EP4253754A1 - Method for operating a variable-speed pump - Google Patents
Method for operating a variable-speed pump Download PDFInfo
- Publication number
- EP4253754A1 EP4253754A1 EP23164373.5A EP23164373A EP4253754A1 EP 4253754 A1 EP4253754 A1 EP 4253754A1 EP 23164373 A EP23164373 A EP 23164373A EP 4253754 A1 EP4253754 A1 EP 4253754A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- drive
- variable
- torque
- speed
- peak
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 7
- 101100002669 Arabidopsis thaliana ADT1 gene Proteins 0.000 claims description 5
- 101100002673 Arabidopsis thaliana ADT3 gene Proteins 0.000 claims description 5
- 101100463170 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) pdt1 gene Proteins 0.000 claims description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 101100356282 Streptomyces coelicolor (strain ATCC BAA-471 / A3(2) / M145) redM gene Proteins 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B1/26—Control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/34—Control not provided for in groups F04B1/02, F04B1/03, F04B1/06 or F04B1/26
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
- F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, 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
- F04B49/002—Hydraulic systems to change the pump delivery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, 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
- F04B49/06—Control using electricity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, 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
- F04B49/06—Control using electricity
- F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, 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
- F04B49/20—Control, 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 by changing the driving speed
Definitions
- the present invention relates to a method for operating a variable-speed variable pump, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive, and to an electro-hydraulic system.
- Pumps on which the invention is based have a conveyor mechanism with a variable displacement volume per working cycle (so-called hydraulic displacement machine, e.g. axial piston machine), which is driven by a variable speed drive.
- hydraulic displacement machine e.g. axial piston machine
- the volume flow and/or the delivery pressure are usually regulated by appropriately adjusting the displacement volume of the conveyor and the speed, i.e. such pumps have two degrees of freedom in the control.
- the invention is concerned with the operation of a variable-speed variable pump, in particular an axial piston pump with, for example, proportional adjustment, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive, such as an electric motor.
- a so-called swivel plate can be provided in such a variable pump.
- load torque in particular load pressure or differential pressure
- an appropriate setpoint for the displacement volume is generated to limit the drive torque.
- the invention thus creates a decoupling of the drive torque of the drive from the load pressure of the driven conveyor by adjusting the displacement volume with the aim of optimal engine utilization.
- the current or drive torque of electric drives is usually thermally limited and depends on the duration of the load.
- hydrostatic motor-pump units often have to provide high load pressures over a relatively long period of time.
- a suitable adjustment of the displacement volume decouples pressure and drive torque.
- the invention prevents the drive from being overloaded.
- the displacement volume is specified so that it can always be applied by the electric drive.
- the invention is particularly applicable to pumps that are equipped with an adjusting device for specifically influencing their displacement volume based on control specifications. In particular, two operating states, static and dynamic, with different displacement volume specifications can be distinguished
- the dependence on the operating state is expediently taken into account by a dependence on a temporal change in the load torque on the variable-speed variable pump. This is an easy-to-implement option for characterizing the operating state.
- the load torque and the peak drive torque of the drive become a first manipulated variable in accordance with a first filter function with a time delay, in particular a PDT1 function, and the load torque and the continuous drive torque of the drive in accordance with a second filter function with a time delay, in particular a PDT1 function, a second manipulated variable is determined, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle being specified based on the smaller of the first and second manipulated variables.
- the first filter function preferably has a smaller time delay than the second filter function, preferably zero.
- the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive is greater than the continuous drive torque and corresponds at most to the peak drive torque of the drive.
- the displacement volume is controlled or regulated in such a way that dynamic operating states are realized using the corner power or peak power of the electric drive.
- the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive corresponds at most to the peak drive torque of the drive for a permissible overload time. This means that peak performance can be maintained for as long as possible. It can additionally be provided to adapt the overload time using a determined (in particular measured (e.g. using a temperature sensor) or estimated) thermal drive utilization. This means that thermal damage to the drive can be avoided.
- the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified so that the drive torque of the variable-speed drive corresponds at most to the continuous drive torque of the drive. This ensures long-term or continuous operation; Stationary operating states are achieved using the nominal power of the electric drive.
- a computing unit for example a control and/or regulating unit for a variable-speed variable pump with a variable-speed drive, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
- the invention furthermore relates to an electro-hydraulic drive system such as an electro-hydraulic axle comprising a variable-speed variable pump with a variable-speed drive and a computing unit according to the invention.
- an electro-hydraulic drive system such as an electro-hydraulic axle comprising a variable-speed variable pump with a variable-speed drive and a computing unit according to the invention.
- Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
- FIG. 1 an electro-hydraulic system 100, as may be the basis for the invention, is shown schematically.
- the electrohydraulic system 100 has an actuator designed as a hydraulic cylinder 110 with a piston 111 movable along an x-axis, which is actuated by a variable-speed variable pump 120.
- a hydraulic circuit 130 with, for example, oil as a medium or operating medium is arranged between the variable-speed variable pump 120 and the hydraulic cylinder 110.
- the variable-speed variable pump 120 has a variable-speed drive designed as an electric motor 121 and a conveyor mechanism 122 and is designed, for example, as an axial piston pump in a swashplate design.
- a variable-speed drive designed as an electric motor 121 and a conveyor mechanism 122 and is designed, for example, as an axial piston pump in a swashplate design.
- a control and/or regulating unit 140 is set up in terms of programming to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention.
- it has several modules 141, 142, 143, here a control module 141, a speed control module 142 and a displacement volume control module 143.
- a control module 141 a control module 141
- a speed control module 142 a speed control module 142
- a displacement volume control module 143 is often designed, for example, as an analog swivel angle controller.
- a speed setpoint n target and an actual speed value n ist are supplied to the speed control module 142, from which a setpoint M An for a drive torque is determined according to conventional regulation or control methods, for example using P and/or I and/or D transfer functions.
- the speed setpoint can, for example, be a controlled specification from a user or control value of a higher-level pressure/force/position/speed controller for the hydraulic circuit or the output machine (e.g. cylinder or hydraulic motor).
- the displacement volume control module 143 is supplied with a displacement volume setpoint V PU,soll and an actual displacement volume value V PU,ist , from which a manipulated variable for the conveyor system is determined using conventional methods.
- the control module 141 receives the pressure values p 1 , p 2 and the (setpoint or actual) value M An (in electrical machines, the time constant is significantly shorter compared to hydraulics, so that the setpoint and actual value are always viewed as the same when viewed in this way can be supplied for the drive torque, from which the setpoint for the displacement volume is determined.
- the drive torque can preferably be used here in order to take into account a portion of the friction in the total torque (which is present in addition to the external load, which is not negligible). As shown below, it is particularly taken into account in the form of additional load pressure.
- Hydrostatic pumps provide a volume flow that is essentially proportional to the product of the speed and the pump size characterized by the displacement volume. The flow occurs from one work connection to the other depending on the direction of rotation. If different pressures p 1 , p 2 prevail at the working connections, a drive machine must provide a corresponding torque. The required torque is proportional to the product of the pressure difference and the pump size characterized by the displacement volume.
- the area of application of the motor-pump unit can be significantly expanded compared to a system with a constant pump, in that a high volume flow can be provided at low load pressures, while the drive motor cannot be used at high load pressures is overloaded.
- the present invention takes into account both the limitation of the continuous torque M 0 and the peak torque M max and allows the time-limited utilization of the maximum power of the drive motor/converter.
- a speed approximately generates (minus leakage volume flows) a volume flow according to:
- Q Pu v Pu , Is ⁇ n
- J MoPu ⁇ ⁇ ⁇ M at ⁇ M L , p ⁇ M R , total
- J MoPu is the moment of inertia of the unit
- ⁇ is the rotational angular acceleration
- M R,ges is the total frictional moment on the engine.
- Equation 5a An alternative form can be given for Equation 5a if the relative quantity ⁇ is introduced for the relative displacement volume. This results in the requirement: ⁇ Should , Great ⁇ 2 ⁇ ⁇ v Pu , Max ⁇ M at , Max p 1 ⁇ p 2 + p ⁇ R , total , s c H ä tz which, depending on the load pressure, adjusts the pump in such a way that the peak torque of the motor is not exceeded by the output torque.
- a setpoint for the (relative) displacement volume can be derived, which ensures compliance with the (lower) continuous torque M an,0 of the drive motor: ⁇ Should , Length of time ⁇ 2 ⁇ ⁇ v Pu , Max ⁇ M at , 0 p 1 ⁇ p 2 + p ⁇ R , total , s c H ä tz
- the values from Eq. 5b and 6 resulting setpoint values for the swivel angle are advantageously filtered in order to influence them over time in such a way that the engine utilization is suitably optimized.
- the correction values designated K redM ⁇ take into account the fact that the torque limit values in a real drive system can deviate from the nominal values.
- a filter or a filter function g ( M an,max , ⁇ p , ⁇ ) can be designed in such a way that a dynamic delay of the adjusting device is compensated for in order to implement the limitation to the maximum torque without delay and thus the functionality even in the event of dynamic load changes to guarantee.
- a PDT1 transfer function can advantageously be used as a filter function.
- a filter or a filter function f (M an,0 , ⁇ p, ⁇ ) can be technically advantageously designed in such a way that as the load increases, the reduction in the displacement volume is delayed in a defined time in order to be able to optimally use the peak power of the drive. However, when the load drops, the displacement volume is adjusted back with as little delay as possible in order to be able to achieve a high volume flow for load reduction.
- a PDT1 transfer function can advantageously be used as a filter function.
- a change in the displacement volume is expediently taken into account in the speed specification n target.
- the product of speed and displacement is proportional to the requested or necessary volume flow.
- the difference between the pressure values p 1 and p 2 is first formed and fed to an amount formation 201.
- the amount 202 of the estimated additional pressure difference p ⁇ p ⁇ R,tot,estimate is added to form the total relevant differential pressure ⁇ p.
- This is offset in a division element 203 or 204 with the maximum drive torque M an,max or the continuous drive torque M an,0 and then in a Elements 205, 206 are offset against the mentioned correction values and the maximum volume in order to obtain the relational volume control values.
- the resulting output values or manipulated variables ⁇ S, peak and ⁇ S, duration are fed to a minimum value element 209, which selects the respective smaller displacement volume as the actual manipulated variable ⁇ target .
- T Stell corresponds to the parameter of a simplified model of the dynamics of the pump adjustment.
- T maximum torque is the time for which the drive should be able to generate its peak torque. This is to be seen as an essential operating parameter of the adjustment strategy presented and must be smaller than the actual time after which the drive reaches its thermal overload. Furthermore, e is Euler's number.
- the estimate of the frictional torque can be adapted to the current operating conditions using a suitable estimator.
- a possible device would be an integral controller for the static engine torque or other estimating devices that are common in control technology, such as observers.
- the effective limit value for the continuous torque can be adapted to the existing operating conditions using the measured or estimated thermal drive utilization by adapting the correction factor K redM0 .
- the permitted overload time T Maxmoment which is used in the signal filter, can be adapted to the existing operating conditions.
- the pressure difference 301 on the conveyor and a drive torque 302 on the electric drive are plotted in exemplary units against the time t, also in exemplary units.
- the pressure difference and thus the load is increased from 0 to approximately 100%.
- the displacement volume in percent is plotted against time t for different control variables. These include ⁇ should, duration, stat 303, ⁇ should , peak, dyn 304, ⁇ should, duration, dyn 305, ⁇ should , peak, stat 306. Furthermore, the actual swivel angle ⁇ lst 307 resulting from an exemplary actuating dynamic is plotted .
- the two conditions for the limitation to the maximum torque or the continuous torque result in the two static swivel angle setpoints ⁇ target, duration, stat 303 and ⁇ target, peak, stat 306 with the increasing pressure difference shown.
- the minimum value element 209 supplies the control device 143 for the swivel angle with the smaller value of ⁇ target, duration, dyn 305 and ⁇ target, peak, dyn 304 at the respective time as the valid target value.
- the filter 207 for the peak torque limitation compensates for the actuating dynamics of the control device 143 so that the actual value ⁇ is 307 exactly follows the static setpoint ⁇ setpoint, peak, stat 306, so that the peak torque is not exceeded despite the limited control dynamics of the swivel angle controller.
