DE3825127A1 - Lageregelanordnung fuer den betrieb eines hydraulischen antriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageregelanordnung für den Betrieb eines hydraulischen Antriebes mit einem diesen betätigenden Stellglied, mit einem Lageregler, dem über den zugehörigen Vergleicher ein konstanter elektrischer Strom als Führungsgröße und die Istlage des hydraulischen Antriebes als Regelgröße zugeführt werden, und mit einem mit dem Lageregler in Reihe geschalteten Summierer, dem über den zugehörigen Summenpunkt das im Lageregler gebil­ dete Ausgangssignal zugeführt wird.

Hydraulische Antriebe, wie beispielsweise Zylinder, Moto­ ren oder ähnliche Antriebsaggregate besitzen die Eigen­ schaft, daß sie im lagegeregelten Betrieb unter Last ei­ nen lastabhängigen Lagefehler verursachen.

Hydraulische Stellglieder besitzen den Nachteil, daß sie in der Nähe des Nullpunktes bei geringfügiger Aussteu­ erung nicht den vollen Systemdruckt an der Last aussteu­ ern. Dieses ist dadurch zu erklären, daß aufgrund der ventilinternen Kolbenpassung bei geringfügiger Ventilaus­ steuerung ein Leckölbetrag am Ventilkolben vorbeifließt, der einen vollen Systemdruckaufbau an der Last verhin­ dert. Man spricht hierbei von der sogenannten Druck­ verstärkung.

Für unterschiedliche Ventiltypen ist die Druckverstärkung verschieden groß, so daß die Ventile, um den aus der Last resultierenden Fehler zu kompensieren, unterschiedlich weit geöffnet werden müssen. Dieses hat einen mehr oder weniger großen lastabhängigen Lagefehler zur Folge.

Bei einer Presse ist es bekannt, den Stempel von Null auf Maximalgeschwindigkeit zu beschleunigen, anschließend den Stempel mit dieser Maximalgeschwindigkeit weiter zu bewe­ gen und kurz vor Beginn der Preßarbeit den Stempel linear abzubremsen. Dabei wird der Stempel in dem linearen Be­ reich zunächst ohne Ausüben eines Druckes abgebremst. Ab einer bestimmten Stelle des linearen Bereiches beginnt der Stempel mit der Druckausübung und führt diese Druck­ ausübung bis zur Sollposition fort. Hierbei stellt sich ein lastabhängiger Positionsfehler ein, der zu kompensie­ ren ist.

Aus der DE-PS 34 11 651 ist eine Regelanordnung für den Gleichlauf mehrerer hydraulischer Zylinder bekannt. Dabei hat die Regelanordnung eine Einstellung für die Wahl der zeitlich veränderlichen Verstellgeschwindigkeit der An­ triebe und einen Vergleicher, dem eine Führungsgröße und die jeweilige Regelgröße zugeführt werden, sowie einen Regler zum Erzeugen einer Stellgröße und ein den Antrieb betätigendes Stellglied, insbesondere ein Mehrwege-Pro­ portionalventil.

Um hierbei eine genaue und unempfindliche Gleichlaufrege­ lung zu erhalten, sind ein Positionsregler, ein Verstär­ kungsnetz und ein Additionsglied vorgesehen. Dabei soll das Verstärkungsnetz ein inverses Übertragungsverhalten im Vergleich zum zugehörigen Antrieb einschließlich Stellglied aufweisen. Nur dann, wenn die Übertragungs­ funktion des Verstärkungsnetzes invers zum Produkt der Übertragungsfunktionen des Stellgliedes und des Antriebes ist, kann ein ideales Führungsverhalten gewährleistet sein. Diese idealen Verhältnisse liegen jedoch, wenn überhaupt, nur ausnahmsweise und selten vor.

Aus den deutschen Offenlegungsschriften 29 24 070, 26 30 433 und 24 16 487 sind Regelanordnungen bekannt, die grundsätzlich ein proportionales Verhalten aufweisen. Da­ bei werden zum Ausgleich von Gleichlaufunterschieden meh­ rerer Zylinder mehr oder weniger große Integrationsteile aufgeschaltet. Insbesondere bei Beschleunigungen oder Verzögerungen, aber auch bei sich verändernden Betriebs­ parametern, zum Beispiel der Zylinderreibung, treten aber stets Regelabweichungen auf. Wegen der Verwendung eines Integralanteils besteht bei diesen bekannten Regelanord­ nungen ein besonderes Problem darin, daß einerseits bei großem Integralanteil die dynamische Genauigkeit zwar groß, die Stabilität jedoch gering ist, andererseits aber bei kleinem Integralanteil die Stabilität gut, aber die dynamische Genauigkeit unzureichend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelan­ ordnung der einleitend genannten Art zu schaffen, bei der die von außen auf den Lageregelkreis einwirkende Last ermittelt und auf die Lageregelanordnung aufgekoppelt wird, um den lastabhängigen Lagefehler zu kompensieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem von dem Lageregler kommenden Ausgangssignal ein der Last proportionales Signal des hydraulischen Antriebes vorzeichenrichtig derart aufaddiert wird, daß der lageab­ hängige Fehler des Lageregelkreises Null ist.

Auf diese Weise gelangt man zu einer Regelanordnung der vorstehend genannten Art, mit der es ohne weiteres mög­ lich ist, lastabhängige Lagefehler zu kompensieren. Es wird dem von dem Lageregler kommenden Signal, etwa einer elektrischen Spannung von +/-10 V oder einem elektri­ schen Strom von +/-100 µA eine Ersatzgröße derart über­ lagert, daß der lastabhängige Fehler des Lageregelkreises Null ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Lageregelanord­ nung für den Betrieb eines hydraulischen Antriebes mit einem diesen betätigenden Stellglied und einem einen Taktgenerator zur Bildung von Weginkrementen, einen Ver­ gleicher, einen Zähler und einen Summierer aufweisenden Rechnersystem oder einer diskret aufgebauten Hardware, die mit dem Stellglied in Reihe geschaltet sind und wobei an dem hydraulischen Antrieb ein Wegaufnehmer angeordnet ist, der mit dem Vergleicher in Verbindung steht.

Bei einer solchen Lageregelanordnung wird die der Erfin­ dung zugrunde liegende Aufgabe auch dadurch gelöst, daß dem vom Zähler kommenden Ausgangssignal im Summierer ein der Last proportionales Signal derart überlagert wird, daß der lastabhängige Fehler des Lageregelkreises Null ist.

Weitere Ausgestaltungen der im Anspruch 8 dargestellten Erfindung sind in den Unteransprüchen 9 bis 15 beschrie­ ben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungs­ beispiele des näheren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Regelanordnung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Regelanordnung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Spannungsquelle 1 mit Ohm′schen Widerständen 2, 3, 4, 5 vorgesehen, wobei zwischen den ein­ zelnen Widerständen Abzweigungen 6, 7, 8 mit Schaltern 9, 10, 11 vorgesehen sind. Die Spannungsquelle 1 hat unten Nullpotential und oben positives Potential. Von der Span­ nungsquelle 1 führt eine Leitung 12 über einen Einkopp­ lungswiderstand 13 zu einem Summenpunkt 14. Hinter dem Summenpunkt 14 ist ein als Summierer geschalteter Opera­ tionsverstärker 15 vorgesehen, zu dem ein Gegenkopplungs­ widerstand 16 parallel geschaltet ist.

In Reihe mit dem Operationsverstärker 15 ist ein weiterer Einkopplungswiderstand 17 geschaltet, hinter dem ein Sum­ menpunkt 18 vorgesehen ist. Hinter dem Summenpunkt 18 ist ein Operationsverstärker 19 vorgesehen, der als Summierer geschaltet ist und zu dem parallel ein Gegenkopplungswi­ derstand 20 geschaltet ist. In Reihe mit dem Operations­ verstärker 19 sind ein Servoventil 21 und ein hydrauli­ scher Antrieb 22 geschaltet.

Der hydraulische Antrieb 22 ist über ein mechanisches Übertragungselement 23, etwa ein Gestänge oder dgl. mit einem Istwertpotentiometer 24 verbunden, das den Istwert über eine Leitung 25 und einen Ohm′schen Widerstand 26 sowie über eine Leitung 27 auf den Summenpunkt 14 gibt. Der hydraulische Antrieb 22 ist über ein mechanisches Übertragungselement 28 mit einem Kraftaufnehmer 29 ver­ bunden, der die Last als Spannungsgröße über eine Leitung 30 auf ein Spindel-Potentiometer 31 gibt, von dem aus dieser Wert über einen Vorwiderstand 32 und eine Leitung 33 zu dem Summierer 18 gegeben wird.

Gemäß Fig. 2 ist ein variabler Taktgenerator 40 vorge­ sehen, der über einen Vergleicher 41 mit einem Zähler 42 verbunden ist. Von dem Zähler 42 aus führt eine Leitung 43 zu einem Digital-Analog-Umwandler 44 mit einem Digi­ talteil 45 und einem Analogteil 46.

Mit dem Digital-Analog-Umwandler 44 ist über eine Leitung 47 ein Vergleicher 59 und mit diesem (59) über eine wei­ tere Leitung 60 ein Summierer 48 verbunden, der über eine Leitung 49 mit einem Servoventil 50 verbunden ist, das über eine Leitung 51 mit einem hydraulischen Antrieb 52 in Verbindung steht. Des weiteren ist über ein mechani­ sches Übertragungselement 53 ein Kraftaufnehmer 54 mit dem hydraulischen Antrieb 52 verbunden. Der Kraftaufneh­ mer 54 steht über eine Leitung 55 mit dem Summenpunkt 59 in Verbindung. Außerdem ist ein Wegaufnehmer 56 für Weg­ inkremente über ein mechanisches Übertragungselement 57 mit dem hydraulischen Antrieb 52 verbunden. Von dem Weg­ aufnehmer 56 aus ist eine Leitung 58 zu dem Vergleicher 41 geführt.

In dem Taktgenerator 40 werden Weginkremente je Zeitein­ heit gebildet und dem Vergleicher 41 zugeführt. Gleiche Weginkremente werden auch von dem Wegaufnehmer 56 aus über die Leitung 58 dem Vergleicher 41 zugeführt, der ein entsprechendes Differenzsignal an den Zähler 42 weiter­ gibt. Letzterer gibt seine Signale über die Leitung 43 an den digitalen Teil 45 des Digital-Analog-Umwandlers 44, so daß von dem analogen Teil 46 des Digital-Analog-Um­ wandlers 44 aus die Regelgröße über die Leitung 47 dem Summenpunkt 59 und dem Summierer 48 zugeführt wird. Au­ ßerdem erhält der Summenpunkt 59 die Störgröße von dem Kraftaufnehmer 54 über die Leitung 55.

Claims (16)

1. Lageregelanordnung für den Betrieb eines hydraulischen Antriebes mit einem diesen betätigenden Stellglied, mit einem Lageregler, dem über den zugehörigen Ver­ gleicher ein konstanter elektrischer Strom als Füh­ rungsgröße und die Istlage des hydraulischen Antriebes als Regelgröße zugeführt werden, und mit einem mit dem Lageregler in Reihe geschalteten Summierer, dem über den zugehörigen Summenpunkt das im Lageregler gebilde­ te Ausgangssignal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem von dem Lageregler (15) kommenden Ausgangssig­ nal ein der Last proportionales Signal des hydrauli­ schen Antriebes (22) vorzeichenrichtig derart aufad­ diert wird, daß der lastabhängige Fehler des Lagere­ gelkreises Null ist.

2. Lageregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem von dem Lageregler (15) kommenden Ausgangssignal in Form einer elektrischen Größe, bei­ spielsweise einer Spannung eine Ersatzgröße derart überlagert wird, daß der lastabhängige Fehler des La­ geregelkreises Null ist.

3. Lageregelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Messung der lastabhängigen Er­ satzgröße ein Kraftaufnehmer (29) vorgesehen ist.

4. Lageregelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Messung der lastabhängigen Größe Differenzmesser oder Kraftaufnehmer in Differenzschal­ tung vorgesehen sind.

5. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels einer Kraftmeßdose oder eines Kraftmeßbolzens oder einer Drehmomentenmeßwelle oder ähnlicher Kraft­ meßeinrichtungen ermittelte Last als lastproportionale elektrische Größe dem Addierer (19) am Summenpunkt (18) vorzeichenrichtig aufaddiert wird.

6. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Summierer (19) ausgehende Ausgangssignal auf das Stellglied (21) gegeben wird, so daß mit zunehmender Last eine Aussteuerung des hydraulischen Stellgliedes (21) erfolgt, welches die Ersatzgröße für den sonst vorhandenen lastabhängigen Fehler des Lageregelkreises darstellt.

7. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Istwertposition ein Potentiometer (24) oder jeder beliebige Wegaufnehmer vorgesehen ist, dessen Abnehmer (34) über einen Ohm′schen Widerstand (26) zu dem zum Positionsregler (15) gehörigen Vergleicher (14) geführt ist.

8. Lageregelanordnung für den Betrieb eines hydrauli­ schen Antriebes mit einem diesen betätigenden Stell­ glied und einem einen Taktgenerator zur Bildung von Weginkrementen, einen Vergleicher, einen Zähler und ein Summierer aufweisenden Rechnersystem oder einer entsprechenden diskret aufgebauten Hardware, die mit dem Stellglied in Reihe geschaltet sind und wobei an dem hydraulischen Antrieb ein Wegaufnehmer angeordnet ist, der mit dem Vergleicher in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Zähler (42) kommenden Ausgangssignal im Summierer (48) ein der Last proportionales Signal derart überlagert wird, daß der lastabhängige Fehler des Lageregelreises Null ist.

9. Lageregelanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Summierer (48) eine elektrische Größe als Ersatzkraft zugeführt und diese dem Aus­ gangssignal des Zählers (42) derart überlagert wird, daß der Lagefehler Null ist.

10. Lageregelanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftaufnehmer (54) mit dem hydraulischen Antrieb (52) verbunden ist, der mit dem Summierer (48) in Verbindung steht.

11. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem dem Zähler (42) zugeordneten Vergleicher (41) die im Taktgenerator (40) gebildeten Weginkremente und die vom Wegaufnehmer (56) erzeugten Weginkremente zuge­ führt und zu dem Zähler (42) weitergeleitet werden.

12. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der lastabhängigen Ersatzgröße ein Druckauf­ nehmer vorgesehen ist.

13. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der lastabhängigen Größe Differenzmesser oder Kraftaufnehmer in Differenzschaltung vorgesehen sind.

14. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels einer Kraftmeßdose oder eines Kraftmeßbolzens oder einer Drehmomentenmeßwelle oder ähnlicher Kraft­ meßeinrichtungen ermittelte Last als lastproportiona­ le elektrische Größe dem Summierer (49) am Summen­ punkt vorzeichenrichtig aufaddiert wird.

15. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer als inkrementaler Wegaufnehmer, als Ul­ traschallwegaufnehmer, als Winkelkodierer, als Resol­ ver oder als ähnlich digital arbeitender Wegaufnehmer ausgebildet ist.

16. Lageregelanordnung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der je nach verwendeter Lastmeßeinrichtung zu erwar­ tende Linearitätsfehler durch eine Kompensations­ schaltung linearisiert und am Summenpunkt vorzeichen­ richtig aufaddiert wird.