(57)【要約】【解決手段】アクチュエータのポジションコントロールシステムは、アクチュエータと、該アクチュエータに取付けられた少なくとも一つのアクチュエータポジションセンサと、少なくとも一つの主ステージスプールと、該主ステージスプールのポジションをモニターする少なくとも一つのスプールポジションセンサと、一つの供給ポートと、一つのタンクポートと、第１コントロールポートと、第２コントロールポートとを有しており、アクチュエータと流体連通されている、フローコントロールバルブと、該フローコントロールバルブの供給ポートと、タンクポートと、第１コントロールポートと、第２コントロールポートでの流体の圧力をモニターする複数の流体圧力センサと、フローコントロールバルブと電気通信するコントローラとを備えており、該コントローラが、-目標アクチュエータポジションの入力を受け取り；-複数の流体圧力センサから流体圧力データ信号を受け取り；-スプールポジションセンサからスプールポジション信号を受け取り；-アクチュエータポジションセンサからアクチュエータポジションデータ信号を受け取り；-流体圧力データ信号と、スプールポジション信号と、流体圧力データ信号とスプールポジション信号の関数であるエラー修正係数とに基づいて、アクチュエータに対する流体の修正流出入量を決定し；-アクチュエータに対する流体の修正流出入量の関数である運動構成要素と、アクチュエータのチャンバの圧力の関数である動的構成要素とを含む推定アクチュエータポジションを決定し；-推定アクチュエータポジションを調整するための適当なゲイン係数をアクチュエータポジションセンサからのアクチュエータポジションデータ信号に加え；-推定アクチュエータポジションを目標アクチュエータポジション入力と比較し；-主ステージスプールを閉じてアクチュエータに流体流通するのを防止するように構成されている。【選択図】  図１
2010515005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと、
該アクチュエータに取付けられた少なくとも一つのアクチュエータポジションセンサと、
アクチュエータと流体連通する、少なくとも一つのメインステージスプールと、該メインステージスプールのポジションをモニターする少なくとも一つのスプールポジションセンサと、一つの供給ポートと、一つのタンクポートと、第１コントロールポートと、第２コントロールポートとを有するフローコントロールバルブと、
該フローコントロールバルブの供給ポートと、タンクポートと、第１コントロールポートと、第２コントロールポートでの流体の圧力をモニターする複数の流体圧力センサと、
フローコントロールバルブと電気通信するコントローラとを備えており、
該コントローラが
目標アクチュエータポジションの入力を受け取り；
複数の流体圧力センサから流体圧力データ信号を受け取り；
スプールポジションセンサからスプールポジション信号を受け取り；
アクチュエータポジションセンサからアクチュエータポジションデータ信号を受け取り；
流体圧力データ信号と、スプールポジション信号と、流体圧力データ信号とスプールポジション信号の関数であるエラー修正係数とに基づいて、アクチュエータに対する流体の修正流出入量を決定し、；
アクチュエータに対する流体の修正流出入量の関数である運動構成要素と、アクチュエータのチャンバの圧力の関数である動的構成要素とを含む推定アクチュエータポジションを決定し；
推定アクチュエータポジションを調整するための適当なゲイン係数をアクチュエータポジションセンサからのアクチュエータポジションデータ信号に加え；
推定アクチュエータポジションを目標アクチュエータポジション入力と比較し；
メインステージスプールを閉じてアクチュエータに流体流通するのを防止するように構成されているアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項２】
コントローラがさらに、アクチュエータへの修正流体流入量とアクチュエータからの修正流体流出量とを比較して、該修正流体流出入量の間に有意差がある場合に警報信号を送るように構成されている、請求項１に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項３】
警報信号が可聴式である、請求項２に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項４】
警報信号が可視式である、請求項２に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項５】
アクチュエータがリニアアクチュエータである、請求項１に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項６】
