CN113439047A - 控制体积内气动压力的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于通过致动改变体积(101)中的压力的充气阀(103)和放气阀(104)来控制体积(101)中的气动压力的方法，包括：提供矩阵(900)，其中每个单元指示开启充气阀(103)或放气阀(104)的时间；如果体积(101)中的初始压力值(PVi)小于要达到的目标压力值(PVt)，将至少一个充气阀(103)打开在选定单元中指示的时间，如果体积(101)中的压力值超过目标压力值(PVt)公差值，减少在选定单元中指示的开启时间的值，如果体积(101)中的测量压力值小于目标压力值(Pvt)至少公差值，增加在选定单元中指示的时间值；如果体积(101)中的初始压力值(PVi)大于目标压力值(PVt)，将至少一个放气阀(104)打开在选定单元中指示的时间，并且如果体积(101)中的测量压力值超过期望目标压力值(PVt)公差值，增加在选定单元中指示的时间值，如果体积(101)中的压力值小于目标压力值(PVt)至少公差值，减少在选定单元中指示的时间值。
Description
技术领域
本发明总体上属于针对气动或流体动力系统的压力控制系统和方法领域。特别地，本发明涉及一种用于通过致动至少一个电动气动充气阀和一个电动气动放气阀来控制体积内的气动压力的方法和系统。特别地，该方法和该系统适用于铁路制动系统。
背景技术
分析图1所示的电路，它是一种典型的体积101内的气动压力控制系统。源102输送具有供给压力Ps的气体，以供应用于允许或防止气体进入体积101中的电动气动充气阀103。提供电动气动放气阀104，以允许或防止气体从体积101喷射到大气中。在这样的图1中，所示的电动气动阀的类型是这样的：在电动气动阀断电的情况下，电动气动充气阀103防止来自源102的气体进入，而电动气动放气阀104将体积101与大气相连，从而使体积101内的压力达到大气压力值。为了增加体积101内的压力，电动气动充气阀103和电动气动放气阀104都必须通电。在这种情况下，电动气动充气阀103允许来自源102的气体进入，从而增加体积101内的压力，而电动气动放气阀104不将体积101与大气连接，并防止气体从体积101喷射到大气中。
为了在体积101内保持非零的恒定压力值，电动气动充气阀103必须断电，而电动气动放气阀104必须通电。因此，在体积101内达到的压力水平取决于电动气动充气阀103和电动气动充气阀104的通电时间。
可以使用类似的配置，即阀门的控制逻辑是常闭而不是常开，反之亦然。
图1中所示的系统通常应用于铁路制动系统中。特别是，体积101可以代表制动缸的体积，或者代表用于控制制动缸中的压力的中继阀的先导室(pilot chamber)的体积。
铁路领域的典型应用通常使用2bar到10bar之间的可变供给压力Ps，但不是限制性的。
在下面的分析中，考虑了电动气动充气阀103和电动气动放气阀104的流体动力学行为，类似于喷嘴的行为。这一假设是由电动气动充气阀103和电动气动放气阀104中的气动通道与体积101之间的尺寸比来实现的，在这两种情况下，所述体积101代表制动缸或中继阀的先导室。
根据流体动力学可知，通过喷嘴对体积进行填充的流率(flow rate)曲线具有如图2中定性显示的特性。假设源102足够大以允许人们在填充体积101时考虑供给压力值Ps恒定，那么对于体积101内的、比流率从音速(恒定流量)至亚音速时的值低的瞬时压力值Pv而言，如图2中的Px所示，通过孔口的空气速度具有恒定的音速，因此由电动气动阀103表示的等效孔口中的气体流量值具有恒定趋势F；当瞬时压力值Pv超过值Px时，流量曲线呈现曲线形状，从值F到Pv＝Ps下的零值。根据孔口的流体动力学可知，Px＝0.528·Ps。
绘制瞬时压力的相应趋势曲线Pv(t)，作为填充阶段期间时间t的函数，将得到图3中的定性结果。对于Ps<Px的值，Pv(t)的趋势呈现出直线趋势，因为在这个压力范围内，流率是恒定的；对于Ps>Px的值，Pv(t)的趋势逐渐趋向于直线水平直线Pv＝Ps。
如图4所示，随着Ps的变化，存在几条作为瞬时压力的函数的流量曲线F(Pv)，与之对应的是几条Pv(t)曲线，如图5所示。特别是，我们知道，除了可以忽略的恒定之外，随着供给压力Ps的变化，各条曲线之间存在着直接的比例关系。
在图5中可以观察到，随着Ps的变化，从Pv(t)＝P1到Pv(t)＝P2的时间明显不同，即T1>T3>T4。
排空体积101时压力Pv(t)的行为与填充体积101时的行为不同。根据流体动力学可知，为了说明在通过电动气动放气阀104将体积101从初始压力Pv开始排空至大气的情况下Pv(t)的行为，足以通过指数曲线PV(t)＝PVi·e-t/τ来近似，τ是系统的时间常数特性。
不利的是，根据迄今为止所描述的情况，推导出系统可以被描述为非对称的强非线性系统。
图1和图6所示的控制系统通常用于调节体积101中的压力。电子单元105接收压力请求Pd和压力传感器108读取的与瞬时压力值Pv相对应的反馈值Pf。控制算法600接收压力请求信号Pd和反馈值Pf之间的误差601，并借助控制信号106、107控制电动气动充气阀103和电动气动放气阀104，目的是使误差601为零。
所述控制算法可以采取不同的形式，最为人知和使用的是bang-bang(具有滞后的开关)控制、或PID(比例-积分-微分)控制、或模糊逻辑。
下面所述的关于上述算法的行为，对于闭环调节过程控制领域的技术人员是已知的。
bang-bang控制的优点是实现非常简单，但是当体积101很小(例如为中继阀的先导室的尺寸)时是绝对不稳定的。在这种情况下，体积的填充和排空时间非常短，仅比电动气动充气阀103和电动气动放气阀104的励磁和关闭时间大一个数量级。在这种情况下，本领域技术人员已知，为了实现稳定性，必须使用非常宽的公差带(tolerance band)，例如吸收由电动气动充气阀103和电动气动放气阀104的实施延迟引入的误差。很宽的滞后带导致系统精度差。
当控制具有非常线性特性的致动器时，PID控制是非常有效的。在图1所示的情况下，有必要通过非常高的采样频率和电磁阀的PWM励磁/灭磁来补偿强非线性，从而使所述阀在非常短的时间内磨损，不利于系统的维护成本。
基于模糊逻辑的控制可能代表了对bang-bang和PID控制的部分改进，因为由于其操作模式，它可以考虑到作为输入变量的供给压力值Ps，然后根据所述Ps的变化通过对系统进行部分线性化来改变其参数。然而，模糊逻辑控制需要广泛的参数化和非常复杂的调整。
专利申请WO2018007187要求保护一种如图1所述的电动气动系统的控制方法。所述方法基于参考系统的、借助于曲线或表格的存储，所述曲线或表格包含关于要归因于电动气动充气阀103和电动气动放气阀104的励磁时间的归一化信息。通过对所述励磁时间的归一化信息进行实时的进一步操作，所述操作是基于取决于实际系统的流体动力特性的进一步参数和与系统当前状态有关的一些因素，如当前的PVi和PVs压力，获得归因于电动气动充气阀103和电动气动放气阀104的有效励磁时间。
发明内容
因此，本发明的一个目的是创建一种方法和控制系统，其适应实际受控系统的物理和流体动力学量值，其根据温度、磨损和老化变化连续补偿属于此类受控系统的单个组件的行为变化，同时保持所需的精度。进一步的目的涉及在任何系统条件和受控系统组件的状态下最小化电动气动阀的励磁次数，同时保持控制精度不变，以及对受控系统进行全面诊断的可能性，避免需要对每个单独的系统组件进行详细的诊断控制。
为了获得这一结果，本专利公开了一种用于通过致动至少一个电动气动充气阀和一个电动气动放气阀来控制体积内的气动压力的方法和系统。
本发明的方法将其操作建立在对电动气动充气阀103和电动气动放气阀104的控制上，该控制是通过应用先前存储在矩阵中的开启时间来实现的，其输入变量取决于该方法控制下的系统的当前压力特性。
特别是，该程序与WO2018007187中公开的内容不同，通过基于作为体积内预期压力和体积内实际获得的压力之间的差异计算的误差，进一步实时校正矩阵内容，从而趋向于消除预期压力和后续循环中获得的压力之间的误差。此外，有可能在该方法的控制下对整个系统进行实时诊断，观察矩阵内容在其演变过程中的偏差，实时地或以预定周期地与初始状态下的矩阵进行比较。
根据本发明的一个方面，上述及其他目的和优点是通过一种通过致动具有权利要求1中定义的特征的至少一个电动气动充气阀和一个电动气动放气阀来控制体积中的气动压力的方法、以及通过致动至少一个电动气动充气阀和至少一个电动气动放气阀来控制体积中的气动压力的系统来实现的。本发明的优选实施例在从属权利要求中定义，其内容旨在作为本说明书的组成部分。
附图说明
现在将描述根据本发明的通过致动至少一个电动气动充气阀和一个电动气动放气阀来控制体积内的气动压力的方法和系统的一些优选实施例的功能和结构特征。参考附图，其中：
-图1示出了根据已知技术制造的体积内的气动压力的第一控制系统；
-图2示出了通过喷嘴的流量曲线的趋势；
-图3示出了在填充阶段期间，作为时间函数的体积内瞬时压力的压力曲线的趋势；
