DD223835A1

DD223835A1 - Regler fuer ein hybrides schwingungsschutzsystem

Info

Publication number: DD223835A1
Application number: DD26294384A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Tattermusch
Original assignee: Fz D Landmaschinenbaus Neustad
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1984-05-11
Publication date: 1985-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Regler fuer ein hybrides Schwingungsschutzsystem mit passiven Federelementen und hydraulischen Stellgliedern, bei dem bei etwa 2 bis 5 Hz eine Schwingungssenkung auf weniger als 10 Prozent erforderlich ist. Dieses System soll universell einsetzbar und billig in der Herstellung sein. Die Aufgabe, unterhalb von 1 Hz geringe Relativbewegungen des Objektes und oberhalb von 1 Hz die erforderliche Schwingungsisolation ohne zusaetzliche geraetetechnische Aufwendungen ausserhalb des Reglers zu gewaehrleisten, wird durch interne Rueckkopplungsschleifen (16, 20) im Regler (7) geloest. Hierzu sind im Regler (7) mindestens zwei Integrierer, (11, 18) ein Summierverstaerker (14) und ein Tiefpassfilter (17) enthalten, wobei der erste Integrierer (11) mit der Eingangsspannung direkt beaufschlagt wird und sein Ausgangssignal dem Summierverstaerker (14) zugefuehrt wird. Der zweite Integrierer (18) und das Tiefpassfilter (17) liegen in einer Rueckkopplungsschleife (16). Zusaetzlich koennen vom Tiefpassfilter (17) aus eine zweite Rueckkopplungsschleife (20) und vom eingangsseitigen Hochpassfilter (10) eine Zuleitung direkt zum Summierverstaerker (14) gefuehrt sein. In den Zuleitungen zum Summierverstaerker (14) sind ferner Potentiometer (12, 13, 19, 21) eingeschaltet. Fig. 2

Description

Titel der Erfindung ·

) ' '

Reeler für ein hybrides Schwingungsschutzsystem . . ,

Anwendungsgebiet der Erfindung ,

Die Erfindung betrifft einen Regler für ein hybrides Schwin-· gungsschutzsystem mit passiven Federelementen und hydraulisehen Stellgliedern, mit dem Objekte wie Sitze, Kabinen, Plattformen,,-Maschinen, Fahrzeuge oder Geräte vor den Schwingungen" der Unterlage geschützt werden sollen. Die Erfindung , läßt sich bei solchen Objekten anwenden, wo unterhalb 1 Hz , geringe Relativbewegungen des Objektes zur Unterlage angestrebt werden und wo bei ca. 2 bis 5 Hz eine Schwingungssenkung auf weniger als 10 % erforderlich ist. ..

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für den Schutz von Arbeitsplätzen wie Sitzen, Kabinen oder Plattformen, von Maschinen und Anlagen vor den Schwingungen ' der Unterlage wie Fahrzeugrahmen, Fahrzeugachsen und Stütz-V konstruktionen werden seit langem passive Elemente' wie Federn und Dämpfer eingesetzt. Da die Isolierwirkung passiver ^v20 Sehwingungsschutzsysteme im Frequenzbereich von ca.. 2 bis . 5 Hz bekanntlich ungenügend ist, werden in letzter Zeit rein aktive sowie hybride Sehwingungsschutzsysteme mit hydraulischen Stellgliedern zur Verbesserung der Schwingungsisolierung im genannten Frequenzbereich herangezogen. Die hybriden Systeme.bestehen aus passiven Federelementen, die die statische Last aufnehmen, und aktiven hydraulischen.

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.' : Stellgliedern mit Bypaßdro.sseln. Infolge der Federelemente

. .- . · ... ' · ' >. . .' ist der,'Leistungsbedarf der hybriden Systeme gegenüber rein : .

, aktiven Systemen, die keine Federelemente und Bypaßdrosseln ...besitzen, geringer. Außerdem können die hybriden Systeme bei 5. Ausfall der Energieversorgung .als passive Systeme arbeiten, wo "bei die Stellglieder wie bekannte hydraulische Schwingungs-. 'dämpfer" wirken. Die Schwingungsisolierung steigt bei den, ...hybriden. Systemen mit zunehmender Frequenz an und es treten /; nur geringe-. Stabilität sp.ro bleme auf. .Demgegenüber, muß bei 1O aktiven hydraulischen,Systemen eine geringe Schwingungsiso- · .: lie rung -,bei Frequenzen von 10. bis 100 Hz in Kauf genommen . ,';werden, um die Stabilität der Systeme zu sichern. :.. .· . : Hybride Schwingungsschutzsysteme werden derzeit vorrangig : für den Schutz der ,Fahrersitze und Kabinen von Arbeitsma-15. schinen eingesetzt·. Aus arbeitshygienischen und funktionel-.len Gründen soll, die Wirksamkeit solcher hydraulischer Syste- '; me bei .etwa 1 Hz einsetzen und schon,bei 'ca.2bis 5 ^Hz eine -; . .:3enkung> der Schwingungen des. Objektes, auf 10 % 'gegenüber den ^: : : ^Schwingungen.der Unterlage eintreten. . — ' .> · ,20 Es sind "jedoch kein*e Regler, bekannt,:: die das. hier, geforderte ;.; ; ϊ dynamische . Verhalten der hybriden Schwingungssysteme gewähr-. .

'; leisten. Die bekannten Regler für hybride S chwingungs schutz-." systeme koppeln nur die Absolutgeschwindigkeit, des Objektes ,; zurück. :Dadurch wird zwar.im Frequenzbereich oberhalb 1 Hz 25¹ die notwendige Schwingungsminderung erreicht, im Frequenzbe- . · .reich unterhalb :1 Hz treten.aber bei entsprechender Anregung , . ;: unzulässig große Relativbewegungen des Objektes gegenüber der .;} TInterlage: auf, ^:.die vom Stellglied des Systems aus konstrukti- ^:ven Gründen nicht aufgenommen, werden können und die Bedienung 30 der Maschine stark erschweren. Sehr ungünstig ist die Reso-

nanzüberhöhung des Systems bei der zwangsweise niedrigen Ei-. : genfrequenz des Regelkreises von etwa 0,1 Hz. Wird bei den . bekannten Reglern für hybride Systeme'die Rückkopplung der .'. Absolutgeschwindigkeit verringert, gehen die Relativbewegun- . 35 gen unterhalb- von 1 Hz zurück. Da sich aber die Wirksamkeit'. _: ,,des Systems im interessierenden Frequenzbereich von ca. ,2

bis 5 Hz ebenfalls verringert, sind die' hybriden Systeme mit den bekannten Reglern für viele Anwendungsfälle nicht ein— setzbar.

Von den rein aktiven Systemen her ist bekannt, daß, die Absolut- und die Relativbewegungen des Objektes rückgekoppelt werden (US-PS 3.606.233, DE-OS 21 45 358). Da aber die Messungen-der Relativbewegungen des Objektes einen besonderen Relativweg^ufnehmer mit zugehörigen,elektrischen Leitungen zum Regler erfordern, steigt der gerätetechnische Aufwand dieser Regelsysteme.

. Zi.el der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, einen Regler für ein hybrides Schwingungsschutzsystem zu schaffen, das universell einsetzbar und billig in der Herstellung ist. . .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler für ein hybrides Schwingungsschutzsystem zu schaffen, der eine Regelfunktion realisiert, die unterhalb von 1 Hz geringe Re- ' lativbewegungen des Objektes und oberhalb von 1 Hz die erforderliche Schwingungsisolierung gewährleistet. Außerdem sollen ,25 gegenüber den bekannten hybriden SchwingungsSchutzsystemen außerhalb des Reglers keine zusätzlichen gerätetechnischen Aufwendungen entstehen. .

Dies wird dadurch erreicht, daß der Regier zwei Integrierer, einen Summierverstärker und ein Tiefpaßfilter enthält,; wobei der erste Integrierer mit der am Eingang des Reglers anlie^ genden, vom Beschleunigungsaufnehmer am Objekt erzeugten Spannung direkt beaufschlagt wird und sein Ausgangssignal. dem Summierverstärker zugeführt wird. Der zweite Integrierer und das Tiefpaßfilter liegen in einer internen Rückkopplungsschleife, die vom Ausgang des Summierverstärkers zu dessen Eingang zurückführt.

Im Eingang des. Reglers .liegt eine..Spannung von. einem Be'-, schleunigungsaüfnelamer an, die der Absolutbeschleunigung; am Objekt proportional, ist. Im ersten Integrierer wird das Meßsignal integriert und anschließend dem Summierverstär-. ker.' zugeführt. Die Ausgangs spannung des.Sümmierverstärkers , wird nach Passieren des Tiefpaßfilters intern zurückgeführt·, wobei in der Rückführung der aweite Integrierer liegt., . Durch die interne Rückkopplung wird die Wirkung einer ex- ·. . . , ternen Rückführung der Relativbewegung des Objektes gegen--."' über der Unterlage erreicht. Das Tiefpaßfilter hat dabei die Wirkung des Bypaßes, des, realen, hybriden Systems.¹ Der .Integrierer in der Rückkopplungs.schleife /hat die integrierende Wirkung des Stellgliedes./ \ . · _; : Haeh;der Erfindung ist es zweckmäßig, daß am Ausgang des Tiefpaßfilters, in der Rückkopp lungs schleife einezweite. .

. Rückkopplungsschleife beginnt, die zum Eingang des Summierverstärkers führt. .·. ·' ^: ,' ... . :. ' . '

. In dieser zweiten Rückkopplungsschleife wird das Signal mit . .- umgekehrte'n Vorzeichen so zurückgeführt ,daß- die Wirkung der,Rückkopplung der .Relativge.schwindigkeit erreicht wird. Srfindungsgemäß liegt ferner ein Hochpäßfilter am Eingang 'des Reglers vor dem. ersten Integrierer und ein zweites Hochpäßfilter unmittelbar am Ausgang des Summierverstärke.rs. Mit den Höchpaßfiltern werden Gleichspannungsanteile besei-.

tigt. Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das, erste Hochpaßfilter-direkt.mit dem Ein- . gang des. Summierverstärkers .verbunden ist. Somit* wird eine der Absolutbeschleunigung" proportionale Spannung ebenfalls im Summi ervers tärker summiert.· , . .

Letztlich is't es nach der_; Erfindung sinnvoll, wenn Potentiometer in den Zuleitungen vor dem Summierverstärker angeord-

., net sind. Durch entsprechendes Einstellen der Potentiometer

, kann die Reglerfunktion erzeugt werden, die für die optimale Wirkung des hybriden Schwingungssehutζsystems -erforder-·

lieh ist. ' ' ;

Die erfindungsgemäße Lösung benötigt die von den rein

aktiven Schwingungsschutzsystemen bekannte externe Rückkopplung der Relativbewegungen aes Objektes nicht mehr., ; Damit entfallen die Aufwendungen für Herstellung,-Anbringung und Wartung des Relativwegaufnehmers und dessen Zuleitungen zum Regler. Von Vorteil ist ebenfalls, daß die Reglerfunktion sich ohne Aufwendungen jeden beliebigen Anwendungsfall entsprechend der Aufgabe der Erfindung an- ·' ^: passen läßt. ·

Ausführungsbeispiel .

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel . näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Pig. 1 "· ein hybrides Schwingungsschutzsystem für vertikale

Schwingungen in einer schematischen,Darstellung; 2:. ein Blockschaltbild des e rf in dungs gem äßen Reglers. .

Das vor den vertikalen Schwingungen der Unterlage T zu schützende Objekt 2 ist auf einen passiven Federelement 3-gela- : gert. Dieses nimmt die statische Last des Objektes -2 auf und sichert zusammen mit einem Bypaß 4 eines hydraulischen Stellgliedes 5 die Rückführung des Objektes 2 in die statische Mittellage. Das Stellglied 5 mit dem Bypaß 4 arbeitet als aktiver Dämpfer, der vom Servoventil 6 und vom Regler 7 ge- _: steuert wird. Mit einem Beschleunigungsaufnehmer 3 auf dem -Objekt 2 wird die vertikale Absolutbeschleunigung am Objekt 2 gemessen. Gemäß Pig. 2 liegt am Eingang des Reglers 7 eine Spannung an, die der Absolutbeschleunigung am Objekt 2 proportional ist. Gleichspannungsanteile, die am Ausgang eines Meßverstärkers 9 anliegen, werden durch das Hochpaßfilter 10 ._: beseitigt. Nach dem Hochpaßfilter 10 teilt sich der Leitungszug. In einem Leitungszug sind ein Integrierer 11 und ein Potentiometer 12 hintereinander geschaltet, im anderen Leitungszug ist nur ein Potentiometer 13"eingeschaltet. Beide Leitungszüge liegen am Eingang eines Summierverstärkers 14 an.

;Ausgang des Summierverstärkers 14 sitzt ein zweites Hoch-. ^:-paßfilter 15v hinter dem-eine Rückkopplungsschleife 16 bev^: ginnt. In der Rückkopplungsschleife 16 ist ein Tiefpaßfilter .: 17 eingeschaltet, das die Wirkung des realen Bypasses 4 rege· 5 lungstechnisch übernimmt. Die: Rückkopplungsschleife To führt ,-Über einen Integrierer 18 und ein Potentiometer 19 zurück : . zum'Eingang: des Summierverstärkers 14. Hinter dem' Tiefpaß-', filter 1,7 beginnt eine zweite .Rückkopplungsschleife 20. Hier

.wird:das Signal über das Potentiometer 21 mit umgekehrten ' 10, Vorzeichen zum Eingang des Summierverstärkers 14 zurückge-, - führt. Tom Hochpaßfilter 15 wird ausgangsseitig über eine : Leistungsstüfe 22 das Servoventil 6 angesteuert. ,

Claims

'Srfindungsanspruch

.1 · Regler für ein hybrides Schwingungsschutzsystem mit

Rückkopplung der Absolutgeschwindigkeit des Objektes, 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (7) zwei Integrierer (11, 18) einen Summierverstärker (14) und ein Tiefpaßfilter (17) enthält, wobei der erste Integrierer· (11) mit der am Eingang des Reglers (7) anliegen- ' . den, vom Eeschleunigungsaufnehmer (8) am Objekt (2) -' + ' 10 erzeugten Spannung direkt beaufschlagt wird und sein ^y- "·',' Ausgangs signal dem Summierverstärker (H) zugeführt wird und der zweite Integrierer (18) und das Tiefpaßfilter (17) in einer internen Rückkopplungsschleife (16) liegen, die vom Ausgang des Summierverstärkers (14) zu dessen Eingang zurückführt.
2. Regler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Tiefpaßfilters (17) in der Rückkopplungsschleife (16) eine zweite Rückkopplungsschleife (20) beginnt, die zum Eingang des Summierverstärkers (14)

.führt. ' ;
., 3. Regler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein U - Hochpaßfilter (10) am Eingang des Reglers vor dem ersten Integrierer (11) und ein zweites Hochpaßfilter _: (15) unmittelbar am.Ausgang des Summieryerstärkers (14) , liegen. _:
.4. Regler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hochpaßfilter (10) direkt mit dem Eingang des _ Summierverstärkers (14) verbunden ist.
5. Regler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß . Potentiometer (12, 13, 19, 21) in den Zuleitungen vor dem Summierverstärker (14) angeordnet sind. -Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -