专利名称：电动液压的压力调节装置和用于调节压力的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于调节压力介质的压力的电动液压的压力调节装置和一种用于调节压力的方法。电动液压的压力调节装置包括比例压力阀和调节回路结构。调节回路结构具有控制线路，通过该控制线路从压力额定值出发将控制量输送至比例压力阀的控制输入端。压力传感器检测在比例压力阀的接口上的压力实际值。压力阀的系统模型将压力估计值分派给压力额定值并且差分元件作为在压力估计值与压力实际值之间的差值确定调节偏差。
背景技术：
这种压力调节装置对于不带有或带有集成的电子设备的比例-限压阀来说由公司文献Rexroth博世集团RD 29162 (2007年八月)是已知的。在这个公司文献中也公开了在接口范围P中的压力与单位为Ι/min的体积流量之间的用于不同压力等级的不同的特性曲线，其中特性曲线明显表明了，即在实际的比例压力阀中，接口 P中的压力取决于经过压力阀的体积流量。在理想化的系统模型中，接口 P中的压力与此相反地并不取决于经过阀的体积流量，这表明，即特性曲线与实际的比例压力阀相反在理想情况下水平地走向。此夕卜，由 Friedrich-Alexander 大学(Erlangen-Nuernberg)的控制技术教席的学位论文已知了一种利用Daniel Kotzian (2007年)的代数学的方法实现的对压力控制阀的参数的识别，即实际的比例压力阀的额定-压力特性曲线尽管颤动不利地具有压力滞后，这种压力滞后对于比例压力阀的运行是不期望的，因此设有附加控制器，该附加控制器应在不同的体积流量的情况下保持额定压力。然而，当调节偏差很大时，特别是当已知的附加被调节的限压阀中实际达到的压力根据将要提供或将要排出的流体量而与理想的水平的P-Q-特性曲线发生很大偏差时，存在可能发生干扰或振荡激励的危险。这种偏差归因于阀中的流体力学并且可能在极端情况下导致压力调节装置中的振荡的激励和振荡的增大。这种已知的控制结构实际上仅仅可以优化到小信号特性，因此在大的额定值振幅的情况下经常会出现不利的调节回路特性。这种不利的调节回路特性在大多情况下都随着调节得更小的调节回路动态性出现。另一个可能性是通过相应受限制的导通宽度，掩蔽对于控制器的大的调节偏差。然而问题在于，即对于在整个工作范围中的调节回路的可靠功能来说，需要将导通宽度选择得非常大，由此又削弱了这种导通宽度的原本是正面的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种对于比例压力阀具有改进的调节回路特性的电动液压的压力调节装置和一种用于利用电动液压的压力调节装置调节压力的方法。该目的利用独立权利要求的内容来实现。本发明的有利的改进方案由从属权利要求中给出。根据本发明提出了一种用于调节压力介质的压力的电动液压的压力调节装置和一种用于调节压力的方法。电动液压的压力调节装置包括比例压力阀和调节回路结构。调节回路结构具有控制线路，通过该控制线路从压力额定值出发将控制量输送至比例压力阀的控制输入端。压力传感器检测在比例压力阀的接口上的压力实际值。压力阀的系统模型将压力估计值分派给压力额定值，并且差分元件确定调节偏差作为在压力估计值与压力实际值之间的差值。加权元件对调节偏差进行加权并且因此确定经过加权的调节偏差。控制器在运行中根据经过加权的调节偏差进行修改并且在经过加权的调节偏差的最小化的意义上修改控制线路上的信号。加权元件这样设定，即较大的调节偏差与较小的调节偏差相比更大程度地削弱。这种电动液压的压力调节装置的优点在于，控制器通过反馈支路对调节偏差加以补偿并且调节偏差在反馈中借助于加权函数进行加权。在此，加权函数的导通宽度选择性地可以固定地调节，或者自动地取决于体积流量并且通过瞬时的阀流量的体积流量估计而可以从当前的调节输出信号和压力实际值进行更新。利用根据本发明的电动液压的压力调节装置和用于调节压力的方法实现了特别是在具有压力调节的压力阀中的大信号范围中改进调节回路特性。通过在压力估计值与压力实际值之间形成差值以及通过实现的特性曲线族或作为用于需要的导通宽度的控制量的近似的函数实现的加权，实现了一种有利的解决办法，利用该解决办法特别是在大信号范围中避免了例如过冲(Nachsctwingung)。对此在导通宽度的匹配中确保了，调节回路函数在持续的尽可能最小的导通宽度中实施，从而出现了调节回路特性的期望的改进。在本发明的一个优选的实施方式中，体积流量估计作为特性曲线族实现，或者由对特性曲线族逼近的函数实现。这种函数例如可以对于体积估计值延来说通过下面的公式表不
Qs (UE, PA)=a · Uk +b · Pa +c，
其中，a、b和c可以是基于控制器输出信号Uk、压力实际值Pa以及基于体积估计值Qs 的系数。在此，该函数或者也可以是该特性曲线族匹配于各自的比例压力阀。在本发明的另一个实施方式中，在压力调节装置中设有“抗饱和(Anti-Windup)” 模块，该模块用于在响应控制信号限制的情况下对控制器的可能存在的I分量进行限制。 对此，“抗饱和”模块具有限制器和通过连接点在后面连接的比例元件，其输出信号通过另一个差分元件与PI-控制器输入端相连接。利用本发明的这个实施方式有效地借助于控制信号限制阻止了控制器的I分量的“失控(Weglaufen)”。提出了一种用于在电动液压的压力调节装置中调节压力的方法，该压力调节装置具有比例压力阀，该比例压力阀对压力额定值产生反应，这种方法具有下面的方法步骤。首先，通过控制线路从压力额定值Upsoll出发将控制量Ue输送至比例压力阀的控制输入端。借助于压力传感器检测在比例压力阀的接口上的压力实际值。随后，借助于压力阀的系统模型将压力估计值分派给压力额定值。然后，借助于差分元件作为在压力估计值与压力实际值之间的差值确定调节偏差，并且对调节偏差进行加权以形成经过加权的调节偏差。此外，借助于控制器修改控制线路上的信号，通过这种修改借助于控制器使得经过加权的调节偏差最小化，其中加权元件这样设定，即较大的调节偏差与较小的调节偏差相比更大程度地削弱。为了估计体积额定流量，存储了特性曲线族或者对特性曲线族逼近的函数。对控制器的可能存在的I分量的限制可以在响应控制信号限制的情况下通过压力调节装置中的“抗饱和”模块实现。也可能的是，在“抗饱和”模块中，通过连接点在限制器后面连接了比例元件，其输出信号通过另一个差分元件被输送至控制器输入端。
现在参考附图详细说明本发明。图1示出了根据本发明的一个实施方式的压力调节结构的示意性的框图2示出了在流过压力阀的体积流量Q时压差ΔΡαβ =Pa-I3b的相互关系的示意性的图
表；
图3示出了示例性的加权函数f (d)和所属的产生的经过加权的调节偏差(1 = f (d) 女d的示意性的图表。参考标号表
1电动液压的调节回路结构3比例压力阀4系统模型5差分元件6倍增器7加权函数8控制器9估计元件或者体积流量估计10特性曲线族11抗饱和模块12限制器13连接点14比例元件15连接点16控制器输入端18压力调节装置的输入端19控制输入端20电流末级D导通宽度d调节偏差dw经过加权的调节偏差Pa压力实际值Pb回程压力Δ Pab=Pa-Pb 压差P rm根据系统模型的压力估计值Q体积流量Qs体积流量Upsoll压力额定值Ue 控制器输出信号。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的一个实施方式的用于调节压力介质的压力的电动液压的压力调节装置的示意性的框图，该压力调节装置具有比例压力阀3和调节回路结构1。在此，在调节回路结构1的输入端18上存在有一个额定压力&s。n形式的额定压力值。通过控制线路从压力额定值‘皿出发将控制量Uk输送至比例压力阀3的控制输入端19。还可以给系统模型4加载压力额定值UPs。n，该系统模型反映了在压力额定值Upsoll与压力Pa之间的期望的关系。系统模型4从压力额定值UPs。n算出理想的压力阀的期待的压力PM，该压力不取决于压力阀的体积流量Q。然而，图1中示出的实际被控制的压力阀3的特性与这个理想的系统模型4发生偏差，其中调节偏差“d”例如可借助于PI-控制器最小化。在比例压力阀中，实际达到的压力根据将要提供或将要排出的流体量而与理想的水平的P-Q-特性曲线发生很大的偏差。差分元件5检测在压力估计值Pm与压力实际值Pa 之间的压差并且将调节偏差d提供给倍增器，以用于利用加权函数7对调节偏差d进行加权，利用该加权函数使得调节偏差d倍增或计算成经过加权的调节偏差dw。在倍增器6中的这个加权函数7具有导通宽度，该导通宽度又通过体积流量估计9 借助于例如特性曲线族10进行调整，因此取决于体积流量的宽度这样狭窄地选择，从而使得大的信号变化以及与其相联系的振荡激励的危险减小或者被抑制。