馬力限制裝置及馬力限制方法
2023-06-24 07:11:46
馬力限制裝置及馬力限制方法
【專利摘要】本發明的馬力限制裝置（101）具備：檢測油壓泵單元的排出壓力的壓力檢測器（5）；基於對油壓泵單元發出馬力限制的排出流量指示的馬力限制後流量指令而輸出用於補償由壓力檢測器檢測的排出壓力的補償值的並聯前饋補償器（9）；基於由並聯前饋補償器輸出的補償值進行補償後的排出壓力及預先設定的油壓泵單元的馬力限制值而計算油壓泵單元的排出流量的限制值的流量限制值計算部（11）；和基於由流量限制值計算部計算出的流量限制值及控制油壓泵單元的排出流量的流量指令，將馬力限制後流量指令輸出至油壓泵單元的流量限制部（12）。
【專利說明】馬力限制裝置及馬力限制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及基於油壓泵單元的排出壓力限制油壓泵單元的排出流量的馬力限制 方法及馬力限制裝置。
【背景技術】
[0002] -般而言，在用於執行油壓驅動的系統中，油壓泵以馬達和發動機等作為動力源， 並且通過旋轉驅動排出工作油，排出油經由控制閥供給至油壓執行器。泵的馬力W[kW]是 根據排出流量Q[L/min]和排出壓力P[MPa]、效率n，通過下式求得； W=P? Q/T60 --!)--? (9)； 然而，根據油壓執行器的工作環境的不同，而存在像因過大的負荷而油壓執行器暫時 停止的那樣的情況。在這樣的情況下，油壓泵的排出壓力增高，泵的輸出增大。其結果是， 泵的動力源所承載的負荷也增大，從而在馬達中引起脫扣（trip)，如果是發動機則引起發 動機停止。
[0003] 以往，在油壓泵中，在泵的排出壓力提高時，為了避免馬達和發動機等變成過負 荷，而執行降低泵的排出流量的馬力限制。在基於這樣的泵的排出壓力限制泵的排出流 量的馬力限制中，相對於預先設定的馬力限制值Wm[kW]，將限制泵的流量的流量限制值 Qm[L/min]通過下式算出； Q31 = (601+)^?…（10); 而且，使控制泵的排出流量的流量指令值小於流量限制值Qm[L/min]並限制泵的排出 流量以此執行馬力限制(例如參照專利文獻1)。
[0004] 現有技術文獻： 專利文獻： 專利文獻1 :日本特開平7-208403號公報。
【發明內容】
[0005] 發明要解決的問題： 然而，在現有的油壓泵的馬力限制中，流量指令值變化後至泵的排出壓力變化為止存 在響應延遲，因此導致在這期間流量限制值變化至所需以上，存在不時地發生振動的問題。
[0006] 本發明是為了解決這樣的問題而形成的，其目的是在馬力限制下的油壓泵單元中 減少因相對於流量指令值的油壓泵單元的排出壓力的響應延遲所導致的振動。
[0007] 解決問題的手段： 為了解決上述問題，根據本發明的一個形態的馬力限制裝置具備：檢測油壓泵單元的 排出壓力的壓力檢測器；基於對所述油壓泵單元發出馬力限制的排出流量指示的馬力限制 後流量指令而輸出用於補償由所述壓力檢測器檢測的排出壓力的補償值的並聯前饋補償 器；基於由所述並聯前饋補償器輸出的補償值進行補償後的排出壓力及預先設定的所述油 壓泵單元的馬力限制值而計算所述油壓泵單元的排出流量的限制值的流量限制值計算部； 和基於由所述流量限制值計算部計算出的流量限制值及控制所述油壓泵單元的排出流量 的流量指令，將所述馬力限制後流量指令輸出至所述油壓泵單元的流量限制部。
[0008] 根據上述結構，將由壓力檢測器檢測到的油壓泵單元的排出壓力通過由並聯前饋 補償器輸出的補償值進行補償，並且基於該補償後的排出壓力和預先設定的油壓泵單元的 馬力限制值計算油壓泵單元的排出流量的限制值，基於該計算出的流量限制值和控制油壓 泵單元的排出流量的流量指令，向油壓泵單元輸出馬力限制後流量指令，因此在馬力限制 下的油壓泵單元中，可以補償相對於流量指令的油壓泵單元的排出壓力的響應延遲。其結 果是，可以減少因響應延遲所導致的振動。
[0009] 也可以是所述並聯前饋補償器由常數增益和帶通濾波器構成。根據上述結構，可 以較好地補償相對於流量指令的油壓泵單元的排出壓力的響應延遲； 為了解決上述問題，本發明的另一形態（aspect)的馬力限制方法具備：檢測油壓泵單 元的排出壓力；基於對所述油壓泵單元發出馬力限制的排出流量指示的馬力限制後流量指 令而輸出用於補償所述被檢測的排出壓力的補償值；基於通過所述輸出的補償值進行補償 後的排出壓力及預先設定的所述油壓泵單元的馬力限制值而計算所述油壓泵單元的排出 流量的限制值；和基於所述計算出的流量限制值及控制所述油壓泵單元的排出流量的流量 指令，將所述馬力限制後流量指令輸出至所述油壓泵單元。
[0010] 所述補償值的輸出也可以是由常數增益和帶通濾波器構成的並聯前饋補償器輸 出。
[0011] 發明效果： 本發明具備以上說明的結構，並且發揮能夠減少在馬力限制下的油壓泵單元中相對於 流量指令值的油壓泵單元的排出壓力的響應延遲所導致的振動的效果。
[0012] 本發明的上述目的、其他目的、特徵及優點是在參照附圖的基礎上，由以下的優選 的實施形態的詳細說明得以明確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是示出使用根據本實施形態1的馬力限制裝置的油壓驅動系統的概略構成示 例的框圖； 圖2是示出圖1的馬力限制裝置的構成示例的框圖； 圖3是示出在馬力限制控制器中補償後的排出壓力的響應波形的圖表； 圖4是示出通過根據第一比較例的馬力限制得到的油壓泵的特性的圖表； 圖5是示出通過根據實施形態1的馬力限制得到的油壓泵的特性的圖表； 圖6是示出通過根據第一比較例的馬力限制得到的模擬結果的圖表； 圖7是示出通過根據實施形態1的馬力限制得到的模擬結果的圖表； 圖8是示出通過根據第二比較例的馬力限制的串聯濾波器的構成示例的框圖； 圖9是示出通過根據實施形態1的馬力限制的串聯濾波器的構成示例的框圖； 圖10是示出通過根據第二比較例的馬力限制的串聯濾波器的頻率特性的波德線圖(Bodediagram)； 圖11是示出通過根據實施形態1的馬力限制的串聯濾波器的頻率特性的波德線圖(Bodediagram)； 圖12是根據第三比較例的油壓泵的馬力限制的框圖； 圖13是根據本發明的實施形態2的馬力限制裝置的框圖。
【具體實施方式】
[0014] 參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施形態。以下，在所有附圖中對於相同或相當的要素標 以相同的符號，並且省略重複說明。
[0015] (實施形態1) 圖1是示出使用根據本發明的實施形態1的馬力限制裝置的油壓驅動系統的概略結構 的框圖。油壓驅動系統100具備油壓泵1、作為油壓泵1的動力源的馬達2、油壓執行器3、 控制閥4、壓力傳感器5、操作器6、馬力限制控制器7、調節器8。在這裡，壓力傳感器5及馬 力限制控制器7構成馬力限制裝置101。又，油壓泵1、馬達2及調節器8構成油壓泵單元 102。另外，以下，例示了通過使包含有被馬力限制的流量指令值的指令信號輸入至調節器 8中，以此控制油壓泵1的排出流量的結構，但是例如也可以形成為通過使該指令信號輸入 至馬達2中以此控制油壓泵1的排出流量的結構(參照另一實施形態)。
[0016] 油壓泵1例如以馬達2作為動力源，並且通過旋轉運動排出工作油。排出油經由控 制閥4供給至油壓執行器3中。作為油壓泵1，可以使用公知的油壓泵。在本實施形態中， 油壓泵1例如是由馬達2以恆定轉速驅動，並能夠通過斜板傾角的調節改變油壓泵1的排 出流量（以下簡稱為流量）的可變容量泵。動力源不限於馬達2,例如也可以是內燃發動機。 [0017] 油壓執行器3通過從油壓泵1排出的排出油驅動未圖示的負荷。作為油壓執行器 3,例如被例示的油壓缸。
[0018] 控制閥4控制對油壓執行器3的排出油的供給和排出，藉助於此控制油壓執行器 3的動作。控制閥4根據未圖示的控制器按照用戶的操作輸入(對執行器3的動作進行指 示的操作輸入)所輸出的控制信號而工作。另外，在控制閥4從執行器3排出工作油的情況 下，該排出的工作油作為洩壓油從控制閥4通過未圖示的油路返回至油壓泵1。
[0019] 壓力傳感器5檢測油壓泵1的排出壓力（以下簡稱為壓力）。在這裡，壓力傳感器5 設置於從油壓泵1向油壓執行器3供給排出油的油路20上，並且檢測通過油路20供給的 排出油的壓力，將該檢測的排出壓力輸出至馬力限制控制器7中。
[0020] 為了控制油壓泵1的排出流量而由用戶操作操作器6。在這裡，操作器6生成與該 操作器6的操作量相對應的油壓泵1的排出流量的指令信號，並且輸出至馬力限制控制器 7。
[0021] 馬力限制控制器7基於由壓力傳感器5檢測的油壓泵1的排出壓力及由操作器 6輸入的油壓泵1的排出流量的指令信號，生成包含有被馬力限制的流量指令值的指令信 號，並且將其輸出至調節器8。在這裡，流量指令值是用於控制油壓泵1的斜板的傾轉角指 令值。
[0022] 調節器8根據被包含在排出流量的指令信號中的傾轉角指令值而調節油壓泵1的 斜板的傾角，改變驅動中的油壓泵1的排出流量。
[0023] 接著，使用圖2具體說明馬力限制控制器7的結構。圖2是示出馬力限制裝置101 的構成示例的框圖。如圖2所示，馬力限制裝置101由壓力傳感器5及馬力限制控制器7 構成。
[0024] 馬力限制控制器7具備串聯前饋補償器（parallelfeedforwardcompensator, 以下稱為PFC)9、加法器10、流量限制值計算部11和流量限制部12。馬力限制控制器7例 如由微型控制器、PLC(programmablelogiccontroller;可編程邏輯控制器）等的運算器 構成。PFC9、加法器10、流量限制值計算部11及流量限制部12是通過運算器執行其內置的 工作程序以此實現。
[0025] PFC9基於對調節器8發出馬力限制的排出流量指示的馬力限制後的流量指令值 Qc[L/min]而輸出用於補償由壓力傳感器5檢測的排出壓力的實際值(輸出的排出壓力）的 補償值Pf[MPa]。
[0026] 加法器10將由PFC9輸出的補償值Pf[MPa]和由壓力傳感器5檢測並輸出的排出 壓力的實際值P[MPa]進行加法運算，並且輸出補償後的排出壓力值P' [MPa]。
[0027] 流量限制值計算部11基於由加法器10輸出的補償後的排出壓力值P' [MPa]及預 先設定的油壓泵1的馬力限制值Wm[kW]而計算油壓泵1的排出流量的限制值Qm[L/min]。 流量限制值Qm[L/min]基於下式（1)計算得到。
【權利要求】
1. 一種馬力限制裝置，具備： 檢測油壓泵單元的排出壓力的壓力檢測器； 基於對所述油壓泵單元發出馬力限制的排出流量指示的馬力限制後流量指令而輸出 用於補償由所述壓力檢測器檢測的排出壓力的補償值的並聯前饋補償器； 基於由所述並聯前饋補償器輸出的補償值進行補償後的排出壓力及預先設定的所述 油壓泵單元的馬力限制值而計算所述油壓泵單元的排出流量的限制值的流量限制值計算 部；和 基於由所述流量限制值計算部計算出的流量限制值及控制所述油壓泵單元的排出流 量的流量指令，將所述馬力限制後流量指令輸出至所述油壓泵單元的流量限制部。
2. 根據權利要求1所述的馬力限制裝置，其特徵在於，所述並聯前饋補償器由常數增 益和帶通濾波器中的任意一個或兩者構成。
3. 根據權利要求1或2所述的馬力限制裝置，其特徵在於，向所述並聯前饋補償器的輸 入是從對所述油壓泵單元的流量指令中減去來自於操作器的流量指令值而構成。
4. 一種馬力限制方法，具備： 檢測油壓泵單元的排出壓力； 基於對所述油壓泵單元發出馬力限制的排出流量指示的馬力限制後流量指令而輸出 用於補償所述被檢測的排出壓力的補償值； 基於通過所述輸出的補償值進行補償後的排出壓力及預先設定的所述油壓泵單元的 馬力限制值而計算所述油壓泵單元的排出流量的限制值；和 基於所述計算出的流量限制值及控制所述油壓泵單元的排出流量的流量指令，將所述 馬力限制後流量指令輸出至所述油壓泵單元。
5. 根據權利要求4所述的馬力限制方法，其特徵在於，所述補償值的輸出是通過由常 數增益和帶通濾波器中的任意一個或兩者構成的並聯前饋補償器進行輸出。
6. 根據權利要求4或5所述的馬力限制方法，其特徵在於，向所述並聯前饋補償器的輸 入是從對所述油壓泵單元的流量指令中減去來自於操作器的流量指令值。
【文檔編號】F04B49/06GK104271950SQ201380022689
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年6月19日 優先權日:2012年6月28日
【發明者】太田英明, 藤本浩明, 正岡孝一, 加藤武久, 服部智秀 申請人:川崎重工業株式會社