液压挖掘机单双泵功率匹配控制策略

应用改进的单神经元自适应PID控制算法,构建了液压挖掘机单双泵功率匹配控制器,在双泵中,结合交叉功率控制方法,为发动机与双变量泵功率匹配提供了较好的控制策略。     

Control of Hydraulic Power System by Mixed Neural Network PID in Unmanned Walking Platform

为满足无人行走平台液压动力系统的快速调节和精确控制的需求,简要分析数字PID及其优缺点,提出了液压动力系统控制参数要求,制定了关联的双回路PIID控制策略;依据物理过程,建立了液压变量泵和汽油机的负载响应数学模型,引入神经网络结构PID构建了混合神经网络PID,实现混合神经网络PID的BP算法和自适应学习步长的计算;在MATLab环境下进行了混合神经网络PID控制算法的训练和参数控制效果的模拟,并在试验台架上,实现了汽油机转速和变量泵压力的控制,结果表明：混合神经网络PID的控制效果是有效稳定的,并能很好地满足汽油机转速和变量泵压力的调节要求。     

挖掘机电液流量匹配控制系统流量补偿试验

为改善挖掘机液压系统的操控性和节能性,采用电比例泵和电比例多路阀同步控制方式的电液流量匹配控制系统.以2 t挖掘机试验样机为研究对象,分析电液流量匹配控制系统的结构原理和特点;针对挖掘机轻重负载不同工况,测试系统的压力和流量特性,通过试验研究基于压力特性的开环流量补偿方法.利用实时检测的油缸速度间接实现流量闭环控制,试验分析动臂、铲斗单执行器动作和复合动作的速度控制特性,并对系统进行变负载、变速度工况测试.试验结果表明：采用流量补偿方法提高系统的流量控制精度;电液流量匹配控制系统与负载敏感系统相比,泵的压力裕度减小0.6～0.7 MPa,提高了系统的节能性和动态响应性.     

基于泵阀联合控制的负载口独立系统试验研究

为了解决工程机械液压系统能耗高、效率低的问题,提出负载口独立节能系统的泵阀联合控制策略.系统每个执行器由2个比例方向阀分别控制进出口,多个执行器共用一个电比例变量泵.同时考虑变量泵与比例方向阀,设计2层结构的控制器实现该系统的运动控制及节能控制.上层控制器通过负载与指令速度选择合适的工作模式;下层控制器根据选择的工作模式,采用计算流量反馈的速度控制和压力反馈的背腔压力控制调节进出口比例阀阀口开度,利用变压力裕度的电液负载敏感方法控制变量泵的排量.为了验证提出的控制器的有效性,在2t小型挖掘机上,针对挖掘机动臂和斗杆的运动进行试验.试验结果表明,根据不同的工况,动臂和斗杆执行器可以选用相应的工作模式,在满足控制要求的情况下尽可能降低系统能耗;变压力裕度的排量控制器可以根据指令速度改变系统压力裕度,降低传统负载敏感系统压力裕度过大导致的能耗.     

基于遗传算法的混凝土泵车全局功率匹配

针对混凝土泵车作业效率低、能源消耗大的问题,提出了基于发动机燃油消耗率和液压泵效率的全局功率匹配方案。利用数理统计方法对负载变化规律进行了归纳和总结。通过台架试验绘制出柴油发动机的燃油消耗率曲线。对液压泵进行效率试验,找出其在不同压力、转速和排量下的高效工作区。基于遗传算法实现了发动机燃油消耗率和液压泵效率的组合优化,对发动机转速和液压泵排量进行联合调节,使输出控制指标随负载工况的变化而实时自适应地变化,确保各组成部件同时工作于高效区。混凝土泵车新、旧功率匹配方案油耗对比试验表明,新匹配方案相比于旧方案综合节油率可达16%,取得了较好的节能效果。     

LUDV多路阀的挖掘机电液流量 匹配控制系统特性

为了提高挖掘机液压系统的操控性和节能性,采用电比例泵和电比例多路阀同步、开环控制方式的电液流量匹配控制系统.以2 t挖掘机试验样机为研究对象,分析基于与负载压力无关的流量分配（LUDV）多路阀的电液流量匹配控制系统的结构原理和特点,建立基于Adams和AMEsim的挖掘机机液联合仿真模型;以LUDV负载敏感系统为对比研究对象,通过挖掘机动臂和铲斗复合动作,仿真与试验分析电液流量匹配控制系统的稳定、响应和节能性,并进行挖掘机流量饱和和典型挖掘工况的试验研究.结果表明：仿真与试验结果吻合较好,验证仿真模型的准确性,仿真模型可用于进一步理论研究;与LUDV负载敏感系统相比,基于LUDV多路阀的电液流量匹配控制系统改善了系统的稳定性和响应性,压力裕度减小了0.9～1 MPa,提高系统的节能性.通过典型挖掘工况对整机能耗进行评估,与LUDV负载敏感系统相比,电液流量匹配控制系统系统压力裕度降低了1 MPa,节能达12%.     

