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EP4299904B1 - Method for controlling variable-speed fluid pumps - Google Patents

Method for controlling variable-speed fluid pumps Download PDF

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Publication number
EP4299904B1
EP4299904B1 EP23180502.9A EP23180502A EP4299904B1 EP 4299904 B1 EP4299904 B1 EP 4299904B1 EP 23180502 A EP23180502 A EP 23180502A EP 4299904 B1 EP4299904 B1 EP 4299904B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
target
speed
value
control loop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP23180502.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP4299904A1 (en
Inventor
Sebastian Beck
Thomas Sendelbach
Arnold Engber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4299904A1 publication Critical patent/EP4299904A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP4299904B1 publication Critical patent/EP4299904B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
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    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00Fluid parameters
    • F04B2205/05Pressure after the pump outlet

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling variable speed fluid pumps, as well as a computer program and a computing unit for carrying out the method.
  • fluid pumps are often used with a pumping mechanism with a fixed delivery volume, which is driven by a drive with variable speed (so-called variable speed constant pump).
  • variable speed variable speed constant pump
  • the volume flow and/or the delivery pressure are usually regulated by adjusting the speed accordingly.
  • Such pumps are used, for example, for hydraulic units, pump drives or servo-hydraulic actuators, for example in machine tools or in plastics processing, such as in injection molding machines, blow molding machines, presses, etc., where high delivery pressures are required.
  • variable speed pumps can be implemented, for example, by a cascaded controller structure in which a target pressure is specified and includes a pressure control circuit, a speed control circuit and a current control circuit for the drive motor.
  • a target pressure is specified and includes a pressure control circuit, a speed control circuit and a current control circuit for the drive motor.
  • the speed control circuit is disturbed by the load torque M L , which is set depending on the current pressure via the pump displacement volume.
  • the pressure control circuit is also disturbed by the leakage volume flow of the pump.
  • WO 2018/0207157 A2 shows a method for controlling pressure and flow of hydraulic fluid through a hydraulic control unit, which includes receiving a pressure command from an electronic control unit.
  • the received pressure command is processed to generate a pressure-based torque command and a shaft angle-based torque command or a volume-based torque command.
  • the generated pressure-based torque command and the generated shaft angle-based torque command or the volume-based torque command are processed to further generate a duty cycle for a field-oriented controlled motor.
  • the DE 10 2019 220 322 A1 relates to a method for operating a variable speed variable displacement pump, in which a conveyor mechanism adjustable in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable speed drive, wherein within the framework of a control at least one variable is controlled to a setpoint by specifying a speed setpoint for a speed of the drive and a setpoint for a parameter determining the displacement volume per working cycle, wherein the speed setpoint is adapted by means of a feedforward control in the event of a change in the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle.
  • a method is proposed in which a target pressure value is first entered into a cascaded controller structure, wherein the controller structure comprises a pressure control loop and wherein the control system of the pressure control loop comprises a speed control loop into which a target speed is entered as a control variable of a pressure controller of the pressure control loop.
  • the control system of the speed control loop also comprises a drive control loop into which a target drive torque is entered as a control variable of a speed controller of the speed control loop.
  • a pre-control value for the drive torque is as a result of a time differential equation of the target pressure, and this pilot value is added to the target drive torque, which is input into the control system of the speed control loop.
  • the temporal differential equation of the target pressure comprises an inverse system model of the controlled system of the cascaded controller structure.
  • This inverse system model can, for example, be formed depending on a pressure dynamics in a load volume in which the pressure is controlled and a torque dynamics of the drive.
  • J eq is an equivalent moment of inertia
  • C h is a hydraulic capacity
  • V g is a displacement volume of the pump
  • p L d is a target load pressure
  • C l is a pressure-dependent leakage coefficient
  • d M is a speed-related friction torque of the pump.
  • n cmd ff C h V g p ⁇ L d + C l V g ⁇ p L d
  • C h is the hydraulic capacity
  • V g is the displacement volume of the pump
  • p L d is the target load pressure
  • C l is the pressure-dependent leakage coefficient
  • This pre-control value can then be added to the target speed, which is output by the pressure controller as a control variable. This can prevent the speed control loop from working against the torque pre-control.
  • the target pressure value can be entered into a target value filter which is configured to output a target trajectory for the target pressure value and the derivatives of the target pressure value, and this target trajectory can then be entered into the differential equation for forming the pilot control value.
  • Such a setpoint filter may, for example, comprise a second-order state variable binomial filter.
  • the flatness-based feedforward control proposed here dynamically compensates for load torques and disturbance volume flows. This improves the control behavior and the stability reserve of the system.
  • the drive controller can be designed for interference immunity, since the follow-up behavior is significantly improved by the feedforward control. This relieves the load on the speed and pressure controllers. At the same time, the feedforward control is insensitive to sensor noise.
  • a computing unit according to the invention e.g. a control unit of a hydraulic system, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical storage devices, such as hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 shows schematically components of a variable speed fluid pump for which the methods described here can be applied.
  • the pump 10 has a conveyor 20 which can convey in two directions, a variable speed drive 30 and a computing unit 40 for operating the pump.
  • the conveyor 20 can be designed, for example, as a constant pump that achieves a certain delivery volume per stroke or per revolution.
  • the drive 30 is designed here as a standard motor that has an asynchronous motor 31 and a frequency converter 32. Alternatively, synchronous servo motors or other drive units can also be used.
  • the speed n of the asynchronous motor 31 is variable, with the speed being set, for example, by the current applied to the drive motor 31.
  • the computing unit 40 can be used to control the pump 10, to which at least one target delivery pressure and optionally a target volume flow are supplied.
  • the computing unit 40 can comprise a drive controller implemented in hardware or software, which determines the required control variables and transmits them to the motor 30.
  • the actual pressure can be determined using a sensor.
  • the computing unit 40 can further determine, e.g. by monitoring the electrical current and the speed, which drive torque is currently being delivered by the drive, and can then, for example, transmit a target speed to the drive unit 30 as a control signal.
  • the drive unit 30 itself to comprise certain control or regulation elements, and thus for the computing unit 40 to, for example, only specify a target torque for controlling the drive and thus the pump and transmit this to the drive 30 as a control signal.
  • Figure 2 shows a controller structure for controlling a variable speed fluid pump according to a possible embodiment.
  • a cascaded controller structure is provided which nests a pressure control loop, a speed control loop and a drive control loop such as a current control loop.
  • the current control loop 230 for the pump drive is shown here only in a simplified and exemplary manner and can be implemented in any way, e.g. as a PI controller; with a different drive variant, a different control loop can also be used at this point which controls a drive torque of a pump drive.
  • the current control loop 230 receives a target drive torque M R cmd as a reference variable and feeds back the actual value 232 of the drive torque M act . A controlled drive torque M M is thus obtained.
  • the target drive torque M R cmd is in turn the manipulated variable of a speed control loop.
  • the speed control loop receives a target speed n cmd of the pump as a reference variable for a speed controller 220 and feeds back an actual speed n act 222, whereby the current control loop 230 together with the moment of inertia element 224, which outputs the controlled speed n from the drive torque M M with the moment of inertia of the pump and motor, forms the controlled system of the speed control loop.
  • the target speed n cmd forms the manipulated variable of a pressure control loop, the pressure controller 210 of which receives a target load pressure p L d as a reference variable and feeds back 212 an actual value p L of the load pressure.
  • the control system of the pressure control loop thus comprises the speed control loop 220, 222, 224, the current control loop 230, 232 and further control elements.
  • the further control elements of the system comprise a proportional element 214 in order to convert the controlled speed n obtained from the speed control loop into a volume flow Q p by taking into account the predetermined displacement volume V g of the pump per revolution.
  • the controlled load pressure p L is then obtained by means of a PI element 216 from the volume flow Q p by taking into account the equivalent compression module E' oil and the load volume V L in which the pressure is regulated.
  • the actual pressure p act is in turn fed back via the pressure control circuit 212 to the input of the pressure regulator 210.
  • the speed control loop is disturbed by a load torque M L , which can be represented as a proportional element 240 from the existing load pressure p L and the displacement volume V g of the pump.
  • the resulting load torque M L counteracts the drive torque M M .
  • the pressure control loop is disturbed by the leakage volume flow Q L of the pump, which results from the load pressure p L and the leakage coefficient C l and can be modeled as a proportional element 242.
  • the leakage volume flow Q L counteracts the volume flow Q p of the pump.
  • a pilot control 250 can now be provided according to the invention, which corrects the commanded drive torque M R cmd for the pump drive, which is output by the speed controller 220 as a manipulated variable and enters the current control loop 230 as a reference variable, by means of a pilot control value M ff cmd .
  • the actual value that is thus entered into the current control loop or the controlled system of the speed control loop is therefore the sum of the drive torque M R cmd and the pilot control value M ff cmd .
  • the pre-control value can be formed in particular via an inverse system model of the controlled system.
  • This system model can be configured according to the Figure 2 shown controller structure can be derived as follows:
  • C h V L / E' oil is the hydraulic capacity with the equivalent compression modulus E ' oil and the load volume V L
  • V g is the displacement of the pump
  • ⁇ M is the torque of the drive
  • C l is the pressure dependent leakage coefficient.
  • the superimposed speed control loop can optionally also be supplied with the pilot control signal from which the torque pilot control is derived. This can prevent the speed control loop from working against the torque pilot control.
  • This feedforward value can then be added to the input of the speed control loop.
  • the time derivatives of the target pressure p L p ⁇ L p ⁇ L by a setpoint filter 260 For example, a second-order state variable binomial filter can be used for this purpose.
  • the setpoint pressure values can also be determined differently.
  • p cmd is the commanded setpoint pressure value.
  • the target trajectory obtained from equation (7) can now be inserted into the pre-control law, equation (5), and the pre-control torque M ff cmd calculated with it can be added to the input of the current control loop 230.
  • the target trajectories can also be inserted into the pre-control law (6) for the speed.
  • the pre-control value is then added to the output value of the speed controller 220 or the input value of the current control loop 230 as in the previous embodiment.
  • the control behavior of the control system is improved, since the actuator (i.e. the drive motor of the pump) reacts immediately in a highly dynamic manner, even if no large control deviation occurs.
  • the actuator i.e. the drive motor of the pump
  • the follow-up behavior of the drive control i.e. the current control loop
  • the feedforward control is also significantly improved by the feedforward control. This reduces the load on the speed and pressure controllers.
  • the feedforward control is insensitive to sensor noise.
  • a control system as described here can be used for all variable speed pumps, especially for pumps for controlling hydraulic units or hydraulic actuators.
  • the described method with pilot control can also be used for the force control of servo-hydraulic actuators; in this case, a pressure is also controlled via a motor-pump unit, which can then be converted into a force value via the cylinder surfaces.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von drehzahlvariablen Fluidpumpen, sowie ein Computerprogramm und eine Recheneinheit zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for controlling variable speed fluid pumps, as well as a computer program and a computing unit for carrying out the method.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

In der Hydraulik werden häufig Fluidpumpen mit einem Förderwerk mit festem Fördervolumen verwendet, welches von einem Antrieb mit variabler Drehzahl angetrieben wird (sog. drehzahlvariable Konstantpumpe). Beim Betrieb solcher Pumpen werden üblicherweise der Volumenstrom und/oder der Förderdruck durch entsprechende Anpassung der Drehzahl geregelt. Solche Pumpen werden beispielsweise für Hydraulikaggregate, Pumpenantriebe oder servohydraulische Aktoren genutzt, etwa in Werkzeugmaschinen oder bei der Kunststoffbearbeitung, wie z.B. in Spritzgussmaschinen, Blasformmaschinen, Pressen usw., wo hohe Förderdrücke gefordert sind.In hydraulics, fluid pumps are often used with a pumping mechanism with a fixed delivery volume, which is driven by a drive with variable speed (so-called variable speed constant pump). When operating such pumps, the volume flow and/or the delivery pressure are usually regulated by adjusting the speed accordingly. Such pumps are used, for example, for hydraulic units, pump drives or servo-hydraulic actuators, for example in machine tools or in plastics processing, such as in injection molding machines, blow molding machines, presses, etc., where high delivery pressures are required.

Die Regelung solcher drehzahlvariabler Pumpen kann beispielsweise durch eine kaskadierte Reglerstruktur umgesetzt werden, bei der ein Solldruck vorgegeben wird und einen Druckregelkreis, einen Drehzahlregelkreis und einen Stromregelkreis für den Antriebsmotor umfasst. Der Drehzahlregelkreis wird dabei jedoch vom Lastmoment ML gestört, welches sich in Abhängigkeit vom aktuellen Druck über das Pumpenschluckvolumen einstellt. Der Druckregelkreis wird außerdem vom Leckagevolumenstrom der Pumpe gestört. Diese Störungen verschlechtern die Regelgüte des Antriebssystems.The control of such variable speed pumps can be implemented, for example, by a cascaded controller structure in which a target pressure is specified and includes a pressure control circuit, a speed control circuit and a current control circuit for the drive motor. However, the speed control circuit is disturbed by the load torque M L , which is set depending on the current pressure via the pump displacement volume. The pressure control circuit is also disturbed by the leakage volume flow of the pump. These disturbances impair the control quality of the drive system.

WO 2018/0207157 A2 zeigt ein Verfahren zum Steuern von Druck und Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit durch eine hydraulische Steuereinheit, das das Empfangen eines Druckbefehls von einer elektronischen Steuereinheit umfasst. Der empfangene Druckbefehl wird verarbeitet, um einen druckbasierten Drehmomentbefehl und einen wellenwinkelbasierten Drehmomentbefehl oder einen volumenbasierten Drehmomentbefehl zu erzeugen. Der erzeugte druckbasierte Drehmomentbefehl und der erzeugte wellenwinkelbasierte Drehmomentbefehl oder der volumenbasierte Drehmomentbefehl werden verarbeitet, um außerdem einen Arbeitszyklus für einen feldorientiert gesteuerten Motor zu erzeugen. WO 2018/0207157 A2 shows a method for controlling pressure and flow of hydraulic fluid through a hydraulic control unit, which includes receiving a pressure command from an electronic control unit. The received pressure command is processed to generate a pressure-based torque command and a shaft angle-based torque command or a volume-based torque command. The generated pressure-based torque command and the generated shaft angle-based torque command or the volume-based torque command are processed to further generate a duty cycle for a field-oriented controlled motor.

Die DE 10 2019 220 322 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, bei der ein in einem Verdrängervolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk mittels eines drehzahlvariablen Antriebs angetrieben wird, wobei im Rahmen einer Regelung wenigstens eine Größe durch Vorgabe eines Drehzahlsollwerts für eine Drehzahl des Antriebs und eines Sollwerts für eine das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße auf einen Sollwert geregelt werden, wobei der Drehzahlsollwert bei einer Änderung des Sollwerts für die das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße im Wege einer Vorsteuerung angepasst wird.The DE 10 2019 220 322 A1 relates to a method for operating a variable speed variable displacement pump, in which a conveyor mechanism adjustable in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable speed drive, wherein within the framework of a control at least one variable is controlled to a setpoint by specifying a speed setpoint for a speed of the drive and a setpoint for a parameter determining the displacement volume per working cycle, wherein the speed setpoint is adapted by means of a feedforward control in the event of a change in the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle.

Es ist daher wünschenswert, die Regelung drehzahlvariabler Fluidpumpen zu verbessern.It is therefore desirable to improve the control of variable speed fluid pumps.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Regelung einer Pumpe mit einem drehzahlvariablen Antrieb sowie ein Computerprogramm und eine Recheneinheit zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for controlling a pump with a variable speed drive as well as a computer program and a computing unit for carrying out the method with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.

Insbesondere wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zunächst ein Soll-Druckwert in eine kaskadierte Reglerstruktur eingegeben wird, wobei die Reglerstruktur einen Druckregelkreis umfasst und wobei die Regelstrecke des Druckregelkreises einen Drehzahlregelkreis umfasst, in welchen eine Soll-Drehzahl als Stellgröße eines Druckreglers des Druckregelkreises eingegeben wird. Die Regelstrecke des Drehzahlregelkreises umfasst außerdem einen Antriebsregelkreis, in welchen ein Soll-Antriebsmoment als Stellgröße eines Drehzahlreglers des Drehzahlregelkreises eingegeben wird. Außerdem wird ein Vorsteuerwert für das Antriebsmoment als Ergebnis einer zeitlichen Differentialgleichung des Solldrucks gebildet, und dieser Vorsteuerwert wird zu dem Soll-Antriebsmoment addiert, welches in die Regelstrecke des Drehzahlregelkreises eingegeben wird.In particular, a method is proposed in which a target pressure value is first entered into a cascaded controller structure, wherein the controller structure comprises a pressure control loop and wherein the control system of the pressure control loop comprises a speed control loop into which a target speed is entered as a control variable of a pressure controller of the pressure control loop. The control system of the speed control loop also comprises a drive control loop into which a target drive torque is entered as a control variable of a speed controller of the speed control loop. In addition, a pre-control value for the drive torque is as a result of a time differential equation of the target pressure, and this pilot value is added to the target drive torque, which is input into the control system of the speed control loop.

Erfindungsgemäß umfasst die zeitliche Differentialgleichung des Solldrucks ein inverses Streckenmodell der Regelstrecke der kaskadierten Reglerstruktur.According to the invention, the temporal differential equation of the target pressure comprises an inverse system model of the controlled system of the cascaded controller structure.

