Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Regelungsparametern einer Regelungseinheit eines Hydrauliksystems, wobei ein Ist-Systemdruck eines hyd- raulischen Verbrauchers des Hydrauliksystems durch eine vorgegebene Soll-Drehzahl eines Servoantriebs geregelt wird, wobei die Ist-Drehzahl der vorgegebenen Soll-Drehzahl folgt. Weiters betrifft die gegenständliche Erfindung ein Hydrauliksystem umfassend einen Servoantrieb, der eine von einer Steuerungseinheit vorgegebene Soll-Drehzahl aufweist, wobei eine Ist-Drehzahl des Servoantriebs der vorgegebenen Soll-Drehzahl folgt, und umfassend einen hydraulischen Verbraucher der einen Ist-Systemdruck aufweist, welcher durch die vorgegebene Soll-Drehzahl geregelt wird

Hydrauliksysteme bestehen aus hydraulischen Erzeugern und hydraulischen Verbrauchern. Als hydraulischer Erzeuger dient in der Regel ein Servoantrieb, als hydraulische Verbraucher können zum Beispiel Hydraulikzylinder, Hydromotoren, hydraulische Kapazitäten, etc. die- nen. Als Servoantrieb wird in diesem Zusammenhang üblicherweise eine Kombination aus Motor und Pumpe verstanden, wobei der Motor von einem Umrichter versorgt wird. Die Drehzahl des Motors des Servoantriebs ist hochdynamisch variabel und steuert einen von der Pumpe geförderten hydraulischen Volumenstrom. Damit wird wiederum eine Änderung eines hydraulischen Ist-Systemdrucks im Hydrauliksystem erreicht. Die Regelung des Sys- temdrucks ist somit bei allen hydraulischen Verbrauchern essentiell. Üblicherweise weist eine Regelung eines Hydrauliksystems eine PI D-Struktur oder eine PI D-ähnliche Struktur mit zusätzlichen Filtern auf. Die dafür notwendigen Regelungsparameter müssen nach derzeitigem Stand der Technik durch Ausprobieren, d.h. durch iteratives manuelles Tuning am Hydrauliksystem ermittelt werden. Dies ist einerseits sehr zeitaufwendig, da immer wieder Tests durchgeführt werden müssen und erfordert andererseits erfahrenes Fachpersonal. So ist die tatsächliche Justierung der Regelungsparameter selbst bei Vorliegen einer ausführlicheren Dokumentation sehr stark vom jeweiligen Anwender abhängig, wobei hierfür einige Faustformelverfahren, wie z.B. die Methode nach Ziegler Nichols existieren. Je nach verwendeter Regelungsstruktur ändern sich die Anzahl der zu bestimmenden Parameter und damit der Aufwand zur Einstellung der Regelung. Eine Reglerauslegung ist daher manuell aufgrund unzureichender Kenntnis der Streckendynamik über den gesamten Frequenzbereich nur schwer möglich. Zudem kann eine Nachjustierung der Regelungsparameter auch im laufenden Betrieb notwendig sein, z.B. wenn sich Randbedingungen ändern, beispielsweise durch Verschleiß von Bauteilen. Die Bestimmung der Regelungsparameter ist wie erwähnt prinzipi- eil aufwendig. Zudem ist es schwierig die Regelungsparameter auszulegen, dass eine gewünschte Dynamik erreicht wird. Die Dynamik beschreibt das Ein-/Ausgangsverhalten des Hydraulikystems, d.h. hier die Antwort des Ist-Systemdrucks auf eine Änderung des Soll- Systemdrucks. Weist das Hydrauliksystem eine hohe Dynamik auf, so kann beispielsweise ein Ist-Systemdruck auch schnellen Änderungen des Soll-Systemdrucks hinreichend folgen.

Die DE 198 42 565 A1 offenbart ein Hydrauliksystem mit mehreren Kreiselpumpen. Beim notwendigen Zu- und Wegschalten einzelner Kreiselpumpen entstehen unerwünschte Druckstöße, welche sich im System grundlegend als Störung auswirken. Die Druckstöße werden jedoch in der DE 198 42 565 A1 verwendet um die Regelungsparameter des PID- Reglers zu parametrieren. Es werden eine Übertragungsfunktion in Form eines PTn-Glieds, d.h. mit einer Zählerordnung von Null, und daraus die Regelungsparameter ermittelt. PTn- Glieder, d.h. eine Hintereinanderschaltung von n PT1 -Gliedern, sind in der Regel nicht schwingungsfähig. Auftretende Druckstöße lassen sich zwar gut erfassen, sind jedoch als Anregung eines Systems zur Systemidentifikation für eine Reglerparametrierung nicht gut geeignet, weshalb eine rasche und exakte Parametrierung nicht möglich ist.