-图4示出了作为供给压力Ps的函数的多条流量曲线的趋势；
-图5示出了从图4中的多条流量曲线导出的体积内的多条瞬时压力曲线；
-图6示出了根据已知技术制造的体积内的气动压力的第二控制系统；
-图7示出了近似于图3所示曲线的指数曲线；
-图8示出了图7曲线的反曲线；和
-图9示出了二维矩阵的示例。
具体实施方式
在详细说明本发明的多个实施例之前，应当澄清的是，本发明的应用不限于以下描述中呈现的或附图中示出的组件的构造细节和配置。本发明可以采用其他实施例，并且在实践中可以以不同的方式实现或实施。还应理解，措辞和术语具有描述性目的，不应被解释为限制性的。“包括”和“包含”的使用及其变体应理解为包括下文所述的要素及其等价物，以及附加要素及其等价物。
以下对本发明的详细描述将参考但不限于图1所示的情况。也就是说，在电动气动阀为常闭电磁阀的情况下。显然，甚至可以使用常开电动气动阀，反之亦然。
在第一实施例中，通过致动改变体积101中的压力的至少一个电动气动充气阀103和电动气动放气阀104来控制体积101中的气动压力的方法包括以下步骤：
a)提供至少一个矩阵900，其中矩阵900的每个单元布置为，根据体积101内的至少初始压力值PVi和体积101内要达到的目标压力值PVt，指示至少一个电动气动充气阀103的预期开启时间或至少一个电动气动放气阀104的预期开启时间。
此外，如果体积101内的有效初始压力值PVi小于体积101内要达到的目标压力值PVt，即期望相对于初始压力增加体积101内的压力，则该方法包括以下步骤：
b)将至少一个电动气动充气阀103打开在矩阵的单元中指示的预期开启时间，所述单元至少根据体积101内有效初始压力值PVi和期望目标压力值PVt进行选择；
c)在矩阵的选定单元中指示的预期开启时间逝去后，测量在体积101内达到的压力值；
d)将在体积101内达到的测量压力值与期望目标压力值PVt进行比较；
e)如果在体积101内达到的测量压力值超过期望目标压力值PVt至少预定公差值，则减小在矩阵的选定单元中指示的开启时间的值；
f)如果在体积101内达到的测量压力值低于期望目标压力值PVt至少预定公差值，则增加在矩阵的选定单元中指示的开启时间的值。
另一方面，如果体积101内的有效初始压力值PVi大于体积101内要达到的目标压力值PVt，即期望相对于初始压力降低体积101内的压力，则该方法包括以下步骤：
b')将至少一个电动气动放气阀103打开在矩阵的单元中指示的预期开启时间，所述单元至少根据体积101内有效初始压力值PVi和期望目标压力值PVt进行选择；
c')在矩阵的选定单元中指示的预期开启时间逝去后，测量在体积101内达到的压力值；
d')将在体积101内达到的测量压力值与期望目标压力值PVt进行比较；
e')如果在体积101内达到的测量压力值超过期望目标压力值PVt至少预定公差值，则增加在矩阵的选定单元中指示的开启时间的值；
f')如果在体积101内达到的测量压力值低于期望目标压力值PVt至少预定公差值，则减小在矩阵的选定单元中指示的开启时间的值。
通过应用该方法，连续地校正开启时间值，以连续地提高在由预定公差值定义的预定公差带内利用单个励磁命令在体积101内实现目标压力PVt的精度。
当在各个步骤中需要时，例如可以使用压力传感器108来测量体积101内的压力，如图1所示。
举一个数值例子，考虑到等于0.2bar的预定公差值、初始压力Pvi＝1以及目标压力Pvt＝5，则，如果在电动气动充气阀103打开矩阵的选定单元中指示的时间之后，如果体积内的压力在4.8bar和5.2bar之间，则将不需要增加或减少矩阵单元中指示的时间，如果体积内的压力小于4.8bar，则将需要增加矩阵的单元中指示的时间，以及如果体积内的压力大于5.2bar，则将需要减少矩阵的单元中指示的时间。
举第二个数值例子，考虑到等于0.2bar的预定公差值、初始压力Pvi＝5以及目标压力Pvt＝1，则，如果在电动气动放气阀104打开矩阵的选定单元中指示的时间之后，如果体积内的压力在0.8bar和1.2bar之间，则将不需要增加或减少矩阵的单元中指示的时间，如果体积内的压力小于0.8bar，则将需要减少矩阵的单元中指示的时间，以及如果体积内的压力大于1.2bar，则将需要增加矩阵的单元中指示的时间。
