CN104251245A

CN104251245A - 伺服泵控制***及方法

Info

Publication number: CN104251245A
Application number: CN201310267723.3A
Authority: CN
Inventors: 程小猛; 陈亦伦
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: WO2014206342A1; CN104251245B; EP3014124B1; EP3014124A1; EP3014124A4; US10458403B2; US20170268499A1

Abstract

本发明公开了一种伺服泵控制***和相应的伺服泵控制方法，该伺服泵控制***包括：压力控制器，其被配置为接收第一控制信号，并向电机直接或间接地提供第二控制信号，以及所述压力控制器还被配置为自动整定至少一个参数，而不需人工调整。

Description

伺服泵控制***及方法

技术领域

本发明涉及伺服泵控制，具体涉及一种伺服泵控制***和方法。

背景技术

在现有的伺服泵***中，存在由于不良的控制器设计而产生的问题和***局限，这种不良的控制器设计是由于对整个电机－液压***的液压端以及电机端缺乏深入理解造成的。主要的局限包括：不存在用于整个伺服泵***的自动整定（auto-commissioning）功能，因此需要使用试错方法不断地人工调整控制参数，这是一个很耗时的过程，增加了人工成本和停机成本，同时经常很难获得良好的控制性能。

因此，本领域中需要一种能够克服上述缺点的伺服泵控制解决方案。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种伺服泵控制***，包括：压力控制器，其被配置为接收第一控制信号，并向电机直接或间接地提供第二控制信号，以及所述压力控制器还被配置为自动整定至少一个参数，而不需人工调整。

在本发明的另一个方面，提供了一种伺服泵控制方法，包括：由压力控制器接收第一控制信号，并向电机直接或间接地提供第二控制信号；以及由压力控制器自动整定至少一个参数，而不需人工调整。

根据本发明的实施例的伺服泵控制***和方法能够对压力控制器的参数进行自动整定，不需要人工调整，从而节约了时间、人工成本和停机成本。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的伺服泵控制***；

图2示出了泵的输出压力随时间的变化的曲线图；以及

图3示出了根据本发明的实施例的伺服泵控制方法。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解和实现本发明。但是，对所属技术领域的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不局限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面所述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用，而不应看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

现参照图1，其示出了根据本发明的实施例的伺服泵控制***100。该伺服泵控制***100用于控制包含电机、泵及负载的物理***。

图1的虚线框中示出了物理***的模型110。如图所示，该物理***的模型110可简化为二次积分***，其带有从输出压力到负载转矩的物理状态反馈。具体地说，来自控制***的转矩T_e，除以电机的惯量J并经过积分转换为电机的转速ω；该转速ω乘以泵和负载的弹性模量K_f，转换为泵的输出压力的导数p'；该导数p'经过积分转换为泵的输出压力p；输出压力与参数K_T相乘后的结果T_d，作为对转矩的扰动反馈到物理***的输入端。

参照图1，根据本发明的实施例的伺服泵控制***100包括：压力控制器101，其被配置为接收第一控制信号，并向电机直接或间接地提供第二控制信号，所述压力控制器101还被配置为自动整定至少一个参数，而不需人工调整。

所述第一控制信号可以是由用户设置的压力命令信号p^＊，且所述第二控制信号可以是转矩控制信号T_e。所述压力控制器101还可以包含转矩控制器（未示出），以向电机提供转矩控制信号。当然，所述转矩控制器也可被视为位于压力控制器之外。由于该转矩控制器的设计仅依赖于电机模型，因此可以是现有的转矩控制器，且其参数可以是在***出厂时确定的，而不需要在***运行过程中调整。

所述压力控制器101可以是诸如PID控制器等本领域中所知的任何适当类型的控制器。然而，与现有的压力控制器不同的是，根据本发明的实施例的压力控制器101的至少一个参数是自动整定的，而不需要人工调整。这样，就可以节省时间、人工等成本。

根据本发明的实施例，所述自动整定至少一个参数包括根据所接收的物理模型的弹性模量K_f自动整定压力控制器101的至少一个参数，例如，根据所接收的物理模型的弹性模量K_f自动整定压力控制器101中包含的PIC控制器的参数。由于弹性模量K_f反映了液压***的动态物理特性，因此，根据弹性模量K_f来整定压力控制器101的参数可使得压力控制器101能够更好地适应特定的液压***和液压应用，并在变化的***操作条件下保持良好的控制性能。

仅作为一个示例，该压力控制器101可包含一个PID控制器和一个转矩控制器，该PID控制器的输出除以弹性模量K_f后被提供给转矩控制器，作为其输入。进一步地，仅作为示例，来自压力传感器的泵的输出压力在与参数K_T相乘后也可被提供给转矩控制器，作为其输入的一部分；此外，来自压力传感器的泵的输出压力还可被提供给PID控制器，作为其输入的一部分。应指出的是，以上所述仅为示例，而不是对本发明的限制。压力控制器101可以多种其他方式使用弹性模量K_f来整定其各个参数，只要弹性模量K_f的使用使得控制器101的操作能够良好地反映物理***的动态物理特性即可。

根据本发明的实施列，所述弹性模量K_f是由***自动辨识的。为此，该伺服泵控制***100还包括如下可选模块：速度控制器102，其被配置为接收恒定速度命令，并向电机直接或间接提供第三控制信号，从而使电机以恒定速度转动；以及弹性模量辨识模块103，其被配置为根据电机的转速以及泵的输出压力来辨识所述弹性模量。

所述速度控制器102可以是任何现有的或新开发的速度控制器，其能够在接收恒定速度命令后使电机以恒定速度转动。并且，由于该速度控制器102的设计仅依赖于电机模型，因此其参数可以是在***出厂时确定的，而不需要在***运行过程中调整。所述弹性模量辨识模块103能够根据在所述速度控制器102控制下电机的转速及泵的输出压力来辨识所述弹性模量K_f。所述电机的转速可以来自安装在电机处的速度传感器，也可以直接来自速度命令。泵的输出压力可以来自安装在泵的输出端的压力传感器。

当速度控制器102接收到恒定速度命令ω后，将通过电机驱动泵以恒定速度转动，且在每个液压缸工作周期的开始泵的输出压力将保持恒定（工作状态I），直到液压缸顶到头。此时，继续实施恒定速度控制，泵的输出压力将随着缸的位置线性上升（工作状态II）。该工作状态II是当液压缸中的液体被活塞挤压到头、液压缸中的空隙消失、从而压力开始随活塞位置线性上升的状态，也可称为稳定工作状态。图2示出了泵的输出压力随时间的变化的曲线图。根据本发明的实施例，弹性模量辨识模块103将弹性模量K_f辨识为上升压力的斜率与电机转速的比值，即泵的输出压力的一次导数（即图2中α角的正切）与电机转速的比值，如下式所示：

K_{f} = \frac{p^{'}}{ω}

其中，p’为泵的输出压力的一次导数，ω为电机的转速（来自于转速命令或命令传感器）。

此外，还可以将上述参数K_T辨识为物理***所接收的转矩命令与泵的输出压力之间比值，如下式所示：

K_{T} = \frac{T_{0}}{p}

其中，T_e为物理***所接收的来自控制***的转矩命令，p为泵的输出压力。这样，在液压缸的每个运转周期中，可以自动地辨识物理模型中的这两个液压参数，并根据所辨识的液压参数来自动整定控制器参数，而且这种辨识方法对于运行期间的参数变化来说是稳健，从而使控制***更好地适应于液压***的动态变化。。

以上参照附图描述了根据本发明的实施例的伺服泵控制***。应指出的是，以上描述仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该***可具有更多、更少或不同的模块，且各模块之间的包含、连接和功能关系可以与所描述和图示的不同。

在本发明的另一个方面，还提供了一种伺服泵控制方法。该方法可以由上述伺服泵控制***执行。为简明起见，在以下描述中省略了与以上描述重复的部分内容，因此，为获得对该方法更详细的了解，可参考以上描述。

图3示出了根据本发明的实施例的伺服泵控制方法。如图所示，该方法包括如下步骤：

在步骤303，由压力控制器接收第一控制信号，并向电机直接或间接地提供第二控制信号；以及

在步骤304，由压力控制器自动整定至少一个参数，而不需人工调整。

根据本发明的实施例，所述自动整定至少一个参数包括根据所接收的物理装置的弹性模量自动整定至少一个参数。

根据本发明的实施例，该方法还包括如下可选步骤：

在步骤301，由速度控制器接收恒定速度命令，并向电机直接或间接提供第三控制信号，从而使电机以恒定速度转动；以及

在步骤302，根据电机的转速以及泵的输出压力来辨识所述弹性模量。

根据本发明的实施例，辨识所述弹性模量包括根据下式计算所述弹性模量：

K_{f} = \frac{p^{'}}{ω}

其中，p’为泵的输出压力的一次导数，ω为电机的转速。

根据本发明的实施例，所述电机的转速来自于速度传感器或速度命令，所述泵的输出压力来自于压力传感器。

根据本发明的实施例，所述电机的转速和泵的输出压力分别是当泵处于稳定工作状态下电机的转速和泵的输出压力，在所述稳定工作状态下，泵的输出压力的一次导数与电机的转速具有线性关系。

根据本发明的实施例，所述根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定至少一个参数包括根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定PID控制器的参数。

以上参照附图描述了根据本发明的实施例的伺服泵控制方法。应指出的是，以上描述仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的包含、顺序和功能关系可以与所描述和图示的不同。

虽然以上描述了本发明的示例性实施例，但本发明并不局限于此。所属技术领域的技术人员可以做出各种改变和修改，而不脱离本发明的精神和范围。例如，可以设想本发明的技术方案也适用液压泵之外的其他流体泵。本发明的范围仅由权利要求限定。

Claims

1.一种伺服泵控制***，包括：

压力控制器，其被配置为接收第一控制信号，并向电机直接或间接地提供第二控制信号，以及

所述压力控制器还被配置为自动整定至少一个参数，而不需人工调整。

2.根据权利要求1的伺服泵控制***，其中，所述自动整定至少一个参数包括根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定至少一个参数。

3.根据权利要求2的伺服泵控制***，还包括：

速度控制器，其被配置为接收恒定速度命令，并向电机直接或间接提供第三控制信号，从而使电机以恒定速度转动；以及

弹性模量辨识模块，其被配置为根据电机的转速以及泵的输出压力来辨识所述弹性模量。

4.根据权利要求3的伺服泵控制***，其中，所述弹性模量辨识模块进一步被配置为根据下式计算所述弹性模量：

K_{f} = \frac{p^{'}}{ω}

其中，p’为泵的输出压力的一次导数，ω为电机的转速。

5.根据权利要求3或4的伺服泵控制***，其中，所述电机的转速来自于速度传感器或速度命令，所述泵的输出压力来自于压力传感器。

6.根据权利要求3或4的伺服泵控制***，其中，所述电机的转速和泵的输出压力分别是当泵处于稳定工作状态下电机的转速和泵的输出压力，在所述稳定工作状态下，泵的输出压力的一次导数与电机的转速具有线性关系。

7.根据权利要求2的伺服控制***，其中所述根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定至少一个参数包括根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定PID控制器的参数。

8.一种伺服泵控制方法，包括：

由压力控制器接收第一控制信号，并向电机直接或间接地提供第二控制信号；以及

由压力控制器自动整定至少一个参数，而不需人工调整。

9.根据权利要求8的伺服泵控制方法，其中，所述自动整定至少一个参数包括根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定至少一个参数。

10.根据权利要求9的伺服泵控制方法，还包括：

由速度控制器接收恒定速度命令，并向电机直接或间接提供第三控制信号，从而使电机以恒定速度转动；以及

根据电机的转速以及泵的输出压力来辨识所述弹性模量。

11.根据权利要求10的伺服泵控制方法，其中，辨识所述弹性模量包括根据下式计算所述弹性模量：

K_{f} = \frac{p^{'}}{ω}

其中，p’为泵的输出压力的一次导数，ω为电机的转速。

12.根据权利要求10或11的伺服泵控制方法，其中，所述电机的转速来自于速度传感器或速度命令，所述泵的输出压力来自于压力传感器。

13.根据权利要求10或11的伺服泵控制方法，其中，所述电机的转速和泵的输出压力分别是当泵处于稳定工作状态下电机的转速和泵的输出压力，在所述稳定工作状态下，泵的输出压力的一次导数与电机的转速具有线性关系。

14.根据权利要求9的伺服控制***，其中所述根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定至少一个参数包括根据所接收的物理模型的弹性模量自动整定PID控制器的参数。