DE3149081C2 - Method and circuit arrangement for improving the control quality in servohydraulic devices - Google Patents

Method and circuit arrangement for improving the control quality in servohydraulic devices

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DE3149081C2 DE19813149081 DE3149081A DE3149081C2 DE 3149081 C2 DE3149081 C2 DE 3149081C2 DE 19813149081 DE19813149081 DE 19813149081 DE 3149081 A DE3149081 A DE 3149081A DE 3149081 C2 DE3149081 C2 DE 3149081C2
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte, insbesondere bei lagegeregelten servohydraulischen Einrichtungen, die einen Regelkreis aufweisen, der im wesentlichen aus einem Betätigungszylinder, einem Servoventil, einer Regeleinrichtung sowie Soll- und Istwert-Gebern besteht, sollen durch den Lastdruck im Betätigungszylinder entstehende Verzerrungen (der Klirrfaktor) verringert oder ausgeschaltet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die durch den Lastdruck im Betätigungszylinder entstehende Nichtlinearität zwischen Ansteuerung des Servoventils und Ventildurchfluß dadurch kompensiert wird, daß aus dem Lastdruck oder einer gleichwertigen Größe ein Korrektursignal gebildet und das Korrektursignal mit dem Ausgangssignal des Reglers multipliziert wird. Eine hierzu geeignete Schaltungsanordnung weist eine Kompensationsschaltung mit Eingängen und Gebern sowie Rechenglieder zur Bildung eines Korrektursignals und eine Multiplikationsstufe auf. Durch die Multiplikation eines Korrektursignals mit dem Ausgangssignal des Reglers läßt sich eine erhebliche Verbesserung des Regelverhaltens erzielen.In a method for improving the control quality, in particular in position-controlled servohydraulic devices that have a control circuit that essentially consists of an actuating cylinder, a servo valve, a control device and setpoint and actual value transmitters, distortions (the Distortion factor) can be reduced or switched off. This is achieved by compensating for the non-linearity between the control of the servo valve and valve flow caused by the load pressure in the actuating cylinder by generating a correction signal from the load pressure or an equivalent value and multiplying the correction signal by the output signal of the controller. A circuit arrangement suitable for this has a compensation circuit with inputs and transmitters as well as arithmetic units for generating a correction signal and a multiplication stage. By multiplying a correction signal with the output signal of the controller, a considerable improvement in the control behavior can be achieved.

Description

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensations- 1 angegebenen Merkmale gelöst Die Ansprüche enthalschaltung einen Bestandteil des Reglers bildet. 55 ten auch Ausgestaltungen der Erfindung.5. Circuit arrangement according to claim 3 or 4, this object is achieved by in the claim characterized in that the compensation 1 specified features are achieved. The claims contain circuit forms part of the controller. 55 th also embodiments of the invention.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Multiplikation einesIt has been shown that by multiplying one

aus dem Lastdruck oder einer gleichwertigen Größefrom the load pressure or an equivalent value

gebildeten Korrektursignals mit dem Ausgangssignal des Reglers eine erhebliche Verbesserung des Regelver-The correction signal formed with the output signal of the controller results in a considerable improvement in the

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schal- 60 haltens erzielt werden kann. Hierbei wird das Korrektungsanordnung zur Verbesserung der Regelgüte bei tursignal nach der im Anspruch angegebenen Formel servohydraulischen Einrichtungen, insbesondere bei la- gebildet. Das korrigierte Ausgangssignal des Reglers gegeregelten Einrichtungen, die einen Regelkreis auf- kann durch die Berücksichtigung der Übertragungsweisen, der im wesentlichen aus einem Betätigungszy- funktion des Servoventils noch verbessert werden,
linder, einem Servoventil, einer Regeleinrichtung sowie 65 Weitere Vorteile der Erfindung: Die Zeitlänge der zu Soll-und Istwert-Gebern besteht. verarbeitenden Signale ist nicht begrenzt; einfacher Die Aussteuerung eines Servoventils, d. h. der Weg Aufbau der Kompensationsschaltung, die Bestandteil des Ventilschiebers von einer Mittel- oder Neutralste!- des Reglers sein kann; die KompensationsschaltungThe invention relates to a method and a scarf holding 60 can be achieved. Here, the correction arrangement for improving the control quality in the case of door signal is formed according to the formula specified in the claim for servohydraulic devices, in particular in the case of la-. The corrected output signal of the controller is controlled by devices that have a control loop, by taking into account the transmission modes, which essentially result from an actuation cycle function of the servo valve, can be further improved,
linder, a servo valve, a regulating device, and 65 Further advantages of the invention: The length of time required for setpoint and actual value transmitters exists. processing signals is not limited; Easier The modulation of a servo valve, ie the way the compensation circuit is built up, which can be part of the valve slide from a central or neutral point of the controller; the compensation circuit

j 3 4j 3 4

V bleibt nach einmaliger Einstellung unverändert; die Auf- tigt Hierbei wird der Schalter SW immer dann betätigtV remains unchanged after a one-off setting; die Auf- Here the switch SW is always operated

nehmer für die notwendigen Steuersignale (Lastdruck, bzw. umgeschaltet, wenn der Schieber des Servoventilsreceiver for the necessary control signals (load pressure, or switched over when the slide of the servo valve

; Beschleunigungsaufnehmer, Aufnehmer für den Weg durch seine Mittelstellung geht. Da der Lastdruck vor-; Accelerometer, sensor for the way through its middle position goes. Since the load pressure is

)k des Vcntilschiebers des Servoventils) si»d leicht anzu- zeichenabhängig ist, muß auch das Korrektursignal von ) k of the valve spool of the servo valve) si »d is slightly dependent on the character, the correction signal from

ordnen bzw. bei servohydraulischen Systemen bereits 5 der Aussteuerrichtung des Servoventils abhängen. H vorhanden. Über weitere Rechenglieder ergibt sich am Ausgang Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in der Kompensationsschaltung durch die dargestellte der Zeichnung dargestellt und in der Beschreibung nä- Schaltungsanordnung die Nachbildung der obengeher erläutert Die Zeichnung zeigt in Echematischer nannten Gleichung. Das in der Schaltungsanordnung Darstellung eine erfindungsgemäße Kompensations- io erzeuge Korrektursignal c wird in der Multiplikationsschaltung in einem lagegeregelten servohydraulischen stufe M3 mit dem Ausgangssignal des Reglers R multiRegelkreis, pliziert Das Ausgangssignal w2 der Multiplikaiionsstufe Der Regelkreis besteht im wesentlichen aus einem Af3 kann durch die Übertragungsfunktion des Servoven-Sollwertgeber S, der den Sollwert w an den Regler R tils weiter verbessert werden. Es wird hierzu z. B. mit gibt, einer Multipliktionsstufe M3, in der das Ausgangs- 15 dem gemessenen inversen Frequenzgang des Servovensignal ;fi des Reglers R mit einem Korrektursignal c tiis multipliziert, ehe es dem Servoventil selbst zugeleimultipliziert wird, einem Korrekturglied Fsv für die tetwird.or, in the case of servohydraulic systems, already depend on the actuation direction of the servo valve. H present. The invention is illustrated in an exemplary embodiment in the compensation circuit by the one shown in the drawing and in the description of the circuit arrangement, the simulation of the above-mentioned equation is explained. One compensation according to the invention io generating correction signal c in the circuit arrangement shown in the multiplication circuit in a position controlled servo-hydraulic stage M 3 with the output signal of the regulator R multi loop, plied The output signal w 2 of the Multiplikaiionsstufe The control circuit consists essentially of a Af 3, by the transfer function of the Servoven setpoint generator S, which further improves the setpoint w to the controller R tils. It is this z. B. with there, a multiplication stage M 3 , in which the output 15 multiplies the measured inverse frequency response of the servo signal; fi of the controller R with a correction signal c tiis, before it is added to the servo valve itself, a correction element F sv for the tetwird.

Übertragungsfunktion des Servoventils, dem Servoven- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfin-Transfer function of the servo valve, the servo In the method according to the invention and the invention

til SV für die Steuerung des Betätigung-zylinders und dungsgemäßen Anordnung können ansteile von Servo-til SV for the control of the actuating cylinder and the proper arrangement can be replaced by servo

!, dem Betätigungsz.ylinder Z, der die gewünschten Soll- 20 ventilen auch Proportionalventile verwendet werden.!, the actuating cylinder Z, which the desired target valves 20 also proportional valves are used.

werte oder Sollwertfunktionen nachbildet Weiterhin Anstelle eines lagegeregelten Regelkreises kann bei-simulates values or setpoint functions Furthermore, instead of a position-controlled control loop,

L wird am Betätigungszylinder Z bei dem lagegeregelten spielsweise auch ein Regelkreis mit Geschwindigkeits-L is, for example, a control loop with speed control on the actuating cylinder Z in the position-controlled

i; System der Istwert χ in Form eines Weges an der KoI- regelung oder mit einer gemischten Regelung vorhan-i; System the actual value χ in the form of a path on the co-control or with a mixed control

|| benstange des Zylinders abgenommen. Der Istwert χ den sein.|| rod of the cylinder removed. The actual value χ be the.

ff wird dem Regler R zugeleitet, in dem der Soll-Istwert- 25 Die in der Figur dargestellte Kompensationsschal- ff is fed to the controller R , in which the setpoint actual value 25 The compensation switch shown in the figure

p Vergleich vorgenommen wird. Mit Ausnahme der MuI- tung kann bei ausgeführten Anlagen vorteilhaft auch p comparison is made. With the exception of the muI- tion can also be advantageous in implemented systems

tiplikationsstufe M3 entspricht diese Anordnung den be- mit dem Regler zusammengebaut bzw. in das Reglerge-multiplication level M 3 , this arrangement corresponds to the one assembled with the controller or in the controller

Ij kannten Regelkreisen. häuse eingebaut werden. Sie bildet damit praktisch ei-Ij knew control loops. housing to be installed. It practically forms a

[I Zur Nachbildung der in Anspruch 2 angegebenen nen Bestandteil des Reglers, wobei sie z. B. in Form[I To emulate the specified in claim 2 NEN component of the controller, where they z. B. in shape

Gleichung 30 einer Leiterplatte ausgebildet sein kann.Equation 30 can be formed of a circuit board.

/ Hierzu 1 Blatt Zeichnungen/ 1 sheet of drawings

1 ± A: · p,lp5 1 ± A: p, lp 5

wird der Lastdruck p/ im Betätigungszylinder Z erfaßt. 35
Dies kann beispielsweise durch einen Differenzdruckaufnehmer erfolgen, der an beide Zylinderkammern des
Betätigungszyiinders angeschlossen ist und der ein für
die Schaltung geeignetes elektrisches Signal liefert.the load pressure p / in the actuating cylinder Z is recorded. 35
This can be done, for example, by a differential pressure sensor that is connected to both cylinder chambers of the
Actuating cylinder is connected and the one for
the circuit supplies a suitable electrical signal.

Anstelle des Lastdrucks kann als gleichwertige Größe 40
auch die Beschleunigung am Kolben bzw. an der Kolbenstange des Betätigungszylinders Z mit einem geeigneten Aufnehmer ermittelt werden. Dies ist möglich bei
Systemen, bei denen eine Masse mit dem Kolben starr
verbunden ist. Der Lastdruck bzw. der Ausdruck pilps 45
wird in diesem Fall durch eine aus der Beschleunigung
abgeleitete Größe ersetzt, z. B. in Form eines geeigneten elektrischem Signals.Instead of the load pressure, the equivalent size 40
the acceleration on the piston or on the piston rod of the actuating cylinder Z can also be determined with a suitable sensor. This is possible at
Systems in which a mass is rigid with the piston
connected is. The load pressure or the term pilp s 45
is in this case due to one from the acceleration
replaced derived quantity, e.g. B. in the form of a suitable electrical signal.

Das Signal pi für den Lastdruck wird in einer ersten
Multiplikationsstufe M\ mit einem von außen vorgebba- 50
ren bzw. einstellbaren Signal für einen Proportionalitätsfaktor k multipliziert. Mit dem Faktor k wird die
Stabilität der Kompensationsschaltung eingestellt. Der
Wert für den Faktor k liegt zwischen 0 und 1. Dieser
Wert wird als elektrisches Signal der Schaltung züge- 55
führt. Der Speisedruck ps kann in der Schaltung fest
eingestellt werden, wobei die Einstellung, falls erforderlich, auch veränderbar ausgeführt werden kann. Bei der
Einstellung A-=O ist die Kompensationsschaltung wirkungslos und eine Korrektur ist ausgeschaltet bzw. das 60
Korrektursignal ist gleich 1.The signal pi for the load pressure is in a first
Multiplication level M \ with an externally specified 50
ren or adjustable signal for a proportionality factor k multiplied. With the factor k the
Stability of the compensation circuit set. Of the
The value for the factor k is between 0 and 1. This
Value is added to the circuit as an electrical signal
leads. The feed pressure p s can be fixed in the circuit
can be set, whereby the setting, if necessary, can also be carried out in a changeable manner. In the
Setting A - = O the compensation circuit has no effect and a correction is switched off or the 60th
Correction signal is equal to 1.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird neben
dem Lastdruck pi auch die Stellung des Ventilschiebers
des Servoventils ermittelt. Der Istwert xsv der Schieberstellung dient zur Ansteuerung eines Schalters SW, wel- 65
eher zusammen mit einer weiteren Multiplikationsstufe
Mi das in der obigen Gleichung angegebene Vorzeichen
des Lastdrucks bzw. des Verhältnisses pi/p, berücksich-In the arrangement according to the invention, besides
the position of the valve slide also corresponds to the load pressure pi
of the servo valve is determined. The actual value x sv of the slide position is used to control a switch SW, wel- 65
rather together with a further multiplication level
Mi is the sign given in the equation above
the load pressure or the ratio pi / p, taking into account

