基于模擬電流閉環(huán)控制的智能液壓策略研究

孫曉鵬，徐 靜，孟建平，李傳友，劉 彥

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

壓路機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。對于壓路機(jī)、裝載機(jī)等應(yīng)用液壓泵的工程機(jī)械，要保證其工作穩(wěn)定性，需精確控制液壓泵電流維持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。然而，由于環(huán)境變化以及系統(tǒng)運(yùn)行等因素，液壓泵電磁閥電阻隨溫度會不斷變化，引起液壓泵實(shí)際電流波動，從而導(dǎo)致液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速波動，影響液壓機(jī)械的穩(wěn)定性。

圖1 壓路機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

通常液壓泵電磁閥常采用電流閉環(huán)控制，隨著電磁閥電阻變化，閉環(huán)調(diào)節(jié)電磁閥設(shè)定占空比，但多數(shù)控制器硬件無PWM電流反饋通道或通道數(shù)量不足，無法采集液壓泵實(shí)際電流，不能直接采用電流閉環(huán)控制技術(shù)。因此，對于無PWM測流電阻的控制器，如何克服電磁閥電阻隨溫度變化的影響，使得實(shí)際電流跟隨設(shè)定電流，已經(jīng)成為液壓機(jī)械控制的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

1 控制策略開發(fā)

駕駛員通過振動模式開關(guān)確定壓路機(jī)振動系統(tǒng)工作模式，進(jìn)而確定液壓馬達(dá)需求轉(zhuǎn)速。由于振動馬達(dá)為定量馬達(dá)，振動泵由發(fā)動機(jī)帶動，故根據(jù)傳動公式（1），通過發(fā)動機(jī)需求轉(zhuǎn)速可獲得振動泵的需求轉(zhuǎn)速；再根據(jù)流量守恒公式（2），通過振動馬達(dá)需求轉(zhuǎn)速和振動泵需求轉(zhuǎn)速可計(jì)算獲得振動液壓泵設(shè)定排量。

式中：nPump——振動液壓泵轉(zhuǎn)速；nEng——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；RE2P——發(fā)動機(jī)到振動液壓泵的傳動比。

式中：nMot——振動馬達(dá)轉(zhuǎn)速；qMot——振動馬達(dá)排量；qPump——振動液壓泵排量。

以通過流量守恒公式（2）計(jì)算獲得的振動液壓泵設(shè)定排量為前饋，對振動液壓馬達(dá)需求轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行PID閉環(huán)控制，修正振動液壓泵設(shè)定排量，得到最終用于實(shí)際控制的振動液壓泵設(shè)定排量，再根據(jù)振動液壓泵電磁閥排量與電流特性曲線，可得振動液壓泵設(shè)定電流。

同樣地，利用傳動公式（1）和流量守恒公式（2），通過振動馬達(dá)轉(zhuǎn)速傳感器采集馬達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，可計(jì)算出振動液壓泵實(shí)際排量，再根據(jù)振動液壓泵電磁閥排量與電流特性曲線得到液壓泵實(shí)際電流。如此，便可對液壓泵設(shè)定電流和實(shí)際電流利用PID方法進(jìn)行閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)對無實(shí)際反饋電流通道的被控對象的精確控制。

控制策略流程如圖2所示，其中排量的單位為cc，轉(zhuǎn)速單位為r/min，電流單位為mA，占空比單位為%。

圖2 控制策略流程圖

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

對該技術(shù)進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，從圖3可以看出，在振動使能之后，振動馬達(dá)存在需求轉(zhuǎn)速，為了保證系統(tǒng)的平穩(wěn)變化，設(shè)定電流逐漸增大，電磁閥控制占空比逐漸增大，由發(fā)動機(jī)和振動馬達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算得到的模擬實(shí)際電流與設(shè)定電流的跟隨性較好，且在電流設(shè)定值穩(wěn)定之后，模擬實(shí)際電流與設(shè)定電流基本一致，對應(yīng)的控制占空比值穩(wěn)定，振動馬達(dá)的設(shè)定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速也基本吻合，克服了無PWM電流反饋或電磁閥電阻變化對實(shí)際控制的影響，實(shí)現(xiàn)了對被控對象的精確控制。

圖3 模擬電流閉環(huán)控制實(shí)車驗(yàn)證數(shù)據(jù)圖

3 結(jié)論

1）根據(jù)振動模式，求得振動馬達(dá)需求轉(zhuǎn)速與振動液壓泵設(shè)定排量。以振動液壓泵設(shè)定排量為前饋，振動馬達(dá)需求轉(zhuǎn)速與振動馬達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)速PID轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，修正液壓泵設(shè)定排量，求得振動液壓泵需求排量和設(shè)定電流。

2）利用振動馬達(dá)轉(zhuǎn)速傳感器采集馬達(dá)實(shí)際轉(zhuǎn)速，根據(jù)流量守恒定律，計(jì)算出來模擬振動液壓泵實(shí)際電流，解決了控制器無PWM實(shí)際電流采集通道的問題。

3）對模擬實(shí)際電流和設(shè)定電流進(jìn)行電流閉環(huán)，使得實(shí)際電流跟隨需求電流，在溫度變化時(shí)也可以調(diào)節(jié)電流，保證振動馬達(dá)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，提高了壓路機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性。與實(shí)際壓力的差值、積分差值，能夠?qū)Ξ?dāng)前離合器P2C匹配度及電磁閥工作狀態(tài)進(jìn)行判斷。