CN111608999B - 致动器的流量控制 - Google Patents

Abstract

提供了用于致动器的流量控制回路。致动器包括第一腔室（111）和第二腔室（112），其中致动器（110）致动时，第一腔室经历的体积变化大于第二腔室经历的体积变化。流量控制回路（10）包括：构造成连接到第一腔室（111）的第一端口（11），构造成连接到第二腔室（112）的第二端口（12）和流量控制阀组件（20），其包括一个或更多个阀，所述一个或更多个阀构造成沿流体供应路径将加压流体流从加压流体源（41）提供到第一和第二端口（11、12）中的一个，并进一步构造成沿流体返回路径将流体流从第一和第二端口（11、12）中的另一个提供到流体槽（42）。流量控制回路（10）还包括流体旁通路径（30），其包括旁通阀（31）。

Description

致动器的流量控制

技术领域

本发明涉及一种用于致动器的流量控制回路、一种包括致动器和这种流量控制回路的系统、以及一种用于控制流量控制回路的方法。本发明尤其涉及提供不对称流动容量的流量控制回路。

背景技术

许多系统和装置采用致动器来施加力，例如液压或气动致动器。示例包括风力涡轮机的转子叶片的变桨，其中致动器使转子叶片绕其纵向轴线旋转。另一个示例是机器压力机或成形压力机，其中，包括待生产的形状的模板的移动元件由相应的致动器致动。

这样的流体动力应用可以例如包括差动面积缸，特别是液压缸，其由阀控制，该阀能够连续地改变从泵或供应管线到缸的一个腔室和/或从缸的相对腔室到返回管线或贮存器的流量。在这些应用中的一些中，进入缸的流动路径和离开缸的流动路径的最大流动速率可以显著不同。例如，致动器速度可以在一个方向上高于相反方向。此外，当操作这种致动器时，缸的一个腔室中的体积位移可以不同于缸的另一个腔室中的体积位移。液压或气动缸形式的致动器可以例如具有使在缸中的两个腔室分开的活塞的任一侧上的面积之比（面积比），所述比不是1。

致动器可以例如包括缸，在该缸中两个腔室由可移动的活塞隔开，杆附接到所述可移动的活塞，其中，将流体提供到缸的一个腔室中产生力，该力使活塞移动并由此致动致动器。在活塞的附接有杆的一侧上，与致动流体接触的活塞面积较小。当对此杆侧腔室加压时，减小了致动器操作时的致动力和流体移位。

在常规系统中，为了考虑不同的流量，采用了比例方向阀，这些比例方向阀针对最大流量进行定额。因此，在所述系统中使用的阀相对较大且笨重，并且成本昂贵。此外，一个或更多个其它流动路径可能导致相对较低的利用率。对于流动速率小于额定流动速率的流动路径，控制流量更加困难。此外，例如，当跨越这种阀的芯存在大的压降而芯的开度必须保持较小以实现所需的小流动速率时，可能导致流量不稳定。

期望提高可用流动路径的利用率并降低这种流动不稳定性。此外，期望使用更小和更轻的阀。

发明内容

本发明的目的是减轻上述缺陷中的至少一些，并提供一种用于致动器的改进的流量控制。特别需要允许使用更紧凑和重量更轻的阀并改善流动稳定性。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，提供了用于致动器（特别是液压或气动致动器）的流量控制回路，其包括第一腔室和第二腔室。致动器具有如下构造：其中，在致动器致动时，第一腔室经历的体积变化大于第二腔室经历的体积变化。流量控制回路包括构造成连接至第一腔室的第一端口和构造成连接至第二腔室的第二端口。其还包括流量控制阀组件，该流量控制阀组件包括一个或更多个阀，该一个或更多个阀构造成将加压流体流从加压流体源沿着流体供应路径提供到第一和第二端口中的一个。流量控制阀组件还被构造成将流体流从第一和第二端口中的另一个沿着流体返回路径供应到流体槽。流量控制回路还包括包含旁通阀的流体旁通路径。可以控制旁通阀以打开或关闭旁通阀，以允许或阻止流体流通过流体旁通路径。流体旁通路径连接到第一端口，并且还液压地或气动地平行于控制阀组件连接。

借助于这种流量控制回路，可以经由第一端口提供更高的流动速率，而不必使用针对这种高流动速率进行定额的流量控制阀组件。特别地，通过提供流体旁通路径，经由第一端口的一部分流可以被流体旁通路径容纳，使得流量控制阀组件的一个或更多个阀可以具有较低的流动速率额定值，并且因此可以更紧凑且成本更低。除了减小流量控制阀组件的尺寸和重量之外，还可以改善经由第二端口在另一流动路径中的可控制性。可以提高另一流动路径的利用率，以使该路径中的流动速率接近控制阀组件的额定流动速率。因此，可以改善流动路径的可控制性，并且可以降低流动的不稳定性。因此，可以实现具有改进的流量控制和减小的流量不稳定性的更紧凑和轻重量的流量控制回路。

