CN102245906A - 数字液压系统 - Google Patents

Abstract

一种增压介质系统及其方法，包括：至少一个促动器(23)或促动器单元，通过它能够产生作用在所述负载上的合力(Fcyl)；至少一个工作腔(19，20，21，22)，基于排量原理进行操作，并位于所述促动器或促动器单元中；至少一个高压充压管路(HPi，HPia)，为液压动力源；至少一个低压充压管路(LPi，LPia)，为液压动力源；控制管路(40)，通过所述控制管路(40)，能够将至少一个所述高压充压管路(HPi，HPia)和至少一个所述低压的充压管路(LPi，LPia)依次耦接至至少一个所述工作腔(19，20，21，22)，其中每个所述工作腔(10，20，21，22)能够产生与将被耦接至所述工作腔的充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)的压强相应的分力(FA，FB，FC，FD)，并且每个分力单独或与由所述促动器或促动器单元的其它工作腔产生的分力相组合来产生至少一个所述合力。所述促动器单元例如为回转装置或旋转装置。所述系统在控制管路的控制中利用了控制器。

Description

数字液压系统

技术领域

本发明涉及一种增压介质系统。本发明涉及一种用于控制负载的绕轴旋转运动(pivoting movement)的回转装置。本发明涉及一种用于控制负载旋转的旋转装置。本发明涉及一种增压介质系统中的方法。本发明涉及一种用于控制增压介质系统的控制器。

背景技术

在增压介质系统中，通过使用带有具有一定作用面积(effective area)的工作腔的促动器来控制负载，增压介质的压强作用在该工作腔上并产生经由促动器作用在负载上的力。该力的大小依赖于增压作用面积和传统增压介质系统中被控制以产生可变力的压强。典型示例包括负载的移动、提升和下降，并且负载(例如作为将被移动的结构、装置或系统的一部分)可在物理形式上从一个系统到另一个系统经常变化。压强控制通常基于具有损耗的调节，在传统阻力控制解决方案中，通过以无级(stepless)方式控制工作腔的压强来实现促动器的压力控制。因而，通过对增压介质进出腔的流动进行节流(throttling)来控制压强。例如，通过比例阀的方式来执行这种控制。

典型地，传统系统具有压强侧和返回侧，其中在所述压强侧调节压强并产生增压介质的体积流量(volume flow)，所述返回侧能够接收体积流量，并且在该返回侧的主流(prevailing)压强(所谓的缸(tank)压强)水平尽可能低，以最小化损耗。

已知的增压介质包括例如液压油、压缩空气和水、或者基于水的液压液体。增压介质的典型例子不限于此，而是其可根据应用和设定要求的需要而变化。

传统系统的问题包括灵敏度的故障和能量损耗，尤其是液压动力的损耗和控制阀的故障。

发明内容

本发明的一个目的是引入一种新的用于实施一种增压介质系统的技术方案，该方案与目前使用中的大部分系统相比能够提供显著的能量节省。

本发明涉及一种数字液压系统技术方案，该技术方案基于没有节流的控制方法和在该数字液压系统中可利用的装置，该装置例如包括压强转换器单元、泵压强转换器单元、控制管路以及应用为控制这些控制管路的控制器。

根据本发明的增压介质系统将在权利要求1中提出。根据本发明的回转装置将在权利要求32中提出。根据本发明的旋转装置将在权利要求36中提出.根据本发明的方法将在权利要求41中提出。根据本发明的控制器将在权利要求43中提出。

将系统的技术方案构造为用于控制通过由增压介质驱动的促动器所产生的力、加速度、速度或位置，或者用于控制由包括几个促动器的装置应用所产生的加速度、力矩、旋转加速度、角速度、位置以及力的旋转。另外，或者可选地，将所述系统的技术方案提供来用于一个或多个能量补充单元的控制。另外，或者可选地，将所述系统的技术方案提供来用于一个或多个压强转换单元以及各自的转换比率的控制。另外，或者可选地，将所述系统的技术方案提供来用于一个或多个能量转换单元(尤其是泵压强转换器单元)以及各自的转换比率的控制。

提供一种新颖性的数字液压系统的技术方案，该数字液压系统基于没有节流的控制的方法以及应用在其中的装置。数字液压系统的重要特征是在促动器工作移动期间恢复返回到充压管路的动能或势能。

应用在数字液压系统中的增压介质管路也在下文中被称作充压系统，包括两个或多个具有不同压强水平并也被称作充压管路的压强管路。每个充压管路典型地包括彼此连接并具有同样压强的一个或多个增压介质管线。在下文描述中，为了简化，重点主要聚焦在包括两个充压管路的系统的技术方案。本领域普通技术人员可容易地将所提出的原理也应用到包括三个或多个充压管路的系统的技术方案中。

本发明的示例将讨论高压充压管路和低压充压管路，这不是指任何特定的绝对压强，而主要指的是在所述充压管路中的压强之间的差异。选择压强水平以适合于每个应用。如果所述系统的技术方案包括几个高压充压管路或低压充压管路，在这种情况下优选地充压管路的压强水平彼此不同。

当讨论高压充压管路时，也将使用名称HP、HP管线或HP连接；以及当讨论低压充压管路时，也将使用名称LP、LP管线或LP连接。通过一个或多个充压单元供应充压管路所需要的能量。在一个示例中，将能量从一个或多个其它充压管路中经由一个或多个压强转换器供应至充压管路中。

所提出的系统包括两个或多个能够供应能量的充压管路，并基于没有节流的控制方法使用数字液压促动器，该系统被称作低阻力数字液压系统(LRDHS)。从低压水平(LP)的一个或多个充压管路供应的动力经常是将被利用在系统中的动力的主要部分，从而低压水平的充压管路的压强水平对动力产生、促动器的可控性以及能量消耗具有显著的影响。

每个充压管路的特征在于，其能够产生所需要的压强并能够供给和接收体积流量。优选地，不同充压管路的压强水平彼此均匀分级。

充压管路指的是将能量从充压系统外部经由泵单元带入到充压系统的充压管路中的增压介质管路。充压单元包括泵单元以及控制和安全阀系统，通过控制和安全阀系统，可将泵单元的吸入管线和压强管线连接至任何充压管路。优选地，也可将吸入管线和压强管线耦接至增压介质缸。

正常地，将一个或多个高压强水平的能量补充管路连接至HP充压管路，并且以相应方式，将一个或多个低压强水平的能量补充管路连接至LP充压管路。充压单元为例如液压储蓄器、或其它的利用例如弹簧负载或作用在负载上的重力(即势能)的能量储蓄器。可将势能能量储蓄器及其所连接的数字液压促动器用作能量补充单元。下面在本文说明书中将进一步解释数字液压促动器的操作原理。

彼此耦接的数字液压促动器可用作压强转换器，通过该压强转换器，能够在不同充压管路之间传递动力而没有显著的能量消耗。当在不间断操作中促动器被耦接至充压管路时，也可利用所述数字压强转换单元(DPCU)。在压强转换器单元中，动力传递是基于利用促动器的作用面积和没有节流的控制方法。

当通过所述促动器将动能转换为液压能(即增压介质的压强和体积流量)时，通过将压强转换器单元耦接至用于移动压强转换器单元的可移动部件的外部能源，可将所述数字压强转换泵单元(DPCPU)用于供应能量至充压管路。

数字促动器尤其指的是具有以二进制或其它方式编码的作用面积的缸筒，通过使用不同的耦接组合和没有节流的控制，将缸筒的作用面积连接至充压管路。典型地，讨论力控制或力调整。

数字液压回转驱动包括一个或多个具有一个或多个腔并基于没有节流的控制的促动器，该促动器与一个或多个耦接至一个或多个促动器的齿条和齿轮一起，将线性运动转换为受限的绕轴旋转运动。典型地，讨论力矩控制和力矩调整。

数字液压旋转驱动包括两个或多个促动器，其中所述促动器具有一个或多个腔并基于没有节流的控制，并机械耦接至偏心轮。典型地通过促动器的力控制来实现力矩控制或力矩调整。

所述系统能够通过控制接口将两个或多个具有不同压强水平的充压管路连接至一个或多个数字液压促动器。由一个或多个促动器形成的促动器单元因而可用作用于移动负载的促动器、压强转换器单元、泵压强转换单元、泵，或者同时用作任何上述提及的装置的组合。依赖于应用，促动器和促动器单元也可物理地或水力地被耦接至负载、以及相互耦接。

与传统的技术方案相比，本发明系统的技术优点和差异明显是更好的能效、控制性、元件和结构的简化、模块性以及故障的控制。在传统的阻力控制技术方案中，通过工作腔的压强的无级调整实现促动器的力控制。因而，通过对介质进出工作腔进行节流来调整压强。而本发明的系统包括一种可选的方式，该可选方式用非常小的节流、简单的阀以及简单的系统结构并基于力调整，通过仅仅利用给定的离散值、预定的但可调整的压强水平(例如HP和LP充压管路)来控制促动器的操作。通过逐级地调整力来实现力的控制，其中通过用耦接至充压管路的促动器的均匀分级的压强水平和作用面积利用充压管路来逐级地调整力。与传统控制方法相比，本发明所提出的控制方法结合具有例如以二进制或其它方式编码的作用面积的促动器或促动器单元，能够实现非常低的能量消耗。所述系统也允许很高的最大速率并能非常精确地控制和定位。

在传统的比例节流控制中，以与节流调整组件(throttling regulatingmember)的开口的横截面面积成正比的方式，来调整连接至促动器的机械结构的速度，其中在调节所述调整组件中的误差会直接反映在将被调节的机械结构的速度中。在传统的技术方案中，根据应用，确定和限制调整的精确性的重要因素是调整组件的优化。

在数字节流调整中，通过使用作为调整组件的几个并联连接的开/关阀，可降低促动器的速度调整的不精确性，其中用给定的压强差，通过使用一定的离散的速度值(其高可能性地接近预测值)来实现一定的开/关阀控制(所谓的设定点或控制值)。因而，当速度接收一定的离散值时，则位置响应曲线接收一定的斜率(angular coefficients)。在所实现的速度中的误差和位置相应曲线的斜率粗糙度(coarseness of the angularity)将依赖于速度调整的分辨率(resolution)即，依赖于可获得的开口以及阀的数量。

在所提出的基于没有节流的控制并具有加速度调整的数字系统中，与促动器的力产生(force production)成比例地控制耦接至促动器的机械结构的加速度，其中通过连接每个充压管路以及对可获得的作用面积的每个可获得的压强水平，以最好方式实现所需要的力产生的方式依次控制所述促动器的力产生。

通过速度反馈的方式实现速度调整，并且当加速度接收一定的离散值时，速度响应曲线接收一定的斜率。速度响应曲线的斜率粗糙度将依赖于加速度调整的分辨率。因而，与通过节流的直接速度控制相比，本发明的位置响应曲线能够以一度一下的精确性来控制。

在所提出的系统中，理论上任何速度值都可实现，速度误差非常小。因而，限制速度调整的分辨率的因素为加速度控制的分辨率、控制系统的采样周期、控制接口的响应时间、工作腔状态改变所花费的时间、以及传感器的测量精确性。加速度调整的分辨率将依赖于可获得的工作腔的数量和它们的面积的编码，也依赖于连接至工作腔并具有不同压强水平的充压管路的数量、充压管路的压强水平、以及充压管路的压强水平之间关系和差值。另一方面，在对调整组件进行节流中例如由负载力或压强的变化所引起的的任何不精确、以及由此引起的调整误差将不会发生在本发明的数字液压控制中。在本方案中，在所有情况下，与通过节流控制的传统系统相比，本发明的系统具有极好的可控性并易于管理。

当系统包括几个单独的促动器(这些促动器从同一方向或从不同方向对撞击的同一物体或同一点起作用、或对在同一物体中撞击的不同点起作用)时，每个促动器产生的力可被单独控制(彼此无关)，或彼此作用，以获取期望的合力(即由促动器产生的总力)的方向或大小。所述合力作用在用作负载的物体上，并引起加速、减速或负载力的消除。为了使所述合力具有期望的大小和方向，控制系统不得不基于从系统测量的或以其它方式确定的一个变量或多个变量来调节促动器的力的控制。

所述系统的使用可以几乎没有限制地变化，但数字液压促动器的典型应用包括各种转向、旋转、提升、下降、驱动力传输以及运动补偿(例如浪涌补偿(sea swell))的应用。所述系统最适合用在具有相对显著的惯性质量(其中与促动器的力产生相关地对该惯性质量进行加速和减速)的应用中，其中可实现相当可观的能量节省。所述系统也适合用于具有几个促动器的应用中，其中所述几个促动器将被控制并同时以变化的负载水平起作用。

本发明的系统的使用也可包括下述应用：将促动器用于以促动器屈服(yield)于外部激励(stimuli)或可选地抵挡外部激励的方式来产生自持力，即，趋于产生相应大小的反作用力，从而使可移动物体保持静止。可改变在同一系统中使用的促动器的数量，以及连接至同一物体或机械结构的同一部分的促动器的数量。尤其是，从同一物体或部分(例如机器框架)连接至同一物体或部分(例如起重杆或提升臂)的促动器的数量在控制属性、能量消耗以及形成在所述物体之间的促动器单元的故障的优化控制方面是很重要的。

附图说明

通过一些示例并参考附图将更详细地描述本发明。

图1示出了根据本发明的一示例的利用促动器的系统，其中所述促动器是包括四个工作腔并由增压介质驱动的缸筒。

图2示出了用于控制图中所示的系统的状态表。

图3示出了由图1所示的系统所产生的力的级别(grades)。

图4示出了系统的控制的调整系数的功能。

图5示出了用于控制所述系统的控制器。

图6示出了用于控制所述系统的一种可选的控制器。

图7示出了用于控制所述系统的另一可选的控制器。

图8示出了在系统的控制中所使用的控制转换器的操作。

图9示出了根据本发明的一个示例的回转装置。

图10示出了根据本发明的一个示例的偏心泵马达(pump motor)。

图11示出了根据本发明另一示例的系统。

图12示出了泵压强转换器的操作的原理。

图13a-图13d示出了图11的系统中所使用的促动器。

图14示出了根据一个示例包括四个腔的泵压强转换器。

图15示出了根据一个示例包括四个腔的压强转换器。

图16示出了根据一个示例包括四个腔并被控制管路控制的压强转换器。

图17示出了根据一个示例包括八个腔并通过交叉连接(crossedconnection)控制的泵压强转换器。

图18示出了根据一个示例包括八个腔并被控制管路控制的泵压强转换器。

具体实施方式

控制接口

增压介质进入促动器和从促动器返回是通过控制接口的方式来控制的。促动器包括基于排量(displacement)原理进行操作的一个或多个工作腔。每个控制接口具有一个控制阀或并联连接的多个控制阀。控制阀优选为压强损耗相当低的快速关闭阀门，例如电控制开/关的阀门，并且，如果阀门并联在同一条管线上，它们一起将确定该管线上的体积流量。依赖于控制，促动器的每个工作腔单独或者闭合或者通过控制接口被连接至充压管路(例如在双压强系统中的HP充压管路或LP充压管路)。在本文描述中，这样的控制方法，即，被引导至促动器的工作腔并包括一个或多个阀门的控制接口总是完全开启或完全关闭的控制方法被称为没有节流的控制方法。

控制接口以其阀门或者其所有并联的阀门被控制为开启或关闭的方式进行操作。因而控制接口的这种控制可以是二进制的，其中设定为1(控制接口开启)或者为零(控制接口关闭)。可基于设定而为阀门产生必要的电控制信号。

数字液压促动器

数字促动器的控制系统的操作要求系统包括具有至少一个工作腔的至少一个促动器。工作腔产生的分力(force component)基于工作腔的作用面积和作用在工作腔中的压强。促动器所产生的合力的大小为所述因子的计算产物。在本实施例中，优选地，由促动器控制的负载的负载力(即作用在促动器上的力)在大小上强于由促动器中LP充压管路的压强所产生的反向分力，在大小上小于由促动器中HP充压管路的压强所产生的反向分力，以实现具有至少两个水平的力控制来控制负载。

在一个实施例中，系统包括具有至少两个工作腔的至少一个促动器，其中工作腔的作用面积彼此不同以便于在双压强系统中实现具有至少四个水平的力控制。依赖于系统和所控制的负载的动作，由不同工作腔所产生的分力或者在同一方向或者在不同方向上起作用。每个工作腔能够产生两个不相等的分力。在包括两个压强水平的系统中，面积之间的比率优选为1∶2，以实现均匀梯级(step)水平的力控制。通过两个满足例如面积比1∶2的单腔促动器来实现相应系统。例如，通过在同一促动器中增加工作腔的数量或者通过增加单独的促动器并将它们连接至同一负载，可获得更多的力水平。

通过增加耦接至促动器并具有不同压强水平的充压管路的数量也可获得更多的力水平。在这种情况下，由促动器产生的分力的数量与同时产生的力水平为一幂函数，其中底数为连接至促动器并具有不同压强水平的充压管路的数量，指数是促动器中工作腔的数量。优选地，工作腔的作用面积彼此不同，并且连接至促动器的充压管路的压强水平彼此不同。

此外，优选地，当通过利用各种连接组合将作用面积耦接至HP充压管路、或LP充压管路、或者其它充压管路时，当可被耦接至工作腔的充压管路压强水平被均匀分级以获得均匀分级的力控制时，工作腔的作用面积之间的比率为一序列M^N，其中底数M为连接至促动器的充压管路的数量，并且N为一组自然数(0，1，2，3，...n)。

尤其在包括两个充压管路(HP充压管路和LP充压管路)的系统中，当通过利用各种耦接组合将作用面积耦接至HP充压管路或LP充压管路时，工作腔的作用面积之间的比率优选为序列M^N，其中底数M为2，且指数N为一组自然数(0，1，2，3，...n)，也即，是由二进制系统中位的加权系数所形成的序列1，2，4，8，16等，以使实现均匀分级的力控制。

均匀分级意味着，从一个力水平到下一个力水平的梯级或者从一个压强水平到下一个压强水平的梯级具有恒定的大小，力水平形成为在促动器中所产生的几个分力的各种组合，组成合力。面积之间的比率也为不同的序列，例如序列1，1，3，6，12，24等，或者根据斐波纳契数列或者PNM编码方法的序列。通过增加相同的面积或者增加例如不同于二进制序列的面积，能够获得更多的力水平，但同时也会获得冗余状态，冗余状态不会增加新的力水平，但通过控制接口的两个或多个耦接组合能实现促动器的同样的合力。

以底数为耦接至工作腔的不同压强水平的数量且指数为工作腔的总数的方式，将耦接组合的数量形成为幂函数。系统包括至少一个对负载起作用的促动器。当具有4个腔的两个促动器用在双压强系统中时，由于工作腔的总数为8，因此系统的状态和耦接组合的数量增加至2⁸＝256的数字。如果两个或多个同样的促动器耦接为作用在负载中的同一作用点上，那么，系统的大部分状态彼此是冗余的。所述促动器从同一方向或相反方向作用在负载上，并且同样促动器的相应工作腔尺寸是相等的。如果不同促动器从不同方向作用在同一作用点上，能够以期望的方式调整作用在负载上的合力的大小和方向。如果不同促动器耦接至负载的不同作用点上，能够以期望的方式调整作用在负载上的合力的大小和方向、以及力矩的大小和方向。

本发明的特别简洁的实施例具有用于调整的足够多的级别，并能够以多种方式应用，该实施例包括具有四个工作腔的促动器，它们的作用面积的比率为二进制序列1、2、4以及8，其中实现了均匀分级的16个水平的力控制。也可以以这种方式来构造促动器，即，由具有最大作用面积和第二最小作用面积的工作腔所产生的这些分力作用在同一方向。由其它工作腔产生的分力在方向上是相反的。

在本文中，因为对于控制接口的一定的耦接组合，系统总是产生给定的力或力矩(它的实现不需要反馈耦接)，所以力控制或力矩控制或者加速度控制指的是力或力矩或加速度的控制。因为具有可逐级选择力产生的促动器，从而容易实施逐级的加速度控制，在该加速度控制中加速度与所谓的作用力(由促动器产生的合力和作用在负载上的其它分力的总和形成)成正比。在加速度控制中，对于反馈而言，系统需要负载系统的负载力和负载的惯性质量的大小以便推断所产生的合力，从而实现期望的负载加速度。然而，在更容易的方式中，可将所提出的系统应用在负载的惯性质量保持为近似恒定的应用中，其中仅有的为反馈而保留的数据是负载系统的负载力。

通过速度反馈耦接的方式可将加速度可控的系统扩展为速度可控的系统。通过位置反馈耦接的方式可将速度可控的系统进一步扩展为位置可控的系统。

对于给定指导值所实现的再现性的要求为：对于用于系统的相对控制的零(0)值，促动器的加速度应该约为零，其中，所述给定指导值是为加速度、角加速度、速度、角速度、位置或旋转而随机选择的。然而，用离散恒定的控制值进行力控制的促动器的移动部的加速度强烈依赖于负载促动器的负载力。因此，必须增加条件(term)到控制值中以补偿负载力，在本文中这个条件被称作控制的加速度零点。通过这样的控制值，将促动器的加速度和负载的加速度同时保持为尽可能接近零。补偿条件的产生可经验性地、或通过估计负载力的影响、通过表格、通过应用综合调节、通过根据传感器数据的估计来实施。

因为系统能够对控制接口仅产生离散控制值，所以不必要能够通过任何给定离散控制将被系统所控制的负载保持完全静止，因此，系统的控制状态不得不在两个产生相反加速度的不同状态之间重复性地改变。发生在促动器中的状态变化不是完全没有损耗，而是当在任何工作腔中提高压强水平时，由于增压介质的压缩性，除其它之外还消耗了能量。因此，优选地将负载和各机械结构保持在适当的位置，关闭所有控制接口，使得机械结构被锁定为静止在所谓的锁定状态下。实际上可以以这种方式来实施这个工作功能，即，锁定状态的控制的优先权高于控制接口的控制的优先权，且所述控制不会彼此影响。当开启锁定状态时，关闭所有的控制接口，而与在锁定状态不开启时的控制接口的耦接组合无关。

除了锁定状态，还可将工作腔的压强水平的状态表示为指示低压强的数字零(0)(例如，至HP充压管路的连接)以及指示高压强的数字一(1)(例如，至LP充压管路的连接)。另外，以这种方式，当总是以预定的顺序参考工作腔时，可在每时刻通过单个二进制数字以明确的方式表示工作腔的状态。如果有四个工作腔，则二进制数由四个数字组成。在本文描述中，数字控制指的是一种控制方法，即，在该控制方法中使用两个或多个压强水平，并且利用两个或多个压强水平的促动器或促动器单元具有受限数量的离散的力水平，其数量基于工作腔的数量并尤其基于连接至不同工作腔的不同压强水平的组合。

因为体积流量的节流非常轻微，所以当促动器的活塞冲程很长时系统允许很高的最大速度。根据排量原理，促动器活塞的高速要求高体积流量流进或流出促动器的工作腔。由于这个原因，如果必要的话，控制阀必须流通如此高的体积流量，使得能够以必要的速度从期望的充压管路将增压介质引入到扩张的工作腔中，而不会发生扰动气穴现象。

通过利用所谓没有节流的控制，具有基于二进制序列的作用面积的促动器在落到(reduced to)促动器的负载的惯性质量很大的应用中是很有用的。因而，在加速期间大量的动能结合(bind)在负载中，并且在提升运动中的势能(与减速或下降负载相关联)能够返回到任何一个充压管路中并被再次利用。由于这种没有节流的控制方法和作用面积的使用，不考虑静态负载力的大小，只要静态负载力的值在促动器的力产生的范围之内，就可能且能够实施这种方法。力产生的范围近似指的是保持在每次可实现的离散力的最大和最小值之间的力产生的范围。

在结合和释放力的大型运动(例如，回转驱动，在该回转驱动中，需要很强的力或力矩来对大物体进行加速，在恒稳运动期间需要非常弱的力或力矩，以及在制动阶段需要强的制动力或力矩)中能获得本系统的最大益处。益处在于：在恒稳运动期间，系统使用非常小的动力，并且仅有摩擦和粘滞损耗需要补偿。通过选择合适的作用面积和从所使用的HP管路或LP管路中选择作用在作用面积上的压强来执行这种控制。因而，对于每种控制情况就选择出了合适的力水平。

在下述的应用中，系统也以同样的方式节省能量，例如，在提升应用或驱动传输应用(例如，驱动上山或下山)中，其中需要明显不同于零的力或力矩(所谓的自持力或自持力矩)，以产生负载的零加速度。因而，在一个方向的恒稳运动期间，通过将高压强水平的充压管路中的增压介质引入到促动器或促动器单元中，将能量结合到负载或与其相关的机械结构中。同时，能量被传递到低压强水平的充压管路(促动器的压缩工作腔耦接至该充压管路)中。当以相反方向移动时，在增压介质从促动器返回到充压管路中时，能量从负载或机械结构返回到系统中。因而，在恒稳运动期间，可以选择促动器的作用面积，使得由促动器产生的总力接近于所需要的自持力或自持力矩，但要以这种方式来进行，即，系统中所输入的动力能补偿摩擦和粘滞的损耗。

与传统的系统相比，本发明的系统也能在有损耗的应用中节省能量，有损耗的应用例如可包括具有高摩擦的运动(诸如在具有摩擦的表面上物体的推进或牵引)。在这种情况下，优选地，选择这样的控制和这样的单独作用面积来用于不同情况中的每个促动器，使得每个促动器克服阻碍运动的摩擦力或力矩并产生期望的动力速度。因而，总是关于所使用的充压管路的压强来优化地形成每个促动器的尺寸，使得其中每个促动器消耗尽可能少的能量。

因为摩擦和粘滞损耗以及控制接口状态变化的损耗，输入到系统中的能量不能全部返回到充压管路中。

当动能或势能从负载或与其相关的机械结构中释放时，例如在惯性质量的制动和/或下降阶段的过程中，控制系统的方法每次自动执行，以尽可能收集更多的能量。因而，这些先前产生加速和/或提升惯性质量的分力的作用面积和工作腔对能量收集作出了贡献。所述工作腔经由控制接口连接至能量被释放回的充压管路或传递到的充压管路。

充压系统

考虑到系统的操作和能量节省，所有连接至数字液压促动器的充压管路都能够供应和接收体积流量而不会剧烈改变充压管路的压强水平是很必要的。

通过充压系统，能够随时根据需要在所述能量补充单元之间传递能量。如果系统的工作循环为能量结合(将负载、例如大块物体提升至高水平)，例如，通过泵单元例如从LP管路到HP管路泵注(pumping)增压介质，则将所需要的能量引入到系统中。如果工作循环为能量释放(将负载、例如大块物体下降至低水平)，所述能量可被转换为液压动力并根据需要而被利用或存储在能量补充单元中。如果存储是不可能的，那么，就例如通过以将增压介质从HP管路引入到LP管路的方式旋转马达或发电机，将液压动力转换为动能。例如，通过所述充压单元或另外相应的能量转换器执行这种转换。同一系统的任何促动器的工作循环可包括能量结合(例如，物体的加速，负载的提升)和能量释放(例如，物体的制动，负载的下降)的工作阶段。当系统包括几个促动器时，不同促动器可同时具有能量结合和能量释放的工作阶段。

根据先前技术，负载传感系统(LS系统)是最典型的系统解决方案，其中该系统是与负载压强无关并由体积流量控制的系统，它允许压强损耗，其中所述压强损耗的构成不仅包括负载压强，而且也包括管道系统的压强损耗和增压介质的体积流量的节流控制的压强差值设定(典型地约为14-20巴)。在并联耦接的驱动中，在几个并联驱动下同时正常操作的系统中，根据最高负载压强水平以及根据促动器来调节系统的操作压强，通过压强补偿器的方式将体积流量的控制节流下的压强差值保持为恒定，因而在其中以损耗形式消耗掉能量。

鉴于基于没有节流的控制的方法的数字液压系统包括几个彼此之间可几乎以任何方式实时设置工作循环的促动器，系统显然比根据先前技术的LS系统具有更高能效。在数字液压系统中，能够根据可利用的压强水平和力产生的需求，在每个促动器中选择合适的作用面积来使用，以实现期望的具有最小能量消耗的力产生和动力速度。

而且，数字液压系统对压强供给管路(充压管路)中的压强变化所产生的干扰不敏感，这是因为系统通过利用作用面积来适应干扰。在传统系统和一种新颖的系统中，当促动器的动力需要超出充压管路的动力产生量时，充压管路的压强水平会非常明显地改变。而在本发明所提出的数字液压系统中，充压管路的压强可在一定的限制范围内自由变化，并且调整性仍能保持很好，并且压强变化不会对能量消耗有显著影响。优选地，连续测量充压管路的压强，以获知用于实现期望合力的促动器工作腔组合。因而，消耗的能量也正好符合需要。在本发明所提出的系统中，只有在充压管路的压强中的变化强到静态负载力不再位于促动器的力产生的范围内时，该变化才会产生问题。

数字液压系统的示例1

图1示出了基于没有节流的控制方法的数字液压系统，该系统包括由增压介质驱动的四腔缸筒促动器、充压管路、能量补充单元、以及控制接口的控制阀。

该系统包括：作为充压管路的一个HP管线3(高压管线，P管线)和一个LP管线4(低压管线，T管线)，连接至促动器的腔A的管线5，连接至促动器的腔B的管线6，连接至促动器的腔C的管线7，以及连接至促动器的腔D的管线8。例如通过充压单元能够向充压管路3和4供应液压动力，下面将进一步描述该操作。

系统也包括用于控制每个腔至HP管线和LP管线的连接的控制接口，也即，控制接口9(控制连接HP/P-A)、控制接口10(A-LP/T)、控制接口11(HP/P-B)、控制接口14(C-LP/T)、控制接口15(HP/P-D)以及控制接口16(D-LP/T)。

系统也包括连接至HP管线3的HP储蓄器17和连接至LP管线4的LP储蓄器18。在本示例中，系统包括具有四个工作腔的结构紧凑的(compact)促动器23，其中两个工作腔(A，C)在同一方向操作，扩张用作促动器23的缸筒，以及两个工作腔(B，D)在相反方向操作，压缩该缸筒。促动器23具有A-腔19、B-腔20、C-腔21以及D-腔22。促动器23依次作用在作为负载L的物体上。

HP管线分别经由高压控制接口9、11、13以及15分支到促动器的每个工作腔管线5、6、7以及8中。LP管线分别经由低压控制接口10、12、14以及16分支到促动器的每个工作腔管线5、6、7以及8中。管线5、6、7以及8分别直接连接至工作腔19、20、21以及22。压强控制阀可被连接至每个工作腔的管线。如果必要，所述管线和控制接口构成控制促动器23所需要的控制管路40。

在作为一示例的图1的系统中，也以与最小面积成比例的面积值具有二进制系统(1，2，4，8等)的加权系数的方式，使用工作腔的面积构造促动器23，因此促动器23也被称为是二进制编码的。考虑到数字控制所实施的力控制，面积的二进制编码是用最小数量的工作腔和最大数量的不同的力水平对所能获取的面积进行编码的最有益处的方式，使得力被均匀分级。促动器具有四个工作腔，并且可在可被称为高压状态和低压状态的两个不同状态下(相应于两个不同的分力)使用每个工作腔，其中仅将HP管线3或者LP管线4连接至每个工作腔。

由工作腔产生的分力F_A、F_B、F_C、F_D如图1所示，状态也可被表示为零(0，低压状态)和一(1，高压状态)。在这种情况下，状态组合的数量为2ⁿ，其中n为工作腔的数量，并且在所述示例中能实现工作腔的16个不同状态的组合，因此可由促动器产生16个不同的合力，从最小至最大均匀分级的力的大小归功于二进制编码。因为每个力水平可通过单一状态组合产生，所以没有冗余状态，这归功于二进制编码。因为所有工作腔彼此不同，所以也没有绝对值相等的分力。在这个示例中，不同分力作用的方向部分相反，与LP和HP管路的压强水平一起，不同分力的合力决定由促动器所产生的力及其作用的方向。因此，通过调整LP和HP压强水平，促动器可仅在一个方向或两个相反方向产生合力。这将依赖于想要或需要合力使用在哪个方向的应用。

在其它实施例中，也可将其它充压管路连接至每个工作腔，例如几个HP管线或LP管线或这两种管线。

包含在图1的系统中的控制器控制促动器的操作，并可以是控制图1的系统的更大控制系统的一部分，以提供与期望力、力矩、加速度、角加速度、速度、角速度、位置或旋转的产生相关的期望顺序的操作。如果系统包括几个促动器，它也包括用于这几个促动器的各自的控制器。可自动或手动(例如，通过操作杆的方式)给出指导值。控制系统典型地包括被编程的处理器，该处理器遵从期望的算法，并从用于促动器的控制的传感器中接收必要的测量数据。例如，控制系统根据从系统想要的功能来对控制器进行控制。

阀门的不同耦接组合(促动器用这种阀门的不同耦接组合来产生不同的合力，通过这种阀门的不同耦接组合来实施控制接口9至16)在控制器中被安排成所谓的控制向量，使得用阀门的不同状态所产生的合力是以大小为顺序，例如如图2所示。在具有二进制编码面积的缸筒23情况中，通过在工作腔的状态选择中使用增加的4位二进制数，这是可能的，其中，用来指示作用在负方向(缸筒变短的方向)上的工作腔20和22状态的位被转换为它们的补码。在用于选择工作腔的状态以及用于控制促动器的二进制数中，每个位的重要性与工作腔的作用面积成比例。以这种方式，可在所述控制向量中按照与从控制向量中选择出的控制组合的索引值(indexing)成比例地控制由促动器产生的合力。控制组合指的是控制接口的控制的组合。

图2示出了相应于图1的系统的具有四个腔的缸筒促动器的状态表的示例。工作腔的作用面积用二进制的加权系数进行编码：A∶B∶C∶D＝8∶4∶2∶1。从状态表可以看出，在不同压强下的作用表面在从一个状态进行到下一个状态时如何以恒定间隔进行改变。因为这个原因，由促动器产生的力响应也被均匀地分级。

在列“u％”中，以十进制数给出不同控制的指数。在列“dec 0...15”中，规定这些十进制数相应于从工作腔的二进制状态(HP，LP)形成的二进制数。在列A、B、C以及D中，腔的二进制状态被表示为状态位1代表高压(HP)以及状态位0表示低压(LP)。

在列“a/HP”以及“a/LP”中，假定符合所述面积比，以相对数表示连接至促动器的HP和LP压强的作用面积。在列“dec 0...255”中，规定这些十进制数相应于从控制接口的二进制状态形成的二进制数。列A-LP、HP-A、B-LP、HP-B、C-LP、HP-C、D-LP以及HP-D包含了相应于每个控制的控制接口的二进制状态(1，开启，以及0，关闭)。明显地，随着当充压管路的数量增加时工作腔的状态的增加的数量，可通过例如三进制系统(数0，1，2)、四进制系统(数0，1，2，3)或以其它方式来表示状态。

图3示出的力的图表用于说明图2的状态表的示例中所表示的情况、以及用于说明根据例如图1的具有理想二进制编码面积的四腔缸筒促动器所表示的情况。在更详细的本示例中，缸筒活塞的直径为85mm，HP管路的压强为14MPa，以及LP管路的压强为1MPa。较高处的图表以大小的顺序示出了由促动器产生的合力，这是根据图2的状态表通过将工作腔与HP和LP管路组合在一起用工作腔的不同耦接组合来实现的。

在较低处的图表中，较高处的曲线通过将分级的合力表示为连续的函数从而示出了促动器的力产生。较低处的曲线示出了与促动器的活塞或活塞杆的加速度成比例的作用力的产生，这可通过将外部负载力(在这种情况下其正在压缩或阻挡促动器的扩张)的作用与由促动器所产生的合力相加来计算。负载力依赖于应用和由被控制的物体产生的负载。在本示例中，假定进行压缩的外部力为负的，换言之，它将作用力的曲线向下拉，而外部牵引力将作用力的曲线向上提，并且在本示例中该外部牵引力促成促动器的扩张。从这些图表可以看出，对于这些控制值或使得测量的作用力或加速度为零的控制值可取出近似值。零力点指的是这样的用于指导值的近似值，即，在该零力点，促动器所产生的作用力为零。零加速度点指的是这样的控制值，即，在该零加速度点，促动器的移动部的加速度为零。在缸筒促动器的情况中，如果负载连接至活塞杆上，则移动部为缸筒促动器的活塞或活塞杆，缸筒促动器的框架固定。另一方面，如果负载连接至框架，则移动部可为相对于活塞或活塞杆移动的框架。在二进制促动器的情况中，图3的曲线为一阶多项式的连续函数，即为直线。

数字液压系统的示例II

图11示出了也为基于没有节流的控制方法的数字液压系统的系统的示例。其它的示意系统包括图11的一个或多个促动器。在图11中，如果有相应于图1的部件，则部件的附图标记相应于图1中的附图标记。因而系统是一个应用了基于没有节流的控制方法的数字液压促动器的系统。所述系统包括至少一个促动器23和两个或多个充压管路3、4以及121，液压动力可从这些充压管路供应到促动器23的工作腔内。促动器23与控制管路40(DACU)一起可被用作能量补充单元的一部分。一个示例为在弹簧113或负载L中的势能的充压。负载L也可指例如通过力控制所控制的负载。将一个或多个充压管路耦接至每个被用作能量补充单元的一部分的促动器。两个或多个充压管路连接至每个控制另外负载的促动器。通过包括至少必要控制接口(见图1)的控制管路40的方式、以及通过可将每个工作腔连接至充压管路的方式，将充压管路连接至促动器，并且典型地也可关闭所述连接。优选地，促动器的任何工作腔可被关闭和连接至属于该系统的任何充压管路。例如用一个或多个开/关类型的阀来实施每个控制接口。可将阀例如设置在包括必要管线的阀组中。

每个控制管路40与各自的控制器一起形成数字加速度控制单元(DACU)。更详细的操作方式和控制器的控制算法将依赖于促动器的应用。在图中，连接至所述单元的充压管路用附图标记HPi、MPi以及LPi表示，其中i为整数。促动器的符号中所包含的箭头表示基于使用不同压强水平和作用面积的调节。在图5中示出了实施控制器的一个示例。

如图11所示，系统包括至少一个充压单元110，该充压单元110对其连接的充压管路3和4产生必要的液压动力。一个或多个充压单元可被连接至每个充压管路，或者可选地，如果充压单元为间接经由另外的充压管路或以其它方式(例如，图11的液压转换器112或图12的泵压强转换器122)被供应液压动力的充压单元(例如用HPia、HPia和LPia表示的充压单元116和117，其中i为整数)，则没有充压单元连接至充压单元。充压单元110包括例如具有液压泵单元112的一个或多个泵单元111，其中所述液压泵单元112包括传统液压泵及其驱动。

当泵单元包括几个并联耦接的液压泵、或者包含不等容量且容量可被彼此无关地控制的至少一个泵时，可同时在几个不同压强水平的充压管路之间传递液压动力。

充压单元110也可包括控制和安全阀系统124，通过该控制和安全阀系统，可将泵单元的每根管线(在本示例中为泵单元的管线119和118)连接至彼此无关的任何充压管路或者连接至缸管线和罐T(如果罐T也被包括在系统中)。通过控制和安全阀系统124，确保充压管路中或泵单元的管线中的压强水平不会上升太高。

如果系统包括不连接至同一充压单元的充压管路，则可通过例如压强转换器的方式在所述充压管路之间传递能量。作为一个示例，提及了图11的充压管路HPi和HPia，其中能量可能经由压强转换器同时从两个或多个充压管路传递至两个或多个充压管路。

一个或多个能量补充单元可连接至每个充压管路。能量补充单元例如为传统压强储蓄器17和18，或者是以势能形式将能量充在例如负载L或弹簧113上的数字缸筒促动器23。也可以压缩气体或以其它任何能量形式将能量变为势能。通过能量补充单元和充压单元将充压管路的压强保持在期望的水平。

如图13c和13d所示，基于没有节流的控制方法的数字液压促动器、和由节流控制阀所控制的传统促动器都可被耦接至每个充压管路。

并且，通过使用数字液压促动器(被应用为压强转换器或泵压强转换器)，可将一个或多个子管路连接至每个充压管路。子管路为这样的充压管路，即，其不间断操作依赖于从另外充压管路引入的能量。在另外的方案中，同样的原理如适用于其它充压管路那样适用于子管路。

充压单元

下面我们将讨论充压单元110的操作。液压泵单元120包括一个或多个液压泵或泵马达，其每个可以为传统类型的、或包括一个吸入管线和一个压强管线的泵马达、或者是包括依赖于控制既可作为吸入管线也可作为压强管线的几个管线的数字液压泵或泵马达。在本示例中，管线119是接收体积流量的传统液压泵的吸入管线，而管线118是传送体积流量的压强管线。控制和安全阀系统124的功能是将管线119连接至将传送增压介质的充压管路，以及将管线118连接至供应有增压介质和液压动力的充压管路。

充压单元110在其控制单元的控制下的泵注算法典型地基于下述原理进行工作：总是将管线118连接至这样的充压管路，即，在该充压管路中，从目标压强窗或目标压强的最小值下滑的相对压强是最大的。在相应的方式中，总是将管线119连接至这样的充压管路，即，在该充压管路中，从目标压强窗或目标压强的最大值超出(overflow)的相对压强是最高的。如果任何充压管路的压强不超出最大值或相应目标压强窗的目标压强，则将管线119连接至罐管线(罐T)，且在相应的方式中，将管线118连接至从目标压强窗或目标压强的最小值下滑的相对压强是最大的充压管路。如果所有充压管路的压强都超出了最大值或相应目标压强窗的目标压强，则将管线118连接至罐管线(罐T)，且在相应的方式中，将管线119连接至从目标压强窗的最大值超出的相对压强是最高的充压管路。在这种情况下，将能量从充压管路中经由泵单元111转移为例如动能，或将被利用(例如通过发电机和可充蓄电池的方式用于电能的产生)。

为了防止泵单元111的振动，以足够长的间隔(例如以至少1秒的耦接周期)改变耦接。如果仅有一个充压管路的压强不同于目标压强或目标压强窗，则保持管线118连接，直至实现目标压强。如果所有的充压管路的压强仍在相应目标压强窗的最小值以下，则通过所述算法、以及通过维持与相应目标压强之间的关系相同的压强之间的关系，以可选方式校正压强。因而，即使充压管路仍在充压阶段且目标压强还没有实现时，促动器的性能仍保持良好。如果压强以不同方向偏离相应的目标压强，则将增压介质从压强水平的目标压强的相对超出为最高的充压管路中移除，并将增压介质供应给压强水平对于目标压强的相对不足为最高的充压管路。

