CN111878486A - 用于调节用于液压执行器的压力介质输入的方法和调节电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于调节用于周期性地工作的机器的至少一个液压执行器的压力介质输入的方法，其中执行器由转速可变的调节泵来供给压力介质量，对于调节泵来说在每个工作循环的排量方面能够调节的输送机构由转速可变的驱动装置来驱动，其中通过预先给定转速额定值（nSoll）和用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值（αSoll）这种方式来将实际体积流调节到额定体积流并且/或者将实际输送压力调节到额定输送压力，其中在机器的一个周期的期间对至少一个特定的时刻来说，用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值（αSoll）通过在多个周期的范围内改变额定值并且分析转速可变的驱动装置的、针对至少一个时刻的电功率（Pi）这种方式来求取。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于调节用于至少一个液压执行器的压力介质输入的方法以及一种用于执行该方法的计算单元。
背景技术
作为本发明的基础的泵由具有每个工作循环的可变排量的输送机构（所谓的液压柱塞机，例如径向活塞机或轴向活塞机）所构成，所述输送机构由具有可变的转速的驱动装置来驱动。在这样的泵运行时，通常通过对于输送机构的排量和转速的相应的调整来调节体积流和/或输送压力（也就是说在入口与出口之间的压力差），也就是说这样的泵在调节时具有两个自由度。
为了例如在注塑过程、冲压过程或弯曲过程中以良好的效率来运行周期性工作的机器中的这样的泵（也就是具有预先给定的额定体积流变化曲线和/或额定压力变化曲线的泵），能够如在EP 1 236 558 B1 中所描述的那样在学习方法中以足够最优的效率来求取用于特定的排量的额定转速变化曲线。
在DE 10 2009 018 071 A1 中公开了一种用于调节压力介质输入的方法，以用于用这样的泵来运行周期性工作的机器的液压执行器。在此，不仅确定最佳的驱动转速而且确定用于所要求的压力和所要求的体积流的输送体积。
在DE 10 2013 006 137 A1 中示出了一种用于调节用于至少一个液压执行器的压力介质输入的方法，所述液压执行器由转速可变的调节泵来供给通过预先给定的压力曲线和/或体积流曲线确定的压力介质量，对于所述转速可变的调节泵来说在每个工作循环的排量方面能够调节的输送机构由转速可变的驱动装置来驱动，其中为方法流程预先给定转速额定值和用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值，方法是：求解通过用于所述方法流程的目标函数来预先给定的基于模型的优化问题。
发明内容
根据本发明，提出具有独立权利要求的特征的、一种用于调节用于至少一个液压执行器的压力介质输入的方法以及一种用于执行该方法的计算单元。有利的设计方案是从属权利要求以及以下说明的主题。
在本发明的范围内介绍一种方法，转速可变的调节泵如何能够在周期性的机器中、也就是说在重复的工作步骤中以特别简单的方式学习节能的运行。为此，在所述机器的一个周期的期间对至少一个特定的时刻来说，用于确定每个工作循环的排量的特征参量、比如摆动角的额定值通过在多个周期的范围内改变所述额定值并且分析转速可变的驱动装置的、针对至少一个时刻的电功率这种方式来求取。优选地，用于通过多个时刻确定的时间段的额定值变化曲线以每个时刻的额定值的形式来求取。在这种情况下，也适宜地将所积分的功率或能量用于分析。如果期望的话，要求取用于整个周期的额定值变化曲线，以便就这样优化整个周期。
本发明能够在分析合适的参量的情况下选择调节参量的能量最优的或者说至少节能的变化曲线。该方法能够在液压机的周期性运行的期间无模型一直提高能效，直至所述能效从整个系统来看其足够好、优选接近最佳水平。由此也能够最佳地操控外来组件或者不存在模型的组件。
功能能够求取一个周期的尽可能小的总能量需求。借助于两个对液压调节电路的状态参量进行调节的调节参量自由度，可以针对液压工作点操控大量（理论上无穷尽的、实际上非无穷尽的）组合可行方案。然而，优选在每个时刻从用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值和有待遵守的体积流或压力中产生转速额定值，从而已经通过对于用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值的预先给定来确定所有自由度。
尤其能够为排量调节元件预先给定用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值，所述排量调节元件输出转速额定值作为调节参量。在此例如能够涉及一种比例调节元件和/或积分调节元件和/或差动调节元件。
通过本发明，能够在运行时间的期间类似于迭代学习的调节（ILR）（英语为“iterative learning control（ILC））通过“试验和错误”和随后的梯度方法或梯度下降来求取输送体积曲线。在此，尤其能够通过功率的最小化来找到用于调节任务的最优的摆动角和转速变化曲线。梯度法，也被称为最陡下降法，是一种在数字控制（Numerik）中使用的方法，以用于解决一般的优化问题。在此，（以最小化问题为例）以近似值为出发点。从该近似值朝负梯度的方向（所述负梯度表明从该近似值的最陡下降的方向）行进，直至不再获得数值的改进。
