用于確定泵組的液壓工作點的方法與流程

本發明涉及一種用于通過分析一方面液壓參量和另一方面機械或電氣參量的關聯由機械的和/或電氣的參量確定在可預定轉速的情況下運行的泵組的第一液壓參量的方法。此外，本發明涉及一種泵控制裝置以及裝備有泵控制裝置的泵組，以用于實施所述方法。

背景技術：

在泵組中的液壓工作點通常通過體積流量和揚程或由泵施加的壓差定義。所述工作點在所謂的HQ圖表中描述，其中關于體積流量繪出揚程或壓差。存在用于泵組的大量的調節和控制方法，其影響、尤其是沿可預先確定的特性曲線調節液壓參量。這樣例如特性曲線調節是常見的，其中確定的揚程對于每個體積流量保持恒定，即所謂的Δp-c調節。另一種已知的調節沿特性曲線進行，所述特性曲線定義揚程和體積流量之間的線性的關系，即所謂的Δp-v調節。

在這里對于泵調節必需的是，識別體積流量和/或揚程或壓差。在最簡單的情況中可以使用傳感器，例如用于確定體積流量的流量傳感器或用于確定壓差的壓差傳感器，由其然后可以計算揚程。然而這樣的傳感器提高泵組的制造價格。因此需要對其放棄。

除了測量之外，也可以計算上由一個或多個對于泵組關于其控制或調節已知的參量來確定液壓參量，尤其是在使用與尋求的液壓參量的自然存在的物理關系的情況下。該關系可以以數學的形式存儲在泵組的控制或調節器件中。所述計算例如可以由電功率消耗(馬達功率或電網輸入功率)進行，其由電流和電壓的乘積產生。這是對于泵組已知的量，因為電流和電壓分別按照泵組的需要的理論轉速由轉速控制或調節器件、尤其是變頻器預定。此外利用電的器件測量電流和電壓特別簡單。

在泵組的制造商方面于是可以測量功率特性曲線簇。也就是說，用于選擇的轉速在多個體積流量時確定功率消耗。這些值例如可以在表中彼此配置并且存儲在泵組的控制或調節器件中。備選于所述表，可以由在設備方面確定的或測量的值確定數學函數(例如多項式)，所述函數說明在確定的轉速時體積流量和功率之間的關系。所述函數于是可以備選或附加于所述表存儲在調節或控制器件中。

這樣的函數例如可以對于每個轉速單獨形成和使用，從而整個功率特性曲線簇通過函數的群說明。備選地，可以使用唯一的函數，所述函數將三個參量：功率、轉速和體積流量相互關聯。使用函數代替表具有優點，即，只必需少的存儲空間，因為不必存儲大量的測量數據。然而在此不利的是，函數的分析要求計算能力。附加于表使用函數具有優點，即，可以進行可信度試驗和必要時對由表和函數確定的值求平均。

如果功率消耗和轉速已知，則于是可以由表或對應的函數確定體積流量。由此于是可以由通過泵特性曲線計算揚程，從而獲得泵組的工作點。

圖1示出在泵組中接收的電功率和體積流量Q之間的關系。示出用于不同的轉速的四個功率特性曲線，其中最下面的曲線配置給最小的使用的轉速并且處于最上面的功率特性曲線配置給最高的使用的轉速。功率特性曲線闡明，在上面的體積流量范圍內存在特性曲線變化的雙義性，因為特性曲線隨著增加的體積流量持續升高至最大值，然而在體積流量進一步增加時再次下降。這樣例如在最高的轉速時不僅在Q1＝12m³/h時而且在Q2＝16m³/h時存在大約250W的相同的功率消耗。因此通過分析所述表或函數，從確定的功率出發不可以輕易地推斷出體積流量。因此所述功率分配的方法只在運行范圍的受限制的范圍內可使用。

功率特性曲線的雙義性的問題可以如下繞過，即，只考慮功率特性曲線的左邊的部分，即小于在功率特性曲線的最大值時存在的體積流量的體積流量。這表示，泵組的液壓系統在該情況中這樣設計，使得在設置的運行范圍內，功率總是只持續上升并且最大的體積流量在功率具有其最大值的地方也存在。

這另一方面表示，液壓的效率在運行范圍的右邊的邊緣上具有其最大值(BEP最佳效率電)并且因此部分負載效率在體積流量小時是低的。然而對于在典型的泵應用中的高的總效率，高的部分負載效率遠重要于高的滿載效率，因為泵組典型地只很少在滿載時運行。對于該情況計算“能效指數(EEI)”、用于泵組的效率的重要的特征量是符合的。用于優化的分析(EEI)，有利地將BEP置于平均的體積流量的范圍內，因為泵組的工作點正是非常經常處于這里。但在該區域中由功率直接確定體積流量不再可能。