アクチュエータがシリンダである、請求項５に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項７】
アクチュエータポジションセンサがシリンダの中央位置に取付けられている、請求項６に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項８】
複数の流体圧力センサがフローコントロールバルブに配置されている、請求項１に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項９】
コントローラがフローコントロールバルブ内に配置されている、請求項１に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項１０】
フローコントロールバルブが２つのメインステージスプールを含んでいる、請求項１に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項１１】
パイロットステージスプールがフローコントロールバルブ内の各メインステージスプールと組み合わせられている、請求項１０に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項１２】
スプールポジションセンサがリニア可変差動変圧器である、請求項１に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項１３】
アクチュエータポジションセンサがラッチセンサである、請求項１に記載のアクチュエータのポジションコントロールシステム。
【請求項１４】
複数の流体圧力センサから流体圧力データ信号を受け取り；
少なくとも一つのスプールポジションセンサからスプールポジション信号を受け取り；
少なくとも一つのアクチュエータポジションセンサからアクチュエータポジションデータ信号を受け取り；
流体圧力データ信号とスプールポジション信号と、流体圧力データ信号とスプールポジション信号の関数であるエラー修正係数とに基づく各修正流体流量でアクチュエータ対する流体の修正流出入量を決定し；
アクチュエータ対する流体の修正流出入量の関数である運動構成要素と、アクチュエータのチャンバの圧力の関数である動的構成要素とを含む推定アクチュエータポジションを決定し；
推定アクチュエータポジションを調整するための適当なゲイン係数をアクチュエータポジションセンサからのアクチュエータポジションデータ信号に加える；
各ステップを備えたアクチュエータポジションの推定方法。
【請求項１５】
さらに、アクチュエータへの修正流体流入量とアクチュエータからの修正流体流出量とを比較するステップを備えている、請求項１４に記載のアクチュエータポジションの推定方法。
【請求項１６】
重み関数をアクチュエータへの修正流体流入量とアクチュエータからの修正流体流出量に加えて、修正アクチュエータポジションを決定する、請求項１５に記載のアクチュエータポジションの推定方法。
【請求項１７】
アクチュエータへの修正流体流入量とアクチュエータからの修正流体流出量との間に有意な不一致がある場合にコントローラから警報信号を送る、請求項１５に記載のアクチュエータポジションの推定方法。
【請求項１８】
スプールポジションセンサがリニア可変差動変圧器である、請求項１４に記載のアクチュエータポジションの推定方法。
【請求項１９】
アクチュエータ変位量センサがラッチセンサである、請求項１４に記載のアクチュエータポジションの推定方法。
【請求項２０】
アクチュエータがリニアアクチュエータである、請求項１４に記載のアクチュエータポジションの推定方法。
【請求項２１】
アクチュエータがシリンダである、請求項２０に記載のアクチュエータポジションの推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータのポジションコントロールシステム及びその方法に関し、さらには特にエラー修正を含むシステムとその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体アクチュエータは、スキッドステアローダ(skid steer loaders)やブームリフト(boom lifts)、掘削機(excavators)を含む様々な液圧応用機器に使用されている。これらの機器の流体アクチュエータは一般に、シリンダに入れられたピストンと、バケットやブームといったアクセサリに取付けられるロッドとを有している。アクチュエータのピストンを調整するために、一般にこれらの機器のオペレータが流体アクチュエータのポジションをコントロールするジョイスティックを手動で操作して、視覚に基づいてアクチュエータのポジションを接近させなければならない。オペレータの接近が正しくない場合には、オペレータがジョイスティックを通じてシリンダのポジションをマイナー調節しなければならない。電線や、ガス管や、給水主管の近くにアクチュエータをポジション調整するような状況の場合には、アクチュエータの正確なポジション調整は臨界的であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