盾构机液压系统多泵优化组合驱动技术

研究了一种改进的盾构掘进机刀盘驱动液压系统,通过驱动功率优化配置实现系统的节能.液压系统由2个大排量液控比例变量泵与2个小排量的电控比例变量泵组合驱动8个液控变量液压马达.液压系统采用电液比例技术进行泵的排量控制,通过包括有比例溢流阀和功率限制阀的液控回路实现了2个大排量变量泵的比例变量和恒功率控制,通过电控系统实现2个小排量泵的比例变量和恒功率控制.建立了液压系统的AMEsim仿真模型,仿真分析了液压系统的调速特性、恒功率特性及负载变化对调速特性的影响.试验研究表明,这种多泵组合调速能满足盾构的不同工况需求.     

基于虚拟样机技术的数字式柱塞泵控制特性研究

为了开发新式的数字液压泵并研究其控制特性,开发了高速开关阀控制的数字式柱塞泵,通过可编制控制器程序来实现不同的控制功能.分析该数字泵的控制原理,建立数字泵的动力学模型和液压系统模型,并以接口模型实时连接2个模型构成数字泵的虚拟样机.通过虚拟样机仿真和试验测试,研究数字泵的流量控制、压力控制和功率控制等功能.结果表明,数字式柱塞泵压力、流量控制的调节时间可以控制在2s以内,能够达到精确的控制结果,同时实现准确的恒功率控制方式.采用高速开关阀控制的数字式柱塞泵满足控制性能需要,可以实现良好的柱塞泵变量控制功能.数字泵虚拟样机能够实现对数字泵控制性能的准确预测,仿真结果和试验结果吻合较好,虚拟样机技术将成为数字泵设计和优化的重要手段.     

容积调速的数字控制

本文介绍一种利用PWM技术通过数字阀的出油口压力控制,实现对变量泵流量输出的连续控制,并利用输入补偿减小负载变化对系统速度的影响,从而提高容积调速系统的速度稳定性。     

基于最小二乘支持向量机的混合动力挖掘机负载功率预测

为实现液压挖掘机并联式混合动力总成与负载功率的精确匹配,在对变量泵工作原理分析的基础上,提出基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法的双联式恒功率变量泵功率预测模型。以液压挖掘机实际挖掘作业时采集的载荷谱作为训练样本,以泵出口压力、负流量控制压力和极限载荷控制压力作为训练模型的输入,以泵的排量作为输出建立模型,从而使模型对于作业环境具有更好的适用性。用网格搜索和交叉验证的方法对LS-SVM的参数进行了优化,研究结果表明该模型具有良好的预测精度和泛化能力。     

液压挖掘机回转制动能量回收系统

为了回收液压挖掘机在回转阶段的制动能量,提出一种基于回转马达进/出口压力差自动识别回转过程所处阶段,决策能量回收的全液压自动控制回转制动能量回收系统.引入一正态分布函数,以蓄能器压力状态（SOP）、液压泵出口压力以及负流量反馈压力为输入信号,根据负载的实时需求功率,提出一种以复合恒功率 负流量动力控制决策发动机和蓄能器主辅动力源的能量分配方法,保证回转机构的正常高效运转.仿真结果表明,当回转系统作为单独执行机构时,采用该回收系统的液压挖掘机,能够实现高达50.0%的再生制动能量用于驱动回转的能量回收利用效率,在相同工况下比同吨位液压挖掘机节能16.3%,不影响操作习惯和操作性能.     

模糊控制在液压挖掘机节能中的应用

针对液压挖掘机在工作过程中存在的大量能量损失,根据泵的控制特性曲线,将发动机、变量泵、控制阀及负载作为一个动态系统来研究其节能问题。提出了一种新的电子节能模糊控制方案。此方案利用模糊控制的优点,绕过对挖掘机复杂系统模型的建立,通过模糊推理算法,根据外负载的变化动态调整泵的流量,达到节能的目的。     

并联混合动力挖掘机动力源匹配方法研究

现有的混合动力挖掘机控制策略没有考虑动力源之间的功率匹配问题,因此难以保证其控制效果.在分析液压挖掘机工况、建立并联混合动力挖掘机的仿真模型基础上,引入混合度、最佳混合度和动态最佳混合度的概念,描述主动力源与辅助动力源之间的匹配程度;研究动力源混合度 (HF）对动力总成控制效果、燃油经济性以及动力性能的影响.提出以混合动力工况为基础,燃油经济性为目标的混合度确定方法.经仿真验证,利用该方法得到的混合度能够确保动力总成控制策略控制性能不受动力源的局限,且在满足整机动力性能的同时达到最佳的燃油效率.     

Control method on serial type pump-valve coordinated electro-hydraulic servo system

In order to compromise the conflicts between control accuracy and system efficiency of conventional electro-hydraulic servo systems, a novel pump-valve coordinated electro-hydraulic servo system was designed and a corresponding control strategy was proposed. The system was constituted of a pump-controlled part and a valve-controlled part, the pump controlled part is used to adjust the flow rate of oil source and the valve controlled part is used to complete the position tracking control of the hydraulic cylinder. Based on the system characteristics, a load flow grey prediction method was adopted in the pump controlled part to reduce the system overflow losses, and an adaptive robust control method was adopted in the valve controlled part to eliminate the effect of system nonlinearity and parametric uncertainties due to variable hydraulic parameters and system loads on the control precision. The experimental results validated that the adopted control strategy increased the system efficiency obviously with guaranteed high control accuracy.     

基于功率匹配的水平定向钻节能控制系统研究

以节能为出发点,通过对水平定向钻功率匹配的分析,研究了将液压泵的最大功率曲线设定在发动机的输出功率曲线之上的功率匹配原理.控制系统检测外负载的变化,输出控制信号调节液压泵的排量,使液压泵在外负载大幅变化时仍可以完全吸收发动机输出的功率,确保发动机维持在设定的转速下运行,实现了充分发挥发动机功率和节能的目的.建立了水平定向钻AMESim仿真模型,研究了PID控制器在节能控制系统上的应用.仿真及试验结果表明,发动机转速波动均控制在50 r.min-1内,有效地减少了功率损失.     

液压挖掘机动臂闭式油路节能系统

通过对液压挖掘机典型工况特性分析,提出了一种液压挖掘机动臂闭式油路节能系统,阐述了配置蓄能器动臂闭式油路系统的节能原理。在其工作原理基础上建立了液压元件及电气元件的数学模型。在典型挖掘循环中,分析了系统中蓄能器、电动机和负载3个主要功率部件的运行状况。理论分析和仿真结果表明:液压挖掘机动臂闭式油路节能系统运行状况良好,与普通阀控液压挖掘机动臂驱动方式相比,该系统节能率约为33.1%,为液压挖掘机整机节能提供了参考。     

Overall optimization of Rankine cycle system for waste heat recovery of heavy-duty vehicle diesel engines considering the cooling power consumption

The Rankine cycle system for waste heat recovery of heavy-duty vehicle diesel engines has been regarded as a promising technique to reduce fuel consumption. Its heat dissipation in the condensation process, however, should be taken away in time, which is an energy-consuming process. A fan-assisted auxiliary water-cooling system is employed in this paper. Results at 1300 r/min and 50% load indicate that the cooling pump and cooling fan together consume 7.66% of the recovered power. What’s worse for the heavy load, cooling accessories may deplete of all the recovered power of the Rankine cycle system. Afterwards, effects of the condensing pressure and water feeding temperature are investigated, based on which a cooling power consumption model is established. Finally, an overall efficiency optimization is conducted to balance the electric power generation and cooling power consumption, taking condensing pressure, pressure ratio and exhaust bypass valve as major variables. The research suggests that the priority is to increase condensing pressure and open exhaust bypass valve appropriately at high speed and heavy load to reduce the cooling power consumption, while at low speed and light load, a lower condensing pressure is favored and the exhaust bypass valve should be closed making the waste heat recovered as much as possible. Within the sub-critical region, a larger pressure ratio yields higher overall efficiency improvement at medium-low speed and load. But the effects taper off at high speed and heavy load. For a given vehicular heavy-duty diesel engine, the overall efficiency can be improved by 3.37% at 1300 r/min and 25% load using a Rankine cycle system to recover exhaust energy. The improvement becomes smaller as engine speed and load become higher.     

单片机在液压挖掘机节能控制中的应用

在研究液压传动机械节能控制原理的基础上,根据单斗液压挖掘机液压系统工作情况,在不改变发动机内部结构的前提下,利用单片机直接控制发动机油门,实现节能控制。     

Modeling and parameter estimation for hydraulic system of excavator＇s arm

A retrofitted electro-hydraulic proportional system for hydraulic excavator was introduced firstly. According to the principle and characteristic of load independent flow distribution（LUDV） system,taking boom hydraulic system as an example and ignoring the leakage of hydraulic cylinder and the mass of oil in it,a force equilibrium equation and a continuous equation of hydraulic cylinder were set up. Based on the flow equation of electro-hydraulic proportional valve,the pressure passing through the valve and the difference of pressure were tested and analyzed. The results show that the difference of pressure does not change with load,and it approximates to 2.0 MPa. And then,assume the flow across the valve is directly proportional to spool displacement and is not influenced by load,a simplified model of electro-hydraulic system was put forward. At the same time,by analyzing the structure and load-bearing of boom instrument,and combining moment equivalent equation of manipulator with rotating law,the estimation methods and equations for such parameters as equivalent mass and bearing force of hydraulic cylinder were set up. Finally,the step response of flow of boom cylinder was tested when the electro-hydraulic proportional valve was controlled by the step current. Based on the experiment curve,the flow gain coefficient of valve is identified as 2.825×10^-4 m^3/（s·A） and the model is verified.