專利名稱：用于在內燃機上的動態(tài)試驗任務的試驗臺以及用于運行這種試驗臺的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在內燃機上的動態(tài)的試驗任務的試驗臺，其包含驅動和/或加載裝置、優(yōu)選電驅動和/或加載裝置，所述驅動和/或加載裝置與控制裝置耦合，該控制裝置用于適配和控制轉速和轉矩特性的設定值，本發(fā)明還涉及一種用于運行用于在內燃機上的動態(tài)試驗任務的、具有至少一個驅動和/或加載單元的試驗臺的方法，其中，通過驅動和/或加載單元調節(jié)內燃機的至少兩個變量、優(yōu)選轉速和轉矩的特性的設定值。
背景技術：
動態(tài)發(fā)動機試驗臺的高動態(tài)的和現代的控制裝置能夠幾乎完美地跟蹤任意給定的轉速和轉矩特性。然而，這只有在驅動裝置、即內燃機和動力制動器的控制功率足夠時才可能。但控制功率往往是受限的，這導致可能的特性的受限。由于在試驗臺上存在兩個驅 動裝置，所以可控制兩個輸出變量，其通常是轉速和轉矩。轉速是指動力制動器的轉速或內燃機的轉速。轉矩是指內燃機在曲軸上輸出的力矩或軸轉矩或者說載荷力矩。如果現在給定變量的特性，其基于受限的控制功率不可再被調節(jié)到，則必須這樣改變這些特性，使得其可再次在試驗臺上得以實現。當限制試驗臺中的調節(jié)變量時,反饋調節(jié)可能導致“wind up”效應。該效應可表現為閉合的調節(jié)回路中提高的過調或高的振蕩趨勢并導致調節(jié)性能的損失。出于這個原因引入anti-wind-up結構,其應防止wind up效應。這種控制器補充早已得到應用。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的任務在于提供一種試驗臺以及一種運行該試驗臺的方法，利用該試驗臺和方法，由轉速和轉矩特性決定的設定值能夠為相應的試驗任務被優(yōu)化地適配和控制并且能夠被以盡可能好的方式在試驗臺上復制。為了解決該任務，根據本發(fā)明的試驗臺的特征在于，所述控制裝置能夠被適配成在調整權重方面從轉速主導的控制調整為轉矩主導的控制。有利的是，為此將控制裝置與用于調整權重的操作元件連接。根據一種優(yōu)選的實施方式規(guī)定，所述操作元件通過圖形用戶界面來實現。本發(fā)明的另一種實施方式規(guī)定，所述控制裝置能夠被適配成無級地調整權重。為了解決開頭所提任務，所述方法的特征在于，所述控制裝置將可供使用的控制功率根據可給定和可改變的權重分配到內燃機和驅動和/或加載單元上。有利的是，在此規(guī)定當控制需求超過一個做工機械的儲備功率時，則將一個在其功率極限上工作的做工機械的儲備功率根據可給定和可改變的權重用于輔助另外一個做工機械。根據一種優(yōu)選的方法方案規(guī)定，監(jiān)控做工機械的功率極限的達到并且在超過功率極限之前這樣改變其中至少一個變量的設定值，使得兩個做工機械保持在功率極限之內。
當然也可規(guī)定這樣改變兩種設定值，使得控制裝置根據給定的權重分配可供使用的控制功率。有利的是，在此除了與期望的特性適配之外，也同時自動計算為此所需的用于精確跟蹤該改變的特性的調節(jié)變量。根據本發(fā)明的一種特別有利的方案，還設置anti-wind-up結構(anti-wind-upstructure)，其中，利用在由控制器輸出的值和允許值之間的差值的反饋，以便根據可給定和可改變的權重將控制功率分配到內燃機和驅動和/或加載單元上。


接下來借助附圖詳述本發(fā)明。圖I示出在試驗臺系統(tǒng)的功率極限之外的工作點變化的兩個圖表，圖2示出表征 控制器性能的圖表，并且圖3為用于試驗臺的具有anti-wind-up結構的控制裝置的示意圖。
