)控制模式確定控制量的步驟的流程圖。

附圖標記說明

10控制器 11控制模式確定模塊

12控制量輸出模塊 13極限載荷控制模塊

14扭矩匹配控制模塊 15偏移設定模塊

20主泵 30液壓主閥

41發(fā)動機 42ECU

50壓力傳感器 60液壓執(zhí)行器

70動力模式和PTO檔位選擇開關

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

在本申請中提到的術語“掉速率”是指發(fā)動機突變負載下的最大轉速(或最小轉速)與負載突變前的額定轉速之差與額定轉速之比的百分數(shù)。

在本申請中提到的術語“當前速度負載百分比”是指在當前發(fā)動機轉速下，實際發(fā)動機轉矩(指示轉矩)和最大有效指示轉矩的比值。

在本申請中提到的術語“穩(wěn)定時間”是指從發(fā)動機轉速突變起至發(fā)動機轉速重新穩(wěn)定在所規(guī)定轉速不穩(wěn)定度范圍內為止的一段時間。

圖2示出了掉速率、當前速度負載百分比以及穩(wěn)定時間之間的關系。

發(fā)動機熄火、冒黑煙或者掉速較大本質上都是由于發(fā)動機的輸出扭矩與負載的需求扭矩不匹配造成發(fā)動機不正常工作的現(xiàn)象，一般說來是負載的需求扭矩在一段時間內大于發(fā)動機的輸出扭矩。通常表現(xiàn)為兩種原因：

(1)、發(fā)動機的輸出扭矩最大增長率與負載需求扭矩增長率不匹配，一般表現(xiàn)為需求扭矩增長率在一段時間內大于輸出扭矩最大增長率，導致發(fā)動機熄火、冒黑煙或者掉速較大現(xiàn)象。

(2)、液壓系統(tǒng)需求扭矩大于發(fā)動機能輸出的最大扭矩，導致發(fā)動機熄火、冒黑煙或者掉速較大現(xiàn)象。

為了防止熄火等現(xiàn)象的發(fā)生，同時使發(fā)動機長時間工作在經(jīng)濟工作區(qū)，需通過實時控制發(fā)動機或液壓系統(tǒng)參數(shù)使發(fā)動機在負載變化很大的工況下，不至于熄火、冒黑煙或者掉速較大；在負載相對平穩(wěn)時，發(fā)動機能工作在最佳經(jīng)濟工作區(qū)間內。整個的這一過程稱為發(fā)動機—液壓系統(tǒng)的功率匹配。

根據(jù)上述描述，實現(xiàn)發(fā)動機-液壓系統(tǒng)的功率匹配可以有兩種方式，一種實時調整發(fā)動機的參數(shù)，但是如果發(fā)動機是帶有自動電子調速器的電噴發(fā)動機，一般說來是具有PTO調速功能的發(fā)動機(即當負載變化時，發(fā)動機具有一定的保持發(fā)動機轉速不隨負載變化的能力)，考慮到發(fā)動機本身自帶調速能力，這種方式不適用?？紤]到更寬的應用范圍，本申請的實施方式采用另一種方法：通過控制液壓系統(tǒng)參數(shù)來實時匹配發(fā)動機的輸出能力，使發(fā)動機在負載變化很大的工況下，不至于熄火、冒黑煙或者掉速較大；在負載相對平穩(wěn)時，發(fā)動機能工作在最佳經(jīng)濟工作區(qū)間內。

因此，本申請的實施方式可以通過調整液壓系統(tǒng)的參數(shù)(例如，主泵的控制電流)，使發(fā)動機與液壓系統(tǒng)的扭矩實時相匹配，來保護發(fā)動機在液壓系統(tǒng)需求功率變化劇烈時，不至于熄火、冒黑煙或者掉速較大；在液壓系統(tǒng)需求功率相對平穩(wěn)時，發(fā)動機能工作在最佳經(jīng)濟工作區(qū)間內。

