CN107208646A - 根据变化的体积流量调整离心泵的扬程 - Google Patents

根据变化的体积流量调整离心泵的扬程 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在具有至少一个自调节消耗器的液压系统(4)中运行电动驱动的离心泵(3)的方法，在其中，确定离心泵(3)体积流量(Qakt)的梯度(dQakt/dt)并且由借助增益因子(K)加权的梯度(dQakt/dt)和上一个预给定的理论扬程(Hsoll,alt)的数学关联来计算离心泵(3)的当前理论扬程(Hsoll)。该关联描述理论扬程(Hsoll)和体积流量(Qakt)之间的正反馈。增益因子(K)由计算规则确定，在离心泵(3)运行中在考虑离心泵(3)的当前工作点和液压系统(4)的当前和/或至少一个过去的状态的情况下动态地调整所述计算规则。

Description

根据变化的体积流量调整离心泵的扬程
技术领域
本发明涉及一种用于运行具有至少一个自调节消耗器的液压系统中的电动驱动的离心泵、尤其是加热泵的方法，在其中，确定离心泵的体积流量的梯度并且由借助增益因子加权的梯度和上一个预给定的理论扬程的数学关联来计算离心泵的当前理论扬程，其中该关联描述理论扬程和体积流量之间的正反馈并且增益因子由计算规则确定。
背景技术
这类方法由德国专利申请DE 102011012211 A1已知。在此，理论扬程根据体积流量沿可设定的基础特性曲线来调节，该基础特性曲线通过特性曲线理论值定义，其中，当体积流量上升时，特性曲线理论值增大，并且当体积流量下降时，特性曲线理论值减小。因此该特性曲线在泵特性曲线族中持续移动并且实现动态的、适配于液压系统实际需求的泵调节。特性曲线的增大和减小通过正反馈值加上上一特性曲线值实现，当体积流量上升时，正反馈值为正，当体积流量下降时，正反馈值为负。该基础特性曲线可以是Δp-c特性曲线。在此情况下，预给定的特性曲线理论值相应于泵的扬程理论值，该扬程理论值与体积流量无关地保持恒定。但该基础特性曲线也可以是Δp-v特性曲线。
根据固定的计算规则在泵运行期间确定所要加上的正反馈值，其中该规则根据DE102011012211 A1可通过正反馈值和体积流量梯度之间的线性关系来定义。这意味着，体积流量变化越大，正反馈值就越大。在所述公开文本中，计算规则在泵的整个运行范围上是相同的。此外，在该方法中对于泵的应用特定的运行必须考虑基础特性曲线的极限值，所述极限值使得该方法只能在泵特性曲线族的有限运行范围中得到应用。
通过扬程和体积流量变化之间的正反馈确保例如当处于液压系统中的恒温阀快速打开或关闭时扬程快速响应于体积流量变化。然而在恒温阀的调节范围中、即在泵的部分负荷范围中体积流量变化较慢，以致扬程在过弱的正反馈下保持在过高或过低的值。第一种情况将导致不节能的运行，因为泵以其相对于关闭的阀而过高的输送压力工作。第二种情况将导致消耗器的供应不足。另外，扬程在过强的正反馈下剧烈响应于体积流量的增大。因而由泵建立的附加压力将压向至少部分关闭的阀，使所述阀逐渐进一步打开并允许更多体积流量流过。随后所述阀将重新调节并尝试再次关闭，这导致体积流量下降并且通过正反馈导致理论扬程下降。这又导致体积流量过多地下降并通过打开所述阀的方式使所述阀逆着该趋势进行调节。总之，于是在液压系统中出现由增益因子的过大的值导致的扬程振荡。换言之，液压系统在增益因子过大时容易出现振荡。
发明内容
因此，为了在使用扬程和体积流量变化之间的正反馈的情况下运行液压系统中的离心泵，需要选择地合适正反馈值、亦即正反馈的增益因子。过高的增益因子导致系统中的振荡，过低的增益因子导致消耗器的供应不足或不节能的运行。优化或理想的增益因子位于所述极端情况之间。因此，本发明的第一个子任务在于，优化地调节增益因子。
此外应考虑，对于液压系统的不同状态、尤其是不同负荷状态(部分负荷、全负荷)不同的增益因子是优化的。因此，本发明的另一子任务在于，在泵运行时动态地确定优化增益因子并且进行相应设定。
本发明的另一子任务在于，提供一种可用于任何泵的调节。在此，该调节应不仅可用于不同泵，而且也应在不适配于液压系统、即超规格的泵中起作用。
这些任务通过具有权利要求1特征的调节方法来解决。本发明的有利扩展方案由从属权利要求给出。
根据本发明提出，在离心泵运行中在考虑离心泵的当前工作点和液压系统的当前和/或至少一个过去的状态的情况下动态地调整所述计算规则。
因为离心泵的当前工作点持续变化，因此计算规则也不断变化。与现有技术相比，在此所描述方法的优点在于，该方法完全不需要客户方面手动预给定特性曲线，因为并没有以传统方式沿刚性特性曲线调节泵。就此而言，离心泵的启动过程更加简单进而更安全，因为不会错误地设定。
因此根据本发明的方法不使用传统的刚性特性曲线调节，在其中离心泵的扬程根据其输送流量沿所设定的固定特性曲线调节。这通常在加热泵中实现并且导致泵的工作点在HQ曲线图中仅位于所设定的特性曲线上。更确切地说，根据本发明使用这样的算法，其能实现泵在调节范围中可在HQ曲线图中完全自由地到达任何工作点并且也能实现从能量优化的角度根据加热系统的当前状态设定所述工作点。
代替常见的特性曲线调节，新计算出的理论扬程保持直至新的理论扬程已计算出。在该持续时间内泵保持在恒定理论扬程上，这相应于基础Δp-c调节。在此只有当体积流量变化时，才产生新的理论扬程，因为否则梯度为零。此外，可以周期性重新计算理论扬程。这意味着，根据本发明的方法可以周期性重复，优选以3秒至15分钟之间的间隔、尤其是每30秒重复。这也表示，理论扬程至少在一个间隔的持续时间内保持不变，即使体积流量变化。如果是这种情况，则仅在一个间隔开始时产生新的理论扬程。泵在此动态地在运行中根据液压系统的新出现的负荷状态自动寻找能量优化的工作点。
在此仅还需为理论扬程预给定初值Hstart，所述初值可在工厂方面被编程化并且例如可以是在体积流量为0时的最大扬程Hmax和最小扬程Hmin之间的平均值，如表示为如下方程：
Hstart＝Hmin+1/2(Hmax-Hmin)。
此外，根据本发明的方法的优点在于，其可用于整个泵特性曲线族并且不只局限于确定的界限内。
该方法优选用于加热泵或冷却泵。液压系统因此优选可以是加热系统或冷却系统或组合的加热/冷却系统。
液压系统包括至少一个自调节的消耗器。液压系统原则上也可包括两个或更多、尤其是多个消耗器。消耗器例如可以是地板加热装置的加热体或加热回路、或天花板冷却装置的冷却体或冷却区。所述两个或更多消耗器的至少一个于是是自调节的。但两个或更多个所述消耗器也可以都是自调节的。但并非所有消耗器都必须是自调节的并且也不一定被调节。在本文中，“自调节”可理解为相应消耗器配有调节元件，所述调节元件自动调节通过消耗器的体积流量，在此调节例如可针对确定的目标温度。调节元件安装在消耗器的供应管路或回流管路中。这种调节元件例如可以是恒温阀、电动阀或电热调节阀。
液压系统的状态可通过所述一个或多个自调节消耗器的状态或通过调节元件的状态来描述。在阀的情况下根据调节元件的开度，调节元件分别引起一种液压阻力，所述液压阻力在离心泵处表现为总阻力并且可以通过系统特性曲线HA(Q)来描述，该系统特性曲线描述扬程H与体积流量Q的数学关系。液压系统的状态例如可通过系统特性曲线的斜度来描述，但液压系统的状态通过系统特性曲线上的唯一一点就已经可描述，因为系统特性曲线的数学表示通常是已知的。在此适用不同的点，如下面还将说明的。
根据一种优选实施方式，所述数学关联是借助增益因子加权的梯度与上一个预给定的理论扬程的相加。增益因子在此始终为正。这实现正反馈，因为当体积流量上升时，理论扬程增加，并且当体积流量下降时，理论扬程减小。应注意，这种正反馈当然也可在使用负增益因子的情况下通过以减法代替加法实现。但因为结果也相应于加法，因此不被看作是真正的备选方案。
借助根据本发明的方法不仅提出根据液压系统的状态调整增益因子的计算规则。更确切地说也提出一种合适的计算规则。
例如有利的是，所述计算规则描述当前工作点和目标点之间的函数关系并且由该函数关系计算增益因子。合适的是为此首先确定离心泵的当前工作点。
形成计算规则的基本构思基于考虑两种极端情况，其涉及液压系统或调节消耗器的调节元件的状态或状态变化以及扬程针对该状态或状态变化的相应响应。
在此第一种极端情况是液压系统的液压阻力最小时，第二种极端情况是阻力最大时。当例如所有阀打开时，阻力最小，当例如所有阀关闭时，阻力最大。如果所有阀打开，则离心泵也必须能够满足所要求的功率。为了符合该要求，离心泵的当前工作点朝向最大泵曲线方向改变。尽管泵的用于最大负荷的设计点通常位于最大泵曲线下方，以便保留调节裕度。在最大泵曲线中离心泵通常以最大转速运行，从而最大泵曲线在增加的输送流量和/或增加的扬程方向上限定泵的特性曲线族。
最大转速例如可以是这样的转速，泵可以该转速在持续运行中在机械或液压机械方面实际运转。但也存在如下可能性，即当在满负荷情况下超过特定最大电功率时，可在泵中实现功率限制，所述功率限制预给定相对于该最大转速比该最大转速小的转速。这导致最大泵曲线在使用功率限制处被削平并且大致形成直线。
对于第一种极限情况的过快响应将是不节能的，因为它可能会发生过调，而过慢响应则可能导致供应不足。因此，理想的响应居于其间。
如果所有阀关闭，则泵以最小转速运转，即工作点位于最小泵曲线上或附近。如果阀关闭，则该工作点相应朝向最小泵曲线方向移动或甚至位于其上。在此情况下，过快响应可能导致消耗器供应不足，而过慢响应则是不节能的。在此理想的响应也居于其间。
由该观察可知：为了计算理想的增益因子K——如之前所提及的——可以使用目标点，离心泵的运行状态的变化朝向该目标点方向定向。因此“目标点”可理解为这样的点，其可借助与离心泵的工作点相同的物理量描述并且尤其是可在HQ曲线图中示出。
理想的是，目标点定义这样的目标、即离心泵的运行状态变化的最终状态。因此，目标点可以位于最大泵曲线或最小泵曲线上。但目标点并非必须位于最大或最小泵曲线上。由于目标点本质上具有数学意义，因此其例如可位于泵特性曲线族之外、尤其是远离最大或最小泵曲线。目标点甚至可属于负体积流量。此外，目标点可在使用功率限制的情况下位于相对于最大泵曲线削平的曲线上。该曲线可在作用的功率限制之外相应于最大泵曲线并且在功率限制作用期间相应于限定特性曲线族的直线，其切去了超过特定功率极限值的工作点。
对于理想增益因子K重要的是，从哪个工作点起离心泵接近第一或第二极端情况中的最终状态。如当前工作点接近所述最终状态，则只需较少地响应系统的状态变化。否则有利地选择较大的增益因子。出于该原因，有利的是，在计算规则中考虑离心泵的当前工作点。
基于使用目标点来确定增益因子，根据一种有利的实施变型方式，确定当前工作点和目标点之间的定向直线的斜率并将其用作增益因子。该定向直线在某种程度上也构成一条特性曲线，但离心泵并不沿该特性曲线在Δp-v调节的意义中被调节。一方面因为该特性曲线在其斜率方面由于离心泵的当前工作点的变化而不断变化，另一方面理论扬程在周期性重新计算的情况下至少在一个周期的持续时间上保持不变，从而离心泵最多在近似定向直线的Δp-c特性曲线的各阶段中沿该定向直线被调节。
研究表明，阀打开、即体积流量增加时的理想增益因子不同于阀关闭、即体积流量减少时的理想增益因子。因此有利的是，对于体积流量向上和向下变化使用不同的目标点、即不同的定向直线进而不同的增益因子值。在相同的值的情况下，系统状态对于阀打开和关闭位于相同的定向直线上，只要至少不在最大泵曲线上运动。在此情况下对于阀打开和关闭发生定向直线的平行移动。
在所示的第一种极端情况下，离心泵必须满足增大的功率要求。为了防止供应不足，离心泵必须在基于阀打开的体积流量增加期间提高其功率或其转速。因此泵力求高于当前工作点的运行状态。因此在正梯度情况下目标点优选是如下的上目标点，所述上目标点通过比当前工作点的体积流量的体积流量大来表征。优选上目标点的扬程也大于当前工作点的扬程。如果将当前工作点看作笛卡尔坐标系原点，则上目标点在此情况下位于第一象限中。但并非强制如此，如下面还将显示的。目标点也可位于第四象限中。这是如下的情况，即，虽然在上目标点中体积流量大于当前工作点中的体积流量，但扬程小于当前工作点的扬程。但在此情况下定向直线的斜率进而增益因子将为负。为了避免这种情况，可将计算出的增益因子限制为最小值0。在此情况下理论扬程保持不变。
在所示的第二种极端情况下，离心泵可减小其功率，以避免针对关闭的阀而工作并用以节省能量。因此理想的是，泵力求低于当前工作点的运行状态。因此优选目标点在负梯度时是如下的下目标点，所述下目标点通过比当前体积流量小的体积流量表征。优选下目标点中的扬程也小于当前工作点的扬程。如果将当前工作点看作笛卡尔坐标系原点，则在此情况下下目标点位于第三象限中。但并非强制如此。目标点也可位于第二象限中。这是如下的情况，即，虽然在下目标点中体积流量小于当前工作点中的体积流量，但扬程大于当前工作点的扬程。然而在此情况下定向直线的斜率进而增益因子也将为负。为了避免这种情况，在此也可将计算出的增益因子限制为最小值0。在此情况下理论扬程保持不变。
如所示，离心泵在阀关闭时以及在阀打开时力求不同的最终状态，从而有利的是，分别为体积流量可朝其改变的两个方向之一使用一个目标点。于是产生通向上目标点的定向直线或通向下目标点的定向直线。
于是，在方法技术方面可根据液压系统的状态改变的方向由一个或另一定向直线的斜率计算出增益因子。
但在方法技术方面作为备选方案也可始终考虑两个目标点并且分析两个定向直线的斜率。这意味着，也始终计算两个增益因子、即分别由两个定向直线之一计算出。因此可确定第一增益因子，其相应于当前工作点和上目标点之间的第一定向直线的斜率，并且确定第二增益因子，其相应于当前工作点和下目标点之间的第二定向直线的斜率，在此在正梯度时使用第一增益因子并且在负梯度时使用第二增益因子。因此该方法变型方案与之前所描述的变型方案的区别此外在于，关于梯度符号的情况区分仅在计算增益因子之后才进行。该变型方案的优点在于，当梯度或其符号已知时，可直接提供增益因子。但在此必须总是计算两个增益因子，从而计算成本翻倍。
为了在计算规则中考虑液压系统的当前或未来状态，可确定液压系统的当前和/或过去的系统特性曲线并且确定该系统特性曲线上的构成上目标点的点。
关于第一种极端情况已表明特别有利的是，上目标点是所述当前或过去系统特性曲线与离心泵最大泵曲线之间的交点。相应地，可首先确定该交点并将其用作上目标点。这意味着，上目标点不仅位于系统特性曲线上，而且也位于最大泵曲线上。这至少在这样的情况下是有利的，即，上目标点同时是真实的工作点、即可被离心泵达到的点或者说在离心泵在液压系统中具体应用时也实际达到的点。但并非必须如此。
例如离心泵对于在液压系统中的应用可以是超规格的，从而其从未达到最大泵曲线上的工作点。在该情况下有意义的是，不确定系统特性曲线与最大泵曲线的交点，而是确定与一条位于其下方的泵曲线的交点，也就是说，在此特定转速小于最大转速。所述特定转速因此有利的是超规格泵实际也会达到的最大转速。
因此可规定，离心泵在一定时间段内监控其最大转速并且首先将与最大泵曲线的交点用作上目标点，但在该时间段结束时检验离心泵达到的最大转速并且随后确定配置给该最大转速的泵曲线与当前或过去的系统特性曲线的交点并将其用作上目标点。上目标点由此向下移动。
根据另一种有利的扩展方案，过去的系统特性曲线是在过去的参考时间段内最平缓的系统特性曲线。最平缓的系统特性曲线具有最小斜率。如果系统特性曲线例如在数学上被描述为HA＝k·Q形式的抛物线，则最平缓的系统特性曲线HA具有最小系数k。该系统特性曲线属于液压系统中的阀最大程度打开的系统状态。
对于根据本发明的调节这意味着，作为上目标点使用液压系统在预给定的参考时间段内的一条过去的系统特性曲线与离心泵的具有最大体积流量的泵曲线的交点。由此确保上目标点处于满负荷情况中。满负荷情况可根据季节和液压系统的使用范围变化。例如无需始终实际使用所有消耗器。消耗器可设置在很少使用的空间、如客房或储藏室中。在使用所有消耗器时表示全局满负荷情况，而使用所有除了很少使用的消耗器者外的其它消耗器则是相对满负荷情况，相对满负荷至少在特定参考时间段内要求最大的能量需求、尤其是热需求。
为了识别相对或绝对满负荷情况，需要在所述参考时间段上观察系统特性曲线。
根据液压系统，参考时间段可更大或可更小。在加热或冷却系统的情况下加热或冷却过程基于日常生活或用户而每天重复。因此，大约每24小时在液压系统中运行相同的状态。出于该原因，参考时间段适当地可为24小时。但参考时间段也可选择得更小或更大并且例如介于12和48小时之间。借助较短的、如12小时的参考时间段可为白天和夜间使用不同的最平缓的系统特性曲线。此外，借助较长的、如48小时的参考时间段可为2天、如周末确定最平缓的系统特性曲线，在该时间段内可存在不同的加热行为。
优选使用滑动参考时间段。其优点在于，在检测最平缓的系统特性曲线时避免突变。因为备选地可以将在参考时间段结束时删除关于之前确定的、可能存储在存储器中的系统特性曲线的信息。但这意味着，所有信息消失并且该方法必须重新开始，以便确定系统特性曲线、尤其是从中找到最平缓的系统特性曲线。这通过使用滑动参考时间段得以避免，因为在任何时刻都已知在该时刻刚刚结束的参考时间段的最平缓的系统特性曲线。
为了识别最平缓的系统特性曲线，可重复确定液压系统的当前系统特性曲线并且随后由所确定系统特性曲线的集合确定最平缓的系统特性曲线。当然，一旦确定了新的当前系统特性曲线，则所确定的当前系统特性曲线变为过去的系统特性曲线。
系统特性曲线的确定本身由现有技术公开。系统特性曲线例如可基于数学描述并且可计算其中包含的系数。在最简单的情况下可以为液压系统确定抛物线方程HA＝k·Q2+cx。在加热或冷却系统的情况下，只要不存在止回阀，则不存在大地测量学高度，从而cx＝0。因此只需计算抛物线的系数k，这很容易借助k＝Q2/HA由离心泵的一个工作点中用于输送流量Q和扬程H的已知值求出。但如果液压系统包含止回阀，则cx不为零，因为必须克服止回阀的开启压力，以便可存在大于0的输送流量。在此情况下应确定两个参量k和cx，这可简单地由离心泵的两个工作点求出。
现在为了由分别所确定的当前系统特性曲线确定最平缓的系统特性曲线，可存储每条系统特性曲线的系数k并且随后由存储值的集合确定用于k的最小值，具有最小值的参数k所属的系统特性曲线是最平缓的系统特性曲线。于是作为上目标点有利地使用最平缓的系统特性曲线和离心泵的泵曲线、尤其是最大泵曲线(转速最大时的特性曲线)之间的交点。
如应借助最平缓的系统特性曲线在泵曲线上找到合适的上目标点，则备选于存储系数k可立即由确定的当前系统特性曲线确定其与泵曲线、尤其是最大泵曲线的交点。在此该交点中的体积流量十分重要。可存储该体积流量并且随后由存储的值的集合中确定最大体积流量。该体积流量属于相应泵曲线与最平缓的系统特性曲线之间的交点，因为系统特性曲线随着增加的体积流量单调上升并且泵曲线单调下降。
系统特性曲线与泵曲线之间交点的确定对于技术人员是熟悉的并且例如可通过使系统特性曲线与泵曲线相等求出。在制造商方面通常对于离心泵给出多个泵曲线，因为多个泵曲线描述泵特性曲线族。这通过HQ曲线图进行，随后可从中确定描述相应泵曲线的数学方程和/或类似这种数学方程的形式、如二次幂级数H(Q,n)＝aQ2+n·b·Q+n2·c，其给输送流量Q和转速n配置扬程H。系数a、b、c由制造商给出。交点中的体积流量Q由该二次方程的正解得出：
0＝Q2+n·b/(a-k)·Q+n2·(c-cx)/(a-k)。
交点中的相应扬程可通过将体积流量代入系统特性曲线或泵曲线的方程中求出。
备选于使系统特性曲线与泵曲线相等，例如可使用样条插值法，在其中由工作点的“点云”迭代地确定交点，这些工作点形成存储的、包括测量数据的特性曲线族。
如上所述，可关于全局满负荷情况给出绝对最平缓的系统特性曲线并且关于局部满负荷情况给出相对最平缓的系统特性曲线。“相对”在此表示，最平缓的系统特性曲线仅在参考时间段内是最平缓的，而在参考时间段之外也可存在其它系统特性曲线，其更加平缓并且构成绝对最平缓的系统特性曲线。因此相对最平缓的系统特性曲线仅在特定参考时间段内有效。在经过该参考时间段后确定用于新的参考时间段的最平缓的系统特性曲线。
在此前一和新的参考时间段可不相互重叠地进行，或者如上所述使用滑动参考时间段，在其中新的参考时间段与前一参考时间段重叠。在参考时间段不重叠的情况下，在新的参考时间段开始时或在上一个参考时间段结束时重置“最平缓”系统特性曲线。由此删除所有关于系统特性曲线的历史信息并且必须重新获取。与此不同地，在滑动参考时间段的情况下仅删除最早的系统特性曲线，因为其在时间上移出滑动参考时间段，并且当前系统特性曲线被加入到确定最平缓的系统特性曲线要考虑的系统特性曲线的集合中。
如上所述，目标点或者说下目标点可以位于离心泵的最小泵曲线上。最小泵曲线是这样的曲线，其连接离心泵在最小转速时的所有工作点。泵的最小转速是这样的转速，从该转速起，泵可达到不等于零的扬程或体积流量。因为液压系统的系统特性曲线都会聚于一个共同点、在加热系统的情况下通常都为HQ曲线图的原点，因此在小的体积流量时各系统特性曲线彼此相距不远。出于该原因，目标点或者说下目标点可以是最小泵曲线上的固定点，其尤其可相应于在体积流量为零时位于离心泵最小泵曲线上的工作点。
但下目标点在离心泵运行时也可改变。此外这在液压系统中存在止回阀时是有意义的。如系统中存在这种止回阀并且其开启压力高于最小泵曲线的最大扬程，则位于最小泵曲线上的下目标点可导致在离心泵的工作点达到下目标点时止回阀关闭并且不再打开，因为扬程或者说由泵在该扬程下建立的压差低于止回阀的开启压力。
为了避免这种情况，当体积流量在特定时间上低于预给定的极限值时，可将下目标点提高到更高的扬程上。通过该极限值可确定是否存在止回阀以及该方法是否因低于止回阀的开启压力而近似“无效运行”。所述极限值例如可以位于最大泵曲线上的最大体积流量的1％、尤其是0.1％。时间段例如可以是2至12小时。此外，下目标点可提高尤其是最大泵曲线上最大扬程的2％至8％。下目标点的提高也可在离心泵运行中多次进行。
当体积流量例如小于最大可能的体积流量的0.1％时，在梯度为负时通过如下方式调整用于增益因子的目标点，即将配置给下目标点的扬程的最后的值提高例如最大可能的扬程的5％。
如上所述，根据本发明的方法的一种有利实施方式，增益因子可由定向直线的斜率获得，该定向直线如在HQ曲线图中所示连接离心泵的当前工作点和目标点。当梯度为正时，使用通向上目标点的定向直线。当梯度为负时，使用通向下目标点的定向直线。在此应注意，在仅为液压系统状态变化的一个唯一方向、即仅为正梯度或仅为负梯度确定相应定向直线的斜率并且将其用作增益因子时，就已实现使用定向直线来确定当前优化增益因子的基本构思。根据本发明的方法并非强制用于正梯度和负梯度。因此该方法例如可仅用于正梯度或仅用于负梯度，从而仅存在一个唯一的增益因子，其中在梯度具有分别不同的符号时可转移到传统的特性曲线调节Δp-c或Δp-v。但有利的是，根据本发明的方法即用于正梯度也用于负梯度，从而存在两个增益因子，因为通过这种方式可在两个变化方向上选择优化的增益因子并且在无供应不足的危险的情况下可节能地进行调节。
在正梯度情况下，可根据下述计算规则计算定向直线的斜率：
其中，Kup是增益因子或第一增益因子，HZO是配置给上目标点的扬程，Hakt是配置给当前工作点的扬程，QZO是配置给上目标点的体积流量并且Qakt是配置给当前工作点的体积流量。计算规则表示直角三角形边长的比值，其斜边连接当前工作点与上目标点。在此当前工作点和上目标点分别通过体积流量值和扬程值的组合来描述。
相应地，在负梯度情况下定向直线斜率的计算根据下述计算规则进行：
其中，Kdown是增益因子或第二增益因子，HZU是配置给下工作点的扬程，Hakt是配置给当前工作点的扬程，QZU是配置给下目标点的体积流量并且Qakt是配置给当前工作点的体积流量。计算规则表示直角三角形边长的比值，其斜边连接下目标点与当前工作点。在此当前工作点和下目标点分别通过体积流量值和扬程值的组合来描述。只要下目标点位于最小泵曲线的最大扬程Hmax,Min处，则因QZu＝0适用：
为了使根据本发明的方法在很大程度上鲁棒并且不易出现错误、尤其是测量错误，有利的是进行极限值观察并且在此避免这样的情况，在其中确定的、尤其是计算出的值超过上限值或低于下限值。这种值通常不应被允许，因为这种值可导致调节的不稳定性或调节技术上意义不大的影响。
因此根据第一极限值观察，计算出的增益因子可被限制为最大值。当计算出的增益因子大于最大值时，可将其设为该最大值。所述最大值优选相应于下极限点和上极限点之间的直线的斜率，其中，所述下极限点可以位于离心泵的最小泵曲线上或下方并且上极限点可以位于最大泵曲线上或上方。
在此上极限点可由最大泵曲线和液压系统的最陡系统特性曲线之间的交点构成。与最平缓的系统特性曲线相对应地，最陡系统特性曲线是这样的系统特性曲线，在其中系数k最大或在与最大泵曲线的交点中存在最高的扬程。备选地，所述上极限点可通过最大泵曲线上的最大扬程和最大泵曲线上最大体积流量的10％至20％定义。在此情况下，上极限点位于最大泵曲线之外。
此外，根据另一种极限值观察，计算出的增益因子可被限制为最小值。该最小值例如可以为零。因此不允许负增益因子。当计算出的增益因子值为负时，可将其设为上一个非负值。这意味着，随后沿当前工作点位于其上的Δp-c特性曲线进行调节。
附图说明
下面借助实施例阐明根据本发明的方法的其它特征和优点。其中：
图1示出在通过测量技术确定当前工作点的情况下根据本发明的调节的框图；
图2示出在通过计算确定当前工作点的情况下根据本发明调节的框图；
图3示出基本方法流程的流程图；
图4示出计算上目标点的一种实施变型方式；
图5示出确定理想增益因子的细节图；
图6示出计算上目标点的第二种实施方式和确定理想增益因子的细节图；
图7示出用于说明所述方法的HQ曲线图；
图8示出用于确定上目标点的流程图；
图9示出用于说明在最平缓的系统特性曲线上的上目标点的HQ曲线图；
图10示出用于说明增益因子上限的HQ曲线图；
图11示出用于说明增益因子下限的HQ曲线图。
具体实施方式
图1示出根据本发明调节液压系统4中电动驱动的离心泵3的框图。液压系统4例如可以是加热系统或冷却系统，在其中加热或冷却介质通过离心泵3从中央热源或制冷机被输送到回路中的至少一个、优选多个自调节的消耗器。消耗器例如可以是地板加热装置的加热体和/或加热回路、或天花板冷却装置的冷却区。消耗器分别配置有调节元件、尤其是恒温阀、电动阀或电热伺服驱动装置，其调节通过相应消耗器的体积流量。下文中关于调节元件说的是阀。
离心泵3在其吸入侧与其压力侧之间产生压差Δp，该压差正比于扬程Hakt并且在液压系统4中引起体积流量Qakt。干扰参量影响液压系统4的状态。这尤其是可理解为如下的阀，所述阀决定系统的液压管路阻力。
为离心泵3配置调节器2，该调节器预给定特定转速n以便达到离心泵3的特定理论扬程Hsoll。转速n的调节以本身已知的方式借助控制离心泵3的、未示出的变频器实现。调节器2和泵3构成调节回路，在其中当前理论扬程Hakt被负反馈到调节器输入端上，使得当前理论扬程从理论扬程Hsoll中被减去，并且调节器2根据从中产生的调节偏差修正转速n。调节器2可以构造为P、PI亦或PID调节器。
现在在这种在现有技术中充分公开的布置中加入根据本发明的动态调节器1，所述动态调节器根据当前工作点Bakt和液压系统1的状态确定扬程理论值Hsoll并且预给定转速调节量。当前工作点Bakt在此通过当前体积流量Qakt和当前扬程Hakt描述。这些参量被提供给动态调节器。
应注意，当前工作点以及还有所有其它下面提到的工作点和其它涉及HQ曲线图所描述的点也可以通过泵3或液压系统4的另外的物理参量来描述，而不脱离本发明构思。因此当前工作点和/或其它点例如可以通过离心泵的转速、转矩、功率消耗、电压和/或电流消耗来描述。因为在此涉及等价的描述类型，所述描述类型对于技术人员是简单且熟悉的。但因为借助已知的、描述扬程H关于体积流量Q的变化过程的HQ曲线图来说明特别简单且易于理解，因而在此使用该说明方法。
此外应注意，只要在这里提到扬程，则其同样表示泵的压差，因为这两个参量在闭合系统、如加热系统中可通过比例关系H＝Δp/(ρ·g)相互转换，其中ρ是输送介质的密度并且g是重力加速度，即ρ和g是常数。
当前体积流量Qakt可以被测量或计算。在图1中当前体积流量Qakt借助体积流量传感器、扬程Hakt借助压差传感器测量并且提供给动态调节器1。与此相对，图2与图1的区别在于，当前体积流量Qakt和当前扬程Hakt通过计算确定，在此纯示例性地通过分析离心泵3的当前转速n和当前功率消耗P。因为测量通常不能在整个体积流量范围上无测量误差地进行，因此在较高体积流量时进行测量与在较低体积流量时进行计算的结合是有意义的。
根据另一种未示出的实施方式，也可仅通过测量技术确定体积流量Qakt和扬程Hakt或压差这两个参量之一并且另一参量通过计算确定。
如实施计算，则所述计算可借助至少一个数学模型进行、如泵3的电动和/或液压部件的模型，必要时补充液压系统4的液压模型。离心泵3的电动部件例如可通过一个电气模型和一个机械模型来描述。应注意，计算也可理解为估算。这种估算例如可基于由电动泵3的模型以及必要时结合所连接的液压系统4的模型形成的观测器。
在根据图2的实施例中设置换算单元5，该换算单元由离心泵3的当前转速n和当前功率消耗P计算出当前扬程Hakt和当前体积流量Qakt。然后将这些参量的值提供给动态调节器1，所述动态调节器实施对当前体积流量Qakt的分析并且基于该分析预给定新的理论扬程Hsoll。此外，在图3中示出由动态调节器1实施的方法步骤，该图示出所述方法的基本流程。
该方法从离心泵3的当前工作点Bakt出发，所述当前工作点被提供给动态调节器1，即图3中的步骤20。在此首先假设，该方法已经运行了一段时间。如方法才刚开始，则要进行不同的准备步骤，这些准备步骤在此为简单起见未示出。此外，进行参数和运行变量的初始化或者说给不同参数预赋值。此外，在步骤20之前可首先采集一些测量值用以进行可能的求平均值或者说平滑。
为实施所述方法所需的当前工作点Bakt通过当前体积流量Qakt和当前扬程Hakt定义，其中在该方法开始时仅当前体积流量Qakt是重要的。因此在步骤20中只需考虑当前体积流量Qakt。
根据本发明首先确定离心泵3的体积流量Qakt的梯度dQakt/dt，即图3中的步骤30。梯度dQakt/dt是体积流量Qakt的时间导数并且利用梯度的符号表示方向并且利用梯度的数值表示当前体积流量变化的大小、即趋势。如果梯度dQakt/dt为正，则显然液压系统4的至少一个阀打开，因此体积流量Qakt增加。相反，如果梯度dQakt/dt为负，则显然至少一个阀关闭，因此体积流量Qakt减小。
梯度dQakt/dt的计算可时间连续或离散地进行。在此应注意，反正整个方法可时间连续或基于离散的采样值离散地运行，或甚至部分时间连续并且部分离散地运行。在时间离散的计算的情况下，梯度dQakt/dt可由两个相继的体积流量值Qakt(t1)、Qakt(t2)的差商确定，在此所述体积流量值的差与采样间隔相除。
采样间隔例如可介于3s至30s之间。采样间隔优选相应于该方法反复重复的间隔。这意味着，在每个间隔结束时产生一个新的理论扬程Hsoll，即上一个理论扬程Hsoll在一个间隔的持续时间上有效并且由压差调节器2在离心泵3中设定。因此在每个间隔中由动态调节器1确定的理论扬程Hsoll保持恒定。
为了抑制测量噪声，可以对梯度dQakt/dt进行平滑。例如梯度dQakt/dt可由多个滑动平均的体积流量值Qakt计算出。备选或附加地，计算出的梯度dQakt/dt本身可以是一定数量的值的滑动平均值。所述数量理想地可以相应是4至16个值。求滑动平均值表示，确定关于由一定数量的值构成的组的平均值并且只要产生新的值，就用该新的值取代当前组最早的值。为了能够求滑动平均值，不言而喻地是，必须有足够的值。因此，在方法开始时必须首先采集足够的测量值。就此而言可规定，当存在足够多的值时，才实施步骤30。
在步骤50中计算至少一个理想增益因子K，该理想增益因子在接下来的步骤60中需要用于调整理论扬程Hsoll。该调整根据计算出的梯度dQakt/dt和计算出的增益因子K进行。于是，在方法结束时产生新的理论扬程Hsoll，参见步骤70。该方法随后重复，在此重复周期性地进行、在此例如每30秒进行一次。于是，基于所述新的当前工作点Bakt确定又一个新的理论扬程Hsoll。
对于方法流程可实现不同实施方式。在任何情况下体积流量梯度dQakt/dt的计算对于步骤60中理论扬程Hsoll的调整是必须的。所述体积流量梯度无需在之前的步骤中使用。因此在一种实施方式中，步骤30和50可在其顺序方面互换或同时进行。
图4和图5示出该方法在步骤50中使增益因子K的计算具体化的一种实施方式。在此，由当前工作点Bakt和上目标点ZO(QO,HO)或由当前工作点Bakt和下目标点ZU(QU,HU)进行计算。
上目标点ZO在HQ曲线图中位于当前工作点Bakt上方。上目标点通过大于当前体积流量Qakt的体积流量QZO定义、优选但并非必须也通过大于当前扬程Hakt的扬程HZO定义。
下目标点ZU位于当前工作点Bakt下方。下目标点通过小于当前体积流量Qakt的体积流量QZU定义、优选但并非必须也通过小于当前扬程Hakt的扬程HZU定义。因此当前工作点Bakt始终介于上目标点ZO和下目标点ZU之间。
首先预给定下目标点ZU(QU,HU)并且因此不需要再对其进行确定。下目标点需要在负梯度dQakt/dt时用于计算理想增益因子K＝Kdown。这在图5的步骤51中被检验，其中在那里的查询dQakt/dt>0在负梯度时进入“否”分支。情况特定的增益因子K＝Kdown随后在步骤54中由计算规则确定。该计算规则描述通过当前体积流量Qakt和当前扬程Hakt表征的当前工作点Bakt与通过相应配置给下目标点的体积流量QZU和相应扬程HZU表征的下目标点ZU之间的定向直线的斜率。在步骤55中，该情况特定的增益因子Kdown被设为一般增益因子K，其用于在步骤60中计算理论扬程Hsoll。但步骤54和55也可组合，于是借助计算规则立即计算出一般增益因子K。
因此如在步骤51中梯度dQakt/dt为负，则不需要在步骤50中实施进一步计算。图4中步骤30的梯度计算之后可立即进入步骤50并且从步骤50进入步骤60，这例如也在图3中示出。
但如果梯度dQakt/dt为正，则根据本发明计算第二种情况特定的理想增益因子K＝Kup，参见步骤52。为此使用计算规则并且其描述通过当前体积流量Qakt和当前扬程Hakt表征的当前工作点Bakt与通过相应配置给上目标点的体积流量QZO和相应扬程HZO表征的上目标点ZO之间的定向直线的斜率。在步骤53中该情况特定的增益因子Kup被设为一般增益因子K，其用于在步骤60中计算理论扬程Hsoll。但步骤52和53也可组合，于是借助该计算规则可立即计算出一般增益因子K。
因此对于第二种情况特定的增益因子Kup需要上目标点ZO(QO,HO)。因此上目标点必须在计算第二种情况特定的增益因子Kup之前已知。上目标点的确定在步骤40中进行、即至少在步骤52之前进行。不过，对于步骤40的具体实施而言不同位置可以是有意义的。
在图4中示出一种实施方式，在其中上目标点ZO(QO,HO)的确定在步骤50之外进行。这具有以下优点：在步骤50中可省却步骤51中的情况区分。于是在步骤50中计算两个情况特定的增益因子Kup、Kdown。只有在调整理论扬程Hsoll时才查询(步骤51)梯度dQakt/dt的符号进而决定应使用两个理想增益因子Kup、Kdown中的哪一个。在此情况下，步骤30中梯度dQakt/dt的确定可与图4相反在步骤40或步骤50之后进行。但如果步骤51的情况区分在步骤50中进行，则必须提前计算梯度dQakt/dt。
图6中示出图4和图5的一种备选实施方式，其与图4和图5中的实施方式的区别在于，上目标点ZO(QO,HO)的确定直接在计算第二种情况特定的增益因子Kup之前进行，也就是说，只有在确定梯度dQakt/dt为正后才进行。因此在图6中在步骤51中情况区分的“是”分支之后紧跟步骤40。上目标点因此仅在其实际被需要时才被计算或重新计算。相反，如梯度dQakt/dt在当前周期中为负，则不需要计算上目标点。
此外，在图6中步骤52、53以及54和55分别被合并。因此不在名称上区分两个不同的增益因子，即使在图6的流程图中计算两个不同的增益因子K。最后，在每个周期中仅计算出一个唯一的增益因子K，其随后用于计算新的理论扬程。
在计算增益因子K之一后，于是在步骤60中确定新的当前理论扬程Hsoll。这根据梯度dQakt/dt、在此即根据梯度dQakt/dt的数值和符号进行，在此理论扬程Hsoll由借助计算出的增益因子K加权的梯度dQakt/dt和上一个预给定的理论扬程Hsoll,alt的数学关联计算出。
所述数学关联实现体积流量变化dQakt/dt和理论扬程Hsoll之间的正反馈。在此当体积流量Q上升、即梯度dQakt/dt为正时，理论扬程Hsoll增大，并且当体积流量Q下降、即梯度dQakt/dt为负时，理论扬程Hsoll减小。通过输送流量变化dQakt/dt和扬程H之间的正反馈确保理论扬程Hsoll对输送体积流量Qakt的由系统引起的变化进行快速响应，例如当加热系统4中的恒温阀快速打开或关闭时。
这样实现所述正反馈，即给上一个预给定的理论扬程Hsoll,alt加上正反馈值M，当梯度dQakt/dt为正时，该正反馈值为正，并且当梯度dQakt/dt为负时，该值为负。因此，新的理论扬程Hsoll由旧值Hsoll,alt加上正反馈值M根据下述等式产生：
Hsoll＝Hsoll,alt+M
调节技术方面在此涉及积分器。在离心泵3的运行中动态地计算出正反馈值M。所述正反馈值相应于借助增益因子K加权的体积流量梯度dQakt/dt。增益因子K在此情况下因此是正变量。因此在当前示例中所述数学关联是借助增益因子K加权的梯度dQakt/dt加上上一个预给定的理论扬程Hsoll,alt。
适宜的是，所述正反馈值M可以附加地包括归一化因子，所述归一化因子与增益因子K和梯度dQakt/dt的乘积相乘，以便实现正反馈值M的归一化并且使其量纲适配于理论扬程Hsoll的量纲。该归一化因子例如可以是采样间隔T，于是适用
通过在步骤60中计算新的理论扬程Hsoll，已完成根据本发明的方法的主要部分。新的理论扬程Hsoll由动态调节器1在步骤70中提供给恒压调节器2，所述恒压调节器随后通过转速n设定该理论扬程。
因此借助根据本发明的方法提出，确定离心泵3的当前工作点Bakt并且由当前工作点Bakt和目标点ZO、ZU之间的函数关系计算当前理想增益因子K，所述目标点位于当前工作点上方或下方。这在下面借助图7中的HQ曲线图来说明。
HQ曲线图示出泵特性曲线族，其向下通过最小泵曲线10并且向上通过最大泵曲线限定。最小泵曲线10描述在离心泵的最小转速nmin下扬程H与体积流量的关系，最大泵曲线11描述在离心泵的最大转速nmax下扬程H与体积流量的关系。因此沿一条泵曲线10、11，离心泵3的转速n恒定。离心泵3的工作点位于最小和最大泵曲线之间。但在此应注意，在泵3中可实现功率限制，通过该功率限制可在运行中在最大功率范围内预给定偏离于最大泵曲线11的、较小的最大转速。
离心泵3的当前工作点Bakt通过当前体积流量Qakt和当前扬程Hakt定义。当前工作点位于一条在图7中示例性位于最小和最大泵曲线10、11之间的当前泵曲线上。同时当前工作点Bakt位于一条描述液压系统的当前状态的系统特性曲线14上。该系统特性曲线14、也称为管网抛物线在此示例性通过抛物线公式HA＝k·Q2描述，其中k是抛物线斜率。在此为简单起见不考虑止回阀。斜率同时是系统4的液压阻力的量度。阀越进一步关闭和/或越多的阀关闭，则k就越大、即系统特性曲线就越陡。阀越进一步打开和/或越多的阀打开，则k就越小、即系统特性曲线就越平缓。
借助泵曲线10、11清楚的是，离心泵3在每个转速n下都可达到配置给该转速的泵曲线上的最大扬程和最大体积流量。这与系统特性曲线14的位置有关。最大泵曲线11上的理论最大扬程以Hmax,Max表示，最大泵曲线11上的理论最大体积流量以Qmax,Max表示。相应地，最小泵曲线10上的理论最大扬程以Hmax,Min表示，最小泵曲线10上的理论最大体积流量以Qmax,Min表示。
在根据图7的实施方式中，至少在方法开始时下目标点ZU是固定的。但当液压系统中存在止回阀并且被识别时可进行调整。下目标点ZU在图7中位于最小泵曲线10上最大扬程Hmax,Min的工作点上。在该点中体积流量为零。