旁通路径可以特别地并联连接至需要最高流动速率容量的流动路径。流体旁通路径可包括相应的流体导管，该流体导管平行于相应的流动路径将旁通阀连接在流量控制阀组件的上游和下游。流量控制回路可以特别地被构造成在第一端口处提供比在第二端口处提供的流动速率更大的流动速率。

在实施例中，流量控制阀组件构造成为流体供应路径和流体返回路径中的至少一个提供比例流量控制。流量控制阀组件可包括比例方向阀，该比例方向阀能够控制流体供应路径和/或流体返回路径中的流动方向和流动速率。在其它实施例中，流量控制阀组件可包括在流体供应路径中的比例阀、在流体返回路径中的比例阀和/或方向阀。它可以例如包括连接到第一端口的比例阀和/或连接到第二端口的比例阀，从而可以控制进入第一致动器腔室和进入第二致动器腔室的流动速率，以便控制致动器在一个或两个方向上的速度。

流量控制阀组件可包括具有至少两个阀位置的方向阀。在第一阀位置中，方向阀在第一端口和加压流体源之间以及在第二端口和流体槽之间提供流动连通。在第二阀位置中，方向阀在第一端口和流体槽之间以及在第二端口和加压流体源之间提供流动连通。因此，在第一阀位置中，将第一腔室和第二腔室分开的致动器的活塞可以被推向第二腔室，从而在第一方向上施加力。在第二阀位置中，流入第二腔室中的流体可将活塞推向第一腔室，并因此可沿相反方向施加力。方向阀可以具有第三阀位置，在该第三阀位置中，在第一和第二端口与流体源或流体槽之间不存在连接。应当清楚的是，方向阀可以具有另外的或不同的阀位置，例如在流体源和流体槽之间提供流动连通的位置。

方向阀优选是比例方向阀的一部分，该比例方向阀还经由第一端口并经由第二端口提供对流动速率的控制。

在实施例中，流体旁通路径具有第一端，在该第一端处，流体旁通路径连接到第一端口，并且流体旁通路径还具有第二端，在该第二端处，流体旁通路径连接到加压流体源和/或流体槽。流量控制回路可以例如包括两个旁通路径，一个在第一端口与加压流体源之间，并且第二个在第一端口与流体槽之间。当旁通路径连接到加压流体源时，流量控制回路能够经由第一端口以高流动速率释放流体，以提供相应方向上的快速致动器移动。如果其包括连接到流体槽的旁通路径，则它能够经由第一端口以高流动速率向流体槽排放流体，以允许在相反方向上的快速致动器移动。因此，根据应用和致动器移动的要求，可以提供连接到流体源或流体槽的一个或两个旁通路径。每个旁通路径可以设置有相应的旁通阀。

在实施例中，旁通阀是可通过电或流体控制信号控制的开/关阀。旁通阀可以例如是可以打开或关闭的电磁阀。因此，可以提供具有较低复杂度并且控制相对简单的旁通路径。在其它实施例中，可以提供更复杂的旁通阀，例如比例阀。

旁通路径可以进一步包括流量控制阀、压力补偿器或压力补偿的流量控制阀中的至少一个。因此，可以将经由旁通路径的流动速率控制为预定值并且可以保持稳定。因此，流量控制阀组件和旁通路径的组合仍然能够经由第一端口提供对流动速率的精确控制。压力补偿器可以例如构造成跨越开/关阀产生恒定的压降，从而控制经由旁通路径流动的流体的流动速率，特别是保持流动速率恒定并且与流动条件无关。

旁通路径可以构造成以流量控制阀组件（特别是其比例方向阀）的额定流动速率的约80％至约100％、优选地85％至100％、更优选地90％至100％的范围内的流动速率提供流量。因此，可以实现在旁通阀关闭时的流动速率范围与在旁通阀打开时的流动速率范围之间的平滑过渡。

在实施例中，流量控制回路还包括控制单元。控制单元被构造为执行以下步骤：获得指示或确定经由第一端口的实际流动速率或目标流动速率达到或超过预定阈值，并在获得相应指示时打开旁通阀以允许流体流动通过流体旁通路径。借助于这种控制单元，可以在相对较宽的流动速率范围内实现经由第一端口的流动速率的精确控制。特别地，在阈值以下，可以通过流量控制阀组件来控制流动速率，其可以具有相对较低的额定值并且因此可以提供对流动速率的精细控制。高于阈值时，通过经由旁通路径并经由流量控制阀组件的流提供第一端口处的流动速率，因此，在此流动速率范围内，还可以通过流量控制阀组件来精确地且精细地控制流动速率。

阈值可以例如对应于流量控制阀组件（特别是相应的比例方向阀）的最大流动速率额定值，或者其可以略低于该额定值以提供安全余量。

旁通路径可以构造成提供对应于流量控制阀组件（特别是相应的比例方向阀）的流动速率额定值、或者上述阈值的流动速率。通过这种构造，可以在可经由第一端口提供的流动速率的整个范围内对流动速率进行精细控制，并且与仅由流量控制阀组件提供的流动速率相比，可以经由第一端口提供的流动速率能够增加两倍。。