圖3是根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的控制器10的結構框圖。參考圖3，在本申請的實施方式中，提供了一種用于控制液壓系統(tǒng)的控制器10，該控制器10可以包括：

控制模式確定模塊11，可以被配置成獲取發(fā)動機轉速根據(jù)發(fā)動機轉速來確定用于控制液壓系統(tǒng)的功率的控制模式，其中該控制模式可以包括極限載荷控制模式和扭矩匹配控制模式；以及

控制量輸出模塊12，可以被配置成：

接收控制模式確定模塊11確定的控制模式；

判斷當前控制模式與所確定的控制模式是否一致；

如果判斷出當前控制模式與所確定的控制模式一致，則繼續(xù)使用當前控制模式來控制液壓系統(tǒng)的功率；

如果判斷出當前控制模式與所確定的控制模式不一致，則從當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式。

在本申請的進一步實施方式中，控制器10還可以包括：

極限載荷控制模塊13，可以被配置成獲取發(fā)動機轉速并根據(jù)發(fā)動機轉速和設定的發(fā)動機轉速的目標值生成用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量；

扭矩匹配控制模塊14，可以被配置成獲取發(fā)動機當前速度負載百分比并根據(jù)發(fā)動機當前速度負載百分比與設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值生成用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第二控制量；

控制量輸出模塊12還可以被配置成：

在極限載荷控制模式中輸出第一控制量到液壓系統(tǒng)來控制液壓系統(tǒng)的功率；

在扭矩匹配控制模式中輸出第二控制量到液壓系統(tǒng)來控制液壓系統(tǒng)的功率；以及

在從當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式期間根據(jù)第一控制量和第二控制量確定輸出到液壓系統(tǒng)的用于控制液壓系統(tǒng)的功率的控制量(即，過渡控制量)。

在本申請實施方式中，極限載荷控制模塊13和扭矩匹配控制模塊14可以采用傳統(tǒng)的PID控制方式，但本領域技術人員可以理解還可以使用其他的反饋控制。

具體來說，控制量輸出模塊12可以根據(jù)以下公式確定在每個控制周期輸出到液壓系統(tǒng)的控制量：

其中，y(i)表示在第i個控制周期輸出到液壓系統(tǒng)的控制量，A表示第一控制量，B表示第二控制量，t_i表示第i個控制周期的長度，G表示系統(tǒng)能承受的最大輸出控制量減少率。

在本申請的一個實施方式中，控制器10還可以包括偏移設定模塊15，被配置成：

獲取液壓系統(tǒng)的主泵壓力和液壓主閥先導壓力以及發(fā)動機41的輸出功率；

根據(jù)液壓系統(tǒng)的主泵壓力、液壓主閥先導壓力、主泵20的壓力-流量曲線以及發(fā)動機41的輸出功率來確定偏移值；

控制量輸出模塊12還可以被配置成將第一控制量、第二控制量和控制量中要被輸出到液壓系統(tǒng)的一者加上偏移值之后再輸出到液壓系統(tǒng)。

在本申請的進一步實施方式中，控制模式確定模塊11可以被配置成：

將發(fā)動機轉速與第一轉速閾值進行比較；

如果發(fā)動機轉速大于第一轉速閾值，則確定控制模式為扭矩匹配控制模式；

如果發(fā)動機轉速小于或等于第一轉速閾值，則將發(fā)動機轉速與第二轉速閾值進行比較，其中第一轉速閾值大于第二轉速閾值；以及

如果發(fā)動機轉速大于第二轉速閾值，則確定控制模式為極限載荷控制模式。

在本申請進一步實施方式中，控制模式確定模塊11還可以被配置成：

如果發(fā)動機轉速小于或等于第一轉速閾值，將發(fā)動機轉速與設定的發(fā)動機轉速的目標值進行比較，其中設定的發(fā)動機轉速的目標值小于第一轉速閾值且大于第二轉速閾值；以及

如果發(fā)動機轉速大于設定的發(fā)動機轉速的目標值，且上一個控制周期中使用的是扭矩匹配控制模式，則確定控制模式為極限載荷控制模式，并得到需要進行控制模式切換的結果。

在本申請的進一步實施方式中，控制模式確定模塊11還可以被配置成：如果發(fā)動機轉速小于或等于第二轉速閾值，則確定控制模式為低轉速控制模式；以及

控制量輸出模塊12還可以被配置成接收低轉速控制模式，向液壓系統(tǒng)輸出最大功率控制值。

在本申請的實施方式中，提及的發(fā)動機41可以具有動力模式和PTO調速功能，在這種情況下，極限載荷控制模塊13還可以被配置成基于發(fā)動機41的PTO檔位來設定所述設定的發(fā)動機轉速的目標值；以及扭矩匹配控制模塊14還可以被配置成基于發(fā)動機41的動力模式、發(fā)動機41的PTO檔位以及發(fā)動機41的萬有特性數(shù)據(jù)表來設定該設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值。發(fā)動機41的萬有特性數(shù)據(jù)表可以是已知的并可以預存儲在控制器10中(例如控制器10的存儲器(未示出)中)。

控制器10中的控制模式確定模塊11、控制量輸出模塊12、極限載荷控制模塊13、扭矩匹配控制模塊14以及偏移設定模塊15可以通過軟件、硬件、固件或這些的任意組合的方式來實施?？刂破?0的示例可以包括但不限于通用處理器、專用處理器、常規(guī)處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、多個微處理器、與DSP核心相關聯(lián)的一個或多個微處理器、控制器、微控制器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)電路、任何其它類型的集成電路(IC)、狀態(tài)機等。

圖4是可以應用根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器10的第一種應用場景的示意圖。圖5是在圖4中的應用場景中應用的根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器10的控制策略示意圖。在該第一種應用場景中，發(fā)動機41與液壓系統(tǒng)的主泵20連接，用于給主泵20輸出動力。主泵20通過液壓主閥30與液壓執(zhí)行器60連通。壓力傳感器50用于檢測主泵20出口壓力和液壓主閥30的先導壓力。如果液壓主閥30采用電比例先導閥，也可以用先導閥控制電流代替先導壓力?？刂破?0可以通過CAN總線與發(fā)動機41的ECU 42連接?？刂破?0可以例如通過CAN總線與發(fā)動機41的ECU 42連接，可實時獲取發(fā)動機轉速、當前速度負載百分比、發(fā)動機41輸出功率等狀態(tài)參數(shù)。在該應用場景中，發(fā)動機41可以具有動力模式和PTO調速功能?？刂破?0可以例如通過開關量輸入通道獲取人為設置(例如通過圖4中的動力模式和PTO檔位選擇開關70)的動力模式和PTO檔位?？刂破?0可以例如通過模擬量輸入通道獲取壓力傳感器50測量的主泵出口壓力值和液壓主閥先導壓力值?？刂破?0可以例如通過PWM輸出通道向主泵20輸出泵控電流實現(xiàn)液壓系統(tǒng)扭矩調節(jié)。在該應用場景中，用于控制液壓系統(tǒng)的功率的控制量(輸出控制量)是輸出到主泵20的泵電流。圖5中的極限載荷控制塊可以對應于圖3中的極限載荷控制量輸出模塊12，圖5中的調節(jié)主泵預設電流塊可以對應于圖3中的偏移設定模塊15，圖5中的系統(tǒng)瞬、穩(wěn)態(tài)自動判斷塊可以對應于圖3中的控制模式確定模塊11，圖5中的扭矩匹配控制塊可以對應于圖3中扭矩匹配控制模塊14，以及圖5中的自主選擇及平滑過渡模塊可以對應于圖3中的控制量輸出模塊12。

