**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Führungssteuerung mit einem Hydromotor, einem elektrohydraulischen Durchfluss-Servoventil, einem Kreislauf einer Treibflüssigkeit über eine von zwei Speiseleitungen, das Servoventil und eine von zwei Arbeitsleitungen zum Hydromotor und zurück, einem ersten Messwertgeber, der mit einem der Durchflussrichtung durch die Arbeitsleitungen entsprechenden Vorzeichen einen Drosselquerschnitt im Servoventil angibt, einem zweiten Messwertgeber, der vorzeichengerecht eine Druckdifferenz zwischen den Arbeitsleitungen angibt, und elektrischen Leitungen für einen Steuerstrom des Servoventils, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Korrektur des Steuerstromes i des Servoventils (3) durch Multiplikation mit einem Faktor f, der eine vorbestimmte Funktion
EMI1.1
ist,
wobei p das vorzeichengerechte Verhältnis der Druckdifferenz zwischen den Arbeitsleitungen (2', 2") zu einer Druckdifferenz zwischen den Speiseleitungen (4', 4") ist und sign(x) die Durchflussrichtung durch die Arbeitsleitungen als vorzeichenbehafteten Einheitswert ausdrückt, derart, dass im stationären Zustand der Führungssteuerung mit belastetem Hydromotor die Vorzeichen von p und sign(x) einander gleich sind.
2. Vorrichtung zur Führungssteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (10), der eingangsseitig über eine erste Leitung (7) an den ersten Messwertgeber (5) angeschlossen ist und ausgangsseitig einer zweiten Lei tung (11) das Vorzeichen sign(x) des Drosselquerschnittes x als Signal abgibt, einen Funktionsbildner (12), der eingangsseitig über die zweite Leitung (11) an den Vergleicher (10) und über eine dritte Leitung (8) an den zweiten Messwertgeber (6) angeschlossen ist und ausgangsseitig einer vierten Leitung (13) den Faktor f als vorbestimmte Funktion des genannten Vorzeichens sign(x) und der genannten Druckdifferenz p als Signal abgibt, und einen Multiplizierer (14),
der eingangsseitig über die vierte Leitung (13) an den Funktionsbildner (12) angeschlossen ist sowie über eine fünfte Leitung (9) den genannten Steuerstrom i erhält und ausgangsseitig einer sechsten Leitung (15) das Produkt des Steuerstromes i und des Faktors fals korrigierten Steuerstrom i für das Servoventil (3) abgibt.
3. Vorrichtung zur Führungssteuerung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Funktionsbildners (12) mit einem Analog/Digital-Wandler (16), der eingangsseitig über die dritte Leitung (8) an den zweiten Messwertgeber (6) angeschlossen ist und ausgangsseitig einen ersten Digitalwert einem ersten Leitungsstrang (17) abgibt, wobei der erste Leitungsstrang (17) aus je einer Stelle des Digitalwertes zugeordneten Leitungen (17-a, 17-b) besteht, mit Antivalenz-Toren (18), von denen je eines (18-a, 18-b) einer Leitung (1 7-a, 17-b) des ersten Leitungsstranges (17) zugeordnet ist und zwei Eingänge aufweist, von denen der eine mit der zugeordneten Leitung (17-a, 17-b) des ersten Leitungsstranges (17) und der andere mit der zweiten Leitung (11) verbunden ist, sowie einen Ausgang aufweist,
an den eine zugeordnete Leitung (1 9-a, 1 9-b) eines zweiten Leitungsstranges (19) angeschlossen ist, mit einem Festwertspeicher (20), der adressenseitig über den zweiten Leitungsstrang (19) von den Ausgängen der Antivalenz-Tore (18) einen zweiten Digitalwert erhält und ausgangsseitig einem dritten Leitungsstrang (21) einen dritten Digitalwert abgibt, und mit einem Digital/Analog-Wandler (22), der eingangsseitig über den dritten Leitungsstrang (21) vom Festwertspeicher den dritten Digitalwert erhält und ausgangsseitig den vorbestimmten Faktor fder vierten Leitung (13) abgibt.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führungssteuerung mit einem Hydromotor und einem elektrohydraulischen Servoventil gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die in der Beschreibung der Erfindung verwendeten Begriffe entsprechen der DIN 19226.
Verschiedene Steuerungssysteme, in denen mechanische Arbeit geleistet und von einem elektrischen Strom geführt wird, verwenden hydraulische Hilfsenergie, indem der elektrische Strom mittels eines elektrohydraulischen Durchfluss Servoventils die Druckdifferenz und/oder den Durchfluss einer Treibflüssigkeit zwischen dem Einlass und dem Auslass eines Hydromotors führt. Bei einem idealen Hydromotor besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen diesen beiden hydraulischen Kenngrössen und zwei daraus resultierenden mechanischen Kenngrössen des Hydromotors, aus deren Produkt sich die Leistung des Hydromotors ergibt; bei einem Hydromotor des Zylindertyps sind diese mechanischen Kenngrössen die Kraft und die Geschwindigkeit des Kolbens, bei einem Hydromotor des Turbinentyps das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit des Rotors.
Ein ideales Durchfluss-Servoventil erzeugt zwischen seinen Arbeitsanschlüssen - vom Austritt zur Rückführung der Flüssigkeit einen Durchfluss, der bei konstantbleibenden Druckverhältnissen dem elektrischen Strom proportional ist. Gemäss dem Satz von Bernoulli stehen aber der Durchfluss und die Druckdifferenz zwischen den Arbeitsanschlüssen des Durchfluss-Servoventils in einer nichtlinearen Beziehung zueinander, somit ist auch das Führungsverhalten der das Servoventil enthaltenden Steuerkette nichtlinear und vom jeweiligen Arbeitspunkt abhängig.
Bereits bei einem Steuerungssystem ist diese Nichtlinearität nachteilig, sie wirkt sich aber noch viel nachteiliger aus, wenn das betrachtete Steuerungssystem ein Glied eines übergeordneten Regelungssystems ist: dann nämlich können die Parameter des Regelkreises nicht auf für alle möglichen Arbeitspunkte optimale feste Werte eingestellt werden. Zur Optimierung derartiger nichtlinearer Regelungssysteme werden bekanntlich adaptive Glieder des Regelkreises verwendet, oder es werden nur kleine Aussteuerungen des Servoventils um den Nullpunkt des Durchflusses zugelassen: in beiden Fällen ist die regelungstechnisch optimale Lösung nicht kostengünstig, die kostengünstige Lösung regelungstechnisch nicht optimal.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Führungssteuerung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche linear arbeitet und sich daher zum Einsatz in optimierte Regelkreise besonders gut eignet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die erfindungsgemässe Führungssteuerung gekennzeichnet durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild einer bekannten, nichtlinearen Vorrichtung zur Führungssteuerung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur linearen Führungssteuerung, und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausbildung eines Funktionsbildners.
In Fig. list eine bekannte Vorrichtung zur Führungssteue
rung dargestellt, wobei deren Elemente mit DlN-Sinnbildern eingezeichnet sind. Im Rahmen list ein Hydromotor dargestellt, der von einer in Arbeitsleitungen 2', 2" geförderten Flüssigkeit getrieben wird. Im dargestellten Beispiel ist der Hydromotor vom Turbinentyp; als Treibflüssigkeit wird Öl verwendet; je nach der Richtung des vom Hydromotor erzeugten Drehmoments wird die Flüssigkeit in der einen oder anderen Durchflussrichtung durch die Leitungen 2', 2" gefördert, wobei eine der Leitungen 2', 2" zum Einlass des Hydromotors und die andere vom Auslass zurück führt, oder umgekehrt. Im Rahmen 3 ist ein elektrohydraulisches Durchfluss-Servoventil dargestellt, das im Kreislauf der Treibflüssigkeit zwischen den Vorlauf- bzw.
Rücklauf-Speiseleitungen 4', 4" geschaltet ist und Arbeitsanschlüsse aufweist, an welche die Arbeitsleitungen 2', 2" angeschlossen sind. Das Servoventil wirkt für je eine der beiden möglichen Durchflussrichtungen durch die Arbeitsleitungen 2', 2" als steuerbare doppelte Drossel mit gleichen Drosselteilen, von denen je eines im Kreislauf der Treibflüssigkeit zwischen einer Speiseleitung 4' bzw. 4" und der je nach Durchflussrichtung zugeordneten Arbeitsleitung 2 oder 2" angeordnet ist. Das Servoventil ist mit einem ersten Messwertgeber 5 versehen, der mit einem der Durchflussrichtung entsprechenden Vorzeichen den Drosselquerschnitt an den beiden Drosselteilen angibt; das Servoventil ist noch mit einem zweiten Messwertgeber 6 versehen, der vorzeichengerecht die Druckdifferenz zwischen den Arbeitsleitungen 2', 2" angibt.
Beide Messwertgeber arbeiten auf dem Prinzip der induktiven Wegabtastung: im ersten Messwertgeber wird der Weg eines Steuerkolbens des Servoventils und im zweiten Messwertgeber der Weg einer Druckaufnehmermembrane abgetastet und die Induktivitätje eines Spulenpaars entsprechend beeinflusst. Diese Spulen sind auf bekannte Weise in einer mit Wechselspannung gespeisten Brückenschaltung geschaltet; in derjeweiligen mit (p bezeichneten Vorrichtung erfolgt auf bekannte Weise eine phasenempfindliche Demodulation der Brückenspannung; das Ergebnis der Demodulation ist je ein Signal, das auf den elektrischen Leitungen 7 bzw. 8 ansteht. Das Servoventil wird von einem elektrischen Steuerstrom gesteuert, der durch eine elektrische Leitung 9 eingegeben wird; zur Vereinfachung der Zeichnung wird die Chassis-Erde als elektrische Senke verwendet.
Das Servoventil ist so ausgebildet, dass einerseits der Drosselquerschnitt dem Kolbenweg - als Abweichung der Position des Kolbens von einem Mittelpunkt definiert - proportional ist, andererseits der Kolbenweg dem Steuerstrom im stationären Zustand proportional ist; bei zeitabhängigen Änderungen des Steuerstromes können die Änderungen des Kolbenweges näherungsweise durch eine Übertragungsfunktion zweiter Ordnung beschrieben werden, deren Einzelheiten hier nicht von Belang sind. Zum Aufbau der beschriebenen Vorrichtung können beispielsweise ein Servoventil vom Typ 063 der Firma Liebherr-Aero-Technik mit eingebautem Messwertgeber für den Kolbenweg und ein an das Servoventil anzuschliessender Differenzdruckaufnehmer vom Typ 600 der Firma Standard Controls verwendet werden.
Anstelle des dargestellten Hydromotors vom Turbinentyp könnte auch ein Hydromotor vom Zylindertyp verwendet werden; sinngemäss wäre dann im vorstehenden das Wort Drehmoment durch das Wort Kraft zu ersetzen, was aber für die Erfindung nicht von Belang ist, so dass im nachfolgenden durchwegs nur die beispielsweise Ausbildung mit einem Hydromotor vom Turbinentyp betrachtet wird.
Zur Erläuterung des Führungsverhaltens der beschriebenen Steuerung und zur Erleichterung der Beschreibung der Erfindung ist es vorteilhaft, anstelle der physikalischen Werte des Kolbenweges, des Drosselquerschnittes, der Druckdifferenz zwischen den Leitungen 2', 2", des Durchflusses durch diese Leitungen und des Steuerstromes normierte dimensionslose Kennwerte zu verwenden, die unter Erhaltung des Vorzeichens die jeweilige Grösse als Verhältnis des physikalischen Wertes dieser Grösse zum jeweiligen im idealen stationären Fall von dieser Grösse erreichbaren maximalen Absolutwert ausdrücken.
Zufolge dieser Definition können der Kolbenweg und der Drosselquerschnitt beide durch denselben Kennwert x ausgedrückt werden; die Druckdifferenz wird durch den Kennwert p, der Durchfluss durch den Kennwert q und der Steuerstrom durch den Kennwert i ausgedrückt; bei allen Kennwerten wird das Vorzeichen + oder je einer der Durchflussrichtungen durch die Leitungen 2', 2" zugeordnet, derart, dass im idealen stationären Fall mit einem belasteten Hydromotor alle Vorzeichen gleich sind.
Das Führungsverhalten der mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Steuerung ist nichtlinear, weil der Durchfluss q dem Kolbenweg oder Drosselquerschnitt x und folglich dem Steuerstrom i nicht proportional ist. Die Kontinuität des Durchflusses und der Satz von Bernoulli bestimmen nämlich, dass der Druckabfall an den Drosselstellen des Servoventils gleich der auch Staudruck genannten spezifischen kinetischen Energie der Treibflüssigkeit ist. Unter den Faktoren, welche diese kinetische Energie bestimmen, wirkt die Geschwindigkeit der Treibflüssigkeit an den Drosselstellen im Quadrat.
Nach Einführung eines Koeffizienten K, der die im vorstehenden erwähnte Übertragungsfunktion enthält und ausdrückt, und der Vorzeichenfunktion sign(x), welche den mit dem Vorzeichen von x behafteten Absolutwert 1 darstellt, ergibt sich die Gleichung (1):
EMI2.1
Die Einführung der Vorzeichenfunktion sign(x) gewährleistet die richtige Abhängigkeit zwischen q und p auch dann, wenn in einem instationären Zustand p vorübergehend eine Umkehr des Vorzeichens aufweist (dies ist der Fall, wenn der Hydromotor abgebremst wird und vorübergehend als Pumpe wirkt). Wären keine solchen instationären Zustände zu berücksichtigen, so würde es genügen, anstelle von p sign(x) den Absolutwert p in die Gleichung (1) einzusetzen.
Die Nichtlinearität der Führungssteuerung nach Fig. 1 wird durch die Gleichung (1) beschrieben. Im folgenden wird nun mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, wie diese Nichtlinearität behoben und eine Vorrichtung zur linearen Führungssteuerung geschaffen werden kann. In Fig. 2 werden der Hydromotor 1 (MOT), die hydraulischen Leitungen 2' und 2", das Servoventil 3 (SV) und die elektrischen Leitungen 7, 8 und 9 im Blockschema dargestellt. Die Leitung 7 führt das Signal x vom Servoventil 3 zu einem Vergleicher 10 (COMP), in welchem das Signal x mit Null verglichen wird: am Ausgang des Vergleichers 10 erscheint auf einer Leitung 11 ein Signal sign(x), das bei positivem x den Wert + 1 und bei negativem x den Wert - 1 bedeutet.
Die beiden Leitungen 8 und 11 führen zu je einem Eingang eines Funktionsbildners 12 (FUNCT), in welchem aus den Signalen p und sign(x) eine Funktion fgemäss der nachstehenden Gleichung (2) gebildet wird: Ein entsprechendes Korrektursignal f erscheint am Ausgang des Funktionsbildners 12 und wird einer daran angeschlossenen Leitung 13 abgegeben. Die beiden Leitungen 9 und 13 führen zu je einem Eingang eines Multiplizierers 14 (MULT), in welchem der Steuerstrom i mit dem Korrektursignal f multipliziert wird; das Produkt i' = i fergibt einen korrigierten Steuerstrom i', der von einer an den Ausgang des Multiplizierers 14 angeschlossenen Leitung 15 zum Steuerstrom-Eingang des Servoventils 3 zugeleitet und dem Servoventil 3 als Führungsgrösse eingegeben wird. Der Vergleicher 10 und der Multiplizierer 14 sind an sich bekannte Elemente der Analogtechnik.
Da auch Subtrahier-, Radizier- und Dividierschaltungen in der Analogtechnik bekannt sind, erübrigt sich eine ausführliche Darstellung der Ausbildung des Funktionsbildners 12 mit Elementen der Analogtechnik. Eine bevorzugte Ausbildung des Funktionsbildners 12 wird unter Benutzung von Elementen der Digitaltechnik mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.
In Fig. 3 sind die zum bzw. vom Funktionsbildner 12 führenden Leitungen 8, 11 und 13 dargestellt. Das auf der Leitung 8 anstehende Signal p wird in einem analog/Digital Wandler 16 (A/D) digitalisiert und als 8-bit-Signal einem entsprechenden Leitungsstrang 17 mit 8 Leitungen abgegeben; dabei ist es vorteilhaft, eine Verschiebung des Nullpunktes vorzunehmen, um die Variationsspanne von p innerhalb der Grenzwerte +1 mit der digitalen Spanne zwischen (20 1) und (28- 1) in Korrespondenz zu bringen, so dass nur positive digitale Werte zu verarbeiten sind.
Auf der Leitung 11 werden die Werte +1 bzw. - 1 des Signals sign(x) als digital verwertbare Werte geliefert, d.h., die Leitung 11 führt ein sogenanntes Vorzeichen-bit. Entsprechend der Gleichung (2) hat die Umkehr des Vorzeichens von sign(x) dieselbe Wirkung auf die zu bildende Funktion fwie eine Umkehr des Vorzeichens von p bei gleichbleibendem Vorzeichen von sign(x): bei der beschriebenen Digitalisierung von p mit Verschiebung des Nullpunktes drückt sich eine Umkehr des Vorzeichens von p als Komplementierung des 8-bit-Digitalwertes aus, es ist also zu erreichen, dass der eine mögliche Wert des Vorzeichen-bits den 8-bit-Digitalwert unverändert lässt, während der andere mögliche Wert des Vorzeichen-bits eine Komplementierung des 8-bit-Digitalwertes auslöst.
Dies wird auf folgende Weise erreicht: jede Leitung des Leitungsstranges 17 führt zum einen Eingang je eines Antivalenz-Tores, dessen anderer Eingang mit der Leitung 11 verbunden ist; zur Vereinfachung der Zeichnung wird die gesamte Gruppe von 8 Toren mit 18 bezeichnet, es werden aber nur zwei Tore 18-a und 1 8-b sowie die entsprechenden Leitungen 17-a und 17-b des Leitungsstranges 17 und die entsprechenden Verzweigungen der Leitung 11 eingezeichnet.
Die insgesamt 8 Ausgänge der Tore 18 werden über je eine von 8 Leitungen eines Leitungsstranges 19 mit einem zugeordneten Eingang eines programmierbaren Festwertspeichers 20 (PROM) verbunden; auch hier werden nur zwei dieser Leitungen dargestellt und mit 19-a, 19-b bezeichnet.
Der PROM 20 wird durch die vom Leitungsstrang 19 zugeführten bits adressiert; der adressierte Speicherinhalt erscheint auf einem 8-bit-Ausgang des PROM 20, von diesem Ausgang wird dieser Speicherinhalt über einen entsprechenden Leitungsstrang 21 mit 8 Leitungen zum Eingang eines Digital/Analog-Wandlers 22 (D/A) geführt. Am Ausgang des Wandlers 22 erscheint ein Analogwert, der als Signal der an diesen Ausgang angeschlossenen Leitung 13 abgegeben wird. Der PROM 20 ist so programmiert, dass jedem erreichbaren Wert von p ein entsprechender Wert der Funktion fgemäss der Gleichung (2) mit sign(x) = +1 zugeordnet ist; der Fall sign(x) = -1 wird als Umkehr des Vorzeichens von p behandelt.
Es ist ersichtlich, dass die Verwendung normierter Kennwerte die Darstellung vereinfacht, bei Verwendung der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Ausbildung aber im Endeffekt nur auf eine richtige Wahl der Empfindlichkeiten verschiedener Elemente hinausläuft. Da vom Kolbenweg nur das Vorzeichen verwendet wird, spielen hier die Kennlinie des Messwertgebers 5 und die Empfindlichkeit des Vergleichers 10 keine wesentliche Rolle. Die Normierung des Differenzdruckes p erfolgt durch eine Abstimmung der Kennlinien des Messwertgebers 6 und des Wandlers 16, die Normierung des Signals f durch eine Abstimmung der Kennlinien des Wandlers 22 und des Multiplizierers 14, derart, dass der volle Ausschlag der jeweiligen Eingangsgrösse den vollen Ausschlag der entsprechenden Ausgangsgrösse bewirkt.
Der Steuerstrom i bzw. i' braucht nicht normiert zu werden, der Multiplizierer 14 muss jedoch den zum vollen Ausschlag des Steuerkolbens im Servoventil 3 nötigen Steuerstrom verarbeiten können, was gegebenenfalls mit Hilfe eines auf der Leitung 15 angeordneten Leistungsverstärkers erreicht werden kann.
Es ist noch zu bemerken, dass die Funktion des Digital/ Analog-Wandlers 22 und des Multiplizierers 14 durch ein und dasselbe Element ausgeübt werden können: ein solches Element ist als multiplizierender D/A-Wandler bekannt und im Handel erhältlich. Auch könnten die Antivalenz-Tore 18 ausgelassen werden, wenn mit einer halben Auflösung des Analog/Digital-Wandlers 16 eine für die gewünschte Linearisierung ausreichende Präzision der Korrektur des Steuerstromes erreicht wird:
dann sind die Leitungen 11 und 19-b direkt miteinander zu verbinden, während die Leitungen der Leitungsstränge 17 und 19 mit Ausnahme der Leitungen 17-b und 19-b jeweils zu zweien miteinander zu verbinden sind und der PROM 20 entsprechend zu programmieren ist (die Leitung 17-b bleibt ungenutzt, was die Auflösung halbiert; es muss sich daher um die das niedrigstwertige bit führende Leitung handeln).
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1.Device for guiding control with a hydraulic motor, an electrohydraulic flow servo valve, a circuit of a propellant liquid via one of two feed lines, the servo valve and one of two working lines to the hydraulic motor and back, a first transmitter which corresponds to the direction of flow through the working lines Sign indicates a throttle cross-section in the servo valve, a second sensor, which specifies a pressure difference between the working lines in accordance with the sign, and electrical lines for a control current of the servo valve, characterized by a device for correcting the control current i of the servo valve (3) by multiplication by a factor f, which is a predetermined function
EMI1.1
is
where p is the signed ratio of the pressure difference between the working lines (2 ', 2 ") to a pressure difference between the feed lines (4', 4") and sign (x) expresses the direction of flow through the working lines as a signed unit value, such that in steady state of the guidance control with loaded hydraulic motor the signs of p and sign (x) are equal to each other.
2. Device for guiding control according to claim 1, characterized by a comparator (10) which is connected on the input side via a first line (7) to the first transmitter (5) and on the output side of a second line (11) the sign (x). of the throttle cross section x as a signal, a function generator (12) which is connected on the input side via the second line (11) to the comparator (10) and via a third line (8) to the second transmitter (6) and on the output side of a fourth line (13) outputs the factor f as a predetermined function of said sign sign (x) and said pressure difference p as a signal, and a multiplier (14),
which is connected on the input side via the fourth line (13) to the function generator (12) and receives the control current i mentioned via a fifth line (9) and on the output side of a sixth line (15) the product of the control current i and the factor falsely corrected control current i for the servo valve (3).
3. Device for guiding control according to claim 2, characterized by an embodiment of the function generator (12) with an analog / digital converter (16) which is connected on the input side via the third line (8) to the second transmitter (6) and on the output side outputs the first digital value to a first wiring harness (17), the first wiring harness (17) each consisting of wires (17-a, 17-b) assigned to one point of the digital value, with antivalence gates (18), one of which (18 -a, 18-b) is assigned to a line (1 7-a, 17-b) of the first line section (17) and has two inputs, one of which with the assigned line (17-a, 17-b) of the the first line (17) and the other is connected to the second line (11) and has an output,
to which an assigned line (1 9-a, 1 9-b) of a second line branch (19) is connected, with a read-only memory (20), which on the address side via the second line branch (19) from the outputs of the antivalence gates (18 ) receives a second digital value and outputs a third digital value on the output side to a third line segment, and with a digital / analog converter (22) which receives the third digital value from the read-only memory on the input side via the third line segment (21) and the predetermined factor on the output side for the fourth line (13).
The invention relates to a device for guiding control with a hydraulic motor and an electro-hydraulic servo valve according to the preamble of claim 1. The terms used in the description of the invention correspond to DIN 19226.
Various control systems in which mechanical work is performed and carried by an electric current use auxiliary hydraulic energy, in that the electric current guides the pressure difference and / or the flow of a propellant fluid between the inlet and the outlet of a hydraulic motor by means of an electro-hydraulic flow servo valve. In the case of an ideal hydraulic motor, there is a linear dependency between these two hydraulic parameters and two mechanical parameters of the hydraulic motor resulting therefrom, the product of which gives the performance of the hydraulic motor; in the case of a hydraulic motor of the cylinder type, these mechanical parameters are the force and the speed of the piston, in the case of a hydraulic motor of the turbine type the torque and the rotational speed of the rotor.
An ideal flow servo valve creates a flow between its working connections - from the outlet to the return of the liquid - which is proportional to the electrical current while the pressure conditions remain constant. According to Bernoulli's theorem, however, the flow and the pressure difference between the working connections of the flow servo valve are in a non-linear relationship to one another, so that the control behavior of the control chain containing the servo valve is non-linear and depends on the respective operating point.
This nonlinearity is disadvantageous already in a control system, but it has a much more disadvantageous effect if the control system under consideration is a member of a higher-level control system: namely, the parameters of the control loop cannot then be set to optimally fixed values for all possible operating points. As is known, adaptive elements of the control loop are used to optimize such nonlinear control systems, or only small modulations of the servo valve around the zero point of the flow are permitted: in both cases, the optimal solution in terms of control technology is not cost-effective, the inexpensive solution is not optimal in terms of control technology.
The object of the invention is to provide a guide control of the type mentioned at the outset, which operates linearly and is therefore particularly well suited for use in optimized control loops. To achieve this object, the guidance control according to the invention is characterized by the features listed in claim 1. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.
The invention is described in more detail below with reference to the drawing, in which the same elements are provided with the same reference symbols. Show it:
1 shows the circuit diagram of a known, non-linear device for guiding control,
Fig. 2 is a block diagram of the device for linear guidance control, and
Fig. 3 is a block diagram of a preferred embodiment of a function builder.
In Fig. List a known device for management control
tion, the elements of which are drawn in with DlN symbols. In the frame, a hydraulic motor is shown which is driven by a liquid conveyed in working lines 2 ', 2 ". In the example shown, the hydraulic motor is of the turbine type; oil is used as the driving liquid. Depending on the direction of the torque generated by the hydraulic motor, the liquid is in one or the other flow direction is conveyed through the lines 2 ', 2 ", one of the lines 2', 2" leading to the inlet of the hydraulic motor and the other back from the outlet, or vice versa. Frame 3 shows an electro-hydraulic flow servo valve, in the circuit of the propellant between the flow or
Return feed lines 4 ', 4 "is connected and has working connections to which the working lines 2', 2" are connected. For each of the two possible flow directions through the working lines 2 ', 2 ", the servo valve acts as a controllable double throttle with the same throttle parts, one of which in each case in the circuit of the propellant liquid between a feed line 4' or 4" and the working line assigned depending on the flow direction 2 or 2 ". The servo valve is provided with a first sensor 5, which indicates the throttle cross-section at the two throttle parts with a sign corresponding to the direction of flow. The servo valve is also provided with a second sensor 6, which corresponds to the sign of the pressure difference between the working lines 2 ', 2 "indicates.
Both sensors work on the principle of inductive displacement sensing: in the first sensor the path of a control piston of the servo valve and in the second sensor the path of a pressure transducer membrane is sensed and the inductance of one coil pair is influenced accordingly. These coils are connected in a known manner in a bridge circuit supplied with AC voltage; in the device designated (p), phase-sensitive demodulation of the bridge voltage is carried out in a known manner; the result of the demodulation is a signal which is present on the electrical lines 7 and 8, respectively. The servo valve is controlled by an electrical control current which is controlled by an electrical Line 9 is entered; to simplify the drawing, the chassis ground is used as an electrical sink.
The servo valve is designed such that on the one hand the throttle cross section is proportional to the piston travel - defined as the deviation of the position of the piston from a center point - on the other hand the piston travel is proportional to the control current in the steady state; in the case of time-dependent changes in the control current, the changes in the piston travel can be described approximately by a second-order transfer function, the details of which are not important here. To set up the described device, for example, a 063 servo valve from Liebherr-Aero-Technik with a built-in sensor for the piston travel and a 600 differential pressure transducer from Standard Controls to be connected to the servo valve can be used.
Instead of the turbine type hydraulic motor shown, a cylinder type hydraulic motor could also be used; it would then be appropriate to replace the word torque with the word force in the foregoing, but this is not relevant to the invention, so that in the following only the example of training with a hydraulic motor of the turbine type is considered throughout.
To explain the control behavior of the described control and to facilitate the description of the invention, it is advantageous to use dimensionless characteristic values instead of the physical values of the piston travel, the throttle cross section, the pressure difference between the lines 2 ', 2 ", the flow through these lines and the control current to be used which, while maintaining the sign, express the respective size as the ratio of the physical value of this size to the maximum absolute value that can be achieved in the ideal stationary case of this size.
According to this definition, the piston travel and the throttle cross section can both be expressed by the same characteristic value x; the pressure difference is expressed by the characteristic value p, the flow by the characteristic value q and the control current by the characteristic value i; for all characteristic values, the sign + or one of the flow directions through the lines 2 ', 2 "is assigned such that, in the ideal stationary case with a loaded hydraulic motor, all signs are the same.
The guidance behavior of the control described with reference to FIG. 1 is non-linear because the flow q is not proportional to the piston travel or throttle cross-section x and consequently to the control current i. The continuity of the flow and Bernoulli's theorem determine that the pressure drop at the throttle points of the servo valve is equal to the specific kinetic energy of the propellant, also called the dynamic pressure. Among the factors that determine this kinetic energy is the speed of the propellant at the throttling points.
After the introduction of a coefficient K, which contains and expresses the transfer function mentioned above, and the sign function sign (x), which represents the absolute value 1 with the sign of x, the equation (1) results:
EMI2.1
The introduction of the sign function sign (x) ensures the correct dependency between q and p even if in a transient state p there is a temporary reversal of the sign (this is the case when the hydraulic motor is braked and temporarily acts as a pump). If there were no such transient states to be taken into account, it would suffice to insert the absolute value p into the equation (1) instead of p sign (x).
1 is described by equation (1). In the following, it will be described with reference to FIG. 2 how this non-linearity can be eliminated and a device for linear guidance control can be created. 2 shows the hydraulic motor 1 (MOT), the hydraulic lines 2 'and 2 ", the servo valve 3 (SV) and the electrical lines 7, 8 and 9 in a block diagram. The line 7 carries the signal x from the servo valve 3 to a comparator 10 (COMP), in which the signal x is compared with zero: at the output of the comparator 10, a signal sign (x) appears on a line 11, which has the value + 1 for positive x and the value for negative x - 1 means.
The two lines 8 and 11 each lead to an input of a function generator 12 (FUNCT), in which a function f is formed from the signals p and sign (x) in accordance with the following equation (2): A corresponding correction signal f appears at the output of the function generator 12 and is delivered to a line 13 connected thereto. The two lines 9 and 13 each lead to an input of a multiplier 14 (MULT), in which the control current i is multiplied by the correction signal f; the product i '= i gives a corrected control current i' which is fed from a line 15 connected to the output of the multiplier 14 to the control current input of the servo valve 3 and is input to the servo valve 3 as a reference variable. The comparator 10 and the multiplier 14 are elements of analog technology known per se.
Since subtracting, square rooting and dividing circuits are also known in analog technology, a detailed description of the formation of the function generator 12 with elements of analog technology is unnecessary. A preferred embodiment of the function generator 12 is described using elements of digital technology with reference to FIG. 3.
3, the lines 8, 11 and 13 leading to and from the function generator 12 are shown. The signal p present on line 8 is digitized in an analog / digital converter 16 (A / D) and output as an 8-bit signal to a corresponding line harness 17 with 8 lines; it is advantageous to shift the zero point in order to bring the variation range of p within the limit values +1 into correspondence with the digital range between (20 1) and (28-1), so that only positive digital values can be processed .
On line 11, the values +1 and - 1 of the signal sign (x) are supplied as digitally usable values, i.e. line 11 carries a so-called sign bit. According to equation (2), the reversal of the sign of sign (x) has the same effect on the function f to be formed as a reversal of the sign of p with the same sign of sign (x): in the described digitization of p with a shift in the zero point If the sign of p is reversed as a complement to the 8-bit digital value, it can be achieved that one possible value of the sign bit leaves the 8-bit digital value unchanged, while the other possible value of the sign bit triggers a complementation of the 8-bit digital value.
This is achieved in the following way: each line of the wiring harness 17 leads to one input of an antivalence gate, the other input of which is connected to the line 11; To simplify the drawing, the entire group of 8 gates is designated by 18, but only two gates 18-a and 1 8-b as well as the corresponding lines 17-a and 17-b of the wiring harness 17 and the corresponding branches of the line 11 drawn.
The total of 8 outputs of the gates 18 are each connected to an assigned input of a programmable read-only memory 20 (PROM) via one of 8 lines of a wiring harness 19; here too only two of these lines are shown and designated 19-a, 19-b.
The PROM 20 is addressed by the bits supplied from the wiring harness 19; the addressed memory content appears on an 8-bit output of the PROM 20, from this output this memory content is led via a corresponding line string 21 with 8 lines to the input of a digital / analog converter 22 (D / A). An analog value appears at the output of converter 22 and is output as a signal from line 13 connected to this output. The PROM 20 is programmed so that each achievable value of p is assigned a corresponding value of the function f according to equation (2) with sign (x) = +1; the case sign (x) = -1 is treated as an inversion of the sign of p.
It can be seen that the use of standardized characteristic values simplifies the illustration, but when using the design described with reference to FIG. 3, the end result is only a correct choice of the sensitivities of different elements. Since only the sign of the piston travel is used, the characteristic of the sensor 5 and the sensitivity of the comparator 10 do not play an important role here. The normalization of the differential pressure p takes place by coordinating the characteristic curves of the transducer 6 and the converter 16, the normalization of the signal f by coordinating the characteristic curves of the converter 22 and the multiplier 14 such that the full deflection of the respective input variable is the full deflection of the corresponding output size.
The control current i or i 'need not be standardized, but the multiplier 14 must be able to process the control current required for the full deflection of the control piston in the servo valve 3, which can be achieved with the aid of a power amplifier arranged on the line 15, if necessary.
It should also be noted that the function of the digital / analog converter 22 and the multiplier 14 can be carried out by one and the same element: such an element is known as a multiplying D / A converter and is commercially available. The antivalence gates 18 could also be omitted if the precision of the correction of the control current sufficient for the desired linearization is achieved with half the resolution of the analog / digital converter 16:
then lines 11 and 19-b are to be connected directly to one another, while the lines of line strings 17 and 19, with the exception of lines 17-b and 19-b, are to be connected in pairs and the PROM 20 is to be programmed accordingly (the Line 17-b remains unused, which halves the resolution; it must therefore be the line with the least significant bit).