DE3312526A1 - Positioniereinrichtung mit hydraulischem stellglied - Google Patents
Positioniereinrichtung mit hydraulischem stellgliedInfo
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Description
BERG ■. STAPF · SCHWABE ·" SANDMAIR " - ■ " PATENTANWÄLTE- *'
MAUERKIRCHERSTRASSE 45 · 8000 MÜNCHEN 80
¥3> April !883
Anwaltsakte 32 731
DIESEL KIKI COMP.
Tokyo / Japan
Tokyo / Japan
Positioniereinrichtung mit hydraulischem Stellglied
VII/Ma
K089) 988272-74
Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)
Hvpo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM
Anwaltsakte 32 731 . (q ·
Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung mit einem hydraulischen Stellglied, und insbesondere eine
Positioniereinrichtung mit einem hydraulischen Stellglied, mit der eine sehr hohe Positioniergenauigkeit realisiert
IQ werden kann.
Auf verschiedenen technischen Gebieten werden hydraulische Stellglieder im weiten Umfang eingesetzt, um Elemente,
Werkstücke und ähnliche Teile in bestimmte Lagen zu brin· -
Herkömmliche Positioniereinrichtungen dieses Typs weisen Solenoid- bzw. Magnetventile auf, um den hydraulischen
Druck zu steuern, der ein hydraulisches, mit dem zu positionierenden Objekt verbundenes Stellglied beaufschlagt;
die Positionierung mittels dieses hydraulischen Stellgliedes erfolgt durch öffnen/Schließen dieser Magnetventile.
Zur elektronischen Steuerung der Magnetventile wird eine Positionsspannung, deren Pegel sich relativ zu der
Ist-Lage des Objektes ändert, mit einer Bezugsspannung verglichen, welche die Soll-Lage darstellt, in die das
Objekt gebracht werden soll; jedes Magnetventil wird selektiv in der Weise geöffnet oder geschlossen, das die
Differenz im Pegel zwischen der Positionsspannung und der
Bezugsspannung kleiner als ein vorgegebener, zulässiger
Fehlerwert wird.
Es gilt also folgende Beziehung: Je kleiner der vorgegebene Fehlerwert ist, um so größer wird die Genauigkeit
bei der Positionierung. Da jedoch eine solche Positioniereinrichtung den hydraulischen Druck in einem hydraulischen
Stellglied (beispielsweise einem hydraulischen Zylinder) verwendet, tritt bei der Betätigung des hydraulischen
Stellgliedes aufgrund der Ansprech-Charakteristik der Magnetventile eine zeitliche Verzögerung auf. Als Ergebnis
hiervon wird das hydraulische Stellglied nicht sofort in Abhängigkeit von der Betätigung des Magnetventils oder
der Magnetventile angehalten/ so daß sich ein Nachlaufen oder Pendelschwingungen um die Soll-Lage ergeben, wenn in
dem Versuch, die Positioniergenauigkeit zu erhöhen, der vorgegebene, zulässige Fehlerwert zu klein angesetzt wird.
Bei herkömmlichen Positioniereinrichtungen ist es deshalb unmöglich, die Genauigkeit der Positionierung über einen
bestimmten Grenzwert hinaus zu erhöhen.
Die oben beschriebenen Nachteile lassen sich dadurch vermeiden, daß eine geeignete Öffnung in der Strömungsstrecke
des hydraulischen Kreises vorgesehen wird, um die Bewegungsgeschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes zu
verringern; dadurch wird jedoch gleichzeitig auch die Arbeitsgeschwindigkeit dieser Positioniereinrichtung reduziert.
Eine solche Öffnung kann zwar prinzipiell die Verzögerungskennlinie des hydraulischen Stellgliedes verbessern;
die Genauigkeit der Positionierung wird jedoch immer noch durch die öltemperatur beeinflußt, so daß es
nach wie vor schwierig ist, bei allen Betriebsbedingungen den Positionierfehler kleiner als einen vorgegebenen Wert
zu halten.
Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Positioniereinrichtung mit einem hydraulischen
Stellglied zu schaffen.