下面还介绍了一种填充矩阵的可能方式。仅出于图形和解释的目的，可以看到，图7用指数曲线来近似图3中表示的曲线。例如，在图7中，Ps＝1bar。根据Pv(t)值，可以得到图8所示的反曲线t(Pv)。因此，根据图8所示的曲线，可以获得使体积101中的压力从任何初始值PVi达到大于Pvi的任何目标值PVt所需的电动气动充气阀103的开启值。开启时间由对应于目标值PVt的时间和对应于初始值PVi的时间之差获得。显然，同样的方法可以以类似的方式应用于电动气动放气阀104，以获得使体积101中的压力从任何初始值PVi到低于Pvi的任何目标值PVt所需的电动气动放气阀104的开启值。
用前面描述的方法计算不同初始压力PVi和不同目标压力PVt下电动气动阀的开启时间，有可能得到图9中以实例说明的二维矩阵。在横轴上提供了初始压力值PVi，在纵轴上提供了目标压力值PVt。在交点处，是分配给充气阀103或放气压力104的从初始压力PVi到所选目标压力PVt的开启时间。举例来说，图9中说明的二维矩阵的分辨率相当于0.05bar。
观察图9中的矩阵，可以看出，所述矩阵在坐标PVi＝PVt和PVi>PVt处为零。这一观察结果使我们有可能将与用于填充的充气阀103的开启时间和用于排空的放气阀104的开启时间有关的矩阵整合为单个矩阵。与坐标PVi＝PVt相对应的对角线将保持为零，且将成为两种情况之间的分离元素。
在其他解决方案中，可以创建两个独立的矩阵，在PVi>PVt的情况下参考第一个矩阵，在PVi<PVt的情况下参考另一个矩阵。
矩阵也可以是三维的，并且矩阵900的每个单元可以被布置为，根据初始压力值PVi、目标压力值PVt和供给压力值Ps，指示至少一个电动气动充气阀103的预期开启时间或至少一个电动气动放气阀104的预期开启时间。如果供给压力Ps在操作过程中也可能变化，则表示三维矩阵。因此，三维矩阵将有三个维度：PVi、PVt和Ps。在这种情况下，矩阵的单元可以根据体积101内的有效初始压力值PVi、期望目标压力值PVt和供给压力值Ps进行选择。
或者，矩阵900也可以是二维的，并且矩阵900的每个单元可以被布置为，根据初始压力值PVi、供给压力值Ps和目标压力值PVt之间的比率，指示至少一个电动气动充气阀103的预期开启时间或至少一个电动气动放气阀104的预期开启时间。在这种情况下，矩阵的单元可以根据体积101内的有效初始压力值PVi、供给压力值Ps和期望目标压力值PVt之间的比率进行选择。
在另一种可能性中，矩阵900可以是二维的，并且矩阵900的每个单元可以被布置为，根据初始压力值PVi和供给压力值Ps之间的比率以及目标压力值PVt和初始压力值PVi之间的差，指示至少一个电动气动充气阀103的预期开启时间或至少一个电动气动放气阀104的预期开启时间。在这种情况下，矩阵的单元可以根据体积101内的有效初始压力值PVi和供给压力值Ps之间的比率以及期望目标压力值PVt和体积101内的有效初始压力值PVi之间的差来进行选择。
当至少根据初始压力Pvi和目标压力Pvt来从矩阵中选择单元时，可能需要考虑对初始压力Pvi和目标压力Pvt进行四舍五入。例如，如果必须找到从PVi＝0.37bar到PVt＝0.69bar的开启时间，则所选单元可能对应于PVi＝0.35bar和PVt＝0.7bar的功能单元，即包含数值0.85s的单元901。对达到的数值进行验证的公差带必须使Pvi和Pvt的四舍五入动作所带来的误差可以忽略不计。为此，接受带可以对应于坐标的至少+/-一个离散化步长，在示例中是+/-0.05bar。
本领域技术人员知道，在微处理器控制系统的情况下，这些系统以称为采样频率的固定频率调节要控制的系统：在这种情况下，如果从二维矩阵中获取的电动气动阀的开启时间长于采样周期，则在开启时间内的每个采样周期，电子单元可在必要时更新开启时间，从二维矩阵中取新的值，使用采样时反馈压力Pf的当前值作为初始压力。通过这种方式，电子单元可以实时校正二维矩阵描述的系统理论行为与受控系统实际行为之间的可能偏差。
回到通过致动改变体积101内的压力的至少一个电动气动充气阀103和一个电动气动放气阀104来控制体积101内的气动压力的方法，步骤b、c、d、e和f，以及步骤b'、c'、d'、e'、f'可以重复进行，直到体积101内达到的测量压力值落在由期望目标压力PVt±公差值所定义的预定公差范围内。
换句话说，如果体积101内的初始压力值PVi小于体积101内要达到的目标压力值PVt，则可以重复先前描述的步骤b、c、d、e、f，直到体积101内达到的测量压力值超过目标压力值PVt至少预定公差值，或者只要体积101内达到的测量压力值小于目标压力值PVt至少预定公差值。在以下情况下，这种重复是必要的：通过充气阀103的一次开启，无法获得在体积101内达到的、超过目标压力值PVt至少预定公差值的测量压力值，或者无法获得在体积101内达到的、低于目标压力值PVt至少预定公差值的测量压力值。