在任何促动器立即需要大量的用于移动负载的动力的情况中，可在一段时间内或者相对于其它管路固定不变地优先考虑给定的充压管路的充压，或者可通过所述促动器来耦接给定的充压管路以用于使用。控制单元被配置为在充压单元110中实施所述操作，通过适当的控制信号并基于测量(尤其包括不同压强管路的压强测量)来控制其部件。充压管路和充压单元的管线优选地配备有连接至控制单元的压强传感器。

数字液压促动器的控制器

接下来我们将讨论用于控制系统的控制器，该控制器通过指导值计算用于通过促动器控制负载的必要控制值。在这种情况下，控制值为描述控制接口的状态及其控制阀的状态的值。

存在一些可能的控制器的可选方案，其中本文将提出一些合适的控制器。不同控制器的共同特征是控制器计算用于控制接口的最佳状态，也即，控制阀(开或关)的位置。控制的计算基于给定的指导值和测量的变量。控制器的数字输出被用于设定控制阀的位置。

当也通过二进制选择0和1描述控制接口的状态时，输出组合的数量总计达到2ⁿ，其中n为输出的数量。这些组合当中仅有一些被使用，这是因为HP管路和LP管路同时都耦接至同样的工作腔的情形不被允许。所描述的情形意指：例如，如果控制接口11(HP-B)和控制接口12(B-LP)都被开启，这会导致从HP管路至LP管路的短路流量，并导致工作腔20的压强偏离LP管路和HP管路的压强。短路流量也会引起能量损耗，这应当被避免。本发明所提出的调整方法本质上不同于以无级方式通过单一控制阀控制系统的动力状态的比例调节。

在图中以示意图的方式示出了控制器24的操作，该示意图也适合用于仿真该系统)。基于示意图中所示的原理，本领域中的专家能够设计并实施需要连接至系统(控制负载)的控制器装置(控制算法/控制软件)。控制器装置典型地为适用于信号处理并由软件控制来实施某种计算算法的处理器。控制器包括用于接收并产生信号的必要的输入和输出。该控制器形成数字加速度控制单元(DACU)的一部分。

当在本文中讨论控制系数时，参考图4中示出的装置25可知，如下方式调节调节输入变量In1，即使得输出变量Out1成为用一些控制系数进行调节的条件P(放大)、I(积分)以及D(求导)的总和。输入典型地为基于测量值从设定或指导值计算出的差数(remainder)。这个因子(efficient)更精确的数值将通过经验得出或通过与控制器的调节有关的计算得出。

图5示出了用于图1中所示的四腔促动器的控制器24。相应的控制器也可应用在具有相应的工作腔面积编码的其它促动器或促动器单元中。控制器的原理也可扩展到除了四腔或二进制编码的促动器中。

通过将加速度数据以及由促动器所产生的力的数据反馈耦接至控制器，可使力可控系统成为加速度可控的。基于这一点，能够计算出一个补偿条件，用以产生用于控制的零加速度，其中可对促动器产生期望加速度，而与负载力无关。

通过对控制器提供一速度指导值并将其与从促动器测量出的速度数据(速度反馈)进行比较，可使加速度可控系统成为速度可控的。因而，与速度差值变量(即，速度指导值和实际值之间的差值、或速度数据)成比例地比较由促动器产生的力。通过图4中的组件来调节该差值变量。

通过对控制器提供一位置指导值并将其与从促动器所测量出的位置数据相比较，可使得速度可控系统成为位置可控的。因而，与位置差值变量(即，指导值和位置的实际值之间的差值)成比例地调整促动器的速度指导值(被输入到速度控制系统中的)。以基于控制促动器的力的这种方式所实施的位置控制系统是一个所谓二级控制系统的示例。

图5的调整促动器位置的控制器24执行二级控制，并将所计算出的控制值转换为控制接口的状态组合。控制器接收作为其输入的用于促动器位置的指导值26和位置数据27，并计算它们的差值，该差值为位置的差值变量。在位置控制模块61(位置控制系数)中调节位置差值变量，以通过图4中所示的组件25形成速度指导值28。将速度指导值28减去速度数据29，获得速度差值变量。在速度控制模块38(速度控制系数)中通过图4中所示的组件25来调节位置差值变量，以形成力控制值31，该力控制值31被饱和化(besaturated)在例如在-1至+1的范围内，并被输入到控制转换器32中。以这种方式调整的控制值容易被进一步调整来形成控制接口的控制值。如果在速度控制模块30的系数中的I条件为零，即未使用积分控制，则控制值31与期望的加速度成比例，其中控制值31也可称作相对加速度控制值。当使用积分控制时，控制值31近似是与期望的力产生成比例的变量，其中，之后不再将补偿负载力的条件增加到控制中。

控制转换器32的功能主要是将控制值31转换为控制接口的二进制控制。如果没有积分控制被使用，则控制转换器为了上述功能也需要作用在促动器上的负载力的信息，并将与负载成比例的条件增加到控制上，以满足期望的加速度。而且，控制转换器32检查所获取的作为关于位置差值变量33、速度数据29以及速度差值变量34的实时传感器数据的数据，并基于这些数据推断例如是否应该通过关闭所有的控制接口将系统锁定在适当的位置。例如，当已经足够精确地实现了给定的位置指导值26或零速度时，由于在改变阀的状态中消耗能量，因而不再值得继续进行这种控制。控制转换器32将需要关于将要被使用的锁定状态类型的指导值35。可选值为，例如，1)在任何情况下都不锁定，2)始终手动锁定(以强制(override)类型，即，“通过力”)，3)根据位置控制的需要在使用中锁定，3)根据速度控制在使用中锁定。

例如，以每个转换器控制单个促动器的控制接口的方式，也可将控制转换器的功能分为几个单独的转换器。用于加速度的控制值31(即相对力控制值)可被作为输入从而输入到所有的转换器中，其中这些转换器根据负载情况计算相应于期望加速度的位置。

可选地，可将控制转换器的功能划分成在控制器的主要水平(main level)上的模块部分。因而，能够以对向量值控制执行共同操作的方式，对在控制转换器的各相同部分中的几个促动器的控制进行处理，其中所述共同操作是基于从系统获得的一些变量(甚至在这些变量输入到控制转换器的各部分之前)而单独对各促动器进行调节。而且，可选地，通过利用各种控制向量(即控制转换表)，能够从系统的单个共同离散控制中产生在同一控制转换器中的几个促动器的控制。

延迟模块36不是必要的，但是它可用于执行对控制接口的阀的功能优化作用。例如，延迟模块36的功能可以是在数字控制的上升沿对阀的控制值37的变化增加延迟，并且，当这种方法在用于考虑能量消耗时，如果必要的话，延迟模块36的功能可以是控制控制接口的开启。例如，基于促动器的速度数据29计算必要的延迟。

接下来我们将讨论速度可控系统的控制器。

如图6所示，速度可控系统对于其操作需要促动器的速度指导值28和速度数据29，其中速度数据29例如可直接被获取为来自速度传感器的直接测量数据、或可被获取为来自其它测量的变量(尤其从关于时间变化的位置变化(即通过对位置数据求微分))的估计数据。已经省略了速度可控系统四周的位置控制回路。关于其它部分，速度可控系统以与图5的位置可控系统相同的方式进行操作。

接下来我们将讨论加速度可控系统的控制器。

加速度可控系统也可需要促动器的速度数据29作为反馈传感器的数据。然而，这不用于控制，而用于例如在控制转换器32中的锁定系统，如图5所示。此外，锁定系统将需要关于速度差值变量或控制值31的状态的数据，即，控制值与零的差值是多少。关于其它部分，力可控系统以与图5的位置可控系统相同的方式进行操作。

并且在速度和加速度可控系统中，使用图5的延迟模块36，控制接口的开启延迟的智能附加是有用的。

在图8中以示意图的方式示出了控制器的控制转换的操作，并且同时参考在转换器中利用的图2的状态表。基于给定控制值31，控制转换器32计算适合用于控制接口的二进制状态38。由于离散的力水平存在问题，因此对控制值31进行必要的调节、水平转换以及取整(rounding to an integer)的操作。如果不在控制器中应用积分控制(模块61和30)，也将加速度零点的估计38或与其成比例的变量与控制转换器32中的控制值31相加。

必须以一种方式将促动器的相对力控制值31调节到用于促动器状态表的控制的指数(图2，u％)的范围，其中所述方式是在所有负载的情况中，零控制值将针对饱和模块(saturation block)的输入产生加速度零点的控制值。在本示例中，这可通过将相对力控制值乘以用于控制的索引值范围的大小来实施，之后，将用于加速度零点的估计38加到信号中。获得的结果被饱和化在0至15的索引值范围内，并被取整到最接近的整数，其中已经形成了离散控制值u％。

此后，以一种方式进行A/D(模拟到数字)转换，其中所述方式是从相应于此的离散控制值的表(0...255)中取出十进制数(相应于控制接口的二进制状态形成的二进制数)。从表中取出的十进制值被转换为二进制数，并且根据状态表将所述二进制数的位分离成进入到它们自己的输出。从而，形成了用于每个阀的二进制控制39(开启，关闭)。在锁定情况中，在相应于关闭的状态下设定每个控制接口的控制。

促动器中能量消耗的管理和优化

接下来我们将讨论系统中的工作腔的状态的变化。当工作腔的压强从LP压强增加到HP压强时，工作腔中的增压介质也被压缩，并且系统的结构也将屈服到一定程度，因此，如果没有通过利用系统自身的动能而执行预压缩，那么就必须将能量从HP管路供应至工作腔中。当压强降回到LP压强时，如果不打算或不能通过增压介质的膨胀(预膨胀)将能量结合到可在系统中利用的动能，那么结合在压缩的增压介质中的所述能量就浪费了。工作腔的状态变化发生得越大，增压介质的体积也越大，那么，状态变化中释放或消耗的能量也越大。自然地，状态变化的数量也直接影响能量消耗。

当检查图2的状态表时，可以看出，当不同的控制值u％改变时，会发生不同数量的工作腔特定状态变化。在控制值u％＝4以及u％＝5时，仅最小工作腔(D-腔)的状态发生变化，而在控制值u％＝7以及u％＝8时，所有工作腔的状态都发生变化。其结果，在u％＝4以及u％＝5之间的状态变化消耗的能量小于控制值u％＝7以及u％＝8之间的状态变化的许多倍。

考虑到能量消耗，由于在这种情况下，控制接口的其中之一在其它控制接口开始开启的同时开始关闭，因此，总是同时执行连接至LP管路的控制接口以及连接至同一工作腔的HP管路的控制接口的状态改变是不利的。因而，例如，当控制阀的关闭组件移动的同时，控制接口都被半开启，从而瞬间通过相当大量的体积流量(所谓的短路流量)，这消耗了能量。在本说明书中，这种现象因短时间的动力消耗而被称为突发状态变化。

动力损耗可通过增加控制阀的操作速度以及通过在系统的控制中考虑动力损耗来降低。

当工作腔收缩并且其压强从LP压强上升至HP压强时，考虑到能量消耗，为连接至HP管路的控制接口设定开启延迟是有益的。因而，当连接至LP管路的控制接口关闭时，关闭工作腔一段时间。当工作腔进一步收缩时，工作腔的压强增加(预压缩)，并且当工作腔的压强已经上升至HP压强的水平的时刻，可开启连接至HP管路的控制接口，而没有不必要的动力损耗。当工作腔扩张并且其压强将从HP压强改变至LP压强时，也可实现相应的益处。因而，为连接至LP管路的控制接口设定开启延迟，换言之，通过关闭工作腔一段时间并通过在工作腔膨胀时等待工作腔的压强降低到LP压强的水平(预膨胀)，来执行工作腔的状态变化。因而，可开启连接至LP管路的控制接口而没有动力损耗。在其它状态变化中，很难避免动力损耗，并且没有在其中使用开启延迟。

在图5的控制器24以及例如在上面所提出的它的延迟模块36中控制开启延迟。

在一个示例中，为了最小化工作腔状态变化中的动力损耗，能够与状态变化相关联地利用一种压强水平，即，该压强水平例如被设定在HP和LP管路的压强之间，接近它们的一半。如图11所示为充压管路121，即MP管路。优选地，至少一个能量补充单元(例如压强储蓄器)连接至MP管路。

在包括三个或更多压强水平的系统中，能够通过利用在工作腔的两个压强水平之间的压强水平来执行它们之间的几乎无损耗的状态变化。我们将讨论单个数字液压促动器的工作腔的状态变化。在状态变化的开始，工作腔在LP压强以下。在开始时，MP管路连接至工作腔，其中压强开始在工作腔中增加。当压强水平充分接近于HP压强或者它实现了其最大值时，将HIP管路连接至工作腔，其中压强瞬变保持很小并且几乎没有任何压强超出发生。在任何阶段，都不需要对增压介质流量进行节流，从而带来几乎无损耗的状态变化。状态变化所需要的能量通过管道的寄生感应(parasitic inductance)首先从工作腔或充压管路结合为充压管路的动能，并进一步地结合为工作腔的压强能量。

工作腔的HP压强至LP压强的状态变化也以相应方式实现。首先，MP管路连接至工作腔，当压强不足达到其最高时，工作腔连接至LP压强。如已经提出的那样，在状态变化中结合并释放能量。

充压管路的压强水平的控制和优化

接下来我们将在等级和力水平方面讨论HP和LP压强的影响，并进而讨论由促动器所产生的合力的调整。

如果LP压强非常低时，最大推进力(正的合力)以及最大牵引力(负的合力)随着HP压强的增加而增加。因而，由于力水平的数量保持不变，因此力范围增加，其中力水平之间的差值也增加。在所需要合力的大小和方向大范围变化的应用中，使用非常高的HP压强与LP压强的比率是适当的。在HP压强已经设定到给定水平并且LP压强增加后，用最高离散控制所实现的正的合力被降低，并且用最低离散控制所实现的负的合力在正的方向移动，其中促动器的力范围变得更窄。当LP压强充分地增加时，用最低离散控制所实现的合力从负变为正，从而进一步地接近用最高离散控制所实现的正的合力。当力范围变得更窄时，力水平之间的差异也变得更窄，其中同时降低了促动器的加速度的变化。如果应用为负载力不是显著程度地变化(即它总是保持在一定公差值内)的应用时，这将改善调整性。因而，在一定的应用中，如果必要的话，积极地调整LP和HP压强是合适的，使得力范围能够覆盖以最佳方式移动负载所需要的力产生。上面提出的方法降低了能量损耗，这是因为，突发状态变化的动力损耗越小，HP和LP压强彼此越接近。此外，力水平中的差值因而变得更小，调整更精确，优化更容易，并且提高了能量效率。

如果系统不包括可选的用于增压介质的存储单元，压强储蓄器中所容纳的增压介质的量限制了HP管路的最大压强。另一方面，LP管路的最小压强由与压强差值成比例的控制阀的吞吐量、与促动器的速度需求一起所确定，其中不能以彼此无关的方式来调整HP和LP压强。HP和LP压强彼此无关的调整将需要包含可选的用于增压介质的存储单元。存储单元例如可以为压强储蓄器或增压介质缸。

控制器的优化

接下来我们将讨论用于负载力的补偿的条件的估计。

在位置、速度和加速度的调整中，为了考虑负载力，可以使用例如积分调整，能够单独基于测量的位置数据27和已经测量的或从位置数据积分得到的速度数据29。然而，可选地，也能够以这种方式来应用所谓加速度零点的估计，其中所述方式是基于从固定在系统的移动部的加速度传感器中获取的加速度数据和所获取的关于促动器的力产生的数据，将用于负载力的补偿的条件(即加速度零点估计38)加到控制值31。关于促动器的力产生的数据可直接从促动器的离散控制计算出，或基于工作腔的测量压强计算出，或基于从力传感器直接获取的数据计算出。

通过利用图1中示出的系统，所述估计是基于系统连续状态的力方程，其中加速度为零，

∑F＝m·a，其中a＝0，以及

∑F＝F_cyl+F_load＝0，

其中在通过促动器的活塞增加促动器长度的方向上作用的力为正的，在降低促动器长度的方向上作用的力为负的。

F_cyl＝-F_load，其中

$F_{\mathrm{cyl}}=\frac{\mathrm{\π}{D}_1^2\·((p_{\mathrm{HP}}-p_{\mathrm{LP}})\·u\%+10p_{\mathrm{LP}}-5p_{\mathrm{HP}})}{36}$

现在假定加速度为零，已经取整为整数(即具有离散值)的促动器的控制u％必须使得这样，即，使得在静态或动态负载力作用时，所实现的加速度的绝对值每个时刻都尽可能地接近零。促动器的控制具有被限制数量的离散状态，其中在任何所述状态都不会经常实现零加速度，但具有连续值的理论控制必须设想于离散值之间，以便能够计算用于所需要的控制的精确值。这个给出了零加速度的具有连续值的理论控制在本文中被称作加速度零点u_a0。在方程中用所述控制替换促动器的离散控制：

$\frac{\mathrm{\π}{D}_1^2\·((p_{\mathrm{HP}}-p_{\mathrm{LP}})\·u_{a0}\left(t\right)+10p_{\mathrm{LP}}-{5p}_{\mathrm{HP}})}{36}=-F_{\mathrm{load}}\left(t\right)$

如果获取了关于负载力、LP压强和HP压强的实时传感器数据或估计数据，可实时从力方程中得到所述条件u_a0：

$u_{a0}=\frac{5p_{\mathrm{HP}}-10p_{\mathrm{LP}}-\frac{36}{\mathrm{\π}{D}_1^2}\·F_{\mathrm{load}}}{(p_{\mathrm{HP}}-p_{\mathrm{LP}})}$

条件u_a0表示具有连续值或者未取整的分级的控制值u％的等效值，其中所述等效值在取整操作之前被加到被调节到促动器的控制的零值索引值范围内的控制时，以最好方式产生近似的零加速度。因而，促动器的离散控制u％按所需要的移动而准确移动，使得实现所需要的补偿效果。

在上述提及的方程中，条件D₁为工作腔19(最大的A-腔)的直径，p_HP为HP管路的压强，p_LP为LP管路的压强，以及F_load为对促动器所降低的负载力的大小。在本示例中，条件u_a0在0至15之间变化。力方程的左侧表示由促动器产生的力F_Cyl。系统所产生的力(必须等于加速度零点的负载力)也依赖于选择的控制值u_a0的梯级(见图2)。

通过将例如以传感器数据形式所获取的加速度乘以对促动器所减少的惯性质量，来计算作用在系统上的总力。可直接基于促动器的离散控制来计算由促动器产生的假定的力F_cyl，但在所有情况中，力产生的更可靠的结果是通过基于测量的压强和工作腔的作用面积计算力而获取的，或者是直接为来自力传感器中的测量结果。现在将负载力F_load获取以作为所述总力和由促动器所产生的力之间的差值。现在将作为计算结果而获取的负载力的值与HP和LP压强一起插入到加速度零点的方程中，其中方程给出加速度零点的值作为结果。可选地，也可以与图2的状态表同样的方式，将负载力F_load插入到相应于促动器的力的曲线并存储在控制转换器32中的表中。也能通过表中的负载力，找到用于产生等于负载力的反作用力所需要的控制值。当作用面积的尺寸例如以力水平不均匀分级的方式偏离二进制序列时，基于表格的方法尤其有用。

例如，在控制转换器32中，将所计算或者安排在表格中的控制值(估计38)与促动器的控制值31相加，之后控制转换器计算控制接口的控制39。例如，如图5所示，在单独控制模块或在补偿模块48中发生负载力的补偿。补偿模块48的输入也为HP和LP管路的压强、工作腔的压强、以及促动器的移动部的加速度。此外，如果促动器的摩擦和端压力被包含在用于估计促动器所产生的力的模块中，也需要将促动器的位置和速度作为输入。例如，从设置在系统中的合适的传感器中获取控制器的输入。将作为补偿模块48输出而获取的零加速度点的估计输入到控制转换器32中。

控制接口中故障的控制和优化

接下来我们将讨论将应用在本发明系统中的系统和发明，尤其是其控制器。由于存在故障阀，会扰乱控制接口的操作，在用于控制所述系统的控制器的操作中必须考虑这一点。

在通过控制管路(在该控制管路中，在故障情况下控制接口的一个或多个阀保持不变地关闭或开启)控制包括一个或多个工作腔的促动器的情况下，上述提及的方法的原理可应用在包括两个或多个压强水平的系统中。在示例的情形中，我们将讨论在双压强系统中的四腔缸筒促动器。

当阀保持不变地关闭时，除了在促动器的锁定期间或在工作腔的预压缩或预膨胀期间，必须确保促动器的工作腔不保持在关闭状态。此外，在卡(jam)的情形中，将促动器的最大速度限制为防止在活塞移动期间连接至HP和LP管路的工作腔的气穴现象或工作腔的过压强。工作腔的关闭位置意味着所有与所述工作腔相关的控制接口都被关闭。

当阀保持不变地开启时，必须确保控制器的控制向量中的控制处于由它们产生的合力以大小为顺序的顺序。此外，必须确保在锁定期间促动器的保持力是足够的；换言之，必须确保促动器不能顶着其腔压强限制而“蠕动”。通过让工作腔(在其中，控制接口的阀已经被卡在开启)解锁定来实现这一点是可能的。

我们现在讨论当控制接口或其阀处于开启(开启的位置)或关闭(关闭的位置)时故障管理(不包括锁定情形)，其中控制接口由于阀的故障而已经被开启。

首先我们看促动器的单个工作腔，图1示出了数字液压促动器的单个工作腔19(A-腔)以及控制该腔的控制接口9(HP-A)和10(LP-A)。当控制接口HP-A被控制为完全开启且控制接口LP-A被控制为完全关闭时，HP管线3的压强作用在腔19中。以相应的方式，当控制接口HP-A被控制为完全关闭以及控制接口LP-A被控制为完全开启时，HP管线4的压强作用在腔19中。因为控制接口的最大吞吐量关于工作腔的体积是大的，所以，在正常操作的状态中，压强以上面提出的方式显著地改变，而无关于工作腔19的体积的变化速度。

如果对于每个控制接口仅有一个阀是可利用的，并且任何控制接口的阀都被卡在关闭位置，那么整个控制接口都会被卡在关闭位置。因此，当例如控制接口HP-A被卡在处于完全关闭位置时，控制接口LP-A必须在促动器的移动期间连续不断地保持开启，以防止工作腔中压强的过度增加或者气穴现象。因而，必须从控制器的控制向量中除去这些控制，其中A-腔被控制在HP管线的压强；换言之，在这些控制中A-腔的状态为一(1)。控制向量的示例如图2所示，其中参考单个行或列。控制向量包括关于可利用的阀的不同控制组合的信息，也包括所述控制组合之间使用的顺序。所述使用的顺序是以通过控制组合方式产生的合力以大小排序的方式来确定的。

在相应的方式中，当控制接口LP-A被卡在完全关闭位置时，控制接口HP-A在促动器的移动期间必须连续不断地保持开启。因而，必须从控制器的控制向量中除去这些控制，其中A-腔被控制在LP管线的压强；换言之，在这些控制中工作腔A的状态为零(0)。

如果控制接口LP-A被卡在完全开启位置，通过控制将被关闭的控制接口HP-A，可对A-腔产生LP管线的压强。可选地，控制接口HP-A被控制为开启，其中增压介质的短路流量将直接从HP管线到LP管线流过控制接口HP-A和LP-A。因而，将A-腔的压强设定为近似HP管线的压强和LP管线的压强之间的一半，这也可被称为中间压强。因而，基于作用面积和HP与LP管线的压强重新计算通过控制向量中的每个控制组合所产生的合力，以及同时假定所述中间压强总是在A-腔状态为一(1)时作用在A-腔中。重新安排控制向量，使得相应产生的合力以大小为顺序。

可选地，如果控制接口HP-A被卡在完全开启位置，能够在A腔中通过控制将被关闭的控制接口LP-A来产生HP管线压强，或者通过控制将被开启的控制接口LP-A来产生所述中间压强，其中再次发生相应的短路流量。在重新安排控制向量以及在重新计算所产生的合力时，假定所述中间压强总是在A腔状态为零(0)时作用在A-腔中。

如果连接至LP管路的控制接口或者其阀被卡在关闭位置，这将仅影响在促动器移动期间连接至所述控制接口以实现LP管路的压强水平的工作腔的容量。以相应的方式，如果连接至HP管路的控制接口或者其阀被卡在关闭位置，这将仅影响连接至所述控制接口以实现HP管路的压强水平的工作腔的容量。

接下来，我们将看一个或多个控制接口包括并联耦接的两个或多个阀(它们一起提供期望的全部体积流量，依赖于每个阀的吞吐量)的示例。在每个阀中，将压强损耗保持为尽可能小。阀是不同的，或者例如为相同的开/关阀。如果在任何控制接口中的任何阀被卡在关闭位置，使得在所述控制接口中仍有留下的功能性阀，那么，在促动器的静止状态中的这种故障将不会显著影响由所述工作腔产生的分力，从而也不会影响由促动器产生的合力。静止状态指这样的状态，即，促动器不移动，且促动器的控制在时间上也保持不变，而促动器的控制仍可为促动器的任何离散控制。

在上述描述的情形中，以刻意的方式在工作腔中产生HP或LP管线的压强。然而，现在，阀被卡在关闭位置的控制接口比其它控制接口更窄，并且其吞吐量与故障之前的情形相比减小了，换言之，减小了具有同样压强差值的体积流量。因为这一点，与其它工作腔的状态改变相比，在所述工作腔的状态改变中可发生迟钝，这种迟钝应该被考虑。因为这种故障，也将压强水平更慢地设定到期望值，当工作腔扩张时，工作腔的压强仍低于正常目标压强水平以下，当工作腔收缩时，工作腔的压强增加高于正常目标压强水平以上。偏离目标压强的压强将依赖于工作腔的体积的变化速度以及故障阀的吞吐量相对于整个控制接口的吞吐量的比率。因为这一点，促动器的最大速度必须限制为使得发生在移动期间的工作腔的压强的偏离不会高得使由控制产生的合力不再按照大小排序。

如果连接至LP管路的控制接口被卡在开启位置，这不会影响实现LP管路的压强水平的各自的工作腔的容量。以相应的方式，如果连接至HP管路的控制接口被卡在开启位置，这不会影响实现HP管路的压强水平的工作腔的容量。

如果控制接口的任何阀被卡在开启位置且控制接口应该被关闭，这将明显地影响由工作腔产生的分力和由促动器产生的合力。如果工作腔应具有LP管路的压强以及例如控制接口HP-A的一个阀被卡在开启位置，从HP管线至LP管线的短路流量将发生在控制接口HP-A和LP-A之间。因而，保持在工作腔中的中间压强明显地高于LP管路的压强。以相应的方式，当工作腔应具有HP管路的压强以及例如控制接口LP-A的一个阀被卡在关闭位置时，明显低于HP压强的中间压强保持在工作腔中。

在促动器的静止状态中，工作腔的压强将如下述方程：

$p_{\mathrm{kammio}}=p_{\mathrm{HP}}-\frac{p_{\mathrm{HP}}-p_{\mathrm{LP}}}{1+{\left(\frac{A_{\mathrm{HP}}}{A_{\mathrm{LP}}}\right)}^2},$ 其中：

A_HP＝HP管线的控制接口中的多个开启阀的吞吐面积的总和

A_LP＝LP管线的控制接口中的多个开启阀的吞吐面积的总和

阀的吞吐量与其吞吐面积成比例。在四个腔的促动器的情况中，如果小于控制接口的阀的吞吐面积的总和的1/3被卡在开启或关闭位置，通过计算，发现中间压强偏离目标压强(HP/LP)相当小。因而，由促动器产生的合力的大小顺序在静止状态中将不会改变，其中控制器的控制向量中的控制的顺序不需要改变，并且在故障的情况下，能够使用初始的控制向量。

如上述，因为不太可能几个阀同时故障，从而假定了一次仅有一个阀发生故障。当几个阀同时发生故障时，如果可能的话，尝试将促动器和由其控制的机械结构锁定在适当位置。此外，假定了例如可通过传感器的方式修正阀的实现位置，并假定了能够比较实现位置与根据由控制器给定的控制值确定的位置是否相对应。位置将依赖于阀的状态。基于比较，能够推断出哪个阀发生故障并且被卡在哪个位置。基于这一点，在控制器中能够执行必要的变化，以补偿故障，并用控制器控制仍在工作顺序中的阀。

在下面中，我们将通过示例来提出与故障相关的算法的操作。同样的原理也应用在腔的数量不是四个以及/或每个工作腔可利用几个压强水平的促动器的情况中。在控制接口中，可应用可变数量的阀，并且可改变阀的相对吞吐量。

