DE102015224650A1 - Verfahren und System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine - Google Patents

Verfahren und System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102015224650A1
DE102015224650A1 DE102015224650.7A DE102015224650A DE102015224650A1 DE 102015224650 A1 DE102015224650 A1 DE 102015224650A1 DE 102015224650 A DE102015224650 A DE 102015224650A DE 102015224650 A1 DE102015224650 A1 DE 102015224650A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
model
axial piston
piston machine
coils
coil currents
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015224650.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Adrian Trachte
Martin Wegscheider
Daniel SEILER-THULL
Wolfgang Kemmetmueller
Andreas Kugi
Paul Zeman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102015224650.7A priority Critical patent/DE102015224650A1/de
Publication of DE102015224650A1 publication Critical patent/DE102015224650A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/14Control
    • F04B27/20Control of pumps with rotary cylinder block
    • F04B27/22Control of pumps with rotary cylinder block by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26Control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26Control
    • F04B1/30Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
    • F04B1/32Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26Control
    • F04B1/30Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
    • F04B1/32Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/324Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • F04B49/065Control using electricity and making use of computers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00Pump parameters
    • F04B2201/12Parameters of driving or driven means
    • F04B2201/1205Position of a non-rotating inclined plate
    • F04B2201/12051Angular position

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine (4), die eine Schwenkwiege (5) umfasst, der zum Verstellen eines Schwenkwinkels ein Stellzylinder (8) zugeordnet ist, und mit einen Proportional-Wegeventil (18), das einen Ventilschieber umfasst, der elektromagnetisch über Spulen betätigbar ist, die mit Spulenströmen bestromt werden, um die Schwenkwiege (5) in Richtung einer ihrer Endlagen zu verstellen. Um das Verfahren zum Ermitteln von Systemgrößen der Axialkolbenmaschine, insbesondere im Hinblick auf die Anzahl der benötigten Sensoren, zu vereinfachen, werden interne Zustände der Axialkolbenmaschine (4), wie eine Position des Ventilschiebers des Proportional-Wegeventils (18), insbesondere nicht oder nicht ohne weiteres messbare Systemgrößen, mit Hilfe von bekannten Messgrößen, wie den Spulenströmen und/oder dem Schwenkwinkel, geschätzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege, der zum Verstellen eines Schwenkwinkels ein Stellzylinder zugeordnet ist, und mit einem Proportional-Wegeventil, das einen Ventilschieber umfasst, der elektromagnetisch über Spulen betätigbar ist, die mit Spulenströmen bestromt werden, um die Schwenkwiege in Richtung einer ihrer Endlagen zu verstellen.
  • Stand der Technik
  • Bei Axialkolbenmaschinen in Schwenkscheibenbauart wird vor einer Anpassung des Fördervolumenstroms der Winkel der Schwenkwiege verstellt. Das kann über eine elektroproportionale Schwenkwinkelverstellung (EP-Verstellung) geschehen. Dabei wird mittels des Ansteuerstroms eines Proportional-Wegeventils der Schwenkwinkel der Schrägscheibe vorgegeben. Das Proportional-Wegeventil stellt den Volumenstrom und mittelbar den Druck im Verstellzylinder, der auch als Stellzylinder bezeichnet wird. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder Schwenkwiege wird mechanisch über eine Feder auf das Proportional-Wegeventil zurückgeführt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege, der zum Verstellen eines Schwenkwinkels ein Stellzylinder zugeordnet ist, mit einem Proportional-Wegeventil, das einen Ventilschieber umfasst, der elektromagnetisch über Spulen betätigbar ist, die mit Spulenströmen bestromt werden, um die Schwenkwiege in Richtung einer ihrer Endlagen zu verstellen, insbesondere im Hinblick auf die Anzahl der benötigten Sensoren, zu vereinfachen.