Insbesondere soll eine Positioniereinrichtung mit hydraulischem Stellglied vorgeschlagen werden, mit der das
zu positionierende Objekt auch bei verschiedenen Betriebsbedingungen sehr exakt in die gewünschte Lage gebracht
werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Positioniereinrichtung
ein hydraulisches Stellglied, um ein Objekt in die gewünschte Lage zu bringen, eine auf ein elektrisches
Signal ansprechende Ventileinheit für die Steuerung des hydraulischen Drucks, der das hydraulische Stellglied
beaufschlagt, um die Bewegung des hydraulischen Stellgliedes zu steuern, wobei sich die Ventileinheit zwischen
dem hydraulischen Stellglied und einer Quelle für den hydraulischen Druck befindet, eine Einrichtung zu Erzeugung
eines ersten Signals, das zu jedem Zeitpunkt in einer Beziehung zu der Ist-Lage des Objektes steht, eine Einrichtung
zur Erzeugung eines zweiten Signals, das in einer Beziehung zu der Soll-Lage steht, in die das Objekt gebracht
werden soll, eine auf das erste und das zweite Signal ansprechende Einrichtung zur Erzeugung eines dritten Signals,
('Irtfi in e.inar IV./.inluinq zu der Differenz zwisr-hen der Tat-Lage
und der Soll-Lage steht, eine auf das dritte Signal ansprechende Steuereinrichtung zur Steuerung der Ventileinheit,
um die Differenz kleiner zu machen, einen ersten, auf das erste Signal ansprechenden Rechner zur Erzeugung
von ersten Daten, welche die Arbeitsgeschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes angeben, einen auf wenigstens
die ersten Daten ansprechenden zweiten Rechner für die Berechnung von zweiten Daten, welche die Lage angeben, in
der die Betätigung des hydraulischen Stellgliedes unterbrochen werden soll, um das Objekt in die gewünschte Lage
zu bringen, und einer auf die zweiten Daten und das erste Signal ansprechende Einrichtung zur Betätigung der Ventileinheit
auf, um die Betätigung des hydraulischen Stellgliedes zu unterbrechen, wenn das Objekt tatsächlich die
von dem zweiten Rechner ermittelte Lage erreicht hat.
Bei der Positioniereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird das Objekt mittels eines hydraulischen Zylinders
auf der Basis wenigstens der ersten und zweiten Signale und von Daten für die Ansprech-Charakteristik des
hydraulischen Stellgliedes'in die gewünschte Soll-Lage gebracht;
dabei wird eine Berechnung durchgeführt, um die Stelle zu bestimmen, an der die Betätigung des hydraulischen
Stellgliedes unterbrochen werden muß, um das Objekt in die Soll-Lage zu bringen. Dann wird die Ventileihheit, die
Magnetventile enthält, betätigt, um die Betätigung des hydraulischen Zylinders entsprechend dem berechneten Ergebnis
zu unterbrechen.
Die Lage P des hydraulischen Stellgliedes, bei der die Betätigung des hydraulischen Zylinders durch die Ventileinheit
unterbrochen werden sollte, um das Objekt in die gewünschte Soll-Lage zu bringen, läßt sich durch die folgende
Gleichung ausdrücken:
rot0n ~ rriwn ~ —
K,
ρ - ρ
' stop CMD (1)
1
dabei bedeuten:
dabei bedeuten:
P : Die Lage des hydraulischen Stellgliedes, wenn sich das Objekt in der Soll-Lage befindet,
ν : die Betätigungsgeschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes,
tMV : die Ansprechverzögerungszeit des Magnetventils der
Ventileinheit, und
K1 : eine Konstante
In diesem Fall wird die Arbeitsgeschwindigkeit ν des hy-
draulischen Stellgliedes als der nach der Zeit differen.-zierte
Wert des ersten Signals erhalten; die Geschwindigkeit ν hängt von den Arbeitsbedingungen des hydraulischen
Stellgliedes zu jedem Zeitpunkt ab, wie beispielsweise von dem hydraulischen Druck, der öltemperatur und ähnlichen
Faktoren. Damit ergibt sich also, daß die Bestimmung der
-V-
. 40.
