DE3430288C2

DE3430288C2 - Verfahren für eine aktive Kompensationsregelung einer beliebigen Anzahl parallel betriebener Zylinder zur Erreichung synchroner Bewegungen

Info

Publication number: DE3430288C2
Application number: DE19843430288
Authority: DE
Inventors: Raymond Dr. 3400 Göttingen Freymann; Horst 3401 Gleichen Stange
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1986-07-17
Also published as: DE3430288A1

Abstract

Ein Verfahren zur Regelung einer beliebigen Anzahl parallel betriebener Zylinder zur Erreichung synchroner Bewegungen sieht vor, daß ein Sollwert w jedem Zylinder über einen Regelkreis mit Übertragungsfunktion Gi und Rückführung Hi zugeleitet wird. Einer der Regelkreise wird als Führungskreis benutzt. Zur Regelung der Zylinder untereinander wird die Differenz zwischen Istwert des Führungskreises und Istwert des jeweiligen anderen Regelkreises rückgeführt und dem Eingang des jeweils anderen Regelkreises zusammen mit dem Sollwert zugeführt.

Description

stehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zur analogen Regelung eine Übertragungsfunktion (G,*) zur passiven Kompensation in den Vorwärtskreis der jeweils anderen Regelkreise eingeführt wird, wobei die Übertragungsfunktion CiK der Formel

_G _ Gf

*... ^G>.
entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Differenzbildung die Rückführung der jeweiligen Istwert-Differenz über einen Block Ko mit rein proportionalem Verhalten und hohem Verstärkungsfaktor erfolgt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für eine aktive Kompensationsregelung einer beliebigen Anzahl parallel betriebener Zylinder zur Erreichung synchroner Bewegungen mit den im Oberbegriff des Anspruchs aufgeführten Schritten. Die Zylinder können sowohl hydraulisch als auch pneumatisch betrieben werden, also durch ein Fluid gleich welcher Art. Die Erfindung ermöglicht es, in einem weiten, jeweils ausgewählten Frequenzbereich eine amplituden- und phasenmäßige Synchronisierung mehrerer, gleichzeitig eingesetzter bzw. betriebener Zylinder zu erreichen. Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn die Zylinder pulsierend betrieben werden, wie dies beispielsweise an einem Rütteltisch der Fall sein kann.

Ein Verfahren für eine aktive Kompensationsregelung der eingangs beschriebenen Art ist aus der DE-PS 22 21 964 bekannt Dabei wird nicht nur ein Sollwert jedem Zylinder über einen Regelkreis mit Übertragungsfunktion und Rückführung zugeleitet, sondern es wird ein zusätzlicher Istwert, nämlich eine zusätzliche Zustandsgröße, über ein Kompensationsnetzwerk als Korrekturgröße rückgeführi. Als Zustandsgröße werden Drücke benutzt Dies führt dazu, daß dre Svnchronisierung verbessert wird, insbesondere für den Fall steifer Strukturen, wie dies z. B. für einen Rütteltisch typisch ist Bei flexiblen Strukturen, wie sie beispielsweise bei der Untersuchung elastischer Flugmodelle im Windkanal vorliegen, ist die Wirkung der Synchronisierung gering. Außerdem muß zur Realisierung des dort beschriebenen Verfahren ein erheblicher Aufwand betrieben werden. Bei dem bekannten Verfahren werden zusätzliche Regelschleifen eingesetzt zur Kompensation der unterschiedlichen Übertragungsfunktionen der verschiedenen hydraulischen Zylinder-Regel kreise.

Aus der DE-OS 29 04 406 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Koordination von Bewegungsgeschwindigkeiten bekannt, bei dem zur Sollwertkorrektur jedoch nicht eine Istwert-Differenz verschiedener Wege, sondern ein Verhältnis von Bewegungsgeschwindigkeiten benutzt wird. Die DE-OS 31 27 910 beschäftigt sich nicht mit der Problematik der Erreichung synchroner Bewegungen mehrerer parallel betriebener Zylinder, sondern behandelt lediglich die Optimierung des Übertragungsverhaltens eines einzelnen Zylinders. Dabei werden nicht aur der Istwert, sondern auch andere Zustandsgrößen des Zylinders zur Korrektur des Sollwerts zurückgeführt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren für eine aktive Kompensationsregelung eine Verbesserung der Synchronisation in der Regelung der einzelnen Kreise zueinander zu erreichen, damit die Synchronisierung ohne menschlichen Eingriff gleichsam automatisch abläuft

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß einer der Regelkreise als Führungskrds benutzt wird, daß die Differenz zwischen Istwert des Führungskreises und Istwert des jeweils anderen Regelkreises als Korrekturgröße für den jeweiligen anderen Regelkreis rückge- führt und dem Eingang des jeweils anderen Regelkreises zusammen mit dem Sollwert zugeführt wird, und daß der Istwert jedes anderen Kreises jeweils mit einer Übertragungsfunktion zurückgeführt wird, bevor die Differenzbildung stattfindet. Damit wird mit geringem Aufwand eine höchst wirksame, aktive Synchronisierung des Bewegungsablaufs der Zylinder untereinander erreicht.

Insbesondere zur digitalen Regelung kann der Istwert des Führungskreises mit einer ersten Übertragungsfunktion einerseits und der Istwert jedes anderen Kreises andererseits jeweils mit einer weiteren Übertragungsfunktion zurückgeführt werden, wobei die beiden Übertragungsfunktionen in folgendem Zusammenhang

K_Fj K₁

G₁

stehen.

Insbesondere zur analogen Regelung kann eine Übertragungsfunktion zur passiven Kompensation in den Vorwärtskreis der jeweils anderen Regelkreise ein-

geführt werden, wobei die Übertragungsfunktion der Formel

G - ^G"

entspricht

Nach der Differenzbildung kann die Rückführung der jeweiligen Istweri-Differenz über einen Block mit rein proportionalem Verhalten und hohem Verstärkungsfaktor erfolgen. Dies ist insbesondere für die analoge Regelurirg wichtig.

Die Erfindung wird im Gegensatz zum Stand der Technik weiter beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Rütteltischs, angetrieben durch 4 Zylinder,

F i g. 2 das Blockschaltbild des zugehörigen Antriebes mit nicht synchronisierter Schaltung (Stand der Technik),

Fig.3 das Blockschaltbild mit passiver Kompensation der Regelkreise (Stand der Technik),

F i g. 4 das Blockschaltbild der aktiven Synchronisierung der Reglkreise bei insbesondere digitaler Regelung,

Fig.5 das Blockschaltbild zur aktiven Synchronisierung der Regelkreise bei insbesondere analoger Regelung,

F i g. 6 ein Schaubild zur Darstellung des Reglverhaltens nach der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik, und

F i g. 7 ein Blockschaltbild der Notabschaltung.

In Fi g. 1 sind vier Zylinder 1, 2, 3, 4 dargestellt, die parallel zueinander an einem Rütteltisch 5 angreifen, der beispielsweise bei dynamischen Untersuchungen an Raumfahrtstrukturen, insbesondere Satelliten, eingesetzt wird.

Für die Übertragungsfunktion F-, eines beliebigen, in Fig.2 dargestellten Zylinder-Regelkreises kann geschrieben werden:

rungs-Regelkreis erklärt, hier gekennzeichnet durch den Index F. Alle restlichen Regelkreise werden dann, wie in F i g. 3 dargestellt durch Einfügung der Übertragungsfunktionen G,k auf den Führungs-Regelkreis manuell abgestimmt Dabei muß gelten:

Gf=G₁-G* (/=2,3,4)

Es wurde hier vorausgesetzt daß das Übertragungsverhalten der Rückführungen der verschiedenen Regelkreise identisch ist (Wi= Hq), was in der Praxis auch ohne Schwierigkeiten realisiert werden kann.

Die aktive Synchronisierung der Zylinder-Regelkreise durch Rückführung der Regelkreis-Istwerte x, ist in F i g. 4 dargestellt Durch Einführung der Rückführungen Kf, und K, mit Kr, als Übertragungsfunktion der Rückführung des Istwertes, Xf vom Führungs-Regelkreis zum Sollwert-Eingang des /-ten Folgezylinder-Regelkreises und

ki als Übertragungsfunktion der Rückführung des Istwertes

χ, vom Alen Folge-Regelkreis zum Soli'vert-Eingang desselben Regelkreises
mit einem Übertragungsverhalten entsprechend

tr ^F — " /

~^Ki=~GF~G~

wird die aktive Kompensation und Synchronisierung zwischen allen Zylinder-Regelkreisen realisiert

Zusätzlich kann — dem Stand der Technik entsprechend — durch Einführung der ebenfalls in F i g. 4 dargestellten Kompensationsschaltung G mit

(k = Konstante)

/
w ' 1+G₁H₁

(hier/= 1,2,3,4)

mit G-, als der Übertragungsfunktion des »Vorwärtszweiges«, der einen PID-Regler, ein Servoventil und einen der Zylinder 1,2,3,4 enthält, und //,als der Übertragungsfunktion der Rückführung, welches ein Sensor-Verstärker-System beinhaltet.

Es muß bei diesem Stand der Technik davon ausgegangen werden, daß auch bei (dynamischer) Ansteuerung der verschiedenen Zylinderregelkreise durch den gleichen Sollwert w sich an den verschiedenen Zylindern 1, 2, 3, 4 jeweils unterschiedliche Auslenkungen (Amplituden) x, einstellen. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, daß auch »baugleiche« Zylinder infolge unterschiedlicher Last und nicht vermeidbarer Fertigui^siingenmiigkeitcM - insbesondere im Hinblick auf «.Ins Servoventil — ein unlersehiedliche.s Übertragungsverhalten aufweisen.

Durch Einführung einer elektronischen Schaltung im Vorwärtszweig des Regelkreises (vgl. F i g. 3) ist es im Stand der Technik bekannt, eine passive Kompensation des Übertragungsverhaltens der verschiedenen Regelkreise zu erreichen. Dabei wird ein Regelkreis zum Fühdas übertragungsverhalten aller Zylinder in einem gegebenen Frequenzbereich erheblich verbessert werden. Die in F i g. 4 dargestellte aktive Synchronisierungsschaltung ist gut geeignet für den Fall, daß die Synchronisierungsregelung in digitaler Form realisiert wird. Für den Fall der analogen aktiven Synchronisierung ist jedoch das in F i g. 5 dargestellte Blockschaltbild einfacher zu verwirklichen. Folgende Elemente sind zusätzlich eingeführt:

Die passive Synchronisierung der verschiedenen Zylinder mit dem Führungszylinder durch Einführung der Kompensationsnetzwerke Gn₁, wobei jeweils gelten muß:

55 Gf (/=2,3,4)

Die Verbesserung des Übertragungsverhaltens aller Zylinder-Regelkreise in einem gegebenen Frequenzbereich durch Einfügen der Kompensationsschaltung G, wobei gilt:

65 (k = Konstante)

Die aktive Synchronisierung zwischen dem Führungszylinder und den Folgezylindern kann durch Rückführung der jeweiligen Istwertdifferenz über einen Block K₀ mit einem rein proportionalen Verhalten und hohem Verstärkungsfaktor erreicht werden. Durch diese Schaltung soll erreicht werden, daß im gesamten Frequenzbereich gilt:

Xi/xF—\

= pv,—?>*_f —»0° (/' = 2,3,4)

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

10

In F i g. 6 ist für ein Zylinderpaar beispielhaft dargestellt, welch enorme Verbesserungen in der Synchronisierung der beiden Zylinder durch die Istwertrückführung erzielt werden können.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß die aktive Synchronisierungsschaltung, insbesondere beim Ausfall von Sensoren, die Stabilität der Regelkreise in negativer Weise beeinflussen kann. Um die Betriebssicherheit der AnIaEe zu gewährleisten, ist es empfehlenswert; wie in Fig.Is dargestellt, die elektrischen Signale in den verschiedenen Synchronisierungsrückführungen mit dem Wegsignal des Führungszylinders in einem Komparator zu vergleichen. Der Alarm-Code der Anlage (z. B. Notabschaltung) soll dann ausgelöst werden, wenn der Betrag des Signals in einer der Synchronisierungsrückfüh- rungen den Betrag des mit dem Weg proportionalen Signals in der Führungszylinder-Regelschleife überschreitet.

30

45

50

55

60

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren für eine aktive Kompensationsregelung einer beliebigen Anzahl parallel betriebener Zylinder zur Erreichung synchroner Bewegungen, wobei ein Sollwert jedem Zylinder über einen Regelkreis mit Übertragungsfunktion und Rückführung zugeleitet und zur Regelung der Zylinder untereinander zusätzlich ein Istwert über ein Kompensationsnetzwerk als Korrekturgröße rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Regelkreise als Führungskreis benutzt wird, daß die Differenz zwischen Istwert des Führungskreises und Istwert des jeweils anderen Regelkreises als Korrekturgröße für den jeweiligen anderen Regelkreis rückgeführt und dem Eingang des jeweils anderen Regelkreises zusammen mit dem Sollwert zugeführt wird, und daß der Istwert jedes anderen Kreises jeweils mit einer Übertragungsfunktion zurückgeführ« wird, bevor die Differenzbildung stattfindet.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zur digitalen Regelung der Istwert des Führungskreises mit einer ersten Übertragungsfunktion (Kn) einerseits und der Istwert jedes anderen Kreises ,andererseits mit einer weiteren Übertragungsfunktion (K₁) zurückgeführt werden, wobei die beiden Übertragungsfunktionen in folgendem Zusammenhang