在本示例中，上面提出的四腔缸筒促动器使用在所提出的数字液压双压强系统中。每个工作腔的控制接口都包括例如具有不同吞吐量的两个阀。在控制接口内，在阀吞吐量或吞吐面积之间可应用任何相对划分，例如1∶1或20∶1。因此，在控制接口中总共具有16个阀，并且可明确地用16个数或16位二进制数，例如以HP-A、LP-A、HP-B、LP-B、HP-C、LP-C、HP-D、LP-D的顺序，给出控制促动器的阀的状态和位置，其中二进制数为00 00 00 00 0000 00或11 11 11 11 11 11 11 11，以及在这些之间的所有的二进制数。

以重要性与相应于每个控制接口的工作腔的尺寸成比例的方式来安排二进制数的位之间的重要性是合理的，换言之，表示具有最大作用面积的工作腔的控制接口的位具有最高重要性。同样的方式也适用于同一控制接口的阀中，其中考虑了吞吐量。在连接至同一工作腔的HP管线和LP管线的控制接口之间的位的重要性也存在同样的问题。

如果在设定的响应时间内所有阀遵从它们各自的控制值(开启/关闭，开/关，1/0)，那么，可以使响应时间延迟之后的实际值相应于控制值。因此，在相应于实际值和控制值的二进制数之间的差值从而为零。

当控制接口的任何实际值(即阀状态)足够明显地偏离控制值时，能够说明存在故障情况。可从相应于控制值和实际值之间的二进制数的差值推断出故障阀和故障类型(卡在开启或关闭位置中)，这是因为控制阀的位的重要性决定了所述差值的大小。在16位系统中，在故障情况下，依赖于故障类型，最低重要性的位(即控制接口LP-D的最小阀)给出差值+/-1(+/-2⁰)。以相应的方式，依赖于故障类型，最高重要性的位将给出差值+/-32768(+/-2¹⁵)。

当二进制数的位表示控制接口序列HP-A、LP-A、HP-B、LP-B、HP-C、LP-C、HP-D、LP-D并且控制值和实际值之间的差值例如为+8192(2¹³)时，可发现，控制接口LP-A的最大阀被卡在开启位置。当索引值从零开始时，从差值的指数可推断出第十三位存在问题，换言之，从右边计数的二进制数的第十四位是控制接口LP-A的最重要的位。从差值的符号可推断出阀被卡在开启位置，这是因为阀的实际值的二进制数(用于从其中减去指导值的二进制数)大于指导值的二进制数。

现在，已知控制接口LP-A的阀的比率例如为20∶1，一个较大的阀被卡在开启位置。而且，已知在正常状态下控制接口HP-A的吞吐量例如与控制接口LP-A一样，使得可将控制接口HP-A的最大吞吐量表示为指数21(20+1)。因而，当工作腔的状态为0状态时，在工作腔中一直产生LP管路的压强，但当工作腔的状态变化到1状态时，因为在控制接口LP-A中存在被卡的阀，所以工作腔将不会实现HP管路的压强，并且在工作腔中仍保持中间压强。

可从上面提出的方程中计算出促动器的静止状态中的所述中间压强，其中比率A_HP/A_LP相应于比率21/20。通过利用中间压强，能够计算对于所有故障情况会产生的所有的分力和合力，其中所述所有故障情况中阀被卡在开启位置。

表B示出了系统中没有故障的情况下促动器的工作腔的状态和合力(No_err)的大小。从重新计算的合力(LP-A开启)中可以看出，在静止状态中合力不再以大小为顺序，因此描述控制(十进制数(0....15))的控制向量必须重新安排为如表C所示，使得合力以大小为顺序，这可被控制器所利用。

表B

表C

上面提出的算法也可应用在几个具有不同压强水平的充压管路可被耦接到单个工作腔的情况。因而，控制接口的实际状态由于故障阀而不会与期望状态对应的这些控制被除去，尤其是在故障显著影响由促动器用所述控制所产生的合力的情况下。

应用数字液压促动器

接下来我们将讨论数字液压系统中的数字液压促动器的使用。促动器尤其为数字缸筒，并且其应用包括各种泵、马达、能量补充、压强转换器、能量转换器、回转驱动以及旋转驱动应用。

图1的示例包括数字液压缸筒，其操作已经在上面讨论过。回转驱动在图9的示例包括将线性运动转换为旋转运动的回转装置，在该回转装置中应用了上面提出的系统。在回转装置的结构和安装中，能够使用已知如这样的回转装置的相应组件。关于旋转驱动的图10的示例包括数字液压泵马达，在该数字液压泵马达中应用了几个缸筒促动器，并且可将数字液压泵马达应用为数字液压马达、以及数字液压系统中的泵。图11的示例包括数字液压压强转换器112(DPCU)，在该数字液压压强转换器112中应用了几个数字缸筒，其它示例如图15和图16所示。图12的示例包括数字液压泵压强转换器122(DPCPU)，在该数字液压泵压强转换器122中应用了几个数字缸筒，并且通过移动部123将数字液压泵压强转换器122连接至外部能量源，其它的示例如图14和图17所示。

数字液压回转装置

在图9的示例中，回转装置41例如包括用于旋转回转齿轮47的齿条45和46。回转装置例如安装在可移动的工作机器的框架上，并且回转齿轮用于旋转工作机器的舱或升降装置。典型地，回转装置包括将线性运动转换为旋转运动的装置。通过缸筒实施线性运动，并且通过转轴实施旋转运动。

典型地，力矩可控的回转装置用两个促动器42和43来实施，其中所述促动器42和43中的每个促动器在它自己的齿条45或16上以促动器的活塞杆指向同一方向的方式并联耦接，其中当一个促动器变得越长时，另外一个则变得越短。在促动器的侧部平行安装齿条，以在两侧驱动回转齿轮47。在这种情况下，促动器的框架是移动的，活塞杆以静止方式安装在回转装置上，例如安装在工作机器的框架上。在这种情况下，由促动器作用在回转齿轮47上的促动器的最大的总力为一个促动器的最大牵引的总力与另一个促动器的最大推进的总力之和。从而在每个旋转方向上回转装置的总力矩Mtot处于其最大值，并被形成为每个促动器的最大总力与回转齿轮47的半径R的计算结果之和。

通过控制管路控制回转装置41，其中为回转装置的促动器的每个工作腔提供控制接口，通过控制接口所述工作腔可被连接至低压LP或高压HP。控制管路在其功能上相应于图1的控制管路40，并且控制管路实施增压介质的必要连接。

回转装置的状态数量依赖于促动器45和46的结构。几个可选方案可用于提供促动器的控制。在几个促动器的情况下，回转装置41的状态数量形成为幂函数a^b，使得底数a为促动器的控制的状态数，例如a＝2ⁿ，其中n为工作腔的数量，指数b为促动器的数量。在每个具有两个工作腔的两个促动器的情况下，状态的数量为16，在每个具有四个工作腔的促动器的情况下，状态数为256。每个状态相应于力矩值Mtot。每个促动器用一个根据图1的控制管路来控制。如果促动器45、46相等或者它们具有相等作用面积的工作腔，那么，因为冗余状态的存在，不同状态的总数量仍较小，从而在两个或多个状态中实现同样的总力矩Mtot。在图9的示例中，促动器都是一样的，并且每个以与图1的促动器23相同的方式包括四个工作腔，其中，通过利用相同的分级，每个促动器可用于产生16个不同的力。因而，当从计算中忽略冗余状态时，状态的全部数量为31。由于产生零力矩的状态对于两个促动器都是相同的，因此状态数比两个促动器的全部状态数小1个状态。当各促动器的总力彼此相克(overcome)时，回转装置具有至少一个产生零力矩的状态，也具有在一个旋转方向上15梯级的力矩调节、以及在相反旋转方向上15梯级的力矩调节。优选通过二进制加权系数对促动器的工作腔的作用面积进行编码，以提供均匀分级的力矩控制。另外，各缸筒优选为一样的。

选择为产生零力矩的状态可为促动器的任何状态，例如正的或负的极端力的状态，或它们之间的任何状态，例如中间范围的状态。当促动器在尺寸上相等时，回转装置每次在促动器的控制彼此相等时产生零力矩。换言之，可在促动器的任何状态中(在具有四个腔的促动器情况下，通过力水平0-15)产生由零控制产生的初始张力。因而，力矩梯级也可通过许多方式生成，例如以这样的方式，即，当在一个旋转方向上作出力矩调节时一个促动器工作在饱和范围(saturated range)内而另一个工作在线性范围内，或者，当在另一个第一旋转方向上(见表A中的可选1和2)作出力矩调节时，促动器以相应的方式相反地工作。

表A

如果产生零力矩的状态是从促动器的状态的中间范围中选择，也可以通过以交替方式改变促动器的状态来产生力矩梯级，使得促动器都可在整个力矩范围内操作在它们的线性范围中(见表A中的可选3)。促动器的线性范围中的操作意味着，促动器的不饱和(unsaturated)离散控制值不超出在促动器的状态的索引值范围内的饱和离散控制值(u％)的最大值。也可依次以两个或三个梯级(见表A中的可选4)或通过利用任何其它排列算法(所附的表A中给出了示例)来改变状态。

对于回转装置的控制，能够使用图5、6或7中示出的控制器24，控制器24的控制转换器32可被扩展，使得能够用于控制足够数量的用于确定促动器的状态的控制接口。图2中所示的表可以以指数的数量相应于各种控制的方式进行扩展，并且增加列值来表示系统的不同状态，并且增加表示腔的二进制状态的二进制数(换言之，表示促动器的二进制控制的二进制数的数量根据促动器的数量而增加)，以及由于控制接口的增加使得表示控制接口的二进制状态的列也增加。此外，能够利用与将被产生的力矩和回转装置的旋转方向成比例的设定值31。因为将被产生的力矩与促动器所产生的合力成正比(系数为回转齿轮47的半径R)，仍能对控制使用作用力的控制值31(与图5相联系被描述)，将如与图8相联系所提出的那样被处理。如上面所提出的那样，可使加速度可控系统成为速度可控系统。

也可通过图5、6或7中所示的两个并联控制器的方式实施回转装置的控制器，其中每个控制器控制单个促动器42或43。这是可能的，因为由促动器45和56所产生的力的作用也是单独的。用于作用力(加速度)的相对控制值31、用于速度的控制值28、或者用于位置的控制值26可被输入作为两个转换器的输入，其中所述两个转换器将根据负载情况计算与用于每个促动器的控制阀的期望加速度相应的位置。

如上面所述，能量的消耗与状态变化相关联。特征在于促动器的控制，该控制在相应于加速度零点的控制值与在最大状态变化发生的每侧上最接近加速度零点的控制值之间进行。由于在这个回转装置的系统中可自由选择缸筒促动器的初始张力，所以，可从系统的状态表中选择用于零力矩的这样控制值，根据该控制值，在两个方向上最接近的状态变化都消耗尽可能少的能量。例如在具有四个腔的促动器的情况下，这样的控制包括控制值10和5。在回转装置的系统中，也能够尤其通过由控制器控制的延迟来应用上面提出的预压缩和预膨胀。

数字液压泵马达和旋转装置

接下来我们将讨论在数字液压系统中既可以被应用为数字液压泵也可被应用为马达的数字液压泵马达。上面所描述的系统也可被应用于泵马达。

在图10的示例中，数字液压泵马达49包括例如四个促动器50、51、52以及53，其中所述四个促动器50、51、52以及53是缸筒并使转向组件54旋转，并且其中该转向组件54具有旋转轴X，并且促动器以距离该旋转轴一定距离连接至该转向组件54，并且其中组合的促动器能够产生作用在转向组件54(或偏心轮54)上的总力矩Mtot并驱动负载。优选地，所有促动器具有共同的连接点55。例如在使用的回转马达中，装置49安装在可移动的工作机器上，用于旋转工作机器的舱或升降装置。以相应的方式，在泵使用中，将转向组件连接至例如驱动轴。典型地，这种装置可应用在泵、马达或泵马达旋转驱动中，在其中，转向组件(54)将线性运动转换为旋转运动。

通过使用90度的相移以偏心方式将两个力可控的促动器耦接至转向组件54，以最简单的方式获取具有连续旋转路径的泵马达驱动。尤其是，上面所描述的如图1所示的促动器用作该促动器。然而，因为该促动器关于其最大力不对称，即最大力在正方向上(推进)比在负方向(牵引)更强，所以最大总力矩Mtot将变得相对不对称，即在一个旋转方向上实现的最大力矩不同于在其它旋转方向上的最大力矩。由于这个理由，用120度的相移以偏心方式将至少三个缸筒促动器连接至转向组件54是合理的，可以使得最大总力矩更对称。此外，如图10所示，通过用90度的相移将四个缸筒耦接至转向组件54在两个方向上产生更对称的最大力矩。

在数字泵马达49以及控制它并包括控制器的系统中，通过应用与上述参考图9所讨论的回转装置中同样的原理，能够实施初始张力的能量节省优化。

促动器的连接点指的是铰接连接点56、57、58以及59(分别为J1、J2、J3以及J4)，经由这些连接点，将促动器连接至装置的框架60。如图所示，每个促动器连接30在共同的偏心铰接作用点P(连接点55)和上述提及的关于回转圆规则地所设置的铰接连接点之间。在连接点和旋转圆(旋转轴X)的中心之间的距离、以及通过回转圆所看到的相移角一样彼此相等。在本示例的情况中，用90度的相移来使用四个腔的促动器。

偏心轮的半径向量指的是从偏心轮的旋转圆中心至各促动器的共同的偏心连接点P所画出的向量R。促动器的作用杠杆向量r₁、r₂、r₃以及r₄(向量r_n)指的是从偏心轮的旋转5中心至促动器的作用力的直线所画出的最短向量，其中向量因而对由促动器所产生的作用力的直线成直角。在图10中，促动器50和52处于它们的冲程的最低和最高端，以使它们的作用杠杆向量为零向量。

当由促动器所产生的推进力或正的力对偏心轮产生正的力矩(逆时针方向)时，促动器的作用杠杆向量的长度被协调成正的。因而，从促动器的连接点可以看出，连接点P在旋转圆的右半部分中。以相应的方式，当由相应的促动器所产生的正的力(推进力)对偏心轮产生负的力矩(顺时针方向)时，作用杠杆向量的长度被协调成负的。因而，从促动器的连接点可以看出，连接点P在旋转圆的左半部分中。在本文中，促动器的作用杠杆指的是作用杠杆向量的长度。促动器50、51、52以及53分别产生单个的力向量F₁、F₂、F₃以及F₄。然而以作用力的方向可为推进或牵引(即正的或负的)的方式，力向量的方向平行于从每个促动器的连接点至偏心轮的作用点P所画出的线段。力的合成向量Ftot指的是由多个单促动器所产生的力向量的向量和。

