CN106133327B - 用于确定泵组的液压工作点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于通过分析液压参量与机械或电气参量(Mist、Pel、nist)的关联由机械或电气参量(Mist、Pel、nist)确定在可预定转速的情况下运行的泵组(1)的第一液压参量的方法。在此，这样以确定的频率(f)的周期性的激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))加载泵组(1)的调整参量，使得调制第二液压参量。于是在使用所述关联的情况下，由所述机械或电气参量(Mist(t)、Pel(t)、nist(t))作为对激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))的系统响应(X(t))确定第一液压参量的当前的值。本发明此外涉及一种泵电子装置和一种泵组，它们设置用于实施所述方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过分析一方面液压参量和另一方面机械或电气参量的关联由机械的和/或电气的参量确定在可预定转速的情况下运行的泵组的第一液压参量的方法。此外，本发明涉及一种泵控制装置以及装备有泵控制装置的泵组，以用于实施所述方法。
背景技术
在泵组中的液压工作点通常通过体积流量和扬程或由泵施加的压差定义。所述工作点在所谓的HQ图表中描述，其中关于体积流量绘出扬程或压差。存在用于泵组的大量的调节和控制方法，其影响、尤其是沿可预先确定的特性曲线调节液压参量。这样例如特性曲线调节是常见的，其中确定的扬程对于每个体积流量保持恒定，即所谓的Δp-c调节。另一种已知的调节沿特性曲线进行，所述特性曲线定义扬程和体积流量之间的线性的关系，即所谓的Δp-v调节。
在这里对于泵调节必需的是，识别体积流量和/或扬程或压差。在最简单的情况中可以使用传感器，例如用于确定体积流量的流量传感器或用于确定压差的压差传感器，由其然后可以计算扬程。然而这样的传感器提高泵组的制造价格。因此需要对其放弃。
除了测量之外，也可以计算上由一个或多个对于泵组关于其控制或调节已知的参量来确定液压参量，尤其是在使用与寻求的液压参量的自然存在的物理关系的情况下。该关系可以以数学的形式存储在泵组的控制或调节器件中。所述计算例如可以由电功率消耗(马达功率或电网输入功率)进行，其由电流和电压的乘积产生。这是对于泵组已知的量，因为电流和电压分别按照泵组的需要的理论转速由转速控制或调节器件、尤其是变频器预定。此外利用电的器件测量电流和电压特别简单。
在泵组的制造商方面于是可以测量功率特性曲线簇。也就是说，用于选择的转速在多个体积流量时确定功率消耗。这些值例如可以在表中彼此配置并且存储在泵组的控制或调节器件中。备选于所述表，可以由在设备方面确定的或测量的值确定数学函数(例如多项式)，所述函数说明在确定的转速时体积流量和功率之间的关系。所述函数于是可以备选或附加于所述表存储在调节或控制器件中。
这样的函数例如可以对于每个转速单独形成和使用，从而整个功率特性曲线簇通过函数的群说明。备选地，可以使用唯一的函数，所述函数将三个参量：功率、转速和体积流量相互关联。使用函数代替表具有优点，即，只必需少的存储空间，因为不必存储大量的测量数据。然而在此不利的是，函数的分析要求计算能力。附加于表使用函数具有优点，即，可以进行可信度试验和必要时对由表和函数确定的值求平均。
如果功率消耗和转速已知，则于是可以由表或对应的函数确定体积流量。由此于是可以由通过泵特性曲线计算扬程，从而获得泵组的工作点。
图1示出在泵组中接收的电功率和体积流量Q之间的关系。示出用于不同的转速的四个功率特性曲线，其中最下面的曲线配置给最小的使用的转速并且处于最上面的功率特性曲线配置给最高的使用的转速。功率特性曲线阐明，在上面的体积流量范围内存在特性曲线变化的双义性，因为特性曲线随着增加的体积流量持续升高至最大值，然而在体积流量进一步增加时再次下降。这样例如在最高的转速时不仅在Q1＝12m3/h时而且在Q2＝16m3/h时存在大约250W的相同的功率消耗。因此通过分析所述表或函数，从确定的功率出发不可以轻易地推断出体积流量。因此所述功率分配的方法只在运行范围的受限制的范围内可使用。
功率特性曲线的双义性的问题可以如下绕过，即，只考虑功率特性曲线的左边的部分，即小于在功率特性曲线的最大值时存在的体积流量的体积流量。这表示，泵组的液压系统在该情况中这样设计，使得在设置的运行范围内，功率总是只持续上升并且最大的体积流量在功率具有其最大值的地方也存在。
这另一方面表示，液压的效率在运行范围的右边的边缘上具有其最大值(BEP最佳效率电)并且因此部分负载效率在体积流量小时是低的。然而对于在典型的泵应用中的高的总效率，高的部分负载效率远重要于高的满载效率，因为泵组典型地只很少在满载时运行。对于该情况计算“能效指数(EEI)”、用于泵组的效率的重要的特征量是符合的。用于优化的分析(EEI)，有利地将BEP置于平均的体积流量的范围内，因为泵组的工作点正是非常经常处于这里。但在该区域中由功率直接确定体积流量不再可能。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种用于确定泵组的液压参量的方法，使得在没有用于液压参量的传感器的情况下够用并且不限制泵组的控制或调节。