- the filter 208 for the permanent torque limitation is designed with a direction-dependent signal component, so that when the load torque increases, the effective setpoint ⁇ target, duration, dyn 305 lags behind the filter input ⁇ target , duration, stat 303 by the desired time-limited maximum load of the electric drive machine to be able to use it, while when the load torque is reduced, the effective setpoint ⁇ target, duration, dyn 305 leads the filter input ⁇ target, duration, stat 303.
- the filter 208 for the continuous torque limitation compensates for the control dynamics of the control device 143 so that the actual value ⁇ lst 307 exactly follows the static setpoint ⁇ target, duration, stat 303, so that when the load decreases
- the full performance of the motor-pump unit is available without delay and in compliance with the torque limitation despite the limited control dynamics of the swivel angle controller.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe (120), bei der ein in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk (122) mittels eines drehzahlvariablen Antriebs (121) angetrieben wird, umfassend ein Bestimmen eines Lastmoments an der drehzahlvariablen Verstellpumpe (120), in Abhängigkeit von einem Betriebszustand, ein Vorgeben eines Sollwerts (V<sub>Pu,Soll</sub>) für eine das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so, dass ein Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs (121) höchstens einem Spitzen-Antriebsmoment (M<sub>an,max</sub>) des Antriebs (121) oder einem Dauer-Antriebsmoment (M<sub>an,0</sub>) des Antriebs (121) entspricht.The invention relates to a method for operating a variable-speed variable pump (120), in which a conveyor mechanism (122) which can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive (121), comprising determining a load torque on the variable-speed variable pump (120), Depending on an operating state, specifying a setpoint (V<sub>Pu,Soll</sub>) for a parameter determining the displacement volume per working cycle so that a drive torque of the variable-speed drive (121) is at most a peak drive torque (M< sub>an,max</sub>) of the drive (121) or a continuous drive torque (M<sub>an,0</sub>) of the drive (121).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, bei der ein in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk mittels eines drehzahlvariablen Antriebs angetrieben wird, sowie ein elektrohydraulisches System.The present invention relates to a method for operating a variable-speed variable pump, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive, and to an electro-hydraulic system.
Der Erfindung zugrundeliegende Pumpen weisen ein Förderwerk mit variablem Verdrängungsvolumen pro Arbeitsspiel (sog. hydraulische Verdrängermaschine, z.B. Axialkolbenmaschine) auf, welches mittels eines Antriebs mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Beim Betrieb solcher Pumpen werden üblicherweise der Volumenstrom und/oder der Förderdruck (d.h. Druckdifferenz zwischen Zulauf und Ablauf) durch entsprechende Anpassung des Verdrängungsvolumens des Förderwerks und der Drehzahl geregelt, d.h. solche Pumpen besitzen zwei Freiheitsgrade bei der Regelung.Pumps on which the invention is based have a conveyor mechanism with a variable displacement volume per working cycle (so-called hydraulic displacement machine, e.g. axial piston machine), which is driven by a variable speed drive. When operating such pumps, the volume flow and/or the delivery pressure (i.e. pressure difference between inlet and outlet) are usually regulated by appropriately adjusting the displacement volume of the conveyor and the speed, i.e. such pumps have two degrees of freedom in the control.
Aus der
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und ein elektrohydraulisches System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method and an electro-hydraulic system with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous refinements are the subject of the subclaims and the following description.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe wie insbesondere einer Axialkolbenpumpe mit z.B. Proportionalverstellung, bei der ein in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk mittels eines drehzahlvariablen Antriebs wie z.B. eines Elektromotors angetrieben wird. Zur Verstellung des Förderwerks kann bei einer solchen Verstellpumpe z.B. eine sog. Schwenkscheibe vorgesehen sein. Auf Basis des Lastmoments (insbesondere Lastdruck bzw. Differenzdruck) an der Pumpe sowie Lastkennwerten des Antriebsmotors (z.B. Spitzen- und Dauerantriebsmoment, max. Überlastzeit (=Dauer des max. Moments)) wird zur Begrenzung des Antriebsmoments ein zielführender Sollwert für das Verdrängungsvolumen generiert. So schafft die Erfindung eine Entkopplung des Antriebsmoments des Antriebs vom Lastdruck des angetriebenen Förderwerks durch Einstellung des Verdrängungsvolumens mit dem Ziel einer optimalen Motorauslastung.The invention is concerned with the operation of a variable-speed variable pump, in particular an axial piston pump with, for example, proportional adjustment, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive, such as an electric motor. To adjust the conveyor system, a so-called swivel plate can be provided in such a variable pump. Based on the load torque (in particular load pressure or differential pressure) on the pump as well as load characteristics of the drive motor (e.g. peak and continuous drive torque, max. overload time (=duration of the max. torque)), an appropriate setpoint for the displacement volume is generated to limit the drive torque. The invention thus creates a decoupling of the drive torque of the drive from the load pressure of the driven conveyor by adjusting the displacement volume with the aim of optimal engine utilization.
