具有單獨閥控制系統的液壓缸單元的調節裝置制造方法
【專利摘要】一種用于調節液壓缸單元(1)的調節裝置，其具有調節器(15，15′)，其在輸入側接收額定參量(s*，F*)和實際參量(s，F)，并且根據兩個參量的差值(δs，δF)為液壓缸單元(1)的閥控制單元(7)測定臨時調節參量(u，u′)。額定參量(s*，F*)和實際參量(s，F)是液壓缸單元(1)的活塞(3)要采用的額定位置(s*)和活塞(3)所采用的實際位置(s)，或者是活塞(3)要施加的額定力(F*)和活塞(3)所施加的實際力(F)。線性化單元(17)布置在調節器(15，15′)的下游，其借助臨時調節參量(u，u′)和線性化因數(fa至fd)測定最終調節參量(ua至ud)，其將最終調節參量輸出到閥控制單元(7a至7d)處，從而以調節速度(v)來調節活塞(3)。線性化單元(17)使線性化因數(fa至fd)動態地確定為至少是活塞(3)的實際位置(s)和存在于活塞(3)的兩側以及閥控制單元(7a至7d)的泵側和水箱側的工作壓力(pA，pB，pP，pT)的函數。線性化單元(17)確定線性化因數(fa至fd)，使得移動速度(v)與額定參量(s*，F*)和實際參量(s，F)的差值(δs，δF)的比值與活塞(3)的實際位置(s)和工作壓力(pA，pB，pP，pT)無關。
【專利說明】具有單獨閥控制系統的液壓缸單元的調節裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于調節液壓缸單元的調節裝置，
[0002] -其中，調節裝置具有調節器，調節器在輸入側接收額定參量和實際參量，并且根 據額定參量和實際參量的差值為液壓缸單元的閥控制單元測定臨時調節參量，
[0003] -其中，額定參量是液壓缸單元的活塞應采用的額定位置，并且實際參量是活塞所 采用的實際位置，或者額定參量是活塞應施加的額定力，并且實際參量是活塞所施加的實 際力，
[0004]-其中，在調節器的下游布置線性化單元，線性化單元根據臨時調節參量和線性化 因數測定最終調節參量，其將最終調節參量輸出到閥控制單元處，從而以調節速度調節活 塞，
[0005]-其中，線性化單元將線性化因數動態地確定為活塞的實際位置和在活塞的兩側 以及閥控制單元的泵側和水箱側獲得的工作壓力的函數，
[0006] _其中，線性化單元如下地確定線性化因數，使得調節速度與額定參量和實際參量 的差值的比值與活塞的實際位置和工作壓力無關。
【背景技術】
[0007] 液壓缸單元顯示出的調節性能高度依賴于液壓缸單元的運行點。對于指定的運行 點所優化的調節器在其他的運行點中工作得略差或者很差。
[0008] 為了改善調節性能，在現有技術中公知的是，設置所謂的蝴蝶曲線作為調節器的 調節特性。然而，蝴蝶曲線不覆蓋可能的運行點的所有空間，并且因此并不是在每個運行狀 態中都最優地工作。
[0009] 此外，對于用于液壓缸單元的位置調節器來說公知的是，為額定位置和實際位置 彼此獨立地分別進行一次非線性變換，并且附加地進行位置調節器的部分線性化。這種做 法是極其耗費的。
[0010]由 DE 10 2007 051 857 B3 和內容相同的 US 2010/294 125 A1 中公知了一種用 于調節上述類型的液壓缸單元的調節裝置。該調節裝置不僅在位置調節時而且也在力調節 時提供了最優的調節結果。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的在于，實現幾種可行性，借助這些可行性能夠以簡單的方式靈活地 使用開頭所述類型的調節裝置。
[0012] 該目的通過具有權利要求1所述特征的調節裝置來實現。權利要求2至6涉及了 調節裝置的有利設計方案。
[0013] 根據本發明提出，實現一種用于調節液壓缸單元的調節裝置，
[0014]-其中，調節裝置具有調節器，該調節器在輸入側接收額定參量和實際參量，并且 根據額定參量和實際參量的差值為液壓缸單元的閥控制單元測定臨時調節參量，
[0015] -其中，額定參量是液壓缸單元的活塞應采用的額定位置，并且實際參量是活塞所 采用的實際位置，或者額定參量是活塞應施加的額定力，并且實際參量是活塞所施加的實 際力，
[0016] -其中，在調節器的下游布置線性化單元，該線性化單元根據臨時調節參量和線性 化因數測定最終調節參量，其將最終調節參量輸出到閥控制單元處，從而以調節速度調節 活塞，
[0017] -其中，線性化單元將線性化因數動態地確定為至少是活塞的實際位置和在活塞 的兩側以及閥控制單元的泵側和水箱側獲得的工作壓力的函數，
[0018] -其中，線性化單元如下地確定線性化因數，使得調節速度與額定參量和實際參量 的差值的比值與活塞的實際位置和工作壓力無關。
[0019] 因此，根據本發明存在多個閥控制單元，為這些閥控制單元各自分別測定最終調 節參量。
[0020] 優選地，向線性化單元附加地輸送參數，線性化單元在確定線性化因數時考慮到 該參數。由此能夠遵守至少一個其他的邊界條件。
[0021] 在最簡單的情況下，在參數具有第一值的情況下，線性化單元如下地確定線性化 因數，即使得線性化因數的其中兩個具有零值，并且線性化因數的另外兩個具有不為零的 值。這兩個另外的線性化因數特別地能夠具有相同的值。在這種情況下，獲得了與傳統的 單個閥控制單元中一樣的性能，即與DE 10 2007 051 857 B3中一樣。
[0022] 替代地或者附加地，可行的是，在參數具有第二值的情況下，線性化單元如下地確 定線性化因數，使得在活塞兩側獲得的工作壓力之和接近在閥控制單元的泵側和水箱側獲 得的工作壓力之和。在這種情況下，在閥控制單元處獲得特別低的壓差。
[0023] 可行的是，閥控制單元設計為比例閥。然而，閥控制單元優選地設計為二元切換的 切換閥。
[0024] 調節裝置能夠設計為硬件結構。然而，其優選地設計為能軟件編程的調節裝置，并 且其利用軟件模塊來編程，從而其基于利用軟件模塊的編程而根據本發明地來構造。
[0025] 軟件模塊包括機器代碼，機器代碼的執行通過連接到液壓缸單元處的能軟件編程 的調節裝置來進行，從而使調節裝置如上所述地構造。軟件模塊能夠以機器可讀的形式存 儲在數據載體上。
[0026] 原則上，根據本發明的調節裝置能夠普遍適用。然而優選地，其用于軋機機架的定 位調節。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 結合下面對借助附圖詳盡闡述的實施例的描述，本發明的上述屬性，特征和優點 以及如何實現這些的方式和方法更加清楚易懂。在此以示意圖示出：
[0028] 圖1是調節裝置和液壓缸單元的框圖，
[0029] 圖2是閥控制裝置的構造，
[0030] 圖3是調節裝置的構造，
[0031] 圖4和5分別是線性化單元的一個測定裝置，以及
[0032] 圖6是用于軋機機架的軋輥的定位裝置。
【具體實施方式】
[0033] 根據圖1，液壓缸單元1具有液壓缸2,其中可運動地支承了活塞3。活塞3在液壓 缸1的內部能夠在最小位置smin和最大位置smax之間運動。也就是說，活塞隨時都在位 于最小位置smin和最大位置smax之間的實際位置s處。
[0034] 活塞3具有第一工作面4A和第二工作面4B。每個工作面4A，4B都朝向相應的工 作容積5A，5B。
[0035] 工作容積5A，5B通過液壓路徑6A，6B和閥控制裝置7與液壓泵8和液壓儲備庫9 液壓式相連。液壓路徑6A，6B在此從相應的工作容積5A，5B延伸至閥控制裝置7為止。
[0036] 當活塞3位于其最小位置smin處時，在液壓路徑6A中存在液壓液體10的確定的 體積。該體積是位于閥控制裝置7和活塞3的工作面4A之間的液壓液體10的最小量。液 壓液體10的該數量是對于工作容積5A的可行的最小有效體積。下面用參考標記VminA標 注。
[0037] 以類似的方式，當活塞3位于其最大位置smax處時，在液壓路徑6B中存在液壓液 體10的確定數量。液壓液體10的該數量代表了對于工作容積5B的可行的最小有效體積。 下面用參考標記VminB標注該最小體積。
[0038] 當活塞3位于任意的實際位置s處時，工作容積5A具有體積值VA，其由
[0039] VA = VminA+AKA (s-smin)
[0040] 得出。在此，用參考標記AKA表示了活塞3的朝向工作容積5A的工作面4A的面 積值。此外，還可行的是，將有效的體積VA除以面積值AKA。商
[0041] hA = VA/AKA
[0042] 等于液壓液體10的液柱高于活塞3的有效高度。
[0043] 以類似的方式，根據可行的最小有效體積VminB、朝向工作容積5B的工作面4B的 面積值AKB、實際位置s和最大位置smax，根據以下關系式
[0044] VB=VminB+AKB(smax-s)
[0045] 和
[0046] hB=VB/AKB
[0047] 為第二工作面4B或第二工作容積5B測定對應的值VB和hB。
[0048] 在工作容積5A中存在第一工作壓力pA，在第二工作容積5B中存在第二工作壓力 PB。經過液壓泵8為液壓液體10施加泵壓pP。在液壓儲備庫9中存在水箱壓力pT。泵壓 力PP和水箱壓力PT等于在閥控制單元7的泵側和水箱側獲得的工作壓力。
[0049] 根據圖2,閥控制裝置7具有多個閥控制單元7a至7d。特別地，這兩個工作容積 5A，5B分別通過一個獨有的閥控制單元7a，7b與液壓泵8相連，并且分別經過一個獨有的其 他閥控制單元7c，7d與液壓儲備庫9相連。向四個閥控制單元7a至7d中的每一個分別輸 送獨有的最終調節參量ua至ud。根據相應的最終調節參量ua至ud驅控相應的閥控制單 元7a至7d。
[0050] 可行的是，閥控制單元7a至7d是比例閥。然而，優選地是二元切換的切換閥，因 此，其僅能夠在完全打開和完全關閉的狀態之間來回切換，但是不能采取定義的中間狀態。 在這種情況下，通過脈寬調制的和/或脈沖編碼調制的驅控系統實現對閥控制單元7a至7d 的驅控。
[0051] 借助調節裝置11調節了閥控制裝置7并且隨之調節了整個液壓缸單元1。優選 地，調節裝置11根據圖1設計為能軟件編程的調節裝置11。在這種情況下，調節裝置11通 過軟件模塊12來編碼。軟件模塊12能夠例如借助數據載體13輸送給調節裝置11，在數據 載體上以機器可讀的形式存儲了軟件模塊12。在此，原則上能考慮任意的數據載體作為數 據載體13。在圖1中（純粹示例性）示出了⑶-ROM 13。
[0052] 軟件模塊12包括能夠由調節裝置11執行的機器代碼14。機器代碼14的執行通 過調節裝置11來進行，從而調節裝置11如下面詳盡闡述的一樣調節液壓缸單元1。調節裝 置11的利用軟件模塊12的編程導致了相應地構造了調節裝置11。
[0053] 根據圖1首先向調節裝置11輸送額定參量s*，F*和實際參量s，F。可行的是，所 輸送的參量s*，F*，s，F是活塞3應采用的額定位置s*和由活塞3所采用的實際位置s。 替代地可行的是，所輸送的參量s*, F*, s, F是活塞3應施加的額定力F*和活塞3所施加 的實際力F。根據圖3作為代替還可行的是，向調節裝置11輸送兩個數值對s*，s，F*，F， 并且借助切換裝置11'確定，調節裝置11的位置調節器15或者力調節器15'是否是活躍 的。調節器15,15'原則上可以是任意調節器。然而，通常使調節器15,15'設計為P型調 節器就足夠了，并且這也是優選的。
[0054] 無論調節裝置11設計為位置調節器15還是力調節器15'或者設計為能夠在位置 調節和力調節之間切換的調節器，調節裝置11都借助相應的調節器15,15'并根據額定參 量s*，F*和實際參量s，F之間的差值S s，SF為閥控制裝置7測定臨時調節參量u，u', 并且輸出該調節參量u，u'。由此，調節裝置11執行了對液壓缸單元11 (更準確地說：對 活塞3)的相應調節。
[0055] 根據圖3,在調節器15,15'的下游布置了線性化單元17。線性化單元17具有乘 法器18和測定裝置19。測定裝置19以仍待闡述的方式確定線性化因數fa至fd，并且將 線性化因數fa至fd輸出到乘法器18處。此外，乘法器18還從調節器15接收了臨時調節 參量u，u'，并且將臨時調節參量u，u'與向其所輸送的線性化因數fa至fd相乘。線性化 單元17以這種方式測定最終調節參量ua至ud，最終調節參量輸出到閥控制單元7a至7d。
[0056] 閥控制單元7a至7d根據傳輸到其處的調節參量ua至ud進行自調整。由此使得 活塞3以調節速度v滑動或調節。
[0057] 線性化單元17的測定裝置19將線性化因數fa至fd動態地確定為至少是活塞3 的實際位置s、在活塞3的兩側獲得的工作壓力pA，pB以及在閥控制單元7a至7d獲得的泵 側和水箱側的工作壓力pP，pT的函數。測定裝置19如下地確定線性化因數fa至fd，使得 在位置調節時的調節速度v與額定位置s*和實際位置s的差值S s的比值，以及在力調節 時的調節速度與額定力F*和實際力F的差值S F的比值與實際位置s和工作壓力pA，pB， pP，pT無關。
[0058] 下面結合圖4和5詳盡地闡述測定裝置19的工作方式。
[0059] 調節裝置11通常以工作行程T來計時。調節裝置11以工作行程T的頻率分別接 受新的額定參量s*, F*和新的實際參量s, F,測定調節參量ua至ud,并且將調節參量ua至 ud輸出到閥控制單元7a至7d處。
[0060] 同樣，利用工作行程T向測定裝置19分別輸送用于實際位置s和存在于活塞3的 兩側的工作壓力pA，pB的新數值。此外，還向測定裝置19輸送調節差值Ss的符號。這些 參量s，pA，pB，S s，S F的定時輸送在圖4和5中由此來示出，即在測定裝置19的上游布 置以工作行程T計時的鎖定器19'。
[0061]泵壓力pP和水箱壓力pT通常是恒定的。因此可行的是，將這兩個壓力pP，pT- 次性地（即預先地并且因此作為參數）輸送給測定裝置19。然而作為代替同樣可行的是， 將泵側的工作壓力PP和水箱側的工作壓力pT定時地且因此作為變量輸送給測定裝置19。
[0062] 通常，測定裝置19為了準確計算線性化因數fa至fd需要其他的數據。其他的數 據通常包括閥控制單元7的功率數據pN，QNA，QNB，在活塞3的兩側起作用的工作面積AKA， AKB以及在活塞3的兩側可行的最小有效體積VminA，VminB。這些值能夠例如通過軟件模 塊12固定地預設給測定裝置19。作為代替，在對調節裝置11進行編程之后，其他的數據也 可以-至少部分地-作為參數預設給測定裝置19 (即在啟動調節裝置11的框架內），該參 數在調節裝置11運行期間保持不變。
[0063] 根據圖3,線性化因數fa至fd能夠寫成基礎線性化因數f和相應的附加線性化因 數fa'至fd'的乘積。基礎線性化因數f對于所有的線性化因數fa至fd是一致的。附 加線性化因數fa'至fd'對于相應的線性化因數fa至fd是獨特的。
[0064] 基礎線性化因數f與調節差值S s，S F的符號相關。因此，在位置調節的情況下， 基礎線性化因數f與活塞3的運動方向相關，也就是與活塞3應滑動的方向相關。下面假 設，調節差值S s，SF大于零。在這種情況下，測定裝置19優選地按照
【權利要求】
1. 一種用于調節液壓缸單元（1)的調節裝置， -其中，所述調節裝置具有調節器（15,15')，所述調節器在輸入側接收額定參量（s*， F*)和實際參量（s, F),并且根據額定參量（s*, F*)和實際參量（s, F)的差值（5 s, 5F) 為所述液壓缸單元（1)的閥控制單元（7)測定臨時調節參量（u，u')， _其中，所述額定參量（s*，F*)是所述液壓缸單元（1)的活塞（3)要采用的額定位置 (s*)，并且所述實際參量（s，F)是所述活塞（3)所采用的實際位置（s)，或者所述額定參量 (s*，F*)是所述活塞（3)要施加的額定力（F*)，并且所述實際參量（s，F)是所述活塞（3) 所施加的實際力（F)， _其中，在所述調節器（15,15')的下游布置有線性化單元（17)，所述線性化單元根據 臨時的所述調節參量（u，u')和線性化因數（fa至fd)測定最終調節參量（ua至ud)，所 述線性化單元使所述最終調節參量輸出到閥控制單元（7a至7d)，從而以調節速度（v)調節 所述活塞（3), -其中，所述線性化單元（17)使得所述線性化因數（fa至fd)動態地確定為至少是所 述活塞⑶的所述實際位置（s)和在所述活塞（3)的兩側以及在所述閥控制單元（7a至 7d)的泵側和水箱側獲得的工作壓力（pA，pB，pP，pT)的函數， -其中，所述線性化單元（17)確定所述線性化因數（fa至fd)，使得所述調節速度（v) 與額定參量（s*，F*)和實際參量（s，F)的所述差值（S s，SF)的比值與所述活塞（3)的 所述實際位置（s)和所述工作壓力（pA，pB，pP，pT)無關。
2. 根據權利要求1所述的調節裝置，其特征在于，向所述線性化單元（17)附加地輸 送參數（P)，并且所述線性化單元（17)在確定所述線性化因數（fa至fd)時考慮所述參數 ⑵。
3. 根據權利要求2所述的調節裝置，其特征在于，所述線性化單元（17)在所述參數 (P)具有第一值（P1)的情況下確定所述線性化因數（fa至fd)，使得所述線性化因數（fa 至fd)中的兩個具有零值，并且所述線性化因數（f)中的另外兩個具有不為零的值。
4. 根據權利要求2或3所述的調節裝置，其特征在于，所述線性化單元（17)在所述參 數（P)具有第二值（P2)的情況下確定所述線性化因數（fa至fd)，使得在所述活塞（3)兩 側獲得的所述工作壓力（pA，pB)之和接近在所述閥控制單元（7a至7d)的泵側和水箱側的 所述工作壓力（pP，pT)之和。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的調節裝置，其特征在于，所述閥控制單元（7a至 7d)設計為二元切換的切換閥。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的調節裝置，其特征在于，所述調節裝置設計為能 軟件編程的調節裝置，并且所述調節裝置利用軟件模塊（12)來編程，從而使得所述調節裝 置基于利用所述軟件模塊（12)的編程根據前述權利要求中任一項來構造。
7. -種軟件模塊，包括機器代碼（14)，所述機器代碼的執行通過連接到液壓缸單元 (1)處的能軟件編程的調節裝置（11)來引起，使得所述調節裝置（11)根據權利要求6來設 計。
8. -種數據載體，在所述數據載體上以機器能讀取的方式存儲有根據權利要求7的軟 件模塊（12)。
9. 一種借助根據權利要求1至6中任一項所述的調節裝置（11)調節的液壓缸單元（1) 的應用，所述應用用于軋機機架（20)的定位調節。
【文檔編號】G05B11/38GK104412180SQ201380025612
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年4月24日 優先權日:2012年5月16日
【發明者】不公告發明人 申請人:西門子公司