Claims (4)

V- ι 2 lung aus, ist theoretisch der Geschwindigkeit des Ar- Patentansprüche: beitskolbens in einem angeschlossenen hydraulischen Betätigungszylinder proportional, wenn am Arbeitskol-V- ι 2 ment, is theoretically the speed of the Ar- claims: working piston in a connected hydraulic actuating cylinder proportional when the working piston 1. Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte bei ben keine Kräfte angreifen (sogenannter lastdruckfreier servohydraulischen Einrichtungen, insbesondere bei 5 Betrieb). Durch Beschleunigungen, Verzögerungen, äulagegeregelten Einrichtungen, die einen Regelkreis ßere Kräfte usw. entsteht im Arbeitsmedium des Betätiaufweisen, der im wesentlichen aus einem Betäti- gungszylinders ein Druck, der als Lastdruck bezeichnet gungszylinder, einem Servoventil, einer Regelein- wird. Der Lastdruck bewirkt eine starke Nichtlinearität richtung sowie Soll- und Istwert-Gebern besteht, zwischen der Aussteuerung des Servoventil und der dadurch gekennzeichnet, daß die durch io Geschwindigkeit (Erregergeschwindigkeit) des Arbeitsden Lastdruck im Betätigungszylinder entstehende kolbens, insbesondere bei höheren Kolbengeschwindig-Nichtlinearität zwischen Ansteuerung das Servo- keiten und großen bewegten Massen. Durch diese ventils und Ventildurchfluß dadurch kompensiert Nichtlinearität werden höhere harmonische Schwinwird, daß aus dem Lastdruck oder einer gleichwerti- gungsformen angeregt, die zu Verzerrungen bei der gen Größe ein Korrektursignal gebildet und das is Nachbildung von Weg-, Geschwindigkeits- und insbe-Korrektursignal mit dem Ausgangssignal des Reg- sondere von Beschleunigungssignalen bzw. Funktionen lers multipliziert wird, wobei das Korrektursignal c führen.1. Procedure to improve the control quality when ben do not attack any forces (so-called load pressure-free servohydraulic devices, especially when operating 5). Through accelerations, decelerations, position-regulated Devices that have a control loop ßere forces etc. arises in the working medium of the actuator, which essentially produces a pressure from an actuating cylinder, which is referred to as the load pressure supply cylinder, a servo valve, a control unit. The load pressure causes a strong non-linearity direction as well as setpoint and actual value encoders exists between the modulation of the servo valve and the characterized in that the through io speed (excitation speed) of the working den Load pressure in the actuating cylinder resulting piston, especially at higher piston speed non-linearity between control of the servo and large moving masses. Through this valve and valve flow are thereby compensated for non-linearity higher harmonic Schwinwwill, that stimulated from the load pressure or an equivalent form, which leads to distortions in the Depending on the size, a correction signal is formed and that is a simulation of the path, speed and actual correction signal with the output signal of the special of acceleration signals or functions lers is multiplied, the correction signal c lead. vom Lastdruck nach der folgenden Formel abgelei- Bisher konnten diese Schwierigkeiten bei servo-derived from the load pressure according to the following formula - So far, these difficulties with servo tet wird: hydraulischen Regelkreisen nicht oder nicht vollständigis switched: hydraulic control loops not or not completely 20 überwunden werden. Es ist bekannt, den Differenzdruck20 to be overcome. It is known the differential pressure j Ap in den Zylinderkammern eines Betätigungszylinders j Ap in the cylinder chambers of an actuating cylinder 1 ± k ■ pilps als Hilfsregelgröße zu verwenden. Hierzu wird das1 ± k ■ pilp s to be used as an auxiliary controlled variable. For this purpose, the ■ bandbegrenzte ^ip-Signal dem Istwert oder dem Aus-■ band-limited ^ ip signal the actual value or the output wobei k - Verstärkungsfaktor (<1); pi » Last- gangswert des Lageregelkreises aufaddiert Mit einerwhere k - gain factor (<1); pi »load profile value of the position control loop added with a druck;/?j = Speisedruck. 25 solchen Anordnung wird die Resonanzfrequenz einespressure; /? j = feed pressure. 25 such an arrangement becomes the resonance frequency of a 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- servohydraulischen Systems leistungslos bedämpft. Die zeichnet, daß das korrigierte Ausgangssignal des Hilfsgrößenrückführung hat jedoch keinen Einfluß auf Reglers durch die Übertragungsfunktion des Servo- die durch die Lastdruckabhängigkeit entstehende ventils modifiziert wird. Nichtlinearität, sondern sie stellt lediglich eine lineare2. The method according to claim 1, characterized in that the servohydraulic system is damped without power. the indicates that the corrected output signal of the auxiliary variable feedback has no influence on Controller by the transfer function of the servo that arises from the load pressure dependency valve is modified. Non-linearity, it is simply a linear one 3. Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Re- 30 Korrektur des Reglersignals dar.3.Circuit arrangement for improving the correction of the controller signal. gelgüte bei servohydraulischen Einrichtungen, ins- Bei den bisher bekannten Verfahren und Schaltungsbesondere bei lagegeregelten Einrichtungen, die ei- anordnungen wird das notwendige Steuersignal für den nen Regelkreis aufweisen, der im wesentlichen aus Regelkreis aus der Übertragungscharakteristik des Reeinem Betätigungszylinder, einem Servoventil, einer gelkreises und dem gewünschten Signal bzw. der geRegeleinrichtung sowie Soll- und Istwert-Gebern 35 wünschten Funktion ermittelt Hierbei ist beispielsweise besteht, zur Durchführung des Verfahrens nach An- eine zeitraubende Systemidentifikation notwendig, die spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf einem Rechner erfolgen muß. Nachteilig ist hierbei Kompensationsschaltung mit Eingängen für ein auch, daß in einem Rechner für solche Fälle nur Signale Lastdrucksignal oder ein Beschleunigungssignal, ein von begrenzter Zeitlänge bearbeitet werden können. Signal für die Schieberstellung des Servoventil und 40 Die Lastdruckkompensation wurde durch eine Korrekein Signal für einen Verstärkungsfaktor vorgesehen tür des Sollwertsignals vorgenommen,
ist, daß am Regelkreis und an der Kompensations- Es ist Auigabe der vorliegenden Erfindung, die Nachschaltung geeignete Geber für die Eingangssignale teile des Standes der Technik zu vermeiden und die angeordnet sind und daß die Kompensationsschal- Regelgüte insbesondere von lagegeregelten servotung Rechenglieder zur Bildung eines Korrektursi- 45 hydraulischen Systemen zu verbessern, wobei durch den gnals sowie eine Multiplikationsstufe zur Multiplika- Lastdruck im Betätigungszylinder entstehende Verzertion des Korrektursignals und des Reglerausgangssi- rungen (auch als Klirrfaktor bezeichnet), insbesondere gnals aufweist. bei der Nachbildung von Beschieunigungssignalen odergel quality in servohydraulic devices, especially in the previously known methods and circuits, especially in position-controlled devices, which will have the necessary control signal for the NEN control circuit, which essentially consists of the control circuit from the transmission characteristics of the pure actuating cylinder, a servo valve, a loop and The desired function is determined by the desired signal or the regulating device and setpoint and actual value transmitters 35. Here, for example, a time-consuming system identification is required to carry out the method according to An, claim 1 or 2, characterized in that one is carried out on a computer got to. A disadvantage here is that a compensation circuit with inputs for a computer can only process signals of a load pressure signal or an acceleration signal of a limited length of time in a computer for such cases. Signal for the slide position of the servo valve and 40 The load pressure compensation was carried out by a correction no signal for a gain factor provided for the setpoint signal,
is that on the control loop and on the compensation It is the task of the present invention to avoid the downstream connection of suitable encoders for the input signals parts of the prior art and that are arranged and that the compensation scarf control quality in particular from position-controlled servotung arithmetic elements to form a correction - To improve 45 hydraulic systems, with the gnals as well as a multiplication stage for the multiplication load pressure in the actuating cylinder resulting in a distortion of the correction signal and the controller output sings (also referred to as distortion factor), in particular gnals. when simulating acceleration signals or 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- Funktionen, jedoch auch bei der Regelung von Wegen durch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschal- 50 und Geschwindigkeiten, verringert oder ausgeschaltet tung Korrekturglieder für die Übertragungsfunktion werden sollen. Darüber hinaus soll die Regeleinrichtung des Servoventil aufweist entlastet werden.4. Circuit arrangement according to claim 3, there functions, but also in the control of paths characterized in that the compensation switch 50 and speeds, reduced or switched off tion should be correction terms for the transfer function. In addition, the control device of the servo valve has to be relieved.
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