用于先導操作電動液壓閥的位置控制器的制造方法

用于先導操作電動液壓閥的位置控制器的制造方法
【專利摘要】一種流量控制閥包括殼體，該殼體包括流體入口、流體出口、第一工作端口和第二工作端口。殼體限定閥芯孔和先導閥芯孔。主級閥芯設置在閥芯孔中。先導級閥芯設置在先導閥芯孔中。先導級閥芯與主級閥芯選擇性流體連通。微處理器包括控制器，其具有位置控制器模塊、速度變換模塊和動態偏移模塊。控制器被配置為執行訓練過程，并且基于在訓練過程期間獲得的數據而補償工作流體的粘度變化。將控制器的輸出傳送到先導級閥芯。
【專利說明】用于先導操作電動液壓閥的位置控制器
[0001]本申請于2012年9月14日提交，以對于除了美國之外的所有指定國 申請人:美國公司伊頓公司名義，以及以僅指定美國的 申請人:美國公民Robb Gary Anderson名義作為PCT國際專利申請，并且要求2011年9月15日提交的美國專利申請序列號N0.61/535,097的優先權，其公開通過整體引用并入在此。
【技術領域】
[0002]本公開涉及用于在電動液壓閥應用中使用的控制系統和方法。
【背景技術】
[0003]電動液壓閥在許多行業和移動應用中使用。很多時候，電動液壓閥將需要通過系統控制器調諧或訓練以使得其可在系統中使用。這種訓練可涉及基本上延長制造和設備停機時間的耗時迭代過程。電動液壓閥的操作同樣受到在工作流體中粘度變化的影響，有時沒有被控制系統充分考慮。

【發明內容】

[0004]本公開旨在一種系統和方法，用于操作具有由來自先導級閥芯(spool)的液壓流體致動的至少一個主級閥芯的液壓閥組件，其中先導級閥芯由接收來自控制器的命令PWM輸出電壓的線圈致動。
[0005]在一方面，組件可被配置用于通過感測液壓流體的訓練溫度來操作或訓練；在訓練溫度處將多個先導級閥芯線圈PWM輸出電壓與多個所得主級閥芯速度相關聯；確定最小PWM輸出電壓以使主級閥芯在至少一個方向上開始移動；以及然后存儲訓練溫度、最小PWM輸出電壓以及相關聯的速度值作為控制器的控制參數。
[0006]在一方面，該方法包括采用結構化控制(諸如具有前饋回路的延遲比例-積分-微分(PID)控制)接收并且將主級閥芯位置命令變換為速度命令；以及測量操作液壓流體溫度。在一方面，該方法包括將速度命令變換為初始PWM輸出電壓，包括如下步驟:確定在訓練溫度處的液壓流體和在操作溫度處的液壓流體之間的粘度差，諸如運動或動態粘度差；溫度補償速度命令以考慮粘度差；以及通過參考控制參數以確定初始PWM輸出電壓。
[0007]在一方面，該方法包括，通過將PWM電壓偏移值添加到初始PWM輸出來將初始PWM輸出電壓變換為命令PWM輸出電壓，偏移值取決于至少一些控制參數，并且將命令PWM輸出電壓發送到先導級閥芯線圈。
[0008]同樣公開了一種訓練閥控制組件的方法，包括如下步驟:感測并且記錄訓練流體溫度；設定最大循環索引值；將循環索引初始化為初始值；將預定輸出PWM電壓輸出到先導級閥芯線圈；在預定距離上選擇性地捕捉主級閥芯的行進時間；計算主級閥芯的特征速度，例如平均速度；存儲與輸出PWM電壓對應的平均閥芯速度；將主級閥芯返回到零位位置；遞增循環索引；以及重復步驟直到循環索引等于最大循環索引值。
[0009]上述方法可利用控制器來實現，該控制器具有位置控制器模塊、速度變換模塊以及動態偏移模塊，下面進一步描述。
[0010]提供本概要從而以簡化形式引入概念選擇，其在詳細說明中如下進一步描述。本概要不旨在以任何方式使用而限制要求主題的范圍。相反，要求保護的主題由在本公開權利要求中說明的語言限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]結合附圖考慮各種實施例的以下詳細描述，可更完全地理解本公開的方面。
[0012]圖1是具有根據本公開原理的方面示例的特征的液壓系統的示意性表示。
[0013]圖2是適于在圖1的液壓系統中使用的流量控制閥組件的示意性表示。
[0014]圖3是用于操作圖1的液壓系統的過程示意圖。
[0015]圖4是用于訓練適于在圖1的液壓系統中使用的控制器的過程示意圖。
[0016]圖5是將進一步細節添加到在圖4的示意圖中示出的步驟的過程示意圖。
[0017]圖6是將進一步細節添加到在圖4的示意圖中示出的步驟的過程示意圖。
[0018]圖7是將進一步細節添加到在圖4的示意圖中示出的步驟的過程示意圖。
[0019]圖8是將進一步細節添加到在圖4-6的示意圖中示出的步驟的過程示意圖。
