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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

Related People

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. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, werden folgende Maßnahmen vorgeschlagen. Durch nähe- rungsweise Inversion der Ventildynamik werden relativ einfache, nichtlineare Rückführungen von Druck-, Geschwindigkeits- und Positionsmesswerten berechnet, für die nur die Kenntnis des hydraulischen Teils des Antriebes nötig ist und keine Informationen über die mechanischen Verbindungen zwischen dem Hydraulikzylinder und der anzutreibenden Maschine erforderlich sind. Dadurch sind die erforderlichen regelungstechnischen Maßnahmen von der Einbau- anordnung des Hydraulikantriebes unabhängig.

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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� ,

,

(...