Positionsregelung für einen doppelt wirkenden hydraulischen Motor

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Positionsregelung für einen doppeltwirkenden hydraulischen Motor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Eine solche Positionsregelung ist bekannt aus Bild 1 auf Seite 5 Band 2 der Beiträge zum Fachgebiet Hydraulik des 3. Aachener fluidtechnischen Kolloquiums (14.-16.3.78). Die dafür vorgesehene Steuereinrichtung sieht eine Rückführung von hydraulischen und mechanischen Größen sowie die Aufnahme von äußeren Steuersignalen vor, um die üblichen Fehlersignale zu erzeugen, über die die Vorsteuerventile gesteuert werden. Zu den in die Steuereinrichtung zurückgeführten Werten kann auch die Geschwindigkeit des beweglichen Arbeitsgliedes des hydraulischen Motors, ebenso wie ein die Stellung dieses Arbeitsgliedes repräsentierendes Signaol gehören.

[0003] Ferner ist eine Positionsregelung für hydraulische Motoren bekannt, bei der eine hydraulische Brückenschaltung vorgesehen ist, die einen druckseitigen und einen Ablaufseitigen Anschluß besitzt und deren Diagonalpunkte mit je einem Druckraum des Kolbens des hydraulischen Motors verbunden sind. Die in den vier Zweigen der Brückenschaltung vorhandenen Brückenventile sind hydraulisch ansteuerbar, und zwar mit Hilfe von zwei Magnetventilen. Diese sind jeweils einer gemeinsamen Steuerdruckleitung für einander gegenüberliegende Brückenventile zugeordnet (vgl. DD-A-131 870). Auch diese bekannte Anordnung weist einen Stellungs-Ist-Wert-Fühler und einen Stellungs-Soll-Wert-Fühler für das Arbeitsglied des hydraulischen Motors auf. Den elektromagnetischen Ventilen sind Treiberkreise zugeordnet, die über einen Komparatorkreis gesteuert werden. Solche Positionsregelungen mit Hilfe von durch Feder und durch steuerbaren Druck in die Schließstellung vorgespannte 2-Wege-SitzVentile besitzen über Positionsregelungen mit Schieberventilen den Vorteil, daß sie wesentlich weniger empfindlich gegenüber Verunreinigungen im hydraulischen Druckmittel sind. Auch ist ein stoßfreier Regelungsbetrieb mit solchen Schieberventilen sehr schwierig insb. dann, wenn der doppelwirkende hydraulische Motor gegen große Lasten arbeiten muß. Dabei tritt zusätzlich das Problem auf, daß eine großen Lasten genügende Anordnung zu träge arbeitet. Diese Nachteile hat eine Positionsregelung mit 2-Wege-Sitzventilen nicht. Allerdings besteht hier die Gefahr, daß bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten beim Ein- und Ausschalten der Sitzventile unerwünscht hohe Drücke entstehen. Bei mechanischem System mit hoher Trägheit können Instabilitäten in der Positionsregelung auftreten, so daß die gewünschten Positionen nicht mit der ausreichenden Genauigkeit angefahren werden können.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung die Positionsregelung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des hydraulischen Fluids und hoher Trägheit der bewegten Massen ein instabiles Verhalten der Positionsregelung ausgeschlossen und so eine besonders hohe Regelungsgenauigkeit erzielt wird, so daß die Regelung auch für einen geschlossenen Strömungsmittelkreislauf mit außerordentlich flexiblen Funktionen geeignet ist.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Da jedem 2-Wege-Sitzventil ein eigener Treiberkreis zugeordnet ist, lassen sich die Treiberkreise der beiden Sitzventil-Paare über die angegebenen unterschiedlichen Signale besonders zuverlässig und exakt ansteuern, so daß trotz hoher Strömungsgeschwindigkeit für das Hydraulikfluid keine unerwünscht hohen Drücke und damit Instabilitäten entstehen können. Die Soll-Positionen lassen sich damit auch bei trägen mechanischen Systemen mit hoher Genauigkeit und außerordentlich rasch und flexibel ansteuern.

[0006] Das Auftreten von Strömungskurzschlüssen innerhalb des Systems wird durch die weiteren Maßnahmen nach Anspruch 2 zuverlässig ausgeschaltet. Eine weitere Steigerung der Regelungsgenauigkeit und eine völlig stoßfreie Ansteuerung der gewünschten Positionen läßt sich durch die Maßnahmen nach Anspruch 3 erreichen. Insbesondere läßt sich durch die Modulierung erreichen, daß die Treiberkreispaare nicht gleichzeitig, sondern nacheinander angesteuert werden (Anspruch 4). Hierdurch wird zuverlässig ein gleichzeitiges Öffnen von Sitzventilen, die unterschiedlichen Sitzventil-Paaren zugeordnet sind, vermieden. Dadurch vereinfacht sich auch die erforderliche Druckregelung. Durch das phasenverschobene Arbeiten der Treiberkreispaare wird außerdem der Spitzenbedarf für die Kraftzuspeisung verringert. Einzelheiten hierzu enthält der Anspruch 5.

[0007] Maßnahmen zur weiteren Beeinflussung von außen der jeweiligen korrigierten Fehlersignale beinhalten die Ansprüche 6 bis 10.

