CN101605996B - 用于控制致动器位置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种致动器位置控制系统(11)，其包含：致动器(21)；安装到致动器的至少一个致动器位置传感器；流量控制阀(17)，其具有至少一个主级阀芯、监视主级阀芯的位置的至少一个阀芯位置传感器(33)、供给端口(37)、贮器端口(39)、第一控制端口(41)、第二控制端口(43)，其中，流量控制阀(17)与致动器(21)流体连通；多个流体压力传感器(31a-31d)，其用于监视流量控制阀(17)的供给端口(37)、贮器端口(39)、第一控制端口(41)、第二控制端口(43)的流体压力；控制器(19)，其与流量控制阀(17)电气连通。

Description

用于控制致动器位置的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于控制致动器位置的系统和方法，特别涉及包含误差校正的自适应系统和方法。

背景技术

流体致动器用在包括滑移装载机、臂式举升机以及小型挖掘机在内的多种液压应用中。这些应用中的流体致动器典型地具有由汽缸封装的活塞以及附着到例如斗或臂等某种附件的杆。在调节致动器的位置时，典型地，应用的操作者必须手动致动对流体致动器的位置进行控制的操纵杆，并基于观测来近似致动器的位置。如果操作者的近似不正确，操作者必须通过操纵杆对汽缸的位置进行小的调节。在某些情况下，致动器的准确定位可能是关键性的，例如当在电线或燃气管或总水管附近定位致动器时。

某些制造者已经推荐在致动器上使用位置传感器。这些位置传感器典型地需要杆上的某种类型的标记，使得传感器能准确检测致动器的位置。尽管这可能在大多数应用中奏效，传感器和杆上的所需要的标记显著影响了致动器的成本。结果，这些类型的液压应用中的大多数流体致动器不使用位置传感器。

与试图解决位置检测的成本过高的努力有关的信息可在美国专利No.6,848,323和No.7,114,430中找到。然而，这些参考文件各自受到没有精确到足够提供致动器的准确定位的缺点。

发明内容

致动器位置控制系统包含致动器和安装到致动器的至少一个致动器位置传感器。致动器位置控制系统还包含流量控制阀，其与致动器流体连通，具有至少一个主级阀芯(main stage spool)、至少一个阀芯位置传感器、供给端口、贮槽端口、第一控制端口、第二控制端口。多个压力传感器被包含在内，以便监视流量控制阀的供给端口、贮槽端口、第一控制端口、第二控制端口的流体压力。控制器与流量控制阀电气连通，其中，控制器被配置为接收希望致动器位置输入、来自所述多个流体压力传感器的流体压力数据信号、来自阀芯位置传感器的阀芯位置信号、来自致动器位置传感器的致动器位置数据信号。控制器被进一步配置为基于流体压力数据信号、阀芯位置信号和误差校正因子确定校正后的到以及来自致动器的流体流速，其中，误差校正因子为流体压力数据信号和阀芯位置信号的函数。控制器还计算推定致动器位置，其中，推定致动器位置计算包含：运动分量(kinematic component)，其为校正后的到以及来自致动器的流体流速的函数；动态分量(dynamic component)，其为致动器的腔中的压力的函数。应用自适应增益因子，以便将推定致动器位置校准到来自致动器位置传感器的致动器位置数据信号。控制器进行推定致动器位置与希望致动器位置输入之间的比较，于是，关闭主级阀芯阀(main stage spool valve)，以便防止到致动器的流体连通。

推定致动器位置的方法包含以下步骤：接收来自所述多个流体压力传感器的流体压力数据信号、来自阀芯位置传感器的阀芯位置信号、来自致动器位置传感器的致动器位置数据信号。校正后的到以及来自致动器的流体流速是基于流体压力数据信号、阀芯位置信号以及误差校正因子来确定的，其中，误差校正因子是流体压力数据信号以及阀芯位置信号的函数。计算推定致动器位置，其中，推定致动器位置计算包含：运动分量，其为校正后的到以及来自致动器的流体流速的函数；动态分量，其为致动器的腔的压力的函数。自适应增益因子被施加，以便将推定致动器位置校准到来自致动器位置传感器的致动器位置数据信号。

附图说明

将附图包含在内，以便提供对本发明的进一步的了解，附图并入说明书并构成说明书的组成部分。附图示出了本发明的示例性实施例，并与说明书一起用于进一步阐释本发明的原理。在附图中：

图1为由根据本发明制造的致动器位置控制系统的原理图；

图2a为根据本发明制造的处于第一位置的流量控制阀的原理图；

图2b为根据本发明制造的处于第二位置的流量控制阀的原理图；

图3为根据本发明用于控制致动器位置的方法的框图；

图4为根据本发明用于推定致动器位置的方法的框图；

图5为致动器位置相对于时间的图表；

图6为根据本发明用于推定致动器位置的替代性方法的框图；

图7为根据本发明用于推定致动器位置的替代性方法的框图。

具体实施方式

现在参照附图(其不是为了限制本发明)，图1示出了致动器位置控制系统的原理图，该系统一般地用11表示。致动器位置控制系统11包含：液泵13，其在这里示为定量泵(fixed displacement pump)；系统储槽15；流量控制阀，其一般地用17表示；控制器19；线性致动器或汽缸，21。汽缸21包含活塞23，其将汽缸21的内部腔25分为第一腔27和第二腔29。尽管致动器位置控制系统11关于汽缸21进行介绍，本领域技术人员在阅读本发明的公开之后将会明了，本发明的范围不限于线性致动器。这里介绍的致动器位置控制系统11和方法也可用于确定旋转致动器的位置。因此，所附权利要求中用的术语“致动器”将指旋转和线性致动器二者。

致动器位置控制系统11还包含监视分别与液泵13、系统储槽15、汽缸21的第一腔27以及汽缸21的第二腔29相关联的流体压力的多个流体压力传感器31a、31b、31c、31d。致动器位置控制系统11还包含至少一个阀芯位置传感器33——其将在下面更为详细地介绍——以及至少一个致动器位置传感器35。尽管致动器位置传感器35被示为处在汽缸21的中间位置，本领域技术人员在阅读本发明的公开之后将会明了，致动器位置传感器35的位置可以在沿着汽缸21的任何地方。另外，本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，多个致动器位置传感器35可以用在致动器位置控制系统11中。然而，增多致动器位置传感器35的数量可能增大致动器位置控制系统11的成本。在所讨论的实施例中，致动器位置传感器35为闩式(latch)传感器类型，其在汽缸21的活塞23被致动器位置传感器35检测到时向控制器19传送信号。然而，由于存在可能足够的多种类型的致动器位置传感器35，本发明的范围不限于闩式传感器类型的致动器位置传感器。来自这些传感器31、33、35的数据被传送到控制器19。

仍旧参照图1，现在将介绍流量控制阀17。在所讨论的实施例中，流量控制阀17包含多个端口，包括：供给端口37，其与液泵13以及压力传感器31a流体连通；贮器端口39，其与系统储槽15以及压力传感器31b流体连通；第一控制端口41，其与汽缸21的第一腔27以及压力传感器31c流体连通；第二控制端口43，其与汽缸21的第二腔29以及压力传感器31d流体连通。在所讨论的实施例中，当流量控制阀17允许供给端口37与第一控制端口41之间以及贮器端口39与第二控制端口43之间的流体连通时，来自液泵13的承压流体经过流量控制阀17流到汽缸21的第一腔27，同时，来自第二腔29的流体流到系统储槽15。这种流体连通导致汽缸21的扩展。在替代实施例中，当流量控制阀17允许贮器端口39和第一控制端口41之间以及供给端口37与第二控制端口43之间的流体连通时，来自液泵13的承压流体经过流量控制阀17流到汽缸21的第二腔29，同时，来自第一腔27的流体流到系统储槽15。这种流体连通导致汽缸21的回缩。

图2a与2b提供了流量控制阀17的示例性实施例的原理图。除了上面介绍的所述多个端口37、39、41、43以外，流量控制阀17还包含与汽缸21相关联的两个先导级(pilot stage)阀芯45a与45b以及两个主级阀芯47a与47b。然而，本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，尽管所讨论的实施例在图2a和2b中将流量控制阀17原理性地显示为具有与一个汽缸21相关联的两个先导级阀芯45a与45b以及两个主级阀芯47a与47b，具有与一个汽缸21相关联的仅仅一个先导级阀芯45以及一个主级阀芯47或其任何组合也在本发明的范围内。

先导级阀芯45a与45b的位置分别受到致动器49a与49b的控制。尽管优选为致动器49a与49b为电磁型，例如音圈，本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，致动器49a与49b可以为能够向先导级阀芯45a与45b提供线性运动的任何类型。通过调节作用在主级阀芯47a与47b的任一端的流体压力，先导级阀芯45a与45b的位置分别控制主级阀芯47a与47b的位置。另一方面，主级阀芯47a与47b的位置控制到汽缸21的流体流速。在所讨论的实施例中，阀芯位置传感器33a与33b分别测量主级阀芯47a与47b的位置，并将位置数据传送到控制器19，以便由控制器19用于确定推定致动器位置，其将在下面更为详细地介绍。尽管多种不同类型的阀芯位置传感器33a与33b对于此系统中的应用可能是足够的，线性可变差动变送器(LVDT)是优选的。在图2a中，流量控制阀17处于第一位置，在该位置上，致动器49a定位先导级阀芯45a，使得主级阀芯47a提供供给端口37与第一控制端口41之间的流体连通，同时，致动器49b定位先导级阀芯45b，使得主级阀芯47b提供贮器端口39与第二控制端口43之间的流体连通。在所讨论的实施例中，此第一位置可导致汽缸21的扩展。在图2b中，流量控制阀17处于第二位置，在该位置上，致动器49a定位先导级阀芯45a，使得主级阀芯47a提供贮器端口39与第一控制端口41之间的流体连通，同时，致动器49b定位先导级阀芯45b，使得主级阀芯47b提供供给端口37与第二控制端口43之间的流体连通。在所讨论的实施例中，此第二位置可导致汽缸21的回缩。

重新参照图1，压力传感器31被示为在流量控制阀17外部。然而，本发明的范围不限于压力传感器31在流量控制阀17的外部。在优选实施例中，压力传感器31可集成在流量控制阀17中。这样的布置在英国专利No.GB2328524中介绍，并并入此处作为参考。另外，控制器19也在图1中原理性地示为在流量控制阀17的外部。然而，本发明的范围不限于控制器19在流量控制阀17外部。在优选实施例中，控制器19可集成在流量控制阀17中。

现在参考图1和2中介绍的元件主要参照图3，介绍用于控制致动器的方法301。在方法301的步骤303中，希望致动器位置51(图1原理性地示出)由控制器19获得。希望致动器位置可以以多种方式输入，包括但不限于操作者使用的操纵杆或通过键盘。在步骤305中，控制器19判断流体当前是否正在被提供给汽缸21。这种判断能由控制器根据接收自阀芯位置传感器33a、33b的信息来进行。如果不存在提供给汽缸21的流体，在步骤307中，控制器19向致动器49a、49b发送信号，以便致动先导级阀芯45a、45b，其又致动主级阀芯47a、47b。这允许到以及来自汽缸21的适当的腔27、29的流体连通。如果流体当前正在被连通到以及来自汽缸21的适当的腔27、29，方法301进行到下一步骤。推定致动器位置于是使用将在下面更为详细介绍的方法309来确定。在步骤311中，进行希望致动器位置与由方法309确定的推定致动器位置之间的比较。如果这些致动器位置是相似的，信号被传送到致动器49a、49b，其导致主级阀芯阀47a、47b的关闭，这防止了到汽缸21的进一步的流体连通。本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，步骤311还可包含这样的步骤：随着希望致动器位置与推定致动器位置在值上变得接近，将信号传送到致动器49a、49b，以便开始关闭主级阀芯阀47a、47b。这一步骤可避免汽缸21的运动的突然停止。然而，如果推定致动器位置和希望位置不相似，将主级阀芯阀47a、47b保留在原位，使用方法309重新推定致动器位置。

现在参照图4，将更为详细地介绍推定致动器位置的方法309。在步骤401中，做出控制器19是否正在接收来自致动器位置传感器35的实际致动器位置数据的判断。如果没有接收到实际致动器位置数据，与汽缸21的第一腔27相关联的主级阀芯47a的位置X_Sp1以及与汽缸21的第二腔29相关联的主级阀芯47b的位置X_Sp2在步骤403中从阀芯位置传感器33a、33b获得。在步骤405中，从流体压力传感器31a、31b、31c、31d获得：对应于液泵13的流体压力的流体压力数据、下面称为P_S，对应于系统储槽15的流体压力的流体压力数据、下面称为P_t，对应于汽缸21的第一腔27的流体压力的流体压力数据、下面称为P₁，对应于汽缸21的第二腔29的流体压力的流体压力数据、下面称为P₂。本领域技术人员将会明了，步骤401、403、405的顺序对于本发明的范围不是关键的。