或る製造業者は、アクチュエータにポジションセンサを使用することをこれまで推奨してきた。これらのポジションセンサは、一般にアクチュエータのポジションをセンサが正確に検知することができるように、ロッドにマーキングした形式を必要としている。このようなことは多くの機器で行われているが、センサとロッドに必要とされるマーキングは、アクチュエータのコストに重要な影響を及ぼす。その結果、液圧応用機器のこれらの形式の多くの流体アクチュエータは、ポジションセンサを使用していない。
【０００４】
ポジション検知のコスト削減の試みに関連した情報は、米国特許第６，８４８，３２３号や７，１１４，４３０号に見出すことができる。しかしながら、これらの参考文献は、アクチュエータを正確に位置させるのに、充分に精密ではないという不利益を受けている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
アクチュエータのポジションコントロールシステムは、アクチュエータと、このアクチュエータに取付けられた少なくとも一つのアクチュエータポジションセンサとを備えている。アクチュエータのポジションコントロールシステムはさらに、アクチュエータと流体連通する、少なくとも一つのメインステージスプールと、少なくとも一つのスプールポジションセンサと、一つの供給ポートと、一つのタンクポートと、第１コントロールポートと、第２コントロールポートとを有するフローコントロールバルブを含んでいる。複数の流体圧力センサがフローコントロールバルブの供給ポートと、タンクポートと、第１コントロールポートと、第２コントロールポートでの流体の圧力をモニターするために含まれている。コントローラは、フローコントロールバルブと電気通信するもので、目標アクチュエータポジションの入力と、複数の流体圧力センサから流体圧力データ信号と、スプールポジションセンサからスプールポジション信号と、アクチュエータポジションセンサからアクチュエータポジションデータ信号とを受け取るように構成されている。コントローラはさらに、流体圧力データ信号と、スプールポジション信号と、流体圧力データ信号とスプールポジション信号の関数であるエラー修正係数とに基づいて、アクチュエータに対する流体の修正流出入量を決定するよう構成されている。コントローラは、アクチュエータに対する流体の修正流出入量の関数である運動構成要素と、アクチュエータのチャンバの圧力の関数である動的構成要素とを含む推定アクチュエータポジションを計算する。推定アクチュエータポジションを調整するために、適当なゲイン係数がアクチュエータポジションセンサからのアクチュエータポジションデータ信号に加えられる。コントローラは、推定アクチュエータポジションと目標アクチュエータポジション入力とを比較して、メインステージスプールバルブを閉じてアクチュエータに流体流通するのを防止する。
【０００６】
アクチュエータポジションの推定方法は、複数の流体圧力センサからの流体圧力データ信号と、スプールポジションセンサからのスプールポジション信号と、アクチュエータポジションセンサからアクチュエータポジションデータ信号とを受け取るステップを備えている。アクチュエータ対する流体の修正流出入量が、流体圧力データ信号とスプールポジション信号と、流体圧力データ信号とスプールポジション信号の関数であるエラー修正係数とに基づいて決定される。推定アクチュエータポジションが計算され、この推定アクチュエータポジション計算値は、アクチュエータ対する流体の修正流出入量の関数である運動構成要素と、アクチュエータのチャンバの圧力の関数である動的構成要素とを含んでいる。推定アクチュエータポジションを調整するための適当なゲイン係数が、アクチュエータポジションセンサからのアクチュエータポジションデータ信号に加えられる。
【０００７】
添付の図面は、本発明をより理解するために含まれたものであり、この明細書の構成部分に組み込まれる。図は、本発明の例示的な実施の形態を、本発明の原理をさらに説明するための記述と共に示したものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明により作られたアクチュエータポジションコントロールシステムの回路図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明により作られた、第１ポジションの状態におけるフローコントロールバルブの回路図である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明により作られた、第２ポジションの状態におけるフローコントロールバルブの回路図である。
【図３】図３は、本発明によるアクチュエータポジションのコントロール方法のブロックダイアグラムである。
【図４】図４は、本発明によるアクチュエータのポジションの推定方法のブロックダイアグラムである。
【図５】図５は、時間に対するアクチュエータのポジションをプロットした図である。
【図６】図６は、本発明によるアクチュエータのポジションを推定するための方法の変形例のブロックダイアグラムである。
【図７】図７は、本発明によるアクチュエータのポジションを推定するための方法の変形例のブロックダイアグラムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで図を参照すると、図は本発明を限定するものではないが、図１は符号１１で表示したアクチュエータポジションコントロールシステムの回路図を示したものである。アクチュエータポジションコントロールシステム１１は、ここでは定容量形ポンプとして示された流体ポンプ１３と、システムリザーバ１５と、符号１７で示されたフローコントロールバルブと、コントローラ１９と、リニアアクチュエータすなわちシリンダ２１とを含んでいる。シリンダ２１は、シリンダ２１内のボア２５を第１チャンバ２７と第２チャンバ２９とに隔てるピストン２３を含んでいる。アクチュエータポジションコントロールシステム１１は、シリンダ２１に関して記述されているが、本発明の開示内容にさらに目を通せば、本発明がリニアアクチュエータに限定されないということは、当業者に理解されることであろう。ここに記述されるアクチュエータポジションコントロールシステム１１とその方法は、ロータリーアクチュエータのポジションを決定するのにも使用することができる。したがって、添付された請求の範囲で使用されている“アクチュエータ”の名称は、ロータリーとリニアの両アクチュエータを対象としている。
【００１０】
アクチュエータポジションコントロールシステム１１はまた、流体ポンプ１３と、システムリザーバ１５と、シリンダ２１の第１チャンバ２７と、シリンダ２１の第２チャンバ２９とについてそれぞれ流体圧をモニターする複数の流体圧力センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを含んでいる。アクチュエータポジションコントロールシステム１１はまた、後にさらに詳細を記述する少なくとも一つのスプールポジションセンサ３３と、少なくとも一つのアクチュエータポジションセンサ３５とを含んでいる。アクチュエータポジションセンサ３５はシリンダ２１の中心位置に示されているが、アクチュエータポジションセンサ３５をシリンダ２１に沿ってどこにでも配置できることは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。さらに付け加えれば、複数のアクチュエータポジションセンサ３５がアクチュエータポジションコントロールシステム１１に使用できることは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。しかしながら、アクチュエータポジションセンサ３５の数を増加させることは、アクチュエータポジションコントロールシステム１１のコストを増加させることになる。この実施の形態では、アクチュエータポジションセンサ３５がラッチ型センサであり、アクチュエータポジションセンサ３５によってシリンダ２１のピストン２３が検知されると、コントローラ１９に信号が送られる。しかしながら、適合するアクチュエータポジションセンサ３５には様々な形があり、本発明の範囲は、アクチュエータポジションセンサ３５がラッチ形のセンサに限定されることはない。これらのセンサ３１，３３，３５からのデータはコントローラ１９に送られる。
【００１１】
まだ図１を参照すると、フローコントロールバルブ１７がここで記述されている。この実施の形態では、フローコントロールバルブ１７は、流体ポンプ１３および圧力センサ３１ａと流体流通される一つの供給ポート３７と、システムリザーバ１５および圧力センサ３１ｂと流体連絡されている一つのタンクポート３９と、シリンダ２１の第１チャンバ２７および圧力センサ３１ｃと流体流通されている一つの第１コントロールポート４１と、シリンダ２１の第２チャンバ２９および圧力センサ３１ｄと流体流通されている一つの第２コントロールポート４３との、複数のポートを含んでいる。この実施の形態では、フローコントロールバルブ１７が供給ポート３７と第１コントロールポート４１との間、および、タンクポート３９と第２コントロールポート４３との間の流体流通を許容すると、流体が第２チャンバ２９からシステムリザーバ１５に流れると同時に、加圧流体が流体ポンプ１３からフローコントロールバルブ１７を介してシリンダ２１の第１チャンバ２７に流れる。この流体の流通はシリンダを伸長させることとなる。一方、フローコントロールバルブ１７がタンクポート３９と第１コントロールポート４１との間、および、供給ポート３７と第２コントロールポート４３との間の流体流通を許容すると、流体が第１チャンバ２７からシステムリザーバ１５に流れると同時に、加圧流体が流体ポンプ１３からフローコントロールバルブ１７を介してシリンダ２１の第２チャンバ２９に流れる。この流体の流通はシリンダ２１を収縮させることとなる。
【００１２】
図２ａと２ｂは、フローコントロールバルブ１７の実施の形態を例示的に示した回路図である。上述した複数のポート３７，３９，４１，４３に加えて、フローコントロールバルブ１７はさらに、シリンダ２１と組み合わせられるパイロットステージスプール４５ａ，４５ｂと、２つのメインステージスプール４７ａ、４７ｂとを含んでいる。図２ａと２ｂでは、フローコントロールバルブ１７が単一のシリンダ２１と組み合わせられるパイロットステージスプール４５ａ，４５ｂと、２つのメインステージスプール４７ａ、４７ｂとを有しているものとして示されているが、単一のシリンダ２１と組み合わせられた一つだけのパイロットステージスプール４５と、一つだけのメインステージスプール４７とを有するものも本発明の範囲内であることは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。
【００１３】
パイロットステージスプール４５ａ，４５ｂのポジションは、アクチュエータ４９ａ、４９ｂによってそれぞれコントロールされる。アクチュエータ４９ａ、４９ｂは、電磁形であることが望ましいが、本発明のパイロットステージスプール４５ａ，４５ｂを直線的に動かせることが可能なあらゆる形のアクチュエータ４９ａ、４９ｂとすることができることは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。メインステージスプール４７ａ，４７ｂの両端に作用する流体圧力を調整することにより、パイロットステージスプール４５ａ，４５ｂのポジションは、メインステージスプール４７ａ，４７ｂのポジションをそれぞれコントロールする。これに反して、メインステージスプール４７ａ，４７ｂのポジションは、シリンダ２１への流体流入量をコントロールする。この実施の形態では、スプールポジションセンサ３３ａ，３３ｂがメインステージスプール４７ａ，４７ｂのポジションをそれぞれ測定して、ポジションデータをコントローラ１９に送り、実質的により詳細に記述される修正アクチュエータポジションを決定するのにコントローラ１９によって使用される。スプールポジションセンサ３３ａ，３３ｂは、多くの異なる形がこのシステムに使用するのに適しているが、リニア可変差動変圧器（Linear Variable Differential Transformers(LVDTs)）であることが好ましい。図２ａにおいて、フローコントロールバルブ１７は第１ポジションにあり、メインステージスプール４７ａが供給ポート３７と第１コントロールポート４１との間の流体流通させるように、アクチュエータ４９ａがパイロットステージスプール４５ａを位置させており、同時に、メインステージスプール４７ｂがタンクポート３９と第２コントロールポート４３との間の流体流通をさせるように、アクチュエータ４９ｂがパイロットステージスプール４５ｂを位置させている。この実施の形態では、第１ポジションでシリンダ２１が伸長することとなる。図２ｂにおいて、フローコントロールバルブ１７は第２ポジションにあり、メインステージスプール４７ａがタンクポート３９と第１コントロールポート４１との間の流体流通をさせるように、アクチュエータ４９ａがパイロットステージスプール４５ａを位置させており、同時に、メインステージスプール４７ｂが供給ポート３７と第２コントロールポート４３との間の流体流通をさせるように、アクチュエータ４９ｂがパイロットステージスプール４５ｂを位置させている。この実施の形態では、第２ポジションでシリンダ２１が収縮することとなる。
【００１４】
再び図１を参照すると、各圧力センサ３１はフローコントロールバルブ１７の外にそれぞれ示されている。しかしながら、本発明の範囲は、各圧力センサ３１がフローコントロールバルブ１７の外にあるものに限定されることはない。好ましい実施の形態では、各圧力センサ３１がフローコントロールバルブ１７内に組み込まれている。このような配置は、英国特許第ＧＢ２３２８５２４号に記述されており、参考としてここに含まれる。さらに付け加えると、コントローラ１９もまた、図１に示されているようにフローコントロールバルブ１７の外にある。しかしながら、本発明の範囲は、コントローラ１９がフローコントロールバルブ１７の外にあるものに限定されることはない。好ましい実施の形態では、コントローラ１９がフローコントロールバルブ１７内に組み込まれている。
【００１５】
ここで、主に図３を参照すると共に、図１および２で紹介された要素を参照すると、アクチュエータをコントロールするための方法３０１が記述されている。方法３０１のステップ３０３において、目標アクチュエータポジション５１（図１に示されている）は、コントローラ１９によって得られる。目標アクチュエータポジションは、限定されることはないが、オペレータがジョイスティックやキーボードを使用するなど、いろいろなやり方で入力することができる。ステップ３０５では、コントローラ１９が流体をシリンダ２１に供給するようになっている状況かどうかを決定する。この決定は、スプールポジションセンサ３３ａ，３３ｂから受け取った情報からコントローラによって作成することができる。流体をシリンダ２１に供給するようになっていない場合には、ステップ３０７で、コントローラ１９がアクチュエータ４９ａ，４９ｂに信号を送って、メインステージスプール４７ａ，４７ｂが作動するように、パイロットステージスプール４５ａ，４５ｂを作動させる。これにより、シリンダ２１の適切なチャンバ２７，２９に対する流体の流出入が許容される。シリンダ２１の適切なチャンバ２７，２９に対して流体が流出入している状況の場合には、方法３０１は、次のステップに進む。推定アクチュエータポジションは、後にさらに詳しく記述する方法３０９を使用して決定される。ステップ３１１では、目標アクチュエータポジションと方法３０９で決定された推定アクチュエータポジションとの間で比較が行われる。これらのアクチュエータポジションが同様の場合には、信号がアクチュエータ４９ａ，４９ｂに伝達されて、メインステージスプールバルブ４７ａ，４７ｂが閉じられ、シリンダ２１に対する流体の流出入を防止することとなる。目標アクチュエータポジションと推定アクチュエータポジションがより近似した値のときにメインステージスプールバルブ４７ａ，４７ｂの閉鎖を開始するための信号をアクチュエータ４９ａ，４９ｂに伝達するステップを、ステップ３１１が含むことができることも、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。このステップは、シリンダ２１の動きが突然停止するのを回避する。しかしながら、推定アクチュエータポジションと目標ポジションが同様でない場合、メインステージスプールバルブ４７ａ，４７ｂがそのポジションに残され、方法３０９を使用してアクチュエータポジションが再び推定される。
【００１６】
ここで図４を参照して、アクチュエータポジションを推定する方法３０９をここで詳細に記述する。ステップ４０１においては、コントローラ１９がアクチュエータポジションセンサ３５から実アクチュエータポジションデータを受け取っているかどうかが決定される。実アクチュエータポジションデータを受け取っていない場合には、シリンダ２１の第１チャンバ２７と関連するメインステージスプール４７ａのポジションＸsp1と、シリンダ２１の第２チャンバ２９と関連するメインステージスプール４７ｂのポジションＸsp2とが、スプールポジションセンサ３３ａ，３３ｂからステップ４０３で取り込まれる。ステップ４０５においては、以下Ｐsと参照符号をつける流体ポンプ１３と、以下Ｐtと参照符号をつけるシステムリザーバ１５と、以下Ｐ1と参照符号をつけるシリンダ２１の第１チャンバと、以下Ｐ2と参照符号をつけるシリンダ２１の第２チャンバとの、流体の圧力と対応する流体圧力データが、流体圧力センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄから取り込まれる。ステップ４０１，４０３，および４０５の順序が本発明の臨界範囲でないことは、当業者に理解されることであろう。
【００１７】
ステップ４０７と４０７’においては、シリンダ２１に対する流体の流出入に関する修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cが計算される。この修正フロー量は、エラー修正係数と理論フロー量を掛けることによって理論フロー量の方程式の絶対的なエラーを減少させる、すなわち“修正” するフロー量の計算値である。容易に記述するため、この計算値は、シリンダ２１の第１チャンバ２７のみに関して記述する。しかしながら、シリンダ２１の第２チャンバ２９と関連する修正フロー量Ｑ2,cの計算は、以下に記述する修正フロー量Ｑ1,cの計算と同様であることは、当業者に理解されることであろう。シリンダ２１の第１チャンバ２７と関連する修正フロー量の方程式は、：
【数１】
2010515005.tif 000003
Ｑ1は、シリンダ２１の第１チャンバ２７に対して流出入する流体の推定フロー量であり、Ｋ1はエラー修正係数である。これらの名称についてさらに詳細な記述は、直ぐ下に記述する。
【００１８】
推定フロー量Ｑ1は、変数Ｐs，Ｐt，Ｐ1，およびＸsp1に基づく理論非直線関数である。推定フロー量Ｑ1の計算に使用することのできる様々な方程式があるが、以下では２つの方程式で説明する。第１の方程式は、第１コントロールポート４１が供給ポート３７と流体連通するように、コントロールバルブ１７のメインステージスプール４７ａが位置する場合に使用されるものである。言い換えれば、以下の方程式は、流体をポンプ１２からシリンダ２１の第１チャンバ２７に流通させ、その結果、シリンダ２１を伸長させる場合に使用される。しかしながら、第１チャンバ２７内の流体の圧力が流体ポンプ１３から出力される流体の圧力よりも高い場合には、たとえ流体が第１チャンバ２７から流体ポンプ１３に逆流してシリンダを収縮させることとなる状況であっても、以下の方程式が使用できることに注意されたい。いずれの筋書きでも、Ｑ1が以下の方程式を使用して計算される。
【数２】
2010515005.tif 000004
Ｃdは吐出係数（discharge coefficient）、Ｘsp1はメインステージスプール４７ａのポジション、Ｗは，メインステージスプールポジションの微分ｄA(Ｘsp1)／dＸsp1を超えたメインステージスプールポジションの関数であるオリフィス領域の微分（オリフィスは図２ａに参照符号“Ｏ1,s”で示されている）、ρは流体の密度である。
【００１９】
第２の方程式は、第１コントロールポート４１がタンクポート３１と流体連通するように、コントロールバルブ１７のメインステージスプール４７ａが位置する場合に使用されるものである。言い換えれば、以下の方程式は、流体をシリンダ２１の第１チャンバ２７からシステムリザーバ１５に流通させ、その結果、シリンダ２１を収縮させる場合に使用される。この筋書きでは、Ｑ1が以下の方程式を使用して計算される。
【数３】
2010515005.tif 000005
Ｃdは吐出係数（discharge coefficient）、Ｘsp1はメインステージスプール４７ａのポジション、Ｗは，メインステージスプールポジションの微分ｄA(Ｘsp1)／dＸsp1を超えたメインステージスプールポジションの関数であるオリフィス領域の微分（オリフィスは図２ｂに参照符号“Ｏ1,s”で示されている）、ρは流体の密度である。
【００２０】
上述したように、推定フロー量Ｑ1は、理論方程式である。流体の粘度や、流体の種類、流体の温度など、これらに限定されることはないが、複数の係数により、推定フロー量Ｑ1は、実験上で計測されたフロー量と常に互いに関係するわけではない。そのため、エラー修正係数Ｋ1を使用して理論方程式と関連するエラーを減少させる。このエラー修正係数Ｋ1は、次の非線形関数：
【数４】
2010515005.tif 000006
によって定義される。この係数は実験上で決定されるので、修正係数に対して独立変数を互いに関係させるのに様々な方程式を使用することができる。このような方程式の一例としては、以下のものがある：
【数５】
2010515005.tif 000007
c0,c1,c3,およびc4は実験上で決定される係数である。
【００２１】
本発明の範囲では、アクチュエータポジションコントロールシステム１１の操作中にこれらの計算を行う必要がないことは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。むしろ、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cは、パラメータＰs，Ｐt，Ｐ1，Ｐ2，Ｘsp1，およびＸsp2の入力値に基づいて検索可能なルックアップ表に収容することができる。
【００２２】
ステップ４０９と４０９’においては、シリンダ２１の推定アクチュエータポジションＸ1,EstとＸ2,Estが、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cに基づいて、それぞれ決定される。容易に記述するため、この決定値は、シリンダ２１の第１チャンバ２７の修正フロー量Ｑ1,cのみに関して記述する。しかしながら、シリンダ２１の第２チャンバ２９の修正フロー量Ｑ2,cと関連する推定アクチュエータポジションＸ2,Estの決定が同様であることは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。この実施の形態では、第１チャンバ２７の修正フロー量Ｑ1,cと関連するシリンダ２１のポジションは、動的構成要素と運動構成要素とを有するピストン２３の速度
【数６】
2010515005.tif 000008
の方程式である、ピストン２３の時間あたりの速度
【数７】
2010515005.tif 000009
の方程式を積分することによって計算される。このような方程式の一例としては、以下のものがある：
