專利名稱：用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和方法。更特別地，本 發(fā)明涉及用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和方法，該電動馬達(dá)能代替用于旋 轉(zhuǎn)施工機(jī)械特別是液壓挖掘機(jī)的上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的液壓馬達(dá)，提供與現(xiàn)有液壓系統(tǒng)的相似的輸 出特性。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，包括上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的施工機(jī)械——特別是液壓挖掘機(jī)——的上回轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)由液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)具有高扭矩輸出以及液壓系統(tǒng)的控制相對簡單的特性。由 于其它任何致動器均難于替換具有高扭矩輸出的液壓系統(tǒng)，因此液壓系統(tǒng)主要用于重型設(shè) 備等。由于控制液壓泵排出速度的控制閥內(nèi)的阻抗、管內(nèi)的壓力損失、液壓回路內(nèi)的過剩流 量的產(chǎn)生等等，利用液壓馬達(dá)的液壓驅(qū)動系統(tǒng)具有低能效。并且，在回轉(zhuǎn)操作之后上回轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)停止時，制動能量作為熱能被消耗掉，這導(dǎo)致液壓馬達(dá)的效率降低。因此，公知使用電動馬達(dá)作為致動器提高了能效。電系統(tǒng)的效率遠(yuǎn)比液壓系統(tǒng)的 高。在使用電動馬達(dá)作為施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)馬達(dá)的情況下，提高了能效，但與液壓驅(qū)動系統(tǒng)相 比，電動馬達(dá)對控制桿操縱的響應(yīng)太靈敏，這就導(dǎo)致電動馬達(dá)的操縱性比液壓驅(qū)動系統(tǒng)的 操縱性劣化了。為了解決該問題，韓國專利申請No. 2005-0000530公開一種相關(guān)技術(shù)，其采用電 動回轉(zhuǎn)馬達(dá)來替代液壓馬達(dá)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)，復(fù)雜的控制方程由挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的仿真模型得到，且 液壓系統(tǒng)是通過實時操作進(jìn)行控制的。因此，由于復(fù)雜的計算而需要很多控制操作時間，且 需要能執(zhí)行高速操作的高性能處理器。近來，隨著技術(shù)的發(fā)展，能產(chǎn)生高扭矩輸出并具有較高控制性能的永磁同步馬達(dá) (PMSM)已獲得發(fā)展。這種PMSM能替換當(dāng)前的液壓系統(tǒng)以解決液壓系統(tǒng)的問題，且當(dāng)回轉(zhuǎn)系 統(tǒng)停止時出現(xiàn)的制動能量可通過PMSM的發(fā)電驅(qū)動而回收，從而提高效率。當(dāng)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)從液 壓馬達(dá)改變到PMSM時效率提高。然而，如果由于致動器改變而導(dǎo)致特性也發(fā)生變化，現(xiàn)有 使用者會感覺到不方便，這可能降低工作效率，并導(dǎo)致使用者避免購買混合動力挖掘機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明致力于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，同時完整保留現(xiàn)有技術(shù)獲 得的優(yōu)點。本發(fā)明提出一種用于提供與現(xiàn)有液壓系統(tǒng)相似的輸出特性的電動回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控
4制技術(shù)，以解決由于液壓馬達(dá)和電動馬達(dá)之間的輸出特性方面的差異所導(dǎo)致的動力源變化 而使現(xiàn)有挖掘機(jī)使用者感到不便的問題。并且，本發(fā)明提出一種控制技術(shù)，其能通過控制僅包括通過模擬而驗證過的簡單 方程的控制算法，通過使用廉價控制器解決上述問題。在本發(fā)明的一個方面中，提供一種用于施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其包括回轉(zhuǎn)控 制單元和回轉(zhuǎn)上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)，其中回轉(zhuǎn)控制單元包括基準(zhǔn)速度計算裝置，其 根據(jù)用于回轉(zhuǎn)操作的控制桿的操縱信號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度；回轉(zhuǎn)速度確定裝 置，其由基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度與當(dāng)前反饋回的電動馬達(dá)的實際回轉(zhuǎn)速度之間的差異計算第一速度 變化量、由最大加速度計算取樣時間內(nèi)的第二速度變化量、以及通過比較第一速度變化量 和第二速度變化量并將經(jīng)比較而獲得的第一速度變化量和第二速度變化量之間的較小量 加到當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度從而確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn)速度；以及輸出扭矩控制裝 置，其通過產(chǎn)生用于已確定的回轉(zhuǎn)速度的控制信號來控制電動馬達(dá)的輸出扭矩。