在圖5中所示的極限載荷控制塊，例如圖3所示的控制器10的極限載荷控制模塊13可以從動力模式和PTO檔位選擇開關70接收PTO檔位信號，計算出發(fā)動機41與所選檔位對應的轉速目標值，比較與實際轉速的差值，極限載荷控制模塊13可以根據(jù)從ECU 42獲取的發(fā)動機轉速信號與轉速目標值計算出用于輸出到液壓系統(tǒng)的主泵20的對應的控制電流值。在本申請的實施方式中，極限載荷控制目標值可以例如設定在發(fā)動機PTO設定的轉速值的94％～98％，PTO檔位越高，目標值取值越低；PTO檔位越低，目標值取值越高。控制目標不宜過高或過低，設定過高，PTO調速與極限載荷控制同時作用易導致轉速超調；控制目標設定過低，發(fā)動機轉速掉速過大導致控制品質變差甚至熄火。當發(fā)動機實際轉速低于控制目標(目標值)時，可以啟動傳統(tǒng)PID控制，輸出控制量為泵電流值。

在圖5中所示的調節(jié)主泵預設電流塊，例如圖3所示的控制器10的偏移設定模塊15可以通過從壓力傳感器50獲取的主泵壓力及液壓主閥先導壓力信息計算出合適的預設電流值。這個預設電流值的大小一般可以根據(jù)經(jīng)驗取對應泵的負載壓力下，滿負荷輸出電流值的一定百分比，例如50％。調節(jié)主泵預設電流的作用是使控制起始點快速接近目標控制值，縮短控制區(qū)間，提高控制精度。調節(jié)主泵預設電流是通過接收主泵壓力信號、液壓主閥先導壓力信號等，根據(jù)主泵20的壓力-流量曲線及發(fā)動機41的輸出功率，取發(fā)動機-液壓系統(tǒng)負荷的一百分比(例如半負荷(50％))輸出時的電流值為系統(tǒng)的調節(jié)主泵20的預設電流。主泵20的壓力-流量曲線是已知的。但是，本領域技術人員可以理解，在沒有該調節(jié)主泵20的預設電流(偏移值)的情況下也可以實施本申請實施方式提供的控制方案。

在圖5中所示的扭矩匹配控制塊，例如圖3所示的控制器10的扭矩匹配控制模塊14可以根據(jù)動力模式、PTO檔位及發(fā)動機萬有特性數(shù)據(jù)表等信息來設定發(fā)動機41的當前速度負載百分比。扭矩匹配控制模塊14可以根據(jù)設定的發(fā)動機的當前速度負載百分比和實際的發(fā)動機速度負載百分比信息，計算出用于輸出到液壓系統(tǒng)的主泵20的相應的控制電流值。這里的扭矩匹配控制可以根據(jù)實際的發(fā)動機速度負載百分比和設定的發(fā)動機的當前速度負載百分比之間的差值，運用合適的傳統(tǒng)PID控制策略，來輸出主泵20的控制電流。

在圖5中所示的系統(tǒng)瞬穩(wěn)態(tài)判斷塊，例如圖3所示的控制器10的控制模式確定模塊11可以例如從ECU 42獲取發(fā)動機轉速，分析判斷出發(fā)動機41所處的響應狀態(tài)是瞬態(tài)還是穩(wěn)態(tài)。

具體來說，在本申請的實施方式中，控制模式確定模塊11可以執(zhí)行以下操作：

獲取發(fā)動機轉速信息，判斷發(fā)動機41實際轉速是否小于或等于高轉速閥值的大小，如果判斷結果為否則確定應該進行扭矩匹配控制，則確定所需控制模式是扭矩匹配控制模式；其中高轉速閥值一般可以取PTO設定轉速的98％左右，下文的低轉速閥值一般可以取PTO設定轉速的80％。

如果上述的判斷結果為是，則比較發(fā)動機實際轉速與發(fā)動機目標轉速的大小，如果實際轉速大于目標轉速，且上個周期為扭矩匹配控制模式，則判斷需要切換控制模式，進行極限載荷控制。在這種情況下確定所需控制模式是極限載荷控制模式。

如果發(fā)動機實際轉速小于或等于發(fā)動機目標轉速，且實際轉速大于低轉速閥值，則判斷以轉速作為目標進行控制，即進行極限載荷控制。在這種情況下確定所需控制模式是極限載荷控制模式。

