JP2020519999A - 機械システムの移動可能に装着された本体の運動を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、機械システム(2、56、62)の移動可能に装着された本体(14)の運動を制御するための方法であって、機械システム(2、6、62)が、媒体によって動作される駆動ユニット(4、64)と制御弁(20、22)とを備え、移動可能に装着された本体(14)は、駆動ユニット(4、64)によって駆動され、駆動ユニット(4、64)の駆動運動は、制御弁(20、22)を用いて制御される、方法に関する。機械システム(2、56、62)内の望ましくない振動の励起を回避するか、または低減するために、制御弁(20、22)を、指定されたパルス持続時間をそれぞれが有する第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルス(S1、S3)を含む制御信号(u(t))を使用して作動させ、第1の切り替えパルス(S1)のパルス持続時間は、別の切り替えパルス(S3)のパルス持続時間に等しく、第1の切り替えパルス(S1)の開始と別の切り替えパルス(S3)の開始との間の時間差(Δt1-3)は、機械システム(2、56、62)の自然周期持続時間に合わせられることが提案される。

Description

本発明は、請求項1のプリアンブルに記載の機械システムの移動可能に装着された本体の運動を制御するための方法に関する。本発明は、さらに、請求項15のプリアンブルに記載の機械システムに関する。

媒体によって動作される駆動ユニットが、移動可能に装着された本体を駆動するために種々の技術分野において使用されている。そのような駆動ユニットは、たとえば、建設機械、工作機械、または圧延機において使用される。通常、そのような駆動ユニットの駆動運動は、制御弁を用いて制御される。

特許文献１から、磁気コイルおよび複数の制御弁を備える電気駆動装置を有する往復ピストンポンプおよびそのような往復ピストンポンプを動作させるための方法が、知られている。第1の動作モードでは、往復ピストンポンプは、作用流体を消費体に能動的に送出し、第2の動作モードにおいて作用流体を受動的に逆流させ、第3の作動モードにおいて消費体から作用流体を能動的に吸引する。ここでは、動作モード間の切り替えは、作用周波数、適用可能な場合、磁気コイルの電気入力信号の信号形態の変化によってのみ起こる。第1の動作モードでは、制御弁の自然周波数を下回る作用周波数が使用され、それにより、制御弁のストロークは電磁気駆動装置の運動に対して非常に小さい移送シフトを示すようになる。第2および第3の動作モードに関しては、ポンプは、制御弁の自然周波数近くの周波数において、または制御弁の自然周波数より大きい周波数によって動作され、それにより、制御弁は、ポンプピストンの運動に対する大きい位相シフトを示し、これにより、作用流体の受動的な戻り流または能動的戻り送出が実現する。

移動可能に装着された本体と、移動可能に装着された本体を駆動するために媒体を用いて動作される駆動ユニットとを有する機械システムでは、移動可能に装着された本体または機械システム全体の望ましくない振動の励起が、駆動ユニットの駆動運動中に発生し得る。

そのような振動は、とりわけ、機械システムの慣性および/または減衰特性に起因し得る。移動可能に装着された本体が回転可能に/枢動可能に装着される場合、この結果、低い自然周波数によって不都合な振動が生じる傾向がある。技術的な周辺状況により、設計によって機械システムのこの振動傾向を低減することは、限定された範囲でしか可能でないことが多い。

駆動ユニットの駆動運動を制御する制御弁の切り替え周波数が、機械システムの自然周波数の近傍にあるとき、そのような望ましくない振動の励起中、特に高い振動振幅が発生し得る。

独国特許出願第102013015453号明細書

本発明の目的は、機械システム内の望ましくない振動の励起を回避するか、または少なくとも低減することである。

本発明によれば、本目的は、請求項1に記載の方法および請求項15に記載の機械システムによって達成される。

本発明による方法では、機械システムは、媒体によって動作される駆動ユニットと、制御弁とを備え、移動可能に装着された本体は、駆動ユニットによって駆動され、駆動ユニットの駆動運動は、制御弁を用いて制御されるものとする。本発明による方法では、制御弁は、さらに、いずれの場合も所定のパルス持続時間を有する第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスを含む制御信号によって作動され、第1の切り替えパルスのパルス持続時間は、別の切り替えパルスのパルス持続時間に等しく、第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、機械システムの固有周期持続時間に適合される。

本発明による機械システムは、移動可能に装着された本体と、移動可能に装着された本体を駆動するために媒体によって動作され得る駆動ユニットと、駆動ユニットの駆動運動を制御するための制御弁とを備える。加えて、本発明による機械システムは、制御弁を作動させるための制御信号を生成するように構成された制御ユニットを備え、この制御信号は、いずれの場合も所定のパルス持続時間を有する第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスを含み、第1の切り替えパルスのパルス持続時間は、別の切り替えパルスのパルス持続時間に等しく、第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、機械システムの固有周期持続時間に適合される。

有利な別の発展は、従属特許請求項および以下の説明の各主題であり、方法、およびさらに機械システムの両方に関連し得る。

本発明は、駆動ユニットの駆動運動がもたらされる単一の切り替えパルスを有する制御信号によって制御弁が起動された場合、機械システムの慣性に応じて、移動可能に装着された本体の共鳴が発生するという認識に基づく。

これとは対照的に、制御弁が、同じパルス持続時間の第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスを含む制御信号で起動され、ここで第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔が、機械システムの固有周期持続時間に適合されるとき、移動可能に装着された本体のそのような共鳴は、抑制されるか、または少なくとも低減され得る。加えて、機械システムの動態を高めることができる。

本発明による機械システムは、優先的には、本発明による方法を実施するために、特に従属特許請求項および/または以下の説明の1つにしたがって本発明による方法の有利な別の発展を実施するために装備される。

「第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔が、機械システムの固有周期持続時間に適合される」という表現は、この時間間隔が、前記固有周期持続時間に依存するか、または固有周期持続時間の関数であるように理解され得る。

移動可能に装着された本体、駆動ユニット、および制御弁に加えて、機械システムは、これらの要素の少なくとも1つと相互作用し、特にこれらの要素の少なくとも1つに接触する、および/または連結された別の要素を備えることができる。

固有周期持続時間は、機械システムの自然周波数に属する自然周波数の逆数値であることを意味する。固有周期持続時間は、事実上、機械システムの振動部の固有周期持続時間である。機械システムの振動部は、優先的には、少なくとも駆動ユニットと、移動可能に装着された本体とを備える。加えて、機械システムの振動部は、機械システムの別の要素を備えることができる。

第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔がその逆数値に適合される、前記自然周波数は、たとえば、機械システムの最低自然周波数であることができる。

さらに、第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔がその逆数値に適合される、自然周波数は、たとえば、機械システムの主要自然周波数、すなわち最大の共振上昇を有する自然周波数であることができる。換言すれば、第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、その逆数値が機械システムの主要自然周波数に対応する、機械システムの固有周期持続時間に適合され得る。機械システムの主要自然周波数は、特に、それと同時に、機械システムの最低自然周波数であることができる。

駆動ユニットに媒体を供給することは、制御弁によって制御され得る。換言すれば、駆動ユニット内に存在する媒体圧力は、制御弁を用いて制御され得る。

有利には、制御弁は、電気的に、特に電気磁気的に制御可能である。制御弁の切り替え位置が制御信号によって制御されるか、または予め規定されると、さらに好ましい。事実上、制御信号は、電気制御信号であり、特にデジタル電気制御信号である。

制御弁が開かれたとき、駆動ユニット内の媒体の流入または駆動ユニットからの媒体の流出が、優先的にもたらされる。事実上、これは、さらに駆動ユニットの駆動運動をもたらす。制御弁が再度閉じられたとき、この駆動運動は、優先的に停止される。

駆動ユニットの駆動運動は、有利には、移動可能に装着された本体の運動に変換される。好ましい形では、移動可能に装着された本体の運動は、所定の軌道を移動可能に装着された本体が辿るように起動される。

さらに、駆動ユニットは、移動可能に装着された本体に間接的に、たとえば枢動アームを介して、または直接的に連結され得る。

制御ユニットが、制御弁を起動させるための前記制御信号を生成するために装備されるという事実は、とりわけ、制御ユニットが、制御信号を生成し、適切な場合制御弁に渡すようにプログラムされることを含むことができる。有利には、制御ユニットは、特に、たとえばフィールドバスなどの信号伝送ラインを介して制御弁に連結される。

機械システムの固有周期持続時間または自然周波数の決定は、当業者に知られている方法によって行うことができる。

たとえば、固有周期持続時間は、計算によって、特に、機械システムの個々の要素の寸法および質量によって、適切な場合、機械システムの別のパラメータによって決定され得る。とりわけ、計算による固有周期持続時間の決定は、数値シミュレーションを用いて行われ得る。さらに、固有周期持続時間または自然周波数は、前記制御ユニット内に記憶され得る。

