EP0070957A1 - Verfahren und Anordnung zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs mit einer servohydraulischen Einrichtung - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs mit einer servohydraulischen Einrichtung Download PDF

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EP0070957A1
EP0070957A1 EP82100752A EP82100752A EP0070957A1 EP 0070957 A1 EP0070957 A1 EP 0070957A1 EP 82100752 A EP82100752 A EP 82100752A EP 82100752 A EP82100752 A EP 82100752A EP 0070957 A1 EP0070957 A1 EP 0070957A1
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EP
European Patent Office
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servo valve
stage
control
cylinder
setpoint
Prior art date
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EP82100752A
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English (en)
French (fr)
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EP0070957B1 (de
Inventor
Josef Dipl.-Ing. Beran
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Carl Schenck AG
Original Assignee
Carl Schenck AG
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Publication date
Application filed by Carl Schenck AG filed Critical Carl Schenck AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/16Systems essentially having two or more interacting servomotors, e.g. multi-stage
    • F15B9/17Systems essentially having two or more interacting servomotors, e.g. multi-stage with electrical control means

Definitions

  • the invention relates to a method for emulating a defined temporal movement sequence, in particular for __ emulating a predetermined acceleration signal, with a servohydraulic device consisting of a consumer (loading cylinder, catapult cylinder), a multi-stage servo valve and a control and regulating device, the movement sequence of the Consumer is controlled and for this the last stage of the servo valve (main stage) is operated in position control and an arrangement for performing the method.
  • a servohydraulic device consisting of a consumer (loading cylinder, catapult cylinder), a multi-stage servo valve and a control and regulating device
  • the desired acceleration is achieved by regulating the travel of the piston or the piston rod of the catapult cylinder.
  • the piston travel or the travel of the piston rod forms the actual value for a control circuit, which consists of the catapult cylinder, a controller and the servo valve.
  • the disadvantage of this arrangement is the multiple integration of the output signal for the control, as well as the unsatisfactory tracking behavior.
  • the servo valve was fully opened to achieve high acceleration in a servo-hydraulic device. This corresponds to a rectangular control of the valve. In this case, however, only a course of acceleration can be achieved on a connected load cylinder, which cannot be influenced after the valve has opened.
  • the object of the present invention is to provide a method and an arrangement for emulating a defined temporal sequence of movements, in particular for emulating a predetermined acceleration signal, with a servo-hydraulic device, thus avoiding the disadvantages of the prior art. It should be possible to replicate the desired movement sequence on an actuating cylinder as precisely as possible. Furthermore, the trailing behavior of the control should be improved. For different forms of acceleration, no major conversion work on the arrangement should be necessary. This object is achieved by the features specified in the patent claims. The claims also contain embodiments of the invention.
  • factors that are derived from individual components of the device are taken into account in the setpoints for the position control of the servo valve in order to emulate a defined temporal sequence of movements, in particular to emulate a predetermined acceleration signal.
  • correction values for improving the target values are formed from the influencing variables, the target values are multiplied by the correction values and the product of target values and correction values is fed to the control device as an improved target value.
  • Influencing the setpoints for the position control of the servo valve has the advantage that the tracking behavior of the position control loop becomes more favorable because the gain can be selected to be smaller and thus easier to control. There are also advantages in emulating different forms of acceleration and in adjusting the control device.
  • the proposals according to the invention for improving the setpoints take into account the load pressure in the consumer, the transfer function of the entire controlled system or the transfer functions of individual components of the arrangement, such as servo valve, controller and load cylinder.
  • the correction values for improving the target values can also be specified in the form of a function. It is also possible to continuously determine the correction values and to continuously improve the target values.
  • An arrangement for carrying out the method according to the invention essentially has a compensation circuit which consists of a computing circuit for the formation of a correction ture values and a Multiolikationsst L Fe for multiplying the target values and the correction values.
  • Correction values for the dynamic transmission of individual components of the arrangement, the entire controlled system and / or the load pressure in the consumer can be formed in a suitable manner in the computing circuit.
  • a suitable sensor for example for the load pressure, is connected to the consumer and connected to the arithmetic circuit. It may also be useful to provide an additional auxiliary control loop to consumers. Eg This allows independent of the Hau p tregelnik be adjusted statically the piston in the loading cylinder.
  • the drawing rig. 1 / shows / a catapult cylinder with a multi-stage servo valve, a control device for the servo valve, a setpoint setting device and a compensation circuit for influencing the setpoint.
  • the catalytic cylinder 2o is permanently installed in a receiving device, not shown.
  • the piston 21 of the cylinder acted upon by the pressure medium acts via the piston rod 22, for example on a test slide 23 and generates the desired paths, speeds, accelerations etc. on this test slide.
