DE4030954C2 - Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines hydraulisch bewegbaren Arbeitsgeräts und Bahnsteuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines hydraulisch bewegbaren Arbeitsgeräts und Bahnsteuereinrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der
Bewegung eines hydraulisch bewegbaren Arbeitsgeräts,
das an einem Ende eines längenveränderbaren und ver
schwenkbaren Armes angeordnet ist, entlang einer vorgebbaren,
im wesentlichen geradlinigen Bewegungsbahn,
wobei das Arbeitsgerät mit Hilfe von hydraulischen Antriebselementen,
nämlich einem Längenantrieb und einem
Winkelantrieb, die am Arm angreifen, in Abhängigkeit
von Eingangssteuersignalen, die die Bewegungsbahn bestimmen,
bewegt wird, und betrifft eine Bahnsteuereinrichtung
für ein hydraulisch bewegbares Arbeitsgerät, das an
einem Ende eines längenveränderbaren und um eine trägerfeste
Achse verschwenkbaren Armes angeordnet ist, mit
hydraulischen Antriebselementen, nämlich einem Längenantrieb
zur Änderung der Länge des Arms und einem Winkelantrieb
zum Verschwenken des Arms, einer Steuervorrichtung,
die einen Datenspeicher und eine Verarbeitungseinrichtung
aufweist, einer Bedienungseinrichtung,
die mit der Steuervorrichtung verbunden ist und in Abhängigkeit
von ihrer Stellung Eingangssteuersignale
erzeugt, und Positionssensoren, die die Länge des Armes
und seinen Winkel in bezug zu einer vorbestimmten Ebene
ermitteln, zur Durchführung des Verfahrens.
Wie in Hydraulics & Pneumatics, Januar 1990, Seite 34
und Oktober 1988, Seite 78-81, beschrieben, gewinnen
Arbeitsgeräte auf geländegängigen Fahrzeugen zunehmend
an Bedeutung. Bei den Arbeitsgeräten handelt es sich
beispielsweise um die Gabel eines Gabelstaplers, die
Schaufel eines Schaufelladers, den Haken eines Autokra
nes oder eine Arbeitsbühne. Die Bewegungen des Arbeits
gerätes lassen sich aufgrund seiner Aufhängung an einem
Ende eines längsveränderbaren und verschwenkbaren Armes
am besten in einem Polarkoordinatensystem beschreiben,
das in der Verschwenkebene des Armes angeordnet ist.
Der Mittelpunkt des Polarkoordinatensystems fällt mit
der Verschwenkachse des Armes zusammen. Die Antriebselemente
können problemlos Bewegungen des Arbeitsgeräts
in radialer oder azimutaler Richtung bewirken. In beiden
Fällen muß lediglich das für die entsprechende
Richtung verantwortliche Antriebselement betätigt werden.
Bewegungen des Arbeitsgerätes ausschließlich in
radialer oder azimutaler Richtung in dem Polarkoordinatensystem
sind aber in vielen Anwendungsfällen unbrauchbar.
Oft wird eine geradlinige Bewegung gefordert,
beispielsweise wenn ein Gabelstapler mit seiner
Gabel unter eine Palette fahren will, um diese anzuheben,
oder wenn er die Palette in vertikaler Richtung
anheben will. Bei einer derartigen Bewegung müssen die
Antriebselemente für die Längenveränderung und die Winkelveränderung
miteinander koordiniert werden. Eine
derartige Koordination erfordert von der Bedienungsperson
eine Geschicklichkeit, die sie erst nach einer langen
Übung oder überhaupt nicht erreichen kann.
Aus diesem Grund ist in US 4 722 044 ein Verfahren
und eine Bahnsteuereinrichtung der eingangs genannten
Art vorgeschlagen worden, bei der ein Mikrocomputer
vorgesehen ist, der die Eingangssteuersignale in Betäti
gungssignale für die einzelnen Antriebseinrichtungen
umsetzt. Hierbei wird beispielsweise der Längenantrieb
betätigt. Die Längenänderung wird gemessen. Der Mikro
prozessor berechnet als Ergebnis der Längenänderung die
erforderliche Betätigung des Winkelantriebs, um eine
gewünschte lineare oder geradlinige Bahn zu erzielen.
Die Steuerung ist so eingerichtet, daß das Ende des
Armes, also das Arbeitsgerät, in einer stufenweisen
Annäherung zu einer geraden Linie bewegt wird. Die gerade
Linie muß nicht unbedingt in horizontaler oder
vertikaler Richtung verlaufen. Die Größe der Stufen
kann so klein gemacht werden, wie es die Auflösung der
Sensoren zur Ermittlung der Längen- und Winkeländerung
zuläßt.
Eine derartige Steuerung setzt ideale Verhältnisse der
Regelkreise für die Längen- und Winkeländerung voraus,
die im allgemeinen nicht gegeben sind. In der Praxis
hat sich gezeigt, daß eine Reihe von Ursachen dazu
führt, daß trotz der bekannten Steuerung das Arbeitsgerät
nicht auf der gewünschten Bahn geführt werden
kann. Beispielsweise kann nicht genügend hydraulisches
Fluid zur Verfügung stehen, die äußere Belastung kann
zu groß sein, der Arbeitsraum kann begrenzt sein, es
kann eine gewisse Trägheit bei der Bewegung der gesamten
Maschine vorliegen oder die vorausgesetzten idealen
Ventilkennlinien sind nicht zu realisieren. Aufgrund
dieser Fehler kann es zu größeren Abweichungen von der
geradlinigen Bahn kommen, ohne daß die Bedienungsperson
unmittelbar gewarnt wird. Beispielsweise kann es vorkommen,
daß beim Beladen eines Lastkraftwagens mit einer
Palette das Arbeitsgerät, d. h. die Gabel, nicht,
wie gewünscht, horizontal bewegt wird, sondern mit einer
kleinen Neigung nach unten, obwohl eine horizontale
Bewegung durch die Bedienungseinrichtung eingestellt
ist. Da man bestrebt ist, die Palette nur möglichst
wenig über die Höhe der Ladefläche anzuheben, wird die
Palette aufgrund der Neigung ihrer Bewegungsbahn gegen
den Lastkraftwagen stoßen. Die Bedienungsperson kann
diese Neigung der Bewegungsbahn nach unten dadurch ausgleichen,
daß sie gleichzeitig mit der horizontalen
Bewegung eine vertikale Bewegung nach oben einstellt.
Dies ist jedoch nicht der Sinn der Sache, denn eine
derartige Betätigungsweise fordert von der Bedienungsperson
wieder eine genaue Kenntnis der Maschine und
eine erhöhte Geschicklichkeit.
Aus WOREK, Dieter, "Hydraulik und Elektronik in der
Fördertechnik", Fluid, September 1981, Seiten 30 bis 33
ist eine ähnliche Lastwegnachführung bekannt, bei der
ein Analogrechner aus einer Istwertänderung nach Betätigung
eines Betätigungszylinders einen Sollwert für
einen anderen Betätigungszylinder errechnet und der
andere Betätigungszylinder in einem geschlossenen Regelkreis
nachgeführt wird. Die momentanen Höhen- und
Gesamtausladungswerte werden ständig überwacht. Wenn
ein durch Grenzwerte bestimmter Arbeitsbereich verlassen
wird, werden die entsprechenden Betätigungselemente
gestoppt. Durch eine sogenannte elektronische Anbremsung
wird der zur Verfügung stehende Ölstrom von der
Förderpumpe so auf die Betätigungselemente aufgeteilt,
daß für das nachzuführende Betätigungselement immer
eine ausreichende Ölmenge zur Verfügung steht, auch
wenn die beiden Betätigungselemente einen stark unterschiedlichen
Ölbedarf haben.
DE 35 46 336 C2 offenbart eine Steueranordnung für mindestens
zwei von mindestens einer Pumpe gespeiste hydraulische
Verbraucher, bei der der insgesamt benötigte
Volumenstrom ermittelt wird und mit dem zur Verfügung
stehenden Volumenstrom ins Verhältnis gesetzt wird,
wobei bei allen Antriebselementen die Durchflußmenge
reduziert wird, wenn der zur Verfügung stehende Volumenstrom
kleiner als der insgesamt benötigte Volumenstrom
ist. Hierbei wird zwar die Verstellgeschwindigkeit
des Arbeitsgeräts insgesamt verringert. Die Bahnkurve
wird jedoch beibehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der angegebenen Art und eine Bahnsteuereinrichtung der
angegebenen Art zur Durchführung des Verfahrens zu
schaffen, mit denen sichergestellt ist, daß die gewünschte
Bewegungsbahn des Arbeitsgerätes eingehalten
wird.
Dies wird bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch erreicht, daß ausgehend von einer Istposi
tion des Arbeitsgeräts iterativ eine Folge von Soll-Positionen
in der vorgebbaren Bewegungsbahn ermittelt wird
und das Arbeitsgerät ausgehend von der Istposition
nacheinander in einer gleichförmigen, fortlaufenden
Bewegung zu den ermittelten Sollpositionen bewegt wird,
wobei jede aufeinanderfolgend erreichte Position jeweils
als neue Istposition mit der jeweils zugehörig
ermittelten Sollposition verglichen und die Bewegung in
die jeweils nächste Sollposition erst freigegeben wird,
wenn die momentane Istposition des Arbeitsgerätes in
einem vorbestimmten Toleranzbereich zu der zugehörig
ermittelten Sollposition liegt.
Man führt also nicht mehr die eine Bewegung der anderen
Bewegung nach. Vielmehr werden kleine Teilstrecken be
rechnet. Die Antriebselemente können gleichzeitig betätigt
werden, um das Arbeitsgerät entlang der Teil
strecke zu bewegen. Am Ende einer jeden Teilstrecke
wird überwacht, ob die Antriebselemente richtig gearbeitet
haben. Solange sich das Arbeitsgerät nicht in
der gewünschten Soll-Position am Ende der Teilstrecke
befindet, wird die nächste Teilstrecke nicht freigegeben.
Ein kleiner Fehler, d. h. relativ geringe Abweichungen
von der einzelnen Soll-Position werden zugelassen.
Die Sollposition wird als erreicht angesehen, wenn
sich das Arbeitsgerät in dem relativ engen Toleranzbereich
um die Sollposition herum befindet, auch wenn das
Arbeitsgerät die Sollposition nicht exakt getroffen
hat. Der Toleranzbereich dient auch als Sicherheitsmaßnahme,
um einen flüssigen Bewegungsablauf zu ermöglichen.
Somit werden beispielsweise Abweichungen ausgeglichen,
die sich durch unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeiten
und Genauigkeiten bei der Steuerung der
Antriebselemente ergeben können. Dadurch, daß die Bewegungsbahn
in einzelne Bewegungssequenzen unterteilt
wird, läßt sich eine Abweichung der tatsächlichen Bewegungsbahn
des Arbeitsgeräts von der gewünschten Bewegungsbahn
des Arbeitsgeräts außerordentlich gering halten.
Die einzelnen Teilstrecken müssen nicht insgesamt
im voraus berechnet werden. Es reicht aus, wenn die
folgende Teilstrecke und damit die nächste Soll-Position
berechnet wird, während das Arbeitsgerät die vorhergehende
Teilstrecke durchläuft. Dadurch kann man
relativ schnell auf Änderungen der Eingangssteuersignale
reagieren.
Bevorzugterweise weisen die iterativ ermittelten Sollpositionen
einen Abstand voneinander auf, den das Arbeitsgerät
in Bruchteilen einer Sekunde zurücklegen
kann. Die einzelnen Soll-Positionen liegen also sehr
dicht benachbart zueinander. Hierdurch vermeidet man
einen stoßweisen Betrieb. Darüber hinaus erfolgt die
Korrektur möglicherweise auftretender Fehler in der
Bewegungsbahn in sehr kurzen Abständen, so daß das Arbeitsgerät
der gewünschten Bewegungsbahn mit hoher Genauigkeit
folgen kann.
Hierbei ist bevorzugt, daß zwei Soll-Positionen
in der Größenordnung von 10 Millisekunden voneinander
entfernt sind. Die Bewegungsbahn wird also
etwa hundertmal in der Sekunde korrigiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Orientie
rung des Arbeitsgeräts zum Arm mit Hilfe eines weiteren
hydraulischen Antriebselements, nämlich eines Arbeitsgeräteantriebs,
in Abhängigkeit von der Bewegung des
Armes verändert. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll,
wenn das Arbeitsgerät in einem bestimmten Winkel zu
einer bestimmten Ebene, beispielsweise der Ebene des
Trägers oder einer horizontalen Ebene, gehalten werden
muß, damit eine auf dem Arbeitsgerät befindliche Last
nicht ins Rutschen gerät. Diese Forderung wird insbesondere
bei Gabelstaplern erhoben, mit denen beladene
Paletten transportiert werden.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Orientierung des Arbeitsgeräts
zum Arm in Abhängigkeit von der Orientierung
des Arms zur Richtung der Schwerkraft verändert
wird. Die Orientierung des Armes zur Richtung der
Schwerkraft kann sich durch zwei Faktoren verändern,
nämlich einmal durch eine Bewegung des Armes im Verhältnis
zum Träger, also beispielsweise des Fahrzeugs,
auf dem der Arm befestigt ist, oder durch eine Bewegung
des Trägers, beispielsweise wenn das Fahrzeug eine
Steigung hinauf- oder hinunterfährt. Beispielsweise
kann, wenn als Arbeitsgerät die Gabel eines Gabelstaplers
verwendet wird, die Gabel in allen möglichen Lagen
des Armes horizontal gehalten werden, so daß eine Palette
nicht abrutschen kann oder ihre Beladung verliert.
Bevorzugterweise wird für jede Soll-Position eine Soll
orientierung für das Arbeitsgerät ermittelt und die
Bewegung in die jeweils nächste Sollposition wird erst
freigegeben, wenn auch die Istorientierung des Arbeitsgeräts
in der momentanen Istposition um weniger als
einen vorbestimmten Betrag von der zugehörig ermittelten
Sollorientierung abweicht. In die Überwachung
werden also nicht nur der Längenantrieb und der Winkelantrieb,
sondern auch der Arbeitsgeräteantrieb einbezogen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der
von den hydraulischen Antriebselementen insgesamt benötigte
Volumenstrom ermittelt, der zu Verfügung stehende
Volumenstrom wird ermittelt, der Quotient aus zur Verfügung
stehendem und benötigtem Volumenstrom wird ermittelt
und, falls der Quotient kleiner als Eins ist,
wird jedes Antriebselement nur mit einem entsprechend
dem Quotienten verringerten Volumenstrom versorgt. Wenn
die Bedienungsperson mit der Bedienungseinrichtung eine
Bewegung des Arbeitsgeräts bewirken will, bei der die
Summe der für die einzelnen Antriebselemente benötigten
Volumenströme größer ist als die von einer Pumpe lieferbare
Menge, wird das Antriebselement, dessen Bedarf
am größten ist, seine Funktion nicht mehr zufriedenstellend
ausüben können und mit einer zeitlichen Verzögerung
zu den anderen Antriebselementen tätig werden.
Dies führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Abweichung
der tatsächlichen Bewegungsbahn des Arbeitsgeräts
von der gewünschten Bewegungsbahn. In der vorteilhaften
Ausgestaltung ist nun dafür gesorgt, daß die Aufteilung
des zur Verfügung stehenden Volumenstroms nach einem
Schlüssel erfolgt, der von den einzelnen Antriebselementen
vorgegeben wird. Benötigt beispielsweise ein
Antriebselement die Menge A, das zweite Antriebselement
die Menge B und das dritte Antriebselement die Menge C,
wobei die Summe aus A, B und C die Summe D ergibt, die
Pumpe aber lediglich die Menge E zur Verfügung stellt,
erhält das erste Antriebselement lediglich die Menge A·E/D,
das zweite Antriebselement die Menge B·E/D und
das dritte Antriebselement die Menge C·E/D. Die Bewegung
des Arbeitsgeräts läuft dann hier zwar insgesamt
etwas langsamer ab, die Relation der einzelnen Bewegungen
untereinander bleibt aber gleich, so daß das Arbeitsgerät
der gewünschten Bahn mit hoher Genauigkeit
folgen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die
Bewegung jedes Antriebselements von einem Regelkreis
geregelt, wobei jeder Regelkreis einen Verstärkungsfaktor
aufweist, der vom relativen Fehler aller Regelkreise
abhängt. Im Prinzip reicht es aus, die Bewegungen
der einzelnen Antriebselemente lediglich durch die
zentrale Steuerung zu koordinieren, die jedem Regler
einen Eingangswert als Führungsgröße übermittelt. Der
Regler wird dann das Antriebselement auf den gewünschten
Sollwert einregeln. Dies setzt allerdings voraus,
daß die einzelnen Regler im wesentlichen ideal arbeiten.
In der Praxis kann es jedoch vorkommen, daß die
Regelung der einzelnen Antriebselemente voneinander
abweichen, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher
Trägheiten, Leckagen oder ähnlichen Ursachen. In diesem
Fall ist es von Vorteil, daß sich die einzelnen Regelkreise
gegenseitig beeinflussen. Die durch kleine Fehler
in den einzelnen Regelkreise verursachten Abweichungen
können daher ausgeglichen werden, bevor die
Steuerung bezwungen ist, durch Sperren der nächsten
Sollwerte einzugreifen.
Hierbei ist bevorzugt, daß der Verstärkungsfaktor nach
der Formel errechnet wird:
wobei KRi der Verstärkungsfaktor, e der relative Fehler
der einzelnen Regelkreise und i, j, k die Indizes der
einzelnen Regelkreise sind. Der relative Fehler e ist
hierbei der Ausdruck für die Abweichung des Istwerts
vom Sollwert bezogen auf den Sollwert. Unter idealen
Verhältnissen, d. h. wenn keine Regelabweichungen vorhanden
sind, ist der Verstärkungsfaktor gleich Eins.
Abhängig davon, wie weit der einzelne Regelkreis den
anderen nachhinkt, d. h. in Abhängigkeit vom relativen
Fehler des einzelnen Regelkreises, nimmt der Verstärkungsfaktor
zu. Am Anfang einer Bewegung sind alle relativen
Fehler gleich Eins. Der Verstärkungsfaktor hat
somit den Wert Zwei. Wenn alle Regelkreise eingeregelt
sind, d. h. keine Regeldifferenz mehr auftritt, ist der
Verstärkungsfaktor gleich Eins. Wenn die Kreise j und k
eingeregelt sind, bevor der Kreis i eingeregelt ist,
erhält man für den Verstärkungsfaktor des Reglers i den
Wert KRi = 4. Der Regler i wird also seine Regeldifferenz
mit erhöhter Geschwindigkeit ausregeln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird am
Ende der Bewegungsbahn des Arbeitsgeräts die Bewegungs
geschwindigkeit allmählich verringert. Hierdurch werden
Erschütterungen auf der Maschine und unnötig harte Be
lastungen vermieden. Dies kann beispielsweise durch
eine Steuerung der Ventilkennlinien entlang einer Rampenfunktion
erreicht werden.
Bevorzugterweise wird eine Folge von vorgebbaren Bewegungsbahnen
abgespeichert und bei Bedarf wiederholt.
Dies ist insbesondere bei trivialen und eintönigen Arbeitsfunktionen
wünschenswert. Die Bedienungsperson
führt diese Arbeitsfunktion beim ersten Mal selber
durch. Bei weiteren Funktionsabläufen übernimmt der
Speicher die Steuerung. Die Bedienungsperson hat hierbei
noch die Möglichkeit, kleinere Korrekturen vorzunehmen.
Auch ist bevorzugt, daß eine Gewichtsänderung des Ar
beitsgeräts ermittelt wird. Hierdurch läßt sich eine
Statistik für die Belastung des Arbeitsgeräts erstellen,
die beispielsweise zu Abrechnungszwecken verwendet
werden kann.
Hierbei ist bevorzugt, daß das vom Arbeitsgerät ausge
übte Kraftmoment auf den Träger fortlaufend ermittelt
wird. Da das Anfangsgewicht des Arbeitsgeräts bekannt
ist, läßt sich aus der Gewichtsänderung für jeden Zeitpunkt
das tatsächliche Gewicht des Arbeitsgeräts ermitteln.
Aus dem Gewicht, der Länge des Armes, der Auslenkung
des Armes und der Richtung der Schwerkraft läßt
sich nun das Kraftmoment ermitteln, das vom Arbeitsgerät
auf den Träger ausgeübt wird. Dieses Kraftmoment
erlaubt beispielsweise eine Aussage über die Kippgefährdung
des Trägers nach vorne, nach hinten oder zur
Seite. Bei Überschreiten eines Grenzwerts kann ein
Alarm ausgelöst und/oder weitere das Kraftmoment vergrößernde
Bewegungen gesperrt werden.
Die Aufgabe wird auch durch eine Bahnsteuereinrichtung
der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Steuer
vorrichtung ausgehend von einer Istposition des Arbeitsgerätes
iterativ eine Folge von Sollpositionen in
einer vorgebbaren Bewegungsbahn ermittelt und den hydraulischen
Antriebselementen entsprechende Antriebssignale
zugeführt, um das Arbeitsgerät ausgehend von der
Istposition nacheinander in die ermittelten Sollpositionen
zu bewegen, wobei die Steuervorrichtung jede
aufeinanderfolgend erreichte Position jeweils als neue
Istposition mit der jeweils zugehörig ermittelten Sollposition
vergleicht und die für die Bewegung in die
jeweils nächste Sollposition erforderlichen Antriebssignale
erst dann freigibt, wenn die Positionssensoren
melden, daß sich das Arbeitsgerät mit seiner momentanen
Istposition innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs
um die zugehörig ermittelte Sollposition befindet.
Die Steuervorrichtung überwacht also laufend, ob die
von ihr ausgesandten Signale auch zu dem gewünschten
Ergebnis führen. So lange das gewünschte Ergebnis, also
die Sollposition, nicht erreicht ist, wird eine weitere
Bewegung des Arbeitsgeräts über die Sollposition hinaus
nicht zugelassen.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Steuervorrichtung in der
Größenordnung von 10 Millisekunden nach der Bereitstellung
einer Sollposition für die nächste Sollposition
zur Verfügung stellt. Die Berechnung der Folge der Bewegungssequenzen
erfolgt also relativ rasch verglichen
mit der Bewegung des Arbeitsgeräts. Die Bereitstellung
der neuen Sollposition nach circa 10 Millisekunden bedeutet
nicht, daß die Sollposition auch nach dieser
Zeit freigegeben werden muß. Die Freigabe der Sollposition
hängt vielmehr davon ab, ob das Arbeitsgerät die
vorherige Sollposition erreicht hat, d. h. sich in einem
vorgegebenen Fehlerabstand um die Sollposition herum
befindet.
Bevorzugterweise ist zwischen Arbeitsgerät und Arm ein
weiteres hydraulisches Antriebselement, nämlich ein
Arbeitsgeräteantrieb, und ein weiterer Positionssensor,
nämlich ein Winkelsensor zur Ermittlung des Winkels
zwischen Arbeitsgerät und Arm, vorgesehen, die mit der
Steuervorrichtung verbunden sind. Es wird also nicht
nur die Lage des Arbeitsgeräts laufend gesteuert und
überwacht, sondern auch die Orientierung des Arbeits
geräts. Wie oben ausgeführt, kann dies insbesondere
dann von Vorteil sein, wenn mit dem Arbeitsgerät Lasten
transportiert werden sollen, die nicht verrutschen dür
fen. In diesem Fall ist eine bestimmte Orientierung des
Arbeitsgeräts beispielsweise im Verhältnis zu einer
horizontalen Ebene während der gesamten Bewegungsbahn
des Arbeitsgeräts aufrechtzuerhalten.
Mit Vorteil ermittelt die Steuervorrichtung für jede
Sollposition einen Sollwinkel zwischen Arbeitsgerät und
Arm und gibt den nächste Sollposition der Folge erst
frei, wenn der Istwinkel in der momentanen Istposition
um weniger als einen vorbestimmten Wert vom zugehörig
ermittelten Sollwinkel abweicht. Auf diese Weise wird
sichergestellt, daß sich auch bei der Orientierung des
Arbeitsgeräts keine größeren Fehler einschleichen kön
nen. Vielmehr werden kleine Fehler am Ende eines Teil
stücks der Bewegungsbahn sofort korrigiert.
Bevorzugterweise ist ein Neigungssensor als weiterer
Positionssensor mit der Steuervorrichtung verbunden,
der die Neigung des Trägers in bezug auf die Schwerkraft
richtung ermittelt. Hierdurch läßt sich beispielsweise
erreichen, daß das Arbeitsgerät im Verhältnis zu
einer horizontalen Ebene eine vorbestimmte Ausrichtung
beibehält, so daß auf dem Arbeitsgerät angeordnete Lasten
nicht verrutschen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Wählein
richtung zur Auswahl eines Steuermodus mit der Steuervorrichtung
verbunden. Die Steuervorrichtung ist also
umschaltbar. Das Arbeitsgerät kann auf herkömmliche
Weise bewegt werden, wobei die einzelnen von der Bedie
nungseinrichtung abgegebenen Befehle unmittelbar zu
einer Betätigung der Antriebselemente führen. In diesem
Fall wird das Arbeitsgerät quasi in Polarkoordinaten
bewegt. Ein weiterer Steuermodus ist die bisher beschriebene
automatische Steuerung des Arbeitsgeräts
entlang einer geraden Linie. Weiterhin kann die Bedienungsperson
auswählen, ob sie die Bahn des Arbeitsgeräts
im Verhältnis zum Träger oder im Verhältnis zur
Schwerkraft steuern will. Es kann auch gewählt werden,
ob das Arbeitsgerät im Verhältnis zum Fahrzeug oder im
Verhältnis zu einer horizontalen Ebene konstant gehalten
werden soll, beispielsweise wenn der Träger als
Fahrzeug ausgebildet ist und sich im Gelände bewegt.
Alle diese Funktionen lassen sich mit der zuvor beschriebenen
Bahnsteuereinrichtung realisieren.
Auch ist bevorzugt, daß die Steuervorrichtung bei Auftreten
eines Fehlers einen anderen Steuermodus wählt,
der mehr Aufmerksamkeit der Bedienungsperson erfordert,
und diesen Steuermodus gegebenenfalls anzeigt. Die
Steuervorrichtung überprüft laufend, ob in der Bahn
steuereinrichtung Fehler auftreten. Beispielsweise werden
alle oder einige Leitungen permanent auf Kurzschluß
oder Unterbrechung überprüft, d. h. es wird überprüft,
ob das Signal z. B. kleiner als 3% oder größer als 97%
des Versorgungswertes ist. Auch kann ein Signalgradient
ermittelt werden, d. h. eine Änderung eines Signals über
der Zeit. Wenn ein solcher Gradient größer ist, als
dies physikalisch möglich sein kann, läßt dies auf einen
Fehler schließen. Auch können Redundanzen eingebaut
sein. Bei Auftreten eines Fehlers schaltet die Steuervorrichtung
auf die nächst niedrigere Komfortstufe zurück.
Der Betrieb kann weitergehen, erfordert aber eine
erhöhte Aufmerksamkeit der Bedienungsperson.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Getriebe
schalter mit der Steuervorrichtung verbunden. Der Getriebeschalter
kann ermitteln, ob sich das Fahrzeug
bewegt oder nicht. In einer einfachen Ausführungsform
reicht es auch aus, daß der Getriebeschalter ermittelt,
ob ein Gang eingelegt ist. In diesem Fall ist mit einer
Bewegung des Fahrzeugs zu rechnen.
Vorteilhafterweise ist eine Meßeinrichtung für den Volumenstrom
des zur Verfügung stehenden Hydraulikfluids
vorgesehen. Die Meßeinrichtung ermittelt den von einer
Pumpe abgegebenen Volumenstrom. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn die Pumpe nicht nur die Antriebselemente
für die Bewegung des Arbeitsgeräts versorgen
muß, sondern auch noch für andere Zwecke Hydraulikfluid
zur Verfügung stellen muß, beispielsweise für
eine hydraulische Lenkung oder eine Bremsanlage. Die
Steuervorrichtung erhält dann laufend eine Information
darüber, mit welchen Mengen an Hydraulikfluid sie arbeiten
kann.
Hierbei ist bevorzugt, daß jedem Antriebselement eine
Ermittlungseinrichtung für die in Abhängigkeit von der
gewünschten Bewegung benötigten Menge des Hydraulikfluids
zugeordnet ist, wobei die Steuervorrichtung einen
Quotienten aus zur Verfüngung stehender und benötigter
Menge des Hydraulikfluids bildet und, falls der
Quotient kleiner als Eins ist, jedem Antriebselement
eine entsprechend dem Quotienten verminderte Menge an
Hydraulikfluid zuführt. Die für die Antriebselemente
benötigte Menge an Hydraulikfluid kann aus der Stellung
der Bedienungseinrichtung, beispielsweise der Winkellage
und Auslenkung eines Bedienungshebels, und einer am
Arbeitsgerät angreifenden Last errechnet werden. Hierdurch
wird erreicht, wie oben ausgeführt, daß zwar die
gesamte Bewegung des Arbeitsgeräts möglicherweise mit
verminderter Geschwindigkeit erfolgt, die Bewegung jedoch
der gewünschten Bahn folgt. Ohne dieses Ausgleichen
der Bedarfe der einzelnen Antriebselemente kann es
vorkommen, daß das Arbeitsgerät zwar den gewünschten
Endpunkt der Bewegungsbahn erreicht, zwischen Anfangs-
und Endpunkt jedoch einer abweichenden Bahn folgt.
Bevorzugterweise ist eine Belastungsmeßeinrichtung mit
der Steuervorrichtung verbunden, die die von dem Arbeitsgerät
hervorgerufene Belastung ermittelt. Die Belastungsmeßeinrichtung
kann beispielsweise eine Wiegefunktion
durchführen, so daß die geleistete Arbeit des
Arbeitsgeräts ermittelt werden kann.
Vorteilhafterweise ist eine Alarmeinrichtung vorgesehen,
die einen Alarm auslöst und/oder Bewegungen des
Arbeitsgeräts verhindert, die ein auf den Träger wirkendes
Kraftmoment vergrößern, wenn ein aus der Belastung
durch das Arbeitsgerät, der Länge und der Verschwenkung
des Armes ermittelter Wert eine vorbestimmte
Grenze überschreitet. Die Alarmeinrichtung dient also
zur Erhöhung der Kippsicherheit des Trägers und damit
der Sicherheit der Bedienungsperson. Wenn die Belastung
des Arbeitsgeräts und die Länge des Armes zu groß sind,
kann es vorkommen, daß das Kraftmoment auf den Träger
zu groß wird und der Träger umkippt. Normalerweise ist
bei den betrachteten Arbeitsgeräten lediglich ein Kippen
nach vorne zu besorgen. In Extremfällen, beispielsweise
wenn das Arbeitsgerät auf einem geländegängigen
Fahrzeug eingesetzt ist und das Fahrzeug eine relativ
steile Steigung hinauffährt, kann es aber auch zu einem
Kippen nach rückwärts oder zur Seite kommen.
Mit Vorteil geben die Eingangssteuersignale der Bedienungseinrichtung
die Richtung und die Geschwindigkeit
der Bewegung des Arbeitsgeräts an. Wenn beispielsweise
die Bedienungseinrichtung durch einen Steuerhebel gebildet
ist, kann die Richtung der Auslenkung des Steuerhebels
die Richtung der Bewegung des Arbeitsgeräts
und der Grad der Auslenkung die Geschwindigkeit der
Bewegung des Arbeitsgeräts angeben. Auf diese Weise
wird nicht die Endposition des Arbeitsgeräts festgelegt,
sondern lediglich die Bewegungsbahn. Die Steuervorrichtung
berechnet dann sukzessive die Teilabschnitte
der Bewegungsbahn, so lange die von der Bedienungseinrichtung
ausgegebenen Eingangssteuersignale anzeigen,
daß eine Bewegung des Arbeitsgerät erwünscht ist.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Eingangssteuersignale
richtungsbezogen in einem kartesischen Koordinatensystem
vorliegen, wobei die Steuervorrichtung diese Werte
in Polarkoordinaten umrechnet. Die Eingangssteuersignale
sind an die menschliche Vorstellungskraft bei der
Bewegung des Arbeitsgeräts besser angepaßt. Ein Mensch
kann sich in der Regel besser eine geradlinige Bewegung
vorstellen, die aus einzelnen, zueinander proportionalen
Bewegungen zusammengesetzt ist, als eine geradlinige
Bewegung in einem Polarkoordinatensystem, die in der
Regel eine relativ komplizierte Umrechnung mit trigonometrischen
Funktionen erfordert.
Bevorzugterweise ist eine Torschaltung am Ausgang der
Steuervorrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von
der momentanen Istposition und der zugehörig ermittelten
Sollposition des Arbeitsgeräts einen Signalpfad zum
Ausgang freigibt oder sperrt. Die Torschaltung ist also
die Sperre am Ausgang der Steuervorrichtung, mit deren
Hilfe die einzelnen Abschnitte der Bewegungsbahn freigegeben
werden.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Werte der momentanen
Istposition der Torschaltung über eine Transformationseinrichtung
zum Umwandeln von polaren in kartesische
Koordianten zugeführt werden. Die Torschaltung kann
dann direkt vergleichen, ob die Sollposition erreicht
ist oder nicht.
Mit Vorteil ist ein Schalter vorgesehen, der die Posi
tionssensoren mit einer Bahnberechnungseinrichtung verbindet,
sobald sich die Bedienungseinrichtung in ihrer
Neutralstellung befindet. Die Positionssensoren geben
in diesem Fall die Istposition als Startposition für
die nächste Bewegungssequenz vor.
Vorteilshafterweise ist jedem Antriebselement ein Regel
kreis zugeordnet. Der Regelkreis regelt das Antriebselement
auf die gewünschte Sollposition ein.
Hierbei ist bevorzugt, daß jeder Regelkreis ein Glied
mit veränderlichem Verstärkungsfaktor aufweist. Die
Verstärkung der einzelnen Regelkreise läßt sich dann den
Bedürfnissen anpassen. Beispielsweise kann ein Regel
kreis mit einem höheren Verstärkungsfaktor versehen
werden, um eine schnellere Regelung zu erzielen, wenn
dies notwendig ist.
Hierbei ist bevorzugt, daß der Verstärkungsfaktor eines
Regelkreises vom Regelzustand der jeweils anderen Regelkreise
abhängt. Hierdurch läßt sich eine "Fehlersynchronisation"
erzielen. Man kann damit erreichen, daß
die von den einzelnen Regelkreisen abgegebenen Steuersignale
bei den einzelnen Antriebselementen im wesentlichen
solche Bewegungen bewirken, daß die Position des
Arbeitsgeräts der gewünschten Bewegungsbahn folgt.
Mit Vorteil wird dabei der Verstärkungsfaktor nach fol
gender Formel gebildet:
wobei KRi der Verstärkungsfaktor, e der relative Fehler
und i, j, k die Indizes für die einzelnen Regelkreise
sind. Der relative Fehler ist die Regeldifferenz bezogen
auf die Führungsgröße. Am Anfang einer Bewegung
sind alle relativen Fehler gleich Eins, da die Regeldifferenz
genauso groß wie die Führungsgröße ist. In
diesem Fall ist der Verstärkungsfaktor KR = 2. Wenn
alle Regelkreise eingeregelt sind, verschwindet der
relative Fehler, KR = 1. Wenn nun zwei Kreise j und k
eingeregelt sind, bevor der Regelkreis i in Gang gesetzt
wird, beispielsweise aufgrund der Trägheit des
Antriebselements, wird KRi = 4.
Bevorzugterweise wird jedem Regelkreis mindestens eine
Hilfsgröße aufgeschaltet. Mit Hilfe der Hilfsgröße las
sen sich Schwierigkeiten bei der Transformation einer
Ventilkennlinie eines Antriebselements überwinden. Bei
spielsweise sind die Ventilkennlinien, d. h. der Zusammenhang
zwischen dem Signal und dem vom Ventil
durchgelassenen Fluß, nicht immer linear. Oft weist die
Ventilkennlinie auch Sprungstellen auf oder ist nicht
stetig differenzierbar.
Hierbei ist bevorzugt, daß eine erste Hilfsgröße einem
Totband einer Ventilkennlinie entspricht. Das Totband
der Ventilkennlinie besagt, daß das Ventil erst öffnet,
wenn eine Mindeststärke des Signals erreicht ist.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, daß die Steuervorrich
tung Ventile zur Ansteuerung der Antriebselemente nacheinander
aus einer Neutralstellung heraus zunächst in
eine Richtung schrittweise öffnet, bis die zugeordneten
Sensoren eine Bewegung der jeweiligen Antriebselemente
registrieren, die Ventile in die Neutralstellung bewegt
und dann in die andere Richtung schrittweise öffnet,
bis die Sensoren erneut eine Bewegung anzeigen, und aus
den Sensorsignalen das Totband ermittelt. Auch ein Totband
für einen Bedienungshebel und andere Teile können
auf diese Art ermittelt werden. Die Justierung der Antriebe
und die Einstellung der Ventile können daher mit
geringerer Präzision durchgeführt werden. Trotzdem läßt
sich durch diese Selbstkalibrierung eine gleichförmige,
fortlaufende Bewegung des Arbeitsgeräts erzielen.
Vorteilhafterweise wird eine zweite Hilfsgröße aus der
Neigung der Ventilkennlinie ermittelt. Die Neigung der
Ventilkennlinie gibt den Zusammenhang zwischen dem Ein
gangssignal des Ventils, beispielsweise einem elektrischen
Signal, und dem Ausgangssignal, d. h. dem durchgelassenen
Hydraulikfluidstrom, wieder.
Mit Vorteil wird die zweite Hilfsgröße als Feed-Forward-Größe
in den Regelkreis eingespeist. Eine Änderung
der Führungsgröße wirkt dann relativ schnell auf
das Antriebselement weiter.
Bevorzugterweise sind die Hilfsgrößen im Datenspeicher
abgelegt. Bei der Initialisierung der Anordnung werden
die für die einzelnen Ventile benötigten Hilfsgrößen
einmal eingespeichert. Bei der Berechnung kann die
Steuervorrichtung immer wieder darauf zurückgreifen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bahnsteuer
einrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Trägers mit
einem Arbeitsgerät,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer geradlinigen
Bewegungsbahn,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des inneren Aufbaus
der Steuervorrichtung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Reglers,
Fig. 6 eine Ventilkennlinie und
Fig. 7 die Verknüpfung mehrerer Regler.
Die Bahnsteuereinrichtung kann beispielsweise bei einem
geländegängigen Gabelstapler 1, einem Schaufelradlader 2
oder einem Autokran 3 oder anderen Arbeitsgeräten, die
linear bewegt werden sollen, verwendet werden. Die Er
findung wird im folgenden anhand eines Gabelstaplers
erläutert. Ein derartiger Gabelstapler 1 ist in Fig. 2
dargestellt. Der Gabelstapler weist einen Träger 4 auf,
der auf Rädern 5, 6 verfahrbar ist. Auf dem Träger 4
ist ein um eine trägerfeste Achse 7 verschwenkbarer
Arm 8 angeordnet, an dessen anderem Ende eine Gabel
9 als Arbeitsgerät befestigt ist. Der Arm 8 ist mit
Hilfe eines Längenantriebs 10 in der Länge verstellbar
und mit Hilfe eines Winkelantriebs 11 um die Achse 7
verschwenkbar. Die Gabel 9 ist mit Hilfe eines Arbeits
geräteantriebs 12 gegenüber dem Arm 8 neigbar. Durch
die Antriebe 10 bis 12 lassen sich also die Länge l
des Armes, der Winkel A gegenüber dem Träger 4 und der
Winkel B der Gabel 9 gegenüber dem Arm 8 einstellen.
Die Antriebe können beispielsweise als hydraulische
Kolben-Zylinder-Einheiten ausgebildet sein, die in zwei
Richtungen wirken. Alle Antriebe 10 bis 12 weisen gleich
zeitig einen nicht näher dargestellten Positionssensor
auf, der ermittelt, welche Position der Kolben innerhalb
des Zylinders hat. Aus dieser Position läßt sich wegen
des bekannten Übersetzungsverhältnisses ein eindeutiger
Schluß auf die Länge l und die Winkel A und B ziehen.
Mit Hilfe der Positionssensoren ist also eine eindeutige
Aussage über die Position und die Orientierung der Gabel
9 möglich. Am Träger ist weiterhin ein Neigungssensor
13 angeordnet, der die Neigung des Trägers 4 gegenüber
der Schwerkraftrichtung angibt. Bei Einbeziehung des
Neigungssensors in einen Steuerkreislauf läßt sich also
nicht nur die Position und die Orientierung der Gabel
9 gegenüber dem Träger 4 ermitteln, sondern auch die
Orientierung bzw. die Position der Gabel 9 gegenüber
einer horizontalen Ebene.
Eine wichtige Bewegung der Gabel 9 des Gabelstaplers 1
ist das Aufnehmen von Paletten. Dazu muß der waagerechte
Abschnitt der Gabel 9 unter die Palette gefahren werden.
Da die Palette nicht immer in geradliniger Verlängerung
des Armes 8 angeordnet ist, erfordert diese geradlinige
Bewegung nicht nur eine Verlängerung des Armes 8, son
dern eine gleichzeitige Verschwenkung des Armes 8 um
die Achse 7 mit Hilfe des Winkelantriebs 11. Um hierbei
den waagerechten Abschnitt der Gabel 9 in der horizonta
len Ebene zu halten, muß gleichzeitig der Arbeitsgeräte
antrieb 12 betätigt werden. Zur Koordinierung dieser
Bewegung ist eine Bahnsteuereinrichtung 15 vorgesehen.
Die Bahnsteuereinrichtung 15 weist einen Bedienungshebel
16 auf, der mit einer Steuerungsvorrichtung 17 verbunden
ist. Der Bedienungshebel 16 gibt in Abhängigkeit von
seiner Stellung Eingangssteuersignale in1, in2, in3
an die Steuerungsvorrichtung 17 ab. Beispielsweise kön
nen die Eingangssteuersignale in1 und in2 durch eine
Neigung des Bedienungshebels 16 nach vorne und hinten
bzw. nach links und rechts und das Eingangssteuersignal
in3 durch Betätigung eines Knopfes 18 erzeugt werden.
Die Steuervorrichtung 17 weist eine Verarbeitungseinrich
tung 19, beispielsweise einen Mikroprozessor, und einen
Datenspeicher 20 auf, der mit der Verarbeitungseinrich
tung 19 verbunden ist. Die Eingangssteuersignale in1,
in2 und in3 werden der Verarbeitungseinrichtung 19 zuge
führt. Die Eingangssteuersignale in1, in2 geben die
Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit der
Gabel 9 als Arbeitsgerät in einem kartesischen Koor
dinatensystem wieder. Dies entspricht am besten der
menschlichen Vorstellungskraft. Aufgrund des längen
veränderlichen und verschwenkbaren Armes 8 läßt sich
die Bewegung der Gabel 9 aber am besten in einem Polar
koordinatensystem beschreiben. Hierbei gibt der Längen
antrieb 10 die Bewegung der Gabel 9 in radialer Rich
tung und der Winkelantrieb 11 die Bewegung der Gabel 9
in azimutaler Richtung wieder. Die Umrechnung der karte
sischen in polare Koordinaten erfolgt mit Hilfe der
Verarbeitungseinrichtung 19.
Die Verarbeitungseinrichtung 19 erzeugt an ihrem Ausgang
Steuersignale s1, s2, s3, d. h. Sollwerte für den Längen
antrieb 10, den Winkelantrieb 11 und den Arbeitsgeräte
antrieb 12. Die Sollwerte werden als Führungsgrößen
je einem Regler R1, R2 und R3 zugeführt. Jeder Regler
R1, R2, R3 ist mit einem Ventil V1, V2, V3 verbunden.
Die einzelnen Ventile sind mit den Antrieben 10 bis 12
verbunden, die der Einfachheit halber als M1, M2 und M3
bezeichnet sind. Die Regler R erzeugen an ihrem Ausgang
ein elektrisches Steuersignal, das den Ventilen V zuge
führt wird. Die Ventile V wandeln das elektrische Signal
in ein hydraulisches Signal um, d. h. sie führen den
Antrieben M eine in Abhängigkeit von ihren Eingangssigna
len veränderliche Menge an Hydraulikfluid zu. Am Ausgang
der Antriebe M, genauer gesagt am Ausgang der den Antrie
ben M zugeordneten Positionssensoren, läßt sich eine
Aussage über die von den Antrieben M bewirkte Posi
tionsänderung gewinnen. Diese wird den Reglern R und
der Verarbeitungseinrichtung 19 über Signale f1, f2
und f3 zurückgeführt. Die Ventile V1, V2 und V3 melden
über Signale a1, a2 und a3 einen möglichen Fehler an
die Verarbeitungseinrichtung 19 zurück.
Der Verarbeitungseinrichtung 19 werden darüber hinaus
noch ein Signal t1, das der Menge des von einer Hydrau
likfluid-Quelle bereitgestellten Hydraulikfluids ent
spricht, ein Signal t2, das dem Ausgang des Neigungs
sensors 13 entspricht, und ein Signal t3, das ein Last
signal ist, zugeführt. Ferner erhält die Verarbeitungs
einrichtung 19 ein Signal t4 von einem Getriebeschalter
21. Die Verarbeitungseinrichtung 19 ist ferner verbunden
mit einer Modus-Wahleinrichtung 22, mit der sie Signale
i1, i2, i3, i4, i5 und i6 austauscht.
Ferner ist eine Eingabeeinrichtung 23 vorgesehen, mit
deren Hilfe Werte in den Datenspeicher 20 oder die Ver
arbeitungseinrichtung 19 eingeschrieben werden können.
Die Steuervorrichtung 17 hat aber nicht nur die Aufgabe,
die kartesischen Eingangssteuersignale in polare Signale
zur Steuerung der Antriebe 10 bis 12 umzusetzen, sie
überwacht auch, ob das Arbeitsgerät 9 die gewünschte
lineare Bewegung ausführt. Zu diesem Zweck berechnet
die Steuervorrichtung 17 eine Folge von Sollwerten
(Fig. 3) S1, S2, S3, S4 ... Sn, die auf der gewünschten
linearen oder geradlinigen Bewegungsbahn des Arbeits
geräts 9 liegen. Die Steuervorrichtung 17 steuert nun
den Längenantrieb 10 und den Winkelantrieb 11, so daß
die tatsächliche Bewegungsbahn 24 des Arbeitsgeräts 9
möglichst dicht an der gewünschten Bewegungsbahn 25
verläuft. Zu diesem Zweck wird das Arbeitsgerät 9 sozu
sagen etappenweise bewegt, d. h. es bewegt sich von einem
Sollwert zum anderen. Hierbei wird der nächste Sollwert
S erst freigegeben, wenn sich die tatsächliche Position
I des Arbeitsgeräts 9 in einem vorbestimmten Bereich
um den Sollwert S herum befindet. Dies soll anhand
der Fig. 3 erläutert werden. Im Verlauf der Bewegungs
bahn hat die Steuervorrichtung 17 den Sollwert S1 vor
gegeben. Das Arbeitsgerät 9 hat die Position I1 erreicht.
Daraufhin hat die Steuervorrichtung 17 den Sollwert
S2 errechnet. Das Arbeitsgerät 9 ist entlang der Bahn
24 zur Position I2 bewegt worden. Daraufhin hat die
Steuervorrichtung 17 den nächsten Sollwert S3 frei
gegeben. Das Arbeitsgerät 9 hat nun die Position I3
erreicht. Der nächste Sollwert S4 kann noch nicht frei
gegeben werden, da sich die Position I3 noch außerhalb
eines Toleranzbereichs um den Sollwert S3 befindet.
Die Toleranzbereiche sind im Verhältnis zur Länge der
Bahnabschnitte übertrieben groß dargestellt. Die Soll
werte S sind so dicht zueinander angeordnet, daß das
Arbeitsgerät die Entfernung zwischen zwei benachbarten
Sollpositionen in Bruchteilen einer Sekunde, bei
spielsweise 10 Millisekunden, zurücklegen kann. Die
Steuervorrichtung 17 stellt also 10 Millisekunden nach
dem Bereitstellen eines Sollwerts S1 bereits den näch
sten Sollwert S2 zur Verfügung. Ob dieser Sollwert aller
dings freigegeben wird, hängt ausschließlich davon ab,
ob die Istposition I1 des Arbeitsgeräts 9 im Toleranz
bereich in dem Sollwert S1 liegt oder nicht. Der Fehler
bzw. die Abweichung, die sich zwischen der gewünschten
Bewegungsbahn 25 und der tatsächlichen Bewegungsbahn 24
ergibt, bewegen sich also in der Größe des Toleranzbe
reichs um die Sollwerte S. Dadurch, daß circa 100 mal
pro Sekunde die Übereinstimmung zwischen der tatsächli
chen Bewegungsbahn 24 und der gewünschten Bewegungsbahn
25 überprüft wird, können keine größeren Fehler entste
hen. Der Längenantrieb 10 und der Winkelantrieb 11 wer
den durch ihre Regler R1, R2 jeweils so angetrieben,
daß sie zumindest theoretisch den gewünschten Sollwert S
erreichen. Dabei ist es unerheblich, ob beide Antriebe
ihre zu dem Sollwert gehörende Stellung gleichzeitig
oder nacheinander erreichen. Die Steuervorrichtung 17
wartet auf jeden Fall ab, bis beide Antriebe das Arbeits
gerät 9 in den Fehler- oder Toleranzbereich um den Soll
wert S herum bewegt hat. Hierbei werden aber alle An
triebe so gesteuert, daß eine gleichförmige, fortlaufende
Bewegung entsteht, das Arbeitsgerät also nicht rattert.
Wenn die Möglichkeit besteht, das Arbeitswerkzeug, bei
spielsweise die Gabel 9, auch in Bezug zum Arm 8 zu
orientieren, wartet die Steuervorrichtung ebenfalls,
bis der einem entsprechenden Sollwert entsprechende
Sollwinkel erreicht ist, d. h. die Abweichung des Ist-Win
kels B vom Soll-Winkel B kleiner als eine vorbestimmte
Fehlergrenze ist.
Der Aufbau der Verarbeitungseinrichtung 19 soll nun
anhand von Fig. 4 näher erläutert werden. Es ist ledig
lich ein einziger Signalfluß für alle Eingangssteuersig
nale in1, in2, in3 dargestellt, da diese gemeinsam ver
arbeitet werden.
Über die Eingangssteuersignale in vom Bedienungshebel
bekommt die Verarbeitungseinrichtung 19 die Richtung
und die Geschwindigkeit mitgeteilt, mit der das Arbeits
gerät 9 bewegt werden soll. Die Eingangssteuersignale
in und das Lastsignal sind auch ein Maß dafür, wieviel
Hydraulikfluid benötigt wird. Die Menge an Hydraulikfluid
wird daraus berechnet. Sie wird durch das Signal a darge
stellt. Die Eingangssteuersignale in werden einer Ge
schwindigkeitssteuereinrichtung 26 zugeführt, der auch
das Signal t1, das die maximal zur Verfügung stehenden
Menge des Hydraulikfluids repräsentiert, zugeführt wer
den. Die Geschwindigkeitssteuereinrichtung 26 bildet
den Quotienten aus t1 und a. Wenn der Quotient kleiner
als Eins ist, bedeutet dies, daß die Quelle für das
Hydraulikfluid nicht die benötigte Menge an Hydraulik
fluid zur Verfügung stellen kann. Dies bedeutet bei
spielsweise, daß die von der Bedienungsperson gewünschte
Geschwindigkeit, mit der das Arbeitsgerät bewegt werden
soll, nicht erzielt werden kann. Der Ausgang der Ge
schwindigkeitssteuereinrichtung 26 wird einer Bahnberech
nungseinrichtung 27 zugeführt, der auch die Eingangs
steuersignale in zugeführt werden. Die Bahnberechnungs
einrichtung 27 berechnet in Abhängigkeit von den Ein
gangssteuersignalen in eine Folge von Sollwerten S und
somit eine Folge von Abschnitten der Bewegungsbahn 25.
Die Startwerte für jeden Teilabschnitt werden über einen
Schalter 28 zugeführt. Der Schalter 28 ist während der
Bewegung des Arbeitsgeräts in der durchgezogen darge
stellten Arbeitsstellung. Wenn das Arbeitsgerät nicht
bewegt wird, ist er in der gestrichelt dargestellten
Arbeitsstellung. Die Bahnberechnungseinrichtung 27 gibt
an ihrem Ausgang die Koordinaten X, Y der nächsten Soll
position S und den dazugehörigen Winkel B für die Orien
tierung des Arbeitsgeräts 9 im Verhältnis zum Arm 8
aus. Der Abstand zweier Koordinatenpaare wird durch
die gewünschte Geschwindigkeit, oder falls diese nicht
erreichbar ist, durch die maximale Geschwindigkeit,
bestimmt. Die Koordinaten X, Y liegen als kartesische
Koordinaten vor, die in einer Transformationseinrich
tung 29 in Polarkoordinaten s umgewandelt. In die Umwand
lung bzw. die Transformation geht auch das von dem Nei
gungssensor 13 erzeugte Signal t2 ein. Die Signale s
werden einer Torschaltung 30 zugeführt, von deren Ausgang
sie den Reglern R1, R2, R3 zugeführt werden. Ein weiterer
Ausgang der Vorschaltung 30 ist zum Schalter 28 zurückge
führt. Die Torschaltung 30 wird durch Signale f gesteu
ert, die von den Positionssensoren erzeugt werden. Das
Signal f ist somit eine Darstellung für die Istposition
des Arbeitsgeräts 9. Hierbei können die Signale f ent
weder direkt der Torschaltung 30 zugeführt werden oder
nach einer Rücktransformation, die durch eine Rücktrans
formationseinrichtung 31 durchgeführt wird. Die Torschal
tung 30 vergleicht die Signale f mit den Signalen s.
Wenn die Signale s am Ausgang der Torschaltung 30 mit
den Signalen f übereinstimmen, öffnet die Torschaltung
30, um den nächsten Sollwert zu den Reglern R1, R2,
R3 gelangen zu lassen. Alternativ dazu können die Werte
X, Y, B (ist) am Ausgang der Rücktransformationseinrich
tung 31 mit den Werten X, Y, B (soll) vom Ausgang der
Bahnberechnungseinrichtung 27 verglichen werden. Bei
Übereinstimmung dieser Werte öffnet die Torschaltung,
um den nächsten Sollwert zu den Reglern R1, R2, R3 gelan
gen zu lassen. Der aktuelle Sollwert wird über den Schal
ter 28 der Bahnberechnungseinrichtung 27 zurückgeführt,
damit die Bahnberechnungseinrichtung 27 eine Basis hat,
um die Koordinaten des nächsten Sollwerts ausrechnen
zu können. Wenn die Bewegung des Arbeitsgeräts 9 beendet
ist, wird der Schalter 28 in die gestrichelt dargestell
te Schalterstellung umgelegt. Die tatsächliche Position
des Arbeitsgeräts 9 wird nun als Istposition für den
Ausgangspunkt der Berechnung der nächsten Folge von
Bewegungsbahnabschnitten verwendet.
Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau eines Regelkrei
ses. Da die drei Regelkreise im Prinzip gleich aufge
baut sind, wird nur ein einzelner Regelkreis beschrie
ben. Am Eingang des Regelkreises wird die vom Ausgang
der Torschaltung 30 gewonnene Größe S als Führungsgröße
aufgegeben. Die Führungsgröße wird über einen Summations
punkt 32 geführt. Der Ausgang des Summationspunkts ist
dem Eingang eines Verstärkungsgliedes 33 mit einem Ver
stärkungsfaktor KR verbunden. Der Verstärkungsfaktor
KR wird weiter unten näher erläutert. Der Ausgang des
Verstärkungsgliedes 33 ist mit dem Eingang eines PI-
Glieds 34 verbunden. Der Ausgang des PI-Gliedes ist
mit dem Eingang eines Summationspunkts 35 verbunden,
dessen Ausgang mit einem Eingang eines Summationspunkts
36 verbunden ist. Der Ausgang des Summationspunkts 36
ist mit dem Eingang eines Ventils 37 verbunden. Das
Ventil 37 wandelt die bisher elektrischen Signale in
ein Fluidsignal um, das vom Ausgang des Ventils 37 zum
Eingang des Antriebselements 10, 11, 12 geführt wird.
Vom Ausgang des Antriebselements 10, 11, 12, d. h. von
dem zugeordneten Positionssensor, wird ein Signal erzeugt
und negativ auf den Summationspunkt 32 zurückgeführt.
Vor dem Summationspunkt 32 wird das Signal s abgenommen
und in einer Feed-Forward-Einrichtung 39 verarbeitet.
Die Feed-Forward-Einrichtung 39 berücksichtigt die Ven
tilkennlinie des Ventils 37, d. h. sie bildet aus der
Änderung des Signals s und der Steigung der Ventilkenn
linie 1/K einen Wert, der am Summationspunkt 35 dem
Ausgang des PI-Glieds 34 aufaddiert wird. Die Ventil
kennlinie hat ein gewisses Totband d0, d. h. das Ventil
erzeugt erst dann einen vorbestimmten Durchfluß, wenn
das Signal vom Ausgang des Summationspunkts 36 einen
vorbestimmten Wert überschreitet. Dieses Totbandsignal
d0 wird also am Summationspunkt 36 zum Ausgang des Summa
tionspunkts 35 hinzuaddiert. Die Werte d0 für das Tot
band und K für die Steigung der Ventilkennlinie können
im Speicher 20 abgelegt sein. Durch die in Fig. 5 darge
stellte Regelung werden Fehler, die durch die Ventil
kennlinie entstehen können, weitgehend ausgeglichen.
Die einzelnen Bewegungen der Antriebselemente 10, 11,
12 sind im Prinzip durch die Verarbeitungseinrichtung 19
koordiniert, die nur zusammengehörige Sollwertpunkte
an die Regler R1, R2, R3 abgibt. Unter der Vorausset
zung, daß die einzelnen Regelkreise annähernd ideal
arbeiten, ist keine weitere Synchronisierung oder Koordi
nierung dieser Regelkreise erforderlich. In der Praxis
hat es sich jedoch gezeigt, daß nicht alle Regelkreise
gleich schnell arbeiten, beispielsweise aufgrund unter
schiedlicher Massenträgheit, Leckagen, unterschiedlicher
Alterungen oder Passungen. In diesem Fall ist es von
Vorteil, wenn die einzelnen Regelkreise miteinander
kommunizieren und sich gegenseitig beeinflussen, so
daß man davon ausgehen kann, daß alle Regelungen etwa
zur gleichen Zeit abgeschlossen sind. Zu diesem Zweck
ist der Verstärkungsfaktor KR des Verstärkungsglieds 33
jedes Regelkreises variabel gestaltet. Er wird nach
folgender Formel berechnet:
Hierbei ist KR der Verstärkungsfaktor, e ist der relati
ve Fehler des Regelkreises, d. h. der Ausgangswert des
Summationspunkts 32 dividiert durch seinen Eingangswert
s, und i, j, k die Indizes der einzelnen Regelschleifen.
Am Anfang einer Bewegung sind alle relativen Fehler e
gleich Eins, so daß KR = 2 ist. Wenn alle Regelkreise
eingeregelt sind, erhält man KR = 1. Wenn beispielsweise
zwei Regelkreise eingeregelt sind, d. h. ihre Regelab
weichung gleich Null ist, bevor die übrige Schleife
mit der Regelung begonnen hat, erhält KR = 4. Die Rege
lung dieses Kreises wird also mit einem großen Verstär
kungsfaktor beginnen, so daß der Fehler relativ schnell
kleiner wird. Wenn der Fehler kleiner wird, wird auch
der Verstärkungsfaktor dieses Kreises kleiner, so daß
er sich sehr schnell dem Wert Eins annähert. Man erhält
in diesem Fall sehr schnell stabile Verhältnisse. Eine
entsprechende Verknüpfung der einzelnen Regler ist in
Fig. 7 dargestellt.
Über die Eingabeeinrichtung 23 (Fig. 1) können beispiels
weise die Werte der Ventilkennlinie (Fig. 6) in den
Speicher 20 eingegeben werden.
Über die Modus-Wahleinrichtung 22 können verschiedene
Betriebsarten gewählt werden. Beispielsweise kann eine
konventionelle Steuerung des Arbeitsgeräts 9 erfolgen.
Mit den drei Signalen vom Bedienungshebel 16 kann der
Längenantrieb 10, der Winkelantrieb 11 und der Arbeits
geräteantrieb 12 unabhängig voneinander gesteuert wer
den. Es ist dann die Aufgabe der Bedienungsperson, diese
drei Bewegungen zu einem Arbeitvorgang, d. h. zur geeig
neten Bewegung des Arbeitsgeräts 9, zu kombinieren.
Beispielsweise kann die Vor-Zurück-Bewegung des Hebels
den Längenantrieb 10 steuern, während die Links-Rechts-
Bewegung des Bedienungshebels 16 den Winkelantrieb 11
steuern kann. Mit dem Knopf 18 des Hebels kann man den
Arbeitsgeräteantrieb 12 steuern.
In einer anderen Betriebsweise kann die Bahn des Arbeits
geräts 9 im Verhältnis zum Träger 4 gesteuert werden.
Hier kombiniert die Verarbeitungseinrichtung 19 die
Bewegungen der einzelnen Antriebe 10-12 derart, daß
ein direkter Zusammenhang zwischen der von der Bedie
nungsperson am Bedienungshebel 16 eingegebenen Richtung
und der Bewegung des Arbeitsgeräts 9 in einem kartesi
schen Koordinatensystem, das im Verhältnis zum Träger 4
festliegt, erzeugt wird. Beispielsweise kann sich das
Arbeitsgerät 9 in Richtung der Y-Achse, d. h. vertikal,
bewegen, wenn der Hebel nach vorne oder zurück bewegt
wird. Die Geschwindigkeit entspricht dabei der Auslen
kung des Bedienungshebels 16. Wird der Hebel nach links
oder nach rechts bewegt, bewegt sich das Arbeitsgerät
in Richtung der X-Achse des Koordinatensystems. Bei
einer kombinierten Bewegung des Bedienungshebels 16,
d. h. wenn er nach links vorne gedrückt wird, bewegt
sich das Arbeitsgerät in einer entsprechenden schrägen,
aber geradlinigen Bahn in dem kartesischen Koordinaten
system.
Anstelle der Bewegung in bezug zum Träger 4 kann auch
die Richtung der Schwerkraft bzw. die horizontale Ebene
als Bezugsgröße gewählt werden. Auch diese Betriebsart
kann über die Modus-Wahleinrichtung 22 eingestellt wer
den. Als weitere Betriebsart läßt sich die Orientierung
des Arbeitsgeräts 9 im Verhältnis zum Träger 4 konstant
halten. Mit Orientierung ist der Winkel B gemeint.
Beispielsweise soll die Gabel eines Gabelstaplers immer
im gleichen Winkel zum Träger 4 verharren, auch wenn
der Arm 8 angehoben wird.
In einer anderen Alternative kann die Orientierung des
Arbeitsgeräts 9 im Verhältnis zu einer horizontalen
Ebene konstant gehalten werden, auch wenn der Träger
als Fahrzeug in einem Gelände mit Steigungen unterwegs
ist.
Wie oben erwähnt, kann die Verarbeitungseinrichtung
19 laufend das Gewicht des Arbeitsgeräts 9 ermitteln.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß bei be
kanntem Anfangsgewicht des Arbeitsgeräts 9 jegliche
Gewichtsänderung des Arbeitsgeräts 9 registriert wird.
Darüber hinaus wird der Verarbeitseinrichtung 19
laufend die Länge l des Armes 8 und der Winkel A zuge
führt, so daß die Verarbeitungseinrichtung 19 laufend
das von dem Arbeitsgerät 9 ausgeübte Moment auf den
Träger 4 berechnen kann. Überschreitet das Moment einen
kritischen Wert, kann über eine Alarmeinrichtung 38
ein Alarm erzeugt werden, um die Bedienungsperson zu
warnen. Gleichzeitig können alle das Moment auf den
Träger 4 vergrößernde Bewegungen des Arbeitsgeräts 9
unterbunden werden.
Claims (40)
1. Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines hydrau
lisch bewegbaren Arbeitsgeräts, das an einem Ende
eines längenveränderbaren und verschwenkbaren Armes
angeordnet ist, entlang einer vorgebbaren, im wesentlichen
geradlinigen Bewegungsbahn, wobei das
Arbeitsgerät mit Hilfe von hydraulischen Antriebselementen,
nämlich einem Längenantrieb und einem
Winkelantrieb, die am Arm angreifen, in Abhängigkeit
von Eingangssteuersignalen, die die Bewegungsbahn
bestimmen, bewegt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ausgehend von einer Istposition (I1) des
Arbeitsgeräts (9) iterativ eine Folge von Sollpositionen
(S1, S2, . . ., Sn) in der vorgebbaren Bewegungsbahn
(25) ermittelt wird und daß das Arbeitsgerät
(9) ausgehend von der Istposition (I1) nacheinander
in einer gleichförmigen, fortlaufenden
Bewegung zu den ermittelten Sollpositionen (S2, S3, . . ., Sn)
bewegt wird, wobei jede aufeinanderfolgend
erreichte Positionen jeweils als neue Istposition (I2,
I3, . . ., In-1) mit der jeweils zugehörig ermittelten
Sollposition (S2, S3, . . ., Sn-1) verglichen und
die Bewegung in die jeweils nächste Sollposition
(S3, S4, . . ., Sn) erst freigegeben wird, wenn die
momentane Istposition (S2, S3, . . ., In-1) des Arbeitsgerätes
(9) in einem vorbestimmten Toleranzbereich
zu der zugehörig ermittelten Sollposition
(S2, S3, . . ., Sn-1) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die iterativ ermittelten Sollpositionen (S1,
S2, . . ., Sn) einen Abstand voneinander aufweisen,
den das Arbeitsgerät in Bruchteilen einer Sekunde
zurücklegen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei benachbarte Sollpositionen in der Größenordnung
von zehn Millisekunden voneinander entfernt
sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Orientierung des Arbeitsge
räts (9) zum Arm (8) mit Hilfe eines weiteren
hydraulischen Antriebselements (12), nämlich eines
Arbeitsgeräteantriebs, in Abhängigkeit von der Bewegung
des Arms (8) verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Orientierung des Arbeitsgeräts
(9) zum Arm (8) in Abhängigkeit von der
Orientierung des Arms (8) zur Richtung der Schwerkraft
verändert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Sollposition (S1, S2, . . ., Sn-1)
eine Sollorientierung für das Arbeitsgerät
(9) ermittelt wird und die Bewegung in die jeweils
nächste Sollposition (S2, S3, . . ., Sn) erst freigegeben
wird, wenn auch die Istorientierung des Arbeitsgeräts
(9) in der momentanen Istposition (I1,
I2, . . ., In-1) um weniger als einen vorbestimmten
Betrag von der zugehörig ermittelten Sollorientierung
abweicht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der von den hydraulischen An
triebselementen (10, 11, 12) insgesamt benötigte
Volumenstrom ermittelt wird, daß der zur Verfügung
stehende Volumenstrom ermittelt wird, daß der Quotient
aus zur Verfügung stehendem und benötigtem
Volumenstrom ermittelt wird und daß, falls der Quotient
kleiner als Eins ist, jedes Antriebselement
(10, 11, 12) nur mit einem entsprechend dem Quotienten
verringerten Volumenstrom versorgt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bewegung jedes Antriebsele
ments (10, 11, 12) von einem Regelkreis (R1, R2,
R3) geregelt wird, wobei jeder Regelkreis einen
Verstärkungsfaktor (KRi) aufweist, der vom relativen
Fehler aller Regelkreise abhängt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärkungsfaktor (KRi) nach der Formel
errechnet wird:
wobei KRi der Verstärkungsfaktor, e der relative
Fehler der einzelnen Regelkreise und i, j, k die
Indizes der einzelnen Regelkreise sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß am Ende der Bewegungsbahn des
Arbeitsgeräts (9) die Bewegungsgeschwindigkeit allmählich
verringert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Folge von vorgebbaren
Bewegungsbahnen abgespeichert und bei Bedarf
wiederholt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Gewichtsänderung des
Arbeitsgeräts (9) ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das vom Arbeitsgerät (9) ausgeübte Kraftmoment
auf einen Träger (4) fortlaufend ermittelt wird.
14. Bahnsteuereinrichtung für ein hydraulisch bewegbares
Arbeitsgerät, das an einem Ende eines längenveränderbaren
und um eine trägerfeste Achse verschwenkbaren
Arms angeordnet ist, mit hydraulischen
Antriebselementen, nämlich einem Längenantrieb zur
Änderung der Länge des Arms und einem Winkelantrieb
zum Verschwenken des Arms, einer Steuervorrichtung,
die einen Datenspeicher und eine Verarbeitungseinrich
tung aufweist, einer Bedienungseinrichtung, die
mit der Steuervorrichtung verbunden ist und in Ab
hängigkeit von ihrer Stellung Eingangssteuersignale
erzeugt, und Positionssensoren, die die Länge des
Armes und seinen Winkel in bezug zu einer vorbestimmten
Ebene ermitteln, zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (17) ausgehend
von einer Istposition (I1) des Arbeitsgerätes
(9) iterativ eine Folge von Sollpositionen (S1,
S2, . . ., Sn) in einer vorgebbaren Bewegungsbahn
(25) ermittelt und den hydraulischen Antriebselementen
(10, 11) entsprechende Antriebssignale zuführt,
um das Arbeitsgerät (9) ausgehend von der
Istposition (I1) nacheinander in die ermittelten
Sollpositionen (S2, S3, . . ., Sn) zu bewegen, wobei
die Steuervorrichtung (17) jede aufeinanderfolgend
erreichte Position jeweils als neue Istposition
(I2, I3, . . ., In-1) mit der jeweils zugehörig ermittelten
Sollposition (S2, S3, . . ., Sn-1) vergleicht
und die für die Bewegung in die jeweils
nächste Sollposition (S3, S4, . . ., Sn) erforderlichen
Antriebssignale erst dann freigibt, wenn die
Positionssensoren melden, daß sich das Arbeitsgerät
(9) mit seiner momentanen Istposition (I2, I3, . . .,
In-1) innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs
um die zugehörig ermittelte Sollposition
(S2, S3, . . ., Sn-1) befindet.
15. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (17) in
der Größenordnung von zehn Millisekunden nach der
Bereitstellung einer Sollposition für die nächste
Sollposition zur Verfügung steht.
16. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Arbeitsgerät
(9) und Arm (8) ein weiteres hydraulisches Antriebselement
(12), nämlich ein Arbeitsgeräteantrieb
(12), und ein weiterer Positionssensor, nämlich
ein Winkelsensor zur Ermittlung des Winkels zwischen
Arbeitsgerät (9) und Arm (8) vorgesehen sind,
die mit der Steuervorrichtung (17) verbunden sind.
17. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (17) für
jede Sollposition (S1, S2, . . ., Sn-1) einen Sollwinkel
zwischen Arbeitsgerät (9) und Arm (8) ermittelt
und die nächste Sollposition der Folge erst
freigibt, wenn der Istwinkel in der momentanen Istposition
(I1, I2, . . ., In-1) um weniger als einen
vorbestimmten Wert vom zugehörig ermittelten Sollwinkel
abweicht.
18. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Neigungs
sensor (13) als weiterer Positionssensor mit der
Steuervorrichtung (17) verbunden ist, (Signal t2),
der die Neigung eines Trägers (4) in bezug auf die
Schwerkraftrichtung ermittelt.
19. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wähleinrichtung
(22) zur Auswahl eines Steuermodus mit der
Steuervorrichtung (17) verbunden ist.
20. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (17) bei
Auftreten eines Fehlers einen anderen Steuermodus
wählt, der mehr Aufmerksamkeit der Bedienungsperson
erfordert, und diesen Steuermodus gegebenenfalls
anzeigt.
21. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebe
schalter (21) mit der Steuervorrichtung (17) ver
bunden ist.
22. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrich
tung für den Volumenstrom des zur Verfügung
stehenden Hydraulikfluids (Signal t1) vorgesehen
ist.
23. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß jedem Antriebselement (10, 11,
12) eine Ermittlungseinrichtung für die in Abhängigkeit
von der gewünschten Bewegung benötigte Menge
des Hydraulikfluids zugeordnet ist, wobei die
Steuervorrichtung (17) einen Quotienten aus zur
Verfügung stehender und benötigter Menge des
Hydraulikfluids bildet und, falls der Quotient
kleiner als Eins ist, jedem Antriebselement (10,
11, 12) eine entsprechend dem Quotienten verminderte
Menge an Hydraulikfluid zuführt.
24. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Belastungsmeßeinrichtung
mit der Steuervorrichtung
verbunden ist (Signal t3), die die von dem Arbeitsgerät
(9) hervorgerufene Belastung ermittelt.
25. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 24, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Alarmeinrichtung (38) vorge
sehen ist, die einen Alarm auslöst und/oder Bewegungen
des Arbeitsgeräts (9) verhindert, die ein
auf den Träger (4) wirkendes Kraftmoment vergrößern,
wenn ein aus der Belastung durch das Arbeitsgerät
(9), der Länge (l) und der Verschwenkung
(A) des Arms (8) ermittelter Wert eine vorbestimmte
Grenze überschreitet.
26. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssteuersignale
(in1, in2, in3) der Bedienungseinrichtung
(16) die Richtung und die Geschwindigkeit
der Bewegung des Arbeitsgeräts (9) angeben.
27. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eingangssteuersignale (in1,
in2, in3) richtungsbezogen in einem kartesischen
Koordinatensystem vorliegen, wobei die Steuervorrichtung
(17) diese Werte in Polarkoordinaten umrechnet.
28. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torschal
tung (30) am Ausgang der Steuervorrichtung (17)
vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der momentanen
Istposition und der zugehörig ermittelten
Sollposition des Arbeitsgeräts (9) einen Signalpfad
zum Ausgang freigibt oder sperrt.
29. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Werte der momentanen Istposition
der Torschaltung (30) über eine Transformationseinrichtung
(31) zum Umwandeln von polaren in
kartesische Koordinaten zugeführt werden.
30. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter
(28) vorgesehen ist, der die Positionssensoren mit
einer Bahnberechnungseinrichtung (27) verbindet,
sobald sich die Bedienungseinrichtung (16) in ihrer
Neutralstellung befindet.
31. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 14
bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Antriebs
element (10, 11, 12) ein Regelkreis (R1, R2, R3)
zugeordnet ist.
32. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 31, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Regelkreis (R1, R2, R3)
ein Glied (33) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor
(KRi) aufweist.
33. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 32, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor (KRi)
eines Regelkreises (R1, R2, R3) vom Regelzustand
der jeweils anderen Regelkreise abhängt.
34. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 33, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor (KRi)
nach folgender Formel gebildet ist:
wobei KRi der Verstärkungsfaktor, e der relative
Fehler und i, j, k die Indizes für die einzelnen
Regelkreise sind.
35. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 31
bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Regelkreis
(R1, R2, R3) mindestens eine Hilfsgröße aufgeschaltet
ist.
36. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 35, dadurch
gekennzeichnet, daß eine erste Hilfsgröße einem
Totband (d0) einer Ventilkennlinie (Fig. 6) ent
spricht.
37. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 36, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (17) Ventile
(V1, V2, V3) zur Ansteuerung der Antriebselemente
(10, 11, 12) nacheinander aus einer
Neutralstellung heraus zunächst in eine Richtung
schrittweise öffnet, bis die zugeordneten Sensoren
eine Bewegung der jeweiligen Antriebselemente (10,
11, 12) registrieren, die Ventile (V1, V2, V3) in
die Neutralstellung bewegt und dann in die andere
Richtung schrittweise öffnet, bis die Sensoren erneut
eine Bewegung anzeigen, und aus den Sensorsignalen
das Totband (d0) ermittelt.
38. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 35
bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite
Hilfsgröße (ff) aus der Neigung der Ventilkennlinie
(Fig. 6) ermittelt wird.
39. Bahnsteuereinrichtung nach Anspruch 38, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Hilfsgröße als Feed-
Forward-Größe (39) in den Regelkreis eingespeist
wird.
40. Bahnsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 35
bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgrößen
im Datenspeicher (20) abgelegt sind.
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