Способ и система со средой, находящейся под давлением с контроллером

Способ и система со средой, находящейся под давлением с контроллером

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к системе, работающей со средой, находящейся под давлением, имеющей контроллер. Изобретение также относится к способу в системе со средой, находящейся под давлением, имеющей контроллер.

В системах, работающих со средами под давлением, управление нагрузкой выполняется посредством гидроусилителей с рабочими камерами, имеющими эффективную поверхность, на которую воздействует давление этой среды, формируя усилие, действующее на нагрузку через гидроусилитель. Величина усилия зависит от поверхности, находящейся под давлением, и от давления, которое, в стандартных системах, работающих со средами под давлением, регулируется для формирования переменных сил. Типовыми применениями являются передача, подъем и опускание груза, при этом физическая форма груза может варьироваться в различных системах, представляя собой, например, часть конструкции, агрегата или системы, которые необходимо переместить. Обычно контроль давления выполняется посредством энергозатратного регулирования; в стандартных решениях с регулировкой сопротивления силовое управление гидроусилителя осуществляется за счет бесступенчатого регулирования давления рабочих камер. Таким образом, давления регулируются посредством дросселирования потоков среды под давлением, которая подается и выводится из рабочей камеры. Такое управление реализуется посредством использования, например, пропорциональных клапанов.

Обычно в стандартных системах присутствует сторона нагнетания, в которой производится регулировка давления и формируется объемный поток среды под давлением, а также сторона возврата, в которой происходит прием объемного потока, и уровень превалирующего давления, для минимизации потерь, имеет максимально низкое значение, так называемое давление в баке.

К известным средам, работающим под давлением, относятся, например, гидравлическое масло, сжатый воздух, вода или гидравлические жидкости на водной основе. Тип таких сред неограничен, однако может варьироваться в соответствии с применением и набором требований.

К проблемам традиционных систем можно отнести чувствительность к сбоям и энергопотери, особенно, потери гидравлической мощности и отказы управляющих клапанов.

Задачей настоящего изобретения является внедрение нового решения для реализации систем, работающих со средами под давлением, обеспечивающего существенно меньшие энергопотери по сравнению с большинством систем, применяемых в настоящее время.

Данное изобретение относится к дискретным гидравлическим системным решениям, основанным на способе бездроссельного управления, устройствах, применяемых в дискретной гидравлической системе, например, напорный усилитель, напорный усилитель насоса, а также способах, управляющих контурах и контроллерах, предназначенных для управления вышеперечисленным.

Система, соответствующая настоящему изобретению, описана в пункте 1 формулы изобретения. Способ, соответствующий настоящему изобретению, описан в пункте 25.

Данное системное решение конфигурируется или для контроля силы, ускорения, скорости или положения, которое формирует гидроусилитель, приводимый в движение средой под давлением; или для контроля ускорения, момента, углового ускорения, угловой скорости, положения, а также вращения силы, которые формируются устройством, состоящим из нескольких гидроусилителей. Дополнительно или помимо этого, системное решение предназначено для контроля одного или более энергопитающих блоков. Также, дополнительно или помимо этого, системное решение предназначено для контроля одного или более напорных усилителей и соответствующих коэффициентов преобразования. Дополнительно или помимо этого, системное решение предназначено для контроля одного или более блоков преобразования энергии, в частности напорных усилителей насоса, и соответствующих коэффициентов преобразования.

Представлено новое решение для дискретной гидравлической системы, основанное на методе бездроссельного управления, а также устройства, применяемые в ней. Важной особенностью дискретной гидравлической системы является возврат кинетической или потенциальной энергии в контуры подпитки при рабочих перемещениях гидроусилителя.

Контур среды под давлением, применяемый в данной дискретной гидравлической системе и в дальнейшем именуемый системой подпитки, включает в себя два или более контура с различными уровнями давления, которые также называются контурами подпитки. Обычно каждый контур подпитки содержит один или более каналов среды под давлением, которые соединены друг с другом и имеют одинаковое давление. Для простоты, в последующем описании основное внимание будет сосредоточено на системном решении, содержащем два контура подпитки. Специалист, компетентный в данной области, легко сможет адаптировать предлагаемые принципы для системы, содержащей три и более контура подпитки.

В настоящих примерах описаны контуры подпитки высокого и низкого давления, не привязанного к какому-либо определенному абсолютному уровню, однако преимущественно отличающегося. Уровни давления выбираются в зависимости от приложения. В системном решении, содержащем несколько контуров подпитки высокого или низкого давления, рекомендуется, чтобы уровни давления в них также различались.

При обсуждении контура подпитки высокого давления также будут использоваться следующие обозначения: HP (высокое давление), канал или соединение HP; аналогично, для контура подпитки низкого давления - LP (низкое давление), канал или соединение LP. Мощность, необходимая для контуров подпитки, обеспечивается одним или более блоками подпитки. Например, мощность передается в контур подпитки через один или более напорных усилителей от одного или более других контуров подпитки.

Представленная система, содержащая два или более контура подпитки, способных подавать мощность, и использующая дискретные гидроусилители, работающие по технологии бездроссельного управления, называется дискретной гидравлической системой малого сопротивления (LRDHS). Мощность, поступающая от одного или более контуров подпитки низкого уровня давления (LP), часто является большей частью мощности, используемой системой, поэтому уровни давления контуров подпитки низкого давления оказывают существенное влияние на производство мощности, управляемость и энергопотребление гидроусилителей.

Это характерно для каждого контура подпитки, который может генерировать необходимое давление, а также подавать и принимать объемный расход. Рекомендуется, чтобы уровни давления различных контуров подпитки изменялись равномерно по отношению друг к другу.

Блок подпитки относится к контуру среды под давлением, который подает энергию извне системы подпитки через насосный блок в контуры подпитки этой системы. Блок подпитки содержит насосный блок, а также клапанную систему управления и безопасности, посредством которой каналы всасывания и нагнетания насосного блока могут быть подключены к любому контуру подпитки. Рекомендуется, чтобы каналы всасывания и нагнетания также были подключены к резервуару со средой под давлением.

Стандартно, к контуру подпитки HP подключен один или более энергопитающих блоков высокого уровня давления, и, аналогично, к контуру подпитки LP подключен один или более энергопитающих блоков низкого уровня давления. Блоком подпитки является, например, гидравлический аккумулятор или иной энергонакопитель, использующий, к примеру, нагрузку от пружины или гравитационное воздействие на груз, т.е. потенциальную энергию. В качестве энергопитающего блока может применяться аккумулятор потенциальной энергии с подключенным к нему дискретным гидроусилителем. Принцип работы дискретного гидроусилителя описан ниже.

Связанные друг с другом дискретные гидроусилители могут использоваться в качестве напорных усилителей, посредством которых мощность передается между различными контурами подпитки без значительных энергозатрат. Вышеупомянутые дискретные напорные усилители (DPCU) также можно использовать в тех случаях, когда гидроусилитель подключается к контуру подпитки в процессе работы. В напорном усилителе передача мощности выполняется за счет использования эффективных поверхностей и способа бездроссельного регулирования.

При подключении такого напорного усилителя к внешнему источнику энергии, передвигающему его подвижную часть, указанный дискретный насос с напорным усилителем (DPCPU) может использоваться для передачи энергии к контурам подпитки, в которых кинетическая энергия, посредством вышеупомянутых гидроусилителей, преобразовывается в гидравлическую, т.е. в давление и объемный расход среды под давлением.

В частности, дискретный гидроусилитель относится к цилиндру, эффективные поверхности которого кодируются двоичным или иным образом; данные поверхности подключаются к контурам подпитки, используя различные комбинации и бездроссельное управление. Обычно силовое управление или регулировка силы находятся под вопросом.

Дискретное гидравлическое поворотное устройство состоит из одного или более гидроусилителей, содержащих одну или более камер и работающих по принципу бездроссельного управления; данные гидроусилители, совместно с одной или более зубчатыми рейками и колесами, подключенными к одному или более гидроусилителям, преобразуют линейное движение в поворот. Обычно управление моментом или регулировка момента находятся под вопросом.

Дискретный гидравлический привод вращения состоит из двух и более гидроусилителей, содержащих одну или более рабочих камер, работающих по принципу бездроссельного управления и механически подключенных к эксцентрику. Обычно управление моментом и регулировка момента выполняются посредством силового управления гидроусилителей.

Данная система позволяет подключать два и более контура подпитки с различными уровнями давления к одному или более дискретным гидроусилителям посредством интерфейсов управления. Блок гидроусилителей включает в себя один или более гидроусилителей и, соответственно, используется в качестве гидроусилителя для передвижения груза, блока напорного усилителя, напорного усилителя насоса, насоса или комбинации вышеперечисленных устройств одновременно. Гидроусилители или гидроусилительные блоки могут подключаться к нагрузке или друг к другу как физически, так и гидравлически, в зависимости от приложения.

Техническими преимуществами и отличиями данной системы, по сравнению с традиционными решениями, являются более высокая энергетическая эффективность, легкость управления, простота компонентов и конструкции, модульность, а также контроль отказов. В традиционных решениях, использующих контроль сопротивления, силовое управление гидроусилителя реализуется посредством плавной регулировки давления рабочих камер. В результате уровни давления регулируются посредством дросселирования потоков среды, входящих и выходящих из рабочей камеры. Данная система, напротив, представляет иной способ управления гидроусилителем, оперирующий очень небольшим количеством дросселей, простыми клапанами и простой структурой самой системы, основанный на корректировке силы при помощи использования только дискретных, предустановленных, но изменяемых уровней давления (например, контуры подпитки высокого и низкого давления). Силовое управление реализуется путем равномерного изменения усилия при помощи контуров подпитки, имеющих равномерное изменение уровней давления, и эффективных поверхностей гидроусилителей, подключенных к ним. Представленный способ управления, совместно с гидроусилителем или гидроусилительным блоком, имеющим эффективную поверхность, например, с двоичной или иной кодировкой, позволяет значительно сократить энергопотребление по сравнению с традиционными методами управления. Кроме того, система позволяет использовать максимальные скорости при очень высокой точности управления и позиционирования.

При традиционном пропорциональном дроссельном регулировании скорость механизма, подключенного к гидроусилителю, изменяется прямо пропорционально площади поперечного сечения отверстия элемента дроссельного управления, причем погрешности настройки регулирующего элемента отражаются непосредственно на скорости регулируемого механизма. В традиционных решениях оптимизация элемента регулировки в соответствии с приложением является существенным фактором, определяющим и ограничивающим точность регулировки.

При использовании дискретного дроссельного регулирования уровень неточности регулировки скорости гидроусилителя может быть снижен за счет использования нескольких двухпозиционных клапанов, соединенных параллельно в качестве компонента регулировки; причем при заданной разнице давлений определенные управляющие директивы (так называемая заданная точка или управляющее значение) этих клапанов формируются за счет использования определенных дискретных значений скорости, которые, с высокой вероятностью, будут близки к расчетным. Таким образом, характеристическая кривая положения принимает определенные угловые коэффициенты так же, как скорость принимает определенные дискретные значения. Погрешность достижения скорости и угловатость изгибов характеристической кривой положения зависит от дискретности регулировки скорости, т.е. количества имеющихся отверстий и, соответственно, клапанов.

В рассматриваемой дискретной системе, основанной на бездроссельном управлении и возможности регулировки ускорения, ускорение механизма, подключенного к гидроусилителю, регулируется пропорционально формированию усилия гидроусилителя, который, в свою очередь, контролируется посредством подключения каждого контура подпитки и, следовательно, каждого уровня давления к имеющимся эффективным поверхностям таким образом, чтобы требуемое усилие формировалось наиболее оптимальным способом.

Регулировка скорости осуществляется посредством отклика скорости, при этом характеристическая кривая скорости получает определенные угловые коэффициенты, когда ускорение получает определенные дискретные значения. Угловатость изгибов характеристической кривой скорости зависит от дискретности регулировки ускорения. Следовательно, математически, характеристическая кривая положения контролируется на порядок лучше, чем непосредственное управление скоростью посредством дросселирования.

Теоретически в представленной системе можно получить любое значение скорости, при этом погрешность остается очень маленькой. Таким образом, факторами, ограничивающими дискретность регулировки скорости, являются: дискретность регулировки ускорения, период дискретизации системы управления, времена отклика интерфейсов управления, время, затрачиваемое на изменение состояний рабочих камер, а также погрешность измерения датчиков. Дискретность регулировки ускорения зависит от количества рабочих камер и кодирования их поверхностей, количества контуров подпитки, подключаемых к рабочей камере и имеющих различные уровни давления, а также от уровней давления контуров подпитки, соотношения и различия этих уровней. С другой стороны, при использовании настоящего метода дискретного гидравлического управления отсутствует любая неточность дросселирования регулирующего компонента, вызванная, к примеру, вариативностью усилия нагрузки или давления, и любая вызванная этим ошибка регулировки. В этом отношении, при любых обстоятельствах система демонстрирует отличную контролируемость и управляемость по сравнению с традиционными системами с дроссельным управлением.

Если система состоит из нескольких отдельных гидроусилителей, воздействующих на один и тот же компонент или одну и ту же точку, или различные точки на одном компоненте в одном или разных направлениях, то усилие, формируемое каждым гидроусилителем, может контролироваться отдельно, независимо друг от друга или во взаимодействии друг с другом, для получения необходимого направления или величины суммарного усилия, т.е. общей силы, генерируемой гидроусилителями. Указанное суммарное усилие, воздействуя на компонент, выступает в качестве нагрузки и вызывает ускорение, замедление или отмену усилия нагрузки. Для формирования суммарного усилия требуемой величины и направления система управления должна масштабировать силовое управление гидроусилителей, используя величину или величины, измеренные системой или определенные иным способом.

Способы применения системы могут варьироваться практически безгранично, однако, к стандартным применениям дискретных гидроусилителей можно отнести различные приложения, связанные с поворотом, вращением, подъемом, опусканием, передачей усилия привода и компенсации движения, например, компенсации морской качки. Система наилучшим образом подходит для работ, где необходимо осуществлять ускорение или торможение достаточно значительных инерциальных масс в соответствии с усилием, формируемым гидроусилителем, причем при значительной экономии энергии. Система может легко применяться там, где требуется управление несколькими гидроусилителями, работающими одновременно с различными уровнями нагрузки.

Способы использования рассматриваемой системы включают такие, при которых гидроусилитель применяется для создания удерживающей силы таким образом, чтобы гидроусилитель либо поддавался внешним воздействиям, либо противостоял им, т.е. создавал противосилу соответствующей величины и, таким образом, удерживал подвижный компонент. Число гидроусилителей, применяемых для одной системы, может варьироваться, также как и число гидроусилителей, подключаемых к одной и той же части одного и того же компонента или механизма. В частности, количество гидроусилителей, подключаемых от одного компонента или детали (например, станина машины) к другому компоненту или детали (например, мачта или подъемник крана), в большей степени зависит от характеристик управления, энергопотребления и оптимального контроля отказов гидроусилительного блока, сформированного между указанными компонентами.

Изобретение будет описано более подробно с использованием нескольких примеров и со ссылкой на соответствующие чертежи, где:

Фиг.1 - система, соответствующая примеру, представленному в изобретении, использующая гидроусилитель, представляющий собой цилиндр с четырьмя рабочими камерами, который приводится в движение при помощи среды под давлением.

Фиг.2 - таблица состояний, применяемая для управления системой, изображенной на фигуре.

Фиг.3 - степени силы, формируемые системой, приведенной на фиг.1.

Фиг.4 - демонстрация функциональности поправочных коэффициентов управления системы.

Фиг.5 - контроллер, применяемый для управления системой.

Фиг.6 - резервный контроллер, применяемый для управления системой.

Фиг.7 - дополнительный резервный контроллер, применяемый для управления системой.

Фиг.8 - принцип работы преобразователя управления, применяемого при контроле системы.

Фиг.9 - пример поворотного устройства, соответствующего изобретению.

Фиг.10 - пример двигателя эксцентрикового насоса, соответствующего изобретению.

Фиг.11 - пример системы, соответствующей изобретению.

Фиг.12 - принцип работы напорного усилителя насоса.

Фиг.13а–13d - гидроусилители, использующиеся в системе на фиг.11.

Фиг.14 - напорный усилитель насоса, содержащий, согласно примеру, четыре камеры.

Фиг.15 - напорный усилитель, содержащий, согласно примеру, четыре камеры.

Фиг.16 - напорный усилитель, содержащий, согласно примеру, четыре камеры и контролируемый управляющими контурами.

Фиг.17 - напорный усилитель насоса, содержащий, согласно примеру, восемь камер и управляемый посредством перекрестного подключения.

Фиг.18 - напорный усилитель насоса, содержащий, согласно примеру, восемь камер и контролируемый управляющим контуром.

Интерфейс управления

Управление впуском и выпуском среды под давлением в гидроусилитель и из него осуществляется при помощи интерфейса управления. Гидроусилитель содержит одну или более рабочие камеры, работающие по принципу вытеснения. Каждый интерфейс управления имеет один и более управляющих клапанов, подключенных параллельно. В качестве управляющих клапанов рекомендуется использовать быстродействующие отсечные клапаны с достаточно низким показателем потерь давления, например, двухпозиционные клапаны с электроуправлением; и если клапаны подключены параллельно на одном и том же канале, то они совместно будут определять объемный расход в канале. В зависимости от способа управления каждая рабочая камера гидроусилителя может отдельно подключаться или отключаться посредством интерфейсов управления к контуру подпитки, например, или высокого или низкого давления в системе двухуровневого давления. Такой способ управления, при котором интерфейсы управления, ведущие к рабочей камере гидроусилителя и состоящие из одного или более клапанов, всегда открытых или закрытых полностью, в настоящем описании называется методом бездроссельного управления.

Интерфейсы управления функционируют таким образом, что клапан или все параллельно подключенные клапаны интерфейса установлены в открытое или закрытое положение. Таким образом, контроль интерфейса управления может быть дискретным, причем устанавливаемые значения соответствуют единице (интерфейс управления открыт, включен) или нулю (интерфейс управления закрыт, выключен). Формирование необходимого электрического управляющего сигнала для клапана возможно на основании установки.

Дискретный гидроусилитель

Для работы системы управления дискретного гидроусилителя необходимо, чтобы система состояла как минимум из одного гидроусилителя с не менее чем одной рабочей камерой. Силовая составляющая, генерируемая рабочей камерой, зависит от эффективной поверхности рабочей камеры и давления, действующего внутри нее. Величина суммарного усилия, создаваемого гидроусилителем, является результатом вычислений с учетом вышеуказанных факторов. В данном случае, для того чтобы получить по меньшей мере двухуровневый контроль усилия для управления нагрузкой, рекомендуется, чтобы усилие нагрузки, контролируемое гидроусилителем, т.е. воздействующее на него усилие, было больше по величине, чем противоположно направленная силовая составляющая, формируемая в гидроусилителе давлением контура подпитки LP, и меньше, чем противоположно направленная силовая составляющая, формируемая в гидроусилителе давлением контура подпитки HP.

В одном из конструктивных исполнений системы в нее входит по меньшей мере один гидроусилитель, содержащий не менее двух рабочих камер, эффективные поверхности которых различны; таким образом, в системе двухуровневого давления можно реализовать по меньшей мере четырехуровневое силовое управление. Силовые составляющие, генерируемые разными рабочими камерами, действуют как в одном, так и в разных направлениях, в зависимости от системы и поведения контролируемой нагрузки. Каждая рабочая камера может формировать две различные силовые составляющие. Для того чтобы добиться равномерности шагов силового управления в системе двухуровневого давления, рекомендуемое соотношение поверхностей должно быть равным 1:2. Соответствующая система может быть сконструирована при помощи двух однокамерных гидроусилителей, соотношение поверхностей которых составляет, например, 1:2. Большее количество силовых уровней может быть получено посредством, например, увеличения числа рабочих камер в том же гидроусилителе или добавлением отдельных гидроусилителей и подключением их к той же нагрузке.

Кроме того, большее количество силовых уровней может быть получено посредством увеличения числа контуров подпитки с различными уровнями давления, подключенных к гидроусилителю. В данном случае количество силовых составляющих и, одновременно, силовых уровней, генерируемых гидроусилителем, является степенной функцией, основание которой равно количеству контуров подпитки с различными уровнями давления, подключенных к гидроусилителю, а показатель равен количеству рабочих камер в гидроусилителе. Рекомендуется, чтобы эффективные поверхности рабочих камер, а также уровни давления контуров подпитки, подключенных к гидроусилителю, отличались друг от друга.

Также рекомендуется, чтобы соотношение между эффективными поверхностями рабочих камер соответствовало ряду M^N, где основание М – это количество контуров подпитки, подключаемых к гидроусилителю, а N – группа натуральных чисел (0, 1, 2, 3,..., n), в тех случаях, когда уровни давления контуров подпитки, которые могут быть подключены к ним, изменяются равномерно, для равномерного управления усилием при подключении эффективных поверхностей к контуру подпитки высокого или низкого давления, или к другим контурам с использованием различных комбинаций подключения.

В частности, в системе, состоящей из двух контуров подпитки (контуры подпитки высокого и низкого давления) для равномерной регулировки усилия при подключении эффективных поверхностей к контуру подпитки высокого или низкого давления с использованием различных комбинаций подключения, рекомендуется, чтобы соотношение между эффективными поверхностями соответствовало ряду M^N, где основание М – равно 2, а показатель N является группой натуральных чисел (0, 1, 2, 3,..., n), т.е. ряду 1, 2, 4, 8, 16 и т.д., соответствующему весовым коэффициентам битов в двоичной системе исчисления.

Равномерное изменение подразумевает наличие постоянной величины разницы между соседними уровнями усилий или давлений. Силовые уровни формируются в виде различных комбинаций нескольких силовых составляющих, генерируемых гидроусилителем, дающих суммарное усилие. Соотношение между поверхностями может соответствовать различным рядам, например типа 1, 1, 3, 6, 12, 24 и т.д., или Фибоначчи, или методикам кодирования PNM. При увеличении равных поверхностей или, например, поверхностей, отличных от двоичных рядов, можно получить большее количество силовых уровней, однако при этом также появляются нерабочие состояния, которые не формируют новых силовых уровней, поскольку такое же суммарное усилие гидроусилителя можно получить посредством использования двух или более комбинаций подключения интерфейсов управления.

Число комбинаций подключения соответствует степенной функции, основание которой равно количеству различных уровней давления, подводимых к рабочим камерам, а показатель равен общему количеству рабочих камер. Система содержит по меньшей мере один гидроусилитель, воздействующий на нагрузку. При использовании двух гидроусилителей с четырьмя камерами в системе двухуровневого давления количество состояний и комбинаций подключения системы увеличивается до 2⁸=256, т.к. общее количество рабочих камер равно 8. При подключении двух или более идентичных гидроусилителей, воздействующих на одну точку в нагрузке, состояния системы по большей части будут повторяющимися по отношению друг к другу. Указанные гидроусилители воздействуют на нагрузку в одном или в разных направлениях, при этом соответствующие рабочие камеры идентичных гидроусилителей одинаковые по размеру. В случае воздействия на одну и ту же точку различными гидроусилителями в разных направлениях существует возможность регулировки необходимым образом величины и направления суммарного усилия, действующего на нагрузку. При подключении различных гидроусилителей к различным точкам нагрузки возможна регулировка величины и направления для момента, а также для суммарного усилия, действующего на нагрузку.

Компактная реализация данного изобретения, имеющая достаточно большое количество уровней для регулировки и предназначенная для универсального применения, содержит гидроусилитель с четырьмя рабочими камерами, соотношение эффективных поверхностей которых соответствует двоичному ряду 1, 2, 4 и 8, причем поддерживается 16-уровневая равномерная регулировка усилия. Гидроусилитель сконфигурирован таким образом, что силовые составляющие, генерируемые его рабочими камерами, имеющими наибольшую эффективную поверхность и следующую по размеру после наименьшей, действуют в одном направлении. Силовые составляющие, генерируемые прочими рабочими камерами, действуют в противоположном направлении.

В данном контексте контроль усилия, момента или ускорения касаются управления силой, моментом или ускорением, т.к. при определенных комбинациях соединения интерфейсов управления система всегда формирует заданное усилие или момент, получение которого не требует обратной связи. Использование гидроусилителя с равномерным формированием усилия позволяет легко реализовать плавное управление ускорением, при котором оно прямо пропорционально так называемой действующей силе, формируемой в виде суммы суммарных усилий, генерируемых гидроусилителем, и прочих силовых составляющих, воздействующих на нагрузку. При управлении ускорением, для расчета суммарного усилия, при котором будет достигнуто желаемое ускорение груза, системе в качестве обратной связи необходимы величины усилия нагрузки, действующей на систему и ее инерциальную массу. Однако наипростейший вариант применения данной системы в подобных приложениях характеризуется неизменностью инерциальной массы нагрузки, причем для обратной связи необходимо только усилие нагрузки, действующее на систему.

Система с управляемым ускорением может быть преобразована в систему с управляемой скоростью только за счет обратной связи по скорости. Далее система с управляемой скоростью может быть преобразована в систему с управляемым положением за счет обратной связи по положению.

Требование получения повторяемости при заданном контрольном значении, которое выбирается произвольным образом для ускорения, углового ускорения, скорости, угловой скорости, положения или вращения, соответствует нулевому значению (0) относительного управления системы, ускорение гидроусилителя должно быть приблизительно равно нулю. Ускорение движущейся части гидроусилителя с силовым управлением и дискретной постоянной контрольного значения в большой степени зависит от усилия нагрузки, действующего на гидроусилитель. Следовательно, к контрольному значению необходимо добавить составляющую для компенсации усилия нагрузки, которая в этом документе называется положением нулевого ускорения. При использовании данного контрольного значения ускорение гидроусилителя и одновременно нагрузки поддерживается как можно более близким к нулю. Формирование компенсационной составляющей реализуется эмпирически, посредством оценки действия усилия нагрузки, таблично, применением интегральной регулировки, посредством оценки данных с датчика.

Так как система для интерфейсов управления может формировать только дискретные контрольные значения, то поддержание нагрузки полностью в стационарном состоянии с использованием любого дискретного управления не всегда возможно; для этой цели состояние управления системы должно периодически меняться между двумя различными состояниями, соответствующими противоположным ускорениям. Изменение состояний гидроусилителя не проходит совсем без потерь, поскольку, помимо всего прочего, потребление энергии происходит благодаря сжимаемости среды под давлением при увеличении уровня давления в любой из рабочих камер. Поэтому рекомендуется поддерживать нагрузку и соответствующий механизм в таком положении, в котором выключены все интерфейсы управления, чтобы механизм стационарно блокировался в так называемом состоянии блокировки. Существует практика реализации данной функции таким образом, чтобы приоритет управления состоянием блокировки был выше приоритета контроля интерфейсов управления, а указанные виды контроля не влияли друг на друга. При включении состояния блокировки все интерфейсы управления отключаются, независимо от типа комбинации соединения интерфейсов до включения данного состояния.

За исключением состояния блокировки, состояния уровней давления рабочих камер могут быть представлены значениями, равными нулю (0), которые соответствуют низкому давлению (например, подключение к контуру подпитки низкого давления), и единице (1), соответствующей высокому давлению (например, подключение к контуру подпитки высокого давления). В данном случае состояния рабочих камер в любой момент времени могут быть выражены только одним двоичным значением, при этом рабочие камеры всегда доступны в предопределенном порядке. При наличии четырех рабочих камер двоичное значение состоит из четырех цифр. В настоящем описании дискретное управление относится к методу управления, при котором применяются два или более уровня давления, а использующий их гидроусилитель или гидроусилительный блок имеет ограниченное количество дискретных силовых уровней, соответствующих числу рабочих камер, и, в частности, комбинации различных уровней давления, подключенных к разным рабочим камерам.

Ввиду того, что дросселирования объемного расхода не являются критичными, в системе возможно использование высоких максимальных скоростей в случае применения длинного поршня гидроусилителя. Высокие скорости движения поршня гидроусилителя требуют больших входящих и выходящих объемных расходов рабочих камер гидроусилителя, согласно принципу вытеснения. По этой причине управляющие клапаны должны, при необходимости, пропускать большие объемные расходы, достаточные для подачи от определенного контура подпитки в расширяющуюся рабочую камеру с необходимой скоростью среды под давлением без возникновения разрушительной кавитации.

Гидроусилитель, имеющий эффективные поверхности, которые соответствуют двоичному ряду, при использовании бездроссельного регулирования, полезен в приложениях, где инерциальная масса нагрузки, приведенная к гидроусилителю, достаточно велика. Таким образом, значительное количество кинетической энергии, передаваемой нагрузке во время ускорения, и потенциальная энергия, запасенная во время подъемов, могут быть возвращены в любой из контуров подпитки для повторного использования при торможении и опускании груза. Благодаря методу бездроссельного управления и применению рабочих поверхностей возможно, а также реализуемо применение не зависящего от величины статического усилия нагрузки, т.к. значение этого усилия находится в пределах диапазона сил, генерируемых гидроусилителем. Этот диапазон приблизительно соответствует пределам формирования усилий, находящимся между максимальным и минимальным значением дискретных усилий, которые могут быть получены в каждый момент времени.

Главные преимущества системы заключаются в реализации больших количеств перемещений, которые задействуют и высвобождают силы, например, в приводах поворота, где требуется значительное усилие или момент для торможения или придания ускорения массивному телу, но очень слабое усилие или момент – для равномерного движения. Преимущество заключается в том, что при равномерном движении система использует очень незначительную мощность, которая требуется только для компенсации потерь на трение. Управление реализуется посредством применения необходимых эффективных поверхностей и давления, действующего на них, от контура высокого или низкого давления. Следовательно, для каждой конкретной ситуации управления выбирается необходимый силовой уровень.

Также система реализует принцип энергосбережения в таких приложениях, как, например, подъем или перемещение (например, подъем или спуск с возвышения), в которых явно отличающиеся от нуля усилие или момент, так называемые удерживающая сила или удерживающий момент, необходимы для поддержания нулевого ускорения нагрузки. Таким образом, при равномерном однонаправленном движении энергия передается нагрузке или относящемуся к ней механизму посредством среды под давлением из контура подпитки высокого давления в гидроусилитель или гидроусилительный блок. В то же время энергия передается в контур подпитки низкого давления, к которому подключена сжимающаяся рабочая к