阈值可以例如对应于由流量控制阀组件提供的流动速率容量的预定利用率（例如95％或更低，90％或更低，85％或更低或80％或更低）。

控制单元可以例如被构造为通过基于用于致动器的控制目标（诸如致动器的目标速度或目标位置）确定目标流动速率来获得目标流动速率。控制单元可以通过测量指示该流动速率的值来附加地或可替代地经由第一端口获得实际流动速率，例如通过从传感器读取指示连接到第一端口的比例（或比例方向）阀的位置的信号，或通过从流动速率传感器等读取信号。控制单元可以附加地或可替代地通过例如从另外的控制器（例如控制致动器的位置的反馈控制器）在控制单元的输入处接收指示目标流动速率的值来获得目标流动速率的指示。控制单元可以包括用于读取或接收相应值或信号的输入。

所述控制单元还可以被构造成获得经由所述第一端口的流动速率已经达到或已经下降到预定阈值以下的指示，所述预定阈值可以与上述阈值相同或者可以是不同的阈值，并且在获得相应的指示时关闭旁通阀以阻止流体流通过流体旁通路径。因此，旁通路径可以再次关闭以降低流动速率，从而在这样低的流动速率下经由流量控制阀组件实现对流动速率的精细控制。

在实施例中，流量控制回路包括控制单元，该控制单元被构造为接收期望的致动器位置或致动器速度的指示，以基于期望的致动器位置或致动器速度确定目标流动速率并控制流量控制回路，以便在第一端口处提供目标流动速率。当控制流量控制回路时，控制单元确定目标流动速率是否达到或超过阈值，并且如果达到或超过阈值，则其打开旁通阀并控制流量控制阀组件，以便提供第一端口处的目标流动速率。

期望的致动器速度和/或位置可以对应于风力涡轮机转子的转子叶片的期望桨距角和/或桨距角的改变。通过提供对旁通路径的这种控制，可以通过提供高的流体流动速率以快速且有效的方式到达目标致动器位置，而仅需要控制额定用于较低流动速率的阀组件。

在实施例中，流量控制阀组件包括位置传感器，该位置传感器用于确定经由第一端口控制流量的流量控制阀组件的比例阀（特别是比例方向阀）的位置。流量控制回路的控制单元构造成基于来自位置传感器的信号确定比例阀的位置。比例阀的位置可以对应于经由第一端口的特定流动速率。如果控制单元基于比例阀位置确定经由第一端口的流动速率超过预定阈值，则控制单元将打开旁通阀以允许流体流通过流体旁通路径。该控制可以再次基于比例阀的目标位置，该目标位置经由第一端口从期望的流动速率得出。因此，可以实现对通过旁通路径的流量的有效控制，其可以仅使用流量控制回路内部的参数，例如比例阀位置。

当然可以设想用于控制通过旁通路径的流量的其它可能性。作为示例，可以监测用于朝向第一端口的路径的跨越控制阀组件的压降，或者可以监测用于朝向第一端口的流动路径的控制阀组件的下游或上游的流动速率，以确定何时旁通路径应打开以提高流动容量。

优选地，致动器是液压缸。流量控制回路可以进一步包括流体，该流体可以是液体，特别是诸如液压油等的液压液体。流量控制回路还可以包括加压流体源，特别是泵、蓄液器等。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种包括致动器的系统，该致动器包括第一腔室和第二腔室。在致动器致动时，与第二腔室相比，第一腔室经历更大的体积变化。该系统还包括处于以上概述的构造中的任何一种的流量控制回路，其中，流量控制回路的第一端口连接至致动器的第一腔室，并且流量控制回路的第二端口连接至致动器的第二腔室。

致动器可以特别地包括：活塞，其将第一腔室与第二腔室分隔开；以及杆，其联接至活塞并且至少部分地延伸通过第二腔室。在这种构造中，如果活塞移动，则第二腔室中的体积变化小于不存在这种活塞杆的第一腔室中的体积变化。致动器可以机械地联接至风力涡轮机转子叶片，使得致动器的致动导致转子叶片绕其纵向轴线旋转，以调节转子叶片的桨距角。该系统可以包括这种风力涡轮机转子叶片。

根据本发明的另一实施例，提供了一种控制流量控制回路或致动器的方法。流量控制回路可以具有上述任何构造。该方法包括打开或关闭旁通阀，以允许或阻止流体流通过流体旁通路径。特别地，该方法可以采用上述任何构造的控制器来控制旁通阀的打开和关闭，并从而控制通过旁通路径的流量。该方法可以包括从这种控制器向旁通阀提供控制信号或控制流（在液压致动阀的情况下）。该方法还可以包括以上概述的方法步骤中的任何一个。

