DD276711A1 - Schaltungsanordnung zur dynamischen stabilisierung eines hydraulischen schubkolben-reversierantriebes mit servopumpe - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur dynamischen Stabilisierung eines hydraulischen Schubkolben-Reversierantriebes mit Servopumpe in einem die Lage des Schubkolbens und der Pumpenverstellung verarbeitenden Regelkreis und mit einem dem Schubkolben parallel aufgeschalteten Servoventil, fuer die Anwendung bei Antrieben mit grossen Anforderungen an die Laufguete und gleichzeitiger Hubgroessenkonstanz bei maximalen Doppelhubzahlen, z. B. fuer Zahnflankenschleifmaschinen. Erfindungsgemaess wird mittels Messwertwandler ein Istwert-Beschleunigungssignal gewonnen und parallel direkt auf das parallel geschaltete Servoventil sowie auf den Regelkreis geschaltet. In den Signalleitungen ist jeweils eine einstellbare Bewertungsschaltung angeordnet. Bei Anwendung eines Beschleunigungsaufnehmers als Messwertwandler ist diesem ein Verstaerker nachgeschaltet. Bei Anwendung eines Beobachters als Messwertwandler ist dessen Struktur durch eine Beschleunigungsrueckfuehrung ergaenzt. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur dynamischen Stabilisierung eines hydraulischen Schubkolbon-Reversierantriebes mit Servopurrpe, deren Verstelleinrichtung an ein erstes Servoventil angeschlossen ist und aut dieses der die Regelabweichung führende Ausgang eines durch Soll- und Meßwertgeber, sowie Regler für die Lageregelung des Schubkolbens bzw. für die Lageregelung der Verstellpumpe und den Reglern vorgeschaltete SummiergüeJcr komolettierten Regelkreises geschaltet ist und ein zweites Servoventil direkt an die Zylinderleitungen des Schubkolben-Reversierariiiijbes angeschlossen ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Vorbossorung der Dynamik hydrostatischer Antriebo mit Sorvopumpe sind aus der Fachliteratur J. Borbuor, Aachen „Parallelschaltung von Servopumpe und Servoventil - ein Weg zu energiesparonden hochdynhmischon Antrieben", ö + ρ ölhydraulik und pneumatik, 29 Jg. (1985), H. 10, S.742-751 und W.Backo, J.Borbuer, Aachen „Neue Schaltungskonzepte für hydrostatischo Gotriobo", ο · ρ, ölhydraulik und pneumatik, 31. Jg. (1987), H.6, S.518-524, Schaltungsanordnungon bekannt, dio ein zur Sorvopumpo parallel goschallotüs Servoventil aufweisen. Hierbei ist das Servoventil an die Zylinderleitungen dos Schubkolbonantriobos angeschlossen und in soino Pumpon-Förd ^stromleitung ein Druckspeicher goschaltot. Das Stollsignal dos Sorvovontilos ist durch Parallelschaltung dor dio Rogolabwok hung führondon und auf das Sorvovontil der Pumponvorstellung goschaltotor. Stollsignalloitung boroitgostollt. Diese Schaltung ermöglicht es, mittels des parallel goschaltoton Sorvovontilos dos Volumonstromdofizit zu vorringor \. wobei der Druckspeicher kurzzeitige hoho, systombodingt orfordorlicho Volumonströmo über das Sorvovontil ermöglicht. Di durch wird oino Erhöhung der Kroisvorstarkung ermöglicht, woraus oino gorlngoro Regelabweichung resultiert.

Dio optimale dynomlscho Stabilität von Schubkolbon-Rovorsiorantriobon großer Präzision, wie sin beispielsweise für Zahnflonkon-Schloifmaschinon orfordorlich sind, ist durch Leufgüto und Hubgrößengonauigkoit bei maximalen

Maschinenparametern, d. h. bei maximalen Doppelhubzahlen gekennzeichnet. Hierbei ist die Laufgüte anhand kleinster Oberwellenanteile im Beschleunigungsverlauf des Schubkolbens zu bewerten, bei einem Sollwertverlauf, der zusammengesetzt ist aus sinoidischem Abbrems- und Beschleunigungsvorgang im Bereich der Totpunkte und stationärer Geschwindigkeit über weite Strecken des Gesamthubes einer linearen Reversierbewegung.

Der Nachteil der bekannten Schaltungsanordnungen besteht nun darin, daß bei Gewährleistung der erforderlichen Laufgüte und gleichzeitiger Hubgrößenkonstanz die Größe der Doppelhubzahlen für die maximale Auslastung der .Maschinenparameter nicht erreichbar ist. Die Ursache hierfür liegt darin begründet, daß die mit der Struktur der bekannten Schaltungsanordnungen erreichbare Kreisverstärkung bei großen Doppelhubzahlen eine Verringerung der Hubeinschnürung, d. h. eine Verbesserung der Hubgrößenkonstanz in Abhängigkeit von der Doppelhubzahl realisiert, jedoch die dabei vorhandene Dämpfung nur eine nicht akzeptable Laufgüte zu erzeugen vermag, so daß die zulässig anwendbare Kreisverstärkung zur Gewährleistung der zu stellendun Anforderungen an Laui'güte und Hubgrößenkonstanz wesentlich niedriger eingesetzt werden muß, was die o.g. Nachteile mit sich bringt.

Ein weiterer' echt ₃;l besteht darin, daß mit Jer bekannten Struktur, selbst bei ausreichender Kreisverstärkung, keine optimale Laufgüte erißichb&r iit. Ursache hierfür ist, daß die Regelabweichung des Lageregelkreises den Geschwindigkeitsverlauf und die Regelabweichung des Pumpenverstellsystems den Beschleunigungsverlauf des Schubkolben-Reversierantriebes darstellen, dabei jedoch beide Größen, unabhängig von der vorgegebenen Hubgeschwindigkeit, mr wahren kinematischen Größe um etwa 15 bis 20ms voreilend sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, unter Gewährleistung der für große Präzision erforderlichen Laufgüte und gleichzeitiger Hubgrößenkonstanz eine Erhöhung der Doppelhubzahlen his zur Grenze der maximalen Maschinenparameter zu erreichen.

Darlegung de* Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur dynamischen Stabilisierung eines hydraulischen Schubkolben-Reversierantriebes mit Servopumpe, deren Verteileinrichtung an ein erstes Servoventil angeschlossen ist und auf dieses der die Regelabweichung führende Ausgang eines dutch Soll- und Istwfirtßober, sowie Regler für dia Lageregelung des Schubkolbens bzw. für die Lageregelung der Verstellpumpe und dori Reglern vorgeschaltete Summierglieder komplettierten Regelkreis geschaltet ist und ein zweites Servoventil direkt an die Zylinderleitungen des Schubkolben-Reversierantiiebes angeschlossen ist, zu schaffen, durch dessen Struktur eine zulässige Kreisverstärkung erreicht wird, wie sie zur Dämpfung für eine hohe Laufgüte und gleichzeitigen Hubgrößenkonstanz bis in den Doppelhubzahlbereich zur maximalen Auslastung der Maschinenparameter erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Meßwartaufnehmer mit seinem Ausgang, an dem ein Istwert-Beschieunigungssignal des reversierenden Organs des Schubkolbens vorliegt, parallel auf den Stellsignal-Eingang des zweiten Scrvoventiles und auf einen Fingang des dem Regler für die Lageregelung der Verstellpumpe vorgeschalteten Summiergliedes geschaltet ist.

Entsprechend einer oevorzugton Ausführungsform ist vorgesehen, daß mit dem reversierenden Organ des Schubkolbens ein Boschleunigungsaufnehmer gekuppelt ist, dessen Signalausgang an einen Verstärker angelegt ist, welcher mit seinem Ausgang parallel auf den Stellsignal-Eingang des zweiten Servoventiles und auf einen Eingang dos dem Regler für die Lageregelung der Verstellpumpe vorgeschalteten Summiergliedes geschaltet ist.

Entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Meßwertgeber des Schubkolbens und der Verstellpumpe mittels Abzweigleitungen oingangsseitig auf oinon Beobachter geschalte! sind, dessen ein modelliertes Ist-Beschleunigungssignal dos Schubkolbens bereitstellender Ausgang parallel dem Stellsignal-Eingang des zweiten Servoventiles und einem Eingang des dem Regler für die Lageregelung der Verstellpumpe vorgeschalteten Summiergliedes aufgeschaltet ist.

Ein weiterer Vorzug in der Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in den an das zweite Servoventil und an das dem Regler für die Lagsregelung der Verstellpumpe vorgeschalteten Summierglied angeschlossenen Leitungen jeweils eine einstellbare Bewertungsschaltung angeordnet ist.

Eino vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht des woiteren darin, daß in einem an sich bekannten Beobachter dio das modellierte Ooschlounigungssignal führende Loitung abgezweigt und über ein nichtlinoaro3 Korrekturglied vorzeichonbowertet zur zusätzlichen Korroktur dem das modolliorte Goschwindigkcitssignnl erzeugenden Summierglied abgeschaltet ist.

Aubfuhrungsbfllsplol

Dio Erfindung soll nachfolgend an zwoi Ausführungsbuispiolon nolior crlüutort wordon. In dor dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: dio schomatischo Darstellung das Blockschaltpianos eines Stößelantriobos für Zahnflankenschloifmaschinon Fig. 2: uio schomatischo Darstollung dos Blockschaltplanos oinos Stößolantriobos für Zahnflankonschloifmaschinon mit oinom

Beobachter als Moßwortwandlor Fig. 3: oin Strukturbild oinos Boobechtors mit dor erfindungsgemäßon Ergänzung der Boobachtorstruktur.

Ein hydrostatisches Gotriobo ist mit soinom Schubkolbon 1 gemäß Fig. 1 beidseitig an oino Vorstollpumpo 2, mit oinor aus oinorr, Sorvovontil 3 und oinor Übor-Null-Vorstolloinrichtung 4 bostohnndon Pumponvorstollung, angeschlossen. Hierbei wird das Sorvovontil 3 von oinom Druckstromouougor 5 gospoist, wolchur parallel dazu auf ein zweites Servoventil 6 sowie «Ίηοη Druckspoichor 7 goschaltot ist. Das zwoito Sorvovontil β ist ausgangssoitig mit Leitungen 8; 9, parallel zur Vorstollpumpo 2, auf

den Schubkolben 1 geschaltet. Mit dem reversierenden Organ des Schubkolbens 1 ist ein Weg-Meßwertgeber 10 gekuppelt, dessen Ausgang gemeinsam mit dem oiner Sollwertquelle 11 auf ein Summierglied 12 geschaltet ist, welches ausgangsseitig an einem Regler 13 für die Lageregelung des Schubkolbens 1 anliegt. Ein weiterer Weg-Meßwertgeber 14 ist mit der Über-Null-Verstelleinrichtung 4 gekuppelt und mit seinem Ausgang gemeinsam mit dem Ausgang des Reglers 13 auf ein Summierglied 1 δ für die Lageregelung der Pumpe 2 geschaltet, welches ausgangsseitig an einen Regler 16 für die Lageregelung der Pumpe 2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Roglors 16 ist dem Stellsignal-Eingang des Servoventiles 3 aufgeschaltet. Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist an das reversierende Organ des Schubkolbens 1 ein Beschleunigungsaufnehmer 17 angekuppelt und mit seinem Signalausgang über einen Verstärker 18 parallel auf den Stellsignal-Eingang des /weiten Servoventiles 6 sowie auf einen weiteren Eingang des Summiergliedes 15 für die Lageregelung der Verstellpumpe 2 geschaltet. Hierbei ist in den an das zweite Servoventil 6 und an das Summierglied 15 angeschlossenen Leitungen 19; 20 jeweils eine einstellbare Bewertungsschaltung 21; 22 angeordnet.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Oer Grundaufbau der Schaltungsanordnung ist dabei mit dem in Fiy.1 identisch und deshalb in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wio in Fig. 1.

Erfindungsgemäß ist in Ergänzung des Grundaufbaues der Schaltungsanordnung eine Beobachter-Schaltung zur Gewinnung von Zustandsparametern des Antriebes (nachfolgend Beobachter genannt) vorgesehen. An diesen Beobachter 23 ist eingangsseitig das auf das Summierglied 12 geführte Ausgangssignal des Weg-Meßwertgebers 10 parallel dazu angelegt. Ebonso ist das vom Weg-Meßwertgeber 14 auf das Summierglied 15 geschaltete Ausgangssignal abgezweigt und parallel dazu auf einen weiteren Eingang des Beobachters 23 geführt. Ein das modellierte Beschleunigungssignal bereitstellender Ausgang des Beobachters 23 ist mittels Leitungen 24; 25, in denen jeweils eine einstellbare Bewnrtungsschaltung 26; 27 angeordnet ist, parallel auf einen Eingang des Sumrniergliedes 15 und auf den Stellsignal Eingang des /-weiten Servoventiles 6 geschaltet. In Fig. 3 ist das Strukturbild eines an sich bekannten Beobachters dargestellt, dessen Struktur für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß Fig 2 ergänzt ist. Dieser Beobachter 23 besitzt einen Eingang 2ί», an dem der Ausgang des Weg-Meßwertgebers 10 angeschlossen ist und einen weiteren Eingang 29, auf den der Eingang der Weg-Meßwertgebers 14 geschaltet ist. Ein Ausgang 30 stellt das modellierta Beschleunigungssignal bereit. Zur Ergänzung der Beobachterstruktur ist die das modellierte Beschleunigungssignal führende Leitung 31 zu einem nichtlinearen Korrekturglied 32 abgezweigt, dessen Ausgang vorzeichenbewertet auf einen Eingang des das Geschwindigkeitssignal erzeugenden Summiergliedes geschaltet ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist folgende:

Zur Erzielung maximaler üoppelhubzahlen von Schubkolben-Reversierantrieben ist anzustreben, den sinoidischen Abbrems- und Beschleunigungsvotgang im Bereich der Totpunkte auf kui /estern Hubweganteil zu vollziehen, um über einen möglichst großen Hubbereich mit konstanter Maximalgeschwindigkeit fahren zu können. Bei Präzisionsmaschinen, wie z. B. Zahnflankenschleifmaschinen, an die große Anforderungen bozüglich Laufgüte und Hubgrößenkonstanz gestellt werden, sind damit, wio oben zum bekannten Stand der Technik erläutert, hinsichtlich der Doppolhubzahlen Grenzon gesetzt, dio die maximale Auslastung der Maschine nicht ermöglichen. Wird nun gemäß Fig. 1 mittels des Beschleunigungsaufnohmcrs 17 die wahre Beschleunigung gemessen und das Beschleunigungssignal verstärkt und bewertet rückgeführt zur Erzeugung der Regelabweichung der Servopumpo 2; 3; 4 und gleichzeitig das Beschleunigungssignal verstärkt und bewertet direkt dem zweiten Servoventil 6 als Stellsignal aufgoschaltet, so erhöht sich die Dämpfung des hydraulischen Antriebes drastisch. Infolgedessen wird eine wesentliche Erhöhung der Kreisverstärkung ermöglicht, aus der wiederum eine minimierte Regelabweichung resultiert. Oio damit zu erreichende Größenordnung der Kreisverr lärkung ermöglicht bei der zu fordernden Laufgüte und einer minimalen Hubeinschnürung die Doppelhubzahl bis zur maximalen Maschinenauslastung zu erhöhen. Die Wirkungsweise der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 entspricht grundsätzlich der Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei jedoch in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zur Gewinnung des Beschleunigungssignalesder Beobachter 23 zur Anwendung kommt und somit ein modelliertes Beschleunigungssignal vorliegt. Der erfindungsgemäße Einsatz des Beobachters 23 bei einem Servopumpen-Antrieb mit parallel geschaltetem Servoventil 6 und dessen direkte Ansteuerung mit dem modellierten Beschleunigungssignal gewährleistet eine echt von der Geschwindigkeitsänderung des Schubkolbens 1 bestimmte Zudosierung durch das zwoito Servoventil 6. Die aus Fig. 3 ersichtliche, erfindungsgemäß ergänzte Struktur der an sich bekannten Beobachter durch Rückführung des Beschlounigungssignalos über das nichtlineare Korrekturglied 32 bewirkt eine der Einflußnahme des zweiten Sorvoventiles 6 auf die Geschwindigkeitsänderung dos Schubkolbens 1 Rechnung tragendo Signalnivellierung, aus dor eino größero Genauigkeit des modellierten Beschleunigungssignales als Ist-Beschlounigungssignal resultiert. Die Anwendung des Beobachters 23 erbringt gogonübor dor Anwendung oines Beschlounigungsaufnehmers 17 die Zusatzvorteile, daß im Dauerbetrieb kein mochanischor Verschleiß auftritt und eino von der Schräglage dos Schubkolbons 1 unabhängige Signalboroitstollung ohne orfordorlichon Tiefpaß.

Claims (5)

1. Patentanspruch:

   1. Schaltungsanordnung zur dynamischen Stabilisierung eines hydraulischen Schur kolben-Reversierantriebes mit Servopumpe, deren Verstelleinrichtung an ein erstes Servoventil angeschlossen ist und auf dieses der die Hegelabweichung führende Ausgang eines durch Soll- und Meßwertgeber, sowie Regler für die Lageregelung des Schubkolbens bzw. für die Lageregelung der Vei 3tellpumpe und den Reglern vorgeschaltete Summierglieder komplettierten Regelkreises geschaltet ist und ein zweites Servoventil direkt an die Zylinderieitungen des Schubkolben-Reversierantriebes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, oaß ein Meßwertwandler mit seinem Ausgang.- an dem ein Istwert-Beschleunigungssignal des reversierenden Organs des Schubkclbens (1) vorliegt, parallel auf den SteMsignal-Eingang des zweiten Servorventiles (6) und auf einen Eingang des dem Regler (16) für die Lageregelung der Verstellpumpe (2) vorgeschalteten Summiergliedes (15) geschaltet ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem reversierenden Organ des ochubkolbens (1) ein Beschleunigungsaufnehmer (17) gekuppelt ist, dessen Signalausgang an einen Verstärker (18) angelegt ist, welcher mit seinem Ausgang parallel auf den Stellsignal-Eingang des zweiten Servoventiles (6) und auf einen Eingang des dem Regler (16) für die Lageregelung der Verstellpumpe (2) vorgeschalteten Summiergliodes (15) geschaltet ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber (10; 14) des Schubkolbens (1) und der Verstellpumpe (2) mittels Leitungen abgezweigt und eingangsseitig auf einen Beobachter (23) geschaltet sind, dessen ein modelliertes Ist-Beschleunigungssijin?¹ des Schubkolbens (1) bereitstellender Ausgang parallel den ι Stellsignal-Eingang des zweiten Servoventil (6) und einem Eingang des dem Regler (16) für die Lageregelung der Verstellpumpe (2) vorgeschalteten Summiergliedes (15) aufgeschaltet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den an das zweite Servoventil (6) und an das dem Regler (16) für die Lageregelung der Verstellpumpe (2) vorgeschalteten Summierglied (15) angeschlossenen Leitungen jeweils eine einstellbare Bewertungsschaltung (21; 22; 26; 27) angeordnet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem an sich bekannten Beobachter (23) die das modellierte Beschleun.gungssignal führende Leitung (31) abgezweigt und über ein nichtlinea.es Korrekturglied (32) vorzeichenbewertet zur zusätzlichen Korrektur dem das modellierte Geschwindigkeitssignal erzeugenden Summierglied aufgeschaltet ist.