促动器的相对作用杠杆指的是在作用杠杆向量的长度和作用杠杆向量的长度的最大值之间的比率。因而，对于每个促动器的相对作用杠杆，适用如下：

$r_{\mathrm{rel}\_n}=\frac{\left|{\stackrel{\‾}{r}}_n\right|}{\left|{\stackrel{\‾}{r}}_{\max \_n}\right|}$

当促动器在其死点(dead centre)时变量的数值每次都变为零，在杠杆在正或负的方向上处于其最大长度时接收值+1或-1。杠杆的最大长度发生在促动器的力的作用直线碰上偏心轮的作用点P的旋转圆的切线时的点。

接下来我们将讨论数字泵马达的控制系统及其操作原理。

通过将回转驱动的力矩的相对控制乘以所述促动器的相对作用杠杆的长度，来产生所述装置的每个单促动器的相对控制。在本示例的情况中，目标是产生正的力矩，换言之，力矩的方向是逆时针。当彼此相对设置的两个促动器50和52在它们的死点时，其它两个促动器51和53关于偏心轮的半径向量R对称设置，作为彼此的镜像。因而，促动器50和52的作用杠杆r₁和r₃也关于半径向量R呈反射，即，它们在长度上相等但具有相反的符号，其中力向量F₁和F₃关于彼此被等长地调整，并关于通过点P画出的垂直线段被对称设置。因而，合力向量Ftot变成垂直的，即以与偏心轮的半径R成直角设置。在促动器51和53的死点，因为它们的作用杠杆r₂和r₄为零向量，所以所述促动器的力向量为零向量，能够根据这一点来调节力向量。

在死点之间的一半处，与促动器51和52一样，促动器50和53关于半径向量R彼此对称设置。因而，与杠杆向量r₁和r₄一样，作用杠杆r₂和r₃也关于半径向量R呈反射。因而，与力F₁和F₄的合向量一样，力F₂和F₃的合向量与偏心轮35的作用点P的旋转圆的切线平行设置。因而，总的合向量也平行于作用点P的旋转圆的切线，即与偏心轮的半径向量成直角。

力的合成向量Ftot也与其它旋转值一样与偏心轮的半径向量R成直角，从这一点可以推断出，在这种调节方法中，合成力矢量Ftot总是与半径向量R几乎成直角，使得促动器操作在它们线性的范围内。

与传统的液压系统一样，也可在数字液压系统中带有限制地将数字液压泵马达作为力矩或力可控马达驱动，如果必要的话，力矩或力可控马达驱动也将结合到机械结构中的动能返回到液压系统中。

如果必要的话，数字液压泵马达也能用作pQ可控液压泵(p＝压强，Q＝体积流量)。因而，由缸筒产生的力矩被设定在与从外部作用在机械结构上的力矩相反的方向上。利用缸筒的作用面积，能够控制压强、体积流量、驱动力矩以及输出控制。在泵使用中，装置产生的体积流量和最大压强与作用表面成比例，从而也与驱动力矩成比例。以这种方式，能够优化例如驱动泵的燃气机的操作范围，以实现最可能好的效率。

如果在数字液压系统中将泵马达用作液压泵，这可能需要经由单独的控制接口将泵马达也连接至缸。图13a和13b示出了数字泵马达与例如图11的系统的连接。该连接用于连接到充压管路或子管路。

初始张力的能量节省优化能够以与上面提出的回转装置同样的方式来实施。当控制数字泵马达时，产生零力矩的促动器的控制组合可被选择为任何控制值，使用该控制值为每个促动器所计算的力矩的总和为零。以这种方式，可以以期望的方式选择这样的每个促动器的控制范围，即，在该范围内促动器执行最大数量的状态变化。除此以外，还可通过将力矩的相对控制直接转换为促动器的控制，但以在促动器的冲程的上端和下端改变控制的符号的方式，来实施在数字泵马达中的四个促动器的控制。以这种方式，可以考虑到力矩的正的相对控制将对单个促动器产生力产生(在机械结构中产生正的力矩)。也可以以这种方式，即，相对于促动器的控制而与促动器的作用相对杠杆成比例地调节力矩的相对控制，从而来控制四个促动器。此外，用于调节单个促动器的控制的变量也可是其它的基于旋转计算出的变量，通过该变量，目标是保持由缸筒产生的力的合向量与偏心轮的半径向量成直角。

数字液压压强转换器和泵压强转换器

图11示出了数字液压压强转换器112。压强转换器的简单实施如图15所示，在图15中，压强转换器包括两个彼此相对并彼此连接的双动作以双腔缸筒促动器，其中活塞杆互连在一起。组合的活塞杆组成了移动部，优选地，缸筒促动器的外罩也被互连在一起。工作腔的作用面积的比率选择如下：A1∶B1∶A2∶B2＝2∶1∶2∶1。图16的压强转换器包括两个双动作四腔缸筒促动器，其中工作腔的作用面积的比率选择如下：A1∶B 1∶C1∶D1＝A2∶B2∶C2∶D2＝8∶4∶2∶1。根据图14的示例，缸筒促动器也可不同，其中工作腔的作用面积的比率也可选择如下：A1∶B 1∶A2∶B2＝8∶4∶2∶1。压强转换器的每个缸筒促动器可包括单腔或多腔单元，其移动部以并联或以网状方式机械互连，使得能够实现期望的作用面积或它们相互之间的比率。优选地，所产生的力的梯级在大小上是相等的。

以如下方式来操作压强转换器，即，在第一促动器被用于在耦接至促动器的充压管路的压强范围内选择合适的将被产生的合力，通过该合力，能够在耦接至第二促动器的充压管路之间低能耗地执行必要的能量传递。第一促动器将所述合力施加给所述促动器的移动部，第二促动器为所述促动器的移动部产生方向相反且大小轻微不同的力，这样能够使活塞运动。当促动器的移动部接近促动器的末端时，充压管路的连接彼此交换，使得运动方向被改变但维持充压管路之间的转换比率。在图16的示例中，充压管路HP1代替充压管路HP1a而被耦接，充压管路LP1代替充压管路LP1a而被耦接。通过单独的控制接口及其控制阀或阀组来执行交换。在图15中，附图标记P1相应于HP1管路，附图标记P2相应于HP2管路，以及附图标记P1a相应于HP1a管路，附图标记P2a相应于HP2a管路。

接下来我们将讨论控制情况的一个示例，其中压强转换器被用作执行五倍压强的转换。假定压强转换器应用两个彼此相对耦接并具有四个缸筒的所提出的缸筒促动器。假定耦接至第一促动器的LP1管路的压强约为0MPa，并且HP1管路的压强约为10MPa。假定耦接至第二促动器的LP1a管路的压强约为0MPa，并且HP1a管路的压强稍微低于50MPa。目前能够将能量从较低压强下的充压管路传递至HP1a管路，具体如下：通过结合u％＝15的第一促动器的控制和u％＝7的第二促动器的控制来产生用于扩张第一促动器的活塞运动，其中，耦接至两个最高压强的工作腔的作用面积之间的比率变为5∶1。以相应的方式，通过结合u％＝0的第一促动器的控制和u％＝4的第二促动器的控制来产生相反的活塞运动，其中，所述面积之间的比率变为-5/-1(＝5/1)。以相应的方式，在运动的两个方向上也可用由所述促动器实现的其它转换比率(落入1∶5至5∶1范围内)来执行压强转换。

更高的转换比率仅以不连续的方式实现，即，仅当以两个方向其中之一移动时实现。在两个移动方向上所实现的最大转换比率由使促动器变短的作用面积之和与使促动器变短的最小作用面积之间的比率来确定，在这种情况下，其为(4+1)/1＝5/1。

所述促动器的力产生的范围必须至少部分相同，使得作用在移动部上的合力能够维持足够小，从而也避免了增压介质的节流，并且能量没有被不必要地消耗。

如果在开始点一定的充压管路(例如HP1和LP1)总是仅耦接至压强转换器的第一促动器，并且一定的其它充压管路(例如HP1a和LP1a)总是仅耦接至压强转换器的第二促动器，那么，就能够仅在对所述促动器共同的力产生范围中执行能效转换(energy efficient conversion)，其中促动器的力能够近似彼此补偿。

如果期望使压强转换器在两个运动方向上对称地利用更大范围的转换，那么，这可用一个耦接来实现，其中所述耦接允许仅将用于扩张促动器的力使用在压强转换中。这种耦接用作来对引导至促动器的充压管路进行彼此交换。在图17和18的示例中，这意味着，充压管路HP1被耦接以代替充压管路HP1a，充压管路LP1被耦接以代替充压管路LP1a。以相应的方式，充压管路HP1a被耦接以代替充压管路HP1，充压管路LP1a被耦接以代替充压管路LP1。根据图18的控制管路125通过单独的控制阀或阀系统(例如两位置四路换向阀)的方式，或可选地，根据图17的控制管路126通过具有开/关阀的交叉连接的方式，来进行交换。通过这种交换，能够与移动部的运动方向无关地维持压强转换器的转换比率。这样，促动器的力产生范围不需要彼此相交(cut)就能执行能效压强转换。

此外，通过用于在每个腔和每个充压管路之间提供耦接可能(即单独的控制接口)的耦接，来获得更多的压强转换器的转换比率和充压管路的耦接组合。通过这样的控制管路的方式，可将系统中所包含的任何增压介质管路耦接至任何促动器的任何工作腔，其中可通过利用从一个压强管路至另一个压强管路的单个转换比率(1∶1)，或通过利用几个不同的可选转换比率，即，从两个或更多压强管路至一个或多个其它的压强管路、或从一个或多个压强管路至两个或多个其它的压强管路、或从两个或多个压强管路至两个或多个其它的压强管路的几个不同的可选转换比率，来传递能量。

通过将压强转换器耦接至外部能源，能够以液压能的形式将外部机械能传递至充压管路。例如，动能直接或经由耦接至移动部的部件而作用在移动部上，并产生优选为重复往返的泵注运动，该泵注运动通过缸筒促动器的活塞在工作腔中产生增压介质的压强。液压能可进一步地存储在能量补充单元、或以其它方式或在其它促动器中利用。

本发明不限于上面提出的示例，而是可在所附的权利要求的精神范围内应用。

Claims (45)

1.一种增压介质系统，包括：

至少一个促动器(23)或促动器单元，通过所述促动器(23)或促动器单元能够产生作用在所述负载上的合力(Fcyl)；

至少一个工作腔(19，20，21，22)，基于排量原理进行操作，并位于所述促动器或促动器单元中；

其特征在于，所述系统还包括：

至少一个高压充压管路(HPi，HPia)，为液压动力源；

至少一个低压充压管路(LPi，LPia)，为液压动力源；

控制管路(40)，通过所述控制管路(40)，能够将至少一个所述高压充压管路(HPi，HPia)和至少一个所述低压的充压管路(LPi，LPia)依次耦接至至少一个所述工作腔(19，20，21，22)，其中每个所述工作腔(10，20，21，22)能够产生与将被耦接至所述工作腔的充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)的压强相应的分力(FA，FB，FC，FD)，并且每个分力单独或与由所述促动器或促动器单元的其它工作腔产生的分力相组合来产生至少一个所述合力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，至少一个所述充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)还能够从与其耦接以产生分力的所述工作腔中接收体积流量。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述促动器(23)或促动器单元被构造为通过作为变量的所述合力来控制所述负载(L)，其中对于所述控制并在每时刻，选择所述工作腔使用的所述分力的其中之一。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制管路(40)包括用于所述工作腔的第一可控的控制接口(9)和第二可控的控制接口(10)，通过所述第一可控的控制接口(9)能够开启或关闭至所述高压充压管路(HPi，HPia)的连接，通过所述第二控制接口(10)能够开启或关闭至所述低压充压管路(HPi，HPia)的连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制管路(40)包括一系列构造为基本无损耗地将所述充压管路的液压动力供应至所述工作腔的控制接口。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括至少两个所述工作腔(19，20，21，22)，其中所述控制管路(40)被构造为将所述充压管路的一个耦接至所述工作腔中的一个以用于液压动力的供应，同时将另一个充压管路耦接至所述工作腔的另一个以用于同时将体积流量返回到所述第二充压管路。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于，所述促动器或促动器单元被构造为能量补充单元，在所述能量补充单元中能够将任何充压管路的液压动力转换为可被存储的势能，并且如果必要的话能够从所述能量补充单元中将所述存储的势能转换回液压动力进入到充压管路中。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的系统，其特征在于，所述每个充压管路包括压强储蓄器(17，18)。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

至少一个泵单元(111)，其利用增压介质并产生液压动力；以及

控制和安全阀系统(124)，通过所述控制和安全阀系统(124)，能够同时将所述泵单元耦接至所述充压单元中的一个或多个，用于将液压动力供应给一个或多个充压管路，或者用于从一个或多个充压管路中接收增压介质，或者用于同时执行这两个操作。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述泵单元(111)包括吸入管线(119)和压强管线(118)；以及

所述控制和安全阀系统(124)被构造为将所述压强管线(118)耦接至所述充压管路的其中之一以提升所述充压管路的压强水平并将其压强水平维持在预定水平；

所述控制和安全阀系统(124)还被构造为将所述吸入管线(118)耦接至所述充压管路的其中之一以降低所述充压管路的压强水平并将其压强水平维持在预定水平。

11.根据权利要求1-10任意一项所述的系统，其特征在于，所述工作腔的数量为至少两个，其中所述工作腔的作用面积的比率符合序列N^M，其中N为所述充压管路的数量，M为所述工作腔的数量，且N和M都为整数。

12.根据权利要求1-11任意一项所述的系统，其特征在于，在所提及的这些充压管路中，至少一个高水平的充压管路和至少一个低水平的充压管路的压强水平是可调节的，其中在所述产生的合力之间的相对差值也是可调节的，并且所述充压管路的压强水平被构造为相应于以最佳方式对所述负载(L)的控制所需要的合力。

13.根据权利要求1-12任意一项所述的系统，其特征在于，对于所述负载的控制，所述促动器或促动器单元被构造为通过一个或多个合力来加速所述负载，以及通过一个或多个合力来使所述负载减速。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，在负载的减速期间，所述工作腔的至少一个被构造为将负载的动能转换为液压动力，并将其供应给所述充压管路的其中之一。

15.根据权利要求1-14任意一项所述的系统，其特征在于，所述促动器或促动器单元被构造作为压强转换器(112)的一部分，通过所述压强转换器(112)能够将充压管路的液压动力转换为另一个充压管路的液压动力。

