Digital Servo Valve System

چکیده

سیستم سروو ولو دیجیتالی جدیدی برای استفاده در جابه جایی یک عملگر قادر است یا در حالت حلقه بسته یا در حلقه باز کار کند. این سیستم شامل کنترلری است که مقادیر پردازش شده پارامترهای عملگر را با مقادیر پارامتری از پیش انتخاب شده مقایسه می کند به صورت مکرر (تکراری) سیگنال های فرمان شان را برای سروو ولو تعیین می کند. سروو ولو توسط دو مکانیسم بال اسکرو شناخته می شود که blacklash و میله پیچشی را که پیچیدگی زاویه ای و شعاعی را افزایش می دهد حذف می کند. یک سروو ولو ارائه شده بر اساس این اختراع نیز نشان داده شده که نیروی های جریان را با استفاده از یک بدنه ولو ساده و ارزان به همراه قرقره ای قابل جابه جایی با پیکربندی متفاوتی کاهش می دهد.

Abstract

A novel digital servo valve system for use in displacing an actuator is capable of operating either in closed or open loop mode. The system includes a controller that compares computed values of actuator parameters with preselected parameter values and iteratively determines therefrom command signals for the servo valve. The servo valve is characterized by a ball screw mechanism that eliminates mechanical backlash and a torsion bar which increases radial and angular compliance. A servo valve provided according to the present invention also displays reduced flow forces using a simple, inexpensive valve body in combination with a uniquely configured displaceable spool.

پیشینه اختراع

سروو ولوها در صنعت بسیار شناخته شده هستند. این ولوها معمولا در سیستم های هیدرولیکی استفاده می شوند که در آنها یک منبع قدرت مانند یک پمپ، قدرت را به باری توسط یک مدار سیالی اعمال می کند. سروو ولو رابط بین سیستم هیدرولیکی و سیال الکتریکی و مکانیکی یا نوع خارجی کنترلر دیگری است. یک سروو ولو یک مرحله ای شامل قرقره عملگری است که مکان نسبی اش در بدنه ولو ، فشار نرخ و جهت جریان سیال هیدرولیکی را کنترل می کند. سروو ولوهای آنالوگ شامل فیدبک داخلی هستند که می تواند به شکل الکتریکی یا نیرو یا مکانیکی باشد.

علی رغم اینکه سروو ولوهای آنالوگ به خوبی در صنعت شناخته شده هستند، سیستم های سروو ولو دیجیتال را به وفور می توان یافت. در آن یک ولو تک مرحله ای، نوع قرقره ای، چهار مسیره را می توان یافت که توسط موتور پله ای DC الکتریکی کنترل می شود. سروو ولو متشکل از یک بدنه ولو با کاویتی داخلی است که تعداد زیادی کانال سیال دارد. یک عضو راه انداز ولو (شامل یک قرقره) در امتداد محور طولی کاویتی داخلی متحرک است. هر یک از کانال های سیال به عنصر مورد نظر در مدار هیدرولیکی منتقل می شود. یک منبع فشار (پمپ) با کانال اولی در ارتباط است. زمانی که قرقره در امتداد محور حرکت کرد، سیال فشرده از طریق سیال با باقیمانده مدار هیدرولیکی ارتباط برقرار می کند، که در صنعت بسیار شناخته شده است. یک کنترلر دیجیتالی برای ارائه سیگنال های کنترل به موتور پله ای دیجیتالی استفاده می شود که متصل به عضو عملگر ولو است طوری که چرخش شافت خروجی موتور پله ای به حرکت خطی قرقره تبدیل (تفسیر) می شود.

برخلاف سروو ولوهای مرسوم، سروو ولو نشان داده شده در اختراع 156 هیچ فیدبک مکانیکی، الکتریکی و/یا نیرویی ندارد. سروو ولوهای مکانیکی شامل امکانی برای شافت فیدبک هستند که به صورت عملی به بار هیدرولیکی متصل است. شافت فیدبک، قرقره را به مکان بسته یا خنثی ولو پس از تکمیل عملیات فرمان داده شده می رساند. سروو ولو معرفی شده در اختراع 156، عملیات حلقه بسته دیجیتالی صحیح را فراهم می کند و هیچ عنصر فیدبک آنالوگ و مکانیکی ندارد. در عوض، فیدبک ضروری منحصرا توسط انکدر دیجیتالی معادل یا مبدل که مستقیما متصل به بار هیدرولیکی است فراهم می شود. انکدر یک سیگنال فیدبک مکان را خروجی می دهد که با سیگنال فرمان توسط کنترلر دیجیتال مقایسه می شود. کنترلر، پالس ها را برای موتور پله ای فراهم می کند که وابسته به اختلاف بین سیگنال های فرمان و فیدبک است.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Servo valves are well known in the art. These valves are typically used in hydraulic systems wherein a power supply, such as a pump, applies power to a load by means of a fluid circuit. A servo valve is the interface between the hydraulic system and an electrical, me chanical, fluid or other external type of controller. A single stage servo valve comprises an operating spool whose relative position in a ported valve body controls the rate pressure and direction of hydraulic fluid flow. Analog servo valves include internal feedback which can be electrical, force or mechanical in form.

Although analog servo valves are well known in the art, digital servo valve systems are a more recent devel opment. An example of a digital servo valve can be found in the commonly owned U.S. Pat. No. 4,235,156. Disclosed therein is a single stage, spool type, four-way valve which is controlled by an electric DC stepping motor. The servo valve comprises a valve body with an interior cavity having a plurality of fluid channels. A valve operating member, including a spool, is slidable along a longitudinal axis of the interior cavity. Each of the fluid channels is ported to a respective element in the hydraulic circuit. A source of pressure (pump) com municates with a first channel. When the spool is moved along the axis, pressurizing fluid communicates through the fluid with the remainder of the hydraulic circuit, as is well known in the art. A digital controller is employed to provide control signals to a digital stepper motor which is connected to the operative member of the valve such that rotation of the stepper motor output shaft is translated to linear motion of the spool.