  • the two piston surfaces of the piston 21 can be of the same size (synchronous piston or cylinder) or be different in size (differential piston or cylinder).
  • a 4-stage servo valve 1 with valve stages 1a to 1d is attached to the catapult cylinder 2o.
  • the third valve stage 1c and the main valve 1d (fourth stage) are connected to the two-stage pilot valve 1a, b.
  • the main valve is connected to the catapult cylinder 2o via pressure medium supply lines 2. It can expediently also be arranged directly on the catapult cylinder and, for example, be connected to the cylinder via suitable bores.
  • the 2-stage pilot valve 1a, b is designed as a 2-stage servo valve or as a preliminary valve.
  • a pressure medium storage system 4 (hydraulic accumulator) for supplying pressure medium to the device is connected to the pilot valve 1a, b and to the third and fourth valve stages 1c and 1d via supply lines 3.
  • the filling device for the storage system is not shown. Instead of the pressure medium storage system, another pressure medium supply device can also be provided.
  • a return line 5a leads from pilot valve 1a, b and from the fourth valve stage to a pressure medium reservoir 5.
  • a 2- or 3-stage or other multi-stage servo valve can also be provided.
  • servo valves other regulated valves, e.g. Proportional valves can be used.
  • multi-stage servo valves are known, so that further details are not necessary.
  • the fourth and third valve stages of the servo valve 1d and 1c have valve spools 6a and 6b.
  • Transducers 7a and 7b are connected to these slides.
  • the position transducers serve as actual value transmitters for the position of the valve spool.
  • the control device for the four-stage servo valve has two control loops, namely an outer and an inner control loop.
  • the outer control loop 1o controls the position of the control slide 6a of the fourth valve stage 1d, while the inner control loop 11 regulates the position of the control slide 6b of the third valve stage 1c.
  • the two control loops have controllers 12 and 13, which can be designed, for example, as PID or PD controllers.
  • the setpoint value coming from the setpoint input device 14 is fed to a compensation circuit 3o, which is only shown schematically.
  • the compensation circuit 3o contains a computing circuit 31 in which a correction signal for the setpoint signal is formed.
  • a multiplication stage 32 the setpoint signal from the setpoint input device 14 is multiplied by the correction signal.
  • the product produces a corrected setpoint signal.
  • This is compared in the controller 12 with the actual value coming from the displacement sensor 7a of the fourth valve stage.
  • the control deviation is amplified and fed to the controller 13 of the inner control circuit 11 as a setpoint.
  • the actual value of this control loop comes from the displacement sensor 7b connected to the control slide 6b.
  • the controller 13 of the inner control circuit supplies the control signal for the 2-stage servo valve 1a, b.
  • the setpoint / actual value comparison in the controllers 12 and 13 takes place continuously, so that the desired setpoint function can be followed with high accuracy.
  • the control loops can be designed as analog or digital control loops.
  • the catapult cylinder 2o has an auxiliary control circuit 25 for the static presentation of the cylinder.
  • a displacement sensor 24 is connected to one end of the piston rod 22.
  • This displacement sensor serves as an actual value transmitter for the auxiliary control circuit 25, which includes a controller 26 and a servo valve 27.
  • the servo valve 27 controls the pressure medium supply from a pressure medium source, not shown Catapult cylinder 2o.
  • the specification of the setpoints for the control of the servo valve is based on the fact that the servo valve is in principle a speed exciter. Under certain conditions, the position or opening of the control slide of the last stage of the servo valve corresponds to a certain speed on the piston or on the piston rod of the catapult cylinder. Therefore, the setpoints or setpoint functions desired on the test object, e.g. an acceleration function, derived by derivation of corresponding speed values or speed functions. These speed values or functions form the uncorrected setpoint signals for the device. The values are stored, for example, in the device for specifying the setpoint 14 and can then be called up there.
  • the setpoints obtained in this way are unsatisfactory because they do not produce the desired values or functions on the loading cylinder. It has now been shown that by taking into account the transfer functions of individual components of the arrangement or the entire controlled system and the load pressure in the actuating cylinder in the setpoint specification, a much better replication of the predetermined temporal sequence of movements on the loading cylinder can be achieved than before.
  • the transfer functions of the controller, the servo valve and the working cylinder (catapult cylinder) can be used to generate correction values.
  • the transfer functions of the individual components can be measured by measuring the frequency response or by theoretical Considerations are determined.
  • the frequency response of individual components is determined by directly measuring the difference between the output and input signal.
  • Correction signals can be formed from the transfer functions, for example in the form of a signal which represents the inverse frequency response of the 4-stage servo valve or the entire controlled system.
  • the contact signals can be simulated by suitable analog or digital circuits in the compensation circuit 3o or the arithmetic circuit 31.
