DE2653038C2

DE2653038C2 - Elektro-hydraulischer Schwingungserzeuger

Info

Publication number: DE2653038C2
Application number: DE2653038A
Authority: DE
Inventors: Isao Imai; Mitsuru Yokohama Kanagawa Muto
Original assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokyo Jp
Current assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokyo Jp
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1976-11-22
Publication date: 1983-12-01
Also published as: GB1518720A; DE2653038A1; US4164167A

Description

Die Erfindung betrifft einen eleklro-hydraulischen Schwingungserzeuger mit einer Eingabevorrichtung zur Eingabe elektrischer Steuersignale, einem an die Eingabevorrichtung angeschlossenen Additionsverstärker, einem vom Ausgangssignal des Additionsverstärkers gesteuerten Magnetventil mit einem Steuerkolben, einer vom Magnetventil hydraulisch gesteuerten Kolben-Zylindereinheit, einer mit dem Kolben der Kolben-Zylindereinheit starr verbundenen Last, einem die Verschiebung der Last erfassenden Positionsfühler und einem den Differenzdruck bzw. die Beschleunigung des Kolbens in der Kolben-Zylindereinheit erfassenden Beschleunigungsfühler, wobei die der Verschiebung der Last und der Beschleunigung des Kolbens proportionalen Signale an weitere Eingänge des Additionsverstärkers gelegt sind.

Derartige elektro-hydraulische Schwingungserzeuger werden nicht nur allgemein industriell eingesetzt, sondern finden auch eine spezielle Anwendung in der Raumfahrt-Industrie zur Steuerung von Positionen. Kräften. Geschwindigkeiten usw.

Mit der Erfindung sollen die Nichtiinearitäten im Verhalten eines Magnetventiles beseitigt werden.

Bei den bekannten elektro-hydraulischen Schwingungserzeugern treten sogar bei der Eingabe von sinusförmigen Eingangssignalen Verzerrungen im sinusfönnigen Beschleunigungsverlauf auf, da die Magnetventile nicht linear arbeiten. Somit können beispielsweise auch bei den üblichen Beschleunigungs-Schwingungs-Versuchen mit Rütteltischen keine exakten Messungen erhalten werden.

so Der Stand der Technik und die Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bekannten elektrohydraulischen Schwingungserzeugers;

Fig. 2(A), 2(B), 3(A). 3(B) Beschleunigungsverläufe und Lastdruckverläufe bei dem Schwingungserzeuger gemäß Fig. 1:

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Modelies eines elektro-hydraulischen Schwingungserzeugers zur Analyse von dessen Eigenschaften;

Fig. 5 (A-C) eine graphische Darstellung zur Analyse des Schwingungserzeugers gemäß Fig. 4;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung:

Fig. 7 eine weitere graphische Darstellung zur Untersuchung des Schwingungserzeugers gemäß Fig. 4:

Fig. 8 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 Beschleunigungs- und Lastdruckverläufe zur E; läuterung der beiden Ausführungsformen der Erfindung gemäß Fig. 6 bzw. Fig. 8.

Ein elektro-hydraulischer Schwingungserzeuger der eingangs als bekannt vorausgesetzten Art zur Steuerung der Position einer Last mit einer höheren Trägheitsmasse, wie beispielsweise in einer Schwingungstestmaschine, ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei wird zusätzlich zur Rückkopplung eines Ausgangssignales eines Positionsfühlers ein Beschleunigungssignal über einen Proportional-Regler zurückgeführt, um die hydraulischen Stöße zu dämpfen, die auftreten, wenn das Magnetventil umgesteuert wird, und um so die Stabilität zu verbessern. In Abhängigkeit von einem Eingangssignal 5 steuert ein Regler a ein Magnetventil b, welches seinerseits den Betrieb einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit c zur Positionssteuerung einer Last d steuert. Die Verschiebung der Last d wird durch einen Positionsfühler e erfaßt, und ein Ausgangssignal des Fühlers e wird zum Regler α «.urückgeführt. Gleichzeitig wird eine Beschleunigung des Kolbens der Kolben-Zylindereinheit c durch einen Beschleunigungsmesser / erfaßt, und wird ein Ausgang des Beschleunigungsmessers/über einen Proportionsverstärker g dem Regler α zugeführt.