16.根据权利要求1-15任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统也包括压强转换器(112)，通过所述压强转换器(112)能够将液压动力从至少一个充压管路传递至至少一个充压管路，其中所述系统也包括：

至少一个高压的子充压管路(HPia)；

至少一个低压的子充压管路(LPi，LPia)，为液压动力源；

至少一个辅助促动器(23)或辅助促动器单元，构成所述促动器(23)的负载；

至少一个辅助工作腔，基于排量原理进行操作，并位于所述辅助促动器或辅助促动器单元中；

控制单元(40)，通过所述控制单元，所述子充压管路(HP1a，LP1a)能够被依次耦接至每个所述工作腔，其中每个辅助工作腔能够对与所述辅助工作腔耦接的子充压管路(HP1a，LP1a)产生压强和体积流量，并且其中所述促动器(23)或促动器被构造为用以移动所述辅助促动器或辅助促动器单元，用来传递液压动力。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述促动器(23)包括第一移动部，且所述辅助促动器包括第二移动部，其中将所述移动部互连，以在所述促动器和所述辅助促动器之间传递运动。

18.根据权利要求16或17的系统，其特征在于，压强彼此不同的至少三个充压管路能够被依次耦接至每个工作腔和每个辅助工作腔。

19.根据权利要求16或18所述的系统，其特征在于，所述装置也包括控制管路(125，126)，通过所述控制管路(125，126)能够将至少一个所述高压充压管路(HPi)耦接至代替促动器(23)的辅助促动器，并且同时能够将至少一个低压子充压管路(LPia)耦接至代替所述辅助促动器的所述促动器(23)，以及通过所述控制管路(125，126)能够将至少一个所述低压充压管路(LPi)耦接至代替促动器(23)的辅助促动器，并且同时能够将至少一个高压子充压管路(HPia)耦接至代替所述辅助促动器的所述促动器，其中在所述压强转换器中能够产生重复往返运动，通过该重复往返运动能够不中断地产生所述压强和所述体积流量。

20.根据权利要求16-19所述的系统，其特征在于，所述促动器(23)和所述辅助促动器的所述移动部都被耦接至外部动能源，该外部动能源移动所述移动部并对所述工作腔和耦接至所述工作腔的所述充压管路产生液压动力。

21.根据权利要求16-20任意一项所述的系统，其特征在于，所述装置包括控制管路(126)，通过所述控制管路(126)能够将任何充压管路耦接至任何促动器的任何工作腔，其中能够通过几个可选转换比率将能量从两个或多个充压管路传递至一个或多个其它充压管路，或者从一个或多个充压管路传递至两个或多个其它充压管路，或从两个或多个充压管路传递至两个或多个其它充压管路。

22.根据权利要求1-21任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统也包括：

至少一个控制器(24)，用于控制由促动器产生的合力，并被安排为控制所述控制管路(40)，并具有作为其输入的指导值(31)，所述指导值(31)用于将被产生的合力、负载的加速度、负载的速度或负载的位置；

其中所述控制器还被构造为，在每时刻，以所产生的分力产生相应于或紧密相关于所述指导值(31)的合力的方式来控制由所述控制管路(40)作出的耦接。

23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述控制管路(40)的状态存储在所述控制器中，每个状态表示所述控制管路用于产生一个合力的耦接，其中所述控制器被构造为，以成比例地相应于将被产生的合力的交错顺序的顺序来设定所述控制管路的状态；以及其中所述控制器的输出为控制值(37，39)，所述指导值(31)被给予所述控制管路，用于在每个负载情况下以相应于指导值(31)的状态来设定所述控制管路。

24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述控制管路(40)包括至少一个可控的控制接口(9)，通过该控制接口(9)能够开启或关闭至任何充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)的连接，其中控制管路的这些状态不被选择用在所述控制器中，通过所述这些状态，故障控制接口对将被产生的合力的影响是显著的。

25.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述控制管路(40)包括至少一个可控的控制接口(9)，通过该控制接口(9)能够开启或关闭至任何充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)的连接，其中作为在所述控制接口中故障的结果，将所述控制器被构造为，在故障控制接口仍在使用的一情况中以成比例地相应于将被产生的合力的逐级顺序的新顺序来设定所述控制管路的状态。

26.根据权利要求24或25所述的系统，其特征在于，所述控制器被安排来监测所述控制接口的状态，核实其状态是否相应于根据所述控制值的状态，以及推断是否存在所述控制接口的故障情况。

27.根据权利要求22-26任意一项所述的系统，其特征在于，将所述控制腔的状态存储在所述控制器，每个所述状态表示所述促动器的所述工作腔用于产生一个合力的耦接、和与之相应的所述控制值，并以成比例地相应于将被产生的所述合力的逐级顺序的顺序来调节每个所述状态。

28.根据权利要求17-27任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个中间压强的充压管路(MPi，MPia)，该充压管路为液压动力源，且其压强水平在所述高压和所述低压之间；为了最小化能量损耗，所述控制器被构造为将所述工作腔耦接至对介质没有节流的充压管路；至所述中间压强的耦接发生在当工作腔中存在低压时所述工作腔的压强切换至高压之前、以及在当工作腔中存在高压时所述工作腔的压强切换至低压之前，其中在执行所述工作腔至所述高压或低压(HPi，LPi)的充压管路的最终耦接之前，状态变化所需要的能量首先从所述工作腔或充压管路通过管道的寄生感应结合为所述充压管路的动能，然后进一步地结合为所述工作腔的压强能量。

29.根据权利要求1-28任意一项所述的系统，其特征在于，所述促动器为回转装置(41)的促动器，用于控制耦接至所述回转装置的负载(L)的绕轴旋转运动，其中存在至少两个促动器(45，46)且它们产生作用在负载上的可变总力矩(Mtot)，并且所述回转装置还包括用于将由所述促动器产生的线性运动转换为所述负载的绕轴旋转运动的组件(47)。

30.根据权利要求1-18任意一项所述的系统，其特征在于，通过没有节流的控制方法所实施的所述力可控或力可调节的促动器为泵马达的促动器(50，51，52，53)，从而具有与旋转方向相反的方向的负载力矩产生在与如驱动马达的外部能源耦接的驱动轴上，其中所述促动器与耦接至同样的偏心轮的其它促动器组合在一起用作泵。

31.根据权利要求1-30任意一项所述的系统，其特征在于，所述促动器为用于对旋转耦接至所述旋转装置的负载的运动进行控制的旋转装置的促动器(50，51，52，53)，其中促动器的数量为至少两个，并且旋转装置还包括用于将由所述促动器产生的线性运动转换为旋转负载的运动的组件(54，55)。

32.一种用于控制负载的绕轴旋转运动的回转装置，包括：至少两个促动器(45，46)或促动器单元，通过所述促动器或促动器单元(45，46)，能够产生作用在负载(L)上的合力，用于产生负载(L)的绕轴旋转运动，

至少两个工作腔，基于排量原理进行操作，并位于所述促动器或促动器单元中，

组件(45，46，47)，用于将由所述促动器或促动器单元所产生的运动转换为负载的绕轴旋转运动，并用于将所产生的合力转换为作用在所述负载上的总力矩(Mtot)；

其特征在于，所述回转装置还包括：

至少一个高压充压管路(HPi，HPia)，为液压动力源；

至少一个低压充压管路(LPi，LPia)，为液压动力源；以及

控制管路(40)，通过所述控制管路(40)，能够将至少一个所述高压充压管路(HPi，HPia)和至少一个所述低压充压管路(LPi，LPia)依次耦接至至少两个所述工作腔，其中每个所述工作腔(10，20，21，22)能够产生与将被耦接至所述工作腔的充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)的压强相应的分力(FA，FB，FC，FD)，并且每个分力单独或与由所述促动器或促动器单元的其它工作腔产生的分力相组合产生至少一个所述合力。

33.根据权利要求32所述的回转装置，其特征在于，所述回转装置包括至少四个所述工作腔，且所述工作腔的作用面积比符合序列N^M，其中N为所述充压管路的数量，M为所述工作腔的数量，并且N和M都为整数。

34.根据权利要求32或33所述的回转装置，其特征在于，所述促动器或促动器单元为在同一位置以相反方向产生合力的平行缸筒促动器，并且所述回转装置包括回转齿轮，通过所述回转齿轮将所述合力转换为相应的总力矩(Mtot)，其中所述促动器或促动器单元位于所述回转齿轮的相反侧。

35.根据权利要求32-34任意一项所述的回转装置，其特征在于，所述回转装置还包括为所述回转装置的力控制而提供的至少一个控制器(24)，所述控制器(24)被构造为控制所述控制管路，并具有作为其输入的用于将被产生的合力的指导值(31)；其中所述控制器还被构造为，在每个时刻，以所产生的分力产生相应于或紧密相关于所述指导值(31)的合力的方式来控制由所述控制管路(40)作出的耦接。

36.一种用于控制负载的旋转的旋转装置，包括：

至少两个促动器(50，51，52，53)或促动器单元，通过所述促动器(50，51，52，53)或促动器单元，能够产生作用在负载(L)上的总力矩(Mtot)，用于产生负载(L)的绕轴旋转运动，

至少两个工作腔，基于排量原理进行操作，并位于所述促动器或促动器单元中，

组件(54，55)，用于将由所述促动器或促动器单元所产生的运动转换为旋转所述负载的运动；

其特征在于，所述旋转装置还包括：

至少一个高压充压管路(HPi，HPia)，为液压动力源；

至少一个低压充压管路(LPi，LPia)，为液压动力源；以及

控制管路(40)，通过所述控制管路，能够将至少一个所述高压充压管路(HPi，HPia)和至少一个所述低压充压管路(LPi，LPia)依次耦接至至少两个所述工作腔，其中每个所述工作腔(10，20，21，22)能够产生与将被耦接至所述工作腔的充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)的压强相应的分力(FA，FB，FC，FD)，并且每个分力单独或与由所述促动器或促动器单元的其它工作腔产生的分力相组合产生至少一个所述合力矩。

37.根据权利要求36所述的旋转装置，其特征在于，所述偏心旋转装置包括至少四个所述促动器或促动器单元以及四个所述工作腔。

38.根据权利要求36或37所述的旋转装置，其特征在于，所述工作腔的作用面积比符合序列N^M，其中N为所述充压管路的数量，M为所述工作腔的数量，并且N和M都为整数。

39.根据权利要求36-38任意一项所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置还包括为所述旋转装置的力控制而提供的至少一个控制器(24)，所述控制器(24)被构造为控制所述控制管路(40)，并具有作为其输入的用于将被产生的合力的指导值(31)；其中所述控制器还被构造为，在每个时刻，以所产生的分力产生相应于或紧密相关于所述指导值(31)的合力矩的方式来控制由所述控制管路(40)作出的耦接。

40.根据权利要求36-39任意一项所述的旋转装置，其特征在于，至少一个所述工作腔构被造为在所述负载的绕轴旋转运动期间产生液压动力，并将其供应给所述充压管路的其中之一。

41.一种用于增压介质系统中的方法，所述系统包括：

至少一个促动器(23)或促动器单元，通过所述促动器(23)或促动器单元能够产生作用在所述负载上的合力(Fcyl)；

至少一个工作腔(19，20，21，22)，基于排量原理进行操作，并位于所述促动器或促动器单元中；

其特征在于，所述系统还包括：

至少一个高压充压管路(HPi，HPia)，为液压动力源；

至少一个低压充压管路(LPi，LPia)，为液压动力源；

控制管路(40)，通过该控制管路(40)，能够将至少一个所述高压充压管路(HPi，HPia)和至少一个所述低压充压管路(LPi，LPia)依次耦接至至少一个所述工作腔(19，20，21，22)；

所述方法包括：

在每个所述工作腔(10，20，21，22)中生成与将被耦接至所述工作腔的充压管路(HPi，HPia，LPi，LPia)的压强相应的分力(FA，FB，FC，FD)；以及

用每个分力单独地或结合由所述促动器或促动器单元的其它工作腔产生的分力来产生至少一个所述合力。

42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述系统也包括：

至少一个控制器(24)，用于由促动器或促动器单元产生的合力的控制，并被安排为控制所述控制管路(40)，并具有作为其输入的指导值(31)，所述指导值(31)用于将被产生的合力、负载的加速度、负载的速度或负载的位置；

所述方法还包括：

使用所述控制器，在每时刻，以所产生的分力产生相应于或紧密相关于所述指导值(31)的合力的方式来控制由所述控制管路(40)作出的耦接。

43.一种用于控制增压介质系统的控制器，所述增压介质系统包括：

至少一个促动器(23)或促动器单元，通过所述促动器(23)或促动器单元能够产生作用在所述负载上的合力(Fcyl)；

至少一个工作腔(19，20，21，22)，基于排量原理进行操作，并位于所述促动器或促动器单元中；

其特征在于，所述系统还包括：

至少一个高压充压管路(HPi，HPia)，为液压动力源；

至少一个低压充压管路(LPi，LPia)，为液压动力源；

控制管路(40)，通过该控制管路(40)，能够将至少一个所述高压充压管路(HPi，HPia)和至少一个所述低压充压管路(LPi，LPia)依次耦接至至少一个所述工作腔(19，20，21，22)，其中能够在每个工作腔中产生相应的分力；

其中所述控制器被构造为：

基于作为指导值(31)的输入来控制所述控制管路(40)，其中所述指导值(31)用于将产生的合力、负载的加速度、负载的速度、或负载的位置；以及

在每时刻，以所述工作腔产生相应于或紧密相关于所述指导值(31)的合力的方式来控制由所述控制管路(40)作出的耦接，使得所产生的分力单独地或几个所产生的分力的组合地产生所述合力。

44.根据权利要求43所述的控制器，其特征在于，所述控制管路(40)的状态存储在所述控制器中，每个所述状态表示所述控制管路用于产生一个合力的耦接，其中所述控制器被构造为以成比例地相应于将被产生的所述合力的逐级顺序的顺序来设定所述控制管路的状态；其中所述控制器的输出为控制值(37，39)，控制值(37，39)将被给予所述控制管路，用于在每个负载情况下以相应于指导值(31)的状态来设定所述控制管路。

45.根据权利要求43或44所述的控制器，其特征在于，所述工作腔的状态存储在所述控制器中，每个所述状态表示所述促动器的所述工作腔用于产生一个合力的耦接、和与其相应的所述控制值，并以成比例地相应于将被产生的所述合力的逐级顺序的顺序来调节每个所述状态。

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