Lage Pstop Ausgleichung (1) solche momentanen Faktoren berücksichtigt,
welche die Betriebsbedingungen beeinflussen, wie beispielsweise der hydraulische Druck, die Öltemperatur
und ähnliche Faktoren. Deshalb wird es möglich, bei allen in der Praxis auftretenden Betriebsbedingungen das Objekt
mit extrem hoher Genauigkeit in die gewünschte Soll-Lage zu bringen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Positioniereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2 ein Flußdiagramm des Steuerprogramms, das in der Zentraleinheit (CPU) nach Figur 1 gespeichert ist.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Positioniereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Diese, allgemein
durch das Bezugszeichen 1 angedeutete Positioniereinrichtung weist einen hydraulischen Differential- bzw. Differenzzylinder
2 auf, dem unter Druck stehendes öl von einer Quelle 3 für den erforderlichen Hydraulik-Druck über eine
Ventileinheit 4 mit normalerweise geöffneten Solenoid- bzw. Magnetventilen 5 und 6 und über ein normalerweise geschlossenes
Solenoid- bzw. Magnetventil 7 zu geführt wird. Der Hydraulikzylinder 2 enthält ein Zylinderrohr 8, in dem
sich ein Differential- bzw. Stufenkolben 9 mit einer Kolbenstange 10 befindet. Die gegenüberliegenden Endbereiche
10 und 10, der Kolbenstange 10 stehen nach außen aus dem Zylinderrohr 8 vor. Der Endbereich 10, ist mit einem sehe-
el
matisch angedeuteten Objekt 11 verbunden, das durch die
Positioniereinrichtung 1 in eine bestimmte Lage gebracht werden soll, während der andere Endbereich 10, an'einen
Stellungsfühler 12 angeschlossen ist; dieser Stellungsfühler 12 erzeugt eine Positionsspannung V1, deren Pegel
ein Maß für die Lage der Kolbenstange 10 und damit für
die momentane Lage des Objektes 11 darstellt.
Der Innenraum des Zylinderrohres 8 wird durch den Kolben
in eine erste Kammer 13 und in eine zweite Kammer 14 aufgeteilt; in dem Zylinderrohr 8 sind eine erste öffnung 8
und eine zweite öffnung 8, vorgesehen, die jeweils mit den Kammern 13 bzw. 14 in Verbindung stehen. Die Oberfläche
der Stirnseite 9 des Kolbens 9, die durch den Druck in
der ersten Kammer 13 beaufschlagt wird, ist größer als die Oberfläche der anderen Stirnseite 9^ des Kolbens 9,
die durch den Druck in der zweiten Kammer 14 beaufschlagt wird, so daß der Kolben 9 in der durch den Pfeil A angedeuteten
Richtung verschoben wird, wenn gleichzeitig der hydraulische Druck von der Quelle 3 die erste und die
zweite Kammer 13 und 14 beaufschlagt.
Die erste Öffnung 8~ ist an eine Öffnung 5 des Magnetven-
a a
tils 5 angeschlossen, das außerdem eine mit einem öltank (nicht dargestellt) in Verbindung stehende Ablaß- bzw.
Entlüftungsöffnung 5, aufweist; die zweite öffnung 8, ist
an eine öffnung 7 des Magnetventils 7 angeschlossen, das
außerdem eine mit der Quelle 3 für den Hydraulikdruck in
Verbindung stehende öffnung Ί, aufweist. Das Magnetventil
6 liegt zwischen den öffnungen 8 und 8, , so daß die erste
a D
Kammer 13 mit der zweiten Kammer 14 in Verbindung tritt,
wenn sich das Magnetventil 6 im entregten (offenen) Zustand befindet.
Da der Hydraulikzylinder 2 und die Ventileinheit 4 den oben beschriebenen Aufbau haben, steht die erste Kammer
13 über das Magnetventil 5 mit der Atmosphäre und damit dem Atmosphärendruck in Verbindung; der Druck in der zweiten
Kammer 14 ist gleich dem Druck der Quelle 3, wenn nur die Erregerspulen 6 und 7 der Magnetventile 6 und 7 er-
el el
regt werden. Als Ergebnis hier von wird der Kolben 9 in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung verschoben.
Wenn alle Magnetwicklungen 5 , 6 und 7 der Magnetven-
a a a
tile 5, 6 und 7 entregt werden, nehmen die Magnetventile
O Q i CO /L\j
die normale Ventilstellung ein, so daß die Bewegung des Kolbens 9 unterbrochen und damit das Objekt 11 in der
dadurch definierten Lage gehalten wird. Wenn nur die Ma-
■*· gnetwicklungen 5 und 7 erregt werden, bewegt sich der
a a
Kolben 9 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung, da der Hydraulikdruck von der Quelle 3 über die Magnetventile
6 und 7 jeweils der ersten bzw. zweiten Kammer 13 und 14 aus den oben beschriebenen Gründen zugeführt
wird.
Der Hydraulikzylinder 2 kann also so betätigt werden, daß er das Objekt 11 in einer der beiden möglichen Richtungen
verschiebt oder das "Objekt 11 anhält, indem wahlweise
die Magnetventile 5, 6 und 7 erregt werden; auf diese Weise läßt sich das Objekt 11 in jede gewünschte Lage
bringen.
Zur Steuerung der Lage des Objektes 11 durch Betätigung der Ventileinheit 4 weist die Positioniereinrichtung 1
eine Steuerschaltung 15 auf, der digitale Daten D , die der Positionsspannung V. entsprechen, zugeführt werden.
Die Daten D1 werden erhalten, indem die Positionsspannung
V1 in entsprechende, digitale Werte umgewandelt werden;
zu diesem Zweck ist ein Analog/Digitalwandler 16 vorgesehen, der durch ein Steuersignal C1 von einer Zentraleinheit
(CPU = central processing unit) 17 in der Steuerschaltung
15 gesteuert wird.
Ein Bezugsspannungsgenerator 18 erzeugt eine Bezugsspannung V„, deren Pegel so eingestellt wird, daß er der gewünschten
oder Zielposition entspricht, in die die Kolbenstange 10 gebracht werden soll. Aus der obigen Beschreibung
ergibt sich folgendes: Weil das Objekt 11, beispielsweise durch einen Hebelmechanismus, mit dem
Endbereiclr. 10„ der Kolbenstange 10 verbunden ist, stellt
der Pegel der Bezugsspannung V2 auch ein Maß für die ge-
wünschte Lage dar, in die das Objekt 11 gebracht werden
soll. Der Bezugsspannungsgenerator 18 weist eine Quelle
19 für eine Gleichspannung sowie einen variablen Widerstand 20 auf, der parallel zu der Spannungsquelle 19 geschaltet
ist; die Bezugsspannung V„ wird von dem beweglichen
Anschluß 20 des variablen Widerstandes 20 abge-
el
leitet. Die Bezugsspannung V wird durch einen Analog/
Digitalwandler 21, der durch ein Steuersignal 1O2 von
der Zentraleinheit 17 gesteurt wird, in die entsprechende digitale Form umgewandelt, wodurch digitale Daten D2 erhalten
werden, die den Pegel der Bezugsspannung V darstellen.
Ein Signal CLK von einem Taktimpulsgenerator 22, das aus
einer Taktimpulsfolge besteht, wird der Zentraleinheit 17 zugeführt. In der Zentraleinheit 17 ist außerdem ein
Steuerprogramm gespreichert, welches die Ventileinheit 4
in der Weise ansteuert, daß das Objekt 11 exakt in die
Lage gebracht werden kann, die durch die Daten D2 vorgegeben
wird. Die Zentraleinheit 17 führt die entsprechenden,
programmierten Arbeitsgänge durch, um das Objekt 11 mittels des Hydraulikzylinders 2 exakt in die gewünschte
Lage zu bringen; dabei werden die genauen Zeitintervall-Informationen verwendet, die durch das Taktimpulsfolge-Signal
CLK dargestellt werden. Die Daten D^ und D2 werden
der Zentraleinheit 17 als Eingangsdaten zugeführt, wenn das in der Zentraleinheit 17 gespreicherte Steuerprogramm
ausgeführt wird.
Die Zentraleinheit 17 weist 3 Ausgangsleitungen, 23, 24
und 25 auf, die mit Treiberschaltungen 26, 27 und 28 verbunden sind; die Ausgangsleitungen 26 , 27 und 28
9. el 3.
dieser Treiberschaltungen 26, 27 und 28 sind jeweils an die Magnetwicklungen 5 , 6 bzw. 7 angeschlossen. Ent-
a a a
sprechend dem von der Zentraleinheit 17 berechneten Ergebnis ändern sich die Pegel der Signale auf diese Ausgangsleitungen
23, 24 und 25 selektiv zwischen einem
- ... - OO \ /LO £.KJ
- ir -
ι · 4t-
hohen Wert oder einem niedrigen Wert; jede Magnetwicklung bzw. Magnetspule kann selektiv durch die entsprechende Treiberschaltung
erregt werden, wenn der Pegel auf der entsprechenden Ausgangsleitung der Zentraleinheit 17 hoch ist.
Figur 2 zeigt ein Flußdiagramm des in der Zentraleinheit 17
gespeicherten Steuerprogramms. Nachdem die Analog/Digital-Wandler 16 und 21 durch die Steuersignale C1 und C2 in Be-
•j^g trieb gesetzt werden, um die digitalen Daten D- und D zu
erzeugen, wird die Ausführung des Steuerprogramms begonnen; zu diesem Zweck werden die digitalen Daten D1 und D- in die
Zentraleinheit 17 (Schritt 41) eingelesen und im Speicher der Zentraleinheit 17 gespeichert. Dann wird im Schritt 42 die
•j^g Differenz (D2 - D1) berechnet, um die Differenz zwischen
der momentanen bzw. Ist-Lage und der gewünschten bzw. Soll-Lage des Objektes 11 zu ermitteln; der Absolutwert für die
Differenz (D2 ~ D1) wird mit dem Absolutwert eines vorgegebenen
Wertes M verglichen, der den zulässigen Toleranzbe-
2Q reich angibt, in dem davon ausgegangen wird, daß die Ist-Lage
des Objektes 11 gleich der Soll-Lage ist (Schritt 43). Der Wert M kann beispielsweise auf - 0,07 .mm eingestellt
werden. Wenn also D„ - D1 kleiner als M ist, d. h., wenn
das bei der Diskriminierung im Schritt 43 erhaltene Ergebnis "Nein" ist, weil davon ausgegangen wird, daß die Ist-Lage
des Objektes 11 gleich der Soll-Lage ist, so wird die Ausführung des Steuerprogramms zum Schritt 41 zurückgebracht,
und zwar ohne Durchführung der Schritte für die eigentliche Positionierung. Wenn andererseits das bei der Diskriminierung
OQ im Schritt 43 erhaltene Ergebnis "Ja" ist, geht die Ausführung
des Steuerprogramms vom Schritt 44 weiter.
Im Schritt 44 wird durch einen entsprechenden Vergleich festgestellt, ob der berechnete Wert (D_ - D1) positivgg
oder negativ ist. Weil sich in diesem Fall der Pegel der Positionsspannung V1 bei der Verschiebung der Kolbenstange
10 in Richtung des Pfeils A erhöht, wenn das bei der Dis-
kriminierung im Schritt 44 erhaltene Ergebnis "Ja" ist, werden nur die Ausgangsleitungen 23 und 25 auf einen hohen
Pegel gebracht, wodurch nur die Magnetwicklungen 5 und 7
a a.