  • the correction signals are multiplied in the multiplication stage 32 by the setpoint from the setpoint setting device 14. The product yields the corrected setpoint, which is fed to the controller 12 and which leads to a greater tracking accuracy of the load cylinder.
  • the load pressure in the actuating cylinder plays an important role for the regulation and tracking behavior of servohydraulic arrangements, in the arrangement shown the load pressure in the catapult cylinder 2o.
  • the load pressure in the actuating cylinder creates non-linearities or difficulties that e.g. can lead to large deviations in the values to be calculated To avoid these disadvantages, the load pressure is taken into account when specifying the setpoint.
  • a differential pressure sensor 35 is arranged on the catapult cylinder 2o, with which the differential pressure in the two chambers of the catapult cylinder 2o is determined.
  • the differential pressure sensor 35 is connected to both cylinder chambers.
  • the differential pressure in the cylinder chambers of the actuating cylinder 20 is a measure of the load pressure acting on the piston 21.
  • the determined differential pressure values are via a line 36, for example in the form of electrical voltage values, the compensation circuit 3o or the computing scarf tion 31 forwarded.
  • the load pressure is determined taking into account the respective piston surfaces.
  • the arithmetic circuit 31 is then designed so that it reproduces the desired function.
  • a sensor on the actuating cylinder can be omitted.
  • a comparable arrangement e.g. a piston acceleration sensor can be used.
  • the uncorrected setpoints present in the setpoint setting device 14 are improved with the aid of the load pressure on the catapult cylinder 20 so that the influence of the load pressure is largely or completely eliminated.
  • P 1 load pressure in the cylinder
  • P S feed pressure (system pressure, maximum pressure in the arrangement).
  • the value coming from the differential pressure sensor 35 is fed to the arithmetic circuit 31. Since the feed pressure or system pressure P s is fixed, only the load pressure is required to form the correction value. The snow pressure can be entered into the circuit as a fixed value. The value obtained by the circuit is in the multiplication stage 32 multiplied by the uncorrected setpoint. The product gives the improved setpoint, which is fed to the controller 12. With this arrangement, the setpoints can be continuously adapted to the load pressure prevailing in the catapult cylinder 20.
  • the arithmetic circuit 31 is only shown schematically. Eraticnen the Einzelo p or the individual switching steps for simulating the specified root expression (division, subtraction, root formation) can be realized by the skilled person using suitable for this purpose circuits or elements.
  • the circuit can be designed as an analog or digital circuit.
  • an improved setpoint is first of all determined in a first compensation circuit 3o from an influencing variable, e.g. 8. the load pressure.
  • This improved setpoint is not fed directly to the controller 12, but to a second compensation circuit 3o '(shown with: dashed lines) connected downstream as a new setpoint.
  • a second influencing variable e.g. a transfer function
  • a correction signal is formed in the arithmetic circuit 31 'and this is multiplied in the multiplication stage 32' by the already improved target value.
  • the product is fed to controller 12 as a new setpoint. In this way, both the load pressure and the transfer functions can be used to improve the control behavior or the tracking behavior of the arrangement.
  • the compensation circuit (s) and the setpoint specification device can also be used as a programmable computing device be trained. Such a computing device delivers the already corrected setpoint directly to the control and regulating device for the servo valve.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Anordnung zur Nachbildung eines definierten zietlichen Bewegungsablaufs, insbesondere eines Beschleunigungssignals, mit einer servohydraulischen Einrichtung, die aus einem Verbraucher (Belastungszylinder, Katapultzylinder (20), einem mehrstufigen Servoventil (1) und einer Steuer- und Regeleinrichtung (10-13) besteht, wobei der Bewegungsablauf des Verbrauchers gesteuert wird und hierzu die letzte Stufe des Servoventils (1) in Wegregelung betrieben wird, soll die Nachbildung des Bewegungsablaufs verbessert werden. Hierzu ist vorgesehen, daß die Sollwerte für die Wegregelung des Servoventils (1a bis d) Einflußgrößen, wie z.B. den Lastdruck im Verbraucher berücksichtigen, die von Einzelkomponenten der Einrichtung abgeleitet sind, daß aus den Einflußgrößen Korrekturwerte zur Verbesserung der Sollwerte gebildet werden, daß die Sollwerte mit den Korrekturwerten multipliziert werden und daß die Produkte aus Sollwerten und Korrekturwerten als verbesserte Sollwerte der Regeleinrichtung (10 - 13) zugeleitet werden. Dadurch wird das Nachfahrverhalten des Wegregelkreises günstiger, die Nachbildung des vorgegebenen Bewegungsablaufs des Belastungszylinders verbessert und die Nachbildung unterschiedlicher Bewegungsablaufe erleichtert.