该任务通过按照本发明的方法以及按照本发明的泵电子装置解决。本发明涉及一种用于通过分析液压参量与机械或电气参量的关联由机械或电气参量确定在可预定的转速中运行的泵组的第一液压参量的方法，其特征在于，以确定的频率的周期性的激励信号加载泵组的调整参量，使得调制第二液压参量，并且在使用所述关联的情况下，由所述机械或电气参量作为对激励信号的系统响应来确定第一液压参量的当前的值。此外，本发明涉及一种用于控制和/或调节泵组的理论转速的泵电子装置，其特征在于，所述泵电子装置设置用于实施按照本发明所述的方法。
按照本发明，提出一种用于通过分析一方面液压参量与另一方面机械或电气参量的关联由机械的和/或电气的参量确定在可预定转速的情况下运行的泵组的第一液压参量的方法，在所述方法中，以确定的频率的周期性的激励信号这样加载泵组的调整参量，使得调制第二液压参量，其中，在使用所述关联的情况下，由所述机械或电气参量作为对激励信号的系统响应来确定第一液压参量的当前的值。
该解决方案解决了在所述参量的关联中的多义性。所述解决方案在使用对于其可供使用的信息的情况下、即通过至少一个电气的和/或机械的参量、例如电流、电压、电功率、转矩、转速或机械功率并且在不使用压力或体积流量传感器的情况下对于泵组能够实现对液压工作点的推断，所述工作点例如通过第一和第二液压参量、优选通过体积流量和扬程来定义。
所述泵组可以是电动运行的回转泵、例如在加热系统中的加热泵或在冷却系统中的冷却剂泵。
要指出，“调制”按本发明的意义理解为改变，然而激励信号的类型、高度和速度不以任何方式受限制。此外，只要接着谈到泵组的控制，在该概念下也理解为调节，因为调节仅包含包括确定的参量的反馈的控制。
按照第一实施变型方案，可以由机械或电气参量的交变分量的幅值和/或相位在使用所述关联的情况下确定第一液压参量的当前的值。这表示，首先确定机械或电气参量的交变分量并且确定其幅值或相位。随后使用所述关联，以便由确定的幅值或相位确定液压参量的值。
优选在此不使用用于幅值和相位的绝对的值，而是使用相对的值，所述相对的值参考激励信号。在相位的情况中这表示，确定：系统响应的相位相对于激励信号移动多少度。在幅值的情况中这表示，确定系统响应的交变分量的幅值相对于激励信号的幅值的比例。亦即借助关联对系统响应的分析可以不仅利用绝对的值而且利用相对的值进行。
在本发明的所有实施变型方案中，所述关联可以通过表或至少一个数学函数给出。在第一实施变型方案的情况中，所述表或所述至少一个函数在确定的转速或多个转速时为第一液压参量的每个值或一定数量的值配置交变分量的振幅值或相位值。这能够实现以特别简单的方式确定第一液压参量的当前的值。该配置能在设备方面在泵组的制造商那里实施，其方式为制造商将泵组分别在不同的转速时在加载包括激励信号的调整参量的情况下运行并且在此测量第一液压参量以及测量或由其已知的关联计算交变分量的幅值和相位。这些确定的值于是可以表格式地彼此配置并且存储在泵组的控制器件中。
所述关联的使用于是可以在表的情况中这样进行，使得在与当前的转速对应的转速所处于的行或列中寻求确定的振幅值或相位值。如果找到所述振幅值或相位值或类似值，则可以确定第一液压参量的通过相应的列或行给振幅值或相位值配置的值。
如果代替表使用函数，则所述函数可以针对第一液压参量求解地使用，以便由确定的振幅值或相位值计算第一液压参量的值。如果所述关联通过多个函数给出，所述函数分别对于确定的转速有效，则必须首先确定对于当前的转速有效的函数。然后只需要将振幅值或相位值代入到所述函数中。如果关联与此相对地通过唯一的函数给出，则确定的振幅值或相位值和当前的转速必须代入给所述函数，借此所述函数提供第一液压参量的值。
按照第二实施变型方案，可以形成系统响应与激励信号的频率的相同的或多倍的周期性函数的乘积。随后该乘积的积分在预定的、尤其是有限的积分时间段上计算并且在使用所述关联的情况下由积分的值确定第一液压参量的值。由所述积分的值随后在使用所述关联的情况下确定液压参量的值。
备选于周期性函数，也可以使用机械或电气参量、例如实际转矩、实际转速或泵组的电功率消耗的交变分量。在该情况中，形成系统响应和该交变分量的乘积并且对其积分。然后在使用所述关联的情况下也由所述积分的值确定液压参量的值。
当前的转矩(实际转矩)、当前的转速(实际转速)或当前的电功率消耗可以为此测量或由其他参量计算。测量的值必须必要时首先预处理，例如滤波，然后其适合用于与系统响应相乘。这例如可以通过高通或带通滤波。在系统激励足够大时，交变分量包含主导的固有振动，所述固有振动在其相位和频率方面大致相应于激励信号。积分的结果于是除去比例因数足够准确地相应于以纯数学的周期性函数、例如正弦或余弦函数获得的结果。尤其是该计算的结果可以以惯常的方式与确定的第一液压参量关联并且这样唯一地确定第一液压参量。
液压参量与机械或电气参量的关联也可以在第二实施变型方案中以表或数学函数的形式给出。
例如可以在这样的表中在确定的转速时对一定数量的第一液压参量的值分别配置积分的值。该配置可在设备方面在泵组的制造商那里实施，其方式为，制造商将泵组分别在不同的转速中运行并且在此测量第一液压参量并且如之前所述地或由其他对其已知的关联来计算积分。这些确定的值于是可以表格式地彼此配置并且存储在泵组的控制器件中。
备选于表，在确定的转速时可以通过数学函数为液压参量的每个值分别配置有积分的值或配置积分的值。该配置也首先假设，制造商首先测量泵组，其方式为制造商将泵组分别在不同的转速中运行并且在此测量第一液压参量并且如之前所述地或由其他对其已知的关联来计算积分。然而这些确定的积分值然后不在表中存储。而是寻求如下函数、例如多项式I(Q)，所述函数描述这样的曲线，液压参量的测量的值处于所述曲线上。在此可以对于一定数量的不同的确定的转速分别指定单独的数学函数(多项式)或确定通用的数学函数(多项式)，所述函数描述泵组的整个特性曲线簇，即函数(多项式)I(Q,n)，其说明积分值不仅与第一液压参量(Q)而且与转速(n)的相关性。这也适用于第一实施变型方案。
有利的是，与系统响应相乘的周期性函数是正弦函数。然后可能，由所述表或数学函数直接确定第一液压参量的值，所述值配置给积分的所计算的值或通过数学函数配置给积分的所计算的值，因为正弦函数导致，积分导致关于第一液压参量绘出的值是唯一的。这在图2中说明。
因此可以由将积分值配置给第一液压参量的每个值的表往回确定第一液压参量的给积分的所计算的值所配置的值。因此第二实施变型方案与第一实施变型方案在表方面区分仅在于，代替振幅值或相位值，积分值处于表中。
如果不能进行直接的配置，因为积分值处于两个表值之间，则可以通过对配置给该两个表值的积分值进行插值找到第一液压参量的要配置给计算的积分值的值。这也在第一实施变型方案中是可能的。
此外于是可以在使用数学函数的情况中由该数学函数通过使用所计算的积分值来计算液压参量的值。只要使用分别只对于确定的转速有效的多个数学函数，当然必须预先确定当前的转速有多高，以便然后确定，使用数学函数中的哪个来计算第一液压参量。转速对于泵控制器件例如至少以理论转速的形式已知。
按照另一种实施变型方案，在表或数学函数中代替积分值将机械和/或电气参量的值与第一液压参量的值关联，如其本身在现有技术中已知的。这表示，在这里关联通过表或至少一个数学函数给出，所述表或函数在确定的转速时为第一液压参量的每个值配置机械或电气参量的值。如已经在导言中解释的，在该情况中存在关联的多义性。机械或电气参量的值在此优选是平均值，或换句话说是这样的值，其在没有周期性的激励时存在。
多义性可以解决，其方式为，作为与系统响应相乘的函数使用余弦函数并且使用积分的所计算的值来区别：表的哪部分或数学函数的哪个数值范围用于对于当前的运行点确定第一液压参量的值有效。这能够借助图3示例性地解释。关于系统响应和余弦函数的乘积的积分(在图3中示例性地使用功率作为系统响应)在机械或电气参量作为液压参量的函数具有其最大值的地方具有过零。在这里于是为了确定第一液压参量的值可以考虑计算的积分的值，其中积分值与阈值比较。对于阈值零然后得出在图3中描述的情况，其中可以使用正负号，以便确定，所述表的哪部分或所述数学函数的哪些数值范围针对当前的运行点对于确定第一液压参量的值有效。
如果正负号为负，则只考虑第一液压参量的这样的值，所述值处于第一液压参量的在机械或电气参量具有其最大值时的值之下。否则，即当正负号为正时，只考虑第一液压参量这样的值，所述值处于液压参量的在机械或电气参量具有其最大值时的值之上。必要时也可以使用不同于零的另一个阈值用于解决多义性。
优选以激励信号加载的调整参量是泵组的理论转速或理论转矩，即由泵组的调节尝试来保持在确定的值上的机械的参量。转速或转矩调节在泵组中本身已知。理论转速或理论转矩的周期性的激励是简单的措施，用于实现第二液压参量的调制。
作为第一液压参量例如可以使用泵组的体积流量Q。第二液压参量于是可以合适地是扬程H或压差Δp。后者可以非常简单地调制，其方式为调制泵组的转速或转矩。
优选地，机械参量是由泵组输出的转矩或泵组的实际转速。电气参量例如可以是由泵组接收的电功率Pel或电流。这些参量中的至少一个由于第二液压参量的调制的变化于是作为系统响应来看待。
因此可以使用在激励的调整参量和要分析的系统响应之间的任意的配对。这样例如可以调制理论转速并且分析由此造成的实际转速。代替实际转速，可以考虑输出的转矩或电功率消耗以用于分析。并且代替理论转速的激励可以激励理论转矩并且分析由此造成的实际转速、输出的转矩或电功率消耗。
激励信号理想地是周期性的信号、尤其是正弦信号或包含正弦函数的信号。后者也例如可以是三角形或锯齿信号。
激励信号的频率有利地处于0.01Hz和100Hz之间。当然在频率过小时不利的是整个周期的持续时间，所述持续时间在例如0.01Hz的激励频率时处于1分40秒。周期持续时间越长，则系统的液压阻力并且由此还有泵组的工作点变化的可能性越大，从而使当前的工作点的确定失真。因此激励频率不应该过小。尽管如此，频率基于转子、工作轮和液体的惯性向上设有界限。
激励信号的幅值优选小于转速理论值的25％。所述幅值可以尤其是在转速理论值的0.1％至25％之间。亦即在例如2000U/分钟的理论转速时，±2U/分钟至±500U/分钟的转速波动可以是适合的。
所述激励信号的幅值可以由希望的扬程波动借助于描述泵组的转速和扬程之间的关系的数学方程计算。该方程例如可以由说明扬程H、转速n和体积流量Q之间的静态关系的公式
Hp(Q，n)＝an2-bQn-cQ2 GI.1
确定，其中a、b和c是泵特性曲线的特征量。如果使用用于HP＝H0+fA,H，其中fA,H说明扬程H在静止的扬程H0附近的希望的波动，则得出：
H0+fA，H＝an2-bQn-cQ2
亦即对于Q＝0适用：
只要应该达到扬程H的确定的变化fA,H，则因此可以利用方程Gl.7或Gl.8确定转速激励信号的变化。
在第二和其他的实施变型方案中，在时间段T上计算系统响应和周期性函数的乘积的积分。该积分时间段T可以是激励信号的一个周期或可以是激励信号的周期的多倍。有利的是，调制不间断，即在泵组的整个运行时间的期间进行。以这种方式可以直接识别工作点的变化。当按照本发明的方法只在时间上间隔开地分别对于限定的时间段使用时，则这是不可能的。
作为对调制的系统响应检测机械或电气参量可以在离散的时刻进行或连续地进行。所述系统响应然后作为值的序列存在，从而在任何情况下可以进行与所述函数相乘和这样获得的乘积的积分。
根据按照本发明的方法的另一种有利的进一步构成，可以在积分的计算期间在相同的积分时间段上计算系统响应与所述函数的乘积的至少另一个积分，其中，所述另一个积分的积分时间段的开始在时间上与第一积分的积分时间段的开始错开。积分的所计算的值于是可以综合成平均的值。这具有平滑所确定的系统响应的效果。
通过使用有限的积分时间段，从要检测的系统响应值的序列中像是“剪取”要积分的值。这在信号处理中作为“加窗”已知，即所述值通过与窗口函数FF(t)的乘法来剪取，所述函数对于t0<t<t1具有FF(t)＝f(t)的形式并且否则具有FF(t)＝0的形式。在最简单的情况中，对于f(t)＝1(矩形窗口)，“剪取的”值未变化地与所述函数相乘并且随后积分，即不发生值的加权。但有利的是，使用值的滤波，其方式为使用要积分的值的加权。这样的加权例如可以通过系统响应与窗口函数的乘法进行，所述窗口函数对处于窗口中心的值比处于窗口边缘上的值更强地加权。对于这样的加权，存在多个已知的并且在实际中常见的窗口函数，例如Hamming窗口、高斯窗口等。
如果液压系统的工作点不恒定，则由于工作点变化使计算的积分的值失真。然而该失真可以至少部分地纠正，其方式为假定工作点线性移动并且在计算积分时进行纠正。在最简单的情况中，为此在积分时间段的开始和结束时确定、尤其是测量系统响应的值，并且由这两个值确定单位时间的系统响应的线性变化。该线性变化于是从系统响应的所有在积分时间段中确定的值中减去并且然后才形成积分。然而在该情况中必须为此首先存储所确定的值。积分于是可以如下计算：
其中
其中，I(t0+T)是从时刻t0在积分时间段T上要计算的积分，X(t)是系统响应，S(t)是周期性函数，kI是正整数并且ω是激励信号fA,n(t)、fA,H(t)的频率。
也可能在计算积分之后才实施该校正，以便可以放弃对测量的值的缓冲存储。为此在这里参阅按照现有技术的积分变换的相应专业技术文件。
按照本发明，也提出一种用于控制和/或调节泵组的理论转速的泵电子装置，所述的泵电子装置设置用于实施前述的方法。同样地提出具有这样的泵电子装置的泵组。所述泵组例如可以是加热泵、冷却剂泵或饮用水泵。在这里通常必需的是，确定体积流量，以便可以实施高能效的泵调节。通过使用按照本发明的方法，可以放弃体积流量传感器。这在结构上简化泵壳并且使泵组的制造降价。优选所述泵组是电动运行的回转泵，理想地以湿式马达结构方式。这样的泵组可以使用在加热设备、冷却设备或饮用水设备中。
附图说明
以下借助示例和附图进一步解释本发明。图中：
图1示出包括在不同的转速时的泵组的功率特性曲线的图表；
图2示出包括四个属于不同的转速的曲线的图表，所述曲线为每个体积流量配置在激励信号的周期的积分时间段上的功率和正弦函数的乘积的积分值；
图3示出四个属于不同的转速的曲线的图表，所述曲线为每个体积流量配置在激励信号的周期的积分时间段上的功率和余弦函数的乘积的积分值；
图4示出所述方法的流程图；
图5示出泵组在HQ图表中的工作点；
图6示出用于使用按照本发明的方法的系统；
图7示出用于计算调制的理论转速的模拟电路的方框电路图；
图8示出包括四个属于不同的转速的曲线的图表，所述曲线为每个体积流量配置调制的实际转速的振幅值；
图9示出包括四个属于不同的转速的曲线的图表，所述曲线为每个体积流量配置相对于激励信号的调制的实际转速的相位值。
具体实施方式
液压工作点确定的以下所述的方法除了静止的液压特性曲线之外附加地利用关于系统的动态响应的信息，所述动态响应通过有针对性的激励来分析。
图6作为框图示出可以使用按照本发明的方法的实施变型方案的系统的模型。在那里示出转速可调节的回转泵组1，其与管道系统5连接或结合到所述管道系统中。所述系统例如可以是加热设备，泵组1相应地是加热泵。管道系统5于是通过引导至加热体或加热回路的并且从其引回中央的热源的导管形成。例如可以作为液体将水在管道5中循环，所述水通过泵组1驱动。泵组1包括形成泵组1的液压部分的泵单元2、形成泵组1的电机部分的电动的驱动单元3以及控制或调节器件4。驱动单元3包括电磁部分3a和机械部分3b。调节器件4一方面包括软件4a，另一方面包括硬件4b，所述硬件具有控制和/或调节电子装置以及功率电子装置、例如变频器。