在步骤407和407’中，关于流入和流出汽缸21的流体来计算校正后的流速Q_1，C和Q_2，C。校正后的流速为这样的流速计算：通过将理论流速乘以误差校正因子，其减小或“校正”理论流速公式中的隐含误差。为了方便说明，此计算将仅仅关于汽缸21的第一腔27来介绍。然而，本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，与汽缸21的第二腔29相关联的校正流速Q_2，C的计算类似于下面介绍的校正流速Q_1，C的计算。与汽缸21的第一腔27相关联的校正流速公式Q_1，C为：

Q_1，C＝K₁·Q₁，

其中，Q₁为推定的到或来自汽缸21的第一腔27的流体的推定流速，K₁为误差校正因子。这些项目的更为详细的介绍在稍后提供。

推定流速Q₁为基于变量P_S、P_t、P₁、X_Sp1的理论非线性函数。尽管存在可用于计算推定流速Q₁的多种公式，下面提供两个示例性公式。如果流速控制阀17的主级阀芯47a可被定位为使得第一控制端口41与供给端口37流体连通，第一个公式可被使用。换句话说，当流体从液泵13流到汽缸21的第一腔27、由此导致汽缸21的扩展时，下面的公式可被使用。然而，应当注意，当第一腔27中的流体的压力大于从液泵13输出的流体的压力时，即使这种情况可产生从第一腔27到液泵13的回流(其可导致汽缸21的回缩)，下面的公式也可使用。在这些方案的二者当中，Q₁可使用下面的公式计算：

$Q_1=C_d\·W\·X_{\mathrm{Sp}1}\·\mathrm{sgn}(P_S-P_1)\·\sqrt{\frac{2\·|P_S-P_1|}{\mathrm{\ρ}}},$

其中，C_d为排放系数，X_Sp1为主级阀芯47a的位置，W为截流孔口面积——其为主级阀芯位置的函数——在主级阀芯位置微分上的微分dA(X_Sp1)/dX_Sp1(节流孔在图2a中用参考标号“O_1，S”表示)，ρ为流体的密度。

如果流量控制阀17的主级阀芯47a被定位为使得第一控制端口41与贮器端口31流体连通，可使用第二公式。换句话说，当流体从汽缸21的第一腔27流到系统储槽15、由此导致汽缸21的回缩时，可使用下面的公式。在这种方案中，Q₁可使用下面的公式来计算：

$Q_1=C_d\·W\·X_{\mathrm{Sp}1}\·\mathrm{sgn}(P_1-P_t)\·\sqrt{\frac{2\·|P_1-P_t|}{\mathrm{\ρ}}},$

其中，C_d为排放系数，X_Sp1为主级阀芯47a的位置，W为截流孔口面积——其为主级阀芯位置的函数——在主级阀芯位置微分上的微分dA(X_Sp1)/dX_Sp1(节流孔在图2b中用参考标号“O_1，t”表示)，ρ为流体的密度。

如上所述，推定流速Q1为理论公式。由于包括但不限于流体粘度、流体类型、流体温度等等在内的多种因素，推定流速Q1不总是与实验测得的流速相关。因此，使用误差校正因子K₁，以便减小与理论公式相关联的误差。误差校正因子K₁通过下面的非线性公式定义：K₁＝f(P_s，P₁，P_t，X_Sp1)。由于此函数可在实验中确定，可使用多种公式来将自变量与校正因子相关联。这样的公式的实例在下面提供：

$K_1=c_0+c_1\·X_{\mathrm{Sp}1}+c_2\·\sqrt{P_S-P_1}+c_3\·{X_{\mathrm{Sp}1}}^2+c_4\·(P_S-P_1),$

其中，C₀，C₁，C₃和C₄为实验中确定的系数。

本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，本发明的范围不需要这些计算在致动器位置控制系统11的运行过程中执行。相反，校正后的流速Q_1，C和Q_2，C的值可在查阅表中获得，这些值可基于输入参数P_S、P_t、P₁、P₂、X_Sp1、X_Sp2的值检索。

在步骤409和409’中，汽缸21的推定致动器位置X_1，Est和X_2，Est分别基于校正后的流速Q_1，c和Q_2，c来确定。为便于说明，将仅仅关于汽缸21的第一腔27的校正流速Q_1，c来介绍这种确定。然而，本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，关于汽缸21的第二腔29的校正流速Q_2，c的推定致动器位置X_2，Est的确定是类似的。在所讨论的实施例中，关于第一腔27的校正流速Q_1，c的汽缸21的位置通过在一时间段上对活塞23的速度公式

进行积分来计算，其中，活塞23的速度公式

具有动态分量和运动分量。这样的公式的一个实例在下面提供：

$X_{1,\mathrm{Est}}=\left[\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{Est}}A}(-A{\mathrm{\η}}_1{X}_{1,\mathrm{Est}}-{\mathrm{\η}}_1{V}_1)\right]+\left[\frac{1}{A}{Q}_{1,C}\right],$

其中，β_Est为流体的推定体积模量；A为经受承压流体的活塞23的面积；V₁为活塞23完全回缩时汽缸21的第一腔27的容量；X_1，Est为初始推定致动器位置；η_t表示汽缸21的第一腔27的流体压力P₁在给定的采样时间上的变化，其已被滤波以消除噪音；Q_1，C为校正后的流速。上面的速度公式的动态分量在第一组方括号中提供，且在上面的公式中为汽缸21的第一腔27的流体压力P₁的函数。上面的速度公式的运动分量在第二组方括号中提供，并基于除以经受承压流体的活塞23的面积的校正流速Q_1，C。

在步骤411中，将汽缸21的推定位置X_1，Est和X_2，Est进行比较。如果这些位置彼此不同，做出推定致动器位置X_Est的确定。这种确定可通过取位置X_1，Est和X_2，Est的算术平均值或通过使用某种其他加权平均函数来进行。

现在参照图5，示出了在推定致动器位置X_1，Est和X_2，Est的确定中将动态与运动分量二者包含在内的重要性。图5提供了实际致动器位置501、推定致动器位置503、运动致动器位置505——其仅仅基于速度公式的运动分量——的图表。在此图表中，汽缸21的活塞23在扩充的同时振动。振动可由于外部条件导致，例如施加在汽缸21上的外力。运动致动器位置505仅仅能够捕获活塞23的整体运动，因此不捕获活塞23的振动。在所讨论的实施例中，仅仅出于示例，这导致运动致动器位置具有大约5％的误差，但是，依赖于作用在汽缸21上的外力，这种误差可能大得多。推定致动器位置503——其包含上面介绍的动态分量和运动分量——另一方面密切近似实际致动器位置501，包括由于作用在汽缸21上的外力引起的活塞23的振动在内。

再度参照图4，现在将介绍对致动器位置进行推定的方法309的自适应。如果控制器19在步骤401中已经从致动器位置传感器35接收到实际致动器位置X_Act，且分别关于汽缸21的第一腔27与第二腔29的推定致动器位置X_1，Est和X_2Est不同于实际致动器位置X_Act，在步骤413中确定自适应增益因子δ₁和δ₂，以便将推定致动器位置校准到实际致动器位置。因此，自适应增益因子δ₁和δ₂分别基于致动器位置误差X_1，Err和X_2，Err，其中，X_1，Err＝X_1，Est-X_Act，X_2，Err＝X_2，Est-X_Act。自适应增益因子δ₁和δ₂于是被施加为对校正流速Q_1，C和Q_2，C的确定的调节。对校正流速Q_1，C和Q_2，C的这种调节能通过分别使误差校正因子K₁与K₂乘以自适应增益因子δ₁和δ₂来完成。

下面将简短介绍表示致动器位置误差X_1，Err的理论公式，以便示范如何对误差校正流速进行调节。尽管仅仅将介绍关于汽缸21的第一腔27的致动器位置误差X_1，Err，本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，基于关于汽缸21的第二腔29的致动器位置误差X_2，Err的调节是类似的。对于致动器位置误差X_1，Err的理论公式在下面给出：

其中，X_1，Err(t+1)是采样时间t+1的致动器位置误差；β_Est为推定的流体体积模量；β_Err为与流体体积模量相关联的误差，其可使用下面的公式计算： $\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{Err}}}=\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{Est}}}-\frac{1}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{Act}}};$ A为经受承压流体的活塞23的面积；V1为当活塞23完全回缩时汽缸21的第一腔27的容积；X_1，Est为致动器位置的推定；η₁表示给定采样时间上汽缸21的第一腔27的流体压力P₁的变化，其已被滤波以消除噪音；Q_1，Err为使用下面的公式计算的流速误差：Q_1，C-Q₁。

应当注意，致动器位置误差理论公式的第一组方括号中的积分中的全部项目乘以η₁，其表示汽缸21的第一腔27的流体压力的滤波后的变化。项目η₁可能是正的或是负的，取决于给定采样时间上第一腔27的流体压力变化。由于这些流体压力变化在很大程度上是外部条件——例如施加在汽缸21上的外力——的结果，η₁为某种程度上不可预测的项目。作为这种不可预测性的结果，可能难以将第一组方括号的积分中的项目之一的调节与关于第一腔27的致动器位置误差X_1，Err相关联。然而，对上面的公式的第二组括号中的积分中的项目之一的调节可较为容易地关联到致动器位置误差X_1，Err，这是因为这些项目的可预测性。下面将简短阐释一实例，以便示范如何将误差校正因子K₁关联到致动器位置误差X_1，Err。第二组括号中的积分可简化为：

因此，假设致动器位置误差X_1，Est受到此积分的控制，如果致动器位置X_1，Est和实际致动器位置X_Act之间的差是正的，误差校正因子K₁应当增大。另一方面，如果推定致动器位置X_1，Est与实际致动器位置X_Act之间的差是负的，误差校正因子K₁应当减小。因此，如果流量控制阀17的主级阀芯47a被定位为使得第一控制端口41与供给端口37流体连通且致动器位置误差X_1，Err大于零，则校正因子K₁乘以自适应增益因子δ₁，其中，δ₁＞1。在此实例中，校正流速Q_1，C的公式可以为Q_1，C＝δ₁·K₁·Q₁。如果流量控制阀17的主级阀芯47a被定位为使得第一控制端口47与供给端口37流体连通但致动器位置误差小于或等于零，则将误差校正因子K1乘以自适应增益因子

其中，δ₁＞1。在此实例中，校正流速Q_1，C的公式可以为 $Q_{1,C}=\frac{1}{{\mathrm{\δ}}_1}\·K_1\·Q_1.$ 然而，如果流量控制阀17的主级阀芯47a被定位为使得第一控制端口41与贮器端口39流体连通且致动器位置误差X_1，Err大于零，则校正因子K₁乘以自适应增益因子

其中，δ₁＞1。在此实例中，校正流速Q_1，C的公式可为 $Q_{1,C}=\frac{1}{{\mathrm{\δ}}_1}\·K_1\·Q_1.$ 如果流量控制阀17的主级阀芯47a被定位为使得第一控制端口41与贮器端口39流体连通但致动器位置误差X_1，Err小于或等于零，则误差校正因子K₁乘以自适应增益因子δ₁，其中，δ₁＞1。在此实例中，校正流速Q_1，C的公式可以为Q_1，C＝δ₁·K₁·Q₁。

在本发明的优选实施例中，自适应增益因子δ₁为实际位置误差X_1，Err的函数。致动器位置误差越大，对误差校正因子K₁的改变将会越主动(aggressive)。然而，本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，自适应增益因子δ₁可为任意实值。为了防止对误差校正因子K₁的过度主动的改变，在优选实施例中，自适应增益因子δ可为小于或等于2。

现在参照图6，将介绍由控制器用于确定汽缸21的推定位置的替代性方法309’。在此替代性方法309’中，与方法309中的那些类似或相同的方法步骤将具有同样的参考标号，且不再进一步介绍。然而，附加的方法步骤将具有超过“600”的参考标号，并将详细介绍。

类似于方法309，在替代性方法309’的步骤401中，做出控制器19是否正在从致动器位置传感器35接收实际致动器位置数据的判断。如果没有接收到实际致动器位置数据，在步骤403中从阀芯位置传感器33a、33b获得分别和汽缸21的第一与第二腔27与29相关联的主级阀芯47a与47b的位置X_Sp1与X_Sp2。在步骤405中，流体压力数据P_S、P_t、P₁、P₂分别从流体压力传感器31a、31b、31c、31d获得。本领域技术人员将会明了，步骤401、403、405的顺序对于本发明的范围不是关键的。

在步骤407和407’中，关于流到汽缸21和自汽缸21流出的流体来确定校正后的流速Q_1，C和Q_2，C，这里，校正流速确定可类似于方法309中所介绍的。在步骤601中，校正流速Q_C基于校正流速Q_1，C和Q_2，C来确定。如果校正流速Q_1，C和Q_2，C相等，则校正流速Q_C可等于Q_1，C或Q_2，C。然而，如果校正流速Q_1，C和Q_2，C彼此不同，做出校正流速Q_C的确定。这种确定可通过取校正流速Q_1，C和Q_2，C的算术平均来做出，或通过使用某种其它的加权平均函数。在这种确定之后，在类似于关于方法309所介绍的计算中，基于校正流速Q_C来计算推定致动器位置X_Est。在步骤413中，方法309’的自适应性类似于在方法309中的步骤413中介绍的。

使用方法309和309’来确定致动器位置的优点在于，方法309和309’并入将与理论计算相关联的误差最小化的三种方法。第一种方法涉及使用误差校正因子K₁和K₂。通过将理论流速Q₁与Q₂关联到实验测量的流速，这些误差校正因子K₁和K₂使得与理论流速Q₁与Q₂的计算相关联的误差最小化。第二种方法涉及使用分别与误差校正因子K₁与K₂相乘的自适应增益因子δ₁和δ₂。这些自适应增益因子使得推定致动器位置X_Est与实际致动器位置X_Act之间的误差最小化。将与理论计算相关联的误差最小化的第三种方法涉及在推定致动器位置X_Est的确定中使用两个校正后的流速Q_1，C和Q_2，C。通过使用两个校正流速Q_1，C和Q_2，C，两个校正流速之间的差异可通过使用某种加权平均函数来最小化。这又可潜在地减小推定致动器位置的确定中的误差。

现在参照图7，示出了替代性方法309”，其提供了在推定致动器位置的确定中使用两个校正流速Q_1，C和Q_2，C的附加优点。在替代性方法309”中，与方法309以及309’中的方法步骤类似或相同的方法步骤将具有同样的参考标号，且不再进一步介绍。然而，附加的方法步骤将具有超过“700”的参考标号，并将详细介绍。

在替代性方法309”中，在步骤701中进行两个校正流速Q_1，C和Q_2，C之间的比较。如果校正流速Q_1，C和Q_2，C的值类似，在步骤601中确定推定致动器位置。然而，如果校正流速Q_1，C和Q_2，C显著不同，警报在步骤703中被发送到操作者。通过这种方式，校正流速Q_1，C和Q_2，C被用作一种用于致动器位置控制系统11的故障检测。例如，如果对于汽缸21的第一腔27的校正流速Q_1，C显著不同于汽缸21的第二腔29的校正流速Q_2，C，在步骤703中，致动器位置控制系统11可能存在问题的警报被传送到操作者。这种警报对于本发明的范围不是关键的，并可包括视觉或听觉警报。尽管校正流速Q_1，C和Q_2，C的显著差异不会将问题离析到具体部件，例如致动器位置控制系统11的阀芯位置传感器33a、33b中的一个或压力传感器31a、31b、31c、31d中的一个，可向操作者通知系统作为一个整体的潜在问题。本领域技术人员在阅读本发明的公开后将会明了，步骤701的放置顺序对于本发明的范围不是关键的。

在上面的说明中已经详细介绍了本发明，相信本领域技术人员通过阅读和理解本说明书可想到本发明的多种变型和修改。所有这些变型和修改包含在本发明中，只要它们属于所附权利要求的范围。

Claims (21)

1.一种致动器位置控制系统，其包含：

致动器；

安装到致动器的至少一个致动器位置传感器；

流量控制阀，其具有至少一个主级阀芯、监视主级阀芯的位置的至少一个阀芯位置传感器、供给端口、贮器端口、第一控制端口、第二控制端口，其中，流量控制阀经由第一以及第二控制端口与致动器流体连通；

