DE3207392C2 - Vorrichtung zur selbstanpassenden Stellungsregelung eines Stellgliedes - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur selbstanpassenden Stellungsregelung eines ein Servoventil und einen Stellantrieb umfassenden Stellgliedes ist zu der Durchführung vorgesehen, ein zu betätigendes Regelglied fest mit dem Stellantrieb zu verbinden, der über das Servoventil ansteuerbar ist. Dabei ist der Stellantrieb mit einem Meßfühler versehen, der als Funktion einer Verschiebung eines beweglichen Kolbens des Stellantriebes eine Meßwertänderung ermittelt (Istwert), die einem Regler zugeführt wird. Zur Optimierung des Führungs- und Störverhaltens des Stellgliedes wird die aus dem Sollwert und aus dem Istwert ermittelte Regelabweichung und die vom Regler berechnete Stellgröße ebenfalls einem Adaptionssystem zugeführt, und die Ansteuerung des Servoventils erfolgt über ein pulsbreitenmoduliertes Signal.

Description

a) die pulsbreitenmodulierten Signale besitzen In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei beispiels-■■,·.;' Einschaltzeiten für die maximale Spannungsam- weisen Ausführungsformen dargestellt Es zeigt

plitude zwischen null und sieben Millisekunden, F i g. 1 ein Prinzipbild eines Steuerkreises,

b) die Pulsfolgezeit beträgt zwischen fünf und sie- 55 F i g. 2 einen Signalflußplan eines adaptiven Regelben Millisekunden. kreises zur teilweisen Kompensation von Störungen.

In der F i g. 1 ist ein Prinzipbild eines Steilungsregelkreises dargestellt, der einen Hydraulikflüssigkeitsvor-

ratsbehälter 1, eine Druckmittelpumpe 2 und ein Filter 3

60 umfaßt, die mit rohrartigen Leitungen 4,5 miteinander verbunden sind und über eine Druckmittelleitung 6 an

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur einem Drei-Wege-Servoventil 7 angeschlossen ist. Über selbstanpassenden Stellungsregelung eines Stellgliedes eine Rücklaufleitung 8 kann Hydraulikflüssigkeit vom nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine sol- Drei-Wege-Servoventil 7 zum Hydraulikflüssigkeitsche Vorrichtung ist aus der DE-OS 26 24 574 bekannt. 65 vorratsbehälter 1 zurückgeführt werden. Über eine Durch die DE-OS 22 33 851 ist eine weitere Vorrich- Druckmittelleitung 9 ist ein Stellantrieb 10, insbesondetung der eingangs genannten Art bekannt bei der ein re ein einfachwirkender Arbeitszylinder, der einen Steuerschieber durch einen elektrischen Regler verstellt Druckmittelraum 18, einen mit einer Kolbenstange 11

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ausgebildeten Kolben 19 und einen mit einer Rückstell- umgekehrt Wird nun bei häufig auftretenden negativen feder 20 versehenen Federraum 21 umfaßt, an das Drei- Regelabweichungen zur Stellgröße ein Wert addiert, Wege-Servoventil 7 angeschlossen. Wegänderungen der solange ansteigt, bis die Häufigkeit negativer Regelder Kolbenstange 11 werden über eine mit einem Meß- abweichungen nicht mehr auftritt, so sind Störungen fühler 12 versehenen Wegmeßstrecke 23 an einen Re- 5 vollständig ausgeglichen. Bei gehäuftem Auftreten posigelkreis 13 weitergeführt Der Regelkreis 13 umfaßt ei- tiver Regelabweichungen kann entsprechend ein benen Hauptregler 14, ein Adaptionssystem 15, eine Soll- tragsmäßig steigender negativer Wert addiert werden,
werteingabesteile 56 und eine Ansteuereinheit 17 für Bei einem neu auftretendem Sollwert wird dieser mit

das Drei-Wege-Servoventil 7. Die Ansteuereinheit 17 ist einer bekannten Regelgröße verglichen und eine daraus mit dem Drei-Wege-Servoventilantrieb über eine Steu- io gebildete Regelabweichung dem Hauptregler 14 ziigeerleituDg 18 verbunden. führt, der eine Stellgröße ermittelt, mit der die Regel-

Im stromlosen Zustand der elektromagnetischen Spu- strecke 24 beaufschlagt wird. Im Adaptionssystem 25 Ie 60 des Drei-Wege-ServoventiLs 7 in der Stellung A wird das nichtlineare Glied 26, das die Signumfunktion wird ein in der F i g. 4 näher erläuterter Schieber durch der Regelabweichung bildet, gleichfalls mit der Regeleine Druckfeder 59 in der dargestellten Lage gehalten, 15 abweichung beaufschlagt Das Ausgangssignal des in der der Druckmittelzufluß gesperrt ist und ein Abflie- nichtlinearen Gliedes 26 wird dem ersten Integrierer 27 Ben des Druckmittels aus dem Druckmittelraum 18 des zugeführt Der erste Integrierer 27 führt sein Ausgangs-Arbeitszylinders 10 über die geöffnete Rücklaufleitung signal dem hysteresebehafteten Glied 28 zu, das, falls S in den Hydraulikflüssigkeitsvorratsbehälter 1 möglich der Ausgang vom ersten Integrierer 27 einen bestimmjct. * 20 ten positiven Wert überschreitet bz;.. einen negativen

Wird der elektromagnetischen Spule 60 das Drei-We- unterschreitet einen positiven bzw. negauven Wert ange-Servoventils 7 die Hälfte des Stromes zugeführt, der nimmt

die maximale Auslenkung der Verstelleinheit bewirkt Dieser Wert wird als Rückführung in einer Gcgen-

so wird der Schieber entgegen der Federkraft der kopplung zum Eingang des ersten Integrierers 27 rück-Druckfeder 59 in den Bereich B verschoben, so daß der 25 geführt Die Rückführung in der Gegenkopplung erfolgt Druckmittelzufluß von der Druckmittelpumpe 2, die in der Form, daß das zurückgeführte Signal betragsmä-Rückflußleitung 8 und die Druckmittelleitung 9 zum Ar- Big größer ist als das Ausgangssignal des nichtlinearen beitszylinder 10 gesperrt sind. Gliedes 26.

Wird der elektromagnetischen Spule 60 des Drei-We- Der Ausgang des hysteresebehafteten Gliedes 28 be-

ge-Servoventils 7 der Strom zugeführt, der zur maxima- 30 hält seinen positiven Wert bzw. negativen Wert bei, bis len Auslenkung der Verstelleinheit führt, so wird der sein Eingang zu Null wird. Der Ausgang vom hysterese-Schieber in die Stellung Cbewegt, der Druckmittelraum behafteten Glied 28 wirkt auf den zweiten Integrierer 18 des Arbeitszylinders 10 mit Druckmitteln beauf- 29, dessen Ausgang zwecks Korrektur der Stellgröße zu schlagt und die Rücklaufleitung 8 zum Hydraulikvor- dieser addiert wird und so eine korrigierte Stellgröße ■,:, ratsbehälter 1 gesperrt Dabei wird der Kolben 19 ent- 35 ergibt die der Regelstrecke 24 zugeführt wird.
ψ gegen der Rückstellkraft der Feder 20 im Federraum 21 Wird der Regler digital aufgebaut, kann die Vorrich-

'$ in Pfeilrichtung D verschoben. Über die Kolbenstange tung ebenfalls dargestellt werden, z. B. diskret aufge-11 wird eine Wegmessung 23 mit dem Meßfühler 12 baut mit TTL-Bausteinen. Wird ein Prozeßrechner (z. B. durchgeführt und an den Regelkreis 13 als Istwert wei- Mikroprozessor) zur Regelung verwendet, so wird die tergeleitet Dieser wird an der Sollwerteingabestelle 16 40 Vorrichtung durch einige wenige Programmanweisunmit einem Sollwert, der z. B. von einem Fahrpedal eines gen realisiert

Kraftfahrzeuges vorgegeben ist verglichen und die sich

daraus ergebende Regelabweichung dem Hauptregler Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
14 und dem Adaptionssystem 15 zugeführt

Die mit Hilfe des Adaptionssysum 15 korrigierte 45
Stellgröße des Hauptreglers 14 wird der Ansteuereinheit 17 zugeführt die mit pulsbreitenmodulierten Signalen den Antrieb des Servoventils 7 ansteuert, z. B. um
den Schieber in Stellung C in geeigneter Weise nachzustellen. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis der so
Sollwert uiid der Istwert gleich groß sind.

In der F i g. 2 ist ein Signalflußplan eines Regelkreises
zur teilweisen Kompensation von Störungen nach einem adaptiven Verfahren dargestellt. Der Regelkreis
umfaßt eine Sollwerteingabestelle 16, eine Regelstrecke 55
24, einen Hauptregler 14 und ein Adaptionssystem 25,
das ein nichtlineares Glied 26, einen ersten Integrierer
27, ein hysteresebehaftetes Glied 28 und einen zweiten
Integrierer 29 aufweist

Das Adaptionssystem 25 ist eine spezielle Anpas- eo
sungsschaltung, die je nach Art der auftretenden Störung die Stellgröße korrigiert. Grundgedanke des Verfahrens ist es, daß in einem ungestörten Führungsregelkreis mit unregelmäßigem Verlauf des Sollwertes positive und negative Regelabweichungen in etwa gleich hau- 6j
fig auftreten. Tritt jedoc'.i eine Störung auf, kann dieses
Gleichgewicht gestört sein, d. h. je nach Art treten negative Regelabweichungen häufiger auf als positive bzw.

Claims (2)

1 2 wird, der die Differenz zwischen einem Soll- und Istwert Patentansprüche: ermittelt Bei dieser Messung (aufgrund der Differenz von Soll- und Istwert) werden zwar bleibende Regelab-

1. Vorrichtung zur selbstanpassenden Stellungsre- weichungen vermieden, jedoch ist dabei das Führungsgelung eines Stellgliedes mit folgenden Merkmalen: 5 verhalten, d.h. die Geschwindigkeit, mit welcher das

Stellglied auf Sollwertänderungen reagiert nicht ausrei-

a) das Stellglied umfaßt ein elektrohydraulisches chend.

Servoventil (7) und einen Stellantrieb (10), die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur

so miteinander verbunden sind, daß der Stellan- selbstanpassenden SteUungsregelung eines Stellgliedes

trieb (10) vom Servoventil (7) angesteuert wird, 10 der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem unter

b) der Stellantrieb (10) ist mit einem Meßfühler Minimierung von Regelabweichungen das Führungs-

(12) verbunden, der als Funktion der Verschie- verhalten des Stellgliedes optimiert wird.

bung eines beweglichen Kolbens (19) des Stell- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kenn-

antriebes (10) einen Istwert ermittelt zeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst

c) eine aus dem Istwert und einem Sollwert ermit- 15 Weitere Merkmale der Erfindung beinhalten die Untelte Regelabweichung wird einem Regelkreis teransprüche.

(13) zugeführt ^ie erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die

d) der Regelkreis (13) besteht aus einem Hauptre- Verwendung eines mit einem geringen feinwerktechnigleril4), der als Ausgang eine Stellgröße liefert, sehen Aufwand erstellbaren Servoventils, dessen tat- und einem Adaptionssystem (15, 25), das als 20 sächliches Kenniinienband trotz fehlender Möglichkeit Ausgang eine Hilfsstellgröße liefert, einer Kompensation der Einflüsse wechselnder Be-

e) der Regelkreis (13) ist so ausgebildet daß aus triebsbedingungen durch ein kostengünstig herstellba-Stellgröße und Hilfsstellgröße eine korrigierte res Adaptionssystem auf eine theoretische Kennlinie Stellgröße erzeugt wird, die das Servoventil (7) eingeregelt werden kann und somit eine optimale Regesteuert 25 lung gewährleistet ist Das erfindungsgemäße Adaptionssystem ist kostengünstiger als die Verwendung ei-

gekennzeichnetdurch folgende Merkmale: nes Präzisionsservoventils.

Aus der CH-PS 487 ist es bekannt bei selbstanpassen-

f) die dem Hauptregler (14) zugeführte Regelan- den Steuerungsreglern die Regelabweichung sowohl eiweichung bildet auch das Eingangssignal des 30 nem Hauptregier aus auch einem Adaptionssystem zu-Adaptionssystems(15,25), zuführen.

g) im Adaptionssptem ({.', 25) wird die Regelab- Durch die Druckschrift »Regelungstechnik, 28. Jahr- % weichung zunächst einem nichtlinearen Glied gang 1980, Heft 11, Seiten 365 bis 372« ist ein ventilge- |f (26) mit Vorzeichenumi "ihr zugeführt, dessen steuerter hydraulischer Antrieb bekannt der einen Ser- ;ij Ausgangsgröße wiederum einem ersten Inte- 35 vozylinder und ein Servoventil, sowie einen von einem ff grierer (27) zugeführt wird, dessen Ausgangs- Sollwert und einer Regelgröße beeinflußten Hauptrefi größe dann einem hysteresebehafteten Glied gier und ein von einem unterlagerten Rückführsignal 'ü (28) zugeführt wird, dessen Ausgangsgröße beaufschlagten Hilfsregler umfaßt Zwar wird durch die f_: schließlich sowohl dem Eingang des ersten Inte- Verwendung eines einem Haupvregler zugeordneten ; ί grierers (27) als auch dem Eingang eines zwei- 40 Hilfsreglers (Adaptionssystem) eine verbesserte Dyna-M ten Integrierers (29) zugeführt wird, dessen mik des Regelkreises erreicht jedoch wird dadurch das ' ' Ausgangsgröße die Hilfsstellgröße bildet, Führungsverhalten des Reglers schlechter.

fl h) Stellgröße und Hilfsstellgröße werden zur Er- Grundsätzlich ist aus der Druckschrift »Regelungs-

ϊ| zeugung der korrigierten Stellgröße addiert technik, 10. Jahrgang 1962, Heft 2, Seiten 71 bis 77« eine

'M 45 prinzipielle Verwendung von hysteresebehafteten GHe-

;.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die An- der mit nachgeschalteter Rückführung und Integrierer

ψ steuerung des Servoventils (7) über pulsbreitenmo- bei Dreipunktreglern bekannt

%. dulierte Signale erfolgt Auch nicht lineare Glieder mit Vorzeichenumkehr

,;' sind im Zusammenhang zur Stabilisierung eines Regel-

! gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 50 kreises mit beliebigem Regler aus der DE-OS 24 56 599

bekannt