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege, der zum Verstellen eines Schwenkwinkels ein Stellzylinder zugeordnet ist, und mit einem Proportional-Wegeventil, das einen Ventilschieber umfasst, der elektromagnetisch über Spulen betätigbar ist, die mit Spulenströmen bestromt werden, um die Schwenkwiege in Richtung einer ihrer Endlagen zu verstellen, dadurch gelöst, dass interne Zustände der Axialkolbenmaschine, wie eine Position des Ventilschiebers des Proportional-Wegeventils, insbesondere nicht oder nicht ohne weiteres messbare Systemgrößen, mit Hilfe von bekannten Messgrößen, wie den Spulenströmen und/oder dem Schwenkwinkel, geschätzt werden. Für erweiterte Regelstrategien und für Diagnosezwecke sind interne Zustände, zum Beispiel die Position des Proportional-Wegeventils, von besonderem Interesse. Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll dieser Zustand aus den vorhandenen Messgrößen, wie den Spulenströmen und/oder dem Schwenkwinkel, berechnet werden, ohne dass dafür ein zusätzlicher Sensor notwendig wäre. Axialkolbenmaschinen werden herkömmlich rein gesteuert gefahren oder mit einfachen PID-Reglern, da keine Informationen über die internen Zustände verfügbar sind. Durch die Erfindung werden die internen Zustände geschätzt. Damit können Zustandsregler für den Betrieb der Axialkolbenmaschine verwendet werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mathematisches Modell des Systems verwendet wird, um die internen Zustände der Axialkolbenmaschine zu schätzen. Bei der Berechnung der internen Zustände können für das Modell der Strecke unterschiedliche Ansätze verwendet werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung zwischen einem durch das Modell berechneten Ausgang und einem gemessenen Ausgang verwendet wird, um die geschätzten Zustände der Axialkolbenmaschine zu korrigieren. Dadurch kann die Schätzung auf Basis des mathematischen Modells verbessert werden. Die Abweichung kann gegebenenfalls auch vektorwertig sein.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Eingang für das Modell der Strecke Spannungen an den Spulen verwendet werden, wobei als Ausgang für das Modell der Strecke die Spulenströme und der Schwenkwinkel verwendet werden. Die genannten Größen sind im Betrieb der Axialkolbenmaschine bekannt, so dass auf zusätzliche Sensoren verzichtet werden kann.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Eingang für das Modell der Strecke die Spulenströme verwendet werden, wobei als Ausgang für das Modell der Strecke der Schwenkwinkel verwendet wird. Das hat gegenüber der vorab beschriebenen Variante den Vorteil, dass sich Parameterschwankungen in der Stromstrecke, wie zum Beispiel eine Änderung des Widerstandes in Abhängigkeit der Temperatur, nicht auf die Schätzung der Ventilschieberposition beziehungsweise des Verstellzylinderdrucks auswirken, da direkt die Ströme als Eingänge verwendet werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Modelle verwendet werden, wobei als Eingang eines Modells für die Spulen Spannungen an den Spulen verwendet werden, wobei als Ausgang des Modells für die Spulen die Spulenströme verwendet werden, wobei als Eingang eines Modells für das Proportional-Wege-Ventil und die Schwenkscheibe die Spulenströme verwendet werden, wobei als Ausgang des Modells für das Proportional-Wege-Ventil der Schwenkwinkel verwendet wird. Die Variante mit den zwei Modellen ermöglicht eine ausreichende Glättung des Stromsignals mit geringem Phasenverzug und ist auch robust gegenüber Parameterschwankungen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass für einen Entwurf eines Beobachters/Schätzers ein reduziertes Modell der Axialkolbenmaschine verwendet wird. Das reduzierte Modell wird vorzugsweise durch folgende Gleichungen dargestellt:
    Figure DE102015224650A1_0002
  • Die Bedeutung der einzelnen Größen ist in der Figurenbeschreibung beschrieben.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass für einen Entwurf eines Beobachters ein Modell mit einem Extended-Kalman-Filter (EKF) verwendet wird. Das Modell wird vorzugsweise durch folgende Gleichungen dargestellt: d / dtx = f(x, u) + w, (2a) y = Cx + v, (2b) mit den Zuständen x = x = [φS sV im]T, dem Eingang u = um und den Ausgängen y = [φS im]T. Für die Berechnung des EKFs wird Gleichung (2) vorzugsweise über die Euler-Vorwärts Methode diskretisiert. Der Beobachter kann auch in Form eines klassischen linearen (zeitvarianten) Luenbergerbeobachters und in Form eines unscented Kalman-Filters umgesetzt werden.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System zum Ermitteln von Systemgrößen einer vorab beschriebenen Axialkolbenmaschine gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Bei dem Computer handelt es sich zum Beispiel um ein Steuergerät. Das Steuergerät kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein, das mit der Axialkolbenmaschine ausgestattet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Es zeigen:
  • 1 ein Ersatzschaltbild für eine elektroproportionale Verstellung einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise;
  • 2 eine vereinfachte Darstellung eines (nicht linearen) Zustandbeobachters, zum Beispiel in Form eines vollständigen Extended-Kalman-Filters;
  • 3 eine vereinfachte Darstellung eines reduzierten Extended-Kalman-Filters mit einem optionalen Filter und
  • 4 eine vereinfachte Darstellung eines reduzierten Extended-Kalman-Filters für eine Ventilschieberposition mit einem separaten Extended-Kalman-Filter für eine Stromdynamik.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die Erfindung betrifft insbesondere als Axialkolbenmaschinen ausgeführte Hydraulikmaschinen. Die Axialkolbenmaschinen sind zum Beispiel in einem stationären oder mobilen Hydraulikantrieb angeordnet. Der mobile Hydraulikantrieb ist vorzugsweise Teil eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das primär durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.
  • Eine Axialkolbenmaschine kann in einem offenen Kreislauf oder in einem geschlossenen Kreislauf betrieben werden. Bei dem offenen Kreislauf fließt ein Hydraulikmedium wie Hydrauliköl, das auch als Druckflüssigkeit bezeichnet wird, von einem Tank zur Axialkolbenmaschine und wird von dort über eine Ventileinrichtung zu einem Verbraucher gefördert.
  • Vom Verbraucher fließt das Hydraulikmedium über die Ventileinrichtung zum Tank zurück. In dem geschlossenen Kreislauf fließt das Hydraulikmedium von der Axialkolbenmaschine zum Verbraucher und von dort direkt zurück zur Axialkolbenmaschine. Dabei gibt es eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite, die je nach Belastung wechselt.
  • Wenn die Axialkolbenmaschine über eine Antriebswelle mechanisch angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenpumpe. Wenn die Axialkolbenmaschine hydraulisch angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenmotor. Die Axialkolbenmaschine kann nur als Motor oder nur als Pumpe betrieben werden. Die Axialkolbenmaschine kann prinzipiell aber auch im Wechsel sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden.
  • Durch eine Schwenkwiege, die auch als Schrägscheibe bezeichnet wird, kann ein von der Axialkolbenmaschine geförderter Volumenstrom stufenlos verstellt werden. Für eine Anpassung des Fördervolumenstroms der Axialkolbenmaschine kann der Winkel der Schrägscheibe oder Schwenkwiege verstellt werden. Dies kann zum Beispiel über eine elektroproportionale Schwenkwinkelverstellung (EP-Verstellung) geschehen.
  • Bei der EP-Verstellung wird mittels des Ansteuerstroms eines Proportional-Wegeventils der Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder Schwenkwiege oder Schwenkscheibe vorgegeben. Das Proportional-Wegeventil stellt im Volumenstrom den Druck in einem Verstellzylinder der Axialkolbenmaschine ein. Der Druck im Verstellzylinder bewirkt ein Moment, welches die Schwenkscheibe verschwenkt. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe wird mechanisch über eine Feder auf das Proportional-Wegeventil zurückgeführt.
  • Dadurch ergibt sich ein Schwenkwinkel, der im Wesentlichen proportional zum Ansteuerstrom ist und durch die mechanische Rückführung innerhalb eines Regelbereichs gehalten wird. Durch diese mechanische Regeleinrichtung entsteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine und dem Ansteuerstrom des Proportional-Wegeventils. Dieser Zusammenhang wird durch eine EP-Kennlinie beschrieben.
  • In 1 ist ein Hydrauliksystem 1 mit einem Reservoir 2, 3 für Hydraulikmedium dargestellt. Eine Hydraulikmaschine 4 dient zum Beispiel zum Antrieb eines (nicht dargestellten) hydrostatischen Fahrantriebs. Die Hydraulikmaschine 4 ist als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer Schrägscheibe oder Schwenkwiege 5 ausgeführt.
  • Der Schwenkwiege 5 kann durch einen Stellzylinder 8 mit einem Stellkolben verstellt werden, der über einen Stellkolbenstange 9 mit der Schwenkwiege 5 gekoppelt ist. Ein Gegenzylinder 10 umfasst einen Gegenkolben, der über eine Gegenkolbenstange 11 ebenfalls mit der Schwenkwiege 5 gekoppelt ist. Darüber hinaus ist die Schwenkwiege 5 über eine Kopplungseinrichtung 14 mit einer Feder 15 steuerungsmäßig mit einer Ventileinrichtung 18 verbunden.
  • Die Ventileinrichtung 18 ist als Proportionalventil oder Stetigventil mit drei Anschlüssen und drei Schaltstellungen oder Zwischenstellungen ausgeführt. Bei der Ventileinrichtung 18 handelt es sich insbesondere um ein 3/3-Wegeventil in Proportional-Ventilbauweise. Der Buchstabe p wird verwendet, um einen Druck zu bezeichnen. Der Buchstabe q wird verwendet, um einen Volumenstrom zu bezeichnen. Die Buchstaben VZ bezeichnen den Verstellzylinder 8. Die Buchstaben GZ bezeichnen den Gegenzylinder 10. Die Großbuchstaben ND stehen für den Niederdruck. Die Großbuchstaben HD stehen für den Hochdruck.
  • Die Ventileinrichtung 18 wird durch eine Magnetkraft Fm betätigt. Daher wird die Ventileinrichtung 18 auch als Magnetventil bezeichnet.
  • 1 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Elektro-Proportionale (EP) Verstellung der Axialkolbenmaschine 4 in Schrägscheibenbauweise. Die Verstellung der Schwenkwiege, Schwenkscheibe oder Schrägscheibe 5 erfolgt über den Volumenstrom qVZ in den Verstellzylinder 8, welcher über das Magnetventil 18 und die Magnetkraft Fm gestellt wird. Der Druck pVZ im Verstellzylinder 8 erzeugt ein Moment auf die Schwenkscheibe 5.
  • Für die Rückstellung der Schwenkscheibe 5 wirkt das Moment des Gegenzylinders 10, der mit der Hochdruckseite verbunden ist, entgegen dem Moment des Verstellzylinders. Schwenkscheibe 5 und Magnetventil 18 sind über die Rückstellfeder 15 verbunden. Dieser mechanische Regelkreis führt dazu, dass die Schwenkscheibenposition idealerweise proportional der Magnetkraft ist und wird deswegen EP-Verstellung genannt.