通过这种方法，可以实现与以上关于流量控制回路进一步概述的优点类似的优点。

在示例性实施例中，该方法包括：获得经由第一端口的实际流动速率或目标流动速率达到或超过预定阈值的指示；以及在获得相应指示时，打开旁通阀以使流体流提供流体旁通路径。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于控制流量控制回路的计算机程序。该计算机程序包括控制指令，该控制指令在由数据处理器执行时使该数据处理器执行上述任何方法。可以在易失性或非易失性数据载体上或在相应的存储器中提供计算机程序，特别是控制指令。上述控制单元例如可以包括相应的数据处理器和存储器，其中存储了这样的控制指令。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要说明的特征不仅可以以所示的相应组合使用，还可以以其它组合或单独地使用。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，本发明的前述和其它特征及优点将变得更加显而易见。在附图中，类似的附图标记指代类似的元件。

图1是示出根据本发明实施例的流量控制回路和系统的示意图。

图2是示出根据本发明的另一实施例的流量控制回路和系统的示意图。

图3是示出根据本发明实施例的流量控制回路和系统的示意图。

图4是示出根据本发明实施例的方法的流程图的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的实施例进行详细描述。应当理解，实施例的以下描述仅出于说明的目的而给出，并且不是限制性的。应当注意，附图仅应被视为示意性表示，并且附图中的元件不必彼此按比例绘制。而是，选择各种元件的表示，使得它们的功能和通用目的对于本领域技术人员而言变得显而易见。

图1示意性示出了用于操作致动器110的流量控制回路10。在本示例中，流量控制回路是液压回路，并且致动器110是液压缸，但是在其它实施例中可以使用气动回路和气动致动器。致动器110是差动区域液压缸，其包括第一腔室111，第二腔室112以及将第一腔室和第二腔室分开的活塞113。用于传递机械力的杆114安装至活塞113。通过向腔室111中提供流体（特别是加压的液压液体），将杆114推出，并且通过向腔室112中提供加压的液压液体，将杆114拉入致动器110中。在活塞的这种移动期间在每个腔室中移位的体积取决于活塞上暴露于液体的相应侧上的面积。当杆114覆盖该区域的一部分时，由腔室111中的活塞面积除以腔室112中的环形面积所限定的面积比大于1，并且当活塞113移动时，第二腔室112中移位的体积小于第一腔室111中移位的体积。液压缸还包括圆柱形套筒，活塞被密封到该圆柱形套筒中，并且活塞在该圆柱形套筒中移动。套筒，活塞和杆可以由钢制成。

为了提供流入和流出致动器110的腔室的流体流，流量控制回路10包括流量控制阀组件20，该流量控制阀组件20经由第一端口11连接至致动器的第一腔室111并经由第二端口12连接至致动器110的第二腔室112。端口11和12可包括相应的流动连接部，特别是导管，例如钢管，用于提供流入和流出相应腔室的流动连接部。端口11、12可以包括或可以不包括用于将流体导管连接到致动器110的连接器。在图1的示例中，流量控制阀组件20包括比例方向阀21或由比例方向阀21组成。阀21具有方向阀的功能，因为其可以将第一端口11以及相应的第二端口12与加压流体源41或流体槽42连接。在图1中，阀21被示出为处于阻止位置，其中在端口11、12与流体源/流体槽41、42之间的流体流动被中断或阻止。

阀21具有四个端口。端口P连接（例如，直接连接）至加压流体源41，并且端口C连接（例如，直接连接）至流体槽42。阀21还包括连接（例如，直接连接）至活塞侧腔室111的端口A，以及连接（例如，直接连接）至杆侧腔室112的端口B。阀21具有如平行箭头所示的第一阀位置，在该第一阀位置中，在端口P和A（P-A）之间设置有流动路径，即端口之间的连接部，从而在加压流体源41和第一端口11并因此第一腔室111之间建立了流动连接（供应管线至活塞侧腔室的连接）。同时，在端口T和B（B-T）之间并因此在第二端口12和流体槽42之间建立了流动连接（活塞侧腔室至返回管线的连接）。因此，在这样的阀位置中，建立了从加压流体源41向第一腔室111内沿着其供应流体的流体供应路径和从第二腔室112到流体槽42的流体返回路径。

在阀21的第二阀位置中，如阀左手侧块中的交叉箭头所示，在端口A和T以及端口B和P之间建立了流动连接。在阀22的这种切换状态下，建立了从加压流体源41到第二端口12并且因此到杆侧腔室112的流体供应路径。同时，建立了从第一端口11并且因此活塞侧腔室111到流体槽42的流体返回路径。借助于流量控制阀组件20，特别是借助于其方向阀，因此可以将加压流体供应到致动器110的腔室111或腔室112中，以沿一个或另一方向驱动致动器。

作为比例方向阀，阀21还构造成能够控制相应流动路径中的流动速率。特别地，阀21可被构造为根据相应的控制信号经由端口A和B（并且因此还经由端口P和T，取决于阀位置）来在0％和100％（额定流量）之间独立地控制流量。阀21可以例如调节芯（spool）的开度以调节流动速率。比例方向阀的相应构造是本领域技术人员已知的，并且因此在本文中不再详细说明。

