AT414176B - Vorrichtung zum beaufschlagen eines prüflings mit einer sich periodisch ändernden prüfgrösse - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beaufschlagen eines Prüflings mit einer sich periodisch ändernden Prüfgröße mit einer die Prüfgröße erzeugenden Prüfeinrichtung, mit einem Sollwertgeber für die sich periodisch ändernde Prüfgröße, mit einem über den Sollwertgeber ansteuerbaren Regler für die Prüfeinrichtung und mit einer Vergleicherstufe, die ein-5 gangsseitig an zwei Spektralanalyseeinrichtungen einerseits für den Soll- und anderseits für den Istverlauf der Prüfgröße angeschlossen ist.

Um Prüflinge mit sich zeitlich periodisch ändernden Prüfgrößen, wie Kräfte, Drehmomente oder Geschwindigkeiten, belasten zu können, werden diese Prüfgrößen erzeugende Prüfeinrichtun-io gen eingesetzt, die über einen mit einer Führungsgröße beaufschlagten Regler gesteuert werden. Aufgrund des jeweiligen Übertragungsverhaltens solcher Regelkreise weicht der Istverlauf der Prüfgröße in unterschiedlicher Weise vom die Führungsgröße für den Regler bildenden Sollverlauf ab. Um diese systembedingten Abweichungen ausgleichen zu können, muß das Übertragungsverhalten des Regelkreises berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wird entwe-15 der von einem analytischen, mathematischen Modell des Regelkreises ausgegangen oder das Übertragungsverhalten mit Hilfe einer speziellen Eingangsfunktion bestimmt. Das Erstellen von analytischen mathematischen Modellen ist im allgemeinen nicht nur aufwendig, sondern auch aufgrund der üblicherweise vereinfachten Annahmen fehlerbehaftet. Die experimentelle Ermittlung des Übertragungsverhaltens verlangt hingegen Eingangsfunktionen, die das System zu 20 ausgeprägten Schwingungen anregen, was gerade bei periodischen Führungsgrößen nicht der Fall ist. In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, daß Eingangsfunktionen, die einen vom Sollverlauf stark abweichenden Istverlauf der Prüfgröße aufweisen, zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Prüflings führen können. 25 Um Vibrationseinrichtungen zu überwachen, ist es bekannt (DE 24 44 101 A1, US 3 848 115 A), ein Schwingungssignal mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers abzugreifen und spektral zu analysieren, so daß die spektrale Leistungsdichte beurteilt und mit einem Sollwert verglichen werden kann. Aus einer gegebenenfalls festgestellten Soll-Istwertdifferenz wird ein Stellsignal zur Regelung der Vibrationseinrichtung abgeleitet. Bei einer anderen bekannten 30 Vibrationseinrichtung (DE 199 56 961 A1) wird ebenfalls ein Frequenzspektrum aufgenommen, um aus dem Vergleich mit einem Soll-Frequenzspektrum gegebenenfalls einen Regelkreis zur Beseitigung allfälliger Abweichungen zu beaufschlagen. Diese bekannten Einrichtungen setzen jedoch ein bekanntes Übertragungsverhalten des Regelkreises voraus. 35 Schließlich ist es bekannt (DE 195 45 008 A1) zur Führerkennung von Veränderungen an periodisch arbeitenden Maschinen maschinenspezifische Meßsignale zu erfassen und in einer Auswerteschaltung mit einer Referenz zu verarbeiten. Als Referenz werden die für die Überwachung zu erfassenden Meßwerte in einem Ausgangsmodus herangezogen, der für das Ausgangsverhalten der Maschine charakteristisch ist. Die sich zeitlich ändernden Meßsignale wer-40 den zur Verarbeitung in der Auswerteschaltung in Frequenzspektren zerlegt, was den Vergleich der verarbeiteten Meßwerte im Ausgangsmodus und im Überwachungsmodus erleichtert. Einen Einfluß auf das Regelverhalten der zu überwachenden Maschinen haben diese Vergleiche der Frequenzspektren jedoch nicht. 45 Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Beaufschlagen eines Prüflings mit einer sich periodisch ändernden Prüfgröße der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß der vorgegebene Sollverlauf der Prüfgröße mit guter Genauigkeit eingehalten werden kann, ohne das jeweilige Übertragungsverhalten des Regelkreises bestimmen zu müssen. 50

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Sollwertgeber den Regler über eine Anpassungsschaltung ansteuert, daß die Anpassungsschaltung die Vergleicherstufe umfaßt, die ausgangsseitig an einer Recheneinheit zur wiederholten Berechnung einer Führungsgröße in Abhängigkeit von der Differenz der analysierten harmonischen Schwingungen des Soll- und 55 Istverlaufs anliegt, und daß die Recheneinheit einen Führungssignalgeber für den Regler steu- 3

AI 414 176 B ert.

Durch das Vorsehen einer solchen Anpassungsschaltung wird unter der Voraussetzung, daß ein im wesentlichen lineares, zeitinvariantes Übertragungsverhalten vorliegt, wie dies bei Prüf-5 einrichtungen im allgemeinen der Fall ist, die den Regler aufgeschaltete Führungsgröße schrittweise so korrigiert, daß der Istverlauf der Prüfgröße an deren Sollverlauf angenähert wird, so daß innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne eine gute Annäherung des Ist- an den Sollverlauf der Prüfgröße erreicht wird, ohne das Übertragungsverhalten des Regelkreises kennen zu müssen. Da sowohl der Soll- als auch der Istverlauf der Prüfgröße durch die vorge-io sehenen Spektralanalyseeinrichtungen in harmonische Schwingungen zerlegt werden, kann aufgrund der Amplituden- und Phasenunterschiede der Grund- und Oberwellen des Soll- und Istverlaufs mit Hilfe einer einfachen Rechenvorschrift eine das Übertragungsverhalten näherungsweise beschreibende Übertragungsfunktion erhalten werden, mit der die den Regler beaufschlagende Führungsgröße gegenüber dem Sollverlauf der Prüfgröße so verändert wird, 15 daß der durch die korrigierte Führungsgröße bedingte Istverlauf der Prüfgröße dem Sollverlauf angenähert wird. Der Vergleich der nach dem Abklingen von Einschwingvorgängen neuerlich analysierten Schwingungen des Istverlaufs mit dem Sollverlauf führt zu einer Verbesserung der berechneten Übertragungsfunktion, so daß der Istverlauf der Prüfgröße iterativ dem Sollverlauf angenähert werden kann. Wird von einer Übertragungsfunktion mit dem Wert 1 ausgegangen, 20 so brauchen für die Regelung keine Kenntnisse des Ubertragungsverhaltens vorausgesetzt zu werden. Die Vorgabe einer bereits an ein bekanntes Übertragungsverhalten angepaßten Übertragungsfunktion beschleunigt naturgemäß die Annäherung des Ist- an den Sollverlauf der Prüfgröße. 25 Um eine ausreichend genaue Übereinstimmung zwischen dem Ist- und dem Sollverlauf der Prüfgröße sicherzustellen, genügt die Auswertung einer begrenzten Anzahl von Oberwellen des periodischen Sollverlaufs der Prüfgröße. Zu diesem Zweck kann der Spektralanalyseeinrichtung für den Sollverlauf eine Begrenzerstufe für die Frequenz der analysierten Schwingungen nachgeschaltet werden. 30

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beaufschlagen eines Prüflings mit einer sich periodisch ändernden Prüfgröße in einem vereinfachten Blockschaltbild, 35 Fig. 2 den zeitlichen Soll- und Istverlauf der Prüfgröße mit dem Sollverlauf als Führungsgröße und

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der erfindungsgemäß angepaßten Führungsgröße und den durch diese Führungsgröße bedingten Istverlauf der Prüfgröße. 40 Gemäß dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Prüfeinrichtung 1 vorgesehen, mit der ein Prüfling 2 mit einer sich periodisch ändernden Prüfgröße, nämlich einer Kraft, beaufschlagt werden soll. Zu diesem Zweck ist ein Druckmittelzylinder 3 vorgesehen, der über einen Stempel 4 den auf einem Widerlager 5 abgestützten Prüfling 2 mit einer Druckkraft belastet. Die Druckbeaufschlagung des Zylinders 3 wird über ein Regelventil 6 gesteuert, daß 45 selbst über einen Regler 7 angesteuert wird, der mit der Prüfeinrichtung 1 einen herkömmlichen Regelkreis mit der auf den Prüfling 2 einwirkenden Prüfkraft als Regelgröße x (t) bildet, die durch eine Kraftmeßdose 8 erfaßt wird.

Die Regel- und Prüfgröße x(t) soll sich entsprechend einem Sollverlauf periodisch ändern. Zu so diesem Zweck ist ein Sollwertgeber 9 vorgesehen der jedoch den Regler 7 nicht unmittelbar sondern über eine Anpassungsschaltung 10 beaufschlagt. Diese Anpassungsschaltung weist eine Vergleicherstufe 11 auf, die über eine Spektralanalyseeinrichtung 12 mit dem Sollwertgeber 9 und über eine Spektralanalyseeinrichtung 13 mit der Kraftmeßdose 8 verbunden ist. Ausgangsseitig liegt die Vergleicherstufe 11 an einer Recheneinheit 14 an, die einen Führungssig-55 nalgeber 15 ansteuert. Mit der ausgangsseitigen Führungsgröße w(t) wird der Regler 7 in

Claims (2)

1. 4 AT 414 176 B herkömmlicher Weise beaufschlagt. Der vom Sollwertgeber 9 vorgegebene Sollverlauf r(t) der Prüfgröße x(t) wird in der Spektralanalyseeinrichtung 12 in Grund- und Oberschwingungen zerlegt, wobei die analysierten 5 Schwingungen über eine Begrenzerstufe 16 für die Frequenz der Vergleicherstufe 11 zugeführt wird, weil für die erforderliche Anpassung der Führungsgröße w(t) lediglich eine begrenzte Anzahl von Oberwellen der harmonischen Schwingungen erforderlich ist. Die Grund- und Oberwellen des Sollverlaufes r(t) werden mit den entsprechenden Grund- und Oberwellen des Istverlaufes x(t) hinsichtlich der Amplitude- und Phasenlage verglichen, um aus den in der io Vergleicherstufe 11 festgestellten Differenzen in der Recheneinheit 14 aufgrund vorgegebener Rechenvorschriften Werte des Frequenzganges zu ermitteln, anhand deren die Führungsgröße w(t) so geändert werden kann, daß sich der Istverlauf x(t) der Prüfgröße an den Sollverlauf r(t) annähert. Nach dem Abklingen der jeweils auftretenden Einschwingvorgänge können die Werte des Frequenzganges schrittweise verbessert werden, so daß sich der Istverlauf x(t) der Prüf-15 große iterativ deren Sollverlauf r(t) annähert. In der Fig. 2 ist eine Ausgangslage dargestellt, bei der die Übertragungsfunktion den Wert 1 aufweist, so daß der Sollverlauf r(t) der Prüfgröße gleich der Führungsgröße w(t) ist. Aufgrund des Übertragungsverhaltens des Regelkreises ergibt sich beispielsweise ein Istverlauf x(t) der 20 Prüfgröße, wie er in voller Linie eingezeichnet ist. Man erkennt, daß aufgrund des Übertragungsverhaltens der Sollverlauf r(t) vom Istverlauf x(t) erheblich abweicht. Aufgrund der geschilderten iterativen Anpassung der Führungsgröße w(t) wird die Führungsgröße w(t) gemäß der Fig. 3 so geändert, daß der Istverlauf x(t) sich mehr und mehr dem Sollverlauf r(t) angleicht, um nach einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne eine weitgehende Übereinstimmung zwi-25 sehen dem Sollverlauf r(t) und dem Istverlauf x(t) der Prüfgröße zu erhalten, wie dies aus dem Vergleich der Kurven r(t) und x(t) der Fig. 2 und 3 ersichtlich wird. Ändert sich das Übertragungsverhalten des Regelkreises beispielsweise aufgrund von Wärmeeinflüssen, so folgt die Anpassung der Führungsgröße w(t) diesen Änderungen mit der Wirkung, daß der Istwert x(t) der Prüfgröße mit guter Genauigkeit dem Sollverlauf r(t) entspricht. 30 Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Beaufschlagen eines Prüflings mit einer sich periodisch ändernden Prüf- 35 große mit einer die Prüfgröße erzeugenden Prüfeinrichtung, mit einem Sollwertgeber für die sich periodisch ändernde Prüfgröße, mit einem über den Sollwertgeber ansteuerbaren Regler für die Prüfeinrichtung und mit einer Vergleicherstufe, die eingangsseitig an zwei Spektralanalyseeinrichtungen einerseits für den Soll- und anderseits für den Istverlauf der Prüfgröße angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (9) den Reg-40 ler (7) über eine Anpassungsschaltung (10) ansteuert, daß die Anpassungsschaltung (10) die Vergleicherstufe (11) umfaßt, die ausgangsseitig an einer Recheneinheit (14) zur wiederholten Berechnung einer Führungsgröße in Abhängigkeit von der Differenz der analysierten harmonischen Schwingungen des Soll- und Istverlaufs anliegt, und daß die Recheneinheit (14) einen Führungssignalgeber (15) für den Regler (7) steuert. 45
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spektralanalyseeinrichtung (12) für den Sollverlauf eine Begrenzerstufe (16) für die Frequenz der analysierten Schwingungen nachgeschaltet ist. 50 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 55