電動液壓的壓力調節裝置和用於調節壓力的方法

2023-12-01 05:34:11

專利名稱：電動液壓的壓力調節裝置和用於調節壓力的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於調節壓力介質的壓力的電動液壓的壓力調節裝置和一種用於調節壓力的方法。電動液壓的壓力調節裝置包括比例壓力閥和調節迴路結構。調節迴路結構具有控制線路，通過該控制線路從壓力額定值出發將控制量輸送至比例壓力閥的控制輸入端。壓力傳感器檢測在比例壓力閥的接口上的壓力實際值。壓力閥的系統模型將壓力估計值分派給壓力額定值並且差分元件作為在壓力估計值與壓力實際值之間的差值確定調節偏差。
背景技術：
這種壓力調節裝置對於不帶有或帶有集成的電子設備的比例-限壓閥來說由公司文獻Rexroth博世集團RD 29162 (2007年八月)是已知的。在這個公司文獻中也公開了在接口範圍P中的壓力與單位為Ι/min的體積流量之間的用於不同壓力等級的不同的特性曲線，其中特性曲線明顯表明了，即在實際的比例壓力閥中，接口 P中的壓力取決於經過壓力閥的體積流量。在理想化的系統模型中，接口 P中的壓力與此相反地並不取決於經過閥的體積流量，這表明，即特性曲線與實際的比例壓力閥相反在理想情況下水平地走向。此夕卜，由 Friedrich-Alexander 大學(Erlangen-Nuernberg)的控制技術教席的學位論文已知了一種利用Daniel Kotzian (2007年)的代數學的方法實現的對壓力控制閥的參數的識別，即實際的比例壓力閥的額定-壓力特性曲線儘管顫動不利地具有壓力滯後，這種壓力滯後對於比例壓力閥的運行是不期望的，因此設有附加控制器，該附加控制器應在不同的體積流量的情況下保持額定壓力。然而，當調節偏差很大時，特別是當已知的附加被調節的限壓閥中實際達到的壓力根據將要提供或將要排出的流體量而與理想的水平的P-Q-特性曲線發生很大偏差時，存在可能發生幹擾或振蕩激勵的危險。這種偏差歸因於閥中的流體力學並且可能在極端情況下導致壓力調節裝置中的振蕩的激勵和振蕩的增大。這種已知的控制結構實際上僅僅可以優化到小信號特性，因此在大的額定值振幅的情況下經常會出現不利的調節迴路特性。這種不利的調節迴路特性在大多情況下都隨著調節得更小的調節迴路動態性出現。另一個可能性是通過相應受限制的導通寬度，掩蔽對於控制器的大的調節偏差。然而問題在於，即對於在整個工作範圍中的調節迴路的可靠功能來說，需要將導通寬度選擇得非常大，由此又削弱了這種導通寬度的原本是正面的作用。

發明內容
本發明的目的是提供一種對於比例壓力閥具有改進的調節迴路特性的電動液壓的壓力調節裝置和一種用於利用電動液壓的壓力調節裝置調節壓力的方法。該目的利用獨立權利要求的內容來實現。本發明的有利的改進方案由從屬權利要求中給出。根據本發明提出了一種用於調節壓力介質的壓力的電動液壓的壓力調節裝置和一種用於調節壓力的方法。電動液壓的壓力調節裝置包括比例壓力閥和調節迴路結構。調節迴路結構具有控制線路，通過該控制線路從壓力額定值出發將控制量輸送至比例壓力閥的控制輸入端。壓力傳感器檢測在比例壓力閥的接口上的壓力實際值。壓力閥的系統模型將壓力估計值分派給壓力額定值，並且差分元件確定調節偏差作為在壓力估計值與壓力實際值之間的差值。加權元件對調節偏差進行加權並且因此確定經過加權的調節偏差。控制器在運行中根據經過加權的調節偏差進行修改並且在經過加權的調節偏差的最小化的意義上修改控制線路上的信號。加權元件這樣設定，即較大的調節偏差與較小的調節偏差相比更大程度地削弱。這種電動液壓的壓力調節裝置的優點在於，控制器通過反饋支路對調節偏差加以補償並且調節偏差在反饋中藉助於加權函數進行加權。在此，加權函數的導通寬度選擇性地可以固定地調節，或者自動地取決於體積流量並且通過瞬時的閥流量的體積流量估計而可以從當前的調節輸出信號和壓力實際值進行更新。利用根據本發明的電動液壓的壓力調節裝置和用於調節壓力的方法實現了特別是在具有壓力調節的壓力閥中的大信號範圍中改進調節迴路特性。通過在壓力估計值與壓力實際值之間形成差值以及通過實現的特性曲線族或作為用於需要的導通寬度的控制量的近似的函數實現的加權，實現了一種有利的解決辦法，利用該解決辦法特別是在大信號範圍中避免了例如過衝(Nachsctwingung)。對此在導通寬度的匹配中確保了，調節迴路函數在持續的儘可能最小的導通寬度中實施，從而出現了調節迴路特性的期望的改進。在本發明的一個優選的實施方式中，體積流量估計作為特性曲線族實現，或者由對特性曲線族逼近的函數實現。這種函數例如可以對於體積估計值延來說通過下面的公式表不
Qs (UE, PA)=a · Uk +b · Pa +c，
其中，a、b和c可以是基於控制器輸出信號Uk、壓力實際值Pa以及基於體積估計值Qs 的係數。在此，該函數或者也可以是該特性曲線族匹配於各自的比例壓力閥。在本發明的另一個實施方式中，在壓力調節裝置中設有「抗飽和(Anti-Windup)」 模塊，該模塊用於在響應控制信號限制的情況下對控制器的可能存在的I分量進行限制。 對此，「抗飽和」模塊具有限制器和通過連接點在後面連接的比例元件，其輸出信號通過另一個差分元件與PI-控制器輸入端相連接。利用本發明的這個實施方式有效地藉助於控制信號限制阻止了控制器的I分量的「失控(Weglaufen)」。提出了一種用於在電動液壓的壓力調節裝置中調節壓力的方法，該壓力調節裝置具有比例壓力閥，該比例壓力閥對壓力額定值產生反應，這種方法具有下面的方法步驟。首先，通過控制線路從壓力額定值Upsoll出發將控制量Ue輸送至比例壓力閥的控制輸入端。藉助於壓力傳感器檢測在比例壓力閥的接口上的壓力實際值。隨後，藉助於壓力閥的系統模型將壓力估計值分派給壓力額定值。然後，藉助於差分元件作為在壓力估計值與壓力實際值之間的差值確定調節偏差，並且對調節偏差進行加權以形成經過加權的調節偏差。此外，藉助於控制器修改控制線路上的信號，通過這種修改藉助於控制器使得經過加權的調節偏差最小化，其中加權元件這樣設定，即較大的調節偏差與較小的調節偏差相比更大程度地削弱。為了估計體積額定流量，存儲了特性曲線族或者對特性曲線族逼近的函數。對控制器的可能存在的I分量的限制可以在響應控制信號限制的情況下通過壓力調節裝置中的「抗飽和」模塊實現。也可能的是，在「抗飽和」模塊中，通過連接點在限制器後面連接了比例元件，其輸出信號通過另一個差分元件被輸送至控制器輸入端。


現在參考附圖詳細說明本發明。圖1示出了根據本發明的一個實施方式的壓力調節結構的示意性的框圖2示出了在流過壓力閥的體積流量Q時壓差ΔΡαβ =Pa-I3b的相互關係的示意性的圖
表；
圖3示出了示例性的加權函數f (d)和所屬的產生的經過加權的調節偏差(1 = f (d) 女d的示意性的圖表。參考標號表
1電動液壓的調節迴路結構3比例壓力閥4系統模型5差分元件6倍增器7加權函數8控制器9估計元件或者體積流量估計10特性曲線族11抗飽和模塊12限制器13連接點14比例元件15連接點16控制器輸入端18壓力調節裝置的輸入端19控制輸入端20電流末級D導通寬度d調節偏差dw經過加權的調節偏差Pa壓力實際值Pb回程壓力Δ Pab=Pa-Pb 壓差P rm根據系統模型的壓力估計值Q體積流量Qs體積流量Upsoll壓力額定值Ue 控制器輸出信號。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的一個實施方式的用於調節壓力介質的壓力的電動液壓的壓力調節裝置的示意性的框圖，該壓力調節裝置具有比例壓力閥3和調節迴路結構1。在此，在調節迴路結構1的輸入端18上存在有一個額定壓力&s。n形式的額定壓力值。通過控制線路從壓力額定值『皿出發將控制量Uk輸送至比例壓力閥3的控制輸入端19。還可以給系統模型4加載壓力額定值UPs。n，該系統模型反映了在壓力額定值Upsoll與壓力Pa之間的期望的關係。系統模型4從壓力額定值UPs。n算出理想的壓力閥的期待的壓力PM，該壓力不取決於壓力閥的體積流量Q。然而，圖1中示出的實際被控制的壓力閥3的特性與這個理想的系統模型4發生偏差，其中調節偏差「d」例如可藉助於PI-控制器最小化。在比例壓力閥中，實際達到的壓力根據將要提供或將要排出的流體量而與理想的水平的P-Q-特性曲線發生很大的偏差。差分元件5檢測在壓力估計值Pm與壓力實際值Pa 之間的壓差並且將調節偏差d提供給倍增器，以用於利用加權函數7對調節偏差d進行加權，利用該加權函數使得調節偏差d倍增或計算成經過加權的調節偏差dw。在倍增器6中的這個加權函數7具有導通寬度，該導通寬度又通過體積流量估計9 藉助於例如特性曲線族10進行調整，因此取決於體積流量的寬度這樣狹窄地選擇，從而使得大的信號變化以及與其相聯繫的振蕩激勵的危險減小或者被抑制。這種經過加權的調節偏差dw被輸送至控制器8，該控制器相應地修改額定壓力值 &。n。同時，通過「抗飽和」模塊11對控制器8進行保護，以防止在響應控制信號限制的情況下可能存在的控制器-I分量的「失控」，該模塊包括比例元件14和限制器12，以及在它們之間布置的連接點13，其中經過加權的調節偏差通過另一個連接點15被輸送至控制器 8。這樣被保護的調節輸出信號Ur被輸送至電流末級(Stromendstufe) 20。圖2示出了在圖4中示出的可控制的限壓閥3的接口 A和B之間的壓差Δ Pab=Pa-Pb 與流過閥的體積流量Q的相互關係的示意性的圖表。這種相互關係在首先為0. 81/min的體積流量Q中調節到IOObar的壓差APab的實例中進行說明。從該調整點Q=O. 81/min出發，在等壓特性中伴隨著在箭頭方向a上增加的或在箭頭方向b上減小的體積流量而得出了顯著變大的調節偏差，控制器對該調節偏差進行調節。這表明，加權函數必須相對於上述的條件這樣設計，即至少使得各自的調節偏差通過。從所選擇的調整點出發，導通寬度必然隨著增大的間距而變大。圖3以圖3A和;3B示出了示例性的加權函數f (d)和所屬的產生的經過加權的調節偏差dw = f (d) ^ d的示意性的圖表。圖3A示出了可能的加權函數f (d)的實例。適合的加權函數f (d)原則上在於以下特性
f (d)=0，
f (d)對於d=0具有最大值，並且
對於「其他(grofie)」d來說，f (d)的值始終處於最大值之下。當然應該避免在加權函數中的不連續位置，這是因為不連續在加權的響應中可能導致調節迴路的不必要的振蕩激勵。因此特別有利的是應用這種加權函數，其這樣選擇，如在圖3A的實例中所示地那樣，即經過加權的調節偏差dw = f (d) ^ d，並且儘可能對於許多其導數來說不具有由f (d)引起的不連續。在圖3A中示出的示意性的曲線
利用限定，其中η在這個實施方式中是4並且D作為
導通寬度優選地在5=D=80之間，以及在所示出的加權曲線a中D=IO並且在加權曲線 b 中 D=20。 圖;3B利用曲線a和b示出了在相應的調節偏差d的情況下經過加權的調節函數 dw從屬於在圖3A中示出的加權函數f (d)的對應關係。
權利要求
1.一種用於調節壓力介質的壓力的電動液壓的壓力調節裝置，所述壓力調節裝置包括比例壓力閥(3)和調節迴路結構(1 )，其中所述調節迴路結構(1)具有-控制線路，通過所述控制線路從壓力額定值(ups。n)出發將控制量(Uk)輸送至所述比例壓力閥(3)的控制輸入端，-壓力傳感器，所述壓力傳感器檢測在所述比例壓力閥(3)的接口(A)上的壓力實際值(PA)，-壓力閥的系統模型(4)，所述系統模型將壓力估計值(Pm)分派給壓力額定值(UPs。n)，-差分元件(5)，所述差分元件作為在所述壓力估計值(Pm)與所述壓力實際值(Pa)之間的差值確定調節偏差(d)，其特徵在於，-加權元件(6)，所述加權元件對所述調節偏差(d)進行加權並且因此確定經過加權的調節偏差(dw)，-控制器(8)，所述控制器在運行中根據所述經過加權的調節偏差(dw)在所述經過加權的調節偏差(dw)的最小化的意義上修改所述控制線路上的信號，其中所述加權元件(6)這樣設定，即較大的調節偏差與較小的調節偏差相比更大程度地削弱。
2.根據權利要求1所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於，所述加權元件(6)使得超過參數化的導通寬度的調節偏差(d)被掩蔽或強烈地削弱，優選到至少1/2或1/10或1/e。
3.根據權利要求2所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於，所述加權元件(6)設定用於，在運行中根據導通控制信號(Qs)改變所述導通寬度。
4.根據權利要求3所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於，所述導通控制信號 (Qs)這樣確定，即所述導通控制信號代表經過所述比例壓力閥(3)的體積流量(Q)；特別地藉助於估計元件(9)獲得所述導通控制信號( )，所述估計元件從所述壓力實際值(Pa)和所述控制量(Uk)出發作為所述體積流量(Q)的估計值確定所述導通控制信號(Qs)。
5.根據權利要求4所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於，體積流量估計作為特性曲線族(10)或者對所述特性曲線族(10)逼近的函數(Q ( PA))實現。
6.根據前述權利要求中任一項所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於，所述加權元件(6)的特徵在於加權函數f (d)，所述加權函數具有下面的特徵f (d)=0，f (d)對於d=0具有最大值，並且對於「其他」 d來說，f (d)的值始終處於最大值之下。
7.根據前述權利要求中任一項所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於， 所述加權元件(6)通過所述加權函數f(d) = -(d/D)"限定，其中η優選地是4並且D作為導通寬度優選地在5=D=80之間。
8.根據前述權利要求中任一項所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於，在所述壓力調節裝置(1)中設有抗飽和模塊(11)，用於在響應控制信號限制的情況下對控制器 (8)的I分量進行限制。
9.根據權利要求8所述的電動液壓的壓力調節裝置，其特徵在於，所述抗飽和模塊 (11)具有限制器(12)和通過連接點(13)在後面連接的比例元件(14)，其輸出信號通過另一個差分元件(15)與控制器輸入端(16)相連接。
10.一種用於在電動液壓的壓力調節裝置中調節壓力的方法，其中所述壓力調節裝置具有比例壓力閥(3)，所述比例壓力閥對壓力額定值(UPs。n)產生反應，並且其中為了基於理想化的系統模型(4)對調節偏差(d)進行調節而執行下面的方法步驟-通過控制線路從壓力額定值(&。n )出發將控制量(Uk)輸送至所述比例壓力閥(3 )的控制輸入端，-藉助於壓力傳感器檢測在所述比例壓力閥(3)的接口(A)上的壓力實際值(PA)，-藉助於壓力閥的系統模型(4)將壓力估計值(Pm)分派給所述壓力額定值(UPs。u)，-藉助於差分元件(5)作為在所述壓力估計值(Pm)與所述壓力實際值(Pa)之間的差值確定調節偏差(d)，-通過加權元件(6)確定經過加權的調節偏差(dw)，所述加權元件對所述調節偏差(d) 進行加權，-藉助於控制器修改所述控制線路上的信號，使得所述經過加權的調節偏差(dw)最小化，-其中所述加權元件(6)這樣設定，即較大的調節偏差與較小的調節偏差相比更大程度地削弱。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，為了確定體積流量(Q)，存儲了特性曲線族(10)或者對所述特性曲線族(10)逼近的函數。
12.根據權利要求10或權利要求11所述的方法，其特徵在於，在響應控制信號限制的情況下，通過所述壓力調節裝置(1)中的「抗飽和」模塊(11)對控制器(8)的I分量進行限制。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，在所述「抗飽和」模塊(11)中，通過連接點(13)在限制器(12)後面連接了比例元件(14)，其輸出信號通過另一個差分元件(15) 被輸送至控制器輸入端(16)。
全文摘要
電動液壓的壓力調節裝置和用於調節壓力的方法。電動液壓的壓力調節裝置包括比例壓力閥和調節迴路結構。調節迴路結構具有控制線路，通過該控制線路從壓力額定值出發將控制量輸送至比例壓力閥的控制輸入端。壓力傳感器檢測在比例壓力閥的接口上的壓力實際值。壓力閥的系統模型將壓力估計值分派給壓力額定值，並且差分元件作為在壓力估計值與壓力實際值之間的差值確定調節偏差。加權元件對調節偏差進行加權並且因此確定經過加權的調節偏差。控制器在運行中根據經過加權的調節偏差進行修改，並且根據經過加權的調節偏差的最小化的意義上修改控制線路上的信號。加權元件這樣設定，即較大的調節偏差與較小的調節偏差相比更大程度地削弱。
文檔編號G05D16/20GK102193564SQ20111005205
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月4日 優先權日2010年3月6日
發明者肖佩爾 G., 格哈特 R. 申請人:羅伯特·博世有限公司