DE3688378T2 - Krafttransmission. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrohydraulisches Steuersystem mit den Merkmalen a), b) , c) und d) des Anspruchs 1 und bildet eine geschlossene Regelschleife
• In einem bekannten Folgeregler dieser Art (US-A-2 954 514) ist ein summierendes Netzwerk als Vergleichseinrichtung zur Lieferung einer Regelabweichung oder eines "Fehlersignals" vorgesehen, und zwar aus dem Vergleich eines Sollwertes (Führungsgröße) und einer rückgeführten Istpositionsgröße. Die Sollwerterzeugungseinrichtung kann Differenzier- und Integrierschaltungen enthalten, um das dynamische Ansprechen des Folgereglers zu verbessern. Unterschiedliche Betriebsarten sind nicht vorgesehen.
• In einer bekannten Werkzeugmaschinensteuerung (US-A- 3 517 283) wird ein hydraulischer Motor durch ein vorgesteuertes Ventil gesteuert, um einen Tisch und eine Last zwischen vorbestimmten Bezugspunkten zu bewegen. Zu Beginn der Bewegung wird ein geeignetes Fördergeschwindigkeitssignal von einem Programmierer der Pilotstufe des Ventils zugeführt, wenn jedoch der Bezugspunkt erreicht ist, wird ein Verlangsamungssignal erzeugt, bis der Tisch zum Stillstand kommt. Zu diesem Zweck wird ein Sensorkopf unabhängig von der Tischbewegung mit Bezug auf eine Magnetspur bewegt, um das Verzögerungssignal zu erzeugen. Während Dateneinrichtungen, welche die Bezugspunkte tragen, geändert oder entfernt werden können, wenn (während einer Pause) ein Werkstückwechsel beabsichtigt ist, ist es während des Betriebs der Vorrichtung nicht möglich, die Stellung der Last zu variieren, d. h. von der vorgesehenen relativen Verschiebung des Werkzeugs und des Werkstücks abzuweichen. Im Betrieb ist eine willkürliche Wahl zwischen programmierter Fördergeschwindigkeit und Verzögerungsgeschwindigkeit des Tisches - oder umgekehrt - nicht möglich, d. h. die Geschwindigkeit ist zu Beginn der Bewegung immer hoch und am Ende immer niedrig, und ein willkürlicher Geschwindigkeitswechsel ist nicht möglich. Die Befehlseinrichtungen sind nicht so ausgebildet und vorgesehen, ein Stellungsbefehlssignal als direkte Funktion eines Eingangssteuersignals zu erzeugen oder das Eingangssteuersignal zu integrieren, um das Stellungssteuersignal in Abhängigkeit von einer Steuerbetriebsweise zu erhalten, welche von Wähleinrichtungen bestimmt wird.
• Elektrohydraulische Ventilregelsysteme für Fahrzeuge und dergleichen Anwendungen machen oft unterschiedliche Regelbetriebsweisen bei zahlreichen Stufen des Betriebs erforderlich. Beispielsweise kann ein Bagger die Regelung der Stellung der Baggerzähne im Verlauf des Grabens erforderlich machen, die Geschwindigkeitsregelung während anderer Betriebsarten und die schrittweise oder inkrementale Stellungsregelung, d. h. die Regelung der Stellung von einer Ausgangs- oder Basisstellung während des Feinsteuerzyklus erforderlich machen. Es ist üblich, getrennte Stellungs- und Geschwindigkeitssensoren für einen geschlossenen Regelkreis während der jeweiligen Regelarten für Stellung oder Geschwindigkeit vorzusehen. Jedoch tragen mehrfach vorgesehene Sensoren zu den Gesamtkosten und der Komplexität des Systems beträchtlich bei.
• Es ist eine generelle Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, einen elektrohydraulischen Folgeregler zu schaffen, der wahlweise in entweder dem Stellungs- oder dem Geschwindigkeitsregelbetrieb arbeiten kann, während nur ein einziger Rückführungssensor verwendet wird.
• Das Regelsystem sollte so eingerichtet sein, daß es entweder in einer absoluten Stellungsregelbetriebsweise oder einer inkrementellen Stellungsbetriebsweise, die willkürlich gewählt werden können, arbeiten kann.
• Die Lösung des obigen Problems kann in der Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 angetroffen werden. Weiterentwicklungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 enthalten.
• Die vorliegende Erfindung betrachtet einen elektrohydraulischen Folgeregler, der ein hydraulisches Ventil und einen Betätiger zur variablen Positionierung einer Last umfaßt, beispielsweise die Schaufel eines Baggers. Ein Stellungsabtastwandler ist mit dem Betätiger und der Last verbunden, um ein die Iststellung am Betätiger und der Last anzeigendes elektrisches Signal zu liefern. Der Betätiger wird durch die Regelabweichung (nachfolgend Fehlersignal genannt) gesteuert, und zwar als Funktion der Differenz zwischen einem Stellungsbefehlsignal und dem die Iststellung anzeigenden Wandlersignal.
• Gemäß vorliegender Erfindung umfaßt der Positionsfolgeregler eine Befehlsschaltung, die auf einen Bedienungsperson- Betriebswahlschalter anspricht und das Stellungsbefehlsignal als unterschiedliche Funktionen eines Bedienungsperson- Eingangssignals erzeugt, und zwar von einem Bedienungsknüppel oder dergleichen und in Abhängigkeit von der ausgewählten Betriebsregelart. In einer absoluten Stellung- Betriebsregelart stellt das Stellungsbefehlssignal eine direkte, kontinuierliche Funktion des Eingangssteuersignals des Steuerknüppels dar. In einer inkrementalen Position- Betriebsregelart wird ein Basisstellungssignal gleich dem Iststellungssignal erzeugt, wenn das Eingangsbefehlssignal gleich Null ist, und das Stellungsbefehlssignal ändert sich danach als eine Funktion der Summe des Basisstellungssignals und des Eingangsbefehlssignals, wenn das Eingangsbefehlsignal nicht Null ist. In der Geschwindigkeitsbetriebsregelart wird das Eingangssteuersignal zunächst integriert, um ein sogenanntes Faksimilestellungsbefehlssignal zu liefern. Wenn das Eingangsbefehlssignal nicht Null ist, ändert sich das Stellungsbefehlssignal als direkte Funktion des Faksimilestellungsbefehlssignals. Wenn das Eingangsbefehlssignal gleich Null ist, wird das Stellungsbefehlssignal gleich dem Iststellungssignal gemacht, um so eine Totzeit in der Geschwindigkeitsbetriebsregelart zu beseitigen, wenn die Richtung der Bewegung bei der Last gewechselt werden soll.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung mit zusätzlichen Zielrichtungen, Merkmalen und Vorteilen wird am besten aus der nachfolgenden Beschreibung, den angefügten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen verständlich. Dabei zeigt:
• Fig. 1 ein funktionelles Blockschaltbild eines Positionsfolgereglers nach dem Stand der Technik,
• Fig. 2 ein funktionelles Blockschaltbild eines elektrohydraulischen Folgereglers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
• Fig. 3, 4 und 5 Blockschaltungsteile des in Fig. 2 dargestellten Sollstellungsgenerators in der Geschwindigkeit-, inkrementalen Stellungs- bzw. absoluten Stellungs-Betriebsregelart, und
• Fig. 6 eine schematische Schaltung eines beispielhaften elektrohydraulischen Regelsystems zur Durchführung der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
• Fig. 1 illustriert einen üblichen Stellungsfolgeregler 10, der ein Ventil-Betätiger-System 12 aufweist, welches ein mit einem Betätiger und einer Last verbundenes, elektrohydraulisches Ventil aufweist. Das Betätigersystem einschließlich der Last ist durch Trägheitsmasse und Federelastizität gekennzeichnet. Ein Stellungssensor oder - Wandler 14 ist in geeigneter Weise mechanisch mit dem Betätiger und der Last verbunden, um ein elektrisches Ausgangssignal X als Funktion der tatsächlichen Stellung des Betätigers und der Last abzugeben. Ein Stellungsbefehl oder Sollsignal R, beispielsweise von einem Steuerknüppel 15 einer Bedienungsperson, wird einem Summierer 16 zugeführt, der ein Fehlersignal E (die Regelabweichung) als Funktion der Differenz zwischen dem Sollsignal R und dem Iststellungssignal X liefert. Das Fehlersignal E gelangt durch einen geeigneten Verstärker 18 mit Verstärkungsfaktor und steuert den Betrieb des Betätigers 12. Es wird darauf hingewiesen, daß der Summierer 16 und der Verstärker 18 typischerweise in einem einzelnen Verstärker kombiniert sein können. Das System 12 und der Wandler 14 können von beliebiger, geeigneter Art und in einer einzigen Anordnung enthalten sein.
• Fig. 2 stellt einen elektrohydraulischen Folgeregler 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar, worin der Steuerknüppel 15 der Bedienungsperson ein Eingangssteuerknüppelbefehlssignal J an einen Soll- Stellungsgenerator oder eine Befehlsschaltung 22 liefert. Der Generator 22 empfängt außerdem ein Betriebsregelart- Eingangssignal SW von einem drei Stellungen aufweisenden Betriebsartwahlschalter 24 und empfängt das Signal X vom Sensor 14, welches für die Iststellung beim Betätiger und der Last indikativ ist. Der Generator 22 liefert das Soll- Stellungssignal R an den Summierer 16. Die verbleibenden Elemente in Fig. 2 entsprechen den entsprechend bezeichneten Elementen in Fig. 1. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung spricht der Betriebswahlschalter 24 auf manuelle Betätigung einer Bedienungsperson an und wählt zwischen einer absoluten Stellungsbetriebsregelart, worin das Steuerknüppelausgangssignal J als Anzeige der gewünschten Stellung beim Betätiger und der Last behandelt wird, einer inkrementalen Stellungsbetriebsregelart, worin das Steuerknüppelausgangssignal J als Anzeige einer Änderung der gewünschten Stellung durch eine Bedienungsperson aus einer Basisstellung behandelt wird, und einer Geschwindigkeitsbetriebsregelart, worin das Steuerknüppelausgangssignal J als Anzeige der gewünschten Geschwindigkeit beim Betätiger und der Last behandelt wird. Der Soll-Stellungsgenerator 22 weist vorzugsweise einen geeignet programmierten, digitalen Mikroprozessor auf, dessen Betrieb in der absoluten Stellungs-, inkrementalen Stellungs- und der Geschwindigkeits-Betriebsregelart funktionell in den Fig. 5, 4 bzw. 3 illustriert ist.
• Wenn im einzelnen die absolute Stellungsbetriebsregelart von der Bedienungsperson am Schalter 24 gewählt wird, wird der Soll-Stellungsgenerator 22 automatisch intern wie bei 22a in Fig. 5 aufgebaut, so daß das an den Summierer 16 zu liefernde Soll-Stellungssignal R sich proportional und mit einer kontinuierlichen Funktion zum Eingangssteuerknüppelbefehlssignal J ändert, zu dem es vorzugsweise gleich ist. Wenn die inkrementale Stellungsbetriebssteuerart beim Schalter 24 gewählt wird, wird der Generator wie bei 22i in Fig. 4 intern funktionell geschaltet. Wenn das Eingangssteuerknüppelbefehlssignal J gleich Null in der inkrementalen Stellungsbetriebsregelart ist, wird das Iststellungssignal X gespeichert, um ein Basisstellungssignal R&sub0; zu bilden. Wenn danach das Eingangssteuerknüppelbefehlssignal J von Null abweicht, ändert sich das an den Summierer 16 gelieferte Soll- Stellungssignal R als Funktion der Summe des Basispositionssignals R&sub0; und des Eingangsbefehlssignals J und wird vorzugsweise dieser Summe gleichgemacht. Wenn die Geschwindigkeitsbetriebsregelart (Fig. 3) beim Schalter 24 gewählt wird, wird das Steuerknüppeleingangsbefehlssignal J bei 22S integriert, um ein Faksimile-Soll-Stellungssignal R' zu liefern, wobei die Teilung des Signals J durch den Laplace-Buchstaben S ein Standardverfahren zur Illustration einer Integrationsoperation benutzt wird. Wenn das Steuerknüppelbefehlssignal gleich Null ist, wird im funktionellen Teil 22V des Generators 22 das an den Summierer 16 zu liefernde Soll-Stellungssignal R dem Ist- Stellungssignal X vom Sensor 14 gleichgesetzt, so daß das Fehlersignal E (Fig. 2) gleich Null wird und keine Bewegung am Betätiger und der Last stattfinden wird. Wenn das Steuerknüppelbefehlssignal J nicht Null ist, folgt das Soll- Stellungssignal R dem Faksimile-Soll-Stellungssignal R', so daß der Stellungsregelkreis effektiv durch das Integral des Steuerknüppeleingangssignals bestimmt wird.
• Es wird zur Zeit bevorzugt, den Summierer 16, die Verstärkerstufe 18 und den Soll-Stellungsgenerator 22 (Fig. 2) in einem geeignet programmierten, digitalen Computer/Steuergerät 30 zu verwirklichen, wie in Fig. 6 gezeigt. Dieses empfängt das Eingangssignal J vom Steuerknüppel 15 der Bedienungsperson, das Eingangssignal SW vom Betriebswahlschalter 24 und das Eingangssignal X vom Laststellungssensor 14 und tastet diese Signale periodisch ab. Das Steuergerät 30 liefert beispielsweise Ausgangssignale an die Elektromagnete eines Ventils 32, welches selektiv hydraulisches Druckmedium von einer Quelle und Pumpe 34 einem Antriebszylinder 36 zuführt. Der Kolben des Zylinders 36 ist mit der Last verbunden. Eine Analogschaltung könnte auch in dem Steuergerät 30 verwendet werden, wie es für den Fachmann ersichtlich ist. Ähnlich wird in Betracht gezogen, daß andere Einrichtungen, außer einem von Hand zu betätigenden Steuerknüppel 15, beispielsweise automatische Steuereinrichtungen, dazu verwendet werden können, das Eingangssignal J zu liefern.

Claims (6)

1. Elektrohydraulischer Folgeregler in einem motorbetriebenen Erdbewegungsgerät zur variablen Stellungsänderung einer Last mit folgenden Merkmalen:

a) ein Servobetätiger (12; 32, 36) ist mit der Last verbunden;

b) eine Stellungsabtasteinrichtung (14) ist mit dem Betätiger (36) und der Last verbunden, um ein elektrisches Signal (X) zu liefern, das für die Iststellung bei der Last kennzeichnend ist;

c) eine Sollsignalerzeugungseinrichtung;

d) eine Summiereinrichtung (16) liefert ein elektrisches Regelabweichsignal (E) zur Steuerung des Servobetätigers (12; 32, 36) als Funktion einer Differenz zwischen dem elektrischen Ist-Stellungssignal (X) und dem Bezugssignal; dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalerzeugungseinrichtung folgendes umfaßt

e) eine Einrichtung (15) zur Lieferung eines Eingangsbefehlssignals (J),

f) eine Befehlseinrichtung (22, 30), die zwischen der Eingangsbefehlssignaleinrichtung (15) und der Summiereinrichtung (16) geschaltet ist, und

g) eine Wähleinrichtung (24) zur Auswahl zwischen unterschiedlichen Betriebsregelarten, die mindestens

g.1) eine Stellungsregelbetriebsart, worin das Eingangsbefehlssignal (J) für die gewünschte Stellung bei der Last kennzeichnend ist, und

g.2) eine Geschwindigkeitsbetriebsregelart umfaßt, worin das Eingangsbefehlssignal (J) für die gewünschte Geschwindigkeit bei der Last kennzeichnend ist, und daß die Befehlseinrichtung (22, 30) mit der Wähleinrichtung (24) verbunden ist und auf das Eingangsbefehlssignal (J) in unterschiedlichen Betriebsarten anspricht, um ein elektrisches Soll- Stellungssignal (R) je nach den unterschiedlichen Funktionen des Eingangsbefehlssignals (J) zu erzeugen, wobei die Befehlseinrichtung (22, 30)

f.1) eine Einrichtung (22a), die in der Stellungsbetriebsregelart zur Lieferung des Soll-Stellungssignals (R) als direkte Funktion des Eingangsbefehlssignals (J) betreibbar ist, und

f.2) eine Einrichtung (22S, 22V) aufweist, die in der Geschwindigkeitsbetriebsregelart zur Integration des Eingangsbefehlssignals (J) zur Lieferung des Soll-Stellungssignals (R) betreibbar ist.

2. Folgeregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Betriebsarten ferner

g.3) eine inkrementale Stellungsbetriebsregelart einschließen, worin das Eingangsbefehlssignal (J) für die gewünschte Änderung der Stellung bei der Last aus einer Basisstellung kennzeichnend ist, worin die Wähleinrichtung (24) mit der Befehlseinrichtung (22, 30) gekoppelt ist und eine Einrichtung zur Auswahl unter den Betriebsweisen "Stellung", "Geschwindigkeit" und "inkrementale Stellung" ausgebildet ist und

f.3) daß die Befehlseinrichtung (22, 30) eine Einrichtung (22i) umfaßt, die in der inkrementalen Stellungsbetriebsregelart zur Lieferung einer Basisposition (R&sub0;) betreibbar ist, und daß ferner eine Einrichtung zur Lieferung des Soll- Stellungssignals als Funktion der Summe der Istposition (X) bei der Last und der Basisposition (R&sub0;) vorgesehen ist.

3. Folgeregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlseinrichtung (22, 30) eine Einrichtung (22i) umfaßt, die in der inkrementalen Stellungsbetriebsregelart betreibbar ist und auf die Stellungsabtasteinrichtung (14) anspricht, um das Stellungsistsignal (X) als die Basisposition (R&sub0;) zu speichern, wenn das Eingangsbefehlssignal (J) gleich Null ist.

4. Folgeregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebswähleinrichtung (24) eine Schaltereinrichtung mit drei Stellungen umfaßt, welche den Betriebsregelarten für "Stellung", "Geschwindigkeit" und "inkrementale Stellung" entsprechen.

5. Folgeregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellungsbefehlssignal als Funktion des Eingangssignals variiert wird, wenn das Eingangssignal nicht Null ist.

6. Folgeregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlseinrichtung (22, 30) einen programmierten, digitalen Mikroprozessor (22) aufweist.