Servohydraulik - Geregelte hydraulische Antriebe

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Günther Engel
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1 AACHEN Antriebe und Steuerungen Univ.-Prof. H. Univ.-Prof. Dr.-lng. H. Murrenhoff Umdruck zur Vorlesung Servohydraulik - Geregelte hydraulische Antriebe 4., neu iiberarbeitete Auflage 2012 unter Mitwirkung von: Sebastian Sgro, Sebastian Drumm, Kristof sowie Christoph Siebert, Matthias Christian Stammen David Prust und Nachdruck - auch auszugsweise - nur mit Zustimmung des Verfassers InstitutfiirfluidtechnischeAntriebe und Steuerungen Steinbachstr. 53, Aachen

2 INHALTSVERZEICHNIS 0 VI in die grundlegenden Begriffe Aufbau des Umdrucks und Anwendungsbeispiele 21 2 HYDRAULISCHE ANTRIEBE Ubersicht und Ventilgesteuerte Antriebe Systematik der Ventilsteuerungen Hydraulische Hydraulische Vollbriickenschaltungen Quadrant I - Ventilsteuerung mit Quadrant II - Ventilsteuerung am Konstantdrucknetz Verdrangergesteuerte Antriebe Quadrant III - oder hydrostatisches Getriebe Quadrant IV - Sekundarsteuerung am Konstantdrucknetz 44 3 STELLGLIEDER Stetigventile Aufbau und Funktionsweise 48 Elektrische Eingangsstufe (elektro-mechanischer Umformer) Hydraulische Vorsteuerstufe (mechanisch-hydraulischer Umformer) Hydraulische Hauptstufe Stetigventile Stetigventile Zweistufige Stetigventile Dreistufige Stetigventile Sonderbauformen Statisches Verhalten von Stetigventilen

3 Nennvolumenstrom Nulldurchfluss Summendruck Dynamisches Verhalten von Stetigventilen Verhalten im Zeitbereich Verhalten im Frequenzbereich und Aufbau und Funktionsweise Statisches Verhalten Verluste eines eines Servoverdrdngers Dynamisches Verhalten HYDRAULISCHE AKTOREN Aufbau und von Aufbau und Eigenschaften von 4.3 Aufbau und Eigenschaften von 4.4 Wirkungsgrad von Rotationsmotoren Verluste Verluste 123 SENSOREN UND REGELEINRICHTUNGEN der Position Potentiometrische Induktive Positionssensoren Magnetoresistive Positionssensoren Positionssensoren von Reglerbaugruppen. 148

4 INHALTSVERZEICHNIS III 6 STATISCHE KENNWERTE ANTRIEBE Eigenschaften hydraulischer Widerstande Definition der KenngroBen und Kennlinienfelder mit Konstantdruckquelle Halbbriicken Bruckenschaltung bei Konstantstromquelle A+A Linearisierung der Kennfelder Linearisierung der negativ iiberdeckten A+A Linearisierung der nulluberdeckten Vollbriicke A+A Ermittlung der KenngroBen aus Ventildatenblattern Ermittlung der Wirkungsgrad von Ventilsteuerungen Konstantdrucksystem Konstantstromsystem zu den Vollbruckenschaltungen HYDRAULISCHER ANTRIEBE Mathematische Modelle hydraulischer Komponenten Stetigventil Nichtlineares Modell 5. Ordnung Linearisiertes Modell 3. Ordnung Linearisiertes Modell 2. Ordnung 243 l.\2 Verdrangerstellsystem Nichtlineares Modell 5. Ordnung Linearisiertes Modell 2. Ordnung Nichtlineares Modell 1. Ordnung Verstellpumpe Drehzahlveranderliche Konstantmotor Rotationsmotor Linearmotor Frequenzgange und dynamische Kennwerte Steuerkette Typ 1 266

5 IV INHALTSVERZEICHNIS Stetigventil Stetigventil - (Gleichgangzylinder) Rotationsmotor Servopumpe - Linearmotor (Gleichgangzylinder) Stetigventil - Linearmotor (Differentialzylinder) Steuerkette Typ Nichtlinearitaten in realen servohydraulischen Antrieben Nichtlinearitaten des Druckaufbaus Nichtlinearitaten ventilgesteuerter Servoantriebe Einfluss des nichtlinearen Kennlinienfeldes des Stetigventils Einfluss der Uberdeckungsverhdltnisse des Steuerschiebers Nichtlinearitaten Servoantriebe Einfluss der Speise Einfluss der 301 Einfluss der Leitungsldnge zwischen und Motor Eingespanntes hydrostatisches Getriebe 304 REGELUNG HYDRAULISCHER ANTRIEBE Kraft-, Druckregelung 311 Kraft-, Momenten- und Druckregelung ZZ Linearisiertes Modell der die Kraftregelung Druckregelung mit Druckregelung mit Kraft-, Druck- fur Linearisiertes Modell der Konzepte fiir die 8.2 Geschwindigkeitsregelung Geschwindigkeitsregelung fiir Lageregelung Lageregelung ftr Typ

6 INHALTSVERZEICHNIS Lageregelung fur Typ Einschleifige Regelung Mehrschleifige Regelung REGELUNGSTECHNISCHE GRUNDLAGEN Regelungstechnische Darstellungsweisen Der Wirkungsplan Elementare lineare Ubertragungsglieder Beschreibung von Regelkreisgliedern durch Differentialgleichungen Hydraulisches mit Schwingungsfahiges hydraulisches System mit Beschreibung von Regelkreisgliedern durch von Ubertragungsgliedern Untersuchungsmethoden Zeitbereich Frequenzbereich Linearisierung von Kennlinien Der Regelkreis Regelstrecke mit und ohne Ausgleich Fiihrungs- und Storverhalten Stabilitat des Regelkreises Nyquist-Kriterium Hurwitz-Kriterium Wurzelortskurven-Verfahren Die Kreisverstarkung und zur Bewertung der Regelkreisdynamik LITERATURVERZEICHNIS INDEX 457

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INHALTSVERZEICHNIS 1 INHALTSVERZEICHNIS 0 FORMELZEICHEN VI 1 EINLEITUNG 15 1.1 Einführung in die grundlegenden Begriffe... 15 1.2 Aufbau des Umdrucks... 18 1.3 Historisches und Anwendungsbeispiele... 21