Wie jedoch weiter unten näher erläutert wird, ändert sich der Dämpfungskoeffizient eines Regelsystems in Abhängigkeit von einem Absolutwert eines Eingangssignales, so daß eine zufriedenstellende Regelung nicht alleine durch die Proportionalverstärkung eines Beschleunigungs-Rückkopplungssignales erzielt werden kann. Ohne eine solche Beschleunigungs-Rückkopplung sind die Beschleunigungs- und Belastungsverläufe gegenüber dem sinusförmigen Eingangsbefehl außerordentlich stark verzerrt, wie dies in den Fig. 2(A) bzw. 2(B) veranschaulicht ist. Jedoch selbst mit einer Beschleunigungs-Rückkopplung über einen Proportionalverstärker werden die Beschleunigungs- und Lastdruckverläufe ebenfalls in Annäherung an eine Sägezahnform verzerrt, wie dies in den Fig. 3(A) bzw. 3(B) veranschaulicht ist. Diese Verzerrungen führen zu stoßartigen Erscheinungen im hydraulisehen Regelsystem und beeinträchtigen natürlich die Arbeit einer mit diesem Regelsystem arbeitenden Maschine. Diese Stöße sind besonders nachteilig bei Rütteltischen o.dgl., wie sie in Beschleunigungs-Schwingungs-Versuchen verwendet werden, wobei derartige vom Regelsystem kommende Stöße die mit einer solchen Maschine gewonnenen Versuchsergebnisse unbrauchbar machen können.

Es soll nun der bekannte elektro-hydraulische Schwingungserzeuger, dessen Mechanik in Fig. 4 im einzelnen dargestellt ist, näher analysiert werden. In Fig. 4 ist ein Magnetventil mit einem Steuerkolben 6 und einem Elektromagneten 7 (konstantes Drehmoment) zum Antrieb des Steuerkolbens zwischen Hochdruck-Ausgangsleitungen 1 α und 1 b eines Zylinders 1 mit einem Kolben 2, der an eine Last 3 angeschlossen ist, und Speise- und Rückrohrleitungen 4 und 5 eingesetzt, die hydraulisch mit einer nicht näher dargestellten hydraulischen Druckquelle bzw. einem nicht näher dargestellten drucklosen Hydraulikspeicher oder Ölsumpf verbunden sind, so daß die Druckbeaufschlagung des Zylinders 1 durch Verschiebung des Steuerkolbens 6 des Magnetventiles steuerbar ist. Über einen Operationsverstärker 10 sind ein Positionsfühler 8 und ein Beschleunigungsfühler 9 an der Last 3 angeschlossen. Der Operationsverstärker 10 erzeugt in Abhängigkeit von einem Eingangssignal und von Rückkopplungssignalen des Positionsfühlers 8 und des Beschleunigungsfühlers 9 ein Steuersignal, durch das der Elektromagnet 7 zur Verschiebung des Steuerkolbens und damit zur Steuerung der Kolben-Zylindereinheit 1,2 angesteuert wird.

Im übrigen sind derartige elektro-hydraulische Schwingungserzeuger bekannt aus der US-PS 3815473 und aus dem Aufsatz von T. Kieping und H. R. Martin aus ISA Translation 12 (Seiten 147 bis 155), 1973, »Mathematical models for the design of Hydraulic Actuators«. Dort ist auch (Seite 150) die Repräsentation der Magnetventil-Characteristik in einer Differentialgleichung dritter Ordnung diskutiert und der Schluß, daß die Dämpfung von der Größe der Ventilstellung abhängig ist, gezogen (letzter Absatz, Seite 152).

Für eine Analyse des Problems des Durchflusses in einem Magnetventil werden folgende Annahmen gemacht:

1. Ein am Zylinder liegender Ausgangsdruck des Magnetventiles ist konstant und bleibt während der Betätigung des Zylinders unverändert, während der Rückfuhrdruck Null ist.

2. Das Magnetventil besteht aus einem theoretisch idealen hydraulischen Steuerorgan ohne Überlappung der Steuerstellungen.

3. Alle hydraulischen Druckleitungen mit Drucköffnungen zwischen dem Magnetventil und dem Zylinder sind in einem gemeinsamen hydraulischen Untersystem zusammengefaßt, dessen Eigenschaften je eine Kombination der entsprechenden Eigenschaften der Leitungen und Öffnungen sind, wobei die Trägheit und die Reibung infolge der Viskosität des Hydrauliköls vernachlässigbar sind.

4. Leckverluste im Zylinder und Reibung zwischen den aneinander gleitenden Teilen sind vernachlässigbar.

5. Die Last oder der Rütteltisch können durch eine Trägheitsmasse dargestellt werden, wobei die Reibung vernachlässigbar ist. Die Kolbenstange ist starr an der Last oder dem Rütteltisch angeschlossen.

6. Das Ansprechverhalten des Positionsfühlers 8, des Beschleunigungsfühlers 9 und des Operationsverstärkers 10 ist ausreichend schnell.

Unter diesen Annahmen sind ein Eingangsstrom / zum Magnetventil und einer Eingangsspannung E_n zum Operationsverstärker 10 durch die Gleichung

~ (E₀-E_x-E₁₁);

gegeben, wobei

Ej die der Verschiebung entsprechende Rückkopplungsspannung,

E_a die der Beschleunigung entsprechende Rückkopplungsspannung,

K_a die Verstärkungskonstante des Operationsverstärkers,

R der innere Widerstand des Magnetventiles

ω die Schwingungsfrequenz und

α die Amplitude ist.

Die dynamischen Eigenschaften des Magnetventiles

können mit der Nacheilcharakteristik erster Ordnung folgendermaßen angenähert werden:

wobei

T die Zeitkonstante,

.V₃. die Verschiebung des Steuerkolbens und

K_s die Verstärkungskonstante des Steuerkolbens

Die Strömungsgeschwindigkeiten der Hydraulikflüssigkeit oder des Arbeitsöles beim Durchgang durch die veränderlichen Durchgangsöffnungen des Magnetventiles ergeben sich aus:

a)
b)

(3)

a)
b)

Ί,, = <--v_s

Qh = '■·»;

wobei

q<

-η iX,<0)

(4)

den Speisedruck
und P_h die Leitungsdrücke,

und P_h die Leitungsd,

und </,, die Strömungsgeschwindigkeiten an den variablen Öffnungen und
£· einen Ventilbeiwert
darstellen.

Die Indices α und b geben die Zuordnung zu den Druckleitungen I α bzw. 1 b an. Die Gleichungen (3) und (4) zeigen, daß die Strömungsrichtung des Arbeitsöles für positive Werte von .v_s gegenüber den negativen Werten von x_s umgekehrt ist.

Unter der Voraussetzung der Kontinuität ergibt sich in den Druckleitungen:

V₁₁ dP_a dx "R" dJ⁺ ~dl

dP

_ 'A ILL· + A A /

dx

dl

dt'

wobei

Λ/ die Masse des Vibrationstisches ist.

Die Rückkopplungsspannungen für die Verschiebung und die Beschleunigung ergeben sich aus:

Er = CrX-. (10)

dl-

wobei

Cj und i, Rückkopplungskonstanten sind.

Für die Verzerrungen sind die nicht-linearen Eigenschaften der obigen Grundgleichungen, insbesondere der Gleichungen (3) und (4) verantwortlich.

Folgende Näherungen werden gemacht:

V₁₁=V₁,= V₀ und q_a = q_h = q_m (·2)

wobei

</„, die Ausgangsströmu.igsgeschwindigkeit des Magnetventiles ist (s. auch J. F. Blackburn et al.. «Fluid Power Control«, Chapter 15, Seite 511, 1969, John Wiley & Sons).

Die Gleichung (12) besagt, daß die Änderung im Volumen der Druckleitungen vernachlässigbar ist. Es wird hierbei von der Beobachtung ausgegangen, daß eine Änderung im Volumen der Druckleitungen keinerlei Einflüsse "auf die Analyse des hydraulischen Systems zeigt.

Mit

) Pn,= P„-P>

-"> Jt

wobei A\ die Strömungsverslärkung des Magnciveniiles ohne Last ist. ergibt sich aus (3) bzw. (4):

Die dritten Ausdrücke auf den rechten Seiten der Gleichungen (5) und (6) stellen die Leckverluste durch die variablen Öffnungen in den Druckleitungen oder Drucköffnungen 1 α und 1 h dar. um die Dämpfwirkung auf den hydraulischen Schwingungsmechanismus zu erzeugen.

Die Volumen r„ und r_h der Druckleitungen 1 α und 1 h. die in Abhängigkeil von dem Kolbenhub sich ändern, eraeben sich aus:

'/im ⁼

Erläuterungen: />„= ^-, (3b): P„ = P„, + P_h:

c-x-

in 3(a):

wobei

A die druckbeaufschlagte Fläche des Zylinders oder des Kolbens.

I₀ das Volumen der Druckleitung oder Drucköffnung bei der Mittelstellung des Kolbens im Kolbenhub.

ν die Verschiebung des Kolbens aus der Mittelstellung.

K das Elastizitätsmodul des Arbeitsöles und

1 I 1 t_ J 'Wl ^S CC non

( j ÜCi"! LCCMJciwcri an u£r Vaiiaun.il uiiiiuitt darstellen.

Die Bewegungsgleichung für den Rütteltisch oder die Last ist:

■ <im = ^c ■·*.« ·

und mit

Aus (5) und (6) ergibt sich:

_r₀ dP^ rfx

'^m ~~ 2A- dt dt

(H) In Gleichung (15) sind die den Leckströmungen bei den variablen Öffnungen entsprechenden Ausdrücke weggelassen oder vernachlässigt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nicht-Linearität des durch die Gleichung

|a_Vv_si/T^

U₁A-, l/i+·ρ,Λ(λ-*<0)

repräsentierten Verhaltens eines Magnetventiles zu beseitigen.