具體實施例方式在試驗臺上設置至少一個加載機器(多數情況下為通過變頻器饋電的異步電動機)，其與試件、即內燃機通過彈性軸耦合。輸入變量在驅動側為油門并且在加載側為電機的(正或負的)加載力矩額定值。兩個由此產生的轉矩的組合通過慣性和阻力設定有效轉速。現在，發(fā)動機應當在試驗臺上在希望的工作點上運行，該工作點在絕大多數情況下以轉速和發(fā)動機力矩的組合來表示。在此特別重要的是設定工作點時的動態(tài)性和精度。衡量動態(tài)性和精度的一個標準是性能，其被定義為在基準信號和基準變量的實際值之間的倒數的均方差，其此外與標準性能成比例。在此標準性能是基準信號和基準變量的實際值之間的倒數的均方差，其可借助所利用的試驗臺配置達到。對于測量的性能而言，主要是待模擬的轉速基準和轉矩基準的頻率分配、內燃機的動態(tài)極限、試驗站硬件即主要是制動機和傳動軸的限制以及這些極限的利用是決定性的，為此負責的主要是試驗臺控制裝置。由于可自由選擇用于轉速特性和轉矩特性的設定值，所以無法總是立即清楚這些設定值是否能借助特定的試驗設置以希望的精度實施。但重要的是，所述機器在試驗期間在性能極限之內運行，否則試驗可能會產生誤導或者可能試驗臺控制器看似無法正常工作。如應當在盡可能短的時間內、即在利用兩個機器的性能極限的情況下改變工作點，則基本上存在兩種極端。有可能精確模仿轉速特性，為此兩個機器必須在相同方向上以最大力矩(也就是說在性能極限上)來驅動，由此不可再調節(jié)轉矩?；蛘哂锌赡芫_模仿轉矩特性，并且相應的轉矩可極快地通過軸的旋轉調整出，這通過轉速差的發(fā)展來確定。因此，為了使轉速差保持正確，兩臺機器上的轉速必須協調地增大，在此較慢的發(fā)動機限制地起作用。在圖I中示出這種工作點變化以及兩種極端情況。連續(xù)的線應為希望的特性，但其不可實現，這主要是因為發(fā)動機過慢。自由度的數量因發(fā)動機受限而減少。較快的動力制動器不能同時校正兩個變量。
但現在借助控制裝置一其能夠在調整權重方面從轉速主導的控制調整為轉矩主導的控制一可改變兩個變量之間的權重。對于針對轉速的調節(jié)來說，動力制動器的儲備用于盡可能好地跟蹤給定的轉速。這會犧牲實際的轉矩特性，如圖I中的點劃線所示。同樣，當動力制動器的儲備用于盡可能好地調節(jié)轉矩時，則不利于轉速調節(jié)，如圖中以虛線示出的特性。優(yōu)選權重可無級地調整，但亦能以固定給定的梯度進行，為此控制裝置配備用于調整權重的操作元件。當然該操作元件也可通過圖形用戶界面來實現、例如顯示為滑動式控制器，借助其可進行從轉速主導的調節(jié)向轉矩主導的調節(jié)的無級的權重調整。除了與期望的特性適配之外，優(yōu)選也同時自動計算為此所需的用于精確跟蹤該改變的特性的調節(jié)變量。圖2中所示的線表示對于圖I中所示工作點變化而言可最好實現的控制器性能。根據用于調整權重的操作元件的位置可達到灰線上的一個點，也就是說獲得小的轉矩誤差、小的轉速誤差或混合值。優(yōu)選在實施離線識別后自動計算試驗臺的性能極限。反饋元件確保在控制試驗臺時的必要的魯棒性和穩(wěn)定性，反饋元件優(yōu)選被自動計算并且與滑動式控制器的權重相協調。通過在試驗臺上的上述調節(jié)變量限制，可能在反饋 控制中出現“Wind up”效應，該效應表現為閉合的調節(jié)回路中提聞的過調或大的振湯趨勢并導致調節(jié)性能的損失。因此存在被稱為控制器補充的anti-wind-up結構。輸入端的內部耦合項(例如內燃機的油門和動力制動器的給定力矩)導致一個輸入端影響系統(tǒng)的兩個輸出端、即例如既影響內燃機或動力制動器的轉速又影響內燃機在曲軸上的轉矩或軸轉矩(加載力矩)。但也可在anti-wind-up調節(jié)中巧妙地利用這種f禹合。圖3示意性示出一種可能的anti-wind-up結構，其中，以ft來表示受限的調節(jié)變量。該結構的一個重要特征是在由控制器輸出的值和允許值之間的差值的反饋。