DE3732220A1

DE3732220A1 - Device for controlling the position of a hydraulic advancing drive, in particular a hydraulic press or punch

Info

Publication number: DE3732220A1
Application number: DE19873732220
Authority: DE
Inventors: Roderich Dipl Ing Baisch; Wolfgang Dr Ing Papiernik; Elfriede Dipl Ing Schnoes
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1989-04-13

Abstract

The cylinder-piston arrangement of a hydraulic press or punch is described by the series connection of a PT2 element (6) and an integral element (5) which together constitute a controlled system (S) which is assigned the volume flow (q) of the hydraulic fluid as an input variable and the position (x) of the press or punch as an output variable. The controlled system (S) has connected upstream of it a technically extremely uncomplicated PT1 element as actuating element (SG) which has a corner frequency which is lower than the corner frequency of the PT2 element (6) of the controlled system (S). As a result, an uncritical position control can be achieved by means of a customary controller (R1). In order, nevertheless, to ensure a high control quality, a model (M) of the fault-free control circuit (RK) is provided whose reference position (xM) is compared with the actual position (x), the resulting difference correcting the input signal for the actuating element (SG) by means of an integrator (R2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Lage eines hydraulischen Vorschubantriebs, insbesondere einer Presse oder Stanze über ein den Volumenstrom der Hydraulikflüs sigkeit einer Zylinder-Kolben-Anordnung beeinflussendes Stell glied.The invention relates to a device for regulating the Location of a hydraulic feed drive, especially one Press or punch via a volume flow of the hydraulic flows Acting influence of a cylinder-piston arrangement element.

Bei handelsüblichen hydraulischen Pressen oder Stanzen wird deren Lage, d.h. der Abstand zwischen Ober- und Unterwerkzeug, durch offene Steuerketten mit mechanischen oder elektronischen Nocken steuerwerken, die auf die Zylinder-Kolben-Anordnung einwirken, dem Betrieb angepaßt. Regeleingriffe werden weitgehend manuell durch den Bediener vorgenommen. Dadurch ergeben sich relativ lange Einricht- und Umrüstzeiten, und Störungen, wie Temperatur drift und Offset, werden nicht selbsttätig ausgeregelt.In the case of commercially available hydraulic presses or punches, their Location, i.e. the distance between the upper and lower tool open timing chains with mechanical or electronic cams control units that act on the cylinder-piston arrangement, adapted to the company. Control interventions are largely manual made by the operator. This results in relative long set-up and changeover times, and malfunctions such as temperature drift and offset are not automatically corrected.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einer ausgesprochen ein fachen Regelungsstruktur eine Lageregelung bei Presse oder Stan ze, möglich ist.The object of the invention is to provide a device of the beginning mentioned type so that with a pronounced one fold control structure a position control at press or Stan ze, is possible.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der durch die Zylinder-Kolben-Anordnung vorgegebenen Regelstrecke, deren Eingangsgröße die Druckmittelmenge und deren Ausgangsgröße als Regelgröße die Lage ist, ein Stellglied zum Steuern des Druckmittelflusses zugeordnet ist, das PT₁-Verhalten mit einer Eckfrequenz aufweist, die geringer als die Eckfrequenz des PT₂- Gliedes der die Regelstrecke beschreibenden Reihenschaltung eines PT₂-Gliedes und eines I-Gliedes ist, und daß eine von einem Regler entsprechend der Regelgröße und dem Lagesollwert ermittelte Stellgröße für das Stellglied um den integralen Anteil der Differenz zwischen der tatsächlichen Regelgröße und der anhand eines Modells des ungestörten Regelkreises ermittel ten idealen Regelgröße korrigiert wird.According to the invention, this object is achieved in that the control path predetermined by the cylinder-piston arrangement, the input variable of the pressure medium quantity and the output variable as the control variable, is assigned an actuator for controlling the pressure medium flow, the PT ₁ behavior with a Has a corner frequency that is lower than the corner frequency of the PT ₂ element of the series connection of a PT ₂ element and an I element that describes the controlled system, and that a manipulated variable for the actuator around the integral determined by a controller in accordance with the controlled variable and the position setpoint Proportion of the difference between the actual controlled variable and the ideal controlled variable determined using a model of the undisturbed control loop is corrected.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Show:

Fig. 1 die regelungstechnische Struktur einer hydraulischen Presse und Fig. 1 shows the control structure of a hydraulic press and

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Gesamteinrichtung. Fig. 2 is a block diagram of the overall device.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die regelungstechnische Struk tur der Zylinder-Kolben-Anordnung einer hydraulischen Presse ge zeigt, die in ihrer Gesamtheit eine Regelstrecke S (gestrichelt dargestellt) ergibt. Dem Zylinder wird dabei eingangsseitig ein Volumenstrom q eines Druckmittels zugeführt, wobei dieser Volu menstrom entsprechend einer Steuerspannung u über ein Stellglied SG (auf dessen Dimensionierung im folgenden noch eingegangen wird) einstellbar ist.In the illustration of FIG. 1 is the control engineering structural structure of the cylinder-piston arrangement shows a hydraulic press ge that a controlled system S (shown in phantom) in its entirety is obtained. A volume flow q of a pressure medium is supplied to the cylinder on the input side, this volume flow being adjustable according to a control voltage u via an actuator SG (the dimensioning of which will be discussed below ).

Der Volumenstrom q ergibt im Zylinder einen Druck, genau gesagt einen Differenzdruck p, wobei diese Beziehung integralen Charak ter aufweist, wie dies durch ein Übertragungsglied mit Integral verhalten dargestellt ist. Die Druckmittelrückströmungsverluste an den Zylinderwandungen sind durch ein rückkoppelndes Übertra gungsglied 2 mit Proportionalverhalten berücksichtigt. Der Druck p im Zylinder bewirkt eine der Fläche des Kolbens proportionale Kraft, die den Zylinder beschleunigt. Diese Kraft wird jedoch durch Störgrößen f _z, z.B. Reibungskräfte, reduziert. Die im Endeffekt resultierende Kraft verleiht dem Kolben eine Geschwin digkeit v gemäß einer integralen Funktion, wie dies im Block schaltbild durch ein Übertragungsglied 3 mit Integralverhalten dargestellt ist.The volume flow q results in a pressure in the cylinder, to be precise a differential pressure p , this relationship having an integral character, as is shown by a transmission element with an integral behavior. The pressure medium backflow losses on the cylinder walls are taken into account by a feedback transmission member 2 with proportional behavior. The pressure p in the cylinder causes a force proportional to the area of the piston, which accelerates the cylinder. However, this force is reduced by disturbance variables f _z , for example friction forces. The resultant force gives the piston a speed v according to an integral function, as shown in the block diagram by a transmission element 3 with integral behavior.

Abhängig von der Geschwindigkeit v des Kolbens erfolgt eine Druckentspannung des Druckmittels und dies wird im Blockschalt bild durch das proportionale rückkoppelnde Übertragungsglied 4 berücksichtigt. Depending on the speed v of the piston, the pressure medium is depressurized and this is taken into account in the block diagram by the proportional feedback transmission element 4 .

Der aus den bekannten Bewegungsgleichungen resultierende inte grale Zusammenhang zwischen Lage x und Geschwindigkeit v findet dann seinen Niederschlag im Integralverhalten eines an den Aus gang des Übertragungsgliedes 3 geschalteten Übertragungsglied 5, an dessen Ausgang als Ausgangsgröße der Anordnung die Lage des Kolbens, d.h. die Lage x der Presse ansteht. Die Parameter der Übertragungsglieder 1 bis 4 sind für jede Zylinder-Kolben-An ordnung konstruktiv bedingt und können relativ einfach durch Versuche bestimmt werden.The integral relationship between position x and speed v resulting from the known equations of motion is then reflected in the integral behavior of a transmission element 5 connected to the output of the transmission element 3 , at the output of which the output of the arrangement is the position of the piston, ie the position x of the Press coming. The parameters of the transmission elements 1 to 4 are due to design for each cylinder-piston arrangement and can be determined relatively easily by experiment.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist die Regelstrecke S gemäß Fig. 1 in Form einer Reihenschaltung eines Übertragungsgliedes 6 mit PT₂-Verhalten und des Übertragungsgliedes 5 mit Integralverhal ten zusammenfassend dargestellt.In the illustration according to FIG. 2, the control path S 1 of a series circuit of a transmission link 6 with PT is shown in Fig. ₂ in the form of behavior and of the transmission member 5 with Integralverhal th summarized.

Zum Ausregeln der Störgröße f _z wird die Lage x als Ausgangsgröße der Regelstrecke S, d.h. für den Regelkreis als Regelgröße, mit einer Soll-Lage x _s verglichen und einem Reglerglied Rl mit PT₁- Verhalten zugeleitet. Von diesem wird ein Ausgangssignal gene riert, das ein erstes Stellsignal für das Stellglied SG darstellt. Dieses weist eine Eckfrequenz auf, die größer ist als die Eck frequenz des mit PT₂-Verhalten behafteten Übertragungsgliedes 6 der Regelstrecke S. Damit wird sichergestellt, daß die gesamte Anordnung ein stabiles Regelverhalten aufweist und gleichzeitig wird als besonderer Vorteil erreicht, daß die Verwendung eines relativ langsamen und damit besonders kostengünstigen Stellglied SG möglich ist.To correct the disturbance variable f _z , the position x as the output variable of the controlled system S , ie for the control loop as the controlled variable, is compared with a target position x _s and fed to a controller element R1 with PT ₁ behavior. From this an output signal is generated which represents a first control signal for the actuator SG . This has a corner frequency that is greater than the corner frequency of the transmission element 6 afflicted with PT ₂ behavior of the controlled system S. This ensures that the entire arrangement has a stable control behavior and at the same time it is achieved as a particular advantage that the use of a relatively slow and therefore particularly inexpensive actuator SG is possible.

Um aber dennoch das Regelverhalten der Gesamtanordnung auch relativ hohen Güteanforderungen hinsichtlich der stationären Ge nauigkeit genügen zu lassen, ist ein Modell M des ungestörten Regelkreises RK (gestrichelt angedeutet) aus Regelstrecke S, Stellglied SG und Reglerglied Rl in die Anordnung so geschaltet, daß dieses Modell M mit der Soll-Lage x _s beaufschlagt wird und daß eine für ungestörten Betrieb vom Modell M ermittelte Lage x _m mit der resultierenden Lage x verglichen wird. Das Vergleichs ergebnis wird einem Reglerglied R 2 mit Integralverhalten zuge führt und dessen Ausgangssignal bildet ein zweites Stellsignal für das Stellglied SG. Das zweite Stellsignal stellt insofern ein Korrektiv für das erste Stellsignal dar.However, in order to still allow the control behavior of the overall arrangement to meet relatively high quality requirements with regard to the stationary accuracy, a model M of the undisturbed control circuit RK (indicated by dashed lines) comprising the control system S , the actuator SG and the control element Rl is switched into the arrangement in such a way that this model M is subjected to the target position x _s and that a position x _m determined for undisturbed operation by the model M is compared with the resulting position x . The comparison result is a controller element R 2 with integral behavior and the output signal forms a second control signal for the actuator SG . The second actuating signal thus represents a corrective for the first actuating signal.

Claims

Device for controlling the position of a hydraulic feed drive, in particular a press or punch, via an actuator influencing the volume flow of the hydraulic fluid in a cylinder-piston arrangement, characterized in that the control path ( S ) given by the cylinder-piston arrangement, whose input variable is the pressure medium quantity ( q ) and whose output variable is the position ( x ) as a control variable, an actuator (SG) for controlling the pressure medium flow is assigned, the PT ₁ behavior with a corner frequency that is lower than the corner frequency of the PT ₂ - element ( 6 ) of the controlled system ( S ) describing series circuit of a PT ₂ element ( 6 ) and an I element ( 5 ), and that one of a controller (Rl) according to the controlled variable ( x ) and Position setpoint ( x _s ) determined manipulated variable for the actuator (SG) by the integral part of the difference between the actual controlled variable ( x ) and that based on a model ( M ) of the undisturbed rten control circuit (RK) computed ideal controlled variable (x _M) is corrected.