另一方面，如果体积101内的初始压力值PVi大于体积101内要达到的目标压力值PVt，则可以重复步骤b'、c'、d'、e'、f'，直到体积101内达到的测量压力值小于目标压力值PVt至少预定公差值，或者只要体积101内达到的测量压力值大于目标压力值PVt至少预定公差值。在以下情况下，这种重复是必要的：通过放气阀104的一次开启，无法获得在体积101内达到的、小于目标压力值PVt至少预定公差值的测量压力值，或者无法获得在体积101内达到的、大于目标压力值PVt至少预定公差值的测量压力值。
在另一个方面，测量体积101内达到的压力值的步骤可以在从至少一个电动气动充气阀103或至少一个电动气动放气阀104打开选定单元中指示的开启时间之后被关闭的时刻起，在体积内压力达到稳定的时间段之后进行。提供稳定时间是为了使体积101内可能出现的压力瞬变得以稳定，这可能发生在电动气动充气阀103或电动气动放气阀104关闭之后。
显然，开启时间的值可以在步骤e中减少第一确定值，开启时间的值可以在步骤f中增加第二确定值，开启时间的值可以在步骤e'中增加第三确定值，开启时间的值可以在步骤f'中减少第四确定值。第一确定值、第二确定值、第三确定值和第四确定值可以(但不一定)等于并对应于可以存储在例如存储介质中的预定恒定校正值。
第一确定值、第二确定值、第三确定值和第四确定值也可以根据体积101内达到的测量压力值与目标压力值PVt之间的差进行确定。
在另一个方面，如果体积101内的有效初始压力值PVi小于体积101内要达到的目标压力值PVt，该方法可以包括以下步骤：
g)如果在体积101内达到的测量压力值超过期望目标压力值PVt至少预定公差值，则减少至少在与矩阵的选定单元具有第一相邻度的单元中指示的开启时间的值；
h)如果在体积101内达到的测量压力值低于期望目标压力值PVt至少预定公差值，则增加至少在与矩阵的选定单元具有第一相邻度的单元中指示的开启时间的值。
另一方面，如果体积101内的有效初始压力值PVi大于体积101内要达到的目标压力值PVt，该方法可以包括以下步骤：
g')如果在体积101内达到的测量压力值超过期望目标压力值PVt至少预定公差值，则增加至少在与矩阵的选定单元具有第一相邻度的单元中指示的开启时间的值；
h')如果在体积101内达到的测量压力值低于期望目标压力值PVt至少预定公差值，则减少至少在与矩阵的选定单元具有第一相邻度的单元中指示的开启时间的值。
此外，在步骤g、h和g'、h'中，至少在具有高于第一相邻度的第二相邻度的单元中指示的开启时间的值也可以被增加或减少。很明显，上述概念也可以被复制到两个以上的相邻度。
在具有不同相邻度的相邻单元中指示的开启时间值可以被减少或增加与矩阵中选定单元被减少或增加的值相同的值。
或者，在具有不同相邻度的相邻单元中指示的开启时间值可以增加或减少位于中心单元值和零值之间的中间值。
在另一替代方案中，在具有不同相邻度的相邻单元中指示的开启时间值可以增加或减少彼此不同、并且与矩阵中选定单元被减少或增加的值不同的值。例如，随着单元的相邻度的上升，开启时间值可以增加或减少较低的修正值。
第一相邻度是指与所选单元901具有相同边或顶点的8个单元，在图9中用正方形902表示。或者可以预期更高的相邻度。例如，考虑到第二相邻度，相邻单元也将是包含在正方形902和正方形903内的16个单元，并将对应于具有与具有第一相邻度的矩阵单元相邻的边或顶点的单元。这种推理可以以类似的方式应用于具有更高相邻度的单元。
同样的相邻概念也可以以类似的方式应用于三维矩阵。在三维矩阵的情况下，相邻单元将在三个维度上增加或减少，而不是只在两个维度上增加或减少。
很明显，对相邻单元的校正使矩阵的整体校正过程更快。适用于相邻单元的校正值在不同的相邻度之间可能有所不同。
上述实施例中描述的通过致动至少一个电动气动充气阀103和一个电动气动放气阀104来控制体积101中的气动压力的方法，例如可以通过图1中的电子单元105来实现。电子单元105通常可以包括微处理器或其他类似的控制元件。
在另一个方面，可以使用矩阵压缩解决方案。
实际上，在如下实际情况下，也即工作压力可能涉及铁路制动系统、而且将供给压力Ps和瞬时压力Pv上升到等于6bar、且分辨率为50mbar，则二维矩阵将由(6/0.05)2＝14400个单元组成，而三维矩阵将由(6/0.05)3＝1728000个单元组成。如果矩阵中包含的时间以毫秒[ms]为维度表示，则一个字节将不足以构成一个单元，因为这将限制可能表示的最大时间维度为255mS。如果每个单元使用两个字节，则一个三维矩阵需要1728000×2＝3456000字节，或者大约3.5兆字节的内存。在铁路应用的微处理器控制系统中，这一内存量被认为可以忽略不计。然而，当在特殊的低功耗应用中，必须使用内置内存有限的8位微处理器时，有必要对矩阵中包含的数据进行大幅度的压缩。
为此，使用通过孔口的流率与同一孔口上游压力的比例关系，如图4所示。利用这一特性，对于任何供给压力值Ps来说，至少在2bar<Ps<6bar的范围内，图表Pv(t)/Ps总是对应于相同的曲线，这与铁路制动应用有关。因此，利用这一原则，有可能回到使用二维矩阵，输入变量对应于初始归一化压力值PVt/Ps，第二输入变量对应于目标归一化压力值PVt/Ps。在这种情况下，仍然希望在达到PVt时获得50mbar的精度，对于供给压力标度Ps＝6bar，将再次获得由(6/0.05)2＝14400个单元组成的矩阵。
获得进一步减少的二维矩阵的一种方法是将开启时间视为两种控制策略的总和：
·在第一步，电子控制单元105给电动气动充气阀103通电，并在每个采样周期测量体积内达到的压力值Pva。
·当值ΔP＝(PVt-PVa)低于预定值ΔPmax时，电子控制单元105从具有承载初始归一化压力值PVi/Ps的轴和承载值ΔP＝(PVt-PVa)的轴的二维矩阵中获取时间。所获取的时间被用作电动气动充气阀103的开启延长时间。
同样的，对于电动气动放气阀104可以类似地进行相同的操作。
通过使用刚刚描述的减少方法，同时仍希望对于供给压力Ps＝6bar而言在达到Pv(t)时获得50mbar的精度、并应用例如值ΔPmax＝1bar，将获得由(6/0.05)·(1/0.05)＝2400个单元组成的矩阵。
本发明进一步涉及一种通过致动改变体积101内的压力的至少一个电动气动充气阀103和至少一个电动气动放气阀104来控制体积101中的气动压力的系统；体积101中的气动压力控制系统被配置为执行根据前述任一权利要求的方法，并进一步包括存储有预定义矩阵900的非易失性存储介质，以及易失性存储介质，其中存储在所述非易失性存储介质中的矩阵900在控制系统被启动时被复制。当对矩阵的任何单元进行修改时，复制到易失性存储介质中的矩阵被更新。
存储在非易失性存储介质中的矩阵可以与存储在控制系统的易失性存储介质中的更新矩阵进行比较。如果存储在非易失性存储介质中的矩阵的单元与存储在控制系统的易失性存储介质中的更新矩阵的相应单元相差至少预定的一致阈值，则该系统可被安排生成警告信号。
因此，一旦系统启动，该系统就可以使二维理论控制矩阵适应特定单元的个体特征。以同样的方式，该系统可以动态地、实时地使矩阵适应系统组件的实时行为的变化，例如，适应日常运行中的工作温度变化。
在示例性实施例中，矩阵最初被加载到微处理器系统105的非易失性存储器区域。当打开时，微处理器系统105将矩阵的内容复制到所述微处理器系统105的易失性存储器的一个区域，以便其内容可以根据前面描述的校正程序实时修改。以预定的速度，微处理器系统105对存在于非易失性存储器中作为参考矩阵的矩阵所包含的值和易失性存储器中的矩阵所包含的经自适应校正的值进行比较。如果相应的单元值相差超过固定阈值，例如考虑到允许的自适应变化，则会检测到系统不允许的漂移的诊断指示，以指示子组件特性的故障或漂移，并由微处理器系统105作为诊断信息进行发布。
因此，本发明的优点是有可能创建一种方法和控制系统，其适应实际受控系统的物理和流体动力学量值，其根据温度、磨损和老化变化来连续补偿属于受控系统的单个组件的行为变化，同时保持所需的精度。进一步的优点涉及在任何系统条件和受控系统组件的状态下最小化电动气动阀的励磁次数，同时保持控制精度不变，以及对受控系统进行全面诊断的可能性，避免对系统的每个单独组件进行详细的诊断检查。
已经描述了根据本发明的通过致动至少一个电动气动充气阀和一个电动气动放气阀来控制体积内的气动压力的方法和系统的各个方面和实施例。应理解，每个实施例可与任何其它实施例组合。此外，本发明不限于所描述的实施例，而是可以在所附权利要求书限定的范围内改变。
Claims (14)
1.一种通过致动被布置为改变体积(101)中的压力的至少一个电动气动充气阀(103)和电动气动放气阀(104)来控制所述体积(101)中的气动压力的方法，包括以下步骤：
a)提供矩阵(900)，其中所述矩阵(900)的每个单元布置为，根据所述体积(101)内的至少初始压力值(PVi)和所述体积(101)内要达到的目标压力值(PVt)，指示所述至少一个电动气动充气阀(103)的预期开启时间或所述至少一个电动气动放气阀(104)的预期开启时间；
