专利名称:动力传送的制作方法
本发明涉及了阀门控制系统，特别是对于利用单一计时器的若干电磁阀门的脉宽调制的系统和方法。
流体阀门系统，例如用于车辆和其它用途的电动液压阀门系统，常常包括多个螺线管驱动的液压阀门，这些阀门需要分离的独立控制，以获得操作人员所希望的负载上的运动。这种系统的一个实例即为挖土机铲斗臂的控制，它包含用于各水平和垂直自由度的电磁式阀门和执行机构。即使其控制是由以微处理机为基础的控制组合装置来完成的，一般的作法也是使用若干分离的计时器于脉宽调制各个电磁阀门，而多余的计算能力或许可以用于其它目的。
本发明的基本目的是提供流体阀门控制系统和方法，用于利用单一计时器的若干电磁式阀门的脉宽调制，特别是以单一微处理器为基础的计时器子程序。
在本发明的装置中，为得到操作人员所希望的运动，需要对几个电磁阀门的每一个进行脉宽调制，这一步首先是以通常方式来确定的。较佳的作法是，代表所希望的运动的操作人员输入指令信号与来自各执行机构和负载的反馈信号进行比较，以得到相应的误差信号，然后将该信号转换为整个调制脉冲周期的脉宽比。将各脉宽信号存入一对应的寄存器，并根据操作人员指令和/或执行机构和负载上的变化作用而予以周期性地校正。此脉宽信号用于对各执行机构螺线管的周期性信号进行脉宽调制，以得到所要求的运动。
根据本发明，可产生对所有螺线管执行机构均通用的脉宽调制周期，并予以连续重复。还配置了分离控制寄存器以控制各螺线管的激励和去激励，这是利用代表了相关螺线管是要激励还是去激励的分离的各寄存器的若干位来实现的。在每一调制周期的开始，所有的螺线管将根据激励控制寄存器中二进制信息的变化而有选择地予以激励。各脉宽寄存器被依次予以登记(polled)以识别出最短的脉冲宽度，而控制操作则对应此宽度延迟一段时间，在此期间微处理器可执行其它计算功能。
在最短的脉冲宽度时间的末端，根据去激励控制寄存器中相关的二进制信息的作用，对应的螺线管被有选择地去激励。然后通过对脉宽寄存器的登记(polling)来识别出下一个最短的脉冲宽度，从而在这下一个最短脉冲宽度和较先的脉冲宽度之间得到一个差值。再之，进一步的控制操作被延迟了此脉冲宽度差值的一段时间，这段时间微处理器可执行其他控制功能。在此差值宽度时间的末端，又一次根据去激励控制寄存器中二进制信息的作用，有选择地使与上述下一最短脉冲宽度相关的电磁阀去激励。这样识别出此最短脉冲宽度，并使整个处理过程重复，直至各脉宽寄存器中的所有脉冲宽度均已实现，或直至此调制周期予以确定，在此点处整个控制处理过程要重新开始。
这样在每一延迟间隔期间，该控制微处理器就可以空出来用于其它控制功能。对于所有的螺线管其整个脉宽调制处理过程可在一单一的子程序中予以快速执行，此子程序可在每一调制周期依递增脉冲宽度的排列识别并实现对每一螺线管的脉宽控制。利用分离的激励和去激励控制寄存器(它们存贮有与各阀门螺线管相关的二进制信息)，可很方便地进一步增加计算速度。
本发明及其其它目的，特征和优点，可从下述的说明书，所附权利要求
和附图中得到更好的理解，其中图1是实现本发明的电动液压控制系统的示意图;及图2是根据本发明的较佳实施方案，解释螺线管脉宽调制子程序运行的流程图。
参考图1，以微处理器为基础的数字式控制器10经模/数转换器12的连接，接收来自操作人员控制杆的一对输入指令信号J1，J2。信号J1，J2例如可代表在两个可控制的方向或自由度中，在一负载处操作人员所要求的运动。控制器10还接收并周期性地对信号TPER采样，该信号代表了来自可由操作人员改变的电阻器16或其它相应输入装置的所要求的调制周期，(对于一给定实例，TPER可以为常值或由无外部输入的程序所固定)。控制器10经放大器18，20提供了数字式的通/断输出于阀门26的螺线管22，24，此阀门在来自液压源28和泵30的压力下可有选择地输送液压流体以驱动油缸32。油缸32的活塞接至负载(未示出)。如可调电阻器34一类的位置传感器提供了代表执行机构和负载处实际运动的信号给模/数转换器12的输入端，以便进行采样并与来自控制杆14的对应指令信号进行比较。
控制器10还通过放大器36，38提供数字式或通/断式信号给阀门44的螺线管40，42，用于有选择地接通液压源28和泵30于油缸46以驱动第二负载(未示出)。传感器48输送代表第二执行机构和负载处的运动的对应信号给模/数转换器12的一个输入端。一般讲，控制器10要对各传感器信号X1，X2进行采样，并将其与对应的采样指令信号J1，J2进行比较，以判定至阀门螺线管22，24和40，42的所需激励信号的脉宽调制，从而得到操作人员所要求的在各执行机构和负载处的运动。得到这种信息的技术已为众所周知的先有技术，因此不必在此申请中进一步说明。
根据本发明，在控制器10中构成若干寄存器，且此控制器10经适当编程即可利用其内部的信息而从单一的计时器和控制程序得到所需的脉宽调制。所述寄存器示意于图1中，且在示范性实施例中，包括寄存器PW1用于存贮代表至电磁阀26脉宽的信息，寄存器PW2用于存贮至阀门44的脉宽，ONCON寄存器用于存贮代表各阀门螺线管是否要在每一调制周期中予以激励的二进制信息，还包括OFFCON寄存器。它含有的二进制信息代表各螺线管是否要在一个调制周期期间予以去激励。在PW1，PW2，ONCON和OFFCON寄存器中所存贮的信息，根据所要求的和在各执行机构及负载处的实际运动的变化以通常方式予以连续和周期性地更换。在控制器10中还配有一对寄存器TNEW和TCUM，用于存贮在控制子程序期间所利用的可变信息。
图2的流程图说明了这种控制子程序目前较佳的实施方案。为便于说明操作过程，将假设ONCON寄存器是含有数字式字节或字0111的四位寄存器，而OFFCON寄存器则是含有数字式字0010。ONCON寄存器中的一位代表在一个调制周期期间的一个要予以激励的对应螺线管。这样以递增的有效性排列来指定ONCON寄存器的各位于螺线管22，24，40，42，在此ONCON寄存器中的0111就代表了在每一调制周期期间螺线管22，24和40要予以激励，但非螺线管42。与此类似，OFFCON寄存器中的某一位代表了在每一调制周期期间对应的螺线管要维持激励一也即不被去激励。于是在OFFCON寄存器中的0010代表了在每一调制周期期间螺线管22，40要予以去激励，但螺线管24不予去激励。在此讨论的实例中，于调制周期期间螺线管42不予激励并维持在断开状态。还可以假设PW1小于PW2，及PW1和PW2两者均大于零并等于或小于TPER。
参见图2，最初，可变的TCUM首先通过与予选的调制周期TPER进行比较而予以检测，举例讲后者可以为10毫秒的量级。在一个调制周期的开始，这种比较为真，则随着ONCON寄存器的对应各位的限定所有螺线管22，24，40和42予以激励。而在此讨论的实例中，螺线管22，24和40通过将经放大器18，20和36的对应信号于其上而使它们激励，同时使螺线管42维持去激励状态。可变的TCUM被设置为等于零，并使可变的TNEW设置为等于TPER。然后PW1与TCUM进行比较，后者已设置为零，因此这种比较为假。PW1又与TNEW进行比较，后者则已设置为等于TPER，从而有这种比较为真且TNEW被复位等于PW1。之后PW2与TCUM进行比较，后者仍等于零，从而使这种比较为假。PW2又与TNEW相比较，后者已被设置等于PW1。由于已假设PW1小于PW2，因此PW2与TNEW的比较将会为假。随后形成与TNEW和TCUM间差值相等的延迟时间DT。因TNEW等于PW1，TCUM等于零，DT将被设置为等于PW1。这样在如图2所示的程序第一遍期间，随着ONCON寄存器的限定，各螺线管已被有选择地予以动作，最短的脉宽PW1也已被识别出来，且与其相等的延迟时间DT已予设定。TCUM于是被设置为等于TNEW，其处理过程被延迟了一段时间DT，此时它等于PW1，在此期间微处理器可以执行其它控制功能。
在DT时间延迟之后，该处理过程要再循环且TCUM，现它等于TNEW和PW1，要与TPER进行比较。这一比较为假则TNEW再次设置等于TPER。在这一遍上当PW1与TCUM相比较时，这种比较为真，这样将随着由OFFCON寄存器零和一各位的限定而使操作转移到使螺线管22，24去激励。在此讨论的实例中，螺线管22即转为关断，同时维持螺线管24的激励。之后PW2与TCUM进行比较，后者仍为等于PW1，这样此比较为假。接着PW2与TNEW进行比较，现后者等于TPER，从而使该比较证实为真。然后TNEW设置为等于PW2，并随着与TNEW(现等于PW2)和TCUM(仍等于PW1)之间的差值相等而识别出第二延迟时间DT。这样基于此控制循环的第二遍，随着此最短脉冲宽度PW1和下一最短脉冲宽度PW2之间的差值而识别出延迟时间DT。所述可变的TCUM被设置为等于TNEW，从而等于PW2，此控制处理过程也延迟了一段时间DT。在经此控制循环的第三遍上，TCUM等于PW2，这样PW1与TCUM的比较为真，如同PW2与TCUM的比较。于是随着OFFCON的2和3各位的限定，以4个螺线管为实例的螺线管40，42予以在激励，从而完成此处理过程。
可以理解本发明的各项原理，特别是包括了图2的处理过程，由于增加了以下几步而扩充了，也即增加了附加的PW/TCUM的比较，及对应螺线管去激励的功能于流程图中的下述步骤之上，在此步骤中要建立延迟时间DT。另外在8位微处理器中，各ONCON和OFFCON寄存器可以容纳相关的8个螺线管的二进制信息。在16位微处理器中，相对16个螺线管的信息可以存贮在若干这种ONCON和OFFCON寄存器中。虽然本发明已特别参照电液阀门作了详细公开，但是其各种原理也可等效应用于控制如各种电-气动阀门一类的其它流体阀门系统。
权利要求
1.一种流体伺服系统，其特征在于包括第一和第二电磁阀执行机构用于可变化地驱动各自的第一和第二负载；第一和第二检测装置分别与所述的执行机构和负载相耦合以提供对应的第一和第二检测装置信号，它们分别代表了所述执行机构和负载处的驱动状态；以及可接收第一和第二输入指令信号的装置；还包括数字式控制装置，可根据所述第一和第二检测器信号以及对应的所述第一和第二指令信号之间差值的各自变化，而产生第一和第二脉宽调制信号给所述第一和第二电磁阀执行机构，所述数字式控制装置包括用于判定一连续重复调制时间周期TPER(通用于所述的两个执行机构)的装置，第一和第二寄存器装置，用于分别存贮调制时间宽度PW1和PW2，它们等于或小于所述的调制周期TPER，以分别用于所述的第一和第二执行机构，用于在每一所述时间周期TPER开始时刻有选择地激励所述第一和第二螺线管执行机构的装置，用于判定所述时间宽度PW1和PW2较小一个的装置，用于随着所述较小宽度的确定，有选择地使与所述时间宽度PW1和PW2中较小一个有关的所述螺线管执行机构之一去激励的装置，用于判定所述时间宽度PW1和PW2之间差值的装置，用于随着对所述宽度间差值的判定而有选择地使所述螺线管执行机构的另一个去激励的装置。
2.如权利要求
1所述的系统，其中用于有选择地使所述螺线管激励和去激励的装置包括第三和第四寄存器，用于分别存贮表示在所述螺线管执行机构处激励和去激励状态的信息，以及在所述执行机构的每个螺线管上由所述寄存器中对应位所代表的激励和去激励指令信息。
3.在电液伺服系统中，包括有若干与相关的各阀门相耦合的液压执行机构，所述阀门由若干电螺线管装置所驱动;上述系统还包括可将脉宽调制控制信号直接加到每一所述螺线管装置的装置，用于控制相关的所述阀门和执行机构的工作状态;利用单一计时器对全部所述螺线管装置进行脉宽调制的方法其特征在于包括下述各步骤a.建立对所有所述螺线管通用的一个重复脉宽调制周期，b.分别存贮在所述周期中的激励脉冲宽度用于每一所述螺线管装置，c.在每一所述周期的启始时刻对全部所述螺线管装置有选择地予以激励，d.识别出最短的所述脉冲宽度，并延迟一段等于所述最短宽度的时间，e.有选择地对和所述最短脉冲宽度相关的所述螺线管装置予以去激励，f.识别出所述最短脉冲宽度和下一个最短所述脉冲宽度之间的差值，并延迟一段等于所述差值的时间，g.有选择地对和所述下一最短脉冲宽度相关的所述螺线管装置予以去激励，及h.利用连续递增的脉冲宽度重复所述步骤f和g，直到判定出所述周期。
专利摘要
在利用以微处理机为基础的数字式控制器的电液伺服系统中，用于对若干以螺线管所驱动的阀门予以脉宽调制的系统和方法。螺线管激励脉冲宽度的识别，是通过将操作人员指令输入信号和响应执行机构及负载处实际运动的反馈信号进行比较而实现的。所有的螺线管在初始时刻均被有选择地同时予以激励，识别出增长脉冲宽度及相应地激励各螺线管的处理过程持续进行，直至所有的脉冲宽度均已实现或直至确定了该调制周期，在这一点处整个控制处理过程又重新开始。
文档编号F15B9/17GK86105270SQ86105270
公开日1987年4月22日 申请日期1986年8月5日
发明者拉贾莫利·冈达, 梅尔文·阿瑟·罗迪 申请人:维克斯公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan