KR20110015696A - 자동-튜닝 전기-유압 밸브 - Google Patents

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KR20110015696A
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칭후이 유안
크리스 스콧틀러
웨이드 겔로프
홍 싱하니아
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이턴 코포레이션
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Abstract

본원에서, 플로우 제어 밸브는 유체 입구, 유체 출구, 제 1 워크 포트(work port) 및 제 2 워크 포트를 포함하는 하우징(housing)을 포함한다. 하우징은 스풀 보어(spool bore) 및 파일럿 스풀 보어를 한정한다. 주 스테이지 스풀은 스풀 보어에 배치된다. 파일럿 스테이지 스풀은 파일럿 스풀 보어에 배치된다. 파일럿 스테이지 스풀은 주 스테이지 스풀과 선택적으로 유체 연통한다. 마이크로프로세서(microprocessor)는 제한 구조 제어장치 및 보상 제어장치를 갖는 제어장치를 포함한다. 제한 구조 제어장치 및 보상 제어장치의 출구는 합해져서 파일럿 스테이지 스풀과 통신하는 전기적 신호를 형성한다.

Description

자동-튜닝 전기-유압 밸브{Auto-tuning electro-hydraulic valve}
본 출원은 미국을 제외한 모든 국가의 지정국에 대한 출원인은 미국 국적 기업인 이튼 코포레이션이고, 미국만을 지정국으로 하는 출원인들은 중국 국적의 칭후이 유안, 미국 국적의 크리스 스콧틀러, 웨이드 겔로프, 및 중국 국적의 홍 싱하니아인 PCT 국제 특허 출원으로서 2009년 6월 11일자로 출원되어 있다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "동시 인자변환 확률적 근사화(Simultaneous Perturbation Stochastic Approximately: SPSA)를 사용하는 튜닝 방법(tuning method)"이라는 발명의 명칭으로 2008년 6월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/060,601호 및 "자동-튜닝 전기-유압 밸브"라는 발명의 명칭으로 2008년 8월 8일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/087,608호에 대한 우선권을 청구하고 있다. 위의 기재는 전문이 본원에 참조로 삽입되어 있다.
전기-유압 밸브는 다수의 산업 및 모바일 적용에서 사용된다. 전기-유압 밸브가 제공되거나 대체될 필요가 있는 경우, 제공된 또는 대체 전기-유압 밸브는 시스템과 사용하기 위해 튜닝될 필요가 있을 것이다. 이러한 튜닝은 전형적으로 수동으로 작동된다. 그러나, 전기-유압 밸브의 수동식 튜닝은 최종 사용자에게 긴 작업 정지시간을 유도한다.
요약
본 기재의 하나의 양상은 2-스테이지 플로우 제어 밸브(two-stage flow control valve)에 대한 제어기와 관련된다. 제어기는 제한 구조 제어기 및 보상 제어기(compensation controller)를 포함한다. 제한 구조 제어기 및 보상 제어기의 출력은 합해져서 파일럿 스테이지 스풀(pilot stage spool)에 전달되는 전기적 신호를 형성한다.
본 기재의 다른 양상은 유체 입구, 유체 출구, 제 1 워크 포트 및 제 2 워크 포트를 포함하는 하우징(housing)을 갖는 플로우 제어 밸브에 관한 것이다. 하우징은 스풀 보어(spool bore) 및 파일럿 스풀 보어(pilot spool bore)를 한정한다. 주 스테이지 스풀(main stage spool)은 스풀 보어에 배치된다. 파일럿 스테이지 스풀(pilot stage spool)은 파일럿 스풀 보어에 배치된다. 파일럿 스테이지 스풀은 주 스테이지 스풀과 선택적으로 유체 연통한다. 마이크로프로세서(microprocessor)는 제한 구조 제어기 및 보상 제어기를 갖는 제어기를 포함한다. 제한 구조 제어기 및 보상 제어기의 출력은 합해져서 파일럿 스테이지 스풀에 전달되는 전기적 신호를 형성한다.
본 기재의 다른 양상은 제어기의 다수의 이득(gain)을 최적화하기 위한 방법과 관련된다. 이러한 방법은 제어 파라미터의 제 1 이득을 한정함을 포함한다. 제어 파라미터의 제 2 이득은 한정된다. 제 1 및 제 2 이득 및 제어 파라미터를 제어기에 의해 사용하여 장치에 대한 명령 신호를 발생시킨다. 저점 및 고점은 제 1 이득을 위해 선택된다. 저점 및 고점은 제 2 이득을 위해 선택된다. 제 1 이득의 각각의 저점 및 고점은 제 2 이득의 각각의 저점 및 고점과 합해진다. 각각의 조합에 대해, 장치의 실제 시스템 파라미터와 희망 시스템 파라미터 사이의 오차가 계산된다. 실제 시스템 파라미터는 명령 신호의 함수이다. 최저 오차를 산출하는 조합이 선택된다. 선택된 조합의 제 1 이득 및 제 2 이득의 값이 이후의 반복에 사용된다.
본 기재의 다른 양상은 제한 구조 제어기의 제어 파라미터를 최적화하기 위한 방법과 관련된다. 이러한 방법은 제 1 반복의 제 1 시간 간격에서 비용 함수를 평가함을 포함한다. 제어 파라미터가 계산된다. 비용 함수는 제 1 반복의 제 2 시간 간격에서 평가된다. 제어 파라미터는 갱신된다. 비용 함수는 제 1 반복의 제 3 시간 간격에서 평가된다. 반복 분석이 수행된다. 반복 분석은 제 1 반복을 이전 반복과 비교하고, 제어 파라미터의 값을 제 1 반복에서 계산된 제어 파라미터의 값 및 이전 반복에서 계산된 제어 파라미터의 값 중의 하나로 설정한다.
다수의 추가의 양상은 다음의 기재에서 설명될 것이다. 이들 양상은 개개의 특징 및 특징의 조합과 관련될 수 있다. 앞서 언급된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 단지 예시적이고 설명적이며 본원에 기재된 실시예를 기준으로 하여 광범위한 개념에 제한되지 않음을 이해한다.
본 발명의 자동-튜닝 전기-유압 밸브는 제한 구조 제어장치 및 보상 제어장치의 출구가 합해져서 파일럿 스테이지 스풀과 통신하는 전기적 신호를 형성한다.
도 1은 본 발명의 원리에 따르는 양상의 예인 특징을 갖는 유압 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 유압 시스템에 사용하기 적합한 플로우 제어 밸브 조립체의 개략도이다.
도 3은 도 2의 플로우 제어 밸브 조립체에 사용하기 적합한 제어기의 개략도이다.
도 4는 도 2의 플로우 제어 밸브 조립체를 자동-튜닝하기 위한 방법이다.
도 5는 도 4의 자동-튜닝 프로세스의 초기 프로세스이다.
도 6은 도 4의 자동-튜닝 프로세스의 초기를 검증하기 위한 프로세스이다.
도 7은 도 2의 플로우 제어 밸브 조립체의 시스템 파라미터를 교정하기 위한 프로세스이다.
도 8은 도 2의 플로우 제어 밸브 조립체의 횡단면도이다.
도 9는 파라미터를 식별하기 위한 프로세스이다.
도 10은 자동-튜닝 프로세스의 자동-튜닝 스테이지의 개략도이다.
도 11은 제어기의 제어 파라미터를 자동-튜닝하는 프로세스이다.
도 12는 제어 파라미터를 최적화하기 위한 튜닝 프로세스의 그래프이다.
도 13은 제어기의 제어 파라미터를 최적화하기 위한 제 1 프로세스이다.
도 14는 자동-튜닝 프로세스 동안 진동을 약화시키는 프로세스이다.
이제 첨부한 도면에 나타낸 본 기재의 예시적인 양상에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이다. 가능한 경우, 동일한 도면 부호가 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 구조를 언급하도록 사용될 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 유압 시스템의 개략도(일반적으로 10으로 지정됨)가 도시되어 있다. 대상 실시예에서, 유압 시스템(10)은 저장소(12), 고정식 대체 펌프로서 본원에 도시된 유체 펌프(14), 제 1 장치(일반적으로 16으로 지정됨), 및 제 2 장치(일반적으로 18로 지정됨)를 포함한다. 본 기재의 하나의 양상에서, 제 1 장치(16)는 제 1 제어 밸브 조립체이지만 제 2 장치(18)는 선형 작동기 또는 실린더로서 본원에 도시된 작동기이다.
대상 실시예에서, 작동기(18)는 작동기(18)의 내부 보어(22)를 제 1 체임버(24) 및 제 2 체임버(26)로 나누는 피스톤(20)을 포함한다. 작동기(18)가 선형 작동기로서 본 발명에 기재되지만, 유압 시스템(10)의 작동기(18)가 회전식 작동기(예를 들면, 모터 등)로 대체될 수 있기 때문에 선형 작동기로 제한하지는 않음을 이해할 것이다.
대상 실시예에서, 플로우 제어 밸브 조립체(16)는 전기-유압 제어 밸브이다. 플로우 제어 밸브 조립체(16)는 유체 펌프(14)와 유체 연통하도록 개조된 공급 포트(28), 저장소(12), 제 1 워크 포트(32a) 및 제 2 워크 포트(32b)와 유체 연통하도록 개조된 탱크 포트(30)를 포함하여 다수의 포트를 포함한다. 제 1 워크 포트(32a)는 작동기(18)의 제 1 체임버(24)와 유체 연통하고, 제 2 워크 포트(32b)는 작동기(18)의 제 2 체임버(26)와 유체 연통한다.
대상 실시예에서, 플로우 제어 밸브 조립체(16)가 공급 포트(28)와 제 1 워크 포트(32a) 사이 및 탱크 포트(30)와 제 2 워크 포트(32b) 사이에 유체 연통을 허용하는 경우, 유체 펌프(14)로부터 가압된 유체는 플로우 제어 밸브 조립체(16)를 통해 작동기(18)의 제 1 체임버(24)로 유동하고, 작동기(18)의 제 2 체임버(26)로부터 유체는 저장소(12)로 유동한다. 이러한 유체 연통은 작동기(18)의 연장을 가져온다. 대안적으로, 플로우 제어 밸브 조립체(16)가 탱크 포트(30)와 제 1 워크 포트(32a) 사이 및 공급 포트(28)와 제 2 워크 포트(32b) 사이에 유체 연통을 허용하는 경우, 유체 펌프(14)로부터 가압된 유체는 플로우 제어 밸브 조립체(16)를 통해 작동기(18)의 제 2 체임버(26)로 유동하고, 제 1 체임버(24)로부터 유체는 저장소(12)로 유동한다. 이러한 유체 연통은 작동기(18)의 수축을 가져온다.
이제 도 2를 참조하면, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 예시적인 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 도 2의 도시된 실시예에서, 플로우 제어 밸브 조립체(16)는 트윈 스풀 2-스테이지 밸브로서 정렬된다. 그러나, 본 발명의 범위는 플로우 제어 밸브 조립체(16)가 트윈 스풀 2-스테이지 밸브로 제한되지 않음을 이해할 것이다.
플로우 제어 밸브 조립체(16)는 제 1 파일럿 스테이지 스풀(22a)과 유체 연통하는 제 1 주 스테이지 스풀(20a), 및 제 2 파일럿 스테이지 스풀(22a)과 유체 연통하는 제 2 주 스테이지 스풀(20b)을 포함한다. 제 1 파일럿 스테이지 스풀(22a) 및 제 2 파일럿 스테이지 스풀(22b)의 위치는 각각 전자기적 작동기(24a, 24b)에 의해 제어된다. 대상 실시예에서, 전자기적 작동기(24a, 24b)는 발성 코일이다. 제 1 주 스테이지 스풀(20a) 및 제 2 주 스테이지 스풀(20b)이 대상 실시예에서 실질적으로 유사하기 때문에, 제 1 주 스테이지 스풀(20a) 및 제 2 주 스테이지 스풀(20b)은 상황에 의해 요구되는 단일형 또는 복수형 중의 하나에서 주 스테이지 스풀(20)로서 종합적으로 언급될 것이다. 유사하게, 제 1 파일럿 스테이지 스풀(22a) 및 제 2 파일럿 스테이지 스풀(22b) 및 제 1 전자기적 작동기(24a) 및 제 2 전자기적 작동기(24b)는 각각 상황에 의해 요구되는 단일형 또는 복수형 중의 하나에서 각각 파일럿 스테이지 스풀(22) 및 전자기적 작동기(24)로서 종합적으로 언급된 것이다. 그러나, 본 발명의 범위는 제 1 및 제 2 주 스테이지 스풀(20a, 20b), 제 1 및 제 2 파일럿 스테이지 스풀(22a, 22b) 및 실질적으로 유사한 제 1 및 제 2 전자기적 작동기(24a, 24b)에 제한되지는 않음을 이해할 것이다.
주 스테이지 스풀(20)은 파일럿 작동된다. 가압된 유체가 주 스테이지 스풀(20)의 제 1 말단(34a)으로 공급되는 경우, 주 스테이지 스풀(20)은 제 1 위치(36)로 작동된다. 가압된 유체가 주 스테이지 스풀(20)의 상반된 제 2 말단(34b)으로 공급되는 경우, 주 스테이지 스풀(20)은 제 2 위치(38)로 작동된다. 제 1 위치(36)에서, 유체는 공급 포트(28)로부터 워크 포트(32)로 연통된다. 제 2 위치(38)에서, 유체는 워크 포트(32)로부터 탱크 포트(30)로 연통된다. 대상 실시예에서, 주 스테이지 스풀(20)은 주 스테이지 스풀(20)의 각각의 말단(34)에 배치된 스프링(40)에 의해 중간 위치(N)로 바이어싱(biasing)된다.
파일럿 스테이지 스풀(22)의 위치는 주 스테이지 스풀(20)의 말단(34)에 작용하는 유체압을 조절함으로써 주 스테이지 스풀(20)의 위치를 제어한다. 워크 포트(32)가 공급 포트(28) 또는 탱크 포트(30)와 유체 연통하는지에 대한 여부를 제어하는 것에 추가하여, 주 스테이지 스풀(20)의 위치는 워크 포트(32)로의 유체의 유동률을 제어한다. 파일럿 스테이지 스풀(22)은 전자기적 작동기(24)에 의해 수득한 전기적 신호에 반응하여 작동한다. 대상 실시예에서, 전자기적 작동기(24)에 의해 수득한 전기적 신호는 펄스 폭 변조(pulse width modulation: PWM) 신호이다. 펄스 폭 변조 신호는, 펄스 폭이 파형의 값(즉, PWM 값)을 변화하기 위해서 조절될 수 있는 방형파이다. PWM 값을 변화시킴으로써, 파일럿 스테이지 스풀(22)은 보다 정확히 위치되고 제어될 수 있다.
플로우 제어 밸브 조립체(16)는 마이크로프로세서(41)를 추가로 포함한다. 마이크로프로세서(41)는 제어기(42)를 포함한다. 대상 실시예에서, 제어기(42)는 명령 신호(44)를 파일럿 스테이지 스풀(22)로 선택적으로 제공한다. 본 발명의 하나의 양상에서, 명령 신호(44)는 전기적 신호(44)이다. 본 발명의 다른 양상에서, 전기적 신호(44)는 PWM 신호이다. PWM 신호(44)에 반응하여, 파일럿 스테이지 스풀(22)은 작동되어서 가압된 유체가 각각의 주 스테이지 스풀(20)의 말단(34)들 중의 하나에 연통되도록 한다.
대상 실시예에서, 제어기(42)는 유압 시스템(10) 및/또는 유압 시스템(10)의 작동기로부터 수득한 정보에 반응하여 PWM 신호(44)를 제공한다. 제어기(42)는 희망 시스템 출력에 상응하는 희망 시스템 파라미터에 관한 정보(예를 들면, 작동기(18)의 위치, 작동기(18)로의 유동 등) 및 실제 시스템 파라미터에 관한 정보를 수신한다. 상응하는 희망 시스템 출력(또는 설정 지점)은 작동기에 의해 사용된 조이스틱 또는 키보드를 통하는 것을 포함하여 이에 제한되지 않은 다양한 방식으로 오퍼레이터에 의해 입력될 수 있다. 실제 시스템 파라미터는 플로우 제어 밸브 조립체(16) 내 임의의 센서 또는 유압 시스템(10) 내 임의의 센서로부터 수신할 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 제어기(42)는 제 1 스풀 위치 센서(48a) 및 제 2 스풀 위치 센서(20b)로부터 각각 제 1 주 스테이지 스풀(20a) 및 제 2 주 스테이지 스풀(20b)의 위치에 관한 정보를 수신한다. 이러한 실시예에서, 제 1 위치 센서(48a) 및 제 2 위치 센서(48b)는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 실시예에서, 제어기(42)는 스풀 위치 제어기로서 특징지을 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(42)는 제 1 압력 센서(50a) 및 제 2 압력 센서(50b)로부터 정보를 수신한다. 이러한 실시예에서, 압력 센서(50a, 50b)는 워크 포트(32)에 배치된다. 이러한 실시예에서, 제어기(42)는 압력 제어기로서 특징을 나타낸다. 다른 실시예에서, 제어기(42)는 스풀 위치 및 압력 제어기일 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 제어기(42)의 개략도가 도시된다. 제어기(42)는 제한 구조 제어기(예를 들면, PI 제어기, PID 제어기 등)(52)를 포함한다. 제한 구조 제어기(52)는 희망 시스템 파라미터 및 실제 시스템 파라미터를 수신하고 전기적 신호(54)를 출력한다. 제한 구조 제어기(52)로부터의 전기적 신호(54)는 PWM 신호로서 자체에 의해 사용될 수 있지만, 이러한 전기적 신호(54)는 플로우 제어 밸브 조립체(16)에 내재된 비직선성(nonlinearity)을 설명하지는 않는다. 결과적으로, 이러한 전기적 신호(54)는, PWM 신호로서 단독으로 사용되는 경우, 부정확하거나 불충분할 것이다. 따라서, 제어기(42)는 또한 이들 시스템 비직선성에 대해 보상하기 위해서 보상 제어기(56)를 포함한다. 제한 구조 제어기(52) 및 보상 제어기(56)로부터의 출력을 합하여 파일럿 스테이지 스풀(22)을 제어하는데 사용된 PWM 신호(44)를 형성한다.
제어기(42)는 PWM 신호(44)를 발생시켜서 PWM 신호(44)가 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 목적하는 성능 특성에 상응하도록 개조된다. 예를 들면, 오퍼레이터 또는 제조업자가 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 반응이 정확성보다 더 중요하다고 믿는 경우, 제어기(42)의 제어 파라미터를 최적화하여 최적의 결과를 달성하도록 할 수 있다. 그러나, 정확성이 보다 중요한 경우, 제어기(42)의 제어 파라미터는 센서에 의해 측정된 실제 시스템 파라미터(예를 들면, 실제 주 스테이지 스풀 위치 등)와 희망 시스템 파라미터(예를 들면, 희망 주 스테이지 스풀 위치 등) 사이의 오차를 최소화하도록 최적화될 수 있다.
제어 파라미터는 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 허용 오차의 생산, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 조립, 및 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 로딩 조건을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 요소에 의해 영향을 받는다. 결과적으로, 제어 파라미터는 목적하는 제어 반응을 달성하기 위해서 최적의 값으로 튜닝 또는 조절될 필요가 있다. 그러나, 제어 파라미터가 잘못 선택된 경우, 플로우 제어 밸브 조립체(16)는 불안정해질 수 있다.
제어 파라미터가 수동으로 조절 또는 튜닝될 수 있지만, 이러한 접근은 비정확하고, 반복될 수 없고, 주관적이며 비효율적이 되기 쉬울 것이다. 결과적으로, 플로우 제어 밸브 조립체(16) 자체가 제어기(42)의 제어 파라미터를 조절하는 프로세스가 기재될 것이다.
이제 도 4를 참조하면, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 제어기(42)에 대한 자동-튜닝 프로세스(200)가 도시된다. 대상 실시예에서, 자동-튜닝 프로세스(200)는 유압 시스템(10)의 오퍼레이터에 의해 개시된다. 오퍼레이터는, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 임의의 하나의 파일럿 스테이지 스풀(22)이 대체되거나 또는 오퍼레이터가 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 성능이 하락하는 것을 눈치챈 경우 자동-튜닝 프로세스(200)를 개시할 수 있다.
플로우 제어 밸브 조립체(16)는 제어기(42)의 제어 파라미터를 자동-튜닝 또는 자가-조절되기 때문에, 플로우 제어 밸브 조립체(16)는 현장에서 실용적이다. 플로우 제어 밸브 조립체(16)가 현장에서 실용적이기 때문에, 플로우 제어 밸브 조립체(16)는 현장에서 상대적으로 빠르게 설치, 수리 또는 교체될 수 있고, 이는 최종 사용자에게 감소된 시스템 정지시간을 이끈다.
자동-튜닝 프로세스(200)는 다수의 스테이지를 포함한다. 각 스테이지에서, 한 세트의 파라미터는 식별되고/되거나 튜닝된다. 파라미터의 이러한 세트는 후에 다음 스테이지에 사용된다. 이러한 멀티-스테이지 접근은, 문제들이 주어진 스테이지에 국지화되기 때문에 잠재적으로 이롭다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 자동-튜닝 프로세스(200)의 제 1 스테이지(210)는 초기 스테이지이다. 대상 실시예에서, 유압 시스템(10)의 오퍼레이터는 다양한 기준에 대한 반응을 기준으로 하는 자동-튜닝 프로세스(200)를 개시한다. 위에 제공된 바와 같이, 오퍼레이터는, 단계(212)에서 제공된 바와 같이 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 성능이 하락하거나, 또는 단계(214)에서 제공된 바와 같이 구성요소(예를 들면, 파일럿 스테이지 스풀(22) 등)가 대체되는 경우 자동-튜닝 프로세스(200)를 개시할 수 있다.
이제 도 4 및 도 6을 참조하면, 자동-튜닝 프로세스(200)가 개시된 후, 자동-튜닝 프로세스(200)는 검증 스테이지(22)로 진행한다. 검증 스테이지(220)에서, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 유압 조건 및 전기 조건은 자동-튜닝 프로세스(200)가 진행될 수 있는지에 대한 여부를 평가하기 위해서 측정된다. 예를 들면, 마이크로프로세서(41)는 압력 센서(50)로부터 정보를 수신하여 워크 포트(32)에서 가압된 유체가 존재하는지에 대한 여부 또는 단계(222)에서 제공된 바와 같이, 유체 펌프(14)로부터 플로우 제어 밸브 조립체(16)로 제공되는 가압된 유체가 존재하는지에 대한 여부를 평가한다. 단계(224)에서, 마이크로 프로세서(41)는 이렇게 수신된 정보를 자동-튜닝 프로세스(200)를 지속시키기 위해 요구된 압력 제한 또는 범위와 비교한다. 압력 센서(50)으로부터의 압력 판독값이 제한 내에 있으면, 자동-튜닝 프로세스(200)를 진행할 수 있다.
이제 도 4 및 도 7을 참조하면, 자동-튜닝 프로세스(200)의 제 3 스테이지(230)는 시스템 교정 스테이지이다. 자동-튜닝 프로세스(200)의 시스템 교정 스테이지(230)에서, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 마이크로프로세서(41)와 통신하는 센서를 측정하는 것이 교정 시스템 파라미터에 사용된다. 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 제조 프로세스 동안, 이들 시스템 파라미터에 대한 초기 값은 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 비휘발성 메모리 유닛(60)에 저장된다. 이들 초기 값은 조립 시험 동안 수득된다.
시스템 교정 스테이지(230)에서, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 센서는 단계(232)에서 이들 시스템 파라미터의 적어도 일부에 대한 마이크로프로세서(41)에 대한 판독값을 제공한다. 이들 판독값들을 기준으로 하여, 마이크로프로세서(41)는 남아있는 시스템 파라미터를 교정한다. 예를 들면, 제 1 위치 센서(48a) 및 제 2 위치 센서(48b)로부터 측정을 사용하여 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 각각의 주 스테이지 스풀(20)의 기계적 중심(mechanical center: 62)을 평가할 수 있다. 이러한 기계적 중심(62) 값으로, 마이크로프로세서(41)는 기계적 중심(62)으로부터 각각의 주 스테이지 스풀(20)의 압력 에지(64) 및 탱크 에지(66)로의 거리를 교정한다. 제어기(42)는 보상 제어기(56)로부터 보상 신호를 발생시키기 위해서 이들 판독값 및 교정된 값을 사용한다. 각각의 이들 값은 아래에 보다 상세하게 기재될 것이다.
이제 도 8을 참조하면, 플로우 제어 밸브 조립체(16)의 횡단면이 도시된다. 주 스테이지 스풀(20)의 기계적 중심(62)은, 제로 전류가 파일럿 스테이지 스풀(22)에 공급시 주 스테이지 스풀(20)의 위치에 상응한다. 파일럿 스테이지 스풀(22)에 공급된 제로 전류와 함께, 주 스테이지 스풀(20)은 주 스테이지 스풀(20)의 말단(34)에 배치된 스프링(40)에 의해 집중된다.
압력 에지(64)는 구멍(orifice)이 개방시 기계적 중심(62)으로부터 축 위치로 축 거리에 상응하여서 유체가 공급 포트(28)로부터 워크 포트(32)로 연통하도록 한다. 탱크 에지(66)는 구멍이 개방시 기계적 중심(62)으로부터 축 위치로 축 거리에 상응하여서 유체가 워크 포트(32)로부터 탱크 포트(30)로 연통하도록 한다.
이제 도 7 및 도 8을 참조하면, 파일럿 스테이지 스풀(22)에 공급된 제로 전류와 함께, 위치 센서(48)는 단계(232)에서, 주 스테이지 스풀(20)의 위치에 관련된 마이크로프로세서(41)에 대한 제 1 판독을 제공한다. 단계(234)에서, 마이크로프로세서(41)는 이 제 1 판독을 비휘발성 메모리 유닛(60)에 저장된 기계적 중심(62)의 초기 값과 비교한다. 제 1 판독이 비휘발성 메모리 유닛(60)에 저장된 값과 상이한 경우, 마이크로프로세서(41)는 단계(236)에서 비휘발성 메모리 유닛(60)에 저장된 이 값을 갱신하고, 단계(238)에서 압력 에지 값(64) 및 탱크 에지 값(66)의 관계를 기준으로 하는 아력 에지 값(64) 및 탱크 에지 값(66)을 기계적 중심(62)으로 교정한다. 이후에 마이크로프로세서(41)는 이들 신규 값을 반영하기 위해서 비휘발성 메모리 유닛에 저장된 시스템 파라미터를 갱신한다.
기계적 중심(62)은 파일럿 스테이지 스풀(22)의 설치 변화를 기준으로 변화시킬 수 있지만, 기계적 중심(62)과 압력 에지(64)와 탱크 에지(66) 사이의 관계는 일반적으로 일정하게 유지된다. 결과적으로, 대상 실시예에서, 압력 에지(64) 및 탱크 에지(66)의 값은 비휘발성 메모리 유닛(60)에 저장된 초기 값으로부터 수득한 기계적 중심(62)과 압력 에지(64)와 탱크 에지(66) 사이의 관계를 기준으로 한 제 1 판독으로부터 교정될 수 있다.
예를 들면, 플로우 제어 밸브 조립체(16)가 기계적 중심(62)에 대한 초기 값으로 100을, 압력 에지에 대한 초기 값으로 1100 및 탱크 에지에 대한 초기 값으로 -900을 갖는 경우, 기계적 중심(62)과 압력 에지(64)와 탱크 에지(66) 사이의 관계는 압력 에지(64) 및 기계적 중심(62)과 탱크 에지(66) 및 기계적 중심(62) 사이의 차(difference)를 취함으로써 계산된다. 상기 예에서, 압력 에지(64)와 기계적 중심(62) 사이의 차는 1000이고, 탱크 에지(66)와 기계적 중심(62)의 차는 -1000이다. 상기 제공된 바와 같이, 이들 차는 일반적으로 일정하게 유지된다.
상기 예에서, 자동-튜닝 프로세스(200)가 개시되고 위치 센서(48)의 제 1 판독은, 기계적 중심(62)이 200으로 동일함을 인식하는 경우, 마이크로프로세서(41)는 초기 값의 차를 기준으로 압력 에지(64) 및 탱크 에지(66)를 교정할 수 있다. 예를 들면, 상기 예에서, 마이크로프로세서(41)는 기계적 중심(62)(즉, 200)의 신규 값을 기계적 중심(62)과 압력 에지(64) 사이의 초기 차(즉, 1000)에 더함으로써 신규 압력 에지 값을 계산할 수 있다. 이러한 경우에, 압력 에지에 대한 신규 값은 1200(즉, 200 + 1000)이 될 것이다. 유사하게, 마이크로프로세서(41)는 기계적 중심(62)의 신규 값(즉, 200)을 기계적 중심(62)과 탱크 에지(66) 사이의 초기 차(즉, -1000)에 더함으로써 신규 탱크 에지 값을 계산할 수 있다. 이러한 경우에, 압력 에지에 대한 신규 값은 -800(즉, 200 + (-1000))이 될 것이다. 이러한 값들이 한번 계산되면, 이들 값은 비휘발성 메모리 유닛(60)에서 갱신 또는 저장된다.
이제 도 4, 도 8 및 도 9를 참조하면, 자동-튜닝 프로세스(200)의 다음 스테이지는 임계 시스템 파라미터(240)의 측정이다. 이 스테이지(240)에서, 임계 시스템 파라미터는 이후 스테이지에 사용하기 위해 측정된다. 대상 실시예에서, 이들 임계 시스템 파라미터들 중의 하나는 파일럿 스테이지 스풀(22)이 배치된 보어(70)의 전이 영역(transition area: 68)을 통해 파일럿 스테이지 스풀(22)을 구동하는데 필요한 PWM 값이다.
대상 실시예에서, 보어(70)는 제 1 파일럿 압력 포트(72a)와 제 1 작동 포트(74a) 사이의 제 1 전이 영역(68a)을 포함하고, 이는 주 스테이지 스풀(20)이 배치된 스풀 보어(78)의 제 1 체임버(76a)와 유체 연통한다. 보어(70)는 제 2 파일럿 압력 포트(72b)와 제 2 작동 포트(74b) 사이에 제 2 전이 영역(68b)을 추가로 포함하고, 이는 스풀 보어(78)의 제 2 체임버(76b)와 유체 연통한다. 파일럿 스테이지 스풀(22)이 위치 센서와 관련되지 않기 때문에, 전이 영역(68)을 통해 파일럿 스테이지 스풀(22)을 구동하는데 필요한 PWM 값은 희망 시스템 출력을 기준으로 하여 보어(70)에서 파일럿 스테이지 스풀(22)을 정확히 위치시키기 위해서 비휘발성 메모리 유닛(60)에 기록된다.
도 9에서, 제 1 전이 영역(68a) 및 제 2 전이 영역(68b)을 통해 파일럿 스테이지 스풀(22)을 구동하는데 각각 필요한 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P) 및 제 2 PWM 오프셋 값(PWM_T)를 측정하기 위한 방법(300)이 도시되어 있다. 이들 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P) 및 제 2 PWM 오프셋 값(PWM_T) 중의 하나는 제안 구조 제어기(52)로부터 전기적 신호(54)와 합해져서 PWM 신호(44)를 형성하는 보상 신호로서 보상 제어기(56)에 의해 사용된다. 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P)은, 구멍이 제 1 파이럿 압력 포트(72a)를 제 1 작동기 포트(74a)에 연결을 개방하도록, 제 1 전이 영역(68a)을 거쳐 파일럿 스테이지 스풀(22)을 이동시키는데 필요한 PWM 값을 수득함으로써 측정된다.
단계(302)에서, 보상 제어기(56)는 시스템 교정 스테이지(230)에 측정된 바와 같이 비휘발성 메모리 유닛(60)으로부터 기계적 중심(62)을 수득한다. 단계(304)에서, 주 스테이지 스풀(20)의 제 1 위치는 위치 값을 기계적 중심(62)과 더함으로써 계산된다. 예를 들면, 제 1 위치는 위치 값 50 um을 기계적 중심(62)에 더함으로써 계산할 수 있다.
단계(306)에서, 파일럿 스테이지 스풀(22)은 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P)을 사용하여 작동하여서 파일럿 압력이 스풀 보어(78)의 제 1 체임버(76a)에 전달되도록 한다. 단계(308)에서, 위치 센서(48)는 보상 제어기(56)에 대한 주 스테이지 스풀(20)의 위치에 관한 정보를 제공한다. 단계(310)에서, 저이득 제어기(예를 들면, 비례-적분(PI) 제어기 등)는 보상 제어기(56)에 의해 사용되어 제 1 위치에서 주 스테이지 스풀(20)을 안정화하는데 필요한 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P)을 측정한다. 단계(312)에서, 일단 주 스테이지 스풀(20)이 주어진 시간 동안 안정화되면, 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P)은 비휘발성 메모리 유닛(60)에 기록된다.
제 1 전이 영역(68a)을 통해 파일럿 스테이지 스풀(22)을 구동하는데 필요한 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P)이 기록된 후, 제 2 전이 영역(68b)을 통해 파일럿 스테이지 스풀(22)을 구동하는데 필요한 제 2 PWM 오프셋 값이 측정된다. 이 측정에 대한 단계는 방법(300)의 단계와 유사하다. 그러나, 단계(304)에서, 위치는 음성 값을 사용하여 계산되고, 단계(306)에서, 파일럿 스테이지 스풀(22)은 작동하여 파일럿 압력이 스풀 보어(78)의 제 2 체임버(76b)에 전달되도록 한다.
다시 도 3을 참조하면, 보상 제어기(56)는 기계적 중심(62), 및 위치 센서(48)로부터 주 스테이지 스풀(20)의 위치를 이용하여 보상 신호로서 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P) 또는 제 2 PWM 오프셋 값(PWM_T)을 사용하는지에 대한 여부를 측정한다. 위치 센서(48)에 의해 측정된 주 스테이지 스풀(20)의 위치가 탱크 에지(66)보다 압력 에지(64)에 더 근접한 경우, 보상 제어기(56)는 제 1 PWM 오프셋 값(PWM_P)을 사용한다. 그러나, 위치 센서(48)에 의해 측정된 주 스테이지 스풀(20)의 위치가 압력 에지(64)보다 탱크 에지(66)에 더 근접한 경우, 보상 제어기(56)는 제 2 PWM 오프셋 값(PWM_T)을 사용한다.
이제 도 4 및 도 10 내지 도 12를 참조하면, 자동-튜닝 프로세스(200)의 제5 스테이지(250)는 자동-튜닝 스테이지이다. 대상 실시예에서, 제한 구조 제어기(52)는 비례-적분(PI) 제어기이다. 다른 실시예에서, 제한 구조 제어기(52)는 비례-적분-미분(PID) 제어기이다. 다른 실시예에서, 제한 구조 제어기(52)는 제어기의 다른 유형이다.
PI 제어기에서, 자동-튜닝되거나 또는 최적화되는데 필요한 2개의 제거 파라미터 θ(예를 들면, 이득)가 존재한다. 자동-튜닝 스테이지(250)는 제한 구조 제어기(52)와 관련된 제어 파라미터 θ를 자동-튜닝한다. 자동-튜닝 스테이지(250)의 개략도는 도 10에 도시되어 있다.
도 10의 도시된 실시예에서, 제한 구조 제어기(52)는 오퍼레이터로부터의 희망 시스템 출력(또는 설정 지점) yd, 플로우 제어 밸브 조립체(16)로부터의 측정된 출력 ym, 및 자동 튜닝 모듈(400)로부터의 자동-튜닝된 제어 파라미터 θ를 수신한다. 제한 구조 제어기(52)는 플로우 제어 밸브 조립체(16)로 명령 신호 u를 출력한다.
자동 튜닝 모듈(400)은 플로우 제어 밸브 조립체(16)로부터 측정된 출력 ym을 수신하고, 이는 제한 구조 제어기(52), 및 참조 모델(402)로부터의 출력 ymod에 의해 제어되고, 오퍼레이터에 의해 제공된 희망 시스템 출력 yd와 참조 모델(402)의 출력 ymod 사이의 목적하는 전달 함수를 나타낸다. 참조 모델(402)의 출력 ymod는 플로우 제어 밸브 조립체(16)로부터 목적하는 반응을 나타낸다.
이들 입력을 기준으로 하여, 자동 튜닝 모듈(400)은 제한 구조 제어기(52)에 제공되는 제어 파라미터 θ를 최적화하여 오차를 최소화시킨다.
자동 튜닝 모듈(400)은 제한 구조 제어기(52)와 관련된 제어 파라미터 θ를 자동-튜닝 또는 최적화시키는 튜닝 절차(500)를 사용한다. 튜닝 절차(500)의 대표도가 도 11에 도시된다. 튜닝 절차(500)의 목적들 중의 하나는 제어 파라미터 θ를 최적화시켜서 플로우 제어 밸브 조립체(16)로부터의 측정된 출력 ym이 참조 모델(402)의 출력 ymod에 접근하도록 하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상에서, 튜닝 절차(500)는 시간 도메인 기준으로 한 절차이다. 본 발명의 다른 양상에서, 튜닝 절차(500)는 절차를 기준으로 한 단계 반응 시간 도메인이다. 본 발명의 또 다른 양상에서, 단계 반응은 폐쇄된 루프 단계 반응이다. 본 발명의 폐쇄된 루프 단계 반응은 단계 궤적(step trajectory)(도 12에서 최적으로 도시됨)으로서 희망 시스템 출력 yd를 사용한다.
튜닝 절차(500)는 비용 함수 공식 프로세스(502) 및 최적 프로세스(504)를 포함한다. 튜닝 절차(500)의 최적 프로세스(504)는 최적 식으로서 공식화될 수 있다:
Figure pct00001
위의 식에서, θ*는 모든 n에 대해 비용 함수 L(θ,n)을 최소화하는 최적 제어 파라미터이다.
비용 함수 L(θ,n)은 산업에서 사용된 성능 세부사항을 반영하기 위해 공식화된다. 본 발명의 하나의 양상에서, 비용 함수 L(θ,n)은 절대 오차, 오버슈트(overshoot), 세틀링 시간(settling time), 피크 오차(peak error), 이의 조합 등의 적분과 같은 성능 세부사항을 설명하도록 공식화된다. 본 발명의 하나의 양상에서, 비용 함수 L(θ,n)에 의해 설명되는 성능은 절대 오차, 오버슈트, 세틀링 시간의 적분이다.
대상 실시예에서, 비용 함수 L(θ,n)은 다음의 비용 함수 식에 의해 정의된다:
Figure pct00002
위의 식에서, L(θ,n)은 시간 기간 t∈[nT,(n + 1)T](위의 식에서, n=1,2,...이다)에서 주어진 제어 파라미터 θ에 대한 비용 함수이고, T는 단계 프로필의 기간이고, ym는 플로우 제어 밸브 조립체(16)로부터의 출력이고, ymod는 참조 모델(402)의 출력이고, OS(x,n):{Rz, R} → R은 시간 기간 t∈[nT,(n + 1)T]에서 세틀링 시간에 대한 맵핑 궤적(mapping trajectory) x ∈ Rz이고, STd ∈ R은 목적하는 세틀링 시간이며, w1, w2, w3는 절대 오차, 오버슈트 및 세틀링 시간의 적분에 대한 가중 함수이다.
본 발명의 하나의 양상에서, 비용 함수 L(θ,n)은 이산 사건(discrete event)이다. 성능 세부사항(예를 들면, 절대 오차, 오버슈트, 세틀링 시간 등의 적분)은 단계 프로파일의 전체 기간 T(도 12에 도시됨)와 관련된다. 본 발명의 하나의 양상에서, 비용 함수 L(θ,n)은 이들 성능 세부사항을 충분히 반영하기 위해서 각각의 기간 T의 말단에서 평가된다. 비용 함수 L(θ,n)이 단지 각각의 기간 T의 말단에서 평가되기 때문에, 비용 함수 L(θ,n)은 1/T의 빈도를 갖는 이산 사건이다.
본 발명의 다른 양상에서, 비용 함수 L(θ,n)은 분포적이다. 하나의 기간 T는 비용 함수 L(θ,n)을 평가하기 위해서 요구된다. 하나 이상의 기간 T는 하나 이상의 비용 함수 L(θ,n)을 평가하기 위해 요구된다. 예를 들면, 도 12에서, 2개의 비용 함수 L(θn-1,n-1) 및 L(θ,n)은 각각 (n-1)T 및 nT에서 평가된다.
본 발명의 하나의 양상에서, 제어 파라미터 θ의 최적화는 바람직하게는 SPSA(동시 인자변환 확률적 근사화)를 기준으로 한다. 그러나, 제어 파라미터의 최적화는 표준 FDSA(유한 차 확률적 근사화) 또는 RDSA(무작위 방향 확률적 근사화)를 기준으로 할 수 있음을 이해할 것이다.
재귀 확률적 근사화(SA) 절차는 다음의 SA 식에 의해 결정된다:
Figure pct00003
위의 식에서,
Figure pct00004
는 재귀의 kth 단계에서 솔루션 θ*의 근사값이고, ak는 제로에 점차적으로 접근하는 양성 스칼라의 배열이고,
Figure pct00005
는 경사
Figure pct00006
의 근사값이며, k=1,2,3...은 반복을 계수한다.
Figure pct00007
에 대한 SPSA 경사 근사치는 다음의 경사 식에 의해 결정된다:
Figure pct00008
위의 식에서, ck는 양성 스칼라의 배열이고,
Figure pct00009
는 반복의 kth 단계에서 베르누이(Bernoulli) 분포를 갖는 벡터이고,
Figure pct00010
에서 i=1,2,...이고, p는
Figure pct00011
의 ith 성분이고,
Figure pct00012
는 비용 함수 식(508)의 비용 함수이다.
이제 도 13을 참조하면, 튜닝 절차(500)의 최적 프로세스(504)가 기재될 것이다. 최적 프로세스(504)의 단계(520)에서, 프로세스 파라미터는 시간 t=0에서 개시된다. 하나의 실시예에서, 다음의 파라미터는 시간 t=0에서 개시된다:
Figure pct00013
위의 식에서,
Figure pct00014
는 제어 파라미터 θ의 하한이고,
Figure pct00015
는 제어 파라미터 θ의 상한 M3 > 0이며, θn은 다음 기간 T에 대한 제어 파라미터이다.
단계(522)에서, 비용 함수,
Figure pct00016
는 시간 t=3k-2에서 평가된다. 단계(524)에서, 제어 파라미터 θn은 다음 주기 평가에 대해 갱신된다. 다음 주기에 대한 제어 파라미터 θn은
Figure pct00017
과 동일하다.
단계(526)에서, 비용 함수,
Figure pct00018
은 시간 t=3k-1에서 평가된다. 단계(528)에서, 제어 파라미터 θn은 다음 주기 평가에 대해 갱신된다. 다음 주기에 대한 제어 파라미터 θn은
Figure pct00019
과 동일하다.
단계(530)에서, 비용 함수,
Figure pct00020
는 시간 t=3k에서 평가된다.
단계(532)에서, 반복 분석(IA1)이 수행된다. 본 발명의 하나의 양상에서, 반복 분석은, 다음 반복이 과도한 경우, 다음 반복을 제거하는 함수이다. 반복 분석은 다음의 IA1 식에 의해 결정된다:
Figure pct00021
위의 식에서, M1 > 0은 큰 스칼라이다.
상기 IA1 식(534)에서, 현 반복 k에서의 근사 제어 파라미터
Figure pct00022
의 값과 이전 반복 k-1의 근사 제어 파라미터
Figure pct00023
의 값 사이의 차의 절대 값이 스칼라 제한 값 M1 보다 더 큰 경우, 현 반복 k에서의 근사 제어 파라미터
Figure pct00024
는 이전 반복 k-1의 근사 제어 파라미터
Figure pct00025
로 설정된다. 그러나, 현 반복 k에서의 근사 제어 파라미터
Figure pct00026
의 값과 이전 반복 k-1의 근사 제어 파라미터
Figure pct00027
의 값 사이의 차의 절대 값이 스칼라 제한 값 M1 보다 더 작거나 동일한 경우, 현 반복 k에서의 근사 제어 파라미터
Figure pct00028
는 불변한다.
본 발명의 다른 양상에서, 대안적인 반복 분석(IA2)이 사용된다. 대안적인 반복 분석은 비용 함수 L(θ,n)의 함수이다. 전형적인 SPSA 접근이 각각의 반복 k에 대해 비용 함수 L(θ,n)을 2회(즉,
Figure pct00029
) 평가하지만, 본 발명의 튜닝 절차(500)의 최적 프로세스(504)는 비용 함수 각각의 반복 k에 대한 제 3 시간 비용 함수
Figure pct00030
를 평가한다. 본 발명의 다른 양상에서, 인접한 비용 함수들
Figure pct00031
의 제 3 평가 사이에서 비교가 이루어진다. 이러한 대안적인 반복 제거는 다음의 IA2 식에 의해 결정된다:
Figure pct00032
위의 식에서, M2 > 0은 큰 스칼라이다.
상기 IA2 식(536)에서, 현 반복 k에서의 비용 함수
Figure pct00033
와 이전 반복 k-1의 비용 함수
Figure pct00034
사이의 차가 스칼라 제한 값 M2 보다 더 큰 경우, 현 반복 k에서의 근사 제어 파라미터
Figure pct00035
는 이전 반복 k-1의 근사 제어 파라미터
Figure pct00036
로 설정된다. 그러나, 현 반복 k에서의 비용 함수
Figure pct00037
와 이전 반복 k-1의 비용 함수
Figure pct00038
사이의 차가 스칼라 제한 값 M2 보다 작거나 동일한 경우, 현 반복 k에서의 근사 제어 파라미터
Figure pct00039
는 불변한다.
단계(538)에서, SA 식(510) 및 경사 식(512)과 관련된 ak 및 ck 값은 갱신된다. 단계(540)에서, 베르누이 분포를 갖는 벡터
Figure pct00040
가 발생한다. 본 발명의 하나의 양상에서, 베르누이 분포는 파라미터의 범위와 관련하여 표준화된다. 이러한 표준은 모든 파라미터 치수에서 수렴의 균형을 유지한다.
Figure pct00041
에 대한 확률 질량 함수(즉,
Figure pct00042
의 각각의 요소)가 다음 식에 의해 주어진다:
Figure pct00043
위의 식에서, 0<δ<1이 갱신비를 측정하는 스칼라이고,
Figure pct00044
및
Figure pct00045
는 θ의 각각의 요소의 하한 및 상한이다. 단계(542)에서, 경사 식(512)은 다음의 식으로 수정된다:
Figure pct00046
단계(544)에서, 제어 파라미터
Figure pct00047
는 SA 식(510)을 사용하여 갱신된다. 단계(546)에서, 반복 k는 지수화된다(즉, k = k+1).
단계(548)에서, 정지 기준이 평가된다. 단계(548)에서, 정지 기준은 반복의 수 k와 관련된다. 반복 수 k가 예비측정된 값을 초과한 경우, 튜닝 절차(500)는 빠져나온다.
단계(550)에서, 제어 파라미터(
Figure pct00048
)의 각각의 요소()는 제한에 대해 비교된다. 제어 파라미터(
Figure pct00050
)의 요소(
Figure pct00051
)가 하한(
Figure pct00052
)보다 적은 경우, 요소(
Figure pct00053
)는 최하한(
Figure pct00054
)으로 설정된다. 요소(
Figure pct00055
)가 상한(
Figure pct00056
)보다 큰 경우, 요소는 상한(
Figure pct00057
)으로 설정된다. 요소(
Figure pct00058
)가 제한 내에 있는 경우, 요소(
Figure pct00059
)는 불변한다. 제어 파라미터(
Figure pct00060
)의 요소(
Figure pct00061
)가 억제된 후, 튜닝 절차(500)의 최적 프로세스(504)는 단계(512)로 리턴(return)한다.
다른 실시예에서, 대안 최적 프로세스가 사용된다. 이러한 대안 실시예에서, 대안 최적 프로세스는 그리드 최적 프로세스(grid optimization process)이다. 그리드 최적 프로세스에서, 각각의 이득에 대한 범위가 한정된다. 본 발명의 하나의 양상에서, 2개의 이득, 즉, 제 1 이득 및 제 2 이득이 존재한다. 제어기가 PI 제어기인 상황에서, 제 1 이득은 비례 이득(PG)이지만 제 2 이득은 적분 이득(IG)이다. 제어기는 제어 파라미터 및 제 1 이득 및 제 2 이득을 사용하여 명령 신호를 발생시킨다.
비례 이득은 0과 0.5 사이의 범위를 갖지만 적분 이득은 0.5와 1 사이의 범위를 가질 수 있다. 저점과 고점은 각각의 이득에 대해 선택된다. 예를 들면, 비례 이득에 대한 저점 및 고점은 각각 0과 0.5일 수 있지만, 적분 이득에 대한 저점 및 고점은 각각 0.5와 1일 수 있다. 이후, 비례 이득의 저점과 고점 중의 하나는, 모든 조합이 고갈될 때까지 적분 이득의 저점 및 고점 중의 하나와 합해진다(또는 곱해진다). 이러한 예에서, 4개의 조합, PG저 *IG저; PG저 *IG고; PG고 *IG저; PG고 *IG고일 것이다. 대상 실시예에서 각각의 조합에 대해, 실제 시스템 파라미터와 희망 시스템 파라미터 사이의 오차가 계산된다.
이후, 최적의 결과를 수득하는 조합이 다음 수행을 위한 개시 지점으로서 사용된다. 상기 예에서 PG저 *IG고가 최적의 결과를 제공하는 경우, 다음 수행에서 비례 이득에 대한 각각의 저점 및 고점은 PG저의 일부 퍼센트일 것이고 적분 이득에 대한 각각의 저점 및 고점은 IG의 일부 퍼센트일 것이다. 예를 들면, 다음 수행에서, 비례 이득의 저점 및 고점은 0.0 및 0.25일 수 있지만 적분 이득의 저점 및 고점은 0.75 및 1.0일 수 있다.
다시 말하면, 비례 이득의 저점 및 고점 중의 하나는 적분 이득의 저점 및 고점 중의 하나 및 각각의 조합에 대해 비교된 실제 시스템 파라미터와 희망 시스템 파라미터 사이의 오차와 합해진다. 이후, 최적의 결과를 수득하는 조합은 이후 수행에 대한 개시 지점으로서 사용된다. 이러한 프로세스는 해법의 편차가 이미한정된 범위 내에 있을 때까지 반복된다.
이제 도 14를 참조하면, 진동 약화 프로세스(600)가 기재될 것이다. 최적 프로세스 동안, 이득 값의 한 세트가 불안정한 역학 반응을 발생시킬 것이 가능하다. 불안정으로 야기되는 기계적 구성요소에 대한 손상의 위험을 감소시키기 위해서, 진동 약화 프로세스가 사용될 수 있다.
단계(610)에서, PWM 편차의 상한 및 하한이 검출된다. 전류가 5%와 95% 사이에서 변화하는 경우, 불안정성이 존재한다고 하기 쉽다. 전류가 5%와 95% 사이에서 변화하는 경우, PWM 출력은 단계(620)에서 제로로 설정된다. 주 스테이지 스풀(20)은 스프링(40)으로 인하여 기계적 중심(62)으로 점차적으로 뒤로 이동한다. 성능은, 절대 오차의 적분이 커질 것이기 때문에 주 스테이지 스풀이 제로인 경우 매우 부족해져야 한다. 따라서, 이러한 이득은 다음 수행을 위한 최적의 해법으로서 선택되지 않을 것이다.
본 기재의 다양한 변형 및 변화가 본 기재의 범위 및 취지로부터 벗어나지 않고 당해 분야의 숙련가에게 명백해질 것이고, 본 기재의 범위가 본원에 제시된 설명적인 실시예에 과도하게 제한되지 않음을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 유체 입구, 유체 출구, 제 1 워크 포트(work port) 및 제 2 워크 포트를 가지고, 스풀 보어(spool bore) 및 파일럿 스풀 보어(pilot spool bore)를 한정하는 하우징(housing);
    스풀 보어에 배치된 주 스테이지 스풀(main stage spool);
    파일럿 스풀 보어에 배치되고, 주 스테이지 스풀과 선택적으로 유체 연통하는 파일럿 스테이지 스풀(pilot stage spool); 및
    제한 구조 제어기 및 보상 제어기를 갖는 제어기를 포함하는 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함하고, 제한 구조 제어기 및 보상 제어기의 출력이 합해져서 파일럿 스테이지 스풀과 통신하는 전기적 신호를 형성하는 플로우 제어 밸브 조립체(flow control valve assembly).
  2. 제 1 항에 있어서,
    전기적 신호가 PWM 신호인 플로우 제어 밸브 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제어기가 스풀 위치 제어기인 플로우 제어 밸브 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제어기가 주 스테이지 스풀의 변위를 측정하는 스풀 위치 센서로부터 정보를 수신하는 플로우 제어 밸브 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제한 구조 제어기가 비례-적분 제어기인 플로우 제어 밸브 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    보상 제어기가 전기-유압 제어 밸브 조립체에 내재된 시스템 비직선성(system nonlinearity)에 대해 보상하도록 개조되는 플로우 제어 밸브 조립체.
  7. 제어 파라미터의 제 1 이득(gain)을 한정하는 단계;
    제어 파라미터의 제 2 이득을 한정하는 단계(여기서, 제 1 이득과 제 2 이득 및 제어 파라미터는 제어기에 의해 사용되어 장치에 대한 명령 신호를 발생시킨다);
    제 1 이득에 대한 저점 및 고점을 선택하는 단계;
    제 2 이득에 대한 저점 및 고점을 선택하는 단계;
    각각의 제 1 이득의 저점 및 고점을 각각의 제 2 이득의 저점 및 고점과 합하는 단계;
    장치의 실제 시스템 파라미터와 각각의 조합에 대한 희망 시스템 파라미터 사이의 오차를 계산하는 단계(여기서, 실제 시스템 파라미터는 명령 신호의 함수이다);
    최저 오차를 산출하는 조합을 선택하는 단계;
    이후 반복에서 선택된 조합의 제 1 및 제 2 이득의 값을 이용하는 단계를 포함하여 제어기의 다수의 이득을 최적화시키기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    명령 신호에서 편차를 검출하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    편차가 상한 및 하한 외에 있는 경우 명령 신호를 제로로 설정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    장치가 전기-유압 제어 밸브인 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    명령 신호가 PWM 신호인 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 1 이득이 비례 이득인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 2 이득이 적분 이득인 방법.
  14. 제 1 반복의 제 1 시간 간격에서 비용 함수를 평가하는 단계;
    제어 파라미터를 계산하는 단계;
    제 1 반복의 제 2 시간 간격에서 비용 함수를 평가하는 단계;
    제어 파라미터를 계산하는 단계;
    제 1 반복의 제 3 시간 간격에서 비용 함수를 평가하는 단계; 및
    반복 분석을 수행하는 단계(여기서, 반복 분석은 제 1 반복과 이전 반복을 비교하고, 제어 파라미터의 값을 제 1 반복에서 계산된 제어 파라미터의 값 및 이전 반복에서 계산된 제어 파라미터의 값 중의 하나로 설정한다)를 포함하여 제한 구조 제어기의 제어 파라미터를 최적화시키기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    반복 분석이 제 1 반복의 제 3 시간 간격에서의 비용 함수를 이전 반복의 제 3 시간 간격에서의 비용 함수와 비교하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    이전 반복이 제 1 반복 직전인 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    비용 함수가 절대 오차, 오버슈트(overshoot) 및 세틀링시간(settling time)의 적분으로 계산하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    베르누이(Bernoulli) 분포를 갖는 벡터를 발생시킴을 추가로 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    베르누이 분포를 정상화시킴을 추가로 포함하는 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상한 및 하한에 대한 제어 파라미터의 요소를 추가로 포함하는 방법.
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