DE3624328A1

DE3624328A1 - Verfahren und vorrichtung zur synchronen steuerung von servoventilen fuer servostellzylinder, insbesondere bei hydropulsmaschinen

Info

Publication number: DE3624328A1
Application number: DE19863624328
Authority: DE
Inventors: Raymond Dr Ing Dr Freymann; Joerg Berold
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1988-01-28
Also published as: DE3624328C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Servoventilen für Servostellzylinder, insbesondere bei Hydropulsmaschinen.

Hydropulsmaschinen werden für die verschiedensten Testzwecke verwendet. Sie sind dazu mit hydraulischen Stellzylindern ausgestattet, welche über elektrohydraulische Servoventile angesteuert werden. Nachteilig ist, daß der Anwendungsbereich solcher Hydropulsmaschinen wegen des begrenzten Ventildurchflusses bei höheren Frequenzen auf geringe Hübe beschränkt ist. Die Ursache hierfür liegt in den Servoventilen, die dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend dimensioniert sein müssen. Um große Durchflüsse zu ermöglichen sind diese Ventile entsprechend groß auszubilden, was jedoch zur Folge hat, daß infolge der relativ großen Massen erhebliche Trägheitskräfte auftreten, die den Frequenzbereich einschränken und die Verwendung höherer Frequenzen unmöglich machen.

Zur Abhilfe wurde bereits vorgeschlagen mehrere kleine Ventile parallel zu schalten, so daß einerseits hohe Durchflüsse und andererseits infolge der geringen Massenkräfte hohe Frequenzen möglich sind.

Ein solcher Parallelbetrieb von Ventilen ist jedoch ebenfalls mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Damit sich die Durchflüsse der einzelnen Ventile zu einem Gesamtdurchfluß addieren, ist ein synchroner Betrieb der Ventile nach Amplitude und Phase erforderlich. Ist dies nicht der Fall treten zwischen den Ventilen Leckagen ein, welche Hydrauliköl verschlingen, welches dann dem Zylinder nicht mehr zugeführt wird. Die Leckageverluste zwischen den Ventilen können bei fehlender Abstimmung so groß sein, daß der dem Hydraulikzylinder tatsächlich zugeführte Ölstrom kleiner ist als es bei einer Ansteuerung des Zylinders über ein einzelnes Ventil der Fall wäre.

Die Ventile müssen in ihrem statischen und dynamischen Verhalten aufeinander abgestimmt sein. Dies ist außerordentlich schwierig zu bewerkstelligen, da bekanntlich gleichartige Ventile, auch wenn sie aus gleicher Fertigung stammen, sich sowohl in ihrem statischen als auch dynamischen Verhalten erheblich voneinander unterscheiden. Näherungsweise gleichartige, d. h. aufeinander abgestimmte Ventile sind daher aus einer größeren Serie einzeln auszuwählen. Dies ist außerordentlich kostspielig und hat außerdem zur Folge, daß eine spätere Reparatur eines einzelnen Ventiles ausgeschlossen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, Servostellzylinder mit großen Hüben auch bei hohen Frequenzen betreiben zu können, wobei mehrere Ventile parallel geschaltet sind, wobei sichergestellt ist, daß diese vollständig synchronisiert sind und zwar auch dann, wenn mehrere unterschiedliche Ventile zum Einsatz gelangen, so daß Leckagen zwischen den Ventilen ausgeschlossen sind.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die am Servostellzylinder anliegende Druckdifferenz, d. h. der Lastdruck, gemessen und in einer Regelkreisschleife über angepaßte Regler auf die Eingänge der jeweiligen Ventile zurückgeführt wird. Die Ventile sind dabei vorzugsweise parallel geschaltet. Es ist dabei sichergestellt, daß sowohl bei einer statischen als auch bei einer dynamischen Ansteuerung der verschiedenen Ventile durch einen vorgegebenen Sollwert am Ausgang der Ventile zu jeder Zeit gleiche Drücke anstehen. Die Gesamtöldurchflußmenge entspricht dann der Summe der Durchflüsse der einzelnen Ventile. Leckölverluste treten dabei nicht auf.

Vorzugsweise sind die Druckdifferenzregelkreisschleifen in die Vorwärtsschleife einer übergeordneten Kraft- bzw. Wegregelschleife eingeführt. Die übergeordnete Regelschleife kann dabei die Regelschleife eines PID-Reglers sein.

Zur Messung der Druckdifferenz ist ein Differenzdruckgeber vorgesehen, wobei das von diesem erzeugte elektrische Signal den Eingängen der Regler für die einzelnen Ventile zugeführt wird. In den Regelschleifen können dabei angepaßte Verstärker vorgesehen sein. Es ist hier zu beachten, daß jedem Ventil ein eigener Regler zugeordnet ist, welcher sich auf das entsprechende Ventil abstimmen läßt. Durch Zuführung eines Gleichstromes ist es daher möglich, den mechanischen Nullpunkt der einzelnen Ventile elektrisch zu korrigieren.

Die geschilderten Maßnahmen sind außerordentlich kostengünstig und lassen sich einfach durchführen, wobei insbesondere auch die Abstimmung der Regler auf die zugehörigen Ventile einfach zu bewerkstelligen ist. Die Ansteuerung jedes Ventiles mit Hilfe eines kostspieligen PID-Reglers ist nicht erforderlich. Der Einsatzbereich für mit einer derartigen Einrichtung ausgestatteten Regelpulsmaschine läßt sich hinsichtlich der Arbeitsfrequenzen und der Arbeitshübe erheblich erweitern.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Regelkreises mit zwei parallel geschalteten Ventilen zur Ansteuerung eines Stellzylinders;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Amplitudenganges der Übertragungsfunktion eines Stellzylinders mit kompensierten und mit unkompensierten Ventilen.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ansteuerung eines hydraulischen Stellzylinders 1 mittels zweier elektrohydraulischer Ventile 2 und 3. Der hydraulische Teil der Steuerung befindet sich dabei im wesentlichen auf der rechten Seite der strichpunktierten Linie. Der elektrische Teil der Steuerung befindet sich demgegenüber auf der linken Seite der strichpunktierten Linie.

Die Ventile 2 und 3 sind über die Hydraulikleitung 4 und 5 parallel zusammengeschaltet und stehen über die Leitungen 6 und 7 mit dem Hydraulikzylinder 1 in Verbindung.

Jedem Ventil ist ein Regler 8 bzw. 9 zugeordnet, welcher an die Ventile angepaßt ist. Als Regelgröße wird der Differenzdruck des Stellzylinders 1 benutzt. Zur Messung des Differenzdruckes ist an die Leitungen 4 und 5 ein Differenzdruckgeber 10 angeschlossen, dessen Meßwert über einen angepaßten Verstärker 11 den Eingängen 12 und 13 der Regler 8 und 9 zugeführt wird. Diesen Eingängen kann auch ein Gleichstrom zugeführt werden, so daß sich die mechanischen Nullpunkte der Ventile korrigieren lassen.

Die oben beschriebenen Druckdifferenzregelkreisschleifen sitzen in der Vorwärtsschleife einer übergeordneten Kraft- bzw. Wegregelschleife eines PID-Reglers 14. Das Kraft- bzw. Wegsignal des Stellzylinders 1 wird diesem über einen angepaßten Verstärker 15 zugeführt.

In Fig. 2 ist der Amplitudengang der Übertragungsfunktion eines Servostellzylinders dargestellt. Die Kurve 16 bezieht sich dabei auf eine herkömmliche Schaltung, in welcher keine Differenzdruckregelung der einzelnen Ventile vorgenommen wird. Die Kurve 17 betrifft eine Schaltung mit der erfindungsgemäßen Regelung. Durch den Abstand beider Kurven wird die erheblich höhere Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Regelung deutlich.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung von Servoventilen für Servostellzylinder, insbesondere bei Hydropulsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die am Servostellzylinder anliegende Druckdifferenz gemessen und in einer Regelkreisschleife über angepaßte Regler auf die Eingänge der jeweiligen Ventile zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Servostellzylinder anliegende Druckdifferenz in einer Regelkreisschleife über angepaßte Regler auf die Eingänge mehrerer parallel geschalteter Ventile zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenzregelkreisschleifen in die Vorwärtsschleife einer übergeordneten Kraft- bzw. Wegregelschleife eingeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des mechanischen Nullpunktes der einzelnen Ventile den jeweiligen Reglern ein Gleichstrom zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz mit Hilfe eines Differenzdruckgebers gemessen und über einen angepaßten Verstärker den Eingängen der Regler zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 -5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil mit einem angepaßten Regler versehen ist, welche mit einem Differenzdruckgeber am Stellzylinder in Verbindung stehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile mit den zugehörigen Reglern innerhalb der Vorwärtsschleife einer übergeordneten Kraft- bzw. Wegregelschleife angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ventile mit ihren zugehörigen Reglern innerhalb der zugeordneten Kraft- bzw. Wegregelschleife parallel geschaltet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Kraft- bzw. Wegregelschleife die Regelschleife eines PID-Reglers ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Regelschleifen angepaßte Verstärker vorgesehen sind.