Der Strom bzw. das Antriebsmoment elektrischer Antriebe ist zumeist thermisch begrenzt und abhängig von der Belastungsdauer. Hydrostatische Motor-Pumpen-Einheiten müssen aber oftmals hohe Lastdrücke über relativ lange Zeit zur Verfügung stellen. Eine geeignete Verstellung des Verdrängungsvolumens entkoppelt hier Druck und Antriebsmoment. Die Erfindung verhindert eine Überlastung des Antriebs. Im Rahmen der Erfindung wird das Verdrängungsvolumen so vorgegeben, dass es stets durch den elektrischen Antrieb aufgebracht werden kann. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei Pumpen, die mit einer Verstelleinrichtung zur gezielten Beeinflussung ihres Verdrängungsvolumens aufgrund steuerungstechnischer Vorgaben ausgestattet sind. Insbesondere können zwei Betriebszustände, statisch und dynamisch, mit unterschiedlichen Vorgaben des Verdrängungsvolumens unterschieden werdenThe current or drive torque of electric drives is usually thermally limited and depends on the duration of the load. However, hydrostatic motor-pump units often have to provide high load pressures over a relatively long period of time. A suitable adjustment of the displacement volume decouples pressure and drive torque. The invention prevents the drive from being overloaded. Within the scope of the invention, the displacement volume is specified so that it can always be applied by the electric drive. The invention is particularly applicable to pumps that are equipped with an adjusting device for specifically influencing their displacement volume based on control specifications. In particular, two operating states, static and dynamic, with different displacement volume specifications can be distinguished
Zweckmäßigerweise wird die Abhängigkeit von dem Betriebszustand durch eine Abhängigkeit von einer zeitlichen Veränderung des Lastmoments an der drehzahlvariablen Verstellpumpe berücksichtigt. Hierbei handelt es sich um eine einfach umzusetzende Möglichkeit, den Betriebszustand zu charakterisieren.The dependence on the operating state is expediently taken into account by a dependence on a temporal change in the load torque on the variable-speed variable pump. This is an easy-to-implement option for characterizing the operating state.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden wird aus dem Lastmoment und dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs nach Maßgabe einer ersten Filterfunktion mit zeitlicher Verzögerung, insbesondere einer PDT1-Funktion, eine erste Stellgröße, und aus dem Lastmoment und dem Dauer-Antriebsmoment des Antriebs nach Maßgabe einer zweiten Filterfunktion mit zeitlicher Verzögerung, insbesondere einer PDT1-Funktion, eine zweite Stellgröße bestimmt, wobei der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße anhand der kleineren der ersten und zweiten Stellgröße vorgegeben wird. Damit lässt sich eine Betriebszustands- bzw. Lastgradientenabhängigkeit mit einem vorgebbaren zeitlichen Verlauf implementieren, insbesondere so, dass quasi automatisch ein rechtzeitiger Wechsel von dem Spitzen-Antriebsmoment auf das Dauer-Antriebsmoment stattfindet, bevor der Motor beschädigt wird. Dazu hat vorzugsweise die erste Filterfunktion eine geringere zeitliche Verzögerung als die zweite Filterfunktion, vorzugsweise null.According to a preferred embodiment, the load torque and the peak drive torque of the drive become a first manipulated variable in accordance with a first filter function with a time delay, in particular a PDT1 function, and the load torque and the continuous drive torque of the drive in accordance with a second filter function with a time delay, in particular a PDT1 function, a second manipulated variable is determined, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle being specified based on the smaller of the first and second manipulated variables. This makes it possible to implement an operating state or load gradient dependency with a predeterminable time course, in particular in such a way that a timely change from the peak drive torque to the continuous drive torque takes place almost automatically before the motor is damaged. For this purpose, the first filter function preferably has a smaller time delay than the second filter function, preferably zero.
Vorzugsweise wird in einem dynamischen Betriebszustand der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs größer ist als das Dauerantriebsmoment und höchstens dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs entspricht. Auf diese Weise erfolgt die Steuerung bzw. Regelung des Verdrängungsvolumens so, dass dynamische Betriebszustände unter Ausnutzung der Eckleistung bzw. Spitzenleistung des elektrischen Antriebs realisiert werden.Preferably, in a dynamic operating state, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive is greater than the continuous drive torque and corresponds at most to the peak drive torque of the drive. In this way, the displacement volume is controlled or regulated in such a way that dynamic operating states are realized using the corner power or peak power of the electric drive.
Insbesondere wird in dem dynamischen Betriebszustand der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs höchstens für eine zulässige Überlastzeit höchstens dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs entspricht. Damit kann die Spitzenleistung so lange wie möglich abgerufen werden. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, die Überlastzeit unter Verwendung einer ermittelten (insbesondere gemessen (z.B. mittels eines Temperaturfühlers) bzw. geschätzten) thermischen Antriebsauslastung anzupassen. Somit kann eine thermische Schädigung des Antriebs vermieden werden.In particular, in the dynamic operating state, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive corresponds at most to the peak drive torque of the drive for a permissible overload time. This means that peak performance can be maintained for as long as possible. It can additionally be provided to adapt the overload time using a determined (in particular measured (e.g. using a temperature sensor) or estimated) thermal drive utilization. This means that thermal damage to the drive can be avoided.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem statischen Betriebszustand der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs höchstens dem Dauer-Antriebsmoment des Antriebs entspricht. Damit kann ein Langzeit- bzw. Dauerbetrieb sichergestellt werden; stationäre Betriebszustände werden unter Ausnutzung der Nennleistung des elektrischen Antriebs realisiert.According to a further advantageous embodiment, in a static operating state, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified so that the drive torque of the variable-speed drive corresponds at most to the continuous drive torque of the drive. This ensures long-term or continuous operation; Stationary operating states are achieved using the nominal power of the electric drive.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine Steuer- und/oder Regeleinheit für eine drehzahlvariable Verstellpumpe mit drehzahlvariablem Antrieb, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, for example a control and/or regulating unit for a variable-speed variable pump with a variable-speed drive, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein elektrohydraulisches Antriebssystem wie z.B. eine elektrohydraulische Achse umfassend eine drehzahlvariable Verstellpumpe mit einem drehzahlvariablen Antrieb sowie eine erfindungsgemäße Recheneinheit.The invention furthermore relates to an electro-hydraulic drive system such as an electro-hydraulic axle comprising a variable-speed variable pump with a variable-speed drive and a computing unit according to the invention.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is also advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control device is used for additional tasks and is therefore present anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.
-
Figur 1 zeigt einen Schaltplan eines hydraulischen Systems, einen Antriebsmotor und eine Steuerung mit einer Einrichtung zur Einstellung der Drehzahl und ein Förderwerk mit einer Einrichtung zur Einstellung des Fördervolumens umfasst.Figure 1 shows a circuit diagram of a hydraulic system, a drive motor and a controller with a device for adjusting the speed and a conveyor with a device for adjusting the delivery volume. -
Figur 2 zeigt einen Signalflussplan eines Steuerschemas gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.Figure 2 shows a signal flow diagram of a control scheme according to a preferred embodiment of the invention. -
Figur 3 zeigt beispielhafte Verläufe von Betriebsgrößen Druck, Antriebsmoment und Fördervolumen bei Anwendung eines Steuerschemas gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.Figure 3 shows exemplary curves of operating variables pressure, drive torque and delivery volume when using a control scheme according to a preferred embodiment of the invention.
