DE102004007956A1 - Verfahren zur Ansteuerung hydraulischer Ventile - Google Patents

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DE102004007956A1
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Anton Dr. Fritzer
Rainer Dr. Novak
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
    • F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram

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Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Ansteuerung hydraulischer Ventile wird zum Erreichen einer Systemdynamik mit den Zielwerten omega¶0ziel¶ und D¶ziel¶ für die Zeitkonstante bzw. die Dämpfung folgende Regelfunktion verwendet DOLLAR F1 wobei p den Druck, i den Strom, D die Dämpfung und omega¶0¶ die Eigenfrequenz des Systems bezeichnen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung hydraulischer Ventile, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Nach dem Stand der Technik ist der stationäre Zusammenhang zwischen Ansteuerstrom und Arbeitsdruck durch die Kenntnis der Nennkennlinie oder die Ablage der gemessenen Kennlinie bekannt. Hiermit lässt sich für jeden gewünschten Sollwert im Druck (sofern erreichbar) ein zugehöriger Strom ermitteln und als Ansteuerung auf das entsprechende Magnetventil geben.
  • In nachteiliger Weise eilt, durch die Dynamik des jeweiligen Systems bedingt, der Istwert des Druckes dem Sollwert hinterher, d.h. der gewünschte Sollwert wird erst nach einer Einschwingzeit erreicht (dynamisches Nacheilen). Dies führt zu verzögerten Reaktionen des Systems, beispielsweise bei Verstellen eines Variators bzw. beim Regeln der Variatorübersetzung in einem stufenlosen Getriebe oder beim Befüllen von Schaltelementen.
  • Nach dem Stand der Technik wird bei Variatoren die Dynamik des Stellgliedes im Entwurf des Reglers berücksichtigt. Üblicherweise ist jedoch die Dynamik des Stellgliedes von verschiedenen Parametern abhängig, beispielsweise von Temperatur und Druckniveau, so dass die Reglerparameter in Abhängigkeit von diesen Parametern ermittelt werden müssen. Dies führt in nachteiliger Weise zu umfangreichen Abstimm- und Versuchsarbeiten, um die Abstimmung des Reglers in allen Betriebspunkten durchzuführen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung hydraulischer Ventile anzugeben, welches die erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll vorab aus der Kenntnis der Dynamik des Systems, die bei der Erprobung der Hardwarekomponenten durchgeführt wird, bereits eine Kompensation ermittelt werden, die das dynamische Nacheilen reduziert und das dynamische Verhalten verbessert. Zudem soll die Dynamik des Systems in weiten Arbeitsbereichen konstant gehalten werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, in weiten Arbeitsbereichen kurze Zeitkonstanten bei angemessener Dämpfung zu erzielen, um auf diese Weise die Dynamik weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Varianten und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Verfahren zur Ansteuerung hydraulischer Ventile, insbesondere hydraulischer Ventile von Schaltelementen vorgeschlagen, bei dem eine feed-back-Kompensation durchgeführt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei allen Systemen anwendbar, bei denen die Dynamik der Ansteuerung von hydraulischen Ventilen verbessert werden soll, beispielsweise bei der Variatorverstellung, der Befüllung von Schaltelementen etc.
  • Die Dynamik Steuerdruck zu Arbeitsstrom lässt sich gut als PT2-System beschreiben. Hierbei kann gemäß der Erfindung folgende Gleichung verwendet werden:
    Figure 00020001
    wobei p den Druck, i den Strom, D die Dämpfung und ω0 die Eigenfrequenz des Systems bezeichnen. Dämpfung und Eigenfrequenz hängen in der Regel vom Arbeitspunkt bzw. vom Druck und der Temperatur ab.
  • Wenn eine gewünschte Dynamik mit den Zielwerten ω0ziel und Dziel für die Zeitkonstante bzw. die Dämpfung erreicht werden soll, kann erfindungsgemäß folgendes Regelgesetz angewandt werden ("feed-back-Kompensation"):
    Figure 00030001
    welches online bzw. in der Steuerelektronik auswertbar ist, so dass eine konstante Systemdynamik erreicht werden kann.
  • Hierbei ist zusätzlich zur Ansteuerung nach dem Stand der Technik die Berechnung der ersten Ableitung der Istgrösse pist erforderlich, wobei dies mittels eines Beobachters oder durch direkte Messung und anschließender Differentiation erfolgen kann. Des weiteren soll ein ausreichender Stellbereich der Eingangsgröße verfügbar sein, um die Kompensation durchzuführen. Bei der Eingangsgröße Strom ist der Stellbereich ausreichend, um die Kompensation zu ermöglichen.
  • Bei Abweichungen zwischen den für die feed-back-Kompensation angenommenen Parametern und den tatsächlich vorliegenden wird keine ideale Kompensation erreicht, dennoch ist das Führungsverhalten im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbessert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist zudem den Vorteil auf, dass die verbesserte Steuerdynamik auch nachträglich ohne Änderung der Komponenten des zu steuernden Systems implementierbar ist. Außerdem ist der erforderliche Applikationsaufwand reduziert; der Reglerentwurt mit Bestimmung der entsprechenden Reglerparameter wird ebenfalls erheblich vereinfacht, wobei bei Hardwareänderungen die Parameter neu berechnet und direkt in der Elektronik abgelegt werden.
    •

Claims (2)

  1. Verfahren zur Ansteuerung hydraulischer Ventile, insbesondere hydraulischer Ventile von Schaltelementen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen einer Systemdynamik mit den Zielwerten ω0 ziel und Dziel für die Zeitkonstante bzw. die Dämpfung folgende Regelfunktion verwendet wird:
    Figure 00050001
    wobei p den Druck, i den Strom, D die Dämpfung und ω0 die Eigenfrequenz des Systems bezeichnen.
  2. Verfahren zur Ansteuerung hydraulischer Ventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der ersten Ableitung der Istgrösse pist mittels eines Beobachters oder durch direkte Messung und anschließender Differentiation erfolgt.
DE200410007956 2004-02-18 2004-02-18 Verfahren zur Ansteuerung hydraulischer Ventile Withdrawn DE102004007956A1 (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19943334A1 (de) * 1999-09-10 2001-06-07 Zahnradfabrik Friedrichshafen Verfahren zur Regelung einer Kupplung oder einer Bremse in einem Getriebe

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19943334A1 (de) * 1999-09-10 2001-06-07 Zahnradfabrik Friedrichshafen Verfahren zur Regelung einer Kupplung oder einer Bremse in einem Getriebe

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