CN104235014B - 电动泵的转速调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电动泵的转速调节方法，包括：根据发动机的工况需求确定电动泵的转速调节的传递函数；根据传递函数调节多个状态点的参数，以使所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间；根据传递函数确定一阶惯性环节的阶跃响应曲线；根据一阶惯性环节的阶跃响应曲线解析指令曲线；根据发动机的全工况的调节特性，依据指令曲线对多个状态点中不满足要求的状态点的参数进行调整直至满足发动机的全工况的调节特性。本发明还提出了一种电动泵的转速调节系统。根据本发明实施例的电动泵的转速调节方法，易于在工程上实现，同时可有效保证转速调节的品质和一致性。本发明还提出了一种电动泵的转速调节系统。

Description

电动泵的转速调节方法及系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种电动泵的转速调节方法及系统。

背景技术

电动泵，尤其是电动齿轮泵，作为一种常用的供油调节装置，随着电机及其驱动技术的发展，得到越来越多的关注，其以电能作为能量传递方式，传递方便，安装位置较为灵活；其供油量可通过改变与燃油泵相连的电机的转速直接调节，不受发动机转速影响，输出的燃油全部供给发动机，无需回油，能源利用率高，且结构简单、调节方便。通常，电动泵在快速性、准确性、稳定性等调节品质方面都有很好的表现，但对与某些要求更为苛刻的场合，对其全工况条件下调节特性的一致性也有要求，常见的是希望电动泵全工况下为时间常数一定的一阶惯性环节。

通常要求电动泵产品具有较快的调节时间，同时保证超调量在全工况范围内不大于3％，而电动泵系统其结构图如图3所示，其传递函数是二阶系统，标准形式为： $G_u\left(s\right)=\frac{K_T}{R_a{B}_v+K_e{K}_T}\frac{{\mathrm{\ω}}_n^2}{(s^2+2\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_{n}s+{\mathrm{\ω}}_n^2)},$ 式中：K_t——转矩系数；

R_a——电枢电阻；L_a——电枢电感；K_e——反电动势系数；J——转动惯量； ${\mathrm{\ω}}_n=\frac{B_a{B}_v+K_e{K}_T}{L_{a}J}$ ——二阶系统自然频率； $\mathrm{\ξ}=\frac{1}{2}\frac{R_{a}J+L_a{B}_v}{\sqrt{L_{a}J}\sqrt{B_a{B}_v+K_e{K}_T}}$ ——二阶系统阻尼比；对于二阶系统本身，其典型阶跃响应曲线如图4所示，众所周知，二阶系统通过PID等方法校正，在一个工作点使调节时间和超调量等同时满足要求，是可以实现的；但对于电动泵来说，其负载特性、电机效率、泵头效率在不同的工况下是不一样的，在全工况条件下，采用相同的调节参数，同时保证电动泵调节特性的品质和一致性是较难的。常用的转速调节方法，通常通过分段调节产品主要状态点的PID调节参数，或者采用模糊控制等方法来实现调节特性的品质和一致性，但是这些方法需要调节大量的参数，在工程上实现需要较长的调试周期，工程上工作量大，并且参数的自适应方面也有一定的局限性。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电动泵的转速调节方法。该方法易于在工程上实现，同时可有效保证转速调节的品质和一致性。

本发明的另一个目的在于提出一种电动泵的转速调节系统。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种电动泵的转速调节方法，包括以下步骤：根据发动机的工况需求确定所述电动泵的转速调节的传递函数，其中，所述传递函数为一阶惯性环节，所述传递函数为：根据所述传递函数调节多个状态点的参数，以使所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，所述第一预设时间与所述传递函数相关联；根据所述传递函数确定所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线；根据所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线解析指令曲线，具体包括：以固定步长Δt，根据函数n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀解析所述指令曲线，其中，当初始转速为n₀、阶跃值为A，阶跃起始时间为时间原点0时，t＝i·Δt时，所述指令曲线为：n_ref＝A(1-e^-i·Δt/T)+n₀；根据发动机的全工况的调节特性，依据所述指令曲线对所述多个状态点中不满足要求的状态点的参数进行调整直至满足所述发动机的全工况的调节特性，实现发动机在全工况下的转速调节和品质的一致性。

根据本发明实施例的电动泵的转速调节方法，在参数调节方面，着重关注调节时间，将超调量放在一个次要的位置，从而有效降低调节难度。参数的自适应性强，产品特性变化不大的情况下，仍可保证产品对外表现的调节特性的一致性。另外，该方法参数调节方便、自适应性强，在工程上易于实现，具有很强的工程应用价值，有效保证转速调节的品质和一致性。

另外，根据本发明上述实施例的电动泵的转速调节方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线为：n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀。

在一些示例中，所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，满足如下公式：T_i<T/3，其中，T_i为所述多个状态点的调节时间常数。

本发明第二方面的实施例公开了一种电动泵的转速调节系统，包括：传递函数确定模块，用于根据发动机的工况需求确定所述电动泵的转速调节的传递函数，其中，所述传递函数为一阶惯性环节，所述传递函数为：调节模块，用于根据所述传递函数调节多个状态点的参数，以使所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，所述第一预设时间与所述传递函数相关联；阶跃响应曲线确定模块，用于根据所述传递函数确定所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线；指令曲线确定模块，用于根据所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线解析指令曲线，具体包括：以固定步长Δt，根据函数n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀解析所述指令曲线，其中，当初始转速为n₀、阶跃值为A，阶跃起始时间为时间原点0时，t＝i·Δt时，所述指令曲线为：n_ref＝A(1-e^-i·Δt/T)+n₀；转速调节模块，用于根据发动机的全工况的调节特性，依据所述指令曲线对所述多个状态点中不满足要求的状态点的参数进行调整直至满足所述发动机的全工况的调节特性，实现发动机在全工况下的转速调节和品质的一致性。

根据本发明实施例的电动泵的转速调节系统，在参数调节方面，着重关注调节时间，将超调量放在一个次要的位置，从而有效降低调节难度。参数的自适应性强，产品特性变化不大的情况下，仍可保证产品对外表现的调节特性的一致性。另外，该系统参数调节方便、自适应性强，在工程上易于实现，具有很强的工程应用价值，有效保证转速调节的品质和一致性。

另外，根据本发明上述实施例的电动泵的转速调节系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线为：

n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀。

在一些示例中，所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，满足如下公式：T_i<T/3，其中，T_i为所述多个状态点的调节时间常数。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的电动泵的转速调节方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的电动泵的转速调节系统的结构框图；

图3是一种电动泵系统的结构示意图；以及

图4是一种典型阶跃响应曲线的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的电动泵的转速调节方法及系统。

图1是根据本发明一个实施例的电动泵的转速调节方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的电动泵的转速调节方法的原理为：着重考虑电动泵转速的调节时间，从而保证转速调节足够快，将超调量放在一个次要考虑的位置，通过将阶跃指令按一阶惯性环节、以一定的时间步长解析成不同的小阶跃过程，对于一节惯性环节，其超调量相对于阶跃值成正比关系，则小阶跃过程的超调量相对于整个过程较小，从而达到抑制超调的作用。结合图1所示，本发明实施例的电动泵的转速调节方法，包括如下步骤：

步骤S101：根据发动机的工况需求确定电动泵的转速调节的传递函数，其中，传递函数为一阶惯性环节，传递函数为：即了解工程需求，确定传递函数，一般为一阶惯性环节。

步骤S102：根据传递函数调节多个状态点的参数，以使多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，第一预设时间与传递函数相关联。

其中，多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，满足如下公式：T_i<T/3，其中，T_i为多个状态点的调节时间常数。

也就是说，调节主要状态点参数，使各状态点调节时间常数T_i足够小，一般使T_i<T/3。

步骤S103：根据传递函数确定一阶惯性环节的阶跃响应曲线。作为一个具体的示例，一阶惯性环节的阶跃响应曲线为：n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀。

具体地说，根据传递函数，确定系统阶跃响应曲线，一阶惯性环节阶跃响应曲线为：n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀。

步骤S104：根据一阶惯性环节的阶跃响应曲线解析指令曲线。

具体包括：以固定步长Δt，根据函数n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀解析指令曲线，其中，当初始转速为n₀、阶跃值为A，阶跃起始时间为时间原点0时，t＝i·Δt时，指令曲线为：n_ref＝A(1-e^-i·Δt/T)+n₀。

步骤S105：根据发动机的全工况的调节特性，依据指令曲线对多个状态点中不满足要求的状态点的参数进行调整直至满足发动机的全工况的调节特性，实现发动机在全工况下的转速调节和品质的一致性。

也就是说，校验全工况调节特性，对不满足点调节其调节参数，只到全工况满足调节特性要求为止。

根据本发明实施例的电动泵的转速调节方法，在参数调节方面，着重关注调节时间，将超调量放在一个次要的位置，从而有效降低调节难度。参数的自适应性强，产品特性变化不大的情况下，仍可保证产品对外表现的调节特性的一致性。另外，该方法参数调节方便、自适应性强，在工程上易于实现，具有很强的工程应用价值，有效保证转速调节的品质和一致性。

图2是根据本发明一个实施例的电动泵的转速调节系统的结构框图。如图2所示，根据本发明一个实施例的电动泵的转速调节系统200，包括：传递函数确定模块210、调节模块220、阶跃响应曲线确定模块230、指令曲线确定模块240和转速调节模块250。

其中，传递函数确定模块210用于根据发动机的工况需求确定电动泵的转速调节的传递函数，其中，传递函数为一阶惯性环节，传递函数为：调节模块220用于根据传递函数调节多个状态点的参数，以使多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，第一预设时间与传递函数相关联，具体而言，多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，满足如下公式：T_i<T/3，其中，T_i为多个状态点的调节时间常数。阶跃响应曲线确定模块230用于根据传递函数确定一阶惯性环节的阶跃响应曲线，其中，一阶惯性环节的阶跃响应曲线为：n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀。指令曲线确定模块240用于根据一阶惯性环节的阶跃响应曲线解析指令曲线，具体包括：以固定步长Δt，根据函数n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀解析指令曲线，其中，当初始转速为n₀、阶跃值为A，阶跃起始时间为时间原点0时，t＝i·Δt时，指令曲线为：n_ref＝A(1-e^-i·Δt/T)+n₀。转速调节模块250用于根据发动机的全工况的调节特性，依据指令曲线对多个状态点中不满足要求的状态点的参数进行调整直至满足发动机的全工况的调节特性，实现发动机在全工况下的转速调节和品质的一致性。

需要说明的是，本发明实施例的系统的具体实现方式与方法部分的具体实现方式类似，为了减少冗余，不做赘述。

根据本发明实施例的电动泵的转速调节系统，在参数调节方面，着重关注调节时间，将超调量放在一个次要的位置，从而有效降低调节难度。参数的自适应性强，产品特性变化不大的情况下，仍可保证产品对外表现的调节特性的一致性。另外，该系统参数调节方便、自适应性强，在工程上易于实现，具有很强的工程应用价值，有效保证转速调节的品质和一致性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种电动泵的转速调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据发动机的工况需求确定所述电动泵的转速调节的传递函数，其中，所述传递函数为一阶惯性环节，所述传递函数为：其中，T为惯性环节的时间常数；

根据所述传递函数调节多个状态点的参数，以使所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，所述第一预设时间与所述传递函数相关联；

根据所述传递函数确定所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线；

根据所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线解析指令曲线，具体包括：以固定步长Δt，根据函数n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀解析所述指令曲线，其中，A为阶跃值，T为系统的时间常数，n₀为初始转速，当阶跃起始时间为时间原点0时，t＝i·Δt时，所述指令曲线为：n_ref＝A(1-e^-i·Δt/T)+n₀，其中i为状态点的个数，A为阶跃值，T为系统的时间常数，n₀为初始转速；

根据发动机的全工况的调节特性，依据所述指令曲线对所述多个状态点中不满足要求的状态点的参数进行调整直至满足所述发动机的全工况的调节特性，实现发动机在全工况下的转速调节和品质的一致性。

2.根据权利要求1所述的电动泵的转速调节方法，其特征在于，所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线为：n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀。

3.根据权利要求1或2所述的电动泵的转速调节方法，其特征在于，所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，满足如下公式：T_i＜T/3，其中，T_i为所述多个状态点的调节时间常数。

4.一种电动泵的转速调节系统，其特征在于，包括：

传递函数确定模块，用于根据发动机的工况需求确定所述电动泵的转速调节的传递函数，其中，所述传递函数为一阶惯性环节，所述传递函数为：其中，T为惯性环节的时间常数；

调节模块，用于根据所述传递函数调节多个状态点的参数，以使所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，所述第一预设时间与所述传递函数相关联；

阶跃响应曲线确定模块，用于根据所述传递函数确定所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线；

指令曲线确定模块，用于根据所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线解析指令曲线，具体包括：以固定步长Δt，根据函数n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀解析所述指令曲线，其中，A为阶跃值，T为系统的时间常数，n₀为初始转速，当阶跃起始时间为时间原点0时，t＝i·Δt时，所述指令曲线为：n_ref＝A(1-e^-i·Δt/T)+n₀，其中i为状态点的个数，A为阶跃值，T为系统的时间常数，n₀为初始转速；

转速调节模块，用于根据发动机的全工况的调节特性，依据所述指令曲线对所述多个状态点中不满足要求的状态点的参数进行调整直至满足所述发动机的全工况的调节特性，实现发动机在全工况下的转速调节和品质的一致性。

5.根据权利要求4所述的电动泵的转速调节系统，其特征在于，所述一阶惯性环节的阶跃响应曲线为：n_ref(t)＝A(1-e^-t/T)+n₀。

6.根据权利要求4或5所述的电动泵的转速调节系统，其特征在于，所述多个状态点的调节时间常数小于第一预设时间，其中，满足如下公式：T_i＜T/3，其中，T_i为所述多个状态点的调节时间常数。