Hochdynamische Lageregelung Mit Elektrohydraulischen Antrieben

ISBN-13: 9783540191605 / Niemiecki / Miękka / 1988 / 152 str.

Manfred Egner

Opis

Elektrohydraulische Vorschubantriebe, die meist als Direktantrieb mit einem Servozylinder und einem stetig verstellbaren Ventil dargestellt werden, zeichnen sich durch ein sehr schlechtes Regelverhalten im konventionellen P-Lageregelkreis aus. Grunde hierfur sind die geringe Steifigkeit der Olsaulen im Servozylinder und das stark nichtlineare Verhalten der dynamischen Kennwerte des Antriebes. In dieser Arbeit werden, ausgehend von linearen Regelstrukturen, die im Zustandsraum arbeiten und eine hohe Dynamik in linearisierten Arbeitspunkten ermoglichen, nichtlineare Verfahren untersucht und fur die Anwendung an Vorschubantrieben weiterentwickelt. Die Schwerpunkte lagen dabei sowohl auf der Entwicklung eines nichtlinearen Zustandsreglers fur grosse Parameterunsicherheiten als auch auf der Entwicklung adaptiver Zustandsregelungen fur elektrohydraulische Vorschubantriebe. Mit Hilfe der erarbeiteten Regelalgorithmen konnte die Dynamik im Lageregelkreis elektrohydraulischer Vorschubantriebe um den Faktor 5 bis 10 gegenuber einer konventionellen Lageregelung erhoht werden."

Spis treści

1 Einleitung.- 1.1 Vergleich und Anforderungen an Vorschubantriebe.- 1.2 Aufgabenstellung.- 2 Klassifizierung der Regelsysteme für elektrohydraulische Vorschubantriebe.- 2.1 Stand der Entwicklung bei elektrohydraulischen Antrieben.- 2.2 Einteilung der Regelsysteme.- 2.3 Konzepte zur Realisierung diskreter Regelungen an e1ektrohydrau1i sehen Vorschubantrieben.- 3 Analyse und Mödellbildung der elektrohydraulischen Regelstrecken.- 3.1 Elektrohydraulische Stellglieder.- 3.2 Servozylinder.- 3.2.1 Das nichtlineare Verhalten des Servozylinders.- 3.2.2 Servozylinder als nichtlineares Modell 3. Ordnung.- 3.2.3 Experimentelle Analyse des Servozylinders.- 3.2.3.1 Dynamisches Verhalten.- 3.2.3.2 Statische Analyse.- 4 Auslegung diskreter linearer Zustandsregelungen.- 4.1 Allgemeine Betrachtungen.- 4.2 Auslegung über die Matrix-Riccati-Differenzengleichung.- 4.2.1 Auslegung linearer Zustandsregelungen 3. Ordnung.- 4.2.2 Auslegung linearer Zustandsregelungen 5. Ordnung.- 4.3 Robuste Auslegung linearer Zustandsregelungen.- 4.3.1 Allgemeine Betrachtungen.- 4.3.2 Auslegung eines im Sinne eines Gütekriteriums optimalen Beobachters.- 4.3.3 Vergleich diskreter vollständiger und reduzierter Beobachter.- 4.3.4 Bewertung der Beobachter.- 4.4 Aufbau der elektrohydraulischen Vorschubeinheit für die experimentellen Untersuchungen.- 4.5 Experimentelle Ergebnisse beim Einsatz linearer Zustandsregler.- 4.5.1 Kaskadenstruktur der Zustandsregelung Servoventil-Servozylinder.- 4.5.2 Vollständige Zustandsregelung 5. Ordnung.- 4.5.3 Bewertung und Vergleich.- 5 Robuste Auslegung linearer Zustandsregelungen.- 5.1 Allgemeine Betrachtungen.- 5.2 Robuste Zustandsregelungen für Verzögerungsglieder 2. Ordnung.- 5.3 Vergleich der Auslegungsverfahren auf Robustheit.- 5.4 Robuste Zustandsregelung 3. Ordnung.- 5.5 Robuste Zustandsregelung des Gesamtsystems 5. Ordnung.- 5.6 Bewertung und Vergleich.- 6 Nichtlineare Zustandsregelungen für Regelstrecken mit Parameterunsicherheiten.- 6.1 Theorie zum parameterunempfindlichen Reglerentwurf nach Leitmann.- 6.1.1 Kontinuierlicher Zeitbereich.- 6.1.2 Diskreter Zeitbereich.- 6.2 Diskrete Regelung elektrohydraulischer Stellglieder.- 6.2.1 Servoventil.- 6.2.2 Proportionalventil.- 6.3 Diskrete Regelung elektrohydraulischer Vorschubantriebe.- 6.3.1 Diskrete Zustandsregelung 3. Ordnung.- 6.3.2 Diskrete Zustandsregelung 5. Ordnung.- 6.3.3 Experimentelle Erprobung des parameterunempfindlichen Zustandsreglers.- 6.3.4 Vergleich der robusten mit der parameterunempfindlichen Zustandsregelung.- 7 Regelungen für elektrohydraulische Vorschubantriebe unter Berücksichtigung der nichtlinearen Veränderungen der dynamischen Kenngrößen durch gesteuerte Adaption.- 7.1 Allgemeine Betrachtungen.- 7.2 Bestimmung unbekannter Systemparameter aus Meßdaten.- 7.2.1 Bestimmung der unbekannten Systemparameter aus Meßwerten für ?0H, DH.- 7.2.2 Bestimmung der unbekannten Systemparameter aus Meßwerten für ?0H.- 7.3 Diskrete nichtlineare Systementkopplung.- 7.3.1 Nichtlineares Streckenmodell zur diskreten Entkopplung.- 7.3.2 Nichtlineare Entkopplungsalgorithmen.- 7.3.3 Vergleich der Entkopplungsnetzwerke.- 7.3.4 Einfluß der Ventildynamik auf die Entkopplungsgüte.- 7.3.5 Einfluß der Abtastzeit auf die Entkopplungsgüte.- 7.3.6 Bewertung.- 7.4 Zustandsregelung mit Adaptionskennlinien.- 7.4.1 Lineare Parameteradaption in Abhängigkeit des Kolbenhubes.- 7.4.1.1 Wahl der Stützpunkte.- 7.4.1.2 Adaption der Zustandsregelung 3. Ordnung.- 7.4.1.3 Adaption der kaskadierten Zustandsregelung 5. Ordnung.- 7.4.1.4 Einfluß der Abtastzeit.- 7.4.1.5 Einfluß der Rechengenauigkeit.- 7.4.2 Parameteradaption mit Hilfe von Polynomen.- 7.4.3 Lineare Anpassung der Kreisverstärkung in Abhängigkeit des Ventilaussteuerungsgrades.- 7.4.4 Richtungsabhängige Anpassung der Kreisverstärkung.- 7.4.5 Bewertung und Vergleich.- 8 Diskrete nichtlineare Regelungen unter Berücksichtigung nichtlinearer Kennlinien und Störgrößen.- 8.1 Störgrößenbeobachtung und -Kompensation.- 8.1.1 Einfluß von Störgrößen auf den Zustandsbeobachter.- 8.1.2 Zustands- und Störgrößenbeobachter für den Servozylinder.- 8.1.3 Zustands- und Störgrößenbeobachter für das Servoventil.- 8.2 Kompensation der Störeinflüsse auf das Servoventil.- 8.3 Berücksichtigung der hydraulischen Nullpunktdrift von Ventilen.- 8.3.1 Kompensation der Drift über die Stellgröße.- 8.3.2 Beeinflussung des Lagesollwertes.- 8.3.3 Experimentelle Ergebnisse und Vergleich der Verfahren.- 8.4 Berücksichtigung der Totzone von Ventilen.- 8.4.1 Inverse Totzone im Regelkreis.- 8.4.2 Beeinflussung des Sollwertes für die Ventilschieberposition.- 8.4.3 Betrachtung der Totzone als Störgröße.- 8.4.4 Bewertung und Vergleich.- 8.5 Einfluß der Haftreibung auf das Verhalten im geschlossenen Regelkreis.- 8.6 Diskrete Zustandsregelung unter Berücksichtigung von Begrenzungen.- 8.6.1 Begrenzung der Beschleunigung des Servozylinders.- 8.6.2 Begrenzung der Steuerschiebergeschwindigkeit des Servoventils.- 8.7 Bewertung.- 9 Zusammenfassung.- Schrifttum.