さらに、固有周期持続時間は、1つまたは複数の測定値によって決定されるものとすることができる。この場合、機械システムが、固有周期持続時間の測定の目的で振動するように意識的に励起されると、有利である。優先的には、機械システムの励起の結果、機械システムはその自然周波数またはその複数の自然周波数で振動する。機械システムの励起は、たとえば、パルス様、正弦曲線、または広帯域の励起であることができる。

たとえば、機械システムは、制御弁が所定の持続時間の間開かれ、その後再度閉じられるという点で、その自然周波数またはその複数の自然周波数で振動するように励起され得る。特に、励起は、可能な限り早い制御弁の開閉によって行うことができる。

さらに、機械システムの振動運動は、1つまたは複数のセンサ、たとえば加速度センサ、レーザ振動計、位置センサおよび/または圧力センサなどを用いて感知され得る。このプロセスにおいて得られた測定値により、機械システムの伝達関数が決定され得る。複数のセンサの場合、センサは、特に異なる場所において機械システムの振動運動を感知することができる。

機械システムの伝達関数から、第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間の時間間隔が適合される自然周波数または固有周期持続時間が、たとえば、フーリエ解析(Fourier analysis)によって、特に高速フーリエ変換アルゴリズム(fast Fourier transform algorithm)を利用して決定され得る。

固有周期持続時間は、経時的に一定である値であることができる。代替的には、固有周期持続時間は、経時的に変化することも可能である。たとえば、固有周期持続時間は、機械システムの動作状態および/または動作持続時間に依存し得る。固有周期持続時間が経時的に可変である場合、固有周期持続時間が、動作中に反復的に決定され、特に周期的に決定されると、有利である。

とりわけ、移動可能に装着された本体は、線形に移動可能に装着され得る。さらに、移動可能に装着された本体は、回転可能に/枢動可能に装着され得る。移動可能に装着された本体の運動は、線形運動、特にその本体の軸の1つ、または本体を通り抜けない回転軸を中心にした回転/枢動運動、または線形運動および回転/枢動運動の重ね合わせであることができる。

加えて、機械システムは、移動可能に装着された本体が取り付けられた1つまたは複数の枢動アームを備えることができる。

機械システムは、特に、油圧機械システムであることができる。好ましい形では、駆動ユニットがそれによって動作される媒体は、液体、特に油である。

駆動ユニットは、特に、線形駆動ユニット、たとえば油圧シリンダとして形成され得る。したがって、駆動ユニットの駆動運動は、線形であるか、または並進的な駆動運動であることができる。

代替的には、駆動ユニットは、回転式駆動ユニットとして、特に油圧モータとして設計され得る。この場合、駆動ユニットの駆動運動は、事実上、回転式駆動運動である。

さらに、駆動ユニットが可動式駆動要素、たとえばロータまたは移動可能に装着されたピストンを備えると、好ましい。事実上、駆動ユニットの可動式駆動要素は、駆動ユニットの前記駆動運動を実施する。

駆動ユニットの駆動運動がそれによって制御される前記制御弁は、たとえば、比例弁、特にサーボ弁または切り替え弁、すなわち離散式切り替え(開/閉)弁であることができる。

本発明の有利な別の発展によれば、制御弁は、デジタル油圧弁とも呼ばれるデジタル弁である。デジタル弁は、短い切り替え時間(通常はミリ秒範囲内)を有するため、制御弁がそのように構成される場合、高速の切り替え動作を実現することができる。制御弁がそのように構成される場合、媒体の流れが、追加的に、制御弁によって正確に予め規定され得る。デジタル弁の別の利点は、デジタル弁が通常、従来の比例弁より油汚染に対して敏感でないことである。

優先的には、第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、前記固有周期持続時間の線形関数である。第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、特に、固有周期持続時間に比例することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、前記固有周期持続時間の少なくとも半分である。

特に、制御弁が、固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を有する場合、第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、この切り替え時間の関数、優先的には前記切り替え時間の線形関数であることができる。切り替え時間は、制御弁の開放時間または閉鎖時間であることができる。優先的には、制御弁の開閉時間は、同じである。

制御弁の開閉時間が固有周期持続時間の6分の1より短いと、特に好ましい。この場合、切り替えパルスのパルス持続時間および/またはそれらの時間間隔は、制御弁の開閉時間から独立することができる。

さらに、第1の切り替えパルスのパルス持続時間および別の切り替えパルスのパルス持続時間は、優先的には、前記固有周期持続時間に適合される。たとえば、第1の切り替えパルスのパルス持続時間および別の切り替えパルスのパルス持続時間は、いずれの場合も、固有周期持続時間の線形関数であることができる。特に、第1の切り替えパルスのパルス持続時間および別の切り替えパルスのパルス持続時間は、いずれの場合も固有周期持続時間に比例することができる。

さらに、特に、制御弁が、固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を有する場合、第1の切り替えパルスのパルス持続時間および別の切り替えパルスのパルス持続時間は、いずれの場合も前記切り替え時間の線形関数であることができる。

制御弁が、固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を有する場合、第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスのパルス持続時間は、たとえば、切り替え時間と、固有周期持続時間の6分の1との算術平均に等しくなり得る。別の場合、第1の切り替えパルスのパルス持続時間および別の切り替えパルスのパルス持続時間は、たとえば、固有周期持続時間の6分の1に等しくなり得る。

優先的には、2つの切り替えパルスは、駆動ユニットの可動式駆動要素を所定のステップ幅だけ移動させる。所定のステップ幅は、たとえば、(回転式)角度または(移動)距離であることができる。

さらに、所定のステップ幅は、有利には、前記固有周期持続時間の線形関数である。制御弁の切り替え時間が、固有周期持続時間の6分の1より大きいとき、所定のステップ幅は、優先的には、制御弁の切り替え時間と固有周期持続時間の6分の1との算術平均に比例する。別の場合、所定のステップ幅は、優先的には、固有周期持続時間に比例する。

これに加えて、制御信号は、第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間に、所定のパルス持続時間を有する追加の切り替えパルスを有することができる。制御信号は、特に駆動ユニットの運動パラメータの設定点値が、第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスによってもたらされる所定のステップ幅より大きいとき、追加の切り替えパルスを有することができる。

この追加の切り替えパルスのパルス持続時間は、優先的には、運動パラメータの設定点値に依存する。追加の切り替えパルスのパルス持続時間が運動パラメータの設定点値の線形関数であると、特に好ましい。第1の切り替えパルスの開始と別の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、優先的には、存在し得る追加の切り替えパルスのパルス持続時間に依存する。

所定のステップ幅が、運動パラメータの設定点値に等しいとき、制御信号は、優先的には、そのような追加の切り替えパルスを有さない。

切り替えパルスのそれぞれは、優先的には、制御弁を開くことをもたらす。これは、制御弁を、優先的には、切り替えパルスのそれぞれの間開くことを意味する。第1の切り替えパルスと追加の切り替えパルスとの間、追加の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間、および別の切り替えパルスの後、制御弁は好ましい形で閉じられる。

制御信号が、第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスのみを有する場合、駆動ユニットの可動式駆動要素は、優先的には、所定のステップ幅だけ移動される。これとは対照的に、制御信号が3つの先に述べた切り替えパルスをすべて有するとき、可動式駆動ユニットは、優先的には、運動パラメータの設定点値だけ移動される。追加の切り替えパルスを用いて、所定のステップ幅より大きい、駆動ユニットの可動式駆動要素の移動距離または回転角度が実現され得る。

駆動ユニットが線形駆動ユニットである場合、前記運動パラメータは、たとえば、線形行程量であることができる。運動パラメータの設定点値は、したがって、たとえば、駆動ユニットによって、より正確にはその可動式駆動要素によってカバーされるような行程量であることができる。換言すれば、追加の切り替えパルスのパルス持続時間は、駆動ユニットまたはその可動式駆動要素が駆動運動中にカバーする行程量に依存し得る。

駆動ユニットが回転式駆動ユニットである場合、前記運動パラメータは、たとえば、回転角度であることができる。運動パラメータの設定点値は、したがって、駆動ユニット、より正確にはその可動式駆動ユニットによってカバーされる回転角度などであることができる。これは、追加の切り替えパルスのパルス持続時間が、駆動ユニットまたはその可動式駆動ユニットが駆動運動中に回転する回転角度に依存し得ることを意味する。

第1の切り替えパルスの開始と追加の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、優先的には、固有周期持続時間の線形関数である。

制御弁が、固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を有する場合、第1の切り替えパルスの開始と追加の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、たとえば、切り替え時間の2倍と固有周期持続時間の3分の1との算術平均であることができる。別の場合、第1の切り替えパルスの開始と追加の切り替えパルスの開始との間の時間間隔は、たとえば、固有周期持続時間の3分の1に等しくなり得る。

好ましい形では、第1の切り替えパルスおよび追加の切り替えパルスは、所定の中断持続時間を有する第1の中断によって互いから分離される。加えて、追加の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスは、優先的には、所定の中断持続時間を有する第2の中断によって互いから分離される。第1の中断の中断持続時間および第2の中断の中断持続時間は、いずれの場合も、固有周期持続時間の線形関数であることができる。それぞれの中断中、制御弁は、事実上閉じられる。

第1の中断の中断持続時間は、特に第2の中断の中断持続時間に等しくなり得る。さらに、第1の中断の中断持続時間および第2の中断の中断持続時間は、たとえば、第1の切り替えパルスのパルス持続時間に等しくなり得る。

制御弁が、固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を有する場合、それぞれの中断持続時間は、たとえば、切り替え時間と固有周期持続時間の6分の1との算術平均に等しくなり得る。別の場合、それぞれの中断持続時間は、たとえば、固有周期持続時間の6分の1に等しくなり得る。

制御信号の切り替えパルスは、特に、方形パルス、すなわち、少なくとも実質的に矩形の形態を有する切り替えパルスであることができる。基本的には、制御信号の切り替えパルスの1つまたは複数は、異なるパルス形態を有することができる。

さらに、制御弁は、制御信号によって「弾道的に」起動され得る。ここでは、制御弁の弾道的起動は、制御信号の切り変えパルスの1つまたは複数が短く、それにより、制御弁のパルス様作動により、その遮断本体が、制御弁の全開状態であるその端部位置に到達することなく、開放方向に押し出され、その後、制御弁の弁ばねの効果の下、および/または流れ力の効果の下で、遮断本体がその閉じられた端部位置の方向に再度落下して戻る起動を意味し得る。制御弁の弾道的起動中、第1の切り替えパルスおよび/または別の切り替えパルスは、制御弁の切り替え時間より短いパルス持続時間を有することができる。

優先的には、制御弁は、固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を制御弁が有する場合、「弾道的に」起動される。しかし、制御弁の弾道的起動は、特に駆動要素の具体的には小さいステップ幅を実現するために、制御弁の切り替え時間が固有周期持続時間の6分の1より短いときにも行うことができる。

第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間の時間間隔は、固有周期持続時間を条件とする。機械システム内に望ましくない振動が、回避されるか、または少なくとも低減される場合、第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間の時間間隔は、先に述べたように固有周期持続時間に適合されるものとする。別の場合、すなわち第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間の時間間隔の任意の選択時、大きい振動振幅による移動可能に装着された本体の共鳴が発生し得る。

実際、制御弁の実際の挙動は、「理想的挙動」(遅延無しのオンおよびオフの切り替え)から逸脱し得る。特に、デッドタイムおよび/または異なる切り替え時間が、制御弁の開閉中に発生し得る。理想的な挙動からのそのような逸脱は、切り替え時間の適合によって補償され得る。そのような適合は、手動で、またはたとえば「反復的習得制御」などの部分的自動または全自動のアルゴリズムを用いて行われ得る。

とりわけ、本発明による方法は、圧延機において使用され得る。ここでは、機械システムは、圧延装置または圧延装置の構造ユニットであることができる。

本発明の有利な別の発展では、移動可能に装着された本体は、巻取装置の圧力ローラである。したがって、本発明による方法は、特に圧力ローラの運動を制御するために使用され得る。この場合、駆動ユニットは、優先的には、油圧シリンダである。機械システムが、圧力ローラが取り付けられた少なくとも1つの枢動アームを備えると、さらに好ましい。巻取装置は、優先的には、金属ストリップをコイルに巻き上げるために利用される。

優先的には、圧力ローラは、金属ストリップの巻き上げ動作中、駆動ユニットを用いて金属ストリップに押しつけられ、この動作中、金属ストリップは巻取装置ドラム上に巻き上げられる。このようにして、金属ストリップは、巻取装置ドラム周りを固定式に案内され得る。

巻取装置ドラム上に位置する金属ストリップのストリップ開始部が、圧力ローラと巻取装置ドラムとの間を通過するときのいずれの場合も、圧力ローラが金属ストリップから離間されるように、圧力ローラが、少なくとも巻き上げ動作の段階中、特に巻き上げ動作の初期段階中、駆動ユニットの駆動運動によって移動されると、特に有利である。このようにして、金属ストリップの内側巻線を圧力ローラによってストリップ開始部に押し付けることを回避することができる。

ストリップ開始部は、コイルの内側端部を形成する金属ストリップの横断方向縁であると考えることができる。金属ストリップの横断方向縁は、さらに、金属ストリップの長手方向に垂直に、またはこれの長手方向縁に垂直に配向される縁であると考えることができる。

金属ストリップのストリップ開始部が圧力ローラと巻取装置ドラムとの間、より正確にはその回転軸間に位置する前のそれぞれの所定の持続時間、圧力ローラは、有利には、駆動ユニットを用いて金属ストリップから取り除かれる。これはまた、「圧力ローラの持ち上げ」とも呼ばれる。所定の持続時間は、有利には、巻取装置ドラムの回転速度に依存する。

いずれの場合も、金属ストリップのストリップ開始部が圧力ローラと巻取装置ドラムとの間、より正確にはその回転軸間に位置した後の所定の持続時間において、圧力ローラは、有利には、駆動ユニットを用いて金属ストリップに再度押しつけられる。これはまた、「圧力ローラを固定する」とも呼ばれる。この所定の持続時間もまた、有利には、巻取装置ドラムの回転速度に依存する。

圧力ローラの運動の先に説明したタイプはまた、専門家の間ではステップ制御とも呼ばれ、これは、このプロセスにおける圧力ローラが、たとえて言うと、ステップ様に移動するという事実に起因し得る。

特に、高速の巻き上げ速度において、圧力ローラの迅速な持ち上げまたは固定が、ステップ制御に必要とされ得る。加えて、このステップ中、圧力ローラのステップ制御振動が好ましくは回避され、それによってコイルの内側巻線がストリップ開始部に押しつけられることを確実に回避すると、有利である。圧力ローラの迅速な持ち上げおよび固定、ならびに圧力ローラの振動の低減は、前記制御信号によって制御弁を起動させることによって達成され得る。

巻取装置は、優先的には、複数の、特に3つまたは4つのそのような圧力ローラを備える。好ましい形では、巻取装置のすべての圧力ローラは、説明した形で制御される。特に、圧力ローラの制御は、金属ストリップの第1の巻線の巻き上げに続いて、圧力ローラの最多で1つが、巻き上げ動作の前記段階中に金属ストリップから持ち上げられるという周辺条件下で行うことができる。

本発明の別の有利な構成では、移動可能に装着された本体は、ループ持ち上げローラである。代替的には、移動可能に装着された本体は、たとえば、ロールであることができる。本発明による方法は、したがって、特にロールまたはループ持ち上げローラの運動を制御するために使用され得る。

さらに、特に機械システムの要素であることができるセンサを用いて、駆動ユニットの状況パラメータが測定されるものとすることができる。状況パラメータは、たとえば、駆動ユニットの可動式駆動要素の位置、駆動要素上に作用する圧力、または駆動要素上に作用する力であることができる。したがって、センサは、たとえば、位置センサ、圧力センサ、または力センサであることができる。

このセンサは、優先的には、信号伝送ラインを介して、先に述べた制御ユニットに連結される。さらに、制御ユニットは、追加の切り替えパルスのパルス持続時間を、駆動ユニットの状況パラメータの測定された値の関数として調整するようにプログラムされ得る。これは、追加の切り替えパルスのパルス持続時間が、駆動ユニットの前記状況パラメータの関数であり得ることを意味する。

さらに、移動可能に装着された本体の「簡単な運動」、すなわち移動可能に装着された本体の振動が重大でないそのような運動が、前記制御弁を用いて、または別の制御弁を用いて実現され得る。そのような「簡単な運動」は、圧力ローラの場合、たとえば圧力ローラの枢動式の出入りであることができる。

そのような「簡単な運動」を実現するために使用され得る他の制御弁は、たとえば、比例弁、特に従来の比例弁またはサーボ弁であることができる。さらに、他の制御弁は、デジタル弁であることができる。最初に述べられた制御弁、または他の制御弁は、たとえば、「簡単な運動」を実現するためにPWM起動(PWM=パルス幅変調)によって起動され得る。

有利には、機械システムは、圧力源を備える。圧力源は、事実上、駆動ユニットを所定の圧力レベルで動作させるために使用される媒体を提供するような役割を果たす。

さらに、機械システムは、有利には、制御弁が圧力源にそれを介して連結される第1のラインを備える。さらに、機械システムが、制御弁を駆動ユニットにそれを介して連結する第2のラインを備えると、有利である。

圧力源は、たとえば、媒体が内部に貯蔵されるタンクであることができる。代替的には、圧力源は、たとえば、ポンプであることができる。ポンプである場合、駆動ユニットは、事実上、ラインを介してポンプの送出側に連結される。

これに加えて、機械システムが、2つのラインの1つに連結された蓄圧器を備えると、有利である。蓄圧器を用いて、制御弁の切り替え動作中、機械システム、特にそのライン内に圧力ピークおよび/またはキャビテーションが発生することを回避することができる。蓄圧器は、特にラインの1つにおける突然の圧力上昇中、ラインから特定の量の媒体を吸収することができ、またはラインの1つにおける突然の圧力降下中、特定の量の媒体をラインに導入することができる。

優先的には、蓄圧器は、ガスによって部分的に充填される。ガスは、通常、液体より容易に圧縮可能であるため、蓄圧器は、このようにして圧力変動に特にすばやく反応することができる。

さらに、機械システムが圧力シンクを備えると有利である。圧力シンクは、事実上、駆動ユニットから媒体を受け入れるような役割を果たす。有利には、駆動ユニットは、1つまたは複数の別のラインを介して圧力シンクに連結され、ここで別のライン/(複数可)は、特に予圧がかけられ得る。

圧力シンクは、たとえば、優先的には、圧力源の出口より低い圧力が存在する入口を有するタンクであることができる。代替的には、圧力シンクはポンプであることができる。ポンプである場合、駆動ユニットは、事実上、別のラインまたは別の複数のラインを介してこのポンプの吸引側に連結される。

さらに、機械システムは、駆動ユニットの駆動運動を制御するための最初に述べた制御弁に加えて、最初に述べた制御弁に平行に連結された別の制御弁を備えることができる。このようにして、圧力源から駆動ユニットへおよび/または駆動ユニットから圧力シンクへのより多い媒体の流れが、実現され得る。これらの2つの制御弁は、特に構造上同一に具体化され得る。代替には、駆動ユニットの駆動運動を制御するための最初に述べた制御弁および別の制御弁は、異なる弁であることができる。異なる弁である場合、これらの2つの弁は、駆動要素の異なる行程量または回転角度を実現するために使用され得る。

さらに、2つの制御弁は、交互に切り替えられ得る。このようにして、制御弁の同時の切り替えを有する平行連結の有効切り変え周波数と比較して、制御弁の平行連結の有効切り替え周波数を高めることができる。

通常、機械システムは、駆動ユニットの駆動運動を制御するための制御弁の複数のそのような平行連結を備えることができる。

これまで与えられた本発明の有利な構成の説明は、個々の従属特許請求項において複数になるように部分的に組み合わされたものにされる数多くの特徴を含む。しかし、これらの特徴は、事実上、個々に考えることもでき、事実上別の組み合わせに組み合わせることもできる。特に、これらの特徴はそれぞれ、個々に、および本発明による方法および本発明による機械システムとの任意の適切な組み合わせで組み合わせ可能である。さらに、方法特徴はまた、関連する装置ユニットの特性として理解することもできる。

本説明または特許請求項において、いくつかの用語がそれぞれ単数形でまたは数値と併用して使用される場合であっても、これらの用語の本発明の範囲は、単数形、またはそれぞれの数値に制限されてはならない。

上記で説明した本発明の特性、特徴、および利点ならびに、これらを達成する方法は、図と関連してより詳細に説明される本発明の例示的な実施形態の以下の説明に関連してより明確になり、より明確に理解可能になる。例示的な実施形態は、本発明を説明するような役割を果たし、本発明を、その中で述べた特徴の組み合わせにも、機能的特徴に関しても限定するものではない。これに加えて、各例示的な実施形態の適切な特徴はまた、分離して明示的に見ることができ、例示的な実施形態から除去することができ、別の例示的な実施形態を完成させるためにその別の例示的な実施形態に導入することができ、特許請求項のいずれかと組み合わせることができる。

駆動ピストンを備えた油圧シリンダ、移動可能に装着された本体、複数の制御弁および制御ユニットを備える機械システムを示す図である。 図1からの機械システムの例示的な伝達関数を示す図である。 制御弁制御信号が、時間、および駆動ピストンの位置および速度の関連する時間プロファイルの関数として示される図である。 別の制御弁制御信号が、時間、および駆動ピストンの位置および速度の関連する時間プロファイルの関数として示される図である。 別の制御弁制御信号が、時間、および駆動ピストンの位置および速度の関連する時間プロファイルの関数として示される図である。 時間、および弾道的弁起動を有する駆動ピストンの位置および速度の関連する時間プロファイルの関数として弁ピストン位置が示される、3つの図である。 圧力ローラおよび油圧シリンダをそれぞれが備えた3つの機械システムを備える、金属ストリップを巻き上げるための巻取装置を示す図である。 油圧モータと、回転可能に装着された本体と、制御弁と、制御ユニットとを備える別の機械システムを示す図である。

図1は、機械システム2の概略図を示す。

機械システム2は、とりわけ、媒体、特に油によって動作され得る駆動ユニット4を備える。この例示的な実施形態では、駆動ユニット4は、油圧シリンダとして設計される。

駆動ユニット4は、ハウジング6を備える。加えて、駆動ユニット4は、可動式駆動要素として線形可動式駆動ピストン8を備え、ここで駆動ピストン8は、ピストンヘッド10と、ピストンヘッド10に連結されたピストンロッド12とを備える。

さらに、機械システム2は、駆動ユニット4によって駆動される移動可能に装着された本体14を備え、ここで移動可能に装着された本体14は、駆動ピストン8、より正確にはピストンロッド12に連結される。この例では、移動可能に装着された本体14は、線形可動であるように装着される。

さらに、機械システム2は、圧力源16と、圧力シンク18とを備える。この例における圧力源16は、その出口において、先に述べた媒体に通常約300バールの圧力を提供するポンプである。

加えて、機械システム2は、デジタル弁として設計された第1の制御弁20と、これも同様にデジタル弁として設計された第2の制御弁22とを備える。この例示的な実施形態では、第1および第2の制御弁20、22は、構造上同一に具体化され、したがって、その切り替え時間t_sにおいて同一である。ここでは、それぞれの制御弁20、22の開放時間は、それと同時にこの閉鎖時間に対応する閉鎖時間t_sと呼ばれる。したがって、制御弁20、22に関して、開放時間は閉鎖時間と一致すると仮定される。

これに加えて、機械システム2は、第1の制御弁20が圧力源16にそれを介して連結される第1の流体ライン24と、第2の制御弁22が圧力シンク18にそれを介して連結される第2の流体ライン26とを備える。

この例では、先に述べた圧力シンク18は、第2の流体ライン26内の第2の制御弁22のところに、通常約20バールの圧力が存在するように予圧がかけられたタンクである。

これとは別に、機械システム2は、2つの蓄圧器28を備え、この蓄圧器にはガスが部分的に充填され、その1つは第1の流体ライン24に連結され、他方の1つは第2の流体ライン26に連結される。これら2つの蓄圧器28により、制御弁20、22の切り替え動作中の圧力ピークおよび/またはキャビテーションが、回避され得る。

さらに、第1の制御弁20は、機械システム2の第3の流体ライン30を介して、駆動ユニット4のいわゆるピストン側に連結される。第2の制御弁22も同様に、機械システム2の第4の流体ライン32を介して駆動ユニット4のピストン側に連結される。

これとは別に、機械システム2は、比例弁、特に多方弁として設計された別の制御弁34を備える。別の制御弁34も同様に、機械システム2の第5の流体ライン36を介して駆動ユニット4のピストン側に連結される。さらに、別の制御弁34は、機械システム2の第6の流体ライン38を介して圧力シンク18に連結される。機械システム2の第7の流体ライン40により、別の制御弁34は、圧力源16に連結される。

3つの制御弁20、22、34のそれぞれは、遮断本体として電気磁気的に制御される弁ピストンと、弁ばねとを備える。

別の制御弁34は、媒体が駆動ユニット4から圧力シンク18まで流れることができる切り替え位置を有する。これとは別に、別の制御弁34は、媒体が圧力源16から駆動ユニット4まで流れることができる切り替え位置を有する。加えて、別の制御弁34は、別の制御弁34を通る媒体の流れが防止される切り替え位置を有する。

さらに、機械システム2は、いずれの場合も信号伝送ライン44を介して3つの制御弁20、22、34のそれぞれに連結された、制御弁20、22、34を制御するための制御ユニット42を装備する。それぞれの制御弁20、22、34の弁位置は、制御ユニット42によって制御される。この目的のために、制御ユニット42は、制御弁20、22、34のための電気制御信号を生成し、信号伝送ライン44を介して制御信号を制御弁20、22、34に渡す。

第1の制御弁20が開かれ、第2の制御弁22が閉じられ、別の制御弁34が、別の制御弁34を通る媒体の流れが防止される切り替え位置にある場合、圧力源16によって提供された媒体は、第1の制御弁20を介して駆動ユニット4に流入する。これにより、駆動ピストン8は、駆動ユニット4のハウジング6の外に移動される。

これとは対照的に、第1の制御弁20が閉じられ、第2の制御弁22が開かれ、別の制御弁34が、別の制御弁34を通る媒体の流れが防止される切り替え位置にある場合、媒体は、第2の制御弁22を介して駆動ユニット4から流出して圧力シンク18に入る。これにより、駆動ピストン8は、駆動ユニット4のハウジング6内に後退される。

駆動ピストン8のこの運動は、駆動ユニット4の駆動運動を表し、これによって移動可能に装着された本体14は駆動される。

駆動ユニット4は、そのいわゆるリング側9、すなわち駆動ピストン8のピストンロッド12が配置される側で、図として示さない圧力調節デバイスに連結される。圧力調節デバイスは、駆動ユニット4のピストン側11において圧力上昇が起こるとき、リング側の駆動ユニット4内に存在する媒体がリング側9の駆動ユニット4から流出することができることを確実にする。加えて、圧力調節デバイスは、ピストン側11の圧力低下の場合、リング側9の媒体が(再度)駆動ユニット4に流入することを確実にする。代替的にまたは追加的に、駆動ユニット4は、リング側9からピストン側11に向かって方向付けられた駆動ピストン8の戻り運動を可能にするために、図として示さない戻りばねを備えることができる。

別の制御弁34は、優先的には、移動可能に装着された本体14の簡単な運動を実現するために利用され、この運動中、移動可能に装着された本体14の振動は重大ではない。好ましい形では、別の制御弁34は、PWM起動によって制御ユニット42によって起動される。さらに、移動可能に装着された本体14の振動が重大ではない、移動可能に装着された本体14のそのような簡単な運動を実現するために、第1の制御弁20および/または第2の制御弁22がPWM起動によって制御ユニット42によって起動されることが可能である。

これに加えて、機械システム2は、別の信号伝送ライン48を介して制御ユニット42に連結された位置センサ46を備える。位置センサ46は、駆動ピストン8の位置xを測定し、測定された位置xを制御ユニット42に渡す。

制御ユニット42による制御弁20、22、34の起動は、特に、駆動ピストン8の測定された位置xの関数として行うことができる。したがって、特に制御弁20、22、34を用いて実施される駆動ピストン8の位置決め中、残留誤差を低減するために、たとえば位置センサ46を用いて位置調節を実現することができる。

図2は、図1からの機械システム2の例示的な伝達関数H(f)が周波数fの関数として示される図を示す。

この図の横座標では、周波数fは、単位Hzの対数表現でプロットされ、この図の縦座標では、伝達関数H(f)は、任意単位で(「任意単位」=a.u.)でプロットされる。

伝達関数H(f)から明らかになるように、図1からの機械システム2は、この図ではピークとして認識可能である複数の自然周波数を有する。この例示的な実施形態では、機械システムの最小自然周波数でもある機械システム2の主要自然周波数は、約14.4Hzである。

以下が、関連する固有周期持続時間T₁に、すなわちこの自然周波数の逆数に適用される:

以下では、第1の制御弁20の切り替え時間t_sが、固有周期持続時間T₁の6分の1の長さであると推定される。優先的には、第1の制御弁20の切り替え時間t_sは、固有周期持続時間T₁より短い。第1の制御弁20の切り替え時間t_sが5ms未満であると、特に好ましい。

たとえば、機械システム2の望ましくない振動の励起が大部分回避される、駆動ユニット4の可動式駆動要素の駆動運動を第1の制御弁20を用いて実現するために、制御ユニット42は、第1の制御弁20を、デジタル電気制御信号u(t)によって起動させ、この時間プロファイルは、以下の公式(任意単位の制御信号u(t))によって数学的に表現され得る:

以下の定義を用いる:

量tは、時間を表す。

u(t)の公式から、時間0≦t≦Τ₁における制御信号u(t)は、第1の切り替えパルスS₁を有し、時間Τ₄≦t≦Τ₅では、別の切り替えパルスS₃を有することになる。

パラメータpの定義から、さらに、時間Τ₂≦t≦Τ₃における第1の切り替えパルスS₁と別の切り替えパルスS₃との間の制御信号u(t)は、ΔxがΔx_minより大きい場合、追加の切り替えパルスS₂を有することになる。しかしΔxがΔx_minに等しい場合、第1の切り替えパルスS₁と別の切り替えパルスS₃との間の制御信号u(t)は、そのような追加の切り替えパルスS₂を有さない。切り替えパルスS₁、S₂、S₃のそれぞれは、第1の制御弁20を開かせる。

量Δxは、駆動ユニット4の可動式駆動要素の所望の行程量、すなわち駆動ピストン8の行程量の設定点値を表す。さらに、Δx_minは、制御信号u(t)が第1の切り替えパルスS₁および別の切り替えパルスS₃のみを有し、追加の切り替えパルスS₂を有さないときの、駆動ピストン8が移動される所定のステップ幅を表す。

さらに、

は、第1の制御弁20が開かれた状態にあるときの駆動ピストン8の平均移動速度を表す。平均移動速度

は、開かれた状態において第1の制御弁20を流れ抜ける媒体の平均容積流Qおよびピストンヘッド10(図1を参照)のピストン面積A_Kの商に等しい。したがって以下が適用される:

Δx_minは、第1の制御弁20が前記制御信号u(t)によって起動されたときに駆動ユニット4によって実現することができる最小可能ステップ幅に対応し、ここでΔx_minは、以下によって与えられる:

図3では、3つの図が示される。これらの3つの図の横座標はそれぞれ、時間tを表し、すべての3つの図の横座標は、同じ時間周期をカバーする。図の縦座標はそれぞれ、任意単位の別の量を表す。

図3からの3つの図の下側は、制御信号u(t)を時間tの関数として連続線の形態で表し、ここで制御信号u(t)は、ここでは所望の行程量ΔxがΔx_minに等しい場合で示される。

この場合、制御信号u(t)は、これまで述べた第1の切り替えパルスS₁と、これまで述べた別の切り替えパルスS₃とを有する。しかし、この場合(すなわちΔx=Δx_minの状態)の制御信号u(t)は、これら2つの切り替えパルスS₁、S₃の間にいかなる追加の切り替えパルスS₂も有さない。

第1の切り替えパルスS₁は、駆動ピストン8(したがってまた、駆動ピストン8に取り付けられた、移動可能に装着された本体14)の加速を引き起こし、ここで機械システム2は、その慣性により、遅れて第1の切り替えパルスS₁に反応する。別の切り替えパルスS₃により、第1の切り替えパルスS₁の終了後、駆動ピストンが共鳴することが防止される。

第1の切り替えパルスS₁および別の切り替えパルスS₃は、同じパルス持続時間Τ₁を有し、ここでこれらの2つの切り替えパルスS₁、S₃のパルス持続時間Τ₁は、機械システム2の固有周期持続時間T₁に適合される。より正確には、2つの切り替えパルスS₁、S₃のパルス持続時間Τ₁は、固有周期持続時間T₁の6分の1、この例ではしたがって約11.6msに対応する。

2つの切り替えパルスS₁、S₃の間に、制御信号u(t)は、所定の中断持続時間を有する中断を有し、ここで中断持続時間は、2つの切り替えパルスS₁、S₃のパルス持続時間Τ₁の長さの2倍である。この例では、第1の切り替えパルスS₁の開始と別の切り替えパルスS₃の切り替えパルスの開始との間の時間間隔Δt_1-3は、したがって、3Τ₁=T₁/2に対応する。

図3の上側の図では、駆動ピストン8の位置x(t)が、時間tの関数として連続線の形態で示される。この図から明らかであるように、図3に示す制御信号u(t)(図3の下側の図の連続線を参照)による第1の制御弁20の起動時、駆動ピストン8は、顕著な振動を有することなく距離Δx_minだけ移動する。したがって、駆動ピストン8に取り付けられた、移動可能に装着された本体14もまた、大きな振動無しに距離Δx_minだけ移動する。

中央の図において連続線の形態で示される駆動ピストン8の速度v(t)は、パルス様プロファイルを有する。

第1の制御弁20が、図3の下側の図に示す、制御信号u(t)(図3の下側の図の連続線を参照)によって繰り返し起動されるとき、このプロセスにおける駆動ピストン8は、いつでも距離Δx_minだけ移動する。このようにして、(ステップ幅Δx_minを有する)ステップ駆動が、実現され得る。

図3の3つの図から、駆動ピストン8が、機械システム2の慣性により、第1の切り替えパルスS₁による加速に遅れて反応することが明らかである。これらの3つの図から、さらに、駆動ピストン8の運動が、別の切り替えパルスS₃の終了と同時に終了することが明らかである。

さらに、第1の制御弁20の(本発明によるものではない)別の制御信号が、点線の形態で、比較のために図3の下側の図に示されており、この制御信号は、単一の切り替えパルスのみを有し、この切り替えパルスは、t=0で開始し、第1の切り替えパルスS₁のパルス持続時間Τ₁の長さの2倍であるパルス持続時間を有する。第1の制御弁20がこの他の制御信号によって起動されるとき、駆動ピストン8も同様に距離Δx_minだけ移動する。しかし、この場合の駆動ピストン8は、位置x=Δx_minだけ揺動する(図3の上側および中央の図の点線を参照)。したがって、そのような起動により、駆動ピストン8に取り付けられた、機械システム2の移動可能に装着された本体14もまた、揺動する。

図4では、3つの図がここでも示される。これらの3つの図は、時間tの関数として図3にも示す、時間tの関数としての同じ3つの量、すなわち制御信号u(t)、駆動ピストンの位置x(t)および駆動ピストン8の速度v(t)を示す。

図4からの3つの図の下側は、連続線の形態で第1の制御弁20の制御信号u(t)を時間tの関数として示し、ここで制御信号u(t)は、ここでは所望の行程量ΔxがΔx_minより大きい場合で示す。

この場合、すなわちΔx>Δx_minでは、制御信号u(t)は、前記第1の切り替えパルスS₁および前記別の切り替えパルスS₃を有し、この2つのそれぞれのパルス持続時間Τ₁は、固有周期持続時間T₁の6分の1に等しい。

加えて、第1の切り替えパルスS₁と別の切り替えパルスS₃との間の制御信号u(t)は、これまで述べた追加の切り替えパルスS₂を有する。追加の切り替えパルスS₂(すなわち中間切り替えパルス)のパルス持続時間は、商

に等しい。

第1の切り替えパルスS₁と、追加の切り替えパルスS₂との間に、制御信号u(t)は、第1の中断を有し、追加の切り替えパルスS₂と、別の切り替えパルスS₃との間に、制御信号u(t)は、第2の中断を有し、ここでそれぞれの中断の持続時間は、第1の切り替えパルスS₁および別の切り替えパルスS₃のパルス持続時間Τ₁に等しい。この場合、第1の切り替えパルスS₁の開始と別の切り替えパルスS₃の開始との間の時間間隔Δt_1-3は、その結果、

に対応する。第1の切り替えパルスS₁の開始と追加の切り替えパルスS₂の始まりとの間の時間間隔Δt_1-2は、2Τ₁となる。

図4の上側の図では、時間tの関数とする駆動ピストン8の位置x(t)が、連続線の形態で示される。この図から明らかであるように、図4に示す制御信号u(t)(図4の下側の図の連続線を参照)による第1の制御弁20の起動時の駆動ピストン8は、このプロセスにおいて大きく揺動することなく距離Δxだけ移動する。したがって、駆動ピストン8に取り付けられた、移動可能に装着された本体14もまた、大きく揺動することなく距離Δxだけ移動する。

第1の切り替えパルスS₁および別の切り替えパルスS₃は一緒に、駆動ピストン8を、したがってさらに、駆動ピストン8に取り付けられた、機械システム2の移動可能に装着された本体14を距離Δx_minだけ移動させる。追加の切り替えパルスS₂は、駆動ピストン8、したがってさらに、駆動ピストン8に取り付けられた、移動可能に装着された本体14を距離Δx-Δx_minだけ(追加的に)移動させる。一緒になって、3つの切り替えパルスS₁、S₂、S₃は、こうして、駆動ピストン8、したがってさらに駆動ピストン8に取り付けられた、移動可能に装着された本体14を距離Δxだけ移動させる。

駆動ピストン8の速度v(t)が連続線の形態で示される図4の中央の図から、追加の切り替えパルスS₂中の駆動ピストン8が、ほぼ固定速度で移動することが明らかである。(速度v(t)の小さい高周波数振動は機械システム2の高周波の自然周波数に起因し得る)。駆動ピストン8の速度は、同時に、駆動ピストン8に取り付けられた、機械システム2の移動可能に装着された本体14の速度に対応する。

比較のために、時間tの関数としての、図3からの制御信号u(t)および駆動ピストン8の関連する位置x(t)および駆動ピストンの関連する速度v(t)それぞれは、図4の図では点線の形態で示される。

3つの図は図5にも示される。これらの3つの図は、時間tの関数として図3および図4にも示すように、時間tの関数として同じ3つの量、すなわち制御信号u(t)、駆動ピストンの位置x(t)、および駆動ピストン8の速度v(t)を示す。

連続線の形態で図5にそれぞれ示す制御信号u(t)、駆動ピストン8の位置x(t)、および駆動ピストン8の速度v(t)の時間プロファイルは、連続線の形態で図4にそれぞれ示すこれらの量の時間プロファイルと同一である。

比較のために、第1の制御弁20の(本発明によるものではない)別の制御信号が、図5の下側の図で点線の形態で示され、この制御信号は、単一の切り替えパルスのみを有し、この切り替えパルスは、t=0で始まり、そのパルス持続時間Τ₀は、3つのこれまで述べた切り替えパルスS₁、S₂、S₃の合計に対応する。第1の制御弁20がこの他の制御信号によって起動されたとき、駆動ピストン8は同様に、距離Δxだけ移動するが、この場合の駆動ピストン8は、位置Δx=Δxまたはその途中の位置まで揺動する(図5の上側および中央の図の点線を参照)。したがって、駆動ピストン8に取り付けられた、機械システム2の移動可能に装着された本体14もまた、そのような駆動中、揺動する。

図3から図5に示す時間プロファイルでは、第1の制御弁20の切り替え時間t_sは、固有周期持続時間T₁の6分の1より短いと推定された。

この推定が満たされない場合、すなわち、切り替え時間t_sが固有周期持続時間T₁の6分の1より長い場合、第1の制御弁20は、弾道的に起動され、ここで切り替えパルスの他のパルス持続時間は、調整される。

図6では、3つの図がここでも示される。図6の上側および中央の図は、図3から図5にすでにあるように、時間tの関数とする駆動ピストン8の位置x(t)または駆動ピストン8の速度v(t)を示す。

図6に関連して、第1の制御弁の切り替え時間t_sは、たとえば、15msとなり、すなわち固有周期持続時間T₁の6分の1より長い。この場合、第1の制御弁20は、弾道的に起動されると仮定される。

図3から図5とは異なり、図6の下側の図は、時間tの関数とする第1の制御弁20の弁ピストンの位置s(t)を示す。ここでは、この図の値「1」は、第1の制御弁20が完全に開かれた弁ピストンの位置を表し、値「0」は、第1の制御弁20が完全に閉じられた弁ピストンの位置を表す。したがって、0と1との間の値は、これら2つの位置間の弁ピストンの中間位置に関連する。

第1の制御弁20の弾道的起動による弁ピストンの位置s(t)の時間プロファイル(t)が、連続線の形態で図6の下側の図に示される。

第1の制御弁20が弾道的起動時にそれによって起動される制御信号

は、以下の公式によって数学的に表現され得る(任意単位の制御信号

):

以下の定義を有する:

の公式から、制御信号

は、時間

において、第1の切り替えパルスを有し、時間

において、別の切り替えパルスを有することになる。

パラメータp'の定義から、さらに、第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間の制御信号

は、時間

において、ΔxがΔx_min'より大きい場合に追加の切り替えパルスを有することになる。これとは対照的に、ΔxがΔx_min'に等しいとき、制御信号

は、第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間にいかなるそのような追加の切り替えパルスも有さない。

この場合、第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスは、図3から図4による起動時とは異なるパルス持続時間

を有する。第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスのパルス持続時間

の場合、以下がこの場合に適用される:

第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスのパルス持続時間

は、こうして、第1の制御弁20の切り替え時間t_sと固有周期持続時間T₁の6分の1とからの算術平均値に対応する。

したがって、以下が、駆動ユニット4の最小限のステップ幅Δx_min'に適用され、制御信号

が第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスのみを有し、追加の切り替えパルスを有さない場合、このステップ幅だけ、駆動ユニット4の可動式駆動要素は移動する:

図6に示す場合では、駆動ピストン8の行程量の設定点値は、図4および図5による弁起動の場合と同じ量Δxを有さなければならないと推定される。この場合、その第1の切り替えパルスとその別の切り替えパルスとの間の制御信号

は、追加的に、追加の切り替えパルスを有する。

図6の下側の図から、制御信号

の第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスが、短いパルス持続時間

を有し、それによって、第1の切り替えパルスまたは別の切り替えパルスによる第1の制御弁20のパルス様作動により、弁ピストンは、制御弁20の全開状態であるその端部位置に弁ピストンが到達することなく開放方向に押し出され、弁ピストンはその後、第1の制御弁20の弁ばねの効果の下および/または流れ力の効果の下でその閉じられた端部位置の方向に再度落下して戻るようになることが明らかである。これとは対照的に、制御信号

の追加の切り替えパルスのパルス持続時間は、弁ピストンが制御弁20の全開状態であるその端部位置に到達するのに十分な長さのものである。

比較のために、図4および図5による起動時の時間tの関数とする弁ピストンの位置は、t_S≦T₁/6が適用されると推定される、図6の下側の図に点線の形態で示される。加えて、図4および図5からの駆動ピストン8の位置x(t)の時間プロファイルまたは駆動ピストン8の速度v(t)の時間プロファイルは、図6の上側および中央の図に、点線の形態で示される。

図6の図から、適合されたパルス持続時間

を有する第1の制御弁20の弾道的起動の場合、駆動ピストン8は、図4および図5に関連して説明した(ただしt_S≦T₁/6が推定された)起動の場合と同じ距離Δxをカバーすることが明らかである。

第1の制御弁20の弾道的起動では、駆動ピストン8、したがって、駆動ピストン8に取り付けられた、移動可能に装着された本体14もまた、大きく振動することなく移動する。しかし、適合されたパルス持続時間

での弾道的起動の場合、駆動ピストンの運動は、(切り替え時間tsがより長くなるため)、図4および図5に示す駆動ピストン8の運動より少し遅れて行われる。

駆動ピストン8の行程量Δxの設定点値が、Δx_min'に等しくなる場合、制御信号

における追加の切り替えパルスは、失われている。

第2の制御弁22を用いて、機械システム2の望ましくない振動の励起がそれによって大部分回避される駆動ユニット4の駆動運動を実現するために、第2の制御弁22は、図3から図6に関連して説明した形と同様に制御ユニット42によって起動され得る。換言すれば、第1の制御弁20の起動に関する上記の説明は、第2の制御弁22にも同様に適用される。

以下の例示的な実施形態の説明はそれぞれ、主に、定常的な特徴および機能に関して参照される、先行の例示的な実施形態との相違に限定される。目的に適合する限り、本質的に同じであるか、または互いに対応する要素は、同じ参照記号によってマークされ、言及していない特徴は、再度説明することなく以下の例示的な実施形態において引き継がれる。

図7は、金属ストリップ52をコイルに巻き上げるための巻取装置50の概略図を示す。

巻取装置50は、とりわけ、回転可能に装着された巻取装置ドラム54を備える。さらに、この例示的な実施形態における巻取装置50は、同一設計の3つの機械システム56を備える。

これらの3つの機械システム56のそれぞれは、媒体によって動作可能である駆動ユニット4を備え、この駆動ユニット4は、油圧シリンダとして設計され、駆動要素として可動式駆動ピストン8を備える。加えて、3つの機械システム56のそれぞれは、駆動ユニット4を用いて駆動される移動可能に装着された本体14と、基礎に取り付けられ、駆動ユニット4の駆動ピストン8に連結され、機械システム56の振動部を形成する枢動可能な枢動アームユニット58とを備える。

この例示的な実施形態では、それぞれの機械システムの移動可能に装着された本体14は、金属ストリップ52を巻取装置ドラム54に対して、または金属ストリップ52のすでに巻き上げられた部分に対して押しつけるための圧力ローラであり、ここで圧力ローラは、それぞれの機械システム56の枢動アームユニット58上に回転可能に装着される。別の場合、巻取装置50のそれぞれの機械システム56は、図1からの機械システム2のように構成される。これは、特に、3つの機械システム56のそれぞれが、とりわけ、駆動ユニット4の駆動運動を制御するための第1の制御弁20、第2の制御弁22、および別の制御弁34を備えることを意味し、第1の制御弁20および第2の制御弁22はそれぞれ、デジタル弁として設計され、別の制御弁34は比例弁として設計される。

図7では、3つの機械システム56の1つの構成要素のみが、駆動ユニット4の駆動運動の制御のために例示的に示されている。巻取装置50の他の2つの機械システムでは、そのような構成要素は、より明確にするために示されていない。

巻取装置50の3つの機械システム56のそれぞれでは、金属ストリップ52が回転する巻取装置ドラム54に巻き取られる、金属ストリップ52の巻き上げ動作中、圧力ローラは、それぞれの機械システム56の駆動ユニット4を用いて金属ストリップ52に押しつけられる。

巻取装置ドラム54上に巻き取られるものが金属ストリップ52のn巻線より少ない限り、それぞれの機械システム56による金属ストリップ52の巻き上げ動作中、巻取装置ドラム54上に位置する金属ストリップ52のストリップ開始部60が、巻取装置ドラム54の回転軸と圧力ローラの回転軸との間に位置する前の所定の持続時間の間、圧力ローラは、金属ストリップ52から持ち上げられ、この時間後の所定の期間、圧力ローラは金属ストリップ52上に再度設定される。このようにして、金属ストリップ52の内側のn巻線が、ストリップ開始部60に押しつけられることが回避され、ここでnは自然数である。通常、nは3、4、または5である。

それぞれの圧力ローラの持ち上げおよび下方固定は、それぞれの機械システム56の第1の制御弁20および第2の制御弁22を用いて制御される。持ち上げおよび/または下方固定中にそれぞれの圧力ローラが振動するように励起されることを回避するために、それぞれの機械システム56の第1の制御弁20および第2の制御弁22は、これまで説明した制御信号u(t)、

の1つによって起動され、ここで第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスのパルス持続時間は、それぞれの機械システム56の自然周波数または固有周期持続時間に適合される。

それぞれの圧力ローラの簡単な運動、たとえばその枢動式の出入りは、たとえばそれぞれの機械システム56の別の制御弁34を用いて、特に別の制御弁34のPWM起動によって制御され得る。

巻取装置50は、必ずしもそのような機械システム56を正確に3つ備える必要はない。基本的に、巻取装置50は、上記で説明した形で制御される、異なる数の、たとえば4つのそのような機械システム56を有することが可能である。

図8は、別の機械システム62の概略図を示す。

この機械システム62も同様に、媒体によって動作可能である回転式駆動ユニット64と、駆動ユニット64によって駆動される移動可能に装着された本体14とを備える。この例示的な実施形態では、駆動ユニット64は、図によって示さない可動式駆動要素としてロータを備える油圧モータとして設計される。さらに、この例示的な実施形態における移動可能に装着された本体14は、回転可能に装着される。

これに加えて、機械システム62は、ポンプとして設計された圧力源16と、タンクとして設計された圧力シンク18とを備える。

さらに、図8からの機械システム62は、制御弁20を備え、この制御弁は、デジタル弁として設計され、機械システム62の制御ユニット42から制御され、制御弁20は、信号伝送ライン44を介して制御ユニット42に連結される。

制御弁20は、機械システム62の第1の流体ライン66を介して駆動ユニット64に連結される。機械システム62の第2の流体ライン68により、制御弁20は、圧力源16に連結され、ガスである程度まで充填された蓄圧器28が、第2の流体ライン68に連結される。

さらに、圧力シンク18は、機械システム62の第3の流体ライン70を介して駆動ユニット64に連結される。機械システム62の第4の流体ライン72により、圧力シンク18は、圧力源16に連結される。

制御弁20が開かれたとき、圧力源16によって提供された媒体は、制御弁20を介して駆動ユニット64まで流れ、そのロータを駆動させ、その結果、さらに、移動可能に装着された本体14が駆動される。駆動ユニットを出た媒体は、圧力シンク18まで流れ、ここから媒体は、ポンプとして形成された圧力源16から制御弁20まで送出される。

制御弁20を用いて、機械システム62の望ましくない振動の励起が大部分回避される、駆動ユニット64の駆動運動を実現するために、制御ユニット42は、デジタル電気制御信号w(t)によって制御弁20を起動させ、この電気制御信号の時間プロファイルは、以下の公式によって数学的に表現され得る(任意単位の制御信号w(t)):

以下の定義を有する:

w(t)の公式から、時間における0≦t≦K₁における制御信号w(t)は、パルス持続時間K₁を有する第1の切り替えパルスを有し、時間K₄≦t≦K₅において、同じパルス持続時間K₁を有する別の切り替えパルスを有することになる。

第1の切り替えパルスおよび第2の切り替えパルスのパルス持続時間K₁は、制御弁20の切り替え時間t_sが最大で主要固有周期持続時間の6分の1と同じ長さである場合、機械システム62の主要固有周期持続時間の6分の1に等しい。これとは対照的に、制御弁20の切り替え時間t_sが機械システム62の主要固有周期持続時間の6分の1より長いとき、第1の切り替えパルスおよび第2の切り替えパルスのパルス持続時間K₁は、機械システム62の主要固有周期持続時間の6分の1と制御弁20の切り替え時間t_sとからの算術平均に等しい。

パラメータPの定義から、さらに、時間K₂≦t≦K₃における第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間の制御信号w(t)は、ΔφがよりΔφ_min大きい場合、追加の切り替えパルスを有することになる。これとは対照的に、ΔφがΔφ_minに等しい場合、第1の切り替えパルスと別の切り替えパルスとの間の制御信号w(t)は、いかなるそのような追加の切り替えパルスも有さない。

量Δφは、駆動運動中の駆動ユニット64の可動式駆動要素によってカバーされる回転角度、すなわちロータの回転角度の設定点値を表す。さらに、量Δφ_minは、制御信号w(t)が第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルスのみを有し、追加の切り替えパルスを有さないときにロータが回転する所定の(角度)ステップ幅を表す。Δφ_minは、制御弁20が前記制御信号w(t)によって起動されたときに駆動ユニット64によって実現することができる最小限の(角度)ステップ幅に対応する。

さらに、

は、制御弁20の開かれた状態における駆動ユニット64のロータの平均角度速度を表す。

本発明は、好ましい例示的な実施形態によってより詳細に示され、説明されてきたが、本発明は、開示された例によって制限されず、本発明の保護された範囲から離脱することなく、これから他のバージョンを導出することができる。

2 システム
4 駆動ユニット
6 ハウジング
8 駆動ピストン
9 リング側
10 ピストンヘッド
11 ピストン側
12 ピストンロッド
14 本体
16 圧力源
18 圧力シンク
20 制御弁
22 制御弁
24 流体ライン
26 流体ライン
28 蓄圧器
30 流体ライン
32 流体ライン
34 制御弁
36 流体ライン
38 流体ライン
40 流体ライン
42 制御ユニット
44 信号伝送ライン
46 位置センサ
48 信号伝送ライン
50 巻取装置
52 金属ストリップ
54 巻取装置ドラム
56 システム
58 枢動アームユニット
60 ストリップ開始部
62 システム
64 駆動ユニット
66 流体ライン
68 流体ライン
70 流体ライン
72 流体ライン
S₁ 切り替えパルス
S₂ 切り替えパルス
S₃ 切り替えパルス

Claims (15)

1. 機械システム(2、56、62)の移動可能に装着された本体(14)の運動を制御するための方法であって、前記機械システム(2、56、62)は、媒体によって動作される駆動ユニット(4、64)と、制御弁(20、22)とを備え、前記移動可能に装着された本体(14)は、前記駆動ユニット(4、64)によって駆動され、前記駆動ユニット(4、64)の駆動運動は、前記制御弁(20、22)を用いて制御される、方法において、前記制御弁(20、22)が、いずれの場合も所定のパルス持続時間を有する第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルス(S₁、S₃)を含む制御信号(u(t))によって作動され、前記第1の切り替えパルス(S₁)の前記パルス持続時間が、前記別の切り替えパルス(S₃)の前記パルス持続時間に等しく、前記第1の切り替えパルス(S₁)の開始と前記別の切り替えパルス(S₃)の開始との間の時間間隔(Δt_1-3)が、前記機械システム(2、56、62)の固有周期持続時間に適合されることを特徴とする、方法。
2. 前記第1の切り替えパルス(S₁)の開始と前記別の切り替えパルス(S₃)の開始との間の前記時間間隔(Δt_1-3)が、前記固有周期持続時間の線形関数であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
3. 前記第1の切り替えパルス(S₁)の開始と前記別の切り替えパルス(S₃)の開始との間の前記時間間隔(Δt_1-3)が、前記固有周期持続時間の少なくとも半分であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
4. 前記制御弁(20、22)が、前記固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を有する場合、前記第1の切り替えパルス(S₁)の開始と前記別の切り替えパルス(S₃)の開始との間の前記時間間隔(Δt_1-3)は、前記切り替え時間の関数であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第1の切り替えパルス(S₁)の前記パルス持続時間および前記別の切り替えパルス(S₃)の前記パルス持続時間が、いずれの場合も前記固有周期持続時間の線形関数であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記制御弁(20、22)が、前記固有周期持続時間の6分の1より長い切り替え時間を有する場合、前記第1の切り替えパルス(S₁)の前記パルス持続時間および前記別の切り替えパルス(S₃)の前記パルス持続時間は、いずれの場合も前記切り替え時間の線形関数であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記制御信号(u(t))が、前記第1の切り替えパルスと前記別の切り替えパルス(S₁、S₃)との間に、所定のパルス持続時間を有する追加の切り替えパルス(S₂)を有することを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第1の切り替えパルス(S₁)の開始と前記追加の切り替えパルス(S₂)の開始との間の前記時間間隔(Δt_1-2)が、前記固有周期持続時間の線形関数であることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
9. 前記第1の切り替えパルスおよび前記追加の切り替えパルス(S₁、S₂)が、所定の中断持続時間を有する第1の中断によって互いから分離され、前記追加の切り替えパルスおよび前記別の切り替えパルス(S₂、S₃)が、所定の中断持続時間を有する第2の中断によって互いから分離され、前記第1の中断の前記中断持続時間および前記第2の中断の前記中断持続時間は、いずれの場合も、前記固有周期持続時間の線形関数であることを特徴とする、請求項7または8に記載の方法。
10. 前記第1の中断の前記中断持続時間が、前記第2の中断の前記中断持続時間に等しいことを特徴とする、請求項9に記載の方法。
11. 前記駆動ユニット(4、64)がそれによって動作される前記媒体が、液体、特に油であることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記制御弁(20、22)が、デジタル弁であることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記移動可能に装着された本体(14)が、巻取装置(50)の圧力ローラであり、前記駆動ユニット(4、64)が、油圧シリンダであることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
14. 金属ストリップ(52)が巻取装置ドラム(54)上に巻き取られる巻取動作の場合の、前記金属ストリップ(52)の巻取動作中、前記圧力ローラが、前記駆動ユニット(4、64)を用いて前記金属ストリップ(52)に押しつけられ、前記圧力ローラは、少なくとも前記巻取動作の1つの段階中、前記巻取装置ドラム(54)上に位置する前記金属ストリップ(52)のストリップ開始部(60)が前記圧力ローラと前記巻取装置ドラム(54)との間を通り抜けるときのいずれの場合も、前記圧力ローラが前記金属ストリップ(52)から離間されるように、前記駆動ユニット(4、64)の前記駆動運動によって移動されることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
15. 移動可能に装着された本体(14)と、前記移動可能に装着された本体(14)を駆動するために媒体によって動作される駆動ユニット(4、64)と、前記駆動ユニット(4、64)の駆動運動を制御するための制御弁(20、22)とを有する機械システム(2、56、62)において、前記制御弁(20、22)を作動させるための制御信号(n(t))を生成するように構成される制御ユニット(42)であって、前記制御信号(n(t))が、いずれの場合も所定のパルス持続時間を有する第1の切り替えパルスおよび別の切り替えパルス(S₁、S₃)を含み、前記第1の切り替えパルス(S1)の前記パルス持続時間が、前記別の切り替えパルス(S₃)の前記パルス持続時間に等しく、前記第1の切り替えパルス(S₁)の開始と前記別の切り替えパルス(S₃)の開始との間の時間間隔(Δt)が、前記機械システム(2、56、62)の固有周期持続時間に適合される、制御ユニットを特徴とする、機械システム(2、56、62)。

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