CN112833031A - 用于调节离心泵的转速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节离心泵的转速的方法，其中，泵控制机构的调节器在考虑到目标‑输送高度和实际‑输送高度以及实际‑转速情况下计算泵驱动件的目标‑转速，其中，所述调节器为了确定调节值而至少基于仿射定律的组成部分、尤其是假定转速与输送高度之间的二次幂关系用于计算调节值。

Description

用于调节离心泵的转速的方法

本申请是申请号为201880016825.9、申请日为2018年03月07日、发明名称为“用于调节离心泵的转速的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于调节在液压回路中运行的离心泵的转速的方法，其中，泵控制机构的调节器在考虑到目标-输送高度和实际-输送高度以及实际-转速情况下确定泵驱动件的目标-转速。

背景技术

现有技术的如今的转速调节的离心泵为了确定目标-转速而主要采用PI-调节器。通过P-部分可以确定出泵有多快达到其目标值。借助I-部分可以调整要怎样消除残留的动态调节偏差。在I-部分为零时，始终都剩有残留的调节偏差。

由于两个调节器参数的配置影响总系统的动力，所以，对调节器参数的调整不能单独地进行，而是只能在整体地考察系统动力的情况下进行。因此，正确地调整这些参数在实践中是巨大的挑战。用于PI-调节器或PID-调节器的传统的调整调节也涉及到线性的系统，但必须事先在工作点进行线性化。如果为后者情况，则找到的调节器参数通常仅在所选的工作点附近予以最佳调整。

出于前述原因，使用PI-调节器对于转速调节的离心泵来说并非最佳解决方案。一方面，这些泵表现出严重的非线性特性，另一方面，这些泵必须能够在不同的运行范围中稳定地运行。例如，泵加速时的运行点可以与在恒定的泵运行期间不同。对PI-调节器或PID-调节器的调节器参数的调整因而始终都基于在泵的这些不同的运行点之间的妥协。

由于上述问题，已经测试了其它的调节方案。一个例子是所谓的仿射调节器，其基于仿射定律工作。这些调节器类型是耐用的，特别是在不同的运行情况下也耐用，并且使得前面讨论过的对调节器参数的繁琐调整变得过时。但这种调节器类型的不利的局限之处在于，它们目前只能在闭合的液压回路中应用。对于有时要克服测地高度的开放式回路来说，所述参量之间的数学关系发生改变，并且调节无法导致令人满意的结果。

发明内容

因此，试图找到一种用于解决前述问题的合适的调节器改型。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法得以实现。该方法的有利设计是从属权利要求的主题。

根据本发明，提出一种用于调节在液压回路中运行的离心泵的转速的方法。该方法的基础是一种泵控制机构的调节器，其在考虑到目标-输送高度和实际-输送高度以及实际-转速情况下计算泵驱动件的目标-转速。该调节器既不是PI-调节器，又不是PID-调节器。该调节器改型规定了扩展至少一个校正参数，以便考虑和补偿待由泵战胜的测地高度。借助于该校正参数，该调节方案也可以应用于开放式液压回路。

特别优选的是，借助校正参数来引起输送高度-转速-曲线的偏移，特别是引起输送高度-转速-曲线的竖直偏移。由此可以毫无问题地补偿测地高度。

提出的调节方案为了确定目标值或调节值而采用仿射定律，这种调节器类型下面称为仿射调节器。根据一种有利的设计，该调节方案基于在转速与输送高度之间的二次幂关系，用于计算调节值。因此产生一种抛物线形的调节曲线，其通过校正参数而有选择地向上或向下偏移。

此外优选地，针对这种调节器类型，为了计算目标-转速，使得目标-转速与目标-输送高度之间的二次幂关系同实际-转速与实际-输送高度之间的二次幂关系成比例。基于该比例可以确定目标-转速。通过二次关系的逆反，可以同时补偿泵的非线性特性。泵由此可以像线性系统那样稳定。

根据本发明的另一优选的设计，调节曲线的通过转速与输送高度之间的二次幂关系规定的抛物线通过校正参数移动至坐标系原点，由此可以在泵的压力侧或抽吸侧补偿测地高度。

实践上，校正值取决于整个液压系统的情况。在连续的泵运行中，测地高度也会发生改变，并且由此校正参数的所需值也会发生改变。出于这个原因，希望在连续的泵运行中通过泵控制机构自动地求取校正参数的值。

一种用于自动地求取校正参数的可行方案在于，在泵开始运行时首先给校正参数设定可规定的初始值。例如值零适宜作为合适的初始值。对于补偿测地高度所需要的校正参数值于是可以在连续的运行中由所调整的调节误差来确定，因为对于泵控制机构来说，无论目标-输送高度还是实际-输送高度都是已知的。随后可以调整补偿参数值，直至达到目标-输送高度。

在数学上，可以借助如下方程来描述对校正参数k的求取：

。

表达“err”在此表示误差值，其在目标-输送高度与所调整的实际-输送高度之间产生。因此，通过检测在目标-输送高度与所调整的实际-输送高度之间的差，当前的误差值对于泵控制机构来说是已知的，并且泵控制机构可以基于上述方程计算校正值k。

特别优选的是，对校正参数的确定定期地进行，特别优选地以周期性的间隔重复。这是特别有意义的，测地高度在连续的泵运行中会发生改变。在首次开始运行之后立即确定校正参数同样是有意义的。替代地，在不确定的随机的时间点提供校正值的确定。