  • Für den Entwurf eines Beobachters wird ein reduziertes Modell der Axialkolbenmaschine verwendet:
    Figure DE102015224650A1_0003
  • Darin bezeichnet φS den Schwenkwinkel, der über den Volumenstrom qVZ in den Verstellzylinder gestellt wird. Es wird dabei die Dynamik des Druckaufbaus im Verstellzylinder aufgrund der hohen Dynamik als eingeschwungen angenommen sowie die Trägheit der Schwenkwiege aufgrund der großen wirkenden Druckkräfte vernachlässigt. Die Verstellung hängt deswegen mit diesen Vereinfachungen direkt vom einströmenden Volumenstrom qVZ und der Geometrie der Verstellung ab, die durch den Term cos(φS)2/rVZAVZ berücksichtigt wird. Darin sind rVZ der Abstand von der Drehachse der Schwenkwiege zum Verstellzylinder und AVZ die Größe der druckwirksamen Fläche im Verstellzylinder. Der geometrische Zusammenhang zwischen Verstellzylinderposition und Schwenkwiege kann je nach Konstruktion unterschiedlich sein und ist hier nur beispielhaft dargestellt. Der Volumenstrom qVZ hängt von der Ventilschieberposition sV und dem Verstellzylinderdruck pVZ ab. Der Verstellzylinderdruck kann über eine Momentenbilanz mit Gegenzylinder, Federn und einem Reibmodell gut abgeschätzt werden.
  • Gleichung (1b) beschreibt die reduzierte Dynamik der Ventilschieberposition sV. Da die Masse des Schiebers mV im Verhältnis zur Ventilschieberdämpfung kV sehr klein ist, konnte hier die Ordnung mit Hilfe der singulären Störtheorie von 2. Ordnung auf 1. Ordnung reduziert werden. Der Term (cV + cFB)sV beschreibt die auf den Ventilschieber wirkenden Federkräfte mit den Federkonstantem cV für die Zentrierfeder und cFB für die Feder der mechanischen Rückführung. Der Term FFBS) beschreibt die Kraft der mechanischen Rückführung in Abhängigkeit des Schwenkwinkels, φS, Fm(im) die Magnetkraft in Abhängigkeit des effektiven Spulenstroms im und Fjet(sV, pVZ) die Strömungskraft in Abhängigkeit von der Ventilschieberauslenkung und dem Verstellzylinderdruck pVZ.
  • Gleichung (1c) beschreibt die Stromaufbaugleichung der Magneten mit der Induktivität Lm und dem elektrischen Widerstand Rm. Die Spannung um und der Strom im sind effektive Größen der beiden Spulen. Positive Werte von um und im beschreiben den Strom und die Spannung in der ersten Spule, negative Werte entsprechen dann der zweiten Spule. Es wird dabei angenommen, dass die Spulen baugleich sind und nur geringen Streuungen unterliegen, so dass ein gemeinsamer Widerstand und eine gemeinsame Induktivität angenommen werden können. Ist dies nicht der Fall, muss für jede Spule ein eigenes Modell verwendet werden und die Magnetkraft in Gleichung (1b) würde sich dann in Abhängigkeit der beiden Spulenströme im,1 und im,2 berechnen.
  • Für den Entwurf eines Beobachters in Form eines Extended-Kalman-Filter (EKF) kann das in Gleichung (1) beschriebene Modell in allgemeiner Form mit zusätzlicher Prozessstörung w und Messrauschen v am Ausgang beschrieben werden, d / dtx = f(x, u) + w, (2a) y = Cx + v, (2b) mit den Zuständen x = [φS sV im]T, dem Eingang u = um und den Ausgängen y = [φS im]T. Für die Berechnung des EKFs wird Gleichung (2) über die Euler-Vorwärts Methode diskretisiert: xk+1 = F(xk, uk, wk) = xk + (f(xk, uk) + wk)Ta, (3a) yk = hk(xk, vk) = Cxk + vk. (3b)