如由图7的实施方式可见，定义上目标点ZO，其位于当前工作点Bakt上方。上目标点通过扬程HZO和体积流量QZO表征。上目标点ZO同样可以是固定的、例如位于离心泵3的最大功率的工作点中。但为了更好地动态调整增益因子K有利的是，上目标点保持可变。
在图7中这样选择上目标点，使得其位于最大泵曲线11上。但并非必须如此。
例如当离心泵3对于液压系统4超规格时，则离心泵永远达不到最大泵曲线11上的工作点。在此情况下，上目标点ZO可位于离心泵3在液压系统4中运行中所达到的最高转速n所属的泵曲线上。可监控、记录并且在达到比当前记录的最高转速更高的转速时不断修正该最高转速。如果转速被向上修正，则优选上目标点ZO也可被向上修正，使得其继续位于配置给最高转速的泵曲线上。
上目标点无需位于最大泵曲线11上的另一种情况在于泵3的功率限制起作用。因为在此情况下转速相对于最大泵曲线11上的最大转速减小，以便不超出特定功率极限，这引起最大泵曲线在泵特性曲线族的超出功率极限的区域中被削平并且大致形成直线。上目标点于是位于这样的曲线上，所述曲线在功率极限之外通过最大泵曲线并且在功率极限之内通过该直线来描述。
但图7基于离心泵3功率适当地适配于液压系统，即，既不超规格也没有功率限制。泵特性曲线族因此通过最大泵曲线限定，从而上目标点有利地位于最大泵曲线上。
理想的是，上目标点由液压系统4的之前的状态计算出，如在下面还将说明的。这可附加或备选于考虑最高转速而实现。
如图5和图6的步骤52和54所示，增益因子K基于当前工作点由直线的斜率来确定。如图7所示，为此在当前工作点Bakt和目标点ZO、ZU之一之间使用定向直线15、16，在此所述定向直线15、16的斜率用作增益因子K。
因此本发明的基本构思在于，使用参考点ZO或ZU并且使其与当前工作点Bakt关联。参考点ZO、ZU以某种方式被定向，这在HQ曲线图中从当前工作点Bakt出发可表示为连接当前工作点与参考点ZO、ZU的直线15、16的形式。因此参考点ZO、ZU也被称为目标点。然后计算定向直线15、16之一的斜率并将其用作增益因子K。
由于使用当前工作点Bakt来计算增益因子K，因此其计算规则已经总是不同的并且在离心泵3的运行中动态地变化。在HQ曲线图中示出定向直线15、16的斜率进而增益因子K已经由于当前工作点Bakt的变化而变化。附加地，当目标点变化时斜率也变化。因此一方面使泵3优化地适配于液压系统4的负荷状态，另一方面最大程度地避免了液压系统4中由正反馈引起的振荡。
当梯度dQakt/dt为正时，使用从当前工作点Bakt到上目标点ZO的定向直线15。该第一定向直线15的斜率于是由设置在第一定向直线旁的直角三角形的两条直角边的长度之比得出。该斜率被用作增益因子K或第一增益因子Kup，从而适用其中，K是一般增益因子，Kup是用于增加的体积流量的第一增益因子，HZO是配置给上目标点ZO的扬程，Hakt是配置给当前工作点Bakt的扬程，QZO是配置给上目标点ZO的体积流量，并且Qakt是配置给当前工作点Bakt的体积流量。
当梯度为负时，使用从当前工作点Bakt到下目标点ZU的定向直线16。所述第二定向直线16的斜率因此由设置在第二定向直线16旁的直角三角形的两条直角边的长度之比得出。该斜率被用作新的增益因子K或第二增益因子Kdown，从而适用其中，K是一般增益因子，Kdown是第二增益因子，HZU是配置给下目标点ZU的扬程，Hakt是配置给当前工作点Bakt的扬程，QZU是配置给下目标点的体积流量，并且Qakt是配置给当前工作点的输送流量。因为在图7的实施例中下目标点ZU在最小泵曲线10上位于体积流量Q为零并且扬程Hmax,Min最大处，因此适用：
对于增加和减小的体积流量Q使用不同的增益因子Kup、Kdown的优点在于，能以不同速度响应于系统中不同的状态变化，即响应于阀打开或阀关闭。与此相对地，如果所述两个增益因子Kup、Kdown相同，那么所述第一和第二定向直线15、16构成一条共同的无弯曲直线。
离心泵3在大多数时候在部分负荷运行中运转，即在具有部分打开和部分关闭的阀或者部分阀打开和部分阀关闭的系统状态中运转。因此选择最小泵曲线10上的下目标点ZU以及最大泵曲线11上的上目标点ZO导致体积流量Q增加时的增益因子Kup大于体积流量Q减小时的增益因子。因此例如可在加热设备中根据加热要求——在此阀打开——进行快速响应并且提供热传输所需的体积流量。相反，迟缓的响应将导致较长的等待时间，直至热量出现在消耗器上，从而相应空间被加热较慢并且降低了用户的舒适度。
与此相对，在相反的情况下、即在阀关闭时缓慢的响应就足够了并且甚至是有利的。在此情况下离心泵3虽然会在一段时间上没有能量优化地运转，但这不会导致用户方面的舒适度降低。更确切地说，泵3可慢慢从中找到一种运行状态，在其中泵消耗较少能量但提供所需的热能，在此，泵正处在近似“准备就绪”中，以便再次快速转换到更高体积流量，因为其还未达到其能量优化的可能远离之前的工作点的运行。
图8示出用于确定合适的上目标点ZO的一种实施方式的方法步骤。在该实施方式中，上目标点ZO由液压系统4的过去的状态计算出。在此目的在于，使动态调节器1将上目标点ZO设置在离心泵3满负荷运行之处。尤其是上目标点应位于泵3在最高转速n下输送最大体积流量Q之处。这在根据图8的实施方式中这样进行：由动态调节器1选择在最大泵曲线11上的目标点ZO。这如下进行：确定最平缓的系统特性曲线13并将其与最大泵曲线11的交点设为上目标点ZO。这在图9中示出。
为此在第一步骤41中确定当前系统特性曲线14。该系统特性曲线在数学上描述构成液压系统4的管网的扬程H与体积流量Q之间的函数关系，所述管网包括所连接的消耗器和对消耗器进行调节的调节装置。该关系在最简单的情况下是按照如下等式的二次方程：HA(Q)＝k·Q2+cx，从而该系统特性曲线也可称为管网抛物线，其斜度由参数k的值来定义。参数cx被称为扬程值，其表示用于打开止回阀所必须克服的压差。如液压系统4不含止回阀，则cx可设为零。通过确定管网抛物线的参数k、cx来确定当前系统特性曲线14。随后在步骤42中确定系统特性曲线14与最大泵曲线11之间的交点。该交点可通过使系统特性曲线14与最大泵曲线11的数学方程相等来求出。
当前系统特性曲线14的计算随着方法的每个周期而重复，从而在每个时刻都已知存在哪些过去的系统特性曲线。与最大泵曲线11的每个交点通过特定体积流量和特定扬程表征。因此通过周期地确定系统特性曲线14和交点可产生体积流量集合。然后从中确定所有已确定的交点中哪一个具有最大体积流量Qmax,T。因此由体积流量集合确定最大体积流量Qmax,T。该最大体积流量Qmax,T位于最平缓的系统特性曲线13上。如果该集合中加入一个新交点的新体积流量值并且该值大于目前的所有值，则该新的值被设为最大体积流量值Qmax,T，因为很显然在液压系统4中出现了更平缓的系统特性曲线。
应注意，并非必须形成交点的体积流量值集合。更确切地说，可以存储最大体积流量并且当检测到更高体积流量时则总是用其来替换所存储的值。于是，在开始计算时简单地将第一次确定的体积流量设为最大体积流量。
但如果使用形成体积流量集合，适当地不要让该集合无限变大，而是将其限制在参考时间段T上。由于在加热系统中因用户习惯存在特定负荷状态的周期性反复，有意义的是，将参考时间段设为24小时，因为基于用户习惯加热曲线每天重复。这至少适用于工作日，因为液压系统4的典型负荷状态、如早晚加热——在家时或出入办公室时——或夜间温度下降每天重复。但也可使用更短的参考时间段T、如12小时，以便为白天和夜间运行分别确定最大体积流量Qmax,T，或24小时的倍数，以便确定关于两天或更多天的最大体积流量Qmax,T。
参考时间段T优选可用作滑动时间窗口。这表示，集合中的最大体积流量逐渐变“旧”并且，如果没有确定新的最高体积流量时，则在相应于参考时间段T的持续时间的时效后将其移出集合并且将集合中的第二大体积流量变为最大体积流量。滑动时间窗口因此具有再生效果。
备选于滑动时间窗口，体积流量集合或至少所确定的最高体积流量可在特定参考时间段T后被删除并重新形成。
图9示出，当前系统特性曲线14比最平缓的系统特性曲线13(虚线)更为陡峭，所述最平缓的系统特性曲线在系统4中从当前参考时间段T开始以后出现。如果消耗器的阀打开，则当前系统特性曲线14朝向最平缓的系统特性曲线13方向移动。
一旦已知最大体积流量Qmax,T，则可确定所属的扬程Hmax,T，即步骤44，例如通过将最大体积流量Qmax,T代入系统特性曲线14的方程或最大泵曲线11的方程中。随后将两个所确定的值Qmax,T、Hmax,T设为上目标点ZO，即步骤45，所述上目标点随后用于后续方法步骤。借助所述值产生用于步骤52中的数学计算规则：
备选于重复计算系统特性曲线14以及交点和随后确定最大体积流量Qmax,T，可使用相应所确定的当前系统特性曲线14的斜率k来确定最平缓的系统特性曲线，因为最平缓的系统特性曲线具有最小参数k。因此，在图8的步骤41中确定当前系统特性曲线14之后，接着可进行这样的步骤，在其中直接确定最平缓的系统特性曲线，这类似于上述操作方法进行，即，确定每个所确定的系统特性曲线的斜率k，收集到斜率的集合中并且随后由该集合确定最小斜率kmin，或可以这样进行，即检验每个所确定的斜率k是否小于之前确定的最小斜率kmin。在提及的第二种情况下仅在该方法开始时将第一次确定的系统特性曲线的斜率存储为最小斜率kmin。
如果已知最小斜率kmin，也就存在最平缓的系统特性曲线。然后可以在下一步骤中确定最平缓的系统特性曲线与最大泵曲线的交点或者是定义该交点的体积流量Qmax,T和扬程Hmax,T并将其用作上目标点ZO。
因此，借助该备选方案并非在每个周期中确定与最大泵曲线11的交点并从中确定最平缓的系统特性曲线，而是首先确定最平缓的系统特性曲线并且随后从中确定交点。
在所描述的备选变型方案中，最小斜率kmin的确定也可在特定参考时间段T上进行，即在参考时间段T结束后再次删除所确定的最小斜率kmin并且重新确定。参考时间段对于参考时间段T适用前面说明的相同特征。
图9直观地示出所描述的方法。所寻找的理想增益因子K根据本发明对于正梯度dQakt/dt在数值上选择为等于第一定向直线15的斜率并且对于负梯度dQakt/dt选择为等于第二定向直线16的斜率。增益因子K因此在体积流量增加、即在正梯度dQakt/dt>0(步骤52)时根据不同于体积流量减小、即负梯度dQakt/dt<(步骤54)时的数学规则确定。总之，在考虑图9所示的上目标点ZO和下目标点ZU的情况下对于增益因子适用下述计算规则：
出于数学完整性应注意，对于dQakt/dt<0的增益因子K可设置为零，因为在此情况下不需要调整理论扬程Hsoll。
作为安全措施可实施不同的极限值观察，其使得本方法特别鲁棒且无错误。这在图10和11中示出。
因此，图10示出通过最大值Kmax来限制增益因子K，该最大值相应于介于下极限点和上极限点之间的直线12的斜率。下极限点在此位于最小泵曲线10上的零体积流量处。因此下极限点示例性相应于下目标点ZU。上极限点位于最大泵曲线11上方。其通过最大泵曲线11上的最大扬程Hmax,Max和借助因子Fflow加权的最大泵曲线11上的最大体积流量Qmax,Max定义。因子Fflow取决于离心泵3的转速的最大变化速度并且在此介于10％至20％之间。此外，理想的是，上极限点位于液压系统4的最陡系统特性曲线17上。最大值Kmax可如下计算：
如果增益因子K基于根据上述计算规则的计算所达到的值大于所述最大值Kmax，则将增益因子K限制为该最大值Kmax。通过该最大值进行的限定确保在极小体积流量的情况下或在体积流量为零的情况下总是还可以计算系统特性曲线。此外避免过度响应。
图11示出对于正梯度计算出的增益因子Kup为负的情况。在此最平缓的系统特性曲线18低于图9中的最平缓的系统特性曲线。
在此应注意，这表示图9中参考时间段T尚未结束并且图11中的最平缓的系统特性曲线18还有待出现，但动态调节器尚不知道，或者液压系统4的配置给图11的最平缓的系统特性曲线的状态在图9所观察的参考时间段T中根本没有出现。这说明图9中的最平缓的系统特性曲线13是相对的、关于参考时间段的最平缓的系统特性曲线，而图11中的最平缓的系统特性曲线18是绝对最平缓的系统特性曲线。
在根据图11的当前工作点Bakt中，当前扬程Hakt大于配置给上目标点ZO的扬程Hmax,T。也就是说，当前扬程更高，因而定向直线15朝向上目标点ZO下降。定向直线15的斜率以及计算出的增益因子因此为负。
同样也可发生在另一定向直线16上，即在当前工作点Bakt中当前扬程Hakt小于配置给下目标点ZU的扬程Hmax,Min。也就是说，当前扬程更低，因而另一定向直线16朝向下目标点ZU上升。因此定向直线15的斜率为负以及计算出的增益因子Kdown为负。
因为在所述情况下正反馈转换为负反馈，因此计算出的Kup、Kdown被限制为最小值Kmin。当增益因子逐渐下降到零以下时，该值为零。这表示，理论扬程Hsoll在此情况下不改变，即泵3在下一周期中按相同的Δp-c特性曲线被调节。相反，当计算出的增益因子Kup从正值跳跃到小于零的值时，则将其设为上一个非负值。当离心泵3的工作点在最大泵曲线11上移动时，也产生负的增益因子Kup值。
在步骤50后、尤其是直接在步骤52或54后检验计算出的增益因子K及其修正值是否低于最小值或超过最大值。
附加或备选地，在根据本发明的方法中规定，禁止上目标点ZO在其扬程HZO＝Hmax,T方面低于配置给下目标点ZU的扬程Hmax,Min。因此可以在步骤44之后立即查询是否满足该条件。在“是”情况下使上目标点的扬程HZO等于配置给下目标点ZU的扬程HZU＝Hmax,Min。在“否”情况下所确定的扬程HZO保持不变。
作为其它安全措施可规定，当新的体积流量Qakt大于最大泵曲线11上的最大体积流量Qmax,Max时，将新测量的体积流量Qakt重置为上一个测得的体积流量Qakt，因为这是不可信的。这种测量值可在错误测量时产生并且敏感地干扰所述方法。在步骤20后可立即修正体积流量Qakt。
作为其它安全措施还可规定，检验步骤41中确定的系统特性曲线14，判断其斜度是否超过最大值Kmax。这在延伸经过上极限点的系统特性曲线被允许作为最陡系统特性曲线17时发生。于是，斜率最大值Kmax为：
因此，在步骤41之后立即查询借助当前系统特性曲线14确定的斜率k是否超过最大值Kmax。在“是”情况下将斜率限制为该最大值Kmax。
如上所述，下工作点可在离心泵3运行时改变、尤其是升高。当在液压系统4中存在止回阀且该止回阀的开启压力超过配置给下目标点ZU的扬程HZU时，这是必要的。如果离心泵3的工作点Bakt达到下目标点ZU，扬程或由泵3在该扬程下建立的压差低于止回阀的开启压力。于是，止回阀将关闭并且永不再打开。为了防止这种情况，提高下目标点ZU、如提高最大泵曲线11上的最大扬程Hmax,Max的5％，于是在此适用：HZU＝HZU_old+0.05·Hmax,Max。
当体积流量Qakt在一定时间段上低于预给定的极限值时，进行提高。通过该极限值来检验止回阀的存在。所述极限值可以为最大泵曲线上的最大体积流量Qmax,Max的1％，所述时间段为30分钟。
借助在此所描述的方法，可在利用体积流量变化和理论扬程之间正反馈的情况下以在每种负荷情况下优化的增益因子运行电动驱动的离心泵、尤其是加热泵。

Claims (25)

1.用于在具有至少一个自调节消耗器的液压系统(4)中运行电动驱动的离心泵(3)的方法，在其中，确定离心泵(3)的体积流量(Qakt)的梯度(dQakt/dt)并且由借助增益因子(K)加权的梯度(dQakt/dt)和上一个预给定的理论扬程(Hsoll,alt)的数学关联来计算离心泵(3)的当前理论扬程(Hsoll)，该关联描述理论扬程(Hsoll)和体积流量(Qakt)之间的正反馈并且增益因子(K)由计算规则确定，其特征在于，在离心泵(3)运行中在考虑离心泵(3)的当前工作点和液压系统(4)的当前和/或至少一个过去的状态的情况下动态地调整所述计算规则。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数学关联是借助增益因子(K)加权的梯度(dQakt/dt)与上一个预给定的理论扬程(Hsoll,alt)的相加。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算规则描述当前工作点(Bakt)和目标点(ZO、ZU)之间的函数关系，在此确定离心泵(3)的当前工作点(Bakt)并且由该函数关系计算增益因子(K)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定当前工作点(Bakt)和目标点(ZO、ZU)之间的定向直线(15、16)的斜率并且将其用作增益因子(K)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述目标点(ZO)在正梯度(dQakt/dt)时是上目标点(ZO)，所述上目标点通过比当前工作点(Bakt)的体积流量(Qakt)大的体积流量(QZO)来表征。
6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，所述目标点(ZU)在负梯度(dQakt/dt)时是下目标点(ZU)，所述下目标点通过比当前工作点(Bakt)的体积流量(Qakt)小的体积流量(QZU)来表征。
7.根据权利要求5和6所述的方法，其特征在于，确定第一增益因子(Kup)，其相应于当前工作点(Bakt)和上目标点(ZO)之间的第一定向直线(15)的斜率，并且确定第二增益因子(Kdown)，其相应于当前工作点(Bakt)和下目标点(ZU)之间的第二定向直线(16)的斜率，在此在正梯度(dQakt/dt)时使用第一增益因子(Kup)并且在负梯度(dQakt/dt)时使用第二增益因子(Kdown)。
8.根据权利要求3至7之一所述的方法，其特征在于，确定液压系统(4)的当前和/或过去的系统特性曲线(12、13)并且确定该系统特性曲线上的构成上目标点(ZO)的点。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述当前或过去的系统特性曲线(12、13)与离心泵(3)的最大泵曲线(11)之间的交点并将其用作上目标点(ZO)。
10.根据权利要求3至9之一所述的方法，其特征在于，所述过去的系统特性曲线(13)是在过去的参考时间段(T)内最平缓的系统特性曲线。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述参考时间段(T)介于12至48小时之间、优选为24小时、尤其是滑动参考时间段(T)。
12.根据权利要求3至12所述的方法，其特征在于，所述目标点(ZU)或下目标点(ZU)位于离心泵(3)的最小泵曲线(10)上。
13.根据权利要求3至12之一所述的方法，其特征在于，所述目标点(ZU)或下目标点(ZU)是位于离心泵(3)的最小泵曲线(10)上零体积流量(Q)处的工作点。
14.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在正梯度(dQakt/dt)的情况下增益因子(K)或第一增益因子(Kup)根据下述计算规则计算：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>Z</mi> <mi>O</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>k</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>Z</mi> <mi>O</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>k</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，
Kup是增益因子或第一增益因子，
HZO是配置给上目标点的扬程，
Hakt是配置给当前工作点的扬程，
QZO是配置给上目标点的体积流量，
Qakt是配置给当前工作点的体积流量。
15.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在负梯度(dQakt/dt)的情况下增益因子(K)或第二增益因子(Kdown)根据下述计算规则计算：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>k</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>Z</mi> <mi>U</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>k</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>Z</mi> <mi>U</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，
Kdown是增益因子或第二增益因子，
HZU是配置给下工作点的扬程，
Hakt是配置给当前工作点的扬程，
QZU是配置给下目标点的体积流量，
Qakt是配置给当前工作点的体积流量。
16.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法周期性重复、优选以3秒至15分钟之间的间隔、尤其是每30秒重复。
17.根据权利要求3至16之一所述的方法，其特征在于，将计算出的增益因子(K、Kup、Kdown)限制为最大值(Kmax)，该最大值相应于一个下极限点和一个上极限点之间的直线(16)的斜率，所述下极限点位于离心泵(3)的最小泵曲线(10)上或下方并且上极限点位于最大泵曲线(11)上或上方。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述上极限点由最大泵曲线(11)和液压系统(4)的最陡系统特性曲线(17)之间的交点构成。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述上极限点通过最大泵曲线(11)上的最大扬程(Hmax,Max)和最大泵曲线(11)上的最大体积流量(Qmax,Max)的10％至20％定义。
20.根据权利要求3至19之一所述的方法，其特征在于，将计算出的增益因子(K、Kup、Kdown)限制为最小值(Kmin)零。
21.根据权利要求3至20之一所述的方法，其特征在于，当计算出的增益因子(K、Kup、Kdown)的值为负时，将计算出的增益因子(K、Kup、Kdown)设为上一个非负值。
22.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了确定当前工作点(Bakt)而确定当前体积流量(Qakt)，在此当新确定的体积流量值大于最大泵曲线(11)上的最大体积流量(Qmax,Max)时，将新确定的体积流量值降低为上一个确定的体积流量值。
23.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述梯度(dQakt/dt)由多个滑动平均的体积流量值(Qakt)计算出。
24.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述梯度(dQakt/dt)是一定数量的值的滑动平均值。
25.根据权利要求5至24之一所述的方法，其特征在于，当体积流量(Qakt)在一定时间段上低于预给定的极限值(Qmin)、尤其是低于最大泵曲线(11)上最大体积流量(Qmax,Max)的0.1％时，可将下目标点(ZU)提高到更高的扬程(HU,neu)上、尤其是提高最大泵曲线(11)上的最大扬程(Hmax,Max)的2％至8％。
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