EP0070957B1 - Method and device to simulate a definite time-dependent motion with a servo-hydraulic device - Google Patents

Method and device to simulate a definite time-dependent motion with a servo-hydraulic device Download PDF

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EP0070957B1
EP0070957B1 EP82100752A EP82100752A EP0070957B1 EP 0070957 B1 EP0070957 B1 EP 0070957B1 EP 82100752 A EP82100752 A EP 82100752A EP 82100752 A EP82100752 A EP 82100752A EP 0070957 B1 EP0070957 B1 EP 0070957B1
Authority
EP
European Patent Office
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nominal value
cylinder
load
correction value
servo valve
Prior art date
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Expired
Application number
EP82100752A
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German (de)
French (fr)
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EP0070957A1 (en
Inventor
Josef Dipl.-Ing. Beran
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00—Servomotors 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
    • F15B9/16—Systems essentially having two or more interacting servomotors, e.g. multi-stage
    • F15B9/17—Systems 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 sequence of movements, in particular for emulating a predetermined course of acceleration, with a servohydraulic device consisting of a loading cylinder, in particular a catapult cylinder, a multi-stage servo valve and a control and regulating device, the movement sequence of the loading cylinder being controlled is and for this the last stage of the servo valve (main stage) is operated in position control, for which a fixed or variable setpoint is specified, as well as an arrangement for performing the method.
  • 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 load pressure (differential pressure) of a consumer is used for correcting the setpoint in the flow control.
  • the device works with several sensors and an electrical network.
  • the pressure feedback serves to stabilize the control device against consumer pressure fluctuations.
  • the object of the present invention is to provide a method and an arrangement for emulating a defined temporal movement sequence, in particular for emulating a predetermined acceleration curve, with a servo-hydraulic device, thereby 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.
  • Influencing the setpoint 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 therefore easier to control. There are also advantages in emulating different forms of acceleration and in adjusting the control device.
  • the transfer functions of individual components of the arrangement can also be taken into account in the proposals according to the invention for improving the target value in addition to the load pressure in the consumer as influencing variables.
  • Several influencing variables can also be taken into account at the same time.
  • the correction value for improving the setpoint can be specified as a fixed function. Furthermore, it is possible to continuously form the correction value dependent on the load pressure and to continuously improve the target value.
  • An arrangement for carrying out the method according to the invention essentially has a compensation circuit which consists of a computing circuit for forming the correction value and a multiplication stage for multiplying the desired value and the correction value and the output of which is connected to the input of the control and regulating device.
  • Correction values for the load pressure and the dynamic transfer functions of individual components of the arrangement can be formed in a suitable manner in the computing circuit.
  • a suitable transducer for connected to the load pressure or the differential pressure or a sensor for the piston acceleration and connected to the arithmetic circuit. It may also be expedient to provide an additional auxiliary control loop on the consumer. So z. B. the piston in the load cylinder can be statically adjusted independently of the main control loop.
  • FIG. 1 a catapult cylinder with a multi-stage servo valve, a control device for the servo valve, a setpoint input device and a compensation circuit for influencing the setpoint value and in Fig. 2 a modified setpoint correction.
  • the catapult cylinder 20 is permanently installed in a receiving device, not shown.
  • the piston 21 of the cylinder acted on 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 different large (differential piston or cylinder).
  • a 4-stage servo valve 1 with valve stages 1a to 1d is attached to the catapult cylinder 20.
  • the third valve stage 1 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 20 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 proportional 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. B. proportional valves can be used.
  • multi-stage servo valves are known, so that there is no need to provide further details.
  • 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 10 controls the position of the control spool 6a of the fourth valve stage 1d, while the inner control loop 11 controls the position of the control spool 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 30, which is only shown schematically.
  • the compensation circuit 30 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 la, 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 20 has an auxiliary control circuit 25 for the static adjustment 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) to the catapult cylinder 20.
  • the specification of the setpoints for the control of the servo valve 1a-d is based on the fact that the servo valve is in principle a speed exciter.
  • the position or opening of the control slide of the last stage 1d of the servo valve corresponds under certain conditions to a certain speed on the piston or on the piston rod of the catapult cylinder. Therefore, the desired values or desired value functions, e.g. B. 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 can, for example, be stored in the device for setting the target value 14 and then called up there.
  • the transfer functions of the individual components can be determined by measuring the frequency response or by theoretical considerations.
  • 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, e.g. B. in the form of a signal that represents the inverse frequency response of the 4-stage servo valve or the entire controlled system.
  • the correction signals can be simulated by suitable analog or digital circuits in the compensation circuit 30 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 produces the corrected setpoint, which is fed to the controller 12 and which leads to greater tracking accuracy of the loading cylinder.
  • the load pressure in the actuating cylinder plays an important role for the control and tracking behavior of servohydraulic arrangements, in the arrangement shown the load pressure in the catapult cylinder 20.
  • the load pressure in the actuation cylinder creates non-linearities or difficulties which, for. B. can lead to large deviations in the values to be shown. 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 20, with which the differential pressure in the two chambers of the catapult cylinder 20 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, z. B. in the form of electrical voltage values, the compensation circuit 30 and the computing circuit 31.
  • the load pressure is determined taking into account the respective piston surfaces.
  • a fixed function for the load pressure it may be sufficient to specify a fixed function for the load pressure.
  • 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, for. B. a sensor for piston acceleration can be used.
  • the uncorrected target values present in the target value setting device 14 are improved with the aid of the load pressure on the catapult cylinder 20 in such a way that the influence of the load pressure is largely or completely eliminated.
  • 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 feed pressure can be entered into the circuit as a fixed value. The value obtained by the circuit is multiplied in the multiplication stage 32 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.
  • the individual operations or the individual switching steps for emulating the specified root expression can be implemented by a person skilled in the art with the aid of suitable circuits or elements.
  • the circuit can be designed as an analog or digital circuit.
  • the compensation circuit (s) and the setpoint specification device can also be designed as a programmable computing device. Such a computing device supplies the already corrected setpoint directly to the control and regulating device for the servo valve.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs, insbesondere zur Nachbildung eines vorgegebenen Beschleunigungsverlaufs, mit einer servohydraulischen Einrichtung, die aus einem Belastungszylinder, insbesondere einem Katapultzylinder, einem mehrstufigen Servoventil und einer Steuer- und Regeleinrichtung besteht, wobei der Bewegungsablauf des Belastungszylinders gesteuert wird und hierzu die letzte Stufe des Servoventils (Hauptstufe) in Wegregelung betrieben wird, wozu eine fester oder veränderlicher Sollwert vorgegeben wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for emulating a defined temporal sequence of movements, in particular for emulating a predetermined course of acceleration, with a servohydraulic device consisting of a loading cylinder, in particular a catapult cylinder, a multi-stage servo valve and a control and regulating device, the movement sequence of the loading cylinder being controlled is and for this the last stage of the servo valve (main stage) is operated in position control, for which a fixed or variable setpoint is specified, as well as an arrangement for performing the method.

Bei 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.In the previously known methods and arrangements for emulating a defined temporal movement sequence, for. B. in servohydraulically operated catapult cylinders, the desired acceleration is achieved in that the path of the piston or the piston rod of the catapult cylinder has been regulated. The piston travel or the travel of the piston rod forms the actual value for a control loop, which consists of the catapult cylinder, a controller and the servo valve. A disadvantage of this arrangement is the multiple integration of the output signal required for the control, as well as the unsatisfactory tracking behavior.

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.In another known method, 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.

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 Servoventils und die Geschwindigkeit des Kolbens im 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.In order to simulate a predetermined acceleration profile, it is known in servohydraulically operated catapult cylinders to operate a multi-stage servo valve for controlling the catapult cylinder in position control. This is based on the knowledge that a servo valve is in principle a speed exciter, i. H. Under certain conditions, the opening of the control slide of the servo valve corresponds to a certain speed of the piston in a connected actuating cylinder. By the position of the control slide in the servo valve, the speed profile of the piston can now be adjusted so that a predetermined temporal sequence of movements occurs and z. B. a certain acceleration is simulated. In the known arrangement, this theoretically also applies to the path of the control spool of the last stage of the servo valve and the speed of the piston in the catapult cylinder. In practice, however, the simulation of the desired acceleration values is unsatisfactory with this arrangement, even if adjustments are still made in the control device by frequency response correction elements.

Bei einer bekannten elektrohydraulischen Steuereinrichtung mit einem Wegeventil (DE-A-2 523 600) wird der Lastdruck (Differenzdruck) eines Verbrauchers zur Sollwertkorrektur bei der Durchflußsteuerung verwendet. Die Einrichtung arbeitet mit mehreren Gebern und einem elektrischen Netzwerk. Die Druckrückführung dient dazu, die Steuereinrichtung gegenüber Verbraucherdruckschwankungen zu stabilisieren.In a known electrohydraulic control device with a directional valve (DE-A-2 523 600), the load pressure (differential pressure) of a consumer is used for correcting the setpoint in the flow control. The device works with several sensors and an electrical network. The pressure feedback serves to stabilize the control device against consumer pressure fluctuations.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Nachbildung eines definierten zeitlichen Bewegungsablaufs, insbesondere zur Nachbildung eines vorgegebenen Beschleunigungsverlaufs, 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.The object of the present invention is to provide a method and an arrangement for emulating a defined temporal movement sequence, in particular for emulating a predetermined acceleration curve, with a servo-hydraulic device, thereby 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.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmale gelöst. Die weiteren Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by the features specified in claims 1 and 5. The further claims contain expedient embodiments of the invention.

Die Beeinflussung des Sollwertes 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.Influencing the setpoint 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 therefore easier to control. There are also advantages in emulating different forms of acceleration and in adjusting the control device.

Je nach Betriebsbedingungen können bei den erfindungsgemäßen Vorschlägen zur Verbesserung des Sollwertes außer dem Lastdruck im Verbraucher als Einflußgrößen auch die Übertragungsfunktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung, wie Servoventil, Regler und Belastungszylinder, berücksichtigt werden. Es können auch mehrere Einflußgrößen gleichzeitig berücksichtigt werden. Der Korrekturwert zur Verbesserung des Sollwertes kann als feste Funktion vorgegeben werden. Weiterhin ist es möglich, den vom Lastdruck abhängigen Korrekturwert fortlaufend zu bilden und den Sollwert fortlaufend zu verbessern.Depending on the operating conditions, the transfer functions of individual components of the arrangement, such as the servo valve, controller and load cylinder, can also be taken into account in the proposals according to the invention for improving the target value in addition to the load pressure in the consumer as influencing variables. Several influencing variables can also be taken into account at the same time. The correction value for improving the setpoint can be specified as a fixed function. Furthermore, it is possible to continuously form the correction value dependent on the load pressure and to continuously improve the target value.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist im wesentlichen eine Kompensationsschaltung auf, die aus einer Rechenschaltung zur Bildung des Korrekturwertes und einer Multiplikationsstufe zur Multiplikation des Sollwertes und des Korrekturwertes besteht und deren Ausgang mit dem Eingang der Steuer- und Regeleinrichtung verbunden ist. In der Rechenschaltung können in geeigneter Weise Korrekturwerte für den Lastdruck und die dynamischen Übertragungsfunktionen von Einzelkomponenten der Anordnung gebildet werden.An arrangement for carrying out the method according to the invention essentially has a compensation circuit which consists of a computing circuit for forming the correction value and a multiplication stage for multiplying the desired value and the correction value and the output of which is connected to the input of the control and regulating device. Correction values for the load pressure and the dynamic transfer functions of individual components of the arrangement can be formed in a suitable manner in the computing circuit.

Zur fortlaufenden Korrektur des Sollwertes wird am Belastungszylinder ein geeigneter Aufnehmer für den Lastdruck oder den Differenzdruck oder ein Aufnehmer für die Kolbenbeschleunigung angeschlossen und mit der Rechenschaltung verbunden. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, am Verbraucher einen zusätzlichen Hilfsregelkreis vorzusehen. Damit kann z. B. der Kolben im Belastungszylinder unabhängig vom Hauptregelkreis statisch verstellt werden.For the continuous correction of the setpoint, a suitable transducer for connected to the load pressure or the differential pressure or a sensor for the piston acceleration and connected to the arithmetic circuit. It may also be expedient to provide an additional auxiliary control loop on the consumer. So z. B. the piston in the load cylinder can be statically adjusted independently of the main control loop.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Katapultzylinder mit einem mehrstufigen Servoventil, eine Regeleinrichtung für das Servoventil, eine Sollwertvorgabeeinrichtung und eine Kompensationsschaltung zur Sollwertbeeinflussung und in Fig. 2 eine modifirierte Sollwertkorrektur.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is explained in more detail below. The drawing shows in Fig. 1 a catapult cylinder with a multi-stage servo valve, a control device for the servo valve, a setpoint input device and a compensation circuit for influencing the setpoint value and in Fig. 2 a modified setpoint correction.

Der Katapultzylinder 20 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.The catapult cylinder 20 is permanently installed in a receiving device, not shown. The piston 21 of the cylinder acted on 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 different large (differential piston or cylinder).

Am Katapultzylinder 20 ist ein 4-stufiges Servoventil 1 mit den Ventilstufen 1a bis 1 d angebaut. An das 2-stufige Vorsteuerventil 1a, b schließt sich die dritte Ventilstufe 1 und das Hauptventil 1d (vierte Stufe) an. Das Hauptventil ist über Druckmittelzuführungsleitungen 2 mit dem Katapultzylinder 20 verbunden. Es kann zweckmäßigerweise auch unmittelbar am Katapultzylinder angeordnet und beispielsweise über geeignete Bohrungen mit dem Zylinder verbunden sein.A 4-stage servo valve 1 with valve stages 1a to 1d is attached to the catapult cylinder 20. The third valve stage 1 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 20 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.

Das 2-stufige Vorsteuerventil 1a, b ist als 2-stufiges Servoventil oder als Proportionalventil 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 Speicheranlage 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.The 2-stage pilot valve 1a, b is designed as a 2-stage servo valve or as a proportional 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.

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 daß sich die Angabe weiterer Einzelheiten erübrigt.Instead of a 4-stage, a 2- or 3-stage or other multi-stage servo valve can also be provided. Instead of servo valves, other regulated valves, e.g. B. proportional valves can be used. In addition, multi-stage servo valves are known, so that there is no need to provide further details.

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.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.

Die Regeleinrichtung für das vierstufige Servoventil weist zwei Regelkreise, nämlich einen äußeren und einen inneren Regelkreis auf. Der äußere Regelkreis 10 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.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 10 controls the position of the control spool 6a of the fourth valve stage 1d, while the inner control loop 11 controls the position of the control spool 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.

Der von der Sollwertvorgabeeinrichtung 14 kommende Sollwert wird einer nur schematisch dargestellten Kompensationsschaltung 30 zugeführt. Die Kompensationsschaltung 30 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 la, b.The setpoint value coming from the setpoint input device 14 is fed to a compensation circuit 30, which is only shown schematically. The compensation circuit 30 contains a computing circuit 31 in which a correction signal for the setpoint signal is formed. In 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 la, 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.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.

Der Katapultzylinder 20 weist einen Hilfsregelkreis 25 für die statische Verstellung 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 Katapultzylinder 20. Mit dem Hilfsregelkreis ist es möglich, den Kolben 21 des Katapultzylinders 2o unabhängig vom Hauptregelkreis statisch zu verstellen.The catapult cylinder 20 has an auxiliary control circuit 25 for the static adjustment of the cylinder. For this purpose, 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) to the catapult cylinder 20. With the auxiliary control loop, it is possible to statically adjust the piston 21 of the catapult cylinder 2o independently of the main control loop.

Bei der Festlegung der Sollwerte für die Regelung des Servovantils 1a-d geht man, wie bereits erwähnt, von der Tatsache aus, daß das Servoventil im Prinzip ein Geschwindigkeitserreger ist. Die Stellung bzw. Öffnung des Steuerschiebers der letzten Stufe 1d 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 können beispielsweise in der Einrichtung zur Sollwertvorgabe 14 gespeichert und danach dort abgerufen werden.As already mentioned, the specification of the setpoints for the control of the servo valve 1a-d is based on the fact that the servo valve is in principle a speed exciter. The position or opening of the control slide of the last stage 1d of the servo valve corresponds under certain conditions to a certain speed on the piston or on the piston rod of the catapult cylinder. Therefore, the desired values or desired value functions, e.g. B. 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 can, for example, be stored in the device for setting the target value 14 and then called up there.

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 des Lastdrucks im Betätigungszylinder bei der Sollwertvorgabe eine wesentlich bessere Nachbildung des vorgegebenen zeitlichen Bewegungsablaufs am Belastungszylinder erreichbar ist als bisher. Darüberhinaus können die Übertragungsfunktionen der Regler, des Servoventils sowie des Arbeitszylinders (Katapultzylinder) zur Bildung von Korrekturwerten herangezogen werden.However, the setpoints obtained in this way are not satisfactory in some cases because they do not generate the desired values or functions on the loading cylinder. It has now been shown that by taking into account the load pressure in the actuating cylinder when specifying the setpoint, a much better replication of the predetermined temporal sequence of movements on the loading cylinder can be achieved than before. In addition, the transfer functions of the controller, the servo valve and the working cylinder (catapult cylinder) can be used to form correction values.

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 Korrektursignale können durch geeignete analoge oder digitale Schaltungen in der Kompensationsschaltung 30 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 Belastungszylinders führt.The transfer functions of the individual components can be determined by measuring the frequency response or by theoretical considerations. 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, e.g. B. in the form of a signal that represents the inverse frequency response of the 4-stage servo valve or the entire controlled system. The correction signals can be simulated by suitable analog or digital circuits in the compensation circuit 30 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 produces the corrected setpoint, which is fed to the controller 12 and which leads to greater tracking accuracy of the loading cylinder.

Eine wichtige Rolle für die Regelung und das Nachfahrverhalten von servohydraulischen Anordnungen spielt der Lastdruck im Betätigungszylinder, bei der dargestellten Anordnung der Lastdruck im Katapultzylinder 20. Durch den Lastdruck im Betätigungszylinder entstehen Nichtlinearitäten bzw. Schwierigkeiten, die z. B. zu starken Abweichungen bei den rachzubildenden Werten führen können. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird der Lastdruck bei der Sollwertvorgabe berücksichtigt.The load pressure in the actuating cylinder plays an important role for the control and tracking behavior of servohydraulic arrangements, in the arrangement shown the load pressure in the catapult cylinder 20. The load pressure in the actuation cylinder creates non-linearities or difficulties which, for. B. can lead to large deviations in the values to be shown. To avoid these disadvantages, the load pressure is taken into account when specifying the setpoint.

Zu diesem Zweck ist am Katapultzylinder 20 ein Differenzdruckaufnehmer 35 angeordnet, mit dem der Differenzdruck in den beiden Kammern des Katapultzylinders 20 ermittelt wird. Der Differenzdruckaufnehmer 35 ist an beide Zylinderkammern angeschlossen. Bei der dargestellten Anordnung ist der Differenzdruck in den Zylinderkammern des Betätigungszylinders 20 ein Maß für den auf den Kolben 21 wirkenden Lastdruck. Die ermittelten Differenzdruckwerte werden über eine Leitung 36, z. B. in Form von elektrischen Spannungswerten, der Kompensationsschaltung 30 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.For this purpose, a differential pressure sensor 35 is arranged on the catapult cylinder 20, with which the differential pressure in the two chambers of the catapult cylinder 20 is determined. The differential pressure sensor 35 is connected to both cylinder chambers. In the arrangement shown, 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, z. B. in the form of electrical voltage values, the compensation circuit 30 and the computing circuit 31. In the case of actuating pistons whose one working surface is significantly larger than the other (differential piston), the load pressure is determined taking into account the respective piston surfaces.

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.In certain arrangements, it may be sufficient to specify a fixed function for the load pressure. The arithmetic circuit 31 is then designed so that it reproduces the desired function. In this case, a sensor on the actuating cylinder can be omitted. Instead of the transducer for the load pressure, a comparable arrangement, for. B. a sensor for piston acceleration can be used.

Die in der Sollwertvorgabeeinrichtung 14 vorhandenen unkorrigierten Sollwerte werden mit Hilfe des Lastdrucks am Katapultzylinder 20 so verbessert, daß der Einfluß des Lastdrucks weitgehend oder vollständig ausgeschaltet wird. Mit Hilfe der elektrischen Rechenschaltung 31 wird dazu der Ausdruck :

Figure imgb0001
nachgebildet. Es bedeuten : p, = Lastdruck im Zylinder, ps = Speisedruck (Systemdruck, maximaler Druck in der Anordnung), k = Konstante.The uncorrected target values present in the target value setting device 14 are improved with the aid of the load pressure on the catapult cylinder 20 in such a way that the influence of the load pressure is largely or completely eliminated. With the help of the electrical computing circuit 31, the expression:
Figure imgb0001
 replicated. They mean: p, = load pressure in the cylinder, p s = feed pressure (system pressure, maximum pressure in the arrangement), k = constant.

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 Speisedruck 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 20 herrschenden Lastdruck angepaßt werden.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 feed pressure can be entered into the circuit as a fixed value. The value obtained by the circuit is multiplied in the multiplication stage 32 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.

Die Rechenschaltung 31 ist nur schematisch dargestellt. Die Einzeloperationen 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.The arithmetic circuit 31 is only shown schematically. The individual operations or the individual switching steps for emulating the specified root expression (division, subtraction, root formation) can be implemented by a person skilled in the art with the aid of suitable circuits or elements. The circuit can be designed as an analog or digital circuit.

Wenn die unkorrigierten Sollwerte sowohl durch den Lastdruck als auch durch Übertragungsfunktionen verbessert werden sollen bzw. wenn sowohl Korrekturwerte für den Lastdruck als auch für die Übertragungsfunktionen verwendet werden sollen, wird gemäß Fig. 2 zunächst in einer ersten Kompensationsschaltung 30 ein verbesserter Sollwert aus einer Einflußgröße, z. B. dem Lastdruck, gebildet. Dieser verbesserte Sollwert wird nicht direkt dem Regler 12, sondern einer nachgeschalteten zweiten Kompensationsschaltung 30' (mit gestrichelten Anschlüssen gezeichnet) als neuer Sollwert zugeführt. In der zweiten Kompensationsschaltung 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.If the uncorrected setpoints are to be improved both by the load pressure and by transfer functions or if both correction values for the load pressure and for the transfer functions are to be used, according to FIG. e.g. B. the load pressure. This improved setpoint is not fed directly to the controller 12, but rather to a downstream second compensation circuit 30 '(drawn with dashed lines) as a new setpoint. In the second compensation circuit, a second influencing variable, e.g. B. a transfer function, a correction signal is formed in the arithmetic circuit 31 'and multiplied this 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.

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.The compensation circuit (s) and the setpoint specification device can also be designed as a programmable computing device. Such a computing device supplies the already corrected setpoint directly to the control and regulating device for the servo valve.

Claims (9)

1. Method for simulating a defined movement sequence with reference to time, in particular for simulating a given acceleration pattern, with a servohydraulic device, which consists of a load cylinder (20), in particular a catapult cylinder, a multi-stage servo valve (1a-d), and a control and regulating device (12, 13), in which the movement sequence of the load cylinder (20) is controlled and to this end the final stage (1d) of the servo valve (principal stage) is driven under path control, for which a fixed or variable nominal value (w) is given, characterized in that for improving the nominal value for the path control of the final stage (1d) of the servo valve (1a-d) the load pressure (PI) in the load cylinder (20) is taken into account as influencing factor, that from the load pressure a fixed or variable correction value is formed, that the given nominal value (w) is multiplied by the correction value and that the product of the given nominal value and correction value is fed to the regulating device (12, 13) as improved nominal value (w'), in which the load pressure (p,) is taken into account according to the following formula :
Figure imgb0003
in which w = nominal value, w' = improved nominal value, ps = supply pressure (maximum pressure), p, = load pressure in the load cylinder, k = constant.
2. Method according to Claim 1, characterised in that as a further influencing factor the transmission function of the regulating device (12, 13) and of the servo valve (1a-d) and/or of the load cylinder (20) is taken into account, whereby from the respective influencing factor a further correction value is formed and the further correction value is multiplied by the improved nominal value (w') and thereafter is passed to the regulating device (12, 13).
3. Method according to Claim 1 or 2, characterised in that the correction value or respectively correction values is (are) given as a fixed function.
4. Method according to one of the preceding Claims, characterised in that the correction value which is dependent upon the load pressure (p,) is formed continuously and the nominal value is improved continuously.
5. Arrangement for carrying out the method according to Claim 1, characterised in that a compensating circuit (30) is provided, which consists of a calculating circuit (31) for forming the correction value and of a multiplication stage (32) for the multiplication of the nominal value (w) of the nominal value setting device (14) and of the correction value and the output of which is connected with a nominal value input of the control and regulating device (12, 13).
6. Arrangement according to Claim 5, characterised by a transducer (35) connected to the load cylinder (20) for the load pressure or the differential pressure or by a transducer for the piston acceleration of the load cylinder (20), which is connected with the calculating circuit (31).
7. Arrangement according to Claim 5 or 6, characterised in that a further compensating circuit (30') is connected after the compensating circuit (30), in which further compensating circuit a further correction value is formed in a calculating circuit (31') from a transmission function of the regulating device (12, 13) and of the servo valve (1a-d) and/or of the load cylinder (20), and this further correction value is multiplied in a multiplication stage (32') by the improved nominal value (w').
8. Arrangement according to one of Claims 5 to 7, characterised in that the compensating circuit(s) (30, 30') and/or the nominal value setting device (14) are constructed as programmable calculating devices.
9. Arrangement according to one of Claims 5 to 8, characterised in that the load cylinder (20) has an additional auxiliary control loop (25) with nominal value setting, motion pickup (24), regulator (26) and servo valve (27), which serves for the static adjustment of the load cylinder (20).
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