DE3411651C1 - Regelanordnung fuer den Gleichlauf mehrerer Antriebe - Google Patents

Regelanordnung fuer den Gleichlauf mehrerer Antriebe

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    • G05B2219/41192—Compensation for different response times, delay of axis

Description

a) ein Positionsregler (13, 23). dem vom zugehörigen Vergleicher (12, 22) die abhängig von der Sollv/ert-Verstellgeschwindigkeit in einem Integrierglied (11) ermittelte Sollwertposition aller Antriebe als Führungsgröße und die Istwertposition des zugehörigen Antriebes (10,20) zugeführt wird,
b) ein Verstärkungsnetzwerk (16, 26), dem die Sollwertgeschwindigkeit zugeführt wird und von dem die durch das Übertragungsverhalten des Stellgliedes und des zugehörigen Antriebes bedingte zeitliche Verzögerung kompensiert wird, und
c) ein Additionsgliod (17,27; 19,29) zwischen dem Positionsregler und dem Stellglied des Antriebes zum Aufschalten des Ausgangssignals des Verstärkungsnetzwerks (16,26) auf die dem Antrieb zuzuführende Stellgröße.
2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Verstärkungsnetzwerks so gewählt wird, daß die Differenz zwischen der Position des Antriebes und der Sollwertposition des Antriebs minimal wird.
3. Regelanordnung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Positionsregler (13, 23) und dem Additionsglied (17, 27) jeweils ein Geschwindigkeitsregler (15, 25) mit einem Vergleicher (14, 24) angeordnet ist, dem als Istwert die Geschwindigkeit des jeweiligen Antriebes, als Führungsgröße die für alle Antriebe gemeinsame Sollwert-Geschwindigkeit und das Ausgangssignal des jeweiligen Positionsreglers zugeführt werden.
4. Regelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Verstärkungsnetzwerks so gewählt wird, daß die Differenz zwischen der Verstellgeschwindigkeit des Antriebes und dem Eingangssignal des Geschwindigkeitsreglers minimal wird.
Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung für den Gleichlauf mehrerer Antriebe, insbesondere für den Gleichlauf von hydraulischen Zylindern, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Bei einer derartigen Regelanordnung wird die Istwert-Verstellgeschwindigkeit eines Führungsantriebes von der gewünschten Sollwert-Geschwindigkeit in dem Vergleichcr subtrahiert i-nd die Geschwindigkeitsdifrerenz dem Geschwindigkeitsregler des Führungsantrie bes zugeführt. Der Geschwindigkeitsregler erzeugt ein Stellsignal für den Führungsanirieb. das dem Führungsantrieb unmittelbar aufgeschaltet wird, während es den Folgeantrieben jeweils nach Addition einer zusätzlichen Stellgröße aufgeschaltet wird. Die Stellgröße wird für alle Folgeantriebe in einem Gleichlaufregler aus dem Diffcrenzsignal der Istwert-Pcsitioncn der einzelnen Antriebe ermittelt. Die !stwertpositionen der Antriebe werden jeweils von einem Integrierglied aus den Ist wert-Verstellgcschwindigkeiten der Antriebe ermittelt. Die bekannte Gleichlaufregelung weist verhältnismäßig große Ungenauigkeitcn auf. Dies gilt insbesondere beim Gleichlauf hydraulischer Zylinder, die grundsätzlich irgendwelche Schleppfehler aufweisen, so daß die bd- kannte Regelanordnung zu sehr ungleichmäßiger Belastung zwischen dem Führungszylinder und den Folgezylindern führen kann.
Zum Synchronisieren zweier Antriebe, insbesondere Kranmotoren, ist es auch bekannt (DE-OS 29 24 070).
aus den Drehzahlistwerten der Motoren ein Differenzsignal zu bilden und dieses dem Sollwertdrehzahlsignal für einen der Antriebe zu überlagern, dessen Drehzahl somit so weit verringert wird, bis sie gleich der Drehzahl des langsameren Antriebes ist. Bei einer solchen Dreh zahlregelung ist grundsätzlich der Gleichlauf mit einem Synchronfehler behaftet, da das Überlagerungssignal nur bei einer vorhandenen Regelabweichung der Drehzahlen beider Antriebe gebildet wird.
Bei einer bekannten Gleichlaufsteuerung für Ketten-
räder einer Holzbearbeitungsmaschine (DE-OS 26 30 433) weist jeder Antrieb einen Drehzahlregelkreis aut. der jeweils an einen gemeinsamen Sollwertgeber angeschlossen ist. Ferner wird die Position der beiden Kettenräder von Istwertgebern erfaßt und in einem Po sitionsvergleicher ein Korrekturwert erzeugt, der den Istwert-Sollwert-Vergleichern jedes Drehzahlregelkreises zugeführt wird. Es wird also eine unterschiedliche Position nur zur Korrektur der Drehzahl-Stellgröße verwendet.
Bei einer bekannten Folgeregelung (DE-OS 24 16 478) soll ein Gleichlauf zwischen einem auf einem Wagen angeordneten Trennwerkzeug und einem vorbeiiaufenden Profilstrang erzielt werden. Hierzu wird ein die Profilgeschwindigkeit darstellendes Signal in ei nem Tachogenerator erzeugt. Aus der Geschwindig keitsdifferenz zwischen dem Wagen und dem Profil wird in einem PI-Regler ein Signal gebildet, das mit dem Tachogeneratorsignal "ereinigt und dann dem Stellglied des Wagenantriebes zugeführt wird. Um den Gleichlauf schneller zu erreichen, besitzt der Regler einen integrierenden Anteil, der nur während der Zeit eingeschaltet wird, in der der Gleichlauf erreicht werden soll, und dessen Integrationssignal dem Stellsignal hinzuaddiert wird.
Die bekannten Regelanordnungen weisen grundsätzlich ein proportionales Verhalten auf, wobei zum Ausgleich von Gleichlaufunterschieden mehr oder weniger große Integrationsanteile aufgeschaltet werden. Insbesondere bei Beschleunigungen oder Verzögerungen, aber auch bei sich verändernden Beiriebsparamctern, z. B. der Zylinderreibung, treten aber stets Regelabweichungen auf.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß eine sehr genaue und unempfindliche Gleichlaufregelung, insbesondere beim Gleichlauf mehrerer hydraulischer Zylinder erzielt wird. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Pa-
lentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Rcgelanordnungen weisen für alle Antriebe den gleichen Aufbau auf, es wird also nicht mehr zwischen Führungsantrieb und Folgeantrieben unterschieden.
Während die bekannte Gleichlaufregelung bereits einen Glcichlauffchlcr aufweist, wenn die Sollwcrt-Gcschwindigkeit konstant gewählt wird, liefert die erfindungsgemäße Gleichlaufregelung einen Nullwert für den Gleichlauffchlcr, wenn die Störungen der einzelnen Regelkreise konstant sind und auch dann, wenn die Sollwert-Geschwindigkeit gleichmäßig beschleunigt wird, wenn also Geschwindigkeitsrampen gefahren werden sollen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in
Fig. 1 eine Regelanordnung mit Positions- und Geschwindigkeitsregler je Achse und in
F i g. 2 eine Regelanordnung mit einem Positionsregler je Antrieb schematisch dargestellt ist.
Im Blockschaltbild der Fig. 1 sollen die Antriebe 10 und 20 im Gleichlauf verfahren werden. Vorzugsweise handelt es sich um hydraulische Zylinder, denen Druckmittel von einem Mehrwege-Proportionalventil als Stellglied zugeführt wird. Das zum Antrieb 10 bzw. 20 zugehörige Stellglied ist im einzelnen nicht dargestellt. Wird das Stellglied mit einer Spannung U\ angesteuert, so führt der Antrieb 10 eine Bewegung mit einer Verstellgeschwindigkeit Vi aus, die den Istwert der Verstellgeschwindigkeit darstellt.
Als FührungsgröBe wird in die Regelanordnung die Soll-Geschwindigkeit V1 eingegeben. Diese Größe kann während des Verstellvorgangs veränderlich sein. Aus der Führungsgröße Vs wird in einen Integrierglied 11 eine weitere Führungsgröße, nämlich die Sollwert-Position Ws der Antriebe ermittelt. Beide Führungsgrößen V5 und Ws werden der Regelanordnung für den Antrieb 10 und der Regelanordnung für den Antrieb 20 zugeführt.
Jede Regelanordnung ist gleich aufgebaut und besteht aus einem Vergleicher 12, einem Positionsregler 13. einem weiteren Vergleicher 14, einem Geschwindigkeitsregler 15, einem Verstärkungsnetzwerk 16, einem Vergleicher 17 und einem Integrierglied 18.
Die Regelanordnung für den Antrieb 20 besteht aus den gleichen Elementen, nämlich aus den Vergleichern 22, 24 und 27, sowie einem Positionsregler 23, einem Geschwindigkeitsregler 25, einem Verstärkungsnetzwerk 26 und einem Integrierglied 28.
Bei dem Integrierglied 18 bzw. 28 handelt es sich um einen Bestandteil des jeweiligen Antriebes und nicht der Regelanordnung, das dieses Integrierglied die Istwert-Geschwindigkeit V zu der Istwert-Position V des Antriebes aufintegriert. Es stellt lediglich den physikalischen Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit V und der Position Veiner beliebigen Bewegung dar.
Der Vergleicher 12 erhält die Sollwertposition VV, und die Istwertposition Y1 des Antriebs, die in dem Integrierglied 18 aus der Verstellgeschwindigkeit V| des Antriebes ermittelt wird. Die Istwertposition V, wird von der Sollwertposition VV, subtrahiert und die Differenz c 1 wird dem Positionsregler 13 zugeführt, der daraus das Signal UP\ erzeugt.
In dem Vcrglcichcr 14 wird durch Addition des Ausgiingssignalcs UP\ und d'jr Sollwert-Geschwindigkeit V, und durch Subtraktion dor Istwcri-Vcrstcllgcschwindigkeit Vi ein Eingangssignal für den Geschwindigkeitsregler 15 erzeugt.
Der Geschwindigkeitsregler liefert ein Stcllsignal UV\, zu dem im Vergleicher 17 das vom Verstärkungsnetzwerk 16 modifizierte Sollwcrtgeschwindigkcitssignal addiert und dann als Spannung U\ dem Stellglied des Antriebs 10 zugeführt wird.
Das Rcgelverhaltcn des Positionsreglers 13. des Geschwindigkeitsregler* 15 und des Vcrstärkupgsnct/wcrkes 16 müssen so bestimmt werden, daß die Regelung ein möglichst gutes Gesamtergebnis liefert. Dabei können der Positionsreglcr 13 und Geschwindigkeitsregler
ίο 15 nach üblichen Methoden ausgewählt werden. Vorzugsweise ist der Positionsrcgier 13 ein Proportional-Differenzierregler und der Geschwindigkeitsregler 15 ein Proportional-Inlegral-Differenzierregler. Dies gilt insbesondere für Antriebe mit linearem Verhalten, wo· bei die Dynamik aller Antriebe durch entspre.nende Reglerbestimmung möglichst identisch gemacht werden sollte.
Das Verstärkungsnetzwerk 16 soll dagegen ein inverses Übertragungsverhalten im Vergleich zum zugehörigen Antrieb 10 einschließlich Stellglied aufweisen. Das vom Verstärkungsnetzwerk 16 gelieferte modifizierte Sollwert-Geschwindigkeitssignal soll die Stellgröße UV\ des Geschwindigkeitsreglers 15 in einem überproportionalen Maße derart verändern, daß die Reaktion des Stellgliedes und damit des Antriebes beschleunigt wird. Ist also die Übertragungsfunktion des Verstärkungsnetzwerkes 16 im Idealfall invers, also umgekehrt proportional zum Produkt der Übertragungsfunktionen des Stellgliedes und des Antriebes, so ist ein ideales Führungsverhalten gewährleistet.
Ist diese Bedingung erfüllt, so wird der statische Fehler der Ausgangsgröße e 1 des Vergleichers 12 bei konstanter Sollwertgeschwindigkeit V5 zu Null und wird ein idealer Gleichlauf gewährleistet. Dies gilt bereits dann, wenn der Geschwindigkeitsregler 15 keinen Integrieranteil besitzt, wenn es sich also um einen PD-Regler handelt.
Besitzt der Geschwindigkeitsregler 15 einen Integrieranteil, so wird auch der statische Fehler e 1 für einen Sollwert-Geschwindigkeit mit gleichmäßiger Beschleunigung zu Null.
Die erläuterte Regelanordnung, die für jeden einzelnen Antrieb in gleicher Weise aufgebaut ist und arbeitet, ermöglicht einen störunempfindlichen Gleichlauf aller Antriebe, wobei jeder Antrieb unabhängig von der anderen geregelt wird. Durch entsprechende Einstellung der Regler 13, 15 und 16 kann für jeden einzelnen Antrieb eine weitgehend identische Dynamik des Regelkreises erzielt werden, so daß die einzelnen Antriebe wesentlich gleichmäßiger belastet sind.
Sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Gleichlaufregelung nicht allzu hoch, so kann auch eine vereinfachte Form gewählt werden, die ohne Geschwindigkeitsregler arbeitet. Ein Blockschaltbild ist in F i g. 2 dargestellt, bei dem gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 2 wird im Integricrglied 11 wiederum aus der Sollwert-Verstellgeschwindigkeit V4 für den Antrieb 10 die Sollwert-Position W, gebildet, von der im Vergleicher 12 die aus der Verstel!-
f>o geschwindigkeit V, des Antriebs 10 im Integrierglied 18 ermittelte Istwertposition subtrahiert wird, worauf im Positionsreglcr aus dem Eingangssignal c 1 ein Ausgangssignal gebildet wird, das dem Vcrglcicher 19 zugeführt wird. 7x\ diesem Ausgnngssignal wird das im Vcr-
6-> Miirkungsnetzwerk 16 modifizierte Sollwert-Geschwindigkcitssignal V, addiert. Das auf diese Weise gebildete Signal lh steuert das Stellglied des Antriebs 10 an. Das Vcrstiirkungsnctzwerk 16 weist auch hier ein inverses
Übertragungsverhalten zum Stellglied und Antrieb auf. Zur Vereinfachung kann das inverse Übertragungsverhalten durch eine statische Verstärkung des Verstärkungsnetzwerks 16 angenähert werden, die dem Mehrwert der Verstärkung des Stellgliedes und des Antriebes ·> entspricht. Auch mit dieser Regelanordnung läßt sich eine der üblichen Gleichlaufregelung überlegene Genauigkeit erzielen, wenn auch der statische Fehler d?r Eingangsspannung el für den Positionsregler 13 bei einer konstant vorgegebenen Soilwert-Geschwindigkeit V, nicht mehr Null ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
15
20
25
30
35 '
40
50
55
60
65

Claims (1)

11 651 Patentansprüche:
1. Regelanordnung für den Gleichlauf mehrerer Antriebe, insbesondere für den Gleichlauf von hydraulischen Zylindern, mit einer Einstellung für die Wahl der zeitlich veränderlichen Verstellgeschwindigkeit der Antriebe, einem Vergleicher, dem eine Führungsgröße und die jeweilige Regelgröße zugeführt werden, einem Regler zum Erzeugen einer Stellgröße und mit einem den Antrieb betätigenden Stellglied, insbesondere ein Mehrwege-Proportionalventil, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Antrieb vorgesehen ist:
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