CN114382754A - 用于运行液压的驱动装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行液压的驱动装置（100）的方法，所述液压的驱动装置包括液压的负载（130），所述液压的负载具有处于缸中的能定位的活塞，所述缸在一个接口处通过转速可变的泵（110）并且在另一个接口（B）处通过比例阀（140）与储箱连接，其中在使用基于模型的调节的情况下调节所述活塞的位置（x），在所述基于模型的调节中将所述泵（110）的转速（n）用作调节量，并且在所述基于模型的调节中预先给定所述比例阀（140）的位置（y）。

Description

用于运行液压的驱动装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行液压的驱动装置的方法，该液压的驱动装置包括液压的负载，所述液压的负载具有处于缸中的能定位的活塞，并且本发明涉及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。
背景技术
电液的轴是具有泵（所述泵通常借助于电动的马达或者驱动装置来运行）和液压缸的液压的驱动装置，对于所述液压缸来说能够对比如缸活塞的位置进行电的或者电子的调节。这样的电液的轴例如用于所谓的拉深压力机、注塑机或也用在其它成型技术机器中，同样例如用于移动重的负荷或机器部件。
对于这样的电液的轴来说，通常设置了分开的力-位置-调节，也就是说，例如根据工作点进行力调节或位置调节。也能够取代力调节而设置压力调节，所述压力调节由于力与压力之间的关联而通过例如液压缸中的压力的作用面是等效的。
在这样的调节中，例如能够将阀用来改变流入到缸中或从缸中流出的液压液的体积流量。也能够调节所述泵（或者驱动的马达）的转速。所述泵尤其能够被构造为具有固定的输送量的定量泵或者被构造为每工作循环具有可变的输送量的变量泵。由EP 1 930 604B1例如已知一种方法，其中将变量泵以恒定的转速调节到输送流或压力。据此能够操控制动阀。
发明内容
根据本发明，提出一种具有独立权利要求的特征的、用于运行液压的驱动装置的方法以及用于实施该方法的一种计算单元和一种计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求的以及以下说明的主题。
本发明涉及一种用于运行液压的驱动装置的方法，该液压的驱动装置包括液压的负载，所述液压的负载具有处于缸中的能定位的活塞。如开头所提到的那样，为了调节活塞的位置，能够将作为调节量的、泵的转速或者阀的位置用于改变流入到缸中或从缸中流出的液压液的体积流量。然而，如已经表明的那样，在所述两种变型方案中都有某些缺点。在将转速用作调节量的情况下，缺点比如是所述液压的驱动装置的刚性不足、定位动态不精确以及谐振频率有变化。就阀的情况而言，缺点则比如是由于阀中的压力降而引起的在阀中的功率损耗、非线性特征以及同样有变化的谐振频率。
面临这个背景而建议，所述液压的负载、例如电液的轴在一个接口处（例如在A侧上）通过转速可变的泵并且在另一接口处（例如在B侧上）通过比例阀与储箱被连接或者已连接。在将液压缸用作液压的负载的情况下，该液压的负载具有两个室，这两个室通过活塞来分开。在此，为每个室分配了所述接口（A侧、B侧）之一。然后，在使用基于模型的调节的情况下或者在基于模型的调节的范围内调节所述活塞的位置，在所述基于模型的调节中将泵的转速用作调节量并且在所述基于模型的调节中预先给定所述比例阀的位置。在此，优选使用所述液压的驱动装置的逆向的路径模型（或逆向的系统模型），以便在使用比例阀的情况下调节、尤其是调准用于作用到活塞上的（制动）力的额定值。对于逆向的模型来说，输入量和输出量互换；例如体积流量和/或压力作为逆向的阀模型的输入量能够引起作为输出量的阀芯位置。所述比例阀在此尤其被装入在封闭的调节回路中，也就是说，对于所述阀中的滑芯的调节也能够在封闭的（次要的）调节回路中进行，该调节回路具有位置的实际值的反馈功能。由此，一方面能够实现所述液压的驱动装置的更高的刚性，并且另一方面也能够实现特别好的能效。
用这样的位置调节能够特别好且快速地比如在浇注缸运行时对不同的阶段或不同的阶段之间的过渡作出反应。此外，这样的调节能够特别容易且快速地参数化。