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)中，基準(zhǔn)速度計算裝置根據(jù)操縱信號 計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度的絕對值限制于預(yù)定上限范 圍內(nèi)，且預(yù)定上限是基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的最大加速度和回轉(zhuǎn)速度的 最大值。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)中，基準(zhǔn)速度計算裝置根據(jù)操縱信號 計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，通過將基于施工機(jī)械的發(fā)動機(jī)模式的速度和加速度校正 值分別應(yīng)用到計算出的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度而校正基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，以 及將校正過的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度傳輸?shù)交剞D(zhuǎn)速度確定裝置。本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)還包括存儲單元，存儲單元存儲基于使用液 壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)；其中，回轉(zhuǎn)控制單 元的基準(zhǔn)速度計算裝置根據(jù)操縱信號由存儲在存儲單元內(nèi)的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度 響應(yīng)數(shù)據(jù)來計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)中，基準(zhǔn)速度計算裝置計算使用液壓 回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力，并由存儲在存儲單元內(nèi)的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和 最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)根據(jù)計算出的先導(dǎo)信號壓力計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)中，如果使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng) 于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力小于預(yù)定值，則回轉(zhuǎn)速度確定裝置通過將第一速度變化量加到 當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度來確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn)速度，而不比較第一速度變化量和 第二速度變化量。在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制方法，其用于使用回轉(zhuǎn) 電動馬達(dá)來回轉(zhuǎn)上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，包括基準(zhǔn)速度計算步驟，即根據(jù)用于回轉(zhuǎn)操縱的控制桿的操 縱信號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度；回轉(zhuǎn)速度變化量計算步驟，即接收電動馬達(dá)的實 際回轉(zhuǎn)速度的反饋、由當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度和基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度之間的差異計算第一速 度變化量、以及由最大加速度計算取樣時間內(nèi)的第二速度變化量；回轉(zhuǎn)速度確定步驟，即通 過比較第一速度變化量和第二速度變化量并將經(jīng)比較而所獲得的第一速度變化量和第二 速度變化量之間的較小值加到當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度，從而確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn) 速度；以及輸出扭矩控制步驟，即通過產(chǎn)生用于已確定的回轉(zhuǎn)速度的控制信號來控制電動馬達(dá)的輸出扭矩。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制方法中，基準(zhǔn)速度計算步驟根據(jù)操縱信號 計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度的絕對值限制于預(yù)定上限范 圍內(nèi)；以及預(yù)定上限是基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的最大加速度和回轉(zhuǎn)速度 的最大值。在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制方法中，基準(zhǔn)速度計算步驟根據(jù)操縱信號 計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，并通過將基于施工機(jī)械的發(fā)動機(jī)模式的速度和加速度校 正值分別應(yīng)用到計算出的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度而校正基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度； 以及速度變化量計算步驟由校正過的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度計算第一速度變化量和
第二速度變化量。在本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制方法中，基準(zhǔn)速度計算步驟包括先導(dǎo)信號壓 力計算步驟，即計算使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力；以及基準(zhǔn)回 轉(zhuǎn)速度計算步驟，即由基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時預(yù)存儲的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和 最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)計算出的先導(dǎo)信號壓力計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。在本發(fā)明優(yōu)選實施方式的回轉(zhuǎn)控制方法中，回轉(zhuǎn)速度變化量計算步驟計算第一速 度變化量；以及如果在先導(dǎo)信號壓力計算步驟中計算出的先導(dǎo)信號壓力小于預(yù)定值，則回 轉(zhuǎn)速度確定步驟通過將第一速度變化量加到當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度來確定基于操縱 信號的回轉(zhuǎn)速度，而不比較第一速度變化量和第二速度變化量。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，可包括上述技術(shù)特征的不同可能結(jié)合形式的實施方 式。借助于上述構(gòu)造，可實施一種具有與現(xiàn)有液壓系統(tǒng)相似特性的用于施工機(jī)械的回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)，同時電動馬達(dá)保留現(xiàn)有液壓系統(tǒng)的優(yōu)點。并且，由于回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)執(zhí)行僅包括通過模擬而驗證過的簡單方程的操作，因此 在不對控制器操作施加大影響和無需高速操作的情況下，即使利用廉價處理器，控制也是 可以的。顯然，從根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的構(gòu)造中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可得到未直接提及 的不同效果。


從結(jié)合附圖的以下詳述中將更清楚本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點，其 中圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的 控制的框圖；圖2是解釋根據(jù)本發(fā)明實施方式的使用電動馬達(dá)的施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制的框圖；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制系 統(tǒng)的配置的示意性框圖；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控 制方法的流程圖；以及圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制方法的流程圖。
具體實施例方式下文，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。在該描述中所限定的對象，例如詳 細(xì)構(gòu)造和元件，只是提供用來幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員全面理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)，因此本發(fā) 明并不局限于此。首先，將描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制系 統(tǒng)。圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的 控制的框圖，圖2是解釋根據(jù)本發(fā)明實施方式的使用電動馬達(dá)的施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制的框 圖。圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的配 置的示意性框圖。參見圖3，根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)控制單 元100和用于回轉(zhuǎn)上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)200。優(yōu)選地，回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)200是永磁同步 馬達(dá)(PMSM)。在本發(fā)明實施方式中，回轉(zhuǎn)控制單元100包括基準(zhǔn)速度計算裝置110、回轉(zhuǎn)速 度確定裝置130以及輸出扭矩控制裝置150?；鶞?zhǔn)速度計算裝置110根據(jù)用于回轉(zhuǎn)操縱的控制桿(未圖示)的操縱信號計算 基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。參見圖2，在本發(fā)明實施方式中，基準(zhǔn)速度計算裝置110接收 控制桿的操縱信號，例如操縱桿角％.。y 14，并根據(jù)與操縱桿角應(yīng)的先導(dǎo)信號壓力， 由基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)16和 25，計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。參見圖2中的參考標(biāo)號17和26，基準(zhǔn)速度計算裝置110根據(jù)操縱信號計算基準(zhǔn) 回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，同時將基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度的絕對值限制于預(yù)定上限范圍 內(nèi)。在這種情況下，基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的最大加速度和回轉(zhuǎn)速度的 最大值可設(shè)定為預(yù)定上限值。在本發(fā)明實施方式中，參見圖2，基準(zhǔn)速度計算裝置110根據(jù)操縱信號計算基準(zhǔn)回 轉(zhuǎn)速度和最大加速度，通過將基于施工機(jī)械的發(fā)動機(jī)模式18的速度和加速度校正值分別 應(yīng)用到計算出的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度而校正基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度19和27， 以及將校正過的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度傳輸?shù)交剞D(zhuǎn)速度確定裝置130。然后，回轉(zhuǎn)控制單元100的回轉(zhuǎn)速度確定裝置130由基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度與當(dāng)前反饋回 的電動馬達(dá)200的實際回轉(zhuǎn)速度21之間的差異計算第一速度變化量20，由最大加速度計算 取樣時間內(nèi)的第二速度變化量28，以及通過比較計算出的第一速度變化量和第二速度變化 量、并且將作為比較結(jié)果而獲得的第一速度變化量20和第二速度變化量28之間的較小量 加到當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度21，從而確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn)速度30。參見圖3，當(dāng)前 反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度21是由回轉(zhuǎn)速度檢測單元300檢測到的回轉(zhuǎn)馬達(dá)200的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的實施方式中，如果使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號 壓力比預(yù)定值小，則回轉(zhuǎn)速度確定裝置130通過將第一速度變化量20加到實際回轉(zhuǎn)速度21 從而確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn)速度，而不比較第一速度變化量和第二速度變化量。例如，如 果控制桿的操縱桿角處于中間狀態(tài)，這與減速或停止指令對應(yīng)，則因此使用第一速度變化
7量20，而不比較第一速度變化量20和由最大加速度計算的取樣時間內(nèi)的第二速度變化量 28。由于典型液壓馬達(dá)的減速特性，減速呈現(xiàn)出比加速更快，其中通過堵?lián)跻簤毫黧w本身而 執(zhí)行減速，并因此通過反映現(xiàn)有液壓系統(tǒng)的減速特性，能防止現(xiàn)有使用者感覺到不方便。輸出扭矩控制裝置150產(chǎn)生用于已確定的回轉(zhuǎn)速度的控制信號，以控制電動馬達(dá) 200的輸出扭矩。并且，參見圖3，回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)還包括存儲單元400，存儲單元400存儲基于使用液 壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的這種實 施方式中，回轉(zhuǎn)控制單元100的基準(zhǔn)速度計算裝置110根據(jù)操縱信號由存儲在存儲單元400 內(nèi)的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。此外，在本發(fā)明的另一實施方式中，基準(zhǔn)速度計算裝置110計算使用液壓回轉(zhuǎn)馬 達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力，并且根據(jù)計算出的先導(dǎo)信號壓力由存儲在存儲單 元400內(nèi)的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn) 控制方法。在解釋回轉(zhuǎn)控制方法時，與用于施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的已解釋部分相重復(fù) 部分的解釋將略去。根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制方法 指的是使用回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)200回轉(zhuǎn)上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的用于施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制方法。圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控 制方法的流程圖，以及圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬 達(dá)的回轉(zhuǎn)控制方法的流程圖。參見圖2、4以及5，根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的 回轉(zhuǎn)控制方法包括基準(zhǔn)速度計算步驟SlOO或S100’、速度變化量計算步驟S200、回轉(zhuǎn)速度 確定步驟S300以及輸出扭矩控制步驟S400。在基準(zhǔn)速度計算步驟SlOO或S100’中，根據(jù)用于回轉(zhuǎn)操縱的控制桿的操縱信號計 算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。參見圖2中的參考標(biāo)號17和26，在基準(zhǔn)速度計算步驟SlOO中，根據(jù)操縱信號計算 基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，其中所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度的絕對值限制于預(yù)定上 限范圍內(nèi)。優(yōu)選地，基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的最大加速度和回轉(zhuǎn)速度的 最大值成為預(yù)定上限值。并且，在本發(fā)明的實施方式中，參見圖2中的參考標(biāo)號19和27，在基準(zhǔn)速度計算步 驟SlOO中，根據(jù)操縱信號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，并且通過將基于施工機(jī)械的發(fā) 動機(jī)模式的速度和加速度校正值Kmtxte 19和27分別應(yīng)用到計算出的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加 速度來校正基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。參見圖5，基準(zhǔn)速度計算步驟S100’包括先導(dǎo)信號壓力計算步驟SllO和基準(zhǔn)回轉(zhuǎn) 速度計算步驟S120。在先導(dǎo)信號壓力計算步驟SllO中，計算使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于 操縱信號的先導(dǎo)信號壓力。然后，在基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度計算步驟S120中，由預(yù)存儲的基于使用 液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)計算出的先 導(dǎo)信號壓力計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。然后，在速度變化量計算步驟S200中，參見圖2，反饋電動馬達(dá)200的實際回轉(zhuǎn)速 度，由當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度21與基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度之間的差異計算第一速度變化量20，
8以及由最大加速度計算的取樣時間內(nèi)的第二速度變化量28。參見圖2，在速度變化量計算步驟S200中，由校正過的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速 度計算第一速度變化量20和第二速度變化量28。并且，參見圖5，如果在先導(dǎo)信號壓力計算步驟SllO中計算出的先導(dǎo)信號壓力比 預(yù)定值小，則在速度變化量計算步驟S200中計算第一速度變化量20。優(yōu)選地，可僅計算第 一速度變化量20而不計算第二速度變化量28。例如，控制桿的操縱桿角位于中間位置附近 處的狀態(tài)與減速或停止指令對應(yīng)，則使用第一速度變化量20，而不比較第一速度變化量20 與由最大加速度計算的取樣時間內(nèi)的第二速度變化量28。然后，參見圖2，在回轉(zhuǎn)速度確定步驟S300中，將第一速度變化量20和第二速度變 化量28彼此比較22，通過將第一速度變化量20和第二速度變化量28之間的較小量加到當(dāng) 前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度21，從而確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn)速度30。并且，參照圖5，如果在先導(dǎo)信號壓力計算步驟SllO中計算出的先導(dǎo)信號壓力比 預(yù)定值小，則在回轉(zhuǎn)速度確定步驟S300中，通過將第一速度變化量20加到當(dāng)前反饋回的實 際回轉(zhuǎn)速度21，從而確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn)速度30，而不比較第一速度變化量20和第二 速度變化量28。例如，如果控制桿的操縱桿角位于中間位置附近，這與減速或停止指令對 應(yīng)，則因此僅計算和使用第一速度變化量20，而不比較第一速度變化量20與由最大加速度 計算的取樣時間內(nèi)的第二速度變化量28。在輸出扭矩控制步驟S400中，產(chǎn)生用于已確定的回轉(zhuǎn)速度30的控制信號，并控制 電動馬達(dá)200的輸出扭矩34。接下來，參見圖1和2，將詳述根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬 達(dá)的回轉(zhuǎn)控制過程。圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的 控制的框圖。電動馬達(dá)200，優(yōu)選地采用PMSM的電動回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控制器，接收與回轉(zhuǎn)指令對應(yīng) 的基于控制桿的操縱的操縱桿角％.。y 1、關(guān)于諸如挖掘機(jī)的施工機(jī)械的基于使用者操縱的 發(fā)動機(jī)模式2的信息、以及關(guān)于用于速度控制的PMSM的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度ω 12的信息。圖1 中的電動回轉(zhuǎn)控制器與根據(jù)本發(fā)明實施方式的回轉(zhuǎn)控制單元100對應(yīng)。根據(jù)這三種輸入，馬達(dá)速度基準(zhǔn)調(diào)節(jié)器3輸出速度指令Coref，并且為了利用當(dāng)前 旋轉(zhuǎn)速度ω 12校正誤差值4，速度指令ω %和誤差值的總和輸入到速度控制器。優(yōu)選地， 根據(jù)本發(fā)明實施方式的基準(zhǔn)速度計算裝置110與圖1中的馬達(dá)速度基準(zhǔn)調(diào)節(jié)器3對應(yīng)。由 于通過速度控制器5中的PI控制器輸出的扭矩指令值可比現(xiàn)有的液壓挖掘機(jī)的輸出大，因 此它在低于現(xiàn)有液壓挖掘機(jī)6的最大扭矩值時就飽和，然后最終作為回轉(zhuǎn)控制器的扭矩指 令、rf7輸出。圖1中的速度控制器5與根據(jù)本發(fā)明實施方式的輸出扭矩控制裝置150對 應(yīng)。然后，如果操縱桿角ajoy 1小于特定值，則它表示使用者不施加回轉(zhuǎn)指令，在這種 情況下，它被判斷為回轉(zhuǎn)速度減速或停止指令，并作為機(jī)械制動器的驅(qū)動指令13輸出。施工機(jī)械，例如接收回轉(zhuǎn)控制器驅(qū)動指令的挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)設(shè)備8，包括PMSM驅(qū)動 器9、PMSM 10以及機(jī)械制動器11。如果扭矩指令^ef從回轉(zhuǎn)控制器施加到PMSM驅(qū)動器 9，則PMSM 10運行，且挖掘機(jī)通過PMSM的速度輸出ω 12而執(zhí)行回轉(zhuǎn)操作。
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圖2詳細(xì)示出了回轉(zhuǎn)控制器的控制流程。優(yōu)選地，基于使用者對控制桿操縱的操縱桿角α Joy 14被標(biāo)準(zhǔn)化為_1到1范圍內(nèi) 的值，并輸入到回轉(zhuǎn)控制器。在此，假定-1是沿倒退方向的最大輸入，+1是沿前進(jìn)方向的最 大輸入。由于在現(xiàn)有液壓馬達(dá)的情況下控制流量的先導(dǎo)閥的壓力根據(jù)操縱桿角aj()y調(diào)整， 并作為液壓馬達(dá)的速度指令施加，因此應(yīng)用比例常數(shù)值Kat。p 15，使得先導(dǎo)閥壓力成為與當(dāng) 標(biāo)準(zhǔn)化操縱桿角。y的絕對值是“1”時的最大速度指令對應(yīng)的值。根據(jù)施加的先導(dǎo)閥壓 力Ppv，一種輸出速度指令的方法通過構(gòu)建速度指令與現(xiàn)有挖掘機(jī)的先導(dǎo)閥壓力Ppv的 映射圖而得到。在這種情況下，得到的速度指令使現(xiàn)有液壓馬達(dá)的扭矩在低于現(xiàn)有液壓馬 達(dá)7的最大速度值時飽和。即使在相同操縱桿角a _的情況下，液壓泵的輸出根據(jù)挖掘機(jī) 的發(fā)動機(jī)模式18成比例地輸出，每個模式中的比例常數(shù)Knrode 19應(yīng)用到速度指令ω&。速 度指令與對應(yīng)先導(dǎo)閥壓力Ppv的映射圖16通過模擬由簡單的三階方程而得到，從而 當(dāng)從通過實驗獲得的數(shù)據(jù)應(yīng)用每個模式中的比例常數(shù)Knrode 19時，它能提供與現(xiàn)有液壓馬 達(dá)的輸出相似的輸出。通過該過程確定的目前⑴的速度指令coref(t)與馬達(dá)速度反饋值 "ref(t-l)之間的誤差值與第一速度變化量Δ coref(t)20對應(yīng)。并且，第二速度變化量Δ28根據(jù)先導(dǎo)閥壓力Ppv通過經(jīng)由加速度指令 Δ ref與先導(dǎo)閥壓力Ppv的映射圖25使扭矩在低于現(xiàn)有液壓馬達(dá)的最大加速度值時飽和 而得到。并且，加速度指令Δ Coref與先導(dǎo)閥壓力Ppv的映射圖25通過模擬由簡單的二階 方程得到，從而當(dāng)與每個模式中的比例常數(shù)！^- 19相同的比例常數(shù)！^- 27以與速度指令 "ref(t)和先導(dǎo)閥壓力Ppv的映射圖16相同的方法應(yīng)用時，它可提供現(xiàn)有液壓馬達(dá)的輸出相 似的輸出。第一速度變化量Δ c^ef(t)20和第二速度變化量Δ c^ef(t)28之間的較小值 選定為最終的速度變化量指令29，通過將速度變化量指令加到(t-Ι)時刻的馬達(dá)速度 "ref(t-l)而獲得的最終速度指令《ref(t)30輸入到控制PI的速度控制器31。然而，如果值Ppv小于特定值，則操縱桿角位于對應(yīng)于減速或停止指令的中間狀 態(tài)，因此使用第一速度變化量Δ (t) 20，而不比較第一速度變化量Δ (t) 20和第二 速度變化量Δω&α)28。由于液壓馬達(dá)的減速特性，加速呈現(xiàn)出比加速更快，其中通過堵 擋液壓流體本身而執(zhí)行減速，因此通過反映現(xiàn)有液壓系統(tǒng)的減速特性，可防止現(xiàn)有使用者 感覺到不方便。同時，還輸出停止期間的制動器驅(qū)動指令33。通過上述過程，最終速度指令33輸入到PI控制器31，以作為扭矩指令輸出，并在 低于現(xiàn)有液壓馬達(dá)32的最大扭矩值時飽和，然后最后作為回轉(zhuǎn)控制器扭矩指令Tef 34輸
出ο如上所述，已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。用于實現(xiàn)各方面和各特 征的本發(fā)明的方面和特征將通過參照上述參照附圖的實施方式而清楚。然而，本發(fā)明并不 局限于上述實施方式，而可以不同形式實施。雖然為了示例性目的描述了本發(fā)明的優(yōu)選實 施方式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在不脫離所附權(quán)利要求公開的本發(fā)明的主旨和精神的情 況下可以進(jìn)行各種修改、添加以及替代。
權(quán)利要求
一種用于施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其包括回轉(zhuǎn)控制單元和回轉(zhuǎn)上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)，其中所述回轉(zhuǎn)控制單元包括基準(zhǔn)速度計算裝置，基準(zhǔn)速度計算裝置根據(jù)用于回轉(zhuǎn)操作的控制桿的操縱信號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度；回轉(zhuǎn)速度確定裝置，回轉(zhuǎn)速度確定裝置由所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度與當(dāng)前反饋回的電動馬達(dá)的實際回轉(zhuǎn)速度之間的差異計算第一速度變化量、由所述最大加速度計算取樣時間內(nèi)的第二速度變化量、以及通過比較所述第一速度變化量和所述第二速度變化量并將經(jīng)比較而獲得的所述第一速度變化量和所述第二速度變化量之間的較小量加到所述當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度從而確定基于所述操縱信號的回轉(zhuǎn)速度；以及輸出扭矩控制裝置，輸出扭矩控制裝置通過產(chǎn)生用于已確定的回轉(zhuǎn)速度的控制信號來控制所述電動馬達(dá)的輸出扭矩。
2.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)速度計算裝置根據(jù)所述操縱信 號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度的絕對值限制于預(yù)定 上限范圍內(nèi)，所述預(yù)定上限是基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的最大加速度和回 轉(zhuǎn)速度的最大值。
3.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)速度計算裝置根據(jù)操縱信號計 算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，通過將基于施工機(jī)械的發(fā)動機(jī)模式的速度和加速度校正值 分別應(yīng)用到計算出的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度而校正所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和所述最大加 速度，以及將校正過的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度傳輸?shù)剿龌剞D(zhuǎn)速度確定裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，還包括存儲單元，所述存儲單元存儲基于使用 液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)；其中，所述回轉(zhuǎn)控制單元的基準(zhǔn)速度計算裝置根據(jù)操縱信號由存儲在所述存儲單元內(nèi) 的所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)來計算所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度。
5.如權(quán)利要求4所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)速度計算裝置計算使用液壓回 轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力，并由存儲在所述存儲單元內(nèi)的所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn) 速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)根據(jù)計算出的先導(dǎo)信號壓力計算所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加 速度。
6.如權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，如果使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱 信號的先導(dǎo)信號壓力小于預(yù)定值，則所述回轉(zhuǎn)速度確定裝置通過將所述第一速度變化量加 到當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度來確定基于所述操縱信號的回轉(zhuǎn)速度，而不比較所述第一速 度變化量和所述第二速度變化量。
7.一種用于施工機(jī)械的回轉(zhuǎn)控制方法，其用于使用回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)來回轉(zhuǎn)上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)， 包括基準(zhǔn)速度計算步驟根據(jù)用于回轉(zhuǎn)操縱的控制桿的操縱信號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大 加速度；回轉(zhuǎn)速度變化量計算步驟接收電動馬達(dá)的實際回轉(zhuǎn)速度的反饋、由當(dāng)前反饋回的實 際回轉(zhuǎn)速度和基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度之間的差異計算第一速度變化量、以及由最大加速度計算取樣 時間內(nèi)的第二速度變化量；回轉(zhuǎn)速度確定步驟通過比較所述第一速度變化量和所述第二速度變化量并將經(jīng)比較而獲得的所述第一速度變化量和所述第二速度變化量之間的較小值加到當(dāng)前反饋回的實 際回轉(zhuǎn)速度，從而確定基于所述操縱信號的回轉(zhuǎn)速度；以及輸出扭矩控制步驟通過產(chǎn)生用于已確定的回轉(zhuǎn)速度的控制信號來控制電動馬達(dá)的輸 出扭矩。
8.如權(quán)利要求7所述的回轉(zhuǎn)控制方法，其中所述基準(zhǔn)速度計算步驟根據(jù)所述操縱信號 計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度的絕對值限制于預(yù)定上 限范圍內(nèi)；以及所述預(yù)定上限是基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的先導(dǎo)信號壓力的最大加速度和回轉(zhuǎn)速度 的最大值。
9.如權(quán)利要求7所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)速度計算步驟根據(jù)所述操縱信 號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度，通過將基于施工機(jī)械的發(fā)動機(jī)模式的速度和加速度校 正值分別應(yīng)用到計算出的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度而校正所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和所述最 大加速度；以及所述速度變化量計算步驟由校正過的基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度計算所述第一速度 變化量和所述第二速度變化量。
10.如權(quán)利要求7所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)速度計算步驟包括 先導(dǎo)信號壓力計算步驟計算使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力；以及基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度計算步驟由基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時預(yù)存儲的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回 轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)計算出的先導(dǎo)信號壓力計算所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和所述 最大加速度。
11.如權(quán)利要求8所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)速度計算步驟包括 先導(dǎo)信號壓力計算步驟計算使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力；以及基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度計算步驟由基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時預(yù)存儲的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回 轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)計算出的先導(dǎo)信號壓力計算所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和所述 最大加速度。
12.如權(quán)利要求9所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)速度計算步驟包括 先導(dǎo)信號壓力計算步驟計算使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時的對應(yīng)于操縱信號的先導(dǎo)信號壓力；以及基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度計算步驟由基于使用液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)時預(yù)存儲的先導(dǎo)信號壓力的基準(zhǔn)回 轉(zhuǎn)速度和最大加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)計算出的先導(dǎo)信號壓力計算所述基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和所述 最大加速度。
13.如權(quán)利要求9所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中，所述回轉(zhuǎn)速度變化量計算步驟計算所述 第一速度變化量；以及如果在所述先導(dǎo)信號壓力計算步驟中計算出的先導(dǎo)信號壓力小于預(yù)定值，則所述回轉(zhuǎn) 速度確定步驟通過將所述第一速度變化量加到當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度來確定基于所 述操縱信號的回轉(zhuǎn)速度，而不比較所述第一速度變化量和所述第二速度變化量。
全文摘要
提供一種用于施工機(jī)械的使用電動馬達(dá)的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)和方法?；剞D(zhuǎn)控制系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)控制單元和回轉(zhuǎn)上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)電動馬達(dá)?；剞D(zhuǎn)控制單元包括基準(zhǔn)速度計算裝置，根據(jù)用于回轉(zhuǎn)操作的控制桿的操縱信號計算基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度和最大加速度；回轉(zhuǎn)速度確定裝置，由基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)速度與當(dāng)前反饋回的電動馬達(dá)的實際回轉(zhuǎn)速度之間的差異計算第一速度變化量、由最大加速度計算取樣時間內(nèi)的第二速度變化量、以及通過比較第一速度變化量和第二速度變化量并將第一速度變化量和第二速度變化量之間的較小量加到當(dāng)前反饋回的實際回轉(zhuǎn)速度從而確定基于操縱信號的回轉(zhuǎn)速度；以及輸出扭矩控制裝置，通過產(chǎn)生用于已確定的回轉(zhuǎn)速度的控制信號來控制電動馬達(dá)的輸出扭矩。
文檔編號E02F9/22GK101985840SQ20101021620
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者丁安勻, 劉封修, 姜鍾敏, 崔東煜, 李春昇, 趙中善, 金成滾, 金知潤 申請人:沃爾沃建造設(shè)備控股(瑞典)有限公司