全功率控制

三.全功率控制
㈠恒轉矩控制的不足 
這種恒轉矩控制系統，隨著負荷變動，變量泵自動改變排量，具有響應快的優點，但存在以下不足之處：
(1)泵控制特性(即 P-Q 特性)一般還是由液壓和彈簧作用來實現的，不能得到理想的恒功率曲線，而是用折線來近似等功率曲線，存在誤差，如圖 10 所示。

(2)考慮到由于大氣狀態(氣壓、氣溫和濕度)變化，采用較差燃油和使用過程中發動機性 能惡化等原因，都會使得發動機功率有所下降，因此在設定液壓泵總吸收功率時要有一定的 余量，一般按發動機額定功率 90%來設定，其泵控制特性的設定如圖 10 所示。
液壓泵吸收功率是隨著發動機轉速的變化而改變，其 p-Q 特性隨轉速 n 的變化如圖 11 所示。
發動機和液壓泵的轉矩匹配情況如圖 12 所示，從圖中可以明顯看出這種轉矩控制系統 不能充分利用發動機功率；當發動機性能曲線稍有降低時，發動機轉速下降幅度大，液壓泵 的吸收功率將會有大幅度下降。壓力感應實際上是恒轉矩變量系統，而功率與轉速有關，難 以達到恒功率控制的要求。
㈡轉速感應控制(全功率控制) 

為了克服轉矩控制系統的缺點，挖掘機上除了采用壓力感應控制外還采用了轉速感應控
制(ESS-Engine Speed Sensing 發動機轉速感應系統)。 目前挖掘機上轉速感應控制有以下兩種方式：
(1) 采用電液比例減壓閥方式
這種轉速感應控制系統組成如圖 13(a)所示。 
該系統由泵傾斜盤控制機構、電液比例減壓閥、控制器、轉速傳感器和油門開度傳感器
等組成。由油門開度傳感器檢出發動機油門開度，輸入控制器，由微處理機計算出此油門開 度下，發動機最大功率的轉速 n R ，并以此轉速作為控制目標。當泵吸收功率過大使發動機轉速低于目標轉速時，控制器發出控制信號，通過電液比例減壓閥，使泵吸收功率降低，減 小發動機負荷，使發動機轉速上升。當泵吸收功率過小時使發動機轉速高于目標轉速時，控 制器發出控制信號，通過電液比例減壓閥，使泵吸收功率增加，增加發動機負荷，使發動機 轉速下降，發動機始終保持最大功率轉速 n R 處工作，如圖 14 所示。
一般采用脈寬調制方式來控制電液比例減壓閥，控制器向電液比例減壓閥輸出控制液 壓，電液比例減壓閥特性如圖 15 所示。隨著輸入控制電流 I 的增加，輸出控制液壓增加。 通過電液比例減壓閥控制的液壓泵特性曲線如圖 16 所示。實現變功率控制。
為了充分利用發動機功率，轉速感應控制系統發動機和液壓泵的匹配采取超馬力設定， 即液壓泵最大吸收功率超過發動機最大額定功率，因為有轉速感應控制，可以把液壓泵功率 拉回至發動機的額定功率，充分吸收發動機全功率，而且發動機不會過載。一般還將液壓泵 最大負荷力矩(電液比例減壓閥電流最小時)設定低于發動機最大力矩，以保證電液比例減壓 閥失效時，發動機也不會熄火。其匹配情況如圖 17 所示，圖 17 為泵 p-Q 特性上，液壓泵 與發動機功率匹配情況。其控制系統方塊圖如圖 18 所示，在此圖中也表示了整個控制系統 的組成。油門開度傳感器檢出發動機油門開度，通過 A/D 變換輸入計算機，通過內存查表 求得控制的目標轉速。轉速傳感器檢出旋轉脈沖，通過 F/D 變換將脈沖量變為數字量，求得發動機實際轉速，與目標轉速進行比較得到轉速差△ne，通過微機 PID 運算，以脈寬調制 方式輸出，經功率放大輸入電液比例減壓閥，對液壓泵進行控制調節。
當轉速感應控制系統出現故障時，可以通過后備開關將此系統切斷，同時將電液比例減 壓閥通過電阻和電源相連接，使得能以一定的電流通過電液比例減壓閥，轉速感應控制功能 消除。液壓泵吸收功率設定和壓力感應控制一樣，一般按發動機額定功率 90%來設定，為 此要正確選擇電阻值，使得通過電液比例減壓閥的電流值產生液壓泵 90%設定的控制液壓。
(2)采用高速電磁閥方式 
這種轉速感應控制系統的組成如圖 19 所示。 
這種轉速感應控制系統的液壓泵排量控制是電子化的，完全由 軟件來確定，液壓泵變量控制特性 可以任意設定，而且控制系統的響 應也可變化，按照需要來設定。
液壓泵的排量由伺服活塞 7 的位置來確定，伺服活塞兩端液壓 作用 b 面積不相等，其小端一直與 控制泵壓力油相通，其大端通過高 速電磁閥 6 可與控制泵相通或斷 
開，大端又可通過高速電磁閥 5 與回油相通或切斷。當兩高速電磁 閥都處于關閉狀態，伺服活塞固定 液壓泵排量不變；高速電磁閥 5 閉、高速電磁閥 6 開，液壓泵排量 增加；反之液壓泵排量減少，兩高 速電磁閥的開閉通過控制器中微 機來控制的，微機根據油門開度傳 感器、壓力傳感器和轉速傳感器等信號，根據控制軟件確定液壓泵排量，輸出控制電信號來操縱高速電磁閥，改變液壓泵傾斜盤轉角，又通過液壓泵傾斜盤角度傳感器，進行反饋控制。