抵消波動注入方法和裝置以及泵的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抵消波動注入方法，其用于向基于變頻器的泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，該控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動泵，該抵消波動信號使得泵輸出中的壓力波動至少部分地被抵消，該抵消波動注入方法包括：向控制系統(tǒng)注入任意波形的抵消波動信號，該抵消波動信號由下式表示：f(θ)＝∑mAmcos(mθ+θm)，其中，θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為要抵消波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Am和θm為針對m次信號諧波的參數(shù)。還公開了一種包含上述抵消波動注入裝置的泵的控制系統(tǒng)，以及包括該控制系統(tǒng)的泵系統(tǒng)。
【專利說明】抵消波動注入方法和裝置以及泵的控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及泵，具體涉及一種抵消波動注入方法和裝置，以及泵的控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]由液壓泵產(chǎn)生的流速波動或壓力波動(脈動)是液壓系統(tǒng)中的系統(tǒng)振動和噪聲的來源。壓力波動也是對運(yùn)動控制的擾動，其影響到運(yùn)動的精度和可重復(fù)性。
[0003]圖1示意性地示出了幾種不同類型的液壓泵的結(jié)構(gòu)及流速波動模式。如圖所示，對于外齒輪泵、軸向柱塞泵和葉輪泵來說，盡管所要求的流速是恒定的，但實(shí)際流速卻是隨著泵的轉(zhuǎn)動而波動的。這是由于泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成的。
[0004]噪聲影響到人類的聽覺健康；振動降低了整個系統(tǒng)的可靠性；且降低的精度直接影響到液壓機(jī)械生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量。從各方面來看，壓力波動減少了向客戶提供的價值。因此，減少壓力波動已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界試圖解決的核心問題之一。
[0005]目前用于減少流速和壓力波動的大多數(shù)方法基于新穎的機(jī)械設(shè)計(jì)或者額外的諸如消聲器或蓄能器等波動補(bǔ)償器。這些方法通常不得不在成本、能量效率和系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)之間進(jìn)行權(quán)衡。例如，修改閥板設(shè)計(jì)的方法降低了能量效率；增加預(yù)壓縮室增加了制造和部件成本，且降低了效率；在泵出口處增加蓄能器或消聲器增加了部件成本和空間，降低了泵的動態(tài)性能。
[0006]可見，本領(lǐng)域中需要一種能夠更有效和低成本地降低泵的噪聲和振動的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在本發(fā)明的一個方面，提供了一種抵消波動注入方法，其用于向泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，該控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動泵，該抵消波動信號使得泵輸出中的壓力波動至少部分地被抵消，該抵消波動注入方法包括:向控制系統(tǒng)注入任意波形的抵消波動信號，該抵消波動信號由下式表示:
[0008]f ( θ ) = Σ mAmcos (m θ + Θ m)，
[0009]其中，θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為抵消波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Α?^Ρ 0m為針對m次信號諧波的參數(shù)。
[0010]在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種抵消波動注入裝置，其用于向泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，該控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動泵，該抵消波動信號使得泵輸出中的壓力波動至少部分地被抵消，該抵消波動注入裝置包括:注入模塊，被配置為向控制系統(tǒng)注入任意波形的抵消波動信號，該抵消波動信號由下式表示:
[0011 ] f ( θ ) = Σ mAmcos (m θ + Θ m)，
[0012]其中，θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為抵消波動信號中的信號諧波的次數(shù)，AjP 0m為針對m次信號諧波的參數(shù)。
[0013]在本發(fā)明的又一個方面，提供了一種泵的控制系統(tǒng)，包括:上述抵消波動注入裝置。
[0014]在本發(fā)明的再一個方面，提供了一種泵系統(tǒng)，包括:電機(jī)驅(qū)動器；電機(jī)；以及泵，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器包括上述控制系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):有效地降低泵系統(tǒng)的噪聲和振動，增加了系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性、可重復(fù)性和工作壽命，提升了客戶價值；是一種低成本的解決方案；不會損害系統(tǒng)的動態(tài)性能；不需要附加的部件和額外的空間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1示意性地示出了不同類型的液壓泵的結(jié)構(gòu)及流速波動模式；
[0017]圖2示意性地示出了本發(fā)明的通過向液壓泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號而使液壓泵輸出的流速和壓力波動被抵消的基本思想；
[0018]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液壓泵系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的控制系統(tǒng)的示意圖；
[0020]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的控制系統(tǒng)的示意圖；
[0021]圖6示出了在測試演示液壓泵系統(tǒng)中來自壓力傳感器的測量數(shù)據(jù)的圖示；以及
[0022]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的抵消波動注入裝置的示意性結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在下面的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便使所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員更全面地了解和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。但是，對所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員明顯的是，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)可不具有這些具體細(xì)節(jié)中的一些。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于所介紹的特定實(shí)施例。相反，可以考慮用下面所述的特征和要素的任意組合來實(shí)施本發(fā)明，而無論它們是否涉及不同的實(shí)施例。因此，下面的方面、特征、實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)僅作說明之用，而不應(yīng)看作是權(quán)利要求的要素或限定，除非在權(quán)利要求中明確提出。
[0024]考慮到目前越來越多的液壓泵使用變頻器來驅(qū)動，以實(shí)現(xiàn)靈活的速度或轉(zhuǎn)矩控制，本發(fā)明提出了一種通過應(yīng)用于變頻器的控制方案來減輕液壓泵的噪聲和振動的解決方案，其不需要額外的硬件成本。圖2示意性地示出了本發(fā)明的通過在控制系統(tǒng)中基本思想。如圖所示，液壓泵系統(tǒng)接收恒定轉(zhuǎn)速信號，但產(chǎn)生了帶有波動的液體流速。本發(fā)明的解決方案通過向液壓泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，使液壓泵輸出的流速和壓力中的波動被顯著抵消。
[0025]現(xiàn)參照圖3，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液壓泵系統(tǒng)300的示意圖。如圖所示，該液壓泵300系統(tǒng)包括:電機(jī)驅(qū)動器310，電機(jī)320，以及液壓泵330，其中電機(jī)驅(qū)動器310控制電機(jī)320的運(yùn)轉(zhuǎn)，而電機(jī)320驅(qū)動液壓泵330。
[0026]所述液壓泵330為應(yīng)用任何場合的任何一種適當(dāng)?shù)囊簤罕茫缰?、齒輪泵、葉輪泵等。所述電機(jī)320為適合于由變頻器驅(qū)動的任何一種適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)，如永磁同步電機(jī)、三相交流異步電機(jī)等。所述電機(jī)驅(qū)動器310也可稱為電機(jī)控制器，且在本發(fā)明的實(shí)施例中，為變頻器，例如伺服驅(qū)動器等。如圖所示且如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的，變頻器包括數(shù)字信號處理(DSP)控制器311和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)驅(qū)動電路312。DSP控制器根據(jù)用戶輸入的轉(zhuǎn)速、壓力等指令產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號，所述PWM信號控制IGBT驅(qū)動電路中各晶體管的通斷，從而以適當(dāng)?shù)碾娏骱?或電壓驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)位于DSP控制器311中，且由DSP控制器中的軟件代碼來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，也可以考慮所述軟件代碼已被固化在DSP控制器硬件中，這樣該控制系統(tǒng)將由硬件來實(shí)現(xiàn)。
[0028]現(xiàn)參照圖4，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的控制系統(tǒng)400的示意圖。如圖所示，該控制系統(tǒng)400包括壓力控制器401、速度控制器402、電流控制器403、以及抵消波動注入裝置404。
[0029]壓力控制器401接收第四控制信號(例如，來自于用戶設(shè)定的液壓泵出口處的目標(biāo)壓力值)以及來自液壓泵出口處的壓力傳感器的壓力反饋信號這兩者的組合作為輸入，并輸出第三控制信號。所述壓力控制器401可以為任何一種適當(dāng)?shù)默F(xiàn)有的(或新開發(fā)的)壓力控制器，例如PID (比例積分微分)控制器等。
[0030]速度控制器402接收壓力控制器401所輸出的第三控制信號以及來自電機(jī)輸出端的速度傳感器的速度反饋信號這兩者的組合作為輸入，并輸出第二控制信號。所述速度控制器402可以為任何一種適當(dāng)?shù)默F(xiàn)有的(或新開發(fā)的)速度控制器，例如PI (比例積分)控制器等。
[0031]電流控制器403接收速度控制器402輸出的第二控制信號、來自電機(jī)輸入端的電流傳感器的電流反饋信號、以及來自抵消波動注入裝置404的電流抵消波動信號這三者的組合作為輸入，并輸出第一控制信號。所述第一控制信號通過PWM驅(qū)動電路(即IGBT驅(qū)動電路)驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)。所述電流控制器402可以為任何一種適當(dāng)?shù)默F(xiàn)有的(或新開發(fā)的)電流控制器，例如PI控制器等。由于電機(jī)輸入端的電流正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，因此對電流的控制相當(dāng)于對轉(zhuǎn)矩的控制，且電流控制器也可稱為轉(zhuǎn)矩控制器。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，所述抵消波動注入裝置404根據(jù)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角信號Θ、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號ω以及液壓泵的出口壓力信號ρ產(chǎn)生電流抵消波動抵消信號，并將該電流抵消波動信號注入到控制系統(tǒng)的電流回路中，即與電流控制器403輸入端的第二控制信號、電流反饋信號組合后提供給電流控制器403。所述電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角信號Θ可以來自于安裝在電機(jī)上的角度傳感器或速度傳感器，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速信號ω可以來自于安裝在電機(jī)上的速度傳感器，或者是通過計(jì)算轉(zhuǎn)角信號Θ的時間變化率而得到，所述液壓泵的出口壓力信號Ρ可以來自于安裝在液壓泵輸出端的壓力傳感器。
[0033]現(xiàn)參照圖5，其示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的控制系統(tǒng)500的示意圖。如圖5所示，該控制系統(tǒng)包括壓力控制器401、速度控制器402、電流控制器403、抵消波動注入裝置504。該控制系統(tǒng)與圖4所示的控制系統(tǒng)的區(qū)別在于抵消波動注入裝置504將速度抵消波動信號注入到速度回路中，而不是注入到電流回路中。
[0034]壓力控制器401與圖4所示實(shí)施例中的壓力控制器401相同，故不再詳細(xì)描述。
[0035]速度控制器402接收壓力控制器401所輸出的第三控制信號、來自電機(jī)輸出端的速度傳感器的速度反饋信號、以及來自抵消波動注入裝置504的速度抵消波動信號這三者的組合作為輸入，并輸出第二控制信號。
[0036]電流控制器403接收速度控制器402輸出的第二控制信號、來自電機(jī)輸入端的電流傳感器的電流反饋信號這二者的組合作為輸入，并輸出第一控制信號。所述第一控制信號通過PWM驅(qū)動電路驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，所述抵消波動注入裝置504根據(jù)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角信號Θ、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號ω以及液壓泵的出口壓力信號ρ產(chǎn)生速度波動抵消信號，并將該速度波動抵消信號注入到控制系統(tǒng)的速度回路中，即與電流控制器403輸入端的第二控制信號、電流反饋信號組合后提供給電流控制器403。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該控制系統(tǒng)的核心模塊為抵消波動注入裝置404、504，該裝置之外的所有其他模塊可以是在工業(yè)機(jī)器及其他相關(guān)應(yīng)用中廣泛使用的“壓力閉環(huán)控制”的常規(guī)實(shí)現(xiàn)，也可以是“流量閉環(huán)控制”或“轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制”的常規(guī)實(shí)現(xiàn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的，圖4和5中所示和以上描述的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)僅為示例，而不是對本發(fā)明的限制。例如，壓力控制器401與速度控制器402之間的位置關(guān)系可以與圖示和描述的相反，該控制系統(tǒng)可以不包含所述壓力控制器401和速度控制器402中的任一個或兩個，該控制系統(tǒng)還可以包括其他的控制器、其他組件或控制回路，等等。
[0039]本發(fā)明的上述兩個實(shí)施例(即將速度抵消波動信號注入速度回路中，或者將電流抵消波動信號注入電流回路中)的選擇可取決于液壓泵出口壓力(或流量)波動在時間域中的頻率。一般而言，電流控制回路的帶寬(可高達(dá)ΙΚΗζ)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于速度控制回路的帶寬(約100Hz)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對于具有9個柱塞的柱塞泵來說，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于300rpm時，可采用速度抵消波動信號注入方法。當(dāng)轉(zhuǎn)速小于3000rpm時，可采用電流抵消波動信號注入方法。
[0040]如上所述，抵消波動注入裝置404、504的功能是獲得來自壓力傳感器的壓力信號和角度傳感器的角度信號，并由此計(jì)算抵消波動信號，以修改電流或速度控制信號。由于液壓泵輸出的流量和壓力中的波動生成取決于液壓泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述抵消波動注入裝置404、504產(chǎn)生的抵消波動信號為電機(jī)軸轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，而不是時間的周期函數(shù)。
[0041]無論對于電流抵消波動信號注入還是對于速度抵消波動信號注入來說，需要確定要注入的抵消波動信號的如下三個要素:抵消波動信號的波形；抵消波動信號波形的幅度；抵消波動信號波形的時間偏移。在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用正弦信號作為抵消波動信號分量的波形。這是基于任何周期性信號都可被分解為一組正弦諧波信號的原理。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以使用諸如方波、三角波等其他周期性信號作為抵消波動信號分量的波形，且以下描述的自動參數(shù)調(diào)整方法也適用于其他周期性信號。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，待注入的抵消波動信號分量可以下式表示:
[0043]f ( Θ ) = Amcos (m θ + Θ m)
[0044]其中，θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為該抵消波動分量的諧波次數(shù)，Α?^Ρ Θ m為待確定的參數(shù)。
[0045]圖6示出了在一測試演示液壓泵系統(tǒng)中來自壓力傳感器的測量數(shù)據(jù)的圖示。上半部分的圖是具有本發(fā)明的抵消波動信號注入的壓力信號與不具有本發(fā)明的抵消波動信號注入的壓力信號的比較。從圖中可見，本發(fā)明的波動抵消信號注入可減少高達(dá)60%的壓力波動。下半部分的圖是對波動信號的頻譜分析。從該圖可見，壓力波動中的二次諧波已被本發(fā)明的波動抵消信號注入完全消除。
[0046]下面描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的抵消波動注入方法，其用于向液壓泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，該控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動泵，該抵消波動信號使得泵輸出中的壓力波動至少部分地被抵消，該抵消波動注入方法包括:向控制系統(tǒng)注入任意波形的抵消波動信號，該抵消波動信號可由下式表示:
[0047]f ( θ ) = Σ mAmcos (m θ + Θ m),
[0048]其中，θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為要抵消波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Α?^Ρ θπ*針對m次信號諧波的參數(shù)。也就是說，在本發(fā)明的該實(shí)施例中，待注入的抵消波動信號包含一個或多個諧波分量。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述抵消波動信號的參數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)傳感器的輸出信號自動設(shè)定的，而不需要人工調(diào)節(jié)。所述系統(tǒng)傳感器可以包括以下各項(xiàng)中的任何一個或多個:壓力傳感器、角度傳感器、速度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述Α?^Ρ θπ，所述壓力波動信號可以來自于壓力傳感器。也就是說，可以對所檢測的液壓泵輸出的壓力波動信號進(jìn)行頻譜分析，提取其各諧波分量，并獲得各諧波分量的幅度和相位，然后構(gòu)造具有相同幅度和相位的各抵消波動信號分量，并由各抵消波動信號分量構(gòu)成該抵消波動信號，其中各抵消波動信號分量用于消除壓力波動信號中的相應(yīng)諧波分量。
[0051]可使用多種方法對壓力波動信號進(jìn)行頻譜分析來獲得各諧波分量的幅度和相位。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，使用快速付立葉變換(FFT)來對壓力波動信號進(jìn)行頻譜分析。
[0052]在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，使用數(shù)字鎖相環(huán)對壓力波動信號進(jìn)行頻譜分析來獲得諧波分量的幅度和相位。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述數(shù)字鎖相環(huán)基于以下公式:
Γ2π1
[0054]I f(0)cos(m0)d0 = -Amcos(0m),
Jo^
廠2π1
[0055]I f(0)sin(m0)d0 = --Amsin(0ni);
Jo2
[0056]在該公式中，Θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，f(0)為作為Θ的函數(shù)的壓力波動信號，m為壓力波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Am為m次信號諧波的幅度，Θ m為m次信號諧波的相位。
[0057]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知的，該公式是可以從壓力波動信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式f ( Θ )=Σ Acos (m θ + Θ ffl)中得出的，且數(shù)字鎖相環(huán)可通過數(shù)值積分來求解該公式。
[0058]本發(fā)明的方法基于如下兩個假設(shè):1)控制系統(tǒng)近似于線性時不變系統(tǒng)；2)電機(jī)在所關(guān)注的操作點(diǎn)以相對恒定的速度旋轉(zhuǎn)。對于假設(shè)1)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示電機(jī)和泵的聯(lián)合控制系統(tǒng)可由線性時不變系統(tǒng)很好地建模。對于假設(shè)2)，“相對恒定”是指相對速度變化小于約10 - 20%?，F(xiàn)場測試和分析表示這兩個假設(shè)通常是成立的。
[0059]為了更好地抵消壓力波動信號中的各信號諧波，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提出了一種包括如下三個步驟的嘗試一學(xué)習(xí)方法來獲得所述參數(shù)Am和Θ m:
[0060]在步驟1，對壓力波動信號中的m次信號諧波進(jìn)行頻譜分析以獲得其幅度Bm和相位ΦΠ。該步驟可以通過FFT或數(shù)字鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)。
[0061]在步驟2，基于(Bm.Φω)以及控制系統(tǒng)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)到壓力節(jié)點(diǎn)的增益Gm，向控制系統(tǒng)注入以Βπ??；π(308(πιθ+φπ)表示的抵消波動信號。對于電流抵消波動信號注入來說，所述相應(yīng)節(jié)點(diǎn)為電流節(jié)點(diǎn)；而對于速度抵消波動信號注入來說，所述相應(yīng)節(jié)點(diǎn)為速度節(jié)點(diǎn)。
[0062]在步驟3，使用頻譜分析計(jì)算壓力波動信號中的m次信號諧波，以獲得其更新的幅度(；和相位Ψπ。該步驟也可通過FFT或數(shù)字鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)。
[0063]通過下式計(jì)算要注入的抵消波動信號針對m次信號諧波的參數(shù)Am和Θ m:

Vi
[0064]Anieiem =---Χχ

Yl ~ ?2
[0065]其中，
[。。66] Fi 二 Bmej(K y2 二 Cme.' x】=卜沖'
[0067]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述步驟1 一 4是針對壓力波動信號中的各次信號諧波同時執(zhí)行的，即同時確定各次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)Α?^Ρ Θ m，其所需時間與確定單次諧波的參數(shù)相同，且主要取決于頻譜分析，例如FFT或數(shù)字鎖相環(huán)。
[0068]對于高增益控制的情況，Gm較小，因此可能是敏感的。在這種情況下，可以使用以下公式計(jì)算Xi，來代替上述Xi計(jì)算公式:
[0069]xt =m e沖m，
Gi?+e
[0070]其中，e為任意小的數(shù)值。
[0071]以上描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的抵消波動注入方法。該抵消波動注入方法可由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的抵消波動注入裝置404、504執(zhí)行。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知的，該方法可以通過對驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動器中的DSP控制器進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)，所述編程可以體現(xiàn)為存儲在DSP控制器中的程序代碼，或者可以固化在DSP控制器的硬件中。此外，應(yīng)指出的是，以上描述僅為示例，而不是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述方法可具有更多、更少或不同的步驟，且各步驟之間的順序、包含和功能關(guān)系可以與所描述的不同。
[0072]現(xiàn)參照圖7，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的抵消波動注入裝置404、504的結(jié)構(gòu)框圖，該裝置用于向液壓泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，該控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動泵，該抵消波動信號使得泵輸出中的壓力波動至少部分地被抵消，該抵消波動注入裝置包括:注入模塊710，被配置為向控制系統(tǒng)注入任意波形的抵消波動信號，該抵消波動信號由下式表示:
[0073]f ( θ ) = Σ mAmcos (m θ + Θ m)，
[0074]其中，θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為抵消波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Α?^Ρ Θ m為針對m次信號諧波的參數(shù)。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述抵消波動信號的參數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)傳感器的輸出信號自動設(shè)定的，而不需要人工調(diào)節(jié)。
[0076]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述系統(tǒng)傳感器包括以下各項(xiàng)中的任何一個或多個:壓力傳感器、角度傳感器、速度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該抵消波動注入裝置404、504還包括:參數(shù)確定模塊720，被配置為通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述Am和Θ m。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述參數(shù)確定模塊720包括:頻譜分析子模塊721，以及參數(shù)計(jì)算子模塊722，其中，
[0079]所述頻譜分析子模塊721被配置為對壓力波動信號中的m次信號諧波進(jìn)行頻譜分析以獲得其幅度Bm和相位；
[0080]所述注入子模塊722還被配置為基于(Βπ.Φω)以及控制系統(tǒng)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)到壓力節(jié)點(diǎn)的增益Gm，向控制系統(tǒng)注入以ΒπΑ^08(πιθ+φπ)表示的抵消波動信號；
[0081 ] 所述頻譜分析子模塊710還被配置為使用頻譜分析計(jì)算壓力波動信號中的m次信號諧波，以獲得其更新的幅度Cm和相位Vm ；
[0082]所述參數(shù)計(jì)算子模塊722被配置為通過下式計(jì)算要注入的抵消波動信號針對m次信號諧波的參數(shù)Α?^Ρ θπ:
[0083]Ainej0m =-^~xt

y1-y-1
[0084]其中，
[。。85] yi = Bme沖' y2 = Cme丨l|' Xl = G^e^m°
[0086]根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，所述參數(shù)計(jì)算子模塊723被配置為通過下式計(jì)算要注入的抵消波動信號針對m次信號諧波的參數(shù)

yi
[0087]Αηιθ?θηι = -Χι
y1-yz
[0088]其中，
_ yt = Bme沖m, y2 = Cme沖' Xl — G|+i e‘，
[0090]其中e為任意小的數(shù)。
[0091]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述參數(shù)確定模塊720進(jìn)一步被配置為針對壓力波動信號中的一組不同m次信號諧波同時執(zhí)行通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述和θ^。
[0092]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述頻譜分析子模塊721通過快速付立葉變換進(jìn)行頻譜分析。
[0093]根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，所述頻譜分析子模塊721通過數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行頻譜分析。
[0094]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述數(shù)字鎖相環(huán)基于以下公式:
/*2τι復(fù)
[0095]I f(0)cos(m0)d0 = ~Amcos(0m)?
廠 2ττ1
[0096]I f(0)sin(m0)d0 二一7Amsin(0m),
Jo2
[0097]在該公式中，Θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，f(0)為作為Θ的函數(shù)的壓力波動信號，m為壓力波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Am為m次信號諧波的幅度，Θ m為m次信號諧波的相位。
[0098]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述注入模塊710進(jìn)一步被配置為將抵消波動信號注入到控制系統(tǒng)中的速度環(huán)路中。
[0099]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述注入模塊710進(jìn)一步被配置為將抵消波動信號注入到控制系統(tǒng)中的電流環(huán)路中。
[0100]如從以上描述可知的，在本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于變頻器的液壓泵的控制系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上述抵消波動注入裝置。
[0101]并且，在本發(fā)明的又一方面，還提供了一種液壓泵系統(tǒng)，其包括:電機(jī)驅(qū)動器；電機(jī)；以及泵，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器包括上述控制系統(tǒng)。
[0102]以上描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的抵消波動注入裝置、基于變頻器的液壓泵的控制系統(tǒng)以及液壓泵系統(tǒng)。應(yīng)指出的是，以上描述僅為示例，而不是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述裝置和系統(tǒng)可具有更多、更少或不同的模塊，且各模塊之間的連接、包含和功能關(guān)系可以與所描述的不同。例如，通常由一個模塊執(zhí)行的功能也可以由另一個模塊執(zhí)行，不同模塊可以任意組合或拆分，等等。
[0103]雖然以上描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但本發(fā)明并不局限于此。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以做出各種改變和修改，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，可以設(shè)想本發(fā)明的技術(shù)方案也適用液壓泵之外的其他流體泵。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種抵消波動注入方法，其用于向泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，該控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動泵，該抵消波動信號使得泵輸出中的壓力波動至少部分地被抵消，該抵消波動注入方法包括: 向控制系統(tǒng)注入任意波形的抵消波動信號，該抵消波動信號由下式表示: f ( θ ) = Σ mAmcos (m θ + Θ J， 其中，Θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為抵消波動信號中的信號諧波的次數(shù)，An^P θπ為針對m次信號諧波的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的抵消波動注入方法，其中，所述抵消波動信號的參數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)傳感器的輸出信號自動設(shè)定的，而不需要人工調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的抵消波動注入方法，其中，所述系統(tǒng)傳感器包括以下各項(xiàng)中的任何一個或多個:壓力傳感器、角度傳感器、速度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的抵消波動注入方法，還包括: 通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述Am和Θ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的抵消波動注入方法，其中，所述通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述An^P Θ m包括: 對壓力波動信號中的m次信號諧波進(jìn)行頻譜分析以獲得其幅度Bm和相位Φπ ； 基于(Bm.Φω)以及控制系統(tǒng)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)到壓力節(jié)點(diǎn)的增益Gm，向控制系統(tǒng)注入以Bm/GmCos (m θ +φω)表不的抵消波動信號； 使用頻譜分析計(jì)算壓力波動信號中的m次信號諧波，以獲得其更新的幅度Cm和相位Vm ； 通過下式計(jì)算要注入的抵消波動信號針對m次信號諧波的參數(shù)An^P Θ m: Ame,0m = ~~X1
Y1-Yi 其中， yi = Bmeitjimi y2 =Xl =
6.根據(jù)權(quán)利要求4的抵消波動注入方法，其中，所述通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述An^P Θ m包括: 對壓力波動信號中的m次信號諧波進(jìn)行頻譜分析以獲得其幅度Bm和相位Φπ ； 基于(Bm.Φω)以及控制系統(tǒng)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)到壓力節(jié)點(diǎn)的增益Gm，向控制系統(tǒng)注入以Bm/GmCos (m θ +φω)表不的抵消波動信號； 使用頻譜分析計(jì)算壓力波動信號中的m次信號諧波，以獲得其更新的幅度Cm和相位Vm ； 通過下式計(jì)算要注入的抵消波動信號針對m次信號諧波的參數(shù)An^P Θ m: Amej0m = ~~X1
Y1-y2 其中，

GmBm ScK Fi =y2 = Cmejl|,m, Xl G^1+G 6 ’ 其中e為任意小的數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的抵消波動注入方法，其中，所述通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述A1^P θπ是針對壓力波動信號中的一組不同m次信號諧波同時執(zhí)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6的抵消波動注入方法，其中，所述頻譜分析是通過快速付立葉變換實(shí)現(xiàn)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6的抵消波動注入方法，其中，所述頻譜分析是通過數(shù)字鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的抵消波動注入方法，其中，所述數(shù)字鎖相環(huán)基于以下公式:Γ2πI
f(0)cos(m0)d0 = -A111Cos(Bm),Jgl f 2trI I f(0)sin(m0)d0 = --Amsin(0m)Jo2 在該公式中，Θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，f(0)為作為Θ的函數(shù)的壓力波動信號，m為壓力波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Am為m次信號諧波的幅度，Θ m為m次信號諧波的相位。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的抵消波動注入方法，其中，所述抵消波動信號被注入到控制系統(tǒng)中的速度環(huán)路中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的抵消波動注入方法，其中，所述抵消波動信號被注入到控制系統(tǒng)中的電流環(huán)路中。
13.一種抵消波動注入裝置，其用于向泵的控制系統(tǒng)注入抵消波動信號，該控制系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動泵，該抵消波動信號使得泵輸出中的壓力波動至少部分地被抵消，該抵消波動注入裝置包括: 注入模塊，被配置為向控制系統(tǒng)注入任意波形的抵消波動信號，該抵消波動信號由下式表不:
f ( θ ) = SmAmCos (m Θ + Θ m), 其中，Θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，m為抵消波動信號中的信號諧波的次數(shù)，An^P θπ為針對m次信號諧波的參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的抵消波動注入裝置，其中，所述抵消波動信號的參數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)傳感器的輸出信號自動設(shè)定的，而不需要人工調(diào)節(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的抵消波動注入裝置，其中，所述系統(tǒng)傳感器包括以下各項(xiàng)中的任何一個或多個:壓力傳感器、角度傳感器、速度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的抵消波動注入裝置，還包括: 參數(shù)確定模塊，被配置為通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述 AjP θπ。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的抵消波動注入裝置，其中，所述參數(shù)確定模塊包括:頻譜分析子模塊，以及參數(shù)計(jì)算子模塊，其中， 所述頻譜分析子模塊被配置為對壓力波動信號中的m次信號諧波進(jìn)行頻譜分析以獲得其幅度Bm和相位Φπ; 所述注入模塊還被配置為基于(Bm.Φω)以及控制系統(tǒng)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)到壓力節(jié)點(diǎn)的增益Gm,向控制系統(tǒng)注入以Bm/Gmcos(m θ +φω)表不的抵消波動信號； 所述頻譜分析子模塊還被配置為使用頻譜分析計(jì)算壓力波動信號中的m次信號諧波，以獲得其更新的幅度Cm和相位Vm ； 所述參數(shù)計(jì)算子模塊被配置為通過下式計(jì)算要注入的抵消波動信號針對m次信號諧波的參數(shù)Ani和Qn1: AmeJ?m = ~~X1
y1-y2 其中， Fi = Bme沖' y2 二 Cme.' xi =
18.根據(jù)權(quán)利要求16的抵消波動注入裝置，其中，所述參數(shù)確定模塊包括:頻譜分析子模塊，以及參數(shù)計(jì)算子模塊，其中， 所述頻譜分析子模塊被配置為對壓力波動信號中的m次信號諧波進(jìn)行頻譜分析以獲得其幅度Bm和相位Φπ; 所述注入模塊還被配置為基于(Bm.Φω)以及控制系統(tǒng)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)到壓力節(jié)點(diǎn)的增益Gm,向控制系統(tǒng)注入以Bm/Gmcos(m θ +φω)表不的抵消波動信號； 所述頻譜分析子模塊還被配置為使用頻譜分析計(jì)算壓力波動信號中的m次信號諧波，以獲得其更新的幅度Cm和相位Vm ； 所述參數(shù)計(jì)算子模塊被配置為通過下式計(jì)算要注入的抵消波動信號針對m次信號諧波的參數(shù)Ani和Qn1: AmeJ0m = ~~X1
y1-y2 其中，
=GmBm Yi = Bme 沖' y2 = Cme 沖' G^+g 其中e為任意小的數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18的抵消波動注入裝置，其中，所述參數(shù)確定模塊進(jìn)一步被配置為針對壓力波動信號中的一組不同m次信號諧波同時執(zhí)行通過提取壓力波動信號中的m次信號諧波的相應(yīng)參數(shù)確定所述An^P θπ。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或18的抵消波動注入裝置，其中，所述頻譜分析子模塊通過快速付立葉變換進(jìn)行頻譜分析。
21.根據(jù)權(quán)利要求17或18的抵消波動注入裝置，其中，所述頻譜分析子模塊通過數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行頻譜分析。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的抵消波動注入裝置，其中，所述數(shù)字鎖相環(huán)基于以下公式:r2nI I f(0)cos(m0)d0 = -Amcos(0m),JqL?ΖπI I f(0)sin(m0)d0 = --AmSin(Gm),Jo2 在該公式中，Θ為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，f(0)為作為Θ的函數(shù)的壓力波動信號，m為壓力波動信號中的信號諧波的次數(shù)，Am為m次信號諧波的幅度，Θ m為m次信號諧波的相位。
23.根據(jù)權(quán)利要求13的抵消波動注入裝置，其中，所述注入模塊進(jìn)一步被配置為將抵消波動信號注入到控制系統(tǒng)中的速度環(huán)路中。
24.根據(jù)權(quán)利要求13的抵消波動注入裝置，其中，所述注入模塊進(jìn)一步被配置為將抵消波動信號注入到控制系統(tǒng)中的電流環(huán)路中。
25.一種基于變頻器的泵的控制系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求13 - 24中任何一個的抵消波動注入裝置。
26.一種泵系統(tǒng)，包括:變頻器；電機(jī)；以及泵，其中，所述變頻器包括根據(jù)權(quán)利要求25的控制系統(tǒng)。
【文檔編號】F04B49/06GK104251202SQ201310268767
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】程小猛, 陳亦倫 申請人:伊頓公司