erregt werden, um das Magnetventil 5 zu schließen und die
Magnetventile 6 und 7 zu öffnen (Schritt 45). Als Ergebnis hiervon bewegt sich der Kolben 9 und dementsprechend das
Objekt 11 in Richtung des Pfeils A, um die Differenz zwischen D1 und D„ zu verringern. Wenn das bei der Diskriminierung
im Schritt 44 erhaltene Ergebnis "Nein" ist, werden nur die Ausgangsleitungen 24 und 25 auf den hohen Pegel
gebracht, so daß nur die Magnetwicklungen 6 und 7, erregt
a a
werden, um das Magnetventil 6 zu schließen und die Magnetventile
5 und 7 zu öffnen (Schritt 46). Als Ergebnis hiervon verschiebt sich der Kolben 9 in Richtung des Pfeils B,
um die Differenz zwischen D1 und D2 zu verringern.
Beim Beginn des Positioniervorgangs unter Verwendung des Hydraulikzylinders 2 wird das Steuersignal C1 in Abhängigkeit
von dem Taktimpulsfolge-Signal CLK in der Weise erzeugt, daß die Positionsspannung V1 in einem vorgegebenen
Zeitintervall At, basierend auf den Zeitintervallinformationen des Taktimpulsfolge-Signals CLK (Schritt 47) in
die entsprechende digitale Form umgewandelt wird. Als Ergebnis hiervon werden die digitalen Daten D1 in jedem Zeitintervall
At erzeugt; diese Daten werden in die Zentraleinheit 17 eingelesen„ Beim Schritt 48 wird die Arbeitsgeschwindigkeit
ν des Hydraulikzylinders 2, d. h. die Bewegung sge schwindigke it des Kolbens 9 des Hyraulikzylinders
2, leicht entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:
v= D1 (tn>
- D1 (tn-1>
. K2.... (2)
dabei bedeuten:
D1 (tn) : Der Wert für D1, der bei der Analog/Digital-Umwandlung
zum Zeitpunkt t erhalten wird
D1 ^n-I^ : Der Wert für Di' der bei der Analog/Digital-Umwandlung
zum Zeitpunkt t. (=t-At) erhalten wird.
- yi -
K2 : Eine Konstante.
Nach der Durchführung dieser Berechnung wird im Schritt die Lage P , ,an der die Betätigung des Hydraulikzylinders
2 angehalten werden sollte, damit das Objekt 11 oder der Kolben 9 in die gewünschte Lage gebracht werden können, die
durch Bezugsspannung V2 angegeben wird, auf der Basis der
Gleichung (1) und der Arbeitsgeschwindigkeit ν berechnet, die durch Verwendung von Gleichung (2) erhalten wird.
10
Der im Schritt 49 berechnete Wert X zeigt die Lage an,
S"COp
an der die Betätigung des Hydraulikzylinders 2 angehalten werden sollte; im Schritt 50 wird durch einen Vergleich
festgestellt, ob die Soll-Lage Pe ., die durch die Daten
acc D1 angegeben wird, mit der berechneten Lage P . zusammenfällt
oder nicht. Wenn das bei der Diskriminierung im Schritt 50 erhaltene Ergebnis "Nein" ist, d. h., wenn die Ist-Lage
P . des Kolbens 9 nicht die Lage PstOD erreicht hat, werden
die Schritte 47 bis 49 wiederholt ausgeführt, bis die Ist-Lage P , mit der Lage P , zusammenfällt.
3 act ^ stop
Wenn das bei der Diskriminierung im Schritt 50 erhaltene Ergebnis "Ja" ist, werden alle Magnetwicklungen entregt,
(^Schritt 51), so daß die hydraulische Betätigungskraft für
die Verschiebung des Kolbens 9 von dem Hydraulikzylinder 2 entfernt bzw. getrennt wird. Als Ergebnis hiervon beendet
der Kolben 9 nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne seine Bewegung, so daß sich das Objekt 11 in
der gewünschten Lage, also der Soll-Lage befindet.
Wie oben beschrieben wurde, kann der exakte Zeitpunkt für die Unterbrechnung der Betätigung des Hydraulikzylinders
sehr genau festgelegt werden, da die Ansprech-Charakteristik der Magentventile und des Hydraulikzylinders bei der Be-Stimmung
dieses Zeitpunktes berücksichtigt werden; außerdem wird in jedem Fall, also bei jeder Berechnung und zu jedem
-A-
Zeitpunkt, der gewünschte Zeitpunkt auf der Basis der Arbeitsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders berechnet.
Deshalb wird es möglich, das Objekt 11 mit extrem hoher Genauigkeit in die Soll-Lage zu bringen.
Die Betätigungsgeschwindigkeit ν hängt von verschiedenen Betriebsbedingungen des Hydraulikzylinders 2 ab, wie beispielsweise
vom hydraulischen Druck, der Öltemperatur, der ölviskisität und ähnlichen Größen; wenn die Steuerung des
Hydraulikzylinders 2 entsprechend den Daten P , durchgeführt
wird, die aus den Daten für die Arbeitsgeschwindigkeit ν des Hydraulikzylinders 2 erhalten werden, läßt sich
eine extrem exakte Positionierung des Hydraulikzylinders durchführen.
Die Positioniereinrichtung 1 nach der vorliegenden Erfindung kann in weitem Umfang für die Positionierung von Industrierobotern
und ähnlichen Geräten eingesetzt werden.
Da gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung die Positionierung entsprechend einer berechneten Voraussage,
basierend auf der Arbeitsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders, durchgeführt wird, kann kein Pendeln bzw. Nachlaufen
bzw. eine um den Soll-Wert pendelnde Regelung auftreten, so daß die Positionierung glatt und stoßfrei mit
hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann. Damit läßt sich die Genauigkeit der Positionierung merklich verbessern,
ohne daß eine Öffnung für die Einstellung der Arbeitsgeschwindigkeit
des Hydraulikzylinders vorgesehen werden muß; diese hohe Positioniergenauigkeit läßt sich auch bei hohen
Arbeitsgeschwindigkeiten erzielen.
Claims (6)
- Anwaltsakte 32 731Patent a η Sprüche 5( 1.'Positioniereinrichtung mit hydraulischem Stellglied für die Verschiebung eines Objektes und mit einer auf ein elektrisches Signal ansprechenden Ventileinheit zur Steuerung des hydraulischen, an das hydraulische Stellglied angelegten Drucks für die Steuerung der Bewegung des hydraulischen Stellgliedes, wobei sich die Ventileinheit zwischen dem hydraulischen Stellglied und einer Quelle für den hydraulischen Druck befindet, gekennzeichnet durcha) eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines ersten Signals, das zu jedem Zeitpunkt in einer Beziehung zu der Ist-Lage des Objektes (11) steht, weiterhin durchb) eine Einrichtung (18) zur Erzeugung eines zweiten Signals, das in einer Beziehung zu der Soll-Lage steht, in die das Objekt (11) gebracht werden soll, weiterhin durchc) eine auf das erste und das zweite Signal ansprechende Einrichtung (17) zur Erzeugung eines dritten Signals, das in einer Beziehung zu der Differenz zwischen der Ist-Lage und der Soll-Lage steht, durchd) eine auf das dritte Signal ansprechende Einrichtung zur Ansteuerung der Ventileinheit (4), um die Differenz kleiner zu machen, durche) einen auf das erste Signal ansprechenden ersten Rechner für die Erzeugung von ersten Daten, welche die Arbeitsgeschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes(2) darstellen, durchf) einen auf wenigstens die ersten Daten ansprechenden, zweiten Rechner für die Berechnung von zweiten Daten, welche die Lage darstellen, an der die Betätigung des hydraulischen Stellgliedes (2) beendet werden muß, umdas Objekt (11) in die gewünschte Lage zu bringen, und durch eine auf die zweiten Daten und das erste Signal ansprechende Einrichtung zur Betätigung der Ventileinheit (4), um die Betätigung des hydraulischen Stellgliedes (2) zu beenden, wenn das Objekt (11) die von dem zweiten Rechner ermittelte Lage tatsächlich erreicht.
- 2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steureinrichtung eine auf das erste Signal ansprechende Diskriminiereinrichtung, um festzustellen, in welcher Richtung das hydraulische Stellglied (2) betätigt werden muß, und eine Betätigungseinrichtung für die Ventileinheit (4) aufweist, um das hydraulische Stellglied (2) in der von der Diskrimiereinrichtung festgelegten Richtung zu verstellen, wodurch die Differenz zwischen der Ist-Lage und der Soll-Lage verringert wird.
- 3. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rechner als erste Daten den nach der Zeit differenzierten Wert des ersten Signals erzeugt.
- 4. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Rechner die zweiten Daten aus den ersten Daten unter Berücksichtigung der Ansprechverzogerungszeit der Magnetventile (5, 6, 7) der Ventileinheit (4) berechnet.
- 5. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Betätigungsglied ein hydraulischer Differentialzylinder (2) mit einer Zylinderröhre (8) undmit einem Differential- bzw. Stufenkolben (9) ist, der in der Zylinderröhre (8) aufgenommen wird, um den Zylinderraum der Zylinderröhre (8) in eine erste Kammer (13) und eine zweite Kammer (14) aufzuteilen, und daß die Ventileinheit (4) ein erstes Magnetventil, welches die Verbindung der ersten Kammer (13) der Atmosphäre ermöglicht, ein zweites Magnetventil (6), welches die Verbindung der ersten Kammer (13) mit der zweiten Kammer (14) ermöglicht, und ein drittes Magnetventil (7) aufweist, welches die Verbindung der zweiten Kammer (14) mit der hydraulischen Druckkammer ermöglicht. - 6. Positioniereinrichtung mit hydraulischem Stellglied für die Verschiebung eines Objektes und mit einer auf ein elektrisches Signal ansprechenden Ventileinheit zur Steuerung des hydraulischen Stellgliedes, um die Bewegung des hydraulischen Stellgliedes zu beeinflussen, wobei sich die Ventileinheit zwischen dem hydraulischen Stellglied und einer Quelle für einen hydraulischen Druck befindet, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch a) eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines ersten Signals, das zu jedem Zeitpunkt in einer Beziehung zu der Ist-Lage des Objektes (11) steht, weiterhin durch b) eine Einrichtung (18) zur Erzeugung eines zweiten Signals, das in einer Beziehung zu der Soll-Lage steht, in die das Objekt (11) angebracht werden soll, durchc) eine auf das erste und das zweite Signal ansprechende Einrichtung zur Erzeugung eines dritten Signals, das in einer Beziehung zu der Differenz zwischen der Ist-Lage und der Soll-Lage steht, durchd) eine auf das dritte Signal ansprechende Diskriminiereinrichtung zur Feststellung, ob die Differenz kleiner als ein vorgegebener Wert ist oder nicht, durche) eine auf das dritte Signal und das bei der Feststellung erhaltene Ergebnis der Diskriminiereinrichtungansprechende Steuereinrichtung für die Steuerung der Ventileinheit (4) in der Weise, daß das hydraulische Stellglied (2) betätigt wird, um die Differenz zu verringern, wenn die Differenz nicht kleiner als ein vorgegebener Wert ist, durchf) einen ersten auf das erste Signal ansprechenden Rechner zur Erzeugung von ersten Daten, welche die Betätigungsgeschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes (2) angeben, durchg) einen auf die ersten Daten und die Ansprechverzögerungszeit der Magnetventile (5, 6, 7) der Ventileinheit (4) ansprechenden Rechner für die Berechnung von zweiten Daten, welche die Lage angeben, in der die Betätigung des hydraulischen Stellgliedes (2) unterbrochen werden muß, um das Objekt (11) in die Soll-Lage zu bringen, und durchh) eine auf die zweiten Daten und das erste Signal ansprechende Einrichtung zur Betätigung der Ventileinheit (4), um die Betätigung des hydraulischen Stellgliedes (2) zu beenden, wenn das Objekt (11) tatsächlich die von dem zweiten Rechner berechnete Lage erreicht hat.
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