[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

根据本发明，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。

本发明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。本发明的核心是额定值（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。

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。