In
Die drehzahlvariable Verstellpumpe 120 weist einen als Elektromotor 121 ausgebildeten drehzahlvariablen Antrieb und ein Förderwerk 122 auf und ist beispielsweise als Axialkolbenpumpe in Schwenkscheibenbauweise ausgebildet. Durch Verstellung des Winkels der Schwenkscheibe, also des sog. Schwenkwinkels, kann das Verdrängungsvolumen des Förderwerks je Arbeitsspiel verändert werden.The variable-
Eine Steuer- und/oder Regeleinheit 140 ist programmtechnisch zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Im gezeigten Beispiel weist sie mehrere Module 141, 142, 143 auf, hier ein Steuermodul 141, ein Drehzahlregelmodul 142 und ein Verdrängungsvolumenregelmodul 143. Es sei jedoch klargestellt, dass die einzelnen Module nicht in einer Einheit verbaut und auch nicht programmtechnisch realisiert sein müssen. Insbesondere ein Verdrängungsvolumenregelmodul 143 ist häufig beispielsweise als analoger Schwenkwinkelregler ausgeführt.A control and/or regulating
Dem Drehzahlregelmodul 142 werden ein Drehzahlsollwert nsoll und ein Drehzahlistwert nist zugeführt, woraus nach üblichen Regel-oder Steuerverfahren z.B. unter Verwendung von P- und/oder I- und/oder D-Übertragungsfunktionen ein Sollwert MAn für ein Antriebsdrehmoment bestimmt wird. Der Drehzahlsollwert kann z.B. als gesteuerte Vorgabe von einem Benutzer oder Stellwert eines überlagerten Druck-/Kraft-/Lage-/Geschwindigkeitsreglers für den Hydraulikkreis oder die Abtriebsmaschine (z.B. Zylinder oder Hydraulikmotor) stammen.A speed setpoint n target and an actual speed value n ist are supplied to the
Dem Verdrängungsvolumenregelmodul 143 werden ein Verdrängungsvolumensollwert VPU,soll und ein Verdrängungsvolumenistwert VPU,ist zugeführt, woraus nach üblichen Verfahren eine Stellgröße für das Förderwerk bestimmt wird.The displacement
Zum Erfassen des Drucks p1, p2 vor und hinter dem Förderwerk sind vorliegend zwei Drucksensoren vorgesehen.In order to detect the pressure p 1 , p 2 in front of and behind the conveyor, two pressure sensors are provided in the present case.
Dem Steuermodul 141 werden die Druckwerte p1, p2 und der (Soll- oder Ist-)Wert MAn (bei elektrischen Maschinen ist die Zeitkonstante im Vergleich zur Hydraulik deutlich kürzer, so dass bei dieser Betrachtung Soll- und Istwert immer als gleich angesehen werden können für das Antriebsdrehmoment zugeführt, woraus der Sollwert für das Verdrängungsvolumen bestimmt wird. Das Antriebsmoment kann hier vorzugsweise herangezogen werden, um einen (zusätzlich zur äußeren Last vorhandenen, nicht vernachlässigbaren) Anteil der Reibung am Gesamtmoment zu berücksichtigen. Wie unten dargestellt, wird er insbesondere in Form eines zusätzlichen Lastdrucks berücksichtigt.The
Hydrostatische Pumpen stellen einen Volumenstrom zur Verfügung, der im Wesentlichen dem Produkt von Drehzahl und der durch das Verdrängungsvolumen gekennzeichneten Pumpenbaugröße proportional ist. Dabei erfolgt der Durchfluss abhängig von der Drehrichtung von einem Arbeitsanschluss zum anderen. Herrschen an den Arbeitsanschlüssen verschiedene Drücke p1, p2, so muss eine Antriebsmaschine ein entsprechendes Moment zur Verfügung stellen. Das notwendige Moment ist proportional zum Produkt aus der Druckdifferenz und der durch das Verdrängungsvolumen gekennzeichneten Pumpenbaugröße.Hydrostatic pumps provide a volume flow that is essentially proportional to the product of the speed and the pump size characterized by the displacement volume. The flow occurs from one work connection to the other depending on the direction of rotation. If different pressures p 1 , p 2 prevail at the working connections, a drive machine must provide a corresponding torque. The required torque is proportional to the product of the pressure difference and the pump size characterized by the displacement volume.
Durch eine Verstelleinrichtung für das Verdrängungsvolumen der Pumpe und eine geeignete Betriebsstrategie kann der Einsatzbereich der Motor-Pumpen-Einheit gegenüber einem System mit Konstantpumpe wesentlich erweitert werden, indem bei niedrigen Lastdrücken ein hoher Volumenstrom zur Verfügung gestellt werden kann, während bei hohen Lastdrücken der Antriebsmotor nicht überlastet wird. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt sowohl die Begrenzung des Dauerdrehmoments M0 als auch des Spitzendrehmoments Mmax und erlaubt dabei die zeitlich begrenzte Ausnutzung der Maximalleistung des Antriebsmotors / des Umrichters.By means of an adjustment device for the displacement volume of the pump and a suitable operating strategy, the area of application of the motor-pump unit can be significantly expanded compared to a system with a constant pump, in that a high volume flow can be provided at low load pressures, while the drive motor cannot be used at high load pressures is overloaded. The present invention takes into account both the limitation of the continuous torque M 0 and the peak torque M max and allows the time-limited utilization of the maximum power of the drive motor/converter.
Eine Druckdifferenz am Pumpentriebwerk erfordert/erzeugt ein proportionales Moment ML,P an der Pumpenwelle gemäß:
Eine Drehzahl erzeugt näherungsweise (abzüglich Leckagevolumenströmen) einen Volumenstrom gemäß:
Insgesamt lautet die Momentenbilanz am Triebwerk der Motor-Pumpeneinheit:
Bei einer Begrenzung des Motormoments Man auf einen Grenzwert Man,max muss daher als Minimalforderung gelten:
Diese Bedingung kann durch eine geeignete Verstellung des Verdrängungsvolumens wie folgt erfüllt werden:
Hierin ist bereits berücksichtigt, dass Einrichtungen zur Verstellung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe (wie z.B. eine Schwenkwinkelverstellung) oftmals ein Sollsignal erwarten, das auf das maximale Verdrängungsvolumen VPU,max bezogen ist, und das tatsächliche Verdrängungsvolumen ebenso als relationale Größe angegeben ist. Die reale (gesamte) Reibung am Triebwerk kann als geschätzte zusätzliche Druckdifferenz p̂R,ges,schätz berücksichtigt werden, die aus dem Antriebsmoment und dem Fördervolumen abgeleitet wird.This already takes into account that devices for adjusting the displacement volume of a pump (such as a swivel angle adjustment) often expect a target signal, which is related to the maximum displacement volume V PU,max , and the actual displacement volume is also given as a relational size. The real (total) friction on the engine can be taken into account as an estimated additional pressure difference p̂ R,tot , which is derived from the drive torque and the delivery volume.
Für Gleichung 5a kann eine alternative Form angegeben werden, wenn für das relative Verdrängungsvolumen die relative Größe α eingeführt wird. Damit ergibt sich die Forderung:
In analoger Art und Weise kann ein Sollwert für das (relative) Verdrängungsvolumen abgeleitet werden, der die Einhaltung des (niedrigeren) Dauerdrehmoments M an,0 des Antriebsmotors gewährleistet:
Da M an,0 ≤ M an,max ist, würde bei einer direkten Anwendung der Regeln für die Momentenbegrenzung wie in Gl. 5b und 6 formuliert das Verdrängungsvolumen stets soweit reduziert werden, dass das Dauerdrehmoment nicht überschritten wird. Eine Nutzung der Eckleistung des Antriebsmotors würde damit verhindert.Since M an,0 ≤ M an, max , a direct application of the torque limitation rules as in Eq. 5b and 6 formulate the displacement volume must always be reduced to such an extent that the continuous torque is not exceeded. This would prevent the basic power of the drive motor from being used.
Zur (kurzzeitigen) Ausnutzung der Maximalleistung des Antriebs werden daher die aus Gl. 5b und 6 resultierenden Sollwerte für den Schwenkwinkel vorteilhaft gefiltert, um sie zeitlich so zu beeinflussen, dass die Motorauslastung geeignet optimiert wird.In order to (short-term) utilize the maximum power of the drive, the values from Eq. 5b and 6 resulting setpoint values for the swivel angle are advantageously filtered in order to influence them over time in such a way that the engine utilization is suitably optimized.
Daraus ergibt sich vorteilhaft die Vorschrift für die Vorgabe eines Pumpen-Verdrängungsvolumens zur Momentenbegrenzung in allgemeiner Form:
Darin berücksichtigen die mit KredM∗ bezeichneten Korrekturwerte, dass an einem realen Antriebssystem die Momentengrenzwerte von den Nominalwerten abweichen können.The correction values designated K redM ∗ take into account the fact that the torque limit values in a real drive system can deviate from the nominal values.
Technisch vorteilhaft kann ein Filter bzw. eine Filterfunktion g(M an,max, Δp, ω) so ausgestaltet werden, dass eine dynamische Verzögerung der Verstelleinrichtung kompensiert wird, um die Begrenzung auf das Maximalmoment verzögerungsfrei umzusetzen und damit die Funktionalität auch bei dynamischen Laständerungen zu garantieren. Als Filterfunktion kann vorteilhaft eine PDT1-Übertragungsfunktion verwendet werden.Technically advantageously, a filter or a filter function g ( M an,max , Δ p , ω ) can be designed in such a way that a dynamic delay of the adjusting device is compensated for in order to implement the limitation to the maximum torque without delay and thus the functionality even in the event of dynamic load changes to guarantee. A PDT1 transfer function can advantageously be used as a filter function.
Weiterhin kann ein Filter bzw. eine Filterfunktion f(Man,0, Δp, ω) technisch vorteilhaft so ausgestaltet werden, dass bei ansteigender Last die Verkleinerung des Verdrängungsvolumens zeitlich definiert verzögert wird, um die Spitzenleistung des Antriebs optimal nutzen zu können. Bei abfallender Last jedoch erfolgt die Rückverstellung des Verdrängungsvolumens möglichst verzögerungsfrei, um einen hohen Volumenstrom für den Lastabbau realisieren zu können. Als Filterfunktion kann vorteilhaft eine PDT1-Übertragungsfunktion verwendet werden.Furthermore, a filter or a filter function f (M an,0 , Δ p, ω ) can be technically advantageously designed in such a way that as the load increases, the reduction in the displacement volume is delayed in a defined time in order to be able to optimally use the peak power of the drive. However, when the load drops, the displacement volume is adjusted back with as little delay as possible in order to be able to achieve a high volume flow for load reduction. A PDT1 transfer function can advantageously be used as a filter function.
Um insbesondere einen anwendungsbedingten Volumenstrom aufrechtzuerhalten, wird eine Änderung des Verdrängungsvolumens zweckmäßigerweise bei der Drehzahlvorgabe nsoll berücksichtigt. Das Produkt aus Drehzahl und Verdrängungsvolumen ist zum angeforderten bzw. notwendigen Volumenstrom proportional.In order to maintain an application-related volume flow in particular, a change in the displacement volume is expediently taken into account in the speed specification n target. The product of speed and displacement is proportional to the requested or necessary volume flow.
Den Signalflussplan einer bevorzugten Umsetzung eines solchen Filterkonzepts ist in
Eingangsseitig (links) wird zunächst die Differenz der Druckwerte p1 und p2 gebildet und einer Betragsbildung 201 zugeführt. Ebenso wird der Betrag 202 der geschätzten zusätzlichen Druckdifferenz p̂ = p̂R,ges,schätz addiert, um den gesamten maßgeblichen Differenzdruck Δp zu bilden. Dieser wird in einem Divisionsglied 203 bzw. 204 mit dem maximalen Antriebsmoment Man,max bzw. dem Dauerantriebsmoment Man,0 verrechnet und anschließend in einem Glied 205, 206 mit den genannten Korrekturwerten und dem Maximalvolumen verrechnet, um die relationalen Volumenstellwerte zu erhalten.On the input side (left), the difference between the pressure values p 1 and p 2 is first formed and fed to an
Diese werden einer Filterfunktion 207, 208 zugeführt, welche insbesondere gemäß der nachfolgenden Gleichung ein PDT,-Übertragungsverhalten darstellt. Die entsprechenden Übertragungsfunktionen lauten:
Die sich ergebenden Ausgangwerte bzw. Stellgrößen αS,Spitze und αS,Dauer werden einem Minimalwertglied 209 zugeführt, welches das jeweilige kleinere Verdrängungsvolumen als tatsächliche Stellgröße αSoll auswählt.The resulting output values or manipulated variables α S, peak and α S, duration are fed to a
Eine vorteilhafte Parametrierung der Filterparameter lautet wie folgt:
- Vorhaltzeit:
- Verzögerungszeit:
- Vorhaltzeit:
- Verzögerungszeit:
- Lead time:
- Delay Time:
- Lead time:
- Delay Time:
Darin entspricht TStell dem Parameter eines vereinfachten Modells der Dynamik der Pumpenverstellung. TMaxmoment ist diejenige Zeit, die der Antrieb sein Spitzenmoment aufbringen können soll. Diese ist als wesentlicher Betriebsparameter des vorgestellten Verstellstrategie zu sehen und muss kleiner sein als die tatsächliche Zeit, nach der der Antrieb seine thermische Überlastung erreicht. Weiterhin ist e die Eulersche Zahl.Therein T Stell corresponds to the parameter of a simplified model of the dynamics of the pump adjustment. T maximum torque is the time for which the drive should be able to generate its peak torque. This is to be seen as an essential operating parameter of the adjustment strategy presented and must be smaller than the actual time after which the drive reaches its thermal overload. Furthermore, e is Euler's number.
Zur weiteren Verbesserung des Verfahrens kann durch eine geeignete Schätzeinrichtung die Schätzung des Reibmoments auf die aktuellen Betriebsbedingungen angepasst werden. Eine mögliche Einrichtung wäre ein Integralregler für das statische Motormoment oder andere regelungstechnisch übliche Schätzeinrichtungen wie z.B. Beobachter.To further improve the method, the estimate of the frictional torque can be adapted to the current operating conditions using a suitable estimator. A possible device would be an integral controller for the static engine torque or other estimating devices that are common in control technology, such as observers.
Zur weiteren Verbesserung des Verfahrens kann unter Verwendung der gemessenen oder geschätzten thermischen Antriebsauslastung über Adaption des Korrekturfaktors KredM0 der effektive Grenzwert für das Dauerdrehmoment an die vorliegenden Betriebsbedingungen angepasst werden. In ähnlicher Art und Weise kann die zugelassene Überlastzeit TMaxmoment, welche im Signalfilter Verwendung findet, an die vorliegenden Betriebsbedingungen abgepasst werden.To further improve the method, the effective limit value for the continuous torque can be adapted to the existing operating conditions using the measured or estimated thermal drive utilization by adapting the correction factor K redM0 . In a similar way, the permitted overload time T Maxmoment , which is used in the signal filter, can be adapted to the existing operating conditions.
Einen beispielhaften Verlauf von Betriebsgrößen bei Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in
Dort sind im oberen Diagramm die Druckdifferenz 301 am Förderwerk sowie ein Antriebsmoment 302 am elektrischen Antrieb in beispielhaften Einheiten gegen die Zeit t ebenfalls in beispielhaften Einheiten aufgetragen. Insbesondere wird dabei ausgehend von einem Zeitpunkt 0 bis zu einem Zeitpunkt ca. 0,85 die Druckdifferenz und damit die Last von 0 bis ca. 100% erhöht.There, in the upper diagram, the
Im unteren Diagramm sind das Verdrängungsvolumen in Prozent gegen die Zeit t für unterschiedliche Ansteuergrößen aufgetragen. Diese umfassen αsoll, Dauer, stat 303, αsoll, Spitze, dyn 304, αsoll, Dauer, dyn 305, αsoll, Spitze, stat 306. Weiterhin ist der sich bei einer beispielhaften Stelldynamik ergebende Ist-Schwenkwinkel αlst 307 aufgetragen.In the diagram below, the displacement volume in percent is plotted against time t for different control variables. These include
Die beiden Bedingungen für die Begrenzung auf das Maximalmoment bzw. das Dauermoment ergeben bei der gezeigten ansteigenden Druckdifferenz die beiden statischen Schwenkwinkelsollwerte αSoll,Dauer,stat 303 und αSoll,Spitze,stat 306. Nach Filterung durch die entsprechenden Signalfilter 207 und 208 liegen die für die Schwenkwinkelregelung gültigen Sollwerte αSoll,Dauer,dyn 305 und αSoll,Spitze,dyn 304 vor. Das Minimalwertglied 209 führt der Regeleinrichtung 143 für den Schwenkwinkel den zum jeweiligen Zeitpunkt kleineren Wert von αSoll,Dauer,dyn 305 und αSoll,Spitze,dyn 304 als gültigen Sollwert zu. Bei einer üblichen Ausprägung der Regeleinrichtung 143 für den Schwenkwinkel als Proportionalregler ergibt sich eine zeitliche Verzögerung des Schwenkwinkel-Istwertes gegenüber dem Sollwert, welche beispielhaft durch den Istwertverlauf αlst 307 gezeigt ist.The two conditions for the limitation to the maximum torque or the continuous torque result in the two static swivel angle setpoints α target, duration, stat 303 and
Bei einer vorteilhaften Parametrierung der Filterzeiten kompensiert der Filter 207 für die Spitzenmomentenbegrenzung die Stelldynamik der Regeleinrichtung 143 so, dass der Istwert αlst 307 exakt dem statischen Sollwert αSoll,Spitze,stat 306 folgt, so dass das Spitzenmoment trotz begrenzter Stelldynamik des Schwenkwinkelreglers nicht überschritten wird.With an advantageous parameterization of the filter times, the
Weiterhin ist der Filter 208 für die Dauermomentenbegrenzung mit einer richtungsabhängigen Signalkomponente ausgestaltet, so dass bei Erhöhung des Lastmoments der wirksame Sollwert αSoll,Dauer,dyn 305 dem Filtereingang αSoll,Dauer,stat 303 nacheilt, um die gewünschte zeitlich begrenzte Maximallast der elektrischen Antriebsmaschine ausnutzen zu können, während bei Erniedrigung des Lastmoments der wirksame Sollwert αSoll,Dauer,dyn 305 dem Filtereingang αSoll,Dauer,stat 303 voreilt. Bei einer vorteilhaften Parametrierung der Filterzeiten, wie oben dargestellt, kompensiert der Filter 208 für die Dauermomentenbegrenzung die Stelldynamik der Regeleinrichtung 143 so, dass der Istwert αlst 307 exakt dem statischen Sollwert αSoll,Dauer,stat 303 folgt, so dass bei sinkender Last die volle Leistungsfähigkeit der Motor-Pumpen-Einheit trotz begrenzter Stelldynamik des Schwenkwinkelreglers ohne Zeitverzug und unter Einhaltung der Drehmomentenbegrenzung zur Verfügung steht.Furthermore, the
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022203051.6A DE102022203051B3 (en) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | Method for operating a variable speed pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP4253754A1 true EP4253754A1 (en) | 2023-10-04 |
Family
ID=85776139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP23164373.5A Pending EP4253754A1 (en) | 2022-03-29 | 2023-03-27 | Method for operating a variable-speed pump |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4253754A1 (en) |
CN (1) | CN116892502A (en) |
DE (1) | DE102022203051B3 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6020651A (en) * | 1997-06-12 | 2000-02-01 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Engine control system for construction machine |
US8668465B2 (en) * | 2007-11-01 | 2014-03-11 | Sauer-Danfoss Aps | Hydraulic system with supplement pump |
US20140371915A1 (en) * | 2012-01-05 | 2014-12-18 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Device for controlling construction machinery |
EP2192309B1 (en) | 2008-11-29 | 2017-04-05 | Robert Bosch GmbH | Method and control circuit for regulating a supply of pressure fluid for a hydraulic actuator |
US20210025414A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-01-28 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic Pressurizing Medium Supply Assembly, Method, and Mobile Work Machine |
US20210025138A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-01-28 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic Pressurizing Medium Supply Assembly for a Mobile Work Machine, and Method |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0457365B1 (en) | 1986-08-15 | 1994-10-19 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Apparatus for controlling hydraulic pump |
DE19930648A1 (en) | 1999-07-02 | 2001-01-11 | Daimler Chrysler Ag | Electrohydraulic pressure supply with adjustable pump and adjustable electric drive |
DE102007007005B4 (en) | 2007-02-08 | 2021-12-02 | Robert Bosch Gmbh | Electro-hydraulic control arrangement |
DE102012016780B4 (en) | 2012-06-01 | 2021-07-22 | Robert Bosch Gmbh | Method of operating a fluid pump |
DE102013006137B4 (en) | 2013-04-10 | 2024-04-18 | Robert Bosch Gmbh | Control of variable speed pumps using model-based optimization |
DE102019220322A1 (en) | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for operating a variable-speed variable displacement pump |
-
2022
- 2022-03-29 DE DE102022203051.6A patent/DE102022203051B3/en active Active
-
2023
- 2023-03-27 EP EP23164373.5A patent/EP4253754A1/en active Pending
- 2023-03-29 CN CN202310324772.XA patent/CN116892502A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6020651A (en) * | 1997-06-12 | 2000-02-01 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Engine control system for construction machine |
US8668465B2 (en) * | 2007-11-01 | 2014-03-11 | Sauer-Danfoss Aps | Hydraulic system with supplement pump |
EP2192309B1 (en) | 2008-11-29 | 2017-04-05 | Robert Bosch GmbH | Method and control circuit for regulating a supply of pressure fluid for a hydraulic actuator |
US20140371915A1 (en) * | 2012-01-05 | 2014-12-18 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Device for controlling construction machinery |
US20210025414A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-01-28 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic Pressurizing Medium Supply Assembly, Method, and Mobile Work Machine |
US20210025138A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-01-28 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic Pressurizing Medium Supply Assembly for a Mobile Work Machine, and Method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102022203051B3 (en) | 2023-10-12 |
CN116892502A (en) | 2023-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102014001981B4 (en) | Dynamic setpoint compensation for variable-speed pumps | |
DE102019212845A1 (en) | Hydraulic pressure medium supply arrangement and method | |
DE102009018071B4 (en) | Method and control device for controlling a pressure medium supply for a hydraulic actuator | |
EP3839256B1 (en) | Method for operating a variable-speed adjustable pump | |
WO2011131286A1 (en) | Method for limiting a pressure in a hydrostatic transmission | |
DE102015221684A1 (en) | A method for pressure sensorless setting of the pressure of a pumped by means of a variable speed pump fluid | |
DE3441185A1 (en) | Drive system | |
DE19820381B4 (en) | Method for influencing the valve characteristic | |
DE102013005774B4 (en) | USE OF A VARIABLE SPEED HYDRAULIC PUMP DRIVEN BY A MOTOR AS A HYDROSTATIC TRANSMISSION | |
EP1490735B1 (en) | Method and controller for the adaptive control of at least one component of a technical plant | |
DE102019110710B3 (en) | Control method for a hydraulic system with a pump and several valves; as well as hydraulic system | |
DE102022203051B3 (en) | Method for operating a variable speed pump | |
EP1826054A2 (en) | Method and device for controlling a hydraulic drive system | |
EP3263953B1 (en) | Hydrostatic drive with closed circuit and method for operating the drive | |
EP3230813B1 (en) | Method for identifying a characteristic curve | |
DE102016215833A1 (en) | Method for operating a device for pressure build-up or force build-up | |
EP2420423B1 (en) | Method for determining a rotational speed of a drive machine of a drive system | |
DE102022206540B3 (en) | Method for controlling variable-speed fluid pumps | |
DE102022205233B4 (en) | Method for operating an electro-hydraulic unit | |
EP4343068A1 (en) | Method for controlling a hydraulic drive system of a working machine and hydraulic drive system | |
DE102009021323A1 (en) | Hydraulic regulation system for regulation of constant power of pump in e.g. industrial application, has electronic control device calculating actual operating pressure using input signal representing operating pressure | |
DE102022208574A1 (en) | Method for operating a hydraulic drive of a machine and hydraulic drive | |
EP3343032B1 (en) | Driving device for a fluid pump | |
EP3115651A1 (en) | Hydrostatic transmission, drive train with the transmission and method for controlling the transmission | |
EP3263954B1 (en) | Hydrostatic drive with closed circuit and method for operating the drive |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20240404 |
|
RBV | Designated contracting states (corrected) |
Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |