泵速控制方法和装置、计算机程序和其上存储有由此应用的计算机程序的计算机可读介质和泵与流程

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1.本发明涉及一种用于控制泵的速度的方法，所述泵特别地但不排他地是在循环应用中采用的变速驱动（vsd）真空泵。此外，本发明涉及一种执行这样的泵速控制方法的装置。此外，本发明涉及一种耦合到这样的泵速控制装置的泵。

背景技术：

2.泵送系统已经广泛用于工业中的许多领域（sector）中，然而，由于低能量效率，泵送系统消耗大量的能量。例如，恒速泵以恒定的高泵送速度操作，只是为了同时维持泵的低容量。此外，在实际应用场景中，泵用户的要求在泵送过程期间将保持不变是罕见的。因此，由vsd驱动的泵开始发挥作用，因为使泵减慢同时维持泵送系统的令人满意的性能是可能的，从而导致节省能量。
3.例如，在需要泵送系统的重复循环操作的应用中采用vsd真空泵。这样的循环应用通常由两个阶段、即抽空（pump down）阶段和保持阶段组成。在抽空阶段中，泵保持以最大速度操作，使得真空室中的压力降低到期望的目标压力，此后降低泵速以维持期望的目标压力。因此，抽空阶段中的能量消耗最大，并且抽空到期望的目标压力所需的时间已经是泵能够提供（deliver）的最佳时间。在保持阶段中，vsd泵保持在最大速度处，从而导致能量的浪费但是对于下一个循环是最佳的抽空，或者减慢，从而导致能量节省但是然后加速将花费时间，如下面将描述的那样。因此，可能的是，在保持阶段中，泵送系统由于降低的速度而消耗低得多的量的能量，而不会损害（prejudicing）目标压力的维持，使得提高能量效率，并且同时维持泵送性能。
4.因此，考虑到上述循环操作中涉及的连续循环之间的转换，仍然存在性能损失和能量浪费。更具体地说，在保持阶段中以最低速度操作的泵将必须在当下一个循环开始时的时间点处加速，以便达到下一个循环中抽空阶段所需的最大速度。因此，由于泵从最低速度加速到最大速度，泵送系统将不得不等待延迟。由于这种加速，没有能量浪费，但是整个抽空时间增加了。更长的抽空时间对客户来说意味着每小时的批次越少，从而导致更少的吞吐量（throughput）。
5.因此，在控制泵的速度时，仍然存在泵性能损失以及能量低效率的问题。

技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是提供一种具有速度控制装置的泵，该速度控制装置能够具有更高的能量效率以及维持所需的令人满意的泵性能。
7.通过根据权利要求1的速度控制方法、根据权利要求12的速度控制装置和根据权利要求17的泵给出了上述问题的解决方案。
8.根据本发明的用于控制泵的速度的方法特别适于在循环应用中采用的变速驱动（vsd）真空泵。泵的循环应用通常涉及泵在重复的循环中操作，其中在每个循环期间，泵能
够以不同的速度操作，通过vsd使得这是可能的。因此，该方法包括控制泵以在重复的循环中操作，并且每个循环包括抽空阶段和保持阶段，使得泵被控制以重复地抽空真空室中的体积。例如，在每个循环中，泵首先以较高的速度操作，以便保持降低压力，并且然后在达到某个期望的目标压力之后，以足以保持期望的目标压力的较低速度操作。该方法基于入口压力中的上升来分析循环持续时间。该方法考虑了泵加速时间，并且将计算什么是再次加速的最佳时刻。该时刻可能在压力中的上升之前，从而决定新的循环。根据该方法，两个连续循环之间经过的时间开始，如果然后是循环时间。
9.此外，该方法包括在当前循环期间确定下一个循环的开始，其中当前循环优选地直接在下一个循环之前。因此，可能的是，利用本方法来确定尚未到来的下一个循环的开始，例如，直接在当前循环之后，使得确保更好地控制和计算至少在保持阶段中所涉及的时间的长度。
10.此外，该方法包括在下一个循环的开始的更早之前，控制泵以在当前循环的保持阶段期间加速到最大速度，这意味着在当前循环的保持阶段中将已经浪费的时间被用于泵的加速，使得在下一个循环的开始时，全泵容量已经可用，以便进一步并且直接应用于下一个循环的抽空阶段。
11.因此，本发明的优点在于，通过提前加速泵，并且更具体地在直接在前的循环中的保持阶段的结束时加速泵，避免了在每个抽空阶段的开始时将已经发生的加速延迟，使得也节省了在该保持阶段期间将已经被浪费的能量。换句话说，通过使用每个保持阶段的结束来加速泵，整个泵送系统的能量效率增加了，并且由于消除（rid of）了加速延迟，因此在抽空阶段期间引起的性能损失也降低了。
12.优选地，在抽空阶段中，泵被控制以便以最大速度操作，使得真空室中的体积从高压被抽空到设定点或目标压力。泵的最大允许速度优选是泵的入口压力、泵的电机电流和油温的函数。因此，最大允许速度是泵送系统的运转要求的固有参数。在这种情况下，确保泵被控制以尽可能快地抽空体积，以便提供最佳的抽空时间，然而，这不可避免地涉及最大量的能量消耗。
13.优选地，在保持阶段中，泵被控制以逐渐减慢至最低或最小速度，使得维持上述设定点压力，从而确保泵送系统的总体性能。因此，能量效率已经增加，因为保持阶段需要低得多的速度来保持设定点压力，而不会危及泵的性能。
14.更优选地，在保持阶段中，基于泵的入口压力和设定点压力来控制泵的速度降低。因此，优选的是，泵速随泵压线性降低，其遵循通过入口压力和设定点压力并且优选地通过进一步考虑正在进行的循环的循环时间（即当前循环的开始和下一个循环的开始之间的时间长度）确定的函数。
15.优选地，该方法进一步包括在检测到入口压力达到预设阈值时检测每个循环的开始。在重复循环期间，入口压力的预设阈值优选大于设定点压力并且小于最高入口压力。
16.优选地，当在当前循环期间确定下一个循环的开始时，应用贝叶斯滤波器、特别是卡尔曼滤波器，使得基于至少一个先前循环的开始来估计下一个循环的开始，该至少一个先前循环优选地直接在下一个循环之前。换句话说，给定下一个循环之前的至少一个先前循环的开始，该方法包括使用包含在至少一个先前循环的开始时间点中的信息来估计尚未到来的下一个循环的开始。这样的估计可通过贝叶斯滤波器、并且特别是卡尔曼滤波器来
实现。
17.优选地，通过对入口压力的导数实现卡尔曼滤波来估计泵的入口压力，其中入口压力的导数优选地随时间执行。卡尔曼滤波的结果然后随时间被监视，以便与上述入口压力的预设阈值进行比较，以决定新的循环是否开始。更具体地，优选的是，入口压力的实时值通过卡尔曼滤波来监视，使得一旦通过入口压力的估计达到预设阈值，就可以检测到新循环（即优选地直接跟随当前循环的下一个循环）的开始。此外，不仅可以通过卡尔曼滤波器来估计入口压力的导数，而且还可以估计入口压力本身，只要可以估计入口压力中的上升或入口压力的绝对值来确定新循环的开始。因此，本发明不旨在限制于使用贝叶斯滤波器并且特别是卡尔曼滤波器来估计的参数的选择中。
18.更具体地，入口压力的估计基于如下各步骤：基于优选地直接在下一个循环之前的至少一个先前循环中的入口压力的随时间的导数的估计，先验地预测下一个循环中的入口压力的随时间的导数；以及基于下一个循环中的入口压力的随时间的导数的先验预测和当前循环中的入口压力的随时间的导数的观察，后验地更新下一个循环中的入口压力的随时间的导数。换句话说，给定在下一个循环（即其信息将被估计的循环）之前的至少一个先前循环中的入口压力的随时间的导数的估计值的信息，预测下一个循环的先验信息；并且考虑到在当前循环中可以通过控制方法来测量的观察值，该预测值需要进一步更新。因此，每个循环中的入口压力的估计是从至少一个先前循环的估计以及在当前循环中获得的观察或测量值获得的组合结果，使得确保估计的准确性。如上面已经提到的，通过卡尔曼滤波估计的特定参数的选择不限于入口压力的导数。此外，优选地，被考虑的先前循环的数量是至少一个，但是更优选地是两个或三个，并且可以多于三个，这取决于估计准确性和算法复杂度的要求。
19.优选地，该方法进一步包括估计下一个循环的预加速时间。有必要估计需要在其处控制泵加速的下一个循环期间的时间点，使得在下一个循环的开始时，泵已经处于其全容量处。要注意，由于当达到预设阈值时可以确定循环的开始，因此在达到入口压力的预设阈值时，则认为达到了泵的全容量。因此，与下一个循环相关的预加速时间是指自下一个循环的开始直到控制泵加速时的下一个循环的保持阶段中的时间点的时间的长度。根据具体的应用情况，下一个循环的开始可以是固定的或者如上所述估计的，并且在给定下一个循环的预加速时间的估计的情况下，可能的是，控制泵在保持阶段中在估计的预加速时间到期时的时间点处提前加速到其最大速度。此外，基于优选地直接在下一个循环之前的至少一个先前循环的预加速时间，通过贝叶斯滤波器并且特别是卡尔曼滤波器来实现该估计。被考虑的先前循环的数量更优选地是两个或三个，并且至少一个先前循环不必直接在其信息将被估计的下一个循环之前。
20.优选地，通过优选地直接在下一个循环之前的至少一个先前循环的预加速时间的估计和当前循环的预加速时间的观察的加权平均，获得下一个循环的预加速时间的估计。有利的是，将先前估计的信息和当前测量的观察相结合，以便获得关于与下一个循环有关的信息的估计的更好的平衡。
21.优选地，应用以下迭代学习公式来估计下一个循环的预加速时间，
其中：j=针对当前循环的迭代索引，u=预加速时间的估计，a=加权因子，b=加权因子，c=加权因子，d=加权因子，cycletime=循环时间的观察，acceleration=vsd变频器（inverter）中使用的以每秒每分钟转数rpm/s为单位的加速度常数，以及offset=用于增加稳定性的偏移参数。
22.此外，尽管在上述迭代学习公式中应用了对三个先前循环的估计，但是根据估计准确性的具体要求以及算法复杂度，也可以仅将一个或两个或多于三个先前循环应用于该公式，这自然导致在公式中使用的加权因子的数量的改变。此外，加权因子在上述公式中作为固定参数出现，然而，这也可以相应地通过使用贝叶斯或卡尔曼滤波器对每个循环进行估计。此外，应用偏移参数来增加上述迭代学习算法的稳定性。因此，该偏移参数是用于特定应用场景的固定值，或者是可以通过在应用它之前对上述公式执行几次测试来选择的值。如上述公式所示，偏移的选择取决于如上面提到的任何先前循环的预加速时间的估计值与从循环时间的观察中进一步减去泵从其最小或最低速度加速到其最大速度所需的时间后获得的值之间的差。
23.优选地，当上述控制方法第一次运行时，泵被控制以便首先以最大速度操作达至少一个循环，使得获得至少一个循环的开始时间点和/或预加速时间，其中在其期间控制泵以便以最大速度操作的循环的数量取决于针对如上所述的估计要考虑的先前循环的数量。也就是说，只要获得了适于用于第一次估计的足够的迭代项的值，就控制泵以便以最大速度操作。
24.根据本发明的控制泵的速度的装置特别适于在循环应用中采用的vsd真空泵。该装置包括存储器单元，其中存储了关于如上面提到的方法的步骤的指令，并且其中优选地存储了如上面提到的估计期间固定或更新的参数。例如，优选地提供第一子存储器单元，其包括迭代索引以及预加速时间和至少一个先前循环的循环时间的估计。第二子存储器单元应用于存储参数的固定值，诸如加权因子、加速度、泵的最大速度以及最低速度、和偏移参数。速度控制装置进一步包括处理单元，该处理单元被配置成执行包括在存储器单元中的指令；输出单元，其被配置成将速度控制信号传输到泵；以及输入单元，其被配置成读取泵的入口压力并将其馈送到处理单元。
25.优选地，该装置包括时间计数单元，该时间计数单元被配置成当处理单元第一次开始执行指令时，计算至少一个循环的开始时间点和/或预加速时间。
26.优选地，时间计数单元被进一步配置成测量当前循环的开始时间点和/或循环时
间。因此，在当前循环期间，对下一个循环的估计考虑了在当前循环中测量的实际值，从而导致在当前循环中执行的估计的结果的更高准确性和更好平衡。
27.还提供了根据本发明的计算机程序，该计算机程序包括用于使如上面提到的速度控制装置执行如上面提到的方法的步骤的指令。
28.还提供了根据本发明的计算机可读介质，其中存储了上述计算机程序。
29.根据本发明的泵特别是在非循环应用中采用的vsd真空泵，该泵被耦合到如上面提到的控制其速度的装置。其中，真空泵可以是干爪泵、罗茨泵、涡旋泵或旋转螺杆泵，变速驱动器可以被耦合到该泵，以便适于特定的应用要求。此外，真空泵可以是容积泵，诸如隔膜泵、气体或蒸汽容积泵和活塞泵。此外，真空泵也可以是速度泵，诸如惯性泵。该泵包括控制单元，该控制单元被配置成检测多个泵参数，其中优选地，在泵中提供多个传感器，用于由控制单元检测参数。该泵进一步包括输出单元，该输出单元被配置成将多个泵参数传输到耦合到泵的速度控制装置。此外，输入单元包括在泵中，用于接收从速度控制装置传输的速度控制信号，使得泵被控制以根据如上面提到的方法的步骤操作。如果泵送系统和速度控制装置需要物理上位于一个位置（site）上，则泵的输入/输出单元和速度控制装置之间的通信可以通过电线实现。然而，速度控制装置也可以位于不同于泵的另一位置中，在这种情况下，在速度控制装置和泵之间应用无线通信。此外，还可能的是，在另一个位置处提供中央控制装置，其中继或控制泵和速度控制装置之间的信号传输，使得可以同时控制不同位置上的几个泵。因此，根据本发明，可以实现泵送控制系统的集中/分散和本地/联网布置两者。
