致动器限制控制器的制作方法

本申请要求在2014年9月18日提交的题目为“致动器限制控制器”的美国专利申请No.14/489,778以及在2014年6月24日提交的题目为“致动器的位置-力控制”的美国临时申请序列号62/028,546的优先权，其全部内容在此均以援引的方式并入本发明。

政府权利

本发明根据由DARPA颁发的合同No.HR00011-10-C-0025在美国政府支持下制造。政府就本发明享有一定权利。

背景技术：

液压系统可以包括致动器，所述致动器由供应自液压流体(液压油)源，诸如泵的液压流体提供动力。能够使用阀来控制液压流体流至致动器以及从致动器流出。例如，阀能够控制从泵流至致动器流动以及从致动器流至罐或者容器流动。控制阀以改变流动阻力，以便控制致动器的移动速度和方向。

技术实现要素：

本公开描述了关于致动器的位置-力控制的实施例。在一个方面中，本公开描述了一种方法。该方法包括在控制器处接收使得液压致动器的活塞沿着给定方向以给定速度移动的命令。该液压致动器包括第一室和第二室。阀组件将加压液压流体源联接到第一室而将第二室连接到回流管路。该方法还包括基于所述命令由控制器提供信号，以操作阀组件向第一室提供加压液压流体并且允许第二室中的液压流体从第二室流至回流管路，以便致使活塞沿着给定方向以给定速度移动。这种方法还包括接收表示活塞抵达与液压致动器的端部止动件相距第一阈值距离的第一位置的位置信息以及作为响应修改针对阀组件的信号，以便减低活塞速度。该方法还包括接收表示活塞抵达更靠近液压致动器的端部止动件的第二阈值距离处的第二位置的位置信息以及作为响应进一步修改针对阀组件的信号，以致使第二室中的液压流体沿着远离端部止动件的方向将力作用在活塞上。

在另一个方面中，本公开描述了一种非暂时计算机可读介质，所述非暂时计算机可读介质在其上存储有可执行指令，在由控制器执行所述可执行指令时致使控制器行使功能。该功能包括接收使得液压致动器的活塞沿着给定方向以给定速度移动的命令。该液压致动器包括第一室和第二室。该功能还包括基于这个命令提供信号，以操作阀组件，使得控制液压流体流至第一室的流动并且控制液压流体从第二室流出的流动，以便致使活塞沿着给定方向以给定速度移动。该功能还包括接收表示活塞抵达与液压致动器的端部止动件相距第一阈值距离的第一位置的位置信息以及作为响应针对阀组件的信号进行第一修改，以便减低活塞速度。该方法还包括接收代表活塞抵达更靠近液压致动器的端部止动件的第二阈值距离的第二位置的位置信息以及作为响应针对阀组件的信号进行第二修改，以致使第二室中的液压流体沿着远离端部止动件的方向将力作用在活塞上。

在仍另一个方面中，本公开描述了一种系统。该系统包括加压液压流体源、回流管路和液压致动器缸体。该液压致动器缸体具有活塞，所述活塞能够滑动地容纳在液压致动器缸体中，所述活塞包括活塞头和杆，所述杆沿着中央轴线方向从活塞头延伸，所述液压致动器缸体的内部被活塞头分隔成第一室和第二室。该系统还包括阀组件，所述阀组件将加压液压流体源联接到第一室而将第二室联接到回流管路。该系统还包括至少一个处理器和存储器，所述存储器在其上存储有可执行指令，在由至少一个处理器执行所述可执行指令时致使至少一个处理器行使功能。该功能包括接收使得活塞沿着给定方向以给定速度移动的命令。该功能还包括基于命令提供信号，以操作阀组件将加压液压流体提供给第一室并且允许第二室中的液压流体从第二室流至回流管路，以便致使活塞沿着给定方向以给定速度移动。该功能还包括接收表示活塞抵达与液压致动器缸体的端部止动件相距第一阈值距离的第一位置的位置信息，以及作为响应针对阀组件的信号进行第一修改，以便沿着远离端部止动件的方向将第一力作用在活塞上，以减低活塞速度。该功能还包括接收代表活塞抵达更靠近液压致动器的端部止动件的第二阈值距离的第二位置处的位置信息以及作为响应针对阀组件的信号进行第二修改，以便沿着远离端部止动件的方向将第二力作用在活塞上，以进一步减低活塞速度。

前述内容仅仅为阐释性而非旨在表示任何方式的限制。除了上文阐释的方面、实施例和特征之外，参照附图和下文详细描述，其它方面、实施例和特征将变得显而易见。

附图说明

图1图解了根据示例性实施例的液压回路，所述液压回路包括阀，所述阀具有阀芯，所述阀芯构造成线性移动；

图2图解了根据示例性实施例的示例性液压致动器控制系统的方块图；

图3图解了根据示例性实施例的位置-力控制系统；

图4图解了根据示例性实施例的机器人装置400；

图5是根据示例性实施例用于控制液压致动器的方法的流程图；

图6图解了根据示例性实施例的用于液压致动器的致动器限制控制；

图7图解了根据示例性实施例的在图3中示出的位置-力控制系统的修改方案；

图8图解了根据示例性实施例的关于分阶段致动器限制控制的权重的变化；

图9A图解了根据示例性实施例的阀芯的机械联接开口；

图9B图解了根据示例性实施例的单独计量。

具体实施方式

以下详细描述参照附图描述了公开系统和方法的各个特征和功能。在附图中，除非另有说明，否则相似的附图标记表示相似的部件。在此描述的图解的系统和方法实施例并不意味着限制。易于理解的是，能够以多种多样的不同构造布置以及组合公开的系统和方法的某些方面，在此构想了所述多种多样的不同构造

I.概述

液压阀能够是电操作阀，所述电操作阀控制液压流体如何迁移向液压致动器。可以通过将改变的模拟或者数字输入信号变换成液压致动器中的一组顺畅成套动作来操作这种阀。

图1图解了根据示例性实施例的液压回路，所述液压回路包括阀100，所述阀100具有阀芯102，所述阀芯102构造成线性移动。图1示出了阀100控制向液压致动器(或者缸体)106以及从液压致动器(或者缸体)106的流动，以便控制液压致动器106的活塞108移动。活塞108可滑动容纳在液压致动器106中，所述活塞包括活塞头109A和杆109B，所述杆109B沿着中央轴线方向从活塞头109A延伸。因此，活塞头109A将液压致动器106的内部分隔成第一室112和第二室114。

阀芯102的轴向位置控制通过供应管路从压力源110至液压致动器106的两个室112和114中的一个的流动并且控制流体被迫从另一个室流出而流至低压容器或者罐116。例如，如图1所示，阀芯102移动到给定线性位置，以便允许通过开口118从压力源110至室114的流动并且允许迫使流出室112的流体通过开口120经回流管路流至容器116。可以使用螺线管、步进式电动机、液压致动器或者任何其它致动装置来使得阀芯102移动。

因此，响应阀芯102移动到图1示出的位置，活塞108可以移动(移动到左侧)。开口118和120的相应尺寸取决于阀芯102的轴向位置，即，阀芯102的轴向位置确定流经阀100的流量以及在流经阀100的同时流动所承受的限制的程度。以这种方式，阀芯102的轴向位置影响/控制活塞108的移动速度。

在一些示例应用中，活塞108可以构造成高速移动。当活塞108高速运转时，如果活塞108突然停止，例如抵达液压致动器106的端部止动件122或者改变移动方向，则可以产生较大的力。这些力能够很大并且能够导致在机械部件内产生大的应力，从而导致部件损坏、出现故障或者加速部件磨损，或者能够导致液压部件中的压力峰值，从而导致损坏部件以及部件发生故障。

在一些示例中，在抵达液压致动器106的端部止动件122之前使得活塞108减速可以减小作用在液压系统上的应力以及负面影响。作为示例，液压致动器106的控制器可以接收命令，以致使活塞108沿着给定方向以给定速度移动。响应该命令，控制器可以构造成将信号发送到压力源110和阀100，以便致使活塞108以命令速度移动。该控制器可以实施闭环反馈速度控制，其中，传感器向控制器提供了与活塞108速度有关的信息，并且控制器基于速度反馈向阀100提供了信号，以保持命令速度。

命令速度下的正常操作可以持续直到例如活塞头109A抵达第一位置为止，所述第一位置与液压致动器106的端部止动件122相距第一阈值距离。在抵达第一位置时，控制器可以修改、增补或者覆盖速度命令，以阻尼活塞108的移动并且使其减速。第一位置和第一阈值距离可以取决于液压致动器106的尺寸和冲程长度(例如，活塞108从液压致动器106的一个端部行进至另一个端部的距离)。例如，如果冲程是80毫米(mm)，则第一阈值距离可以是6mm，使得当活塞108与端部止动件122相距6mm时，控制器可以修改针对阀100的命令，以使得活塞108减速。作为另一个示例，如果冲程为45mm，则第一阈值距离可以为6mm。

阻尼模式的操作(例如，使得活塞108以减小的速度运转)可以继续，直到活塞头109A抵达第二位置为止，所述第二位置更靠近端部止动件122并且与端部止动件122相距第二阈值距离。例如，如果冲程为80mm或者45mm，则第二阈值距离可以为4mm。这些数值作为仅仅用于阐释的示例，基于使用致动器的应用类型和冲程长度可构想到其它阈值。

在活塞头109A抵达第二位置(例如，与端部止动件122相距4mm)时，控制器还可以修改针对阀100的信号，以便致使收缩室112中的液压流体沿着远离端部止动件122的方向将力作用在活塞108上。施加的力可以是类弹簧力(即，如弹簧被推抵在活塞108上)并且可以取决于活塞接近端部止动件122的程度。以这种方式，活塞108可以进一步减速并且控制器可以防止在活塞108抵达端部止动件122时产生发生任何冲击力。

II.示例液压致动器控制系统

图2图解了根据实施例的示例液压致动器控制系统200的方块图。系统200包括监测控制器201。监测控制器201包括：位置-力控制模块202；速度前馈模块204，所述速度前馈模块204与位置-力控制模块202通信；致动器限制控制模块206，所述致动器限制控制模块206与速度前馈模块204通信；压力释放模块208，所述压力释放模块208与致动器限制控制模块206通信。在示例中，模块202、204、206和208皆可以相互通信。例如，速度前馈模块204、致动器限制控制模块206和压力释放模块208可以与位置-力控制模块202通信。

监测控制器201可以构造成接收命令210，用于使得液压致动器106的活塞108沿着给定方向以给定速度移动。基于该命令，监测控制器201提供了信号212，以操作阀100。在示例中，监测控制器201还可以提供信号216，以操作压力源110，以便向阀100提供加压液压流体(例如，提供特定压力条件下的特定流量)。基于信号212，致动阀100，以向液压致动器106提供液压流体流动。因此，阀100控制从压力源110至液压致动器106(例如，通过开口118)的流动以及从液压致动器106至罐或者容器116(例如，通过开口120)的流动。具体地，针对阀100的信号可以确定阀芯102的位置。阀芯位置确定开口118和120的相应尺寸。由以下方程确定通过开口118或者120的流量：

其中，Q是流经给定开口(即，开口118或者开口120)的流量，K是取决于给定开口的尺寸的变量，而ΔP是给定开口两侧的压差(即，从液压流体流经给定开口之前的液压流体压力中减去在液压流体流经给定开口之后的液压流体压力)。提供给阀100的信号限定了阀芯102的位置，并且因此限定了开口118和120的尺寸和针对每个开口的变量K，即，提供给阀100的信号和变量K之间存在直接关系。因此，针对阀100的信号确定了开口118和120上的流量。在示例中，在压力补偿阀中，给定开口上的ΔP能够保持恒定并且以这种方式提供给阀100(即，变量K)的信号和给定开口上的流量之间存在线性或者比例关系。因此，监测控制器201接收命令，以使得活塞108沿着给定方向以给定速度移动并且确定信号，以提供给阀100，以便因此限定开口118和120的尺寸。

位置-力控制模块202可以构造成实施闭环反馈控制，以便控制活塞108的位置和速度。位置-力控制模块202还可以构造成实施闭环反馈控制，以便控制由活塞108作用在外部环境上的力。在图3中在下文描述了位置-力控制模块的细节。

速度前馈模块204可以构造成向阀100提供输出，所述输出基于速度前馈控制结构。例如，如果致动器以力控制模式操作，则速度前馈模块204可以提供这样的输出信号，使得打开阀100，以允许基于速度估计以及所需力或有阻力(在需要制动的情况下)或者有辅助(在需要正功的情况下)地流动。在另一个示例中，如果致动器以位置控制模式操作，则速度前馈模块204可以构造成基于所需速度和力以及液压致动器106的模式设定针对阀100的前馈命令。

致动器限制控制模块206可以构造成修改或者覆盖来自其它模块的命令，以当活塞108靠近物理限制时，即，活塞108靠近端部止动件122时减小撞击或者防止撞击。

压力释放模块208可以构造成经由例如压力传感器检测液压致动器106的一个或者两个室112和114中的危险高压水平。作为响应，压力释放模块208可以修改或覆盖针对阀100的命令，以释放压力并且防止损坏。

因此，位置-力控制模块202可以构造成确定信号，以基于命令210控制阀100，并且可以由速度前馈模块204、致动器限制控制模块206和压力释放模块208中的一个或者多个修改信号，以产生针对阀100的信号212。监测控制器201可以构造成确定液压致动器控制系统200的优先权并且向模块204、206和208中的每一个分配权重。在示例中，优先权可以取决于针对特定液压系统的安全或者性能要求。例如，如果防止液压致动器106的活塞108高速撞击端部止动件122的优先权高于响应室112和114的一个中的压力增大超过阈值持续给定时间量，则在修改由位置-力控制模块202产生的信号的过程中赋予由致动器限制控制模块206实施修改的权重可以大于赋予压力释放模块208的权重。

以这种方式，基于优先权，在考虑诸如液压致动器106的操作模式、压力水平突增、端部止动件122的接近程度等的因素的同时，监测控制器201可以将信号212提供给阀100(并且有可能将信号216提供给压力源110)，以致动活塞108。

系统200的部件可以构造成以彼此互连的方式操作和/或与联接到相应系统的其它部件互连的方式操作。监测控制器201的所述功能或者部件中的一个或者多个可以分成其它功能或者物理部件或者组合成更少的功能或者物理部件。在一些其它示例中，其它功能和/或物理部件可以添加到图2示出的示例中。而且，位置-力控制模块202、速度前馈模块204、致动器限制控制模块206和压力释放模块208中的任意一个均可以包括处理器或者设置成处理器的形式(例如，微型处理器、数字信号处理器(DSP)等)，所述处理器构造成执行程序代码，所述程序代码包括一个或者多个指令，以为了实施在此描述的逻辑功能。监测控制器201还可以包括任何类型的计算机可读介质(非暂时性介质)或者存储器，例如，诸如这样的存储装置，所述存储装置包括盘或者硬盘驱动器，以存储程序代码。在示例中，系统200可以包含在其它系统中。

III.示例位置-力控制系统

图3图解了根据示例性实施例的位置-力控制系统300。位置-力控制系统300可以例如由图2中示出的位置-力控制模块202实施。如图3所示，位置-力控制系统300可以包括三个控制环路：位置控制环路302、速度控制环路304和力控制环路306。

位置控制环路302构造成基于液压致动器106的活塞108的所需位置和活塞108的测量位置之间的差产生命令。例如，位置传感器可以联接到活塞108(例如，联接到活塞头109A或者杆109B)并且可以构造成向监测控制器201提供代表活塞108的位置的信息。该差在结合部308处被确定并且所述差代表位置误差309。位置误差309被比例增益310增益调节，以形成调节信号311。而且，位置误差309在方块312处积分，以形成积分误差信号313，所述积分误差信号313被比例增益314增益调节，以形成调节信号315。信号311和信号314在求和结合部316处相加形成信号317。

速度控制环路304构造成基于活塞108的所需速度和活塞108的测量或者估计速度之间的差产生命令。在示例中，速度传感器可以联接到活塞108(例如，联接到活塞头109A或者杆109B)并且可以构造成向监测控制器201提供代表活塞108速度的信息。在另一个示例中，监测控制器201可以构造成通过求得联结到活塞108的位置传感器获得的活塞108的测量位置的微分来评估活塞108的速度。在结合部318处确定速度差并且所述速度差代表速度误差319。速度误差319被比例增益320增益调节，以形成调节信号321。而且，所需速度被前馈增益322增益调节，以形成信号323。估计速度被比例增益324增益调节以形成调节信号325。信号321、信号323以及信号325在求和结合部326处相加形成信号327。

力控制环路306构造成基于要由活塞108施加到外部环境的所需力和活塞108的测量力之间的差产生命令。在示例中，力传感器(例如，测力计)可以联接到杆109B的端部并且可以构造成向监测控制器201提供代表由活塞108经历的力的信息。由活塞108经历的力代表由活塞108作用于外部环境的力(即，反作用力)。在另一个示例中，压力传感器可以联接到液压致动器106的室112和114。监测控制器201或者位置-力控制模块202可以构造成基于从压力传感器接收到的信息确定由活塞108施加的力。例如，假设室112中的压力为P_C，室114中的压力为P_R，活塞头109A的面积为A_C，并且杆109B的截面面积为A_rod，则能够由以下方程估计假定活塞108回退(即，室112收缩并且室114膨胀)由活塞108施加的力：

力＝P_R(A_C－A_rod)－P_CA_C (2)

其中，A_C－A_rod代表室114中的活塞108的环形区域面积。如果活塞108延伸(即，室112收缩而室114膨胀)，则能够由以下方程评估由活塞施加于外部环境的力：

力＝P_CA_C－P_R(A_C－A_rod) (3)

在结合部328处确定力差并且所述力差代表力误差329。力误差329被比例增益330增益调节，以形成调节信号331。

由力控制环路306产生的信号331、由速度控制环路304产生的信号327以及由位置控制环路302产生的信号317在求和结合部332处相加形成信号333。信号333被转换速率限制器块体334限制，所述转换速率限制器块体334限定了针对信号333的最大变化率。转换速率限制器块体334因此可以防止发送到阀100的信号发生突然变化。以这种方式，活塞108的移动可以是顺畅的并且不会呈现不平稳行为。如果信号333的变化率没有超过由转换速率限制器块体334限定的最大变化率，则信号333不被转换速率限制器块体334修改。因此命令335可以与信号333相同或者可以代表由转换速率限制器块体334对信号333实施的修改。

控制环路302、304和306是仅仅为了阐释的示例并且可以实施其它控制策略，以向阀100提供信号并且控制液压致动器106。此外，在一些示例中，图3中示出的控制结构的并非所有部件在给定的时间点激活。基于液压致动器106的条件和由液压致动器106控制的物体的条件，一些部件可以被激活而另一些部件可以不被激活。

图4示出了根据示例性实施例的机器人装置400。机器人装置400模拟四腿动物的运动。机器人装置400包括皆连接到机器人装置400的身体404的腿部402A、腿部402B、腿部402C和腿部402D而且还可以包括传感器，所述传感器构造成向机器人装置400的计算系统(例如，监测控制器201)提供传感器数据。在其它示例实施方案中，机器人装置400可以包括更多或者更少的部件并且可以包括图4中未示出的部件。

机器人装置400示出具有四条可延伸的腿部402A-402D。机器人装置400可以在其它示例内包括更多或者更少的腿部。此外，在示例性实施方案中，腿部402A至402D的构造、位置和/或结构可以变化。腿部402A至402D使得机器人装置400能够移动并且可以构造成以多个自由度操作，以使得能够实施不同的行进技术。

机器人装置400可以经由各种类型接口与一个或者多个用户和/或其它机器人装置通信。在一个示例性实施方案中，机器人装置400可以经由控制杆或者相似类型接口的接收来自用户的输入。计算系统可以构造成经由接收自控制杆接口的输入接收针对控制腿部402A至402D的致动器的力、位置和速度命令。类似地，机器人装置400可以接收输入并且经由其它类型接口(诸如，移动设备)与用户通信。在其它示例中，机器人装置400可以为自主型并且可以构造成控制腿部402A至402D以特定方式移动并且实施特定任务。

在示例中，可以由相应的液压致动器，诸如液压致动器106控制机器人装置400的四条腿部402A至402D中的每条腿部。例如，给定液压致动器可以控制关节，所述关节将对应腿部连接到身体404。随着给定液压致动器的活塞延伸以及回退，关节旋转并且对应腿部移动。

腿部402A至402D可以通过根据不同步法的力学机械控制腿部402A至402D使得机器人装置400能够以多种速度行进。步法是动物、机器人装置或者其它机械机构的肢体的移动的模式。机器人装置400可以通过操作腿部402A至402D实施各种步法来导航。示例性步法包括行走、慢跑、极速前进、跳跃、跑等。机器人装置400可以使用各种步法在环境内行进，这可以涉及基于速度、地势、操纵需要和/或能量效率选择步法。机器人装置400可以构造成在步法之间切换。

在示例中，基于腿部402A至402D中的腿部的状态，图3中示出的控制系统的一些部件可以被激活而另一些部件可以不被激活。例如，在针对机器人装置400在图4中示出的位置中，腿部402D可以碰触地面并且可以称作“站姿”模式。腿部402A没有碰触地面而是在空气中摆动。腿部402A可以称作处于“摆动”模式中。作为阐释示例，在腿部402D处于“站姿”模式中时，控制致动器的控制系统的积分块体312、增益块体314、前馈增益块体322和增益块体320可以未被激活，而部件中的其余部件可以被激活，所述致动器控制腿部402A。在腿部402A处于“摆动”模式中时，积分块体312、增益块体314和增益块体324可以未被激活，而部件中的其余部件可以被激活。这些示例仅仅为了阐释，并且在此可以设想其它构造。基于机器人装置400是行走、慢跑、极速前进、跳跃、跑动等，腿部402A至402D的若干其它操作模式也是有可能的。在这些模式中的每一个中，腿部402A至402D可以行进通过不同操作模式。基于在给定时间点时给定腿部经受的特定模式，图3中示出的控制系统的部件可以被激活或者不被激活。

此外，如参照图2在上文所述，可以由速度前馈模块204、致动器限制控制模块206和压力释放模块208中的一个或者多个修改命令335，并且将修改信号提供给阀100。在示例中，由速度前馈模块204、致动器限制控制模块206和压力释放模块208中的一个或者多个修改命令335可以包括将更多的部件添加到图3示出的控制系统、激活图3示出的控制系统的部件和/或未被激活图3示出的控制系统的部件。例如，致动器限制控制模块206可以构造成将部件添加到图3中示出的控制系统，以当活塞108靠近如接下来在图5-8中描述的物理限制时减小撞击或者防止撞击。

IV.示例方法

图5是根据示例性实施例的用于控制液压致动器的方法500的流程图。该方法500可以包括由块体502至512中的一个或者多个所示的一个或者多个操作、功能或者行为。尽管以相继顺序示出了块体，但是这些块体可以在一些情况中并行实施和/或以不同于在此描述顺序的顺序加以实施。而且，各个块体均可以基于所需实施方案组合成更少的块体、分成其它块体和/或移除。

另外，对于在此公开的方法500和其它处理以及方法，流程图示出了本实施例的一个可行实施方案的功能性和操作。就这一点而言，每个块体均可以代表程序代码的模块、分段或者部分，所述程序代码包括可以由处理器执行的一个或者多个指令，以为了实施处理中的具体逻辑功能或者步骤。程序代码可以存储在任何类型的计算机可读介质或者存储器上，所述计算机可读介质或者存储器例如，如包括盘或者硬盘驱动器的存储装置。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，例如，诸如计算机可读介质，所述计算机可读介质存储短期数据，如寄存器式存储器、处理器高速缓存、随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括非暂时介质或者存储器，诸如二次或者持续长期存储装置，如只读存储器(ROM)、光盘或者磁盘、光盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质还可以是任何其它易失性存储器系统或者非易失性存储器系统。计算机可读介质可以认为例如是计算机可读存储介质、有形存储装置或者其它制品。计算机可读介质、处理器、程序代码可以皆包含在液压系统或者阀的控制器内。另外，对于在此描述的方法500和其它处理以及方法而言，图5中的每个块体均可以代表电路，所述电路用电线连接，以在处理中实施具体逻辑功能。

在块体502处，方法500包括在控制器处接收使得液压致动器的活塞沿着给定方向以给定速度移动的命令，其中，液压致动器包括第一室和第二室，并且其中，阀组件将加压液压流体源联接到第一室而将第二室联接到回流管路。

控制器可以是计算装置，所述计算装置包括一个或者多个处理器，所述处理器构造成执行存储在计算装置(例如，计算装置内的存储器)中的程序指令。控制器可以与输入装置，诸如控制杆或者其它类型输入装置通信。

在示例中，液压机的用户可以通过输入装置向控制器提供命令。控制器基于命令向液压系统(例如，泵、阀、致动器、罐等)提供了控制信号，以使得液压致动器，诸如具有室112和114的液压致动器106移动。例如，命令可以涉及这样指令，以使得液压致动器106的活塞108以给定速度沿着给定方向运动。在示例中，命令还可以规定用于活塞108的所需速度以及要由活塞108施加的所需力。

在另一个示例中，可以通过自主型机器人装置，诸如，机器人装置400产生命令，所述机器人装置400包括液压系统，所述液压系统构造成控制机器人装置400的运动。机器人装置400可以构造成自主产生移动命令，以执行特定任务。移动命令可以提供给液压系统的控制器。控制器可以例如包括参照图2描述的监测控制器201。

阀组件可以包括例如阀，诸如阀100，但是还可以包括任何其它阀构造(例如，滑阀、提升阀、旋转阀等)。例如，阀组件可以包括至少四个阀：第一阀，所述第一阀将泵连接到室112；第二阀，所述第二阀将泵连接到室114；第三阀，所述第三阀将室112连接到罐或者容器；和第四阀，所述第四阀将室114连接到罐。因此，阀组件可以包括一个或者多个阀，所述一个或者多个阀控制流体从压力源向液压致动器流动并且控制被迫从液压致动器中流出的流体向回流管路的流动。

在示例中，压力源可以是泵并且回流管路可以连接到容器或者罐。然而，在液压致动器106的室112和114可以通过供应管路或者回流管路连接在一起的再生模式中，压力源可以是室112或者114中的一个并且回流管路可以是将室112和114连接在一起的管路。例如，在高侧再生模式中，室112和114可以通过高压供应管路(即，连接到泵的管路)连接在一起。在这种情况中，流动从供应管路供应到室112和114的第一室，并且从第二室中被迫流出的流动可以反馈回或者再生到第一室而非回流到罐或者容器。在这种情况中，与将第二室连接到罐的管路相反，回流管路是将两个室连接在一起的管路。类似地，在另一个示例中，液压致动器106可以以低侧再生模式操作，并且在重力辅助的同时活塞108可以回退(随着室114膨胀而室112收缩在图1中向左侧移动)。在这种情况中，来自泵的高压流体不需要使得活塞108移动。从室112中被迫流出的流体以再生方式被引导返回到室114。在这个情况中，从室114的观点来看压力源是室112。源自室112的回流管路可以是将室112连接到室114的液压管路。

在块体504处，方法500包括基于命令，控制器提供信号，以操作阀组件，从而向第一室提供加压液压流体并且允许第二室中的液压流体从第二室流至回流管路，以便致使活塞沿着给定方向以给定速度移动。如图1和图2所示，基于使得致动器106的活塞108以给定速度沿着给定方向移动的命令，控制器，例如，位置-力控制模块202可以产生针对阀100的信号。信号可以提供给电致动器(例如，马达、螺线管、旋转致动器等)，所述电致动器致动阀100(例如，使得阀芯102移动)，以允许流动从压力源110到液压致动器106，并且允许从液压致动器106被迫流出的流动到容器116。具体地，参照作为示例的图1，流动被允许通过阀100的开口118至室114，从而将活塞108推至左侧。而且，流动被迫使离开室112通过阀100的开口120流至容器116。然而，如在图2上文所述，可以由其它模块修改由位置-力控制模块202产生的信号。例如，可以由致动器限制控制模块206修改位置-力控制模块202的信号或者控制结构，以当活塞108接近液压致动器106的端部止动件122时减小撞击或者防止撞击。

在块体506处，方法500包括接收代表活塞抵达第一位置的位置信息，所述第一位置与液压止动器的端部止动件相距第一阈值距离。

图6图解了根据示例性实施例的用于液压致动器106的致动器限制控制。如图6所示，活塞108可以移动到左侧。因此，室114膨胀，而室112收缩。位置传感器可以联接到活塞108或者嵌入在活塞108内(例如，嵌入在活塞头109A或者活塞杆109B内)。位置传感器可以构造成向控制器提供代表活塞108位置的信息。在示例中，位置传感器可以向控制器表明活塞头109A的表面602在室112内的位置。

在示例中，在表面602处于区域604内的同时，即，在表面602抵达第一位置606之前，由位置-力控制模块202产生的信号可以用于控制阀而不需要由致动器限制控制模块206修改，所述第一位置606与液压致动器106的端部止动件122相距第一阈值距离608。在示例中，第一位置606和第一阈值距离608可以取决于液压致动器106的尺寸和冲程长度(例如，活塞108从液压致动器106的一个端部行进至另一个端部的距离)。例如，如果冲程为80mm，则第一阈值距离可以为大约6mm。

返回参照图5，在方块508处，方法500包括作为响应控制器修改针对阀组件的信号，以便减低活塞的速度。在活塞108(具体地，表面602)抵达第一位置606时，致动器限制控制模块206可以修改由位置-力控制模块202产生的信号，以便减小活塞108的速度。例如，致动器限制控制模块206可以修改、增补或者覆盖由位置-力控制模块202产生的信号，以“阻尼”活塞108的运动并且使其减速。

图7示出了根据示例性实施例的图3中示出的位置-力控制系统的修改方案。为了阻尼活塞108的移动，比例增益702被添加或者比例增益702被激活，以调节误差信号319。作为用于阐释的示例，比例增益702可以具有(1－w_d)的值。w_d可以称作阻尼权重。块体702因此修改误差信号319的调节，使得误差信号319乘以比例增益702以形成信号703，该信号由比例增益320调节。如果阻尼权重w_d具有介于0和1之间的值，则误差信号319的调节程度减小，并且因此降低了速度反馈的效果。减小速度反馈减小了阀命令中将推动活塞108更接近端部止动件122的部分，并且因此减小了阀100的开口118并且减低了活塞108的速度。速度反馈中的这种减小由此阻尼活塞108的移动。以这种方式，活塞108仍然可以移动向端部止动件122，以抵达靠近端部止动件122的特定命令位置，而且以减低的速度靠近端部止动件。

在示例中，活塞108越快速移动向端部止动件122，由致动器限制控制模块206针对信号实施的修改越大，以便使得活塞108更加快速地减速。这种修改有效模拟沿着远离端部止动件的方向施加到活塞108的力，其中，所述力基于活塞108的速度。在表面602处于图6示出的室112的区域610内的同时，这种修改或者针对活塞108的移动的阻尼持续。

返回参照图5，在块体510处，方法500包括接收代表活塞抵达第二位置的位置信息，所述第二位置与液压致动器的端部止动件更加接近并且与其相距第二阈值距离。联接到活塞108的位置传感器可以向控制器表明活塞头109A的表面602抵达第二位置612(图6所示)，所述第二位置612与液压致动器106的端部止动件122相距第二阈值距离614。例如，如果冲程长度为80mm并且第一阈值距离可以为大约6mm，则第二阈值距离可以为大约4mm。这些数值仅仅为阐释示例，并且这些距离可以基于液压致动器106的特征(尺寸、冲程长度等)而改变。

在块体512处，方法500包括作为响应控制器进一步修改针对阀组件的信号，以致使第二室中的液压流体沿着远离端部止动件的方向将力作用在活塞上。在块体508处描述的修改可以认为是第一修改。致动器限制控制模块206可以构造成在活塞108(具体地，表面602)抵达第二位置612时针对提供给阀100的信号实施第二修改，以便进一步减低活塞108的速度。在表面602处于图6示出的室112的区域616内的同时，这种修改或者针对活塞108移动的阻尼持续。作为示例，修改的信号可以改变阀芯102的位置，以设定室112中的特定压力水平，室112中的特定压力水平将力作用在活塞108上(具体地，将力作用在表面602上)，以便阻止活塞108移动。在示例中，施加的力可以是类弹簧力(即，如将弹簧推抵在活塞108的表面602上)，使得随着表面602越接近端部止动件122，推抵活塞108的施加的力越大。以这种方式，施加的力可以与表面602和端部止动件122之间的距离成反比。活塞108因此可以进一步减速并且控制器可以防止在活塞108抵达端部止动件122的情况下产生任何冲击力。

参照图7，为了实施第二修改，致动器限制控制模块206还可以向图3中示出的控制系统添加或者激活比例增益704。作为阐释示例，比例增益704可以具有(1－w_s)的值。w_s可以称作弹簧权重。比例增益704修改信号333，以形成信号705。如果w_s具有介于0和1之间的值，则信号333的值被减小，并且因此可以降低三个控制环路302、304和306的效果。

致动器限制控制模块206还可以向图3中示出的控制系统添加比例增益706或者激活比例增益706。估计(或者测量)速度被比例增益706调节以形成调节信号707。

致动器限制控制模块206还可以向图3示出的控制系统添加比例增益708或者激活比例增益708。在示例中，比例增益708可以具有值w_s。比例增益708乘以活塞108能够作用的最大的力以形成信号709。例如能够通过使得供应压力P_S(源自压力源110的最大压力)乘以压力作用的面积来确定最大力。例如，在图1和图6示出的构造中，供应压力能够作用在室114中的活塞108的环形区域面积上。因此，可以由以下方程确定最大力：

最大力＝P_S(A_c－A_rod) (4)

如参照方程(2)和(3)在上文指出的那样，A_c是室112中的活塞头109A的面积，而A_rod是杆109B的截面面积。

在另一个示例中，如果活塞108的运动方向颠倒，使得室112膨胀而室114收缩，则能够由以下方程确定最大力：

最大力＝P_sA_c (5)

在结合部710处从信号709中减去测量力，以形成信号711，所述信号711被比例增益712进一步调节，以形成信号713。在结合部714处从信号713中减去信号707，以形成信号715，所述信号715被比例增益716调节，以形成信号717。例如，比例增益716具有值w_s。信号717和信号705在求和结合部718处相加，以形成信号719。信号719可以由转换速率限制器块体334修改或可以不由转换速率限制器块体334修改，以产生针对阀的命令720，所述命令720与命令335不同。

在实施例中，权重w_d和w_s可以具有恒定值。然而，在另一个示例中，权重w_d和w_s可以改变。例如，增益w_d和w_s可以随着活塞108接近端部止动件122而变化。

图8图解了根据示例性实施例的分阶段致动器限制控制的权重w_d和w_s的变化。如图8所示，两个增益在活塞头109A的表面602抵达第一位置606(即，在表面602处于区域604中的同时)之前具有零的值。随着表面602抵达第一位置606并且向远处移动直到位置612(即，在表面602处于区域610内的同时)，阻尼权重w_d沿着线802从值0至值1倾斜，而弹簧权重w_s保持为值0。以这种方式，随着阻尼权重w_d从0至1倾斜，具有(1－w_d)的值的比例增益702减小并且误差信号319的值逐渐减小，因此，速度反馈的效果也逐渐减小。这种减小可以导致阻尼或者减低活塞108的移动速度。随着权重w_d达到值1，比例增益702(具有1－w_d的值)达到值0，并且因此速度反馈对提供给阀100的信号不产生作用。

在区域610中，因为比例增益716具有w_s的值，所以在w_d从0至1倾斜的同时，权重w_s具有0的值并且信号717的值为0。因此，比例增益706、708和712将无效(即，将不会导致针对阀100的命令发生变化)。类似地，比例增益704(1－w_s的值，当w_s＝0时，所述值1－w_s等于1)将不会影响信号333。

随着表面602抵达第二位置612并且继续朝向端部止动件122移动时(即，在表面602处于区域616内时)，阻尼权重w_d保持为值1，而弹簧权重w_s沿着线804从值0至值1倾斜。以这种方式，比例增益702的值保持为0(速度反馈保持无效或者移除)并且源自添加比例增益704、706、708、712和716获得的类弹簧力开始越来越有效并且向后推动活塞108，以使其进一步减速。

具体地，随着弹簧权重w_s从0增加到1，比例增益704从值1减小到值0，并且因此控制环路302、304和306的效果减弱。同时，比例增益716从0增加到1，并且因此在控制环路302、304和306的效果减弱的同时，比例增益706、708、712以及716接管(或者在其中占主要地位)确定针对阀100的命令720。结果，在区域616中，针对阀100的命令基于估计的(或者测量的)速度、测量的力以及最大致动器力。

此外，在确定针对阀100的命令720的过程中最大力和信号715的贡献随着活塞108朝向端部止动件122前进而增大，原因在于比例增益708和比例增益716的相应值(皆具有值w_s)从0增加到1。因此，作用在活塞108上的反方向力随着活塞108越来越靠近端部止动件122而增大。例如，随着活塞108靠近端部止动件122，针对阀100的命令720可以致使开口120更小(限制从室112至容器的路径)，以增大室112中的压力并且使得活塞108减速。这个控制结构的结果是产生了这样的力，其阻止活塞108朝向端部止动件122移动，并且由于比例增益708和716增大，因此随着活塞108靠近端部止动件122力增大。力是有效的非线性类弹簧力，其阻止活塞108移动向端部止动件122。在示例中，针对源自该控制结构的阀命令的修改可以导致阀芯102沿着另一个方向移动，使得压力源110连接到室112而室114连接到回流管路。以这种方式，源自压力源110的流体沿着远离端部止动件122的方向将压力作用在活塞108上，以使得活塞108减速。

在示例中，如果控制器接收输入命令，以改变活塞108的移动方向，则即使表面602处于区域610或者616内，控制器也可以停止针对提供给阀100的信号所进行的任何修改。在这个示例中，比例增益702、704、706、708、712和716可以不被激活并且位置-力控制系统恢复成图3示出的结构。

在示例中，除了区域610和616之外的第三区域(图6和图8中未示出)可以限定在区域616的端部和端部止动件122之间。这个第三区域可以称作“安全”区域，在所述“安全”区域中，w_d和w_s皆等于1。这个第三区域可以例如由第三位置(例如，区域616的端部)限定，所述第三位置与端部止动件122相距第三阈值距离。例如，如果液压致动器106的冲程为80mm，则第三阈值距离可以为1mm。在另一个示例中，如果液压致动器106的冲程为45mm，则第三阈值距离可以为2mm。

V.单独计量

在图1示出的示例中，阀100代表滑阀，其中，阀芯102的线性位置确定开口118和开口120，流体通过所述开口118从压力源110流至室114，流体通过所述开口120从室112流至容器116。

图9A示出了根据示例性实施例的阀芯102的机械联接的开口118和120。随着阀芯102(图1所示)移动，开口118和120的尺寸变化并且能够由如图9A所示的可变流动限制来表示。因为阀芯102的给定位置限定了开口118和开口120，所以图9A示出了开口118和120由虚拟连杆900机械联接。这种连杆表示开口118和120不是彼此独立，即，通过限定了一个开口的尺寸还限定了另一个开口的尺寸。在这个情况中，因为针对阀100的命令确定阀芯102的位置，所以阀100是单自由度(DOF)系统，阀芯的位置限定了开口118和120。控制器能够控制阀芯102的位置，以限定开口118的具体尺寸、计量进入到室114中的流动并且控制活塞108的速度。控制器还能够限定开口118的尺寸，以控制室114中的压力水平。例如，控制器可以具有代表来自压力源110的流体的供应压力P_S的信息。控制器还可以具有代表通过开口118的流量的信息。例如，如果活塞的速度为V，则通过开口118的流量Q能够被估计为：

Q＝V(A_C-A_rod) (6)

返回到方程(1)，假设室114的所需压力水平为P_R，则开口118的变量K能够确定为：

一旦针对开口118确定K，则控制器可以向阀100提供信号，以致动阀芯102抵达对应于针对开口118的值K的位置。

然而，由于开口118和开口120机械联接，因此控制器不能独立限定开口120的尺寸，并且因此控制器例如不能在控制活塞108的速度或者室114中的压力水平的同时控制室112中的压力水平。

替代地，控制器能够控制阀芯102的位置，以限定开口120的具体尺寸，以便控制室112中的压力水平。例如，控制器可以具有代表通往罐或者容器116的回流管路中的压力P_T的信息。控制器还可以具有代表通过开口120的流量的信息。例如，如果活塞的速度为V，则通过开口120的流量Q能够估计为：

Q＝VA_C (8)

返回到方程(1)，假设针对室112的所需压力水平为P_C，则针对开口120的变量K能够确定为：

一旦针对开口120确定K，则控制器可以向阀100提供信号，以致动阀芯102抵达对应于针对开口120的值K的位置。

然而，在这种情况中，控制器不会独立限定开口118并且不能控制抵达室114的流量(或者室114中的压力水平)。以这种方式，控制器能够控制：(i)活塞108的速度、(ii)室114中的压力或者(iii)室112中的压力中的一个。为了断开虚拟连杆900，能够使用两个独立阀替代一个滑阀。

图9B图解了根据示例性实施例的单独计量。图9B示出了两个没有机械联接的分离或者独立限制件902和904。两个分离阀能够用于形成独立限制件902和904。一个阀形成限制件902，以控制从压力源110至室114的流动，而第二阀形成限制件904，以控制从室112至容器116的流动。如果活塞108沿着其他方向移动，则第三和第四阀可以用于控制从压力源110至室112的流动以及从室114至容器116的流动。在示例中，所有四个阀均能够组合或者集成在阀组件中。

控制器可以构造成独立于开口904控制开口902。假设第一阀控制开口902而第二阀控制开口904，则第一阀和第二阀中的每一个均可以由来自控制器的相应信号控制。相应信号可以由相应控制系统产生。例如，诸如图7中示出的控制系统的控制系统可以产生针对第一阀的信号，而另一个控制系统可以产生针对第二阀的信号。以这种方式，图9B中的构造是双DOF系统。控制器可以向限定了开口902的第一阀提供信号，以计量进入到室114中的流体并且控制活塞108的速度或者确定室114中的压力水平。类似地，控制器可以独立地向限定了开口904的第二阀提供信号，以确定室112中的压力水平。这种布置方案可以用于增强致动器移动控制，以防止压力或者力在端部止动件处冲击。例如，控制器能够控制活塞108的速度(通过控制开口902，以计量流体的特定流量)和收缩室112中的压力水平。通过控制室112中的压力，控制器可以通过施加反方向力而有效减低活塞108的速度，所述反向力或基于活塞108的速度(如在方法500的块体508中所述)和/或与表面602和端部止动件122之间的距离成反比(如方法500的块体512所述)。

VI.结论

应当理解的是，在此描述的布置方案仅仅为示例。像这样，本领域中的技术人员将理解的是根据所需结果可以替代使用其它布置方案和其它元件(例如，机器、接口、功能、顺序和功能分组等)并且某些元件可以一起省略。此外，描述的元件中的多个元件为这样的功能实体，所述功能实体可以实施为分立或者分散式部件或者以任何适当组合以及位置结合其它部件加以实施。

尽管已经在此公开了各个方面和实施例，但是其它方面和实施例对于本领域中的技术人员而言显而易见。在此公开的各个方法和实施例为阐释目的而并非旨在限制，由以下权利要求连同这种权利要求所赋予的等效物的全范围限定真实范围和精神。还应当理解的是在此使用的术语是为了仅仅描述特定实施例而并非旨在限制。