CN101173690A - 用于电操作的液压放大器的闭环手动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

液压控制的系统的机械控制器包括包含内室、液压流体输入口和液压流体输出口的阀壳体，其中液压流体输出口可连接到液压控制的系统；安装在内室内的衬套，其具有可移动为与导阀的控制接合区对齐和不对齐的衬套口以控制流过阀的液压流体；联接以基于液压控制的系统的第一运行条件在内室内移动衬套的衬套促动器；导阀在衬套内可滑动地安装，导阀具有当处于衬套内的第一位置时允许液压流体流过衬套且当导阀处于衬套内的第二位置时阻止液压流体流动的流动通道，和联接以基于误差信号在第一位置和第二位置之间移动导阀的导阀促动器，误差信号在设定点和液压控制的系统的第二运行条件的比较中生成。

Description

用于电操作的液压放大器的闭环手动控制系统和方法

技术领域

本发明涉及例如用于控制多种用途的伺服马达和阀的电子控制的液压放大器，例如控制用于水电涡轮机和发电机系统的调节器分配阀。

背景技术

液压放大器在应用于控制操作水电涡轮机的伺服马达时典型地是电子控制的。这些液压放大器可以促动调整流过水电系统的管道内的水的流量的伺服马达。液压放大器由计算机控制系统电子控制。控制系统产生促动液压放大器的电信号，液压放大器又液压地移动调整水阀的伺服马达。

液压放大器的故障能使得调节器分配阀及其相关的水涡轮机失去功能。电子控制系统有时经历导致对一个和多个液压放大器不正确地控制的故障。对于关键过程，现有的电子控制的液压放大器利用了冗余电子控制系统或缺乏正的机械控制能力的开环机械方法。电子控制的液压放大器并非典型地预备有从被放大器控制的伺服马达的主输出级到导级的机械内部反馈控制(内环反馈)。长期存在对能作为替代运行模式而无电子控制运行的电子控制的液压放大器的需求。

发明内容

开发了手动操纵的闭环伺服马达控制器作为对电子控制的液压放大器控制器的冗余控制器，例如备用机械控制器。备用机械控制器允许将控制从电子液压放大器转变为手动可调整机械控制器。例如手动可调整设定点的控制的输入和来自伺服马达的反馈输入被机械备用控制器使用来调整到伺服马达的液压流体流。被控制的输入与机械多级反馈系统一起提供了对机械控制器输出状态的定位和控制。

开发了例如机械导阀的机械控制器以用于液压控制的系统，控制器包括：包括内室、液压流体输入口和液压流体输出口的阀壳体，其中液压流体输出口可连接到液压控制的系统；安装在内室内的衬套，衬套具有可移动为与液压流体输入口和输出口对齐和不对齐的衬套口以允许当衬套口与液压流体输入口和输出口对齐时液压流体流过阀；联接以基于液压控制的系统的第一运行条件在内室内移动衬套的衬套促动器；在衬套内可滑动地安装的导阀，导阀具有当处于衬套内的第一位置时允许液压流体流过衬套且当导阀处于衬套内的第二位置时阻止液压流体流动的流动通道；联接以基于误差信号在第一位置和第二位置之间移动导阀的导阀促动器，误差信号在设定点和液压控制的系统的第二运行条件的比较中生成。

开发了用于液压地控制伺服马达以控制水阀的机械控制器，控制器包括：包括内室、液压流体输入口和液压流体输出口的阀壳体，其中液压流体输出口可连接到液压控制的系统的液压流体输入口；可滑动地安装在内室内的衬套，衬套具有可移动为与液压流体输入口和输出口对齐和不对齐的衬套输入口和衬套输出口以允许当衬套输入口和衬套输出口与液压流体输入口和输出口对齐时液压流体流过阀；联接以基于液压控制的系统的第一运行条件在内室内移动衬套的衬套杠杆臂；在衬套内可滑动地安装的导阀，导阀具有当与衬套输入口和输出口对齐时允许液压流体流过衬套且当流动通道移动出与衬套输入口和输出口对齐时降低通过衬套的流动的流动通道；和联接以基于误差信号移动导阀的导阀杠杆臂，误差信号通过在设定点和液压控制的系统的第二运行条件之间平衡导阀杠杆臂而生成。

开发了用于控制液压控制的系统的方法，包括：使用电子控制的液压放大器将液压流体施加到液压控制的系统；将控制从电子控制的液压放大器切换到机械控制的液压阀控制器；建立用于机械控制的液压阀控制器的希望的设定点；确定希望的设定点和液压控制的系统的实际运行条件之间的误差信号；和将误差信号施加到调整到液压控制的系统的液压流体流以降低误差的机械控制的液压阀控制器。

方法可以进一步包括施加反馈条件到机械控制的液压阀控制器以提供对液压流体流的次级调整，其中反馈条件代表了不同于用于确定误差信号的实际运行条件的液压控制的系统的运行条件。方法可以包括对控制水阀的伺服马达的控制，且希望的设定点是确定了水阀的运行位置的伺服马达的位移。方法可以进一步包括将反馈条件施加到机械控制的液压阀控制器以提供对液压流体流的次级调整，其中反馈条件代表了液压放大器主阀芯的位移。另外，方法可以包括关闭到机械控制的液压阀的液压流体流且激活电子控制的液压放大器。方法建立了闭环反馈控制，其中误差信号与来自阀壳体的输出口的液压流体流相关。

附图说明

图1是作为电子控制的液压放大器的冗余系统的机械控制器的示意图。

具体实施方式

开发了方法和系统以将电子控制的液压放大器的伺服马达控制转变为机械控制器。机械控制器包括例如手动导阀(pilot valve)的比例促动器和机械内部反馈，以提供用于伺服马达的机械定位回路。机械控制器提供了机械控制方法，在电子控制的液压放大器故障的情况下，机械控制方法自动初始化(由计算机控制器初始化)。

图1是用作电子控制的导阀12的冗余控制器的机械控制的导阀10的示意图。导阀10和12都可以用于控制例如主级的液压放大器15，液压放大器15促动伺服马达14或其他液压系统。伺服马达14可以控制用于例如涡轮机的水电系统的调节器分配阀，其通过大流量的油，例如每分钟1000加仑。

伺服马达14的运行位置由主级液压放大器15控制。放大器15通过施加经由流体管道16到伺服马达的输入的例如油流的液压流体来控制伺服马达14。由主级液压放大器15施加到伺服马达14的液压流体流的量确定了对于伺服马达的运行设定。导阀10、12将例如伺服马达位移54和位移速度13的反馈信号转换为对于伺服马达的液压控制的调整。实际上，反馈信号被放大以控制伺服马达14。取决于电子控制的导级12被激活还是机械控制的导阀10被激活，反馈信号可以是电信号或机械信号。

在正常运行期间，电子控制的导阀12促动液压放大器主级15和伺服马达14，且机械导阀10不运行。例如电子计算机的控制器18操作电子地控制的导阀18。通过关闭从油源20到机械导阀10的输入22的液压流体流动使机械导阀不运行。如果且当控制器18确定应以机械导阀10替代电子控制的导阀12时，将加压的液压流体源20施加到机械导阀10的输入22。例如，阀24可以被控制器18促动以将油压施加到机械导阀10。类似地，阀25可以被切换以改变控制为从电子控制的导阀12到机械导阀10，其中控制用于到液压放大器主级15的液压流体流。

如果电子控制的导阀12被确定故障，在预先确定的范围外运行或离线以用于维护或替代，则控制器18可以切换到机械地机械导阀10。当电子控制的导阀12再次运行时，控制器激活导阀12且关闭到机械导阀10的液压流体流。在电子控制的导阀12和机械控制的导阀10之间的转变是平稳且非复杂的，因为转变涉及将液压流体压力施加到液压放大器主级15且切换电子导阀12的开/闭的切换阀25。当此阀10停用时，经由阀24关闭油源20到机械地机械导阀10。

机械控制的导阀10调节了从源20到液压放大器主级15的液压流体流。机械导阀包括阀壳体27，壳体27包括液压油输入口22和油输出口26。液压油输出口26通过液压管线16连接到液压放大器主级15。

阀壳体27可以是包括圆柱形内室28的金属圆柱体。内室28包括液压流体排泄口30以排放渗入到室的下部区域内的油。室28的上端打开以接收例如套筒的圆柱形衬套32和例如活塞的导阀34。

衬套32可以是具有下部基部的空心圆柱形套筒，下部基部除小的排泄处外封闭，以允许一些液压流体渗入到室的下部区域内且提供对螺旋弹簧36的润滑。衬套32在阀壳体的室28内上下滑动。螺旋弹簧将衬套32在阀壳体内向上偏置。衬套32的顶部可枢转地连接到杠杆臂38，杠杆臂38将衬套定位在阀壳体27的室28内。衬套在室内的位置由杠杆臂38确定，杠杆臂38响应于液压放大器主阀芯(spool)的移动。

衬套32包括侧输入口40和侧输出口42。这些口在室28内与衬套一起上下滑动。当衬套输出口42未被柱塞接合区45覆盖时，液压流体流过阀。当油流过输出口26时，液压放大器主阀芯将处于运动中。当柱塞接合区45和衬套输出口42对齐时，油将不流动且液压放大器主阀芯将静止。

导阀34在衬套32内可上下移动。导阀调节了流过衬套的液压流体且因此调节了流过阀24的液压流体。导阀可以是通过阀壳体的液压流体的流量的主要确定件。导阀具有颈缩区域44，流动通过口或调节了从衬套的输入口40到输出口42的液压流体流的其他流动通道特征。当导阀的颈缩区域与衬套的输入口40/输出口42对齐时，液压流体可以流过衬套。当导阀的颈缩区域44不对齐且导阀的控制接合区45与衬套的输出口42对齐时，阻止液压流体通过衬套(且因此通过阀24)的流动。流过衬套的液压流体的流量可以通过在套筒内移动导阀而调整。当导阀的颈缩区域移动为与衬套的输入/输出口对齐时，流过套筒的液压流体的可能的流量增加。颈缩区域可以成形为使得当导阀相对于衬套移动时，液压流体流的流量逐渐改变。

导阀34在室28内的位置由促动器杠杆臂46控制。例如套筒的衬套在室内的位置由杠杆臂38确定。导阀在衬套内的相对位置取决于杠杆臂38、46。

在一个实施例中，例如促动器的导阀杠杆臂46的移动初始化了通过阀的液压流体流量的改变。作为响应，例如促动器的用于衬套的杠杆臂38将恢复衬套输出口42和导阀接合区45之间的对齐关系，从而抑制液压放大器主阀芯的移动。此机械地建立的液压放大器的恢复(反馈)允许机械控制器以修正动作响应于不处于平衡中的输入或输出关系。

流过阀的液压流体流量取决于衬套32和导阀34相对于彼此的位置和衬套在阀壳体的室28内的相对位置。阀在衬套内的位置可以主导地影响流过阀的液压流体。衬套在室内的位置可以对液压流体流起不很主导地影响。

例如浮动杠杆的杠杆臂46基于希望的设定点48和伺服马达14的实际位置50之间的相对关系将导阀定位在阀室28内。伺服马达的位置确定了水阀15的位置。希望的伺服马达运行位置可以是希望的最终伺服马达位置(与希望的阀15位置相关)。希望的设定点可以通过手动控制设备52手动地输入或可以通过控制器18自动地设定。伺服马达的实际位置可以是代表了实际伺服马达位置的反馈信号54，例如斜坡信号。希望的设定点48和实际的最终伺服马达位置之间的差异反应在杠杆臂46的位置中且作为误差信号56应用，该误差信号56确定了导阀34在室28内的位置。取决于误差信号56的值，导阀12被定位以通过调整来自阀(口26)的液压流体流来移动液压放大器主级15的主阀芯。

来自液压放大器15的主阀芯的机械位置反馈信号58，例如主阀芯位移速度反馈13操纵了维持了液压放大器主级的稳定运行的内环反馈。反馈信号58可以导致衬套32移动以降低到液压放大器主级15的液压流体流。反馈信号58促动了用于导阀衬套(套筒)的杠杆38。

机械放大器10可以是仿效了电子控制的导阀12的控制功能的一些的比例促动器。机械控制的放大器10通过设定手动设定点48、52来控制。机械控制的导阀12可以用于提供正常地由电子控制的导阀12提供的控制功能，例如关闭保护和控制，和从正常控制(电子控制的导阀12)到手动控制(机械控制的导阀10)的监测和切换方法的整合。从电子控制导阀12到机械导阀10的转变包括切换联接油源20、导阀和液压放大器主级15的液压阀24、25。

机械控制的放大器10可以提供：不干涉电子控制的液压放大器或使其复杂化的手动控制回路的实施；实施用于基于例如电子控制的液压放大器和伺服马达的单独部件的构造在正常的电子控制和手动控制之间切换的控制特征的灵活性；可能在正常控制模式和手动控制模式中都使用的多种关闭控制的实施；和当无动力可获得时通过使用真正的机械手动解决方法的伺服马达控制功能的操作。

虽然本发明结合了目前被考虑为最实际和优选的实施例描述，但需要理解的是本发明不限制于所披露的实施例，而相反意图于覆盖在附带的权利要求书的精神和范围内的多种修改和等价布置。

Claims (10)

1.一种用于液压控制的系统的机械控制器(10)，该控制器包括：

包括内室(28)、液压流体输入口(22)和液压流体输出口(26)的阀壳体(27)，其中液压流体输出口可连接到液压控制的系统(14、15)；

安装在内室内的衬套(32)，衬套具有可移动为与导阀(34)的控制接合区(44)对齐和不对齐的衬套口(40、42)，以控制流过阀的液压流体；

联接以基于液压控制的系统的第一运行条件(13、58)在内室内移动衬套的衬套促动器(38)；

导阀(34)在衬套内可滑动地安装，导阀具有当处于衬套内的第一位置时允许液压流体流过衬套且当导阀处于衬套内的第二位置时阻止液压流体流动的流动通道(44)；和

联接以基于误差信号(56)在第一位置和第二位置之间移动导阀的导阀促动器(46)，误差信号在设定点(48)和液压控制的系统的第二运行条件(54)的比较中生成。

2.根据权利要求1所述的机械控制器，其中液压控制的系统是控制水阀的伺服马达(14)。

3.根据权利要求2所述的机械控制器，其中第一运行条件(54)是应用于控制水阀的伺服马达的位移且第二运行条件(13、58)是伺服马达的位移率。

4.根据权利要求1所述的机械控制器，其中液压流体源(20)可连接阀壳体的液压流体输入口(22)且通过施加加压液压流体到液压流体输入口来激活(24)控制器(10)。

5.根据权利要求1所述的机械控制器，其中设定点(48)是手动(52)建立的设定点。

6.根据权利要求1所述的机械控制器，其中机械控制器(10)是机械液压放大器。

7.根据权利要求1所述的机械控制器，是闭环反馈控制器，其中误差信号(56)与来自阀壳体的输出口的液压流体流相关。

8.一种用于控制液压控制的系统(15、14)的方法，其包括：

使用电子控制的液压放大器(12)将液压流体(16)施加到液压控制的系统；

将控制从电子控制的液压放大器切换(24、25)到机械控制的液压阀控制器(10)；

建立用于机械控制的液压阀控制器的希望的设定点(48、52)；

确定希望的设定点和液压控制的系统的实际运行条件(54)之间的误差信号(56)；和

将误差信号施加(34)到机械控制的液压阀控制器，其调整到液压控制的系统的液压流体流以降低误差。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括施加反馈条件(13、58)到机械控制的液压阀控制器，以提供对液压流体流的次级调整，其中反馈条件允许液压控制的系统对不处于平衡的输入或输出条件的修正动作。

10.根据权利要求8所述的方法，其中液压控制的系统是控制水阀的伺服马达(14)且希望的设定点(48)是确定了水阀的运行位置的伺服马达的位移。

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