[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

[0009] Es zeigen :

Figur 1 ein vereinfachtes schematisches Diagramm der Positionsregelung gemäß der Erfindung und

Figur 2 ein schematisches Schaltblockdiagramm der zugehörigen Steuereinrichtung.

[0010] Dem doppeltwirkenden Zylinder 10 nach Fig. 1 ist die Ventileinrichtung 12 zugeordnet, über die der Zylinder mit einer Druckmittelquelle (Pumpe 14) und einem Sumpf 16 verbunden ist. Dem hydraulischen Arbeitszylinder ist ein seine Position rückmeldender Fühler 18 zugeordnet, der gemäß den Angaben in der US-A-3 726 191 ausgebildet sein kann.

[0011] Die Ventileinrichtung 12 für die beiden Betätigungs-Richtungen des Hydraulikzylinders 10 umfaßt mehrere durch Feder 110 und steuerbaren Druck in die Schließs.tellung vorgespannte 2-Wege-Sitz-Ventile 20a-20d. Von diesen sind für jede Betätigungsrichtung jeweils ein Sitzventil der von der Druckquelle 14 kommenden Speiseleitung und ein anderes der zum Sumpf 16 führenden Ablaufleitung zugeordnet. Die beiden Arbeitskammern des hydraulischen Zylinders 10 sind mit 11 bzw. 13 bezeichnet. Das Sitzventil 20a liegt zwischen der Druckmittelquelle 14 und der Arbeitskammer 11, das Sitzventil 20b zwischen dem Sumpf 16 und der Arbeitskammer 11, das Sitzventil 20c zwischen der Arbeitskammer 13 und dem Sumpf 16 und das Sitzventil 20d zwischen der Druckmittelquelle 14 und der Kammer 13. Ein erstes Rückschlagventil 22 verhindert eine Strömung zwischen der Arbeitskammer 11 in Richtung auf das Sitzventil 20a. Ein zweites Rückschlagventil 24 verhindert eine Strömung von der Arbeitskammer 13 zu dem Sitzventil 20d.

[0012] Jedem der Sitzventile sind Vorsteuerventile 100, 102 zugeordnet, die jeweils eine elektromagnetische Betätigungsspule 21a bis 21d aufweisen. Die beiden 2-Wege-Sitzventil-Paare 20a, 20b bzw. 20c, 20d sind jeweils direkt mit einer der Arbeitskammern 11, 13 des hydraulischen Zylinders 10 verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß jedes Sitzventil eine proportionale Arbeitsweise zeigt. Den Vorsteuerventilen sind Schließfedern 102 zugeordnet, welche in Richtung auf ein Sperren der Öffnung 104 wirksam sind. Wird die Öffnung 104 freigelegt tritt über dem Kanal 106 des Ventilkörpers 108 eine Druckdifferenz auf. Dieser verschiebt sich somit gegen die Vorspannung der Feder 110 von seinem Ventilsitz 112 und zwar proportional der an der elektromagnetischen Wicklung angelegten Energie.

[0013] Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 30 zur Steuerung des veränderbaren Vorspanndruckes für die 2-Wege-Sitz-Ventil-Paare vorgesehen. Dieser ist der Ist-Stellungsfühler 18 sowie ein Soll-Wert-Stellungsgeber 28, ein Komparatorkreis sowie Treiberkreise 80a-80d für die elektromagnetischen Spulen 21a-21d der Vorsteuerventile 100, 102 zugeordnet. Das Stellungs-Ist-Wert-Signal ist in Fig. 2 mit X, das Stellungs-Soll-Wert-Signal mit C bezeichnet. Das Ist-Wert-Signal der Stellung des Arbeitsgliedes des hydraulischen Zylinders wird der Steuereinrichtung 30 über einen Trennverstärker 32 mit Einheitsverstärkungsfaktor zugeführt. Das Ist-Wert-Signal gelangt zu einem Differentiator 34 und wird durch den Inverter 36 mit einem Verstärkungsfaktor von etwa -0,6 verstärkt. Das Signal vom Trennverstärker 32 und das Signal vom Soll-Wert-Stellungsgeber 28 gelangen zu dem arithmetischen Glied 38. Das Fehlersignal E am Ausgang dieses Gliedes wird von dem Verstärker 40 mit einem Verstärkungsfaktor von annähernd 2,0 verstärkt und durch den Inverter 42 (ein Umkehrverstärker mit Einheitsverstärkungsfaktor) umgekehrt. Das entstehende Signal - E gelangt zu dem + Eingang des arithmetischen Gliedes 44. An dessen - Eingang liegt ein die Geschwindigkeit des Arbeitsgliedes des hydraulischen Zylinders wiedergebendes Signal vom dem Inverter 36 an. Das arithmetische Glied 44 liefert somit ein umgekehrtes und geschwindigkeitskompensiertes Fehlersignal -E'. Dieses Signal liegt auch am Eingang des Inverters 46 (Umkehrverstärker mit Einheitsverstärkungsfaktor) an, der an seinem Ausgang ein nicht umgekehrtes aber geschwindigkeitskompensiertes Fehlersignal + E' liefert.

[0014] Die beiden geschwindigkeitskompensierten Fehlersignale - E' bzw. E' werden jeweils den -Eingängen der arithmetischen Glieder 48 und 52 bzw. 50 und 54 zugeführt, deren Ausgänge jeweils mit einem Treiberkreis 80a, 80b, 80c, und 80d verbunden sind. Jeder dieser Treiberkreise ist der elektromagnetischen Spule 21a-21d eines der Vorsteuerventile der vier 2-Wege-Sitzventil-Paare zugeordnet. Jeder Treiberkreis 80a kann im Speisekreis der elektromagnetischen Spule eine Stromänderung von z. B. 300 mA erzeugen. Dieser Betätigungsstrom ist mit Ic bezeichnet. Diese Stromänderung tritt auf bei einer Spannungsänderung von z. B. 2,5 Volt am Ausgang des arithmetischen Gliedes 44. Es ist ersichtlich, daß das geschwindigkeitskompensierte Fehlersignal - E' den arithmetischen Gliedern 48 und 52 der Treiberkreise 80a und 80c und das geschwindigkeitskompensierte Fehlersignal + E' den arithmetischen Gliedern 50 und 54 der Treiberkreise 80b und 80d zugeführt wird.

[0015] Die Schaltung nach Fig. 2 zeigt eine durch die Bedienungsperson gesteuerte bistabile Einrichtung in Form eines Schalters 56, der ebenfalls mit dem negativen Eingang der arithmetischen Glieder 48 bis 54 verbunden ist. Ein niedriges Ausgangsniveau des Signals des Schalters 56 führt zur Abschaltung aller elektromagnetischen Spulen mit der Folge, daß alle Sitzventile 20a-20d schließen.

[0016] Die Schaltung umfaßt eine weitere. durch die Bedienungsperson gesteuerte bistabile Einrichtung in Form eines Schalters 58, der an + Eingänge der arithmetischen Glieder 48 und 54 bzw. an - Eingänge der arithmetischen Glieder 50 und 52 angeschlossen ist. Durch Betätigung des Schalters 58 können die Sitzventile 20a und 20d zum Schließen gebracht und die Sitzventile 20b und 20c im offenen Zustand gehalten werden. Hierdurch gelangt der Kolben des hydraulischen Zylinders 10 in einen frei schwimmenden Zustand.

[0017] Der Ausgang des Verstärkers 40 ist über Widerstand R1 mit dem + Eingang eines Komparators 60 und der Ausgang des Inverters 42 über Widerstand R2 mit dem + Eingang eines Komparators 62 verbunden. Die - Eingänge der beiden Komparatoren werden durch das variable Signal Vdb einer einstellbaren Einrichtung 64 in Form eines Stellpotentiometers beaufschlagt. Ferner ist der Ausgang des Komparators 62 mit dem + Eingang des Komparators 60 verbunden.

[0018] Am Ausgang des Komparators 60 steht ein Signal von hohem Wert zur Verfügung mit Ausnahme des Augenblickes, an dem sich das Fehlersignal E oder das umgekehrte Fehlersignal - E innerhalb des Ansprechwertbereiches befinden, dessen Ansprechbreite durch das Bezugssignal Vdb bestimmt wird. Ferner ist der Ausgang des Komparators 60 über Widerstand R3 mit einer Spannungsquelle von 8 Volt verbunden sowie mit dem Eingang einer Integrationseinrichtung 66, die einen Umkehrverstärkungsfaktor von -0,3 aufweist. Die Integrationseinrichtung 66 verändert das Ausgangssignal zwischen Spannungsgrenzen in Abhängigkeit von abrupten Änderungen des Ausgangssignals des Komparators 60. Außerdem führt die Integrationseinrichtung 66 eine Umkehroperation aus und liefert ein umgekehrtes Bezugssignal Vdb', das normalerweise einen niedrigen Wert aufweist sofern nicht die Fehlersignale E und - E innerhalb des erwähnten Ansprechwertbereiches liegen. Das umgekehrte Bezugssignal Vdb' liegt an den + Eingängen der arithmetischen Glieder 50, 52 der Treiberkreise 80b und 80c an wodurch die Sitzventile 20b und 20c schließen wenn sich die Fehlersignale E oder - E in dem Ansprechwertbereich befinden.

[0019] Ferner ist in der dargestellten Schaltung nach Fig. 2 ein den Ausgangsdruck der Druckmittelquelle 14 erfassender Fühler 68 vorgesehen dessen Ausgangssignal proportional dem Ausgangsdruck der Druckmittelquelle ist. Dieses Signal wird mit dem umgekehrten Bezugssignal Vdb' in dem arithmetischen Glied 70 kombiniert. Das kombinierte Signal liegt an den + Eingängen der arithmetischen Glieder 48, 54 der Treiberkreise 80a und 80d an. Nimmt der Ausgangsdruck der Druckmittelquelle 14 ab steigt das Ausgangssignal des Fühlers 68 mit der Folge einer proportionalen Verringerung der Speisung an den elektromagnetischen Spulen 21a und 21d. Dadurch bewegen sich die Sitzventile 20a und 20d in Richtung auf die Schließstellung. Durch diesen Vorgang wird der Druckabfall über diese Sitzventile vergrößert, wodurch die Zunahme des Druckes von der Druckquelle 14 entsprechend kompensiert wird. Bei Abnahme dieses Druckes erfolgt die Kompensation in umgekehrter Richtung.

[0020] Die Ausgangssignale der arithmetischen Glieder 48 bis 54 dienen als Eingangssignale für die vier Treiberkreise 80a-80d der Schaltung nach Fig. 2. Die Signale gelangen an den Eingang eines Eingangsverstärkers 82a-82d, die jeweils einen Verstärkungsfaktor von etwa 0,8 aufweisen. Die verstärkten Eingangssignale gelangen jeweils zu dem negativen Eingang eines arithmetischen Gliedes 84a-84d.

[0021] Gemäß Fig. 2 ist ein Oszilator 72 vorgesehen, der ein Schwingungssignal von vorbestimmter Frequenz erzeugt. Der Ausgang dieses Oszilators ist einerseits direkt mit negativen Eingängen der arithmetischen Glieder 84b und 84d der Treiberkreise 80b und 80d und andererseits über einen Inverter 74 mit einem negativen Eingang der arithmetischen Glieder 84a und 84c der Treiberkreise 80a und 80c verbunden. Die Frequenz des Schwingungssignals beträgt 200 Hz und das Signal weist eine dreieckige Wellenform auf.

[0022] Das Ausgangssignal V3 der arithmetischen Glieder 84a bis 84d gelangt jeweils an einen Verstärker 86a bis 86d mit einem Verstärkungsfaktor von etwa 20. Dessen Ausgangssignal V4 gelangt zu einem Modulator 88a bis 88d in dem die Impulsweite des Signals V4 moduliert wird. Ein Oszilator 76 ist direkt mit den Modulationseinrichtungen 88a, 88b der Treiberkreise 80a und 80b und über einen Verstärker 78 mit den Modulationseinrichtungen 88c und 88d der Treiberkreise 80c und 80d verbunden. Der Oszilator 76 erzeugt ein Signal mit einer Frequenz von 300 Hz und einer dreieckigen Wellenform. Das Ausgangssignal Vc der Modulationseinrichtungen 88 ist ein Rechteckspannungssignal von 3 000 Hz. Die Folge ist ein Arbeitszyklus, der sich wie folgt berechnet : 100 x ((V4-1,26)/(3,93-1.26)), worin 3,93 und 1,26 jeweils die oberen und unteren Spitzenwerte des Signals des Oszilators 72 sind. Das Ausgangssignal Vc wird einem Ende der elektromagnetischen Spulen 21a-21d zugeführt. Das andere Ende ist jeweils durch einen Widerstand R4a bis R4d geerdet und außerdem mit dem Eingang eines Rückkoppelungsverstärkers 90a bis 90d verbunden. Dessen Ausgang ist mit dem Eingang einer Integrationseinrichtung 92a bis 92d verbunden, die ein Ausgangssignal V2 an den + Eingang der zugehörigen arithmetischen Glieder 84a bis 84d legt. Der Verstärker 90a weist einen Verstärkungsfaktor von etwa 2,84 auf. Das Eingangssignal der Integrationseinrichtung 92 weist einen Wert von etwa 3,43 Volt auf. Das Ausgangssignal V2 bestimmt sich nach der LaPiace-Transformationsgieichung V2 = 2Vref - Vl (6250/(S + 6250)), in der V1 die Spannung am Eingang des Verstärkers 90 ist.

[0023] Auf diese Weise liefert jeder Treiberkreis 80a bis 80d einen Betätigungsstrom Ic für die elektromagnetische Spule 21a bis 21d, der dem kombinierten Signal aus dem arithmetischen Glied 84 bis 84d proportional ist. Die Rückführung durch den Verstärker 90 und die Integrationseinrichtung 92 vermindert den Einfluß von Störgrößen und liefert eine verbesserte Frequenzansprechempfindlichkeit der Steuereinrichtung 30.

[0024] Durch die direkte Zuführung des Schwingungssignals des Oszilators 72 einerseits und durch die Zuführung über den Inverter 74 andererseits wird erreicht, daß die Ausgänge der beiden Treiberkreispaare 80a, 80c einerseits und 80b, 80d andererseits um 180° phasenverschoben sind. Dadurch wird ein gleichzeitiges Öffnen der Sitzventile 20a und 20b bzw. der Sitzventile 20d und 20c verhindert und eine Kurzschlußströmung ausgeschlossen. Das Schwingungssignal des Oszilators 76 wird durch den Inverter 78 umgekehrt. Das bedeutet, daß die vor dem Inverter 78 liegenden Sitzventile 20a, 20b und die hinter dem Inverter liegenden Sitzventile 20c, 20d alternativ impulsartig betätigt werden. Dadurch wird der Spitzenbedarf bezüglich der Kraftzuspeisung verringert.

[0025] Die Positionsregelung arbeitet so, daß ein Differentialdruckabfall an den Sitzventilen 20a bis 20d auftritt, der umgekehrt proportional der Größe des Speisestroms Ic ist. Entsprechend wird der hydraulische Druckmittelstrom zwischen den Arbeitskammern 11 und 13 und der Druckmittelquelle 14 und dem Sumpf 16 gesteuert.

[0026] Wird der Soll-Wert-Stellungsgeber 28 betätigt, tritt ein positives und nicht umgekehrtes Fehlersignal E auf. Das umgekehrte Fehlersignal - E ist dann negativ und an den elektromagnetischen Spulen 21a und 21c liegt kein Speisestrom an, so daß die zugehörigen Sitzventile 20a und 20c geschlossen bleiben. In den Treiberkreisen 80b und 80d werden dagegen durch dieses Signal Betätigungsströme Ic erzeugt, so daß die Sitzventile 20b und 20d öffnen. Damit wird der Arbeitskolben des hydraulischen Zylinders 10 ausgefahren und zwar bis in eine Stellung die dem Stellungs-Soll-Signal C entspricht. Wird der Soll-Wert-Stellungsgeber 28 so betätigt, daß der Arbeitskolben eingefahren werden soll, wird das umgekehrte Fehlersignal positiv und das nicht umgekehrte Fehlersignal negativ. Die Sitzventile nehmen damit entgegengesetzte Zustände ein. Die durch den Differentiator 34 zugeführte Information über die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens verstärkt die Gesamtstabilität der Positionsregelung.

Ansprüche

1. Positionsregelung für einen doppeltwirkenden hydraulischen Motor (10), der über eine Ventileinrichtung (12) mit einer hydraulischen Druckquelle (14) und einem Sumpf (16) verbunden ist, bei der die Ventileinrichtung (12) für die beiden Betätigungs-Richtungen des Motors (10) je zwei mittels Feder (110) und steuerbarem Druck in die Schließstellung vorgespannte 2-Wege-Sitzventile (20a, 20b bzw. 20c, 20d) aufweist, von denen jeweils eines der von der Druckquelle (14) kommenden Speiseleitung und das andere der zum Sumpf (16) führenden Ablaufleitung zugeordnet ist, und bei der eine Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des veränderbaren Vorspanndruckes für die 2-Wege-Sitzventil-Paare vorgesehen ist, welche einen Ist-Stellungsfühler (18) und einen Soll-Wert-Stellungsgeber (28), einen Komparatorkreis und Treiberkreise (80a-80d) für die elektromagnetischen Spulen (21a-21d) von Vorsteuerventilen (100, 102) aufweist, wobei die beiden 2-Wege-Sitzventil-Paare (20a, 20b und 20c, 20d) jeweils direkt mit einer der Arbeitskammern (11, 13) des hydraulischen Motors (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der vier, je einem 2-Wege-Sitzventil (20a-20d) zugeordneten Vorsteuerventile (100, 102) ein unabhängig arbeitender Treiberkreis (80a-80d) zugeordnet ist, daß ein arithmetisches Glied (38) vorgesehen ist, das ein die Differenz zwischen Stellungs-Ist-Wert (X) und Stellungs-Soll-Wert (C) des beweglichen Arbeitsgliedes des hydraulischen Motors (10) wiedergebendes Fehlersignal (E) liefert, daß ein mit dem Fehlersignal gespeister Inverter (42) ein dem Vorzeichen nach umgekehrtes Fehlersignal (- E) liefert, daß ein Differentiator (34) und ein Inverter (36) ein dem Vorzeichen nach umgekehrtes Geschwindigkeitssignal liefern, welches die Geschwindigkeit des beweglichen Arbeitsgliedes des hydraulischen Motors (10) wiedergibt, daß ein arithmetisches Glied (44) ein dem Vorzeichen nach umgekehrtes geschwindigkeitskompensiertes Fehlersignal (- E') zuliefert, welches eine Differenz zwischen dem umgekehrten Fehlersignal (- E) und dem umgekehrten Geschwindigkeitssignal wiedergibt, daß ein Inverter (46) ein geschwindigkeitskompensiertes Fehlersignal (+ E') liefert und daß das umgekehrte Geschwindigkeitskompensierte Fehlersignal (- E') den Treiberkreis (80a) des der Speiseleitung zugeordneten 2-Wege-Sitzventils (20a) des einen Sitzventil-Paares (20a, 20b) und den Treiberkreis (80c) des der Ablaufleitung zugeordneten 2-Wege-Sitzventils (20c) des anderen Sitzventilpaares (20c, 20d) ansteuert, während das geschwindigkeitskompensierte Fehlersignal (+ E') den Treiberkreisen (80b, 80d) der beiden restlichen 2-Wege-Sitzventilen (20b, 20d) zugeführt wird.

2. Positionsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Arbeitskammer (11, 13) und dem mit der Speiseleitung verbundenen 2-Wege-Sitzventils (20a, 20d) jedes Sitzventilpaares jeweils ein nur in Richtung zur Arbeitskammer öffnendes Rückschlagventil (22 bzw. 24) angeordnet ist.

3. Positionsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Treiberkreis (80a bis 80d) eine Modulationseinrichtung (88a-88d) zur Umwandlung des angelegten geschwindigkeitskompensierten Fehlersignals (- E', + E') in ein seiner Impulsbreite nach moduliertes Ausgangssignal aufweist, dessen Arbeitszyklus der Größe des angelegten Fehlersignals entspricht.

4. Positionsregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zweien (80a, 80c) der Treiberkreise (80a-80d) ein umgekehrtes Schwingungssignal und den anderen beiden Treiberkreisen (80b, 80d) ein Schwingungssignal ohne Umkehrung zugeführt wird, in der Weise, daß die Ausgänge der beiden Treiberkreispaare (80a, 80c und 80b, 80d) um 180° phasenverschoben sind.

5. Positionsregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszilator (72) zur Erzeugung eines Schwingungssignals von vorbestimmter Frequenz vorgesehen ist, dessen Ausgang einerseits direkt mit arithmetischen Gliedern (84b, 84d) der Treiberkreise (80b, 80d) für die der Ablaufleitung zugeordneten 2-Wege-Sitzventile (20b, 20d) und andererseits über einen Inverter (74) mit arithmetischen Gliedern (84a, 84c) verbunden ist, die den Treiberkreisen (80a, 80c) für die der Speiseleitung zugeordneten 2-Wege-Sitzventile (20a, 20c) angehören.

6. Positionsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Treiberkreis (80a, 80d) ein arithmetisches Glied (48-54) vorgeschaltet ist, an denen die jeweiligen geschwindigkeitskompensierten Fehlersignale (- E', + E') anliegen und an die unabhängig voneinander weitere, die jeweiligen Fehlersignaie verändernden Signale anlegbar sind.

7. Positionsregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine bedienungsseitig einstellbare Einrichtung (64) zur Erzeugung eines variablen Ansprechwert-Bezugssignals vorgesehen ist, das mit dem Fehlersignal (+ E) bzw. dem Fehlersignal (- E) mit umgekehrten Vorzeichen einen Komparatoreinrichtung (60, 62) zuführbar ist, deren Ausgangssignal über eine Integrationseinrichtung (66) den arithmetischen Gliedern (50, 52) der Treiberkreise für diejenigen 2-Wege-Sitzventile (20b, 20c) zuführbar ist, der der Ablaufleitung zugeordnet sind, um diese zu schließen, wenn sich das Fehlersignal bzw. das Fehlersignal mit umgekehrtem Vorzeichen innerhalb des einstellbaren Ansprechwertbereiches befinden.

8. Positionsregelung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoreinrichtung zwei Komparatoren (60, 62) mit bistabilem Ausgang aufweist, von deren Eingängen je einer mit der einstellbaren Einrichtung (64) für das Ansprechwert-Bezugssignal verbunden ist und deren jeweils anderen Eingang das Fehlersignal mit umgekehrtem Vorzeichen (- E) bzw. das Fehlersignal (E) zusammen mit dem Ausgangssignal des anderen Komparators (62) zuführbar ist.

9. Positionsregelung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Druck in der Speiseleitung erfassender Fühler (68) vorgesehen ist, dessen Druckfühlersignal zusammen mit dem Ausgangssignal der Integrationseinrichtung (66) den arithmetischen Gliedern (48, 54) der Treiberkreise (80a, 80d) für diejenigen 2-Wege-Sitzventile (20a, 20d) zuführbar ist, die der Speiseleitung zugeordnet sind.

10. Positionsregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bedienungsseitig selektiv betätigbare Signalerzeuger (56, 58) vorgesehen sind, die selektiv an Subtraktions- bzw. Additionseingänge der arithmetischen Glieder (48-54) vor den Treiberkreisen (80a-80d) angeschlossen sind, um alle vier 2-Wege-Sitzventile (20a-20d) gleichzeitig zu schließen oder selektiv die der Speiseleitung zugeordneten Ventile (20a, 20d) zu schließen und gleichzeitig die der Ablaufleitung zugeordneten Ventile (20b, 20c) zu öffnen.

Claims

1. A positional control for a double-acting hydraulic motor (10) which is connected by way of a valve arrangement (12) to a hydraulic pressure source (14) and a tank (16), wherein the valve arrangement (12), for each of the two directions of actuation of the motor (10) respectively, has two 2-way seat valves (20a, 20b and 20c, 20d respectively) which are biased into the closing position by means of a spring (110) and a controllable pressure, a respective one of each said two valves being associated with the supply line coming from the pressure source (14) and the other being associated with the discharge line going to the tank (16), and wherein a control means (30) is provided for controlling the variable biasing pressure for the pairs of 2-way seat valves, which means has an actual position sensor (18) and a reference position value generator (18), a comparator circuit and driver circuits (80a-80d) for the electromagnetic coils (21a-21d) of pilot control valves (100, 102), the two pairs of 2- way seat valves (20a, 20b and 20c, 20d) being respectively connected directly to one of the working chambers (11, 13) of the hydraulic motor (10), characterised in that an independently operating driver circuit (80a-80d) is associated with each of the four pilot control valves (100, 102) each associated with a respective 2-way seat valve (20a-20d), that there is provided an arithmetic means (38) which supplies an error signal (E) reproducing the difference between a position actual value (X) and a position reference value (C) of the movable working member of the hydraulic motor (10), that an inverter (42) which is supplied with the error signal delivers an error signal (- E) which is inverted in sign, that a differentiator (34) and an inverter (36) deliver a speed signal which is inverted in sign and which reproduces the speed of the movable working member of the hydraulic motor (10), that an arithmetic means (44) delivers a speed-compensated error signal (- E') which is inverted in sign and which reproduces a difference between the inverted error signal (-E) and the inverted speed signal, that an inverter (46) delivers a speed-compensated error signal (+ E') and that the inverted speed-compensated error signal (- E') actuates the driver circuit (80a) of the 2-way seat valve (20a) of the one pair (20a, 20b), which is associated with the feed line, and the driver circuit (80c) of the 2- way seat valve (20c) of the other pair (20c, 20d), which is associated with the discharge line, while the speed-compensated error signal (+ E') is fed to the driver circuits (80b, 80d) of the other two 2- way seat valves (20b, 20d).

2. A positional control according to claim 1 characterised in that disposed between each working chamber (11, 13) and the 2-way seat valve (20a, 20d) of each pair, which is connected to the feed line, is a respective check valve (22 and 24 respectively) which opens only in a direction towards the working chamber.

3. A positional control according to claim 1 characterised in that each driver circuit (80a to 80d) has a modulation means (88a-88d) for conversion of the applied speed-compensated error signal (- E', + E') into an output signal which is modulated in respect of its pulse width and whose duty cycle corresponds to the magnitude of the applied error signal.

4. A positional control according to claim 3 characterised in that an inverted oscillation signal is supplied to two (80a, 80c) of the driver circuits (80a-80d) and an oscillation signal without inversion is supplied to the other two driver circuits (80b, 80d), whereby the outputs of the two pairs of driver circuits (80a, 80c and 80b, 80d) are phase- shifted through 180°.

5. A positional control according to claim 4 characterised in that an oscillator (72) is provided for generating an oscillation signal of predetermined frequency, the output thereof being connected on the one hand directly to arithmetic means (84b, 84d) of the driver circuits (80b, 80d) for the 2-way seat valves (20b, 20d) associated with the discharge line, and on the other hand by way of an inverter (74) to arithmetic means (84a, 84c) which belong to the driver circuits (80a, 80c) for the 2-way seat valves (20a, 20c) associated with the feed line.

6. A positional control according to claim 1 characterised in that connected to the input side of each driver circuit (80a-80d) is an arithmetic means (48-50) to which the respective speed-compensated error signals (- E', + E') are applied and to which further signals for varying the respective error signals can be applied independently of each other.

7. A positional control according to claim 6 characterised in that a means (64) which can be adjusted by an operator is provided for generating a variable response threshold reference signal which with the error signal (+ E) and the error signal (- E) with inverted sign can be supplied to a comparator means (60, 62) whose output signal can be supplied by way of an integration means (66) to the arithmetic means (50, 52) of the driver circuits for those 2-way seat valves (20b, 20c) which are associated with the discharge line in order to close same when the error signal or the error signal with inverted sign respectively are within the adjustable response threshold value range.

8. A positional control according to claim 7 characterised in that the comparator means comprises two comparators (60, 62) with bistable output, a respective input of each thereof being connected to the adjustable means (64) for the response threshold reference signal and the respective other input of each thereof receiving respectively the error signal with inverted sign (- E) and the error signal (E) together with the output signal of the other comparator (62).

9. A positional control according to claim 7 characterised in that there is provided a sensor (68) which detects the pressure in the feed line and whose pressure sensor signal together with the output signal of the integration means (66) can be fed to the arithmetic means (48, 54) of the driver circuits (80a, 80d) for those 2-way seat valves (20a, 20d) which are associated with the feed line.

10. A positional control according to claim 6 characterised in that there are provided signal generators (56, 58) which can be selectively actuated by the operator and which are selectively connected to subtraction and addition inputs respectively of the arithmetic means (48-54) at the input side of the driver circuits (80a-80d) in order simultaneously to close all four 2-way seat valves (20a-20d) or selectively to close the valves (20a-20d) associated with the feed line and simultaneously to open the valves (20b, 20c) associated with the discharge line.

Revendications

1. Système de régulation de position pour appareil moteur hydraulique à double effet (10) qui est relié par un système de valves (12) à une source de pression hydraulique (14) et à un réservoir (16), dans lequel le système de valves (12) comporte, pour les deux directions d'actionnement de l'appareil moteur (10), chaque fois deux soupapes à levée à deux voies (20a, 20b ou 20c, 20d) sollicitées au moyen de ressorts (110) et d'une pression pouvant être commandée dans la position de fermeture, et parmi lesquelles chaque fois l'une est associée au conduit d'alimentation provenant de la source de pression (14) et l'autre au conduit d'écoulement aboutissant au réservoir (16) et dans lequel il est prévu un dispositif de commande (30) pour la commande de la pression de sollicitation variable pour les paires de soupapes à levée à deux voies, qui comporte un capteur de position réelle (18) et un générateur de position de valeur de consigne (28), un circuit comparateur et des circuits driver (80a-80d) pour les bobines électromagnétiques (21a-21d) de valves pilotes (100, 102), les paires de soupapes à levée à deux voies (20a, 20b et 20c, 20d) étant reliées chaque fois directement à l'une des chambres de travail (11, 13) de l'appareil moteur hydraulique (10), caractérisé en ce qu'un circuit driver (80a-80d) travaillant de façon indépendante est conjugué à chacune des quatre valves pilotes (100, 102) conjuguées chaque fois à une soupape à levée à deux voies (20a-20d), en ce qu'il est prévu un élément arithmétique (38) qui fournit un signal d'erreur (E) représentant la différence entre la valeur de position réelle (X) et la valeur de position de consigne (C) de l'organe de travail mobile de l'appareil moteur hydraulique (10), en ce qu'un inverseur (42) alimenté avec le signal d'erreur fournit un signal d'erreur (- E) de signe inversé, en ce qu'un différentiateur (34) et un inverseur (36) fournissent un signal de vitesse de signe inversé, qui représente la vitesse de l'organe de travail mobile de l'appareil moteur hydraulique (10), en ce qu'un élément arithmétique (44) fournit un signal d'erreur (- E') compensé en vitesse de signe inversé, qui représente une différence entre le signal d'erreur inversé (- E) et le signal de vitesse inversé, en ce qu'un inverseur (46) fournit un signal d'erreur compensé en vitesse (+ E') et en ce que le signal d'erreur inversé compensé en vitesse (- E) commande le circuit driver (80a) de la soupape à levée à deux voies (20a) associée au conduit d'alimentation de l'une des paires de soupapes à levée (20a, 20b) et le circuit driver (80c) de la soupape à levée à deux voies (20c) associée au conduit d'écoulement de l'autre paire de soupapes à levée (20c, 20d), tandis que le signal d'erreur compensé en vitesse (+ E') est appliqué aux circuits driver (80b, 80d) des deux soupapes à levée à deux voies restantes (20b, 20d).

2. Système de régulation de position suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (22 ou 24) ne s'ouvrant qu'en direction de la chambre de travail est prévu chaque fois entre chaque chambre de travail (11, 13) et la soupape à levée à deux voies (20a, 20d) reliée au conduit d'alimentation de chaque paire de soupapes à levée.

3. Système de régulation de position suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque circuit driver (80a à 80d) comporte un dispositif modulateur (88a-88d) pour la conversion du signal d'erreur compensé en vitesse appliqué (-E', + E') en un signal de sortie modulé en fonction de sa largeur d'impulsion, dont le cycle de travail correspond à l'amplitude du signal d'erreur appliqué.

4. Système de régulation de position suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'un signal oscillatoire inversé est appliqué à deux (80a, 80c) des circuits driver (80a-80d) et en ce qu'un signal oscillatoire sans inversion est appliqué aux deux autres circuits driver (80b, 80d) de sorte que les sorties des deux paires de circuits driver (80a, 80c et 80b, 80d) sont décalées en phase de 180°.

5. Systèmes de régulation de position suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un oscillateur (72) pour engendrer un signal oscillatoire de fréquence prédéterminée, dont la sortie est reliée d'une part, directement à des éléments arithmétiques (84b, 84d) des circuits driver (80b, 80d) pour les soupapes à levée à deux voies (20b, 20d) conjuguées au conduit d'écoulement, et d'autre part, par l'intermédiaire d'un inverseur (74) à des éléments arithmétiques (84a, 84c) qui appartiennent aux circuits driver (80a, 80c) pour les soupapes à levée à deux voies (20a, 20c) conjuguées au conduit d'alimentation.

6. Système de régulation de position suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément arithmétique (48-54) est monté en amont de chaque circuit driver (80a, 80c), les signaux d'erreur chaque fois compensés en vitesse (- E', + E') étant appliqués à ces éléments, d'autres signaux d'erreur indépendants entre eux et modifiant les signaux d'erreur chaque fois concernés pouvant être appliqués auxdits éléments.

7. Système de régulation de position suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif (64) pouvant être réglé du côté manoeuvre, pour engendrer un signal de référence de valeur de réponse variable, qui peut être transmis avec le signal d'erreur (+ E) ou le signal d'erreur (- E) de signe inversé à un dispositif comparateur (60, 62) dont le signal de sortie peut être transmis par l'intermédiaire d'un dispositif intégrateur (66) aux éléments arithmétiques (50, 52) des circuits driver pour les soupapes à levée à deux voies (20b, 20c) auxquelles le conduit d'écoulement est conjugué, afin de fermer ces soupapes quand le signal d'erreur ou le signal d'erreur de signe inversé se trouve à l'intérieur de la fourchette de valeurs de réponse réglable.

8. Système de régulation de position suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif comparateur comporte deux comparateurs (60, 62) à sortie bistable dont les entrées sont reliées pour l'une d'elles chaque fois au dispositif réglable (64) pour le signal de référence de valeur de réponse, et dont chaque fois l'autre entrée peut recevoir le signal d'erreur de signe inversé (-E) ou le signal d'erreur (+ E), conjointement au signal de sortie de l'autre comparateur (62).

9. Système de régulation de position suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est prévu un capteur (68) déterminant la pression dans le conduit d'alimentation, dont le signal peut être appliqué conjointement au signal de sortie du dispositif intégrateur (66) aux éléments arithmétiques (48, 54) des circuits driver (80a, 80d) pour les soupapes à levée à deux voies (20a, 20d) qui sont conjuguées au conduit d'alimentation.

10. Système de régulation de position suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu des générateurs de signaux (56, 58) pouvant être actionnés sélectivement du côté manoeuvre, qui sont raccordés sélectivement à des entrées soustractives ou additives des éléments arithmétiques (48-54) en avant des circuits driver (80a-80d), pour fermer simultanément toutes les quatre soupapes à levée à deux voies (20a-20d), ou bien sélectivement pour fermer les soupapes (20a, 20d) conjuguées au conduit d'alimentation, et simultanément pour ouvrir les soupapes (20b, 20c) conjuguées au conduit d'écoulement.

Zeichnung