  • Darin ist Ta die Abtastzeit. In jedem Abtastzeitpunkt k wird nun anhand der verrauschten Messwerte yk eine Schätzung x ^j des tatsächlichen Zustandes xk vorgenommen. Es wird dabei angenommen, dass die Kovarianzen der Prozessstörung und des Messrauschens als positiv definierte Diagonalmatrizen in der Form E(wkw T / j) = Qδkj > 0, (4a) E(vkv T / j) = Rδkj > 0, (4b) mit dem Kroneckersymbol δkj, dargestellt werden können. Die Gleichungen des EKF lassen sich mit den Startwerten x ^ – / 0 für den Zustand und P – / 0 für die Kovarianz in folgender iterativen Form angeben:
  • 1. Berechnung der Kalman-Verstärkungsmatrix
    • L ^k = P – / kCT(CP – / kCT + R)–1 (5)
  • 2. a posteriori Schätzung: Korrekturschritt des Systemzustandes zum Zeitpunkt tk
    • x ^ + / k = x ^ – / k + L ^k(yk – Cx ^ – / k) (6)
  • 3. Update der Fehlerkovarianzmatrix1
    • P + / k = (I – L ^kC)P – / k (7)
  • 4. Linearisierung der Systemdynamik
    Figure DE102015224650A1_0004
  • 5. a priori Schätzung: Extrapolation des Systemzustandes und der Fehlerkovarianzmatrix
    • x ^ – / k+1 = Fk(x ^ + / k, uk, 0) (9a) P – / k+1 = ΦkP + / kΦ T / k + GkQG T / k (9b)
  • In 2 ist die Struktur des Extended-Kalman-Filters vereinfacht dargestellt. Durch ein Rechteck 24 ist der Extended-Kalman-Filter gemäß den Gleichungen (1a) bis (1c) angedeutet. Durch Pfeile 21 und 22 sind die Eingänge des EKFs angedeutet. Durch einen Pfeil 25 ist der Ausgang des EKFs angedeutet.
  • Da der Strom direkt als Messwert vorliegt und in dem verwendeten Modell nach Gleichung (1) nicht von den anderen beiden Zustandsgrößen beeinflusst wird, ist es möglich, den Strom direkt als Eingangsgröße zu verwenden, das heißt, das Entwurfsmodell wird um Gleichung (1c) reduziert.
  • In 3 ist die sich dann ergebende Struktur dargestellt. Durch ein Rechteck 34 ist der EKF mit den Gleichungen (1a) und (1b) dargestellt. Durch ein gestricheltes Rechteck 35 ist ein optionales Signalfilter angedeutet. Durch Pfeile 31, 32 sind die Eingänge des EKFs 34 angedeutet. Durch einen Pfeil 33, der von dem Pfeil 32 ausgeht, ist ein Eingang des Signalfilters 35 angedeutet. Durch einen Pfeil 36 ist ein Ausgang des EKFs 34 angedeutet. Durch einen Pfeil 37 ist ein Ausgang des Signalfilters 35 angedeutet.
  • Durch das zusätzliche Filter 35 kann vorhandenes Messrauschen reduziert werden. Vorteil der in 3 dargestellten Anordnung ist, dass Parameterabweichungen der Stromdynamik, wie im Spulenwiderstand Rm und in der Spuleninduktivität Lm, sich nicht auf die zu schätzenden Zustände auswirken.
  • Möchte man sowohl den Phasenverzug bei einer stark verrauschten Strommessung verhindern, als auch Widerstandsänderungen infolge des Temperatureinflusses auf den Spulenwiderstand berücksichtigen, kann ein weiteres EKF für die Stromdynamik mit Störmodell angesetzt werden:
    Figure DE102015224650A1_0005
  • Der Parameter Rm tritt dabei als eigener Zustand auf, der sich im Verhältnis zur Stromdynamik zeitlich nur langsam ändert.
  • Bei allen Ansätzen müssen noch die Zustands- und Ausgangsbeschränkungen, wie sie bei der Ventilschieberposition und dem Schwenkwinkel durch die Anschläge vorliegen, berücksichtigt werden. Im Prinzip geschieht dies durch eine Formulierung eines statischen Optimierungsproblems, womit der minimale Abstand zu dem im Schritt 2 des EKF bestimmten Zustand x ^ + / k bei gleichzeitiger Einhaltung der Beschränkungen bestimmt wird.
