DE19859026C1 - Electrohydraulic regulator for combined delivery rate and pressure regulation for an adjustable hydraulic pressure generator - Google Patents
Electrohydraulic regulator for combined delivery rate and pressure regulation for an adjustable hydraulic pressure generatorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Regeleinrichtung zur kombinierten Fördermengen- und Druckregelung eines verstellbaren hydraulischen Druckerzeugers entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Derartige elektrohydraulische Regeleinrichtungen sind beispielsweise aus dem in der Druckschrift "Ölhydraulik und Pneumatik", Ausgabe 7/88, ab Seite 480 abgedruckten Fachartikel "Fluidtechnik im Wandel" bereits bekannt. In der zugehörigen Tabelle 3 ist ein Regelkreis dargestellt, der einen verstellbaren und von einem Proportionalventil angesteuerten Druckerzeuger umfaßt. Das Proportionalventil wirkt mit einem Regler zusammen, in dem der Soll- bzw. der Istwert des Drucks am Verbraucher und der Soll- bzw. der Istwert des Stellwegs des Stellzylinders zu einem Ansteuersignal für dieses Proportionalventil ausgewertet wird. Eine solche kombinierte Fördermengen-/Druckregelung arbeitet problemlos, solange der Druckerzeuger den angeschlossenen Verbraucher alleine versorgt.The invention is based on an electro-hydraulic Control device for combined delivery and Pressure control of an adjustable hydraulic Pressure generator according to the preamble of claim 1. Such electro-hydraulic control devices are for example from the "Oil hydraulics and Pneumatics ", edition 7/88, printed from page 480 Technical article "Fluid technology in transition" already known. In the associated table 3 shows a control loop, one adjustable and one proportional valve controlled pressure generator includes. The proportional valve interacts with a controller in which the target or Actual value of the pressure at the consumer and the target or Actual value of the travel of the actuating cylinder to one Control signal evaluated for this proportional valve becomes. Such a combined flow / pressure control works without problems as long as the pressure generator connected consumers supplied alone.
Unerwünschte Betriebszustände können allerdings auftreten, wenn mehrere geregelte Druckerzeuger hydraulisch miteinander gekoppelt sind, um gemeinsam einen Druckmittelverbraucher zu versorgen. Bei einer derartigen Konstellation versuchen mehrere voneinander unabhängig arbeitende Regler den Druck an diesem einen Verbraucher zu regeln. Dabei kann ein Druckerzeuger auf maximale Fördermenge eingestellt sein, während ein anderer Druckerzeuger maximale Menge absaugt. Diese Problematik ist unter anderem auf die Abregelkennlinie Q = f(p) der Regeleinrichtung zurückzuführen. Diese stellt bis kurz vor dem Erreichen des Drucksollwerts eine nahezu konstante Fördermenge ein, die mit Erreichen des Drucksollwerts abrupt auf Nullförderung zurückgeführt wird. Neben der erzeugten Blindleistung haben diese Betriebszustände ein lautes Betriebsgeräusch und im Falle einer nachfolgenden Umsteuerung der Verstelleinrichtungen der Druckerzeuger eine relativ lang andauernde Umsteuerphase zur Folge.However, undesired operating states can occur if several regulated pressure generators are hydraulic are coupled to one another To supply pressure medium consumers. With such a Constellation try several independently working regulator the pressure at this one consumer regulate. A pressure generator can be at maximum Delivery rate can be set while another Pressure generator sucks maximum amount. This is a problem among other things to the regulation characteristic Q = f (p) of the Control device attributed. This introduces you shortly an almost constant when the pressure setpoint is reached Flow rate that is reached when the pressure setpoint is reached is abruptly reduced to zero funding. In addition to the reactive power they have Operating conditions a loud operating noise and in the event a subsequent reversal of the adjustment devices the pressure generator has a relatively long duration Reversal phase.
Demgegenüber weist eine erfindungsgemäße elektrohydraulische Regeleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß die zuvor genannten unerwünschten Betriebszustände der Druckerzeuger vermieden werden. Die Abregelkennlinie Q = f(p) der vorgeschlagenen Regeleinrichtung wird hierzu mittels einer elektronischen Signalrückführung derart verändert, daß sie zumindest im Bereich kurz vor dem Drucksollwert abgeflacht ist bzw. eine negative Steigung aufweist. Auf eine aufwendige Synchronisation der Druckerzeuger kann verzichtet werden, da nun die Fördermengenrücknahme allmählich erfolgt. Die Realisierung abgeflachter oder abgerundeter Abregelkennlinien wird mit einer Reglerstruktur aus PD-Reglern erreicht, die sich insbesondere durch eine größere Robustheit und einfachere Parametrierbarkeit gegenüber Strukturen aus PID-Reglern auszeichnen, welche zu diesem Zweck ebenfalls eingesetzt werden können. Das wesentliche Bauelement der erfindungsgemäßen, elektronischen Signalrückführung bildet ein im Mehrfachbetrieb zuschaltbarer Verstärker, der das Positionssignal eines Weg-/Spannungswandlers entsprechend einer hinterlegten Verstärkerfunktion korrigiert, von einem Drucksollwert subtrahiert und die sich ergebende Differenz einem Druckregler als Ansteuersignal zuführt. Die Verstärkerfunktion ist dabei frei wählbar, so daß mehrfach abgestufte oder beliebig gekrümmte Abregelkennlinien anwendungsspezifisch realisierbar sind. Die Verstellbewegung in den Druckerzeugern kann beispielsweise derart geregelt werden, daß die Abregelkennlinie mit steigendem Betriebsdruck zunächst einen konstanten maximalen Förderstrom aufweist, der mit zunehmender Annäherung an den Drucksollwert allmählich auf Nullförderung zurückgenommen wird.In contrast, an inventive electrohydraulic control device with the characterizing features of claim 1 the advantage that the aforementioned undesirable operating conditions of the Pressure generators can be avoided. The regulation characteristic Q = f (p) of the proposed control device becomes this by means of an electronic signal feedback changed that at least in the area shortly before Pressure setpoint is flattened or a negative slope having. On a complex synchronization of the Pressure generator can be dispensed with, since the Delivery volume is gradually reduced. The realization flattened or rounded down characteristic curves is included a controller structure made up of PD controllers in particular through greater robustness and simpler Parameterization compared to structures from PID controllers award, which are also used for this purpose can be. The essential component of the forms electronic signal feedback according to the invention an amplifier that can be switched on in multiple operation and that Position signal of a displacement / voltage converter accordingly a stored amplifier function corrected by one Subtracted pressure setpoint and the resulting difference a pressure regulator as a control signal. The Amplifier function is freely selectable, so that multiple graduated or arbitrarily curved regulation curves can be implemented for specific applications. The Adjustment movement in the pressure generators can, for example to be regulated in such a way that the reduction characteristic with increasing operating pressure initially a constant has maximum flow, which with increasing Approach the pressure setpoint gradually Zero funding is withdrawn.