在这种调节中对于以下参量来说需要实际值，所述参量在此尤其是活塞的位置以及两个接口侧上的两个压力。这些例如能够借助于合适的传感器来检测。在基于模型的调节的范围内，而后也能够由所述活塞的位置来查明其速度和加速度。由此，而后又能够在两侧——也就是一次在泵侧（在那里而后也称为输送流）并且一次在比例阀侧——查明所期望的通流量（体积流量），然后相应地预先给定所述通流量。在这方面也要提到，在基于模型的调节中借助于系统的模型（在这里，如所提及的那样，尤其是使用逆向的路径模型）能够预先计算轨迹、即参量（在此情况下是位置）的变化曲线。在所述基于模型的调节中，调节量也被称为状态变量，并且能够考虑到状态限制。对于所述模型的详细描述也要参考附图描述。
因此，优选的是，为了达到（或者实现）用于作用到活塞上的力的——以及由此所期望的加速度或者制动作用的——额定值，通过对于液压的驱动装置中的额定压力和比例阀的由此产生的位置进行的规划来推断出所述比例阀的位置的额定变化曲线。
优选（例如在次要的调节的范围内）在预先给定比例阀的位置时进行预控制。在此适宜的是，考虑到作为输入量的基于模型的压力额定值和/或所述比例阀的动态。在此，用于所述比例阀的通流量的基于模型的数值能够提高所述阀动态。因此，例如，能够有效地对所述阀进行过调制，以便使实际的通流量尽可能接近基于模型的数值。对于基本的方程式来说典型地以阀中的无限快的执行机构为出发点，而这样的预控制能够减少这些误差。在此，用于所述比例阀的模型尤其能够包括动态部件，该动态部件必要时简化地描述在所规定的系统压力下主级或者主阀的阀芯位置以及对于先导阀（在此是用于主阀的控制组件）的限制。例如，能够假设具有状态限制的2阶系统（例如PT2响应）。同样，它能够包括孔口方程式，该孔口方程式根据在主级上的所加载的压力和几何特性曲线来描述体积流量。所述预控制的输出量是用于阀位置的额定值。
优选在调节活塞的位置时进行预控制。在此，适宜地考虑到在所述缸的通流量（体积流量）与表征所述活塞的运动的状态变量、尤其是所述位置的时间导数（也就是说比如速度、加速度和/或冲击）之间的关联。对于针对活塞和比例阀的预控制来说，因此尤其能够考虑到不同的或者单独的状态限制和/或调节限制。所述预控制的输出量而后优选是各一个用于两个接口（活塞侧）的体积流量的额定值。
在所使用的（逆向的）路径模型或系统模型中，为了实现尤其基于平坦度的预控制，优选需要用于平坦（flach）的输出量及其时间导数的能连续微分的轨迹。为了实时地产生调节量轨迹，例如能够使用扩展的低通滤波器算法并且考虑到非线性的（平坦的）动态以及平坦的状态的限制。这样的具有以考虑状态限制和调节量限制的方式进行实时轨迹规划的功能的方法例如在DE 10 2018 211 738 A1中得到描述并且在那里以轴向活塞泵为例得到表明。因此，为了更详细的解释要参考那里的描述。
总之，因此在所提出的调节方案中存在以下特殊的优点。
对所述缸（这涉及活塞的位置）和比例阀的调节来说，能够分别使用预控制，该预控制也分别考虑到不同的状态限制和调节限制。为了实现加速度额定值，能够通过对于额定压力的扩展的规划并且通过由此产生的阀开口来推断出额定阀开口变化曲线。通过对于在A侧上的不敏感的实际压力的测量（或者对于在泵侧上的不敏感的实际压力的测量，如果所述实际压力不是直接被控制，而是依赖于贮存容器并且B侧仅仅具有一个干预点，则所述实际压力不敏感），能够在线地关于所进行的简化而对所述模型进行补偿。通过对于室压（在对这个室进行压力调节时的额定压力）的测量或预先规定，能够明确推导出另一个室压。对所述压力形成方程式进行控制，以用于预先给定平坦的输出量，如果不是直接测量且反馈所述压力形成方程式，则能够将总系统的平坦度在死区时间和测量值处理时间的范围内近似计算为是平坦的。在此，以用于所述缸的位置的精确的解的多义性为出发点。此外，所提出的方法能够在线或者实时地实现。
另一个优点是，所述阀能够比以往明显更加动态地受到控制，也就是例如代替大约14 ms的反应时间而在小信号范围中仅仅还存在大约7 ms的反应时间。尽管如此，通过所提出的方法或者通过在其中所作的调整能够通过预控制来控制非平坦的系统。
在借助于所述液压的驱动装置的模型进行的监控的范围内，比如也能够补充地将参量的特定的数值与相应的测量值进行比较，这能够作为“状态监控”来进行。此外，也能够借助于可变的传动比来提高效率和精度。
按本发明的计算单元、例如液压轴的控制器尤其在程序技术上被设立用于实施按本发明的方法。
以具有用于实施所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式来实现按本发明的方法也是有利的，因为这造成特别低的成本，尤其如果执行用的控制器还被用于其他任务并且因此本来就存在的话。合适的用于提供计算机程序的数据载体尤其是磁性存储器、光学存储器和电存储器、像比如硬盘、闪存盘、EEPROMs、DVDs等等，也能够通过计算机网络（互联网、内联网等）来下载程序。
本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。
不言而喻，前面所提到的和后面的还要解释的特征不仅能够以相应所说明的组合来使用，而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。
附图说明
本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图来详细描述。其中：
图1示意性地示出了液压的驱动装置，其适合用于实施按本发明的方法，
图2示意性地示出了按本发明的方法的采用一种优选的实施方式的流程。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了液压的驱动装置100，其中也如下面要解释的那样能够实施按本发明的方法。所述液压的驱动装置100在此具有转速可变的泵110，该转速可变的泵包括（转速可变的）电动的马达或者驱动装置112和与其耦联的输送单元114。所述泵110例如是一种作为定量泵来制作的、每工作循环具有固定的输送量的轴向活塞泵。
此外，所述泵110与液压的负载130相连接，所述液压的负载在此为具有能定位的活塞134的缸132。所述活塞或者在那里的参考点的位置用x来表示。借助于所述活塞，比如能够使负载136运动。所述缸132在接口A处通过泵110并且在接口B处通过比例阀140与用于液压流体的储箱120连接。所述比例阀140的滑芯的位置用y来表示。
在所述缸132中或者在所述活塞134上，A侧的活塞面用AA来表示并且环形的、B侧的活塞面用AB来表示。A侧上的压力为PA并且B侧上的压力为PB。进入或者离开缸132的输送流或者通流量在A侧上用QA来表示并且在B侧上用QB来表示。
所述电动马达112能够通过作为控制单元来构成的计算单元150、必要时通过其它组件、比如换流器或变频器来操控，比例阀140也是如此。因此，所述液压的驱动装置100能够用作电液的轴。不言而喻，在合适的位置处也能够存在另外的泵和/或阀，然而这不是强制必需的。
在图2中示意性地示出了按本发明的方法的采用一种优选的实施方式的流程。为了调节所述活塞的位置x而使用状态调节器260，该状态调节器例如能够在计算单元150上实现并且该状态调节器使用液压的驱动装置100的逆向的模型或路径模型200。在所述模型200中，尤其是根据所述液压的驱动装置的相关组件来区分，也就是存在用于液压的负载130的模型230、用于泵110的模型210以及用于比例阀140的模型240。此外，设置了状态观测程序270，同样设置了用于预先给定用于状态参量的额定值的单元250（所谓的内插器）。借助于内插器能够生成轨迹及其导数、也就是除n阶低通滤波器之外的另一种方法或者n阶低通滤波器。
借助于所述单元250，能够预先给定用于状态参量的额定值（额定轨迹），其在这里尤其包括活塞的位置x、但是也包括其时间导数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（速度）和
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（加速度）（所述额定轨迹在此应该能够n次连续微分）。这些额定值被传输给状态调节器260，该状态调节器本身也从状态观测程序270处获得这些状态参量的实际值。作为输入参量，所述状态观测程序又获得位置x的实际值xist以及压力pA和pB的实际值并且由此计算用于
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（速度）和
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（加速度）的实际值。在使用模型200的情况下，而后从用于位置x的额定值中查明用于泵110的转速n的以及比例阀140的位置y的数值，要对所述数值进行调节或者调准。
在所述液压的驱动装置100中，而后将所述转速n和位置y转换成输送量QA或者通流量QB，这导致作用到活塞或者负荷126上的力F。在考虑到运动的质量（即负荷126和活塞134）的质量m的情况下，由此也得出所述速度和位置。