[0020]圖9是將進一步細節添加到在圖4和7的示意圖中示出的步驟的過程示意圖。
[0021]圖10是將進一步細節添加到在圖4和7的示意圖中示出的步驟的過程示意圖。
[0022]圖11是示出由在圖4-7中示出的訓練過程產生的樣本的曲線圖。
[0023]圖12是圖11曲線圖的放大視圖。
[0024]圖13是適于在圖2的流量控制閥組件中使用的控制器的示意圖。
[0025]圖14是用于適于在圖13的控制器中使用的位置控制器模塊的過程示意圖。
[0026]圖15是用于適于在圖13的控制器中使用的速度變換模塊的過程示意圖。
[0027]圖16是用于適于在圖13的控制器中使用的動態偏移模塊的第一部分的過程示意圖。
[0028]圖17是用于適于在圖13的控制器中使用的動態偏移模塊的第二部分的過程示意圖。
[0029]圖18是圖13的控制器的示例性示意圖。
[0030]圖19是圖13的速度變換模塊的示例性示意圖。
[0031]圖20是圖13和16-17的動態偏移模塊的示例性示意圖。
[0032]圖21是適于與圖4-12的訓練方法一起使用的示例性數據陣列示意圖。
【具體實施方式】
[0033]現在詳細參考在附圖中示出的本公開的示例性方面。只要有可能，相同的參考標記將貫穿整個附圖使用，以指代相同或相似的結構。
[0034]現參考圖1，示出了一般指定為10的液壓系統的示意性表示。類似的系統在題為Auto-Tuning Electro-Hydraulic Valve 的美國專利申請公開 2009/0312852A1 中公開，其整體內容通過引用到本申請中而并入在此。在主體實施例中，液壓系統10包括貯液器12、流體泵14 (在此示為固定排量泵)、第一裝置(一般指定為16)，以及第二裝置(一般指定為18)。在本公開的一方面中，第一裝置16是流量控制閥組件，而第二裝置18是致動器，其在此示為線性致動器或氣缸。
[0035]在主體實施例中，致動器18包括活塞20，其將致動器18的內孔21分離成第一腔室25和第二腔室26。雖然致動器18在本公開中描述為線性致動器，但是應該理解，液壓系統10的致動器18不限于線性致動器，因為致動器18可替代為旋轉致動器(例如電機等)。
[0036]在主體實施例中，流量控制閥組件16是電動液壓控制閥。流量控制閥組件16包括多個端口，該端口包括適于與流體泵14流體連通的供給端口 28，適于與貯液器12流體連通的罐體端口 30，第一工作端口 32a和第二工作端口 32b。第一工作端口 32a與致動器18的第一腔室25流體連通，而第二工作端口 32b與致動器18的第二腔室26流體連通。
[0037]在主體實施例中，當流量控制閥組件16允許在供給端口 28和第一工作端口 32a之間以及在罐體端口 30和第二工作端口 32b之間的流體連通時，來自流體泵14的加壓流體流過流量控制閥組件16到致動器18的第一腔室25中，而來自致動器18的第二腔室26的流體流到貯液器12。該流體連通引起致動器18的伸展。在替代方案中，當流量控制閥組件16允許在罐體30和第一工作端口 32a之間以及在供給端口 28和第二工作端口 32b之間的流體連通時，來自流體泵14的加壓流體流過流量控制閥組件16到致動器18的第二腔室26中，而來自第二腔室25的流體流到貯液器12。該流體連通引起致動器18的回縮。
[0038]現參考圖2,示出了流量控制閥組件16的示例性實施例的示意性表示。在圖2的所示實施例中，流量控制閥組件16布置為雙閥芯雙級閥。然而將理解的是，本公開的范圍并不限于是雙閥芯雙級閥的流量控制閥組件16。
[0039]流量控制閥組件16包括第一主級閥芯20a，其與第一先導級閥芯22a流體連通，以及第二主級閥芯20b，其與第二先導級閥芯22b流體連通。第一和第二先導級閥芯22a、22b的位置分別由電磁致動器24a、24b控制。在主體實施例中，電磁致動器24a、24b是音圈。
[0040]因為第一和第二主級閥芯20a、20b在主體實施例中基本上類似，所以第一和第二主級閥芯20a、20b將根據上下文需要以單數或復數形式統稱為主級閥芯20。同樣，第一和第二先導級閥芯22a、22b以及第一和第二電磁致動器24a、24b將根據上下文需要，以單數或復數形式分別統稱為先導級閥芯22和電磁致動器24。然而，將理解的是，本公開的范圍并不限于第一和第二主級閥芯20a、20b，第一和第二先導級閥芯22a、22b以及同樣類似的第一和第二電磁致動器24a、24b。
[0041]主級閥芯20被先導致動。當加壓流體供給到主級閥芯20的第一端34時，主級閥芯20致動到第一位置36。當加壓流體供給到主級閥芯20的相對第二端35時，主級閥芯20致動到第二位置38。在第一位置36中，流體從供給端口 28連通到工作端口 32。在第二位置38中，流體從工作端口 32連通到罐體端口 30。在主體實施例中，主級閥芯20通過設置在主級閥芯20的端部34和35的每一個端部上的彈簧40a和41a而偏置到中性位置N。
[0042]通過調節在主級閥芯20的端部34和35上作用的流體壓力，先導級閥芯22的位置控制主級閥芯20的位置。除了控制工作端口 32是否與供給端口 28或罐體端口 30流體連通之外，主級閥芯20的位置還控制到工作端口 32的流速。先導級閥芯22響應于由電磁致動器24接收的電信號而被致動。當沒有功率發送到致動器24時，先導級閥芯22通過彈簧25保持在中性位置。可同樣利用單彈簧25。在主體實施例中，由電磁致動器24接收的電信號是脈寬調制(PWM)電壓信號。脈寬調制信號是方波，其脈沖寬度可被調制以便改變波形值(即PWM值)，有時稱為占空比。通過改變PWM值，先導級閥芯22可更準確地被定位并且控制。在其它示例中，電流可被監測和/或控制。在這種示例中，代替PWM，電流命令可基于閉環電流而使用。PWM輸出電壓命令和電流命令(其兩者都控制在線圈上的力)可稱為音圈命令或基準。
[0043]流量控制閥組件16進一步包括微處理器100。微處理器100包括控制器101，其具有至少一個存儲介質101a，諸如EEPR0M。在該實施例中，指令被編碼在可由微處理器100執行的存儲介質IOla上。例如，微處理器100可執行在存儲介質IOla上存儲的指令，以執行在此描述的一個或多個方法步驟。
[0044]在主體實施例中，控制器100將命令信號102a、102b選擇性提供給先導級閥芯22。在本公開的一方面中，命令信號102a、102b是電信號。在本公開的另一方面，電信號102a、102b是PWM信號。響應于PWM信號102a、102b，先導級閥芯22被致動以使得加壓流體連通到主級閥芯20的每一個的端部34中的一個端部。因為第一和第二信號102a、102b在主體實施例中基本上類似，所以第一和第二信號102a、102b將根據上下文需要以單數或復數形式統稱為信號102。
[0045]在主體實施例中，控制器100響應于從液壓系統10和/或從液壓系統10的操作者接收的信號而提供PWM信號102。控制器100接收關于與所需系統輸出(例如致動器18的位置、到致動器18的流等)對應的所需系統參數，以及關于實際系統參數的信息。對應的所需系統輸出(或設定點)可以各種方式由操作者輸入，包括但不限于由操作者使用的操縱桿或通過鍵盤。實際系統參數可從在流量控制閥組件16的任何傳感器或從在液壓系統10的任何傳感器接收。
[0046]例如在一個實施例中，控制器100分別從關于第一和第二主級閥芯20a、20b位置的第一和第二閥芯位置傳感器106a、106b接收信息。在該實施例中，第一和第二位置傳感器106a、106b可以是但不限于線性可變差動變壓器(LVDT)。在該實施例中，控制器100將表征為閥芯位置控制器。在另一個實施例中，控制器100從第一和第二壓力傳感器50a、50b接收信息。在該實施例中，壓力傳感器50a、50b設置在工作端口 32中。在該實施例中，控制器100將表征為壓力控制器。在另一個實施例中，控制器100可以是閥芯位置和壓力控制器。此外，流量控制可獨立或結合位置和壓力控制而被利用。
[0047]如在圖3中所示，公開了方法200，在該方法中諸如組件16的流量控制組件可提供給諸如液壓系統10的液壓系統(步驟200a)，并且進行自動化訓練協議步驟200b。訓練步驟或可在流量控制組件實際設置在液壓系統10中之前而被執行。自動化訓練協議步驟是必需的，因為控制器100的控制參數受多個因素影響，包括但不限于流量控制閥組件16的制造公差，流量控制閥組件16的組件變化，以及在流量控制閥組件16上的負載條件。因此，控制參數需要被調諧或調節為最優值，以便實現所需的控制響應。然而如果控制參數被錯誤地選擇，則流量控制閥組件16可變得不穩定。
[0048]一旦訓練完成，則在步驟202c中溫度補償控制參數，以考慮在實際操作流體條件和在訓練期間存在的條件之間的粘度差。可實現操作步驟202d，其中在訓練期間定義的控制參數通過控制器100以溫度和粘度補償的形式而利用。
[0049]參考圖4-10，進一步描述了自動化訓練協議步驟200b。在大多數一般條件中，訓練協議步驟200b在步驟202處初始化，并且可包括閥芯位置確定步驟210、閥芯PWM偏移確定步驟230，以及閥芯PWM速度確定步驟250。在訓練協議步驟200b的任何點處，在步驟203處測量并且存儲流體溫度。可替代地，溫度可在整個步驟200b中連續被監測，并且在步驟203中存儲為平均值或中值。訓練協議在終止步驟206處完成。
[0050]在閥芯位置確定步驟210期間，如在圖4、5和8中所示，流量控制閥組件16的傳感器向在零位位置確定步驟210a、罐體端部停止位置確定步驟210b以及壓力端部停止位置確定步驟210c中的微處理器101提供讀數。這些測量位置限定閥的閥芯20的全部操作范圍。為確定零位位置，將OPWM的輸出發送到閥致動器24，并且允許定時器到期，如在步驟212、214中所示。因為沒有電壓施加到閥致動器，所以閥的閥芯20將仍居于零位位置中心。該位置然后在步驟216中存儲在控制器100的諸如EEPROM的存儲介質101中。
[0051]為確定罐體端部停止位置，例如-25%的最大PWM的負輸出電壓發送到閥致動器24，并且允許定時器到期，如在步驟218、220中所示。罐體端部停止位置與閥的閥芯20移動到罐體側位置的最大程度相關聯。定時器持續時間設定為確保閥的閥芯20完全移動到罐體端部停止位置。在步驟222中該位置然后存儲在控制器100的諸如EEPROM的存儲介質IOla中。
[0052]為確定壓力端部停止位置，將例如+25%的最大PWM的正輸出電壓發送到閥致動器24，并且允許定時器到期，如在步驟224、226中所示。定時器持續時間設定為確保閥的閥芯20完全移動到壓力端部停止位置。壓力端部停止位置與閥的閥芯20移動到罐體側位置的最大程度相關聯。在步驟228中該位置然后存儲在控制器100的諸如EEPROM的存儲介質IOla中。一旦這三個位置已經被確定并且存儲，則閥芯位置確定步驟210完成。
[0053]在閥芯PWM偏移確定步驟230期間，如在圖4、6和8中所示，流量控制閥組件16的傳感器向在壓力PWM偏移確定步驟230a和罐體PWM偏移確定步驟230b中的微處理器101提供讀數。這些偏移確定允許控制器識別在任一方向中移動閥的閥芯20所需的最小電壓。在壓力PWM偏移確定步驟230a中，利用閉環比例積分位置控制232，其中零位閥芯位置用作設定點加上小的距離，例如+50微米(μ m)。
[0054]在步驟234中閥芯位置然后通過微處理器100在各種PWM輸出上觀察到，直到對于例如持續150毫秒(ms)的預定時間周期距離處于例如+/-10 μ m的預定公差之內的設定點的位置。步驟232和234重復直到達到該所需的條件。一旦閥芯位置已經達到該位置，則在步驟236中相應的壓力PWM偏移電壓存儲在諸如EEPROM的存儲介質IOla中。如圖所示，罐體PWM偏移確定步驟230b與步驟230a類似，其中例外的是在步驟238中相對于例如-50 μ m的位置設定點利用負位置。一旦在步驟240中閥芯位置已經在預定時間周期內達到該位置，則在步驟242中相應的罐體PWM偏移電壓存儲在諸如EEPROM的存儲介質IOla中。
[0055]在閥芯PWM速度確定步驟250期間，陣列被創建，其將輸出PWM電壓與閥的閥芯20的特征行進速度相關聯。這樣做是為了在步驟250a中(圖6、9)閥的閥芯20在罐體方向中移動，并且在步驟250b中(圖7、10)閥的閥芯20在壓力方向上移動。
[0056]一般地，在步驟250a中控制循環將通過范圍從最大負PWM電壓(其將在使用期間施加)到最小負PWM電壓(其將在使用期間施加)的一系列預定PWM輸出值而索引。在步驟254中施加的施加PWM電壓輸出包括在PWM偏移確定步驟230a中發現的偏移值。如圖所示，在初始化步驟252中循環初始索引到零值。在用于每一個索引步驟的每一個離散PWM輸出值處，在監測步驟256中隨著其從中性位置行進通過開始和結束位置，監測閥的閥芯20。當閥的閥芯20達到開始位置時計數器將開始，一旦閥的閥芯達到結束位置其將停止。