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Diesbezüglich zu erwähnen ist, daß die vorgesehene Signalrückführung gemäß Anspruch 2 mittels eines Schalters zu- bzw. abschaltbar ist. Auf diese Weise ist es möglich die erfindungsgemäße Regeleinrichtung bei geöffnetem Schalter auch für eine kombinierte Druck- /Stromregelung von Pumpen im Einfachbetrieb, d. h. für Pumpen die nicht mit anderen Pumpen zusammen in einen gemeinsamen Hydraulikkreis fördern, einzusetzen. Alternativ dazu können Druckerzeuger, die mit dieser Regeleinrichtung ausgestattet sind auch für Anwendungen eingesetzt werden, in denen es auf eine Umschaltmöglichkeit der Druckerzeuger zwischen einer gemeinsamen Förderung in einen Hydraulikkreis und einer separater Förderung in mehrere voneinander getrennte Hydraulikkreise ankommt. Further advantages or advantageous developments of Invention result from the dependent claims and the Description. In this regard it should be mentioned that the provided signal feedback according to claim 2 a switch can be switched on or off. In this way it is possible for the control device according to the invention open switch also for a combined pressure / Current control of pumps in simple operation, d. H. For Do not pump them into one with other pumps Promote, use common hydraulic circuit. Alternatively this can be done by pressure generators with this control device are also used for applications in which there is a possibility of switching the pressure generator between joint funding into one Hydraulic circuit and a separate promotion in several separate hydraulic circuits arrive.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in einem Blockschaltbild; in Fig. 2 ist die Abregelkennlinie bekannter Regeleinrichtungen im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung gezeigt.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. . The Figure 1 shows the control device according to the invention in a block diagram; in Fig. 2, the Abregelkennlinie known control devices is shown in comparison to the inventive control device.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines hydraulischen Regelkreises aus einem verstellbaren Druckerzeuger 10, einem daran angeschlossenen Verbraucher 12 und einer den Druckerzeuger 10 fördermengen- bzw. verbraucherdruckabhängig regelnden Regeleinrichtung 14. Diese Regeleinrichtung 14 umfaßt ein 4/4-Wegeventil 16, das den Druckmittelfluß zu einer von zwei Verstelleinrichtungen 18a, b des Druckerzeugers 10 bestimmt. Hierzu ist der Zulauf 16a des Wegeventils 16 mit der zum Verbraucher 12 führenden Druckleitung 20 verbunden. Der Ablauf 16b des Wegeventils 16 führt zu einem Vorratsbehälter 22 für Druckmittel und der Arbeitsanschluß 16c steht mit der Verstelleinrichtung 18a in Verbindung. Das Wegeventil 16 ist elektromagnetisch entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 23 betätigbar, wobei der Weg seines nicht dargestellten Stellglieds von einem Weg-/Spannungswandler 24 zu einem der elektrischen Eingangssignale eines Lagereglers 26 gewandelt wird. Das zweite Eingangssignal dieses Lagereglers 26 erzeugt ein Begrenzer 28. Beide Eingangssignale werden zu einem Ausgangssignal verknüpft, mit dem die elektromagnetische Verstelleinrichtung des Wegeventils 16 angesteuert wird. Fig. 1 is a block diagram showing a hydraulic control circuit of an adjustable pressure generator 10, a connected load 12 and the pressure generator 10 of Capacities or consumer-pressure-dependent regulating control device 14. This control device 14 comprises a 4/4-way valve 16 , which determines the pressure medium flow to one of two adjusting devices 18 a, b of the pressure generator 10 . For this purpose, the inlet 16 a of the directional control valve 16 is connected to the pressure line 20 leading to the consumer 12 . The outlet 16 b of the directional control valve 16 leads to a reservoir 22 for pressure medium and the working connection 16 c is connected to the adjusting device 18 a. The directional control valve 16 can be actuated electromagnetically against the force of a return spring 23 , the path of its actuator, not shown, being converted from a displacement / voltage converter 24 to one of the electrical input signals of a position controller 26 . The second input signal of this position controller 26 generates a limiter 28 . Both input signals are combined to form an output signal with which the electromagnetic adjustment device of the directional control valve 16 is controlled.
Der Begrenzer 28 verarbeitet als Eingangssignale das von einem zweiten Lageregler 30 ermittelte Ergebnis eines Soll- /Istwertvergleichs des Verstellwegs der Verstelleinrichtung 18a. Der Istwert wird dabei von einem mit dieser Verstelleinrichtung 18a zusammenwirkenden Weg- /Spannungswandler 32 erzeugt, während der Sollwert als Spannungssignal von außen vorgegeben wird. Als zweiter Lageregler 30 dient ein sogenannter P-Regler. Ein zweites Eingangssignal für den Begrenzer 28 bildet ein als PD- Regler ausgeführter Druckregler 34 aus einem Soll- /Istwertvergleich des Drucks am Verbraucher 12. Anhand des Ergebnisses dieses Vergleichs wird mit zunehmender Annäherung des Drucks an den einstellbaren Sollwert das vom Begrenzer 28 an den Lageregler 26 weitergegebene Signal zurückgenommen. Den Druckistwert erzeugt dabei ein in die Druckleitung 20 geschalteter Druck-/Spannungswandler 36; der Drucksollwert wird von außen vorgegeben.The limiter 28 processes the input signals as determined by a second position controller 30 the result of a setpoint / actual value comparison of the adjustment path of the adjusting device 18 a. The actual value is generated by a displacement / voltage converter 32 which interacts with this adjusting device 18 a, while the nominal value is specified as a voltage signal from the outside. A so-called P controller serves as the second position controller 30 . A second input signal for the limiter 28 is formed by a pressure controller 34 designed as a PD controller from a setpoint / actual value comparison of the pressure at the consumer 12 . On the basis of the result of this comparison, the signal passed from the limiter 28 to the position controller 26 is withdrawn as the pressure approaches the adjustable target value. The actual pressure value is generated by a pressure / voltage converter 36 connected to the pressure line 20 ; the pressure setpoint is specified from the outside.
Vervollständigt wird der beschriebene hydraulische Regelkreis durch eine hydraulische Kopplung der zweiten Verstelleinrichtung 18b mit der Druckleitung 20. In der dazu vorgesehenen Druckmittelleitung 46 ist eine Festdrossel 48 eingebaut. Des weiteren zweigt von der Druckleitung 20 eine Rücklaufleitung 50 mit einem optional einbaubaren, verstellbaren Druckbegrenzungsventil 52 ab, die in den Vorratsbehälter 22 einmündet.The hydraulic control circuit described is completed by a hydraulic coupling of the second adjusting device 18 b to the pressure line 20 . A fixed throttle 48 is installed in the pressure medium line 46 provided for this purpose. Furthermore, a return line 50 branches off from the pressure line 20 with an optionally installable, adjustable pressure relief valve 52 , which opens into the storage container 22 .
Ein derartiger hydraulischer Regelkreis ist im wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannt und ermöglicht eine kombinierte Fördermengen- und Druckregelung bei verstellbaren Druckerzeugern 10. Voraussetzung für eine problemlose Funktion dieses Regelkreises ist es, daß ein Druckerzeuger 10 jeweils einem Verbraucher 12 zugeordnet ist. Für Einsatzfälle, in denen mehrere Druckerzeuger 10 gemeinsam Druckmittel zu einem Verbraucher 12 fördern, ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Druckregelung, da nun mehrere voneinander unabhängige Regler den Druck an einem Verbraucher 12 einzustellen versuchen. Dabei kann es zu energetisch und regelungstechnisch unerwünschten Betriebszuständen der Druckerzeuger 10 kommen, in denen beispielsweise ein Druckerzeuger 10 maximale Menge fördert, während ein anderer Druckerzeuger 10 maximale Menge absaugt. Diese Problematik läßt sich zwar mit Reglerstrukturen aus mehreren PID-Reglern lösen, allerdings verhalten sich derartige Reglerstrukturen bezüglich Robustheit und Einstellbarkeit unbefriedigend.Such a hydraulic control circuit is essentially known from the prior art and enables a combined flow and pressure control in the case of adjustable pressure generators 10 . A prerequisite for a problem-free function of this control circuit is that a pressure generator 10 is assigned to a consumer 12 . For applications in which a plurality of pressure generators 10 jointly convey pressure medium to a consumer 12 , there are difficulties with the pressure control, since several independent controllers are now trying to set the pressure at a consumer 12 . This can lead to energetically and control-technically undesirable operating states of the pressure generator 10 , in which, for example, one pressure generator 10 delivers the maximum amount, while another pressure generator 10 sucks off the maximum amount. Although this problem can be solved with controller structures from several PID controllers, such controller structures behave unsatisfactorily in terms of robustness and adjustability.
Zur Beseitigung dieses Nachteils wird erfindungsgemäß eine elektrische Signalrückführung 42 vorgeschlagen, die von der Verbindungsleitung 44 zwischen dem Weg-/Spannungswandler 32 und dem zweiten Lageregler 30 abzweigt und die zu einem Subtraktionsglied 38 führt. In dieser Signalrückführung 42 ist ein Verstärker 40 geschaltet, mit dem das Spannungssignal des Weg-/Spannungswandlers 32 verstärkt wird. Als Verstärker 40 können analog als auch digitale Bauelemente herkömmlicher Bauart eingesetzt werden. Mit diesem Verstärker 40 wird der Lageistwert der Verstelleinrichtung 18a mit einem hinterlegten Faktor oder einer mathematischen Funktion multipliziert und im Subtraktionsglied 38 vom von außen vorgegebenen Drucksollwert subtrahiert. Das Ergebnis wird dem Druckregler 34 als modifizierter Sollwert zugeführt.To eliminate this disadvantage, an electrical signal feedback 42 is proposed according to the invention, which branches off from the connecting line 44 between the displacement / voltage converter 32 and the second position controller 30 and which leads to a subtraction element 38 . An amplifier 40 is connected in this signal feedback 42 , with which the voltage signal of the displacement / voltage converter 32 is amplified. Analogue and digital components of conventional design can be used as amplifiers 40 . With this amplifier 40 , the actual position value of the adjusting device 18 a is multiplied by a stored factor or a mathematical function and subtracted in the subtraction element 38 from the externally predetermined pressure setpoint. The result is fed to the pressure regulator 34 as a modified setpoint.
Es wird somit eine im wesentlichen aus robusten und verhältnismäßig einfach parametrierbaren PD-Reglern aufgebaute Reglerstruktur geschaffen, die einen Mehrfachbetrieb von Druckerzeugern 10 erlaubt. Um Druckerzeuger 10 mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 14 jedoch nicht auf diesen Mehrfachbetrieb einzuschränken, ist in der Signalrückführung 42 zusätzlich ein Schalter 56 eingebaut. Durch Öffnen dieses Schalters 56 ist der Druckerzeuger 10 jederzeit auch im Einfachbetrieb regelbar. Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung 14 erlaubt somit auch das Umschalten der Druckerzeuger 10 vom Einfach- in den Mehrfachbetrieb und umgekehrt und eröffnet somit neue Einsatzbereiche für regelbare Druckerzeuger 10.A controller structure is thus essentially created from robust and relatively easy to parameterize PD controllers, which allows multiple operation of pressure generators 10 . In order not to restrict the pressure generator 10 with the control device 14 according to the invention to this multiple operation, a switch 56 is additionally installed in the signal feedback 42 . By opening this switch 56 , the pressure generator 10 can be regulated at any time even in simple operation. The control device 14 according to the invention thus also allows the pressure generator 10 to be switched from single to multiple operation and vice versa and thus opens up new areas of use for controllable pressure generator 10 .
Die Auswirkung eines in die erfindungsgemäße Signalrückführung 42 geschalteten Verstärkers 40 auf eine Abregelkennlinie 60 eines mit dieser Regeleinrichtung 14 ausgestatteten und im Mehrfachbetrieb arbeitenden Druckerzeugers 10 ist der Fig. 2 entnehmbar.The effect of an amplifier 40 connected into the signal feedback 42 according to the invention on a regulation characteristic curve 60 of a pressure generator 10 equipped with this control device 14 and operating in multiple operation can be seen in FIG. 2.
Diese Fig. 2 zeigt eine Abregelkennlinie 60a eines konventionell geregelten und die Abregelkennlinie 60b eines erfindungsgemäß geregelten Druckerzeugers 10 im Vergleich. Als Abregelkennlinie 60 wird die Kennlinie Fördermenge als Funktion des Betriebsdrucks (Q = f(p)) bezeichnet. Die konventionelle Abregelkennlinie 60a weist bis zum Erreichen des Drucksollwerts 62 eine konstante maximale Fördermenge 64 auf, die dann annähernd senkrecht auf Nullförderung zurückgenommen wird, sobald der Drucksollwert 62 erreicht ist. Im Falle mehrerer gemeinsam fördernder Druckerzeuger 10 kann dies zu oben genannten regelungstechnischen Problemen führen. Um eine aufwendige Synchronisation der Druckerzeuger 10 zu vermeiden, weist die Abregelkennlinie 60b mit zunehmender Annäherung an den Drucksollwert 62 beispielhaft eine Abflachung 66 mit negativer Steigung, d. h. mit einer Steigung < 0, auf. Diese Abflachung 66 bewirkt, daß die gemeinsam fördernden Druckerzeuger 10 nicht in die unerwünschten Betriebsstellungen gelangen.This FIG. 2 shows a reduction characteristic curve 60 a of a conventionally regulated and the reduction characteristic curve 60 b of a pressure generator 10 regulated according to the invention in comparison. The delivery rate characteristic is referred to as the reduction characteristic curve 60 as a function of the operating pressure (Q = f (p)). The conventional reduction characteristic curve 60 a has a constant maximum delivery rate 64 until the pressure setpoint 62 is reached, which is then reduced approximately perpendicularly to zero delivery as soon as the pressure setpoint 62 is reached. In the case of several jointly delivering pressure generators 10 , this can lead to the above-mentioned control problems. In order to avoid complex synchronization of the pressure generators 10 , the regulation characteristic curve 60 b has, for example, a flattening 66 with a negative slope, ie with a slope <0, as the pressure setpoint 62 approaches. This flattening 66 has the effect that the jointly conveying pressure generators 10 do not get into the undesired operating positions.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Dieser Grundgedanke besteht darin, eine Regeleinrichtung 14 aus robusten und einfach parametrierbaren P- bzw. PD-Reglern 26, 30, 34 zu schaffen, die neben einem Einfach- auch einen mengen- bzw. druckgeregelten Mehrfachbetrieb von Druckerzeugern 10 erlaubt. Die Regler 26, 30, 34 erzeugen dazu Abregelkennlinien 60b, deren Verlauf wenigstens im Bereich des Drucksollwerts 62 eine negative Steigung, d. h. eine Steigung < 0, aufweisen. Die jeweiligen Abregelkennlinien 60b können einfach oder mehrfach geknickt verlaufen, oder können bogenförmig gekrümmt sein. Der Verlauf der Abregelkennlinien 60b läßt sich anhand der im Verstärker 40 hinterlegten Verstärkungsfunktion anwendungsspezifisch wählen.Of course, changes or additions to the described embodiment are possible without departing from the basic idea of the invention. This basic idea is to create a control device 14 made of robust and easily parameterizable P or PD controllers 26 , 30 , 34 , which, in addition to simple operation, also allows quantity or pressure-controlled multiple operation of pressure generators 10 . For this purpose, the controllers 26 , 30 , 34 generate regulating characteristic curves 60 b, the course of which, at least in the region of the pressure setpoint 62, has a negative slope, ie a slope <0. The respective regulating characteristics 60 b can be single or multiple kinked, or can be curved in an arc. The course of the regulation curves 60 b can be selected on the basis of the amplification function stored in the amplifier 40 in an application-specific manner.
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1999
- 1999-12-14 IT IT1999MI002587A patent/IT1314128B1/en active
- 1999-12-17 JP JP35933699A patent/JP4283958B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
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BACKE, W.: Fluidtechnik im Wandel, In: O+P "Ölhydraulik und Pneumatik", 1988, Vol. 32, Nr. 7, S. 473-484 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110701 |