Diese Aufgabe führt zu zwei verschiedenen Lösungen.

Die erste Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers in einem weiteren Zweig außerdem in einer Multiplizierschaltung mit einem der Verschiebung des Steuerkolbens des Magnetventiles analogen Signal multipliziert und danach dem Additionsverstärker zugeführt wird.

Dieser Lösung liegt der Gedanke zugrunde, die Gleichung (14) in Zusammenhang mit der Gleichung (6) unter bestimmten Vereinfachungen auszurechnen und als Differentialgleichung anzugeben.

Aus Gleichung (14) geht hervor, daß die Strömungseigenschaften des Magnetventiles zwei nicht-lineare Charakteristiken besitzen. Die erste Nicht-Linearität ist durch die Multiplikation der Verschiebung .v_s des Steuerkolbens mit dem Lastdruck P_m bedingt, während die zweite Nicht-Linearilät sich aufgrund der Abhängigkeit von der Quadrat-Wurzel des Lastdruckes ergibt. Für diese zweite nicht-lineare Abhängigkeit kann eine lineare Näherung durch folgende Binomial-Entwicklung vorgenommen werden:

1/ 1
1 ^J

= 1 +—!2-

• -2P

Hier ist die Binomial-Entwicklung nach dem zweiten Glied abgebrochen, was bei geringem Lasldruck ohne weiteres zulässig ist. Bei hohen Lastdrücken können gegebenenfalls noch weitere Glieder der Binomial-Entwicklung hinzugefügt werden.

Aus den Gleichungen (14), (15) und (16) ergibt sich:

(17)

ix

d³x

dx

(18)

Durch Umformung der Gleichung (18) ergibt sich:
V₀M cfj^ M dhc_ dx _

2KA dt³ -2AP,

dt²

Die Gleichung (19) veranschaulicht die Beziehung zwisehen der Verschiebung des Steuerkolbcns des Magnciventiles und der Bewegung der Last oder des Rütteltisches. Wegen der Integrationscharakteristik des Zylinders stellt die Gleichung (19) eine Differentialgleichung dritter Ordnung dar, und ist der Beiwert des zweiten Ausdruckes auf der linken Seite der Gleichung eine Funktion von x_s. Durch Einführung von dx/dt = ν ergibt sich:

V₀M d^zv Mk₁

2KA

dv
'dt

(20)

Die Gleichung (20) entspricht einer Gleichung für eine erzwungene Schwingung mit einem Freiheitsgrad. Aus Gleichung (20) ergibt sich ein Dämpfungskoeffizient des Systems zu

2P_KA

²⁰

Erläuterung:
Gleichung (20) kann wie folgt umgeformt werden:

⁰Il 1Ϊ ¹Jl -ίί
~dt^{I +} W„"di ^{+ V}~~A"^Xs'

(Eigenfrequenz)

(Dämpfungskoeffizient)

Gemäß der Erfindung wird nun angenommen, daß die Verzerrungen deshalb auftreten, weil der Dämpfungskoeffizient eine Funktion der Verschiebung des Steuerkolbens ist. Somit können erfindungsgemäß die Verzerrungen ausgeschaltet werden, wenn der Dämpfungskoeffizient unabhängig von der Verschiebung des Steuerkolbens gemacht, also konstant gehalten wird. Um dies zu erreichen, wird eine Beschleunigungs-Rückkopplungs-Kompensation in Form von

(16) Mk_x

xj --τ-=-

wobei H₀ eine Konstante ist

vorgenommen, d.h., daß ein diesem Term entsprechendes Signal an den Steuereingang rückgekoppelt wird (s. auch Fig. 5). Wenn also der Term (22) in die Gleichung (20) eingefügt wird (Rückkopplung), dann ergibt sich:

d²v Mk,

35

2KA dt² 2 P_xA

•v, ■ -T-

Das Minuszeichen » —« wird in der linken Seite der vorstehenden Gleichung benützt, wenn x_s größer als Null ist, während das Pluszeichen » + « gilt, wenn .v_s kleiner als Null ist.

Aus den Gleichungen (9) und (17) ergibt sich:

45

Nun ist der Dämpfungskoeffizient eine Konstante, so daß Verzerrungen vermieden werden, wie sich dies bei Computeranalysen und in der Praxis auch gezeigt hat.

In Fig. 6 ist eine dieser Analyse Rechnung tragende Ausführungsform der Erfindung gezeigt.

Ein Regelkreis besteht aus einer Eingabevorrichtung 11, einem Additionsverstärker 12, einem Magnetventil 13, einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 14 und einer Last 15, so daß die Last 15 in Antwort auf ein von der Eingabevorrichtung 11 kommendes Eingangssignal verschoben wird. Ein erster Rückkopplungskreis weist einen Beschleunigungsfühler 16, einen Proportionalverstärker 20 und den Additionsverstärker 12 auf. Ein zweiter Rückkopplungskreis besteht aus dem Beschleunigungsfühler 16, einer Signalverarbeitungseinrichtung 17, einer Multiplizierschaltung 18, einem ersten Phasenschieber oder Phasenregler 19 und einem zweiten Phasenschieber oder Phasenregler 21, mit denen ein Fehlersignal aus dem Additionsverstärker 12 an die Multiplizierschaltung 18 angelegt wird. Ein dritter Rückkopplungskreis umfaßt einen Positionsfühler 22, so daß eine Verschiebung der Last 15 zum Additionsverstärker 12 rückgekoppelt wird.

In Abhängigkeit von einem Eingangssignal aus der Eingabevorrichtung 11 und einem Positionsrückkopplungssignal vom Positionsfühler 22 erzeugt der Additionsverstärker 12 ein Fehlersignal, aufgrund dessen an das Magnetventil 14 ein Steuerstrom gelegt wird, so daß die Kolben-Zylindereinheit 14 zur Verschiebung der Last 15 betätigt wird. Ein Verschieben der Last 15 wird durch den Positionsfühler 22 erfaßt, so daß ein Positionsrückkopplungssignal wieder zum Additionsverstärker 12 zurückgeführt wird. to

Im ersten Rückkopplungskreis wird mittels des Beschleunigungsfühlers 16 die Beschleunigung des Kolbens der Kolben-Zylindereinheit 14 erfaßt und wird das der erfaßten Beschleunigung analoge Ausgangssignal durch den Proportionalverstärker 20 dem Additionsverstärker !5 12 zugeführt.

In dem zweiten Rückkopplungskreis wird ein Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers durch die Signalverarbeitungseinrichtung 17 mit der Last 15 in Bezug gesetzt oder verglichen, worauf die Weitergabe an die Multiplizierschaltung 18 erfolgt. Ein Fehlersignal vom Additionsverstärker 12. welches dem elektrischen Steuersignal entspricht, das dem Magnetventil 13 zugeführt wird, wird in seiner Phase geregelt oder in seiner Phase entsprechend der Phasenverzögerung oder Phasennacheilung des Magnetventiles 13 mittels des Phasenschiebers 21 verzögert und an die Multiplizierschaltung 18 ange-•egt. Der Ausgang des zweiten Phasenschiebers 21 und der Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung 17 werden in der Multiplizierschaltung 18 multipliziert, und der Ausgang der Multiplizierschallung 18 wird durch den ersten Phasenschieber 10 dem Additionsverstärker 12 zugeführt. Ein Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 18 wird durch den ersten Phasenschieber 19 zur Erzielung einer der Phasenverzögerung bzw. Phasennacheilung entsprechenden Phasenvoreilung phasenverschoben.

Anstelle der Anlegung eines Fehlersignales aus dem Additionsverstärker 12 durch den zweiten Phasenschieber 21 an die Multiplizierschaltung 18. kann auch ein der Verlagerung des Steuerkolbens des Magnetventiles 13 analoges Signal unmittelbar an die Multiplizierschaltung 18 angelegt werden, wie dies in Fig. 6 strichpunktiert veranschaulicht ist. Ferner kann anstelle eines Beschleunigungsfühlers 16 ein Druckfühler zur Erfassung der Druckdifferenz am Kolben der Kolben-Zylindereinheit 14 eingesetzt werden, wobei das Ausgangssignal des Druckfühlers der Signalverarbeitungseinrichtung 17 und dem Proportionalverstärker 20 zugeführt wird.

Mit dieser ersten Ausführungsform der Erfindung können bei Eingabe von elektrischen Sinussignalen einwandfreie mechanische Sinusschwingungen erhalten werden, wie dies in F i g. 9 veranschaulicht ist. Es ist also ein stabiler Betrieb gewährleistet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auchdadurch gelöst, daß zur Erfassung der Druckdifferenz in der Kolben-Zylindereinheit ein Druckfühler mit zwei Ausgängen vorgesehen ist, von denen der eine über einen Inverter und der andere unmittelbar an Ruhekontakte eines Umschalters angelegt sind, dessen Arbeitskontakt von einem von der Verschiebung des Steuerkolbens des Magnetventiles abhängigen Vorzeichen-Diskriminator umgeschaltet wird und mit einer Addiervorrichtung verbunden ist, in die außerdem ein dem hydraulischen Speisedruck proportionales Signal mittels einer Einrichtung eingegeben wird, daß der Ausgang der Addiervorrichtung mit einem aus dem Eingangswert die Wurzel ziehenden Funktionsgenerator verbunden ist und daß ein Dividiererzwischen dem Ausgang des Additionsverstärkers und dem Magnetventil zur Division des Ausgangssignales des Additionsverstärkers durch das Ausgangssignal des Funktionsgenerators vorgesehen ist.

Gemäß der zweiten Lösung wird die nicht-lineare Druck-Geschwindigkeits-Charakteristik des hydraulischen Systems, nämlich

durch entsprechende Steuerung in folgende lineare Form überführt:

'Im = '

K₁, = eine Konstante

Die Gleichung (28) ist in Fig. 7 mit .v_s als Parameter aufgetragen. Die Verzerrungen kommen dadurch zustande, daß die Steigung rq,„/fp_m. welche die Dämpfung veranschaulicht, sich in Abhängigkeit von der Verschiebung .v, des Steuerkolbens ändert. Wenn aber die Abhängigkeit gemäß Gleichung (29) erzielt wird, die in Fig. 7 mit den strichpunktierten Geraden dargestellt ist, dann ändert sich die Steigung Ci/„/'(p_m nicht mehr in Abhängigkeil von der Verschiebung des Steuerkolbens, so daß Verzerrungen vermieden werden.

Dies geht auch aus folgender Überlegung hervor: Setzt man anstelle von Gleichung (16) (erste Ausluhrungsform) die Gleichung (29) in die Gleichung (15) unter Verwendung von Gleichung (9) ein. so ergibt sich:

M drx ™ = -ÄdS "■

M d²x r₀

~Ä'lit^{T =} Yk

rp_J!L_Mdⁱx

it A dl³

M_ cfx_ d.x
A t/r¹ ' dt '

dt '
2KA

^ Λ-Vv

("²V M Γν

Wie man sieht, ist bei der der Gleichung (20) entsprechenden Gleichung (20') das Dämpfungsglied (Faktor -■>

vor —-) nicht abhänaia von der Verschiebung x_s des rf

Steuerkolbens.

Eine derartige Ausführungsform der Erfindung, bei der die Gleichung (29) erfüllt wird, ist in Fig. 8 dargestellt. Dort entsprechen ein erster Rückkopplungskreis zur Rückkoppelung eines Beschleunigungssignales durch den Proportionalverstärker zum Additionsverstärker 12, ein Regelkreis zur Regelung der Position der Last 15 und ein dritter Rückkopplungskreis zur Rückkopplung eines der Verschiebung der Last analogen Signales den jeweiligen Regelkreisen bei der ersten Ausführungsform der Erfindung. Darüber hinaus ist bei der zweiten Ausführungsform ein vierter Rückkopplungskreis vorgesehen, der einen Druckfühler 24 aufweist, der den Lastdruck P_m (Differenzdruck P_n, = P„ - P_b) erfaßt, der auf den Kolben der Kolben-Zylindereinheit 14 wirkt, und der ein positives Lastdrucksignal von einem von zwei Ausgängen über

einen einpoligen Umschalter 27 einer Addiervorrichtung 26 oder ein negatives Lastdrucksignal von dem anderen Ausgang über einen Inverter 25 und den Umschalter 27 der Addiervorrichtung 26 zuführt, wobei die Addiervorrichtung, ein Funktionsgenerator oder Quadratwurzelkieis 31, eine Signalverarbeitungseinrichtung 32 und ein Dividierer 23 zwischen dem Additionsverstärker 12 und dem Magnetventil 13 geschaltet sind. Ein Ausgang des Dividierers 23 ist mit einem Eingang eines dritten Phagang bezüglich der Verstärkung durch den Proportionalverstärker 20 gesteuert wird, dessen Ausgang wiederum dem Additionsverstärker 12 zugeführt wird.

Gleichzeitig wird ein Ausgangssignal des Dividierers 23 auch dem Phasenschieber 28 zugeführt, wo das Ausgangssignal entsprechend einer Phasennacheilung des Magnetventiles 13 verzögert wird, wonach das Ausgangssignal des Phasenschiebers 29 dem Vorzeichen-Diskriminator 20 zugeführt wird, der feststellt, ob das Ein

senschiebers 28 verbunden, dessen Ausgang an einem to gangssignal des Magnetventiles 13 positiv oder negativ

Vorzeichen-Diskriminator 29 liegt, der auf den Umschalter 27 einwirkt, so daß der bewegliche Kontakt des Umschalters 27 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Vorzeichen-Diskriminators entweder den einen unmitist. In Abhängigkeil vom Ausgangssignal des Vorzeichen-Diskriminators 29 schließt der bewegliche Kontaktteil des Umschalters 27 entweder den unmittelbaren Ausgang des Druckfühlers 24 oder den Ausgang des

telbaren Ausgang aus dem Druckfühler 24 oder den Aus- 15 Vorzeichen-Inverters 25 an die Addiervorrichtung 26 an,

so daß dieser ein Signal zugeführt wird, welches einem positiven oder negativen Lastdruck (P_n, oder - PJ entspricht. Die Einstelleinrichtung 30 für den Speisedruck liegt ein einem Speisedruck des vom Magnetventil 13 zur Kolben-Zylindereinheit 14 geförderten Arbeitsöles analoges Ausgangssignal an die Addiervorrichtung 26 an. Ein Ausgangssignal der Addiervorrichtung 26, welches der Summe der beiden Eingangssignale entspricht, wird

_ _o _r durch den Funktionsgenerator der Signalverarbeitungs-

che~ denDruck des vom Magnetventil 13 der Kolben- 25 einrichtung 32 zugeführt, wo ein Ausgangssignal aus dem Zylindereinheit 14 (oder dem Druckfühler zur Erfassung Funktionsgenerator 31 in Abhängigkeit von der Last_15

gang aus dem Inverter 25 kontaktiert.

Anstatt das Ausgangssignal des Dividierers 23 über den Phasenschieber 28 dem Vorzeichen-Diskriminator 29 zuzuführen, kann auch ein der Verschiebung des Steuerkolbens des Magnetventiles 13 analoges Signal direkt dem Vorzeichen-Diskriminator 29 zugeführt werden, wie dies gestrichelt in Fig. 8 veranschaulicht ist.

Der vierte Rückkopplungskreis weist darüber hinaus eine Einstelleinrichtung 30 für den Speisedruck auf, wel-

des Speisedruckes) zugeführten Arbeitsöles einstellt, so daß ein Ausgangssignal vom Druckfühler 24 und ein Ausgangssignal von der Einstelleinrichtung 30 in der Addiervorrichtung 26 addiert werden, durch den Funktionsgenerator 31, der einen angenäherten Wert einer Quadratwurzel eines Eingangssignales erzeugen kann, die Quadratwurzel des Ausgangssignales der Addiervorrichtung 26 erzeugt wird, und ein Ausgangssignal des Funktionsgenerator 31 über die Signalverarbeitungseinrichtung 32 dem Dividierer 23 zugeführt wird. Wie im Falle der ersten Ausführungsform kann anstelle des Beschleunigungsfühlers 16 ein Druckfühler vorgesehen sein, der gewichtet, also mit der Last 15 in Bezug gesetzt wird. Ein Ausgang aus der Signalverarbeitungseinrichtung 32 wird dem Dividierer 23 zugeführt und entspricht

wenn λ_λ größer als Null ist, oder

den Differenzdruck über den Kolben der Kolben-Zylindereinheit 14 erfaßt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 8 näher erläutert.

An dem Additionsverstärker 12 liegt ein Eingangssignal aus der Eingabevorrichtung 11, ein Rückkopplungswenn A₅ kleiner als Null ist.
Wenn ein dem auf den Kolben der Kolben-Zylindereinheit 14 wirkenden Lastdruck P_m analoges Signal ein Vorzeichen aufweist, welches dem Vorzeichen eines der Verschiebung des Steuerkolbens des Magnetventiles analogen Signales entspricht, so kann der Ausgang aus

signal für die Position der Last 15, welches durch den 45 der Addiervorrichtung durch einen Absolutwert der

dritten Rückkopplungskreis mit dem Positionsfühler 22 Differenz zwischen einem Speisedruck P, und einem

zugeführt wird, und ein Beschleunigungsrückkopplungs- Lastdruck />„,, also dem Wert \P,-P_m\ angenähert wer-

signal, welches durch den ersten Rückkopplungskreis aus den.

dem Beschleunieungsfühler 16 und dem Proportionsver- Bei einem hydraulischen Magnetventil ohne Uberlapstärker 20 zugeführt wird. In Abhängigkeit von diesen 50 pung mit der Gleichung (28) entsprechenden Eigenschaf-Eingangs- und Rückkopplungssignalen erzeugt der Ad- ten führt die Division eines Ausgangssignales ausdem ditionsverstärker 12 ein*Fehlersignal, welches seinerseits Additionsverstärker iz aurca em misgangssignai uc. dem Dividierer 23 zugeführt wird und durch ein Aus- Signalverarbeitungseinrichtung 32 mittels des Dividiegangssignal der Signalverarbeitungsvorrichtung 32 ge- rers 23 zum ersten Ausdruck auf der rechten Seite der teilt wird. In Abhängigkeit vom Ausgangssignal aus dem 55 Gleichung (29), während ein Beschleunigungs- oder Last-Dividierer 23 betätigt das Magnetventil 13 den Kolben druck-Rückkopplungssignal zum zweiten Ausdruck auf der Kolben-Zylindereinheit 14, der seinerseits die Position der Last 15 steuert. Eine Verschiebung der Last 15
wird erneut durch den Positionsfühler 22 erfaßt und zum

der rechten Seite der Gleichung (29) fuhrt.

