DE3808177C2 - Schaltungsanordnung für einen hydraulischen Antrieb im Positionsregelkreis - Google Patents

Schaltungsanordnung für einen hydraulischen Antrieb im Positionsregelkreis

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen hydraulischen Antrieb als Regelstrecke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
Bei zahlreichen Antrieben, insbesondere hydraulischen Zylin­ dern ist es erforderlich, daß das von dem Antrieb zu bewegende Bauteil der Geschwindigkeit und Position nach mit hoher Ge­ nauigkeit bewegt werden muß. Dies gilt in besonderem Maße bei Bahnsteuerungen, bei denen mehrere Antriebe, die beispiels­ weise zum Antrieb von Werkzeugen oder Werkstücken in mehreren Achsen vorgesehen sind, in einer gegenseitigen geometrischen Abhängigkeit gefahren werden sollen. Als Beispiel für eine solche Bahnsteuerung soll die spanlose Verformung beim Her­ stellen von Felgen genannt werden.
Zur Steuerung der Druckmittelwege zwischen dem hydraulischen Antrieb und einer Druckmittelquelle bzw. einem Tank ist je­ weils ein Servo- oder Proportionalventil vorgesehen. Infolge von Nichtlinearitäten der Ventilkennlinie sowie von auf die Antriebe wirkenden Gegenkräften und Reibungskräften stellt sich eine Schleppfehlerdifferenz der Antriebe untereinander ein, so daß also ein Antrieb gegenüber einem anderen Antrieb in der Bewegung zurückbleibt.
Zur Vermeidung solcher Schleppfehlerdifferenzen genügt es nicht, für die Bahnsteuerung eine Regelung vorzusehen, bei der der Ist-Wert der Position des hydraulischen Antriebes als Regelgröße z. B. einen Wegaufnehmer erfaßt wird und in einem Vergleicher aus der Regelgröße mit dem Soll-Wert der Position eine Regel­ abweichung gebildet wird, die in einem Regelverstärker zu einer Stellgröße umgeformt wird, mit der das Ventil ange­ steuert wird. Auch wenn der Regelverstärker als Regler mit Beobachter zur Berücksichtigung der Eigenheiten der hydraulischen Regelstrecke ausgeführt ist, läßt sich ein Schleppfehlerdifferenz nicht vermeiden.
Die Erfindung geht von einer bekannten Schaltungsanordnung für eine hydraulische Antriebsvorrichtung aus (DE 35 32 931 A1), bei der ein die Geschwindigkeit des Antriebs bzw. des vom Antrieb betätigten Schlittens darstellendes Signal von der Regelabweichung subtrahiert wird, und das so erhaltene Differenzsignal dem Regler zugeführt wird. Mit der Einbrin­ gung der gemessenen Geschwindigkeit des Schlittens soll die Positioniergenauigkeit bei hoher Laststeifigkeit verbessert werden. Andererseits ist ein integrierender Regler aus "Stationär genaue Lageregelungen mit einem hydraulischen Servoantrieb" in "Ölhydraulik und Pneumatik" 30, 1986 Nr. 6, S. 453 bis 456, bekannt; es wird also die Regelabwei­ chung einem I-Regler aufgeschaltet, um die Genauigkeit von Zustandsregelungen zu erhöhen, wobei aber die Nachstellzeit des I-Reglers in die Gesamtdynamik der Regelstrecke ein­ geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungs­ anordnung so auszubilden, daß die sich bei den vorgenannten Bahn­ steuerungen einstellende Schleppfehlerdifferenz vermieden wird. Dabei soll der bauliche Aufwand geringe sein.
Erfindungsgemäß ist die genannte Aufgabe mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Es handelt sich um eine Kaskadenschaltung, bei der ein der Geschwindigkeit des Antriebes entsprechendes Signal sowie die dem Regler zugeführte Regelabweichung mit­ einander verglichen und die Differenz gebildet wird, die einem Integrator zugeführt wird, dessen Ausgang zur Ausgangs­ größe des Reglers addiert wird. Vorzugsweise wird die Ge­ schwindigkeit des Antriebes in einem Wandler aus der zeit­ lichen Änderung der Position ermittelt. Solange die Differenz zwischen der Regelabweichung und dem Geschwindigkeitssignal gleich Null ist, bleibt der Schleppfehler konstant. Treten Differenzen zwischen den beiden Signalen wegen Nichtlineari­ täten in der Ventilkennlinie und/oder Gegenkräften usw. auf, so werden diese Differenzen von dem Integrator ausgeregelt, so daß die Geschwindigkeit des Antriebes und damit der Schleppfehler konstant bleiben. Von besonderem Vorteil ist es, daß der Stellbereich des Integrators verhältnismäßig klein ist, da ihm nur die Differenz zwischen der Regelabweichung und dem Geschwindigkeitssignal zugeführt wird. Die Schaltungs­ anordnung ist zur Bahnsteuerung beim Fahren von Antrieben mit mehreren Achsen geeignet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Schaltungsanordnung als Blockschaltbild dargestellt ist.
Die Regelstrecke 10 besteht aus einem hydraulischen Zylinder, der einen Schlitten antreibt, dessen jeweils erreichte Posi­ tion mit x bezeichnet ist. Die Regelgröße (Ist-Wert) wird in einem digitalen Wegaufnehmer 11, beispielsweise einer foto­ optischen digitalen Einrichtung ermittelt und in einem Ver­ gleicher 12 mit einer Führungsgröße (Soll-Wert) w verglichen. Der Ausgang des Vergleichers 12 stellt die Regelabweichung dar, die in einem Verstärker 14 proportional verstärkt wird und als Spannung am Ausgang 15 zur Verfügung steht. Die Regel­ abweichung wird einem Regler 16 zugeführt, der bestimmte Regelalgorithmen in klassischer Form realisieren kann, bei­ spielsweise ein PDT₁-Regler ist, oder als Zustandsregler mit Beobachter ausgeführt ist, um die Eigenheiten der hydrauli­ schen Regelstrecke zu berücksichtigen. Die am Ausgang des Reglers 16 anstehende Stellgröße i wird einem Servo- oder Proportionalventil 18 zugeführt, das einen Hub y ausführt und damit den Druckmittelstram zum Zylinder so steuert, daß dieser mit einer Geschwindigkeit x gefahren wird. Insoweit ist die Regelung eines hydraulischen Antriebes bekannt.
Darüber hinaus ist ein Wandler 20, ein Vergleicher 21, ein Integrator 22 und ein Addierer 23 vorgesehen. Der Wandler 20 ist an den Wegaufnehmer 11 angeschlossen und ermittelt aus der zeitlichen Änderung der Position x die jeweils ge­ fahrene Geschwindigkeit x. Dieses Geschwindigkeitssignal wird dem Vergleicher 21 zugeführt. In dem Vergleicher 21 wird die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitssignal und der Regel­ abweichung am Ausgang 15 gebildet. Die Differenz wird im digitalen Integrator 22 integriert und die Ausgänge des In­ tegrators 22 des Reglers 16 werden in dem Vergleicher 23 addiert und bilden somit die Stellgröße i für das Ventil 18.
In der dargestellten Schaltungsanordnung ist der Regler 16 vorzugsweise als PDT₁-Regler oder Zustandsregler ausge­ führt, weist also keinen integrierenden Anteil auf.
Solange die Differenz zwischen der Regelabweichung 15 und dem Geschwindigkeitssignal des Wandlers 20 Null ist, bleibt der Schleppfehler konstant. Ermittelt dagegen der Vergleicher 21 eine Differenz zwischen den beiden Signalen, die auf Nichtlinearitäten der Ventilkennlinie Reibung oder Gegen­ kräften berühren, so werden diese Differenzen vom Integrator ausgeregelt, so daß die Geschwindigkeit des Antriebes und der Schleppfehler konstant bleiben. Obwohl der Integrator 22 lediglich das Differenzsignal des Vergleichers 21 verarbei­ tet und somit einen erheblich reduzierten Stellbereich auf­ weist, ist die erfindungsgemäße modifizierte Kaskadenschal­ tung optimal.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung für einen hydraulischen Antrieb als Regelstrecke, mit einem Ventil als Stellglied zur Steuerung der Druckmittelwege zwischen dem Antrieb, einer Druckmittelquelle und einem Tank, und mit einem Regler zur Ansteuerung des Ventils abhängig von der Regelabwei­ chung, die in einem Vergleicher aus einer Führungsgröße (Soll-Wert) und der Regelgröße (Ist-Wert) für die Position des Antriebs gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Regler (16) ein Integrator (22) vorgesehen ist, der eingangsseitig an einen Vergleicher (21) angeschlossen ist, in dem aus der Regelabweichung und einem die Geschwin­ digkeit des Antriebs (19) darstellenden Signal ein Diffe­ renzsignal gebildet wird, und daß das in dem Integrator (22) integrierte Differenzsignal dem Ausgang des Reglers (16) aufgeschaltet wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Wandler (20) vorgesehen ist, in dem aus der zeitlichen Änderung der Regelgröße die Geschwindigkeit des Antriebes ermittelt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Regler (16) ein PDT₁-Regler ohne integrierenden Anteil ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Vergleicher (12) gebildete Regelabweichung in einem Verstärker (14) propor­ tional verstärkt wird.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator digital arbeitet.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (16) ein Zustands­ regler mit Beobachter ist.
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