專利名稱：油泵控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的技術(shù)領域是裝備在如油壓挖土機之類工作機械上的油壓泵。
一般說，以油壓挖土機為代表的某些工作機械，具有由發(fā)動機動力驅(qū)動的可變排油量油泵，并設計成可向許多油壓傳動裝置提供由油泵送出的壓力油，它通過方向控制閥，其開啟程度可隨操作設備的行程變化而變化。為了在流率既不低又不高于正常值的條件下向組合狀態(tài)下工作的許多油壓傳動裝置提供壓力油，需要相對于發(fā)動機轉(zhuǎn)矩(或發(fā)動機功率)來控制油泵的吸收轉(zhuǎn)矩(或吸收功率)并同時保持良好的平衡，從而使發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)數(shù)一直與其目標轉(zhuǎn)數(shù)一致。
根據(jù)這樣的要求，如

圖10所示，至今已推薦采用一個控制器30來控制送到泵調(diào)節(jié)器12，13的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
詳細地說，在圖10中，從檢測發(fā)動機11轉(zhuǎn)數(shù)Ne的轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22和確定油泵9，10是否正在送壓力油的壓力開關31那里，控制器30接受檢測信號。然后，控制器30把一個控制信號輸?shù)诫姶疟壤郎p壓閥14，來控制油泵的總吸收轉(zhuǎn)矩(或功率)，從而使發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)數(shù)與其目標轉(zhuǎn)數(shù)一致。該控制信號經(jīng)過電磁比例減壓閥14的電-液壓轉(zhuǎn)換，向調(diào)節(jié)器12，13提供最終的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
然而，在常規(guī)的轉(zhuǎn)矩(功率)控制中，計算油泵送油量(流率)所需的檢測信號(例如，表示操縱設備行程變化的檢測信號)并未輸入控制器，并且難以精確確定油泵所需的吸收轉(zhuǎn)矩。由此產(chǎn)生一個問題在操縱設備剛開始和結(jié)束動作時，或操縱設備稍有動作時，發(fā)動機的輸出與油泵的吸收轉(zhuǎn)矩之間失去平衡，并且實際轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)數(shù)的偏離不斷增加，而損害了機械的工作性能。本發(fā)明將解決這個問題。
此外，控制器的調(diào)節(jié)過程需要針對工作機械的不同型號，甚至相似型號作調(diào)整。換句話說，由于需要對每個型號單獨執(zhí)行控制程序中的專用部分，使調(diào)節(jié)過程非常繁重。
另外，即使是同一型號，各個工作機械之間也有差異。加之工作環(huán)境隨地點(如寒冷地區(qū)或溫暖地區(qū))而變，以及發(fā)動機燃料可隨使用者而異。諸如個別差異和工作環(huán)境的不同條件變化引起了另一個需要解決的問題在工作機械運輸之前所作的調(diào)整實際上是不適用的，實際轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)動機目標轉(zhuǎn)數(shù)的偏差可增長到不容許的程度。
考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)，為了解決上述問題而完成了本發(fā)明。本發(fā)明提供了一個用于可變送油量油泵的油泵控制系統(tǒng)，油泵由發(fā)動機驅(qū)動，并按照操縱裝置的行程變化向油壓傳動裝置供應壓力油，在油泵控制系統(tǒng)中，檢測發(fā)動機實際轉(zhuǎn)數(shù)的實際轉(zhuǎn)數(shù)檢測裝置和檢測油泵輸出狀態(tài)的輸出狀態(tài)檢測裝置連接到控制器上，以便控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，控制器從輸出狀態(tài)檢測裝置的檢測結(jié)果估計出油泵的轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)所估計的轉(zhuǎn)矩來控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，因而使預設目標轉(zhuǎn)數(shù)與實際發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)之間的誤差為零。
采用上述構(gòu)造，油泵輸出轉(zhuǎn)矩是根據(jù)估計轉(zhuǎn)矩來控制的，而估計轉(zhuǎn)矩是從輸出狀態(tài)檢測裝置的檢測結(jié)果估計出來的，從而使目標轉(zhuǎn)數(shù)與實際發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)之間的誤差為零。所以，即使在操縱設備剛開始和結(jié)束動作時，或操縱設備稍有動作時，可防止轉(zhuǎn)數(shù)誤差有明顯的變化，并改進了工作性能。
在上述油泵控制系統(tǒng)中，控制器可包括一個估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)，它從輸出狀態(tài)檢測裝置的檢測結(jié)果來估計油泵工作中的送油量，并根據(jù)所估計的送油量來計算油泵的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩的變化。利用該性能可精確地確定估計轉(zhuǎn)矩。
在上述情形中，輸出狀態(tài)檢測裝置可包括檢測油泵送油壓力的送油壓力檢測裝置，檢測操作設備行程變化的行程變化檢測裝置，或檢測管道壓力(其變化與操作設備的行程變化有關)的管道壓力檢測裝置。利用該性能可同時確定油泵的送油壓力和送油量。
此外，控制器可包括一個擬合系數(shù)運算區(qū)，它根據(jù)由估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)同時算出的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩變化，確定出第一預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)和第二預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)，然后計算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器根據(jù)擬合系數(shù)運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
利用上述性能，可根據(jù)油泵工作時的輸出狀態(tài)和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，盡管油泵的輸出狀態(tài)隨著工作機構(gòu)的不同型號，個別差異等而改變，或盡管發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)的動力特性隨著工作環(huán)境變化和發(fā)動機燃料不同引起的發(fā)動機特性變化而改變，控制系統(tǒng)可在重復學習的過程中，以適應個別工作機械的方式對油泵進行控制。
作為替代方式，控制器可包括一個擬合系數(shù)運算區(qū)，它根據(jù)由估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)同時算出的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩變化，計算出相對于目標轉(zhuǎn)矩的估計轉(zhuǎn)矩誤差，并確定出第一預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，第二預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)以及第三預設數(shù)值范圍的油泵許用轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，然后計算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器可根據(jù)由擬合系數(shù)運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制油泵輸出轉(zhuǎn)矩。
該性能的優(yōu)點是對發(fā)動機的每個目標轉(zhuǎn)數(shù)設定值，不需再單個地設定后果變量，并可縮減控制器所需的內(nèi)存容量。另一個優(yōu)點是對于相對于目標轉(zhuǎn)矩的估計轉(zhuǎn)矩誤差也計算其擬合系數(shù)，因而除了適應發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差的變化以外，油泵的控制還可適應估計轉(zhuǎn)矩誤差的變化，后者誤差變化也與工作條件、工作機械的個別差異和工作環(huán)境等有關。
另外，控制器可包括一個模糊規(guī)則前提運算區(qū)，它把均由估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)算出的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩變化應用于模糊控制的每個前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計算前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計算出每個前提規(guī)則的組合擬合系數(shù)值，同時控制器包括一個模糊規(guī)則后果運算區(qū)，它根據(jù)由模糊規(guī)則前提運算區(qū)算出的每個組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計算后果變量，依據(jù)分別由前提和后果運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，控制器可計算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
作為替代方式，控制器可包括一個擬合系數(shù)前提運算區(qū)，它把相對于目標轉(zhuǎn)矩的估計轉(zhuǎn)矩誤差(由估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)算出)，估計的轉(zhuǎn)矩變化和油泵許用轉(zhuǎn)矩，應用于模糊控制的每個前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計算前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計算每個前提規(guī)則擬合系數(shù)的組合值，同時控制器包括一個模糊規(guī)則后果運算區(qū)，它根據(jù)由模糊規(guī)則前提運算區(qū)算出的每個組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計算后果變量，依據(jù)分別由前提和后果運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，控制器可計算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值控制油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
采用如此的模糊控制，控制過程在相鄰兩個數(shù)值范圍的邊界上具有連續(xù)性，并可連續(xù)而平穩(wěn)地進行輸出變化的控制。
圖1為油壓挖土機的透視圖。
圖2為表示動力裝置系統(tǒng)構(gòu)形的簡圖。
圖3為曲線圖，說明發(fā)動機輸出特性與目標轉(zhuǎn)數(shù)的關系。
圖4為曲線圖，說明發(fā)動機輸出特性與目標轉(zhuǎn)數(shù)的關系。
圖5為表示油泵調(diào)節(jié)器特性的曲線圖。
圖6為表示第一實施例控制器控制順序的框圖。
圖7為表示模糊規(guī)則的表格。
圖8為曲線圖，表示用于模糊規(guī)則前提的從屬函數(shù)例。
圖9為表示第二實施例控制器控制順序的框圖。
圖10為表示常規(guī)動力裝置系統(tǒng)構(gòu)形的簡圖。
以下參照圖1至圖8來說明本發(fā)明的第一個優(yōu)選例。在圖1中，一個油壓挖土機1包括了各種油壓傳動裝置，如旋轉(zhuǎn)上機身2的旋轉(zhuǎn)馬達(圖中未示)，操縱伸展臂3的伸展臂油缸4，操縱杠桿5的杠桿油缸6，以及操縱挖斗7的油缸8。這些油壓傳動裝置的基本構(gòu)造與常規(guī)挖土機相同。
圖2是該實施例中動力裝置系統(tǒng)構(gòu)形的簡圖。在圖2中，參考號9，10表示第一和第二可變排油量油泵，它們由發(fā)動機11的動力驅(qū)動，把壓力油輸送到上述油壓傳動裝置中。第一和第二可變排油量油泵9，10由擋板式軸向活塞泵構(gòu)成，它隨著擋板9a，10a的傾斜角變化而改變送油流率。12，13表示改變擋板9a，10a位置的調(diào)節(jié)器。根據(jù)電磁比例減壓閥14提供的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps，管道壓力Pr1，Pr2(通過該管道，已經(jīng)過第一和第二定向控制閥15，17的壓力油流向油箱26)。以及油泵9，10送油管道中的壓力Pp，按照下面說明來控制調(diào)節(jié)器12，13。為了簡化說明，在圖2中僅舉出二個傳動裝置，即第一和第二油壓傳動裝置27，28，分別從第一和第二油泵9，10向它們輸送壓力油。
在壓力油送向第一和第二油壓傳動裝置27，28的方向上，第一和第二定向控制閥15，17控制著油的流率，并在接受相應與操縱桿19，20行程變化的控制壓力下進行工作。此外，第一和第二溢流閥16，18放在相關的管道中，通過該管道，已經(jīng)通過第一和第二定向控制閥15，17的中間旁路的壓力油流到油箱26中。
在上述油路中，當操縱桿19，20行程變化為零(即當操縱桿處于中間位置)時，定向控制閥15，17處于與油壓傳動裝置27，28相連通道關閉的位置，因而油泵9，10送出的壓力油通過第一和第二定向控制閥15，17的中間旁路和溢流閥16，18流到油箱26中。此時，把溢流閥16，18吸油管道中的壓力Pr1，Pr2作為溢流的設定壓力值。當從上述狀態(tài)轉(zhuǎn)動操縱桿19，20，定向控制閥15，17逐漸打開與油壓傳動裝置27，28相連的通道，同時逐漸關閉中間旁路。此后，當操縱桿19，20轉(zhuǎn)到滿行程位置時，與油壓傳動裝置27，28相連的閥門通道完全打開，同時中間旁路完全關閉。壓力油不通過溢流閥16，18，并且在溢流閥16，18吸油管道中的壓力Pr1，Pr2降到接近油箱的壓力水平。因此，溢流閥16，18吸油管道中的壓力Pr1，Pr2隨著操縱桿行程改變而改變，并且所產(chǎn)生的壓力Pr1，Pr2被傳送到調(diào)節(jié)器12，13中，如上所述。
控制器21由一個微機和相應的外圍設備構(gòu)成。從檢測發(fā)動機11轉(zhuǎn)數(shù)Ne的轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22，檢測油泵9，10送油壓力Pp的壓力敏感器23，以及檢測溢流閥16，18吸油管道中壓力Pr1，Pr2的壓力敏感器24，25等那里，控制器21接受它們的檢測信號，并根據(jù)這些檢測信號把控制信號輸?shù)诫姶疟壤郎p壓閥14。該控制信號經(jīng)過電磁比例減壓閥14的電-液壓轉(zhuǎn)換，向調(diào)節(jié)器12，13提供最終的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
圖6是在控制器21中執(zhí)行的控制順序框圖。在圖6中，第一油泵送油量的估計運算區(qū)50接受由壓力敏感器24檢測到的第一溢流閥16吸油管道中的壓力Pr1(以下稱為第一管道壓力)，由壓力敏感器23檢測到的油泵9，10送油壓力Pp(以下稱為油泵壓力)，以及在上述步驟中所得的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps，根據(jù)這些輸入信號值，估計出第一油泵9的送油量(送油流率)Q1。
第二油泵送油量的估計運算區(qū)51接受由壓力敏感器25檢測到的第二溢流閥18吸油管道中的壓力Pr2(以下稱為第二管道壓力)，油泵壓力Pp，以及在上述步驟中所得的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps，根據(jù)這些輸入信號值，估計出第二油泵10的送油量(送油流率)Q2。
估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)52接受估計送油量Q1，Q2，油泵壓力Pp，以及由轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22檢測到的發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)(以下稱為實際轉(zhuǎn)數(shù))Ne，根據(jù)這些輸入信號值，計算出由兩個油泵9，10產(chǎn)生的估計轉(zhuǎn)矩Tp和估計轉(zhuǎn)矩的變化DTp。變化DTp代表了單位時間轉(zhuǎn)矩的變化，用單位d(Tp)/dt表示。
53表示了模糊規(guī)則前提的擬合系數(shù)計算區(qū)(以下稱為前提運算區(qū))，它接受估計轉(zhuǎn)矩Tp和估計轉(zhuǎn)矩的變化DTp，并根據(jù)這些輸入信號，采用一個從屬函數(shù)來定量地計算模糊規(guī)則前提(相當于在表示“如…則…”規(guī)則中的“如…”)的擬合系數(shù)。
加法器54接受發(fā)動機11的預設目標轉(zhuǎn)數(shù)Nset和由轉(zhuǎn)數(shù)敏感器22檢測的發(fā)動機實際轉(zhuǎn)數(shù)Ne，并計算出兩轉(zhuǎn)數(shù)間的差值誤差ΔNe。
55表示了模糊規(guī)則后果變量Wij的計算區(qū)(以下稱為后果運算區(qū))，它接受前提運算區(qū)53的計算結(jié)果和轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe，根據(jù)這些輸入信號值，計算出模糊規(guī)則后果的變量值Wij。
控制輸出轉(zhuǎn)矩運算區(qū)56接受前提運算區(qū)53的計算結(jié)果和后果運算區(qū)53的計算結(jié)果，并計算出油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩設定值Tr(控制輸出轉(zhuǎn)矩)。然后由控制壓力轉(zhuǎn)換器57把控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr轉(zhuǎn)換成電磁比例減壓閥14的轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps。
現(xiàn)說明在本實施例中發(fā)動機11和油泵9，10的特性。
首先，圖3和圖4均表示了發(fā)動機輸出特性與目標轉(zhuǎn)數(shù)關系。圖3表示了發(fā)動機功率的利用率為100％的情形，圖4表示了加速器表盤設定值改變和發(fā)動機功率的利用率小于100％情形。
在圖3和圖4中，發(fā)動機輸出位于限速區(qū)和滯后區(qū)內(nèi)，兩區(qū)之間有一個額定轉(zhuǎn)矩Te點。限速區(qū)是限速器打開程度小于100％的輸出區(qū)，而滯后區(qū)是限速器打開程度等于100％的輸出區(qū)。
當采用具有上述發(fā)動機輸出特性的油壓挖土機1來進行繁重的挖掘工作時，目標轉(zhuǎn)數(shù)Nset設定在圖3中由·記號表示的點上，其值略低于額定轉(zhuǎn)數(shù)(在額定點的發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù))，以便在100％發(fā)動機輸出和燃料經(jīng)濟性良好的條件下完成工作。
此外，當進行輕度挖掘工作時，發(fā)動機輸出不需要達到100％，在工作時加速器表盤可設定在較低值。所以，由圖4中·記號表示的每個點的橫坐標值給出目標轉(zhuǎn)數(shù)，由圖4中·記號表示的每個點的縱坐標值給出目標轉(zhuǎn)矩。
控制器21把轉(zhuǎn)矩控制壓力Ps的信號輸?shù)诫姶疟壤郎p壓閥14，來啟動調(diào)節(jié)器12，13，從而油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩可與發(fā)動機輸出很好地平衡。
另一方面，圖5表示了油泵9，10的每個調(diào)節(jié)器12，13的特性。在圖5中，泵壓Pp較低時產(chǎn)生的最大送油量(最大送油流率)QU隨第一和第二管道壓力Pr1，Pr2而增減，后者是根據(jù)操縱桿行程變化而變化。當操縱桿行程變化較小時，啟動調(diào)節(jié)器來減少最大送油量QU。
當泵壓PP為中等或較高時，隨著泵壓PP的增加，送油量QL(送油流率)降低。該壓力范圍(相應于圖5中的斜特性線)代表了油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩不變區(qū)域(稱為轉(zhuǎn)矩不變曲線或功率不變曲線)。在這個區(qū)域內(nèi)，當作用在電磁比例減壓閥14上的轉(zhuǎn)矩控制壓力PS指令信號改變時，轉(zhuǎn)矩不變曲線沿箭頭方向移動，以改變油泵的吸收轉(zhuǎn)矩(或功率)。
換句話說，可從第一和第二管道壓力Pr1，Pr2來估計油泵9，10的送油量QU，可從當前的轉(zhuǎn)矩控制壓力PS和當前的泵壓PP來估計位于轉(zhuǎn)矩不變曲線上的送油量QL。所以，可精確地確定油泵9，10工作時的送油量Q，并根據(jù)送油量Q精確地確定輸出轉(zhuǎn)矩。
以下說明控制器21中的運算區(qū)50～56的執(zhí)行順序。
首先，根據(jù)圖5調(diào)節(jié)器特性，按上述步驟從第一管道壓力Pr1，泵壓PP和轉(zhuǎn)矩控制壓力PS，估計第一油泵送油量的運算區(qū)50估計出第一油泵9的送油量Q1。除了接受第二管道壓力Pr2以外，估計第二油泵送油量的運算區(qū)51以相同方式估計出第二油泵10的送油量Q2。
估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)52采用以下公式，從所估計的送油量Q1，Q2計算出油泵9，10的估計轉(zhuǎn)矩TPTP＝(Q1+Q2)Pp/(2π·Ne·η)(1)這里Q1，Q2是由估計送油量的運算區(qū)50，51估計出的第一和第二油泵9，10送油量，PP是泵壓，Ne是發(fā)動機實際轉(zhuǎn)數(shù)，以及η是油泵效率。
此后，運算區(qū)52從下式計算出與時間有關的估計轉(zhuǎn)矩TP變化DTPDTP＝(TP(k)-TP(k-1))/(t(k)-t(k-1)) (2)這里t(k)和(k-1)代表控制過程的步驟；(k)是當前步驟，(k-1)是上一步驟，t是時間。
前提運算區(qū)53接受估計轉(zhuǎn)矩TP和估計轉(zhuǎn)矩變化DTp，并計算出模糊規(guī)則前提(“如…”部分)的擬合系數(shù)。
圖7是表示模糊規(guī)則的一個表格，在圖7中，由估計轉(zhuǎn)矩TP給出的NB，NM，…，PB行和由估計轉(zhuǎn)矩變化DTP給出的NB，NM，…，PB列代表了前提規(guī)則。此外，表格中Wij(i＝1～7，j＝1～7)是后果變量。
這里，NB，NM，NS，ZO，PS，PM和PB分別是負最大，負中間，負最小，零，正最小，正中間和正最大的縮寫，并稱為模糊標號。這些模糊標號的含義如下對于估計轉(zhuǎn)矩TP，NB指轉(zhuǎn)矩很小，PB指轉(zhuǎn)矩很大，等等而對于估計轉(zhuǎn)矩變化DTP，NB指轉(zhuǎn)矩變化為負且很大，PB指轉(zhuǎn)矩變化為正且很大，等等。
另外，擬合系數(shù)以定量方式來代表每個模糊標號與實際條件的符合程度，從屬函數(shù)用于模糊控制的定量化。
圖8的曲線圖是表示用于估計轉(zhuǎn)矩TP的從屬函數(shù)例子。例如，如果前提規(guī)則給出為“如TP是NM”，則由相應于圖8中“NM”的從屬函數(shù)(三角形)來確定估計轉(zhuǎn)矩TP的從屬函數(shù)值，并把所確定值作為上述前提規(guī)則的擬合系數(shù)。這同樣可用于其他前提規(guī)則。
接著，前提運算區(qū)53確定前提規(guī)則擬合系數(shù)的組合值如下假設對于估計轉(zhuǎn)矩TP的每個前提規(guī)則擬合系數(shù)為μj，j＝1～7(j＝1，2…，7，分別相應于NB，NM，…，PB)，和對于估計轉(zhuǎn)矩變化DTP的每個前提規(guī)則擬合系數(shù)為μI，i＝1～7(i＝1，2，…，7，分別相應于NB，NM，…，PB)，則可由下式確定μj和μi的組合值μijμij＝μi×μj作為替代方式，可采用與上述(3)不同的以下公式來計算組合值μij＝min(μi，μj)(3a)另一方面，后果運算區(qū)55接受從加法器54輸入的誤差ΔNe(它是相對于發(fā)動機目標轉(zhuǎn)數(shù)Nset的實際轉(zhuǎn)數(shù)誤差)和從前提運算區(qū)53輸入的組合值μij，并按下式計算模糊規(guī)則后果的變量Wij值Wij(k)＝Wij(k-1)-γ·Δt·ΔNe·μij(4)這里γ是“學習”放大系數(shù)，Δt是控制周期時間，ΔNe是轉(zhuǎn)數(shù)誤差，μij是前提規(guī)則的組合擬合系數(shù)(i＝1，2，…，7，j＝1，2，…，7)。
在采用公式(4)的控制過程中，前提規(guī)則的擬合系數(shù)愈高(前提規(guī)則與實際條件愈符合)和轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe愈大，則在以上步驟中公式(4)的第二項愈大和后果變量Wij(k-1)的修正量愈大。此外，由于在轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe變零之前第二項是變化的，需進行后果變量Wij(k-1)的修正(學習)。
如何進行估計轉(zhuǎn)矩TP和估計轉(zhuǎn)矩變化DTP的轉(zhuǎn)換，這與特性變化有關，例如由于操縱桿的行程變化，個別發(fā)動機和油泵的差異，挖土機的型號不同等引起的特性變化。但由于設定了從屬函數(shù)以包括所有轉(zhuǎn)換范圍，可以實現(xiàn)適應特性變化的油泵控制。換句話說，用最適應特性變化的前提規(guī)則來作運算操作，并修正(學習)與相關前提規(guī)則相應的后果變量Wij，因而可使轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe為零。
根據(jù)后果變量Wij(k)和前提擬合系數(shù)的組合值μij，控制輸出轉(zhuǎn)矩運算區(qū)56按下式來計算油泵的控制輸出轉(zhuǎn)矩TrTr＝∑(μij×Wij(k))/∑μij(5)公式(5)是計算所謂加權(quán)平均的公式，并代表了在模糊控制中確定輸出值的一般方法。
如果改變加速器表盤的設定值，目標轉(zhuǎn)數(shù)Nset也改變。所以，在這第一實施例中，對加速器表盤的每個設定值準備了后果變量Wij。這使得對加速器表盤的每個設定值可進行適當?shù)目刂啤?br> 在上述的控制系統(tǒng)中，控制器21估計了油泵9，10工作中的轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)估計轉(zhuǎn)矩TP計算了控制輸出轉(zhuǎn)矩(油泵9，10的吸收轉(zhuǎn)矩設定值)Tr。根據(jù)與操縱桿19，20行程變化有關的第一和第二管道壓力Pr1，Pr2檢測值以及發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)Ne和油泵壓力PP的檢測值，計算出估計轉(zhuǎn)矩TP。因此，可精確地估計油泵9，10工作中的轉(zhuǎn)矩；從而甚至可在操縱桿19，20剛開始和剛結(jié)束動作時，或甚至可在操縱桿19，20稍有動作時，采取與發(fā)動機輸出平衡良好的方式來控制吸收轉(zhuǎn)矩。
此外，根據(jù)前提規(guī)則組合擬合系數(shù)值μij(它是相對于估計轉(zhuǎn)矩TP和估計轉(zhuǎn)矩變化DTP的各個范圍得出的)與誤差ΔNe(相對于發(fā)動機目標轉(zhuǎn)數(shù)Nset的實際轉(zhuǎn)數(shù)Ne的誤差)的乘積，以學習方式計算出油泵9，10的控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr。所以。盡管油泵9，10的輸出狀態(tài)隨著油壓挖土機1的不同型號，個別差異而改變，或盡管發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)的動力特性隨著工作環(huán)境變化(如寒冷地區(qū)或溫暖地區(qū))和發(fā)動機特性變化(由于采用不同發(fā)動機燃料品牌而引起)而改變，控制系統(tǒng)可在重復學習的同時，根據(jù)油泵9，10的輸出狀態(tài)和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差ΔNe，計算出油泵9，10的控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr。因此，可在適應使用中的油壓挖土機，即個別油壓挖土機的方式下，進行油泵9，10的控制。
另外，因為控制器21包括上述學習過程，由此取得的好處是不再需要對每種挖土機型號作控制系統(tǒng)的調(diào)整或控制程序的修改。
現(xiàn)參照圖9的框圖來說明第二實施例中控制器的控制順序如下。這個第二實施例與上述第一實施例的區(qū)別是在于前提運算區(qū)的輸入值不同。
更準確地說，在第二實施例中前提運算區(qū)59接受了相對于油泵9，10目標轉(zhuǎn)矩Tt的實際轉(zhuǎn)矩TP誤差ΔTP，估計轉(zhuǎn)矩變化DTP以及油泵9，10的許用轉(zhuǎn)矩TPm。把目標轉(zhuǎn)矩Tt和由估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)52算出的估計轉(zhuǎn)矩TP輸入加法器58，由加法器58計算出轉(zhuǎn)矩誤差ΔTP。許用轉(zhuǎn)矩TPm是指轉(zhuǎn)矩的上限值，超過它時油泵9，10就不能吸收。
由于接受了三個輸入值，即轉(zhuǎn)矩誤差ΔTP，估計轉(zhuǎn)矩變化DTP和許用轉(zhuǎn)矩TPm，前提運算區(qū)59計算出前提規(guī)則的三個擬合系數(shù)值并組合這三個值。可按上述第一實施例相似的方式計算出一個組合值μijk。把所得的組合值μijk輸?shù)胶蠊\算區(qū)55和控制輸出轉(zhuǎn)矩運算區(qū)56，其中，把組合值μijk用到上述公式(4)和(5)中，以確定油泵9，10的控制輸出轉(zhuǎn)矩Tr。
在上述過程中，對于如圖4發(fā)動機輸出特性的每個加速器表盤設定值，準備了目標轉(zhuǎn)矩Tt和發(fā)動機目標轉(zhuǎn)數(shù)Nset，并存入計算機內(nèi)存(圖中未示)。由于按此方式修改了系統(tǒng)，在第二實施例中，對于每個加速器表盤設定值不需再單個地設定后果變量Wii，并可縮減所需的內(nèi)存容量。
此外，在第二實施例中，不僅依靠發(fā)動機目標轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)誤差，也依靠相對于目標轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩誤差來執(zhí)行控制的運算操作，因而可在適應上述兩種誤差同時變化(變化原因與工作條件，油壓挖土機的個別差異和工作環(huán)境有關)的方式下，進行油泵的控制。
應注意，在第二實施例中，對于與第一實施例通用(相同)的部件采用了同一參考號，并不再作說明。
應明白的是本發(fā)明絕不限于上述第一和第二實施例，例如，作為一種修改方式，可從操縱桿的行程變化來計算油泵送油量。此時，需提供檢測每個操縱桿行程變化的行程變化檢測裝置，并把行程變化檢測裝置的檢測信號輸入控制器的每個送油量運算區(qū)。
權(quán)利要求
1.一個用于可變送油量油泵的油泵控制系統(tǒng)，油泵由發(fā)動機驅(qū)動，并按照操縱裝置的行程變化向油壓傳動裝置供應壓力油，在油泵控制系統(tǒng)中，把檢測上述發(fā)動機實際轉(zhuǎn)數(shù)的實際轉(zhuǎn)數(shù)檢測裝置和檢測上述油泵輸出狀態(tài)的輸出狀態(tài)檢測裝置連接到控制器上，以便控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，上述控制器從輸出狀態(tài)檢測裝置的檢測結(jié)果估計出上述油泵的轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)所估計的轉(zhuǎn)矩來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩，因而使預設目標轉(zhuǎn)數(shù)與上述發(fā)動機實際轉(zhuǎn)數(shù)之間的誤差為零。
2.權(quán)利要求1的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)，它從上述輸出狀態(tài)檢測裝置的檢測結(jié)果來估計上述油泵工作中的送油量，并根據(jù)所估計的送油量來計算上述油泵的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩的變化。
3.權(quán)利要求2的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述輸出狀態(tài)檢測裝置包括檢測上述油泵送油壓力的送油壓力檢測裝置，檢測操作設備行程變化的行程變化檢測裝置，或檢測與上述操作設備的行程變化有關的管道壓力變化的管道壓力檢測裝置。
4.權(quán)利要求2或3的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個擬合系數(shù)運算區(qū)，它根據(jù)由上述估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)同時算出的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩變化，確定出第一預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)和第二預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)，然后計算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器根據(jù)上述擬合系數(shù)運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
5.權(quán)利要求2或3的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個擬合系數(shù)運算區(qū)，它根據(jù)由估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)同時算出的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩變化，計算出相對于目標轉(zhuǎn)矩的估計轉(zhuǎn)矩誤差，并確定出第一預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，第二預設數(shù)值范圍的估計轉(zhuǎn)矩變化的擬合系數(shù)以及第三預設數(shù)值范圍的油泵許用轉(zhuǎn)矩的擬合系數(shù)，然后計算出這些擬合系數(shù)的組合值，控制器根據(jù)由上述擬合系數(shù)運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
6.權(quán)利要求4的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個模糊規(guī)則前提運算區(qū)，它把均由估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)算出的估計轉(zhuǎn)矩和估計轉(zhuǎn)矩變化應用于模糊控制的上述每個前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計算前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計算出每個前提規(guī)則的組合擬合系數(shù)值，同時上述控制器包括一個模糊規(guī)則后果運算區(qū)，它根據(jù)由上述模糊規(guī)則前提運算區(qū)算出的每個組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計算后果變量，依據(jù)分別由上述前提和后果運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，上述控制器可計算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
7.權(quán)利要求5的油泵控制系統(tǒng)，其中，上述控制器包括一個模糊規(guī)則前提運算區(qū)，它把相對于目標轉(zhuǎn)矩的由上述估計轉(zhuǎn)矩運算區(qū)算出的估計轉(zhuǎn)矩誤差，估計轉(zhuǎn)矩變化和油泵許用轉(zhuǎn)矩，應用于模糊控制的每個前提規(guī)則上，采用前提規(guī)則的從屬函數(shù)來計算上述前提規(guī)則的擬合系數(shù)，以及計算每個前提規(guī)則擬合系數(shù)的組合值，同時上述控制器包括一個模糊規(guī)則后果運算區(qū)，它根據(jù)由上述模糊規(guī)則前提運算區(qū)算出的每個組合擬合系數(shù)值和發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)誤差來計算后果變量，依據(jù)分別由上述前提和后果運算區(qū)算出的組合擬合系數(shù)和后果變量，上述控制器計算出后果變量的平均值，并根據(jù)所算出的平均值來控制上述油泵的輸出轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
一種油泵控制系統(tǒng),它可在良好的平衡方式下控制相對于發(fā)動機功率的油泵吸收轉(zhuǎn)矩,并可減小實際轉(zhuǎn)數(shù)離發(fā)動機目標轉(zhuǎn)數(shù)的偏差。從油泵壓力(P
文檔編號E02F9/22GK1186915SQ97123289
公開日1998年7月8日 申請日期1997年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者小西英雄, 鮫島誠 申請人:新履帶三菱株式會社