Dieses inverse Streckenmodell kann beispielsweise gebildet werden in Abhängigkeit von einer Druckdynamik in einem Lastvolumen, in welchem der Druck geregelt wird, und einer Drehmomentdynamik des Antriebs.This inverse system model can, for example, be formed depending on a pressure dynamics in a load volume in which the pressure is controlled and a torque dynamics of the drive.

Der Vorsteuerwert für das Antriebsmoment kann in beispielhaften Ausführungsformen durch die folgende Gleichung bestimmt werden: M cmd ff = J eq 2 πC h V g p ¨ L d + 2 π V g J eq C l + d M C h p ˙ L d + d M 2 πC l V g + V g 2 π p L d

Figure imgb0001
The pilot control value for the drive torque can be determined in exemplary embodiments by the following equation: M cmd ff = J eq 2 πC h V g p ¨ L d + 2 π V g J eq C l + d M C h p ˙ L d + d M 2 πC l V g + V g 2 π p L d
Figure imgb0001

Dabei ist Jeq ein äquivalentes Trägheitsmoment, Ch eine hydraulische Kapazität, Vg ein Schluckvolumen der Pumpe, pL d ein Soll-Lastdruck, Cl ein druckabhängiger Leckagebeiwert und dM ein drehzahlbezogenes Reibmoment der Pumpe.Where J eq is an equivalent moment of inertia, C h is a hydraulic capacity, V g is a displacement volume of the pump, p L d is a target load pressure, C l is a pressure-dependent leakage coefficient and d M is a speed-related friction torque of the pump.

Es ist außerdem möglich, auch für die Drehzahl einen Vorsteuerwert zu bilden, wobei der Vorsteuerwert für die Drehzahl bestimmt wird durch: n cmd ff = C h V g p ˙ L d + C l V g p L d

Figure imgb0002
It is also possible to create a pre-control value for the speed, whereby the pre-control value for the speed is determined by: n cmd ff = C h V g p ˙ L d + C l V g p L d
Figure imgb0002

Dabei ist Ch die hydraulische Kapazität, Vg das Schluckvolumen der Pumpe, pL d der Soll-Lastdruck und Cl der druckabhängige Leckagebeiwert.Where C h is the hydraulic capacity, V g is the displacement volume of the pump, p L d is the target load pressure and C l is the pressure-dependent leakage coefficient.

Dieser Vorsteuerwert kann dann zu der Soll-Drehzahl addiert werden, die von dem Druckregler als Stellgröße ausgegeben wird. Damit kann vermieden werden, dass der Drehzahlregelkreis gegen die Drehmoment-Vorsteuerung arbeitet.This pre-control value can then be added to the target speed, which is output by the pressure controller as a control variable. This can prevent the speed control loop from working against the torque pre-control.

Optional kann der Soll-Druckwert in einen Sollwertfilter eingegeben werden, welcher dazu eingerichtet ist, eine Solltrajektorie für den Soll-Druckwert und die Ableitungen des Soll-Druckwerts auszugeben, und diese Solltrajektorie kann dann in die Differentialgleichung zum Bilden des Vorsteuerwerts eingegeben werden.Optionally, the target pressure value can be entered into a target value filter which is configured to output a target trajectory for the target pressure value and the derivatives of the target pressure value, and this target trajectory can then be entered into the differential equation for forming the pilot control value.

Ein solcher Sollwertfilter kann beispielsweise einen Zustandsvariablen-Binomialfilter zweiter Ordnung umfassen.Such a setpoint filter may, for example, comprise a second-order state variable binomial filter.

Insgesamt werden durch die hier vorgeschlagene flachheitsbasierte Vorsteuerung Lastmomente und Störvolumenströme dynamisch kompensiert. Dadurch werden das Führungsverhalten und die Stabilitätsreserve des Systems verbessert. Der Antriebsregler kann auf Störfestigkeit ausgelegt werden, da das Folgeverhalten durch die Vorsteuerung deutlich verbessert wird. Drehzahl- und Druckregler werden dadurch entlastet. Gleichzeitig ist die Vorsteuerung unempfindlich gegen Sensorrauschen.Overall, the flatness-based feedforward control proposed here dynamically compensates for load torques and disturbance volume flows. This improves the control behavior and the stability reserve of the system. The drive controller can be designed for interference immunity, since the follow-up behavior is significantly improved by the feedforward control. This relieves the load on the speed and pressure controllers. At the same time, the feedforward control is insensitive to sensor noise.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Hydrauliksystems ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a hydraulic system, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is also advantageous, since this causes particularly low costs, especially if an executing control unit is also used for other tasks and is therefore already present. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical storage devices, such as hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibungcharacter description

  • Figur 1 zeigt schematisch eine Fluidpumpe mit einem drehzahlvariablen Antrieb; und Figure 1 shows schematically a fluid pump with a variable speed drive; and
  • Figur 2 zeigt eine beispielhafte Reglerstruktur gemäß einer möglichen Ausführungsform. Figure 2 shows an exemplary controller structure according to a possible embodiment.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Figur 1 zeigt schematisch Bestandteile einer drehzahlvariablen Fluidpumpe, für welche die hier beschriebenen Verfahren angewendet werden können. Die Pumpe 10 verfügt in diesem Beispiel über ein Förderwerk 20, welches in zwei Richtungen fördern kann, einen drehzahlvariablen Antrieb 30 und eine Recheneinheit 40 zum Betrieb der Pumpe. Figure 1 shows schematically components of a variable speed fluid pump for which the methods described here can be applied. In this example, the pump 10 has a conveyor 20 which can convey in two directions, a variable speed drive 30 and a computing unit 40 for operating the pump.