这种经过加权的调节偏差dw被输送至控制器8，该控制器相应地修改额定压力值 &。n。同时，通过“抗饱和”模块11对控制器8进行保护，以防止在响应控制信号限制的情况下可能存在的控制器-I分量的“失控”，该模块包括比例元件14和限制器12，以及在它们之间布置的连接点13，其中经过加权的调节偏差通过另一个连接点15被输送至控制器 8。这样被保护的调节输出信号Ur被输送至电流末级(Stromendstufe) 20。图2示出了在图4中示出的可控制的限压阀3的接口 A和B之间的压差Δ Pab=Pa-Pb 与流过阀的体积流量Q的相互关系的示意性的图表。这种相互关系在首先为0. 81/min的体积流量Q中调节到IOObar的压差APab的实例中进行说明。从该调整点Q=O. 81/min出发，在等压特性中伴随着在箭头方向a上增加的或在箭头方向b上减小的体积流量而得出了显著变大的调节偏差，控制器对该调节偏差进行调节。这表明，加权函数必须相对于上述的条件这样设计，即至少使得各自的调节偏差通过。从所选择的调整点出发，导通宽度必然随着增大的间距而变大。图3以图3A和;3B示出了示例性的加权函数f (d)和所属的产生的经过加权的调节偏差dw = f (d) ^ d的示意性的图表。图3A示出了可能的加权函数f (d)的实例。适合的加权函数f (d)原则上在于以下特性
f (d)=0，
f (d)对于d=0具有最大值，并且
对于“其他(grofie)”d来说，f (d)的值始终处于最大值之下。当然应该避免在加权函数中的不连续位置，这是因为不连续在加权的响应中可能导致调节回路的不必要的振荡激励。因此特别有利的是应用这种加权函数，其这样选择，如在图3A的实例中所示地那样，即经过加权的调节偏差dw = f (d) ^ d，并且尽可能对于许多其导数来说不具有由f (d)引起的不连续。在图3A中示出的示意性的曲线
利用限定，其中η在这个实施方式中是4并且D作为
导通宽度优选地在5=D=80之间，以及在所示出的加权曲线a中D=IO并且在加权曲线 b 中 D=20。 图;3B利用曲线a和b示出了在相应的调节偏差d的情况下经过加权的调节函数 dw从属于在图3A中示出的加权函数f (d)的对应关系。
权利要求
1.一种用于调节压力介质的压力的电动液压的压力调节装置，所述压力调节装置包括比例压力阀(3)和调节回路结构(1 )，其中所述调节回路结构(1)具有-控制线路，通过所述控制线路从压力额定值(ups。n)出发将控制量(Uk)输送至所述比例压力阀(3)的控制输入端，-压力传感器，所述压力传感器检测在所述比例压力阀(3)的接口(A)上的压力实际值(PA)，-压力阀的系统模型(4)，所述系统模型将压力估计值(Pm)分派给压力额定值(UPs。n)，-差分元件(5)，所述差分元件作为在所述压力估计值(Pm)与所述压力实际值(Pa)之间的差值确定调节偏差(d)，其特征在于，-加权元件(6)，所述加权元件对所述调节偏差(d)进行加权并且因此确定经过加权的调节偏差(dw)，-控制器(8)，所述控制器在运行中根据所述经过加权的调节偏差(dw)在所述经过加权的调节偏差(dw)的最小化的意义上修改所述控制线路上的信号，其中所述加权元件(6)这样设定，即较大的调节偏差与较小的调节偏差相比更大程度地削弱。
2.根据权利要求1所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于，所述加权元件(6)使得超过参数化的导通宽度的调节偏差(d)被掩蔽或强烈地削弱，优选到至少1/2或1/10或1/e。
3.根据权利要求2所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于，所述加权元件(6)设定用于，在运行中根据导通控制信号(Qs)改变所述导通宽度。
4.根据权利要求3所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于，所述导通控制信号 (Qs)这样确定，即所述导通控制信号代表经过所述比例压力阀(3)的体积流量(Q)；特别地借助于估计元件(9)获得所述导通控制信号( )，所述估计元件从所述压力实际值(Pa)和所述控制量(Uk)出发作为所述体积流量(Q)的估计值确定所述导通控制信号(Qs)。
5.根据权利要求4所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于，体积流量估计作为特性曲线族(10)或者对所述特性曲线族(10)逼近的函数(Q ( PA))实现。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于，所述加权元件(6)的特征在于加权函数f (d)，所述加权函数具有下面的特征f (d)=0，f (d)对于d=0具有最大值，并且对于“其他” d来说，f (d)的值始终处于最大值之下。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于， 所述加权元件(6)通过所述加权函数f(d) = -(d/D)"限定，其中η优选地是4并且D作为导通宽度优选地在5=D=80之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于，在所述压力调节装置(1)中设有抗饱和模块(11)，用于在响应控制信号限制的情况下对控制器 (8)的I分量进行限制。
9.根据权利要求8所述的电动液压的压力调节装置，其特征在于，所述抗饱和模块 (11)具有限制器(12)和通过连接点(13)在后面连接的比例元件(14)，其输出信号通过另一个差分元件(15)与控制器输入端(16)相连接。
10.一种用于在电动液压的压力调节装置中调节压力的方法，其中所述压力调节装置具有比例压力阀(3)，所述比例压力阀对压力额定值(UPs。n)产生反应，并且其中为了基于理想化的系统模型(4)对调节偏差(d)进行调节而执行下面的方法步骤-通过控制线路从压力额定值(&。n )出发将控制量(Uk)输送至所述比例压力阀(3 )的控制输入端，-借助于压力传感器检测在所述比例压力阀(3)的接口(A)上的压力实际值(PA)，-借助于压力阀的系统模型(4)将压力估计值(Pm)分派给所述压力额定值(UPs。u)，-借助于差分元件(5)作为在所述压力估计值(Pm)与所述压力实际值(Pa)之间的差值确定调节偏差(d)，-通过加权元件(6)确定经过加权的调节偏差(dw)，所述加权元件对所述调节偏差(d) 进行加权，-借助于控制器修改所述控制线路上的信号，使得所述经过加权的调节偏差(dw)最小化，-其中所述加权元件(6)这样设定，即较大的调节偏差与较小的调节偏差相比更大程度地削弱。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，为了确定体积流量(Q)，存储了特性曲线族(10)或者对所述特性曲线族(10)逼近的函数。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其特征在于，在响应控制信号限制的情况下，通过所述压力调节装置(1)中的“抗饱和”模块(11)对控制器(8)的I分量进行限制。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述“抗饱和”模块(11)中，通过连接点(13)在限制器(12)后面连接了比例元件(14)，其输出信号通过另一个差分元件(15) 被输送至控制器输入端(16)。
全文摘要
电动液压的压力调节装置和用于调节压力的方法。电动液压的压力调节装置包括比例压力阀和调节回路结构。调节回路结构具有控制线路，通过该控制线路从压力额定值出发将控制量输送至比例压力阀的控制输入端。压力传感器检测在比例压力阀的接口上的压力实际值。压力阀的系统模型将压力估计值分派给压力额定值，并且差分元件作为在压力估计值与压力实际值之间的差值确定调节偏差。加权元件对调节偏差进行加权并且因此确定经过加权的调节偏差。控制器在运行中根据经过加权的调节偏差进行修改，并且根据经过加权的调节偏差的最小化的意义上修改控制线路上的信号。加权元件这样设定，即较大的调节偏差与较小的调节偏差相比更大程度地削弱。
文档编号G05D16/20GK102193564SQ20111005205
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月4日 优先权日2010年3月6日
发明者肖佩尔 G., 格哈特 R. 申请人:罗伯特·博世有限公司