用于控制多個(gè)可變排量液壓泵的方法和裝置制造方法
【專利摘要】提供用于控制具有相連接的排出口(206)的多個(gè)可變排量液壓泵(102,103)的排出壓力和泵排量的方法和裝置。每個(gè)泵(102,103)包括旋轉(zhuǎn)斜盤(104)和用于控制該旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角的控制閥(302)。確定用于第一泵(102)的期望第一泵排量控制定律和確定用于第二泵(103)的期望的第二泵排出壓力控制定律。第一控制定律用來確定第一中間控制變量。第二控制定律用來確定第二中間控制變量。使用第一和第二中間控制變量將第一和第二泵(102,103)的控制相結(jié)合。使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和第一控制定律確定用于第一泵的控制閥(302)的期望的第一控制閥設(shè)置。使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和第二控制定律確定用于第二泵的控制閥(302)的期望的第二控制閥設(shè)置。
【專利說明】用于控制多個(gè)可變排量液壓泵的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體涉及可變排量液壓泵，更具體地涉及用于控制多個(gè)可變排量液壓泵的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可變排量液壓泵用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。例如，液壓工程機(jī)械、土方機(jī)械等等往往使用可變排量液壓泵來提供完成期望的工作職能所需的加壓液壓流體流。泵的運(yùn)行可能會(huì)受到由負(fù)載需求變化引起的壓力和流量輸出變化的影響。長期以來，一直期望以一致的方式維持泵的壓力輸出，使得所述液壓系統(tǒng)的運(yùn)行表現(xiàn)良好并且是可預(yù)測(cè)的。因此，已經(jīng)嘗試來監(jiān)控泵的壓力輸出，并相應(yīng)地控制泵的運(yùn)行，以補(bǔ)償負(fù)載的變化?？勺兣帕恳簤罕玫膲毫敵鐾ǔＭㄟ^改變泵的旋轉(zhuǎn)斜盤角度來調(diào)整，而改變泵的旋轉(zhuǎn)斜盤的角度會(huì)改變泵的排量。
[0003]隨著其中設(shè)有可變排量液壓泵的機(jī)械的功率要求的增加，液壓流體的功率要求也增加。然而，由于可變排量液壓泵的結(jié)構(gòu)以及液壓流體的性質(zhì)的限制，實(shí)際可以使用的泵的尺寸是有限的。因此，在需要大流量加壓液壓流體的應(yīng)用場(chǎng)合，兩個(gè)可變排量泵可布置成它們的排出口連接在一起。由于泵排出口被連接，兩個(gè)泵在液壓上相互影響。具體來說，兩個(gè)泵的排出壓力始終相同。因此，對(duì)于給定的泵負(fù)載流量，任一個(gè)斜盤傾角的任何變化將影響排出壓力。如果兩個(gè)泵的旋轉(zhuǎn)斜盤通過相應(yīng)的控制閥利用旋轉(zhuǎn)斜盤位置和泵排出壓力的反饋來獨(dú)立控制，則形成若干個(gè)閉環(huán)，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比用于單個(gè)泵的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。
[0004]在由于制造和裝配公差而導(dǎo)致兩個(gè)泵的參數(shù)不同但兩個(gè)控制器相同的情況下或者兩個(gè)控制器的參數(shù)不同的情況下控制具有相連接的排出口的兩個(gè)泵存在一個(gè)問題。在這樣的情況下，兩個(gè)泵的斜盤傾角在靜態(tài)條件下將是不同的。因此，在控制系統(tǒng)中的正反饋過程會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)斜盤的位置移動(dòng)到相反的極限位置。具體來說，系統(tǒng)中的壓力增加會(huì)導(dǎo)致第一泵的控制器將泵的旋轉(zhuǎn)斜盤移動(dòng)到減小泵排量的位置(即旋轉(zhuǎn)斜盤下行)。這減小了系統(tǒng)中的壓力。然而，如果壓力減小太多，則用于第二泵的控制器可能會(huì)試圖通過將第二泵的旋轉(zhuǎn)斜盤引導(dǎo)至增加第二泵排量的位置(即旋轉(zhuǎn)斜盤上行)來增加系統(tǒng)中的壓力。如果壓力增大太多，則用于第一泵的控制器將試圖通過再次降低所述第一泵的排量而減小壓力來補(bǔ)償。此外，如果減少得過多，則第二控制器將再次增加第二泵的排量以增加系統(tǒng)中的壓力。這個(gè)循環(huán)可持續(xù)，直至其中一個(gè)泵的旋轉(zhuǎn)斜盤達(dá)到其極限位置，即完全上行或完全下行。當(dāng)旋轉(zhuǎn)斜盤處于這樣的位置時(shí)，液壓系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性會(huì)顯著降低。
[0005]當(dāng)設(shè)法最優(yōu)化兩個(gè)泵的運(yùn)行效率時(shí)，控制具有相連接的排出口的兩個(gè)泵會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問題。對(duì)于給定的其它工作條件，兩個(gè)泵的效率取決于它們的排量。因此，對(duì)于特定的排出壓力，將液壓系統(tǒng)的運(yùn)行效率最優(yōu)化包括選擇兩個(gè)泵的排量的最有利的組合。然而，由于兩個(gè)泵的排出口相連接，一個(gè)泵的排量的任何變化將必然影響另外一個(gè)泵。因此，用相同的指令控制兩個(gè)泵的系統(tǒng)不能使兩個(gè)泵的效率最優(yōu)化。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明在一個(gè)方案中描述了一種用于控制具有相連接的排出口的多個(gè)可變排量液壓泵的排出壓力和泵排量的方法，其中每個(gè)泵包括旋轉(zhuǎn)斜盤和用于控制該旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角的控制閥。該方法包括確定用于第一泵的期望的第一泵排量控制定律和確定用于第二泵的期望的第二泵排出壓力控制定律的步驟。第一控制定律用來確定第一中間控制變量。第二控制定律用來確定第二中間控制變量。使用第一和第二中間控制變量將第一和第二泵的控制相結(jié)合。使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和該第一控制定律，確定用于第一泵的控制閥的期望的第一控制閥設(shè)置。使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和第二控制定律，確定用于第二泵的控制閥的期望的第二控制閥設(shè)置。
[0007]在另一個(gè)方面，本發(fā)明描述了一種用于控制具有相連接的排出口的多個(gè)可變排量液壓泵的排出壓力和泵排量的裝置。該裝置包括相對(duì)第一泵可樞轉(zhuǎn)地支承的第一旋轉(zhuǎn)斜盤和相對(duì)第二泵可樞轉(zhuǎn)地支承的第二旋轉(zhuǎn)斜盤。第一控制閥控制第一旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角，和第二控制閥控制第二旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角。至少一個(gè)控制器與所述第一和第二控制閥相連通。該控制器配置成具有用于該第一泵的期望的第一泵排量控制定律和用于第二泵的期望的第二泵排出壓力控制定律。該控制器還配置成使用第一控制定律來確定第一中間控制變量和使用第二控制定律來確定第二中間控制變量。該控制器使用第一和第二中間控制變量結(jié)合該第一和第二泵的控制，并使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和第一控制定律確定用于第一泵的控制閥的期望的第一控制閥設(shè)置，且使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和第二控制定律確定用于第二泵的控制閥的期望的第二控制閥設(shè)置。
[0008]根據(jù)另一方面，本發(fā)明描述了一種用于提供液壓能量到負(fù)載的液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一可變排量液壓泵，該第一可變排量液壓泵包括相對(duì)該第一泵可樞轉(zhuǎn)地支承的第一旋轉(zhuǎn)斜盤和用于控制該第一旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角的第一控制閥。該第一泵具有第一排出口，加壓液壓流體經(jīng)該第一排出口從第一泵排出。該系統(tǒng)包括第二可變排量液壓泵，該第二可變排量液壓泵包括相對(duì)該第二泵可樞轉(zhuǎn)地支承的第二旋轉(zhuǎn)斜盤和用于控制該第二旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角的第二控制閥。該第二泵具有第二排出口，加壓液壓流體經(jīng)該第二排出口從第二泵排出，且其中該第一和第二排出口相連接。至少一個(gè)控制器與第一和第二控制閥相連通。該控制器配置成具有用于該第一泵的期望的第一泵排量控制定律和用于第二泵的期望的第二泵排出壓力控制定律并且配置成使用第一控制定律來確定第一中間控制變量和使用第二控制定律來確定第二中間控制變量。該控制器使用第一和第二中間控制變量結(jié)合該第一和第二泵的控制。該控制器使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和第一控制定律確定用于第一泵的控制閥的期望的控制閥設(shè)置，且使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和第二控制定律確定用于第二泵的控制閥的期望的控制閥設(shè)置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是適用于根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的可變排量液壓泵的側(cè)剖視圖。
[0010]圖2是圖1中的泵的端視圖。
[0011]圖3是各包括相應(yīng)的伺服閥的一對(duì)泵的示意圖。
[0012]圖4是具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的相應(yīng)控制系統(tǒng)的一對(duì)泵的簡圖。
[0013]圖5是用于圖4中的控制系統(tǒng)的反饋控制圖。[0014]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明涉及用于控制由兩個(gè)或更多個(gè)可變排量液壓泵(下文中稱為泵)組成的系統(tǒng)的裝置和方法，所述泵具有相連接的排出口，用于輸送加壓液壓流體到負(fù)載。具體參考圖1和圖2，示出了多個(gè)泵中的單獨(dú)的示例性可變排量液壓泵102 (下文中稱為第一泵102)。可通過本發(fā)明的裝置和方法控制的兩個(gè)或更多個(gè)泵可用類似或不同方式配置。另外，雖然示出和描述的示例性實(shí)施例包含一對(duì)可變排量液壓泵，但本發(fā)明的裝置和方法也適用于具有多個(gè)泵的系統(tǒng)，所述多個(gè)泵具有相連接的排出口，如下文中進(jìn)一步描述的。
[0016]在圖1中示出的第一泵102是具有以環(huán)形陣列布置在氣缸體108內(nèi)的多個(gè)活塞110的軸向活塞式旋轉(zhuǎn)斜盤液壓泵。所述多個(gè)活塞110繞布置在氣缸體108的縱向中線軸線處的軸106以相等的間隔分隔開。在這種情況下，氣缸體108通過氣缸體彈簧114壓靠閥板202。如圖2所示，閥板包括進(jìn)入口 204和排出口 206。在示出的實(shí)施例中，每個(gè)活塞110通過球窩接頭113連接到滑塊112。每個(gè)滑塊112保持與旋轉(zhuǎn)斜盤104接觸。該旋轉(zhuǎn)斜盤104可樞轉(zhuǎn)地安裝到泵102，使得傾斜角α能被可控制地調(diào)整，從而允許調(diào)整泵的排量。
[0017]當(dāng)氣缸體108相對(duì)閥板202轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)活塞110周期性地經(jīng)過閥板202的進(jìn)入口和排出口 204，206中的每一個(gè)。旋轉(zhuǎn)斜盤104的傾斜角α使活塞110擺動(dòng)地移入和移出氣缸體108，由此將液壓流體吸入為低壓口的進(jìn)入口 204，并將液壓流體排出為高壓口的排出口 206。第一泵102通過泵輸出口 314將加壓液壓流體供應(yīng)到閥板202的排出口 206。
[0018]在圖3中示出了包括具有通過管線316相連接的排出口的第一和第二泵102，103的用于輸送加壓液壓流體的系統(tǒng)。在示出的實(shí)施例中，第一和第二泵102，103以類似方式配置并一前一后(即串聯(lián))地布置，然而也可以使用并肩(即并聯(lián))或其它布置方式。在示出的系統(tǒng)中，第一和第二泵102，103中的每一個(gè)的旋轉(zhuǎn)斜盤104的傾斜角α繞旋轉(zhuǎn)斜盤樞轉(zhuǎn)點(diǎn)傾斜，其中這種傾斜由相應(yīng)的控制閥302控制。在這種情況下，每個(gè)控制閥302為三通單級(jí)伺服閥。所示出的控制閥302各包括閥柱(valve spOOl)304，該閥柱可控制地在控制閥302內(nèi)移動(dòng)以控制在相應(yīng)的控制閥302的輸出口 306處的液壓流體流。該控制閥302可以是電動(dòng)液壓閥，并因此可通過輸送到該閥的電信號(hào)控制。
[0019]就第一泵和第二泵102，103中的每一個(gè)來說，與伺服彈簧310相配合的排出壓力反饋伺服機(jī)構(gòu)308運(yùn)行來增加相應(yīng)旋轉(zhuǎn)斜盤104的傾斜角α 1，α 2,因此增加泵102的沖程。在示出的實(shí)施例中，第一和第二泵102，103各自的排出壓力通過相應(yīng)的反饋線路312直接反饋到該壓力反饋伺服機(jī)構(gòu)308。另外，就每個(gè)泵來說，控制伺服機(jī)構(gòu)314接收來自控制閥302的輸出口 306的加壓流體并響應(yīng)性地運(yùn)行來減小相應(yīng)旋轉(zhuǎn)斜盤104的傾斜角α 1，α 2，因此減小泵102，103的沖程。在已知的方式中，某些情況下控制伺服機(jī)構(gòu)314可在尺寸和容量上大于排出壓力反饋伺服機(jī)構(gòu)308。
[0020]為了確定第一和第二泵102，103的多個(gè)不同運(yùn)行參數(shù)，可設(shè)置相匹配的傳感器。例如，可設(shè)置泵排出壓力傳感器402，其適用于檢測(cè)來自第一和第二泵102，103的液壓流體的輸出壓力，如圖4所示。泵輸出壓力傳感器402可布置在適于檢測(cè)來自第一和第二泵102，103的流體壓力的任何位置，如在連接所述兩個(gè)排出口的管線316中布置于其中一個(gè)泵的排出口 206處，或者布置在沿從泵102，103到被供應(yīng)液壓流體的液壓系統(tǒng)的液壓流體管線的某一點(diǎn)處。此外，可設(shè)置用于第一和第二泵102，103中的每一個(gè)的控制壓力傳感器404，所述傳感器適于檢測(cè)通過相應(yīng)的控制閥302供給到控制伺服機(jī)構(gòu)314的液壓流體的壓力?？刂茐毫鞲衅?04可布置在任何合適的位置，如在相應(yīng)泵的控制伺服機(jī)構(gòu)314或控制閥輸出口 306處。每個(gè)泵還可以設(shè)置用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤104的傾斜角α的斜盤傾角傳感器406。每個(gè)斜盤傾角傳感器406例如可以是安裝到旋轉(zhuǎn)斜盤104的求解器，附接到旋轉(zhuǎn)斜盤104的應(yīng)變儀或者本領(lǐng)域已知的一些其它類型的傳感器。取決于采用的具體控制策略，可設(shè)置泵寄生轉(zhuǎn)矩負(fù)載和/或泵機(jī)械(轉(zhuǎn)矩)效率測(cè)繪傳感器。此外，根據(jù)使用的具體控制策略，對(duì)每個(gè)泵來說設(shè)置控制壓力傳感器和斜盤傾角傳感器可以不是必須的。
[0021]為了控制第一和第二泵102，103的運(yùn)行，如圖4所示每個(gè)泵具有相應(yīng)的控制器408，410。控制器408，410被可操作地連接到相應(yīng)的泵102，并且每個(gè)控制器可被配置成接收來自多個(gè)不同泵運(yùn)行傳感器的檢測(cè)信息，在這個(gè)例子中，所述泵運(yùn)行傳感器包括泵排出壓力傳感器402、相應(yīng)的斜盤傾角傳感器406和相應(yīng)的控制壓力傳感器404?？刂破?08，410還可被構(gòu)造成用于響應(yīng)性地執(zhí)行用于以期望的方式控制兩個(gè)泵102的排出壓力和/或流量的功能。
[0022]如上面提到的，在示出的系統(tǒng)中第一和第二泵102，103由于它們的排出口 206通過管線316連接而相互液壓作用。具體來說，兩個(gè)泵的排出壓力始終相同。因此，對(duì)于給定的泵負(fù)載流，第一泵或第二泵102，103的旋轉(zhuǎn)斜盤位置的任何變化將影響排出壓力。在提供泵排出壓力的反饋和旋轉(zhuǎn)斜盤位置的情況下，產(chǎn)生包括若干個(gè)閉環(huán)的復(fù)雜控制系統(tǒng)。通過將其中一個(gè)泵的控制器配置成具有合適的泵排出壓力控制定律和將另一泵的控制器配置成具有合適的泵排量控制定律，可提供簡化的控制系統(tǒng)。[0023]假設(shè)第一和第二泵102，103是相同的，第一和第二泵的泵排出壓力P和排量，即它們相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)斜盤位置CI1, CI2，可使用奇異攝動(dòng)法在拉普拉斯域上表示如下，以使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)線性化:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制具有相連接的排出口(206)的多個(gè)可變排量液壓泵(102，103)的排出壓力和泵排量的方法，其中每個(gè)泵包括旋轉(zhuǎn)斜盤(104)和用于控制該旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角的控制閥(302)，所述方法包括以下步驟: 確定用于第一泵(102)的期望的第一泵排量控制定律； 確定用于第二泵(103)的期望的第二泵排出壓力控制定律； 使用該第一控制定律來確定第一中間控制變量； 使用該第二控制定律來確定第二中間控制變量； 使用該第一中間控制變量和該第二中間控制變量將該第一泵和該第二泵的控制相結(jié)合； 使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量以及該第一控制定律來確定用于該第一泵(101)的控制閥(302)的期望的第一控制閥設(shè)置；和 使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量以及該第二控制定律來確定用于該第二泵(103)的控制閥(302)的期望的第二控制閥設(shè)置。
2.一種用于控制具有相連接的排出口(206)的多個(gè)可變排量液壓泵(102，103)的排出壓力和泵排量的裝置，包括: 相對(duì)第一泵(102)可樞轉(zhuǎn)地支承的第一旋轉(zhuǎn)斜盤(104)； 相對(duì)第二泵(103)可樞轉(zhuǎn)地支承的第二旋轉(zhuǎn)斜盤(104)； 用于控制該第一旋轉(zhuǎn)斜盤(104)的傾斜角的第一控制閥(302)； 用于控制該第二旋轉(zhuǎn)斜盤(104)的傾斜角的第二控制閥(302);和與所述第一和第二控制閥(302)相連通的至少一個(gè)控制器(408，410)，該控制器構(gòu)造成具有用于該第一泵的期望的第一泵排量控制定律和用于該第二泵的期望的第二泵排出壓力控制定律，并被構(gòu)造成使用該第一控制定律來確定第一中間控制變量和使用該第二控制定律來確定第二中間控制變量； 該控制器使用該第一和第二中間控制變量將該第一泵和第二泵的控制相結(jié)合并使用結(jié)合的第一和第二中間控制變量和該第一控制定律確定用于該第一泵(102)的控制閥的期望的第一控制閥設(shè)置和使用該結(jié)合的第一和第二中間控制變量和該第二控制定律確定用于該第二泵(103)的控制閥的期望的第二控制閥設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法或裝置，還包括布置且構(gòu)造成檢測(cè)所述第一和第二泵的排出壓力的傳感器(402)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法或裝置，還包括布置且構(gòu)造成檢測(cè)所述第一泵的旋轉(zhuǎn)斜盤的所述傾斜角的傳感器(406)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法或裝置，其中，該控制器(408，410)被構(gòu)造成將該第一泵(102)的控制閥定位在該期望的第一控制閥設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法或裝置，其中，該控制器(408，410)被構(gòu)造成將該第二泵(103)的控制閥定位在該期望的第二控制閥設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法或裝置，其中，該第一控制定律包括所述第一和第二泵(102，103)的排量約束條件。
8.一種用于提供液壓能量到負(fù)載的液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置和第一和第二可變排量液壓泵(102，103)。
【文檔編號(hào)】F15B13/02GK103649557SQ201280033298
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月6日
【發(fā)明者】H·杜, P·W·蘇利文 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司