如果所述体积(101)内的有效初始压力值(PVi)小于所述体积(101)内要达到的所述目标压力值(PVt)，则：
b)将所述至少一个电动气动充气阀(103)打开所述矩阵的单元中指示的所述预期开启时间，所述单元至少根据所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)和期望目标压力值(PVt)进行选择；
c)在所述矩阵的选定单元中指示的所述预期开启时间逝去后，测量在所述体积(101)内达到的压力值；
d)将在所述体积(101)内达到的测量压力值与所述期望目标压力值(PVt)进行比较；
e)如果在所述体积(101)内达到的所述测量压力值超过所述期望目标压力值(PVt)至少预定公差值，则减小在所述矩阵的所述选定单元中指示的开启时间的值；
f)如果在所述体积(101)内达到的所述测量压力值低于所述期望目标压力值(PVt)至少所述预定公差值，则增加在所述矩阵的所述选定单元中指示的开启时间的值；
如果所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)高于所述体积(101)内要达到的所述目标压力值(PVt)，则：
b')将所述至少一个电动气动放气阀(104)打开在所述矩阵的单元中指示的所述预期开启时间，所述单元根据至少所述体积(101内的所述有效初始压力值(PVi)和期望目标压力值(PVt)进行选择；
c')在所述矩阵的选定单元中指示的所述预期开启时间逝去后，测量在所述体积(101)内达到的压力值；
d')将在所述体积(101)内达到的测量压力值与所述期望目标压力值(PVt)进行比较；
e')如果在所述体积(101)内达到的所述测量压力值超过所述期望目标压力值(PVt)至少所述预定公差值，则增加在所述矩阵的所述选定单元中指示的开启时间的值；
f')如果在所述体积(101)内达到的所述测量压力值低于所述期望目标压力值(PVt)至少所述预定公差值，则减小在所述矩阵的所述选定单元中指示的开启时间的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中重复步骤b、c、d、e和f、以及步骤b'、c'、d'、e'、f'，直到所述体积(101)内达到的所述测量压力值落在由所述期望目标压力值(PVt)±所述公差值定义的预定公差带内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中测量所述体积(101)内达到的压力值的步骤在从所述至少一个电动气动充气阀(103)或所述至少一个电动气动放气阀(104)打开所述选定单元中指示的开启时间之后被关闭的时刻起，在所述体积内的压力达到稳定的时间段之后进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
所述开启时间的值在步骤e中减少第一确定值；
所述开启时间的值在步骤f中增加第二确定值；
所述开启时间的值在步骤e'中增加第三确定值；
所述开启时间的值在步骤f'中减少第四确定值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一确定值、所述第二确定值、所述第三确定值和所述第四确定值对应于预定的恒定校正值。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一确定值、所述第二确定值、所述第三确定值和所述第四确定值根据在所述体积(101)内达到的测量压力值与所述期望目标压力值(PVt)之间的差进行确定。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述矩阵是三维的，并且所述矩阵(900)的每个单元被布置为，根据初始压力值(PVi)、目标压力值(PVt)和供给压力值(Ps)，指示所述至少一个电动气动充气阀(103)的预期开启时间或所述至少一个电动气动放气阀(104)的预期开启时间；
所述矩阵的单元根据所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)、所述期望目标压力值(PVt)和所述供给压力值(Ps)进行选择。
8.根据前述权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述矩阵(900)是二维的，并且所述矩阵(900)的每个单元被布置为，根据所述初始压力值(PVi)、所述供给压力值(Ps)与所述目标压力值(PVt)之间的比率，指示所述至少一个电动气动充气阀(103)的预期开启时间或所述至少一个电动气动放气阀(104)的预期开启时间；
所述矩阵的单元根据所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)、所述供给压力值(Ps)与所述期望目标压力值(PVt)之间的所述比率进行选择。
9.根据前述权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述矩阵(900)是二维的，并且所述矩阵(900)的每个单元被布置为，根据所述初始压力值(PVi)和所述供给压力值(Ps)之间的比率以及所述目标压力值(PVt)与所述初始压力值(PVi)之间的差，指示所述至少一个电动气动充气阀(103)的预期开启时间或所述至少一个电动气动放气阀(104)的预期开启时间；
所述矩阵的单元根据所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)和所述供给压力值(Ps)之间的所述比率以及所述期望目标压力值(PVt)与所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)之间的所述差进行选择。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
如果所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)小于所述体积(101)内要达到的所述目标压力值(PVt)，则：
g)如果在所述体积(101)内达到的测量压力值超过所述期望目标压力值(PVt)至少所述预定公差值，则减少至少在与所述矩阵的选定单元具有第一相邻度的单元中指示的开启时间的值；
h)如果在所述体积(101)内达到的所述测量压力值低于所述期望目标压力值(PVt)至少所述预定公差值，则增加至少在与所述矩阵的所述选定单元具有第一相邻度的相邻单元中指示的开启时间的值；
如果所述体积(101)内的所述有效初始压力值(PVi)高于所述体积(101)内要达到的所述目标压力值(PVt)，则：
g')如果在所述体积(101)内达到的所述测量压力值超过所述期望目标压力值(PVt)至少所述预定公差值，则增加至少在与所述矩阵的所述选定单元具有第一相邻度的单元中指示的开启时间的值；
h')如果在所述体积(101)内达到的所述测量压力值低于所述期望目标压力值(PVt)至少所述预定公差值，则减少至少在与所述矩阵的所述选定单元具有第一相邻度的单元中指示的开启时间的值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤g、h和g'、h'中，至少在具有高于所述第一相邻度的第二相邻度的单元中指示的开启时间的值也被增加或减少。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中在具有不同相邻度的相邻单元中指示的开启时间的值被减少或增加与所述矩阵的所述选定单元被减少或增加的值相同的值，或者在具有不同相邻度的相邻单元中指示的开启时间的值被增加或减少彼此不同、并且与所述矩阵的选定单元被减少或增加的值不同的值。
13.一种通过致动被布置为改变体积(101)中的压力的至少一个电动气动充气阀(103)和至少一个电动气动放气阀(104)来控制所述体积(101)中的气动压力的系统；用于控制体积(101)中的压力的所述系统被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，并进一步包括：
存储有预定义矩阵(900)的非易失性存储介质；
易失性存储介质，其中存储在所述非易失性存储介质中的所述矩阵(900)在所述控制系统被启动时被复制；
当对所述矩阵的任何单元进行修改时，复制到所述易失性存储介质中的所述矩阵被更新。
14.根据权利要求13所述的用于控制体积(101)中的气动压力的系统，其中存储在所述非易失性存储介质中的所述矩阵与存储在所述控制系统的所述易失性存储介质中的更新矩阵进行比较；
如果存储在所述非易失性存储介质中的所述矩阵的单元与存储在所述控制系统的所述易失性存储介质中的更新矩阵的相应单元相差至少预定的一致阈值，则所述系统被安排生成警告信号。
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