  • In 4 ist durch ein Rechteck 45 ein EKF mit den Gleichungen (1a) und (1b) angedeutet. Durch ein Rechteck 46 ist ein EKF mit Gleichungen (10) angedeutet. Durch Pfeile 41, 42 sind Eingänge des EKFs 45 angedeutet. Durch einen Pfeil 47 ist ein Ausgang des EKFs 45 angedeutet. Durch einen Pfeil 43, der von dem Pfeil 42 ausgeht, und durch einen Pfeil 44 sind Eingänge des EKFs 46 angedeutet. Durch einen Pfeil 48 ist ein Ausgang des EKFs 46 angedeutet.
  • Das reduzierte EKF nach 4 korrigiert über das Störmodell den Parameter Rm. Dadurch wird der geschätzte Strom korrigiert und stimmt letztendlich mit dem gemessenen Strom überein. Da für die Schätzung der Ventilschieberposition der gemessene Strom verwendet wird, hat diese Korrektur keinen Einfluss auf die Genauigkeit der geschätzten Ventilschieberposition, die deshalb über den gesamten Zeitraum sehr gut stimmt. Das gilt auch für den in 3 dargestellten EKF 34.
  • Die Verwendung der geschätzten Zustände und Parameter beim Betreiben der Axialkolbenmaschine können vorteilhaft zur Diagnose und/oder zur Überwachung verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die geschätzten Zustände für eine Zustandsregelung, zum Beispiel für eine modellprädiktive Regelung, verwendet werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine (4) mit einer Schwenkwiege (5), der zum Verstellen eines Schwenkwinkels ein Stellzylinder (8) zugeordnet ist, und mit einen Proportional-Wegeventil (18), das einen Ventilschieber umfasst, der elektromagnetisch über Spulen betätigbar ist, die mit Spulenströmen bestromt werden, um die Schwenkwiege (5) in Richtung einer ihrer Endlagen zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, dass interne Zustände der Axialkolbenmaschine (4), wie eine Position des Ventilschiebers des Proportional-Wegeventils (18), insbesondere nicht oder nicht ohne weiteres messbare Systemgrößen, mit Hilfe von bekannten Messgrößen, wie den Spulenströmen und/oder dem Schwenkwinkel, geschätzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mathematisches Modell des Systems verwendet wird, um die internen Zustände der Axialkolbenmaschine (4) zu schätzen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung zwischen einem durch das Modell berechneten Ausgang und einem gemessenen Ausgang verwendet wird, um die geschätzten Zustände der Axialkolbenmaschine (4) zu korrigieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingang für das Modell der Strecke Spannungen an den Spulen verwendet werden, wobei als Ausgang für das Modell der Strecke die Spulenströme und der Schwenkwinkel verwendet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingang für das Modell der Strecke die Spulenströme verwendet werden, wobei als Ausgang für das Modell der Strecke der Schwenkwinkel verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Modelle verwendet werden, wobei als Eingang eines Modells für die Spulen Spannungen an den Spulen verwendet werden, wobei als Ausgang des Modells für die Spulen die Spulenströme verwendet werden, wobei als Eingang eines Modells für das Proportional-Wegeventil die Spulenströme verwendet werden, wobei als Ausgang des Modells für das Proportional-Wegeventil der Schwenkwinkel verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schätzung der internen Zustände ein Beobachter/Schätzer verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Entwurf des Beobachters/Schätzers ein reduziertes Modell (24) der Axialkolbenmaschine (4) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Entwurf des Beobachters/Schätzers ein Modell mit einem Extended-Kalman-Filter (EKF), ein Modell mit einem unscented Kalman-Filter oder ein Modell eines (zeitvarianten) optimalen Zustandbeoachters verwendet wird.
