CN111022306B - 用于操控流体泵的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设备和方法，其中，为了操控流体泵，将流体压力调节到该压力额定值，其中，从该压力的额定值和该压力的实际值之间的偏差出发，由第一调节器预给定流体泵转速的额定值(206)，并且从流体泵的转速的额定值和流体泵的转速的实际值之间的偏差出发，由第二调节器预给定用于操控流体泵的电流值(210)，其中，所述电流值借助预控制值被校正或加载(214)，其中，针对流体泵的工作点的预控制值从流体泵的工作范围中根据用于所述流体泵的工作范围的至少一部分的多个模型的输出值被预给定(212)。

Description

用于操控流体泵的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于操控流体泵的方法和设备，以及一种包括指令的计算机程序和计算机可读介质。
背景技术
用于机动车内燃机的喷射系统的流体泵将流体从箱输送到喷射系统的输送容积中。来自输送容积的流体经由喷射系统的喷射阀例如被喷射到内燃机的进气系中。
在此，输送容积中的流体压力被调节到额定值。为此，从压力的额定值和实际值之间的偏差出发，由第一调节器预给定流体泵转速的额定值。从转速的额定值和实际值之间的偏差出发，由第二调节器预给定电流值。该电流值借助预控制值被校正或加载。由此，转速调节尤其在压力额定值的快速变化时被卸载。
发明内容
与现有技术相比，本发明的设备和方法具有以下优点：流体泵调节的动态性非常精确地与局部的非线性度协调地进行。
所述方法规定：为了操控流体泵，将流体压力调节到该压力额定值，其中，从该压力额定值和该压力实际值之间的偏差出发，由第一调节器预给定流体泵转速的额定值，并且从流体泵的转速的额定值和流体泵的转速的实际值之间的偏差出发，由第二调节器预给定用于操控流体泵的电流值，其中，所述电流值借助预控制值被校正或加载，其中，针对流体泵工作点的预控制值从流体泵工作范围中根据用于所述流体泵工作范围的至少一部分的多个尤其线性的模型的初始值被预给定。通过使用多个模型特别精确地考虑在流体泵工作范围内的局部的非线性度。
优选地设置，通过所述模型将至少一个输入值根据至少一个参数映射到一个输出值上，其中，所述至少一个参数根据稳态的调节偏差来确定，所述调节偏差在流体泵的稳态运行状态中针对第一调节器和/或针对第二调节器出现。因此，所述模型尤其在操控运行中特别好地被参数化。
优选地，根据实施为具有积分部分的调节器的第一调节器或第二调节器的积分部分(I-Anteil)确定稳态的调节偏差。因此，操控借助预控制值改善稳态的调节品质。
优选地，预控制值根据输出值的加权总和来定义。因此，预控制值更强地考虑更大权重的、即更相关的模型的输出值。这改善了稳态和动态的调节品质。
优选地，所述输出值中的至少一个输出值被加权以从属值其中，所述从属值根据这样的函数来确定，该函数将流体泵的工作点映射到从属值上。模型的从属值描述模型对于工作点的相关性。借助不同的从属值相互区分对于工作点的模型化特别合适的模型和对此较不合适的模型。这进一步改善调节品质。
优选地，根据尤其正态化的高斯函数来定义所述函数。借助高斯函数的加权能够实现对不同模型的特别合适的考虑，因为通过在一个工作点中对不同模型的输出值进行单独加权与对于该工作点不太适合的模型的输出值相比更强地考虑对于该工作点特别合适的模型的输出值。这由根据用于模型的高斯函数的中心和标准偏差加权地考虑模型的输出值引起。
优选地，在流体泵的至少一个工作中确定模型品质的度量，其中，根据这样的工作点来确定用以对该模型进行加权的高斯函数的中心和/或标准偏差，在该工作点中，品质的度量满足条件。由此也在具有强非线性度的工作范围内根据流体泵工作范围内的高斯函数的中心和/或标准偏差考虑最适合的模型。该匹配在流体泵的操控运行中也是可行的。
优选地，工作点通过转速的额定值和/或压力的额定值来限定。该工作点在模型中被考虑。在此，模型的输入变量的维度基本上是可缩放的。当用于操控的变量被用作输入变量时，是特别有利的。转速的额定值和/或压力的额定值是对于模型特别合适的变量。
本发明涉及一种用于操控流体泵的设备，该设备包括微处理器、包含指令的存储器和用于流体泵的接口，所述接口构造为用于接收关于流体泵的压力的实际值和转速的实际值的信息并且预给定用于操控流体泵的电流值的操控变量，其中，所述设备构造为用于在通过微处理器执行来自存储器的指令时实施所述方法。
根据本发明还设置一种包含指令的计算机程序，所述指令引起所述设备实施所述方法。
根据本发明还设置一种计算机可读介质，计算机程序存储在所述计算机可读介质上。
附图说明
由下面的说明和附图得到另外的有利构型。在附图中示出：
图1用于操控流体泵的设备的示意图，
图2具有用于控制流体泵的方法步骤的流程图，
图3由用于所述方法的模型组成的网络的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出用于操控流体泵的设备100。