如果發(fā)動機實際轉速小于或等于低轉速閥值，則判斷進入低轉速模式，確定所需控制模式是低轉速控制模式，在該低轉速控制模式中，將主泵20的控制電流設為最大。

將以上確定的所需控制模式輸出給控制量輸出模塊12。

在圖5中所示的自主選擇及平滑過渡塊，例如圖3所示的控制器10的控制量輸出模塊12可以接收來自極限載荷控制模塊13、偏移設定模塊15(調節(jié)主泵預設電流)、控制模式確定模塊11(系統(tǒng)瞬、穩(wěn)態(tài)自動判斷)和扭矩匹配控制模塊14的控制結果及確定結果，生成用于平滑控制主泵20的泵電流輸出。

具體來說，在本申請的實施方式中，控制量輸出模塊12可以執(zhí)行以下操作：

接收控制模式確定模塊11(在瞬穩(wěn)態(tài)狀態(tài)判斷塊)輸出的確定結果，判斷當前控制模式是否與所確定的控制模式一致，如果一致則計算當前控制模式下(極限載荷控制模式或者扭矩匹配控制模式)輸出到主泵20的泵電流值，即將極限載荷控制模塊13或扭矩匹配控制模塊14生成或輸出的控制量(電流值)疊加在調節(jié)主泵預設電流塊計算出的預設電流值然后輸出到主泵20。

如果當前控制模式與確定的控制模式不一致，則需要切換控制模式，此時計算當前控制模式下輸出到主泵20的輸出電流值和所確定的控制模式下輸出到主泵20的輸出電流值。

根據(jù)上述在當前控制模式與所確定的控制模式下輸出的電流值，以電流變化率不大于系統(tǒng)要求為目的，對電流的減少率進行控制，使輸出到主泵20的電流不突變以實現(xiàn)平滑過渡。

具體來說，可以套用上述公式(1)確定在每個控制周期輸出到所述液壓系統(tǒng)的控制量(即，過渡控制量)：

在該應用場景中，y(i)可以表示在第i個控制周期輸出到主泵20的電流值，A可以表示當前控制模式下輸出到主泵20的電流值，B可以表示所確定的控制模式下輸出到主泵20的電流值，t_i表示第i個控制周期的長度，G表示系統(tǒng)(發(fā)動機41和液壓系統(tǒng)構成的系統(tǒng))能承受的最大電流減少率。

例如，假設控制周期的長度為10ms，當前控制模式是扭矩匹配控制且扭矩匹配控制模塊14的控制量為500mA，而確定的控制模式是極限載荷控制模式，且極限載荷控制模式控制量為400mA，則在本次控制周期中輸出到主泵20的電流值為500-G*10(mA)，其中G為系統(tǒng)能承受的最大電流減少率，其單位可以為mA/ms。然后可以將該電流值疊加在調節(jié)主泵預設電流塊計算出的預設電流值之后一起輸出到主泵20(即，500-G*10+預設電流值)。

采用平滑過渡，可以避免在切換控制模式時控制量的突變帶來系統(tǒng)震蕩，避免系統(tǒng)抖動造成控制效果不佳。

圖6是可以應用根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器10的第二種應用場景的示意圖。圖6中示出的應用場景與圖4和圖5中示出的第一種應用場景中的控制策略基本相同，區(qū)別只是在于圖6中示出的應用場景可應用于通過控制液壓主閥30能夠控制液壓系統(tǒng)的功率的情況中，在該應用場景中控制器10的控制對象可以是液壓主閥30的開口量，因此控制器10(控制量輸出模塊12)輸出的控制量是輸出到液壓主閥30的閥控電流，這也能實現(xiàn)與圖4和圖5中所示的控制主泵20電流相同或相似的控制效果。

