专利名称：具有负载监控器的液压缸单元的负载力调节的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制装置，用来调节由液压缸单元通过机械系统施加到负载上的实际负载力，其中此控制装置包括力调节器，由液压缸单元施加在负载上的额定负载力、由液压缸单元施加到机械系统上的活塞力、由机械系统引起的内力输送到此力调节器中，其中力调节器的输出信号在阀门控制单元上起作用，借助它来调节液压缸单元。
背景技术：
液压缸单元用来在负载下执行机械运动。它们通常力调节或位置调节地进行运转。在力调节的运转和位置调节的运转中，都追求尽量短的控制反应(Anregelzeigen)，以便能快速地跟随额定值变化，并快速地平衡干扰。液压缸单元通过机械系统作用在负载上。此机载系统至少包括液压缸单元的活塞，必要时还包括其它的单元，它们设置在液压缸单元的活塞和负载之间。此机械系统引起内力，此内力施加到液压缸单元上。活塞力从液压缸单元的有效活塞面积和有效压力中产生。在液压缸单元的静止状态下，活塞力和作用在负载上的实际负载力的区别在于内力。但在液压缸单元的动态状态下，即在液压缸单元调节期间，由于额外起作用的加速力和摩擦力，这一关系不再生效。在技术方面，施加到机械系统上的活塞力是不相关的。实际上应该调节负载力，即通过机械系统施加到负载上的力。但在许多情况下，不能测量负载力的实际值。在这种情况下，在现有技术中调节活塞力。在“硬的”、相对不柔性的负载情况下，这种操作方式可导致良好的调节结果。相反，在“软的”、柔性的负载情况下，则产生相对较坏的调节动态性。
发明内容
本发明的目的是，创造一种方案，借助它可实现较高的调节动态性，尽管不测量负载力自身。此目的通过具有权利要求1特征的控制装置得以实现，此控制装置用来调节由液压缸单元通过机械系统施加在负载上的负载力。按本发明的控制装置的有利构造方案是从属权利要求2至7的内容。在按本发明的控制装置中规定
-控制装置包括负载力调节器、力调节器、负载监控器和延迟元件， -由液压缸单元施加在负载上的额定负载力以及由负载监控器确定的、期望的实际负载力输送到此负载力调节器中，
-额定负载力、由液压缸单元施加在机械系统上的活塞力和由机械系统引起的内力输送到此力调节器中，
-负载力调节器和力调节器的输出信号相加成未延迟的和信号，并且此未延迟的和信号作用在阀门控制单元上，借助它来调节液压缸单元，
-活塞力、内力和延迟的和信号输送到负载监控器中，并且-借助延迟元件通过未延迟的和信号的延迟来生成延迟的和信号。如果液压缸单元在相对狭窄的活动区域内运动，则以上构造方案是完全足够的。 如果液压缸单元在较大的活动区域内运动，则通过以下方式可明显改善调节动态性，即控制装置具有线性化单元，未延迟的和信号借助它可在输送到阀门控制单元之前进行线性化。由于线性化单元，液压缸单元的动态性总是可与液压缸单元的工作位置无关地始终保持在最佳位置中。在有些情况下，可这样来构造线性化单元，即它实现了所谓的蝶形曲线。但优选的是，线性化单元如DE 10 2007 051 857 B3已知的那样来构造。延迟元件的作用是，模拟阀门控制单元的动态性。通常，延迟元件为此目的构造成 PT2元件(或更高)。阀门控制单元与液压缸单元一起作用，实现了调节的积分特性 antegralverhalten)。因此，对于负载力调节器和力调节器足够的是，它们构成为P控制器(=比例控制器)。但如果需要，负载力调节器也可备选地构成为PI控制器(=比例积分控制器)，力调节器构成为PD控制器(=比例微分控制器)。实际负载力是位移参量。这同样适用于额定负载力、期望的实际负载力、活塞力和内力。但本发明同样可应用在旋转系统中。在这种情况下，在所述力的位置上会出现相应的力矩。在这种情况下，移动行程(以及它的时间导数)通过角度(以及它的时间导数)来代替。可能的是，在电路技术方面实现按本发明的控制装置。但是，控制装置通常构成为可软件编程的控制装置，它可借助软件模块来编程。此软件模块包括可由控制装置直接执行的机器代码。通过机器代码的执行，此控制装置构成为按本发明的控制装置。因此，本发明还涉及一种软件模块，它包括机器代码，此机器代码可直接由连接在液压缸单元上的、可软件编程的控制装置来执行，它通过控制装置的执行使得所述控制装置构成为按本发明的控制装置。如果借助液压缸单元应该调整软的、柔性的负载，则按本发明的控制装置的应用总是有利的。这种负载的例子是轧制机构的活套挑的负荷。本发明因此还涉及借助按本发明的控制装置进行调节的液压缸单元的应用，用来调节轧制机构的活套挑的力。
从下面结合附图的实施例描述中得出了本发明的其它优点和细节。在原理图中示出了
图1具有负载的液压缸单元； 图2按本发明的控制装置； 图3负载监控器；以及图4图2的控制装置的构造。
具体实施例方式按照图1，应该借助液压缸单元1按照技术要求来调节负载2。按照图1，负载2通过拉应力Z来实现，夹在两个轧制机架3之间的带4把此拉应力Z施加到轧制机构的活套挑5上。此带4通常是金属带，例如钢带或铝带。轧制机构通常是热轧机。以上结合图1阐述的应用目前是优选的。但本发明并不局限于此应用。它还可更广泛地应用。液压缸单元1通过机械系统6作用在负载2上。机械系统6至少包括液压缸单元 1的活塞7。在图1的应用中(纯粹是示例性的)，机械系统6还额外地包括滚子8，它借助液压缸单元1靠合到带4上。液压缸单元1借助阀门控制单元9进行调节。此阀门控制单元9通常包括伺服阀门驱动装置10和伺服阀门11。此伺服阀门11可备选地构成为两通阀或四通阀。这两种方案对专业人员来说通常都是已知和常用的。控制信号U输送到阀门控制单元9中，此控制信号是由控制装置12 (见图2)确定的。借助控制装置12来调节实际负载力FL，液压缸单元1通过机械系统6把此实际负载力FL施加到负载2上。控制装置12的构造和工作方式是本发明的内容。下面结合图2进行描述。按照图2，控制装置12具有负载力调节器13、力调节器14、负载监控器15和延迟元件16。额定负载力FL*和期望的实际负载力FL’输送到负载力调节器13中。额定负载力FL*是指应由液压缸单元1施加到负载2上的力。期望的实际负载力FL’是由负载监控器15确定的。负载力调节器13调节负载力FL。借助额定负载力FL*和期望的实际负载力FL’ 之间的差，负载力调节器13为此目的确定输出信号vL C，它在以下称为负载输出信号。负载力调节器13通常要么构成为P控制器，要么构成为PI控制器。额定负载力FL*、活塞力和内力FE输送到力调节器14中。活塞力Π(是指由液压缸单元1施加到机械系统6上的力。它以通常已知的方式通过活塞7的有效活塞面积以及在有效面积上起作用的压力来产生。内力FE尤其考虑到重力，机械系统6 (按实施例指活塞7和滚子8)施加此重力。力调节器14调节活塞力Π(。力调节器14为此目的确定额定负载力FL*和内力FE的总和，其中从此总和中减去活塞力Π(。力调节器14确定输出信号vFC，以下称为力输出信号。力调节器14通常构成为P控制器或PD控制器。力调节器 14使调节稳定，并实现了更高的动态性。负载力调节器13和力调节器14的输出信号vLC、vFC相加成未延迟的和信号vFM。 未延迟的和信号vFM作用在阀门控制单元9上。可能的是，未延迟的和信号vFM直接输送到阀门控制单元9中。在此情况下，控制信号u与未延迟的和信号vFM —致。但在许多情况下，未延迟的和信号vFM输送到线性化单元17中，其使未延迟的和信号vFM实现了线性化。在这种情况下，控制信号u相当于由线性化单元17确定的信号。线性化单元17可按需要构成。目前优选的是，线性化单元17如同在DE 10 2007 051 B3中详细描述的一样构成。线性化单元17直接设置在阀门控制单元9的前面。它补偿液压系统的非线性化。负载监控器15为了能确定期望的实际负载力FL，，活塞力Π(、内力FE和延迟的和信号vU输送到负载监控器15中。延迟的和信号vU借助延迟元件16通过未延迟的和信号vFM的延迟来确定。
延迟元件16模拟阀门控制单元9的动态性。因此，延迟的和信号vU与活塞力是同步的。延迟元件16可按需要地构成，只要实现了刚才提到的功能性。通常，延迟元件 16构成为ΡΤ2元件。负载监控器15可同样按需要地构成。重要的是，它模拟实际负载力FL。负载监控器15因此当作相应的软传感器来用，它借助(至少)一个测量变量(即活塞力ΠΟ来模拟未测量的实际负载力FL。专业人员通常已知负载监控器15的结构和工作方式。为了使它生效，具有专业人员同样已知的多个方案。下面结合图3阐述了负载监控器15的可能的构造方案。按图3，负载监控器15具有图3所示的结构。元件18至22是乘法器。元件23是除法器。元件M至沈是积分器。参数c相当于所用液压流体在液压缸单元1的工作点中的弹簧常数。参数c可以是常数，或与液压缸单元1的工作点有关。如果存在着线性化单元17，则线性化单元17例如可确定参数c，并把它提供给负载监控器15。但是，参数c同样能以其它方式确定。kVF和m是参数，它优选在控制装置12试运行时一次性地设置，并随后保持。备选地，它们可在运转过程中变化。kl至k3是参数，借助其来调节负载监控器15的瞬态响应。控制装置12按照图4优选构成为可软件编程的控制装置12。控制装置12因此借助软件模块30进行编程。此软件模块30可例如借助数据载体31输送到控制装置12中， 软件模块30以(仅仅)机器可读的形式存储在数据载体上。原则上，任意的数据载体都可考虑当作数据载体31。在图4中示出了 USB记忆棒(纯粹是示例性的)。软件模块30包括机器代码32。此机器代码32可直接由控制装置12执行。机器代码32的执行通过控制装置12来进行，使控制装置12如同前面所阐述的那样来调节液压缸单元1。控制装置12的编程实现了控制装置12借助软件模块30的编程，或者实现了机器代码32通过控制装置12的执行。上面已经结合控制装置12阐述了本发明，其中评估了实际负载力FL、额定负载力 FL*、期望的实际负载力FL，、活塞力和内力FE。但是，所述的力FL、FL*、FL，、 和FE可通过对应的旋转变量来代替。所谓的旋转环(Drehlooper)是这种情况的一个例子，如同它在轧制机构中的应用一样。本发明具有许多优点。尤其可达到较高的动态性，尽管不直接测量实际负载力FL。 如果存在着线性化单元17，则甚至在液压缸单元1的整个活动区域上产生较高的动态性。 此外，在现有的控制装置上，控制装置12的按本发明的构造经常无需大的花费就能改装。 当控制装置12构成为可软件编程的控制装置12时，这一点尤其适用。以上描述只是用来阐述本发明。相反，本发明的保护范围仅通过所附的权利要求来确定。
权利要求
1.一种控制装置，用来调节由液压缸单元(1)通过机械系统(6)施加到负载(2)上的实际负载力(FL)，-其中此控制装置(12)包括负载力调节器(13)、力调节器(14)、负载监控器(15)和延迟元件(16)，-其中由液压缸单元(1)施加在负载(2)上的额定负载力(FL*)以及由负载监控器 (15)确定的、期望的实际负载力(FL’)输送到此负载力调节器(13)中，-其中额定负载力(FL*)、由液压缸单元(1)施加在机械系统(6)上的活塞力(ΠΟ和由机械系统(6)引起的内力(FE)输送到此力调节器(14)中，-其中负载力调节器(13)和力调节器(14)的输出信号相加成未延迟的和信号(vFM)， 并且此未延迟的和信号(vFM)作用在阀门控制单元(9)上，借助它来调节液压缸单元(1)，-其中活塞力(ΠΟ、内力(FE)和延迟的和信号(vU)输送到负载监控器(15)，并且-其中借助延迟元件(16)通过未延迟的和信号(vFM)的延迟来生成延迟的和信号 (vU)。
2.按权利要求1所述的控制装置，其特征在于，它具有线性化单元(17)，未延迟的和信号(vFM)借助所述线性化单元可在输送到阀门控制单元(9)之前进行线性化。
3.按权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，延迟元件(16)构造成PT2元件。
4.按权利要求1、2或3所述的控制装置，其特征在于，负载力调节器(13)构成为P控制器或PI控制器。
5.按上述权利要求之任一项所述的控制装置，其特征在于，力调节器(14)构成为P控制器或PD控制器。
6.按上述权利要求之任一项所述的控制装置，其特征在于，实际负载力(FL)、额定负载力(FL*)、期望的实际负载力(FL’)、活塞力(ΠΟ和内力(FE)通过相应的力矩来代替。
7.按上述权利要求之任一项所述的控制装置，其特征在于，它构成为可软件编程的控制装置，它可借助软件模块(30)来编程，此软件模块(30)包括可由控制装置直接执行的机器代码(32)，通过机器代码(32)的执行，则构成为按上述权利要求之任一项所述的控制装置。
8.一种软件模块，其包括机器代码(32)，此机器代码可直接由连接在液压缸单元(1) 上的、可软件编程的控制装置(12)来执行，它通过控制装置(12)的执行使得所述控制装置构成为按权利要求7所述的控制装置(12)。
9.液压缸单元(1)的应用，此液压缸单元(1)借助按权利要求1至7之任一项所述的控制装置进行调节，用来调节轧制机构的活套挑(5)的力。
全文摘要
一种控制装置(12)，用来调节由液压缸单元(1)通过机械系统(6)施加到负载(2)上的实际负载力(FL)，此控制装置(12)包括负载力调节器(13)、力调节器(14)、负载监控器(15)和延迟元件(16)。其中由液压缸单元(1)施加在负载(2)上的额定负载力(FL*)以及由负载监控器(15)确定的、期望的实际负载力(FL’)输送到此负载力调节器(13)中。额定负载力(FL*)、由液压缸单元(1)施加在机械系统(6)上的活塞力(FK)、由机械系统(6)引起的内力(FE)输送到此力调节器(14)中。负载力调节器(13)和力调节器(14)的输出信号相加成未延迟的和信号(vFM)。未延迟的和信号(vFM)作用在阀门控制单元(９)上，借助它来调节液压缸单元(1)。活塞力(FK)、内力(FE)和延迟的和信号(vU)输送到负载监控器(15)中。借助延迟元件(16)通过未延迟的和信号(vFM)的延迟来生成延迟的和信号(vU)。
文档编号G05B13/04GK102473001SQ201080029920
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月30日 优先权日2009年7月3日
发明者沃尔德 D., 陶茨 W. 申请人:西门子公司