30.优选地，至少泵的入口压力包括在多个泵参数中，所述泵参数从泵的控制单元传输到泵速控制装置或位于泵位置本地或远离泵站的控制中心。
31.因此，当应用于工业中的循环应用时，与没有变速驱动器的常规泵或具有变速驱动器但在每个循环期间没有泵的特定速度控制的泵相比，本发明的优点在于，在泵的应用期间的每个重复循环被分成两个阶段，即抽空阶段和保持阶段；在抽空阶段中，通过以最大速度操作，泵被控制以尽可能快地抽空体积，以便提供最佳的抽空时间性能；在保持阶段中，泵被控制为已经开始加速到其全容量，从而利用该保持阶段期间的能量来补偿加速延迟，否则加速延迟将在下一个循环的抽空阶段的开始时发生；以及利用贝叶斯滤波，并且更特别地利用卡尔曼滤波，以通过考虑针对先前循环获得的估计信息以及在当前循环期间获得的观察信息，准确地估计每个循环的开始时间点以及在循环的开始和在循环的保持阶段期间在其处控制泵以加速的时间点之间的时间长度。因此，泵的速度连续地适于泵的实时操作条件，从而导致避免在保持阶段期间的能量浪费，并避免在抽空阶段期间的泵性能的损失。
附图说明
32.在下面的公开中，将参考附图，其中：图1是图示泵速和压力之间的关系的曲线图，图2是图示重复循环的开始以及在保持阶段期间的泵的加速的曲线图，每个循环包括抽空阶段和保持阶段，图3是图示下一个循环的开始的估计以及在下一个循环期间泵的加速的时间点的
估计的曲线图，图4是图示迭代速度控制过程的流程图，图5是速度控制装置的示意图示，图6是泵的示意图示，以及图7是涉及耦合到多个泵的速度控制中心的泵送系统的示意图示。
具体实施方式
33.图1图示了泵速和压力之间的关系，其中泵的最大速度示出为每分钟6000转（rpm），泵的最小速度为3500 rpm，设定点压力或期望的目标压力为50毫巴（mbar），并且滞后示出为延伸超过30 mbar。根据图1，泵压在高达1000 mbar的值处开始，而同时泵以最大速度操作，使得压力持续抽空。在达到设定点压力50 mbar时的时间点处，泵逐渐减慢，这导致滞后区域，在此期间压力也逐渐降低，直到其达到20 mbar。此后，泵以最小速度操作，这导致压力的进一步降低。因为在达到泵的设定点压力之后的后期阶段，泵以低得多的速度操作，同时仍然维持令人满意的泵压的性能，所以节省了大量的能量。
34.参考图2，呈现了重复循环的详细表示，每个循环包括抽空阶段和保持阶段，其中还示出了重复循环的开始以及控制泵加速时保持阶段中的时间点。在图2中，当前循环在当前循环的开始和下一个循环的开始之间延伸，其中当前循环开始于时间点1 tp1，此时泵的入口压力中的上升被认为足够大，在这种情况下，当入口压力达到700 mbar时，并且下一个循环的开始（即时间点4 tp4）类似于当前循环被确定。虽然通常的做法是，循环的开始的确定依赖于入口压力增量的固定值或入口压力的绝对值，但是该标准也可以在一个循环应用期间针对每个循环而改变，并且进一步可以依赖于特定的应用场景。图2中所示的每个循环包括两个阶段，即抽空阶段和保持阶段。泵送过程在时间点2 tp2处进入保持阶段，此时达到设定点压力，在这种情况下为50 mbar（该值与图1中所示的值相同）。根据图2，在时间点3 tp3处，泵被控制以在下一个循环的开始（即tp4）之前增加其速度，使得在tp4之后不久，泵全容量已经可用。换句话说，通过在当前循环的保持阶段处增加泵的速度，保持阶段的剩余时间可以用来补偿加速延迟，否则加速延迟将在下一个循环的开始后发生，导致泵送系统的性能损失。根据本发明，以类似于确定当前循环的开始的方式，在当前循环期间确定下一个循环的开始。
35.尽管在图2中没有直接描绘，但是优选的是，在每个循环的抽空阶段期间，控制泵以最大速度操作，以便将体积从高压抽空到设定点压力，其中在图2的情况下，高压被示出为1000 mbar，并且设定点压力被示出为50 mbar。此外，优选的是，在每个循环的保持阶段期间，压力以与抽空阶段相比慢得多的速率逐渐降低。如图2中图示，在当前循环的保持阶段期间，泵压逐渐接近0 mbar。根据本发明，甚至更优选的是，在保持阶段期间，泵的速度被控制为基于入口压力和设定点压力而降低，以便实现对保持阶段的更好控制。
36.因此，至少根据图2明显的是，预先确定泵将在当前循环的保持阶段期间加速时的时间点以及确定下一个循环的开始确保为泵预留大量的时间以在下一个循环的开始时加速到其全容量。
37.参考图3，呈现了更详细的曲线图，其图示了对泵加速的循环开始和时间点的估计，其中每个循环期间的整个泵送过程类似于针对图2已经描述的内容。根据图3，下一个循
环c2在时间点tp4处开始，根据本发明，该时间点tp4是基于至少一个先前循环的开始时间点来确定的，该先前循环在当前情况下是指下一个循环c2之前的循环c1、c0和c0之前的循环中的至少一个。优选的是，对c2的循环开始的估计是通过贝叶斯滤波器来实现的，并且更特别地并且优选地是卡尔曼滤波器。类似地，使用c3之前的至少一个先前循环来确定下一个循环c2之后的循环、即c3（图3中未完全示出）的开始。因此，使用来自新循环之前的先前循环的信息，对任何新循环重复地执行对循环开始的估计。然而，取决于应用场景和要求，循环估计可以在整个泵送过程期间仅针对一些循环来实现。
38.根据如图3中所图示的本发明，时间点tp4通过优选地对入口压力的随时间的导数应用卡尔曼滤波器来估计。更具体地，在当前循环c1期间，循环c1、c0和c0之前的循环的开始的信息已经在手边，其中这些循环c1、c0和c0之前的循环中的至少一个的信息被用于预测tp4的先验信息；此外，在当前循环期间，已经可以观察和测量入口压力的随时间的导数的实际值，该实际值因此用于进一步更新tp4的预测信息，从而导致tp4的更精确的后验估计。
39.总之，tp1、tp4和tp7（在时间点7处的c3的循环开始）中的每个都以上述方式通过使用相关参数的先前估计（即，至少一个相应先前循环的循环的开始）和先前循环中的一个的观察或测量信息两者来类似地估计。注意，在获得估计时应用的先前循环的数量至少是一个，并且取决于特定的应用场景和要求；并且尽管在图3中出现了利用直接在下一个循环之前的当前循环的循环开始的观察，但是根据应用场景和要求，也可以应用相关参数的另一个或多于一个测量值或观察值。
40.进一步根据图3，甚至更优选的是，对于每个循环，还估计循环开始与在控制泵加速时的时间点之间的时间长度。例如，在图3中示出了在当前循环c1期间，时间点3 tp3是泵需要加速时的时间点，该时间点已经在执行先前的循环（即循环c0和c0之前的循环）期间确定，并且类似地，对于下一个循环c2，时间点6 tp6也在先前的循环c1、c0和c0之前的循环期间确定。由于根据本发明，每个循环的开始是固定值或者如上所述估计，因此如图3中所图示的预加速时间的估计给出了泵需要被控制加速时的时间点的估计。优选的是，根据本发明，加速时间点的估计也通过贝叶斯滤波器来进行，并且更特别地并且优选地，基于先前循环c1、c0和c0之前的循环的预加速时间中的至少一个的信息通过卡尔曼滤波器来进行。
41.除了图3之外，并且根据本发明，预加速时间的估计优选地也包括两个步骤，一个是基于先前循环c1的至少一个的估计，预测关于下一个循环c2的预加速时间的先验信息，即c0和c0之前的循环，并且另一个是使用关于先前循环c1、c2和c0之前的循环中的一个的观察或测量信息来更新该预测，并且其中优选的是，测量信息是从直接在下一个循环c2之前的循环（即c1）获得的。
42.根据本发明，优选的是，将先前循环c1、c0和c0之前的循环中的至少一个的预加速时间的估计以及先前循环c1、c0和c0之前的循环中的一个的观察的加权平均应用于该估计。根据本发明并且更优选地，加权平均是以迭代学习公式的以下形式的，其中：
j=针对当前循环的迭代索引，u=预加速时间的估计，a=加权因子，b=加权因子，c=加权因子，d=加权因子，cycletime=循环时间的观察，acceleration=vsd变频器中使用的以每秒每分钟转数rpm/s为单位的加速度常数，以及offset=用于增加稳定性的偏移参数。
43.在上述公式中，假设当前循环具有迭代索引j，并且应用分别由j、j-1和j-2表示的直接在由j+1表示的下一个循环之前的三个先前循环。根据应用场景和要求，也可能的是，使用少于三个先前循环。如上述公式中所示，包括另外的平衡项，该平衡项至少涉及对当前循环的循环时间的观察。参考图3，预加速时间的观察值等于循环时间的观察值减去由泵从最小速度加速到预设阈值所需的时间，因此在平衡项中可能涉及该相减结果。优选地，由于预设阈值足够大并且接近泵的最大速度，因此平衡项可以作为替代包括循环时间的观察减去泵从最小速度加速到最大速度所需的时间。进一步优选的是，将偏移参数插入到平衡项中，以增加迭代学习算法的稳定性，该偏移参数可以是固定的，或者根据应用场景和要求在迭代方法的每个循环期间进行适配。此外，加权因子a、b、c和d在上述公式中示出为固定参数，而根据本发明，也可能的是，以与预加速时间类似的方式更新这些加权因子。
44.图4是描绘根据本发明的速度控制方法的流程图。其中，速度控制方法开始于步骤10、即s10，用于参数的初始化。由于至少一个先前循环的信息将被用于下一个循环的估计，因此当速度控制第一次被激活时，有必要初始化参数。更具体地，进入安全模式，在安全模式中，控制泵以便以其最大速度运行达多个循环，以便获得参数。例如，如上述迭代学习公式中所示，可以控制泵以在安全模式下操作达三个循环，基于此可以执行第四个循环的估计，并且对于第四个循环之后的每个循环，可以重复执行该估计。
45.在步骤20、即s20处，跟踪新的循环是否已经开始。这里使用的标准是泵的入口压力中的足够大的上升，或者是入口压力的绝对值达到根据本发明的预设阈值。因此，通过将在任何时间点处测量的入口压力与预设阈值进行比较，可以简单地检测到在该步骤处的任何新循环的开始，根据应用场景和要求，预设阈值可以是固定值或不固定值。优选地，还可能的是，通过例如实现如上面提到的卡尔曼滤波器来估计该步骤处新循环的入口压力。以如上面提到的第四循环为例，以实时方式更新在任何时间点处的入口压力的随时间的导数，使得在给定第一、第二和第三循环的循环开始的先前信息的情况下，当估计结果揭示入口压力高于入口压力的预设值时，该时间点被确定为第四循环的开始。如果在检查s20之后确认新的循环已经刚刚开始，则速度控制方法进行到步骤30，即s30，其中循环时间（其是两个循环开始之间的时间）然后被计数，使得所有迭代参数被重置。返回参考如上所示的学习控制公式，在每次迭代期间，有必要更新其中使用的三项预加速时间，即uj、u
j-1
和u
j-2
，以及循环时间的观察，即cycletimej。如果需要，也可能的是，在s30处重置加权因子的参数以及偏移。另一方面，如果在检查s20之后，确认泵在除循环的开始之外的条件下操作，则速度控
制方法进行到步骤40，即s40。
46.在s40处，检查入口压力是否不高于设定点压力psp，或者泵是否在安全模式下操作。如果两个标准都不满足，则速度控制方法进行到步骤50，即s50，其中泵被控制以保持在最大速度下操作。换句话说，泵仍然用于在抽空阶段中操作，其中入口压力还没有降低到设定点压力。
47.另一方面，如果在s40处，确定入口压力已经降低到或者低于设定点压力，或者泵正在以安全模式运行。速度控制方法然后进行到步骤42，即s42，以便检查迭代学习控制ilc是否被激活以用于估计跟随的循环的预加速时间。因此，可能的是，在s42处，结果是ilc没有被激活，从而指示泵的常规操作，这由步骤52（即s52）所图示。在s52处，基于入口压力以及设定点压力psp控制泵的速度以减慢。优选的是考虑时间以及循环时间来确定要以其来降低速度的方式。
48.另一方面，在s42处，当确认ilc被激活时，速度控制方法然后前进到步骤44，即s44，在步骤s44处，检查预加速时间是否已经到期，这意味着泵需要被控制以再次加速。以如上面提到的第四循环为例，优选地在给定前三个循环的相关信息的情况下，优选地在第三循环期间已经获得了第四循环的开始的估计和第四循环中所需的预加速时间。当从第四循环的开始时间点计算的预加速时间到期时，在s44处确认速度控制方法然后可以前进到步骤56，即s56，其中泵被控制以最大速度运行。换句话说，在预加速时间到期后，在尚未到来的下一个循环的开始之前，泵已经在当前循环的保持阶段中加速。
49.另一方面，如果在s44处确认预加速时间还尚未到期，这意味着泵仅需要继续减慢，类似于s52中所描述的那样。
50.此外，步骤s50、s52、s54和s56进一步进行到步骤60，即s60，到速度限制器，使得不超过泵送系统的最大允许速度。
51.图5图示了根据本发明的速度控制装置10，其中速度控制装置10至少包括存储器单元100、处理单元102、输出单元104和输入单元106。存储器单元100至少包括关于如上面提到的方法步骤的指令，所述指令由处理单元102执行。还可能的是，相关参数，包括预设参数，诸如入口压力的预设阈值、迭代学习控制公式中使用的加权因子以及偏移（如果其是恒定值），被存储在存储器单元100中包括的子部分中。因此，还可能的是，在存储器单元100中具有另一个子部分，以存储所有迭代索引和所有相关参数，所述参数将在迭代期间改变，包括循环的开始时间点的估计以及循环时间的观察。此外，泵的最大速度、最小速度和加速度是特定于泵的参数，所述参数根据应用场景和要求是固定的，并且因此可以被存储在存储器单元100中包括的又一个存储子部分中。输出单元104将由速度控制装置10给出的速度控制信号和至少包括将从输入单元106读取的泵的入口压力的参数传输到泵。
52.还如图5中所图示，优选的是，时间计数单元108被包括在速度控制装置10中，其中时间计数单元108被特别地配置成标记循环的开始的时间点以及计算循环的预加速时间，其被用于保持跟踪循环的开始时间点，如图4中的s30处所描绘的，并对预加速时间是否到期进行计数，如图4中的s44处所描绘的。此外，优选的是，每当需要作为估计方法中的平衡项时，时间计数单元108测量一段时间的观察，例如，当前循环的预加速时间的观察或测量。
53.图6描绘了根据本发明的泵20，其至少包括控制单元202、输入单元204和输出单元206。输出单元206将包括泵入口压力的至少一个泵参数传输到速度控制装置，诸如如图5中
所图示的速度控制装置10。输入单元204被配置成接收从速度控制装置（诸如图5中所图示的速度控制装置10）传输的速度控制信号。可能的是，泵20中还包括至少一个传感器，以便获得由控制单元202所需的泵参数。
54.参考图7并且根据本发明，呈现了包括上述速度控制装置的泵送控制系统的系统视图。更特别地，泵送系统包括速度控制中心12，其控制多个泵或泵送系统62、64和66，如图7中所图示。根据本发明，速度控制中心12的输出单元和输入单元分别被连接到多个泵62、64和66的输入单元和输出单元。速度控制中心12可以位于与多个泵或泵送系统中的至少一个相同的位置处，在这种情况下，速度控制中心12的输出/输入单元和多个泵之间的连接602、604和606中的至少一个是物理线缆，其具有能够根据应用场景和要求来处理它们之间的传输的传输速率。因此，还可能的是，速度控制中心12位于不同于一个或多个或所有泵或泵送系统的另一位置中，在这种情况下，它们之间的一个或多个或所有连接通过无线通信来实现。因此，根据本发明，不仅以速度控制中心12为中心的泵速的集中式本地控制网络是可能的，分散式泵速控制系统也是可实现的，其中速度控制中心12能够同时控制至少一个泵或泵送系统，从而导致控制方法的甚至更高的效率，以及对速度控制的物理装置的需求中的降低。
55.本发明决不限于作为示例描述并在附图中示出的实施例，但是在不脱离本发明的范围的情况下，用于控制泵的速度的这样的方法和装置、计算机程序和其上存储有由此应用的计算机程序的计算机可读介质以及泵可以以所有种类的形式实现。

技术特征：

1.一种用于控制泵的速度的方法，所述泵特别是在循环应用中采用的变速驱动vsd真空泵，所述方法包括控制所述泵以在重复的循环中操作，每个循环包括抽空阶段和保持阶段，其中每个循环在所述泵的入口压力中的上升足够大时的时间点处开始，并且两个连续循环开始之间的时间是循环时间；在当前循环期间，确定下一个循环的开始，其中当前循环直接在下一个循环之前；以及在下一个循环的开始之前，控制所述泵以在当前循环的保持阶段期间加速到最大速度，使得在下一个循环的开始时，全泵容量可用。2.根据权利要求1所述的方法，其中在抽空阶段中，泵被控制以便以最大速度操作，使得体积从高压被抽空到设定点压力。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在保持阶段中，泵被控制以减慢至最低速度，使得保持设定点压力。4.根据权利要求3所述的方法，其中在保持阶段中，基于入口压力和设定点压力来控制泵的速度降低。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在检测到入口压力达到预设阈值时，检测每个循环的开始。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中基于优选地直接在下一个循环之前的至少一个先前循环的开始，通过贝叶斯滤波器、特别是卡尔曼滤波器，来估计下一个循环的开始。7.根据权利要求6所述的方法，其中基于如下各步骤通过对入口压力的随时间的导数应用卡尔曼滤波器来估计入口压力：基于优选地直接在下一个循环之前的至少一个先前循环中的入口压力的随时间的导数的估计，先验地预测下一个循环中的入口压力的随时间的导数；以及基于下一个循环中入口压力的随时间的导数的先验预测和当前循环中入口压力的随时间的导数的观察，后验地更新下一个循环中入口压力的随时间的导数，其中通过观察，它被称为测量值，并且通过估计，它被称为基于观察的更新预测。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括估计下一个循环的预加速时间，所述预加速时间指的是自下一个循环的开始直到控制泵加速时的下一个循环的保持阶段中的时间点的时间的长度，其中基于优选地直接在下一个循环之前的至少一个先前循环的预加速时间，通过贝叶斯滤波器、特别是卡尔曼滤波器进行估计。9.根据权利要求8所述的方法，其中下一个循环的预加速时间的估计是直接在下一个循环之前的至少一个先前循环的预加速时间的估计和当前循环的预加速时间的观察的加权平均。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法进一步包括基于迭代学习公式估计下一个循环的预加速时间，
其中：j =针对当前循环的迭代索引，u=预加速时间的估计，a=加权因子，b=加权因子，c=加权因子，d=加权因子，cycletime=循环时间的观察，acceleration=vsd变频器中使用的以每秒每分钟转数rpm/s为单位的加速度常数，以及offset=用于增加稳定性的偏移参数。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括当所述控制方法第一次运行时，控制所述泵以便以最大速度操作达至少一个循环，使得获得所述至少一个循环的开始时间点和/或预加速时间。12.一种用于控制泵的速度的装置，所述泵特别是在循环应用中采用的变速驱动vsd真空泵，所述装置包括存储器单元，其包括关于权利要求1至11中的任一项的方法的步骤的指令；处理单元，其被配置成执行包括在存储器单元中的指令；输出单元，其被配置成将速度控制信号传输到泵；以及输入单元，其被配置成读取泵的入口压力并将其馈送到处理单元。13.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置进一步包括时间计数单元，其被配置成当所述处理单元第一次开始执行指令时，计算至少一个循环的开始时间点和/或预加速时间。14.根据权利要求12所述的装置，其中时间计数单元被进一步配置成测量当前循环的开始时间点和/或循环时间。15.一种计算机程序，其包括用于使权利要求12至14的速度控制装置执行权利要求1至11中的任一项的方法的步骤的指令。16.一种计算机可读介质，其上存储有权利要求15所述的计算机程序。17.一种泵，所述泵特别是在循环应用中采用的变速驱动vsd真空泵，其耦合到用于控制泵的速度的装置，所述泵包括控制单元，其被配置成检测多个泵参数；输出单元，其被配置成将多个泵参数传输到速度控制装置；以及输入单元，其被配置成接收从速度控制装置传输的速度控制信号，使得泵被控制以根据权利要求1至11中的任一项操作。18.根据权利要求17所述的泵，其中多个泵参数包括泵的入口压力。

技术总结

本发明描述了一种用于控制具有在循环应用中的变速驱动器的泵的速度的方法以及装置，该循环应用包括重复的循环，每个循环由抽空阶段和保持阶段组成，其中每个循环的开始时间点是当泵的入口压力中的上升足够大时的时间点，并且因此在两个连续循环开始时间点之间延伸的时间是循环时间。该控制方法包括在当前循环期间确定下一个循环的开始，其中优选的是当前循环直接在下一个循环之前。该方法进一步包括在下一个循环的开始之前，控制所述泵以在当前循环的保持阶段期间加速到最大允许速度，使得在下一个循环的开始时，全泵容量可用。全泵容量可用。全泵容量可用。