技術實現要素：

因此本發明的任務是，提供一種用于確定泵組的液壓參量的方法，使得在沒有用于液壓參量的傳感器的情況下夠用并且不限制泵組的控制或調節。

該任務通過按照權利要求1的方法以及按照權利要求21所述的泵電子裝置解決。有利的進一步構成在從屬權利要求中給出。

按照本發明，提出一種用于通過分析一方面液壓參量與另一方面機械或電氣參量的關聯由機械的和/或電氣的參量確定在可預定轉速的情況下運行的泵組的第一液壓參量的方法，在所述方法中，以確定的頻率的周期性的激勵信號這樣加載泵組的調整參量，使得調制第二液壓參量，其中，在使用所述關聯的情況下，由所述機械或電氣參量作為對激勵信號的系統響應來確定第一液壓參量的當前的值。

該解決方案解決了在所述參量的關聯中的多義性。所述解決方案在使用對于其可供使用的信息的情況下、即通過至少一個電氣的和/或機械的參量、例如電流、電壓、電功率、轉矩、轉速或機械功率并且在不使用壓力或體積流量傳感器的情況下對于泵組能夠實現對液壓工作點的推斷，所述工作點例如通過第一和第二液壓參量、優選通過體積流量和揚程來定義。

所述泵組可以是電動運行的回轉泵、例如在加熱系統中的加熱泵或在冷卻系統中的冷卻劑泵。

要指出，“調制”按本發明的意義理解為改變，然而激勵信號的類型、高度和速度不以任何方式受限制。此外，只要接著談到泵組的控制，在該概念下也理解為調節，因為調節僅包含包括確定的參量的反饋的控制。

按照第一實施變型方案，可以由機械或電氣參量的交變分量的幅值和/或相位在使用所述關聯的情況下確定第一液壓參量的當前的值。這表示，首先確定機械或電氣參量的交變分量并且確定其幅值或相位。隨后使用所述關聯，以便由確定的幅值或相位確定液壓參量的值。

優選在此不使用用于幅值和相位的絕對的值，而是使用相對的值，所述相對的值參考激勵信號。在相位的情況中這表示，確定：系統響應的相位相對于激勵信號移動多少度。在幅值的情況中這表示，確定系統響應的交變分量的幅值相對于激勵信號的幅值的比例。亦即借助關聯對系統響應的分析可以不僅利用絕對的值而且利用相對的值進行。

在本發明的所有實施變型方案中，所述關聯可以通過表或至少一個數學函數給出。在第一實施變型方案的情況中，所述表或所述至少一個函數在確定的轉速或多個轉速時為第一液壓參量的每個值或一定數量的值配置交變分量的振幅值或相位值。這能夠實現以特別簡單的方式確定第一液壓參量的當前的值。該配置能在設備方面在泵組的制造商那里實施，其方式為制造商將泵組分別在不同的轉速時在加載包括激勵信號的調整參量的情況下運行并且在此測量第一液壓參量以及測量或由其已知的關聯計算交變分量的幅值和相位。這些確定的值于是可以表格式地彼此配置并且存儲在泵組的控制器件中。

所述關聯的使用于是可以在表的情況中這樣進行，使得在與當前的轉速對應的轉速所處于的行或列中尋求確定的振幅值或相位值。如果找到所述振幅值或相位值或類似值，則可以確定第一液壓參量的通過相應的列或行給振幅值或相位值配置的值。

如果代替表使用函數，則所述函數可以針對第一液壓參量求解地使用，以便由確定的振幅值或相位值計算第一液壓參量的值。如果所述關聯通過多個函數給出，所述函數分別對于確定的轉速有效，則必須首先確定對于當前的轉速有效的函數。然后只需要將振幅值或相位值代入到所述函數中。如果關聯與此相對地通過唯一的函數給出，則確定的振幅值或相位值和當前的轉速必須代入給所述函數，借此所述函數提供第一液壓參量的值。

按照第二實施變型方案，可以形成系統響應與激勵信號的頻率的相同的或多倍的周期性函數的乘積。隨后該乘積的積分在預定的、尤其是有限的積分時間段上計算并且在使用所述關聯的情況下由積分的值確定第一液壓參量的值。由所述積分的值隨后在使用所述關聯的情況下確定液壓參量(Q，H)的值。

備選于周期性函數，也可以使用機械或電氣參量、例如實際轉矩、實際轉速或泵組的電功率消耗的交變分量。在該情況中，形成系統響應和該交變分量的乘積并且對其積分。然后在使用所述關聯的情況下也由所述積分的值確定液壓參量(Q，H)的值。

當前的轉矩(實際轉矩)、當前的轉速(實際轉速)或當前的電功率消耗可以為此測量或由其他參量計算。測量的值必須必要時首先預處理，例如濾波，然后其適合用于與系統響應相乘。這例如可以通過高通或帶通濾波。在系統激勵足夠大時，交變分量包含主導的固有振動，所述固有振動在其相位和頻率方面大致相應于激勵信號。積分的結果于是除去比例因數足夠準確地相應于以純數學的周期性函數、例如正弦或余弦函數獲得的結果。尤其是該計算的結果可以以慣常的方式與確定的第一液壓參量關聯并且這樣唯一地確定第一液壓參量。

液壓參量與機械或電氣參量的關聯也可以在第二實施變型方案中以表或數學函數的形式給出。

例如可以在這樣的表中在確定的轉速時對一定數量的第一液壓參量的值分別配置積分的值。該配置可在設備方面在泵組的制造商那里實施，其方式為，制造商將泵組分別在不同的轉速中運行并且在此測量第一液壓參量并且如之前所述地或由其他對其已知的關聯來計算積分。這些確定的值于是可以表格式地彼此配置并且存儲在泵組的控制器件中。

備選于表，在確定的轉速時可以通過數學函數為液壓參量的每個值分別配置有積分的值或配置積分的值。該配置也首先假設，制造商首先測量泵組，其方式為制造商將泵組分別在不同的轉速中運行并且在此測量第一液壓參量并且如之前所述地或由其他對其已知的關聯來計算積分。然而這些確定的積分值然后不在表中存儲。而是尋求如下函數、例如多項式I(Q)，所述函數描述這樣的曲線，液壓參量的測量的值處于所述曲線上。在此可以對于一定數量的不同的確定的轉速分別指定單獨的數學函數(多項式)或確定通用的數學函數(多項式)，所述函數描述泵組的整個特性曲線簇，即函數(多項式)I(Q,n)，其說明積分值不僅與第一液壓參量(Q)而且與轉速(n)的相關性。這也適用于第一實施變型方案。

有利的是，與系統響應相乘的周期性函數是正弦函數。然后可能，由所述表或數學函數直接確定第一液壓參量的值，所述值配置給積分的所計算的值或通過數學函數配置給積分的所計算的值，因為正弦函數導致，積分導致關于第一液壓參量繪出的值是唯一的。這在圖2中說明。

因此可以由將積分值配置給第一液壓參量的每個值的表往回確定第一液壓參量的給積分的所計算的值所配置的值。因此第二實施變型方案與第一實施變型方案在表方面區分僅在于，代替振幅值或相位值，積分值處于表中。

如果不能進行直接的配置，因為積分值處于兩個表值之間，則可以通過對配置給該兩個表值的積分值進行插值找到第一液壓參量的要配置給計算的積分值的值。這也在第一實施變型方案中是可能的。

此外于是可以在使用數學函數的情況中由該數學函數通過使用所計算的積分值來計算液壓參量的值。只要使用分別只對于確定的轉速有效的多個數學函數，當然必須預先確定當前的轉速有多高，以便然后確定，使用數學函數中的哪個來計算第一液壓參量。轉速對于泵控制器件例如至少以理論轉速的形式已知。

按照另一種實施變型方案，在表或數學函數中代替積分值將機械和/或電氣參量的值與第一液壓參量的值關聯，如其本身在現有技術中已知的。這表示，在這里關聯通過表或至少一個數學函數給出，所述表或函數在確定的轉速時為第一液壓參量的每個值配置機械或電氣參量的值。如已經在導言中解釋的，在該情況中存在關聯的多義性。機械或電氣參量的值在此優選是平均值，或換句話說是這樣的值，其在沒有周期性的激勵時存在。

多義性可以解決，其方式為，作為與系統響應相乘的函數使用余弦函數并且使用積分的所計算的值來區別：表的哪部分或數學函數的哪個數值范圍用于對于當前的運行點確定第一液壓參量的值有效。這能夠借助圖3示例性地解釋。關于系統響應和余弦函數的乘積的積分(在圖3中示例性地使用功率作為系統響應)在機械或電氣參量作為液壓參量的函數具有其最大值的地方具有過零。在這里于是為了確定第一液壓參量的值可以考慮計算的積分的值，其中積分值與閾值比較。對于閾值零然后得出在圖3中描述的情況，其中可以使用正負號，以便確定，所述表的哪部分或所述數學函數的哪些數值范圍針對當前的運行點對于確定第一液壓參量的值有效。

如果正負號為負，則只考慮第一液壓參量的這樣的值，所述值處于第一液壓參量的在機械或電氣參量具有其最大值時的值之下。否則，即當正負號為正時，只考慮第一液壓參量這樣的值，所述值處于液壓參量的在機械或電氣參量具有其最大值時的值之上。必要時也可以使用不同于零的另一個閾值用于解決多義性。

優選以激勵信號加載的調整參量是泵組的理論轉速或理論轉矩，即由泵組的調節嘗試來保持在確定的值上的機械的參量。轉速或轉矩調節在泵組中本身已知。理論轉速或理論轉矩的周期性的激勵是簡單的措施，用于實現第二液壓參量的調制。

作為第一液壓參量例如可以使用泵組的體積流量Q。第二液壓參量于是可以合適地是揚程H或壓差Δp。后者可以非常簡單地調制，其方式為調制泵組的轉速或轉矩。

優選地，機械參量是由泵組輸出的轉矩或泵組的實際轉速。電氣參量例如可以是由泵組接收的電功率P_el或電流。這些參量中的至少一個由于第二液壓參量的調制的變化于是作為系統響應來看待。

因此可以使用在激勵的調整參量和要分析的系統響應之間的任意的配對。這樣例如可以調制理論轉速并且分析由此造成的實際轉速。代替實際轉速，可以考慮輸出的轉矩或電功率消耗以用于分析。并且代替理論轉速的激勵可以激勵理論轉矩并且分析由此造成的實際轉速、輸出的轉矩或電功率消耗。

激勵信號理想地是周期性的信號、尤其是正弦信號或包含正弦函數的信號。后者也例如可以是三角形或鋸齒信號。

激勵信號的頻率有利地處于0.01Hz和100Hz之間。當然在頻率過小時不利的是整個周期的持續時間，所述持續時間在例如0.01Hz的激勵頻率時處于1分40秒。周期持續時間越長，則系統的液壓阻力并且由此還有泵組的工作點變化的可能性越大，從而使當前的工作點的確定失真。因此激勵頻率不應該過小。盡管如此，頻率基于轉子、工作輪和液體的慣性向上設有界限。

激勵信號的幅值優選小于轉速理論值的25％。所述幅值可以尤其是在轉速理論值的0.1％至25％之間。亦即在例如2000U/分鐘的理論轉速時，±2U/分鐘至±500U/分鐘的轉速波動可以是適合的。

所述激勵信號的幅值可以由希望的揚程波動借助于描述泵組的轉速和揚程之間的關系的數學方程計算。該方程例如可以由說明揚程H、轉速n和體積流量Q之間的靜態關系的公式

H_p(Q，n)＝an²-bQn-cQ² Gl.1

確定，其中a、b和c是泵特性曲線的特征量。如果使用用于H_P＝H₀+f_A,H，其中f_A,H說明揚程H在靜止的揚程H₀附近的希望的波動，則得出：

H₀+f_A，H＝an²-bQn-cQ²

$n^2-\frac{bQ}{a}n-\frac{{\mathrm{cQ}}^2}{a}-\frac{H_0}{a}-\frac{f_{A,H}}{a}=0$

$n^2-\frac{bQ}{a}n-\frac{{\mathrm{cQ}}^2}{a}-\frac{({\mathrm{an}}_0^2-{\mathrm{bQn}}_0-{\mathrm{cQ}}^2)}{a}-\frac{f_{A,H}}{a}=0$

$n^2-\frac{bQ}{a}n-\frac{({\mathrm{an}}_0^2-{\mathrm{bQn}}_0)}{a}-\frac{f_{A,H}}{a}=0$

$n=\frac{bQ}{2a}+\sqrt{{\left(\frac{bQ}{2a}\right)}^2+n_0^2-\frac{{\mathrm{bQn}}_0}{a}+\frac{f_{A,H}}{a}}---GI.7$

亦即對于Q＝0適用：

只要應該達到揚程H的確定的變化f_A,H，則因此可以利用方程Gl.7或Gl.8確定轉速激勵信號的變化。

在第二和其他的實施變型方案中，在時間段T上計算系統響應和周期性函數的乘積的積分。該積分時間段T可以是激勵信號的一個周期或可以是激勵信號的周期的多倍。有利的是，調制不間斷，即在泵組的整個運行時間的期間進行。以這種方式可以直接識別工作點的變化。當按照本發明的方法只在時間上間隔開地分別對于限定的時間段使用時，則這是不可能的。

作為對調制的系統響應檢測機械或電氣參量可以在離散的時刻進行或連續地進行。所述系統響應然后作為值的序列存在，從而在任何情況下可以進行與所述函數相乘和這樣獲得的乘積的積分。

根據按照本發明的方法的另一種有利的進一步構成，可以在積分的計算期間在相同的積分時間段上計算系統響應與所述函數的乘積的至少另一個積分，其中，所述另一個積分的積分時間段的開始在時間上與第一積分的積分時間段的開始錯開。積分的所計算的值于是可以綜合成平均的值。這具有平滑所確定的系統響應的效果。

通過使用有限的積分時間段，從要檢測的系統響應值的序列中像是“剪取”要積分的值。這在信號處理中作為“加窗”已知，即所述值通過與窗口函數F_F(t)的乘法來剪取，所述函數對于t₀<t<t₁具有F_F(t)＝f(t)的形式并且否則具有F_F(t)＝0的形式。在最簡單的情況中，對于f(t)＝1(矩形窗口)，“剪取的”值未變化地與所述函數相乘并且隨后積分，即不發生值的加權。但有利的是，使用值的濾波，其方式為使用要積分的值的加權。這樣的加權例如可以通過系統響應與窗口函數的乘法進行，所述窗口函數對處于窗口中心的值比處于窗口邊緣上的值更強地加權。對于這樣的加權，存在多個已知的并且在實際中常見的窗口函數，例如Hamming窗口、高斯窗口等。

如果液壓系統的工作點不恒定，則由于工作點變化使計算的積分的值失真。然而該失真可以至少部分地糾正，其方式為假定工作點線性移動并且在計算積分時進行糾正。在最簡單的情況中，為此在積分時間段的開始和結束時確定、尤其是測量系統響應的值，并且由這兩個值確定單位時間的系統響應的線性變化。該線性變化于是從系統響應的所有在積分時間段中確定的值中減去并且然后才形成積分。然而在該情況中必須為此首先存儲所確定的值。積分于是可以如下計算：

$I(t_0+T)=\underset{t_0}{\overset{t_0+T}{\&Integral;}}(X\left(t\right)-\left(\frac{X(t_0+T)-X\left(t_0\right)}{T}\right)\&CenterDot;(t-t_0\left)\right)\&CenterDot;S\left(t\right)dt$

其中

其中，I(t₀+T)是從時刻t₀在積分時間段T上要計算的積分，X(t)是系統響應，S(t)是周期性函數，k_I是正整數并且ω是激勵信號f_A,n(t)、f_A,H(t)的頻率。

也可能在計算積分之后才實施該校正，以便可以放棄對測量的值的緩沖存儲。為此在這里參閱按照現有技術的積分變換的相應專業技術文件。

按照本發明，也提出一種用于控制和/或調節泵組的理論轉速的泵電子裝置，所述的泵電子裝置設置用于實施前述的方法。同樣地提出具有這樣的泵電子裝置的泵組。所述泵組例如可以是加熱泵、冷卻劑泵或飲用水泵。在這里通常必需的是，確定體積流量，以便可以實施高能效的泵調節。通過使用按照本發明的方法，可以放棄體積流量傳感器。這在結構上簡化泵殼并且使泵組的制造降價。優選所述泵組是電動運行的回轉泵，理想地以濕式馬達結構方式。這樣的泵組可以使用在加熱設備、冷卻設備或飲用水設備中。

附圖說明

以下借助示例和附圖進一步解釋本發明。圖中：

圖1示出包括在不同的轉速時的泵組的功率特性曲線的圖表；

圖2示出包括四個屬于不同的轉速的曲線的圖表，所述曲線為每個體積流量配置在激勵信號的周期的積分時間段上的功率和正弦函數的乘積的積分值；

圖3示出四個屬于不同的轉速的曲線的圖表，所述曲線為每個體積流量配置在激勵信號的周期的積分時間段上的功率和余弦函數的乘積的積分值；

圖4示出所述方法的流程圖；

圖5示出泵組在HQ圖表中的工作點；

圖6示出用于使用按照本發明的方法的系統；

圖7示出用于計算調制的理論轉速的模擬電路的方框電路圖；

圖8示出包括四個屬于不同的轉速的曲線的圖表，所述曲線為每個體積流量配置調制的實際轉速的振幅值；

圖9示出包括四個屬于不同的轉速的曲線的圖表，所述曲線為每個體積流量配置相對于激勵信號的調制的實際轉速的相位值。

具體實施方式

液壓工作點確定的以下所述的方法除了靜止的液壓特性曲線之外附加地利用關于系統的動態響應的信息，所述動態響應通過有針對性的激勵來分析。

圖6作為框圖示出可以使用按照本發明的方法的實施變型方案的系統的模型。在那里示出轉速可調節的回轉泵組1，其與管道系統5連接或結合到所述管道系統中。所述系統例如可以是加熱設備，泵組1相應地是加熱泵。管道系統5于是通過引導至加熱體或加熱回路的并且從其引回中央的熱源的導管形成。例如可以作為液體將水在管道5中循環，所述水通過泵組1驅動。泵組1包括形成泵組1的液壓部分的泵單元2、形成泵組1的電機部分的電動的驅動單元3以及控制或調節器件4。驅動單元3包括電磁部分3a和機械部分3b。調節器件4一方面包括軟件4a，另一方面包括硬件4b，所述硬件具有控制和/或調節電子裝置以及功率電子裝置、例如變頻器。

為調節電子裝置4預定理論轉速n₀。由驅動單元3的當前的電流消耗I和當前的轉速n_ist，所述調節電子裝置為此計算電壓U，所述電壓為功率電子裝置4b預定，借此所述功率電子裝置為驅動單元3提供相應的電功率P_el。驅動單元3的說明定子、轉子及其電磁耦合的電磁部分3a由電流產生機械轉矩M_ist。所述轉矩使轉子加速并且導致驅動單元3的相應的轉速n，這在驅動單元3的模型的機械部分3b中被包括。以轉速n_ist驅動泵組1的液壓部分2的在轉子軸上安裝的泵工作輪。泵組1由此產生揚程H，所述揚程在管道系統5中分別按照管道阻力產生較大或較小的體積流量Q。由液壓的功率和與此關聯的損耗可以定義液壓力矩M_hyd，該力矩作為制動力矩抑制馬達力矩M_ist。

按照本發明的方法的原理上的流程在圖4中示出。所述方法在泵組的按照規定的運行中實施，即當泵組1與管道系統5連接并且以理論轉速n₀運行時。從理論轉速n₀在步驟S1中的預定出發，所述理論轉速可以手動預定或可以由可調節的特性曲線調節(例如Δp-c、Δp-v)或工作點的動態適配引起，按照本發明的方法具有三個依次要實施的步驟，所述步驟可以連續重復：

-激勵系統，步驟S3；

-確定系統響應，步驟S4；

-由激勵和系統響應來確定尋求的液壓參量或工作點，步驟S5。

要確定的液壓參量示例性地是泵組的體積流量Q。由泵組1的體積流量Q和揚程H之間的普遍已知的物理數學的關系可以確定揚程H，從而確定泵組的液壓工作點[Q，H]。物理數學的關系通過泵特性曲線H_P(Q,n)

H_p(Q，n)＝an²-bQn-cQ² Gl.1

和管網拋物線H_R(Q)

H_R(Q)＝dQ² Gl.2

定義，其中，靜態的工作點處于泵特性曲線和管網拋物線的交點中，參看圖5。在那里適用

H_R(Q)＝H_p(Q，n) Gl.3

泵特性曲線H_P(Q)在制造商方面由泵組的測量已知。參數a、b、c是泵特性曲線的恒定的特征量。管網拋物線根據與泵組連接的管道系統的狀態，所述管道系統的液壓阻力以管網拋物線的斜率d表達。液壓阻力通過處于管道系統中的閥的開度盡可能確定，從而斜率d由閥位置得出。

系統的激勵如下進行，即，靜態的理論轉速n₀以激勵信號f_A,n(t)調制，從而由泵電子裝置4要調節的新的理論轉速n_soll由之前預定的理論轉速n₀和激勵信號f_A,n(t)的總和得出：

n_soll＝n₀+f_A，n(t) Gl.5

例如可以產生轉速正弦形的變化，但其中也可設想其他調制。激勵信號f_A,n(t)然后例如是如下形式的正弦信號

f_A，n(t)＝n₁sinωt Gl.6

其中幅值為n₁并且頻率為ω＝2πf。

幅值為理論轉速n₀的0.1％和25％之間并且可以在設備方面調節并且固定。

然而有利的是，不是轉速n、而是揚程H正弦形地激勵，從而適用

H(t)＝H₀+f_A，H(t)＝H₀+H₁·sin(ωt) Gl.7

其中幅值為H₁并且頻率為ω＝2πf。

亦即只要不應該達到確定的轉速波動f_A,n(t)而是達到確定的揚程波動f_A,H(t)，例如±15cm，但所述揚程波動根據泵組2的當前的運行點、即根據當前的轉速n＝n_ist和當前輸送的體積流量Q，則可以在激勵系統的步驟S3之前計算用于達到希望的揚程波動f_A,H(t)需要的轉速波動f_A,n(t)，即步驟S₂：

$n=n_0+f_{A,n}=\frac{bQ}{2a}+\sqrt{{\left(\frac{bQ}{2a}\right)}^2+n_0^2-\frac{{\mathrm{bQn}}_0}{a}+\frac{f_{A,H}}{a}}---GI.8$

因為體積流量Q通常在這里首先應該通過按照本發明的方法確定并且因此未知，Gl.8可以通過近似Q＝0簡化為Gl.9。

$n=n_0+f_{A,n}=\sqrt{n_0^2+\frac{f_{A,H}}{a}}---GI.9$

按照方程Gl.8或9的計算可以數字地在泵電子裝置4的微處理器中亦或通過模擬電路實施，如其示例性地在圖7中作為方框電路圖示出的。

如果按照本發明的方法總是再次重復，則步驟S2跟隨步驟S5。在步驟S5的工作點確定的范圍內確定的體積流量Q于是可以直接在方程8中使用。

但也可能，不考慮體積流量Q地確定激勵信號，在該情況中適用Gl.9；

激勵頻率f應該這樣確定，使得盡管存在轉子的慣性，揚程H盡可能良好地跟隨激勵函數f_A,H。在該實施例中，使用1Hz的頻率f。

對激勵反應跟隨的系統響應表現為泵組的不同的物理參量，并且也純數學地表現為在模型、即電氣模型4b、電磁模型3a、機械模型3b和液壓模型2中存在的參量。然而足夠的是，分析泵組的唯一的機械或電氣參量。在所述實施例中，作為對調制的系統響應X(t)，使用接收的電功率P_el(圖1、2、3)并且對此代替地使用機械的轉矩M_mot。接收的電功率P_el被測量或由測量的電流和測量的或計算的電壓確定。轉矩M_ist可以被測量或由形成轉矩的電流計算，所述電流在用于實施調節或用于觀察系統的調節電子裝置4中可使用在數學的電磁和機械模型中。

功率P_el和/或轉矩M_ist的確定可以通過在離散的時刻掃描或連續地掃描進行，從而系統響應X(t)作為測量值或計算的值的離散的或連續的序列存在。這被圖4的步驟4所包括。出于簡化，在這里只處理連續的序列的情況。

用于步驟S5中的工作點的計算首先確定體積流量Q。這通過如下方式進行，即，系統響應X(t)首先與周期性函數S(t)相乘，即形成系統響應X(t)和該周期性函數S(t)的乘積。周期性函數S(t)在本示例中是正弦函數S₁(t)＝S_sin(t)或余弦函數S₂(t)＝S_cos(t)，具有形式

S_sin(t)＝g₁·sin(k·ωt) Gl.10

或

S_cos(t)＝g₂·cos(k·ωt) Gl.11

其中，g₁、g₂是比例因數并且k是正整數。參數g₁、g₂和k可以彼此獨立地選擇。在所述示例中設置g₁＝g₂＝k＝1。這說明，函數S_sin(t)、S_cos(t)在最簡單的情況中可以具有如激勵信號f_A,n(t)、f_A,H(t)相同的周期性的基本結構、尤其是具有相同的頻率ω或f，以便達到按照本發明的結果。

系統響應X(t)和函數S_sin(t)、S_cos(t)的乘積隨后在時間段T上積分，所述時間段對應于激勵信號的周期持續時間或激勵信號的周期持續時間的多倍k_I。這可以不僅對于電氣參量X(t)＝P_el(t)而且對于機械參量X(t)＝M_mot(t)進行。關于乘積的積分的I(t₀)然后得出：

其中，

其中，

其中，t₀給出積分開始。通過形成積分I(t₀+T)，進行系統響應X(t)在所述激勵頻率ω或激勵頻率ω的多倍k_I的情況下在一個或多個周期2π/ω上的分析。

同時分析在如下時刻進行，在該時刻由泵組1在確定的轉速n₀時輸送確定的體積流量Q，這通過管道系統當前的狀態、即當前有效的管網拋物線決定。這表示，為每個計算的積分值I(t₀+T)配置在確定的轉速時的確定的體積流量值。

出于這個原因，泵組必須如也至今按照現有技術實施的在制造商方面在液壓試驗臺上測量，只要該關系不已知的話。然而按照本發明，不測量或不僅測量尋求的液壓參量Q、轉速n和電氣或機械參量P_el、M_ist之間的關系并且作為特性曲線簇作為一方面液壓參量Q和另一方面機械或電氣參量M_ist、P_el的關聯以表或公式的形式存儲在泵電子裝置4中。而確定實際轉速n_ist、體積流量Q和上述的積分I(t₀+T)之間的關系。為此在制造商方面在液壓試驗臺上在一定數量的、尤其是多個預定的理論轉速n₀時對于一定數量、尤其是多個測量的體積流量Q分別計算積分I(t₀+T)，所述積分由于系統以激勵信號f_A,n(t)、f_A,H(t)的激勵由系統響應X(t)和正弦或余弦函數S_sin(t)、S_cos(t)的乘積得出。于是可以將積分I(t₀+T)根據轉速n_ist關于體積流量Q表示，即作為I(Q,n)。

圖2對于轉速n₀＝1350rpm、2415rpm、2880rpm和3540rpm(從下向上)示出用于積分I(Q)的四個曲線，其中，在這里電功率P_el作為系統響應X(f)來研究并且與正弦函數S_sin(t)相乘。明顯的是，圖2中的仿真曲線相反于圖1中的功率曲線說明體積流量和積分之間的唯一的關系，因為所述曲線在整個體積流量范圍上單調升高。這能夠實現，在泵組1的按照規定的運行中對于計算的積分值I(t₀+T)由在試驗臺上確定的關系I(Q)確定當前輸送的體積流量Q。由所述體積流量然后也可以計算揚程H，例如借助方程Gl.1。

因此由積分的值在使用所述關系的情況下確定第一液壓參量的值、即體積流量Q。

為了由在試驗臺上確定的值I(t₀+T)、n₀、Q確定體積流量Q，將這些值相互關聯并且存儲在泵控制裝置4中。所述關聯以表的形式進行，所述表在使用的轉速n₀時為多個積分值I(t₀+T)分別配置尋求的液壓參量Q的值。然后在泵組1的運行中，對于計算的積分值I(t₀+T)僅必須從表中提取配置給所述值的體積流量值Q。只要存在處于在表中存在的兩個積分值I(t₀+T)之間的計算的積分值I(t₀+T)，則可以以已知的方式對在這兩個表格式的積分值I(Q)之間配置的體積流量值Q插值。

備選或附加于表格式的關聯，可以在制造商方面由在試驗臺上為每個使用的轉速n₀確定的值來確定單個函數或對于所有轉速確定全局的數學函數(例如多項式)，所述函數說明特性曲線或在全局的函數的情況中說明特性曲線簇，所有測量的值處于所述特性曲線/特性曲線簇上。在使用對于各一個轉速有效的多個函數的情況中，則僅必須確定當前有效的函數并且使用計算的積分值，以便獲得液壓參量的相應的值、即體積流量值。如果使用用于說明整個特性曲線簇的全局的函數，則可以將轉速和計算的積分值直接使用到所述方程中，以便獲得液壓參量的相應的值。

圖3為如在圖2中相同的轉速示出用于積分I(Q)的四個仿真曲線，其中也在這里將電功率P_el作為系統響應X(t)研究，然而將其與余弦函數S_cos(t)相乘。已示出，在圖3中的仿真曲線如在圖1中的功率曲線沒有說明體積流量Q和積分I(t₀+T)之間的唯一的關系，因為所述曲線在增加的體積流量Q時首先下降，然而然后再次升高。然而在圖3中的仿真曲線能夠識別如下特點，所述特點在于：計算的積分I(t₀+T)在所屬的功率特性曲線(參看圖1)具有其最大值的地方具有零值。在所述仿真中，余弦信號精確地在功率特性曲線的頂點中更換正負號，從而在這里該信號的正負號也可以用于標識運行點，即在功率特性曲線的頂點的右邊或左邊。

該識別能夠實現，在泵組1的按照規定的運行中借助閾值、在閾值0時因此借助計算的積分I(t₀+T)正負號可以決定，在功率特性曲線的非唯一的區域中(參看圖1)配置給確定的功率消耗的兩個體積流量值Q1、Q2中的哪個是正確的。這樣可以在積分I(t₀+T)的正負號為負時使用較小的體積流量值Q1并且在正的正負號時使用較大的體積流量值Q2。

只要應該使用按照本發明的方法的該變型，則在制造商方面在液壓試驗臺上對于不同的轉速確定體積流量和配置給其的積分值是多余的。而足夠的是，如在現有技術中測量功率特性曲線簇并且確定閾值并且將其作為表或至少一個功率特性曲線方程存儲在泵電子裝置4中。所述表或至少一個函數于是對于確定的轉速為液壓參量的值分別配置機械或電氣參量的值。

在泵組的按照規定的運行中，于是可以由系統響應X(t)和余弦函數S_cos(t)的積分I(t₀+T)的正負號決定，應分析所述表的哪部分或所述方程的哪些數值范圍。這樣對于I(t₀+T)<0考慮功率特性曲線的關于功率P_el的最大值的左邊部分。對應地，對于I(t₀+T)>0考慮功率特性曲線的關于功率P_el的最大值右邊的部分。

用于進一步改善所述方法，可以在積分I(t₀+T)的計算期間在相同的積分時間段T上計算系統響應X(t)和函數S(t)的乘積的至少另一個積分I(t₁+T)，其中，所述另一個積分的積分開始t₁在時間上與第一積分I(t₀+T)的積分開始t₀錯開了位移t₁－t₀。積分I(t₀+T)、I(t₁+T)的所計算的值然后平均成一個值。

在有限的積分時間段上的積分的計算表示，從系統響應X(t)中分別剪取一系列值，所述值然后構成系統響應的“窗口”。在所述另一個積分相對于第一積分的積分開始存在時間上的錯位的情況中，相應剪取的窗口重疊。

類似于圖2和3，圖8和9對于四個不同的轉速示出作為第一液壓參量的體積流量Q與作為機械參量的實際轉速的關聯的圖形示圖，其中在圖8中，實際轉速的幅值|n₁|以每分鐘的回轉并且在圖9中相位以角度給出。所述關聯分別通過四個曲線給出，所述曲線從上向下看配置給未激勵的轉速n₀＝1500rpm、n₀＝2000rpm、n₀＝2500rpm和n₀＝3000rpm。最上面的曲線相應屬于轉速1500rpm，最下面的屬于轉速3000rpm。

在圖8和9的情況中激勵理論轉速n_soll，其方式為周期性的信號調制到靜態的理論轉速上。實際轉速n_ist然后在忽略干擾的情況下由平均的轉速n₀和周期性的分量n₁(t)的總和得出。相位在圖9中參考激勵信號并且因此類似構成相位移。在圖8和9中示出的值在設備方面測量并且作為表或數學函數存儲在泵組的控制器件中。

在這里明顯的是，幅值|n₁|和相位對于每個轉速關于體積流量是唯一的。這樣于是可以對于泵控制器件已知確定的運行轉速在確定激勵的實際轉速的幅值|n₁|或相位之后來確定體積流量Q，所述體積流量在存在的平均的運行轉速n₀時配置給確定的幅值|n₁|或相位這樣例如在2500rpm的運行轉速和120rpm的幅值時存在6m³/h的體積流量。

在這里介紹的方法能夠實現，以簡單的方式在泵組的運行期間并且在不使用相應的傳感器的情況下確定液壓參量、例如體積流量。

在此調制第二液壓參量、例如揚程，尤其是將其激勵至振蕩，這例如可以通過調制理論轉速或馬達轉矩作為泵組的調整參量進行。

系統響應、例如實際轉速、由泵組輸出的轉矩或電功率的確定和其通過系統響應的交變分量的幅值或相位的確定或通過與如激勵和獲得的乘積的積分相同的頻率的函數相乘的分析獲得如下值，所述值具有與尋求的液壓參量數學上唯一的關系。通過分析在泵組的泵電子裝置中存儲的該關系，于是可以確定所尋求的液壓參量的值。