为调节电子装置4预定理论转速n0。由驱动单元3的当前的电流消耗I和当前的转速nist，所述调节电子装置为此计算电压U，所述电压为功率电子装置4b预定，借此所述功率电子装置为驱动单元3提供相应的电功率Pel。驱动单元3的说明定子、转子及其电磁耦合的电磁部分3a由电流产生机械转矩Mist。所述转矩使转子加速并且导致驱动单元3的相应的转速n，这在驱动单元3的模型的机械部分3b中被包括。以转速nist驱动泵组1的液压部分2的在转子轴上安装的泵工作轮。泵组1由此产生扬程H，所述扬程在管道系统5中分别按照管道阻力产生较大或较小的体积流量Q。由液压的功率和与此关联的损耗可以定义液压力矩Mhyd，该力矩作为制动力矩抑制马达力矩Mist。
按照本发明的方法的原理上的流程在图4中示出。所述方法在泵组的按照规定的运行中实施，即当泵组1与管道系统5连接并且以理论转速n0运行时。从理论转速n0在步骤S1中的预定出发，所述理论转速可以手动预定或可以由可调节的特性曲线调节(例如Δp-c、Δp-v)或工作点的动态适配引起，按照本发明的方法具有三个依次要实施的步骤，所述步骤可以连续重复：
-激励系统，步骤S3；
-确定系统响应，步骤S4；
-由激励和系统响应来确定寻求的液压参量或工作点，步骤S5。
要确定的液压参量示例性地是泵组的体积流量Q。由泵组1的体积流量Q和扬程H之间的普遍已知的物理数学的关系可以确定扬程H，从而确定泵组的液压工作点[Q，H]。物理数学的关系通过泵特性曲线HP(Q,n)
Hp(Q，n)＝an2-bQn-cQ2 GI.1
和管网抛物线HR(Q)
HR(Q)＝dQ2 GI.2
定义，其中，静态的工作点处于泵特性曲线和管网抛物线的交点中，参看图5。在那里适用
HR(Q)＝Hp(Q，n) GI.3
泵特性曲线HP(Q)在制造商方面由泵组的测量已知。参数a、b、c是泵特性曲线的恒定的特征量。管网抛物线根据与泵组连接的管道系统的状态，所述管道系统的液压阻力以管网抛物线的斜率d表达。液压阻力通过处于管道系统中的阀的开度尽可能确定，从而斜率d由阀位置得出。
系统的激励如下进行，即，静态的理论转速n0以激励信号fA,n(t)调制，从而由泵电子装置4要调节的新的理论转速nsoll由之前预定的理论转速n0和激励信号fA,n(t)的总和得出：
nsoll＝n0+fA，n(t) GI.5
例如可以产生转速正弦形的变化，但其中也可设想其他调制。激励信号fA,n(t)然后例如是如下形式的正弦信号
fA，n(t)＝n1sinωt GI.6
其中幅值为n1并且频率为ω＝2πf。
幅值为理论转速n0的0.1％和25％之间并且可以在设备方面调节并且固定。
然而有利的是，不是转速n、而是扬程H正弦形地激励，从而适用
H(t)＝H0+fA，H(t)＝H0+H1·sin(ωt) GI.7
其中幅值为H1并且频率为ω＝2πf。
亦即只要不应该达到确定的转速波动fA,n(t)而是达到确定的扬程波动fA,H(t)，例如±15cm，但所述扬程波动根据泵组2的当前的运行点、即根据当前的转速n＝nist和当前输送的体积流量Q，则可以在激励系统的步骤S3之前计算用于达到希望的扬程波动fA,H(t)需要的转速波动fA,n(t)，即步骤S2：
因为体积流量Q通常在这里首先应该通过按照本发明的方法确定并且因此未知，Gl.8可以通过近似Q＝0简化为Gl.9。
按照方程Gl.8或9的计算可以数字地在泵电子装置4的微处理器中亦或通过模拟电路实施，如其示例性地在图7中作为方框电路图示出的。
如果按照本发明的方法总是再次重复，则步骤S2跟随步骤S5。在步骤S5的工作点确定的范围内确定的体积流量Q于是可以直接在方程8中使用。
但也可能，不考虑体积流量Q地确定激励信号，在该情况中适用Gl.9；
激励频率f应该这样确定，使得尽管存在转子的惯性，扬程H尽可能良好地跟随激励函数fA,H。在该实施例中，使用1Hz的频率f。
对激励反应跟随的系统响应表现为泵组的不同的物理参量，并且也纯数学地表现为在模型、即电气模型4b、电磁模型3a、机械模型3b和液压模型2中存在的参量。然而足够的是，分析泵组的唯一的机械或电气参量。在所述实施例中，作为对调制的系统响应X(t)，使用接收的电功率Pel(图1、2、3)并且对此代替地使用机械的转矩Mmot。接收的电功率Pel被测量或由测量的电流和测量的或计算的电压确定。转矩Mist可以被测量或由形成转矩的电流计算，所述电流在用于实施调节或用于观察系统的调节电子装置4中可使用在数学的电磁和机械模型中。
功率Pel和/或转矩Mist的确定可以通过在离散的时刻扫描或连续地扫描进行，从而系统响应X(t)作为测量值或计算的值的离散的或连续的序列存在。这被图4的步骤4所包括。出于简化，在这里只处理连续的序列的情况。
用于步骤S5中的工作点的计算首先确定体积流量Q。这通过如下方式进行，即，系统响应X(t)首先与周期性函数S(t)相乘，即形成系统响应X(t)和该周期性函数S(t)的乘积。周期性函数S(t)在本示例中是正弦函数S1(t)＝Ssin(t)或余弦函数S2(t)＝Scos(t)，具有形式
Ssin(t)＝g1·sin(k·ωt) GI.10
或
Scos(t)＝g2·cos(k·ωt) GI.11