多个流体压力传感器，其用于监视流量控制阀的供给端口、贮器端口、第一控制端口、第二控制端口的流体压力；以及

控制器，其与流量控制阀电气连通，其中，控制器被配置为：

接收希望致动器位置输入；

接收来自所述多个流体压力传感器的流体压力数据信号；

接收来自阀芯位置传感器的阀芯位置信号；

接收来自致动器位置传感器的致动器位置数据信号；

基于流体压力数据信号、阀芯位置信号、误差校正因子，确定校正后的到以及来自致动器的流体流速，其中，误差校正因子为流体压力数据信号和阀芯位置信号的函数；

确定推定致动器位置，其中，推定致动器位置确定包含：运动分量，其为校正后的到以及来自致动器的流体流速的函数；动态分量，其为致动器的腔的压力的函数；

应用自适应增益因子，以便将推定致动器位置校准到来自致动器位置传感器的致动器位置数据信号，其中，自适应增益因子是基于由推定致动器位置和致动器位置数据信号得出的致动器位置误差的；

将推定致动器位置与希望致动器位置输入进行比较；以及

如果推定致动器位置和希望致动器位置相似，关闭主级阀芯阀，以便防止到致动器的流体连通。

2.根据权利要求1的致动器位置控制系统，其中，控制器进一步被配置为将校正后的到致动器的流体流速与校正后的来自致动器的流体流速进行比较，并在校正后的流体流速之间存在显著差时发送警报信号。

3.根据权利要求2的致动器位置控制系统，其中，警报信号是可听的。

4.根据权利要求2的致动器位置控制系统，其中，警报信号是可视的。

5.根据权利要求1的致动器位置控制系统，其中，致动器是线性致动器。

6.根据权利要求5的致动器位置控制系统，其中，致动器为汽缸。

7.根据权利要求6的致动器位置控制系统，其中，致动器位置传感器被安装在汽缸的中间位置。

8.根据权利要求1的致动器位置控制系统，其中，所述多个流体压力传感器被布置在流量控制阀中。

9.根据权利要求1的致动器位置控制系统，其中，控制器被布置在流量控制阀中。

10.根据权利要求1的致动器位置控制系统，其中，流量控制阀包含两个主级阀芯。

11.根据权利要求10的致动器位置控制系统，其中，先导级阀芯与流量控制阀中的各个主级阀芯相关联。

12.根据权利要求1的致动器位置控制系统，其中，阀芯位置传感器为线性可变差动变送器。

13.根据权利要求1的致动器位置控制系统，其中，致动器位置传感器为闩式传感器。

14.一种用于推定致动器位置的方法，该方法包含以下步骤：

接收来自多个流体压力传感器的流体压力数据信号；

接收来自至少一个阀芯位置传感器的阀芯位置信号；

接收来自至少一个致动器位置传感器的致动器位置数据信号；

基于流体压力数据信号、阀芯位置信号、误差校正因子用各个校正流体流速来确定校正后的到以及来自致动器的流体流速，其中，误差校正因子是流体压力数据信号和阀芯位置信号的函数；

确定推定致动器位置，其中，推定致动器位置确定包含：运动分量，其为校正后的到以及来自致动器的流体流速的函数；动态分量，其为致动器的腔的压力的函数；以及

应用自适应增益因子，以便将推定致动器位置校准到来自致动器位置传感器的致动器位置数据信号，其中，自适应增益因子是基于由推定致动器位置和致动器位置数据信号得出的致动器位置误差的。

15.根据权利要求14的确定致动器位置的方法，其还包含这样的步骤：将校正后的到致动器的流体流速与校正后的来自致动器的流体流速进行比较。

16.根据权利要求15的确定致动器位置的方法，其中，在确定推定致动器位置时，将加权函数应用到校正后的到致动器的流体流速以及校正后的来自致动器的流体流速。

17.根据权利要求15的确定致动器位置的方法，其中，当校正后的到致动器的流体流速与校正后的来自致动器的流体流速之间存在显著差异时，从控制器发送警报信号。

18.根据权利要求14的确定致动器位置的方法，其中，阀芯位置传感器为线性可变差动变送器。

19.根据权利要求14的确定致动器位置的方法，其中，致动器位移传感器为闩式传感器。

20.根据权利要求14的确定致动器位置的方法，其中，致动器为线性致动器。

21.根据权利要求20的确定致动器位置的方法，其中，致动器为汽缸。

Images