具有单独阀控制系统的液压缸单元的调节装置制造方法
【专利摘要】一种用于调节液压缸单元(1)的调节装置，其具有调节器(15，15′)，其在输入侧接收额定参量(s*，F*)和实际参量(s，F)，并且根据两个参量的差值(δs，δF)为液压缸单元(1)的阀控制单元(7)测定临时调节参量(u，u′)。额定参量(s*，F*)和实际参量(s，F)是液压缸单元(1)的活塞(3)要采用的额定位置(s*)和活塞(3)所采用的实际位置(s)，或者是活塞(3)要施加的额定力(F*)和活塞(3)所施加的实际力(F)。线性化单元(17)布置在调节器(15，15′)的下游，其借助临时调节参量(u，u′)和线性化因数(fa至fd)测定最终调节参量(ua至ud)，其将最终调节参量输出到阀控制单元(7a至7d)处，从而以调节速度(v)来调节活塞(3)。线性化单元(17)使线性化因数(fa至fd)动态地确定为至少是活塞(3)的实际位置(s)和存在于活塞(3)的两侧以及阀控制单元(7a至7d)的泵侧和水箱侧的工作压力(pA，pB，pP，pT)的函数。线性化单元(17)确定线性化因数(fa至fd)，使得移动速度(v)与额定参量(s*，F*)和实际参量(s，F)的差值(δs，δF)的比值与活塞(3)的实际位置(s)和工作压力(pA，pB，pP，pT)无关。
【专利说明】具有单独阀控制系统的液压缸单元的调节装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于调节液压缸单元的调节装置，
[0002] -其中，调节装置具有调节器，调节器在输入侧接收额定参量和实际参量，并且根 据额定参量和实际参量的差值为液压缸单元的阀控制单元测定临时调节参量，
[0003] -其中，额定参量是液压缸单元的活塞应采用的额定位置，并且实际参量是活塞所 采用的实际位置，或者额定参量是活塞应施加的额定力，并且实际参量是活塞所施加的实 际力，
[0004]-其中，在调节器的下游布置线性化单元，线性化单元根据临时调节参量和线性化 因数测定最终调节参量，其将最终调节参量输出到阀控制单元处，从而以调节速度调节活 塞，
[0005]-其中，线性化单元将线性化因数动态地确定为活塞的实际位置和在活塞的两侧 以及阀控制单元的泵侧和水箱侧获得的工作压力的函数，
[0006] _其中，线性化单元如下地确定线性化因数，使得调节速度与额定参量和实际参量 的差值的比值与活塞的实际位置和工作压力无关。
【背景技术】
[0007] 液压缸单元显示出的调节性能高度依赖于液压缸单元的运行点。对于指定的运行 点所优化的调节器在其他的运行点中工作得略差或者很差。
[0008] 为了改善调节性能，在现有技术中公知的是，设置所谓的蝴蝶曲线作为调节器的 调节特性。然而，蝴蝶曲线不覆盖可能的运行点的所有空间，并且因此并不是在每个运行状 态中都最优地工作。
[0009] 此外，对于用于液压缸单元的位置调节器来说公知的是，为额定位置和实际位置 彼此独立地分别进行一次非线性变换，并且附加地进行位置调节器的部分线性化。这种做 法是极其耗费的。
[0010]由 DE 10 2007 051 857 B3 和内容相同的 US 2010/294 125 A1 中公知了一种用 于调节上述类型的液压缸单元的调节装置。该调节装置不仅在位置调节时而且也在力调节 时提供了最优的调节结果。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于，实现几种可行性，借助这些可行性能够以简单的方式灵活地 使用开头所述类型的调节装置。
[0012] 该目的通过具有权利要求1所述特征的调节装置来实现。权利要求2至6涉及了 调节装置的有利设计方案。
[0013] 根据本发明提出，实现一种用于调节液压缸单元的调节装置，
[0014]-其中，调节装置具有调节器，该调节器在输入侧接收额定参量和实际参量，并且 根据额定参量和实际参量的差值为液压缸单元的阀控制单元测定临时调节参量，
[0015] -其中，额定参量是液压缸单元的活塞应采用的额定位置，并且实际参量是活塞所 采用的实际位置，或者额定参量是活塞应施加的额定力，并且实际参量是活塞所施加的实 际力，
[0016] -其中，在调节器的下游布置线性化单元，该线性化单元根据临时调节参量和线性 化因数测定最终调节参量，其将最终调节参量输出到阀控制单元处，从而以调节速度调节 活塞，
[0017] -其中，线性化单元将线性化因数动态地确定为至少是活塞的实际位置和在活塞 的两侧以及阀控制单元的泵侧和水箱侧获得的工作压力的函数，
[0018] -其中，线性化单元如下地确定线性化因数，使得调节速度与额定参量和实际参量 的差值的比值与活塞的实际位置和工作压力无关。
[0019] 因此，根据本发明存在多个阀控制单元，为这些阀控制单元各自分别测定最终调 节参量。
[0020] 优选地，向线性化单元附加地输送参数，线性化单元在确定线性化因数时考虑到 该参数。由此能够遵守至少一个其他的边界条件。
[0021] 在最简单的情况下，在参数具有第一值的情况下，线性化单元如下地确定线性化 因数，即使得线性化因数的其中两个具有零值，并且线性化因数的另外两个具有不为零的 值。这两个另外的线性化因数特别地能够具有相同的值。在这种情况下，获得了与传统的 单个阀控制单元中一样的性能，即与DE 10 2007 051 857 B3中一样。
[0022] 替代地或者附加地，可行的是，在参数具有第二值的情况下，线性化单元如下地确 定线性化因数，使得在活塞两侧获得的工作压力之和接近在阀控制单元的泵侧和水箱侧获 得的工作压力之和。在这种情况下，在阀控制单元处获得特别低的压差。
[0023] 可行的是，阀控制单元设计为比例阀。然而，阀控制单元优选地设计为二元切换的 切换阀。
[0024] 调节装置能够设计为硬件结构。然而，其优选地设计为能软件编程的调节装置，并 且其利用软件模块来编程，从而其基于利用软件模块的编程而根据本发明地来构造。
[0025] 软件模块包括机器代码，机器代码的执行通过连接到液压缸单元处的能软件编程 的调节装置来进行，从而使调节装置如上所述地构造。软件模块能够以机器可读的形式存 储在数据载体上。
[0026] 原则上，根据本发明的调节装置能够普遍适用。然而优选地，其用于轧机机架的定 位调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 结合下面对借助附图详尽阐述的实施例的描述，本发明的上述属性，特征和优点 以及如何实现这些的方式和方法更加清楚易懂。在此以示意图示出：
[0028] 图1是调节装置和液压缸单元的框图，
[0029] 图2是阀控制装置的构造，
[0030] 图3是调节装置的构造，
[0031] 图4和5分别是线性化单元的一个测定装置，以及
[0032] 图6是用于轧机机架的轧辊的定位装置。
【具体实施方式】
[0033] 根据图1，液压缸单元1具有液压缸2,其中可运动地支承了活塞3。活塞3在液压 缸1的内部能够在最小位置smin和最大位置smax之间运动。也就是说，活塞随时都在位 于最小位置smin和最大位置smax之间的实际位置s处。
[0034] 活塞3具有第一工作面4A和第二工作面4B。每个工作面4A，4B都朝向相应的工 作容积5A，5B。
[0035] 工作容积5A，5B通过液压路径6A，6B和阀控制装置7与液压泵8和液压储备库9 液压式相连。液压路径6A，6B在此从相应的工作容积5A，5B延伸至阀控制装置7为止。
[0036] 当活塞3位于其最小位置smin处时，在液压路径6A中存在液压液体10的确定的 体积。该体积是位于阀控制装置7和活塞3的工作面4A之间的液压液体10的最小量。液 压液体10的该数量是对于工作容积5A的可行的最小有效体积。下面用参考标记VminA标 注。
[0037] 以类似的方式，当活塞3位于其最大位置smax处时，在液压路径6B中存在液压液 体10的确定数量。液压液体10的该数量代表了对于工作容积5B的可行的最小有效体积。 下面用参考标记VminB标注该最小体积。
[0038] 当活塞3位于任意的实际位置s处时，工作容积5A具有体积值VA，其由
[0039] VA = VminA+AKA (s-smin)
[0040] 得出。在此，用参考标记AKA表示了活塞3的朝向工作容积5A的工作面4A的面 积值。此外，还可行的是，将有效的体积VA除以面积值AKA。商
[0041] hA = VA/AKA
[0042] 等于液压液体10的液柱高于活塞3的有效高度。
[0043] 以类似的方式，根据可行的最小有效体积VminB、朝向工作容积5B的工作面4B的 面积值AKB、实际位置s和最大位置smax，根据以下关系式
[0044] VB=VminB+AKB(smax-s)
[0045] 和
[0046] hB=VB/AKB
[0047] 为第二工作面4B或第二工作容积5B测定对应的值VB和hB。
[0048] 在工作容积5A中存在第一工作压力pA，在第二工作容积5B中存在第二工作压力 PB。经过液压泵8为液压液体10施加泵压pP。在液压储备库9中存在水箱压力pT。泵压 力PP和水箱压力PT等于在阀控制单元7的泵侧和水箱侧获得的工作压力。
[0049] 根据图2,阀控制装置7具有多个阀控制单元7a至7d。特别地，这两个工作容积 5A，5B分别通过一个独有的阀控制单元7a，7b与液压泵8相连，并且分别经过一个独有的其 他阀控制单元7c，7d与液压储备库9相连。向四个阀控制单元7a至7d中的每一个分别输 送独有的最终调节参量ua至ud。根据相应的最终调节参量ua至ud驱控相应的阀控制单 元7a至7d。
[0050] 可行的是，阀控制单元7a至7d是比例阀。然而，优选地是二元切换的切换阀，因 此，其仅能够在完全打开和完全关闭的状态之间来回切换，但是不能采取定义的中间状态。 在这种情况下，通过脉宽调制的和/或脉冲编码调制的驱控系统实现对阀控制单元7a至7d 的驱控。
[0051] 借助调节装置11调节了阀控制装置7并且随之调节了整个液压缸单元1。优选 地，调节装置11根据图1设计为能软件编程的调节装置11。在这种情况下，调节装置11通 过软件模块12来编码。软件模块12能够例如借助数据载体13输送给调节装置11，在数据 载体上以机器可读的形式存储了软件模块12。在此，原则上能考虑任意的数据载体作为数 据载体13。在图1中（纯粹示例性）示出了⑶-ROM 13。
[0052] 软件模块12包括能够由调节装置11执行的机器代码14。机器代码14的执行通 过调节装置11来进行，从而调节装置11如下面详尽阐述的一样调节液压缸单元1。调节装 置11的利用软件模块12的编程导致了相应地构造了调节装置11。
[0053] 根据图1首先向调节装置11输送额定参量s*，F*和实际参量s，F。可行的是，所 输送的参量s*，F*，s，F是活塞3应采用的额定位置s*和由活塞3所采用的实际位置s。 替代地可行的是，所输送的参量s*, F*, s, F是活塞3应施加的额定力F*和活塞3所施加 的实际力F。根据图3作为代替还可行的是，向调节装置11输送两个数值对s*，s，F*，F， 并且借助切换装置11'确定，调节装置11的位置调节器15或者力调节器15'是否是活跃 的。调节器15,15'原则上可以是任意调节器。然而，通常使调节器15,15'设计为P型调 节器就足够了，并且这也是优选的。
[0054] 无论调节装置11设计为位置调节器15还是力调节器15'或者设计为能够在位置 调节和力调节之间切换的调节器，调节装置11都借助相应的调节器15,15'并根据额定参 量s*，F*和实际参量s，F之间的差值S s，SF为阀控制装置7测定临时调节参量u，u', 并且输出该调节参量u，u'。由此，调节装置11执行了对液压缸单元11 (更准确地说：对 活塞3)的相应调节。
[0055] 根据图3,在调节器15,15'的下游布置了线性化单元17。线性化单元17具有乘 法器18和测定装置19。测定装置19以仍待阐述的方式确定线性化因数fa至fd，并且将 线性化因数fa至fd输出到乘法器18处。此外，乘法器18还从调节器15接收了临时调节 参量u，u'，并且将临时调节参量u，u'与向其所输送的线性化因数fa至fd相乘。线性化 单元17以这种方式测定最终调节参量ua至ud，最终调节参量输出到阀控制单元7a至7d。
[0056] 阀控制单元7a至7d根据传输到其处的调节参量ua至ud进行自调整。由此使得 活塞3以调节速度v滑动或调节。
[0057] 线性化单元17的测定装置19将线性化因数fa至fd动态地确定为至少是活塞3 的实际位置s、在活塞3的两侧获得的工作压力pA，pB以及在阀控制单元7a至7d获得的泵 侧和水箱侧的工作压力pP，pT的函数。测定装置19如下地确定线性化因数fa至fd，使得 在位置调节时的调节速度v与额定位置s*和实际位置s的差值S s的比值，以及在力调节 时的调节速度与额定力F*和实际力F的差值S F的比值与实际位置s和工作压力pA，pB， pP，pT无关。
[0058] 下面结合图4和5详尽地阐述测定装置19的工作方式。
[0059] 调节装置11通常以工作行程T来计时。调节装置11以工作行程T的频率分别接 受新的额定参量s*, F*和新的实际参量s, F,测定调节参量ua至ud,并且将调节参量ua至 ud输出到阀控制单元7a至7d处。
[0060] 同样，利用工作行程T向测定装置19分别输送用于实际位置s和存在于活塞3的 两侧的工作压力pA，pB的新数值。此外，还向测定装置19输送调节差值Ss的符号。这些 参量s，pA，pB，S s，S F的定时输送在图4和5中由此来示出，即在测定装置19的上游布 置以工作行程T计时的锁定器19'。
[0061]泵压力pP和水箱压力pT通常是恒定的。因此可行的是，将这两个压力pP，pT- 次性地（即预先地并且因此作为参数）输送给测定装置19。然而作为代替同样可行的是， 将泵侧的工作压力PP和水箱侧的工作压力pT定时地且因此作为变量输送给测定装置19。
[0062] 通常，测定装置19为了准确计算线性化因数fa至fd需要其他的数据。其他的数 据通常包括阀控制单元7的功率数据pN，QNA，QNB，在活塞3的两侧起作用的工作面积AKA， AKB以及在活塞3的两侧可行的最小有效体积VminA，VminB。这些值能够例如通过软件模 块12固定地预设给测定装置19。作为代替，在对调节装置11进行编程之后，其他的数据也 可以-至少部分地-作为参数预设给测定装置19 (即在启动调节装置11的框架内），该参 数在调节装置11运行期间保持不变。
[0063] 根据图3,线性化因数fa至fd能够写成基础线性化因数f和相应的附加线性化因 数fa'至fd'的乘积。基础线性化因数f对于所有的线性化因数fa至fd是一致的。附 加线性化因数fa'至fd'对于相应的线性化因数fa至fd是独特的。
[0064] 基础线性化因数f与调节差值S s，S F的符号相关。因此，在位置调节的情况下， 基础线性化因数f与活塞3的运动方向相关，也就是与活塞3应滑动的方向相关。下面假 设，调节差值S s，SF大于零。在这种情况下，测定装置19优选地按照
【权利要求】
1. 一种用于调节液压缸单元（1)的调节装置， -其中，所述调节装置具有调节器（15,15')，所述调节器在输入侧接收额定参量（s*， F*)和实际参量（s, F),并且根据额定参量（s*, F*)和实际参量（s, F)的差值（5 s, 5F) 为所述液压缸单元（1)的阀控制单元（7)测定临时调节参量（u，u')， _其中，所述额定参量（s*，F*)是所述液压缸单元（1)的活塞（3)要采用的额定位置 (s*)，并且所述实际参量（s，F)是所述活塞（3)所采用的实际位置（s)，或者所述额定参量 (s*，F*)是所述活塞（3)要施加的额定力（F*)，并且所述实际参量（s，F)是所述活塞（3) 所施加的实际力（F)， _其中，在所述调节器（15,15')的下游布置有线性化单元（17)，所述线性化单元根据 临时的所述调节参量（u，u')和线性化因数（fa至fd)测定最终调节参量（ua至ud)，所 述线性化单元使所述最终调节参量输出到阀控制单元（7a至7d)，从而以调节速度（v)调节 所述活塞（3), -其中，所述线性化单元（17)使得所述线性化因数（fa至fd)动态地确定为至少是所 述活塞⑶的所述实际位置（s)和在所述活塞（3)的两侧以及在所述阀控制单元（7a至 7d)的泵侧和水箱侧获得的工作压力（pA，pB，pP，pT)的函数， -其中，所述线性化单元（17)确定所述线性化因数（fa至fd)，使得所述调节速度（v) 与额定参量（s*，F*)和实际参量（s，F)的所述差值（S s，SF)的比值与所述活塞（3)的 所述实际位置（s)和所述工作压力（pA，pB，pP，pT)无关。
2. 根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，向所述线性化单元（17)附加地输 送参数（P)，并且所述线性化单元（17)在确定所述线性化因数（fa至fd)时考虑所述参数 ⑵。
3. 根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述线性化单元（17)在所述参数 (P)具有第一值（P1)的情况下确定所述线性化因数（fa至fd)，使得所述线性化因数（fa 至fd)中的两个具有零值，并且所述线性化因数（f)中的另外两个具有不为零的值。
4. 根据权利要求2或3所述的调节装置，其特征在于，所述线性化单元（17)在所述参 数（P)具有第二值（P2)的情况下确定所述线性化因数（fa至fd)，使得在所述活塞（3)两 侧获得的所述工作压力（pA，pB)之和接近在所述阀控制单元（7a至7d)的泵侧和水箱侧的 所述工作压力（pP，pT)之和。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述阀控制单元（7a至 7d)设计为二元切换的切换阀。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述调节装置设计为能 软件编程的调节装置，并且所述调节装置利用软件模块（12)来编程，从而使得所述调节装 置基于利用所述软件模块（12)的编程根据前述权利要求中任一项来构造。
7. -种软件模块，包括机器代码（14)，所述机器代码的执行通过连接到液压缸单元 (1)处的能软件编程的调节装置（11)来引起，使得所述调节装置（11)根据权利要求6来设 计。
8. -种数据载体，在所述数据载体上以机器能读取的方式存储有根据权利要求7的软 件模块（12)。
9. 一种借助根据权利要求1至6中任一项所述的调节装置（11)调节的液压缸单元（1) 的应用，所述应用用于轧机机架（20)的定位调节。
【文档编号】G05B11/38GK104412180SQ201380025612
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2012年5月16日
【发明者】不公告发明人 申请人:西门子公司