一种负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法及系统与流程

本技术涉及液压控制，具体涉及一种负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法及系统。

背景技术：

1、负载敏感液压系统能够根据液压执行机构的负载压力和流量需求调节供油状态，通常包括负载敏感泵、负载敏感反馈油路、比例流量控制装置和压力补偿装置。比例流量控制装置根据比例输入信号调节计量阀口的通流面积，压力补偿装置用于调节计量阀口的工作压差，从而控制输入液压执行机构的流量。对于臂架、举升、伸缩等液压执行机构，系统既需要在低速作业时实现精细的微动控制，又需要在快速动作时提供较大的流量输出。

2、现有负载敏感比例流量控制通常采用一组比例输入范围对应一组流量调节范围。当液压系统按照较大额定流量进行设计时，低速小流量区间所占用的有效比例控制行程较短，容易导致小流量调节分辨率不足；当液压系统按照低速精细控制需求进行设计时，又可能限制高速工况下的最大输出流量。此外，现有系统通常按照较大流量工况设置计量阀口的工作压差和负载敏感泵的压差裕量，在低流量工况下仍可能维持较高的压力差，增加计量阀口及压力补偿装置处的节流损失。部分控制方式虽然能够改变液压支路的通流状态，但未能根据不同流量量程协调调节计量阀口的目标压差、负载敏感泵的压差裕量和比例驱动信号，使输出流量容易受到负载压力、供油压力及液压元件工作状态变化的影响，难以同时兼顾低速控制精度、高速流量输出、比例流量稳定性和系统能效。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本技术提供了一种负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，包括：

2、获取比例输入信号、目标流量量程、主计量阀口的实际计量压差和负载敏感泵的实际泵压差裕量；

3、根据所述比例输入信号以及所述目标流量量程对应的流量控制关系确定目标输出流量，并确定所述目标流量量程对应的目标计量压差；

4、根据所述目标输出流量和所述目标计量压差确定目标泵压差裕量；

5、在设置于所述主计量阀口下游的压力补偿单元持续实施阀后压力补偿时，以所述目标泵压差裕量为基准，根据所述实际计量压差和所述实际泵压差裕量调节所述负载敏感泵，使所述实际计量压差趋近所述目标计量压差；

6、根据所述目标输出流量和所述目标计量压差生成比例驱动信号，以调节所述主计量阀口的通流面积；

7、其中，所述目标流量量程为第一流量量程或第二流量量程，二者在同一有效比例输入范围内分别对应不同的流量控制关系和目标计量压差；与所述第一流量量程相比，所述第二流量量程对应更高的目标输出流量上限和更大的目标计量压差。

8、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，所述获取主计量阀口的实际计量压差和负载敏感泵的实际泵压差裕量，包括：

9、从分别对应液压执行机构两个运动方向的第一主计量阀口和第二主计量阀口中，根据所述比例输入信号的方向或者用于控制所述第一主计量阀口和所述第二主计量阀口的主阀芯的工作位置，确定当前供油方向对应的主计量阀口；

10、将所述当前供油方向对应的主计量阀口的上游压力与下游压力之差确定为所述实际计量压差，或者将所述当前供油方向对应的主计量阀口两侧的检测压差确定为所述实际计量压差；

11、将所述负载敏感泵的出口压力与负载敏感反馈压力之差确定为所述实际泵压差裕量，或者将所述负载敏感泵出口与负载敏感反馈油路之间的检测压差确定为所述实际泵压差裕量。

12、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，所述根据比例输入信号以及目标流量量程对应的流量控制关系确定目标输出流量，包括：

13、当所述目标流量量程为所述第一流量量程时，根据第一流量控制关系将所述比例输入信号转换为所述目标输出流量；

14、当所述目标流量量程为所述第二流量量程时，根据第二流量控制关系将所述比例输入信号转换为所述目标输出流量；

15、其中，所述第一流量控制关系和所述第二流量控制关系分别是在所述第一流量量程和所述第二流量量程对应的目标计量压差条件下，通过对所述同一有效比例输入范围内的比例输入信号与实际输出流量之间的对应关系进行标定获得，并采用标定曲线、数据表、分段函数或者插值关系表示。

16、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，所述根据目标输出流量和目标计量压差确定目标泵压差裕量，包括：