Das Förderwerk 20 kann beispielsweise als Konstantpumpe ausgebildet sein, die ein bestimmtes Fördervolumen pro Hub bzw. pro Umdrehung erreicht. Der Antrieb 30 ist hier als Normmotor ausgebildet, der einen Asynchronmotor 31 und einen Frequenzumrichter 32 aufweist. Alternativ können auch Synchron-Servomotoren oder andere Antriebseinheiten eingesetzt werden. Die Drehzahl n des Asynchronmotors 31 ist variabel, wobei die Drehzahl beispielsweise durch den an den Antriebsmotor 31 angelegten Strom eingestellt wird.The conveyor 20 can be designed, for example, as a constant pump that achieves a certain delivery volume per stroke or per revolution. The drive 30 is designed here as a standard motor that has an asynchronous motor 31 and a frequency converter 32. Alternatively, synchronous servo motors or other drive units can also be used. The speed n of the asynchronous motor 31 is variable, with the speed being set, for example, by the current applied to the drive motor 31.

Für die Regelung der Pumpe 10 kann die Recheneinheit 40 dienen, der mindestens ein Soll-Förderdruck und optional ein Soll-Volumenstrom zugeführt werden. Die Recheneinheit 40 kann einen hardwaretechnisch oder softwaretechnisch umgesetzten Antriebsregler umfassen, welcher die erforderlichen Stellgrößen bestimmt und an den Motor 30 übermittelt. Optional ist eine Bestimmung des Ist-Drucks über einen Sensor möglich. Dabei kann die Recheneinheit 40 weiter bestimmen, z.B. durch Überwachung des elektrischen Stroms und der Drehzahl, welches Antriebsmoment von dem Antrieb derzeit geliefert wird, und kann dann beispielsweise eine Soll-Drehzahl an die Antriebseinheit 30 als Stellsignal übermitteln. Alternativ ist es auch möglich, dass die Antriebseinheit 30 selbst gewisse Steuerungs- oder Regelungselemente umfasst und damit von der Recheneinheit 40 beispielsweise nur ein Soll-Moment zur Ansteuerung des Antriebs und damit der Pumpe angegeben wird und als Stellsignal an den Antrieb 30 übermittelt wird.The computing unit 40 can be used to control the pump 10, to which at least one target delivery pressure and optionally a target volume flow are supplied. The computing unit 40 can comprise a drive controller implemented in hardware or software, which determines the required control variables and transmits them to the motor 30. Optionally, the actual pressure can be determined using a sensor. The computing unit 40 can further determine, e.g. by monitoring the electrical current and the speed, which drive torque is currently being delivered by the drive, and can then, for example, transmit a target speed to the drive unit 30 as a control signal. Alternatively, it is also possible for the drive unit 30 itself to comprise certain control or regulation elements, and thus for the computing unit 40 to, for example, only specify a target torque for controlling the drive and thus the pump and transmit this to the drive 30 as a control signal.

Es versteht sich, dass dieses Pumpen-Antriebs-System nur beispielhaft beschrieben ist und die nachstehend beschriebenen Reglervarianten nicht auf dieses System beschränkt sind. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung auch mit beliebigen anderen Pumpen angewendet werden und ist nicht auf Konstantpumpen eingeschränkt. Ebenso ist es möglich, dass bestimmte Teile der kaskadierten Reglerstruktur in mehreren separaten Recheneinheiten umgesetzt werden, dass bestimmte Sensoren in anderen Systemen nicht vorhanden sind oder zusätzliche Parameter über Sensoren gemessen werden, oder dass auch die Antriebseinheit anders ausgebildet ist als hier beschrieben.It is understood that this pump drive system is only described as an example and the controller variants described below are not limited to this system. In particular, the present invention can also be used with any other pumps and is not limited to fixed displacement pumps. It is also possible that certain parts of the cascaded controller structure are implemented in several separate computing units, that certain sensors are not present in other systems or additional parameters are measured via sensors, or that the drive unit is designed differently than described here.

Figur 2 zeigt eine Reglerstruktur zur Regelung einer drehzahlvariablen Fluidpumpe gemäß einer möglichen Ausführungsform. Figure 2 shows a controller structure for controlling a variable speed fluid pump according to a possible embodiment.

Dabei ist eine kaskadierte Reglerstruktur vorgesehen, welche ineinander geschachtelt einen Druckregelkreis, einen Drehzahlregelkreis und einen Antriebsregelkreis wie etwa einen Stromregelkreis umfasst. Der Stromregelkreis 230 für den Pumpenantrieb ist hier nur vereinfacht und beispielhaft dargestellt und kann auf beliebige Weise umgesetzt werden, z.B. als PI-Regler; bei einer anderen Antriebsvariante kann an dieser Stelle auch ein anderer Regelkreis genutzt werden, der ein Antriebsmoment eines Pumpenantriebs regelt. Der Stromregelkreis 230 erhält ein Soll-Antriebsmoment MR cmd als Führungsgröße und führt den Ist-Wert 232 des Antriebsmoments Mact zurück. Somit wird ein geregeltes Antriebsmoment MM erhalten.A cascaded controller structure is provided which nests a pressure control loop, a speed control loop and a drive control loop such as a current control loop. The current control loop 230 for the pump drive is shown here only in a simplified and exemplary manner and can be implemented in any way, e.g. as a PI controller; with a different drive variant, a different control loop can also be used at this point which controls a drive torque of a pump drive. The current control loop 230 receives a target drive torque M R cmd as a reference variable and feeds back the actual value 232 of the drive torque M act . A controlled drive torque M M is thus obtained.

Das Soll-Antriebsmoment MR cmd wiederum ist die Stellgröße eines Drehzahlregelkreises. Der Drehzahlregelkreis erhält eine Soll-Drehzahl ncmd der Pumpe als Führungsgröße für einen Drehzahlregler 220 und führt eine tatsächliche Drehzahl nact zurück 222, wobei der Stromregelkreis 230 zusammen mit dem Trägheitsmomentglied 224, welches aus dem Antriebsmoment MM mit dem Trägheitsmoment von Pumpe und Motor die geregelte Drehzahl n ausgibt, die Regelstrecke des Drehzahlregelkreises bildet.The target drive torque M R cmd is in turn the manipulated variable of a speed control loop. The speed control loop receives a target speed n cmd of the pump as a reference variable for a speed controller 220 and feeds back an actual speed n act 222, whereby the current control loop 230 together with the moment of inertia element 224, which outputs the controlled speed n from the drive torque M M with the moment of inertia of the pump and motor, forms the controlled system of the speed control loop.

Die Soll-Drehzahl ncmd bildet dabei die Stellgröße eines Druckregelkreises, dessen Druckregler 210 als Führungsgröße einen Soll-Lastdruck pL d erhält und einen Ist-Wert pL des Lastdrucks zurückführt 212. Die Regelstrecke des Druckregelkreises umfasst damit den Drehzahlregelkreis 220, 222, 224, den Stromregelkreis 230, 232 sowie weitere Regelglieder. Die weiteren Regelglieder der Strecke umfassen ein Proportionalglied 214, um die aus dem Drehzahlregelkreis erhaltene geregelte Drehzahl n durch Berücksichtigung des vorgegebenen Schluckvolumens Vg der Pumpe pro Umdrehung in einen Volumenstrom Qp zu überführen. Anschließend wird mittels eines PI-Glieds 216 aus dem Volumenstrom Qp durch Berücksichtigung des Ersatzkompressionsmoduls E'Öl und des Lastvolumens VL, in dem der Druck geregelt wird, der geregelte Lastdruck pL erhalten. Der Ist-Druckpact wird wiederum über den Druckregelkreis zurück 212 zum Eingang des Druckreglers 210 geführt.The target speed n cmd forms the manipulated variable of a pressure control loop, the pressure controller 210 of which receives a target load pressure p L d as a reference variable and feeds back 212 an actual value p L of the load pressure. The control system of the pressure control loop thus comprises the speed control loop 220, 222, 224, the current control loop 230, 232 and further control elements. The further control elements of the system comprise a proportional element 214 in order to convert the controlled speed n obtained from the speed control loop into a volume flow Q p by taking into account the predetermined displacement volume V g of the pump per revolution. The controlled load pressure p L is then obtained by means of a PI element 216 from the volume flow Q p by taking into account the equivalent compression module E' oil and the load volume V L in which the pressure is regulated. The actual pressure p act is in turn fed back via the pressure control circuit 212 to the input of the pressure regulator 210.

Dabei wird der Drehzahlregelkreis durch ein Lastmoment ML gestört, welches aus dem vorliegenden Lastdruck pL und dem Schluckvolumen Vg der Pumpe als Proportionalglied 240 abgebildet werden kann. Das resultierende Lastmoment ML wirkt dem Antriebsmoment MM entgegen.The speed control loop is disturbed by a load torque M L , which can be represented as a proportional element 240 from the existing load pressure p L and the displacement volume V g of the pump. The resulting load torque M L counteracts the drive torque M M .

Außerdem wird der Druckregelkreis durch den Leckagevolumenstrom QL der Pumpe gestört, der sich aus dem Lastdruck pL und dem Leckagebeiwert Cl ergibt und als Proportionalglied 242 modelliert werden kann. Der Leckagevolumenstrom QL wirkt dem Volumenstrom Qp der Pumpe entgegen.In addition, the pressure control loop is disturbed by the leakage volume flow Q L of the pump, which results from the load pressure p L and the leakage coefficient C l and can be modeled as a proportional element 242. The leakage volume flow Q L counteracts the volume flow Q p of the pump.

Um diese Störungen auszugleichen, kann nun erfindungsgemäß eine Vorsteuerung 250 vorgesehen sein, die das kommandierte Antriebsmomen MR cmd für den Pumpenantrieb, welches von dem Drehzahlregler 220 als Stellgröße ausgegeben wird und in den Stromregelkreis 230 als Führungsgröße eingeht, durch einen Vorsteuerwert M ff cmd korrigiert. Der tatsächliche Wert, der damit in den Stromregelkreis bzw. die Regelstrecke des Drehzahlregelkreises eingegeben wird, ist also die Summe aus dem Antriebsmoment MR cmd und dem Vorsteuerwert Mff cmd. In order to compensate for these disturbances, a pilot control 250 can now be provided according to the invention, which corrects the commanded drive torque M R cmd for the pump drive, which is output by the speed controller 220 as a manipulated variable and enters the current control loop 230 as a reference variable, by means of a pilot control value M ff cmd . The actual value that is thus entered into the current control loop or the controlled system of the speed control loop is therefore the sum of the drive torque M R cmd and the pilot control value M ff cmd .

Der Vorsteuerwert kann dabei insbesondere über ein inverses Streckenmodell der Regelstrecke gebildet werden. Dieses Streckenmodell kann entsprechend der in Figur 2 gezeigten Reglerstruktur wie folgt hergeleitet werden:
Die Druckdynamik im Lastvolumen, d.h. die Veränderung pL des Lastdrucks ergibt sich zu p ˙ L = 1 C h V g 2 π ω M C l p L

Figure imgb0003
wobei Ch= VL / E'Öl die hydraulische Kapazität mit dem Ersatzkompressionsmodul E' Öl und dem Lastvolumen VL ist, Vg das Schluckvolumen der Pumpe ist, ωM das Drehmoment des Antriebs ist, und Cl der druckabhängige Leckagebeiwert ist.The pre-control value can be formed in particular via an inverse system model of the controlled system. This system model can be configured according to the Figure 2 shown controller structure can be derived as follows:
The pressure dynamics in the load volume, ie the change p L of the load pressure results in p ˙ L = 1 C h V g 2 π ω M C l p L
Figure imgb0003
where C h = V L / E' oil is the hydraulic capacity with the equivalent compression modulus E ' oil and the load volume V L , V g is the displacement of the pump, ω M is the torque of the drive, and C l is the pressure dependent leakage coefficient.

Durch Ableiten nach der Zeit erhält man dann p ¨ L = 1 C h V g 2 π ω ˙ M C l p ˙ L

Figure imgb0004
By differentiating with respect to time we obtain p ¨ L = 1 C h V g 2 π ω ˙ M C l p ˙ L
Figure imgb0004

Die Drehmomentdynamik an der Motor-Pumpenwelle lautet: ω ˙ M = 1 J eq M M V g 2 π p L d M ω M

Figure imgb0005

  • wobei Jeq das äquivalente Trägheitsmoment ist, das sich aus den Trägheitsmomenten JPumpe der Pumpe und JMotor des Antriebsmotors ergibt, Jeq= JPumpe + JMotor ;
  • wobei MM das Antriebsmoment ist;
  • wobei Vg das Schluckvolumen der Pumpe ist, und
  • wobei dM ein drehzahlbezogenes Reibmoment der Pumpe ist.
The torque dynamics on the motor-pump shaft are: ω ˙ M = 1 J eq M M V g 2 π p L d M ω M
Figure imgb0005
  • where J eq is the equivalent moment of inertia resulting from the moments of inertia J pump of the pump and J motor of the drive motor, J eq = J pump + J motor ;
  • where M M is the drive torque;
  • where V g is the displacement of the pump, and
  • where d M is a speed-related friction torque of the pump.

Setzt man Gleichung (3) in Gleichung (2) ein, ergibt sich: p ¨ L = 1 C h V g 2 π 1 J eq M M V g 2 π p L d M ω M C l p ˙ L

Figure imgb0006
Inserting equation (3) into equation (2) gives: p ¨ L = 1 C h V g 2 π 1 J eq M M V g 2 π p L d M ω M C l p ˙ L
Figure imgb0006

Man erhält also eine Differentialgleichung zweiter Ordnung, die das Streckenmodell wiedergibt. Das inverse Streckenmodell kann nun als flachheitsbasierte Vorsteuerung 250 eines additiven Drehmoments zur Trajektorienfolge einer geforderten Druckdynamik p L , p ˙ L , p ¨ L

Figure imgb0007
verwendet werden. Dazu kann Gleichung (4) mit Hilfe der Gleichung (1) nach dem Antriebsmoment umgestellt werden, so dass sich das Vorsteuergesetz als inverses Streckenmodell ergibt: M cmd ff = J eq 2 πC h V g p ¨ L d + 2 π V g J eq C l + d M C h p ˙ L d + d M 2 πC l V g + V g 2 π p L d
Figure imgb0008
This gives a second order differential equation that represents the system model. The inverse system model can now be used as a flatness-based feedforward control 250 of an additive torque for the trajectory sequence of a required pressure dynamics p L , p ˙ L , p ¨ L
Figure imgb0007
can be used. For this purpose, equation (4) can be rearranged using equation (1) for the drive torque, so that the pre-control law results as an inverse system model: M cmd ff = J eq 2 πC h V g p ¨ L d + 2 π V g J eq C l + d M C h p ˙ L d + d M 2 πC l V g + V g 2 π p L d
Figure imgb0008

Da es sich um einen kaskadierten Regelkreis handelt, kann dem überlagerten Drehzahlregelkreis optional zusätzlich das Vorsteuersignal zugeführt werden, aus dem sich die Momentenvorsteuerung herleitet. Damit kann verhindert werden, dass der Drehzahlregelkreis gegen die Drehmoment-Vorsteuerung arbeitet. Das entsprechende Vorsteuersignal kann über die aus Gleichung (1) berechnet werden, indem die Gleichung nach der Drehfrequenz ω cmd ff

Figure imgb0009
bzw. nach der Drehzahl aufgelöst wird: n cmd ff = C h V g p ˙ L d + C l V g p L d
Figure imgb0010
Since this is a cascaded control loop, the superimposed speed control loop can optionally also be supplied with the pilot control signal from which the torque pilot control is derived. This can prevent the speed control loop from working against the torque pilot control. The corresponding pilot control signal can be calculated using equation (1) by dividing the equation according to the rotational frequency. ω cmd ff
Figure imgb0009
or is resolved according to the speed: n cmd ff = C h V g p ˙ L d + C l V g p L d
Figure imgb0010

Dieser Vorsteuerwert kann dann also zusätzlich auf den Eingang des Drehzahlregelkreises addiert werden.This feedforward value can then be added to the input of the speed control loop.

Zur Realisierung der Vorsteuerung 250 können die zeitlichen Ableitungsgrößen des Solldrucks p L p ˙ L p ¨ L

Figure imgb0011
durch einen Sollwertfilter 260 bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise ein Zustandsvariablen-Binomial-Filter zweiter Ordnung verwendet werden. Als Beispiel kann die Solltrajektorie nach der folgenden Differentialgleichung bestimmt werden: p ¨ L d = 1 τ 2 p cmd 2 τ p ˙ L d 1 τ 2 p ¨ L
Figure imgb0012
wobei τ die Zeitkonstante des Sollwertfilters ist. Grundsätzlich können die Solldruckwerte aber auch anders bestimmt werden. Dabei ist pcmd der kommandierte Solldruckwert.To implement the pilot control 250, the time derivatives of the target pressure p L p ˙ L p ¨ L
Figure imgb0011
by a setpoint filter 260. For example, a second-order state variable binomial filter can be used for this purpose. As an example, the setpoint trajectory can be determined according to the following differential equation: p ¨ L d = 1 τ 2 p cmd 2 τ p ˙ L d 1 τ 2 p ¨ L
Figure imgb0012
where τ is the time constant of the setpoint filter. In principle, the setpoint pressure values can also be determined differently. Here, p cmd is the commanded setpoint pressure value.

Die aus Gleichung (7) erhaltene Solltrajektorie kann nun in das Vorsteuergesetz, Gleichung (5), eingesetzt werden, und das damit berechnete Vorsteuer-Moment M ff cmd , kann additiv auf den Eingang des Stromregelkreises 230 gerechnet werden. Ebenso können die Solltrajektorien in das Vorsteuergesetz (6) für die Drehzahl eingesetzt werden.The target trajectory obtained from equation (7) can now be inserted into the pre-control law, equation (5), and the pre-control torque M ff cmd calculated with it can be added to the input of the current control loop 230. The target trajectories can also be inserted into the pre-control law (6) for the speed.

Eine einfachere Alternative zur Vorsteuerung für den Antriebsregler besteht darin, nur das Lastmoment ML , 240 auszugleichen, so dass sich der Vorsteuerwert für das Antriebsmoment in dieser Variante zu Mff cmd = (Vg /) pcmd aus dem kommandierten Solldruckwert ergibt. Ein Sollwertfilter ist in diesem Fall nicht erforderlich. Der Vorsteuerwert wird dann wie in der vorherigen Ausführungsform auf den Ausgangswert des Drehzahlreglers 220 bzw. den Eingangswert des Stromregelkreises 230 addiert.A simpler alternative to the pre-control for the drive controller is to compensate only for the load torque M L , 240 , so that the pre-control value for the drive torque in this variant is M ff cmd = ( V g / ) p cmd from the commanded setpoint pressure value. A setpoint filter is not required in this case. The pre-control value is then added to the output value of the speed controller 220 or the input value of the current control loop 230 as in the previous embodiment.

Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen modellbasierten Vorsteuerung verbessert sich das Führungsverhalten der Regelung, da das Stellglied (d.h. der Antriebsmotor der Pumpe) sofort hochdynamisch reagiert, auch wenn keine große Regelabweichung auftritt.By applying the model-based feedforward control according to the invention, the control behavior of the control system is improved, since the actuator (i.e. the drive motor of the pump) reacts immediately in a highly dynamic manner, even if no large control deviation occurs.

Auch das Folgeverhalten der Antriebsregelung (d.h. des Stromregelkreises) wird durch die Vorsteuerung deutlich verbessert. Drehzahl- und Druckregler werden dadurch entlastet. Gleichzeitig ist die Vorsteuerung unempfindlich gegenüber Sensorrauschen.The follow-up behavior of the drive control (i.e. the current control loop) is also significantly improved by the feedforward control. This reduces the load on the speed and pressure controllers. At the same time, the feedforward control is insensitive to sensor noise.

Eine Regelung wie hier beschrieben kann für alle drehzahlvariablen Pumpen genutzt werden, insbesondere für Pumpen zur Ansteuerung von Hydraulikaggregaten oder hydraulischen Aktoren. Auch für die Kraftregelung servohydraulischer Aktoren kann das beschriebene Verfahren mit Vorsteuerung angewendet werden; in diesem Fall wird ebenfalls über eine Motor-Pumpeneinheit ein Druck geregelt, welcher dann über die Zylinderflächen in einen Kraftwert umgerechnet werden kann.A control system as described here can be used for all variable speed pumps, especially for pumps for controlling hydraulic units or hydraulic actuators. The described method with pilot control can also be used for the force control of servo-hydraulic actuators; in this case, a pressure is also controlled via a motor-pump unit, which can then be converted into a force value via the cylinder surfaces.

Claims (9)

  1. Method for controlling a pump with a variable-speed drive, comprising: inputting a target pressure value (pcmd ) into a cascaded controller structure, wherein the controller structure comprises a pressure control loop (210, 212, 214, 216),
    wherein the controlled system of the pressure control loop comprises a speed control loop (220, 222, 224), into which a target speed (ncmd) is input as the manipulated variable of a pressure controller (210) of the pressure control loop;
    wherein the controlled system of the speed control loop comprises a drive control loop (230, 232), into which a target drive torque (MR cmd) is input as the manipulated variable of a speed controller (220) of the speed control loop;
    forming (250) a pilot control value (M f f cmd ) for the drive torque as the result of a temporal differential equation of the target pressure; and
    adding the pilot control value to the target drive torque that is input into the controlled system of the speed control loop,
    wherein the temporal differential equation of the target pressure comprises an inverse system model of the controlled system of the cascaded controller structure.
  2. Method according to Claim 1, wherein the inverse system model is formed on the basis of pressure dynamics in a load volume in which the pressure is controlled, and torque dynamics of the drive.
  3. Method according to one of the preceding claims, wherein the pilot control value for the drive torque is determined by: M cmd ff = J eq 2 πC h V g p ¨ L d + 2 π V g J eq C l + d M C h p ˙ L d + d M 2 πC l V g + V g 2 π p L d
    Figure imgb0015
    where Ch is the hydraulic capacity, Vg is the displacement volume of the pump, Cl is the pressure-dependent leakage coefficient, Jeq is the equivalent moment of inertia,dM is a speed-related friction torque of the pump, and pL d is the target load pressure.
  4. Method according to one of the preceding claims, furthermore comprising: forming a pilot control value (nff cmd) for the speed, wherein the pilot control value for the speed is determined by: n cmd ff = C h V g p ˙ L d + C l V g p L d
    Figure imgb0016
    where Ch is the hydraulic capacity, Vg is the displacement volume of the pump, Cl is the pressure-dependent leakage coefficient and pL d is the target load pressure,
    and adding the pilot control value to the target speed output by the pressure controller (210) as the manipulated variable.
  5. Method according to one of the preceding claims, furthermore comprising:
    inputting the target pressure value into a target value filter (260) which is configured to output a target trajectory for the target pressure value and the derivatives of the target pressure value, and
    inputting the target trajectory into the differential equation in order to form the pilot control value.
  6. Method according to Claim 5, wherein the target value filter comprises a second-order state variable binomial filter.
  7. Computing unit (40) comprising a processor configured to perform the method according to one of the preceding claims.
  8. Computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to perform the method according to Claims 1 to 6.
  9. Computer-readable data carrier on which the computer program according to Claim 8 is stored.
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