在借助于模型200查明这些用于转速n和位置y的数值的范围内，在此也查明基于模型的输送流或者通流量QA*和QB*。在这些基于模型的计算中，能够使用合适的（逆向的）非线性的状态空间图示，其描绘所述液压的驱动装置并且能够沿着额定轨迹实现线性化。
所述额定轨迹的加速度（该加速度因此说明作用到活塞上的力）在此例如能够被换算为用于压力的额定值pA,soll和pB,soll。在此，例如能够预先给定所述两个压力之一、例如pB,soll，该压力然后静态地出现。由此，能够影响所述液压的负载的压力水平和刚性。所述刚性虽然通常不能用预控制来直接影响。然而，能够通过在状态调节器部分中的调节时的极预先规定（Polvorgabe）/阻抗通过所述调节器来调节所述目标刚性。
所述通流量QB是位置y的函数、也就是说适用QB＝QB（y），所述通流量QB在此能够通过所述比例阀的位置y的预先规定来实现。所述转速又影响输送流QA。在此QB是轨迹规划滤波器的状态的函数，然后将该函数代入到预控制函数中。对于pA在这种情况下表现恒定或者能够测量这种假设来说，目标阀开口（位置y）可以随着时间来计算。

Claims (13)

1.用于运行液压的驱动装置（100）的方法，所述液压的驱动装置（100）具有液压的负载（130），所述液压的负载具有处于缸（132）中的能定位的活塞（134），所述缸（132）在一个接口（A）处通过转速可变的泵（110）并且在另一个接口（B）处通过比例阀（140）与储箱（120）连接，
其中在使用基于模型的调节的情况下调节所述活塞（134）的位置（x），在所述基于模型的调节中将所述泵（110）的转速（n）用作调节量并且在所述基于模型的调节中预先给定所述比例阀（140）的位置（y）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述液压的驱动装置（100）的逆向的路径模型（200），以便在使用所述比例阀（140）的情况下调节、尤其是调准用于作用到所述活塞上的力的额定值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中为了达到用于作用到所述活塞（134）上的力的额定值，通过对于在所述液压的驱动装置（100）中的额定压力和所述比例阀（140）的由此产生的位置（y）进行规划来推断出所述比例阀（140）的位置的额定变化曲线。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在尤其在从属的调节的范围内预先给定所述比例阀（140）的位置（y）时进行预控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在针对所述比例阀（140）的预控制中考虑到作为输入量的、基于模型的压力额定值和/或所述比例阀的动态。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在调节所述活塞（134）的位置（x）时进行预控制。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在针对所述活塞（134）的位置（x）进行的预控制中考虑到所述缸的通流量与表征所述活塞的运动的状态变量、尤其是所述位置的时间导数之间的关联。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在借助于所述液压的驱动装置（100）的模型进行的监控的范围内将参量的特定的数值与相应的测量值进行比较。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中作为转速可变的泵（110）而使用定量泵或变量泵。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述液压的驱动装置（100）用于电液的轴。
11.计算单元（150），所述计算单元被设立用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
12.计算机程序，所述计算机程序当其在计算单元（150）上被执行时促使所述计算单元（150）实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
13.可机读的存储介质，具有被存储在其上面的根据权利要求12所述的计算机程序。
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