Description

  • Verfahren und Anordnung zur Nachbildung eines definierter zeitlichen Bewegungsablaufs mit einer servohydraulischen Einrichtung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs, insbesondere zur __ Nachbildung eines vorgegebenen Beschleunigungssignals, mit einer servohydraulischen Einrichtung, die aus einem Verbraucher (Belastungszylinder, Katapultzylinder), einem mehrstufigen Servoventil und einer Steuer- und Regeleinrichtung besteht, wobei der Bewegungsablauf des Verbrauchers gesteuert wird und hierzu die letzte Stufe des Servoventils (Hauptstufe) in Wegregelung betrieben wird sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Sei den bisher bekannten Verfahren und Anordnungen zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs wurde z.B. bei servohydraulisch betriebenen Katapultzylindern die gewünschte Beschleunigung dadurch erreicht, daß der Weg des Kolbens bzw. der Kolbenstange des Katapultzylinders geregelt wurde. Der Kolbenweg bzw. der Weg der Kolbenstange bildet den Istwert für einen Regelkreis, der aus dem Katapultzylinder, einem Regler und dem Servoventil besteht, Nachteilig ist bei dieser Anordnung die erforderliche mehrfache.Integration des Ausgangssignals für die Regelung so wie das unbefriedigende Nachfahrverhalten.
  • Bei einem weiteren bekannten Verfahren wurde zur Erzielung einer hohen Beschleunigung bei einer servohydraulischen Einrichtung das Servoventil voll geöffnet. Dies entspricht einer rechteckförmigen Ansteuerung des Ventils. Hierbei kann jedoch an einem angeschlossenen Belastungszylinder nur ein Beschleunigungsverlauf erzielt werden, der nach Ventilöffnung nicht mehr beeinflußbar ist.
  • Zur Nachbildung eines vorgegebenen Beschleunigungsverlaufs ist es bei servohydraulisch betriebenen Katapultzylindern bekannt, ein mehrstufiges Servoventil zur Steuerung des Katapultzylinders in Wegregelung zu betreiben. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß ein Servoventil im Prinzip ein Geschwindigkeitserreger ist, d.h. der Öffnung des Steuerschiebers des Servoventils entspricht unter bestimmten Bedingungen eine bestimmte Geschwindigkeit des Kolbens in einem angeschlossenen Betätigungszylinder. Durch die Stellung des Steuerschiebers im Servoventil kann der Geschwindigkeitsverlauf des Kolbens nun so eingestellt werden, daß ein vorgegebener zeitlicher Bewegungsablauf entsteht und z.B. eine bestimmte Beschleunigung nachgebildet wird. Dies trifft bei der bekannten Anordnung theoretisch auch zu für den Weg des Steuerschiebers der letzten Stufe des Servcventils und die Geschwindigkeit des Kolbens in Katapultzylinder. In der Praxis ist die Nachbildung der gewünschten Beschleunigungswerte bei dieser Anordnung jedoch unbefriedigend, selbst wenn durch Frequenzgang-Korrekturglieder in der Regeleinrichtung noch Anpassungen vorgenommen werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs, insbesondere zur Nachbildung eines vorgegebenen Seschleunigungssignals, mit einer servohydraulischen Einrichtung zu schaffen, womit die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Hierbei soll eine möglichst genaue Nachbildung des gewünschten Bewegungsablaufs an einem Betätigungszylinder möglich sein. Weiterhin soll das Nachfahrverhalten der Regelung verbessert werden. Für unterschiedliche Beschleunigungsformen sollen keine größeren Umrüstarbeiten an der Anordnung erforderlich sein. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die Ansprüche enthalten auch Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Nach den erfindungsgemäßen Vorschlägen werden zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs, insbesondere zur Nachbildung eines vorgegebenen Beschleunigungssignals, mit einer servohydraulischen Einrichtung bei den Sollwerten für die Wegregelung des Servoventils Einflußgrössen berücksichtigt, die von Einzelkomponenten der Einrichtung abgeleitet sind. Hierzu werden aus den EinfluBgröBen Korrekturwerte zur Verbesserung der Sollwerte gebildet, die Sollwerte mit den Korrekturwerten multipliziert und das Produkt aus Sollwerten und Korrekturwerten als verbesserter Sollwert der Regeleinrichtung zugeleitet.
  • Die Beeinflussung der Sollwerte für die Wegregelung des Servoventils hat den Vorteil, daß das Nachfahrverhalten des Wegregelkreises günstiger wird, weil die Verstärkung kleiner gewählt werden kann und damit leichter beherrschbar ist. Weiterhin ergeben sich Vorteile bei der Nachbildung unterschiedlicher Beschleunigungsformen und bei der Einstellung der Regeleinrichtung.
  • Je nach Betriebsbedingungen werden bei den erfindungsge- mä3en Vorschlägen zur Verbesserung der Sollwerte der Lastdruck im Verbraucher, die Übertragungsfunktion der gesamten Regelstrecke oder die Übertragungsfunktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung, wie Servoventil, Regler und Belastungszylinder, berücksichtigt. Es können auch mehrere EinfluBgrößen gleichzeitig berücksichtigt werden. Die Korrekturwerte zur Verbesserung der Sollwerte können auch in Form einer Funktion vorgegeben werden. Weiterhin ist es möglich, die Korrekturwerte fortlaufend zu ermitteln und die Sollwerte fortlaufend zu verbessern.
  • Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist im wesentlichen eine Kompensationsschaltung auf, die aus einer Rechenschaltung zur Bildung von Korrekturwerten und einer MultiolikationsstLfe zur Multiplikation der Sollwerte und der Korrekturwerte besteht. In der Rechenschaltung können in geeigneter Weise Korrekturwerte für die dynamische Übertragung von Einzelkomponenten der Anordnung, der gesamten Regelstrecke und/oder des Lastdrucks im Verbraucher gebildet werden.
  • Zur fortlaufenden Korrektur der Sollwerte wird am Verbraucher ein geeigneter Aufnehmer, z.B. für den Lastdruck, angeschlossen und mit der Rechenschaltung verbunden. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, an Verbraucher einen zusätzlichen Hilfsregelkreis vorzusehen. Damit kann z.B. der Kolben im Belastungszylinder unabhängig vom Hauptregelkreis statisch verstellt werden.
  • Ein Ausführungsbeisoiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Die Zeichin rig. 1/ nung zeigt/einen Katapultzylinder mit einem mehrstufigen Servoventil, eine Regeleinrichtung für das Servoventil, eine Sollwertvorgabeeinrichtung und eine Kompensationsschaltung zur Sollwertbeeinflussung.
  • Der Kataoultzylinder 2o ist fest in einer nicht dargestellten Aufnahmeeinrichtung eingebaut. Der vom Druckmittel beaufschlagte Kolben 21 des Zylinders wirkt über die Kolbenstange 22 beispielsweise auf einem Testschlitten 23 und erzeugt an diesem Testschlitten die gewünschten Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen usw.. Die beiden Kolbenflächen des Kolbens 21 können gleich groß (Gleichlaufkolben bzw. -zylinder) oder ungleich groß (Differentialkolben bzw. -zylinder) ausgebildet sein.
  • Am Katapultzylinder 2o ist ein 4-stufiges Servoventil 1 mit den Ventilstufen 1a bis 1d angebaut. An das 2-stufige Vorsteuerventil 1a, b schließt sich die dritte Ventilstufe 1c und das Hauptventil 1d (vierte Stufe) an. Das Hauptventil ist über Druckmittelzuführungsleitungen 2 mit dem Katapultzylinder 2o verbunden. Es kann zweckmäßigerweise auch unmittelbar am Katapultzylinder angeordnet und beispielsweise über geeignete Bohrungen mit dem Zylinder verbunden sein.
  • Das 2-stufige Vorsteuerventil 1a, b ist als 2-stufiges Servoventil oder als Prcoortionalventil ausgebildet. Am Vorsteuerventil 1a, b und an der dritten und vierten Ventilstufe 1c und 1d ist über Zuführungsleitungen 3 eine Druckmittelspeicheranlage 4 (hydraulischer Akkumulator) zur Druckmittelversorgung der Einrichtung angeschlossen. Die Füllvorrichtung für die Speichranlage ist nicht dargestellt. Anstelle der Druckmittelspeicheranlage kann auch eine andere Druckmittelversorgungseinrichtung vorgesehen werden. Eine Rückführungsleitung 5a führt von Vorsteuerventil 1a, b und von der vierten Ventilstufe zu einem Druckmittelvorratsbehälter 5.
  • Anstelle eines 4-stufigen kann auch ein 2- oder 3-stufiges oder ein anderes mehrstufiges Servoventil vorgesehen werden. Anstelle von Servoventilen können auch andere geregelte Ventile, z.B. Proportionalventile, verwendet werden. Im übrigen sind mehrstufige Servoventile bekannt, so da3 sich die Angabe weiterer Einzelheiten erübrigt.
  • Die vierte und die dritte Ventilstufe des Servoventils 1d und 1c weisen Ventilschieber 6a und 6b auf. An diesen Schiebern sind Wegaufnehmer 7a und 7b angeschlossen. Die Wegaufnehmer dienen als Istwertgeber für die Stellung der Ventilschieber.
