改进容积泵的计量参数的方法与流程

文档序号:13741961阅读:234来源:国知局
本发明涉及一种改进正容积泵的计量参数的方法。正容积泵一般具有可移动的限定了计量腔的偏置元件,该计量腔通过阀连接到吸入管路和压力管路。在上述结构下,输送流体能够通过偏置元件的往复运动交替地经由吸入管路吸入计量腔,并且经由压力管路排出计量腔。用于偏置元件的往复运动的驱动器与偏置元件相关联。例如存在电磁驱动的隔膜泵,其中偏置元件为可在两个极限位置间往复运动的隔膜,其中在第一极限位置时计量腔的容量最小,而在第二极限位置时计量腔的容积最大。如果隔膜从第一位置移动到第二位置,则计量腔内的压力就会下降,从而输送流体经由吸入管路吸入计量腔。在回程运动中,即在从第二位置移动到第一位置时,至吸入管路的连接关闭,由于计量腔容积减小,输送流体的压力将会升高,从而通往压力管路的阀门打开,输送流体被输送到压力管路。通过隔膜的往复运动,输送流体交替地从吸入管路吸入到计量腔内并从计量腔输送到压力管路中。流入压力管路中的输送流体流量也称之为计量参数。该计量参数大体由偏置元件的运动参数确定。在电磁驱动的隔膜泵的情况下,隔膜连接到压力部,其在大多数情况下以弹性预压缩方式至少部分地支撑在螺线管中。只要螺线管没有电流通过,就没有在其内部产生磁通量,弹性预压缩使得压力部连同隔膜一起保持在预定位置,例如第二位置,即计量腔容量最大的位置。如果现在螺线管通电,则产生了磁通量,这将螺线管内的恰当设计的压力部从第二位置移动到第一位置,由此计量腔内的输送流体从计量腔流入到压力管路。因此,螺线管的激活大体上突然导致压力部的冲程运动,并带动计量隔膜从第二位置移动到第一位置。典型地,当待计量的流体容积显著大于计量腔的容积时使用这种电磁驱动的隔膜泵,从而计量速度基本上取决于通过螺线管的电流的频率或周期。如果例如计量速度要加倍,则在相同时间内螺线管要由两倍频率的电流驱动,这进而使得隔膜运动周期缩短并使运动频率提高一倍。这样的磁性计量泵例如在EP1757809中描述。使用这样的磁性计量泵会遇到这样的限制:当仅需较低计量速度时,整个冲程运动的突然的计量动作是不希望的。上述EP1757809B1因此还提出了提供一种位置传感器,使用该传感器,压力部或与其连接的隔膜的位置可被确定。通过比较压力部的实际位置和压力部的预定目标位置能够实现运动的闭环控制。压力部运动的闭环控制使得磁性计量泵还能够用于输送显著少量流体,因为冲程运动不再突然发生,而是以受调节的方式发生。然而在实践中,很难找到合适的闭环控制参数。事实上,用于各种压力部位置状态的不同的闭环控制参数是由经验确定的,并存储在存储器装置中,从而泵能够根据压力部的位置调用并使用对应的闭环控制参数。确定闭环控制参数的操作是非常费力的。此外,还高度取决于计量腔的状况,例如输送流体的密度和粘度。因此,闭环控制仅在系统大致对应于预期状态时才能令人满意地起作用。尤其是在吸入管路和/或压力管路的压力波动、发生气蚀、计量腔内空气聚集或输送流体粘性变化时,存储在存储器装置中的闭环控制参数已经不合适,并且闭环控制准确性下降,从而实际计量参数显著不同于预计的计量参数。这是不希望的,尤其是在非常少量的连续计量中,例如在饮用水的氯化中。从现有技术出发,本发明的目的在于提供一种如本文开头所述的类型的方法,该方法使得即使在系统处于不希望的干扰下也允许压力部运动的闭环控制,而不用预先设置闭环控制参数。根据本发明,一种基于模型的闭环控制,尤其是非线性的基于模型的控制,被用于驱动偏置元件。在基于模型的控制的情形中,建立一个尽量完整的动态过程的模型。通过这样的模型,以简化的方式,可以预测系统变量在下一时刻将移动到何处。从该模型中还可以计算出合适的调整参数。这样的基于模型的控制的特点在于利用模型给出的系统参数在测量变量的基础上不断计算必需的调整参数。基本上,基础物理系统大致在数学上通过建模来描述。该数学描述用于在所获得的测量变量的基础上计算调整参数。与已知的计量参数优化方法不同,驱动器不再被视作“黑盒子”。取而代之的是,已知的物理关系被用于确定调整参数。以这种方式可以实现显著更好的闭环控制质量。虽然上述方法原则上能够用于改善任何容积泵的计量参数,但是该方法是结合改善电磁驱动的隔膜泵的计量参数来描述的,如同改善其它泵一样的,该方法代表了优选的实施方式。在一个优选的实施方式中,测量偏置元件的位置和通过电磁驱动器的电流,并且状态空间模型用于基于模型的闭环控制,该模型将偏置元件的位置和通过电磁驱动器的螺线管的电流用作测量变量。在一个特别优选的实施方式中,该状态空间模型不具有任何进一步要被检测的测量变量,也就是说这样建立模型,以使得仅仅基于检测到的压力部位置和检测到的通过螺线管的电流来作出关于压力部紧接下来的下一运动的预测。这样的基于模型的闭环控制能够低成本地实现,因为在上述EP1757809中描述的磁性计量泵已经具有用于测量偏置元件的位置和测量通过螺线管的电流的测量装置。术语状态空间模型通常表示系统瞬时状态的物理描述。例如,状态参数能够描述系统中包括的储能元件的内能。例如,建立偏置元件的微分方程作为基于模型的闭环控制的模型。例如,微分方程可以为运动方程。术语运动方程用于表示描述偏置元件在外部影响下空间和时间运动的数学方程。就此而言,在优选的实施方式中,对于正容积泵而言特定的、作用在压力部上的力在运动方程中建模。因此例如,通过弹簧、或其弹性系数k作用在压力部上的力,和/或通过磁性驱动器施加在压力部上的磁性力可以被建模。由输送流体施加在压力部上的力则可以当作干扰变量来对待。如果检测到测量变量,则对紧接下来的系统行为的预测可以由该状态空间模型来作出。如果以该方式预测的紧接下来的系统行为偏离了期望的预定行为,则将在系统中使用修正因子。为了计算合适的因子是多少,可以在相同模型中模拟可用调整参数对闭环控制变量的影响。瞬时最佳控制策略能够通过已知的优化方法来适应性选择。作为替换方案,还可以在模型的基础上一次性确定控制策略,然后基于检测到的测量变量应用相同的控制策略。因此在优选的实施方式中,选择非线性状态空间模型作为状态空间模型,并且非线性闭环控制可以通过控制-李亚普诺夫函数、通过带有基于平滑性的预控制的基于平滑性的闭环控制方法、通过积分反推法、通过滑动模式方法或通过预测性闭环控制来实现。在那种情况下,优选通过控制-李亚普诺夫函数实现的非线性闭环控制。所有五个方法都是数学上已知的,因此这里不更详细讨论。控制-李亚普诺夫函数为例如李亚普诺夫函数的广义描述。合适地选取的控制-李亚普诺夫函数在模型的上下文中导致稳定的行为。换句话说,计算在基础模型中导致该模型的稳定解的修正函数。一般会有多种控制选择方案能够使得在基础模型中实际参数和目标参数之间的差值缩小。在优选的实施方式中,形成基于模型的闭环控制的基础的模型用于构造优化问题,其中作为关于优化的第二条件,电机的电压和供应到计量泵中的能量变得尽可能小,但同时实际参数到目标参数的逼近尽可能快,并可以少量超过。此外,如果测量信号在基础模型中的处理之前经受低通滤波则有利于减小噪音影响。在进一步特别优选的实施方式中,在吸入-压出循环期间检测偏置元件的检测到的实际位置参数和偏置元件的期望目标位置参数之间的差值,对应于期望目标位置参数减去该差值的目标位置参数被用于下一吸入-压出循环。基本上,这里实现一自学习系统。得承认,根据本发明的基于模型的闭环控制已经带来了显著改善的控制特性,虽然如此目标参数和实际参数之间仍有偏差。这是不可避免的,尤其在控制干预的能量最小化选择中是不可避免的。为了进一步减小至少后续循环的偏差,检测循环期间的偏差,并且将检测到的偏差至少部分地从下一循环中的期望目标位置参数中减去。换句话说,故意为下一压出-吸入循环预先确定“错误”的目标参数值,其中“错误”的目标参数值由在先循环中获取的经验计算得出。更具体地,如果下一吸入-压出循环限定了与前次循环同样的实际参数与目标参数之间的偏差,则利用“错误”的目标参数值得到实际预期的目标参数值。得承认,这是基本上可能的,并且由于系统的周期性行为,在一些应用中还可使所描述的自学习步骤仅执行一次,也就是说在第一循环中测量差值并且在第二和所有以后的循环中适当地修正目标参数值。然而尤其优选的是:实际参数和目标参数之间的差值定期确定,最佳地是每循环确定,并在下一循环中计及该差值。将领会,还可以仅仅使用一部分检测到的差值作为下一循环或下几个循环的参数修正。这有利于这样的情形:检测到的差值非常大,以便不因目标值的急剧变化而造成系统不稳定。此外,可以基于目标参数和实际参数之间的当前差值来确定检测到的差值的一部分的大小作为参数修正。还可以在多个循环(例如2个循环)上测量实际参数和目标参数之间的差值,并且从中计算得出平均差值,然后从接下来的循环中的目标参数至少部分减去该平均差值。在进一步替换的实施方式中,任何依赖于检测到的差值的函数都能够用于修正下一目标位置参数。根据本发明的建模能够在进一步优选的实施方式中用于确定容积泵中的物理变量。例如计量腔内的流体压力能够以这种方式确定。偏置元件的运动方程计及所有作用在偏置元件上的力。除了由驱动器作用在偏置元件上的力之外,还有由计量腔内的流体压力作用在隔膜上和由此作用在偏置元件上的反作用力。因此,如果由驱动器作用在偏置元件上的力是已知的,则计量头中的流体压力能从偏置元件的位置或偏置元件的速度或加速度中推导出,其中偏置元件的速度能从偏置元件的位置推导出。例如,如果实际流体压力到达或超过预定最大值,则输出警告信号,该警告信号传送到自动关闭设施中,该设施根据接收到的警告信号来关闭计量泵。如果由于任何原因阀门不应当打开或压力管路中的压力应当急剧上升,则能够由根据本发明的方法来查明而无需利用压力传感器,并且出于安全考虑泵能够被关闭。基本上,带有相关联的驱动器的偏置元件还起到了压力传感器的作用。在用于偏置元件的运动循环的方法的一个进一步优选的实施方式中,存储偏置元件的目标流体压力曲线、目标位置曲线和/或通过电磁驱动器的目标电流模式。在这种情况下,实际流体压力与目标流体压力相比较,偏置元件的实际位置与偏置元件的目标位置相比较和/或通过电磁驱动器的实际电流与通过电磁驱动器的目标电流相比较,如果实际值和目标值之间的差值满足一预定标准,则输出警告信号。该方法步骤基于这种情况,例如液压系统中的气泡或泵头中的气蚀导致预期流体压力发生可识别出的变化,因此关于上述事件的结论能从确定流体压力的操作中得出。警告信号能够激活例如光显示或声音显示。另外地或与其结合的,警告信号还能够直接到达控制单元,控制单元响应于收到的警告信号采取合适的措施。在最简单的情况下,为一个或多个所测得的或给定的变量确定实际值和目标值之间的差值,并且如果这些差值之一超出了预定值,则输出警告信号。然而,为了不仅仅检测可能出现的错误事件(例如计量腔内的气泡或气蚀的出现),而且还能将它们彼此区分,可以为每个错误事件定义专用的判别标准。在优选实施方式中,与目标值的相对偏差的加权和能够被确定,并且可以选择判别标准以使得一旦加权和超过预定值就输出警告信号。不同加权系数可与不同错误事件相关联。在理想情况下,在错误事件发生时,精确满足一个判定标准,从而该错误能够被诊断出来。因此,确定计量头内的压力的操作可由上述方法实现,而不用压力传感器测量,并且关于计量头内的给定状态的结论可以从上述方式确定的压力得出,然后能够进而触发给定测量的发起。利用本发明的方法,压力变化能够非常精确地确定。在进一步的实施方式中,可以确定测得变量或给定变量的时间梯度,如果其超出了预定极限值,则阀门打开或阀门关闭可被诊断出来。在一替换实施方式中,确定偏置元件的质量m,预压紧偏置元件的弹簧的弹性常数k,阻尼d和/或电磁驱动器的电阻Rcu作为物理变量。在特别优选的实施方式中,甚至所有提及的变量都被确定。这能够通过例如最小化计算来实现。除了计量腔内的压力之外的所有指定变量表示能够通过试验确定的并且大体上在泵运行中不变的常量。虽然如此,还会发生关于不同元件的疲劳现象,这改变了常数的值。例如,测得的压力-行程关系可以与期望的压力-行程关系进行比较。在一循环上从上述两个关系(积分)得到的差值可以通过常量参数的变化来最小化。如果在这种情况下确定弹性常数已改变,则有缺陷的弹簧可被诊断出来。这样的最小化操作还能在无压条件下执行,也就是说当计量腔内没有流体时。正如本说明书开头部分已经提到的,闭环控制受到输送流体的密度和粘性的显著影响。闭环控制的精确度能够通过测量输送流体的密度和/或粘性来提高,并且测量结果用于界定闭环控制参数。然而这样的测量操作需要布置至少一个附加传感器,这就提高了容积泵的售价,并且还需要维护和维修。因此,至今为止,密度和粘度的变化没有在闭环控制中考虑。在进一步特别优选的实施方式中,还为液压系统建立带有液压参数的物理模型,并且至少一个液压参数通过优化计算来计算。术语液压参数被用于表示液压系统中的任何参数(除偏置元件的位置之外),该参数影响流经计量腔的输送流体的流量。液压参数例如是计量腔内的输送流体的密度和该腔中流体的粘性。其他液压参数例如是软管或管道的长度、软管和管道的直径,上述软管和管道至少暂时与计量腔连接。该方法使得能够确定液压参数而不需另行提供附加的传感器。正容积泵的固有性质为:每当计量腔通过其连接到吸入管路和压力管路的阀门中的一个阀门开启或关闭,液压系统就会显著变化。对于通往吸入管道的阀门打开并且通往压力管路的阀门关闭的情况,该系统最容易建模。更具体地,柔性软管往往安装在通往吸入管路的阀门处,并且该软管终止于处于大气压力下的供给容器中。该状态在所谓的吸入冲程运动中出现,也就是说在偏置元件从第二位置移动到第一位置期间。该液压系统可以在考虑层流和紊流的情况下由非线性Navier-Stokes(纳维叶-斯托克斯)方程描述。除了输送流体的密度和粘性之外,将吸入阀门连接到供给容器的软管的直径、软管的长度、和软管中的流体必须克服的高度差异均被认为是液压参数。根据不同的系统应用进一步建立有意义的假设。通过优化计算能够确定液压参数,该优化计算可通过已知的梯度法或Levenberg-Marquardt算法实现,该液压参数包含在物理模型中并且最佳地描述了计量头内的压力变化和压力部的运动或从该运动推导出的速度和加速度。原则上,根据本发明的确定方法可以仅通过吸入冲程性能的重复分析来实现。作为替代,还可以将液压系统的物理模型用于如下情形:通往吸入管路的阀门关闭而通往压力管路的阀门打开。由于泵的制造者最初通常不知道计量泵的使用环境,并且不知道连接到将压力管路与计量腔相连接的压力阀门的管路系统,因而仅能做一个大概的假设。因此,在没有与压力阀门连接的管路系统的知识的情况下,就不能准确地建立物理模型,其在吸入冲程过程中对于液压系统而言一般可能的。在特别优选的具体实施方式中,物理模型用于上述两个液压系统,然后测量或确定阀门开启时间,并根据确定阀门开启时间的结果来选择相应正确的物理模型。基本上,对于吸入冲程和压出冲程分别执行根据本发明的方法。在这两种情况下,为液压参数(例如,输送流体的密度和粘度)获得实际上不严格相同的值。原则上,对不同的值取平均将是可能的,在这种情形中在一些情况下计及如下事实是必要的:藉由在吸入冲程期间由物理模型对实际情况的更佳描述,在取平均操作中使吸入冲程比在压出冲程期间查明的值更大地加权。在以根据本发明的方式确定液压参数后,所建立的物理模型与以那种方式确定的液压参数联用以进而确定计量腔中的压力。在由流体施加在压力部上的力通过以那种方式确定的液压参数来建模的情况下,使用该知识来改善压力部的运动调节。本发明的进一步的优点、技术特征和可能的应用可以通过随后的对优选实施方式及其对应的附图的描述而显现:图1示出了理想运动参数的图解视图,图2示出了自学习功能的图解视图,图3示出了正常状态下压力-行程图和行程-时间图的图解视图,图4示出了计量腔内有气泡的状态下的压力-行程图和行程-时间图的图解视图,图5示出了与正容积泵连接的吸入管道的图解视图,以及图6a-6e示出了液压参数和其时间变量趋势的示例。根据本发明的方法是结合磁性计量泵提出的。在优选实施方式中,这样的计量泵具有可移动的压力部,该压力部带有固定连接其上的推杆。压力部沿磁壳体中的纵轴可轴向移动地支撑,该磁壳体固定锚接到泵壳体上,从而带有推杆的压力部在磁壳体内电磁线圈的电致动的作用下,克服压缩弹簧的力被拉进磁壳体内的孔,并且在螺线管断电后,由于压缩弹簧的作用,压力部返回到初始位置。结果是压力部和隔膜因此在电磁线圈不断通电和断电的作用下在计量头内在纵轴上进行往复运动,结合出口阀和入口阀,形成了泵冲程(压出冲程)和进入冲程(吸入冲程)。电磁线圈的激活通过向线圈施加电压实现。压力部的运动能够通过线圈处的电压的时间模式来确定。将领会,压出冲程和吸入冲程不必持续相同时间段。由于在吸入冲程中不实现计量,计量腔仅用输送流体来重填,因而对于吸入冲程在任何情况下尽量快地执行没有不利之处,然而要当心保证在压力腔中不发生气蚀现象。比较而言,压出冲程可以持续非常长时间,特别是在非常少量的流体待计量的情况下。结果是压力部向计量腔方向仅逐渐移动。为了使得压力部以如图1所示的理想形式移动,压力部的运动必须受到闭环控制的约束。在这种情况下,仅仅压力部的位置和通过电磁线圈的电流大小通常作为测量变量。根据本发明,因此建立描述电磁系统的状况的(非线性)模型。在优选实施方式中应用下面的模型:x·=x·x··Φ·=x·1m(-dx·-kx-Fvor+Fp+KL(δ)Φ2)1N1(-RcuRmges(δ,Φ)N1Φ+u)]]>其中m:压力部的质量Φ:磁通量KL(δ)Φ2:电磁力N1:匝数u:电压d:阻尼k:弹簧常数Fvor:由弹簧预压施加在压力部上的力Fp:由输送腔内的流体压力施加在压力部上的力磁阻Rcu:线圈的欧姆电阻x:压力部的位置δ:电枢和磁铁之间的空隙大小这是一非线性差分方程系统,其可以提供关于系统的从起点开始紧接下来的行为的预测。因此可以通过该模型来标识未来或实际上已经存在的目标曲线和实际曲线的偏差。该模型还可以用于计算控制干涉的可能影响。电流强度和压力部位置的实时测量决定系统可能的走向。还可以计算控制干涉,即电磁线圈上电压的变化,通过电压变化使得系统再次向期望方向移动。将领会,对闭环控制来说有多种可能的方式干预系统。因此可以在任何时刻为动态系统找到稳定解。该计算步骤不断重复,也就是说以可用计算能力能够容许的程度高频计算,以实现最优闭环控制。根据提出的模型,通常不需在每个时刻确定动态系统的新的稳定解。通常对于合适的修正函数而言根据测量变量确定一次就足够了,也就是说根据压力部的位置和磁驱动器的电压,并且此后利用该修正函数进行闭环控制。尽管采用闭环控制,但是还会不可避免地存在目标值和实际值之间的偏差,因为所选择的模型总是代表理想状态。此外,检测到的测量变量总是有误差的(噪声)。为了进一步减小实际参数和目标参数之间的差值,在压出-吸入循环期间测量该差值,并且将测得差值和预定目标参数之和用作下一循环的目标参数。换句话说,使用压出-吸入冲程重复的实情。因此在下一循环中,预定的目标参数值比实际想要的目标参数值有所偏差。为了清楚的目的,该自调整原则由图2图解示出。这示出了在Y轴的压力部的位置,和在X轴的时间。在第一循环中,用于闭环控制的目标参数用虚线表示。该目标参数对应于期望目标参数,该期望目标参数为了对比而在第三循环中重新生成作为参考参数。尽管采用根据本发明的基于模型的闭环控制,实际参数还将会偏离目标参数。在图2的第一循环中,作为示例,实际参数用实线表示。在这种情况下,为了更清楚展示,实际参数和目标参数之间的偏差比实际发生的更明显。在第二循环中,第一循环的实际参数和参考参数之间的差值随后从第一循环中使用的目标参数中减去,并且使用该差值作为第二循环期间闭环控制的目标参数。以这种方式获得的目标参数在第二循环中用虚线表示。在理想情形下,在第二循环中,实际参数与所使用的目标参数偏差程度相同,就像第一循环中观察到的那样。结果,存在实际参数(在第二循环中用实线表示)对应于参考参数。通过测量压力部的位置和通过电磁驱动器Fp的电流,也就是说由输送腔中的流体压力施加在压力部的力是唯一未知的变量。因此,利用该模型,可以确定由输送腔中的流体压力施加在压力部上的力。由于压力部承受流体压力的面积是已知的,因而流体压力可以通过该力计算出来。对电磁计量泵系统的非线性系统的大体描述使得利用基于模型诊断方法成为可能。出于该目的,系统模型的状态参数被评估并确定电磁计量泵的泵头的压力。这种情况下,为了控制的目的将必要的电流和位置传感器安装在泵系统中,从而可以不必增加计量泵的结构就能获取信息。然后在状态参数的时间变化和泵的计量头压力的基础上执行诊断算法。因此例如过程侧过压的基于模型的诊断以及自动的泵关闭可被实现。阀门开启和阀门关闭时间的识别可以通过确定和评估系统模型的关联状态参数的时间梯度来实现。涉及超过或低于状态梯度的情况可以通过预定限制来检测,其可以导致阀门开启和阀门关闭时间的标识。替换地,还可以根据压力部的位置确定压力并且从评价操作中推导阀门开启和阀门关闭时间。对应的压力-行程图在图3左侧示出。相关联的行程-时间图在图3右侧示出。该行程-时间图示出了压力部的取决于时间的运动。可以看出压力部首先从起始位置1(x=0mm)向前移动,并减小计量腔(压出阶段)的容积。在时刻3时,压力部通过最大值,然后移动返回起始位置(吸入阶段)。图3左侧示出了相关联的压力-行程图。其顺时针方向行进,在坐标原点开始,此处压力部处于位置1。在压出阶段期间,计量腔内的压力最初急剧升高,直到压力将通往压力管路的阀门打开。一旦压力阀门打开,计量腔中的压力保持大体恒定。该开启点由附图标记2表示。从也在图3右侧示出的那一时刻起,发生计量动作。随着压力部每个进一步的运动,计量流体泵送至压力管路。一旦压力部到达最大位置(时刻3),压力部的运动反向,压力阀立即关闭且计量腔中的压力再一次下降。当到达最小压力(时刻4)时,将计量腔与吸入管路连通的吸入阀开启,计量流体吸入计量腔直到回到起始位置。阀门关闭时刻可以通过行程-时间图来确定,因为他们处于压力部的行程最大区。