一种优选的设计方案包括，求取所述转速可变的驱动装置的用于第一时刻的第一电功率和用于确定每个工作循环的排量的特征参量的第一额定值以及用于第二时刻的第二电功率和第二额定值，其中根据所述第二与第一电功率之间的差来确定第三额定值。由此，能够特别容易地在已知对功率的影响的情况下执行额定值的改变。
优选根据所述第一与第二电功率之间的差的符号来确定第三额定值。如果功率在第一与第二时刻之间下降，也就是说所述差为负，那么额定值改变的方向就是正确的。否则，所述方向适当地反向。这例如可以特别容易地实现，方法是：作为所述第二额定值与额定值增量的总和乘以所述第一与第二电功率之间的差的符号和所述第一与第二额定值之间的差的符号来确定所述第三额定值。由此，能够从周期到周期地迭代地使所述额定值接近于（至少局部的）最小值。所述额定值增量能够根据具体的应用情况来选择。所述额定值增量的数值能够始终是固定的。然而，它也能够是可变的并且例如取决于所述第一与第二电功率之间的差的数值。
额定输送压力有利地借助于输送机构上的压力天平、更确切地说借助于与输送机构并联的压力天平来预先给定。所述压力天平上的额定压力尤其能够以机械的、液压的或电的方式来设定。因此，在本发明的范围内能够使用所设立的压力调节。
在使用压力天平的解决方案中，所述压力天平有利地如此与输送机构相耦合，使得实际压力与额定压力之间的压力差引起每个工作循环的排量的变化。为此目的例如能够将所述输送机构的调节机构（例如用于调节摆动角）与压力天平耦合起来。在这种实施方式中，虽然在用于确定每个工作循环的排量的特征参量（例如摆动角）的额定值（αSoll）与实际值之间不存在直接的耦合，但是在调节的范围内所述额定值的变化最终也对实际值产生影响。
优选将转速可变的驱动装置的电功率确定为所述转速可变的驱动装置的中间电路的中间电路功率（参见例如DE 10 2007 016 330 A1）。这一点是特别有利的，因为在现代的驱动供电设备（变流器或换流器）中，当前的中间电路功率通常是已知的并且能够被读出。因此，能够非常容易地对这个参量进行进一步的处理。
根据本发明的计算单元、例如转速可变的调节泵的控制器，尤其在程序技术上被设立用于执行根据本发明的方法。
以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式来实现根据本发明的方法也是有利的，因为这引起特别低的成本，尤其如果实施用的控制器还被用于其他任务并且因此本来就存在的话。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁存储器、光学存储器和电存储器、像比如硬盘、闪存盘、EEPROM、DVD等。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等）下载程序。
本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。
不言而喻，前面所提到的和后面的还有待解释的特征不仅能够以相应所说明的组合来使用，而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。
附图说明
本发明借助于一种实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图来详细描述。
图1示出了能够根据本发明来运行的液压机的截取部分；
图2示出了根据本发明的一种优选的实施方式的调节电路。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了如能够作为本发明的基础的一样的液压机100的截取部分。所述液压机具有构造为液压缸110的执行器，所述液压缸具有能够沿着x轴线运动的活塞111，所述执行器由转速可变的调节泵120来操纵。在所述转速可变的调节泵120与所述液压缸110之间布置有液压回路130。
所述转速可变的调节泵120具有构造为电动马达121的驱动装置和构造为摆动盘结构形式的轴向活塞泵的输送机构122。控制器140在程序技术上被设立用于执行根据本发明的方法的优选的实施方式并且预先给定额定转速nSoll以及额定摆动角αSoll。为了调节所述调节参量，分别规定实际值nIst以及αIst的反馈。这能够在使用传统的传感器的情况下来完成。
在图2中示出了根据本发明的另一种优选的实施方式的、如通过程序技术能够在控制器中实现的一样的调节电路。在此示出了级联调节机构，对于该级联调节机构来说在例如构造为摆动角调节器210的排量调节元件之后安置有转速调节器220并且在该转速调节器220之下又安置有转矩调节器230。所述摆动角调节器210的输出参量与之相应地是额定转速nSoll，所述转速调节器220的输出参量是额定转矩MSoll。所属的实际值Mist、nist以及αist必要时在测量之后通过调节对象（转速可变的调节泵120）上的相应的测量值发送器211、221来反馈。
在这里，例如分别借助于PI调节器来实现真正的摆动角调节、转速调节或转矩调节，调节误差（额定值与实际值之间的差）被输送给所述PI调节器。由调节器输出的调节参量作用到相应的后置的元件上。
所述转矩调节器230操控构造为变流器240的驱动供电设备。在所述变流器240中检测中间电路功率P并且将其输出给学习元件250，该学习元件构造用于迭代地学习最优的摆动角额定值。
