-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regelungsvorrichtung zur
Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen
Aktor. Bei Kunststoffspritzgießmaschinen mit einem hydraulisch
betriebenen Zylinder treibt ein Elektromotor eine Pumpe an, die
dem Zylinder ein hydraulisches Druckmittel gemäß einer
Druck/Volumenstrom-Regelung zuführt. Innerhalb des Arbeitszyklus
der Kunststoffspritzgießmaschine gibt es Bereiche, in denen
der Druck geregelt wird, sowie weitere Bereiche, in denen der Volumenstrom
geregelt wird.
-
In
der
EP 1 236 558 B1 wird
vorgeschlagen, auch die Drehzahl des Elektromotors an den angeforderten
Druck oder den angeforderten Volumenstrom anzupassen. Dafür
wird ein Drehzahl-Profil erstellt. Dieses Drehzahl-Profil wird verwendet,
um die Drehzahl während des Ablaufs des Zyklus zu verändern. Es
hat sich gezeigt, dass die Verwendung des Drehzahl-Profils dafür
sorgt, dass die Regelung energieeffizienter wird, allerdings dauern
die Einschwingvorgänge relativ lange.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Regelungsvorrichtung
zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen
Aktor bereitzustellen, bei dem Abweichungen des Drucks bzw. der
Fördermenge präzise und schnell ausgeglichen werden
können.
-
Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Erfindungsgemäß wird
ein Verfahren zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für
einen hydraulischen Aktor einer zyklisch arbeitenden Maschine bereitgestellt.
Der Aktor wird von einer Verstellpumpe mit einer Druckmittelmenge
versorgt, wobei die Verstellpumpe von einem drehzahlgesteuerten
Elektromotor angetrieben wird. Der Druck bzw. die Druckmittelmenge
wird von einem Pumpenregler durch Ansteuern der Volumeneinstellung
der Verstellpumpe geregelt. Das Verfahren weist einen Schritt des
Erstellens eines Drehzahl-Profils zum Verändern der Drehzahl
des Elektromotors während eines Zyklus auf. Zudem ist ein
Schritt des Ansteuerns der Drehzahl des Elektromotors und der Volumeneinstellung der
Verstellpumpe, bei dem innerhalb eines Zyklus der Maschine der Elektromotor
mit einem Vorgabewert für die Drehzahl gemäß dem
erstellten Drehzahl-Profil angesteuert wird, vorgesehen.
-
Es
ist zudem ein Schritt des Ermittelns der Drehzahlabweichung des
Elektromotors vorgesehen. Die Drehzahlabweichung ergibt sich aus
der Abweichung der Drehzahl des Elektromotors von einem Sollwert
für die Drehzahl. Der Schritt des Ansteuerns der Drehzahl
des Elektromotors und der Volumeneinstellung der Verstellpumpe erfolgt
in Abhängigkeit der ermittelten Drehzahlabweichung. Eine
Drehzahlabweichung kann beispielweise durch Schlupf bedingt sein
oder durch Nachlauf des Motors aufgrund von Beschleunigungsvorgängen.
Dabei kann beispielsweise der Vorgabewert für die Drehzahl
oder die Volumeneinstellung der Verstellpumpe in Abhängigkeit
der ermittelten Drehzahlabweichung erfolgen. Es ist auch möglich,
die Ansteuerung sowohl der Drehzahl als auch die Ansteuerung der
Volumeneinstellung von der ermittelten Drehzahlabweichung abhängig
zu machen.
-
Beim
Betrieb eines Elektromotors entsteht üblicherweise Schlupf,
das heißt eine Abweichung der Drehzahl des Rotors von einem
Vorgabewert. Bei einer asynchronen Maschine ist der Schlupf die Drehzahldifferenz
zwischen dem Drehfeld des Stators und dem Läufer. Besonders
bei niedrigen Drehzahlen macht sich der Schlupf des Motors stark
bemerkbar, so dass die Drehzahl, mit der die Verstellpumpe getrieben
wird, von der Drehzahl, die vom Drehzahlprofil vorgegeben ist, prozentual
stark abweicht. Aufgrund dieses Schlupfs wird bei der Anforderung
von Druckmittel dieses langsamer bereitgestellt, als es beabsichtigt
ist. Dadurch erfolgt die Regelung nicht nur langsamer, sondern erfolgt
abweichend von dem berechneten energetischen Minimum.
-
Durch
die Berücksichtigung der Drehzahlabweichung kann somit
die Regelung der Druckmenge genauer erfolgen. Aufgrund der genaueren
Regelung wird auch Energie eingespart.
-
Nachlauf
entsteht bei Beschleunigungsvorgängen, da die Drehzahl
des Elektromotors nicht unmittelbar, sondern mit einer Verzögerung
dem Vorgabewert für die Drehzahl folgt. Wenn bei dem Ermitteln der
Drehzahlabweichung der Nachlauf des Elektromotors ermittelt wird,
wird die Regelung auch in Situationen, in denen der Motor beschleunigt
oder vor kurzem beschleunigt hat, genauer. Zur Beschleunigung zählen
auch negative Beschleunigungen, die Verzögerungsvorgänge.
-
In
einer Ausführungsform enthält das Verfahren zusätzlich
einen Schritt des Ermittelns eines Druck/Volumenmenge-Profils für
die Druckmenge. Der Schlupf wird in Abhängigkeit des ermittelten Druck/Volumenmenge-Profils
ermittelt. Der Schlupf ist in der Regel von der Last, die der Elektromotor treibt,
abhängig. Die Last ist wiederum abhängig von dem
aktuell geforderten Druck bzw. von der angeforderten Druckmittelmenge,
die die Verstellpumpe liefern muss. Somit kann anhand des Druck/Volumenmenge-Profils
die Last und somit der Schlupf des Motors ermittelt werden, ohne
dass es hierfür einer gesonderten Messung bedarf.
-
In
einer Ausführungsform wird beim Schritt des Ansteuerns
des Elektromotors und der Volumeneinstellung der Verstellpumpe der
Vorgabewert für die Drehzahl durch Addition des ermittelten
Schlupfs und des ermittelten Drehzahl-Sollwerts ermittelt. Damit
wird die Drehzahldifferenz des Elektromotors durch die Addition
der ermittelten Drehzahlabweichung wieder ausgeglichen. Daraufhin
gibt der E lektromotor eine Drehzahl aus, die möglichst
nah an die Drehzahl des Drehzahl-Profils kommt.
-
In
einer weiteren Ausführungsform wird beim Schritt des Ansteuerns
des Elektromotors und der Volumeneinstellung der Verstellpumpe die
ermittelte Drehzahlabweichung von dem ermittelten Drehzahl-Sollwert.
zur Ermittlung des Ansteuerwerts für die Verstellpumpe
von dem ermittelten Drehzahl-Sollwert subtrahiert. Dadurch ist es
möglich, die Drehzahldifferenz durch eine höhere
Volumeneinstellung zu kompensieren, so dass die Volumenmenge trotz
der niedrigen Drehzahl bereitgestellt wird. Dies empfiehlt sich
besonders, wenn die Drehzahl des Elektromotors nahe der maximalen
Drehzahl ist und eine Erhöhung der Drehzahl zu einer Schädigung
des Elektromotors führen kann.
-
Falls
bei der Ermittlung der Drehzahlabweichung das Drehmoment des Elektromotors
simuliert wird, kann daraus mit einer relativ einfachen Rechenoperation
der Schlupf berechnet werden.
-
Vorzugsweise
ist der Elektromotor als Asynchronmotor ausgebildet und der Elektromotor
wird geberlos angesteuert. Geberlos bedeutet, dass es keinen Sensor
gibt, der die Drehzahl des Rotors misst und an die Steuerung des
Elektromotors rückmeldet. Ein Messen der Drehzahl ist grundsätzlich aufwändig
und verursacht mehr Kosten. Die geberlose Ansteuerung verringert
somit den Aufwand für die Regelschaltung.
-
Die
Erfindung betrifft auch eine Regelschaltung zur Regelung einer Druckmittelzufuhr
für einen hydraulischen Aktor einer zyklisch arbeitenden
Maschine, bei der der Aktor von einer von einem drehzahlgesteuerten
Elektromotor angetriebenen Verstellpumpe mit einer Druckmittelmenge
versorgt wird.
-
Die
Regelschaltung weist einen Pumpenregler zum Regeln des Drucks bzw.
der Druckmittelmenge durch Ansteuern der Volumeneinstellung der
Verstellpumpe auf. Eine Drehzahlprofilerstellvorrichtung ist zum
Erstellen eines Drehzahl-Profils zum Einstellen der Drehzahl des
Elektromotors während eines Zyklus der Maschi ne eingerichtet.
Eine Einstellvorrichtung ist zum Betreiben des Elektromotors entsprechend
dem ermittelten Drehzahl-Profil in einem Zyklus der Maschine vorgesehen.
Weiterhin enthält die Regelschaltung eine Regelungsanpassungsvorrichtung
zum Ermitteln der Drehzahlabweichung des Elektromotors sowie eine
Vorrichtung zum Ansteuern des Pumpenreglers und/oder der Einstellvorrichtung in
Abhängigkeit der ermittelten Drehzahlabweichung.
-
Die
Regelschaltung ermöglicht, dass mit einer Motorsimulation,
aus der die tatsächliche Motordrehzahl näherungsweise
berechnet wird, die Regelung auch ohne Messung der Drehzahl im Betrieb hinreichend
genau und schnell ist. Die Simulation enthält vorzugsweise
sowohl eine Berechnung des Schlupfs als auch eine Berechnung des
Nachlaufs.
-
Durch
die Regelschaltung können ungenaue Regelungen wegen der
variablen Antriebsdrehzahl vermindert werden. Es ist eine genauere
Förderstromregelung ohne eine Drehzahlerfassung möglich.
-
In
einer Ausführungsform wird der Nachlauf des Motors berechnet,
wodurch die Abweichung der Drehzahl bei konstant gehaltener Antriebsdrehzahl und
bei variabler Antriebsdrehzahl weniger groß ist.
-
Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
-
1 zeigt
einen Aktor einer Fertigungsmaschine mit der dazugehörigen
Regelvorrichtung zum Erzeugen einer hydraulischen Druckmittelmenge.
-
2 zeigt
Details der Regelvorrichtung nach 1.
-
3 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Aktors mit dazugehöriger
Regelvorrichtung zum Erzeugen einer hydraulischen Druckmittelmenge.
-
1 zeigt
einen Aktor einer Fertigungsmaschine sowie die dazu verwendete Regelung
zum Bereitstellen von hydraulischem Druckmittel für diesen
Aktor.
-
Der
Aktor 11 ist ein Zylinder für eine zyklisch arbeitende
Fertigungsmaschine, die flüssigen Kunststoff in eine Form
einspritzt. Ein Arbeitszyklus unterteilt sich in mehrere nacheinander
ablaufende Abschnitte, die sich hinsichtlich der benötigten
Druckmenge unterscheiden. In diesen Abschnitten erfolgt jeweils
ein Arbeitsvorgang. Arbeitsvorgänge sind beispielsweise ”Werkzeug
schließen”, ”Kunststoff einspritzen”, ”das
Werkzeug öffnen”, ”eine Nachdruckphase
abwarten” oder ähnliches.
-
In
diesen unterschiedlichen Abschnitten müssen unterschiedliche
Druckmengen dem als Zylinder 11 ausgebildeten Aktor bereitgestellt
werden, was mit Hilfe des Ventils 17 erfolgt. Die Verstellpumpe 13 fördert
aus einem Tank 15 Druckmittel in die Leitung 16,
woraufhin die Hydraulikflüssigkeit in der Leitung 16 einen
Druck p aufweist. Das Ventil 17 ist zwischen der Leitung 16 und
dem Aktor 11 vorgesehen. Dieses Ventil 17 steuert
den Volumenstrom von der Verstellpumpe 13 zu dem Zylinder 11 und
von dort zurück zum Tank 15. Das Ventil 17 wird
elektrisch von einer übergeordneten Steuerung 25 das elektrische
Signal u1, das über die Leitung 27 geleitet wird,
angesteuert.
-
Ein
Wegemessumformer 21 misst die Position der Kolbenstange
des Zylinders 11, wandelt die Position in ein elektrisches
Signal s1 um, das über die Leitung 23 an die übergeordnete
Steuerung 25 ausgegeben wird.
-
Zur
Steuerung des Drucks p in der Leitung 16 ist eine Regelschaltung
vorgesehen, die die Einrichtung zur Regelung der Druckmittelzufuhr 10,
den Druckmessumformer 40, das Stellglied 31, den
Messumformer 32, den Frequenzumrichter 33, den
Elektromotor 14, die Welle 34 und die Verstellpumpe 13 enthält.
Die Einrichtung 10 empfängt von der übergeordneten
Steuerung 25 einen Sollwert für den Druck ps und
einen Sollwert für den Volumenstrom Qs. Die Sollwerte ps
und Qs entsprechen einem in der übergeordneten Steuerung
gespeicherten Druck/Volumenstrom-Profil p(t)/Q(t).
-
Zudem
empfängt die Vorrichtung 10 ein Zyklusstartsignal
yt0, das anzeigt, wann ein neuer Zyklus beginnt. Zudem empfängt
die Einrichtung 10 das Signal pi von dem Druckmessumformer 40,
der den Druck p in der Leitung 16 in ein entsprechendes
elektrisches Signal pi umwandelt. Als Ausgangssignale gibt die Einrichtung 10 einen
Sollwert für die Drehzahl ns sowie ein Ausgangssignal für
das Fördervolumen yVF aus.
-
Die übergeordnete
Schaltung 25 gibt auch einen Wert nl1, der einen Kompensationswert
für die Drehzahlabweichung repräsentiert, aus.
Der Sollwert für die Drehzahl ns und der Kompensationswert
nl1 werden mit Hilfe des Summationsglieds 35 addiert. Das
Ergebnis dieser Addition wird als Signal nc1 an den Frequenzumformer 33 ausgegeben.
Dieser treibt den Motor 14 an. Die Drehzahl der Welle 34 ist
aufgrund des Schlupfs geringer als die Drehzahl nc1, entspricht
aber möglichst dem Sollwert für die Drehzahl ns.
-
Der
Sollwert für die Drehzahl ns wird verwendet, um aus ihm
das Fördervolumen zu berechnen, da dieser Wert am nächsten
an der tatsächlichen Drehzahl der Welle 34 ist.
-
Das
Signal nc1 empfängt der Frequenzumrichter 33,
der dementsprechend den Elektromotor 14 mit einem elektrischen
Signal der Frequenz f so antreibt, dass die Drehzahl n des Elektromotors 14 gleich
dem Sollwert für die Drehzahl ns ist. Die Drehbewegung
des Elektromotors wird über die Welle 34 an die
Verstellpumpe 13 übertragen.
-
Die
Drehzahl n des Elektromotors 14 wird nicht gemessen und
rückgekoppelt, die Drehzahl n wird somit im offenen Kreis
gesteuert.
-
Das
Stellglied 31 empfängt das Ausgangssignal yVF
von der Einrichtung 10 und steuert das Fördervolumen
VF der Verstellpumpe 13. Der Messwertumformer 32 gibt
ein elektrisches Signal, das den Ist-Wert des Fördervolumens
VFi der Verstellpumpe 13 anzeigt, aus.
-
Die
Einrichtung 10 enthält einen Pumpenregler 41,
eine Motorsteuerung 42, einen Multiplizierer 44 und
ein Rechenglied 45. Der Multiplizierer 44 ist als
Proportionalglied mit einem steuerbaren Verstärkungsfaktor
KQ ausgeführt. Das Rechenglied 45 empfängt
als Eingangssignal den Sollwert für die Drehzahl ns und
gibt dessen Kehrwert an seinen Ausgang als das Signal KQ aus. Der
Multiplizierer empfängt an seinen Eingängen den
Sollwert für den Volumenstrom Qs sowie das Signal KQ.
-
Der
Multiplizierer 44 bildet folglich aus dem Sollwert Qs für
den dem Zylinder zuzuführenden Volumenstrom unter Berücksichtung
der Drehzahl n des Elektromotors 14 einen Sollwert VFs
für das Fördervolumen der Verstellpumpe 13.
Der Pumpenregler 41 empfängt als Eingangssignale
den Ist-Wert für das Fördervolumen VFi, den Ist-Wert
für den Druck pi, den Sollwert für das Fördervolumen
VFs sowie den Sollwert für den Druck ps und gibt an seinem
Ausgang das Ausgangssignal für das Fördervolumen yVF
aus.
-
2 zeigt
Details des Pumpenreglers 41 aus 1. Der Druckregler 41 weist
ein erstes Summationsglied 48, ein zweites Summationsglied 51,
einen Fördervolumenregler 49, einen Druckregler 52 und
ein Minimalwertauswahlglied 50 auf. Das erste Summationsglied 48 bildet
aus dem Sollwert VFs und dem Ist-Wert VFi eine Regeldifferenz, die
dem Fördervolumenregler 49 als Eingangssignal
zugeführt wird.
-
Das
mit yVF1 bezeichnete Ausgangssignal des Fördervolumenreglers 49 ist
dem Minimalwertauswahlglied 50 als erstes Eingangssignal
zugefügt. Das zweite Summationsglied 51 empfängt
den Sollwert für den Druck ps und den Ist-Wert für
den Druck pi, woraus durch Subtraktion die Regeldifferenz für den
Druck gebildet und an den Druckregler 52 ausgegeben wird.
Der Druckregler 52 gibt als Ausgangssignal den Wert yp
an das Minimalwertauswahlglied 50, das den Wert yp an seinem
zweiten Eingang empfängt. Das Minimalwertauswahlglied 50 wählt das
kleinere der beiden Eingangssignale yVF1 und yp aus und leitet diesen
Minimalwert als Stellgröße yVF für das
Fördervolumen VF an das Stellglied 31 weiter.
-
Sowohl
die Regelung des Fördervolumens VF als auch die Regelung
des Drucks p erfolgt durch Einstellen des Fördervolumens
der Verstellpumpe 13.
-
Die Übertragungsverhalten
des Förderstromreglers 49 und des Druckreglers 52 weisen
jeweils einen Proportional- und einen Differentialanteil auf.
-
In
der übergeordneten Steuerung
25 ist ein Druck/Volumenstrom-Profil
p(t)/Q(t) für die Druckmittelzufuhr des Zylinders
11 gespeichert.
Ein Drehzahl-Profil n(t) für den Elektromotor wird wie
in der Druckschrift
EP
1 236 558 B1 erstellt. Dabei wird ein Drehzahl-Profil n(t)
für den Elektromotor
14 erstellt, das den Verlauf
der Drehzahl n während eines Fertigungszyklus vorgibt.
Hierzu wird der Elektromotor
14 zunächst mit der
konstanten Drehzahl nmax betrieben. Die Regelung des dem Zylinder
11 zugeführten Volumenstroms
erfolgt dabei allein durch den Pumpenregler
41. Der Pumpenregler
41 sorgt
dafür, dass die Verstellpumpe
13 dem Zylinder
11 den
Volumenstrom zuführt, der erforderlich ist, um die durch
das Druck/Volumenstrom-Profil p(t)/Q(t) vorgegebenen Werte einzuhalten.
Dieser Volumenstrom ist im Folgenden auch als Volumenstrombedarf
QA bezeichnet.
-
Durch
die Regelung von Druck p und Volumenstrom Q stellt sich ein von
der Verstellpumpe 13 geförderter Volumenstrom
ein, der sowohl das Kompressionsvolumen des Druckmittels als auch
Leckverluste berücksichtigt, also Einflussgrößen,
die einer Berechnung nur schwer zugänglich sind. Dies gilt in
gleicher Weise für den Volumenstrombedarf des Zylinders 11 bei
einer Druckregelung. Da sich der von der Verstellpumpe 13 geförderte
Volumenstrom Q nach der Beziehung Q = nmax·VF aus der Drehzahl nmax
des Elektromotors 14 und dem Fördervolumen VF
der Verstellpumpe 13 ergibt, lässt sich der dem Zylinder 11 zugeführte
Volumenstrom direkt aus dem Istwert VFi des Fördervolumens
unter Berücksichtigung der konstanten Drehzahl nmax berechnen.
Es ist vorteilhaft, als konstante Drehzahl nmax die größte
Drehzahl, mit der der Elektromotor 14 in den Fertigungszyklen
betrieben werden soll, zu wählen. Bei dieser Drehzahl handelt
es sich in der Regel um die Nenndrehzahl des Elektromotors 14.
-
Der
Optimierungsvorgang weist eine Reihe von Lernzyklen auf, in denen
die Verstellpumpe 13 mit der konstanten Drehzahl nmax angetrieben
wird. In einem ersten Lernzyklus wird die Dauer eines Fertigungszyklus
durch Messung der Zeitdauer zwischen zwei Zyklusstartimpulsen ermittelt.
Aus der Dauer eines Fertigungszyklus und der Anzahl der in der Motorsteuerung 42 für
die Speicherung von Werten zur Verfügung stehenden Speicherplätze
wird der zeitliche Abstand Δt für die Erfassung
der zu speichernden Werte ermittelt. In einem weiteren Lernzyklus
werden im Abstand von Δt die Istwerte VFi des Fördervolumens
erfasst und in der Motorsteuerung 42 gespeichert. Die dort
gespeicherten Werte bilden ein Fördervolumen-Profil VFI(t).
-
In
gleicher Weise werden die Istwerte pi des Drucks erfasst und in
der Motorsteuerung 42 gespeichert. Die gespeicherten Werte
bilden ein Druckprofil pi(t). Durch Multiplikation der gespeicherten
Einzelwerte des Fördervolumens mit der konstanten Drehzahl
nmax erhält man ein Volumenstrombedarf-Profil QA(t). Durch
Division des Volumenstrombedarfs QA durch einen konstanten Wert
des Fördervolumens VF erhält man ein Drehzahl-Profil
n(t). Es empfiehlt sich, den konstanten Wert so zu wählen,
dass er in der Nähe des Nennwerts des Fördervolumens
VF der Verstellpumpe 13 liegt. Damit eine Regelreserve
zur Verfügung steht, wird der konstante Wert so gewählt, dass
er ungefähr 90% des Nennwerts des Fördervolumens
VF der Verstellpumpe 13 entspricht. Dieser Wert ist im
folgenden mit VFgO bezeichnet.
-
Um
Speicherplatz einzusparen, kann nach dem Abschluss einer Division
der gespeicherte Wert des Volumenstrombedarts QA durch den aus ihm
berechneten Drehzahlwert n ersetzt werden. Steuert man die Drehzahl
des Elektromotors 14 gemäß dem auf diese
Weise ermittelten Drehzahl-Profil n(t) an, würde sich unter
idealen Bedingungen das Fördervolumen VF der Verstellpumpe 13 auf
den Wert VFgO einstellen. In der Praxis ist jedoch das Fördervolumen
VF der Verstellpumpe 13 während eines Zyklus nicht
konstant, insbesondere da sich die Drehzahl n des Elektromotors 14 nicht
so schnell ändern lässt wie das Fördervolumen
VF der Verstellpumpe 13. Dazu kommt, dass insbesondere
im Hinblick auf die Schmierung der Verstellpumpe 13, der
Kühlung des Elektromotors 14 und das maximal zulässige
Drehmoment des Elektromotors 14 seine Drehzahl n nicht beliebig
verringert werden darf.
-
Anhand
des Drehzahlprofils und des Fördervolumenprofils wird für
möglichst viele Zeitpunkte eines Arbeitszyklus die Drehzahlabweichung
berechnet. Dazu wird anhand des Drucks und der Volumeneinstellung
der Verstellpumpe berechnet, wie groß die Last des Elektromotors
ist, indem das Drehmoment mit Hilfe des Drehmoments, das abhängig
vom Druck ist berechnet wird.
-
In
der übergeordneten Ansteuerung sind Simulationswerte für
den Schlupf in Abhängigkeit des Drehmoments und der Statordrehzahl
hinterlegt.
-
Ebenso
wird der Nachlauf des Elektromotors berechnet. Aus dem Drehzahlprofil
ist erkennbar, wann der Rotor, beschleunigt. Simulationswerte, die die
Beschleunigung nachbilden, zeigen, um wieviel die Drehzahlen des
Rotors vor den Vorgabewerten für die Drehzahl abweichen.
-
3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aktors einer zyklisch
arbeitenden Fertigungsmaschine mit der dazugehörigen Regelvorrichtung zur
Bereitstellen von Druckmittelmengen. Elemente mit gleichen Funktionen
wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht extra erläutert.
-
Ein
erster Unterschied ergibt sich aus der fehlenden Rückkopplung
für die Fördermenge VF. Für die Fördermenge
wird ein Sollwert VFs berechnet, mit dessen Hilfe die Fördermenge
im offenen Kreis gesteuert wird. Eine Regelung der Fördermenge
erfolgt dabei nicht. Diese Maßnahme verringert die Kosten
für das Gesamtsystem zusätzlich, da der Messumformer 32 und
die Rückführungen eingespart werden. Diese Einsparung
könnte auch in der Ausführungsform nach 1 vorgenommen
werden.
-
Ein
zweiter Unterschied von der Ausführungsform nach 1 ergibt
sich durch die Art, wie der Schlupf und der Nachlauf in der Steuerung
berücksichtigt werden.
-
Das
Ausgabesignal der Motorsteuerung 42, der Sollwert für
die Drehzahl ns, wird auf den Frequenzumformer 33 gegeben.
Aufgrund des Schlupfes unterscheidet sich die Drehzahl n der Welle 34 von
dem Sollwert für die Drehzahl ns. Zu weiteren Unterschieden
kann es kommen, wenn der Motor nachläuft und sich deswegen
die Drehzahl des Rotors von dem Sollwert für die Drehzahl
ns unterscheidet.
-
Um
den Schlupf bei der Drehzahl trotzdem zu berücksichtigen,
ist das Summationsglied 36 vorgesehen, das an einem ersten
Eingang den Sollwert für die Drehzahl ns und an einem zweiten
Eingang einen Kompensationswert nl2 empfängt. Das Summationsglied 36 zieht
von dem Sollwert für die Drehzahl ns den Kompensationswert
nl2 ab. Der Sollwert des Fördervolumens VFs wird folglich
mit einem korrigierten Drehzahlwert nc2 berechnet, der möglichst
nah an der tatsächlichen Drehzahl n der Welle 34 ist. Wenn
der Vorgabewert für die Drehzahl ns nicht geändert
wird, so wird bei Vorliegen von Schlupf im Motor das Fördervolumen
VF entsprechend erhöht, so dass ein Volumenstrom von der
Verstellpumpe 13 ausgegeben wird, der dem Druck/Volumenstrom-Profil
entspricht.
-
In
einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich,
die Kompensationen gemäß 1 und 3 zu
kombinieren. Dabei braucht der erste Kompensationswert nl1, der
gemäß 1 zur Berechnung des korrigierten
Drehzahlsollsignals nc1 verwendet wird, lediglich aus einer Berechnung
des Motorschlupfes abgeleitet werden. Der Kompensationswert nl1
entspricht dabei einem Drehzahlvorhalt, der zur Kompensation eines
Schlupfes auf die Drehzahlvorgabe ns aufaddiert wird. Der zweite
Kompensationswert nl2, der gemäß 3 Eingang
in den Förderstromsollwert VFs findet, wird in diesem Fall aus
einer Simulation des Nachlaufs des Motors 14 berechnet.
Dieser Kompensationswert nl2 wird von der Drehzahlvorgabe ns abgezogen,
um einen möglichst gute Abschätzung nc2 der aktuellen
Motordrehzahl zu erhalten. Aus der Drehzahlabschätzung
nc2 wird, wie vorangehend beschrieben, ein Sollwert des Fördervolumens
VFs erhalten, um die Verstellpumpe 13 in möglichst
guter Übereinstimmung mit dem Förderstromsollwert
Qs anzusteuern.
-
Ferner
ist es auch möglich, den Motorschlupf bei der Berechnung
des Volumenstroms Q ist während der Lernphase zu berücksichtigen,
um den Sollwert Qs entsprechend zu kompensieren. Liegt beispielsweise
ein Schlupf vor, so wird der Sollwert Qs entsprechend erhöht,
damit der sich ergebende Volumenstrom dem des Druck/Volumenstrom-Profils
entspricht.
-
- 10
- Einrichtung
zur Regelung der Druckmittelzufuhr
- 11
- Zylinder
- 13
- Verstellpumpe
- 14
- Elektromotor
- 15
- Tank
- 16
- Leitung
- 17
- Ventil
- 21
- Wegemessumformer
- 23
- Leitung
- 25
- übergeordnete
Steuerung
- 27
- Leitung
- 31
- Stellglied
- 32
- Messumformer
- 33
- Frequenzumrichter
- 34
- Welle
- 35
- Summationsglied
- 36
- Summationsglied
- 40
- Druckmessumformer
- 41
- Pumpenregler
- 42
- Motorsteuerung
- 44
- Proportionsglied
- 45
- Rechenglied
- 48
- erstes
Summationsglied
- 49
- Fördervolumenregler
- 50
- Minimalwertauswahlglied
- 51
- zweites
Summationsglied
- 52
- Druckregler
- 521
- Differenzierglied
- 522
- Proportionalglied
- 523
- Verstellblock
- 524
- Summationsglied
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1236558
B1 [0002, 0041]