DD226407B5 - Position controlled electrohydraulic actuating cylinder drive - Google Patents
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Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf einen lagegeregelten elektrohydraulischen Stellzylinderantrieb mit einem dem Stellzylinder vorgeschalteten Servoventil, das ohne interne Rückführung sein kann, einem dem Lageregelkreis unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis und einem zwischen Lageregler und Geschwindigkeitsregler angeordneten Geschwindigkeitsdifferenzbildner, wobei die Regelvorgänge rechnergestützt und getastet ablaufen sowie einem Differenzbildner des Lageregelkreises Soll-Weg-Inkremente und Ist-Weg-Inkremente zugeführt werden und ein Integrierglied nachgeschaltet ist, unter Verwendung eines inkrementalen Lage-Ist-Wert-Gebers, der im Tastzyklus ein Ist-Weg-Inkrement ausgibt, das einen Geschwindigkeits-Ist-Wert abbildet.The invention relates to a position-controlled electro-hydraulic actuating cylinder drive with a control cylinder upstream servo valve, which may be without internal feedback, the position control loop subordinate speed control loop and arranged between position controller and speed controller Geschwindigkeitsdifferenzbildner, the control operations computer-aided and sampled run and a subtractor of the position control circuit Soll -Weg increments and actual-displacement increments are supplied and an integrator is connected downstream, using an incremental position-actual-value encoder that outputs an actual path increment in the duty cycle, which maps an actual speed value.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
An einen lagegeregelten Stellzylinderantrieb wird die Forderung gestellt, daß er Positioniervorgänge schnell, überschwingfrei und auch bei kleinsten Vorschubgeschwindigkeiten stetig ausführen soll.At a position-controlled actuating cylinder drive, the requirement is made that it should perform positioning operations quickly, free from overshoot and even at the lowest feed speeds.
Um dieses dynamische Verhalten zu erreichen, ist es aus der Zeitschrift о + ρ „ölhydraulik und pneumatik" 1982 Nr.8 Seite 579-584 bereits bekannt, eine mehrschleifige Regelkreisstruktur vorzusehen. Mit der Anzahl der Regelschleifen steigt jedoch der Aufwand. Wird die Regelung rechnergestützt vorgenommen, trägt der Rechner im Umfang der ihm zugeordneten Regelungsaufgaben einen Teil dieses Aufwandes. Er ist aber nur dann wirtschaftlich eingesetzt, wenn er noch andere Aufgaben erfüllt. Das erfordert, die Regelung getastet vorzunehmen und zwischen den dafür reservierten Tastzeitpunkten möglichst große Zeitspannen für die anderen Aufgaben vorzusehen. Das obengenannte dynamische Verhalten des Stellzylinderantriebs läßt sich demgegenüber umso besser erreichen, je kürzer die Tastzeitpunkte für die Regelung voneinander entfernt sind, was nachteiligerweise eine unwirtschaftliche Ausnutzung des Rechners und somit einen zu großen Aufwand bringt.In order to achieve this dynamic behavior, it is already known from the journal о + ρ "Ölhydraulik und pneumatik" 1982 No. 8, pages 579-584, to provide a multi-loop control loop structure, but the complexity increases with the number of control loops The computer carries a part of this effort within the scope of the control tasks assigned to it, but it is only used economically if it fulfills other tasks, which requires the control to be keyed and the periods of time reserved for the others to be as long as possible By contrast, the above-mentioned dynamic behavior of the actuating cylinder drive can be achieved the better, the shorter the scanning times for the control are away from each other, which disadvantageously leads to uneconomical utilization of the computer and thus to great expense.
Aus der Zeitschrift о + ρ „ölhydraulik und pneumatik" 1982 Nr.7 Seite 524 ist es weiterhin bereits bekannt, das beschriebene dynamische Verhalten dadurch zu erreichen, daß im Stellzylinderantrieb ein Servoventil mit besserer Dynamik eingesetzt wird.From the journal о + ρ "oil hydraulics and pneumatics" 1982 No.7 page 524, it is also already known to achieve the dynamic behavior described by the fact that in the actuating cylinder drive a servo valve with better dynamics is used.
Ein solches Servoventil ist mit einer inneren Rückführung ausgestattet und aufwendiger als ein herkömmliches einfaches Servoventil.Such a servo valve is equipped with an internal feedback and more expensive than a conventional simple servo valve.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist, das gewünschte dynamische Verhalten mit einem geringeren Aufwand zu erreichen und dabei auch mit einem einfachen Servoventil ohne innere Rückführung auszukommen.The aim of the invention is to achieve the desired dynamic behavior with less effort and to get along with a simple servo valve without internal feedback.
Darstellung des Wesens der ErfindungPresentation of the essence of the invention
Die Ursache des in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen aufgezeigten Mangels besteht in der unzureichenden Aufwandsoptimierung zufolge entgegengesetzt wirkender Einflußfaktoren.The cause of the defect indicated in the characteristic of the known technical solutions consists in the insufficient effort optimization according to oppositely influencing influencing factors.
Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine rechnergestützt und getastet arbeitende Regelung für einen lagegeregelten elektrohydraulischen Stellzylinderantrieb, bestehend aus einem hydraulischen, einen Schlitten antreibenden Stellzylinder, dem ein mit oder ohne innere Rückführung ausgerüstetes Servoventil vorgeschaltet ist, wobei der Schlitten mit einem inkrementalen Lage-Ist-Wert-Geber,der pro Tastzyklus ein eine Geschwindigkeit abbildendes Ist-Weg-Inkrement ausgibt, ausgerüstet ist, und der Ausgang des Lage-Ist-Wert-Gebers mit dem Subtrahendeneingang eines Differenzbildners, dessen Minuendeneingang an einem Sollwertgeber für das Sollweginkrement des Tastzyklusses und dessen Ausgang über ein die Lageabweichung bildendes Integrierglied mit dem Eingang eines Lagereglers verbunden ist, dessen Ausgang auf den Minuendeneingang eines Geschwindigkeitsdifferenzbildners geschaltet ist, dessen Subtrahendeneingang über einen Produktbildner zur Verstärkungsbeeinflussung der Geschwindigkeitsrückführung ebenfalls am Ausgang des Lage-Ist-Wert-Gebers angeschlossen ist, und der Ausgang des Geschwindigkeitsdifferenzbildners über einen Geschwindigkeitsregler mit dem Eingang des Servoventil verbunden ist, so zu gestalten, daß bei langen Tastzeiten schnell und überschwingfrei positioniert werden kann und auch bei kleinsten Vorschubgeschwindigkeiten die Bewegung stetig verläuft. In einer ersten erfindungsgemäßen Lösung wird das dadurch erreicht, daß ein erster Eingang eines Adaptionsglieds mit dem Minuendeneingang des Differenzbildners und mit dem Ausgang des Lage-Soll-Wert-Gebers, und ein zweiter Eingang des Adaptionsglieds mit dem Subtrahendeneingang des Differenzbildners und mit dem Ausgang des Lage-Ist-Wert-GebersTo remedy this cause, the invention has the object, a computer-aided and keyed working control for a position-controlled electro-hydraulic actuating cylinder drive, consisting of a hydraulic, a carriage driving actuating cylinder, which is preceded by a servovalve equipped with or without internal feedback, wherein the carriage with an incremental position-actual-value encoder, which outputs a speed-mapping actual-path increment per duty cycle, is equipped, and the output of the position-actual value encoder with the subtrahend input of a subtractor whose minuenden input to a setpoint generator for the Sollweginkrement the Tastzyklusses and its output is connected via an integrating member forming the positional deviation with the input of a position controller whose output is connected to the Minuendeneingang a speed difference former, the subtrahendeneingang via a product image generator for amplification Speed feedback is also connected to the output of the position-actual value encoder, and the output of the speed difference former is connected via a speed controller to the input of the servo valve, so that can be positioned quickly and free from overshoot at long sampling times and also at smallest feed rates, the movement is continuous. In a first inventive solution, this is achieved in that a first input of an adaptation element with the Minuendeneingang the difference former and the output of the position setpoint value encoder, and a second input of the adaptation element with the Subtrahendeneingang the difference former and with the output of the position actual value encoder
verbunden ist, und der Ausgang des Adaptionsglieds über eine Signalquelle für den Verstärkungsfaktor derconnected, and the output of the adaptation element via a signal source for the gain of the
eines Umschalters sowie von seinem zweiten Eingang aus über einen zweiten Betragsbildner mit einem zweiten Eingang desa switch and from its second input via a second amount forming with a second input of the
von ihrem Eingang aus über einen Schwellwertschalter auf den Steuereingang eines Umschalters geführt, wobei der Umschalterüber seinen ersten Eingang an einem ersten Signalgeber für einen hohen Wert des Verstärkungsfaktors sowie über seinenzweiten Eingang an einem zweiten Signalgeber für einen niedrigen Wert des Verstärkungsfaktors angeschlossen ist und derfrom its input via a threshold to the control input of a switch, the switch is connected via its first input to a first signal generator for a high value of the gain and its second input to a second signal generator for a low value of the gain and the
intern von ihrem Eingang aus auf einen ersten Eingang eines Multiplizierglieds und der Ausgang des Multiplizierglieds auf deninternally from its input to a first input of a multiplier and the output of the multiplier to the
zweiten Eingang des Multiplizierglieds sowie ein zweiter Signalgeber für einen hohen Wert des Verstärkungsfaktors mit demsecond input of the multiplier and a second signal generator for a high value of the gain with the
bildet.forms.
dem Verstärkungseingang des Produktbildners verbunden ist. Die weitere innere Ausgestaltung der Signalquelle für denconnected to the gain input of the product designer. The further internal design of the signal source for the
erfindungsgemäßen Lösung.solution according to the invention.
besteht.consists.
Fig. 1: ein Blockschaltbild des Lageregelkreises mit dem elektrohydraulischen Stellzylinderantrieb Fig. 2: einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Adaptionsglieds Fig.3: einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Adaptionsglieds Fig. 4: eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalquelle für den Verstärkungsfaktor der1 shows a block diagram of the position control loop with the electrohydraulic actuating cylinder drive FIG. 2 shows a section from FIG. 1 with a first embodiment of the adaptation element according to the invention FIG. 3 shows a detail from FIG. 1 with a second embodiment of the adaptation element according to the invention a first embodiment of the signal source according to the invention for the gain of
Geschwindigkeitsrückführung Fig. 5: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalquelle für den Verstärkungsfaktor derSpeed feedback Fig. 5: a second embodiment of the signal source according to the invention for the gain factor of
über seinen Minuendeneingang am Lageregler4 angeschlossen und ausgangsseitig auf einen Geschwindigkeitsregler 6 geführt.connected via its Minuendeneingang the Lageregler4 and the output side to a speed controller 6 out.
ist am Geschwindigkeitsregler 6 angeschlossen und der Stellzylinder 9 mit dem Schlitten 10 einer Werkzeugmaschine gekoppelt.is connected to the speed controller 6 and the actuating cylinder 9 is coupled to the carriage 10 of a machine tool.
5 verbunden ist.5 is connected.
verbindet den Ausgang des Adaptionsglieds 13 mit dem zweiten Eingang des Produktbildners 12.connects the output of the adaptation element 13 to the second input of the product former 12.
zweiten Betragsbildner 16 auf. Ein Vergleicher 17 und ein erster Umschalter 18 sind jeweils mit ihrem ersten Eingang parallel amersten Betragsbildner 15 sowie jeweils mit ihrem zweiten Eingang parallel am zweiten Betragsbildner 16 angeschlossen. Dersecond modifier 16 on. A comparator 17 and a first change-over switch 18 are each connected in parallel with their first input parallel absolute value formers 15 and in each case with their second input on the second absolute value generator 16. The
des Adaptionsglieds 13 bildetof the adaptation member 13 forms
nachgeschalteten Integrierglied 3 zusammen.Downstream integrator 3 together.
am Integrierglied 3 angeschlossen, da dessen Ausgang den Ausgang des Adaptionsglieds 13 bildet.connected to the integrator 3, since its output forms the output of the adaptation element 13.
dritten Betragsbildner 19. Diesem ist ein Schwellwertschalter 20 mit einstellbarer Schaltschwelle nachgeordnet. Ein zweiterthird absolute value 19. This is a threshold value 20 downstream with adjustable threshold. A second
sowie mit seinem zweiten Eingang an einem zweiten Signalgeber 23 für einen niedrigen Wert des Verstärkungsfaktorsangeschlossen. Der Sternpunkt des zweiten Umschalters 21 bildet den Ausgang der Signalquelle 14.and its second input connected to a second signal generator 23 for a low value of the amplification factor. The neutral point of the second switch 21 forms the output of the signal source 14.
des Multiplizierglieds 24 ist mit dem Subtrahendeneingang eines Subtrahierglieds 25 verbunden. Der zweite Eingang des of the multiplier 24 is connected to the subtrahend input of a subtractor 25. The second entrance of the
Multiplizierglieds 24 ist an einem dritten Signalgeber 26 für einen Abschwächungsfaktor angeschlossen, der Minuendeneingang des Subtrahierglieds 25 an einem vierten Signalgeber 27 für einen hohen Wert des Verstärkungsfaktors. Der Ausgang des Subtrahierglieds 25 bildet den Ausgang der Signalquelle 14.Multiplier 24 is connected to a third signal generator 26 for an attenuation factor, the Minuendeneingang the subtractor 25 to a fourth signal generator 27 for a high value of the gain factor. The output of the subtracter 25 forms the output of the signal source 14.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung ist wie folgt:The mode of action of the solution according to the invention is as follows:
Der Lageregelkreis wird getastet betrieben. Dadurch entspricht jeweils ein Geschwindigkeitswert dem vom Soll-Wert-Geber 1 pro Tastzyklus ausgegebenen Soll-Weg-Inkrement beziehungsweise dem vom Lage-Ist-Wert-Geber 11 pro Tastzyklus ausgegebenen Ist-Weg-Inkrement. Tastzeitbezogen ermittelt der Differenzbildner 2 somit eine Differenzgeschwindigkeit. Das Integrierglied 3 ist ein Summationsregister, bildet das Integral der Differenzgeschwindigkeit und erzeugt ein Ausgangssignal, das dem Lagefehler entspricht. Dieser ist bei einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 10 groß und beim Bewegungsstillstand Null.The position control loop is operated by key. As a result, in each case a speed value corresponds to the setpoint increment output by the setpoint value generator 1 per duty cycle or to the actual displacement increment output by the position / actual value encoder 11 per duty cycle. By touch time, the difference former 2 thus determines a differential speed. The integrator 3 is a summation register, forms the integral of the differential speed and generates an output signal corresponding to the position error. This is at a high speed of movement of the carriage 10 and large when the movement is at rest.
Das Adaptionsglied 13 paßt den Verstärkungsfaktor der Geschwindigkeitsrückführung, der von der Signalquelle 14 erzeugt wird, an die jeweilige Bewegungsgeschwindigkeit des Stellzylinderantriebs an.The adaptation member 13 adapts the gain factor of the speed feedback, which is generated by the signal source 14, to the respective movement speed of the actuating cylinder drive.
Das Adaptionsglied 13 erfaßt zur komplexen Berücksichtigung dieser Bewegungsgeschwindigkeit sowohl deren Ist-Wert als auch deren Soll-Wert. Es gibt bei einer großen Ist-Wert-mäßigen oder Soll-Wert-mäßigen Bewegungsgeschwindigkeit einen großen Wert aus und umgekehrt.The adaptation member 13 detects the complex consideration of this movement speed both the actual value and the target value. It outputs a large value at a large actual-value or target-value movement speed, and vice versa.
In seiner Ausführungsform gemäß Figur 2 geschieht das dadurch, daß der Vergleicher 17 den ersten Umschalter 18 jeweils in diejenige Stellung bringt, in der der jeweils größere Betrag der Eingangsgrößen, das heißt des Soll-Weg-Inkrements und des Ist-Weg-Inkrements, im jeweiligen Tastzyklus zum Ausgang des Adaptionsglieds 13 gelangt.In its embodiment according to Figure 2, this is done by the fact that the comparator 17 brings the first switch 18 respectively in that position in which the respective larger amount of the input variables, that is, the desired path increment and the actual path increment, in respective duty cycle to the output of the adaptation element 13 passes.
Dieser größere Betrag wird indirekt in der Größe des Lagefehlers abgebildet und gemäß Figur 3 in einer anderen Form genutzt.This larger amount is imaged indirectly in the size of the positional error and used according to Figure 3 in a different form.
Der Verstärkungsfaktor der Geschwindigkeitsrückführung wird in der Signalquelle 14erzeugt. Weist diese die Ausführungsform gemäß Figur4 auf, dann handelt es sich um zwei diskrete Werte des Verstärkungsfaktors. Der zweite Umschalter 21 verbindet in seiner Ruhelage den ersten Signalgeber 22 für einen hohen Wert des Verstärkungsfaktors mit dem Ausgang der Signalquelle 14.The gain factor of the speed feedback is generated in the signal source 14. If this has the embodiment according to FIG. 4, then these are two discrete values of the amplification factor. The second switch 21 connects in its rest position the first signal generator 22 for a high value of the gain to the output of the signal source fourteenth
Erst wenn das Ausgangssignal des Adaptionsglieds 13 eine bestimmte Größe erreicht und dadurch die eingestellte Schaltschwelle des Schwellwertschalters 20 überschritten wird, wechselt der zweite Umschalter 21 vom ersten Signalgeber 22 zum zweiten Signalgeber 23, dereinen Verstärkungsfaktor mit niedrigem Wert ausgibt.Only when the output signal of the adaptation element 13 reaches a certain size and thereby exceeds the set switching threshold of the threshold value switch 20 does the second changeover switch 21 change from the first signal generator 22 to the second signal generator 23 which outputs a low-value amplification factor.
In der Ausführungsform gemäß Figur 5 wird anstelle zweier diskreter Verstärkungsfaktoren ein einziger, jedoch in beliebiger Größe einstellbarer Verstärkungsfaktor wirksam. Der Grundwert dieses Verstärkungsfaktors wird vom vierten Signalgeber 27 geliefert. Seine beliebig reduzierbare Größe entsteht mit Hilfe des dritten Signalgebers 26, der einen einstellbaren Abschwächungsfaktor erzeugt und denselben über das Multiplizierglied 24 im Subtrahierglied 25 wirksam macht.In the embodiment according to FIG. 5, instead of two discrete amplification factors, a single amplification factor which can be set to any desired size is effective. The basic value of this amplification factor is supplied by the fourth signal generator 27. Its arbitrarily reducible size is formed by means of the third signal generator 26, which generates an adjustable attenuation factor and makes the same via the multiplier 24 in the subtractor 25 effective.
Der von der Signalquelle 14 ausgegebene Verstärkungsfaktor hat eine zum Ausgangssignal des Adaptionsglieds 13 umgekehrt proportionale Größe. Je geringer beispielsweise der Lagefehler ist, desto größer kommt der Verstärkungsfaktor der Geschwindigkeitsrückführung zustande. Der Funktionskomplex des Adaptionsglieds 13 und der Signalquelle 14 arbeitet gleichermaßen, wenn anstelle des Lagefehlers von der Bewegungsgeschwindigkeit ausgegangen wird. Die Bedingung zur Realisierung einer erhöhten Geschwindigkeitsrückführverstärkung ist bei niedrigen Vorgabe- und Ist-Werten für die Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 10 erfüllt und bewirkt dort eine hohe Bewegungsstetigkeit. Sie ist damit auch in oder nahe der Zielposition erfüllt und verhindert dort ein Überschwingen.The amplification factor output by the signal source 14 has a magnitude inversely proportional to the output signal of the adaptation element 13. For example, the lower the positional error, the greater the gain factor of the speed feedback. The functional complex of the adapter 13 and the signal source 14 works equally when it is assumed that instead of the positional error of the movement speed. The condition for realizing an increased speed feedback gain is met at low default and actual values for the movement speed of the carriage 10, where it causes a high degree of movement continuity. It is thus fulfilled in or near the target position and prevents overshoot there.
Die Länge der Tastzeit kann durch die eingeführten Schaltungsveränderungen im Lageregelkreis verlängert werden. Damit entstehen in einem Tastzyklus freie Zeitanteile, die bei einer rechnergestützten Ausführung des Lageregelkreises vom Rechner für andere Aufgaben genutzt werden können, so daß zugleich ein wirtschaftlicher Einsatz des Rechners gesichert wird.The length of the tactile time can be extended by the introduced circuit changes in the position control loop. This results in a duty cycle free time shares that can be used in a computer-aided execution of the position control loop from the computer for other tasks, so that at the same time an economical use of the computer is secured.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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DD26578184A DD226407B5 (en) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | Position controlled electrohydraulic actuating cylinder drive |
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DD26578184A DD226407B5 (en) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | Position controlled electrohydraulic actuating cylinder drive |
Publications (2)
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DD226407A1 DD226407A1 (en) | 1985-08-21 |
DD226407B5 true DD226407B5 (en) | 1994-08-25 |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5285715A (en) * | 1992-08-06 | 1994-02-15 | Hr Textron, Inc. | Electrohydraulic servovalve with flow gain compensation |
-
1984
- 1984-07-30 DD DD26578184A patent/DD226407B5/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
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UW | Conversion of economic patent into exclusive patent | ||
RPI | Change in the person, name or address of the patentee (searches according to art. 11 and 12 extension act) | ||
B5 | Patent specification, 2nd publ. accord. to extension act | ||
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