  10. System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine (4) mit einer Schwenkwiege (5), der zum Verstellen eines Schwenkwinkels ein Stellzylinder (8) zugeordnet ist, und mit einem Proportional-Wegeventil (18), das einen Ventilschieber umfasst, der elektromagnetisch über Spulen betätigbar ist, die mit Spulenströmen bestromt werden, um die Schwenkwiege (5) in Richtung einer ihrer Endlagen zu verstellen, gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
DE102015224650.7A 2015-12-09 2015-12-09 Verfahren und System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine Pending DE102015224650A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015224650.7A DE102015224650A1 (de) 2015-12-09 2015-12-09 Verfahren und System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015224650.7A DE102015224650A1 (de) 2015-12-09 2015-12-09 Verfahren und System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015224650A1 true DE102015224650A1 (de) 2017-06-14

Family

ID=58773430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015224650.7A Pending DE102015224650A1 (de) 2015-12-09 2015-12-09 Verfahren und System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015224650A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018211738A1 (de) 2018-06-12 2020-01-16 Robert Bosch Gmbh Echtzeitfähige Ansteuerstrategie für hydraulische Systeme unter systematischer Berücksichtigung von Stell(raten)- und Zustandsgrößenbeschränkungen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018211738A1 (de) 2018-06-12 2020-01-16 Robert Bosch Gmbh Echtzeitfähige Ansteuerstrategie für hydraulische Systeme unter systematischer Berücksichtigung von Stell(raten)- und Zustandsgrößenbeschränkungen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3039289B1 (de) Verfahren zur bestimmung von hydraulischen parametern in einer verdrängerpumpe
DE10250586A1 (de) Elektrohydraulisches Ventilsteuersystem und Steuerverfahren
EP3039287B1 (de) Verfahren zur bestimmung einer physikalischen grösse in einer verdrängerpumpe
EP3726053B1 (de) Axialkolbenpumpe für einen hydrostatischen fahrantrieb, hydrostatischer fahrantrieb mit der axialkolbenpumpe, sowie verfahren zur steuerung
DE102012108027A1 (de) Ölpumpenregelungssystem für ein Fahrzeug und Betriebsverfahren davon
DE102014206442A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Druckspeichers, insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme in der Kfz-Technik
DE102019212845A1 (de) Hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung und Verfahren
WO2021228677A1 (de) VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINES MOMENTANEN VERSCHLEIßZUSTANDES EINER HYDROSTATISCHEN MASCHINE
EP3215744B1 (de) Verfahren zum erstellen eines kennlinienfelds einer fluidpumpe, verwendung eines limitierten ventils, verwendung eines stufenventils und steuergerät für ein fluidfördersystem
DE102013008793B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verstellung einer Verstellpumpe im offenen Hydraulikkreislauf
EP3039288B2 (de) Verfahren zur verbesserung von dosierprofilen von verdrängerpumpen
DE102015224650A1 (de) Verfahren und System zum Ermitteln von Systemgrößen einer Axialkolbenmaschine
DE102014216841A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln zumindest einer Größe bezüglich eines Zustands einer Bremsflüssigkeit in einem Bremssystem eines Fahrzeugs
DE102020206343A1 (de) Verfahren zur Kalibrierung eines elektroproportional verstellbaren Stetigventils
DE102013207320A1 (de) Steuermodul für eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Hydraulikeinheit und Hydraulikeinheit mit einem solchen Steuermodul
EP3230813B1 (de) Verfahren zur identifikation einer kennlinie
EP2725241A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes eines Volumens
WO2022017881A1 (de) Verfahren zum kalibrieren eines schwenkwinkelsensors, steuerung und fahr- oder arbeitsmaschine
WO2015082189A1 (de) Verfahren und system zum ermitteln von zeitlich veränderlichen parametern eines hydrostatischen fahrantriebs
DE102014202558A1 (de) Digitalhydraulischer druckregler und überprüfungsverfahren eines digitalhydraulischen druckreglers
DE102016208255B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fluidinjektors für ein Kraftfahrzeug
EP3037378A9 (de) Verfahren zur hydraulikdruckmessung bei einem flurförderzeug
DE102016209387A1 (de) Verfahren zur Einstellung eines Stellgesetzes für einen Sliding-Mode-Regler
DE102012025201A1 (de) Hydraulikmaschine und ein regelverfahren zur regelung eines von einer hystaulikmaschine erzeugten drehmoments
DE102022213343A1 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Amplitude für ein Dithersignal eines Steuerventils

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed