DE3419725A1

DE3419725A1 - Verfahren zum regeln einer hydraulischen vorrichtung

Info

Publication number: DE3419725A1
Application number: DE19843419725
Authority: DE
Inventors: Hideo Mishima Shizuoka Banzai; Goh Ikeda; Nobukatsu Numazu Shizuoka Omura
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1983-05-26
Filing date: 1984-05-26
Publication date: 1984-11-29
Also published as: JPS59218505A; US4629954A

Description

TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan Verfahren zum Regeln einer hydraulischen Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer hydraulischen Vorrichtung und betrifft insbesondere ein Verfahren für hydraulische Vorrichtungen mit geschlossenem Regelkreis.

Üblicherweise wird die Regelung in einem geschlossenen Regelkreis einer hydraulischen Vorrichtung durch ein Verfahren ausgeführt, das als Verfahrensschritte die Feststellung einer Geschwindigkeit und/oder eines Druckes einer Betätigungsvorrichtung, die in einer hydraulisehen Zylindervorrichtung angeordnet ist, durch einen Detektor vorsieht, weiterhin den Vergleich des so festgestellten Werts mit einem zuvor ermittelten Sollwert der Geschwindigkeit und/oder des Drucks vorsieht und die Regelung eines Eingangsstroms für eine Antriebsvorrichtung wie ein Servoventil einschließt, welche den Antrieb der Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Vergleichswert, d.h. in Abhängigkeit vom Differenzwert zwischen festgestelltem Istwert und Sollwert, regelt. Entsprechend diesem Verfahren zur Rege- lung in geschlossenem Regelkreis, wie es in FIG. 1 gezeigt ist, beträgt das Verhältnis zwischen festgestelltem Istwert und Sollwert, der zuvor festgesetzt wurde, 1:1 (d.h. wird linear durch die Gleichung Y «= X, Linie 1, ausgedrückt). Diese Tatsache bedeutet, daß die Betätigungsvorrichtung wiederholt mit den gleichen Betriebsbedingungen betrieben werden kann.

Neben der Möglichkeit, die hydraulische Vorrichtung

durch das oben beschriebene Verfahren mit geschlossenem Regelkreis zu regeln, kann diese Vorrichtung ebenso mit einer rückführungsfreien Steuerung betrieben werden, in

der ein zuvor festgesetzter Sollwert, der die Geschwindigkeit und/oder den Druck der Betätigungsvorrichtung berücksichtigt, auf eine Antriebsvorrichtung, wie ein Servoventil oder ein Proportionalventil, wirkt, um auf diese Weise einen Eingangsstrom für die Antriebsvorrichtung zu steuern. Die rückführungsfreie Steuerung ist jedoch allgemein stark von äußeren Störeinflüssen abhängig, wie von der Temperatur, dem Belastungsdruck und ähnlichen Größen, die den Antrieb der Betätigungsvorrichtung beeinflussen. Hierzu ist das Verhältnis zwischen dem Sollwert und dem festgestellten Istwert, der die Geschwindigkeit und/oder den Druck der Betätigungsvorrichtung berücksichtigt, durch die in FIG. 1 gezeigte Kurve 2 wiedergegeben. Bei einer rückführungsfreien Steuerung bereitet es wegen der äußeren Störeinflüsse außerdem Schwierigkeiten, die Betriebsbedingungen, auch wenn diese einmal festgesetzt waren, aufrechtzuerhalten.

Dieses Betriebsverhalten oder die oben beschriebene Erscheinung wird im folgenden mit Bezug auf die FIG. 2 näher beschrieben, in der die Beziehungen zwischen geschlossenem Regelkreis und rückführungsfreier Steuerung gezeigt sind, d.h. die entsprechenden Verhältnisse zwischen einem Sollwert A und einem Wert B, der die einem Ventil oder Servoventil einer hydraulischen Vorrichtung zuzuführende Elektrizitätsmenge betrifft, und zwischen dem Wert B und einem Wert C, der den Öffnungsgrad des Ventils betrifft, und zwischen dem Öffnungsgrad C und einem effektiven Wert, einem Istwert D.

Bei rückführungsfreier Steuerung verhält sich ein Wert b, der die Elektrizitätsmenge betrifft, zu einem Sollwert a (d.h. zu einem festgesetzten Wert) wie 1:1, was durch die Gleichung B=A... (11) ausgedrückt

wird und in FIG. 2 gezeigt ist. Der Wert b und ein Wert c, der den Öffnungsgrad des Ventils betrifft, haben ebenfalls das Verhältnis 1:1, was durch die Gleichung C=B... (12) ausgedrückt wird.

Dagegen nimmt das Verhältnis zwischen dem Wert c und einem Istwert d nicht den Wert 1:1 an, wegen äußerer Störeinflüsse wie Belastungsdruck, Temperatur oder ähnlichen Größen, die die Betätigungsvorrichtung beeinflussen, und dieses Verhältnis wird durch eine nichtlineare Punktion f(x), d.h. durch die Gleichung D = f(c) ... (13) ausgedrückt, die durch das in der hydraulischen Vorrichtung benutzte Ventil vorbestimmt wird. Entsprechend der Beziehung A = B « C wird der Istwert D im Hinblick auf die Beziehung zwischen den Werten A und B durch folgende Gleichung (14) wiedergegeben

B - f(a) ... (14). Aus diesem Grund nimmt der Istwert bei rückführungsfreier Steuerung bezüglich dem Sollwert a nicht den Wert d an, sondern den Wert d¹ *= f(c) = f(a).

Demgegenüber betragen bei geschlossenem Regelkreis die Verhältnisse zwischen dem Sollwert A und dem die Elektrizitätsmenge betreffenden Wert B, zwischen dem Wert B und dem den Öffnungsgrad des Ventils betreffenden Wert C und zwischen dem Wert C und dem Sollwert D sämtlich 1:1, wie durch die Linien 11, 12 und 13» in FIG. 2 gezeigt ist, so daß der Istwert bezüglich dem Sollwert a einen Wert d hat.

Im folgenden werden die Mängel und Schwierigkeiten des geschlossenen Regelkreises aufgeführt, die im Gegensatz zu seiner einfachen Betriebsweise entsprechend den oben erwähnten Gründen auftreten.

a) Wenn zwei hydraulische Vorrichtungen oder Naschinen, in denen ein geschlossener Regelkreis und eine rückführungsfreie Steuerung vorgesehen sind, die gleiche Regel- bzw. Steuerfähigkeit erzielen, sind die Betriebsbedingungen der Vorrichtungen oder Maschinen trotz der gleichen Regel- bzw. Steuerfähigkeit verschieden. Mit anderen Worten ist der im geschlossenen Regelkreis festgestellte Wert y, wie aus den FIG. 1 und 2 ersichtlich ist, um einen Wert Ay größer als der Wert der rückführungsfreien Steuerung und zwar in bezug auf den gemeinsamen Sollwert χ beider Vorrichtungen. Diese Tatsache bedeutet, daß im geschlossenen Regelkreis einer hydraulischen Vorrichtung Geschwindigkeit und Druck mit größeren Werten angezeigt werden als die Geschwindigkeit und der Druck bei rückführungsfreier Steuerung, so daß auch dann, wenn die Sollwerte für die hydraulischen Vorrichtungen oder Maschinen mit geschlossenem Regelkreis und rückführungsfreier Steuerung zuvor auf denselben Wert festgesetzt wurden, die festgestellte Geschwindigkeit und der festgestellte Druck in den beiden hydraulischen Maschinen underschiedlich sind, so daß die Regelung oder Handhabung der Maschine ein umständliches Verfahren erfordert.

b) Bei Betrachtung der Auflösungsvermögen der Regelung bzw. der Steuerung wird aus FIG. 1, in der der Spllwert X₁ auf einen Wert X₂ (x^ < X₂) erhöht ist, ersichtlich, daß die rückführungsfreie Steuerung in einem Bereich geringer Geschwindigkeit der hydraulischer Vorrichtung dem geschlossenen Regelkreis überlegen ist, da die gezeigte Änderung im Auflösungsvermögen bei rückführungsfreier Steuerung ^\ V₁ beträgt und geringer ist als die entsprechende Änderung ^y₂ i» geschlossenes Regelkreis. Wenn man das Auflösungsvermögen des geschlossenen Regelkreises dem der rückführungsfreien

Steuerung angleichen will, ist es daher erforderlich, den Sollwert im geschlossenen Regelkreis in feinen Schritten zu unterteilen, um im großen und ganzen das gleiche Auflösungsvermögen wie bei der rückführungsfreien Steuerung zu erzielen.

c) Da bei einer hydraulischen Maschine mit geschlossenem Regelkreis die Regelung im Bereich geringer Geschwindigkeit beträchtliche Schwierigkeiten bereitet, eignet sich das Verfahren mit geschlossenem Regelkreis im allgemeinen nicht zum Gießen eines Produkts relativ großer Dicke, welches eine geringe Gießgeschwindigkeits-Regelung erfordert, z.B. für die Linsenproduktion mit einer Spritzgießmaschine.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Mängel bezüglich des geschlossenen Regelkreises hydraulischer Vorrichtungen bekannter Art zu vermeiden und ein verbessertes Verfahren mit geschlossenem Regelkreis für hydraulische Vorrichtungen anzugeben, bei dem der Istwert im geschlossenen Regelkreis mit dem bei rückführungsfreier Steuerung übereinstimmt, wenn der Sollwert der Regelung bzw. Steuerung für den geschlossenen Regelkreis und die rückführungsfreie Steuerung derselbe ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

' Das erfindungsgemäße Verfahren mit geschlossenem Regelkreis für hydraulische Vorrichtungen sieht folgende Verfahrensschritte vor: das Feststellen von Geschwindigkeit, Druck und ähnlichen Eigenschaften einer Betätigungsvorrichtung der hydraulischen Vorrichtung, den Vergleich dieses festgestellten Werts mit einem zuvor festgesetzten Sollwert, der die Geschwindigkeit, den Druck

und ähnliche Eigenschaften der Betätigungsvorrichtung berücksichtigt, und die Benutzung eines bei diesem Vergleichsschritt erhaltenen Differenzwerts, um auf eine Antriebsvorrichtung zur Regelung der Betätigungsvorrichtung einzuwirken, wobei ein Eingangsstrom der Antriebsvorrichtung geregelt wird. Dieses Regelverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten einer nichtlinearen Funktion D « f (A) zwischen einem Sollwert A und einem Istwert D, der die Geschwindigkeit, den Druck und ähnliche Eigenschaften der Betätigungsvorrichtung in einer rückführungsfreien Steuerung betrifft, ein Wert, der die dem Ventil der Antriebsvorrichtung zuzuführende Elektrizitätsmenge betrifft, als nichtlineare Funktion f (A) in bezug auf den Sollwert ausgeführt und ausgegeben wird, so daß eine nichtlineare Funktion D¹ = f (A) zwischen dem Istwert D¹ und dem Sollwert A in dem geschlossenen Regelkreis festgesetzt ist.

Entsprechend dieser Erfindung kann ein Istwert eines geschlossenen Regelkreises einer hydraulischen Vorrichtung mit dem Istwert einer rückführungsfreien Steuerung übereinstimmen, wenn der Sollwert, der Geschwindigkeit, Druck und andere Eigenschaften der Betätigungsvorrichtung berücksichtigt, in beiden Verfahren übereinstimmt, so daß die Nachteile und Schwierigkeiten bekannter Regelkreis- und Steuerverfahren ausgeräumt werden können und auch im geschlossenen Regelkreis im Bereich geringer Geschwindigkeiten der hydraulischen Vorrichtung ein gutes Auflosungsvermögen erzielt werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der FIG. bis 4 näher erläutert. Dabei zeigen:

F I G . 1 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen einem Sollwert und einem festgestellten Istwert in einem geschlossenen Regelkreis und in einer rückführungsfreien Steuerung einer hydraulischen Vorrichtung,

F I G . 2 eine grafische Darstellung, die ebenfalls die Beziehungen zwischen dem Sollwert und einem Wert zeigt, der die einem Ventil zuzuführende Elektrizitätsmenge betrifft, und die Beziehung zwischen dem Wert der Elektrizitätsmenge und einem Wert, der den Öffnungsgrad des Ventils betrifft, zeigt und die Beziehung zwischen dem den Öffnungsgrad des Ventils betreffenden Wert und einem Istwert des geschlossenen Regelkreises und entsprechend der rückführungsfreien Steuerung zeigt,

F I G . 3 ein Blockschaltbild einer Betätigungsschaltung zur Durchführung eines Verfahrens dieser Erfindung mit einem geschlossenen Regelkreis, und

F I G . 4 ein Beispiel der Regelung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit geschlossenem Regelkreis.

Einleitend soll festgestellt werden, daß eine Einstellvorrichtung in der Regelkreisvorrichtung zur Ausführung des hier angegebenen Verfahrens verschiedene Werte verarbeitet, die z.B. die dem Ventil in der hydraulisehen Vorrichtung zuzuführende Elektrizitätsmenge oder den Öffnungsgrad des Ventils betreffen, wobei diese Werte nicht als Absolutwerte mit entsprechenden Einheiten angegeben werden sollen, sondern in Prozent von einem Maximalwert, der 100% entspricht.

FIG. 3 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Ausfiihrungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens wiedergibt. Diese Vorrichtung sieht eine Einstellvorrichtung 21 für einen Sollwert vor, die eine Speichervorrichtung 22 und eine Betätigungsschaltung 23 enthält. Die Speichervorrichtung 22 besteht aus einem Speicher 22a zur Speicherung des Sollwerts und einen Funktionsumformer 22b, der die nichtlineare Eigenfunktion f (x) einstellt, die die Kenndaten eines Ventils, wie eines Proportionalventils oder Servoventils, der hydraulischen Vorrichtung berücksichtigt. Die Betätigungsschaltung 23 dient dazu, eine Funktion f(A), die die dem Ventil zuzuführende Elektrizitätsmenge berücksichtigt, aus dem im Speicher 22a gespeicherten Sollwert A und der nichtlinearen Eigenfunktion f (x) des Funktionsumformers 22b zu berechnen. Ein Komparator 25 ist betriebsfähig über einen Digital/Analogümsetzer 24 mit der Sollwert-Einstellvorrichtung 21 verbunden und ist, wie in FIG. 2 gezeigt ist, so geschaltet, daß er den ermittelten, ausgegebenen Wert ν der Elektrizitätsmenge aus der Sollwert-Einstellvorrichtung 21 mit einem ermittelten Wert v¹ vergleicht, der aus einem Betrag physikalischer Größen, wie Geschwindigkeit, Druck und ähnlicher Größen, die von einem Detektor 26 festgestellt werden, umgesetzt ist. Den Wert v¹ erhält man in einem Umsetzer 28 durch Umsetzung des im Detektor 26 aufgenommenen physikalischen Betrags v" auf den Betrag des von der Einstellvorrichtung 21 ausgegebenen Werts v. Der Ausgangswert Δ ν (d.h.

ν - ν¹) des Komparators 25 wird durch einen Regler in einen Strom i umgeformt, der dazu dient, eine Spule 27 des Ventils durch eine Antriebseinrichtung 30 anzutreiben.

Entsprechend der oben beschriebenen Regelvorrichtung wird der Ausgangswert v, der den Sollwert des

geschlossenen Regelkreises angibt, zuvor auf einen Wert umgesetzt, der dem Wert aus der rückführungsfreien Steuerung entspricht, um so den Istwert des geschlossenen Regelkreises mit dem bei rückführungsfreier Steuerung auftretenden Wert in Übereinstimmung zu bringen, damit so die Mängel in geschlossenen Regelkreisen, die in diesem Bereich in der üblichen Technik auftreten, zu beseitigen und um so die Vorteile der Betriebseigenschaften der rückführungsfreien Steuerung zusätzlich zu denen des geschlossenen Regelkreises zu erzielen.

Alternativ zu diesem Ausführungsbeispiel kann eine Sollwert-Einstellvorrichtung und ein Funktionsgenerator anstelle der Speichervorrichtung und des Analog/Digital-Umsetzers für die Erzeugung eines Ausgangssignals benutzt werden, das die Betriebsdaten wie Geschwindigkeit und Druck einer hydraulischen Vorrichtung berücksichtigt.

FIG. 4 zeigt ein Beispiel der Regelung entsprechend dem Verfahren mit geschlossenem Regelkreis, bei dem eine Beziehung zwischen einem festgesetzten Wert (%) und einem Ausgangswert {%) einer Einstellvorrichtung wie eines digitalen Umschalters in verschiednen Funktionen mit Kurvenverläufen L, M und N dargestellt ist. Durch Einstellen der Betriebsbedingung, die die Kurve L bewirkt, wird in einem Bereich geringer Strömungsrate, um die Betätigungsvorrichtung mit geringer Geschwindigkeit zu bewegen, ein verbessertes Auflösungsvermögen erzielt. Ebenso erhält man durch Einstellen der Betriebsbedingungen, die die Kurven M und N zur Folge haben, ein verbessertes Auflösungsvermögen entsprechend in Bereichen mittlerer und hoher Strömungsrate. Die Beziehungen, die die Funktionen L, M und N berücksichtigen, können zweckmäßigerweiee durch Umschaltvorrichtungen in der Betätigungsschaltung 23 ausgewählt werden,

um so das Auflösungsvermögen in Bereichen hoher, geringer und Mittlerer Flußrate bei Benutzung einer Einstellvorrichtung zu verbessern. Die Auswahl mit Hilfe der Umschaltvorrichtung kann sowohl manuell als auch automatisch erfolgen.

Claims

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TOSHIBA KIKAI KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan

Patentansprüche

/iJ Verfahren zum Regeln einer hydraulischen Vorrichtung, das als Verfahrensschritte vorsieht: das Feststellen von Geschwindigkeit, Druck und anderer Eigenschaften einer Betätigungsvorrichtung der hydraulischen Vorrichtung, den Vergleich dieses festgestellten Werts mit einem zuvor festgesetzten Sollwert, der die Geschwindigkeit, den Druck und die ähnlichen Eigenschaften der Betätigungsvorrichtung berücksichtigt, und die Benutzung eines bei diesem Vergleichsschritt erhaltenen Differenzwerts zum Einwirken auf eine Antriebsvorrichtung zur Regelung der Betätigungsvorrichtung, um auf diese Weise einen Eingangsstrom für die Antriebsvorrichtung zu regeln,

dadurch gekennzeichnet, daß bei Festsetzung einer nichtlinearen Funktion D = f (A) zwischen einem Sollwert A und einem Istwert D, der die Geschwindigkeit, den Druck und ähnliche Eigenschaften der Betätigungsvorrichtung in einer rückführungsfreien Steuerung berücksichtigt, ein Wert, der dem Ventil der Antriebsvorrichtung zuzuführenden Elektrizitätsmenge entspricht, erstellt und als nichtlineare Funktion f(A) für den Sollwert A abgegeben wird, so daß eine nichtlineare Funktion D¹ = f (A) zwischen einem Istwert D^f und dem Sollwert A in dem geschlossenen Regelkreis festgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der nichtlinearen Funktion f (A) durch eine Betätigungsschaltung (23) sowie eine Speichervorrichtung (22), und einen Digital/Analog-Umsetzer (24) erfolgt.