时刻2和4,即阀门开启时刻,不容易确定,尤其在实际中,压力-行程图被平滑掉“拐角”。因此,例如,从压力-行程图的位置1开始,在达到最大压力90%之际可以读取行程,且压力-行程图位于点1和2之间的梯度能够确定。该90%曲线由虚线示出。结果得到的直线与曲线p=pmax在阀门开启时刻相交。时刻4可以以同样方式确定。该确定操作能够在每个循环中实现,且其结果用在下一个循环中。以这种方式,还可以检测开启时刻的变化。液压系统中的气泡、计量单元的泵头中的气蚀和/或计量单元的阀门开启和阀门关闭时刻可以通过比较个体状态参数的目标轨迹和实际轨迹来诊断。尤其是当目标轨迹和实际轨迹之间超出了预定的误差限值时,就会触发警告信号和相应的措施。图4中示出了一示例。这里也示出了位于左侧的压力-行程图和右侧的行程-时间图。该右手侧的图与图3中的对应图相同。如果在液压系统中存在可压缩的气泡,则会导致压力阀门仅在时刻2’时就会开启,并且吸入阀门仅在时刻4’时就会开启。阀门开启时刻的显著漂移能被用于诊断状态“计量腔内存在空气”。在气蚀的情形中,仅阀门开启时刻4’发生移位而阀门开启时刻2不发生移位,因此该行为可以被用来诊断状态“气蚀”。通过个体关联系统状态参数的分析,所给出的基于模型的方法准许比之前实现的方案大体更广泛且更高等级的诊断。此外,还可以利用低传感器系统成本实现高可靠性和高精度。诊断的较高质量意味着电磁计量泵系统的使用范围在一些场合下可以扩大,因为现在计量精度可以显著提高。通过物理模型的设计,特别是通过计量腔或电磁计量泵系统的与计量腔连接的管路中的液压过程的非线性系统描述的设计,可以实时使用基于模型的标识方法。出于那样的目的,液压参数(即液压模型的状态参数)被评价,且确定系统动力学以及液压过程的参数。偏置元件的位置或速度和加速度以及计量腔中的压力可以用作测量变量或待确定的外部变量,其中偏置元件的速度和加速度可从偏置元件的位置推导出来,并且计量腔中的压力可通过由隔膜施加在输入流体上的力来确定。如同通常在特定的正容积泵中那样,吸入管路包括一软管,该软管将吸入阀连接到供应容器中,对于吸入冲程(也就是说当压力阀门关闭并且吸入阀门打开时),可以以简化形式描述液压系统,如图5所示。吸入管路包括直径为Ds、长度为L的软管。该软管跨越高度差Z。如果假设吸入管路直径恒定且不能拉伸且使用的是不可压缩流体,则非线性Navier-Stokes方程可以被简化。利用已知的优化方法,例如梯度法或Levenberg-Marquardt算法,现在可以确定在模型基础上能够最佳地描述压力部的所测得或确定的位置和计量腔内的所测得或确定的压力的液压参数。图6a至6e利用甘油作为输送流体的例子,这里每个图示出了液压参数(虚线)和根据本发明的方法得到的与时间相关的值(实线)。因此,例如图6a示出了输送流体的密度。即约1260kg/m3(虚线)。可以看见根据本发明的方法可以在约100秒内确定密度。可以容许地,在t=0时刻,给定值仍显著低于实际值。然而利用持续的优化,根据本发明的方法确定的密度值非常快速地接近真实值(实线)。同样地适用于软管长度L(参见图6b),高度差Z(参见图6c),软管直径(参见图6d)和粘性(参见图6e)。根据本发明的方法确定的参数能够进而与所产生的物理模型一起使用以确定由液压系统施加在压力部上的力。该信息可以用于根据本发明的闭环控制。因此,所开发的液压模型能够物理还原液压系统的影响并以干扰变量干预的形式考虑这种影响。这再一次显著改善了电磁计量泵系统的泵运行。
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