Totzeit in hydraulischer Regelstrecke

LeFish Gast #4309925
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Hallo!

Ich habe eine hydraulische Strecke zu Regeln. Die Strecke ist in 
Abbildung 1 dargestellt. Es handelt sich um einen Hydraulikzylinder, der 
auf ein hydrostatisches Lager eine Prüfkraft aufbringt. Diese Prüfkraft 
soll durch die Regelung wohldefiniert sein. Das System ist in Abbildung 
2 abgebildet.

Der PI-Regler ist auf einer SPS der Firma B&R realisiert. Die 
Beschreibung der A/D-Wandlerkarte habe ich angehängt.

Wie aus Abbildung 3 (Führungssprung von 7kN auf 9kN) ersichtlich, weist 
die Strecke eine Totzeit von 7ms im Kraftsignal auf. Es handelt sich um 
eine Messung, bei der das hydrostatische Lager aktiviert wurde. Die 
Verläufe der Lagerspalte h1 bis h3 weisen eine wesentlich geringere 
Totzeit im Signal auf. Alle Signale werden durch diesselbe Wandlerkarte 
gewandelt. Zu jedem Zeitpunkt liegt der Zylinder auf der Kraftmessdose 
auf.

Als Maschinenbauer fehlt mir nun das Wissen um die Elektronik in solch 
einer Wägemesszelle um zu wissen woher die Totzeit kommt. Das Datenblatt 
des verwendeten Kraftaufnehmers habe ich angehängt.

Kann mir bitte jemand erklären, wie die Totzeit im Kraft-Signal zustande 
kommt?

Vielen Dank für euere Hilfe!

LG
LeFish
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Sascha Gast #4309941
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Hallo,
kurze Frage hat dein Stellglied, also das Regelventiel einen Dither ?
Hat das Regelventiel die spezielle Eignung (Ventielformung) für den 
Dither ?
Habe als Lehrling vor sehr vielen Jahren in der Entwicklung solcher 
Linearantriebe gearbeitet und all dies auch gemacht, allerdings war 
damals noch alles Analog. Unter 1mS kommt man nicht, weil das alleine 
schon die Dither Frequenz ist, damit der Ölfilm am laufen bleibt.
Gruß Sascha
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Jürgen G. (Firma: Elektronikentwickler Aachen) #4309963
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Ich denke, dass das der Stick-Slip-Effekt des Zylinders ist.
Meine mich zu erinnern, dass es Gleichgang- und Leichtgang-Zylinder 
gibt.
Trotz Druckaufbau im Zylinder passiert nichts, bis zu dem Punkt, wo die 
Reibung überbrückt wird.

Kannst Du den Strom Oszillografieren? ZB über einen Widerstand.
Besser noch den Zylinderdruck.

Das Ventil ist aber schon ein Proportionalventil, oder?
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TheLeFish .. #4309999
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Hallo!

Der Zylinder ist ein hydrostatisch gelagerter Gleichgangzylinder, wie er 
oftmals bei Prüfaufgaben eingesetzt wird. Durch die hydrostatische 
Lagerung der Kolbenstange sollte kein Stick-Slip Effekt auftreten.

Es wird ein Dither-Signal vonseiten der SPS aufmoduliert. Die Frequenz 
beträgt 100Hz. Ich habe einen weiteren Sprung von 5kN auf 15kN 
aufgenommen und das Signal gefiltert. Dort ist das Dither-Signal gut zu 
erkennen. Allerdings erfolgte die Messung mit deaktiviertem Taschenlager 
(Lagerspalt=0), wodurch ich kein Lagerspalthöhensignal zeigen kann. Man 
sieht aber, dass das Ventilstellungssignal, das vom Ventil an die SPS 
zurückgeht ebenfalls eine Totzeit von 2.4ms aufweist. Diese ist 
ebenfalls um einiges geringer als die 7ms von der Kraftmessdose

Der Reglerblock wird mit der geringstmöglichen Zyluszeit der SPS (mit 
0.4ms) aufgerufen. Die Messwerterfassung läuft ebenfalls mit daraus 
resultierenden 2.5kHz.

Das Servoventil ist ein Stetigventil mit Nullüberdeckung. Das heißt 
selbst wenn die Steuerkanten gewissen Fertigungstoleranze unterliegen 
sollten diese keine Totzeit von 7ms hervorrufen. Das Datenblatt des 
Servoventils habe ich angehängt. Esn handelt sich um ein MOOG D633.

Den Druck in den Zylinderkammern kann ich leider nicht messen, da der 
Adapterblock keine dafür vorgesehenen Bohrungen aufweist. Da sich der 
Lagerspalt jedoch bereits innerhalb der Totzeit des Kraftsignals ändert 
kann man meiner Meinung danach schließen, dass die Ursache für die 
Totzeit tatsächlich im Signalweg der Kraftmessdose liegt.
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TheLeFish .. #4310093
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Hallo!

Was noch eine wichtige Information ist, die ich bis jetzt unterschalgen 
habe:

Die Totzeit ist egal welches Kraftniveau oder wie groß der 
Führungssprung immer exakt 7ms. Sie weicht kein bisschen davon ab.

Von der Firma der Kraftmessdose ist leider nicht sonderlich viel zu 
erwarten. Ich habe bereits bezüglich einem Bode-Diagramm angefragt, aber 
leider nur Schmafu zurückbekommen. Entweder sie wollen nicht oder sie 
können nicht...

Luft im System kann ich weitestgehend ausschließen. Das 
Hydraulikaggregat hat einen 40l Tank in dem das Öl genügend Zeit hat um 
abzusitzen.

Ich kann noch simulierte und gemessene Sprungantworten des Systems 
nachliefern. Verglichen mit der Zeitkonstante des Zylinders reagiert das 
Ventil schon recht schnell...

LG
LeFish
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Lurchi Gast #4310154
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Die Kraftmessdose selber sollte schnell sein. Das Problem ist ggf. der 
Verstärker zur Auswertung, wenn der als Trägerfrequenzverstärker 
arbeitet. Da sollte man Daten zu finden, bzw. die Trägerfrequenz ließe 
sich nachmessen.

Das Ventil scheint nicht so schnell zu sein: Im Post von 14.10.2015 
18:54 geht ein großer Teil der Totzeit auf die Stellzeit des Ventils 
zurück. Laut Datenblatt sind das für den vollen Weg bis zu 12 ms. So wie 
es aussieht wird das Ventil auch nicht mit 100% angesteuert - die 
Verzögerung wird damit auch nicht kleiner wenn der Sprung kleiner ist. 
Da könnte ggf. eine etwas anders abgestimmte Regelung (ggf. mit Feed 
forward oder als PID) noch was bringen.

Die Ditherfrequenz wird auch noch einiges dazu beitragen - die Wahl von 
100 Hz zeigt ja eigentlich das man etwa da die Grenze des Ventils hat. 
Etwas höher könnte mit der Frequenz aber wohl noch gehen.

Ohne den Filter sollte die A/D wandler Karte schnell sein - mit aktivem 
Filter kann man aber schon deutliche Verzögerungen haben.
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Amateur Gast #4310196
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Wie sieht es eigentlich mit den beteiligten Strecken aus. Bei nicht 
geringen Geschwindigkeiten ist eine Ölsäule (im Rohr):
Schwer zu beschleunigen (hängt auch von der Länge ab);
hat eine beträchtliche Reibung (vor allem wenn's eng wird);
ist dann auch relativ elastisch. Zu letzterem braucht’s nicht mal Luft.

Egal, wie der Zylinder gelagert ist gelten die Gesetze von Masse, die 
beschleunigt werden soll (auch die der Konstruktion), die Startprobleme 
(etwas Haftung) und die allgemeine Reibung im Betrieb (nicht nur die des 
Zylinders).

Auf die Schnelle würde ich sagen: Schau mal wie schnell das Ventil ist 
und behalte die Strecken (in Meter) im Auge. Vielleicht kannst Du die 
beteiligte Masse - man geht da gerne auf Nummer sicher - noch 
reduzieren.
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Sascha Gast #4310979
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Hallo,
wie willst du mit 100Hz Dither überhaupt eine genauigkeit mit Zeiten von 
7ms erreichen? Eine Periode des Dithers dauert ja schon 10ms.
Wir haben damals 1KHz gehabt, und dazu muss auch vermutlich der Druck 
der Pumpe erhöt werden um schneller zu werden so ca. 50 bis 100 Bar. Die 
Luft, also geringfügige Luftbläschen ist im System bei einem 
Doppelbeaufschlagten Zylinder kaum noch ein Problem, vor allem bei den 
Drücken.
Dann brauchst du nach der Pumpe noch vermutlich einen Druckspeicher, der 
auch als Pulsationsdämpfer funktioniert. Weil die Pumpe ja auch eine 
Trägheit in der Nachregelung hat.

Gruß Sascha
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