设备100包括微处理器102、包含指令的存储器104和用于流体泵的接口106，所述接口构造为用于接收关于压力的实际值的信息108和关于流体泵转速的实际值的信息110并且预给定用于操控流体泵的电流值的操控变量112。数据导线114、例如数据总线将微处理器102与存储器104和接口106连接。设备100构造为用于在通过微处理器102执行来自存储器104的指令时实施在下面所说明的方法。
本发明还设置一种包含指令的计算机程序，所述指令引起设备100实施所述方法。本发明还设置一种计算机可读介质，计算机程序存储在该计算机可读介质上。
下面根据图2说明所述方法。
所述方法例如在流体泵启动时开始。在该方法中，为了操控流体泵，将流体的压力调节到压力额定值。
在开始之后，在步骤202中预给定压力额定值。该压力额定值例如由上一级的控制或调节装置来预给定。
在该示例中，用于机动车内燃机的水喷射系统的压力额定值被机动车的发动机控制装置预给定。在水喷射系统中，流体泵将水从箱输送到输送容积中。水从输送容积借助喷射阀被喷射到内燃机的进气系中。
接着实施步骤204。
在步骤204中确定关于流体压力的实际值的信息108。
例如，压力传感器的信号被用作关于流体压力实际值的信息108，所述压力传感器感测在用于水喷射系统的输送容积中的压力实际值。
接着实施步骤206。
在步骤206中，从压力额定值和压力实际值之间的偏差出发，由第一调节器预给定流体泵转速的额定值。
在该示例中，第一调节器是PID调节器。也可以使用其它调节器、例如多变量调节器或PI调节器。
接着实施步骤208。
在步骤208中，确定关于流体泵转速的实际值的信息110。例如，转速传感器的信号被用作关于转速实际值的信息110，所述转速传感器感测流体泵的转速。
接着实施步骤210。
在步骤210中，从流体泵转速的额定值和流体泵转速的实际值之间的偏差出发，由第二调节器预给定用于操控流体泵的电流值。
在该示例中，第二调节器是PID调节器。也可以使用其它调节器，例如多变量调节器或PI调节器。
接着实施步骤212。
在步骤212中，从流体泵工作范围中根据用于所述流体泵工作范围的至少一部分的多个模型的输出值预给定用于流体泵工作点的预控制值。
这参照图3来阐述。图3示意性地示出由模型组成的网络，这些模型在该示例中覆盖流体泵的整个工作范围。所述模型可以覆盖整个工作范围或仅覆盖其中的一部分。这些模型可以覆盖流体泵的彼此重叠的工作范围。
在该示例中设置n个模型M1,...,Mn。这些模型在示例中是线性的。也可以使用其它模型、例如非线性模型。
n个模型M1,...,Mn在示例中具有j个输入值x1,...,xj。这些输入值在示例中对于所有模型具有相同的维度。
n个模型M1,...,Mn各具有一个输出值y1,...,yn。
通过模型M1,...,Mn将m个输入值x1,...,xm根据参数分别映射到各一个输出值y1,...,yn上。模型Mi例如对于m个输入值x1,...,xm定义了一个输出值yi
其中，
wi0是与输入值无关的权重，
wij是模型i对输入值j的权重。
作为输入值x1,...,xj在示例中使用流体泵的压力实际值和流体泵的转速实际值。所述输入值x1,...,xj限定流体泵的工作点。
输入值x1,...,xm的维度是可缩放的。不是所有模型M1,...,Mn都必须具有相同的输入值x1,...,xm维度。不是所有模型M1,...,Mn都必须考虑所有输入值x1,...,xm。
除流体泵的压力实际值和流体泵的转速实际值外，例如也可以使用流体温度。该流体温度例如根据在输送容积中或在输送容积上的传感器来确定。
优选地，预控制值根据输出值y1,...,yn的加权总和y来定义。
输出值y1,...,yn在示例中被加权以各个从属值θ1,…,θn。从属值θ1,…,θn在示例中根据这样的函数来确定，该函数将流体泵的工作点映射到从属值θ1,…,θn上。从属值θ1,…,θn在示例中根据输入值x1,...,xj来确定。
用于模型i的函数对于输入值x1,...,xm而言根据尤其正态化的高斯函数来定义：
其中
其中
cij是高斯函数的中心
σij是高斯函数标准偏差
因此，加权总和y为：
接着实施步骤214。
在步骤214中，借助预控制值校正电流值。
接着实施步骤216。
在步骤216中输出用于操控流体泵的电流值。
接着可以设置可选步骤218和可选步骤220，以便对模型进行参数化。因此，所述方法构造为自我学习的。
在步骤218中检查，是否存在流体泵的稳态运行状态。例如检查，对于第一调节器是否存在稳态的运行状态。当对于第一调节器存在稳态的运行状态时，即当第一调节器具有稳态的调节偏差时，在示例中存在流体泵的稳态运行状态。可以设置围绕稳态运行状态的公差。
当存在流体泵的稳态运行状态时，实施步骤220。否则实施步骤202。
在步骤220中，根据稳态的调节偏差确定所述至少一个参数，该参数在流体泵的稳态运行状态中适用于第一调节器。稳态的调节偏差优选根据实施为PI调节器或PID调节器的第一调节器的积分部分来确定。
通过合适的误差函数也可以根据第二调节器的稳态调节偏差或根据两个调节器的稳态调节偏差来确定所述至少一个参数。
在示例中，例如如下所示地确定用于计算步骤k的权重：
wi0,k＝wi0,k-1+eθ(x1,…,xj)
wij,k＝wij,k-1(xj)+eθi(xi,…,xj)xj
其中
e是第一调节器的积分部分
可选地，可以设置误差函数的低通滤波或误差函数与因数的乘积，以便匹配学习速度。
因此，在短时间的学习阶段中可以实现第一调节器的设计，该设计展现调节器性能在动态性和精度上的改善。对于第二调节器原则上可以同样地处理。
对于例如由于在确定的工作范围内引起的强烈的、尤其非线性的变化，设置，在流体泵的至少一个工作点中确定所述模型中的至少一个模型的品质的度量。在这种情况下改变对所述模型进行加权的高斯函数的中心和/或标准偏差。
对所述模型进行加权的高斯函数的中心和/或标准偏差根据这样的工作点来确定，在该工作点中，品质的度量满足条件。
在示例中，所述中心这样地选择，使得所述模型在这样的工作点中被特别地考虑，在该工作点中，品质的度量超过阈值，即特别大。
也可以使用借助算法的优化，例如在本杰明·哈特曼(Benjamin Hartmann)的论文“用于非线性系统的识别和设计的局部的模型网络(Lokale Modellnetze zurIdentifikation und Versuchsplanung nichtlinearer Systeme)”(2014)中所说明的那样。
此外，通过对中心和/或标准偏差的相应地匹配可以设置从具有高的品质度量的模型朝具有低的品质度量的模型的方向偏移。
此外，可以设置将尤其具有高的品质度量的模型划分为子模型。所述子模型在这种情况下单独地被移动到目前为止使用具有低的品质度量的子模型的工作范围中。
接着步骤216或在步骤216之后，实施步骤202。通过步骤的循环实施，在流体泵的运行中可以连续进行基于品质度量的模型匹配，所述步骤不必强制地在每个循环中以相同的顺序进行。各个最新的模型提供用于操控流体泵的调节器。
例如当流体泵被关掉时，所述方法结束。
可以附加地设置位置确定装置，所述位置确定装置根据流体泵的至少一个操控变量来确定驱动流体泵的电动机转子的位置。如果电动机经由B6桥(B6-Brücke)例如以三个操控变量三相地被操控，则可以设置，对于所述三相中的每一相确定单独的预控制值。在这种情况下附加地通过转子位置限定流体泵的工作点。在这种情况下，输入变量的维度例如以转子位置或所述三个操控变量扩展。

Claims (8)

1.一种用于操控流体泵的方法，在所述方法中，为了操控流体泵，将流体的压力调节到该压力的额定值，其中，从该压力的额定值和该压力的实际值之间的偏差出发，由第一调节器预给定所述流体泵的转速的额定值(206)，并且从流体泵的转速的额定值和流体泵的转速的实际值之间的偏差出发，由第二调节器预给定用于操控所述流体泵的电流值(210)，其中，所述电流值借助预控制值被校正或加载(214)，其中，针对所述流体泵的工作点的预控制值从所述流体泵的工作范围中根据用于所述流体泵的工作范围的至少一部分的多个模型的输出值被预给定(212)，其特征在于，所述输出值中的至少一个输出值被加权以从属值，其中，所述从属值根据一个函数来确定，该函数将所述流体泵的工作点映射到所述从属值上并且根据正态化的高斯函数来定义，并且其中，在所述流体泵的至少一个工作点中确定模型品质的度量，其中，根据一个工作点来确定用以对所述模型加权的高斯函数的中心和/或标准偏差，在该工作点中，所述品质的度量满足条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述模型将至少一个输入值根据至少一个参数映射到一个输出值上，其中，所述至少一个参数根据稳态的调节偏差来确定(220)，所述稳态的调节偏差在所述流体泵的稳态运行状态中针对所述第一调节器和/或针对所述第二调节器出现。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述稳态的调节偏差根据实施为具有积分部分的调节器的第一调节器或第二调节器的积分部分来确定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述预控制值根据所述输出值的加权总和来定义。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述工作点通过转速的额定值和/或压力的额定值来限定。
6.一种用于操控流体泵的设备(100)，所述设备包括微处理器(102)、包含指令的存储器(104)和用于流体泵的接口(106)，所述接口构造为用于接收关于流体泵的压力的实际值的信息(108)和关于转速的实际值的信息(110)并且预给定用于操控所述流体泵的电流值的操控变量(112)，其特征在于，所述设备(100)构造为用于在通过所述微处理器(102)执行来自所述存储器(104)的指令时实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
7.一种包含指令的计算机程序，所述指令引起根据权利要求6所述的设备(100)实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有根据权利要求7所述的计算机程序。
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