在系统地考虑系统约束下采用转动盘结构的轴向活塞泵的有实时能力的轨迹规划技术方案

本发明专利技术涉及一种用于为液压机产生满足预给定约束的额定值轨迹的方法，所述液压机具有用于影响所述液压机（100）的输出变量的执行器，其中将无约束额定值的轨迹输送给轨迹规划（210），所述轨迹规划从无约束额定值的轨迹中产生所述额定值轨迹，其中在所述轨迹规划（210）中将所述无约束额定值的轨迹微分至少两次，以获得无约束额定值的n次微分轨迹（），其中在所述轨迹规划（210）中将至少一个约束（212、213、214）应用于无约束额定值的微分轨迹，以获得有约束额定值的微分轨迹，以及将有约束额定值的微分轨迹输送给滤波器积分器链（215）以获得所述额定值轨迹。。。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在系统地考虑系统约束下采用转动盘结构的轴向活塞泵的有实时能力的轨迹规划


[0001]本专利技术涉及一种用于为液压机产生满足预给定约束的额定值轨迹的方法。

技术介绍

[0002]液压系统典型地尤其由诸如泵和阀的组件组成。这些组件受到物理约束。从而例如在磁阀（即可电操控电磁阀）的情况下，阀的操控电流以及阀芯的位置尤其受到约束。这些约束可以在模型中被映射为状态变量约束和操纵变量约束。对于合成有实时能力的调节技术结构（如调节器或预控制）而言——这些结构特别是在通过操纵杆或加速踏板进行操作的情况下所需要的，系统地遵守约束是一种挑战。
[0003]在控制中系统地考虑约束的一种可能性是应用模型预测的调节或控制（MPC），MPC还使得能够在定义的品质函数方面最佳地操控液压系统。然而，MPC的缺点是在每个迭代步骤中，必须在运行时期间以数值方式求解优化问题。这需要对应快速且昂贵的（数字）硬件组件或针对具体MPC问题量身定制的解决方案，这意味着对应的高开发和实现耗费。
[0004]为了避免这些缺点，可以使用具有对应轨迹规划的基于平面度的预控制来代替MPC以有实时能力地控制液压系统。为了实现（非线性的）基于平面度的预控制，需要平面输出及其时间导数的（连续可微的）轨迹。必须实时地根据要控制变量的先验未知（由用户预给定）的参考值对这些轨迹进行规划。为此可以使用低通滤波器算法，即所谓的“状态变量滤波器”。这具有以下缺点：在轨迹规划中不能系统地考虑物理和几何约束，因此要么生成无法实现的轨迹，要么生成次优的（即保守的）轨迹。
[0005]DE 10 2018 114 047 A1描述了一种为用于影响系统的输出变量的执行器产生操纵变量轨迹的方法，其中向轨迹规划输送所述系统的输出变量的额定值，所述轨迹规划从所述额定值中产生由滤波器积分器链的有约束输入值组成的轨迹和由平面的额定状态组成的轨迹，其中由有约束输入值组成的轨迹和由平面的额定状态组成的轨迹被输送到基于平面度的预控制，所述预控制从中为执行器产生操纵变量轨迹，其中在轨迹规划中为了产生由有约束输入值组成的轨迹而应用取决于由平面的额定状态组成的轨迹的至少一个约束。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术，提出了具有独立权利要求特征的用于为液压机，特别是液压泵，进一步特别是采用斜盘或斜轴结构的液压机产生满足预给定约束的额定值轨迹的方法，以及用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。有利的设计是从属权利要求以及以下描述的主题。
[0007]本专利技术描述了在考虑任意阶的非线性单变量系统的操纵变量约束和状态变量约束下的实时轨迹规划的一般方案。本专利技术的核心是额定值（例如输送压力（泵两端的压差））的扩展的状态变量滤波器，其输出是所述额定值及其导数的轨迹，所述轨迹可在现有的状
态变量约束和操纵变量约束下实现。例如，使用该轨迹及其至少n个导数n≥2并且必要时通过模型方程的反演，可以实现动态预控制或跟踪调节。
[0008]对于状态变量滤波器而言，在每个时间步骤中为每个第k个约束计算额定值轨迹的最高（优选二阶）导数的动态极限（最大值和/或最小值），并在超出或低于该极限的情况下基于优先级切换到最高导数。如果不是这种情况，则优选地通过例如可以由用户设置的无约束的滤波器动态来对额定值轨迹滤波。因此，在每个时间步骤中只需要评估模型方程和一系列约束元件。这对应于在考虑操纵变量（例如操控电流）和状态（例如转动角和泵两端的压差）的约束下无需数值实时优化的实时轨迹规划。
[0009]示例性地，如果作为上状态约束和下状态约束预给定转动角的相同的最小值和最大值，则这些极限（或更高优先级的其他约束，例如压差的最小值和最大值）将改写无约束的规划，并且将规划到预给定的转动角参考轨迹上。压差参考轨迹可以通过无约束的规划来预给定，或者可以像在转动角的情况下那样被预给定为上状态约束和下状态约束。这些限制（或其他更高优先级的约束，例如最小或最大允许转动角）将改写无约束的规划，并且将规划到预给定的压差参考轨迹上。因此在一种方案中，状态变量滤波器允许规划到不同的输入变量上，只要这些输入变量作为状态变量约束或操纵变量约束存在。
[0010]原则上，本专利技术可以通用地用于任何轨迹规划问题，其中可以将受控段建模为具有操纵（速率）变量约束和状态变量约束的非线性（输入仿射）单变量系统。特别地，所描述的方案适用于具有如在阀中出现的机械止动装置的液压系统。例如，本专利技术可以用于采用斜轴或斜盘结构的任何轴向活塞机的转动角调整。在此，轴或盘的角调整可以例如压力控制地或电子比例地进行。一个示例应用是用于通过轴向活塞机进行部分或全部液压动力传输的车辆。特别地，本专利技术可以用于将车轮处的期望力矩转换为期望压差和驱动侧转动角的基于力矩的行驶驱动器，或用于将期望速度转换为驱动侧转动角的速度控制的行驶驱动器。这两个概念都可以既受控地进行又受调节地进行——例如在使用转动角传感器的情况下。
[0011]本专利技术允许通过在遵守状态变量约束和操纵变量约束的情况下的对应轨迹规划尽可能快地沿着预给定的参考轨迹引导这样的液压系统。在此，所述参考轨迹例如可以被预给定为转动角或泵两端的压差。同时，在每个时刻（特别是在瞬态中）遵守液压系统的约束。特别地，在计算额定值轨迹时除了操纵变量约束（例如操控电流的约束）之外还系统地考虑系统状态（例如阀芯位置和活塞位置以及输送压力）的约束。这具有以下优点：可以计算接近例如最大可能调整速度的约束（或位于所述约束上）的可实现轨迹。此外，可以通过状态约束系统地映射和遵守安全极限（例如关于输送压力的安全极限）。另外的重要优点是影响以多硬或多软的程度将轨迹规划到状态约束中的可能性。从而例如可以避免硬止动，这根据应用可以显著减少部件磨损（例如阀的部件磨损）。此外有利的是，有约束的轨迹（在足够精确的预控制的情况下）提供关于当前系统状态的真实信息。该信息例如可以用于更高级别的诊断功能，只要确保轴向活塞机无故障地工作即可。所使用的预控制概念的实时计算耗费在此非常低，并且特别是无需数值实时优化地实现。
[0012]所描述的方案通常适用于移动作业机器，特别是在需要对泵进行压力调节和转动角控制的组合时。这尤其是包括轮式装载机、伸缩臂叉装机、市政车辆和叉车。但是，它也适用于闭合回路中的回转齿轮驱动器以及起重机、船舶和越野车辆的绞盘驱动器。
[0013]根据本专利技术的计算单元（例如阀的控制设备）特别是以程序技术被设置为执行根据本专利技术的方法。
[0014]以计算机程序的形式实现该方法也是有利的，因为这导致特别低的成本，特别是在执行控制设备还用于其他任务并且因此无论如何存在的情况下。适用于提供所述计算机程序的数据载体特别是磁的、光的和电的存储器，例如硬盘驱动器、闪存、EEPROM、DVD等。还可以经由计算机网络（互联网、内联网等）下载程序。
[0015]本专利技术的其他优点和设计从说明书和附图中得出。
[0016]可以理解，上面提到的特征和下面将要解释的特征不仅可以以分别说明的组合使用，而且还可以以其他组合或单独使用，而不脱离本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于为液压机（100）产生满足预给定约束的额定值轨迹的方法，所述液压机具有用于影响所述液压机（100）的输出变量的执行器（130），其中将无约束额定值的轨迹输送给轨迹规划（210），所述轨迹规划从所述无约束额定值的轨迹中产生所述额定值轨迹，其中在所述轨迹规划（210）中将所述无约束额定值的轨迹微分至少n次，以获得无约束额定值的n次微分轨迹，其中n≥2，其中在所述轨迹规划（210）中将至少一个约束（212、213、214）应用于所述无约束额定值的n次微分轨迹，以获得有约束额定值的n次微分轨迹，以及将所述有约束额定值的n次微分轨迹输送给滤波器积分器链（215）以获得所述额定值轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个约束（212、213、214）包括操纵变量约束（212）。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个约束（212、213、214）包括取决于所述执行器的调节范围的约束（213）。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述液压机（100）是斜盘机或斜轴机，并且取决于所述执行器的调节范围的约束（213）包括将转动角约束为最小值和最大值之间的值。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中取决于所述执行器的调节范围的约束（213）包括约束为最小值和与所述最小值相同的最大值之间的值。6.根据权利要求5所述的方法，其中额定值被预给定为最小值和与所述最小值相同的最大值。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个约束（212、213、214）包括所述额定值...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：