其中，g1、g2是比例因数并且k是正整数。参数g1、g2和k可以彼此独立地选择。在所述示例中设置g1＝g2＝k＝1。这说明，函数Ssin(t)、Scos(t)在最简单的情况中可以具有如激励信号fA,n(t)、fA,H(t)相同的周期性的基本结构、尤其是具有相同的频率ω或f，以便达到按照本发明的结果。
系统响应X(t)和函数Ssin(t)、Scos(t)的乘积随后在时间段T上积分，所述时间段对应于激励信号的周期持续时间或激励信号的周期持续时间的多倍kI。这可以不仅对于电气参量X(t)＝Pel(t)而且对于机械参量X(t)＝Mmot(t)进行。关于乘积的积分的I(t0)然后得出：
其中，
其中，
其中，t0给出积分开始。通过形成积分I(t0+T)，进行系统响应X(t)在所述激励频率ω或激励频率ω的多倍kI的情况下在一个或多个周期2π/ω上的分析。
同时分析在如下时刻进行，在该时刻由泵组1在确定的转速n0时输送确定的体积流量Q，这通过管道系统当前的状态、即当前有效的管网抛物线决定。这表示，为每个计算的积分值I(t0+T)配置在确定的转速时的确定的体积流量值。
出于这个原因，泵组必须如也至今按照现有技术实施的在制造商方面在液压试验台上测量，只要该关系不已知的话。然而按照本发明，不测量或不仅测量寻求的液压参量、转速n和电气或机械参量Pel、Mist之间的关系并且作为特性曲线簇作为一方面液压参量和另一方面机械或电气参量Mist、Pel的关联以表或公式的形式存储在泵电子装置4中。而确定实际转速nist、体积流量Q和上述的积分I(t0+T)之间的关系。为此在制造商方面在液压试验台上在一定数量的、尤其是多个预定的理论转速n0时对于一定数量、尤其是多个测量的体积流量Q分别计算积分I(t0+T)，所述积分由于系统以激励信号fA,n(t)、fA,H(t)的激励由系统响应X(t)和正弦或余弦函数Ssin(t)、Scos(t)的乘积得出。于是可以将积分I(t0+T)根据转速nist关于体积流量Q表示，即作为I(Q,n)。
图2对于转速n0＝1350rpm、2415rpm、2880rpm和3540rpm(从下向上)示出用于积分I(Q)的四个曲线，其中，在这里电功率Pel作为系统响应X(f)来研究并且与正弦函数Ssin(t)相乘。明显的是，图2中的仿真曲线相反于图1中的功率曲线说明体积流量和积分之间的唯一的关系，因为所述曲线在整个体积流量范围上单调升高。这能够实现，在泵组1的按照规定的运行中对于计算的积分值I(t0+T)由在试验台上确定的关系I(Q)确定当前输送的体积流量Q。由所述体积流量然后也可以计算扬程H，例如借助方程Gl.1。
因此由积分的值在使用所述关系的情况下确定第一液压参量的值、即体积流量Q。
为了由在试验台上确定的值I(t0+T)、n0、Q确定体积流量Q，将这些值相互关联并且存储在泵控制装置4中。所述关联以表的形式进行，所述表在使用的转速n0时为多个积分值I(t0+T)分别配置寻求的液压参量的值。然后在泵组1的运行中，对于计算的积分值I(t0+T)仅必须从表中提取配置给所述值的体积流量值Q。只要存在处于在表中存在的两个积分值I(t0+T)之间的计算的积分值I(t0+T)，则可以以已知的方式对在这两个表格式的积分值I(Q)之间配置的体积流量值插值。
备选或附加于表格式的关联，可以在制造商方面由在试验台上为每个使用的转速n0确定的值来确定单个函数或对于所有转速确定全局的数学函数(例如多项式)，所述函数说明特性曲线或在全局的函数的情况中说明特性曲线簇，所有测量的值处于所述特性曲线/特性曲线簇上。在使用对于各一个转速有效的多个函数的情况中，则仅必须确定当前有效的函数并且使用计算的积分值，以便获得液压参量的相应的值、即体积流量值。如果使用用于说明整个特性曲线簇的全局的函数，则可以将转速和计算的积分值直接使用到所述方程中，以便获得液压参量的相应的值。
图3为如在图2中相同的转速示出用于积分I(Q)的四个仿真曲线，其中也在这里将电功率Pel作为系统响应X(t)研究，然而将其与余弦函数Scos(t)相乘。已示出，在图3中的仿真曲线如在图1中的功率曲线没有说明体积流量Q和积分I(t0+T)之间的唯一的关系，因为所述曲线在增加的体积流量Q时首先下降，然而然后再次升高。然而在图3中的仿真曲线能够识别如下特点，所述特点在于：计算的积分I(t0+T)在所属的功率特性曲线(参看图1)具有其最大值的地方具有零值。在所述仿真中，余弦信号精确地在功率特性曲线的顶点中更换正负号，从而在这里该信号的正负号也可以用于标识运行点，即在功率特性曲线的顶点的右边或左边。
该识别能够实现，在泵组1的按照规定的运行中借助阈值、在阈值0时因此借助计算的积分I(t0+T)正负号可以决定，在功率特性曲线的非唯一的区域中(参看图1)配置给确定的功率消耗的两个体积流量值Q1、Q2中的哪个是正确的。这样可以在积分I(t0+T)的正负号为负时使用较小的体积流量值Q1并且在正的正负号时使用较大的体积流量值Q2。
只要应该使用按照本发明的方法的该变型，则在制造商方面在液压试验台上对于不同的转速确定体积流量和配置给其的积分值是多余的。而足够的是，如在现有技术中测量功率特性曲线簇并且确定阈值并且将其作为表或至少一个功率特性曲线方程存储在泵电子装置4中。所述表或至少一个函数于是对于确定的转速为液压参量的值分别配置机械或电气参量的值。
在泵组的按照规定的运行中，于是可以由系统响应X(t)和余弦函数Scos(t)的积分I(t0+T)的正负号决定，应分析所述表的哪部分或所述方程的哪些数值范围。这样对于I(t0+T)<0考虑功率特性曲线的关于功率Pel的最大值的左边部分。对应地，对于I(t0+T)>0考虑功率特性曲线的关于功率Pel的最大值右边的部分。
用于进一步改善所述方法，可以在积分I(t0+T)的计算期间在相同的积分时间段T上计算系统响应X(t)和函数S(t)的乘积的至少另一个积分I(t1+T)，其中，所述另一个积分的积分开始t1在时间上与第一积分I(t0+T)的积分开始t0错开了位移t1－t0。积分I(t0+T)、I(t1+T)的所计算的值然后平均成一个值。
在有限的积分时间段上的积分的计算表示，从系统响应X(t)中分别剪取一系列值，所述值然后构成系统响应的“窗口”。在所述另一个积分相对于第一积分的积分开始存在时间上的错位的情况中，相应剪取的窗口重叠。
类似于图2和3，图8和9对于四个不同的转速示出作为第一液压参量的体积流量Q与作为机械参量的实际转速的关联的图形示图，其中在图8中，实际转速的幅值|n1|以每分钟的回转并且在图9中相位以角度给出。所述关联分别通过四个曲线给出，所述曲线从上向下看配置给未激励的转速n0＝1500rpm、n0＝2000rpm、n0＝2500rpm和n0＝3000rpm。最上面的曲线相应属于转速1500rpm，最下面的属于转速3000rpm。
在图8和9的情况中激励理论转速nsoll，其方式为周期性的信号调制到静态的理论转速上。实际转速nist然后在忽略干扰的情况下由平均的转速n0和周期性的分量n1(t)的总和得出。相位在图9中参考激励信号并且因此类似构成相位移。在图8和9中示出的值在设备方面测量并且作为表或数学函数存储在泵组的控制器件中。
在这里明显的是，幅值|n1|和相位对于每个转速关于体积流量是唯一的。这样于是可以对于泵控制器件已知确定的运行转速在确定激励的实际转速的幅值|n1|或相位之后来确定体积流量Q，所述体积流量在存在的平均的运行转速n0时配置给确定的幅值|n1|或相位这样例如在2500rpm的运行转速和120rpm的幅值时存在6m3/h的体积流量。
在这里介绍的方法能够实现，以简单的方式在泵组的运行期间并且在不使用相应的传感器的情况下确定液压参量、例如体积流量。
在此调制第二液压参量、例如扬程，尤其是将其激励至振荡，这例如可以通过调制理论转速或马达转矩作为泵组的调整参量进行。
系统响应、例如实际转速、由泵组输出的转矩或电功率的确定和其通过系统响应的交变分量的幅值或相位的确定或通过与如激励和获得的乘积的积分相同的频率的函数相乘的分析获得如下值，所述值具有与寻求的液压参量数学上唯一的关系。通过分析在泵组的泵电子装置中存储的该关系，于是可以确定所寻求的液压参量的值。
Claims (26)
1.用于通过分析液压参量与机械或电气参量(Mist、Pel、nist)的关联由机械或电气参量(Mist、Pel、nist)确定在可预定的转速中运行的泵组(1)的第一液压参量的方法，其特征在于，以确定的频率(f)的周期性的激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))加载泵组(1)的调整参量，使得调制第二液压参量，并且在使用所述关联的情况下，由所述机械或电气参量(Mist(t)、Pel(t)、nist(t))作为对激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))的系统响应(X(t))来确定第一液压参量的当前的值。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，由机械或电气参量(Mist(t)、Pel(t)、nist(t))的交变分量的幅值和/或相位在使用所述关联的情况下确定第一液压参量的当前的值。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，由机械或电气参量(Mist(t)、Pel(t)、nist(t))的交变分量的相对于激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))的幅值和/或相位在使用所述关联的情况下确定第一液压参量的当前的值。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关联通过表或至少一个数学函数给出，所述表或函数在确定的转速(nist)时或在多个转速(nist)时为第一液压参量的每个值或一定数量的值配置交变分量的振幅值(|n1|)或相位值。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，形成系统响应(X(t))与激励信号的频率(f)的相同的或多倍的周期性函数(S(t))的乘积或者系统响应(X(t))与泵组(1)的机械或电气参量的交变分量的乘积，并且在预定的积分时间段(T)上计算所述乘积的积分(I(t0+T))，并且在使用所述关联的情况下由积分(I(t0+T))的值确定第一液压参量的值。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述关联通过表或至少一个数学函数给出，所述表或函数在确定的转速(nist)时或在多个转速(nist)时为第一液压参量的每个值或一定数量的值分别配置积分(I(t0+T))的值。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述周期性函数(S(t))是正弦函数(S1(t))并且由所述表或数学函数确定第一液压参量的值，所述第一液压参量的值在表中配置给积分(I(t0+T))的所计算的值或所述第一液压参量的值通过数学函数配置给积分(I(t0+T))的所计算的值。
8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述关联通过表或至少一个数学函数给出，所述表或函数在确定的转速(nist)时或在多个转速(nist)时为第一液压参量的每个值配置机械或电气参量(Mist、Pel)的值并且所述周期性函数(S(t))是余弦函数(S2(t))并且使用积分(I(t0+T))的所计算的值的数值或正负号来区别：所述表的哪部分或所述数学函数的哪个数值范围针对当前的运行点对于确定第一液压参量的值是有效的。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整参量是泵组(1)的理论转速(nsoll)或理论转矩。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一液压参量是泵组(1)的体积流量(Q)。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二液压参量是泵组(1)的扬程(H)或压差(Δp)。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械的参量是由泵组输出的转矩(Mist)或泵组(1)的实际转速(nist)。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电气参量是由泵组(1)接收的电功率(Pel)或电流。
14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励信号(fA,n (t)、fA,H(t))是正弦信号或包含正弦函数的信号。
15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))的频率(ω)处于0.01Hz和100Hz之间。
16.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))的幅值(n1)小于泵组(1)的转速调节的转速理论值的25％。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，所述激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))的幅值(n1)在转速理论值的0.1％至25％之间。
18.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励信号(fA(t))的幅值(n1)由希望的扬程波动(fA,H)借助于描述在泵组(1)上的实际转速(nist)和扬程(H)之间的关系的数学方程(Gl.8、Gl.9)来计算。
19.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述积分时间段(T)为激励信号(fA,n(t)、fA,H(t))的一个周期或多个(kI)周期(2π/ω)。
20.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在第二液压参量的调制期间实施积分。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于，在理论转速(nsoll)的调制期间实施积分。
22.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在计算积分(I(t0+T))期间在相同的积分时间段(T)上计算系统响应(X(T))与周期性函数(S(t))或泵组(1)的实际转矩(Mmot)或实际转速(n)的交变分量的乘积的至少另一个积分，其中，所述另一个积分的积分开始在时间上与第一积分(I(t0+T))的积分开始(t0)错开，并且所述积分的所计算的各值平均成一个值。
23.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在积分时间段(T)的开始(t0)和结束时确定系统响应(X(t))的值并且由此确定系统响应(X(t))在单位时间的变化，其中所述变化于是从系统响应(X(t))的所有在积分时间段(T)中确定的值中减去并且于是才形成积分(I(t0+T))。
24.按照权利要求23所述的方法，其特征在于，所述变化是线性的。
25.用于控制和/或调节泵组(1)的理论转速的泵电子装置，其特征在于，所述泵电子装置设置用于实施按照权利要求1至24之一所述的方法。
26.泵组，其具有按照权利要求25所述的泵电子装置。
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