DE3030173A1 - Servosystem. - Google Patents

Description

SSi@ Erfindung bezieht sich auf hydraulische Servogeräte und betrifft insbesondere ein Servosystem.

Sin typisches Servogerät fühlt ein© Bewegung ab, um den Durchfluß eines Fluids durch ein Ventil su regeln,, welches den Hy-(äraulikdruck auf einer Seite des Kolbens regelt, der mit dem Ventil durch eine Feder verbunden ist. Der Kolben bewegt sich auf das Fehlersignal hin, das durch die abgefühlte Bewegung arseugt wird, und veranlaßt das Ventil, zu einer Nullposition in einer Kolbengleichgewichtsposition su schließen.

Sn eines idealen, völlig reibungsfreien Servosystem beginnt der Kolben, sobald das Ventil etwas öffnet,, sich zu bewegen, w& das Ventil wieder in die Mullposition su'bringen. Da aber tatsächliche Systeme nicht reibungsfrei sind, ist es erforderlich, -daß das Ventil genug ^: Öffnet, .damit der Kolben Kraft sum

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ORIGINAL IMSPECTED

Oberwinden der Reibung entwickelt. Das Ventil und die es mit der abgefühlten Bewegung verbindende Vorrichtung sollten für eine gute Servostabilität ein positives Verhältnis(zwischen Ventilöffnung und VentilöffnungskraftJ haben. Zum Schaffen einer zusätzlichen Ventilöffnung auf die abgefühlte Bewegung hin, um die Reibung zu überwinden, muß aber ein negatives Verhältnis (überschwingen) eingeführt werden, obgleich das Gesamtverhältnxs weiterhin positiv sein muß.

Ein Beispiel für eine Technik, mit der sich diese Ziele erreichen lassen, ist in der US-PS 3 757 639 beschrieben, auf die Bezug genommen wird. Gemäß dieser Patentschrift wird das negative Verhältnis durch die Verwendung eines Federbalgs geschaffen„ der den Hydraulikdruck abfühlte welcher durch ein Klappenventil mit positivem Verhältnis aufgebaut wird. Der EPsderfaalg wirkt der Ventilbewegung alt einer entgegenwirken= den Kraft entgegen _t die mit zunehmendem VentiidmrchfluB abainsatp wodurch ein negatives Verhältnis söei oberwinden der Salbung geschaffen wireL

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So seaaffea_? das ia deai tMllgebiet

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eine sehr kleine Kraft erfordert, um die Ventile zu beeinflussen. Da das Ventil mit negativem Verhältnis den Fluid-, druck auf dem Servokolben steuert, ergibt es ein negatives Verhältnis oder ein überschwingen, das zum überwinden der Reibung notwendig ist, wobei aber die Kraft, die zum öffnen des Ventils benötigt wird, bei der Kraft geklemmt wird, die dem Fluiddruck zugeordnet ist, der zum überwinden der Kolbenreibung benötigt wird, obgleich es ein negatives Verhältnis (durch die negative Klappe) in dem Nullgebiet gibt. Das Gesamtsystemverhältnis wird jedoch durch das ein positives Verhältnis aufweisende Klappenventil festgelegt, weil die Kraft, die es ausübt, nicht ebenfalls geklemmt ist. In der Null- oder Gleichgewichtsposition heben sich die negativen Verhältnisse auf und es wird eine kleine oder keine Kraft benötigt, um die Ventile zu betätigen, obgleich ein negatives Verhältnis darin auferlegt ist, um für das überschwingen im Fluiddruck zu sorgen»

Merkmal der Erfindung besteht darin„ daß si© ein Servosystem schafft«, in welche© sehr kleine Kraft© in dem Nullgebiet erforderlieh sind„ wodurch sich eine es:treme Genauigkeit ergibtο

Ein weiteres Merkmal besteht daria^ daß si© ©la Servosystem schafft_ff das ein hohes positives Verhältnis hat„ wodurch es extrem stabil gemacht wird»

Noch ein weiteres Merkmal besteht darin _B da§ die ein positives bzw» negatives Verhältnis aufweisenden Ventil® ©Ktrem zuverlässig sind_o

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben» Es zeigt

1 ' eine Schnittansicht eines hydraulischen Servosystem nach der Srfinduagj, und

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Fig. 2 ein Diagramm, das die Kurve des mechanischen

Verhältnisses für das System und'die in diesem benutzten Ventile mit positivem bzw. negativem Verhältnis zeigt.

Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Servogerät 10, in welchem ein Kolben 12 auf Pneumatikfluiddruck an einem Fluideinlaß 14 hin verschoben wird. Hydraulikfluid wird unter Druck über einen Einlaß 16 einer Kammer 17 zugeführt, die an eine Seite 18 des Kolbens angrenzt. Der Flächeninhalt der Seite 18 ist halb so groß wie der Flächeninhalt der zu ihm entgegengesetzten Seite 20, die in einer Kammer 19 angeordnet ist, welche das Hydraulikfluid über eine feste Drosselöffnung 22 empfängt. Fluid fließt von der Drosselöffnung 22 über eine Leitung 24 zu einem ein negatives Verhältnis (rate) aufweisenden Klappenventil 26s dessen öffnung auf die Bewegung eines Arms 28 hin verändert wird, der mit der Klappe 29 in dem Ventil 26 verbunden ist. Hydraulikfluid fließt von der Hochdruckseite 30 der Drosselöffnung 22 durch eine weitere Drosselöffnung 32 zu einem ein positives Verhältnis Crate) aufweisenden Klappenventil 34, dessen öffnung ebenfalls auf die Bewegung des Arms 28 hin verändert wird, welcher mit der Klappe 35 in dem Ventil verbunden ist«, Eine Feder 3β bildet eine mechanische Verbindung zwischen dem Kolben 20 und dem Arm 28. Der abgefühlte Druck an dem Einlaß 14 wird einem Federbalg 38 zugeführt, der auf den Arm 28 drückt, so daß der Arm im Gegenuhrzeigersinn bewegt wirdg wenn der Druck zunimmt, und im Uhrzeigersinn, wenn der Druck abnimmt.