在所示出的实施方式中，压力调节仅仅通过所述输送机构122的摆动角调节来进行。为此，将系统压力或者说压力差通过输送机构引导到调节泵120的压力天平123上。如果实际压力偏离例如机械地设定的额定压力，则能够通过对于摆动角的跟踪来对输送体积进行调整并且对偏差进行调控。为了能够为优化能效而将驱动装置121置于可变的工作点中，需要对转速进行调整。压力天平的作用方式能够用于通过工作点的移动来优化，因为受压力调节的泵借助于摆动角来调控转速的变化。因此，能够间接地预先给定摆动角。
在学习元件中-对于一个周期中的至少一个特定的时刻来说-通过加上（或者减去）额定值增量αadapt,i的方式将控制值α0迭代地从一个（第一）周期i-1改变到下一个（第二）周期i，以便获得额定值αsoll。同时，确定所述周期i中的功率Pi并且将其与前一周期的功率Pi-1进行比较。基于此，然后确定用于下一个（第三）周期i+1的额定值。这尤其能够在使用已知的梯度法的情况下进行。
通过这种方式，能够针对一个周期内的每个时刻求取具有最小的功率需求P的摆动角额定值αsoll。
这种方法能够特别有利地用于在能量方面优化机器的预先给定的重复的工作或运动曲线。这样的运动曲线尤其包括位置或方位、速度、加速度和/或力的与时间相关的变化曲线。
Claims (14)
1.用于调节用于周期性地工作的机器的至少一个液压执行器（110）的压力介质输入的方法，其中执行器（110）由转速可变的调节泵（120）来供给压力介质量，对于所述调节泵来说在每个工作循环的排量方面能够调节的输送机构（122）由转速可变的驱动装置（121）来驱动，其中通过预先给定转速额定值（nSoll）和用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值（αSoll）这种方式来将实际体积流调节到额定体积流并且/或者将实际输送压力调节到额定输送压力，其中在机器的一个周期的期间对至少一个特定的时刻来说，用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值（αSoll）通过在多个周期的范围内改变所述额定值并且分析所述转速可变的驱动装置（121）的、针对至少一个时刻的电功率（Pi）这种方式来求取。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述机器的一个周期的期间对至少一个特定的时刻来说，用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值（αSoll）通过在多个周期的范围内使所述转速可变的驱动装置（121）的、针对至少一个时刻的电功率（Pi）最小化这种方式来求取。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述最小化通过梯度下降来进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中求取所述转速可变的驱动装置（121）的用于第一时刻的第一电功率（Pi）以及用于确定每个工作循环的排量的特征参量的第一额定值（αSoll），其中求取所述转速可变的驱动装置（121）的用于第二时刻的第二电功率（Pi）以及用于确定每个工作循环的排量的特征参量的第二额定值（αSoll），其中根据所述第二与第一电功率之间的差来确定用于确定每个工作循环的排量的特征参量的第三额定值（αSoll）。
5.根据权利要求4所述的方法，其中根据所述第二与第一电功率之间的差的符号来确定用于确定每个工作循环的排量的特征参量的第三额定值（αSoll）。
6.根据权利要求5所述的方法，其中作为所述第二额定值和额定值增量的总和乘以所述第二与第一电功率之间的差的符号和所述第一与第二额定值之间的差的符号来确定所述第三额定值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对于至少一个特定的时刻来说，自动地根据用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值（αSoll）和额定体积流和/或额定输送压力来预先给定所述转速额定值（nSoll）。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中为排量调节元件（210）预先给定所述用于确定每个工作循环的排量的特征参量的额定值（αSoll），所述排量调节元件（210）输出转速额定值（nSoll）作为调节参量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中借助于所述输送机构（122）上的压力天平（123）来预先给定所述额定输送压力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述压力天平如此与所述输送机构耦合，使得实际压力与额定压力之间的压力差引起每个工作循环的排量的变化。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中作为所述转速可变的驱动装置（121）的中间电路的中间电路功率来确定所述转速可变的驱动装置（121）的电功率（Pi）。
12.计算单元，该计算单元被设立用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
13.计算机程序，该计算机程序在其在计算单元上实施时促使所述计算单元执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
14.机器可读的存储介质，具有保存在其上面的根据权利要求13所述的计算机程序。
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