FI125918B - Paineväliainejärjestelmä kuorman ohjaukseen, kääntölaite kuorman kiertoliikkeen ohjaukseen ja epäkeskopyörityslaite kuorman pyörityksen ohjaukseen - Google Patents

Description

PAINEVÄLIAINEJÄRJESTELMÄ KUORMAN OHJAUKSEEN, KÄÄNTÖLAITE KUORMAN KIERTOLIIKKEEN OHJAUKSEEN JA EPÄKESKOPYÖRITYSLAITE KUORMAN PYÖRITYKSEN OHJAUKSEEN

Keksinnön ala Tämän keksinnön kohteena on paineväliainejärjestelmä kuorman ohjaukseen. Tämän keksinnön kohteena on kääntölaite kuorman kiertoliikkeen ohjaukseen. Tämän keksinnön kohteena on epäkeskopyöritys-laite kuorman pyörityksen ohjaukseen.

Keksinnön taustaa

Paineväliainejärjestelmissä kuorman ohjaukseen käytetään toimilaitteita, joissa on työkammioita, joissa on tehollinen pinta-ala, johon pai-neväliaineen paine vaikuttaa ja aikaansaa voimavaikutuksen, joka toimilaitteen välityksellä vaikuttaa kuormaan. Voimavaikutuksen suuruus riippuu paineesta, jota perinteisissä paineväliainejärjestelmissä säädetään vaihtelevien voimavaikutuksien aikaansaamiseksi Tyypillisiä esimerkkejä ovat kuorman siirtäminen, nostaminen ja laskeminen, ja kuorma voi fyysiseltä muodoltaan vaihdella järjestelmästä toiseen, ollen esimerkiksi jokin rakenteen, laitteiston tai järjestelmän osa, jota halutaan liikutella. Paineen säätö perustuu useimmiten häviölliseen säätöön ja perinteisissä häviösäätöisissä ratkaisuissa toimilaitteen voimansäätö saavutetaan säätämällä portaattomasti työkammioiden paineita. Tällöin paineita säädetään kuristamalla kammioon meneviä ja kammiosta pois tulevia paineväliaineen virtauksia. Kyseessä on esimerkiksi ohjaus proportionaaliventtiilien avulla.

Tyypillisesti perinteisissä järjestelmissä on painepuoli, jonka painetta säädetään ja joka tuottaa paineväliaineen tilavuusvirtaa, sekä paluu-puoli, jossa kykenee vastaanottamaan tilavuusvirta ja jossa vallitsee mahdollisimman alhainen painetaso, ns. tankkipaine, häviöiden minimoimiseksi.

Tunnettuja paineväliaineita ovat hydrauliöljy, paineilma ja vesi tai vesipohjaiset hydraulinesteet.

Perinteisten järjestelmien ongelmana onkin energiahäviöt, erityisesti ohjausventtiileissä tapahtuvat energiahäviöt.

Keksinnön yhteenveto

Keksinnön mukainen paineväliainejärjestelmä kuorman ohjaukseen on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukainen kääntölaite kuorman kiertoliikkeen ohjaukseen on esitetty patenttivaatimuksessa 15. Keksinnön mukainen epäkeskopyörityslaite kuorman pyörityksen ohjaukseen on esitetty patenttivaatimuksessa 22.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esitellä vaihtoehtoinen tapa paine-väliaineella toimivan toimilaitteen tai toimilaitteiden ohjaukseen, joka tapa mahdollistaa tarvittaessa myös energian säästön. Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja perinteiseen proportionaaliohjaukseen verrattuna ja poistetaan niiden ongelmia.

Keksinnön kohteet ovat ohjausjärjestelmä ja -menetelmä yhden tai useamman kahdessa paineväliainepiirissä toimivan toimilaitteen ohjaamiseksi. Ohjausjärjestelmä ja paineväliainepiiri on järjestetty joko paineväliaineella toimivan toimilaitteen generoiman voiman, kiihtyvyyden, nopeuden tai aseman säätöä varten, tai useita toimilaitteita käsittävän laitesovelluksen generoiman voiman kiihtyvyyden, momentin, kulmakiihtyvyyden, nopeuden, kulmanopeuden, aseman ja kiertymän säätöä varten.

Keksinnössä sovellettava paineväliainepiiri on tyypillisesti tankiton ja käsittää korkeapaineyhteyden (jatkossa käytetään myös merkintää HP, HP-piiri tai HP-yhteys) ja matalapaineyhteyden (LP, LP-piiri tai LP-yh-teys), joihin tuotetaan esim. erityisestä latauspiiristä järjestelmän käyttöön tarvittava lisäenergia. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa HP-ja LP-piirien kautta varataan latauspiiriin järjestelmästä, erityisesti sy-lintereiden työkammioista, työliikkeiden aikana palautuva liike- ja potentiaalienergia.

HP-piiriin on tavallisimmin liitetty korkeampaan paineeseen paineistettava energian varastointiyksikkö ja LP-piiriin on vastaavasti liitetty alempaan paineeseen paineistettava energian varastointiyksikkö. Kyseessä on esimerkiksi paineakku.

Järjestelmän sekä korkeapainelinja (HP-piiri) että matalapainelinja (LP-piiri) kykenevät generoimaan tarvittavan paineen ja sekä syöttämään että vastaanottamaan tilavuusvirtaa. Keksinnön mukainen järjestelmä poikkeaa tunnetun tekniikan mukaisista järjestelmistä, joissa on valittavissa vain yksi painelinja (jonka painetta lisäksi säädetään portaattomasti) ja yksi paluu- tai tankkilinja, joka kykenee vain vastaanottamaan tilavuusvirtaa (mutta ei tuottamaan sitä) ja tarjoamaan vastapaineen.

Erityisen latauspiirin avulla on mahdollista siirtää energiaa em. energian varastointiyksiköiden välillä siihen suuntaan, kun kulloinkin on tarpeellista. Mikäli järjestelmän työsykli on energiaa sitova (kuorman, esim. kappaletavaran nosto korkeammalle tasolle), tuodaan tarvittava energia järjestelmään mekaanisena energiana esim. pumppaamalla paineväliainetta LP-piiristä HP-piiriin hydraulisen pumppumoottoriyksi-kön avulla. Mikäli työsykli on energiaa vapauttava (kuorman, esim. kappaletavaran laskeminen alemmalle tasolle), voidaan järjestelmästä ylimääräinen hydraulinen energia muuttaa takaisin mekaaniseksi energiaksi laskemalla paineväliainetta HP-piiristä LP-piiriin hydraulisen pumppumoottoriyksikön läpi. Mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi esim. generaattorin avulla. Saman järjestelmän työsykli voi olla sekä energiaa sitova (kuorman kiihdytys) että energiaa vapauttava (kuorman jarrutus).

Paineväliaineen pääsyä toimilaitteeseen ja palautumista toimilaitteesta hallitaan ohjausrajapintojen avulla. Toimilaitteessa on yksi tai useampi työkammio, joka toimii syrjäytysperiaatteella. Kussakin ohjausrajapinnassa on yksi ohjausventtiili tai useampi ohjausventtiili rinnakkain kytkettynä. Ohjausventtiilit ovat sopivimmin nopeita (ja huomattavan pie-nihäviöisiä) sulkuventtiileitä, esimerkiksi sähköisesti ohjattuja venttii-leitä, ja mikäli venttiilit ovat samassa linjassa rinnakkain, niin ne yhdessä määräävät linjan tilavuusvirran. Toimilaitteen kukin työkammio erikseen on ohjaustilanteesta riippuen joko kokonaan suljettuna tai yhteydessä ohjausrajapintojen kautta joko HP-piiriin tai LP-piiriin. Tämän vuoksi toimilaitteen työkammioiden paineistusten tilat voidaan esittää luvuilla nolla (0), jolla tarkoitetaan matalaa painetta, ja yksi (1), jolla tarkoitetaan korkeaa painetta. Tällöin toimilaitteen kammioiden paineiden tilat voidaan yksiselitteisesti ilmaista yhdellä binääriluvulla kullakin ajanhetkellä, kun toimilaitteen työkammioihin viitataan aina tietyssä ennalta sovitussa järjestyksessä. Kyseistä suoraan digitaalisella pai-nesignaalilla suoritettua ohjaustapaa, jossa 2-painejärjestelmässä toimivalla toimilaitteella on rajallinen määrä diskreettejä ohjauksia, joiden lukumäärä muodostuu työkammioihin kytkettyjen paineiden kytkentä-kombinaatioiden lukumäärän mukaisesti, kutsutaan jatkossa digitaaliseksi ohjaukseksi.

Ohjausrajapinnat toimivat siten, että ohjausrajapinnan venttiili, tai kaikki rinnakkaiset venttiilit, on ohjattu joko auki tai kiinni. Ohjausrajapinnan ohjaus voi siis olla binäärinen, jolloin ohjausarvo on joko ykkönen (ohjausrajapinta auki) tai nolla (ohjausrajapinta kiinni). Venttiilille voidaan muodostaa tarvittava sähköinen ohjaussignaali perustuen ohjausar-voon.

Ohjausjärjestelmän toiminta edellyttää, että järjestelmä käsittää ainakin yhden toimilaitteen, jossa on ainakin yksi työkammio. Toimilaitteen generoima voimavaikutus perustuu työkammion teholliseen pinta-alaan ja työkammissa vaikuttavaan paineeseen. Toimilaitteen työkammion generoiman voimavaikutuksen suuruus on em. tekijöiden laskennallinen tulo. Tässä suoritusmuodossa toimilaitteen ohjaaman kuorman kuor-mavoima on sopivimmin suurempi kuin LP-piirin generoima voimavaikutus ja pienempi kuin HP-piirin generoima voimavaikutus, jotta aikaansaadaan ainakin 2-portainen voimansäätö.

Järjestelmän eräässä laajemmassa suoritusmuodossa järjestelmä käsittää ainakin yhden toimilaitteen, jossa on ainakin kaksi työkammiota, joiden teholliset pinta-alat eroavat toisistaan, jotta aikaansaadaan ainakin 4-portainen voimansäätö. Eri työkammioiden generoimat voima-komponentit ovat joko samaan suuntaan tai eri suuntiin, riippuen järjestelmästä ja ohjattavan kuorman käyttäytymisestä. Kukin työkammio kykenee generoimaan kaksi erisuuruista voimakomponenttia. Sopi-vimmin pinta-alojen suhde on 1:2, jotta aikaansaadaan tasaportainen voimansäätö. Vastaava järjestelmä aikaansaadaan kahdella 1-kammi-oisella toimilaitteella, jotka toteuttavat esim. suhteen 1:2. Useampipor-tainen säätö aikaansaadaan työkammioita lisäämällä, joko samassa toimilaitteessa tai erillisiä toimilaitteita lisäämällä ja kytkemällä ne kuormaan. Sopivimmin on niin, että teholliset pinta-alat eroavat toisistaan. Sopivimmin on lisäksi niin, että pinta-alojen suhde noudattaa binääristä sarjaa 1, 2, 4, 8, 16 jne., jotta aikaansaadaan tasaisesti porrastunut voimansäätö, kun tehollisia pinta-aloja kytketään joko HP-pii-riin tai LP-piiriin eri kytkentäkombinaatioita hyväksikäyttäen. Tasaisesti porrastuneella tarkoitetaan sitä, että askel voimaportaalta seuraavalle on vakiokokoinen. Voimaportaat muodostuvat useiden voimakompo-nenttien erilaisina kombinaatioina. Pinta-alojen väliset suhteet voivat noudattaa myös muuta sarjaa, esim. 1, 1, 3, 6, 12, 24 jne. tai Fibonacci tai PNM-koodaustavan mukaista sarjaa ja samansuuruisia pinta-aloja tai binäärikoodauksesta poikkeavia pinta-aloja lisäämällä saadaan lisä-portaita, mutta samalla saadaan myös redundantteja kytkentätiloja, jotka eivät lisää uusia voimaportaita vaan toimilaitteen sama voimavaikutus saadaan aikaan kahdella tai useammalla kytkentäkombinaatiolla.

Lisäksi, useamman toimilaitteen tapauksessa järjestelmän tilojen määrä muodostuu potenssifunktiona siten että kantalukuna on toimilaitteen ohjausten tilojen määrä toimilaitetta kohden ja eksponenttina toimilaitteiden määrä. Jos toimilaitteita on kaksi, niin tilojen määrä kasvaa toiseen potenssiin ja esim. 4-kammioisen toimilaitteen tapauksessa lukemaan 162 = 256. Mikäli kahden identtisen toimilaitteen vastaavat kammiot ovat kuitenkin samansuuruiset, ovat tilat suurimmaksi osaksi toistensa suhteen redundantteja.

Järjestelmän eräs erityinen kompakti, säädön kannalta riittävän moniportainen ja monipuolisesti sovellettava suoritusmuoto käsittää yhden toimilaitteen, jossa on neljä työkammiota, joiden tehollisten pinta-alojen suhteet noudattaen binääristä sarjaa 1, 2, 4 ja 8, jolloin aikaansaadaan 16-portainen voimansäätö, joka on tasaportainen. Toimilaitteessa on lisäksi järjestetty niin, että niiden kammioiden generoima voimakom-ponentit vaikuttavat samaan suuntaan, joilla on suurin tehollinen pinta- ala ja toiseksi pienin tehollinen pinta-ala. Muiden kammioiden generoimat voimakomponentit ovat vastakkaissuuntaisia.

Tässä dokumentissa voimansäädöstä tai momentin säädöstä puhuttaessa tarkoitetaan voiman tai momentin ohjaamista, koska tietyillä ohjauksilla järjestelmä tuottaa aina tietyn voiman tai momentin, joiden saavuttamiseen ei tarvita takaisinkytkettyä tietoa. Laitteella, jonka voimantuotto on portaittain valittavissa, on helposti toteutettavissa kiihtyvyyden portaittainen säätö, missä kiihtyvyys on suoraan verrannollinen ns. efektiiviseen voimaan, joka muodostuu toimilaitteen generoiman voimavaikutuksen ja kuormavoiman voimavaikutuksen erotuksena. Kiihtyvyyden säädössä järjestelmä tarvitsee takaisinkytkentätietona järjestelmää kuormittavan voiman ja kuorman hitausmassan, jotta järjestelmä voi päätellä, millä voimantuotolla haluttu kiihtyvyys toteutuu. Helpoiten esitelty järjestelmä on kuitenkin sovellettavissa sellaisissa sovelluksissa, joissa kuorman hitausmassa pysyy kutakuinkin vakioar-voisena, jolloin takaisinkytkettäväksi tiedoksi jää vain järjestelmää kuormittava kuormavoima.

Kiihtyvyyssäätöistä järjestelmää voidaan laajentaa nopeussäätöiseksi nopeustakaisinkytkennän avulla. Nopeussäätöistä järjestelmää voidaan edelleen laajentaa asemasäätöiseksi asematakaisinkytkennän avulla.

Mielivaltaisesti vai itu n kiihtyvyyden, kulmakiihtyvyyden, nopeuden, kulmanopeuden, aseman tai kiertymän tietyllä ohjearvolla saavutettavan toistettavuuden edellytyksenä on, että järjestelmän suhteellisen ohjauksen arvolla nolla toimilaitteen kiihtyvyyden tulisi olla likimain nolla. Toimilaitteen diskreetin ohjauksen vakioarvolla voimaohjatun toimilaitteen kiihtyvyys riippuu kuitenkin voimakkaasti kuormavoimasta. Ohjauksen arvoon on siis summattava kuormavoimaa kompensoiva termi, jota tässä dokumentissa kutsutaan ohjauksen kiihtyvyysnollapisteeksi. Tällä ohjauksen arvolla mekanismin kiihtyvyys pidetään mahdollisimman lähellä nollaa. Termin generointi toteutetaan joko kokemusperäisesti, järjestelmän kuormavoiman vaikutus arvioimalla, taulukoimalla, integroivaa säätöä käyttämällä tai anturidatasta estimoimalla.

Tekniset edut ja erot verrattuna perinteisiin ratkaisuihin ovat selvästi parempi energiatehokkuus, hallittavuus, komponenttien ja konstruktion yksinkertaisuus ja modulaarisuus. Perinteisissä häviösäätöisissä ratkaisuissa toimilaitteen voimansäätö saavutetaan säätämällä portaattomasti työkammioiden paineita. Tällöin paineita säädetään kuristamalla kammioon meneviä ja kammiosta pois tulevia väliaineen virtauksia. Sen sijaan tämä keksintö käsittää vaihtoehtoisen huomattavan vähäisillä kuristuksilla ja yksinkertaisilla venttiileillä ja järjestelmärakenteella toimivan voimansäätöön perustuvan paineväliaineella toimivan toimilaitteen ohjaustavan, jossa käytetään vain korkeapaineyhteyttä ja matalapaineyhteyttä. Voimansäätö saavutetaan säätämällä voimaa portaittain hyödyntämällä HP- ja LP-piireihin kytkettyjä toimilaitteen tehollisia pinta-aloja. Ohjaustapa yhdessä esim. binäärikoodatuilla tehollisilla pinta-aloilla varustetun toimilaitekokonaisuuden kanssa mahdollistaa tarvittaessa merkittävästi pienemmän energiankulutuksen verrattuna perinteisiin paineväliaineella toimivien toimilaitteiden ohjausmenetelmiin. Järjestelmä on myös suuria maksiminopeuksia salliva, mutta kuitenkin paikoitukseltaan hyvin tarkka.

Järjestelmän sisältäessä useampia erillisiä toimilaitteita, jotka vaikuttavat samaan kappaleeseen tai saman kappaleen samaan vaikutuspis-teeseen tai eri vaikutuspisteisiin joko samasta suunnasta tai eri suunnista, voidaan jokaisen toimilaitteen tuottamaa voimaa ohjata joko erikseen toisistaan riippumatta tai toisiinsa vaikuttaen siten, että toimilaitteiden generoiman summavoiman ts. voimavaikutuksen suunta tai suuruus saadaan halutunlaiseksi. Kyseinen summavoima vaikuttaa kuormana toimivaan kappaleeseen ja aikaansaa kiihtyvyyden, jarrutuksen tai kuormavoiman kumoutumisen. Kyseisen summavoiman saattaminen halutun suuruiseksi ja suuntaiseksi edellyttää ohjausjärjestelmältä toimilaitteiden voiman ohjauksen skaalaamista jonkin järjestelmästä mitatun tai muulla tavoin määritellyn suureen tai suureiden perusteella.

Järjestelmän sovellutuskohteet voivat vaihdella runsaasti, mutta tyypillisimpiä sovelluskohteita ovat erilaiset kääntö-, pyöritys- ja nostoliikkeet, joissa on toimilaitteen voimantuottoon nähden suhteellisen merkittäviä hitausmassoja kiihdytettävänä ja tyypillisesti myös jarrutettavana, jolloin näin myös merkittäviä energiansäästöjä on saavutettavissa. Eräitä sovelluskohteita ovat pyörityskäytöt esim. kaivinkoneissa, metsäkoneissa, materiaalinkäsittelykoneissa, nostureissa, murskain, ja sekoi-tinsovelluksissa, jolloin kyseessä on esimerkiksi hytin tai ohjaamon kääntölaite tai nosturin kääntölaite.

Esitellyn järjestelmän sovelluskohteina voidaan pitää myös sellaisia sovelluksia, joissa toimilaitteella pyritään tuottamaan pitovoimaa siten, että toimilaite joko myötää ulkoisiin ärsykkeisiin, tai vaihtoehtoisesti vastustaa niitä, eli pyrkii generoimaan vastaavansuuruisen vastavoiman ja siten pitämään liikuteltavan kappaleen paikoillaan. Samassa järjestelmässä käytettävien toimilaitteiden määrä voi vaihdella samoin kuin samaan kappaleeseen kytkettävien toimilaitteiden määrä. Erityisesti samaan kappaleeseen kytkettyjen toimilaitteiden määrällä on merkitystä järjestelmän ohjausominaisuuksiin, energiakulutukseen ja vikaantumisen mahdollisimman optimaaliseen hallintaan.

Piirustuksien lyhyt kuvaus

Keksintöä selostetaan tarkemmin eräiden esimerkkien avulla ja samalla viittaamalla oheisiin kuviin.

Fig. 1 esittää keksinnön erään esimerkin mukaisen järjestelmän, joka hyödyntää toimilaitetta, joka on neljä työkammiota käsittävä ja painevä-liaineella toimiva sylinteri.

Fig. 2 esittää kuvan järjestelmän ohjauksessa käytettävää tilataulukkoa

Fig. 3 esittää kuvassa Fig. 1 kuvatun järjestelmän generoimia voima-portaita.

Fig. 4 esittää järjestelmän ohjauksen säätökertoimien toiminnallisuutta.

Fig. 5 esittää järjestelmän ohjaukseen käytettävää säädintä.

Fig. 6 esittää järjestelmän ohjaukseen käytettävää erästä vaihtoehtoista säädintä.

Fig. 7 esittää järjestelmän ohjaukseen käytettävää erästä toista vaihtoehtoista säädintä.

Fig. 8 esittää järjestelmän ohjaukseen käytettävän ohjauskonvertterin toimintaa.

Fig. 9 esittää keksinnön erään esimerkin mukaista kääntölaitetta.

Fig. 10 esittää keksinnön erään esimerkin mukaista epäkeskopyöritys-laitetta.

Keksinnön tarkempi kuvaus

Sanoitetuilla, esim. binäärisellä sarjalla koodatuilla, työpinta-aloilla varustettu toimilaite on ns. kuristuksettomassa säädössä käyttökelpoinen sellaisissa sovelluksissa, joissa kuormasta toimilaitteelle redusoituva hitausmassa on suuri. Tämä voi tarkoittaa sitä, että liikuteltavaa massaa on paljon tai että massaa ei välttämättä ole paljon, mutta se sijaitsee pitkän vipuvarren päässä, jolloin mekanismin hitausmomentti ja sitä kautta myös toimilaitteen männälle redusoituva inertia, eli massan hitaus, on suuri. Toimilaitteen männällä maksi mi kiihtyvyydet ovat tällöin suunnilleen samaa luokkaa kuin perinteisilläkin ohjaustavoilla. Koska kuristukset ovat hyvin vähäisiä, järjestelmä sallii suuria maksiminopeuksia toimilaitteen iskunpituuden ollessa suuri. Suuret nopeudet toimilaitteen männällä vaativat suuria tilavuusvirtoja toimilaitteen työkam-mioihon tai työkammioista pois syrjäytysperiaatteen mukaisesti. Tämän vuoksi ohjausventtiileiden tulee kyetä läpäistä tarvittaessa niin suuria tilavuusvirtoja, että laajenevaan työkammioon virtaa painevä-liainetta tarvittavalla nopeudella ilman, että kavitointia pääsee esiintymään.

Eniten järjestelmästä on hyötyä suuria tehoja vaativissa liikkeissä, joissa suuren massan kiihdyttämiseen tarvitaan paljon voimaa tai momenttia, tasaisen liikkeen aikana tarvitaan hyvin vähän voimaa tai momenttia ja jarrutusvaiheessa tarvitaan suuri jarrutusvoima tai -momentti. Etuna on tällöin, että tasaisen liikkeen aikana järjestelmä ei juurikaan kuluta tehoa, koska toimilaitteen tehollinen voima säädetään tällöin lähelle nollaa, kuitenkin siten että järjestelmään syötetty energia kattaa kitka- ja viskoosihäviöt. Tehollisen voiman säätäminen halutulle tasolle, esimerkiksi lähelle nollaa, tapahtuu valitsemalla käyttöön sopivat teholliset pinta-alat ja niihin vaikuttava paine joko HP-piiristä tai LP-piiristä. Tällöin siis valitaan kulloiseenkin säätötilanteeseen sopiva voi-maporras.

Mikäli järjestelmällä suoritetaan lisäksi energian talteenottoa, niin jarrutuksessa vapautuva energia voidaan syöttää takaisin järjestelmän HP-piiriin säätämällä tehollinen pinta-ala päinvastaiseksi kuin kiihdytysliik-keessä. Järjestelmä säästää energiaa samalla tavoin myös sellaisissa nosto-, kääntö- tai pyörityssovelluksissa, joissa mekanismin paikallaan pitämiseksi tarvitaan selkeästi nollasta poikkeava voima tai momentti, ns. pitovoima tai -momentti. Tällöin tasaisen liikkeen aikana toiseen suuntaan siirryttäessä järjestelmään sitoutetaan energiaa erityisestä latauspiiristä, ja vastakkaiseen suuntaan siirryttäessä järjestelmästä ladataan energiaa takaisin samaan latauspiiriin. Tällöin tasaisen liikkeen aikana toimilaitteen teholliset pinta-alat voidaan valita niin, että toimilaitteen generoima voima on lähellä tarvittavaa pitovoimaa tai momenttia, kuitenkin siten että järjestelmään syötetty energia kattaa kitka-ja viskoosihäviöt. Em. häviöiden ja ohjausrajapintojen tilanvaihdoissa tapahtuvien häviöiden takia kaikkea järjestelmään syötettyä energiaa ei saada syötettyä takaisin latauspiiriin.

Järjestelmän toiminnan ja energiansäästön kannalta on olennaista, että sekä korkeapainelinja (HP-piiri, P-piiri) että matalapainelinja (LP-piiri, T-piiri) kykenee sekä syöttämään että vastaanottamaan tilavuusvirtaa ilman, että linjojen painetasot muuttuvat radikaalisti.

Kuvassa 1 on esitetty eräs esimerkki järjestelmästä, joka koostuu pai-neväliaineella toimivasta 4-kammioisesta sylinteritoimilaitteesta, tehon-syöttölinjoista, energian varastointiyksiköistä ja ohjausventtiileistä.

Järjestelmään kuuluu korkeapainetta (HP tai P) tuottava painelähde 1, matalapainetta (LP tai T) tuottava painelähde 2, HP-linja (korkeapaine-linja, P-linja) 3, LP-linja (matalapainelinja, T-linja) 4, toimilaitteen A-kammioon yhteydessä oleva linja 5, toimilaitteen B-kammioon yhtey dessä oleva linja 6, toimilaitteen C-kammioon yhteydessä oleva linja 7, ja toimilaitteen D-kammioon yhteydessä oleva linja 8. Painelähde 1 ja HP-linja 3 muodostavat HP-piirin (P-piiri) ja painelähde 2 ja LP-linja 4 muodostavat LP-piirin (T-piiri).

Järjestelmässä on lisäksi ohjausrajapinnat, jotka kontrolloivat kunkin kammion yhteyttä HP-linjaan ja LP-linjaan, ts. ohjausrajapinta 9 (kontrolloi yhteyttä HP/P-A), ohjausrajapinta 10 (A-LP/T), ohjausrajapinta 11 (HP/P-B), ohjausrajapinta 12 (B-LP/T), ohjausrajapinta 13 (HP/P-C), ohjausrajapinta 14 (C-LP/T), ohjausrajapinta 15 (HP/P-D), ja ohjausrajapinta 16 (D-LP/T).

Järjestelmään kuuluu lisäksi HP-painevaraaja 17, joka on yhteydessä HP-linjaan 3, ja LP-painevaraaja 18, joka on yhteydessä LP-linjaan 4. Tässä esimerkissä järjestelmä käsittää siis yhden kompaktin toimilaitteen 23, jossa on neljä työkammiota, joista kaksi työkammiota (A, C) toimii samaan suuntaan, pidentäen toimilaitteena 23 toimivaa sylinteriä, ja kaksi työkammiota (B, D) toimii vastakkaiseen suuntaan, lyhentäen sylinteriä. Toimilaitteessa 23 on A-kammio 19, B-kammio 20, C-kam-mio 21 ja D-kammio 22. Toimilaite 23 puolestaan vaikuttaa kuormana toimivaan kappaleeseen.

Korkeapainetta HP tuottava painelähde 1 on yhteydessä korkeapaine-linjaan 3. Korkeapainelinjaan on myös liitettynä korkeapainevaraaja 17. Korkeapainelinja haaroittuu kuhunkin toimilaitteen kammion linjaan 5, 6, 7 ja 8 korkeapaineen ohjausrajapintojen 9, 11, 13 ja 15 kautta vastaavassa järjestyksessä.

Matalapainetta LP tuottava painelähde 2 on yhteydessä matala-painelinjaan 4. Matalapainelinjaan on myös liitettynä matalapaineva-raaja 18. Matalapainelinja haaroittuu kuhunkin toimilaitteen kammion linjaan 5, 6, 7 ja 8 matalapaineen ohjausrajapintojen 10, 12, 14 ja 16 kautta vastaavassa järjestyksessä.

Kammioiden linjat 5, 6, 7 ja 8 ovat suoraan yhteydessä kammioihin 19, 20, 21 ja 22 vastaavassa järjestyksessä. Kunkin kammion linjaan voidaan tarvittaessa liittää paineenrajoitusventtiili. Em. linjat ja ohjausraja pinnat muodostavat toimilaitteen 23 ohjauksessa tarvittavan ohjauspiirin 40.

Esimerkkinä olevassa kuvan 1 järjestelmässä toimilaite 23 on lisäksi kammioiden pinta-alojen osalta järjestetty niin, että pienimpään pinta-alaan suhteutetut pinta-alojen arvot noudattavat binäärijärjestelmän painokertoimia (1, 2, 4, 8, 16 jne.), jolloin toimilaitetta 23 kutsutaan myös binäärisesti koodatuksi. Pinta-alojen binäärinen koodaus on digitaalisella ohjauksella toteutetun voimansäädön kannalta otollisin tapa koodata pinta-alat siten, että minimaalisella kammioiden lukumäärällä saavutetaan maksimaalinen erisuuruisten voimaportaiden lukumäärä siten, että voimat porrastuvat tasaisesti. Toimilaitteessa on neljä kammiota, ja jokaista kammiota voidaan käyttää kahdessa eri tilassa, joita voidaan kutsua korkeapainetilaksi ja matalapainetilaksi (vastaten kahta erisuuruista voimakomponenttia), jolloin kuhunkin kammioon on kytketty vain joko HP-linja tai LP-linja. Kammioiden tuottamia voimakom-ponentteja FA, FB, Fc, FD on havainnollistettu kuvaan 1. Tilat voidaan kuvata myös nollaksi ja ykköseksi (HP-linja = 1 ja LP-linja = 0). Tällöin muodostuu tilakombinaatioiden määräksi 2n, missä n on kammioiden lukumäärä, ja em. esimerkissä saavutetaan 16 erilaista kammioiden tilakombinaatioita, ja sitä kautta sylinterillä voidaan generoida 16 erisuuruista voimaa, joiden suuruudet jaottuvat tasaisin välein pienimmästä suurimpaan, binäärisen koodauksen ansiosta. Redundantteja tiloja ei ole, koska binäärikoodauksen takia kukin voimaporras voidaan tuottaa vain yhdellä kytkentäkombinaatiolla. Tällöin myöskään Itseisarvoltaan saman suuruisia voimakomponentteja ei ole, koska kaikki kammiot ovat keskenään erisuuruisia. Tässä esimerkissä eri voima-komponenttien vaikutussuunnat ovat osittain vastakkaisia ja niiden summavoima määrää toimilaitteen generoiman voiman ja vaikutus-suunnan, yhdessä LP- ja HP-piirien painetasojen kanssa, minkä vuoksi LP- ja HP-painetasoja säätämällä toimilaitteella voidaan generoida ko-konaisvoimia joko vain yhteen suuntaan tai kahteen vastakkaiseen suuntaan. Sovelluksesta riippuu, minkä suuntaisia kokonaisvoimia halutaan tai on tarpeen käyttää.

Kuvan 1 järjestelmään lisättävä säädin ohjaa järjestelmän toimintaa ja voi muodostaa osan laajempaa ohjausjärjestelmää, joka ohjaa kuvan 1 järjestelmää halutun toimintasekvenssin aikaansaamiseksi, liittyen halutun voiman, momentin, kiihtyvyyden, kulmakiihtyvyyden, nopeuden, kulmanopeuden, aseman tai kiertymän aikaansaamiseen. Ohjearvo voidaan antaa joko automaattisesti tai manuaalisesti esimerkiksi ohjaussauvan avulla. Ohjausjärjestelmä käsittää tyypillisesti ohjelmoidun prosessorin, joka noudattaa haluttuja algoritmeja ja saa tarvittaessa mittaustietoja antureita päätöksenteon pohjaksi. Ohjearvo, jonka säädin saa laajemmalta ohjausjärjestelmältä kullakin hetkellä riippuu halutusta toiminnallisuudesta.

Venttiileiden, joilla ohjausrajapinnat 9-16 on toteutettu, eri kytkentä-kombinaatiot, joilla toimilaite 23 tuottaa erisuuruisia voimia, on järjestetty säätimessä ns. ohjausvektoriin siten, että venttiilien eri tiloilla tuotetut voimat ovat suuruusjärjestyksessä, esim. kuvan 2 mukaisesti. Tämä onnistuu binäärikoodatuilla pinta-aloilla varustetun sylinterin 23 tapauksessa siten, että kammioiden tilan valinnassa käytetään kasvavaa 4-bittistä binäärilukua, jossa lisäksi negatiiviseen suuntaan (sylinteri lyhenee) vaikuttavien kammioiden 20 ja 22 tilaa kuvaavat bitit on käännetty komplementeikseen. Kammioiden tilojen valinnassa ja sylinterin ohjauksessa käytettävässä binääriluvussa kunkin bitin merkitsevyys on verrannollinen työkammioiden tehollisiin pinta-aloihin. Näin sylinterin tuottamaa voimaa voidaan ohjata verrannollisena ohjaus-vektorista valitun ohjauskombinaation indeksointiin kyseisessä ohjaus-vektorissa.

Kuvassa 2 on esimerkki 4-kammioisen sylinteritoimilaitteen tilataulu-kosta, vastaten kuvan 1 järjestelmää. Sylinterin työkammioiden teholliset pinta-alat on koodattu binäärisin painokertoimin: A:B:C:D = 8:4:2:1. Tilataulukosta huomataan, kuinka teholliset pinta-alat korkeassa ja matalassa paineessa muuttuvat tasaisin välein siirryttäessä tilasta seuraa-vaan. Tästä johtuen myös toimilaitteen aikaansaama voimavaste porrastuu tasaisesti.

Sarakkeessa "u%" on erilaisten ohjausarvojen (Cntrl) indeksointiluku desimaalilukuna. Sarakkeessa "dec 0...15" on kammioiden binäärisistä tiloista (HP, LP) muodostuvaa binäärilukua vastaava desimaaliluku. Sarakkeissa A, B, C, ja D on kammioiden binääriset tilat ilmaistuna si- ten, että bitti 1 vastaa korkeapainetta (HP) ja bitti O vastaa matala-painetta (LP). Sarakkeissa "a/HP” ja a/LP” on merkittynä toimilaitteen HP- ja LP-paineisiin kytketyt teholliset pinta-alat suhteellisina lukuina olettaen, että em. pinta-alasuhteet toteutuvat. Sarakkeessa "dec 0...255" on merkittynä vastaavasti ohjausventtiileiden binäärisistä tiloista muodostuvaa binäärilukua vastaava desimaaliluku. Sarakkeet A-LP, HP-A, B-LP, HP-B, C-LP, HP-C, D-LP ja HP-D sisältävät kutakin ohjausarvoa vastaavat ohjausrajapintojen binääriset tilat (1=auki, 0=kiinni).

Kuvassa 3 on havainnollistettuna voimakuvaajat kuvan 2 tilataulukko-esimerkissä esitellylle tapaukselle ja ideaalisesti binäärikoodatuilla pinta-aloilla varustetulle 4-kammioiselle sylinteritoimilaitteelle, joka on esim. kuvan 1 mukainen. Tässä tarkemmassa esimerkissä sylinterin männän halkaisija on 85 mm, HP-piirin paine on 14 MPa ja LP-piirin paine on 1 MPa. Ylemmässä kuvaajassa on esitettynä suuruusjärjestyksessä toimilaitteen generoimat voimat, jotka saavutetaan kammioiden eri kytkentäkombinaatioilla yhdistämällä kammioita HP- tai LP-pii-riin kuvan 2 tilataulukon mukaisesti.

Alemmassa kuvaajassa ylempi käyrä esittää toimilaitteen voimantuottoa esittämällä porrastetut voimat jatkuvana funktiona. Alempi käyrä esittää sylinterin männän tai männänvarren kiihtyvyyteen verrannollista efektiivistä voimantuottoa, joka voidaan laskea siten, että toimilaitteen tuottamaan voimaan summataan ulkoisen kuormavoiman vaikutus, joka tässä tapauksessa on puristava tai sylinterin pidentymistä vastustava. Kuormavoima riippuu sovelluksesta ja ohjattavan kappaleen aiheuttamasta kuormasta. Puristava ulkoinen voima oletetaan tässä esimerkissä negatiiviseksi, eli se pudottaa efektiivisen voiman käyrää alaspäin, ja vetävä ulkoinen voima puolestaan nostaa efektiivisen voiman käyrää ylöspäin, ja tässä tapauksessa edesauttaa sylinterin pidentymistä. Käyräkuvaajista voidaan hakea likiarvo niille ohjausar-voille, joilla toteutunut voima tai kiihtyvyys on nolla. Voimanollapisteellä tarkoitetaan sitä ohjausarvon likiarvoa, jolla toimilaitteen tuottama voima on nolla. Kiihtyvyysnollapisteellä tarkoitetaan sitä ohjausarvoa, jolla toimilaitteen liikkuvan osan kiihtyvyys on nolla. Kun kyseessä on sylinteri, niin kiihtyvänä osana on mäntä ja männänvarsi, rungon pysy- essä paikoillaan, mikäli kuorma on kytketty männänvarteen. Toisaalta kiihtyvänä osana voi olla sylinterin runko, joka liikkuu suhteessa mäntään, männän ja männänvarren pysyessä paikoillaan, mikäli kuorma on kytketty runkoon. Binäärisen toimilaitteen mitoituksen tapauksessa kuvan 3 käyrä on jatkuva funktio, joka on 1. kertaluokan polynomi eli suora.

Tarkastellaan seuraavaksi järjestelmän ohjaukseen käytettävää säädintä, joka ohjearvon avulla laskee tarvittavat ohjausarvot, jolla ohjataan kuormaa toimilaitteen välityksellä. Ohjausarvot ovat tässä tapauksessa venttiilien tiloja kuvaavia arvoja.

Mahdollisia säädinvaihtoehtoja on useita, joista tässä esitellään eräitä sopivia esimerkkejä. Eri säätimille yhteinen piirre on, että säädin päättelee optimaaliset ohjausrajapintojen tilat, ts. ohjausventtiileiden asennot (avoin tai suljettu). Päättely tapahtuu annettujen ohjearvojen ja mitattujen suureiden perusteella. Säätimen digitaaliset ulostulot käytetään ohjausventtiilien asentojen asettamiseen.

Ulostulojen kombinaatioita on yhteensä 2", missä n on ulostulojen lukumäärä, kun ohjausventtiilien asentoja kuvataan lisäksi binäärisillä vaihtoehdoilla 0 ja 1. Näistä kombinaatioista käytetään kuitenkin vain osa, koska ei sallita tilannetta, jossa samaan kammioon olisi samanaikaisesti kytkettynä sekä HP-piiri että LP-piiri. Kuvattu tilanne tarkoittaisi esim. sekä ohjausrajapinnan 11 (HP-B) että ohjausrajapinnan 12 (B-LP) olemista avoinna, mikä johtaisi oikosulkuvirtaukseen HP-piiristä LP-piiriin ja kammion 20 paineen poikkeamista sekä LP-piirin että HP-piirin paineesta. Oikosulkuvirtaus aiheuttaa lisäksi energiahäviöitä, joita pyritään välttämään. Esitettävä säätötapa poikkeaa olennaisesti pro-portionaalisesta säädöstä, jossa järjestelmän liiketilaa ohjataan yhdellä ohjausventtiilillä portaattomasti.

Säätimen 24 toimintaa tarkastellaan kuvassa lohkokaaviotasolla, joka soveltuu myös järjestelmän simulointiin. Lohkokaaviossa esitettyjen periaatteiden perusteella alan asiantuntija kykenee suunnittelemaan ja toteuttamaan tarvittavan säädinlaitteen (säätöalgoritmin/säätöohjelmis-ton), joka kytketään kuormaa ohjaavaan järjestelmään. Kyseessä on tyypillisesti signaalinkäsittelyyn soveltuva ja ohjelmallisesti ohjattu pro sessori, joka toteuttaa tiettyjä laskenta-algoritmeja. Säädin sisältää tarvittavat sisäänmenot ja ulostulot signaalien vastaanottoa ja generointia varten. Säätökertoimista puhuttaessa tässä dokumentissa tarkoitetaan kuvan 4 mukaista, sinänsä tunnettua elintä 25, joka skaalaa sisään-menosuureen In1 siten, että ulostulosuureeksi Outi tulee sisään-menosta joillakin säätökertoimilla skaalattujen P- (vahvistuskerroin), I-(integrointikerroin) ja D-termien (derivointikerroin) summa. Sisääntulona on tyypillisesti asetus- tai ohjearvosta mittausarvon perusteella laskettu erotus. Kertoimien tarkemmat lukuarvot löydetään kokeilemalla tai laskennallisesti säätimen virityksen yhteydessä.

Kuvassa 5 on esitetty kuvassa 1 esitetyn digitaalisesti ohjatun 4-kammioisen toimilaitteen säädin 24. Vastaavaa säädintä voidaan soveltaa myös muilla toimilaitteilla tai toimilaitteiden yhdistelmillä, joiden työkammioiden pinta-alojen koodaus on vastaavanlainen. Selvää on, että säätimen 24 periaatteet ovat laajennettavissa myös muihin kuin 4-kammioisiin järjestelmiin tai binäärisesti koodattuihin toimilaitteisiin.

Voimaohjatusta järjestelmästä voidaan tehdä kiihtyvyyssäätöinen siten, että takaisinkytketään säätimelle kiihtyvyystieto, sekä tieto toimilaitteen voimantuotosta. Tämän perusteella voidaan laskea ohjaukselle nolla-kiihtyvyyden tuottava kompensointitermi, jolloin kuormavoimasta riippumatta järjestelmälle voidaan generoida haluttu kiihtyvyys.

Kiihtyvyyssäätöisestä järjestelmästä voidaan tehdä nopeussäätöinen siten, että säätimelle annetaan nopeuden ohjearvo ja tätä verrataan toimilaitteelta mitattuun nopeustietoon (nopeustakaisinkytkentä). Tällöin toimilaitteen tuottamaa voimaa ohjataan verrannollisena nopeuden erosuureeseen, eli nopeuden ohjearvon ja oloarvon, ts nopeustiedon erotukseen. Erosuure skaalataan kuvan 4 mukaisella elimellä.

Nopeussäätöisestä järjestelmästä voidaan tehdä asemasäätöinen siten, että säätimelle annetaan aseman ohjearvo ja tätä verrataan toimilaitteelta mitattuun asematietoon. Tällöin nopeussäätöjärjestelmään syötettävää toimilaitteen nopeuden ohjearvoa säädetään verrannollisena aseman erosuureeseen, eli aseman ohjearvon ja oloarvon erotukseen. Tällä tavoin toteutettu aseman säätävä järjestelmä, joka pe rustuu toimilaitteen voiman ohjaamiseen, on eräs esimerkki ns. sekun-däärisäätöisestä järjestelmästä.

Toimilaitteen aseman säätävä kuvan 5 säädin 24 suorittaa sekundää-risäätöä, ja muuttaa lasketun ohjausarvon ohjausventtiileiden tilakombi-naatioiksi. Säädin saa sisäänmenoikseen toimilaitteen aseman ohjearvon 26 ja asematiedon 27 ja laskee näiden erotuksen, joka on aseman erosuure. Aseman erosuure skaalataan asemasäädön lohkossa 61 (asemasäädön kertoimet) nopeuden ohjearvoksi 28 kuvan 4 mukaisella elimellä 25. Nopeuden ohjearvosta 28 vähennetään nopeustieto 29, jolloin saadaan nopeuden erosuure. Nopeuden erosuure skaalataan nopeussäädön lohkossa 30 (nopeussäädön kertoimet) kuvan 4 mukaisella elimellä 25 suhteelliseksi efektiivisen voiman ohjausarvoksi 31, joka saturoidaan esim. välille -1...1 ja syötetään ohjauskonvertterille 32. Tällä tavoin skaalattu ohjausarvo on helppo skaalata edelleen toimilaitteen ohjausarvoiksi. Mikäli nopeussäädön lohkon 30 kertoimissa I-termi on nolla, eli integroivaa säätöä ei käytetä, on efektiivisen voiman ohjausarvo 31 haluttuun kiihtyvyyteen verrannollinen, jolloin ohjausar-voa 31 voidaan nimittää myös kiihtyvyyden suhteelliseksi ohjausarvoksi. Integroivaa säätöä käytettäessä ohjausarvo 31 lähenee toimilaitteen haluttuun voimantuottoon verrannollista suuretta, jolloin ohjaukseen ei enää jälkeenpäin summata kuormavoimaa kompensoivaa termiä.

Ohjauskonvertterin 32 tarkoituksena on ensisijaisesti muuttaa ohjaus-arvo 31 ohjausrajapintojen venttiileiden binäärisiksi ohjauksiksi. Mikäli integroivaa säätöä ei käytetä, tarvitsee ohjauskonvertteri tätä toimintoa varten myös tiedon toimilaitteeseen vaikuttavasta kuormavoimasta ja summaa ohjaukseen kuormitukseen verrannollisen termin, jotta haluttu kiihtyvyys toteutuu. Lisäksi ohjauskonvertteri 32 tarkastelee reaaliaikaisena anturitietona saatua dataa aseman erosuureesta 33, nopeustie-dosta 29 ja nopeuden erosuureesta 34, ja päättelee näiden perusteella esim. sen, kannattaako järjestelmä lukita paikoilleen sulkemalla kaikki venttiilit. Kun esim. annettu aseman ohjearvo 26, tai nollanopeus on saavutettu riittävällä tarkkuudella, ei säätöä kannata enää jatkaa, koska venttiileiden tilanvaihdoissa kuluu energiaa. Ohjauskonvertteri 32 tarvitsee myös ohjearvon 35 siitä minkä tyyppistä lukituksen tilaa halutaan käyttää. Vaihtoehtoja voivat olla esim. 1) ei lukitusta missään tilanteessa, 2) lukitus päällä manuaalisesti jatkuvasti (override-tyyppisesti eli "väkisin"), 3) lukitus käytössä asemasäädön tarpeita silmälläpitäen, 4) lukitus käytössä nopeussäädön tarpeita silmälläpitäen.

Ohjauskonvertterin 32 toiminnallisuus voidaan jakaa myös usealle erilliselle konvertterille esimerkiksi niin, että kukin konvertteri ohjaa yhden toimilaitteen ohjausrajapintoja. Kiihtyvyyden, ts. efektiivisen voiman suhteellinen ohjausarvo 31 voidaan antaa sisääntulona kaikille konverttereille, jotka laskevat ohjausventtiileille kuormitustilanteen mukaan haluttua kiihtyvyyttä vastaavat asennot.

Vaihtoehtoisesti ohjauskonvertterin toiminnallisuus voidaan jakaa modulaarisiin osiin säätimen päätasolle. Tällöin samoissa ohjauskonvertterin osissa voidaan käsitellä usean toimilaitteen ohjauksia siten että yhteiset toimenpiteet suoritetaan vektoriarvoiselle ohjaukselle, jotka on skaalattu yksilöllisesti joidenkin järjestelmästä saatujen suureiden perusteella jo ennen ohjauskonvertterin osiin syöttämistä. Edelleen vaihtoehtoisesti samassa ohjauskonvertterissa voidaan generoida useamman toimilaitteen ohjauksia yhdestä yhteisestä järjestelmän diskreetistä ohjauksesta käsin erilaisia ohjausvektoreita eli ohjauksen muun-nostaulukoita hyväksikäyttämällä.

Lisälohko 36 ei ole välttämätön mutta sen avulla voidaan suorittaa optimointia vaikuttaen venttiilien toiminnallisuuteen. Esimerkiksi, lisälohkon 36 tarkoituksena voi olla lisätä venttiileiden ohjausarvojen 37 muutoksiin viivettä digitaalisten ohjausten nouseville reunoille ja tarvittaessa säätää ohjausrajapinnan avausta silloin, kun tämä on hyödyllistä energiankulutuksen kannalta. Tarvittavat viiveet lasketaan toimilaitteen esim. nopeustiedon 29 perusteella.

Tarkastellaan seuraavaksi nopeussäätöisen järjestelmän säädintä.

Nopeussäätöinen järjestelmä tarvitsee kuvan 6 mukaisesti toimiakseen toimilaitteen nopeuden ohjearvon 28 ja nopeustiedon 29, joka voidaan saada esim. suorana mitattuna tietona nopeusanturilta, tai estimoituna tietona muista mitatuista suureista, erityisesti aseman muutoksesta ajan muutoksen suhteen, eli asematiedosta derivoimalla. Asemasää-tösilmukka on jätetty pois nopeussäätöjärjestelmän ympäriltä. Muiden osien osalta nopeussäätöinen järjestelmä toimii samalla tavoin kuin kuvan 5 asemasäätöinen järjestelmä.

Tarkastellaan seuraavaksi kiihtyvyyssäätöisen järjestelmän säädintä

Myös kiihtyvyyssäätöinen järjestelmä voi tarvita takaisinkytkettävänä anturitietona toimilaitteen nopeustiedon 29. Tätä ei kuitenkaan käytetä säätöön vaan esim. lukitusjärjestelmän tarpeisiin ohjauskonvertterissa 32 kuvan 5 mukaisesti. Lisäksi lukitusjärjestelmä tarvitsee tiedon joko nopeuden erosuureesta tai efektiivisen voiman suhteellisen ohjausar-von 31 tilasta, ts. siitä, paljonko ohjausarvo poikkeaa nollasta. Muiden osien osalta voimasäätöinen järjestelmä toimii samalla tavoin kuin kuvan 5 asemasäätöinen järjestelmä.

Myös nopeus- ja kiihtyvyyssäätöisissä järjestelmissä avausviiveiden älykäs lisääminen on hyödyllistä kuvan 5 mukaisella lisälohkolla 36.

Säätimen ohjauskonvertterin toimintaa on tarkastelu lohkokaaviotasolla kuvassa 8 ja samalla viitataan kuvan 2 tilataulukkoon, jota hyödynnetään konvertterissa. Ohjauskonvertteri 32 laskee annetun ohjausarvon 31 perusteella ohjausventtiileille sopivat binääriset tilat 39. Ohjausar-volle 31 suoritetaan tarvittavat skaalaukset, tason muutokset, ja kokonaislukuun pyöristävät toimenpiteet, koska kyseessä on diskreetit voi-maportaat Mikäli säätimessä ei käytetä integroivaa säätöä (lohkot 61 ja 30), summataan ohjauskonvertterissa 32 ohjausarvoon 31 myös kiihtyvyysnollapisteen estimaatti 38 tai tähän verrannollinen suure.

Toimilaitteen suhteellinen ohjausarvo 31 on skaalattava sylinterin tila-taulukon desimaaliohjausten (kuva 2, u% = 0...15) alueelle siten, että joka kuormitustilanteessa nollan suuruinen suhteellinen ohjausarvo generoi kiihtyvyysnollapisteen suuruisen ohjausarvon saturointilohkon sisäänmenoon. Tämä on toteutettu tässä esimerkissä siten, että toimilaitteen suhteellinen ohjausarvo kerrotaan ohjausten indeksointialueen suuruudella, jonka jälkeen signaaliin summataan kiihtyvyysnollapisteen estimaatti 38. Tulos saturoidaan indeksointialueen 0...15 sisään ja pyö ristetään lähimpään kokonaislukuun, jolloin on muodostettu toimilaitteen diskreetti ohjausarvo u% (ks. kuva 2).

Tämän jälkeen suoritetaan AD-muunnos (Analog to Digital) siten, että venttiileiden binäärisistä tiloista muodostuvaa binäärilukua vastaava desimaaliluku haetaan taulukosta (0...255) tätä vastaavan diskreetin ohjausarvon u% kohdalta. Taulukosta haettu desimaaliluku muunnetaan binääriluvuksi ja kyseisen binääriluvun bitit erotellaan omiin linjoihinsa tilataulukon mukaisesti. Tällöin on saatu muodostettua kunkin venttiilin binääriset ohjaukset 39 (auki, kiinni). Lukitustilanteessa kunkin venttiilin ohjaus asetetaan sulkemista vastaavaan tilaan.

Tarkastellaan seuraavaksi järjestelmässä tapahtuvia tilanvaihdoksia. Tilanvaihdossa 0->1 työkammion paine kasvaa LP-paineesta HP-pai-neeseen, jolloin myös työkammiossa oleva paineväliaine puristuu ja järjestelmän osat joustavat hieman, eli HP-piiristä joudutaan syöttämään työkammioon energiaa, mikäli esipuristusta ei suoriteta järjestelmän omaa liike-energiaa hyväksikäyttäen. Tilanvaihdossa 1->0 kyseinen nesteen kokoonpuristumiseen sitoutunut energia, joka on syntynyt edellisissä tilanvaihdoissa, joudutaan laskemaan hukkaan kuristamalla työkammioon puristunut paineväliaine matalampaan paineeseen, mikäli energiaa ei haluta tai voida sitouttaa järjestelmän hyödyn-tämäksi liike-energiaksi nesteen paisumisen avulla (esipaisutus). Mitä suurempi on työkammio jossa tilanvaihtoja tapahtuu, sitä suurempi on myös sen tilanvaihdoissa puristuneen paineväliaineen tilavuus ja sitä kautta myös tilanvaihdoissa kuluva ai vapautuva energia. Luonnollisesti myös tilanvaihtojen määrä vaikuttaa suoraan energiankulutukseen.

Tarkasteltaessa kuvan 2 mukaista tilataulukkoa huomataan, että eri tilanvaihdoissa esiintyy eri määrä kammiokohtaisia tilanvaihtoja. Tilanvaihdossa u% = 4 ja u% = 5 vaihtuu pelkästään pienimmän työkammion tila, kun taas tilanvaihdossa u% = 7 ja u% = 8 vaihtuvat kaikkien työkammioiden tilat. Tästä seuraa, että tilanvaihto ohjausarvojen 4 ja 5 välillä kuluttaa monin verroin vähemmän energiaa kuin tilanvaihto ohjausarvojen 7 ja 8 välillä.

Energiankulutuksen kannalta on epäedullista suorittaa tiettyä työkam-miota koskevien LP-piiriin ja HP-piiriin kytkettyjen ohjausrajapintojen venttiileiden tai venttiiliryhmien tilanvaihto aina samanaikaisesti, koska tällöin toinen ohjausrajapinta lähtee sulkeutumaan samalla hetkellä kuin toinen ohjausrajapinta lähtee avautumaan. Tällöin esimerkiksi venttiilin sukuelinten liikkeen puolivälissä kummatkin rajapinnat ovat puolittain auki ja läpäisevät siis hetkellisesti huomattavan määrän tila-vuusvirtaa, mikä kuluttaa energiaa. Tässä dokumentissa tätä ilmiötä kutsutaan purskeiseksi tilanvaihdoksi hyvin lyhyen ajanjakson aikaisen häviötehopiikin takia.

Silloin, kun kammion tilavuus pienenee ja sen tila halutaan vaihtaa nollasta ykköseen, eli kammion paine halutaan nostaa LP-paineesta HP-paineeseen, on energiankulutuksen kannalta edullista asettaa HPpiiriin kytketylle ohjausrajapinnalle avausviivettä. Tällöin LP-piiriin kytketyn ohjausrajapinnan sulkeutuessa työkammio on hetken aikaa suljettuna. Työkammion supistuessa paine työkammiossa kasvaa (esi-puristus), ja HP-piiriin kytketty ohjausrajapinta voidaan avata ilman tarpeetonta tehopursketta sillä hetkellä, kun kammion paine on noussut HP-paineen tasolle. Vastaavanlainen hyöty on saavutettavissa avaus-viiveen avulla silloin, kun työkammio laajenee, ja sen tila halutaan vaihtaa ykkösestä nollaan, eli HP-paineesta LP-paineeseen. Tällöin avausviive asetetaan LP-piiriin kytkettyyn ohjausrajapintaan, ts. työ-kammion tilanvaihto hoidetaan sulkemalla työkammio hetkeksi ja odottamalla, että työkammion laajetessa paine kammiossa laskee LP-paineen tasolle. Tällöin LP-piiriin kytketty ohjausrajapinta voidaan avata ilman tehopursketta.

Työkammion laajetessa tilanvaihto 0->1 ja työkammion supistuessa tilanvaihto 1->0 ovat tässä suhteessa vaikeampia, koska esipuristusta tai esipaisutusta ei voida käyttää hyväksi. Tämän vuoksi nämä tilan-vaihdot jäävät purskeisiksi, eikä niille aseteta avausvii vettä.

Viiveitä hallitaan kuvan 5 säätimessä 24 ja esimerkiksi sen lisäloh-kossa 36, kuten edellä on esitetty.

Tarkastellaan seuraavaksi HP- ja LP-painetasojen vaikutusta toimilaitteen generoimien voimien porrastumiseen ja voimatasoon ja tätä kautta säädettävyyteen.

Mikäli LP-paine on hyvin alhainen, kasvavat HP-paineen kasvaessa sekä maksimaalinen työntövoima (positiivinen voima), että maksimaalinen vetovoima (negatiivinen voima). Tällöin voima-alueen laajuus kasvaa, jolloin myös voimaportaan suuruus kasvaa, koska voimapor-taiden määrä pysyy muuttumattomana. Hyvin suurta HP-ja LP-paineen suhdetta on tarkoituksenmukaista käyttää sovelluksissa, joissa tarvittavan voiman suuruus ja suunta vaihtelee voimakkaasti. Kun HP-paine on asetettu jollekin tietylle tasolle ja LP-painetta kasvatetaan, suurimmalla diskreetillä ohjauksella saavutettava positiivinen voima pienenee ja minimaalisella diskreetillä ohjauksella saavutettava negatiivinen voima siirtyy positiiviseen suuntaan, jolloin sylinterin voima-alue kape-nee. Kun LP-painetta kasvatetaan riittävästi, siirtyy minimaalisella diskreetillä ohjauksella saavutettava voima negatiivisesta positiiviseksi ja lähestyy siten edelleen maksimaalisella diskreetillä ohjauksella saavutettavaa positiivista (työntävää) voimaa. Voima-alueen kaventuessa myös voimainkrementin koko pienenee, jolloin samalla myös tilojen väliset kiihtyvyyden muutokset pienenevät. Tämä parantaa säädettä-vyyttä, mikäli sovellus on sellainen, että mekanismia kuormittava voima ei vaihtele merkittävästi, eli se pysyy aina joidenkin tiettyjen tolerans-siarvojen sisällä. Tällöin tietyissä sovellutuksissa on tarkoituksenmukaista, että LP- ja HP-painetasoja tarvittaessa säädetään aktiivisesti niin, että voima-alue kattaa optimaalisella tavalla kuorman liikuttelemiseen tarvittavan voimantuoton. Lisäksi menetelmä vähentää energiankulutusta, koska HP- ja LP-painetasojen ollessa lähempänä toisiaan, ovat tilanvaihdoissa paineväliaineen puristuvuuksien takia venttiileiden läpi tapahtuvat tehopurskeet pienempiä. Lisäksi tällöin kulloisellakin tehollisella pinta-alalla käytettävät painetasot ovat lähempänä tarvittavaa painetasoa, koska järjestelmän tehotason erottelukyky on pienentyneen voimaportaan takia parempi, eli tehotason optimointi on tarkempaa, mikä osaltaan myös parantaa energiatehokkuutta.

Tarkastellaan seuraavaksi kuormavoiman kompensointitermin estimointia

Sekä asema-, nopeus-, että kiihtyvyyssäädössä voidaan muuttuvan kuormavoiman huomioimiseksi käyttää säädössä esim. integroivaa säätöä, joka onnistuu jo pelkästään mitatun asematiedon 27 ja mitatun tai asematiedosta integroidun nopeustiedon 29 perusteella. Vaihtoehtoisesti voidaan kuitenkin käyttää myös ns. kiihtyvyysnolla-pisteen estimointia siten, että järjestelmän liikkuvaan osaan kiinnitetyltä kiihtyvyysanturilta saadun kiihtyvyystiedon ja toimilaitteen voimantuotosta saadun tiedon perusteella ohjausarvoon 31 summataan kuor-mavoimaa kompensoiva termi, ts. kiihtyvyysnollapisteen estimaatti 38. Tieto toimilaitteen voimantuotosta voidaan laskea joko suoraan toimilaitteen diskreetistä ohjauksesta tai mitattujen kammiopaineiden perusteella tai suoraan voima-anturilta saadun tiedon perusteella.

Kuvassa 1 esitettyä järjestelmää hyväksikäyttäen estimointi perustuu järjestelmän jatkuvuustilan voimayhtälöön, missä kiihtyvyys on nolla,

missä toimilaitteen männällä toimilaitteen pituutta kasvattavaan suuntaan vaikuttavat voimat ovat positiivisia ja toimilaitteen pituutta pienentävään suuntaan vaikuttavat voimat ovat negatiivisia.

Koska nyt oletetaan, että kiihtyvyys on nolla, on toimilaitteen kokonaislukuihin pyöristetyn, eli arvoltaan diskreetin ohjauksen u% oltava sellainen, että staattisen tai dynaamisen kuormavoiman vaikuttaessa toteutuneen kiihtyvyyden itseisarvo on kullakin ajanhetkellä mahdolli-simmin lähellä nollaa. Toimilaitteen ohjauksella on rajallinen määrä diskreettejä tiloja, joten no 11 a ki i hty vyyttä ei useinkaan saavuteta millään kyseisistä tiloista, vaan diskreettien tilojen välille on kuviteltava teoreet tinen jatkuva-arvoinen ohjaus, jotta tarkka arvo tarvittavalle ohjaukselle voidaan laskea. Tätä nollakiihtyvyyden tuottavaa teoreettista jatkuva- arvoista ohjausta kutsutaan tässä dokumentissa kiihtyvyysnollapis-teeksi uM. Kyseinen ohjaus sijoitetaan yhtälöön toimilaitteen diskreetin ohjauksen tilalle:

Mikäli kuormavoimasta saadaan reaaliaikaista estimointitietoa, voidaan kyseinen termi uM ratkaista voimayhtälöstä reaaliaikaisesti:

Termi uao kuvaa portaittaisen ohjausarvon u% sellaista jatkuva-arvoista, eli pyöristämätöntä vastinetta, joka nolla-arvoiseen toimilaitteen ohjausten indeksointialueelle skaalattuun ohjaukseen ennen pyöris-tystoimenpidettä summaamalla parhaiten tuottaa keskimääräisen nollakiihtyvyyden. Tällöin toimilaitteen diskreetti ohjaus u% siirtyy juuri tarvittavan siirtymän siten, että tarvittava kompensointivaikutus toteutuu.

Em. yhtälöissä termi Dλ on työkammion 19 (suurin A-kammio) halkaisija, pHp on HP-piirin paine, pLP on LP-piirin paine, ja F|0ad on toimilaitteen männälle redusoitu kuormavoiman suuruus. Termi uao vaihtelee tässä esimerkissä välillä 0-15. Voimayhtälön vasen puoli kuvaa toimilaitteen aikaansaamaa voimaa FCyi. Valitusta ohjausarvon ua0 portaasta (ks. kuvan 2) riippuu myös järjestelmän tuottama voima, joka kiihty-vyysnollapisteessä on oltava samansuuruinen kuormavoiman kanssa.

Järjestelmään kohdistuva kokonaisvoima lasketaan kertomalla esim. anturitietona saatu kiihtyvyys järjestelmän toimilaitteelle redusoidulla hitausmassalla. Sylinterin generoima oletettu voima FCyi voidaan laskea suoraan toimilaitteen diskreetin ohjauksen perusteella, mutta luotettavampi tulos voimantuotosta kaikissa tilanteissa saadaan laskemalla voima mitattujen kammiopaineiden ja sylinterin kammioiden pinta-alojen perusteella, tai suoraan voima-anturin mittaustuloksena. Kuormavoima F|0ad saadaan nyt järjestelmään kohdistuvan kokonais-voiman ja sylinterin generoiman voiman erotuksena. Kuormavoima Fioad voidaan myös vaihtoehtoisesti syöttää taulukkoon, joka vastaa sylinterin voimakäyrää ja jota tallennetaan ohjauskonvertterissa 32 kuvan 2 tilataulukkojen tapaan. Kuormavoiman kohdalta taulukosta löytyy lisäksi se ohjausarvo, joka tarvitaan yhtä suuren vastavoiman generoimiseen. Taulukointiin perustuva menetelmä on toimiva erityisesti silloin, kun sylinterin pinta-alojen mitoitus poikkeaa esim. binäärisestä sarjasta siten, että voimaportaat porrastuvat epätasaisesti.

Laskettu tai taulukoitu ohjausarvo (estimaatti 38) summataan toimilaitteen ohjausarvoon 31 esim. ohjauskonvertterissa 32, minkä jälkeen ohjauskonvertteri laskee venttiilien ohjaukset 39. Kuormavoiman kompensointia suoritetaan esimerkiksi erillisessä ohjauslohkossa tai kom-pensointilohkossa 48 kuvan 5 mukaisesti. Kompensointilohkon 48 si-säänmenoina ovat HP- ja LP-piirin paineet, toimilaitteen kammioiden paineet, sekä toimilaitteen liikkuvan osan kiihtyvyys. Lisäksi, mikäli toimilaitteen tuottaman voiman estimoinnissa mallinnetaan toimilaitteen kitkat ja päätyvoimat, tarvitaan sisäänmenoiksi myös toimilaitteen asema ja nopeus. Säätimen sisäänmenot saadaan esim. sopivilta antureilta, jotka on sijoitettu järjestelmään. Kompensointilohkon 48 ulostulona saatava kiihtyvyysnollapisteen estimaatti 38 syötetään ohjauskon-vertterille 32.

Tarkastellaan seuraavaksi erään esimerkin mukaista kääntö laitetta, jossa edellä esitetyn mukaista järjestelmää sovelletaan. Kääntölaitteen konstruktiossa ja kiinnityksissä voidaan käyttää sinänsä tunnettujen kääntölaitteiden vastaavia elimiä.

Kuvan 9 esimerkissä kääntölaitteessa 41 on esimerkiksi hammastan-got 45 ja 46, jotka pyörittävät kääntöhammaspyörää 47. Kääntölaite on kiinnitetty esimerkiksi liikkuvan työkoneen runkoon ja kääntöhammas-pyörän välityksellä pyöritetään työkoneen hyttiä tai nosturia. Tyypillisesti kääntölaitteessa on elimet, jotka muuttavat suoraviivaisen liikkeen pyörimisliikkeeksi. Suoraviivainen liike on toteutettu sylinterillä ja pyörimisliike pyörivällä akselilla.

Momenttisäätöinen kääntölaite on toteutettu tyypillisesti kahdella toimilaitteella 42 ja 43, jotka kytketään yhdensuuntaisina, kukin toimilaite omaan hammastankoonsa 45 tai 46 siten, että toimilaitteiden männän-varret osoittavat samaan suuntaan, jolloin toisen sylinterin pidentyessä toinen lyhenee. Hammastangot asetetaan toimilaitteiden kylkeen kiinni yhdensuuntaisesti käyttämään kääntöhammaspyörää 47 kahdelta puolelta. Tässä tapauksessa sylinterien rungot liikkuvat ja männänvarsi on kiinnitetty kiinteästi kääntölaitteeseen ja sen välityksellä esimerkiksi työkoneen runkoon. Toimilaitteiden maksimaalinen yhteinen voima, jonka ne kohdistavat kääntöhammaspyörään 47, on tässä tapauksessa toisen toimilaitteen maksimaalisen vetävän kokonaisvoiman ja toisen toimilaitteen maksimaalisen työntävän kokonaisvoiman summa. Kään-tölaitteen kokonaismomentti Mtot kuhunkin pyörimissuuntaan on tällöin maksimissaan ja muodostuu summana kunkin toimilaitteen maksimaalisen kokonaisvoiman ja kääntöhammaspyörän 47 säteen R laskennallisista tuloista.

Kääntölaitetta 41 ohjataan ohjauspiirillä, jossa kutakin kääntölaitteen toimilaitteen työkammiota varten on ohjausrajapinta, jonka avulla kyseinen työkammio on kytkettävissä joko matalaan paineeseen LP tai korkeaan paineeseen HP. Ohjauspiiri vastaa toiminnallisuudeltaan kuvan 1 ohjauspiiriä 40 ja se toteuttaa tarvittavat yhteydet painevä-liainetta varten.

Kääntölaitteen tilojen määrä riippuu toimilaitteiden 45, 46 rakenteesta. Toimilaitteiden ohjauksen järjestämiseen löytyy useita vaihtoehtoja. Useamman toimilaitteen tapauksessa kääntölaitteen 41 tilojen määrä muodostuu potenssifunktiona ah siten että kantalukuna a on toimilaitteen ohjausten tilojen määrä, esim. a = 2”, jossa n on työkammioiden lukumäärä, ja eksponenttina b toimilaitteiden lukumäärä. Kun kyseessä on kaksi toimilaitetta, joissa kussakin on kaksi työkammioita, tilojen määrä on 16, ja kun kyseessä on kaksi toimilaitetta, jossa kussakin on neljä työkammioita, tilojen määrä on 256. Kukin tila vastaa jotakin mo-menttiarvoa Mtot. Kutakin toimilaitetta ohjataan kuvan 1 mukaisella ohjauspiirillä. Mikäli toimilaitteet 45, 46 ovat samanlaisia tai niissä on teholliselta pinta-alaltaan samankokoisia työkammioita, niin keskenään erilaisten tilojen kokonaismäärä jää pienemmäksi redundanttisten tilojen takia ja kahdessa tai useammassa tilassa saadaan aikaan sama kokonaismomentti Mtot. Kuvan 9 esimerkissä toimilaitteet samanlaisia ja kukin käsittää neljä työkammiota kuvan 1 toimilaitteen 23 tavoin, jolloin kummallakin toimilaitteella voidaan tuottaa 16 erisuuruista voimaa samansuuruista porrastusta hyväksikäyttäen. Tällöin tilojen kokonaismääräksi saadaan 31, kun redundanttiset tilat jätetään pois laskuista. Tilojen määrä on yhden tilan verran pienempi kuin kahden toimilaitteen tilojen yhteismäärä, koska nollamomentin tuottava tila on toimilaitteille yhteinen. Kääntölaitteella on ainakin yksi tila, joka tuottaa nollamomentin kun toimilaitteiden kokonaisvoimat kumoavat toisensa, sekä 15-portainen momentinsäätö yhteen kiertosuuntaan ja 15-portainen mo-mentinsäätö toiseen kiertosuuntaan. Sylinterien työkammioiden taholli-set pinta-alat on koodattu sopivimmin binäärisin painokertoimin, jolloin saadaan aikaan tasaportainen momentinsäätö. Sylinterit ovat sopivimmin lisäksi samanlaiset.

Nollamomentin tuottaviksi tiloiksi voidaan valita toimilaitteiden tiloista mikä tahansa, esim. positiivisten tai negatiivisten äärivoimien tilat, tai jokin tila indeksointialueen keskialueelta. Toimilaitteiden ollessa mitoitukseltaan samansuuruiset, tuottaa kääntölaite nollamomenttia aina kun toimilaitteiden ohjaukset ovat keskenään samat. Toisin sanoen nollaohjauksella tuotettava esijännitys voidaan tuottaa millä tahansa toimilaitteiden tiloilla (4-kammioisen toimilaitteiden tapauksessa voima-portailla 0...15). Tällöin myös momentti portaat voidaan luoda monella tapaa, esim. siten, että toinen toimilaite toimii saturoituneena ja toinen lineaarisella alueellaan, kun momentinsäätö tapahtuu yhteen kiertosuuntaan, ja vastaavasti käänteisesti kun momentinsäätö tapahtuu toiseen ensimmäiseen kiertosuuntaan. Jos nollamomentin tuottavat tilat valitaan toimilaitteen tilojen indeksointialueen keskialueelta, voidaan momentti portaat luoda myös toimilaitteiden tiloja vuoron perään muuttamalla, jolloin molemmat toimilaitteet voivat toimia lineaarisella alueellaan. Toimilaitteiden lineaarisella alueella toimiminen tarkoittaa, että toimilaitteen saturoimaton diskreetti ohjausarvo ei ylitä toimilaitteen tilojen indeksointialueen sisään saturoidun diskreetin ohjausarvon (u%) maksimiarvoa. Tilan muuttaminen voidaan suorittaa myös kahden tai kolmen portaan vuoroissa tai millaista tahansa muunlaista muutosal-goritmia hyväksikäyttäen, josta esimerkkejä oheisessa taulukossa A.

Taulukko A

Kääntölaitteen ohjaukseen voidaan käyttää kuvien 5, 6, tai 7 mukaista säädintä 24, jonka ohjauskonvertteria 32 laajennetaan niin, että sillä voidaan ohjata riittävää määrää ohjausrajapintoja, jotka määräävät toimilaitteiden tilat. Kuvan 2 mukaista taulukkoa laajennetaan niin, että indeksointilukujen määrä vastaa erilaisia ohjausarvoja ja sarakkeiden arvoja lisätään vastaamaan järjestelmän eri tiloja ja kammioiden binäärisiä tiloja kuvaava binääriluku pitenee (ts. toimilaitteiden binäärisiä ohjauksia kuvaavien binäärilukujen määrä kasvaa toimilaitteiden määrän mukaisesti), ja samoin ohjausrajapintojen binäärisiä tiloja kuvaavat sarakkeet lisääntyvät ohjausrajapintojen lisääntymisen takia. Edelleen voidaan hyödyntää asetusarvoa 31, joka on verrannollinen generoitavaan momenttiin ja kääntölaitteen kiertosuuntaan. Koska generoitava momentti on suoraan verrannollinen toimilaitteilla generoituun summa-voimaan (kertoimena kääntöhammaspyörän 47 säde R), niin voidaan edelleen säätöön käyttää kuvan 5 yhteydessä selostettua efektiivisen voiman ohjausarvoa 31, joka käsitellään kuvan 8 yhteydessä esitellyllä tavalla. Kiihtyvyyssäätöisestä järjestelmästä voidaan tehdä nopeus-säätöinen kuten edellä on esitetty.

Kääntölaitteen säädin voidaan toteuttaa myös kahden, kuvassa 5, 6 tai 7 esitetyn rinnakkaisen säätimen 24 avulla, jolloin kukin säädin ohjaa yhtä toimilaitetta 42 tai 43. Tämä on mahdollista, koska toimilaitteiden 45 ja 46 generoimat voimavaikutuksetkin ovat erillisiä. Efektiivisen voiman (kiihtyvyyden) suhteellinen ohjausarvo 31, nopeuden ohjausarvo 28, tai aseman ohjausarvo 26 voidaan antaa sisääntulona molemmille konverttereille, jotka laskevat kunkin toimilaitteen ohjausventtiileille kuormitustilanteen mukaan haluttua kiihtyvyyttä vastaavat asennot.

Kuten edellä se selostettiin, energiaa kuluu tilanvaihtojen yhteydessä. Toimilaitteiden säädölle on ominaista, että tilanvaihtoja tulee eniten juuri kiihtyvyysnollapistettä vastaavan ohjausarvon ja tätä molemmin puolin lähimpänä olevien ohjausarvojen välillä. Koska tässä kääntö-laitteen järjestelmässä sylinteritoimilaitteiden esijännitys on vapaasti valittavissa, voidaan järjestelmän tilataulukosta katsoa nollamomenttia vastaavaksi ohjausarvoksi sellainen ohjausarvo, josta lukien lähimmät tilanvaihdot kumpaankin suuntaan kuluttavat mahdollisimman vähän energiaa. Tällaisia ohjauksia ovat esim. 4-kammioisen toimilaitteen tapauksessa ohjausarvot 10 ja 5. Kääntölaitteen järjestelmässä voidaan soveltaa myös edellä esitettyä esipuristusta ja esipaisutusta, erityisesti säätimen ohjaamien viiveiden avulla.

Tarkastellaan seuraavaksi erään esimerkin mukaista epäkeskopyöri-tyslaitetta, jossa edellä esitetyn mukaista järjestelmää sovelletaan. Epäkeskopyörityslaitteen konstruktiossa ja kiinnityksissä voidaan käyttää sinänsä tunnettujen kääntölaitteiden vastaavia elimiä.

Kuvan 10 esimerkissä epäkeskopyörityslaitteessa 49 on esimerkiksi neljä toimilaitetta 50, 51, 52 ja 53, jotka ovat sylintereitä ja pyörittävät kääntöelintä 54, jolla on kiertoakseli X ja johon toimilaitteet kiinnittyvät välimatkan päähän kiertoakselista, jolloin toimilaitteet yhdessä pystyvät generoimaan kokonaismomentin Mtot, joka kääntää kääntöelintä 54 (ts.

epäkesko 54) ja siihen kiinnitettyä kuormaa. Kaikilla toimilaitteilla on sopivimmin yhteinen kiinnittymispiste 55. Laite 49 on kiinnitetty esimerkiksi liikkuvan työkoneen runkoon ja sen välityksellä pyöritetään työkoneen hyttiä tai nosturia. Tyypillisesti laitteessa on rajoittamaton pyöri-tysliike ja kääntöelin 54 muuttaa suoraviivaisen liikkeen pyörimisliikkeeksi.

Rajoittamaton kääntö saavutetaan yksinkertaisimmillaan kytkemällä kaksi voimasäätöistä toimilaitetta kääntöelimeen 54 epäkeskeisesti käyttäen 90° vaiheensiirtoa. Toimilaitteena sovelletaan erityisesti edellä selostettua ja kuvassa 1 esitettyä toimilaitetta. Koska toimilaite on kuitenkin maksimivoimiensa suhteen epäsymmetrinen, eli maksimivoima on positiiviseen (työntävään) suuntaan suurempi kuin negatiiviseen (vetävään) suuntaan, tulisi maksimikokonaismomentista Mtot melko epäsymmetrinen, eli saavutettava momentin maksimi toiseen kiertosuuntaan olisi erisuuruinen kuin toiseen kiertosuuntaan. Siksi onkin perusteltua kytkeä kääntöelimeen 54 epäkeskeisesti vähintään kolme sylinteritoimilaitetta 120° vaiheensiirrolla, jotta maksimikokonaismomentista saadaan symmetrisempi. Edelleen molempiin suuntiin sym-metrisempi momentin maksimi tuotetaan kytkemällä kääntöelimeen 54 neljä sylinteriä 90° vaiheensiirrolla, kuten kuvassa 10 on esitetty.

Epäkeskopyörityslaitteessa 49 ja sitä ohjaavassa järjestelmässä, ml. säädin, esijännitysten energiaa säästävä optimointi voidaan toteuttaa samoja periaatteita noudattaen kuin kääntölaitteessa, joka on selostettu edellä samalla kuvaan 9 viitaten.

Toimilaitteiden kiinnityspisteillä tarkoitetaan nivelellisiä kiinnityspisteitä 56, 57, 58 ja 59 (vastaavasti J1, J2, J3 ja J4), joiden välityksellä toimilaitteet kiinnitetään laitteen runkoon 60. Jokainen toimilaite on kytketty 30 kuvan mukaisesti yhteisen epäkeskeisen nivelellisen vaikutuspis-teen P (kiinnittymispiste 55) ja edellä mainittujen kääntöympyrän suhteen säännönmukaisesti sijoitettujen nivelellisten kiinnityspisteiden välille. Kiinnityspisteiden etäisyydet pyörimiskeskipisteestä O (kiertoakseli X) ovat keskenään yhtä suuret, samoin kuin kiinnityspisteiden vaiheen-siirtokulmat kääntöympyrän yli tarkasteltuna. Esimerkkitapauksessa käytetään neljää sylinteritoimilaitetta 90° vaiheensiirtokulmilla.

Epäkeskon sädevektorilla tarkoitetaan vektoria R, joka piirtyy epäkes-kon pyörimiskeskipisteestä O toimilaitteiden yhteiseen epäkeskeiseen kytkentäpisteeseen P. Toimilaitteiden efektiivisillä vipuvarsivektoreilla ri-r2-r3 ja r4 (vektori rn) tarkoitetaan epäkeskon pyörimiskeskipisteestä 5 toimilaitteen voiman vaikutussuoralle piirrettyä lyhintä vektoria, joka täten on suorassa kulmassa toimilaitteen generoiman voiman vai-kutussuoraan nähden. Kuvassa 10 toimilaitteet 50 ja 52 ovat ala- ja yläkuolokohdissaan, joten niiden efektiiviset vipuvarsivektorit ovat nol-lavektoreita.

Toimilaitteen efektiivisen vipuvarsi vektorin pituus on sovittu positiiviseksi, kun toimilaitteen generoima työntävä-, eli positiivinen voima generoi positiivisen momentin (vastapäivään) epäkeskoon. Tällöin kytkentäpiste P on toimilaitteen kiinnityspisteestä katsottuna pyörityske-hän oikeassa puolikkaassa. Vastaavasti toimilaitteen efektiivisen vipu-varsivektorin pituus on sovittu negatiiviseksi, kun sitä vastaavan toimilaitteen generoima positiivinen (työntävä) voima generoi negatiivisen momentin epäkeskoon (myötäpäivään). Tällöin kytkentäpiste P on toimilaitteen kiinnityspisteestä katsottuna pyörityskehän vasemmassa puolikkaassa. Tässä dokumentissa toimilaitteen efektiivisellä vipuvarrella tarkoitetaan efektiivisen vipuvarsivektorin pituutta. Toimilaitteet 50, 51, 52 ja 53 generoivat yksittäiset voimavektorit F 1f F2, F3 ja F4 kyseisessä järjestyksessä. Voimavektoreiden suunta on yhdensuuntainen kunkin toimilaitteen kiinnityspisteestä epäkeskon vaikutuspisteeseen P piirretyn janan kanssa, kuitenkin siten, että voiman vaikutussuunta voi olla joko työntävä tai vetävä, eli positiivinen tai negatiivinen. Voima-resultanttivektorilla Ftot tarkoitetaan yksittäisten toimilaitteiden generoimien voimavektoreiden summavektoria.

Toimilaitteen suhteellisella efektiivisellä vipuvarrella tarkoitetaan efektiivisen vipuvarren pituuden ja efektiivisen vipuvarren pituuden itseisarvon maksimiarvon välistä suhdelukua. Tällöin kunkin toimilaitteen suhteelliselle efektiiviselle vipuvarrelle pätee: r r = n

' rel n I —I

r

I ImaxH

Suureen lukuarvo käy nollassa aina, kun toimilaite on kuolokohdissaan ja saavuttaa arvon +1 tai -1 vipuvarren ollessa maksimipituudessaan positiiviseen tai negatiiviseen suuntaan. Vipuvarren maksimipituudet esiintyvät kohdissa, joissa toimilaitteen voiman vaikutussuora osuu epäkeskon vaikutuspisteen P pyörimiskehän tangentille.

Tarkastellaan seuraavaksi epäkeskopyörityslaitteen ohjausjärjestelmää ja sen toimintaperiaatetta.

Laitteen kunkin yksittäisen toimilaitteen voiman suhteellinen ohjaus generoidaan kertomalla kääntökäytön momentin suhteellinen ohjaus kyseisen toimilaitteen suhteellisen efektiivisen vipuvarren pituudella. Esimerkkitapauksessa pyritään tuottamaan positiivista momenttia, eli momentin suunta on vastapäivään. Kahden vastakkain asetetun toimilaitteen 50 ja 52 ollessa kuolokohdassaan sijoittuvat loput kaksi toimilaitetta 51 ja 53 epäkeskon sädevektorin R suhteen symmetrisesti peili-kuvikseen. Tällöin myös toimilaitteiden 50 ja 52 efektiiviset vipuvarret η ja r3 ovat sädevektorin R suhteen peilattuja eli ne ovat yhtä pitkät, mutta vastakkaismerkkiset, jolloin voimavektorit F^ ja F3 skaalautuvat keskenään yhtä pitkiksi ja asettuvat symmetrisesti pisteen P kautta piirrettävän pystysuoran janan suhteen. Tällöin voimaresultanttivektori Ftot muodostuu pystysuoraksi, eli asettuu suoraan kulmaan epäkeskon sä-devektoriin R nähden. Toimilaitteiden 51 ja 53 kuolokohdissa kyseisten toimilaitteiden voimavektorit ovat nollavektoreita, koska niiden efektiiviset vipuvarret r2 ja r4 ovat nollavektoreita, joiden mukaan voimavektorit on skaalattu.

Kuolokohtien puolivälissä toimilaitteet 50 ja 53 asettuvat keskenään symmetrisesti sädevektorin R suhteen, samoin kuin toimilaitteet 51 ja 52. Tällöin myös efektiiviset vipuvarret r2 ja r3 ovat sädevektorin R suhteen peilattuja, samoin kuin vipuvarsi vektorit η ja r4. Tällöin myös voimien F2 ja F3 summavektori sijoittuu yhdensuuntaisesti epäkeskon 35 vaikutuspisteen P pyörimiskehän tangentin suhteen, samoin kuin voimien F^ ja F4 summavektori. Tällöin myös kokonaisresultanttivektori on pisteen P pyörimiskehän tangentin suuntainen, eli suorassa kulmassa epäkeskon sädevektoriin nähden.

Voimaresultanttivektorin Ftot havaitaan olevan suorassa kulmassa epäkeskon sädevektoriin R nähden myös muilla kiertymien arvoilla. Tästä voidaan päätellä, että tällä skaalaustavalla voimaresultanttivektori Ftot on aina likimain suorassa kulmassa sädevektorin R suhteen, sikäli kun toimilaitteet toimivat lineaarisilla alueillaan.

Esijännitysten energiaa säästävä optimointi voidaan toteuttaa samalla tavoin kuin edellä esitetyssä kääntölaitteessa. Epäkeskopyörityslaitetta ohjattaessa toimilaitteiden ohjauksiksi haetaan sellaiset ohjausarvot, joilla toimilaitekohtaisesti laskettujen momenttien summa on nolla. Neljän toimilaitteen ohjaus epäkeskopyörityslaitteessa voidaan toteuttaa mm. siten, että käännetään momentin suhteellinen ohjaus suoraan toimilaitteiden ohjaukseksi, kuitenkin siten, että ohjauksen etumerkki vaihtuu toimilaitteen iskun ylä- ja alakuolokohdassa. Tällä tavoin huolehditaan siitä että positiivinen momentin suhteellinen ohjaus generoi yksittäiselle toimilaitteelle voimantuottoa, joka aiheuttaa positiivisen momentin mekanismiin. Neljää toimilaitetta voidaan ohjata myös siten, että momentin suhteellinen ohjaus skaalataan toimilaitteen ohjaukseksi toimilaitteen efektiiviseen suhteelliseen vipuvarteen verrannollisena. Lisäksi, yksittäisen toimilaitteen ohjauksen skaalaamisessa käytettävänä suureena voidaan käyttää muutakin kiertymän perusteella laskettua suuretta, jonka avulla pyritään pitämään sylinterien tuottamien voimien summavektori suorassa kulmassa epäkeskon sädevektoria vastaan.

Keksintöä ei ole rajoitettu vain edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan sitä voidaan soveltaa oheisten patenttivaatimuksien puitteissa.

Claims (26)

1. Paineväliainejärjestelmä kuorman ohjaukseen, käsittäen: korkeapaineen piirin (1), joka kykenee generoimaan korkean paineen (HP); ainakin yhden toimilaitteen (23), joka generoi kuormaan vaikuttavan vaihtelevan kokonaisvoiman (Ftot) kuorman (L) ohjausta varten; ainakin kaksi syrjäytysperiaatteella toimivaa toimilaitteen työkammiota (19, 20, 21, 22), joilla on teholliset pinta-alat, joihin paineväliaineen paine pääsee vaikuttamaan; tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää lisäksi: matalapaineen piirin (2), joka kykenee generoimaan matalan paineen (LP) ja kykenee, ilman radikaalia painetason muutosta, sekä tuottamaan paineväliaineen tilavuusvirtaa järjestelmään että vastaanottamaan paineväliaineen tilavuusvirtaa järjestelmästä; ohjauspiirin (40), jonka avulla kuhunkin työkammioon (19, 20, 21, 22) on johdettavissa eri aikaan sekä mainittu matalapaine (LP) että mainittu korkea paine (HP), ja lisäksi, kyseisen ohjauspiirin avulla kukin paine (LP, HP) on johdettavissa samaan aikaan eri työkammioihin (19, 20, 21, 22); jolloin mainittu korkeapaineen piiri (1) on myös järjestetty, ilman radikaalia painetason muutosta, sekä tuottamaan paineväliaineen tilavuusvirtaa järjestelmään että vastaanottamaan paineväliaineen tilavuusvirtaa järjestelmästä; ja jolloin kukin työkammio (19, 20, 21, 22) kykenee generoimaan kaksi erisuuruista voimakomponenttia (Fa, Fb, Fc, Fd), jotka vastaavat mainittuja paineita (HP, LP), ja kukin voimakomponentti tuottaa mainitun kokonaisvoiman (Ftot) kombinaationa muiden työkammioiden tuottamien voimakomponenttien kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että työkammiot (19, 20, 21, 22) sijaitsevat joko samassa toimilaitteessa (23) tai erillisissä toimilaitteissa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää neljä työkammiota (19, 20, 21, 22), jotka sijaitsevat samassa toimilaitteessa (23) ja joilla on teholliset pinta-alat, jotka eroavat toisistaan, jolloin suurin työkammio (19) ja toiseksi pienin kammio (21) generoivat ennalta määrätyt voimakomponentit, jotka ovat vastakkaisia niille voimakomponenteille, jotka pienin kammio (22) ja toiseksi suurin kammio (20) generoivat.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että työkammioiden tehollisten pinta-alojen suhteet noudattavat binäärijärjestelmän painokertoimia 1,2, 4, 8, 16, 32 jne..

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää lisäksi: säätimen (24) järjestelmän efektiivisen voiman ohjausta varten, joka on järjestetty ohjaamaan ohjauspiiriä (40) ja jolla on sisääntulona efektiivisen voiman ohjearvo (31); jolloin mainittu säädin on lisäksi järjestetty ohjaamaan mainittua ohjauspiiriä (40) siten, että kuhunkin työkammioon on johdettuna joko matala paine (LP) tai korkea paine (HP) niin, että useiden työkammioiden tuottamat voima-komponentit kombinaationa tuottavat kokonaisvoiman (Fcyi), joka olennaisesti vastaa mainittua ohjearvoa (31).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittuun säätimeen on tallennettuna työkammioiden tilat ja niitä vastaavat ohjausarvot skaalattuna järjestykseen, joka suhteellisesti vastaa generoitavan kokonaisvoiman porrastettua suuruutta, ja säätimeen on tallennettuna myös ohjauspiirin tilat, jotka vastaavat mainittua generoitavaa kokonaisvoimaa, jolloin säätimen ulostulona on ohjauspiirille annettavat ohjausarvot (37, 39) mainitun ohjauspiirin asettamiseksi tilaan, joka kussakin kuormitustilanteessa vastaa mainittua efektiivisen voiman ohjearvoa (31).

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että säädin (24) on samalla myös järjestelmän nopeusohjausta varten ja sillä on sisääntulona nopeuden ohjearvo (28), jolloin mainittua efektiivisen voiman ohjearvoa (31) säädetään verrannollisena eroon, joka on nopeuden ohjearvon ja lasketun tai järjestelmästä mitatun no-peustiedon (29) välillä

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että säädin (24) on samalla myös järjestelmän asemaohjausta varten ja sillä on sisääntulona aseman ohjearvo (26), jolloin mainittua nopeuden ohjearvoa (28) säädetään verrannollisena eroon, joka on aseman ohjearvon ja järjestelmän asematiedon (27) välillä.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ohjauspiiri (40) käsittää: kaksi ohjausrajapintaa (9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) kutakin työkammiota varten ja mainitut ohjausrajapinnat ovat ohjattavissa avattuun ja suljettuun asentoon, jolloin toinen mainituista ohjausrajapinnoista estää ja sallii matalan paineen (LP) pääsyn työkammioon ja toinen mainituista ohjausrajapinnoista estää ja sallii korkean paineen (HP) pääsyn kyseiseen samaan työkammioon, jolloin mainittu säädin (24) on lisäksi järjestetty ohjaamaan kukin ohjausrajapinta joko avattuun tai suljettuun asentoon.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ohjauspiiri (49) käsittää: kaksi erillistä venttiiliä (9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) kutakin työkammiota varten, jolloin toinen mainituista venttiileistä estää ja sallii matalan paineen (LP) pääsyn työkammioon ja toinen mainituista venttiileistä estää ja sallii korkean paineen (HP) pääsyn kyseiseen samaan työkammioon.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää lisäksi: ensimmäisen paineakun (17), joka on yhteydessä korkean paineen (HP) piiriin, toisen paineakun (18), joka on yhteydessä matalan paineen (LP) piiriin, laitteen, joka hyödyntää mekaanista energiaa paineväliai-neen pumppaamiseksi matalapaineen piiristä korkeapaineen piiriin ja joka generoi mekaanista energiaa johdettaessa paineväliainetta korkeapaineen piiristä matalapaineen piiriin.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että: järjestelmän matalan paineen (LP) ja korkean paineen (HP) painetasot ovat aktiivisesti säädettävissä sekä säädettävyy-den että energiankulutuksen optimoimiseksi, jolloin toimilaitteen voimatason ja voima-alueen siirtäminen optimaaliselle tasolle on toteutettavissa mainittuja paine-tasoja säätämällä, ja jolloin voima-alueen suuruus on skaalattavissa kuormituksen volatiliteetin mukaan siten, että mainittuja painetasot ovat säädettävissä aktiivisesti niin, että voima-alue kattaa optimaalisella tavalla kuorman liikuttelemiseen tarvittavan voimantuoton, sekä voimatason, että voima-alueen laajuuden osalta.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainitut toimilaitteet ovat kääntölaitteen (41) toimilaitteita, joilla ohjataan kyseiseen kääntölaitteeseen kytketyn kuorman (L) kiertoliikettä, jolloin toimilaitteita on ainakin kaksi.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainitut toimilaitteet ovat epäkeskopyörityslaitteen (41) toimilaitteita, joilla ohjataan kyseiseen epäkeskopyörityslaitteen kytketyn kuorman (L) pyöritysliikettä, jolloin toimilaitteita on ainakin kaksi.

15. Kääntölaite kuorman kiertoliikkeen ohjaukseen, käsittäen: kaksi toimilaitetta (45, 46), jotka generoivat kuormaan vaikuttavan vaihtelevan kokonaismomentin (Mtot) kuorman (L) kiertoliikkeen ohjausta varten; ainakin kaksi syrjäytysperiaatteella toimivaa toimilaitteen työkammiota, joilla on teholliset pinta-alat, joihin paineväli-aineen paine pääsee vaikuttamaan; elimet (45, 46, 47) mainittujen toimilaitteiden generoimien suoraviivaisten liikkeiden muuntamiseksi kuorman kiertoliikkeeksi; tunnettu siitä, että kukin työkammio kykenee generoimaan kaksi erisuuruista voimakomponenttia, jotka vastaavat matalaa painetta (LP) ja korkeaa painetta (HP) ja kukin voimakomponentti tuottaa mainittujen elimien välityksellä vastaavansuuruisen momentin komponentin ja yksittäisen kammion tuottama momentin komponentti tuottaa mainitun kokonaismomentin (Mtot) kombinaationa yhdessä muiden työkammi-oiden tuottamien momentin komponenttien kanssa, kuitenkin siten, että mainittujen elimien eri puolille samansuuntaisesti sijoitettujen toimilaitteiden vastaavat työkammiot generoivat keskenään vastakkaissuuntaisia momentin komponentteja.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen kääntölaite, tunnettu siitä, että kääntölaite käsittää lisäksi: korkeapaineen piirin (1), joka kykenee generoimaan korkean paineen (HP) ja tuottamaan paineväliaineen tilavuus-virtaa järjestelmään; matalapaineen piirin (2), joka kykenee generoimaan matalan paineen (LP) ja tuottamaan paineväliaineen tilavuusvir-taa järjestelmään; ja ohjauspiirin (40), jonka avulla kuhunkin työkammioon on johdettavissa eri aikaan sekä mainittu matala paine (LP) että mainittu korkea paine (HP).

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen kääntölaite, tunnettu siitä, että kukin toimilaite käsittää neljä työkammiota (19, 20, 21,22), joilla on teholliset pinta-alat, jotka eroavat toisistaan, jolloin suurin työkammio (19) ja toiseksi pienin kammio (21) generoivat ennalta määrätyt voima-komponentit, jotka ovat vastakkaissuuntaisia niille voimakomponen-teille, jotka pienin kammio (22) ja toiseksi suurin kammio (20) generoivat.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 15-17 mukainen kääntölaite, tunnettu siitä, että työkammioiden tehollisten pinta-alojen suhteet samassa toimilaitteessa noudattavat binääristä sarjaa 1, 2, 4, 8 jne..

19. Jonkin patenttivaatimuksen 15-18 mukainen kääntölaite, tunnettu siitä, että mainitut toimilaitteet ovat yhdensuuntaisia ja samassa asennossa olevia sylinteritoimilaitteita.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 15-19 mukainen kääntölaite, tunnettu siitä, että kääntölaite käsittää lisäksi säätimen (24), joka on voi-maohjausta varten ja järjestetty ohjaamaan ohjauspiiriä (40) ja jolla on sisääntulona efektiivisen voiman ohjearvo (31); jolloin mainittu säädin on lisäksi järjestetty ohjaamaan mainittua ohjauspiiriä (40).

21. Jonkin patenttivaatimuksen 15-20 mukainen kääntölaite, tunnettu siitä, että kääntölaite käsittää lisäksi: säätimen (24) järjestelmän voimaohjausta varten, joka on järjestetty ohjaamaan ohjauspiiriä (40) ja jolla on sisääntulona efektiivisen voiman ohjearvo (31); jolloin mainittu säädin on lisäksi järjestetty ohjaamaan mainittua ohjauspiiriä (40) siten, että kuhunkin työkammioon on johdettuna joko matala paine (LP) tai korkea paine (HP) niin, että useiden työkammioiden tuottamat voimakom-ponentit kombinaationa tuottavat kokonaismomentin (Mtot), joka olennaisesti vastaa mainittua ohjearvoa.

22. Epäkeskopyörityslaite kuorman pyörityksen ohjaukseen, käsittäen: neljä toimilaitetta (50, 51, 52, 53), jotka generoivat kuormaan vaikuttavan vaihtelevan kokonaismomentin (Mtot) kuorman (L) kiertoliikkeen ohjausta varten; ainakin neljä syrjäytysperiaatteella toimivaa toimilaitteen työkammiota, joilla on teholliset pinta-alat, joihin paineväli aineen paine pääsee vaikuttamaan; elimet (54, 55) mainittujen toimilaitteiden generoimien suoraviivaisten liikkeiden muuntamiseksi kuorman pyöritys-liikkeeksi; tunnettu siitä, että kukin työkammio kykenee generoimaan kaksi erisuuruista voimakomponenttia, jotka vastaavat matalaa painetta (LP) ja korkeaa painetta (HP) ja kukin voimakomponentti tuottaa mainitun kokonaismomentin (Mtot) kombinaationa muiden työkammioiden tuottamien voimakomponenttien kanssa.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen epäkeskopyörityslaite, tunnettu siitä, että epäkeskopyörityslaite käsittää lisäksi: korkeapaineen piirin (1), joka kykenee generoimaan korkean paineen (HP) ja tuottamaan paineväliaineen tilavuus-virtaa järjestelmään; matalapaineen piirin (2), joka kykenee generoimaan matalan paineen (LP) ja tuottamaan paineväliaineen tilavuusvir-taa järjestelmään; ja ohjauspiirin (40), jonka avulla kuhunkin työkammioon on johdettavissa eri aikaan sekä mainittu matala paine (LP) että mainittu korkea paine (HP).

24. Patenttivaatimuksen 22 mukainen epäkeskopyörityslaite, tunnettu siitä, että kukin toimilaite käsittää neljä työkammiota (19, 20, 21, 22), joilla on teholliset pinta-alat, jotka eroavat toisistaan, jolloin suurin työ-kammio (19) ja toiseksi pienin kammio (21) generoivat ennalta määrätyt voimakomponentit, jotka ovat vastakkaisia niille voimakomponen-teille, jotka pienin kammio (22) ja toiseksi suurin kammio (20) generoivat.

25. Jonkin patenttivaatimuksen 22 - 24 mukainen epäkeskopyörityslaite, tunnettu siitä, että työkammioiden tehollisten pinta-alojen suhteet samassa toimilaitteessa noudattavat binääristä sarjaa 1,2, 4 ja 8.

26. Jonkin patenttivaatimuksen 22 - 25 mukainen epäkeskopyörityslaite, tunnettu siitä, että epäkeskopyörityslaite käsittää lisäksi säätimen (24), joka on järjestelmän voimaohjausta varten ja järjestetty ohjaamaan ohjauspiiriä (40) ja jolla on sisääntulona efektiivisen momentin ohjearvo (31), jolloin mainittu säädin on lisäksi järjestetty ohjaamaan mainittua ohjauspiiriä (40).