  • Die Regeleinrichtung für das vierstufige Servoventil weist zwei Regelkreise, nämlich einen äußeren und einen inneren Regelkreis auf. Der äußere Regelkreis 1o regelt die Position des Steuerschiebers 6a der vierten Ventilstufe 1d, während der innere Regelkreis 11 die Position des Steuerschiebers 6b der dritten Ventilstufe 1c regelt. Die beiden Regelkreise weisen Regler 12 und 13 auf, die beispielsweise als PID- oder PD-Regler ausgebildet sein können.
  • Der von der Sollwertvorgabeeinrichtung 14 kommende Sollwert wird einer nur schematisch dargestellten Kompensationsschaltung 3o zugeführt. Die Kompensationsschaltung 3o enthält eine Rechenschaltung 31, in der ein Korrektursignal für das Sollwertsignal gebildet wird. In einer Multiplikationsstufe 32 wird das Sollwertsignal aus der Sollwertvorgabeeinrichtung 14 mit dem Korrektursignal multipliziert. Das Produkt ergibt ein korrigiertes Sollwertsignal Dieses wird im Regler 12 mit dem vom Wegaufnehmer 7a der vierten Ventilstufe kommenden Istwert verglichen. Die Regelabweichung wird verstärkt und als Sollwert dem Regler 13 des inneren Regelkreises 11 zugeführt. Der Istwert dieses Regelkreises kommt von dem am Steuerschieber 6b angeschlossenen Wegaufnehmer 7b. Der Regler 13 des inneren Regelkreises liefert das Stellsignal für das 2-stufige Servoventil 1a, b.
  • Der Soll-Istwert-Vergleich in den Reglern 12 und 13 erfolgt fortlaufend, so daß die gewünschte Sollfunktion mit hoher Genauigkeit nachgefahren werden kann. Die Regelkreise können als analoge oder digitale Regelkreise ausgebildet sein.
  • Der Katapultzylinder 2o weist einen Hilfsregelkreis 25 für die statische Vorstellung des Zylinders auf. An einem Ende der Kolbenstange 22 ist hierzu ein Wegaufnehmer 24 angeschlossen. Dieser Wegaufnehmer dient als Istwertgeber für den Hilfsregelkreis 25, zu dem ein Regler 26 und ein Servoventil 27 gehört. Das Servoventil 27 steuert die Druckmittelzufuhr von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle zum Kataaultzylinder 2o. Mit dem Hilfsregelkreis ist es möglich, den Kolben 21 des Katapultzylinders 2o unabhängig vom Hauptregelkreis statisch zu verstellen.
  • Bei der Festlegung der Sollwerte für die Regelung des Servoventils geht man, wie bereits erwähnt, von der Tatsache aus, da9 das Servoventil im Prinzip ein Geschwindigkeitserreger ist. Die Stellung bzw. Öffnung des Steuerschiebers der letzen Stufe des Servoventils entspricht unter bestimmten Bedingungen einer bestimmten Geschwindigkeit am Kolben bzw. an der Kolbenstange des Katapultzylinders. Daher werden die am Prüfling gewünschten Sollwerte oder Sollwertfunktionen, z.B. eine Beschleunigungsfunktion, durch Ableitung auf entsprechende Geschwindigkeitswerte oder Geschwindigkeitsfunktionen zurückgeführt. Diese Geschwindigkeitswerte oder Funktionen bilden die unkorrigierten Sollwertsignale für die Einrichtung. Die Werte kennen beispieelsweise in der Einrichtung zur Sollwertvorgabe 14 gespeichert und danach dort abgerufen werden.
  • Die auf diese Weise gewonnenen Sollwerte sind jedoch in manchen Fällen nicht befriedigend, da sie am Belastungszylinder nicht die gewünschten Werte bzw. Funktionen erzeugen. Es hat sich nun gezeigt, daß durch Berücksichtigung der Übertragungsfunktionen von Einzelkomponenten der Anordnung oder der gesamten Regelstrecke sowie des Lastdrucks im Betätigungszylinder bei der Sollwertvorgabe eine wesentlich bessere Nachbildung des vorgegebenen zeitlichen Bewegungsablaufs am Belastungszylinder erreichbar ist als bisher. Hierbei können die Übertragungsfunktionen der Regler, des Servoventils sowie des Arbeitszylinders (Katapultzylinder) zur Bildung von Korrekturwerten herangezogen werden.
  • Die Übertragungsfunktionen der Einzelkomponenten können durch Messungen des Frequenzganges oder durch theoretische Überlegungen ermittelt werden. Der Frequenzgang von Einzelkomponenten wird ermittelt durch direkte Messung des Unterschiedes zwischen Ausgangs- und Eingangssignal. Aus den Übertragungsfunktionen können Korrektursignale gebildet werden, z.B. in Form eines Signals, das den inversen Frequenzgang des 4-stufigen Servoventils oder der gesamten Regelstrecke darstellt. Die Konaktursignale können durch geeignete analoge oder digitale Schaltungen in der Kompensationsschaltung 3o bzw. der Rechenschaltung 31 nachgebildet werden. Die Korrektursignale werden in der Multiplikationsstufe 32 mit dem Sollwert aus der Sollwertvorgabeeinrichtung 14 multipliziert. Das Produkt ergibt den korrigierten Sollwert, der dem Regler 12 zugeleitet wird und der zu einer größeren Nachfahrgenauigkeit des βelastungszylinders führt.
  • Eine wichtige Rolle für die Regelung und das Nachfahrverhalten von servohydraulischen Anordnungen spielt der Lastdruck im Betätigungszylinder, bei der dargestellten Anordnung dar Lastdruck im Katapultzylinder 2o. Durch den Lastdruck im Betätigungszylinder entstehen Nichtlinearitäten bzw. Schwierigkeiten, die z.B. zu starken Abweichungen bei denrechzubildenden Werten führen können. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird der Lastdruck bei der Sollwertvorgabe berücksichtigt.
  • Zu diesem Zweck ist am Kataoultzylinder 2o ein Differenzdruckaufnehmer 35 angeordnet, mit dem der Differenzdruck in den beiden Kammern des Katapultzylinders 2o ermittelt wird. Der Differenzdruckaufnehmer 35 ist an beide Zylinderkammern angeschlossen. Bei der dargestellten Anordnung ist der Differenzdruck in den Zylinderkammern des Betätigungszylinders 2o ein MaB für den auf den Kolben 21 wirkenden Lastdruck. Die ermittelten Differenzdruckwerte werden über eine Leitung 36, z.B. in Form von elektrischen Spannungswerten, der Kompensationes chaltung 3o bzw. der Rechenschaltung 31 zugeleitet. Bei Betätigungskolben, deren eine Arbeitsfläche wesentlich größer ist als die andere (Differentialkolben), wird der Lastdruck unter Berücksichtigung der jeweiligen Kolbenflächen ermittelt.
  • Bei bestimmten Anordnungen kann es ausreichend sein, eine feste Funktion für den Lastdruck vorzugeben. Die Rechenschaltung 31 wird dann so ausgebildet, daß sie die gewünschte Funktion wiedergibt. In diesem Fall kann ein Aufnehmer am Betätigungszylinder entfallen. Anstelle des Aufnehmers für den Lastdruck kann auch eine vergleichbare Anordnung, z.B. ein Aufnehmer für die Kolbenbeschleunigung, verwendet werden.
  • Die in der Sollwertvorgabeeinrichtung 14 vorhandenen unkorrigierten Sollwerte werden mit Hilfe des Lastdrucks am Katapultzylinder 2o so vertessert, daß der Einfluß das Lastdrucks weitgehend oder vollständig ausgeschaltet wird. Mit Hilfe der elektrishen Rechenschaltung 31 wird dazu der Ausdruck:
    Figure imgb0001
    nachgebildet. Es bedeuten: P1 = Lastdruck im Zylinder, PS = Speisedruck (Systemdruck, maximaler Druck in der Anordnung).
  • Der vom Differenzdruckaufnehmer 35 kommende Wert wird der Rechenschaltung 31 zugeführt. Da der Speisedruck bzw. Systemdruck Ps festliegt, wird zur Bildung des Korrekturwertes nur der Lastdruck benötigt. Der Sneisedruck kann als Festwert in die Schaltung eingegeben werden. Der durch die Schaltung erhaltene Wert wird in der Multiplikationsstufe 32 mit dem unkorrigierten Sollwert multipliziert. Das Produkt ergibt den verbesserten Sollwert, der dem Regler 12 zugeleitet wird. Durch diese Anordnung können die Sollwerte fortlaufend dem im Katapultzylinder 2o herrschenden Lastdruck angepaßt werden.
  • Die Rechenschaltung 31 ist nur schematisch dargestellt. Die Einzeloperaticnen bzw. die einzelnen Schaltschritte zur Nachbildung des angegebenen Wurzelausdrucks (Division, Subtraktion, Wurzelbildung) können vom Fachmann mit Hilfe von hierzu geeigneten Schaltungen oder Elementen realisiert werden. Die Schaltung kann als analoge oder digitale Schaltung ausgeführt sein.
  • Wenn die unkorrigierten Sollwerte sowohl durch den Lastdruck als auch durch Übertragungsfunktionen verbessert werden sollen bzw. wenn sowohl Kerrekturwerte für den Lastdruck als auch für die Übertragungsfunktionen verwendet werden sollen, wird zunächst in einer ersten Kompensationsachaltung 3o ein verbesserter Sollwert aus einer EinfluBgröBe, z.8. dem Lastdruck, gebildet. Dieser verbesserte Sollwert wird nicht direkt dem Regler 12, sondern einer nachgeschalteten zweiten Kompensationsschaltung 3o' (mit: gestrichelten Anschlüssen gezeichnet) als neuer Sollwert zugeführt. In der zweiten Kcmpensationsschaltung wird aus einer zweiten Einflußgröße, z.B. einer Übertragungsfunktion, in der Rechenschaltung 31' ein Korrektursignal gebildet und dieses in der Multiplikationsstufe 32' mit dem bereits verbesserten Sollwert multipliziert. Das Produkt wird als neuer Sollwert dem Regler 12 zugeleitet. Auf diese Weise lassen sich sowohl der Lastdruck als auch die Übertragungsfunktionen zur Verbesserung des Regelverhaltens bzw. des Nachfahrverhaltens der Anordnung heranziehen.
  • Die Kompensationsschaltung(en) und die Sollwertvorgabeeinrichtung können auch als programmierbare Recheneinrichtung ausgebildet sein. Eine solche Recheneinrichtung liefert den bereits korrigierten Sollwert unmittelbar an die Steuer-und Regeleinrichtung für das Servoventil.

Claims (11)

1. Verfahren zur Wachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs, insbesondere zur Nachbildung eines vorgegebenen Beschleunigungssignals, mit einer servohydraulischen Einrichtung, die aus einem Verbraucher (Balastungszylinder, Katapultzylinder), einem mehrstufigen Servoventil und einer Steuer- und Regeleinrichtung besteht, wobei der Bewegungsablauf des Verbrauchers gesteuert wird und hierzu die letzte Stufe des Servoventils (Hauptstufe) in Wegregelung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte für die Wegregelung des Servoventils (1a - d) Einflußgrößen berücksichtigen, die von Einzelkomponenten der Einrichtung abgeleitet sind, daβ aus den Einflußgrößen Korrekturwerte zur Werbesserung der Sollwerte gebildet werden, daβ die Bellwerte mit den Korrekturwerten multipliziert werden und daβ die Produkte aus Sollwerten und Korrekturwerten als verbesserte Sollwerte der Regeleinrichtung (10 - 13) zugeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einfluβgröβe der Lastdruck im Verbraucher (20) nach folgender Formel berücksichtigt wird:
Figure imgb0002
wobei w = Sollwert
w' = verbesserter Sollwert
Ps = Speisedruck (Maximaldruck)
p 1 = Lastdruck im Verbraucher
k = Konstante
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als EinfluBgröße die Übertragungsfunktion der gesamten Regelstrecke berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als EinflußgröBe die Übertragungsfunktion der Regel- einrichtung (10-13) und des Servoventils (1a-d)_und/oder des Verbrauchers (2o) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte in Form einer Funktion vorgegeben werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte fortlaufend ermittelt und die Sollwerte fortlaufend verbessert werden.
7. Anordnung zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs, insbesondere zur Nachbildung eines vorgegebenen Beschleunigungssignals, mit einer servohydraulischen Einrichtung, die aus einem Verbraucher (Belastungszylinder, Katapultzylinder), einem mehrstufigen Servoventil und einer Steuer- und Regeleinrichtung besteht, wobei der Bewegungsablauf des Verbrauchers gesteuert wird und hierzu die letzte Stufe des Servoventils (Hauptstufe) in Wegregelung betrieben wird, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kompensationsschaltung (30) zur Verbesserung der Sollwerte für die Wegregelung des Servoventils (1a-d), die aus einer Rechenschaltung (31) zur Bildung von Korrekturwerten und aus einer Multiplikationsstufe (32) zur Multiplikation der Sollwerte aus der Sollwertvorgabeeinrichtung (14) und der Korrekturwerte besteht und deren Ausgang mit einem Sollwerteingang der Steuer-und Regeleinrichtung (10-13) verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen am Verbraucher (2o) angeschlossenen Aufnehmer (35) für den Lastdruck oder durch eine vergleichbare Anordnung, die mit der Rechenschaltung (31) verbunden ist.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsschaltung (3o) eine weitere Kompensatbnsschaltung (3o') nachgeschaltet ist .
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung(en) (3o, 3o') und/oder die Sollwertvorgabeeinrichtung (14) als programmierbare Recheneinrichtung ausgebildet ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, daβ der Verbraucher (2o) einen zusätzlichen Hilfsregelkreis (25) mit Sollwertvergabs, Wegaufnehmer (24), Regler (26) und Servoventil (27) aufweist.
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