Es ist somit die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem die Parametrierung der Regelungsparameter für eine Regelung eines Hydrauliksystems, umfassend einen Servoantrieb, weitgehend automatisiert, rasch und genau erfolgt.

Erfindungsgemäß wird der Soll-Drehzahl ein Anregungssignal aufgeschaltet und der sich dabei einstellende Ist-Systemdruck gemessen Aus der Ist-Drehzahl und/oder der Soll- Drehzahl und dem Ist-Systemdruck wird die Dynamik des Hydrauliksystems ermittelt und weiter werden aus der ermittelten Dynamik die Regelungsparameter berechnet. Weiters ist erfindungsgemäß eine Regelungseinheit vorhanden, die ausgestaltet ist der Soll-Drehzahl ein Anregungssignal aufzuschalten und den sich dabei einstellenden Ist-Systemdruck des Hydrauliksystems zu messen, aus der Ist-Drehzahl und/oder der Soll-Drehzahl und dem Ist- Systemdruck die Dynamik des Hydrauliksystems zu ermitteln und aus der ermittelten Dynamik die Regelungsparameter der Regelungseinheit zu berechnen. Es ist somit möglich die Regelungsparameter der Regelungseinheit des Hydrauliksystems in einem Bruchteil der Zeit, welche für ein manuelles Tuning notwendig wäre, zu ermitteln. Darüber hinaus ist der Ablauf der Ermittlung der Regelungsparameter reproduzierbar und erfolgt unabhängig vom jeweiligen Anwender, insbesondere auch automatisiert. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es ein in den dynamischen Eigenschaften unbekanntes Hydrauliksystem zu identifizieren. Durch das Aufschalten eines Anregungssignals auf die Soll-Drehzahl des Servoantriebs kann das unbekannte Hydrauliksystem für die Identifizierung gut dynamisch angeregt werden Das bedeutet, dass das Hydrauliksystem eine„Blackbox" darstellt, dessen innere Struktur nicht bekannt ist bzw. nicht bekannt sein muss. Es wird also auf eine Untersuchung der Eingangs-Ausgangsbeziehungen beschränkt, wobei jegliche innere Eigenschaften bzw. dynamische Parameter nicht genutzt werden, selbst wenn diese vorab bekannt wären. Da ein externes Anregungssignal auf die Soll-Drehzahl aufgeschaltet wird, kann das Anregungssignal frei gewählt werden. Damit ist es möglich spezielle, für die Anregung besonders geeignete, z.B. breitbandige, Anregungssignale aufzuschalten, um die Reglerparameter besonders rasch und genau zu parametrieren.

Vorteilhafterweise kann aus der ermittelten Dynamik zusätzlich ein Kompensationsfilter für die Regelungseinheit parametriert werden. Da das erfindungsgemäße Verfahren es ermöglicht die Regelungsparameter durch Messungen im laufenden Prozess an aktuelle Prozessgegebenheiten anzupassen, kann somit bei Bedarf auch ein Kompensationsfilter automatisch parametriert werden. Die bereits identifizierte Dynamik des Hydrauliksystems kann nach einem ungewünschten Verhalten in bestimmten Frequenzbereichen (z.B. starkes Resonanzverhalten) untersucht und weiters verstärkt oder gedämpft werden. Damit wird einerseits eine deutliche Geräuschreduktion und andererseits eine höherer Dynamikbereich ermöglicht.

Kompensationsfilter dienen dazu unerwünschtes Verhalten im Frequenzbereich, zum Bei- spiel ein Resonanzverhalten bei einer bestimmten Frequenz zu unterdrücken oder im umgekehrten Fall bei Antiresonanzverhalten die Streckenverstärkung bei dieser Frequenz zu heben. Durch Vorgabe des Soll-Systemdrucks, und der Soll-Drehzahl des Servoantriebs und durch Beaufschlagung eines Anregungssignals auf die Soll-Drehzahl wird das Hydrauliksystem angeregt. Im Zuge dessen wird über den Ist-Systemdruck und die Ist-Drehzahl und/oder die Soll-Drehzahl Information über die Dynamik der Regelstrecke erhalten. Mittels dieser erhaltenen Information werden weiter alle nötigen Einstellparameter der Regelungseinheit berechnet. Alternativ kann auch eine Anzahl Regelungsparameter durch einen Anwender vorgegeben werden und die weiteren notwendigen Regelungsparameter erfindungsgemäß berechnet werden. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich diverse Vorteile: So wird einerseits die Prozedur des Einstellens der Regelungsparameter der Regelungseinheit wesentlich beschleunigt. Zudem ist durch den möglichen automatisierten Vorgang das Ergebnis reproduzierbar und nicht mehr vom konkreten Anwender abhängig. Bei entsprechender Vorbereitung kann das Verfahren zudem auch von Nicht-Experten angewandt werden.

