液壓挖掘機單雙泵功率匹配控制策略

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1、第19卷第1期廣西工學院學報Vol119No112008年3月JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYMar12008文章編號100426410(2008)0120030204液壓挖掘機單雙泵功率匹配控制策略122吳彤峰,謝國進,謝冰(11廣西工學院汽車工程系,廣西柳州545006;21廣西大學機械工程學院,廣西南寧530004)摘要:應用改進的單神經元自適應PID控制算法,構建了液壓挖掘機單雙泵功率匹配控制器,在雙泵中,結合交叉功率控制方法,為發(fā)動機與雙變量泵功率匹配提供了較好的控制策略。關

2、鍵詞:液壓挖掘機;單神經元;PID控制;交叉功率;功率匹配中圖分類號:TB11412;TD42212文獻標識碼:A0引言挖掘機作業(yè)循環(huán)多工況、外負載多變化、比例驅動系統(tǒng)面臨強烈的外干擾、傳動系統(tǒng)的大慣性、高非線[1]性、大滯后等不利因素使發(fā)動機工作不穩(wěn)定。為了適應挖掘機非線性、大滯后的特點,實現(xiàn)挖掘機節(jié)能系統(tǒng)的精確控制,本文從發(fā)動機)變量泵功率匹配原理出發(fā),應用改進的單神經元自適應PID控制算法,構建了液壓挖掘機單雙泵功率匹配控制器,在雙泵中,結合交叉功率控制方法,為液壓挖掘機的功率匹配提供了控制策略。1發(fā)動機)單變量泵功率匹配

3、111發(fā)動機)單變量泵功率匹配原理現(xiàn)代節(jié)能型液壓挖掘機多采用分工況控制。工作時,在發(fā)動機設定工況下,通過調節(jié)變量泵的排量,使發(fā)動機輸出功率與變量泵吸收功率達到最佳匹配,從而穩(wěn)定發(fā)動機轉速、減少燃油消耗,達到節(jié)能的目的。[2]發(fā)動機)變量泵的匹配關系如下:發(fā)動機的輸出功率Neo為:Neo=Meo#neo(1)泵的吸收功率Npi為:Npi=pp(t)#Qp=pp(t)#q(t)#npi=Mpi#npi(2)Meo:發(fā)動機的輸出扭矩;neo:發(fā)動機的轉速;pp(t):泵的出口油壓;Qp:泵的輸出流量;q(t):泵的排量;Mpi:泵的吸

4、收扭矩;npi:泵的轉速。由于發(fā)動機與泵是直接相聯(lián)的,所以neo=npi.當不考慮機械傳動效率時,若Mpi=Meo,則發(fā)動機的輸出功率Neo與泵的吸收功率Npi相等,系統(tǒng)無功率損失。挖掘機工作時負載變化較大,泵的出口壓力pp(t)又取決于負載,因此,如果不及時對泵的排量進行控制,就會使發(fā)動機的轉速下降,或者會出現(xiàn)泵不能完全吸收發(fā)動機的輸出功率,造成功率損失。由式(2)可見,當負載變化即pp(t)發(fā)生變化時,實時調整泵的排量q(t),使泵的吸收扭矩Mpi與發(fā)動機的輸出扭矩Meo相一致,維持發(fā)動機運行平穩(wěn),從而實現(xiàn)發(fā)動機與泵的功率匹

5、配。112發(fā)動機)單變量泵功率匹配控制器的構建由于發(fā)動機)泵系統(tǒng)的高度非線性、大滯后等特點,建立精確的數(shù)學模型非常困難,本文應用改進的單神經元自適應PID控制算法,實現(xiàn)數(shù)字PID控制中的比例、積分、微分系數(shù)的在線調整,從而實現(xiàn)挖掘機的在線節(jié)能控制,其結構框圖如圖1所示。功率匹配控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,設定期望輸出轉速no=r(k),由收稿日期:2007-10-20作者簡介:吳彤峰(1944-),男,湖南常寧縣人,廣西工學院教授,碩士研究生導師。第1期吳彤峰等:液壓挖掘機單雙泵功率匹配控制策略31轉速傳感器測得發(fā)動機實際轉速n(k)

6、=y(k),形成偏差控制信號e(k)=r(k)-y(k),通過構建的微機控制器輸出電壓信號u(k)控制液壓泵排量的比例閥,改變液壓泵的排量q(k),使變量泵吸收扭矩始終追蹤發(fā)動機輸出扭矩,穩(wěn)定發(fā)動機的轉速,從而達到了節(jié)能減耗的目的。圖1挖掘機單泵功率匹配系統(tǒng)改進的單神經元自適應PID控制器改進的單神經元自適應PID控制器,通過對加權系數(shù)的調整來實現(xiàn)自適應、自組織功能,權系數(shù)的調整按有監(jiān)督的Hebb學習規(guī)則實現(xiàn)。由于學習系統(tǒng)輸入信號的控制對象的信號存在不規(guī)范性,為保證學習算法的收斂性和控制的魯棒性,采用規(guī)范化學習算法,應用于挖掘機

7、單變量泵功率匹配中的改進的單神經元自[3,4]適應PID控制算法及學習算法為:r(k)-y(k)e(k)>

8、e0

9、e(k)=0e(k)<

10、e0

11、(3)3u(k)=u(k-1)+KEwic(k)xi(k)u1[u(k)[u2i=13wic(k)=wi(k)/E

12、wi(k)

13、(4)i=1w1(k)=w1(k-1)+Giz(k)u(k)(e(k)+$e(k))(5)w2(k)=w2(k-1)+Gpz(k)u(k)(e(k)+$e(k))(6)w3(k)=w3(k-1)+Gdz(k)u(k)(e(k)+$e(k))(7)(3)~(7)式

14、中,$e(k)=e(k)-e(k-1),z(k)=e(k),x1(k)=e(k),x2(k)=$e(k)=e(k)-e(k2-1),x3(k)=$e(k)=e(k)-2e(k-1)+e(k-2),u1、u2為變量泵排量改變對應的上、下限電壓值,e0是一個可調參數(shù)