Auf diese Weise wird das Magnetventil 13 mit nichtlinearen Charakteristiken linear gesteuert, so daß in der

Additionsverstärker 12 rückgeführt. Eine Beschleuni- 60 aus Fig. 9 ersichtlichen Weise die verzerrungsfreien Sigung des Kolbens der Kolben-Zylindereinheit 14 wird nusschwingungen bei der Beschleunigung und beim Lastdurch den Beschleunigungsfühler 16 erfaßt, dessen Aus

druck und damit ein stabiler Betrieb erhalten werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eiektro-hydraulischer Schwingungserzeuger mit einer Eingabevorrichtung (11) zur Eingabe elektrischer Steuersignale, einem an die Eingabevorrichtung angeschlossenen Additionsverstärker (12), einem vom Ausgangssignal des Additionsverstärkers (12) gesteuerten Magnetventil (13) mit einem Steuerkolben (6), einer vom Magnetventil hydraulisch ge- ίο steuerten Kolben-Zylindereinheit (14), einer mit dem Kolben der Kolben-Zylindereinheit starr verbundenen Last (15), einem die Verschiebung der Last (15) erfassenden Positionsfühler (22) und einem den

Differenzdruck (P_m) bzw. die Beschleunigung (^τ4)

des Kolbens in der Kolben-Zylindereinheit (14) erfassenden Beschleunigungsfühler (16), wobei die der Verschiebung (.v) der Last und der Beschleunigung

'-ji J des Kolbens proportionalen Signale an weitere Eingänge des Additionsverstärkers (12) gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers (16) in einem weiteren Zweig außerdem in einer Multiplizierschaltung (18) mit einem der Verschiebung (.v_s) des Sleuerkolbens (6) des Magnetventiles (13) analogen Signal multipliziert und danach dem Additionsverstärker (12) zugeführt wird.

2. Eiektro-hydraulischer Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Verschiebung (.\_s) des Stenerkolbens (6) des Magnetventiles (13) analoge Signal als Fehlersignal aus dem Additionsverstärker (12) nach Phasenverschiebung in einem Phasenregler (21) erhalten wird.

3. Eiektro-hydraulischer Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasenschieber (19) zwischen dem Ausgang der Multiplizierschaltung (18) und dem Additionsverstärker (12) vorgesehen ist.

4. Eiektro-hydraulischer Schwingungserzeuger mit einer Eingabevorrichtung (11) zur Eingabe elektrischer Steuersignale, einem an die Eingabevorrichtung angeschlossenen Addilionsverstärker (12). einem vom Ausgangssignal des Additionsverstarkers (12) gesteuerten Magnetventil (13) mit einem Steuerkolben (6). einer vom Magnetventil hydraulisch gesteuerten Kolben-Zylindereinheit (14). einer mit dem Kolben der Kolben-Zylindereinheit starr verbündenen Last (15). einem die Verschiebung der Last (15) erfassenden Positionsfühler (22) und einem den

Differenzdruck [P_n,) bzw. die Beschleunigung (^,4

des Kolbens in der Kolben-Zylindereinheit (14) erfassenden Beschleunigungsfühler (16), wobei die der Verschiebung (λ) der Last und der Beschleunigung

-τ-) des Kolbens proportionalen Signale an weitere

Eingänge des Additionsverstärkers (12) gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Druckdifferenz (P_1n) in der Kolben-Zylindereinheit (14) ein Druckfühler (24) mit zwei Ausgängen vorgesehen ist. von denen der eine über einen Inverter (25) und der andere unmittelbar an Ruhekontakte eines Umschalters (27) gelegt sind, dessen Arbeitskontakt von einem von der Verschiebung (.V₁) des Steuerkolbens (6) des Magnetventiles (13) abhängigen Vorzeichen-Diskriminator (29) umgeschaltet wird und mit einer Addiervorrichtung (26) %'erbunden ist, in die außerdem ein dem hydraulischen Speisedruck (P_s) proportionales Signal mittels einer Einrichtung (30) eingegeben wird, daß der Ausgang der Addiervorrichtung (26) mit einem aus dem Eingangswert (P„ ± PJ die Wurzel |/(/>_Λ ±P_m) ziehenden Funktionsgenerator (31) verbunden ist und daß ein Dividierer (23) zwischen dem Ausgang des Additionsverstärkers (12) und dem Magnetventil (13) zur Division des Ausgangssignales des Additionsverstärkers (12) durch das Ausgangssignal des Funktionsgenerators (31) vorgesehen ist.