[0057]在一個實施例中，開始和結束位置分別是距離零位位置的-500 μ m和-3000 μ m。在示出的實施例中，計數每隔1.5ms被添加到計數器。一旦閥芯20已經達到結束位置，則通過將開始位置從結束位置減去，并且將結果除以行進該距離所需的計數數量相關的時間值，可計算用于閥芯20的特征速度，如在計算步驟258中所示。可替代地，計算的特征速度可以是最大閥芯速度、中值閥芯速度，或在行進距離上的整個速度分布。在示出的實施例中，在存儲步驟260中該值存儲為在諸如EEPROM的存儲介質IOla中的TrairuVeIit5通過終止步驟254PWM輸出電壓，并且任選施加+25%的PWM輸出的反向電壓，直到閥芯延伸超出開始位置，在重新定位步驟262中閥芯20然后返回到零位位置。在步驟264中循環然后向上遞增索引。步驟254到264重復直到經由在266處的循環索引最大設定已經達到所需數量的數據點。在示出的實施例中，該循環重復直到已經獲取總的五個讀數(遞增循環索引值從O到4)。
[0058]一旦完成步驟250a，則對于在壓力方向中移動的閥的閥芯20應用類似的過程步驟250b，如在圖7中所示。在步驟250b中，控制循環將通過范圍從最小正PWM電壓(其將在使用期間施加)到最大正PWM電壓(其將在使用期間施加)的一系列PWM輸出值而索引。在步驟270中施加的施加PWM電壓輸出包括在PWM偏移確定步驟230b中發現的偏移值。
[0059]如圖所示，在初始化步驟268中將循環初始索引到六的值。在用于每一個索引步驟的每一個離散PWM輸出值處，在監測步驟272中隨著其從中性位置行進通過開始和結束位置，監測閥的閥芯20。當閥的閥芯20達到開始位置時計數器將開始，一旦閥的閥芯達到結束位置其將停止。在一個實施例中，開始和結束位置分別距離零位位置+500μπι和+3000 μ mo在示出的實施例中，計數每隔1.5ms被添加到計數器。
[0060]一旦閥芯20已經達到結束位置，則通過將開始位置從結束位置減去，并且將結果除以行進該距離所需的計數數量相關的時間值，可計算閥芯20的平均速度，如在計算步驟274中所示。可替代地，在步驟274中計算的特征速度可以是最大閥芯速度、中值閥芯速度，或在行進距離上的整個速度分布。在示出的實施例中，在存儲步驟276中該值存儲為在諸如EEPROM的存儲介質IOla中的TrairuVelit5通過終止步驟270PWM輸出電壓，并且任選地施加-25%的PWM輸出的反向電壓，直到閥芯移動超出開始位置，在重新定位步驟278中閥芯20然后返回到零位位置。在索引步驟280中循環然后向上遞增索引。重復步驟270到280直到經由在282處的循環索引最大設定點已經達到所需數量的數據點。在示出的實施例中，該循環重復直到已經獲取總共五個讀數(遞增循環索引值從6到10)。對于訓練數據可如何被存儲、執行以及合并用于實時使用，圖21示出了進一步的細節。
[0061]一旦在步驟206處循環終止，則訓練協議步驟200b完成。應該注意，存儲的陣列在索引點5處帶有與零PWM電壓對應的零中值速度值。本領域的技術人員將理解，PWM速度確定步驟250不需要耗時的反復步驟，并且因此與一些現有技術系統相比，能夠以更簡單和更快的方式完成。由訓練產生的樣本在圖11處示出，其一部分在圖12上示出進一步放大。如在這些附圖中容易看出的，應該注意閥芯速度對于所有的施加電壓(特別是接近零位電壓)不具有線性響應。
[0062]現參考圖13，微處理器100和控制器101以示意性形式更詳細地示出。控制器100適于產生最終PWM信號102，以使得最終PWM信號102與流量控制閥組件16的所需性能特征對應。例如，如果操作者或制造者認為流動控制閥組件16的響應性比準確性更重要，則控制器100的控制參數可優化以實現該結果。然而如果準確性更重要，則控制器100的控制參數可優化以最小化在如由傳感器測量的實際系統參數(例如實際的主級閥芯位置等)和所需的系統參數(例如所需的主級閥芯位置等)之間的誤差。
[0063]在一個實施例中，控制器101包括位置控制器模塊300、速度變換模塊400，以及動態偏移模塊500。一般來說，位置控制器模塊300用于確定來自利用結構化控制的初始位置命令104的速度命令110，以將位置信號變換成速度信號。在示出的實施例中，結構化控制具有狀態反饋(PID)、延遲和前饋(速度)方面。然而，本領域的技術人員將認識到結構化控制可包括任何數量或組合的反饋值(比例、積分、微分)、前饋值和/或系統延遲值，以便滿足具體的系統需求。簡單的結構化控制將是閉環比例控制。速度命令110由速度變換模塊400接收，其執行溫度補償功能以考慮在訓練協議期間與流體條件相比的實際操作流體中的粘度差。基于由動態偏移模塊500接收的訓練參數，速度變換模塊400輸出初始PWM電壓輸出命令。動態偏移模塊500通過考慮除了其它方面之外的閥的閥芯20位置和PWM偏移而修改初始PWM命令，以便計算發送到音圈24的最終PWM命令。用于位置控制器模塊300、速度變換模塊400和動態偏移模塊500的每一個的過程步驟在圖14-17中示出。
[0064]位置控制模塊300過程步驟在圖14中示出，而控制器的示例性示意圖在圖18中示出。在過程302的第一步驟中，位置控制模塊300接收來自微處理器100的位置命令。如前面所述，位置命令可來自操作者，諸如通過用戶操作的操縱桿。在第二步驟304中，控制回路由樣本延遲增量延遲。在一個實施例中，樣本延遲增量設定為至少四個樣本長，例如z-4，雖然可使用任何樣本長度。樣本延遲增量允許在發送的位置命令和在閥的閥芯20實際開始移動的點之間的時間間隔，并且防止控制器的積分部分不必要的卷繞。在運動中的該延遲在產生來自控制器的信號到主閥芯中受溫度、閥結構和固有延遲影響。因此，延遲是閥和條件特定的。在一個實施例中，位置控制模塊300可經由建模或來自經驗性測試的值，通過使用工作流體溫度或粘度作為輸入設定樣本延遲增量。樣本延遲同樣允許控制回路的前饋部分，以在步驟308中計算位置誤差差值之前初始地操作，如下所述。
[0065]在樣本延遲步驟304之后，位置誤差差值在步驟306接收的位置反饋輸入106和延遲的位置命令之間的步驟308處計算。位置誤差差值然后在步驟310中將比例增益相乘以獲得第一速度輸出。位置誤差差值同樣例如(Ι-z—1)在步驟312中用于計算在變換函數中的誤差差值，并且然后將在步驟314中的微分增益相乘，以獲得第二速度輸出。在步驟316中，例如(l-z—1)的位置命令差在變換函數中計算，而不需要來自步驟304的樣本延遲。該結果然后與在步驟320中的前饋增益相乘以獲得第三速度輸出。步驟320可同樣包括接收速度命令302a。速度命令302a可來自在位置命令上的第一差值(Ι-z4)計算或來自另一個源，諸如當位置和速度是積分關系時的命令發生器。同樣應該注意的是，速度命令302a可在微分增益塊314處接收，其中速度差可用于替代位置差。在步驟322中，第一、第二和第三速度輸出一起求和。
[0066]在積分回路中，位置誤差差值通過與在步驟324中的積分增益相乘，其然后在步驟326中被限制。在步驟326中，在訓練(Vel_Minll4和Vel_Maxll6)期間獲得的閥最小和最大速度將積分速度限制為在由來自步驟322的求和結果和這些速度值之間的差。應該注意，利用的訓練速度可以在速度變換模塊400中溫度補償以考慮流體粘度的變化，如稍后進一步解釋的。通過以這種方式限制積分，積分增益可設定得顯著更高，而不導致不必要的過沖，同時防止控制器輸出超過閥的閥芯20能力的速度。
[0067]積分回路的輸出是第四速度輸出，如在步驟326中計算的。在步驟328中，第四速度輸出與步驟322的結果求和以輸出速度命令110。速度命令110然后可由速度變換模塊400接收。
[0068]速度變換模塊400用于縮放速度命令110，以考慮由于在訓練期間的流體和在實際操作期間的流體之間的溫度差而在粘度中的任何變化。該補償允許模塊400輸出溫度補償的初始PWM命令112。通過結合溫度補償訓練數據而利用速度變換函數，系統具有更線性的響應。速度變換模塊400同樣溫度補償在訓練過程期間達到的最小和最大閥芯閥速度。
[0069]在溫度補償過程的第一步驟402中，接收當前操作流體溫度。隨后，在步驟404中，相應的流體粘度從在控制器100中存儲的粘度查找表獲得。查找表可包括運動和/或動態粘度值。在步驟406中，接收訓練流體溫度并且在步驟408中相應的訓練流體粘度從粘度表獲得。代替單個的粘度表，如果需要的話，可利用包含用于相同或不同流體的數據的獨立表。在步驟410中，訓練流體粘度從引起粘度差的操作流體粘度減去。
[0070]在步驟412中，粘度差乘以粘度增益并且添加到數字1，以使得獲得每單元標度值。速度命令在步驟414處接收，并且然后在步驟416處乘以標度值。在步驟418中，初始的PWM命令由縮放的速度命令和在控制器上存儲的訓練數據查找表確定，該控制器將PWM輸出(PWM_TLU_Array)和閥芯速度(VEL_TLU_Array)關聯為控制參數。控制參數可存儲并且以多種方式利用，例如:在單個訓練溫度處的單個查找表；在多個訓練溫度和/或多個流體類型處的多個表查找；以及基于粘度變化的多項式計算。其中訓練是與操作流體不同的類型，流體類型輸入可由用戶提供給控制器，以使得由控制器利用的內部溫度可偏移到適當的程度。在許多應用中，這種方法是可行的，因為相對于在溫度上的變化，在這種類型的閥系統中使用的流體一般具有類似的粘度特征分布。
[0071]在步驟420和422中，粘度校正閥芯最大速度和最小速度通過將最大和最小閥芯速度(例如在圖21中的train_vel_10, train_vel_0)相除而計算,在訓練期間通過來自步驟412的標度值而記錄。如先前所述的，這些校正速度可在位置控制模塊300中利用，以限制控制回路積分。
[0072]參考圖16和17，示出了與動態偏移模塊500相關的過程。動態偏移模塊500修改并且將在訓練過程期間確定的PWM偏移值應用到初始的最終PWM命令102，以使得在某些條件下不利用整個偏移。例如，當閥的閥芯20跟蹤非常接近命令的位置時，偏移值可通過動態偏移模塊500調節以防止閥過沖或振蕩。這種方法允許偏移基于與命令位置相關和與零位位置相關的實際閥芯位置而線性施加。
[0073]在步驟502和504中，分別接收位置命令信號和位置反饋信號。在隨后的步驟506中，通過將從位置命令信號減去位置反饋信號計算誤差差值。在步驟508中，誤差差值依賴于修改在罐體和壓力側上的訓練PWM偏移，其然后例如輸出分別作為PWM_OfTset_Tank和PWM_Offset_Pressure。在步驟512中，依賴誤差差值計算修改的PWM偏移調節值并且輸出作為例如PWM_Offset_Adjust。在步驟510中，上方和下方中心閥芯位置極限計算為限定所需死區的界限，其中將應用PWM偏移值，例如Flag_Above_Center和Flag_Below_Center。
[0074]參考圖17，采用接收在步驟514處的操作流體溫度和在步驟516處的訓練流體溫度，繼續動態偏移模塊500操作。可替代地，直接的粘度值可在該步驟處接收。在隨后的步驟518中，訓練溫度從操作溫度減去，并且然后在步驟520中與溫度增益相乘。然后結合PWM_Offset_Pressure和Flag_Above_Center值使用該結果以在步驟522中計算上PWM偏移值。結合PWM_Offset_Tank和Flag_Below_Center值同樣使用該結果以在步驟524中計算下PWM偏移值。一旦執行這些計算，則步驟512、522、524的輸出以及初始PWM命令112然后可在步驟526中求和以獲得最終PWM命令102，其然后由控制器100發送給閥致動器24。應該注意，在圖20中可發現動態偏移模塊500的示意性示例。
[0075]綜上所述，結合通過訓練協議200b獲得的數據，位置控制器模塊300、速度變換模塊400和動態偏移模塊500的操作提供溫度補償PWM輸出信號，其將比通常與類似控制閥配置關聯的更大的線性響應分布給出控制閥組件16。
[0076]在此描述的示例實施例可實現為在網絡計算系統環境中的計算裝置中的邏輯操作。邏輯操作可實現為:(i)計算機實施的指令、步驟或在計算裝置上運行的程序模塊的序列；以及(ii )在計算裝置內運行的互連邏輯或硬件模塊。
[0077]一般地，邏輯操作可實現為在軟件、固件、模擬/數字電路，和/或其任何組合中的算法而不脫離本公開的范圍。軟件、固件、或類似計算機指令序列可被編碼并且存儲在計算機可讀存儲介質上，并且可同樣編碼在用于計算裝置之間傳輸的載波信號內。盡管用結構特征和/或方法動作專用的語言描述了本主題，但應該理解在所附權利要求中限定的主題不必限于上述特征或動作。相反，上述具體特征和動作公開為實現權利要求的示例形式。
【權利要求】
1.一種方法，用于操作具有由來自先導級閥芯的液壓流體致動的至少一個主級閥芯的閥控制組件，其中所述先導級閥芯由來自控制器的輸出命令致動，所述方法包括如下步驟: a.通過將來自所述控制器的多個輸出命令與多個所得主級閥芯速度相關聯，在訓練溫度處采用液壓流體訓練所述閥控制組件； b.采用結構化控制器接收并且將主級閥芯位置命令變換為速度命令； c.通過考慮在操作溫度處的液壓流體和在所述訓練溫度處的液壓流體之間的粘度差，將所述速度命令變換為初始輸出命令；以及 d.通過將命令偏移值添加給所述初始輸出命令，將所述初始輸出命令變換為最終輸出命令。
2.根據權利要求1所述的訓練閥控制組件的方法，其中所述先導級閥芯由線圈致動。
3.根據權利要求2所述的用于操作閥控制組件的方法，其中所述線圈輸出命令是到所述線圈的PWM輸出電壓。
4.根據權利要求3所述的用于操作閥控制組件的方法，其中所述初始線圈輸出命令是初始PWM輸出電壓，并且所述最終線圈輸出命令是最終PWM輸出電壓。
5.根據權利要求4所述的用于操作閥控制組件的方法，其中所述訓練所述閥控制組件的步驟進一步包括如下步驟: a.感測所述液壓流體的溫度； b.在所述訓練溫度處將多個先導級閥芯線圈PWM輸出電壓與多個所得主級閥芯速度相關聯； c.確定最小PWM輸出電壓以使所述主級閥芯在至少一個方向上開始移動；以及 d.將所述訓練溫度、所述PWM輸出電壓以及所述相關聯的速度值存儲為在所述控制器中的控制參數。
6.根據權利要求1所述的用于操作閥控制組件的方法，其進一步包括測量所述操作液壓流體溫度的步驟。
7.根據權利要求3所述的用于操作閥控制組件的方法，其進一步包括發送所述最終線圈輸出命令給所述先導級閥芯線圈的步驟。
8.根據權利要求6所述的用于操作閥控制組件的方法，其中將所述速度命令變換為初始線圈輸出命令的步驟包括: a.確定在所述訓練溫度處的液壓流體和在所述操作溫度處的液壓流體之間的粘度差; b.溫度補償所述速度命令以考慮所述粘度差；以及 c.參考所述控制參數以確定所述初始PWM輸出電壓。
9.根據權利要求5所述的用于操作閥控制組件的方法，其中通過將命令偏移值添加給所述初始線圈輸出命令，將所述初始線圈輸出命令變換為最終線圈輸出命令的步驟包括，所述命令偏移值取決于至少一些所述控制參數。
10.一種方法，用于操作具有由來自先導級閥芯的液壓流體致動的至少一個主級閥芯的閥控制組件，其中所述先導級閥芯由接收來自控制器的命令PWM輸出電壓的線圈致動，所述方法包括如下步驟:a.訓練所述閥控制組件，包括如下步驟: i.感測所述液壓流體的訓練溫度； ?.在所述訓練溫度處將多個先導級閥芯線圈PWM輸出電壓與多個所得主級閥芯速度相關聯； ii1.確定最小PWM輸出電壓以使所述主級閥芯在至少一個方向上開始移動； iv.將所述訓練溫度、所述PWM輸出電壓以及所述相關聯的速度值存儲為在所述控制器中的控制參數； b.采用結構化控制器接收并且將主級閥芯位置命令變換為速度命令； c.測量操作液壓流體溫度； d.將所述速度命令變換為初始PWM輸出電壓，包括如下步驟: i.確定在所述訓練溫度處的液壓流體和在所述操作溫度處的液壓流體之間的粘度 差; ?.溫度補償所述速度命令以考慮所述粘度差； ii1.參考所述控制參數以確定所述初始PWM輸出電壓； e.通過將PWM電壓偏移值添加給所述初始PWM輸出，將所述初始PWM輸出電壓變換為最終命令PWM輸出電壓，所述偏移值取決于至少一些所述控制參數；以及 f.將所述最終命令PWM輸出電壓發送給所述先導級閥芯線圈。
11.一種方法，用于訓練具有由來自先導級閥芯的液壓流體致動的至少一個主級閥芯的閥控制組件，其中所述先導級閥芯由來自控制器的輸出命令致動，所述方法包括如下步驟: a.感測并且記錄訓練流體溫度； b.設定最大循環索引值； c.將循環索引初始化到初始值； d.將預定輸出命令輸出給所述先導級閥芯； e.計算所述主級閥芯的特征速度； f.存儲與來自所述控制器的所述輸出命令對應的所述特征閥芯速度； g.將所述主級閥芯返回到零位位置； h.遞增所述循環索引；以及 i.重復步驟d-h直到循環索引等于所述最大循環索引值。
12.根據權利要求11所述的訓練閥控制組件的方法，其中所述先導級閥芯由線圈致動。
13.根據權利要求12所述的訓練閥控制組件的方法，其中來自所述控制器的所述輸出命令是PWM輸出電壓。
14.根據權利要求13所述的訓練閥控制組件的方法，其中將預定輸出命令輸出給所述先導級閥芯的步驟包括，將預定輸出PWM電壓輸出給所述線圈。
15.一種方法，用于訓練具有由來自先導級閥芯的液壓流體致動的至少一個主級閥芯的閥控制組件，其中所述先導級閥芯由接收來自控制器的命令PWM輸出電壓的線圈致動，所述方法包括如下步驟: a.感測并且記錄訓練流體溫度；b.設定最大循環索引值；c.將循環索引初始化到初始值；d.將預定輸出PWM電壓輸出給所述先導級閥芯線圈；e.計算所述主級閥芯的特征速度；f.存儲與所述輸出PWM電壓對應的所述特征閥芯速度；g.將所述主級閥芯返回到零位位置；h.遞增所述循環索引；以及.1.重復步驟d- h直到循環索引等于所述最大循環索引值。
【文檔編號】G05D7/06GK103797433SQ201280044819
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年9月14日 優先權日:2011年9月15日
【發明者】R·G·安德森 申請人:伊頓公司