除了根据本发明的方法外，本发明还涉及一种用于实施根据本发明的方法的带有泵控制机构的离心泵。相应地，对于离心泵，产生了先前已经借助根据本发明的方法详述过的同样的优点和特性。出于这个原因，略去重复的介绍。

附图说明

下面借助多个附图说明详述本发明的其它细节和优点。

图1示出在闭合的液压回路中的转速-输送高度特性曲线；

图2示出在开放式液压回路中的转速-输送高度特性曲线；

图3与传统的调节技术相对比地示出时间-输送高度图表，用于表明根据本发明的调节的调节质量。

具体实施方式

本发明的核心构思在于，为了离心泵的转速调节，采用一种新型的调节器类型。不同于现有技术，提出恰恰不动用PI或PID调节器，而是替代地采用所谓的仿射调节器，其为了确定调节值/目标值而动用仿射定律，并且因此基于在离心泵的转速与所导致的输送高度之间的二次幂关系。

为了描述该仿射调节器的功能，参见图1。在该图表示图中与所调整的泵转速相对比地绘出了输送高度。该图表示图在此详细地示出在输送高度H与转速n之间的二次幂关系，这可以用方程

（方程1）

来描述。此外，图1中示范性地示出实际-转速n_ist以及目标-转速n_soll。由于二次幂的关系，目标值与实际值之间的比例按照如下方程来确定：

（方程2）。

在运行期间，目标输送高度和实际输送高度始终都是已知的。当前存在的实际转速同样是已知的。仿射调节器按照方程3如下地计算目标转速（调节值）：

（方程3）。

通过这种方式，调节器持久地调整正确的目标输送高度。通过输送高度与转速之间的二次幂关系的逆反，补偿泵的非线性特性，并且泵可以像线性系统那样稳定。调节器在不同的运行状况下是耐用的，并且省去了繁琐地调整调节器参数。

仿射调节器的局限在于，它在目前的设计中只能使用在闭合的液压回路中。开放式回路中要克服测地高度，对于该回路，图1的H/n-曲线发生偏移，并且数学关系发生改变。

本发明的构思在于，对仿射调节器予以改型，从而其也导致在开放式液压回路内部的尚可的结果。根据本发明，这通过给仿射调节器扩展一个用于描述测地高度的参数来实现。

图2中的曲线示出了假定出现了抽吸侧的测地高度时输送高度与转速之间的关系。由于该测地高度，抛物线形的曲线不再经过坐标系原点，而是向下偏移了值k。

（方程4）。

如果出现了压力侧的测地高度，曲线就向上偏移。如果仿射调节器以其目前的形式应用，就不会达到目标输送高度，而是达到偏移了误差值（err）的输送高度。

该误差（err）可以予以校正，其方式为，给方程1和方程2的关系式扩展一个参数k：

（方程5）。

通过这种方式，抛物线移回到原点，并且对目标转速的计算根据方程6来进行：

（方程6）。

一个挑战是，有时候不知道测地输送高度，并且由此不知道对于调节器必需的参数k。因此，在该构思的范畴内提出，求取运行中的参数k。为此，在接通调节器时首先假定k为零。如图2中所示，实际-输送高度因而错误了一个误差值（err）。通过检测目标-输送高度与利用泵控制机构所调整的实际-输送高度之间的差，误差值（err）已知。通过方程2与方程5的等量代换，可以借助误差值来确定校正值k。

（方程7）。

对k的确定在泵运行中定期地进行，因为测地输送高度在运行期间会发生改变。

图3示出利用三种不同的调节器类型的试验结果。被测试的调节路径是已克服了测地输送高度的泵。作为调节器，对PI-调节器、传统的仿射调节器以及具有根据本发明扩展了校正参数的仿射调节器予以测试。对于被测试的全部的调节器类型，所希望的目标-输送高度为5m。

图3所示为通过各个的调节器类型调整的实际-输送高度的时间图。传统的仿射调节器的曲线走势2未对测地高度予以校正，其起初表现出很强烈的过冲，由于对调节偏差的迭代式校正，却达到了目标-输送高度。PI-调节器以曲线走势3同样达到其目标值，但这个结果要求在正确地调整调节器参数时付出高昂的代价。仿射调节器的考虑到了测地高度的曲线1表现出了最好的结果。没有过冲、没有残留调节偏差，并且顺畅地达到目标-输送高度。此外，无需调整调节器参数。由此在运行特性发生变化的情况下也将保证调节器的高度稳定性。

Claims (10)

1.一种用于调节离心泵的转速的方法，其中，泵控制机构的调节器在考虑到目标-输送高度和实际-输送高度以及实际-转速情况下确定泵驱动件的目标-转速，其特征在于，所述调节器为了确定调节值而至少基于仿射定律的组成部分、尤其是假定转速与输送高度之间的二次幂关系用于计算调节值。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节器由在目标-转速与目标-输送高度之间的二次幂关系同在实际-转速与实际-输送高度之间的二次幂关系的比例来确定目标-转速。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调节器为了计算目标-转速而考虑用于描述测地高度的校正参数。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，通过二次幂关系规定的抛物线通过校正参数移动至坐标系原点。

5.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在连续的泵运行中求取校正参数值。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，在泵开始运行时给所述校正参数设定已知的初始值，尤其是取值零。

7.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在连续的泵运行中，由调节误差、特别是由目标-输送高度与实际-输送高度之间的差导出所述校正参数。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，借助方程

来计算所述校正参数。

9.按前述权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，对所述校正参数的确定在泵运行期间在首次开始运行时进行，和/或定期地以周期性的间隔进行，和/或随机地进行。

10.一种带有泵控制机构的离心泵，用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

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