DE3800900A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlregelung einer hydrostatischen maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung einer hydrostatischen Maschine, ins­ besondere einer an eine Druckleitung angeschlossenen sekundärgeregelten Maschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Erfolgt die Drehzahlregelung der Maschine auf elektrischem Wege (P 34 41 185), so wird einem elektronischen Dreh­ zahlregler der Drehzahlsollwert sowie der in einem Tacho­ generator oder anderem Aufnehmer erzeugte Drehzahlistwert der hydrostatischen Maschine zugeführt. An den Drehzahl­ regler ist eine Schwenkwinkelverstellung angeschlossen. Der Schwenkwinkel der als Motor zum Antrieb einer Last arbeitenden hydrostatischen Maschine bestimmt das Schluckvolumen. Solange der der Maschine zugeführte Arbeitsdruck konstant ist, ist das Drehmoment des Motors des Schwenkwinkels proportional. Die Verstellung kann mit Hilfe eines Regelmagneten und hydraulischen Ventils mit mechanischer Rückführung, oder auch mit einem Servoventil und elektrischer Rückführung erfolgen.

Soll die Last beschleunigt werden, so wird im Drehzahl­ regler abhängig von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Drehzahl ein Ausgangssignal (Stell­ größe) erzeugt, das den Schwenkwinkel des Motors vergrö­ ßert und damit das Motordrehmoment erhöht. Die Moment­ differenz zwischen dem Lastmoment, den Motorverlusten und dem Motordrehmoment steht als Beschleunigungsmoment für den Antrieb zur Verfügung. Die Beschleunigung und damit die Drehzahlerhöhung der Last ist von der Dreh­ momentendifferenz und der zu beschleunigenden Masse ab­ hängig, und zwar so, daß man bei einem maximalen Schwenk­ winkel des Motors, der sich bei einer entsprechenden Vorgabe des Drehzahlsollwerts einstellt und bei einem kleinen Lastmoment und kleiner Masse die größte Beschleu­ nigung des Antriebs erhält. In solchen Fällen erfolgt der Drehzahlanstieg des Antriebes zu rasch. Da sich die Stell­ zeit zum Verstellen des Schwenkwinkels des Motors nicht beliebig verkürzen läßt, erreicht der Antrieb eine weit über der gewünschten Drehzahl liegende Drehzahl, bis der Schwenkwinkel des Motors zurückgenommen werden kann. Es ergibt sich also ein starkes Überschwingen der Drehzahl und eine lange Ausregelzeit, bis die gewünschte Drehzahl erreicht ist.

Zur Verbesserung des Regelverhaltens der hydrostatischen Maschine ist es bekannt (DE-PS 35 16 768) abhängig von der Lage des Stellgliedes für die Verstelleinrichtung der hydrostatischen Maschine ein Begrenzungssignal zu er­ zeugen, das ein Begrenzungsglied ansteuert, das das Ausgangssignal des Drehzahlreglers begrenzt. Das Be­ grenzungssignal setzt sich aus einem vorbestimmten Fest­ wert und einem Rampensignal zusammen, so daß sich die Reglerausgangsgröße schnell innerhalb einer vorbestimmten Bandweite ändern kann und sich eine entsprechend schnelle Reaktion für die Drehzahlregelung ergibt. Das Begrenzungs­ signal wird somit entsprechend den am Antrieb herrschen­ den, sich ständig ändernden Lastverhältnissen nachge­ führt. Die Ausregelzeit wird begrenzt und der Antrieb wird lastabhängig so beschleunigt, daß unerwünschte Dreh­ zahlschwankungen vermieden werden.

Demgegenüber ist es die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, die Beschleunigung der hydrosta­ tischen Maschine zu verringern und hierfür vereinfachte Schaltungsmaßnahmen aufzufinden.

Die genannte Aufgabe ist mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Es wurde bereits eingangs erläutert, daß bei an einem Netz mit eingeprägtem Druck betriebenen, sogenannten sekundärgeregelten Antrieben stets das Problem besteht, daß die Stabilität der Regelung von der angetriebenen Masse und dem jeweils zur Verfügung stehenden Drehmomenten­ überschuß abhängig ist. Ist also die Masse klein und er­ gibt sich hieraus mit dem von der Regelung eingestellten Schwenkwinkel der Maschine ein hoher Drehmomentenüber­ schuß, so kann die Beschleunigung der Maschine so groß werden, daß die Geschwindigkeit der Verstellung nicht in der Lage ist, ein Überschwingen zu vermeiden. Dadurch ent­ steht Instabilität.

Wird nun der Drehmomentenüberschuß begrenzt, indem man aus dem der Verstellung der Maschine proportionalen Ist­ wert das Begrenzungssignal bildet, so läßt sich der Drehzahlregelkreis stabilisieren. Dies betrifft also das Verhalten des Antriebes, wenn der Sollwert für die Drehzahl geändert wird. Nachteilig ist dabei, daß der Antrieb auf äußere Störgrößen nicht schnell genug reagiert.

Dieses Problem ist erfindungsgemäß beseitigt, indem das Begrenzungssignal für die Reduzierung des Schwenkwinkels der Maschine abhängig von der Beschleunigung des Antriebes gebildet wird. Die Beschleunigung wird entweder an der Maschine bzw. am Antrieb unmittelbar gemessen oder wird durch Differenzieren des Drehzahlistwertes gebildet. Der Beschleunigungswert wird mit einem Sollwert für die Be­ schleunigung verglichen. Wird der Sollwert überschritten, so wird über das Begrenzungsglied das Ausgangssignal des Drehzahlreglers begrenzt.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eine zulässige Beschleunigung nicht überschritten wird. Bei Störgrößen, die belastend auf die Maschine wirken, steht das volle Drehmoment zur Verfügung. In diesem Falle ist also die Begrenzung abgeschaltet. Bei Störgrößen, die jedoch an­ treibend wirken und damit eine Drehzahlerhöhung zur Folge haben, wird das Drehmoment verringert.

Zusätzlich kann auch noch Einfluß auf die Proportional­ verstärkung des Drehzahlreglers genommen werden. Wird nämlich die maximal zulässige Beschleunigung überschritten, so wird der Verstärkungsfaktor für die Proportionalver­ stärkung verringert. Diese Maßnahme wirkt sich ebenfalls stabilitätserhöhend aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung einer hydro­ statischen Maschine schematisch dargestellt ist.

Eine über den Nullpunkt hinaus in beide Verstellbereiche für Pumpen- und Motorbetrieb verschwenkbare hydrostati­ sche Maschine 1 mit verstellbarem Volumen ist an eine Druckleitung 2 mit eingeprägtem Druck angeschlossen und mit einer Last 3 sowie einem Tachogenerator 4 gekuppelt, der ein Istwertsignal der Drehzahl liefert. Der Schwenk­ hebel 9 der Maschine wird durch den Kolben 5 des Stell­ zylinders 6 verstellt. Dazu wird der Kolben 5 über das Servoventil 7 mit Druckmittel beaufschlagt. Das Servo­ ventil 7 wird über eine Treiberstufe 8, der ein Positions­ reglerausgangssignal zugeführt wird, elektrisch betätigt. Das Reglerausgangssignal wird gebildet aus dem Ausgangs­ signal des Drehzahlregelkreises, das auf einer Leitung 15 ansteht, und dem Positionsistwert, der von einem Weg­ aufnehmer 16 gemessen wird. In einem Differenzverstärker 24 werden die beiden Werte verglichen und der Regelkreis versucht, beide Werte in Übereinstimmung zu bringen.

Das Drehzahlreglerausgangssignal verstellt den Schwenk­ winkel der Maschine so, daß über das Schluck- bzw. Fördervolumen der Maschine 1 bei einem bestimmten von der Last 3 abverlangten Drehmoment eine gewünschte Dreh­ zahl erreicht wird. Die Drehrichtung der Maschine 1 wird von dem Drehzahlsollwert vorgegeben. Beim Beschleunigen und Antrieb der Last 3 arbeitet die Maschine 1 als Motor. Zum Bremsen oder bei Antrieb von Seiten der Last schwenkt sie über den Nullpunkt in den anderen Verstellbereich und kann als von der Last 3 her angetriebene Pumpe ar­ beiten, welche Arbeitsmittel in die Druckleitung 2 för­ dert.

Der in der Zeichnung dargestellte Drehzahlregler besteht aus einem Differenzverstärker 10, dem der Drehzahlistwert des Tachogenerators 4 sowie ein willkürlich gewählter Sollwert für die Drehzahl zugeführt werden, einem Ver­ stärker 11, einem Multiplizierglied 12, einer Integrier­ stufe 13 und einem Summierglied 14. In dem Summierglied 14 wird der proportionale Anteil der Ausgangsgröße des Verstärkers 11 und der integrierende Anteil des Integrier­ gliedes 13 addiert und damit das auf der Leitung 15 an­ stehende Ausgangssignal des Drehzahlreglers gebildet. Der Verstärker 11 liefert ein der Drehzahldifferenz zwi­ schen Istwert und Sollwert des Differenzverstärkers 10 proportionales Signal und die Integrierstufe 13 integriert die Drehzahldifferenz, so daß sich ein schräg ansteigen­ des Signal ergibt.

In dem Multiplizierglied 12 kann die Größe des propor­ tionalen Anteils verändert werden. Die Signalformen in dem Drehzahlregler sind in der Zeichnung schematisch, Ausgang über der Zeit, dargestellt.

Das Begrenzungssignal wird in einem Differenzverstärker 19 gebildet. Dem Differenzverstärker 19 wird ein Beschleu­ nigungsollwert zugeführt, der an einem Potentiometer 20 einstellbar ist und einem nicht zu überschreitenden Soll­ wert entspricht. Ferner erhält der Differenzverstärker 19 ein Signal für die tatsächliche Beschleunigung. Hierzu ist in dem Ausführungsbeispiel ein Differenzierglied 18 vorgesehen, das an den Tachogenerator 4 angeschlossen ist und somit ein dem Drehzahlistwert entsprechendes Be­ schleunigungssignal bildet. Der Ausgang des Differenz­ verstärkers 19 ist mit einem Begrenzungsglied 22 ver­ bunden, das an den Ausgang der Integrierstufe 13, also an den integrierenden Teil des Drehzahlreglers angeschlos­ sen ist, sowie mit einem weiteren Begrenzungsglied 23 verbunden, das an den Ausgang des Summiergliedes 14 und damit des Drehzahlreglers angeschlossen ist. Die Be­ grenzungsglieder 22 und 23 sind bipolar und begrenzen somit die Amplitude des Ausgangssignals der Integrier­ stufe 13 und des Summiergliedes 14 in beiden Verstell­ bereichen des Ausgangssignals des Drehzahlreglers. Mit den Begrenzungsgliedern 22 und 23 werden somit die Aus­ gangssignale des Integriergliedes 13 und des Summier­ gliedes 14 nachgeführt, mit anderen Worten, das Aus­ gangssignal kann nicht größer werden als der jeweils vom Begrenzungsglied vorgegebene Wert.

Der Multiplikationsfaktor des Multipliziergliedes 12 im proportionalen Regelzweig des Drehzahlreglers wird außer­ dem abhängig von dem im Differenzverstärker 19 gebildeten Begrenzungssignal verändert. Hierzu ist ein Maximalwert­ bildner 25 vorgesehen, dessen Ausgangssignal auf das Multiplizierglied 12 zur Einstellung des Faktors gegeben wird. Das im Differenzverstärker 19 gebildete Begren­ zungssignal gelangt über ein weiteres Verstärkungsglied 21 an den einen Eingang des Maximalwertbildners 25, an dessen anderen Eingang ein an einem Potentiometer 26 eingestelltes Signal für eine maximal zulässige Beschleu­ nigung eingestellt ist. Der Maximalwertbildner 25 läßt jeweils das höhere an seinen Eingängen anstehende Signal durch. Wird der Maximalwert für die Beschleunigung über­ schritten, so wird vom Maximalwertbildner das Begren­ zungssignal durchgeschaltet, das eine Verringerung des Multiplikationsfaktors des Multipliziergliedes 12 bewirkt.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung einer an eine Leitung mit eingeprägtem Druck angeschlossenen hydrostatischen Maschine, mit einem Stellglied zur Ver­ stellung der hydrostatischen Maschine zur Einstellung einer Drehzahl, mit einem Drehzahlregler, dem von einem mit der Maschine gekuppelten Geber der Drehzahlistwert und ein willkürlich einstellbarer Drehzahlsollwert zuge­ führt werden und der ein Regelsignal zur Ansteuerung eines Ventils zum Betätigen des Stellgliedes erzeugt und mit einem Begrenzungsglied am Ausgang des Drehzahl­ reglers zur Drehzahlbegrenzung der Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Be­ schleunigung der Maschine abhängiges Begrenzungssignal gebildet wird, das das Begrenzungsglied (23) ansteuert, das das Ausgangssignal des Drehzahlreglers begrenzt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungssignal in einem Differenzverstärker (19) gebildet wird, dem ein der Beschleunigung der Maschine proportionales Beschleu­ nigungssignal und ein Sollwert für die Beschleunigung zugeführt wird, und daß der Differenzverstärker (19) mit einem an den Ausgang eines Integriergliedes (13) des Drehzahlreglers angeschlossenen Begrenzungsglied (22) und einem an den Ausgang eines Summiergliedes (14) für den proportionalen und integralen Teil des Drehzahlreglers angeschlossenen Begrenzungsglied (23) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung der Maschine unmittelbar gemessen oder durch Differenzieren des Drehzahlistwertes gebildet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begren­ zungsglieder (22, 23) Amplitudenbegrenzer sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einen den proportionalen Anteil des Drehzahlreglers bildenden Ver­ stärker (11) ein Multiplizierglied (12) angeschlossen ist, von dem abhängig von dem Begrenzungssignal der proportionale Anteil veränderbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungssignal über einen Summierer (25) oder Maximalwertbildner an das Multiplizierglied (12) angeschlossen ist, wobei bei einer Vergrößerung der Beschleunigung ein größeres Signal an das Multiplizierglied gegeben wird.