CN102778359B - 用于在内燃机上的动态试验任务的试验台以及用于运行这种试验台的方法 - Google Patents
用于在内燃机上的动态试验任务的试验台以及用于运行这种试验台的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于在内燃机上的动态试验任务的试验台，具有驱动和/或加载装置、优选电驱动和/或加载装置，所述驱动和/或加载装置与控制装置耦合，该控制装置用于适配和控制转速和转矩特性的设定值。对于这种试验台，为了由转速和转矩特性决定的设定值能够为相应的试验任务被优化地适配和控制并且能够被以尽可能好的方式在试验台上复制，所述控制装置能够被适配成在调整权重方面从转速主导的控制调整为转矩主导的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃机上的动态的试验任务的试验台，其包含驱动和/或加载装置、优选电驱动和/或加载装置，所述驱动和/或加载装置与控制装置耦合，该控制装置用于适配和控制转速和转矩特性的设定值，本发明还涉及一种用于运行用于在内燃机上的动态试验任务的、具有至少一个驱动和/或加载单元的试验台的方法，其中，通过驱动和/或加载单元调节内燃机的至少两个变量、优选转速和转矩的特性的设定值。
背景技术
动态发动机试验台的高动态的和现代的控制装置能够几乎完美地跟踪任意给定的转速和转矩特性。然而，这只有在驱动装置、即内燃机和动力制动器的控制功率足够时才可能。但控制功率往往是受限的，这导致可能的特性的受限。由于在试验台上存在两个驱动装置，所以可控制两个输出变量，其通常是转速和转矩。转速是指动力制动器的转速或内燃机的转速。转矩是指内燃机在曲轴上输出的力矩或轴转矩或者说载荷力矩。如果现在给定变量的特性，其基于受限的控制功率不可再被调节到，则必须这样改变这些特性，使得其可再次在试验台上得以实现。
当限制试验台中的调节变量时，反馈调节可能导致“wind up”效应。该效应可表现为闭合的调节回路中提高的过调或高的振荡趋势并导致调节性能的损失。出于这个原因引入anti-wind-up结构，其应防止wind up效应。这种控制器补充早已得到应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的任务在于提供一种试验台以及一种运行该试验台的方法，利用该试验台和方法，由转速和转矩特性决定的设定值能够为相应的试验任务被优化地适配和控制并且能够被以尽可能好的方式在试验台上复制。
为了解决该任务，根据本发明的试验台的特征在于，所述控制装置能够被适配成在调整权重方面从转速主导的控制调整为转矩主导的控制。
有利的是，为此将控制装置与用于调整权重的操作元件连接。
根据一种优选的实施方式规定，所述操作元件通过图形用户界面来实现。
本发明的另一种实施方式规定，所述控制装置能够被适配成无级地调整权重。
为了解决开头所提任务，所述方法的特征在于，所述控制装置将可供使用的控制功率根据可给定和可改变的权重分配到内燃机和驱动和/或加载单元上。
有利的是，在此规定：当控制需求超过一个做工机械的储备功率时，则将一个在其功率极限上工作的做工机械的储备功率根据可给定和可改变的权重用于辅助另外一个做工机械。
根据一种优选的方法方案规定，监控做工机械的功率极限的达到并且在超过功率极限之前这样改变其中至少一个变量的设定值，使得两个做工机械保持在功率极限之内。
当然也可规定：这样改变两种设定值，使得控制装置根据给定的权重分配可供使用的控制功率。
有利的是，在此除了与期望的特性适配之外，也同时自动计算为此所需的用于精确跟踪该改变的特性的调节变量。
根据本发明的一种特别有利的方案，还设置anti-wind-up结构（anti-wind-up structure），其中，利用在由控制器输出的值和允许值之间的差值的反馈，以便根据可给定和可改变的权重将控制功率分配到内燃机和驱动和/或加载单元上。
附图说明
接下来借助附图详述本发明。
图1示出在试验台系统的功率极限之外的工作点变化的两个图表，图2示出表征控制器性能的图表，并且图3为用于试验台的具有anti-wind-up结构的控制装置的示意图。
具体实施方式
在试验台上设置至少一个加载机器（多数情况下为通过变频器馈电的异步电动机），其与试件、即内燃机通过弹性轴耦合。输入变量在驱动侧为油门并且在加载侧为电机的（正或负的）加载力矩额定值。两个由此产生的转矩的组合通过惯性和阻力设定有效转速。
现在，发动机应当在试验台上在希望的工作点上运行，该工作点在绝大多数情况下以转速和发动机力矩的组合来表示。在此特别重要的是设定工作点时的动态性和精度。衡量动态性和精度的一个标准是性能，其被定义为在基准信号和基准变量的实际值之间的倒数的均方差，其此外与标准性能成比例。在此标准性能是基准信号和基准变量的实际值之间的倒数的均方差，其可借助所利用的试验台配置达到。
对于测量的性能而言，主要是待模拟的转速基准和转矩基准的频率分配、内燃机的动态极限、试验站硬件即主要是制动机和传动轴的限制以及这些极限的利用是决定性的，为此负责的主要是试验台控制装置。由于可自由选择用于转速特性和转矩特性的设定值，所以无法总是立即清楚这些设定值是否能借助特定的试验设置以希望的精度实施。但重要的是，所述机器在试验期间在性能极限之内运行，否则试验可能会产生误导或者可能试验台控制器看似无法正常工作。
如应当在尽可能短的时间内、即在利用两个机器的性能极限的情况下改变工作点，则基本上存在两种极端。有可能精确模仿转速特性，为此两个机器必须在相同方向上以最大力矩（也就是说在性能极限上）来驱动，由此不可再调节转矩。或者有可能精确模仿转矩特性，并且相应的转矩可极快地通过轴的旋转调整出，这通过转速差的发展来确定。因此，为了使转速差保持正确，两台机器上的转速必须协调地增大，在此较慢的发动机限制地起作用。
在图1中示出这种工作点变化以及两种极端情况。连续的线应为希望的特性，但其不可实现，这主要是因为发动机过慢。自由度的数量因发动机受限而减少。较快的动力制动器不能同时校正两个变量。
但现在借助控制装置—其能够在调整权重方面从转速主导的控制调整为转矩主导的控制—可改变两个变量之间的权重。对于针对转速的调节来说，动力制动器的储备用于尽可能好地跟踪给定的转速。这会牺牲实际的转矩特性，如图1中的点划线所示。同样，当动力制动器的储备用于尽可能好地调节转矩时，则不利于转速调节，如图中以虚线示出的特性。优选权重可无级地调整，但亦能以固定给定的梯度进行，为此控制装置配备用于调整权重的操作元件。当然该操作元件也可通过图形用户界面来实现、例如显示为滑动式控制器，借助其可进行从转速主导的调节向转矩主导的调节的无级的权重调整。除了与期望的特性适配之外，优选也同时自动计算为此所需的用于精确跟踪该改变的特性的调节变量。
图2中所示的线表示对于图1中所示工作点变化而言可最好实现的控制器性能。根据用于调整权重的操作元件的位置可达到灰线上的一个点，也就是说获得小的转矩误差、小的转速误差或混合值。优选在实施离线识别后自动计算试验台的性能极限。
反馈元件确保在控制试验台时的必要的鲁棒性和稳定性，反馈元件优选被自动计算并且与滑动式控制器的权重相协调。通过在试验台上的上述调节变量限制，可能在反馈控制中出现“Wind up”效应，该效应表现为闭合的调节回路中提高的过调或大的振荡趋势并导致调节性能的损失。因此存在被称为控制器补充的anti-wind-up结构。输入端的内部耦合项（例如内燃机的油门和动力制动器的给定力矩）导致一个输入端影响系统的两个输出端、即例如既影响内燃机或动力制动器的转速又影响内燃机在曲轴上的转矩或轴转矩（加载力矩）。
但也可在anti-wind-up调节中巧妙地利用这种耦合。图3示意性示出一种可能的anti-wind-up结构，其中，以来表示受限的调节变量。该结构的一个重要特征是在由控制器输出的值和允许值之间的差值的反馈。虚线框架中的部分的精确设计在调节变量受限的情况下对于调节回路的表现来说是非常重要的。
这样构造该部分，使得在一个输入端受限的情况下，另一个输入端用于即使在受限的情况下也相应地确保性能。因此能够以一个尚未受限的输入端辅助另一个输入端。未受限的调节变量因此用于维持控制器性能。该过程也可无级地通过调节按钮或者根据软件通过GUI来调整。通过限定一个输入端，可使性能从一个调节变量向另一个调节变量转移，这在原始的不受限的调节回路中是不希望的。anti-wind-up结构现在应能够使在受限情况下减小的性能根据权重返回原始的调节变量。优选在短暂的识别后自动计算和调整为此设置的算法。
特别有利的是为试验台操作者自动生成报警信号，当操作者规定不能被试验台配置所实施且因此可能是不实际的特性时。除报警信号外，在此也可显示哪一个做工机械在极限上工作的信息。
Claims (9)
1.用于在内燃机上的动态的试验任务的试验台，其包含电驱动和/或加载装置，所述电驱动和/或加载装置与控制装置耦合，该控制装置用于适配和控制转速的和转矩特性的设定值，所述控制装置能够被适配成在调整权重方面从转速主导的控制调整为转矩主导的控制，并且所述控制装置与用于调整权重的操作元件连接。
2.根据权利要求1的试验台，其特征在于，所述操作元件通过图形用户界面来实现。
3.用于运行具有至少一个驱动和/或加载单元的、用于在内燃机上的动态的试验任务的试验台的方法，其中，通过驱动和/或加载单元控制内燃机的至少两个变量的特性的设定值，其特征在于，控制装置将可供使用的控制功率根据可给定和可改变的权重分配到内燃机和驱动和/或加载单元上。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，当控制需求超过一个做工机械的储备功率时，根据所述可给定和可改变的权重将一个在其功率极限上工作的做工机械的储备功率用于辅助另外一个做工机械。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于，监控各做工机械的功率极限的达到并且在超过功率极限之前这样改变其中至少一个变量的设定值，使得两个做工机械都保持在功率极限之内。
6.根据权利要求3的方法，其特征在于，这样改变两种设定值，使得控制装置根据给定的权重分配可供使用的控制功率。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，除了与期望的特性适配之外，也同时自动计算为此所需的用于精确跟踪该改变的特性的调节变量。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，设置anti-wind-up结构，其中，利用由控制器输出的值和允许值之间的差值的反馈来将控制功率根据所述可给定和可改变的权重分配到内燃机和驱动和/或加载单元上。
9.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述两个变量是转速和转矩。
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