17、根据所述目标输出流量和所述液压执行支路的当前供油方向，从预先建立的压力损失关系中确定液压执行支路压力损失；

18、将所述目标计量压差与所述液压执行支路压力损失之和确定为所述目标泵压差裕量；

19、其中，所述液压执行支路压力损失为从所述负载敏感泵出口至所述负载敏感反馈压力引出位置的供油路径上，除所述主计量阀口的目标计量压差以外的各项压力降之和，所述各项压力降包括所述压力补偿单元正常调节所需的补偿压差和所述供油路径上的其他压力损失；所述主计量阀口的目标计量压差与所述液压执行支路压力损失分别计入所述目标泵压差裕量。

20、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，在所述第一流量量程和所述第二流量量程下，所述压力补偿单元均保持可调节状态，并根据所述主计量阀口下游压力与负载敏感反馈压力之间的压力关系持续调节通流开度，且在所述第一流量量程和所述第二流量量程下采用相同的预设补偿压差；

21、在所述第二流量量程下，通过调节所述目标泵压差裕量，使所述实际计量压差趋近所述第二流量量程对应的目标计量压差。

22、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，所述以目标泵压差裕量为基准，根据实际计量压差和实际泵压差裕量调节所述负载敏感泵，包括：

23、根据所述实际计量压差与所述目标计量压差之间的偏差，对所述目标泵压差裕量进行修正，以获得修正后的目标泵压差裕量，其中，当所述实际计量压差低于所述目标计量压差且二者的偏差超出预设计量压差容差时，沿增大所述目标泵压差裕量的方向进行修正；当所述实际计量压差高于所述目标计量压差且二者的偏差超出所述预设计量压差容差时，沿减小所述目标泵压差裕量的方向进行修正；当二者的偏差位于所述预设计量压差容差范围内时，保持当前采用的目标泵压差裕量不变，并将其作为所述修正后的目标泵压差裕量；

24、根据所述实际泵压差裕量与所述修正后的目标泵压差裕量之间的偏差调节所述负载敏感泵，其中，当所述实际泵压差裕量低于所述修正后的目标泵压差裕量时，沿增大所述负载敏感泵输出能力的方向进行调节；当所述实际泵压差裕量高于所述修正后的目标泵压差裕量时，沿减小所述负载敏感泵输出能力的方向进行调节；

25、其中，所述修正后的目标泵压差裕量被限制在所述负载敏感泵允许的最小压差裕量与最大压差裕量之间。

26、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，所述根据目标输出流量和目标计量压差生成比例驱动信号，包括：

27、根据所述目标计量压差，从第一比例驱动关系和第二比例驱动关系中选择对应的比例驱动关系；

28、根据所述目标输出流量和所选择的比例驱动关系生成所述比例驱动信号；

29、其中，所述第一比例驱动关系用于表征在所述第一流量量程对应的目标计量压差条件下，目标输出流量与比例驱动信号之间的对应关系；所述第二比例驱动关系用于表征在所述第二流量量程对应的目标计量压差条件下，目标输出流量与比例驱动信号之间的对应关系。

30、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，当所述负载敏感泵达到允许的最大输出状态且所述实际计量压差仍低于预设最低工作压差时，确定进入泵供油能力不足状态，并停止沿增大所述主计量阀口通流面积的方向调整所述比例驱动信号；

31、当所述实际计量压差在预设时间内未恢复至所述预设最低工作压差以上时，沿减小所述主计量阀口通流面积的方向逐步调整所述比例驱动信号，直至所述实际计量压差恢复至所述预设最低工作压差以上；

32、当所述负载敏感泵退出所述允许的最大输出状态且所述实际计量压差恢复至所述预设最低工作压差以上时，逐步恢复与所述目标输出流量对应的比例驱动信号；

33、其中，所述允许的最大输出状态包括达到最大排量、最大出口压力或者允许的最大驱动功率中的至少一种。

34、根据本技术提供的负载敏感液压系统的双量程比例流量控制方法，当用于确定所述实际计量压差或者所述实际泵压差裕量的压力信息无效时，在预设保持时间内，将上一有效控制周期中用于调节所述负载敏感泵的泵控制信号和用于调节所述主计量阀口的比例驱动信号作为当前保持值；当所保持的比例驱动信号对应的主计量阀口通流面积超出预设安全范围时，对所述比例驱动信号进行限幅，使所述主计量阀口的通流面积处于所述预设安全范围内；

35、当在所述预设保持时间内仍未重新获得有效的压力信息时，执行预设安全处理，所述预设安全处理包括以下至少一项：降低所述负载敏感泵的输出能力；减小或关闭所述主计量阀口。

36、本技术还提供了一种负载敏感液压系统的双量程比例流量控制系统，包括负载敏感泵、液压执行支路、泵调节单元、比例流量控制单元、压力补偿单元、负载敏感反馈油路、压力采集单元和控制单元；

37、所述负载敏感泵与所述液压执行支路连通，用于向所述液压执行支路供油，所述负载敏感反馈油路用于将所述液压执行支路的负载压力作为负载敏感反馈压力反馈至所述负载敏感泵；

38、所述比例流量控制单元设置于所述液压执行支路中并包括主计量阀口，所述压力补偿单元设置于所述主计量阀口的下游并用于持续实施阀后压力补偿，所述泵调节单元与所述负载敏感泵的调节机构连接，用于调节所述负载敏感泵的输出状态；

39、所述压力采集单元用于获取能够确定所述主计量阀口的实际计量压差和所述负载敏感泵的实际泵压差裕量的压力信息，所述实际计量压差为所述主计量阀口上游压力与下游压力之差，所述实际泵压差裕量为所述负载敏感泵的出口压力与所述负载敏感反馈压力之差；

40、所述控制单元分别与所述泵调节单元、所述比例流量控制单元和所述压力采集单元连接，用于根据所述压力采集单元获取的压力信息确定所述实际计量压差和所述实际泵压差裕量，根据比例输入信号以及目标流量量程对应的流量控制关系确定目标输出流量，并确定所述目标流量量程对应的目标计量压差，根据所述目标输出流量和所述目标计量压差确定目标泵压差裕量，并以所述目标泵压差裕量为基准，根据所述实际计量压差和所述实际泵压差裕量控制所述泵调节单元，使所述实际计量压差趋近所述目标计量压差，以及根据所述目标输出流量和所述目标计量压差控制所述比例流量控制单元调节所述主计量阀口的通流面积；

41、其中，所述目标流量量程为第一流量量程或第二流量量程，二者在同一有效比例输入范围内分别对应不同的流量控制关系和目标计量压差；与所述第一流量量程相比，所述第二流量量程对应更高的目标输出流量上限和更大的目标计量压差。

42、本技术提供的上述一个或多个技术方案至少包括以下技术效果：

43、本技术通过针对同一有效比例输入范围设置第一流量量程和第二流量量程，并为不同目标流量量程分别配置相应的流量控制关系和目标计量压差，使比例输入信号在第一流量量程下对应较小的目标输出流量范围，从而提高低速小流量工况下的调节分辨率和微动控制性能；同时，使相同比例输入范围在第二流量量程下对应更高的目标输出流量上限，以满足液压执行机构快速动作和大流量输出需求，由此兼顾低速精细控制与高速大流量控制。

44、本技术根据目标输出流量和目标计量压差确定目标泵压差裕量，并利用实际计量压差和实际泵压差裕量对负载敏感泵进行闭环调节，同时根据目标输出流量和目标计量压差调节主计量阀口的通流面积，从而实现泵侧压差调节与阀侧流量调节的协调控制。由此，可以使主计量阀口的实际计量压差趋近当前目标流量量程对应的目标计量压差，减小负载压力、供油压力和液压元件工作状态变化对输出流量的影响，提高双量程比例流量控制的稳定性和准确性。

45、此外，压力补偿单元在第一流量量程和第二流量量程下均持续实施阀后压力补偿，第二流量量程不通过解除压力补偿作用或者将压力补偿阀芯固定于完全开启位置形成，因此能够在保持压力补偿功能的同时实现不同量程下的目标计量压差控制。第一流量量程可以采用相对较小的目标泵压差裕量，以减少低流量工况下不必要的节流损失；第二流量量程可以采用与较大目标计量压差相对应的目标泵压差裕量，以提高流量输出能力，从而兼顾系统能效、流量稳定性和执行机构响应速度。