專利名稱：伺服控制泵壓力變化的電子模板補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 本申請是1996年5月29日提出的美國申請序列號60/018,552的部分延續(xù)。本發(fā)明涉及伺服控制泵壓力變化的電子模板補(bǔ)償。
各種類型的泵多年來被用來輸送和循環(huán)液體。在許多情況下，所希望的泵類型為一種活塞泵，但這類活塞泵其中一個不理想的方面是，這種泵的輸出易于產(chǎn)生波動，結(jié)果或是需要補(bǔ)償，或是容忍這種波動的存在。一種減小波動的償試，見美國專利5,145,339，其內(nèi)容作為參考。雖然這種結(jié)構(gòu)總的來說比其它已有技術(shù)的設(shè)計先進(jìn)，一些波動卻仍然存在。
本發(fā)明的一個目的是提供一種活塞式泵，基本上沒有波動，并且保持活塞泵的優(yōu)點(diǎn)。
其它的泵，包括齒輪泵和凸輪泵也至少存在一些波動。本發(fā)明可應(yīng)用于所有這類泵，以減小波動。
本發(fā)明的構(gòu)造和控制的操作用來在泵換向時減小壓力變化，通過在每個泵循環(huán)中對泵壓力特性采樣，計算出一個補(bǔ)償運(yùn)動模板，并將此模板運(yùn)用于驅(qū)動泵的馬達(dá)。事實上，這種控制可用于任何具備下列特性的泵，正位移，往復(fù)循環(huán)特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動和一輸出壓力循環(huán)曲線永不降為零。
該控制系統(tǒng)這樣即可減小泵換向上的壓力波動。另外它還能適應(yīng)地改變運(yùn)動模板來補(bǔ)償一些狀態(tài)變化，例如速率變化，材料變化(粘度，等)。它還能診斷泵的運(yùn)行，疲勞和故障。
以前的制造無波動輸出泵的償試已使用了機(jī)械方法，例如上述美國專利5,145,399。補(bǔ)償壓力變化所做的償試，是通過電子手段閉合速度環(huán)路或在電機(jī)上保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩負(fù)載，這些方法是有反作用的，并由于系統(tǒng)的較在慣性而有過補(bǔ)償和被延遲的趨勢。當(dāng)壓力變化有相對較快的波動時，特別是當(dāng)泵達(dá)到較高流量和較高流速時，這種情況特別明顯。為減小過補(bǔ)償，可降低增益系數(shù)，但隨之波動將被減弱而不會消失。
這種解決辦法，即連續(xù)對泵的輸出壓力曲線采樣和計算出一個正確的補(bǔ)償運(yùn)動模板，其目的是解決這兩個問題。通過控制連續(xù)采樣可補(bǔ)償狀態(tài)變化和診斷斷泵的疲勞和故障。通過與壓力變化同時修改泵的運(yùn)動模板，可消除壓力輸出的過補(bǔ)償。還有，通過調(diào)整相位，該運(yùn)動模板還可補(bǔ)償系統(tǒng)中的機(jī)械滯后。
本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點(diǎn)，將可從下面的描述，并結(jié)合附圖，得以更全面的體現(xiàn)。附圖中相同的參考標(biāo)記在所有的幾幅圖中代表相同或相似的部件。


圖1為一由本發(fā)明的泵的控制簡圖。
圖2為一實際響應(yīng)和計算得出的補(bǔ)償響應(yīng)的曲線圖。
圖3為一單一補(bǔ)償模板的曲線圖。
圖1所示為一系統(tǒng)10，包括一低脈沖雙活塞泵12，由一伺服馬達(dá)14驅(qū)動。當(dāng)然，其它泵或電機(jī)也可應(yīng)用。泵12的絕對位置可這樣確定，通過一接近傳感器16跟蹤每個泵循環(huán)的泵的一個位置，然后一編碼器確定出聯(lián)于該泵的伺服馬達(dá)的絕對位置。
一壓力傳感器18在泵12的輸出中瞬時壓力。一計算機(jī)20記錄泵12的相關(guān)于泵12的絕對位置的壓力輸出。通過分析泵的一個或多個循環(huán)的壓力曲線，可確定一條關(guān)于位置的壓力曲線，如圖2。這樣，可計算出補(bǔ)償模板(亦見圖2)，應(yīng)用于馬達(dá)產(chǎn)生無波動輸出。
這種補(bǔ)償分析可重復(fù)應(yīng)用于系統(tǒng)的連續(xù)調(diào)整。通過連續(xù)地監(jiān)測壓力，任何超出泵的特性正常范圍的狀態(tài)都可識別出來，一適當(dāng)?shù)木瘓笱b置可指示錯誤。另外，不斷增長的補(bǔ)償可作為泵疲勞的跡象，在一適當(dāng)時候，警報即會響起。
重要的是單一的相位提前是泵的一個特性。通過觀察對于一個易于在運(yùn)行中確定出的壓力波峰輸入的輸出的響應(yīng)延遲，即可確定該特性。例如輸出可滯后一個輸入馬達(dá)/泵旋轉(zhuǎn)的X度。
由此看來，一個單獨(dú)的補(bǔ)償模板可應(yīng)用于大多數(shù)壓力下降，其振幅和長度由壓力下降幅度，面積和長度確定，這將顯著降低模板在實時補(bǔ)償所需之計算量。圖3可對應(yīng)于這樣一個補(bǔ)償模板。
應(yīng)認(rèn)識到，該控制系統(tǒng)還可做出各種變化和變型，而不脫離下述權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種多缸往復(fù)泵，由一旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動，其特征包括對每個泵循環(huán)的壓力曲線采樣的裝置，由所述采樣裝置計算出一個補(bǔ)償壓力曲線的裝置，和應(yīng)用所述補(bǔ)償壓力曲線對所述馬達(dá)進(jìn)行控制的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多缸泵，其特征在于進(jìn)一步包括計算控制輸入的相位滯后和補(bǔ)償所述滯后的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求要求1所述的多缸泵，其特征在于進(jìn)一步包括確定所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置的裝置。
4.一種控制一多缸往復(fù)泵的方法，該多缸泵由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動，其特征包括下列步驟對每個泵循環(huán)的壓力曲線采樣；由所述采樣裝置計算出一補(bǔ)償壓力曲線；以及通過應(yīng)用所述補(bǔ)償壓力曲線控制所述馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明的構(gòu)造和控制操作是設(shè)計為在每個泵循環(huán)中通過對泵壓力特性采樣來減小泵換向時的壓力變化,計算出一個補(bǔ)償運(yùn)動模板,并應(yīng)用此模板驅(qū)動泵的馬達(dá)。該控制方法可用于具備下列特性的各種泵:正位移,往復(fù)的循環(huán)特性旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動和一輸出壓力循環(huán)曲線永不降為零。
文檔編號F04C15/00GK1175664SQ97113710
公開日1998年3月11日 申請日期1997年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月29日
發(fā)明者E·J·謝弗, N·A·沃納, J·J·漢迪茲爾 申請人:格雷科有限公司