在常规系统中，比例方向阀21需要针对最高流动速率并且针对最高期望的致动器速度进行定额，所述最高流动速率是进入比腔室112具有更大的体积移位的腔室111中所需的。因此，必须经由端口11提供非常大的流动速率，例如，以便快速延伸杆114。这甚至可能需要使用两级比例方向阀，其包括第一级，该第一级是电致动的，并且向第二级提供控制流体的流量，所述第二级是液压致动的，以实现所需的控制力和流动速率。通过比例方向阀21的所有流体路径针对相同的流动速率定额，使得通向第二端口12的流体路径通常具有较低的利用率，即，在相应的流动路径中可能仅存在50％或更少的额定流体流量。如上所述，这可能导致流量不稳定，因为控制这种小流动速率需要比例方向阀21的小的芯开度。跨越阀的较大压降和跨越这种小的芯开度的较高的力会导致流量不稳定，并因此继而导致致动器110的不稳定和不平稳的操作。特别是在加压流体源41连接到第二端口12并且因此连接到杆侧腔室112的情况下尤其如此。

因此，本实施例的流量控制回路10包括流体旁通路径30，该流体旁通路径30连接至需要更高流动容量的端口，在本示例中为第一端口11。旁通路径30包括旁通阀31，该旁通阀31构造成启用或禁用通过旁通路径30的液压流体的流动。在图1的示例中，旁通阀31是简单的开/关阀，其具有第一阀位置（图示）和第二阀位置（如双头箭头所示），在第一阀位置中，通过该阀的流动被阻止，在第二阀位置中，允许通过阀的流动。在其它实施例中，可以使用更复杂的阀作为旁通阀31，例如比例阀等。

旁通路径30可包括另外的流量控制元件，例如压力补偿器32。压力补偿器32调节流量，以实现跨越旁通阀31的恒定的压降。为此目的，可以采用本领域已知的任何合适的压力补偿器。在本示例中，压力补偿器32包括孔口和补偿器芯，该补偿器芯由弹簧偏置，并且从旁通路径中的旁通阀31之前和旁通阀31后面的位置向其提供压力（图1中的虚线）。压差致动补偿器芯，其限制通过补偿器孔口的流量，从而调节流动速率以稳定跨越旁通阀31的压降。当旁通阀31打开时，恒定的压降导致通过旁通路径30的稳定流动速率。

应该清楚的是，在旁通路径30中可以使用不同的阀构造。例如，可以在旁通路径中使用压力补偿流量控制阀，作为开/关阀31的补充或替代，或者旁通路径30可以仅包括开/关阀31。在甚至进一步的构造中，开/关阀31可以与流量控制阀（诸如比例阀）组合。通过这种构造，可以实现与致动器110的负载状况独立的旁通路径中的恒定流动速率。

旁通路径与流量控制回路10的需要较大流动速率的流动路径并联地液压连接。这允许使用具有较低流动速率额定值的较小比例方向阀21。由此，可以减小比例阀21的尺寸和重量。此外，由于可以提高该流动路径的利用率，因此可以改善另一流动路径中的流量的可控制性。另外，可以减少这种阀的成本。

在图1的示例中，旁通路径30连接在加压流体源41和第一端口11之间。这样，可以增加进入致动器110的第一腔室111中的流动速率，以允许杆114的快速延伸。在其它示例中，在期望杆114快速缩回的情况下，旁通路径可以连接在第一端口11和流体槽42之间。这样的示例在图2中示出，其中旁通路径30仅包括旁通阀31，并且还连接至流体槽42。在其它构造中，可以提供两个旁通路径，一个旁通路径连接在第一端口11和加压流体源41之间，第二旁通路径连接在第一端口11和流体槽42之间。每个旁通路径可以包括其相应的旁通阀，以控制通过旁通路径的流量。因此，可以增加流入腔室111和流出腔室111的流动速率，从而能够在两个方向上实现快速致动器动作。

流量控制回路10还可包括控制单元50，其控制流量控制阀组件20和旁通阀31。当在需要最高流动容量的流动路径中（即在本示例中经由端口11）要求的流动速率超过预设阈值（其可能对应于比例方向阀21的预定利用率）时，流量控制回路10通过打开旁通阀31以高流量构造来操作。因此，将通过旁通路径30的预定流动速率添加到通过比例方向阀21的流动速率。因此，流量控制回路10的流动容量显著增加。控制单元50可以被构造为执行本文中所述的一种或更多种控制方法。例如，控制单元50可以在输入55处接收目标流动速率、目标致动器位置、目标致动器速度等的指示。基于这样的信息，控制单元50可以确定在端口11、12中的一者处所需的流动速率。

控制单元50可以以预设的阈值操作，该阈值用于通过端口11经由比例方向阀21提供的流动速率。如果目标流动速率超过阈值，则控制单元50通过调节比例方向阀21来打开旁通阀31并控制实际流量使其等于目标流动速率。在阈值以下，控制单元50关闭旁通阀31并且仅借助于比例方向阀21来调节流动速率。流量控制回路10因此可以在扩展的范围内提供流动速率的精细调节。用于打开旁通阀31和用于关闭旁通阀31的阈值可以不同。为了防止针对该阈值附近的目标流动速率重复打开和关闭旁通阀31，用于关闭旁通路径30的阈值例如可以稍低于用于打开旁通路径的阈值。用于打开旁通阀31的阈值可以例如在比例方向阀21的额定流动速率的80％至100％的范围内，优选地在此额定流动速率的大约85％和100％之间的范围内，或者甚至在此额定流动速率的90％和100之间的范围内。

经由第一端口11的流动速率的阈值（在该阈值之上旁通阀打开）尤其在为旁通路径设定的预定流动速率与流量控制阀组件20（尤其是阀21）的额定流动速率之间。

为了确定何时打开旁通阀31，控制单元50还可监测传感器22，该传感器22提供关于比例方向阀21的开度的信息，并因此提供关于通过阀21的当前流动速率的信息。传感器22可以特别地提供芯位置反馈以允许对阀开度的精确控制。当芯位置达到某个阈值开度时，或者当从芯位置得到的流动速率超过相应的阈值时，控制单元50可以打开旁通阀31。在其它构造中，流量控制回路10可以包括专用传感器，例如流动速率传感器，以确定流动速率何时超过阈值以打开旁通阀31。

应该清楚的是，比例方向阀21仅是流量控制阀组件20的一种示例性实施方式。在其它构造中，可以在流量控制阀组件20中提供单独的比例阀和方向阀，以控制通过第一端口11和通过第二端口12的流量。旁通路径30可以仅旁通相应的比例阀，或者可以仅旁通相应的方向阀，或者可以旁通比例阀和方向阀的组合。因此，被旁通的阀可以设置有较低的流动速率额定值，并且因此可以更紧凑和轻重量，以及成本更低。

加压流体源41可以由被相应马达驱动的泵提供。泵和马达可以形成流量控制回路10的一部分。流体槽42可以由能够形成流量控制回路10的一部分的贮存器等提供。流量控制回路10和致动器110是系统100的一部分。应当清楚的是，流量控制回路10可以包括与该液压回路共有的另外的部件，例如蓄液器、另外的阀等。

如上所述，图2示出了图1的流量控制回路10的一种变型，其中旁通路径30仅包括旁通阀31。旁通路径30还连接到流体槽42。因此，以上解释同样适用于图2的实施例。

图3示出了系统100的另一实施例，其中，上述流量控制回路中的任何一个被用于控制风力涡轮机中的致动器。致动器110联接至风力涡轮机转子叶片130的变桨机构120。致动器110（特别是液压活塞）的延伸导致转子叶片130绕其纵向轴线旋转。沿图3中所示的箭头方向的旋转可例如导致所谓的转子叶片变桨，其中转子叶片的空气动力学效率降低以及因此转换成机械能的风能的量减少。在大风情况下，这可能必须相对快速地发生，以防止损坏转子叶片或所连接的电气设备。

因此，流量控制回路10构造成能够以高流动速率向腔室111内提供流体，从而致动器动作在相应方向上高速发生。因此，旁通路径30被连接在加压流体源41和第一端口11之间，该第一端口11提供了到第一或活塞侧腔室111中的流动连接。在相反方向上的操作（即，致动器杆的缩回）可能会更缓慢地发生，从而仅需要相对较低的流动速率，并且不必向流体槽42提供额外的旁通路径。如上所述，如果需要致动器110的更高的缩回速度，则可以向流体槽42提供附加的流体旁通路径。

在操作中，控制单元50可以例如经由输入55接收目标致动器位置，用于控制转子叶片130的桨距角。然后，控制单元50可以基于致动器110的目标位置和实际位置之间的差来确定误差信号。基于这样的误差信号，控制器15可以确定待提供到相应致动器腔室（例如第一腔室111）中的目标流动速率。误差信号和目标流动速率的确定可以形成反馈控制回路的一部分。特别地，控制单元50可以实现PID（比例积分微分）控制器，以根据目标致动器位置和当前致动器位置来调节由流量控制回路10提供的流动速率。如果控制单元50确定目标流动速率大于阈值，即大于可经由比例方向阀21输送的流动速率，则控制单元50打开旁通阀31并控制阀组件20以达到所期望的目标流动速率。

变桨机构120可例如包括在毂和转子叶片和杠杆臂之间的变桨轴承，致动器110可向杠杆臂施加力以使转子叶片130旋转。

在本文描述的任何构造中，控制单元50可以包括数据处理器51和存储器52。存储器52存储数据处理器51可以执行的控制指令。可以构造控制指令，使得它们在数据处理器51上的执行导致本文中所述的任何控制方法的执行。数据处理器51可以是微处理器，数字信号处理器（DSP），专用集成回路（ASIC）等。存储器52可以包括易失性和非易失性存储器，例如RAM，ROM，闪存，硬盘驱动器等。控制单元50可以包括该控制单元共有的另外的部件，例如用于与阀和传感器通信的输入/输出接口，例如用于接收包括传感器或控制信息的数据信号以及向阀发送控制信号。

控制单元50可以是为流量控制回路10提供的专用控制单元，或者其可以形成更大的控制单元的一部分，例如，桨距角控制单元或控制整个风力涡轮机的风力涡轮机控制单元。

图4示出了根据本发明实施例的方法的流程图。在步骤401中，例如经由控制单元50的输入55接收致动器命令。在步骤402中，确定用于根据致动器命令来移动致动器的目标流动速率，例如，用于将致动器移动到目标位置或以目标速度移动。在判定步骤403中，确定目标流动速率是否超过阈值流动速率。同样，阈值流动速率可以由流量控制阀组件20（特别是比例方向阀21）的流动速率容量来确定。如果未超过阈值流动速率，则控制比例方向阀21以将相应流动速率的流体提供到相应的致动器腔室中。如果目标流动速率超过阈值，则在步骤405中打开旁通阀。通过控制比例方向阀，然后将经由比例方向阀的旁通路径和流动路径的组合流动速率调节至目标流动速率，并提供到相应的致动器腔室中（步骤406）。当到达目标致动器位置时，进入相应致动器腔室中的流体的流动停止（步骤407）。应当清楚的是，图4中所示的方法仅是示例性方法，并且其可以包括本文中所述的任何方法步骤。此外，一些步骤是可选的，例如步骤401和402，因为仅可以接收目标流动速率。

关于控制进入致动器的腔室中的流量的应用描述了以上实施例。控制不限于这样的应用，并且流量控制回路10可以用在需要非对称流量容量（即，在流量控制回路的一个端口上需要较大的流动速率而在流量控制回路的另一端口处仅需要较低的流动速率）的任何应用中。此外，以上描述了关于风力涡轮机的应用。应当清楚的是，流量控制回路和系统可以应用于不同的环境，例如用于压力机的致动器，例如钢制压力机，其通常需要在一个方向上快速移动并且在另一个方向上仅慢速移动。

本文中所述的实施例允许使用较小的比例方向阀，从而导致尺寸，重量和成本的节省。特别地，在常规上必须采用两级比例方向阀以实现期望的流动速率的应用中，本发明的实施例可以允许用单级阀代替这种两级阀。这种单级阀不仅更小且更便宜，而且具有不那么复杂且因此更可靠的另外的优点。为了通过比例方向阀实现流动速率控制的精细的分辨率，必须使用通过阀的全部流动容量，即控制信号的整个范围。通过增加经由旁通路径的固定流量，可以将这种精细的分辨率扩展到更大的流动速率范围。当通过旁通路径的流动速率设置为与比例方向阀的流动速率容量相对应的值（或略低）时，相应流动路径的流量控制回路的容量可增加上至100％。

尽管本文公开了特定的实施例，但是在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变和修改。本实施例在所有方面中都应被认为是说明性的和非限制性的，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变都旨在被包含在其中。

Claims (16)

1.一种用于致动器（110）的流量控制回路，所述致动器（110）包括第一腔室（111）和第二腔室（112），其中，在致动所述致动器（110）时，所述第一腔室经历的体积变化大于所述第二腔室经历的体积变化，其中，流量控制回路（10）包括：

- 第一端口（11），其被构造为连接到所述第一腔室（111）；

- 第二端口（12），其被构造为连接到所述第二腔室（112）；和

- 流量控制阀组件（20），其包括一个或更多个阀，所述一个或更多个阀构造成沿着流体供应路径将加压流体流从加压流体源（41）提供到所述第一和第二端口（11、12）中的一个，并进一步构造成沿着流体返回路径将流体流从所述第一和第二端口（11、12）中的另一个提供到流体槽（42），

其中，所述流量控制回路（10）还包括：

- 包括旁通阀（31）的流体旁通路径（30），其中，所述旁通阀（31）可控制为打开或关闭所述旁通阀，以允许或阻止流体流通过所述流体旁通路径（30），其中，所述流体旁通路径（30）连接到所述第一端口（11），并且并联地连接到所述控制阀组件（20）；以及

- 具有数据处理器和存储器的控制单元（50），所述控制单元（50）构造成：

- 获得经由所述第一端口（11）的实际流动速率或目标流动速率达到或超过预定阈值的指示；以及

- 在获得相应的指示时，打开所述旁通阀（31），使流体流能够通过所述流体旁通路径（30）。

2.根据权利要求1所述的流量控制回路，其中，所述流量控制阀组件（20）构造成对所述流体供应路径和所述流体返回路径中的至少一个提供比例流量控制。

3.根据权利要求1或2所述的流量控制回路，其中，所述流量控制阀组件（20）包括比例方向阀（21）、在所述流体供应路径中的比例阀、在所述流体返回路径中的比例阀、和方向阀中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的流量控制回路，其中，所述流量控制阀组件（20）包括方向阀，其具有至少两个阀位置，其中，在第一阀位置中，所述方向阀在所述第一端口（11）和所述加压流体源（41）之间以及在所述第二端口（12）和所述流体槽（42）之间提供流动连通，并且在第二阀位置中，所述方向阀在所述第一端口（11）和所述流体槽（42）之间以及在所述第二端口（12）和所述加压流体源（41）之间提供流动连通。

5.根据权利要求4所述的流量控制回路，其中，所述方向阀为比例方向阀（21）。

6.根据权利要求1所述的流量控制回路，其中，所述流体旁通路径（30）在一端处连接至所述第一端口（11），并且其中，所述流体旁通路径（30）在其另一端处连接至所述加压流体源（41）和/或所述流体槽（42）。

7.根据权利要求1所述的流量控制回路，其中，所述旁通阀（31）是可通过电或流体控制信号来控制的开/关阀。

8.根据权利要求1所述的流量控制回路，其中，所述流体旁通路径（30）还包括流动速率控制元件，所述流动速率控制元件被构造成控制所述流体旁通路径（30）中的流动速率。

9.根据权利要求8所述的流量控制回路，其中，所述流体旁通路径（30）还包括流量控制阀、压力补偿器（32）或压力补偿流量控制阀中的至少一个。

10.根据权利要求1所述的流量控制回路，还包括控制单元（50），其中，所述控制单元（50）被构造成执行以下步骤：

- 接收期望的致动器位置或致动器速度的指示；

- 基于期望的致动器位置或致动器速度来确定所述第一端口（11）的目标流动速率；

- 控制所述流量控制回路（10），以便在所述第一端口（11）处提供所述目标流动速率，

其中，控制所述流量控制回路（10）包括：

- 确定所述目标流动速率是否达到或超过阈值；

- 如果所述目标流动速率达到或超过所述阈值，则打开所述旁通阀（31）；和

- 控制所述流量控制阀组件（20），以在所述第一端口（11）处提供所述目标流动速率。

11.根据权利要求1所述的流量控制回路，其中，所述流量控制阀组件（20）包括位置传感器（22），用于确定所述流量控制阀组件（20）的比例阀的位置，所述比例阀控制经由所述第一端口（11）的流量，并且其中，所述流量控制回路（10）还包括控制单元（50），其中，所述控制单元（50）被构造成执行以下步骤：

- 基于来自所述位置传感器（22）的信号来确定所述比例阀的位置；

- 如果所述比例阀的位置指示经由所述第一端口（11）的流动速率超过预定阈值，则打开所述旁通阀（31）以使流体流能够通过所述流体旁通路径（30）。

12.一种用于流量控制的系统，包括：

- 致动器（110），其包括第一腔室（111）和第二腔室（112），所述第一腔室（111）在致动所述致动器（110）时经历较大的体积变化，所述第二腔室（112）在致动所述致动器（110）时经历较小的体积变化；和

- 根据前述权利要求中的任一项所述的流量控制回路（10），其中，所述流量控制回路的第一端口（11）连接至所述致动器（110）的所述第一腔室（111），并且所述流量控制回路的第二端口（12）连接至所述致动器（110）的所述第二腔室（112）。

13.一种用于控制致动器（110）的流量控制回路（10）的方法，其中，所述流量控制回路（10）包括：被构造成连接到所述致动器的第一腔室（111）的第一端口（11）；被构造成连接到所述致动器的第二腔室（112）的第二端口（12）；其中，在致动所述致动器时，所述第一腔室（111）经历的体积变化大于所述第二腔室（112）；流量控制阀组件（20），其包括一个或更多个阀，所述一个或更多个阀构造成沿流体供应路径将加压流体流从加压流体源（41）提供到所述第一和第二端口（11、12）中的一个，并进一步构造成沿流体返回路径将流体流从所述第一和第二端口（11、12）中的另一个提供到流体槽（42）；以及流体旁通路径（30），其包括旁通阀（31），其中，所述流体旁通路径（30）连接至所述第一端口（11），并且并联地连接至所述控制阀组件（20），其中，所述方法包括：

- 通过具有数据处理器和存储器的控制单元（50）打开或关闭所述旁通阀（31），以允许或阻止所述流体流通过所述流体旁通路径（30）。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

- 获得经由所述第一端口（11）的实际流动速率或目标流动速率达到或超过预定阈值的指示；

- 在获得相应的指示时，打开所述旁通阀（31），使流体流能够通过所述流体旁通路径（30）。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述流量控制回路（10）根据权利要求1-11中的任一项来进行构造。

16.一种存储器，所述存储器上存储有控制指令，当由数据处理器（51）执行时，所述控制指令使所述数据处理器（51）执行根据权利要求13至15中的任一项所述的方法。

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