虛線框架中的部分的精確設計在調節(jié)變量受限的情況下對于調節(jié)回路的表現來說是非常重要的。這樣構造該部分，使得在一個輸入端受限的情況下，另一個輸入端用于即使在受限的情況下也相應地確保性能。因此能夠以一個尚未受限的輸入端輔助另一個輸入端。未受限的調節(jié)變量因此用于維持控制器性能。該過程也可無級地通過調節(jié)按鈕或者根據軟件通過GUI來調整。通過限定一個輸入端，可使性能從一個調節(jié)變量向另一個調節(jié)變量轉移，這在原始的不受限的調節(jié)回路中是不希望的。anti-wind-up結構現在應能夠使在受限情況下減小的性能根據權重返回原始的調節(jié)變量。優(yōu)選在短暫的識別后自動計算和調整為此設置的算法。特別有利的是為試驗臺操作者自動生成報警信號，當操作者規(guī)定不能被試驗臺配置所實施且因此可能是不實際的特性時。除報警信號外，在此也可顯示哪一個做工機械在極限上工作的信息。
權利要求
1.用于在內燃機上的動態(tài)的試驗任務的試驗臺，其包含驅動和/或加載裝置、優(yōu)選電驅動和/或加載裝置，所述驅動和/或加載裝置與控制裝置耦合，該控制裝置用于適配和控制轉速的和轉矩特性的設定值，其特征在于，所述控制裝置能夠被適配成在調整權重方面從轉速主導的控制調整為轉矩主導的控制。
2.根據權利要求I的試驗臺，其特征在于，所述控制裝置與用于調整權重的操作元件連接。
3.根據權利要求2的試驗臺，其特征在于，所述操作元件通過圖形用戶界面來實現。
4.根據權利要求I至3之一的試驗臺，其特征在于，所述控制裝置能夠被適配成無級地調整權重。
5.用于運行具有至少一個驅動和/或加載單元的、用于在內燃機上的動態(tài)的試驗任務的試驗臺的方法，其中，通過驅動和/或加載單元控制內燃機的至少兩個變量、優(yōu)選為轉速和轉矩的特性的設定值，其特征在于，控制裝置將可供使用的控制功率根據可給定和可改變的權重分配到內燃機和驅動和/或加載單元上。
6.根據權利要求5的方法，其特征在于，當控制需求超過一個做工機械的儲備功率時，根據所述可給定和可改變的權重將一個在其功率極限上工作的做工機械的儲備功率用于輔助另外一個做工機械。
7.根據權利要求5或6的方法，其特征在于，監(jiān)控各做工機械的功率極限的達到并且在超過功率極限之前這樣改變其中至少一個變量的設定值，使得兩個做工機械都保持在功率極限之內。
8.根據權利要求5至7之一的方法，其特征在于，這樣改變兩種設定值，使得控制裝置根據給定的權重分配可供使用的控制功率。
9.根據權利要求7或8的方法，其特征在于，除了與期望的特性適配之外，也同時自動計算為此所需的用于精確跟蹤該改變的特性的調節(jié)變量。
10.根據權利要求5至9之一的方法,其特征在于,設置anti-wind-up結構，其中，利用在由控制器輸出的值和允許值之間的差值的反饋來將控制功率根據所述可給定和可改變的權重分配到內燃機和驅動和/或加載單元上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在內燃機上的動態(tài)試驗任務的試驗臺，具有驅動和/或加載裝置、優(yōu)選電驅動和/或加載裝置，所述驅動和/或加載裝置與控制裝置耦合，該控制裝置用于適配和控制轉速和轉矩特性的設定值。對于這種試驗臺，為了由轉速和轉矩特性決定的設定值能夠為相應的試驗任務被優(yōu)化地適配和控制并且能夠被以盡可能好的方式在試驗臺上復制，所述控制裝置能夠被適配成在調整權重方面從轉速主導的控制調整為轉矩主導的控制。
文檔編號G01M15/05GK102778359SQ20121014260
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權日2011年5月9日
發(fā)明者E·格林巴赫, H·科卡爾, L·D·雷, M·保爾韋伯, M·施密特 申請人:Avl里斯脫有限公司