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Entkopplung und Linearisierung hydraulischer Linearantriebe

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018412D
Original Publication Date: 2002-Jun-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 3 page(s) / 585K

Publishing Venue

Siemens

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Georg Schoppel: AUTHOR [+3]

Abstract

Ventilgesteuerte hydraulische Linearantriebe zeigen ausgeprägtes nichtlineares Verhalten, das außerhalb des Auslegungspunktes zu einer Verschlechterung des Regelkreisverhaltens führt. Um ein robustes Regelkreisverhalten zu erreichen, muss für den Be- triebspunkt eine verringerte Regelkreisdynamik ein- gestellt werden, was zu einem ungünstigeren Ver- halten bei Laststörungen führt.

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Information / Kommunikation

Entkopplung und Linearisierunghydraulischer Linearantriebe

Idee: Georg Schoppel, Erlangen;

Dr. Christoph Wurmthaler, Erlangen;Manfred Zäh, Erlangen

Ventilgesteuerte hydraulische Linearantriebe zeigenausgeprägtes nichtlineares Verhalten, das außerhalbdes  Auslegungspunktes  zu  einer  Verschlechterungdes Regelkreisverhaltens führt.  Um  ein  robustesRegelkreisverhalten zu erreichen, muss für den Be-triebspunkt eine verringerte Regelkreisdynamik ein-gestellt  werden,  was  zu einem ungünstigeren Ver-halten bei Laststörungen führt.

Um  diesen  Problemen entgegenzuwirken,  werdenfolgende Maßnahmen  vorgeschlagen.  Durch  nähe-rungsweise  Inversion  der Ventildynamik werdenrelativ  einfache,  nichtlineare Rückführungen vonDruck-, Geschwindigkeits- und Positionsmesswertenberechnet, für die nur die Kenntnis des hydraulischenTeils des Antriebes nötig ist und keine Informationenüber die mechanischen Verbindungen zwischen demHydraulikzylinder und der anzutreibenden Maschineerforderlich  sind.  Dadurch  sind die erforderlichenregelungstechnischen  Maßnahmen  von  der Einbau-anordnung des Hydraulikantriebes unabhängig.

Das Übertragungsverhalten des hydraulischen Teilshydraulischer Linearantriebe kann durch die nichtli-nearen Differentialgleichungen

E



[

B

X

sign

( ) ( )

D

P

-

K

P

-

P

-

A

X

&

]

A

A

P

A

( )

l

+

X

P

&

=

Öl

V

V

A

L

A

B

A

K

(1)

A

A

K

E



[-

B

X

sign

( ) ( )

D

+

K

P

-

P

+

A

X

&

]

( )

l

B

P

&

=

Öl

V

V

B

L

A

B

B

K

(2)

-

X

B

B

K

beschrieben werden. Die Größen  A

PD    und  B

PD    ste-

hen dabei abkürzend für die Beziehungen

D

P

=

1

A

P

+    sign

( ) œßø

X

Ø -

1

P

2

0 2

V

μ

P

(3)

0

A

D

P

=

1

B

P

-    sign

( ) œßø

X

Ø -

1

P

2

0 2

V

μ

P

(4)

0

B

und  beschreiben  die  Druckdifferenzen  über  denSteuerkanten des Ventils.

Wird der Antrieb zur Positionierung einer Masse mverwendet wird zur Beschreibung noch zusätzlich dieDifferentialgleichung

X

1

m

=

&&

[

A

P

-

A

P

-

F

-

F

]

(5)

K

A

A

B

B

Re

ib

Last

für die interessierende Kolbenposition  K

X   benötigt.

Soll statt dessen eine Kraft F auf ein Objekt aufge-bracht werden, kann diese durch die Beziehung

Siemens  Technik Report      Jahrgang 5  Nr.17      Juni 2002

Information / Kommunikation

AF  Re

=

P

AA F

P

(6)

-

A

-

B

B

ib

beschrieben  werden.  Wird  die flächengewichteteDruckdifferenz  in  (5)  bzw.  (6)  als  die  durch  denhydraulischen  Teil  des  Antriebs  auf  den Kolbenwirkende Kraft

AHyd P

A

B

B

A

P

AF    -

=

(7)

ausgegangen werden. Abschließend sollen verschie-dene Realisierungsmöglichkeiten angegeben werden:

a) Vollständiges Stellgesetz

Wird Gleichung (8) bzw. (9) ausgewertet, so ergibtsich das linearisierende und entkoppelnde Stellgesetz

X

f

P

Xf    &

P

P

X

~

=

( ) ( ) [ ] +

X

,

,



+

f

X

,

P

,

P



P

-

P

verstanden, so kann mit Hilfe der Exakten Linearisie-rung und der Forderung

,

,

V

U

K

A

KV X

P

B

V

P

K

A

B

A

B

( )    V

B

wobei die einzelnen Teilfunktionen durch

KU P

P

A



( ) =

B

A

Xf  ,

,

(...