用于致动器的自校准的系统和方法与流程

文档序号:11215512阅读:447来源:国知局
用于致动器的自校准的系统和方法与流程

本公开内容涉及电气工程领域。



背景技术:

工业控制系统需要某些机械元件的致动。这种系统的机械元件可以包括需要被致动的阀。需要精确控制的机械系统中的阀使用直角回转(quarter-turn)致动器来致动。直角回转致动器使用机械限制止动螺栓,该机械限制止动螺栓有助于打开和关闭阀位置的精确的行程末端调整。该行程调整通常在安装之前完成,因此致动器所需的调整量在出厂设置中是未知的。此外,用于液压阀的直角回转致动器依靠校准的输入控制来精确操作。直角回转致动器的输入控制通常是机械地或机电地完成的(例如电动液压操作的致动器)。在这种电动液压操作器中,由于在阀的致动中涉及的不断变化的液压压力,与期望的致动器行程的偏差导致阀位置和流动速率的随之而来的偏差。致动器的行程调整和校准通常是手动进行的,并且仅在实际的工厂安装之前进行,这是低效的。因此,在安装之后以及在致动器的寿命中的其他时间一直需要对电动液压致动器进行校准。



技术实现要素:

本文的至少一个实施例所满足的本公开内容的一些目的如下:

本公开内容的一个目的是改进现有技术的一个或多个问题或至少提供一种有用的替代方案。

本公开内容的一个目的是提供一种完全自动化的用于致动器的自校准的系统和方法。

本公开内容的另一个目的是提供一种具有高精度的致动器校准的用于致动器的自校准的系统和方法。

本公开内容的又一个目的是提供一种用于致动器的自校准的系统和方法,其可以用于所有部分回转、线性液压和气动致动器。

本公开内容的再一个目的是提供一种用于致动器的自校准的系统和方法,其可以用于具有可调节行程限制并且需要测量瞬时参数的任何产品中。

本公开内容的其他目的和优点从下文描述中看将更加明显,该描述并不旨在限制本公开的范围。

本公开内容设想一种用于致动器的自校准的系统和方法。所述系统包括存储器、压力尖峰感测和控制电路、行程限制设置电路、分布产生电路和处理器。所述存储器被配置为储存一组自校准规则。所述压力尖峰感测和控制电路被配置为基于在操作压力中感测到的尖峰来检查和设置所述致动器的所述操作压力。所述行程限制设置电路被配置为基于所述一组自校准规则来检查和设置所述致动器的所述行程限制。所述分布产生电路被配置为产生所述致动器的一组参数的分布。所述处理器与所述存储器、所述压力尖峰感测和控制电路、所述行程限制设置电路和所述分布产生电路协作。所述处理器被配置为从所述存储器提取所述一组自校准规则,并指示所述压力尖峰感测和控制电路、所述行程限制设置电路和所述分布产生电路基于所述一组自校准规则来执行所述致动器的自校准。

在一个实施例中,所述压力尖峰感测和控制电路包括第一组传感器、第一信号调理电路、检测器和压力控制电路。所述第一组传感器设置在所述致动器中。所述第一组传感器被配置为感测所述致动器的所述操作压力的瞬时值并产生压力信号。所述第一信号调理电路连接到所述第一组传感器。所述第一信号调理电路被配置为接收所述压力信号并产生第一调理信号。所述检测器连接到所述第一信号调理电路。所述检测器被配置为在每个时刻检测所述第一调理信号中的尖峰并且产生尖峰状态信号。所述压力控制电路连接到所述检测器。所述压力控制电路被配置为在第一瞬时接收所述尖峰状态信号,将所述操作压力增加第一预定值直到检测到第一尖峰为止,并且如果检测到所述第一尖峰则将所述操作压力设置为第二预定值。所述压力控制电路还被配置为在第二时刻接收所述尖峰状态信号,将所述操作压力增加所述第一预定值直到检测到第二尖峰为止,如果检测到所述第二尖峰则将所述操作压力设置为第三预定值。所述压力控制电路还被配置为如果没有检测到尖峰则产生第一误差信号。

在一个实施例中,所述行程限制设置电路包括第二组传感器、第二信号调理电路、数字信号处理电路和误差检测电路。所述第二组传感器耦接到所述致动器。所述第二组传感器被配置为检测所述致动器的旋转并产生一组旋转信号。所述第二信号调理电路连接到所述第二组传感器。所述第二信号调理电路被配置为接收所述一组旋转信号并产生一组第二调理信号。所述数字信号处理电路连接到所述第二信号调理电路。所述数字信号处理电路被配置为处理所述一组第二调理信号并产生一组行程限制信号。在一个实施例中,所述第二组传感器被配置为在所述致动器的至少两个旋转周期中检测所述致动器的旋转,并产生与所述至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的所述一组旋转信号。在另一实施例中,所述第二信号调理电路被配置为针对与所述至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的所述一组旋转信号中的每一个旋转信号产生所述一组第二调理信号。在又一个实施例中,所述行程限制设置电路包括误差检测电路,所述误差检测电路与所述第二信号调理电路协作。所述误差检测电路被配置为针对与所述至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的所述一组旋转信号中的每一个旋转信号,通过计算所述一组第二调理信号中的每一对第二调理信号之间的差来产生一组差信号。所述误差检测电路还被配置为通过比较所述一组差信号来产生第二误差信号,并且通过检查所述第二误差信号来重新初始化所述致动器的所述致动周期。在再一个实施例中,所述数字信号处理电路包括编码器并与所述第二信号调理电路以及所述误差检测电路协作。所述数字信号处理电路被配置为检查来自所述误差检测电路的所述第二误差信号,并且当未接收到所述第二误差信号时计算与所述至少两个致动周期中的每一个致动周期相关联的所述一组第二调理信号的平均值。所述数字信号处理电路还被配置为对所述一组第二调理信号的所述平均值进行全量程(full-scale)编码并且使用所述一组第二调理信号的经编码的平均值来产生所述一组行程限制信号。

在一个实施例中,所述分布产生电路包括第三组传感器和第三信号调理电路。所述第三组传感器耦接到所述致动器。所述第三组传感器被配置为检测所述致动器的所述一组参数,以产生一组分布信号。所述第三信号调理电路连接到所述第三组传感器。所述第三信号调理电路被配置为接收所述一组分布信号以产生一组第三调理信号。

在一个实施例中,所述处理器被配置为从所述压力控制电路接收操作压力,对所述操作压力进行转换,以产生操作压力数据,并将所述操作压力数据储存在所述存储器中。所述处理器还被配置为从所述数字信号处理电路接收所述一组行程限制信号,并将所述一组行程限制信号储存在存储库中。所述处理器还被配置为使用所述操作压力数据和所述一组行程限制信号来产生操作扭矩分布数据,并且将所述一组扭矩分配数据储存在所述存储器中。此外,所述处理器被配置为接收所述一组第三调理信号,对所述一组第三调理信号进行转换,以产生一组分布数据,以及将所述一组分布数据储存在所述存储器中。

本公开还设想了一种用于致动器的自校准的方法。所述方法包括以下步骤:

初始化所述致动器的致动周期;

检测所述致动器的操作压力的瞬时值并产生压力信号;

对所述压力信号进行转换并产生第一调理信号;

在第一时刻检测所述第一调理信号中的至少一个尖峰;

将所述操作压力增加第一预定值,直到检测到第一尖峰为止;

如果检测到所述第一尖峰,则将所述操作压力设置为第二预定值;

在第二时刻检测所述第一调理信号中的至少一个尖峰;

将所述操作压力增加所述第一预定值,直到检测到第二尖峰为止;

如果检测到所述第二尖峰,则将所述操作压力设置为第三预定值;

如果没有检测到尖峰,则产生第一误差信号;

对所述操作压力进行转换,以产生操作压力数据;

将所述操作压力数据存储在所述存储器中;

重新初始化所述致动器的所述致动周期;

在所述致动周期期间检测所述致动器的旋转并产生一组旋转信号;

使用所述一组旋转信号来产生一组第二调理信号;

使用所述一组第二调理信号产生一组行程限制信号;

存储所述一组行程限制信号;

使用所述操作压力数据和所述一组行程限制信号来产生操作扭矩分布数据,

将所述一组扭矩分布数据储存在所述存储器中,

检测所述致动器的一组参数并产生一组分布信号;

使用所述一组分布信号产生一组第三调理信号;

对所述一组第三调理信号进行转换并产生一组分布数据;以及

储存所述一组分布数据。

附图说明

现在将在非限制性的附图的帮助下描述本公开内容的用于致动器的自校准的系统和方法,其中:

图1例示了根据本公开内容的一个实施例的用于致动器的自校准的系统的框图;

图2例示了根据本公开内容的一个实施例的图1的致动器和系统的示意图;

图3例示了描绘根据本公开内容的一个实施例的用于致动器的自校准的方法的框图。

具体实施方式

现在将参考所附实施例来描述本公开内容,这些实施例不限制本公开内容的领域和范围。纯粹通过示例和说明的方式提供本描述。

在下文的描述中将参考非限制性的实施例来解释本文的实施例及其各种特征和有利细节。省略了对公知元件和处理技术的描述,以免不必要地模糊本文的实施例。本文使用的示例仅旨在便于理解可以实践本文中的实施例的方式并且进一步使得本领域技术人员能够实践本文的实施例。因此,示例不应被理解为限制本文实施例的范围。

对具体实施例的描述将完全揭示本文的实施例的一般性质,其他人可以通过应用当前知识来针对各种应用容易地修改和/或适配这样的特定实施例而不脱离一般构思,因此,这样的适配和修改应当并且旨在在所公开的实施例的等同物的含义和范围内理解。应当理解,本文采用的措辞或术语是为了描述而不是限制的目的。因此,虽然已经根据优选实施例描述了本文的实施例,但是本领域技术人员将认识到,本文的实施例可以在如本文所描述的实施例的精神和范围内的修改下实施。

图1例示了根据本公开内容的一个实施例的用于致动器的自校准的系统的框图。该系统100包括存储器122、压力尖峰感测和控制电路126、分布产生电路128、行程限制设置电路130和处理器120。

存储器122被配置为储存一组自校准规则。压力尖峰感测和控制电路126被配置为基于操作压力中感测到的尖峰来检查和设置致动器的操作压力。行程限制设置电路130被配置为基于该组自校准规则来检查和设置致动器的行程限制。分布产生电路128被配置为产生致动器的一组参数的分布。处理器120与存储器122、压力尖峰感测和控制电路126、行程限制设置电路130和分布产生电路128协作。处理器120被配置为从存储器122提取该组自校准规则,并指示压力尖峰感测和控制电路126、行程限制设置电路130和分布产生电路128基于该组自校准规则来执行致动器的自校准。

压力尖峰感测和控制电路126包括第一组传感器102、第一信号调理电路104、检测器106和压力控制电路108。第一组传感器102设置在致动器中。第一组传感器102选自由压力传感器、力收集器类型传感器、电容传感器、电磁传感器、电位传感器和mems传感器组成的组。第一组传感器102被配置为感测致动器的操作压力并产生压力信号。

第一信号调理电路104连接到第一组传感器102。第一信号调理电路104可以包括运算放大器(图中未示出)、多个电阻器(图中未示出)、多个晶体管(图中未示出)和电容器(图中未示出)。第一信号调理电路104被配置为接收压力信号并产生第一调理信号。

检测器106连接到第一信号调理电路104。检测器106可以包括负反馈配置的运算放大器、连接在运算放大器的输出端的二极管、连接到运算放大器的负输入端的开关和电容器。检测器106被配置为在每个时刻检测第一调理信号中的尖峰并产生尖峰状态信号。

压力控制电路108连接到检测器106和处理器120。压力控制电路108可以包括协处理器和数字计数器。压力控制电路108被配置为执行以下操作:

在第一时刻接收尖峰状态信号,

将操作压力增加第一预定值,直到检测到第一尖峰为止,

如果检测到第一尖峰,则将操作压力设置为第二预定值,

在第二时刻接收尖峰状态信号,

将操作压力增加第一预定值,直到检测到第二尖峰为止,

如果检测到第二尖峰,则将操作压力设置为第三预定值,以及

如果没有检测到尖峰,则产生第一误差信号。

在示例性实施例中,第一预定值为50psi,第二预定值为2000psi,第三预定值为3000psi。

行程限制设置电路130包括第二组传感器114、第二信号调理电路116、数字信号处理电路118和误差检测电路124。

第二组传感器114耦接到致动器。第二组传感器114耦接到致动器。第二组传感器可以包括霍尔效应传感器。第二组传感器被配置为检测致动器的旋转并产生一组旋转信号。第二组传感器114还被配置为在致动器的至少两个旋转周期中检测致动器的旋转,并产生与该至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的一组旋转信号。

第二信号调理电路116连接到第二组传感器114。第二信号调理电路116被配置为接收一组旋转信号并产生一组第二调理信号。第二信号调理电路116可以包括偏移消除电路、信号放大器、低通滤波器、控制单元和限流器。第二信号调理电路116还被配置为针对与该至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的一组旋转信号中的每一个旋转信号产生一组第二调理信号。

误差检测电路124连接到第二信号调理电路116。误差检测电路124可以包括处于开环配置的运算放大器、晶体管和电阻器。误差检测电路124被配置为执行以下操作:

针对与至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的该组旋转信号中的每一个旋转信号,通过计算该组第二调理信号中的每一对调理信号之间的差来产生一组差信号,

通过比较该组差信号来产生第二误差信号,以及

通过检查第二误差信号来重新初始化致动器的致动周期。

数字信号处理电路118连接到第二信号调理电路116和误差检测电路124。数字信号处理电路118被配置为处理该组第二调理信号并产生一组行程限制信号。数字信号处理电路118可以包括数字信号处理器和编码器。数字信号处理电路还被配置为执行以下操作:

检查来自误差检测电路的第二误差信号,

当未接收到所述第二误差信号时,计算与至少两个致动周期中的每一个致动周期相关联的该组第二调理信号的平均值,

对该组第二调理信号的平均值进行全量程编码,以及

使用该组第二调理信号的经编码的平均值来产生该组行程限制信号。

分布产生电路128包括第三组传感器110和第三信号调理电路112。

第三组传感器110耦接到致动器。第三组传感器110被配置为检测致动器的一组参数并产生一组分布信号。在一个实施例中,第三组传感器110被配置为产生致动器的各种机械部件的压力分布信号、扭矩分布信号、时间分布信号和旋转分布信号。

第三信号调理电路112连接到第三组传感器。第三信号调理电路112被配置为接收一组分布信号并产生一组第三调理信号。

处理器120选自由专用集成电路、微处理器、微控制器、嵌入式处理器、arm处理器和fpga组成的组。处理器120被配置为产生同步和控制信号,并将同步和控制信号发送到压力尖峰感测和控制电路126、分布产生电路128、行程限制设置电路130和存储器122,以控制和同步电路和模块的操作。处理器120还被配置为执行以下操作:

从压力控制电路接收操作压力,

对操作压力进行转换,以产生操作压力数据,

将操作压力数据储存在存储器中,

从数字信号处理电路接收一组行程限制信号,

将该组行程限制信号储存在存储器中,

使用操作压力数据和该组行程限制信号来产生操作扭矩分布数据,

将该组扭矩分布数据储存在存储器中,

接收一组第三调理信号,

对该组第三调理信号进行转换,以产生一组分布数据,以及

将该组分布数据储存在存储器中。

图2例示了根据本发明的一个实施例的致动器202和图1的系统100的示意图200。致动器202可以是液压致动器。

图3例示了用于致动器的自校准的方法。通常来说,计算机可执行指令可以包括例程、程序、对象、组件和模块。方法300可以在任何适当的硬件、软件、固件或其组合中实现。

在框302处,方法300包括初始化致动器的致动周期。在一个实施例中,处理器120被配置为初始化致动器的致动周期。

在框304处,方法300包括检测致动器的瞬时压力并产生第一压力信号。在一个实施例中,第一组传感器102被配置为感测致动器的操作压力并产生压力信号。

在框306处,方法300包括对压力信号进行转换并产生第一调理信号。在一个实施例中,第一信号调理电路104被配置为接收压力信号以产生第一调理信号。

在框308处,方法300包括在第一时刻检测第一调理信号中的至少一个尖峰。在一个实施例中,检测器106被配置为在每个时刻检测第一调理信号中的尖峰并产生尖峰状态信号。

在框310处,方法300包括将操作压力增加第一预定值,直到检测到第一尖峰为止。在一个实施例中,压力控制电路108被配置为将致动器的操作压力增加第一预定值,直到检测到尖峰为止。

在框312处,方法300包括如果检测到第一尖峰则将操作压力设置为第二预定值。在一个实施例中,压力控制电路108被配置为如果检测到尖峰则将操作压力设置为第二预定值。

在框314处,方法300包括在第二时刻检测第一调理信号中的至少一个尖峰。在一个实施例中,检测器106被配置为在第二时刻检测第一调理信号中的至少一个尖峰。

在框316处,方法300包括将操作压力增加第一预定值,直到检测到第二尖峰为止。在一个实施例中,压力控制电路106被配置为将操作压力增加第一预定值,直到检测到第二尖峰为止。

在框318处,方法300包括如果检测到第二尖峰则将操作压力设置为第三预定值。在一个实施例中,压力控制电路106被配置为如果检测到第二尖峰则将操作压力设置为第三预定值。

在框320处,方法300包括如果没有检测到尖峰则产生第一误差信号。在一个实施例中,压力控制电路108被配置为如果没有检测到尖峰则产生第一误差信号。

在框322处,方法300包括对操作压力进行转换以产生操作压力数据。在一个实施例中,处理器120被配置为对操作压力进行转换以产生操作压力数据。

在框324处,方法300包括将操作压力数据储存在存储器中。在一个实施例中,处理器120被配置为将操作压力数据储存在存储器中。

在框326处,方法300包括重新初始化致动器的致动周期。在一个实施例中,处理器120被配置为重新初始化致动器的致动周期。

在框328处,方法300包括在致动周期期间检测致动器的旋转并产生一组旋转信号。在一个实施例中,第二组传感器114被配置为在致动周期期间检测致动器的旋转并产生一组旋转信号。

在框330处,方法300包括使用该组旋转信号来产生一组第二调理信号。在一个实施例中,第二信号调理电路116被配置为使用该组旋转信号来产生一组第二调理信号。

在框332处,方法300包括使用该组第二调理信号来产生一组行程限制信号。在一个实施例中,数字信号处理电路118被配置为使用该组第二调理信号产生一组行程限制信号。

在框334处,方法300包括储存该组行程限制信号。在一个实施例中,处理器120被配置为储存该组行程限制信号。

在框336处,方法300包括使用操作压力数据和该组行程限制信号来产生操作扭矩分布数据,并且将一组扭矩分布数据储存在存储器中。在一个实施例中,处理器120被配置为使用操作压力数据和该组行程限制信号来产生操作扭矩分布数据,并储存一组扭矩分布数据。

在框338处,方法300包括检测致动器的一组参数并产生一组分布信号。在一个实施例中,第三组传感器110被配置为检测致动器的一组参数并产生一组分布信号。

在框340处,方法300包括使用该组分布信号来产生一组第三调理信号。在一个实施例中,第三信号调理电路112被配置为使用该组分布信号来产生一组第三调理信号。

在框342处,方法300包括对该组第三调理信号进行转换并产生一组分布数据。在一个实施例中,处理器120被配置为对该组第三调理信号进行转换并产生一组分布数据。

在框344处,方法300包括储存该组分布数据。在一个实施例中,处理器120被配置为将该组分布数据储存在存储器中。

在一个实施例中,框328处的步骤被以至少两个致动周期进行重复,从而针对每个旋转周期产生一组旋转信号,并且之后进一步进行以下步骤:针对与至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的该组旋转信号中的每个旋转信号产生该组第二调理信号。

在一个实施例中,针对与至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的该组旋转信号中的每一个旋转信号产生该组第二调理信号的步骤之后进行以下步骤:

针对与至少两个旋转周期中的每一个旋转周期相关联的该组旋转信号中的每一个旋转信号,通过计算该组第二调理信号中的每一对第二调理信号之间的差来产生一组差信号,以及

通过比较该组差信号产生第二误差信号。

在一个实施例中,产生第二误差信号的步骤之后进行以下步骤:

检查第二误差信号,

当未接收到第二误差信号时,计算与至少两个致动周期中的每一个致动周期相关联的该组第二调理信号的平均值,

对该组第二调理信号的平均值进行全量程编码,以及

使用该组第二调理信号的经编码的平均值产生该组行程限制信号。

技术进步和经济意义

上文描述的本公开内容具有几个技术优点,其包括但不限于用于致动器的自校准的系统和方法的实现:

是自动的,因此提供了容易的校准,

校准致动器的所有参数,

产生致动器的所有参数的分布,以及

储存校准值和所有参数的分布,以便将来校准。

贯穿本说明书中,词语“包括”或其变体(诸如“包括”或“包括”)将被理解为暗示包括所陈述的元件、整数或步骤或元件、整数或步骤的组,但是不排除任何其它元件、整数或步骤或元件、整数或步骤的组。

使用表述“至少”或“至少一个”表示使用一个或多个元件或成分或数量,因为在本公开内容的实施例中可以使用以实现所期望目的或结果中的一个或多个目的或结果。

已经包括在本说明书中的文献、行为、材料、设备、文章等的任何讨论仅用于提供本公开内容的背景的目的。不应将其视为承认任何或所有这些事项形成现有技术基础的一部分或者是与本公开内容相关的领域中的公知常识,因为它在本申请的优先权日之前存在于任何地方。

对于各种物理参数、尺寸或数量提到的数值仅是近似值,并且设想高于/低于分配给参数、尺寸或数量的数值的值落入本公开内容的范围内,除非在说明书中有相反的声明。

虽然本文已经对优选实施例的元件和元件部分进行了相当强调,但是应当理解,在不脱离本发明的原理的情况下,可以做出许多实施例并且可以在优选实施例中进行许多改变。本公开内容的优选实施例以及其它实施例中的这些和其它变化对于本领域技术人员从本文的公开内容将是显而易见的,由此应当清楚地理解,前述描述事物仅被解释为仅仅是对本公开内容的说明而不是作为限制。

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