DE102012009729A1 - Pressure-flow regulator, adjustment unit for an adjustable hydraulic displacement machine with a pressure-flow regulator and method for controlling such an adjustment - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Verstellstelleinheit für eine verstellbare hydraulische Verdrängermaschine mit einem Druck-Förderstromregler. Die Verstelleinheit hat zumindest einen Stellzylinder zum Verstellen eines Hubraums der Verdrängermaschine. Der Stellzylinder wird über Schaltventile angesteuert.Disclosed is an adjusting unit for an adjustable hydraulic displacement machine with a pressure-flow regulator. The adjustment has at least one actuating cylinder for adjusting a displacement of the positive displacement machine. The actuating cylinder is controlled via switching valves.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Druck-Förderstromregler zum Verstellen einer Verstelleinheit einer verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine. Des Weiteren geht die Erfindung von einer Verstelleinheit für eine derartige Verdrängermaschine mit einem derartigen Druck-Förderstromregler und von einem Verfahren zum Regeln der Verstelleinheit aus.The invention is based on a pressure-flow regulator for adjusting an adjustment of an adjustable hydraulic displacement machine. Furthermore, the invention is based on an adjusting unit for such a displacement machine with such a pressure-flow regulator and on a method for controlling the adjusting unit.
In der
Nachteilig bei einem derartigen Druck-Förderstromregler ist, dass die Proportionalventile vergleichsweise kostenintensiv sind und eine geringe Robustheit aufweisen. Des Weiteren ist eine Leckage der Proportionalventile vergleichsweise hoch, was zu einem Wirkungsgradverlust der Verdrängermaschine führt.A disadvantage of such a pressure-flow regulator is that the proportional valves are relatively expensive and have a low robustness. Furthermore, a leakage of the proportional valves is comparatively high, which leads to a loss of efficiency of the positive displacement machine.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Druck-Förderstromregler zum Verstellen einer Verstelleinheit zu schaffen, der die oben genannten Nachteile beseitigt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Verstelleinheit für eine verstellbare hydraulische Verdrängermaschine mit einem derartigen Druck-Förderstromregler zu schaffen, die ebenfalls die genannten Nachteile beseitigt. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer derartigen Verstelleinheit vorzusehen, mit dem auf äußerst einfache Weise eine Verdrängermaschine gesteuert werden kann.In contrast, the invention has the object to provide a pressure-flow regulator for adjusting an adjustment, which eliminates the disadvantages mentioned above. Another object of the invention is to provide an adjusting unit for an adjustable hydraulic displacement machine with such a pressure-flow regulator, which also eliminates the disadvantages mentioned. In addition, it is an object of the invention to provide a method for controlling such an adjustment, with the extremely simple way a displacement machine can be controlled.
Die Aufgabe hinsichtlich des Druck-Förderstromreglers wird gelöst gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, hinsichtlich der Verstelleinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und hinsichtlich dem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 12.The object with regard to the pressure-flow regulator is achieved according to the features of
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous developments of the invention are the subject of further subclaims.
Erfindungsgemäß hat ein Druck-Förderstromregler zum Verstellen einer Verstelleinheit einer verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine ein Schaltventil zum Ansteuern der Verstelleinheit.According to the invention, a pressure-conveying flow regulator for adjusting an adjusting unit of an adjustable hydraulic displacement machine has a switching valve for actuating the adjusting unit.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass der Druck-Förderstromregler aufgrund des Schaltventils vergleichsweise kostengünstig ist, da ein Schaltventil vergleichsweise geringe Fertigungskosten aufweist und vorrichtungstechnisch einfach aufgebaut ist. Eine Leckage des Druck-Förderstromreglers ist ebenfalls aufgrund des Schaltventils vergleichsweise gering. Des Weiteren weisen Schaltventile eine sehr geringe Stellzeit auf, weswegen der Druck-Förderstromregler ebenfalls eine sehr kurze Stellzeit hat. Durch das robuste Schaltventil hat der Druck-Förderstromregler eine hohe Schockfestigkeit. Aufgrund einer geringen Anfälligkeit der Schaltventile gegenüber verschmutzter Hydraulikflüssigkeit ist ein Wartungsaufwand des Druck-Förderstromreglers gering. Eine Veränderung des Schaltverhaltens der Schaltventile aufgrund von Temperaturänderungen ist ebenfalls im Vergleich zu Proportionalventilen sehr gering, wodurch der Druck-Förderstromregler bei unterschiedlichsten Temperaturen sicher eingesetzt werden kann. Schaltventile sind auch sehr robust gegenüber elektromagnetischen Störungen. Ferner ist es möglich, die Schaltventile des Druck-Förderstromreglers direkt über eine digitale Steuereinheit bzw. einen Mobilkontroller anzusteuern, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo zur Ansteuerung der Proportionalventile ein Digital/Analog-Wandler notwendig ist.This solution has the advantage that the pressure-flow regulator is relatively inexpensive due to the switching valve, since a switching valve has comparatively low production costs and is simple in terms of device technology. A leakage of the pressure-flow regulator is also relatively low due to the switching valve. Furthermore, switching valves have a very short positioning time, which is why the pressure-flow regulator also has a very short positioning time. Due to the robust switching valve, the pressure flow regulator has a high shock resistance. Due to a low susceptibility of the switching valves against soiled hydraulic fluid maintenance of the pressure-flow regulator is low. A change in the switching behavior of the switching valves due to temperature changes is also very low compared to proportional valves, whereby the pressure-flow regulator can be used safely at different temperatures. Switch valves are also very robust against electromagnetic interference. Further, it is possible to control the switching valves of the pressure-flow regulator directly via a digital control unit or a mobile controller, in contrast to the prior art, where a digital / analog converter is necessary to control the proportional valves.
Bei den Schaltventilen handelt es sich beispielsweise um 2/2-Wegeventile, über die eine Druckmittelverbindung auf- und zusteuerbar ist. Das Schaltventil kann als Schieberventil oder bevorzugterweise als praktisch leckagefreies Sitzventil ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist ein Ventilkörper der Schaltventile in Richtung einer Schließposition mit einer Federkraft einer Ventilfeder beaufschlagt und kann über einen elektromagnetischen Aktuator in Richtung einer Öffnungsposition mit einer Öffnungskraft beaufschlagt werden.The switching valves are, for example, 2/2-way valves, via which a pressure fluid connection is up and is zuusteuerbar. The switching valve may be configured as a slide valve or preferably as a virtually leak-free seat valve. Preferably, a valve body of the switching valves is acted upon in the direction of a closed position with a spring force of a valve spring and can be acted upon via an electromagnetic actuator in the direction of an opening position with an opening force.
Das zumindest eine Schaltventil kann flexibel im Pulse-Width-Modulated-Modus (PWM) oder im Ballistischen Modus (BaM) eingesetzt werden. Somit können bei dem Schaltventil unterschiedliche Öffnungsquerschnitte vorgesehen werden.The at least one switching valve can be used flexibly in pulse width modulated mode (PWM) or in ballistic mode (BaM). Thus, different opening cross-sections can be provided in the switching valve.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Schaltventil zum Steuern einer Verbindung zwischen der Verstelleinheit und einer Druckmittelquelle und zumindest ein Schaltventil zum Steuern einer Verbindung zwischen der Verstelleinheit und einer Druckmittelsenke vorgesehen. Hierdurch kann auf einfache Weise beispielsweise ein Stellzylinder der Verstelleinheit verstellt werden.In a further embodiment of the invention, at least one switching valve for controlling a Connection between the adjustment and a pressure medium source and at least one switching valve for controlling a connection between the adjustment and a pressure medium sink provided. In this way, for example, a setting cylinder of the adjustment can be adjusted in a simple manner.
Die Schaltventile zum Steuern einer Druckmittelverbindung zwischen der Druckmittelquelle und der Verstelleinheit beziehungsweise der Druckmittelsenke und der Verstelleinheit können im Meter-In/Meter-Out-Modus (MIO) angesteuert werden.The switching valves for controlling a pressure medium connection between the pressure medium source and the adjusting unit or the pressure medium sink and the adjusting unit can be controlled in the meter-in / meter-out mode (MIO).
Um eine Verbindung zwischen der Verstelleinheit und der Druckmittelquelle oder der Druckmittelsenke Pulse-Code-Modulated (PCM) zu steuern, sind zumindest zwei Schaltventile in einem Druckmittelströmungspfad zwischen der Verstelleinheit und der Druckmittelquelle und/oder zwischen der Verstelleinheit und der Druckmittelsenke vorgesehen. Die Schaltventile eines Druckmittelströmungspfads haben hierbei vorzugsweise unterschiedliche Nenngrößen, um diese eben im Pulse-Code-Modulated-Modus einzusetzen. Alternativ kann das größere Schaltventil beispielsweise zur Grobverstellung des Stellzylinders der Verstelleinheit und das kleinere Schaltventil zur Feinverstellung des Stellzylinders eingesetzt werden.In order to control a connection between the adjustment unit and the pressure medium source or the pressure medium sink pulse code modulated (PCM), at least two switching valves are provided in a pressure medium flow path between the adjustment unit and the pressure medium source and / or between the adjustment unit and the pressure medium sink. The switching valves of a pressure medium flow path in this case preferably have different nominal sizes in order to use them precisely in pulse-code-modulated mode. Alternatively, the larger switching valve can be used, for example, for coarse adjustment of the adjusting cylinder of the adjustment and the smaller switching valve for fine adjustment of the actuating cylinder.
Erfindungsgemäß hat eine Verstelleinheit für eine verstellbare hydraulische Verdrängermaschine einen erfindungsgemäßen Druck-Förderstromregler. Die Verstelleinheit hat hierbei zumindest einen Stellzylinder zum Verstellen eines Hubraums der Verdrängermaschine, insbesondere zum Einstellen eines Schwenkwinkels. Der Stellzylinder weist einen von einem Kolben begrenzten Zylinderraum auf, der zum Verschieben des Kolbens in Richtung des sich vergrößernden Zylinderraums über das Schaltventil des Druck-Förderstromreglers mit einem von einer Druckleitung der Verdrängermaschine abgegriffenen Druckmittel beschickbar ist und der zum Entlassen von Druckmittel aus dem Zylinderraum über ein weiteres Schaltventil mit der Druckmittelsenke verbindbar ist. Beispielsweise wird bei einer Verschiebung des Kolbens des Stellzylinders in Richtung des sich vergrößernden Zylinderraums ein Hubraum der Verdrängermaschine vergrößert und beim Verschieben in umgekehrter Richtung verkleinert.According to the invention, an adjusting unit for an adjustable hydraulic displacement machine has a pressure-flow regulator according to the invention. The adjusting unit in this case has at least one actuating cylinder for adjusting a displacement of the positive displacement machine, in particular for setting a pivot angle. The actuating cylinder has a piston space limited by a cylinder, which is displaceable for displacing the piston in the direction of increasing cylinder space via the switching valve of the pressure-flow regulator with a tapped by a pressure line of the positive displacement pressure medium and the discharge of pressure medium from the cylinder chamber another switching valve with the pressure medium sink is connectable. For example, in a displacement of the piston of the actuating cylinder in the direction of the increasing cylinder space, a displacement of the positive displacement machine is increased and reduced when moving in the reverse direction.
Mit Vorteil wird der Kolben des Verstellzylinders über eine Stellfeder mit einer Federkraft in Richtung des sich verkleinernden Zylinderraums beaufschlagt. Es kann ein zweiter Stellzylinder vorgesehen sein, der einen einen Zylinderraum begrenzenden Kolben hat. Der Zylinderraum kann hierbei mit der Druckleitung der Verdrängermaschine verbunden sein. Der Kolben wirkt dann beispielsweise dem Kolben des ersten Stellzylinders entgegen. Bei der Verdrängermaschine kann es sich um eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise handeln, wobei die Kolben der Stellzylinder dann an eine Schrägscheibe zum Steuern des Hubraums der Verdrängermaschine angreifen.Advantageously, the piston of the adjusting cylinder is acted upon by a spring with a spring force in the direction of the decreasing cylinder space. It may be provided a second actuating cylinder, which has a piston defining a cylinder space. The cylinder chamber can in this case be connected to the pressure line of the displacement machine. The piston then counteracts, for example, the piston of the first actuating cylinder. The displacement machine can be an axial piston machine of swash plate construction, wherein the pistons of the actuating cylinder then engage a swash plate for controlling the displacement of the displacement machine.
Zum Ansteuern der Verdrängermaschine ist beispielsweise einfach eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, die die Schaltventile in Abhängigkeit eines Drucks, insbesondere in der Druckleitung der Verdrängermaschine, und/oder in Abhängigkeit eines Verschiebewegs des Kolbens des Stellzylinders oder eines Schwenkwinkels der Schrägscheibe steuert. Zum Messen des Drucks ist vorzugsweise ein Drucksensor vorgesehen, der diesen in der Druckleitung der Verdrängermaschine abgreift. Zum Messen des Verschiebewegs kann ein Wegaufnehmer eingesetzt werden, der einen Verschiebeweg des Kolbens des Stellzylinders misst.To control the displacement machine, for example, an electronic control unit is simply provided, which controls the switching valves as a function of a pressure, in particular in the pressure line of the positive displacement machine, and / or as a function of a displacement path of the piston of the actuating cylinder or a swivel angle of the swash plate. For measuring the pressure, a pressure sensor is preferably provided, which taps this in the pressure line of the displacement machine. For measuring the displacement path, a displacement transducer can be used which measures a displacement path of the piston of the actuating cylinder.
Damit die Verstelleinheit auf einfache Weise auf plötzliche Druckspitzen in der Druckleitung reagieren kann, kann ein Überströmventil vorgesehen sein, das fluidisch parallel zum wenigsten einen zwischen der Druckleitung und dem Zylinderraum des Stellzylinders angeordneten Schaltventil angeordnet werden kann. Bei dem Überströmventil handelt es sich beispielsweise ein in Strömungsrichtung hin zum Zylinderraum sich öffnendes Rückschlagventil.So that the adjusting unit can react in a simple manner to sudden pressure peaks in the pressure line, an overflow valve can be provided, which can be arranged fluidically parallel to at least one switching valve arranged between the pressure line and the cylinder space of the adjusting cylinder. The overflow valve is, for example, a non-return valve which opens in the direction of flow toward the cylinder chamber.
Zum Ansteuern der Verstelleinheit durch die Steuereinheit werden die Schaltventile beispielsweise einfach mit einer Dreipunktregelung geregelt. Die Schaltventile können hierbei druckabhängig geregelt werden, insbesondere in Abhängigkeit von einem Druck in der Druckleitung oder von einem Lastdruck. Denkbar ist auch, die Stellzylinder wegabhängig vom Verschiebeweg des Kolbens zu regeln.To control the adjustment by the control unit, the switching valves are easily controlled, for example, with a three-step control. In this case, the switching valves can be regulated in a pressure-dependent manner, in particular as a function of a pressure in the pressure line or of a load pressure. It is also conceivable to regulate the actuating cylinder path-dependent from the displacement of the piston.
Um eine Überhitzung eines Schaltventils zu vermeiden kann ein Schaltzyklus des Schaltventils ein vorbestimmtes Verhältnis von einer Einschalt- zu einer Ausschaltdauer aufweisen. D. h., das Schaltventil wird mit einer bestimmten Zeitspanne bestromt und ist mit einer sich daran anschließenden Zeitspanne unbestromt.In order to avoid overheating of a switching valve, a switching cycle of the switching valve may have a predetermined ratio of a turn-on to a turn-off duration. D. h., The switching valve is energized with a certain period of time and is energized with an adjoining period of time.
Zum einfachen Regeln mehrerer Schaltventile ist eine Schaltfrequenz von diesen gleich.To easily control multiple switching valves, a switching frequency of these is the same.
Eine Abtastung des Drucks und/oder des Verschiebewegs mit einer bestimmten Abtastfrequenz kann etwa synchron zu einer Ansteuerung der Schaltventile mit einer bestimmten Schaltfrequenz sein, was zu einer äußerst einfachen Regelung führt. Vorzugsweise beträgt die Abtastfrequenz ein Vielfaches der Schaltfrequenz oder entspricht der Schaltfrequenz. Durch die Schaltfrequenz wird ein Steuerimpuls an die Schaltventile nur in vorbestimmten Zeitabständen abgegeben.A sampling of the pressure and / or the displacement with a certain sampling frequency can be approximately synchronous with a control of the switching valves with a certain switching frequency, resulting in a extremely simple regulation leads. Preferably, the sampling frequency is a multiple of the switching frequency or corresponds to the switching frequency. Due to the switching frequency, a control pulse is delivered to the switching valves only at predetermined time intervals.
Es ist auch denkbar, dass die Abtastfrequenz und die Schaltfrequenz nicht synchron verlaufen, wodurch ermöglicht ist, dass die Schaltfrequenz erst bei Bedarf getriggert wird, während eine Abtastung des Drucks und/oder des Verschiebewegs mit einer bestimmten Abtastfrequenz erfolgt.It is also conceivable that the sampling frequency and the switching frequency do not run synchronously, which makes it possible that the switching frequency is triggered only when needed, while a sampling of the pressure and / or the displacement takes place with a certain sampling frequency.
Vorzugsweise ist die Abtastfrequenz größer als die Schaltfrequenz, was dazu führt, dass während der Bestromung des Schaltventils weiter der Druck und/oder der Verschiebeweg abgetastet wird und bei Bedarf eine Einschaltdauer des bestromten Ventils unterbrochen werden kann. Hierzu ist vorteilhaft, wenn die Einschaltdauer der Schaltventile während eines Schaltzyklus variabel ist. Das Schaltventil kann hierbei vorzeitig schließen, wenn beispielsweise der gemessene Druck dies erfordert.Preferably, the sampling frequency is greater than the switching frequency, which means that during the energization of the switching valve, the pressure and / or the displacement is further scanned and, if necessary, a duty cycle of the energized valve can be interrupted. For this purpose, it is advantageous if the duty cycle of the switching valves is variable during a switching cycle. The switching valve can close prematurely, if, for example, the measured pressure requires this.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaltzyklen der Schaltventile unabhängig zueinander, wodurch die Schaltventile somit unabhängig voneinander steuerbar sind und somit unabhängig voneinander schalten können.In a further embodiment of the invention, the switching cycles of the switching valves are independent of each other, whereby the switching valves are thus independently controllable and thus can switch independently.
Ein äußerst einfaches erfindungsgemäßes Verfahren zum Regeln einer erfindungsgemäßen Verstelleinheit weist folgende Schritte auf:
- – Abtasten des Verschiebewegs des Kolbens des Stellzylinder und/oder des Drucks, insbesondere mit einer bestimmten Abtastfrequenz;
- – Steuern der Schaltventile in Abhängigkeit des Verschiebewegs und/oder des Drucks, wobei die Steuerung insbesondere entsprechend der Dreipunktregelung erfolgt.
- - sensing the displacement of the piston of the actuating cylinder and / or the pressure, in particular with a certain sampling frequency;
- - Control of the switching valves in response to the displacement and / or pressure, the control is carried out in particular according to the three-step control.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, preferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to schematic drawings. Show it:
Gemäß
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer verschwenkbaren Axialkolbenmaschine mit einem Schrägscheiben-Triebwerk erläutert. Zum Verschwenken der nicht dargestellten Schrägscheibe der Verdrängermaschine
An die Verdrängermaschine
Die Schaltventile
Zum Messen eines Verschiebewegs des Kolbens
Damit die Schaltventile
Das grundsätzliche Regelungskonzept für eine digitale Druckregelung der Verdrängermaschine
Zum Regeln der Verstelleinheit mit dem Stellzylinder
Bei einem ersten Regelungsverfahren wird gemäß
Gemäß
Somit ändert sich proportional zur Positionsänderung des Kolbens
Die
Bei Sollwertsprüngen ergeben sich teilweise Überschwinger, die von Überdosierungen herrühren, siehe Bezugszeichen
Mit Hilfe der Positionsregelung des Kolbens
Gemäß
Bei Verdrängermaschinen mit einem hydraulischen Druckregler hat dieser hauptsächliche die Aufgabe, den Druck an einen festgelegten Sollwert anzupassen. Es ist also keine auf Führungsverhalten orientierte Regelung, sondern eine auf ein Störverhalten ausgerichtete Regelung. Mit einem digitalen Druckregler ist auch eine auf Führungsverhalten orientierte Regelung möglich. In displacement machines with a hydraulic pressure regulator this main task is to adjust the pressure to a specified set point. It is therefore not a behavior-oriented regulation, but a regulation oriented to a disturbance behavior. With a digital pressure regulator, a management-oriented control is possible.
In
Die variable Einschaltdauer trägt wesentlich dazu bei, die Reaktionsfähigkeit und die Genauigkeit des Druckverlaufs zu erhöhen. Dabei kann hinsichtlich der Funktion zur Reduzierung von Überdosierungen sogar auf das kleine Schaltventil
Im Folgenden wir anhand der
In
Durch die Abschaffung des starren Schaltzyklus wird die Reaktion der Regelgröße weiter erhöht. Wenn hierbei das kleine Schaltventil
Anhand
Bei Betrachtung der reinen Befüllung und Entleerung des Zylinderraums
Durch die Trennung der Ansteuerung bezüglich Abtastrate und Schaltzykluserzeugung können die Schaltventile
Das kombinierte Schalten erhöht die Genauigkeit des Regelverlaufs und macht dadurch auch die Notwendigkeit eines zur Feindosierung verwendeten Schaltventils
Durch Erhöhung der Schaltfrequenz kann eine noch bessere Reaktionsfähigkeit ermöglicht sein.By increasing the switching frequency, an even better responsiveness can be made possible.
In
Durch die Erhöhung der Schaltfrequenz, beispielsweise auf 100 Hz, können schnelle Druckanstiege rechtzeitig ausgeregelt werden, so dass die Absicherung durch das Überströmventil
Die hauptsächliche Aufgabe der Regelung besteht darin, die Regelabweichung mit den festgelegten Schaltpunkten der Schaltventile
Die Ansteuerung des Schaltventils
In
Im Folgenden wird anhand
Das Einschaltverhalten der Schaltventile
Im Einsatz der Verdrängermaschine
Es ist denkbar, die Abtastgröße mit einem Hardwarefilter zu glätten, wie beispielsweise das Bessel-Tiefpassfilter.It is conceivable to smooth the sample size with a hardware filter, such as the Bessel low-pass filter.
Möglich ist auch, die Abtastgröße mittels eines Softwarefilters zu glätten. Die Anwendung digital programmierter Filtermethoden bietet verschiedene Möglichkeiten. Softwarefilter, welche durch den gleitenden Mittelwert ein geglättetes Signal errechnen, erreichen geringere Laufzeiten als Hardware-basierte Filter. Doch erhält man nur dann eine ausreichende Signalglättung, je mehr Messwerte in der Mittelwertbildung verarbeitet werden. Da bei der digitalen Druckregelung mit einer Abtastfrequenz von 1 kHz gearbeitet wird, hätte dies eine Verzögerung von mehreren Millisekunden zur Folge. So eine Zeitverzögerung würde die Regelung instabil machen. Die Instabilität ergäbe sich aus Überdosierungen der Schaltventile
Das beste Glättungsergebnis wird erreicht, wenn die Abtastung der zu mittelnden Werte gerade noch dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (Formel 1) entspricht, woraus wiederum eine zu große Zeitverzögerung des Signals resultiert.
Eine höhere Abtastfrequenz ermöglicht zwar die erwünschte geringere Zeitverzögerung, jedoch wird dadurch die Glättung immer weniger effizient, da sich dann auch wieder die hochfrequenten Schwingungen aus dem Mittelwert der größeren Anzahl von Abtastpunkten ergeben.Although a higher sampling frequency allows the desired lower time delay, but this is the smoothing less and less efficient, since then again the high-frequency oscillations result from the average of the larger number of sampling points.
Bei einer Glättung mit einem Tiefpassfilter kann die Filterung des Signals mittels eines einfachen PT1-Gliedes umgesetzt werden. Die Eckfrequenz der Übertragung fE wird über die Zeitkonstante Tz verändert.When smoothing with a low-pass filter, the filtering of the signal can be implemented by means of a simple PT1 element. The corner frequency of the transmission f E is changed over the time constant T z .
Die im Übertragungsverhalten des PT1-Glieds bemerkbare Phasenverschiebung (=Signallaufzeit) wird mit größer werdender Eckfrequenz für relativ kleine Frequenzen auf den Mikrosekundenbereich reduziert. Jedoch muss beachtet werden, dass die Eckfrequenz nicht viel größer als die Pulsationsfrequenz sein darf, da der Filter sonst wirkungslos wäre.The noticeable in the transmission behavior of the PT1 element phase shift (= signal delay) is reduced with increasing corner frequency for relatively small frequencies to the microsecond range. However, it should be noted that the corner frequency may not be much greater than the pulsation frequency, otherwise the filter would be ineffective.
Eine weitere Möglichkeit einer Tiefpassfilterung bietet die Kompressibilität und Trägheit des Hydraulikmediums. Der Ansatz sieht also eine Glättung oder Dämpfung des Pulsationssignals vor, die schon vor dem Messglied im Übertragungsmedium stattfindet. Abhängig vom Volumen zwischen Druckaufnahme und Triebwerk (Erzeuger der Pulsation) und allgemein vom gesamten Systemvolumen kommt die Pulsation entsprechend gedämpft beim Sensor an.Another option for low-pass filtering is the compressibility and inertia of the hydraulic medium. The approach thus provides a smoothing or damping of the pulsation signal, which takes place before the measuring element in the transmission medium. Depending on the volume between the pressure pick-up and the engine (generator of the pulsation) and in general on the total system volume, the pulsation arrives correspondingly damped at the sensor.
Eine weitere Möglichkeit zur Glättung bietet ein numerischer Pulsationsfilter. Der maßgebliche Störfaktor in der Regelgröße stellt die Pulsation dar. Sie ist hauptsächlich abhängig von der Drehzahl und der Anzahl von Triebwerkskolben. Deshalb kann die Pulsation mathematisch annähernd durch einen Sinus beschrieben werden. Dadurch ergibt sich der Ansatz aus dem durch den Druckaufnehmer ermittelten Drucksignal die Pulsation gewissermaßen herauszurechnen. Die Pulsation stellt im Realfall jedoch keinen idealen Sinus dar, sondern eine Überlagerung mehrerer Sinus-Signale mit unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden. Daher können bei der Filterung mithilfe eines vereinfachten Sinus lediglich die größten Störeinflüsse herausgefiltert werden. Für eine effektivere Glättung müssten alle weiteren Sinus-Signale in die Filterung mit ein berechnet, sowie weitere Einflüsse berücksichtigt werden. Einflüsse auf die Charakteristik der Pulsation ergeben sich unter anderem auch aus dem Lastverhalten, das jedoch schwer vorzusagen ist.Another option for smoothing is provided by a numerical pulsation filter. The relevant disturbance factor in the controlled variable represents the pulsation. It is mainly dependent on the speed and the number of engine pistons. Therefore, the pulsation can be approximately mathematically described by a sine wave. As a result, the approach results from the pressure signal determined by the pressure transducer to effectively eliminate the pulsation. In actual cases, however, the pulsation does not represent an ideal sine, but a superimposition of several sine signals with different frequencies and amplitudes. Therefore, when filtering with a simplified sine, only the largest disturbances can be filtered out. For more effective smoothing, all other sine signals in the filtering would have to be calculated with, as well as other influences. Among other things, influences on the characteristic of the pulsation result from the load behavior, which, however, is difficult to predict.
Eine weitere Möglichkeit die Regelung zu optimieren liegt darin, die Schaltfrequenz zu ändern, siehe
Im Endeffekt ist bei dieser Schaltfrequenz die Reaktion der Regelung nicht mehr von einer änderbaren Einschaltdauer abhängig, sondern von der Summe der Schaltvorgänge mit gleichbleibenden Einschaltdauern von einer Millisekunde. Die einzige Möglichkeit die Einschaltdauer zu beeinflussen bietet die Erhöhung der Abtastrate um das Zweifache. Dadurch sind Öffnungsdauern mit der Hälfte der maximalen Einschaltdauer möglich. Da die Öffnungs- und Schließdauern des Ventils fix bleiben, ergibt sich in diesem Fall eine Reduzierung des Dosierungsvorgangs um 0,2 ms. Daher kann die Schaltfrequenz von 200 Hz als Obergrenze betrachtet werden. Die Realisierung größerer Schaltfrequenzen wäre nicht lohnenswert, da die Schaltdynamik der Magnetventile die Schaltanforderungen nicht mehr ausführen könnte.In the end, at this switching frequency, the reaction of the control is no longer dependent on a variable duty cycle, but on the sum of the switching operations with constant duty cycles of one millisecond. The only way to influence the duty cycle is to increase the sampling rate by two times. As a result, opening times are possible with half of the maximum duty cycle. Since the opening and closing times of the valve remain fixed, this results in a reduction of the dosing process by 0.2 ms. Therefore, the switching frequency of 200 Hz can be considered as the upper limit become. The realization of larger switching frequencies would not be worthwhile because the switching dynamics of the solenoid valves could no longer meet the switching requirements.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung des Reaktionsvermögens könnte die Erweiterung der Regelung durch eine innere Rückführung mit einstellbarem Zeitverhalten bieten. Wie der Regelkreis in
Je nach Parametereinstellung der PT1-Übertragungsfunktion wird die Regelabweichung damit entsprechend modifiziert, so dass die Schaltpunkte des Dreipunktreglers früher erreicht werden. Die Regelabweichung erhält durch die rückführende Korrektur sozusagen einen vorauseilenden Charakter. Die Regelung veranlasst dadurch früher die Stellgrößenänderung und kann so schneller einer vom Sollwert abweichenden Regelgröße entgegenwirken. Die Größe des Korrekturschritts ergibt sich aus den Rückführgrößen, der Verstärkung Kr und der Zeitkonstante Tr und ist proportional zur Größe des Eingangssprungs. Der P-Anteil des Reglers ergibt sich aus der Stellgrößenänderung, welche aus dem Korrekturschritt resultiert. Die Verstellung zählt durch ihren integrativen Charakter im Regelkreis zum Bestandteil der Reglerfunktion (I-Anteil).Depending on the parameter setting of the PT1 transfer function, the control deviation is modified accordingly, so that the switching points of the three-point controller are reached earlier. Due to the returning correction, the control deviation becomes, as it were, an anticipatory character. As a result, the control causes the manipulated variable change earlier and can thus more quickly counteract a controlled variable deviating from the setpoint. The magnitude of the correction step results from the feedback quantities, the gain K r and the time constant T r and is proportional to the size of the input jump. The P component of the controller results from the manipulated variable change resulting from the correction step. Due to its integrative character in the control loop, the adjustment is part of the controller function (I component).
Näherungsweise ergibt sich für einen Dreipunktregler mit nachgeschaltetem integralem Stellsystem folgende Übertragungsfunktion: As an approximation, the following transfer function results for a three-position controller with a downstream integral positioning system:
Bei der Übertragungsfunktion wird deutlich, dass dieser Regler ein PI-Verhalten aufweist. Der Faktor vor der Klammer aus Formel 3 kann mit dem Verstärkungsfaktor K der Übertragungsfunktion des PI-Reglers gleichgesetzt werden, sowie die Zeitkonstanten Tr und TN: The transfer function shows that this controller has a PI behavior. The factor in front of the bracket from
Je größer die Verstärkung der Rückkopplung Kr (oder je kleiner Tr), desto größer wird die Vorauseilung (Korrekturschritt) der Regelabweichung, welche sich durch die interne Rückführung ergibt. Die Gesamtverstärkung des Quasi-PI-Reglers wird dabei kleiner. Durch den vorauseilenden Charakter der durch die Rückführung modifizierten Regelabweichung werden die Schaltpunkte der Regelung früher erreicht.The greater the gain of the feedback Kr (or the smaller Tr), the greater becomes the advance (correction step) of the control deviation, which results from the internal feedback. The overall gain of the quasi-PI controller becomes smaller. Due to the anticipatory character of the control deviation modified by the feedback, the switching points of the control are reached earlier.
Hinsichtlich des unterschiedlichen Volumenstroms über Ein- und Auslassventil
Das Einlassventil besitzt durch den größeren Volumenstrom, den es zur Verfügung stellen kann, sozusagen auch eine größere verstärkende Wirkung als das Auslassventil
Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Dosierauflösung kann eine höhere Abtastrate bieten. Genau wie bei der Schaltfrequenz ergeben sich jedoch auch hier Grenzen, welche durch die Dynamik der Magnetventile vorgegeben werden. Eine Abtastfrequenz von mehr als 2 kHz wäre nicht mehr lohnenswert, da die Ventile
Durch die Verzweifachung der Abtastfrequenz kann die Dosierauflösung ebenfalls verdoppelt werden. Das heißt es können feinere Dosierungen vorgenommen werden und dadurch Überdosierungen besser vermieden werden. Gleichzeitig würde eine größere Abtastung eventuell eine Erhöhung des Reaktionsvermögens mit sich bringen. Die Steuerung der relativen Einschaltdauer kann dadurch in einer größeren Auflösung vorgenommen werden, d. h. es kann gegebenenfalls früher mit dem Abschalten der Ventile
Gemäß
Die Schaltventile
Offenbart ist insbesondere erfindungsgemäß eine Verstellstelleinheit für eine verstellbare hydraulische Verdrängermaschine mit einem Druck-Förderstromregler. Die Verstelleinheit hat zumindest einen Stellzylinder zum Verstellen eines Hubraums der Verdrängermaschine. Der Stellzylinder wird über Schaltventile angesteuert.In particular, according to the invention, an adjusting unit for an adjustable hydraulic displacement machine with a pressure-flow regulator is disclosed. The adjustment has at least one actuating cylinder for adjusting a displacement of the positive displacement machine. The actuating cylinder is controlled via switching valves.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verdrängermaschinedisplacement
- 22
- Stellzylinderactuating cylinder
- 33
- Verstelleinheitadjustment
- 44
- Kolbenpiston
- 66
- Zylinderraumcylinder space
- 88th
- Kolbenstangepiston rod
- 1010
- RückstellfederReturn spring
- 1212
- Ringraumannulus
- 1414
- Druckleitungpressure line
- 1616
- Tankleitungtank line
- 1818
- Tanktank
- 2020
- erstes Schaltventilfirst switching valve
- 2222
- zweites Schaltventilsecond switching valve
- 2424
- Drosselthrottle
- 2626
- Überströmventiloverflow
- 2828
- Schaltventilswitching valve
- 3030
- Ventilfedervalve spring
- 3232
- Aktuatoractuator
- 3434
- Wegaufnehmertransducer
- 3636
- Drucksensorpressure sensor
- 3737
- Steuereinheitcontrol unit
- 3838
- Verdrängermaschinedisplacement
- 4040
- Stellzylinderactuating cylinder
- 4242
- Kolbenpiston
- 4444
- Kolbenstangepiston rod
- 4646
- Zylinderraumcylinder space
- 4848
- Federfeather
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102009052285 A1 [0094] DE 102009052285 A1 [0094]
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