Der Kolben 20 ist im Gleichgewicht, wenn der auf die Seite 2ü ausgeübte Druck gleich der Hälfte des Druckes ist, der auf die Seite 18 ausgeübt wird. Das ist der Fall, wenn es einen spezifischen Gleichgewxchtsdurchfluß durch die Drosselöffnung 22 gibt. Dieser Durchfluß wird durch die öffnung des ein negatives Verhältnis aufweisenden Ventils 26 festgelegt, und er erzeugt Druck an dem Ventil 26, welches den Arm 28

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im Uhrzeigersinn drückt. Fluid fließt durch die Drosselöffnung' 32 zu dem ein positives Verhältnis aufweisenden Klappenventil 34, welches dadurch eine Kraft im Gegenuhrzeigersinn auf den Arm 28 ausübt. In einem Armnullgebiet ist das Servogerät in Ruhe oder im Gleichgewicht und die Kräfte, die von den Ventilen 26, 34 her auf den Arm einwirken, wirken einander entgegen und beseitigen somit jedwede Vorspannung an dem Arm im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn als Ergebnis von Druckänderungen, die dem dem Einlaß zugeführten Fluid zugeordnet sind.

Wenn der Federbalg 38 nach oben gedrückt wird', öffnet er das Klappenventil 26 und bewirkt einen stärkeren Durchfluß durch die Drosselöffnung 22, der den Druck auf der Seite 20 des Kolbens verringert und somit bewirkt? daß sieh der Kolben in der Richtung 39 nach links bewegt» Die Aufwärtsbewegung des Federbalges 38 öffnet außerdem das Ventil 34 und bewirkt ,.einen stärkeren Öürchfluß durch die öffnung 32_y wodurch die Kraft verringert wird, die von dem Ventil 34 auf den Arm 28 ausgeübt

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ihre Schließstellung gedrückt wird; unmittelbar bevorsie vollständig schließt, ist die Kraft am größten. Wie die Kurve 42 zeigt, arbeitet das Ventil 34 andererseits in exakter Heise, da der Fluiddruck bestrebt ist, die Klappe wegzudrücken; infolgedessen hat sie eine positive·Steigung, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Da es Fluid von der Versorgungsdruckseite des Servogerätes über die Drosselöffnung 32 empfängt, hat es ausserdem keine konstante Kraftgrenze. Der Federbalg und die Feder ergeben positive Verläufe der mechanischen Kräfte (positiv mechanical rates), wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Der Gesamtkraftverlauf (overall rate) für den Arm 28 ist deshalb die Summe dieser Kraftverläufe und ist als Kurve 44 dargestellt, die ein Nullkraftgebiet 46 in dem Nullgebiet hat; in dem Nullkraftgebiet ist keine Kraft erforderlich, um die Ventile zu öffnen oder zu schließen.

Die Kurve 44 hat ein hohes positives Verhältnis, obgleich innerhalb des Bereiches des Nullkraftgebietes das Ventil 26 die negative Steigung aufweist, die dem Servogerät gestattet, die Reibung zu überwinden. Das bedeutet, daß, wenn der Federbalg 38 nach oben oder nach unten gedrückt wird, sich der Ann drehen wird, bis der Druck auf dem Ventil 26 konstant 1st, was der Fall ist, nachdem die Kolbenreibung überwunden ist; anschließend daran bewegt sich der Kolben.

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Claims (2)

1. mit einem Kolben-uafl mit ©ln©r _B die d©n ataf den Kolbea ausgeübten Fluid= laoäifisiertp ma dea Kolben zn bewegen t, damit eine abgeglichen wird, die sowohl auf den Kolben als auch öi© Vorrichtung ausgeübt vjird„ wobei die Kraft die Vonti!vorrichtung aus einer Hullposition verstellt^ in

   ein spezifischer Fluiddruck auf den Kolben ausge=

   der dadurch im Gleichgewicht gehalten wird und bei Beilegung der Vorrichtung aus der Nullposition heraus in einer Richtung bewegt wird, so daB bewirkt wird, daß die Vorrichtung in die Mullposition surückkehrt? dadurch gekennzeichnet, daß die Venti!vorrichtung enthält? ein erstes Ventil |2S) zum Modifizieren des Fluiddruckes auf dio Kraft hin, wobei das Ventil durch ein negatives Verhältnis der Beziehung zwischen der Ventilöffnung und der Ventilöffnungskraft gekennzeichnet ist, und ein zweites Ventil (34), das mit dem ersten Ventil so verbunden ist, daß es eine Kraft auf das erste Ventil in ei-

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   ner Richtung ausübt, damit es geöffnet wird, wobei dieses Ventil mit einer Fluiddruckquelle verbunden ist und wobei die Kraft, die durch dieses Ventil geliefert wird, ein positives Verhältnis in bezug auf die Ventilöffnung hat.
2. 2. System nach Anspruch 1_P dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (26} ein ein negatives Verhältnis aufweisendes Klappenventil ist _t daß öas weite Ventil (34) ein ein positives Verhältnis aufweisendes Klappenventil ist und daß die Ventile durch einea hru (28]) miteinander verbunden sind,, der durch die Kraft bewegt wird,, um. die Öffnung des ersten Ventils su vergrößern»

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