圖7是可以應用根據(jù)本申請的實施方式提供的控制器10的第三種應用場景的示意圖。圖7中示出的應用場景與圖4和圖5中示出的第一種應用場景中的控制策略基本相同，區(qū)別只是在于圖7中示出的應用場景可應用于液壓系統(tǒng)的主泵20是功率控制泵的情況，通過控制該功率控制泵的功率能夠控制液壓系統(tǒng)的功率。在該應用場景中控制器10的控制對象可以是主泵20的功率控制信號，因此控制器10(控制量輸出模塊12)輸出的控制量是輸出到主泵20的功率控制信號，這也能實現(xiàn)與圖4和圖5中所示的控制主泵20電流或圖6中所示的控制閥控電流相同或相似的控制效果。

圖8是根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的方法的流程圖。如圖8所示，根據(jù)本申請的實施方式，提供了一種用于控制液壓系統(tǒng)的方法，該方法可以包括：

獲取發(fā)動機轉速；

根據(jù)發(fā)動機轉速來確定用于控制液壓系統(tǒng)的功率的控制模式，其中控制模式包括極限載荷控制模式和扭矩匹配控制模式；

判斷當前控制模式與所確定的控制模式是否一致；

如果判斷出當前控制模式與所確定的控制模式一致，則繼續(xù)使用當前控制模式來控制液壓系統(tǒng)的功率；

如果判斷出當前控制模式與所確定的控制模式不一致，則從當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式。

其中，在極限載荷控制模式中，根據(jù)發(fā)動機轉速和設定的發(fā)動機轉速的目標值生成用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量，并將第一控制量輸出到液壓系統(tǒng)以控制液壓系統(tǒng)的功率；以及

在扭矩匹配控制模式中，根據(jù)發(fā)動機當前速度負載百分比與設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值生成用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第二控制量，并將第二控制量輸出到液壓系統(tǒng)以控制液壓系統(tǒng)的功率。

極限載荷控制模式和扭矩匹配控制模式可以采用PID控制。

在本申請的可選實施方式中，該方法還可以包括使用偏移值來控制所述液壓系統(tǒng)的功率。也就是說，對輸出到所述液壓系統(tǒng)的控制量添加偏移值。該偏移值可以是例如上述參考圖4和圖5描述的調節(jié)主泵20的預設電流值，參考圖6描述的調節(jié)液壓主閥30的預設電流值，或參考圖7描述的調節(jié)主泵20的功率控制信號值。

在本申請的實施方式中，偏移值可以是根據(jù)所述液壓系統(tǒng)的主泵壓力、液壓主閥先導壓力、主泵20的壓力-流量曲線以及所述發(fā)動機41的輸出功率來確定的，主泵20的壓力-流量曲線可以是已知的。

圖9是圖8中示出的根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的方法中的確定控制模式步驟的流程圖。如圖9所示，上述的確定控制模式可以包括：

將發(fā)動機轉速與第一轉速閾值(高轉速閾值)進行比較；

如果發(fā)動機轉速大于第一轉速閾值，則確定控制模式為扭矩匹配控制模式；

如果發(fā)動機轉速小于或等于第一轉速閾值，則將發(fā)動機轉速與第二轉速閾值(低轉速閾值)進行比較，其中第一轉速閾值大于第二轉速閾值；以及

如果所述發(fā)動機轉速大于所述第二轉速閾值，則確定所述控制模式為所述極限載荷控制模式。

在上述發(fā)動機轉速與第一轉速閾值和第二轉速閾值進行比較的過程中，還可以加入與設定的發(fā)動機轉速的目標值進行比較的步驟。具體來說，如果發(fā)動機轉速小于或等于第一轉速閾值，將發(fā)動機轉速與設定的發(fā)動機轉速的目標值進行比較，其中設定的發(fā)動機轉速的目標值小于第一轉速閾值且大于第二轉速閾值；以及

如果發(fā)動機轉速大于設定的發(fā)動機轉速的目標值，且上一個控制周期中使用的是扭矩匹配控制模式，則確定控制模式為極限載荷控制模式，并得到需要進行控制模式切換的結果。

確定控制模式還包括：如果發(fā)動機轉速小于或等于第二轉速閾值，則確定控制模式為低轉速控制模式。

在確定的控制模式是低轉速控制模式的情況下，向液壓系統(tǒng)輸出最大功率控制值(例如，泵電流值、閥控電流值或泵功率控制信號值)。

在該方法中，從當前控制模式平滑過渡到所確定的控制模式可以包括：

計算在當前控制模式中用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量；

計算在所確定的控制模式中用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第二控制量；

根據(jù)上述公式(1)確定在每個控制周期輸出到液壓系統(tǒng)的控制量(即，過渡控制量)：

其中，y(i)表示在第i個控制周期輸出到液壓系統(tǒng)的控制量，A表示第一控制量，B表示第二控制量，t_i表示第i個控制周期的長度，G表示系統(tǒng)(發(fā)動機和液壓系統(tǒng)構成的系統(tǒng))能承受的最大輸出控制量減少率。

采用平滑過渡，可以避免在切換控制模式時控制量的突變帶來系統(tǒng)震蕩，避免系統(tǒng)抖動造成控制效果不佳。

圖10是圖8中示出的根據(jù)本申請的實施方式提供的用于控制液壓系統(tǒng)的方法中的根據(jù)控制模式確定控制量的步驟的流程圖。如圖10所示，在確定控制模式之后，判斷當前控制模式與所確定的控制模式是否一致；如果一致，則計算當前控制模式下用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量；如果當前控制模式與所確定的控制模式不一致，則計算在當前控制模式中用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第一控制量，計算在所確定的控制模式中用于控制液壓系統(tǒng)的功率的第二控制量，根據(jù)公式(1)確定在每個控制周期輸出到液壓系統(tǒng)的控制量(即，過渡控制量)。這里需要說明的是，在應用了上述的偏移值(例如上述的預設電流值)的情況下，如果在公式(1)中計算第一控制量A和第二控制量B中沒有考慮該偏移值，則在計算出控制量以后將該控制量與偏移值疊加之后再輸出到液壓系統(tǒng)。如果在計算第一控制量A和第二控制量B中已經(jīng)考慮了該偏移值，則計算出控制量以后不用再疊加該偏移值。

另外，在本申請的一些實施方式中，發(fā)動機41可以具有動力模式和PTO調速功能，設定的發(fā)動機轉速的目標值可以基于發(fā)動機41的PTO檔位來設定；以及設定的發(fā)動機當前速度負載百分比的目標值可以基于發(fā)動機41的動力模式、所述發(fā)動機41的PTO檔位以及所述發(fā)動機41的萬有特性數(shù)據(jù)表來設定。

本領域技術人員可以理解，在本申請中參考圖8至圖10描述的實施方式提供的方法可以由參考圖3描述的實施方式提供的控制器10執(zhí)行，并可應用于參考圖4至圖7描述的三種應用場景中。

在本申請的一個實施方式中，還提供了一種機械，該機械可以包括以上實施方式中提供的用于控制液壓系統(tǒng)的控制器。

本申請的實施方式提供的上述方案可以具有以下任意一個或多個優(yōu)點：

1、采用轉速、扭矩復合控制方法，既解決了功率極限載荷狀態(tài)(瞬態(tài)過程)下的熄火問題，又實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)與發(fā)動機在非極限載荷狀態(tài)(穩(wěn)態(tài)過程)下的功率匹配。

2、不干涉發(fā)動機PTO調速功能，不對油門施加越權控制，避免了油門控制和PTO調速兩者耦合產(chǎn)生的控制死區(qū)。

3、將功率匹配控制(穩(wěn)態(tài)過程)與功率極限載荷(瞬態(tài)過程)控制融合在一個完備的控制策略中，簡化了控制程序并提高了控制可靠性。

另外，本申請實施方式提供的方案具有廣泛的適應性，可適用于采用電控泵的不同類型的機械，例如農(nóng)業(yè)機械、消防機械、其他專用車輛等，只要根據(jù)主機參數(shù)合理配置控制參數(shù)，就能獲得相當?shù)目刂菩阅堋?/p>

以上結合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。