Vorteilhafterweise wird der Soll-Drehzahl vor der Beaufschlagung mit dem Anregungssignal eine konstante Anfangsdrehzahl vorgegeben, woraufhin sich im Hydrauliksystem als Ist- Systemdruck ein Anfangsdruck einstellt. Damit wird ein für die Ist-Drehzahl und damit auch dem Ist-Systemdruck ein Arbeitspunkt eingestellt

Vorteilhafterweise ist der hydraulische Verbraucher ein Hydraulikzylinder, insbesondere ein Differentialhydraulikzylinder. Der Ist-Systemdruck kann somit einen Druck eines Hydraulikzylinder beschreiben, vorstellbar wäre auch der Druck eines Hydromotors, etc.

Das der Anfangsdrehzahl beaufschlagte Anregungssignal stellt in der Regel ein breitbandi- ges Signal dar. Besonders geeignet ist eine Kombination aus sprungförmiger Anregung, harmonischer Signale mit ansteigender Frequenz und impulsförmigen Signalen. Daher wird vorteilhafterweise als Anregungssignal ein Rechtecksignal, ein harmonisches Signal - vorzugweise mit steigender Frequenz, Impulse oder ein Mischsignal daraus verwendet.

Zur Beschreibung der Dynamik des Hydrauliksystems können unterschiedliche Darstellungen verwendet werden. Aus dem aufgezeichneten Systemeingang, d.h. der Ist-Drehzahl und/oder der Soll-Drehzahl, und dem Systemausgang, d.h. dem Ist-Systemdruck, wird die Übertragungsfunktion ermittelt. Die identifizierte Übertragungsfunktion, welche die Systemdynamik beschreibt stellt also den Zusammenhang zwischen dem Systemeingang, d.h. der Ist-Drehzahl und/oder der Soll-Drehzahl, und dem Systemausgang, d.h. dem Ist- Systemdruck, dar. So kann vorteilhafterweise die Dynamik des Hydrauliksystems durch eine Übertragungsfunktion beschrieben werden.

Die Übertragungsfunktion, d.h. die Identifikation der Reglerstrecke kann mithilfe bekannter Verfahren wie zum Beispiel der Fast-Fourier-Transformation (FFT) oder der Methode der kleinsten Fehlerquadrate (Least Squares LSQ) ermittelt bzw. angenähert werden, wobei auch andere Verfahren, wie beispielsweise das Ziegler-Nichols-Verfahren zur Identifikation der Reglerstrecke herangezogen werden können. Die Fast-Fourier-Transformation dient dazu ein Signal in seine Frequenzanteile zu zerlegen. Angewandt auf den Eingang und Ausgang des vorliegenden Systems, d.h. hier die Ist-Drehzahl bzw. die Soll-Drehzahl und den Ist-Systemdruck, kann daraus auf das Übertragungsverhalten im Frequenzbereich geschlossen werden, was für den weiteren Entwurf der Regelungsparameter herangezogen werden kann. Die Methode der kleinsten Fehlerquadrate, (Least Squares Verfahren, LSQ) hingegen ist ein Standardverfahren zur Ausgleichsrechnung. Es kann dazu verwendet werden eine Näherung zur Übertragungsfunktion zu schätzen.

Auf die so erhaltene Dynamik des Hydrauliksystems kann vorteilhafterweise ein Frequenzkennlinienentwurf-Verfahrens angewendet werden um die Regelungsparameter im Fre- quenzbereich zu errechnen. Beim Frequenzkennlinienentwurf-Verfahren erfolgt die Ermittlung von Regelungsparametern auf Basis von Anforderungen an das Einschwingverhalten der Antworten des geschlossenen Regelkreises auf gewisse ausgewählte Testfunktionen als Vorgabeparameter, wie z.B. Sprünge des Soll-Systemdrucks, welche wiederum in Anforderungen an ein Bode-Diagramm des offenen Kreises des dynamischen Hydrauliksystems übertragen werden. Anforderungen an den geschlossenen Regelkreis stellen zum Beispiel die Anstiegszeit und das Überschwingen der Sprungantwort des dynamischen Hydrauliksys- tems dar. Mithilfe dieses Verfahrens können somit aus Kenngrößen der Sprungantwort des geschlossenen Regelkreises (Vorgabeparameter) die Regelungsparameter berechnet werden. Die Vorgabeparameter beschreiben also die Sprungantwort des Hydrauliksystems, d.h. wie schnell der Ist-Systemdruck nach einem Sprung des Soll-Systemdrucks den Soll- Systemdruck erreicht hat.

Die Auswahl der geeignetsten Methode zur Ermittlung der Regelungsparameter hängt in der Regel von der Struktur des zu parametrisierenden Reglers, d.h. von den zu ermittelnden Regelungsparametern selbst ab. So können die Regelungsparameter beispielsweise eines PI D-Reglers, wie auch eines linear-quadratischen Regler (LQR) bestimmt werden. Ein linear-quadratischer Regler, auch Riccati-Regler genannt, ist ein Zustandsregler für ein lineares dynamisches System, dessen Rückführmatrix über die Minimierung eines quadratischen Kostenfunktionais ermittelt wird, woraufhin der Ist-Systemdruck auf den Solldruck geregelt wird.

Sowohl die Fast-Fourier-Transformation (FFT), das Least Square Verfahren (LSQ), das Fre- quenzkennlinienentwurf-Verfahren, als auch linear-quadratische Regler (LQR) sind hinreichend bekannt, weswegen diese an dieser Stelle nicht im Detail beschrieben werden.

Falls eine zusätzliche Filterung (Ist-Druck-Filterung, Kompensationsfilter o.ä.) im Regelkreis vorteilhaft ist, wird dies dem Bediener signalisiert und automatisch ausgelegt.

Der Benutzer kann je nach Anwendungsfall entscheiden ob ein Überschwingen des Ist- Systemdrucks zugelassen wird, wodurch ein schneller Druckanstieg möglich ist, oder ob kein Überschwingen erlaubt ist, wodurch der Anstieg des Ist-Systemdrucks stärker gedämpft wird. Ist kein Überschwingen erwünscht, so werden die Regelungsparameter derart ausgelegt, dass der Regler„sanfter" reagiert d.h. bei einem Sprung des Soll-Systemdrucks die Stellgröße nicht so aggressiv erhöht wird, um den Ist-Systemdruck auf den Sollsystemdruck anzu- gleichen. Damit wird ein Überschwingen größtenteils vermieden.

Weiters kann über einen intuitiv leicht verständlichen Parameter, die Anstiegszeit des Soll- Systemdrucks nach einem Sprung je nach gewünschter Geschwindigkeit parametriert werden. Der ausgelegte Regler kann somit unter Analyse der Sprungantworten im geschlossenen Regelkreis getestet werden, woraufhin die Verifikation des Regelungsverhaltens durch einen Anwender erfolgen kann.

Nach der Ermittlung der Regelparameter kann das Regelungsverhalten des Hydrauliksystems verifiziert werden, indem sprungartige Änderungen des Soll-Systemdrucks vorgegeben werden, und daraufhin das Verhalten des Hydrauliksystems, in diesem Falle die Sprungantwort des Ist-Systemdrucks beobachtet wird. Somit kann bewertet werden, ob die automa- tisch parametrierte Druckregelung den Anforderungen des Bedieners entspricht, und gege- benenfalls das Teilverfahren zur Regelungsauslegung mit einer anderen Regelungsstruktur oder einer geänderten Anstiegszeit erneut gestartet werden.

Die Regelungseinheit kann in den Servoantrieb, d.h. dezentral integriert sein oder auch in einer dem Servoantrieb übergeordneten Steuereinheit, z.B. als eigenständige Bibliotheks- funktion auf der Steuerung, d.h. zentral, integriert sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Regelungsparameter kann jederzeit während des regulären Betriebs neu gestartet werden und auch während des Prozesses auf Veränderungen der Prozessrandbedingungen (z.B. Temperaturänderungen, Leckageveränderungen, Abnützungen am Hydraulikschaltventil, Änderung Schlauchlängen o.ä.) die Rege- lungsparameter nachjustieren.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 ein Hydrauliksystem mit einem allgemeinen hydraulischen Verbraucher,

Fig.2a ein Über- und Unterschwingen des Ist-Systemdrucks,

Fig. 2b einen beispielhaften gewünschten Verlauf des Ist-Systemdrucks,

Fig. 3 eines Hydrauliksystem mit einem Differentialhydraulikzylinder als hydraulischen Verbraucher,

Fig. 4a einen zeitlichen Verlauf einer Soll-Drehzahl,

Fig. 4b einen zeitlichen Verlauf eines Ist-Systemdrucks,

Fig. 5 einen zeitlichen Verlauf eines Ist-Systemdrucks als Antwort auf einen sprunghaften zeitlichen Verlauf eines Soll-Systemdrucks.

In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Hydrauliksystem 1 dargestellt. Ein hydraulischer Verbraucher 8 weist einen Ist-Systemdruck p_ist auf, welcher über eine Ist-Drehzahl n_ist eines Servoan- triebs 3 reguliert wird. Der Servoantrieb 3 setzt sich aus einem Motor 31 und einer Pumpe 32 zusammen. In Fig. 1 ist ein offener Hydraulikreislauf zu sehen, d.h. dass die Pumpe 32 ein Medium 1 1 , z.B. Hydraulikflüssigkeit, aus einem (meist drucklosen) Tank 10 fördert und das Medium 1 1 vom hydraulischen Verbraucher 8 zurück in den Tank 10 gelangt. Dadurch wird der Ist-Systemdruck p_ist im hydraulischen Verbraucher 8 beeinflusst.

Der Steuerungseinheit 5, z.B. eine SPS, wird beispielsweise durch einen Benutzer oder ein Programm der Soll-Systemdruck p_soll vorgebeben. Eine Regelung der Soll-Drehzahl n_soll aus dem Ist-Systemdruck p_ist und dem Soll-Systemdruck p_soll erfolgt über einen Druckregler, welcher hier auf der Steuerungseinheit 5 implementiert ist. Dazu wird der Ist- Systemdruck p_ist ebenso der Steuerungseinheit 5 zugeführt. Weiters wird die Ist-Drehzahl des Servoantriebs 3 über einen Drehzahlregler geregelt, welcher die Soll-Drehzahl n_soll vom Druckregler, also hier von der Steuerungseinheit 5 erhält. Der Drehzahlregler hingegen ist hier auf der Regelungseinheit 6 implementiert. Die Regelungseinheit 6 kann, z.B. durch einen ACOPOS Servoverstärker repräsentiert werden, welcher dem Servoantrieb 3 den not- wendigen Strom zur Verfügung stellt, der notwendig ist um der vorgegebenen Soll-Drehzahl n_soll zu folgen. Sowohl der Druckregler als auch der Drehzahlregler können wie bereits erwähnt an beliebiger Stelle des Hydrauliksystems implementiert sein. Es ist z.B. auch möglich dass die Druckregelung auf der Steuerungseinheit und nur die Drehzahlregelung am Servoantrieb 3 erfolgt. Der Servoantrieb 3 fördert das Medium 1 1 abhängig von der Ist- Drehzahl pjst und regelt somit den Ist-Systemdruck p_ist im hydraulischen Verbraucher 8. Bislang wurden nach dem Stand der Technik die Regelungsparameter der Regelungseinheit 6 manuell und iterativ eingestellt. Es soll exemplarisch eine mögliche manuelle Einstellung der Regelungsparameter einer als PID Regler ausgelegten Regelungseinheit 6 beschrieben werden, wobei als Regelungsparameter des PID-Reglers bekanntermaßen ein Verstärkungs- faktor K _P , eine Integrationszeitkonstante ΤΊ und eine Differentiationszeitkonstante T _D bestimmt werden. Dabei wird zu Beginn ein Druckfilter geeignet parametriert, d.h. eine Filterzeit T _f , ermittelt, mit dem der gemessene Ist-Systemdruck p_ist gefiltert wird. Von Drucksensoren gelieferte Signale weisen meist ein überlagertes Rauschen auf, die z.B. aus Einstreuungen aus der Umgebung resultieren. Dieses Rauschen verursacht bei der Regelung des Ist- Drucks unangenehme Geräusche, wird über den Druckregler direkt an den Drehzahlregler weitergegeben und wirkt sich somit auf die Ist-Drehzahl aus. Damit ist das Rauschen nicht nur hörbar, sondern hat auch weitere negative Einflüsse, z.B. auf die Lebensdauer von Komponenten. Das Druckfilter hat normalerweise die Charakteristik eines Tiefpasses 1 . Ordnung. Wird die Grenzfrequenz dieses Druckfilters zu klein gewählt, wird bereits bei kleinen Frequenzen eine hohe Dämpfung erreicht, womit Information bei raschen Druckänderungen verloren gehen und die Regelung träger wird. Wird die Filterzeit T _f zu klein gewählt, so werden Störungen des Ist-Systemdrucks pjst zu wenig unterdrückt, was dazu führt, dass der Servoantrieb 3 unruhig läuft. Eine zu hohe Filterzeit T _f andererseits verursacht eine trägere Regelung des Ist-System drucks pjst. Es wird weiters mit der Festlegung eines Initialwerts des Verstärkungsfaktors K _P begonnen. Hierzu wird ein gewünschter Soll-Systemdruck p_soll eingestellt wird und der hydraulische Verbraucher 8 in einen Ausgangszustand gebracht, z.B. indem ein Kolben des hydraulischen Verbrauchers 8 in eine Anschlagsposition gebracht wird. Anschließend wird der Verstärkungsfaktors K _P sukzessive erhöht, bis sich für den Ist- Systemdruck pjst eine Schwingung, beispielsweise eine sinusförmige Schwingung um den Soll-Systemdruck p_soll, ergibt.

Diese Schwingung ist z.B. durch ein lauteres Motorgeräusch des Servomotors 3 als zuvor erkennbar, da eine Schwingung des Ist-Systemdrucks pjst sich auch in der Ist-Drehzahl n_ist bemerkbar macht. Eine Schwingung des Ist-Systemdrucks p_ist ist primär im Ist- Drucksignal, welches durch einen Sensor gemessen wird, sichtbar. Da der Ist-Systemdruck direkt mit der Ist-Drehzahl über die Systemdynamik zusammenhängt wird diese dann auch schwingen. Daraufhin wird der Verstärkungsfaktors K _P um 20% reduziert. Sollte weiterhin eine Schwingung des Ist-Systemdrucks p_ist bemerkbar sein, so wird der Verstärkungsfaktors K _P weiterhin sukzessive reduziert bis keine Schwingung bemerkbar ist. Daraufhin wird ein Initialwert der Integrationszeitkonstante ΤΊ des Druckreglers justiert. Dazu wird ein gewünschter Soll-Systemdruck p_soll eingestellt, abermals der hydraulische Verbraucher 8 in eine Ausgangsposition gebracht und Sprünge des Soll-Systemdrucks aufgeschaltet. An- schließend wird die Integrationszeitkonstante ΤΊ sukzessive verkleinert, bis sich ein Unterschwingen des Ist-System drucks p_ist, beispielhaft dargestellt in Fig. 2a, ergibt und daraufhin die Integrationszeitkonstante T| um 10% erhöht. Sollte sich bereits mit dem Initialwert ein Unterschwingen ergeben, so wird Integrationszeitkonstante T| sukzessive erhöht bis das Unterschwingen an der Ist-Drehzahl nj ^' st verschwindet. Ein geeigneter Startwert für die In- tegrationszeitkonstante T| wäre beispielsweise T| = 0.1 s. Auch für die Differentiationszeitkonstante T _D wird ein Initialwert gesetzt und daraufhin die Differentiationszeitkonstante T _D sukzessive erhöht, bis kaum mehr ein Überschwingen des Ist-System drucks pj ^' st zu erkennen ist. Sollte das Überschwingen der des Ist-Systemdrucks pjst bereits mit dem Initialwert der Differentiationszeitkonstante T _D zu stark unterdrückt werden, so wird die Differentiations- zeitkonstante T _D sukzessive verkleinert, bis das Überschwingen kaum erkennbar ist, beispielhaft dargestellt in Fig. 2b. Sollten beim Erhöhen der Differentiationszeitkonstante T _D Schwingungen auftreten, können diese auch mit einer Justierung einer Filterzeitkonstante des Differenzierers ΤΊ gedämpft werden. Somit ist eine erste Bestimmung der Regelungsparameter erfolgt. Im laufenden Betrieb müssen jedoch immer wieder Nachjustierungen, z.B. nach dem eben erwähnten Muster durchgeführt werden. Nachteilig ist abgesehen vom enormen Zeitaufwand für die Einstellung der Regelungsparameter, dass trotz ausführlicher Dokumentation die konkrete Parametrierung der Regelungsparameter stark vom Anwender abhängt.

In Fig. 3 ist eine spezielle Ausführung eines Hydrauliksystem 1 dargestellt. Hier ist der hyd- raulischer Verbraucher 8 als Differentialhydraulikzylinder 7, der mit einem Schaltventil 2 verbunden ist realisiert. Das Schaltventil 2 ist weiters sowohl mit einem Servoantrieb 3 (bestehend aus einem Motor 31 und einer Pumpe 32) als auch mit einem Tank 10 verbunden. Wie bereits hinsichtlich der allgemeinen Ausgestaltung aus Fig. 1 erwähnt, ist auch in Fig. 3 ein offener Kreislauf des Hydrauliksystems 1 zu sehen. In einem offenen Kreislauf wird mittels der Pumpe 32 des Servoantriebs 4 ein Medium 1 1 aus einem Tank 4 (der meist einen atmosphärischen Druck aufweist) gefördert, woraufhin das Medium 1 1 vom hydraulischen Verbraucher 8, in den Tank 4 zurückgeführt wird. Das gegenständige Verfahren beschränkt sich jedoch nicht nur auf Hydrauliksysteme 1 mit offenen Hydraulikkreisläufen, sondern ist auch auf Hydrauliksysteme 1 mit geschlossenen Hydraulikkreisläufen, d.h. mit geschlossenen Tanks 1 1 , die Druckspeicher repräsentieren, anwendbar. Der Differentialhydraulikzylinder 7 beinhaltet einen Kolben 70, dessen Position 70' im Differentialhydraulikzylinder 7 vom Ist-Systemdruck p_ist abhängig ist. Der Ist-Systemdruck p_ist des Differentialhydraulikzylinder 7 wird über die Ist-Drehzahl n_ist des Servoantriebs 3 reguliert. Die Soll-Drehzahl n_soll wiederum wird dem Servoantrieb 3 von einer Steuerungseinheit 5 vorgegeben. Die Regelungseinheit 6 regelt wiederum die Ist-Drehzahl n_ist auf die von der Steuerungseinheit 5 zur Verfügung gestellte Soll-Drehzahl n_soll. Am Beispiel des Differentialhydraulikzylinders 7 ermöglicht die präzise Regelung des Ist-Systemdruck pj ^' st zum Beispiel eine definierte Kraft mittels der mit dem Kolben 70 verbundenen Kolbenstange 72 aufzubringen. Es könnte alternativ zu einem Differentialhydraulikzylinder 7 z.B. auch ein Hydromotor als hydraulischer Verbraucher s dienen, der ein bestimmtes Moment zur Verfügung stellt. Die Regelungseinheit 6 des hydraulischen Verbrauchers 8, hier dieses servohydraulischen Antriebsstranges, kann sowohl zentral, d.h. wie in Fig. 3 dargestellt direkt am Servoantrieb 3, als auch dezentral in der Steuereinheit 5 angebracht sein.

Mittels der Steuereinheit 5 wird der Ist-Systemdruck pj ^' st im Differentialhydraulikzylinder 7 erfasst und mithilfe der Regelungseinheit 6 die Soll-Drehzahl n_soll für den Servoantrieb 4 berechnet, um einen gewünschten Soll-Systemdruck p_soll im Differentialhydraulikzylinder 7 einzustellen. Der Ist-Systemdruck p_ist könnte natürlich auch direkt unter Verwendung der Regelungseinheit 6 erfasst und verarbeitet werden.

Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der Regelungsparameter wird in Fig. 3 der Kolben 70 des Differentialhydraulikzylinders 7 in eine gewünschte Position 70', z.B. eine Endlage verfahren, indem der Soll-Drehzahl n_soll eine konstante Anfangsdrehzahl nO beaufschlagt wird. Damit erreicht im Differentialhydraulikzylinder 7 des Hydrauliksystems 1 der Ist-Systemdruck pjst einen Anfangsdruck pO, womit gewissermaßen ein Arbeitspunkt eingestellt wird. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass statt dem hier beschriebenen Differentialhydraulikzylinder 7 natürlich auch jeder andere hydraulische Verbraucher denkbar ist. Das Hydrauliksystem 1 wird durch Aufschalten eines Anregungssignals n1 auf die Soll- Drehzahl n_soll angeregt. Ein möglicher zeitlicher Verlauf der Ist-Drehzahl n_ist nach Beaufschlagung der Soll-Drehzahl mit einem Anregungssignal n1 ist in Fig. 4a dargestellt, wobei auf der horizontalen Achse die Zeit t in Sekunden aufgetragen ist und auf der vertikalen Achse die Ist-Drehzahl n_ist. Das Anregungssignal soll die Dynamik der Regelstrecke, also des Hydrauliksystems 1 , anregen. Während dieser Anregung wird der Ist-Systemdruck p_ist im Differentialhydraulikzylinder gemessen. Ein möglicher sich einstellender zeitlicher Verlauf des Ist-Systemdrucks p_ist ist in Fig. 4b abgebildet, wobei auf der horizontalen Achse die Zeit t in Sekunden aufgetragen ist und auf der vertikalen Achse der Ist-Systemdruck p_ist in bar. Aus dem zeitlichen Verlauf des Ist-Systemdrucks p_ist und der Ist-Drehzahl n_ist bzw. der Soll-Drehzahl n_soll, die ebenfalls gemessen oder vom Servoantrieb 3 zur Verfügung gestellt werden kann, wird eine Übertragungsfunktion Gp/n(z) zur Beschreibung der Systemdynamik abgeschätzt (im vorliegenden Fall beispielhaft eine zeitdiskrete (z-Bereich) Übertragungsfunktion, z.B. 5. Ordnung. Es können natürlich auch zeitkontinuierliche (s- Bereich) Übertragungsfunktionen herangezogen werden), beispielsweise unter Anwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Die zugrundeliegende Übertragungsfunktion Gp/n(z) lautet hier beispielsweise:

_ 2.399 * 10 ^~4 z ⁵ - 6.894 * 10 ^~& z ² - 1.079 * 10 ^~4 z - 5.00? 10 ^~&

~ z - 2.647 z ⁴ + 2.197 ³ ' - 0.3359 z ² - 0.3038 z + 0.08941 Es ist nun beispielsweise die Struktur der Übertragungsfunktion Gp/n(z) vorgegeben, hier 5. Ordnung, die Parameter der Übertragungsfunktion Gp/n(z) sind aber unbekannt. Das Optimierungsproblem wird mit den Fehlerquadraten (Abweichung zwischen den gemessenen und den aus der Parameter der Übertragungsfunktion Gp/n(z) berechneten Werte) als Zielfunktion (Fehler wird minimiert) modelliert, um die Parameter der Übertragungsfunktion Gp/n(z) zu ermitteln. Die unbekannten Parameter werden z.B. mithilfe des in der Literatur hinreichend beschriebenen LeastSquares Verfahrens (Methode der kleinsten Fehlerquadrate) geschätzt. Ein Abbruchkriterium wird hier nicht benötigt, da es sich um kein iteratives Verfahren handelt.

Die Dynamik des Systems wird somit durch das Ein-Ausgangsverhalten des Systems be- schrieben. Die Dynamik des Druckreglers beschreibt das Verhalten von Soll-Systemdruck auf den Ist-Systemdruck.

Auf Basis dieser Übertragungsfunktion Gp/n(z) wird ein Pl-Regler mit einem Verstärkungsfaktor Kp und einer Integrationszeitkonstante ΤΊ als Regelungsparameter, unter Anwendung eines bekannten Frequenzkennlinienverfahrens parametriert, wobei keine weitere Filterung vorgenommen wird. So werden Anforderungen an den geschlossenen Regelkreis auf Anforderungen im Frequenzbereich übersetzt und dort die Regelungsparameter berechnet. Die Vorgabe dieser Bedingungen an den geschlossenen Regelkreis ist für den Anwender anschaulicher als die direkte Vorgabe der Regelungsparameter. Im angeführten Ausführungsbeispiel wurde als eine Anforderung an den geschlossenen Kreis die Anstiegszeit t _r derart festgelegt. Das bedeutet, dass nach Anlegen eines Sprungs des Soll-Systemdrucks der Ist- Systemdruck innerhalb der Anstiegszeit t _r , z.B. 0.05 s den Sprungwert des Soll- Systemdrucks erreichen muss. Als weitere Anforderung wurde ein Überschwingen ue=0% festgelegt. Wie im Rahmen des Frequenzkennlinienverfahrens üblich werden über Näherungsbeziehungen die Anforderungen an den geschlossenen Kreis in Anforderungen des offenen Kreises (ohne Regelung) übersetzt. Im Frequenzgang des offenen Kreises werden die Regelungsparameter Verstärkungsfaktor K _P und Integrationszeitkonstante ΤΊ berechnet und ergeben sich beispielsweise zu Kp = 42.42 — und T| = 0.085 s. Nach der Berechnung

bar

der Regelungsparameter kann eine erfolgreiche Parametrisierung der Regelungsparameter durch Vorgabe von Sprüngen des Soll-Systemdrucks p_soll verifiziert werden. Wie in der Fig. 5 ersichtlich ist, folgt der Ist-Systemdruck p_ist dem vorgegebenen Soll-Systemdruck p_soll. Da beim Frequenzkennlinienverfahren Näherungsbeziehungen zwischen einem geschlossenen und offenen Regelkreis herangezogen werden, kann es beim tatsächlichen Verhalten des geschlossenen Regelkreises zu Abweichungen kommen. So kann selbst bei einem gewünschten geringen oder nicht vorhandenen Überschwingen, z.B. bei Verwendung eines Pl-Reglers in Kombination mit einer kurzen Anstiegszeit, im realen System ein höheres Überschwingen ersichtlich sein, wie in Fig. 5 ersichtlich. Um dieses Überschwingen zu verringern oder auch gänzlich zu unterdrücken, kann z.B. statt dem Pl-Regler ein PI D-Regler erfindungsgemäß parametriert werden.

Aufgrund der allgemein formulierten Übertragungsfunktion Gp/n(z) mit mehreren Polstellen und Nullstellen können auch komplexere Regler als PI D-Regler entworfen werden. So können auch schwingfähige Übertragungsfunktionen mit konjugiert komplexen Polen identifiziert werden. Derart identifizierte Resonanzfrequenzen können dann beispielsweise mittels eines Notch-Filters kompensiert werden. Es können damit weiters auch Antiresonanzfrequenzen identifiziert werden, welche in weiterer Folge z.B. mithilfe eines Bl-Quad-Filters kompensiert werden können.