[发明专利]一种基于伺服系统力矩控制的挖掘机用电动缸缓冲控制系统

权利要求书

1.一种基于伺服系统力矩控制的挖掘机用电动缸缓冲控制系统，其特征在于，包括可编程控制器、伺服系统、斗杆电动缸、铲斗电动缸、动臂电动缸、电控箱，所述伺服系统包括弱电电源输入模块模块、EMC滤波模块、DC-DC隔离电源模块、线性稳压电源模块、控制指令输入模块、软启动模块、主控单元模块、功率滤波输入滤波模块、逆变模块、电流采样控制模块、速度控制模块、直流电压采样模块、制动保护模块，所述斗杆电动缸、铲斗电动缸、动臂电动缸，电机与缸筒组件直线或折返设置，所述电机与丝杠副之间设置传动箱或减速器，所述丝杠副通过轴承座组件支撑旋转，丝杠螺母在导向键约束下带动推杆作直线运动，所述电动缸缓冲控制系统，在力矩控制同时进行力矩和速度限制，当所述伺服系统处于力矩控制模式时，力矩限制值和速度限制值通过自适应算法自我调节，当外界负载冲击产生的力矩大于限制力矩时，小于伺服系统瞬间最大力矩时，此时电动缸进行逆向运动，由负载冲击产生的力推动所述推杆载丝杠螺母在导向键约束下进行直线运动，丝杠副旋转通过传动箱或减速器将动力传递在所述电机上，由于负载冲击产生的力矩大于限制力矩，所以电机会跟随负载冲击产生的力而运动，电动缸会沿冲击载荷力的方向有一定的位移，实现电动缸缓冲的增益效果，为了防止缓冲速度过大，根据各工况对此时的电机速度进行限制，当外界负载导致速度和力矩同时达到限制值时，为了保证系统安全，速度限制值不变，直到负载冲击产生的力矩达到伺服系统瞬间承受的最大力矩时，所述伺服系统过载报警，伺服系统处于制动状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于伺服系统力矩控制的挖掘机用电动缸缓冲控制系统，其特征在于，所述可编程控制器，实现在各种车型和工况下，判定冲击载荷和力矩、速度的自适应控制，控制器根据自适应算法进行冲击载荷的判断从而切换控制策略，对伺服系统的力矩、速度进行控制，若判断冲击载荷出现，所述可编程控制器改变伺服系统的控制模式从速度控制模式变为力矩控制模式，控制器根据自适应算法限制电动缸力矩和速度，通过控制所述伺服系统实现电动缸在力矩控制模式下，不断的调节力矩和速度限制的大小，实现电机在某力矩值下跟随负载转动的同时，限制转动速度，使电动缸沿冲击载荷力的方向有一定的位移。

3.根据权利要求1所述的一种基于伺服系统力矩控制的挖掘机用电动缸缓冲控制系统，其特征在于，所述伺服系统包括弱电电源输入模块、ENC滤波模块、DC-DC隔离电源模块、线性稳压电源模块、控制指令输入模块、软启动模块、功率滤波输入滤波模块、逆变模块、电流采样控制模块、速度控制模块、直流电压采样模块、制动保护模块，伺服系统对伺服电机的力矩、速度进行闭环控制，为每支电动缸提供动力源，伺服系统的电流环和速度环对上位控制器开放，且在控制器进行力矩控制时伺服系统对电机进行力矩限制的同时控制速度，出现冲击载荷力时限制转动速度，在所述伺服系统对电机的控制下，电动缸能够随着冲击载荷的负载方向运动一定的距离，起到缓冲的作用。

4.根据权利要求1所述的一种基于伺服系统力矩控制的挖掘机用电动缸缓冲控制系统，其特征在于，所述控制指令输入模块通过CAN总线将获取到的力矩、速度值传到总线通讯上，可编程控制器与伺服系统通过CAN总线连接，当伺服系统采集到的力矩和速度信息被上传到CAN总线后，可编程控制器可以及时读取到上传的力矩和速度信息值，根据读取到的力矩和速度信息值和自适应算法的解析运算判断冲击载荷的出现，从而切换控制策略，进入力矩控制流程，对电动缸进行缓冲控制。

5.根据权利要求1所述的一种基于伺服系统力矩控制的挖掘机用电动缸缓冲控制系统，其特征在于，所述自适应算法，根据挖掘机的工况，对冲击载荷进行判定，并根据各工况下不同电动缸所受的冲击载荷，进行自适应的对力矩和速度进行控制，可编程控制器通过自适应算法对力矩和速度进行限制，所述自适应算法涵盖目前主流的大多数算法，其所采用的最优准则有最小均方误差(LMS)准则，最小二乘(LS)准则、最大信噪比准则和统计检测准则。