【数８】
2010515005.tif 000010
βEstは流体の推定バルクモジュールであり、Ａは流体に圧力をかけるピストン２３の面積であり、Ｖ1はピストン２３が完全に収縮したときのシリンダ２１の第１チャンバ２７の容積であり、Ｘ1,Estは初期の推定アクチュエータポジションであり、η1は、フィルターをかけてノイズを消去した所定のサンプル時間の間の、シリンダ２１の第１チャンバ２７の流体の圧力Ｐ1の変動を表しており、Ｑ1,cは修正フロー量である。上記の速度方程式の動的構成要素は、角カッコの第１セットであり、上記速度方程式において、シリンダ２１の第１チャンバ２７の流体圧力Ｐ1の関数である。上記の速度方程式の運動的構成要素は、角カッコの第２セットであり、修正フロー量Ｑ1,cに基づくものであり、圧力流体に晒されるピストン２３の面積で除算される。
【００２３】
ステップ４１１においては、シリンダ２１の推定ポジションＸ1,EstとＸ2Estとが比較される。これらのポジションが互いに異なっている場合には、推定アクチュエータポジションの決定値ＸEstが作られる。この決定値は、ポジションＸ1,EstとＸ2Estの相加平均を取ることによって、または、他の重み付き平均関数によって作ることができる。
【００２４】
ここで図５を参照すると、推定アクチュエータポジションＸ1,EstとＸ2,Estの決定値に動的および運動的構成要素の双方を含む重要性が示されている。実アクチュエータポジション５０１と、推定アクチュエータポジション５０３と、運動アクチュエータポジション５０５とが、速度方程式の運動構成要素にただ単に基づいて、図５にプロットされている。このプロットにおいて、シリンダ２１のピストン２３は、伸長すると同時に揺動している。揺動は、シリンダ２１に対して及ぼす外力などの外部条件が原因である。運動アクチュエータポジション５０５は、ピストン２３の全移動量を捕捉することができ、したがって、ピストン２３の揺動を捕捉することはない。この運動アクチュエータポジションの結果は、この実施の形態においては、例示しただけであるが、５％程度のエラーを有しているが、このエラーは、シリンダ２１に対して作用する外力次第である。これに対して、上述した動的および運動的構成要素を含む推定アクチュエータポジション５０３は、実アクチュエータポジション５０１に近く、シリンダ２１に対して作用する外力によるピストン２３の揺動を含んでいる。
【００２５】
再び図４を参照しながら、アクチュエータポジションを推定する方法３０９の適応を、ここで記述する。コントローラ１９がアクチュエータポジションセンサ３５から実アクチュエータポジションＸActを受け取って、シリンダ２１の第１チャンバ２７および第２チャンバ２９に関して推定アクチュエータポジションＸ1,Est，Ｘ2,Estがそれぞれ実アクチュエータポジションＸActと異なっている場合には、適当なゲイン係数δ1とδ2がステップ４１３で決定されて、推定アクチュエータポジションを実アクチュエータポジションに調整する。このように、適当なゲイン係数δ1とδ2は、それぞれ、Ｘ1,Err＝Ｘ1,Est−ＸActとＸ2,Err＝Ｘ2,Est−ＸActであるアクチュエータポジションエラーＸ1,ErrとＸ2,Errに基づいている。適当なゲイン係数δ1とδ2は、その後、修正フロー量Ｑ1,CとＱ2,Cの決定値を調整するためのものとして適用される。この修正フロー量Ｑ1,CとＱ2,Cの調整は、それぞれ適当なゲイン係数δ1とδ2による複数のエラー修正係数K1とＫ2によって成し遂げられる。
【００２６】
エラー修正フロー量を調整を作るための調整の仕方を実演するために、アクチュエータポジションエラーＸ1,Errを表す理論方程式を簡単に記述する。シリンダ２１の第１チャンバ２７に関してアクチュエータポジションエラーＸ1,Errだけを記述したが、シリンダ２１の第２チャンバ２９に関してアクチュエータポジションエラーＸ2,Errrに基づいた調整が同様であることは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。
アクチュエータポジションエラーＸ1,Errrの理論方程式は以下のように与えられる。
【数９】
2010515005.tif 000011
Ｘ1,Err(t+1)はサンプルタイムt+1におけるアクチュエータポジションエラーであり、ΒEstは流体の修正バルクモジュールであり、βErrは流体のバルクモジュールの関連するエラーであり、次の方程式を使用して計算される。
【数１０】
2010515005.tif 000012
Ａは流体に圧力をかけるピストン２３の面積であり、Ｖ1はピストン２３が完全に収縮したときのシリンダ２１の第１チャンバ２７の容積であり、Ｘ1,Estは推定アクチュエータポジションであり、η1は、フィルターをかけてノイズを消去した所定のサンプル時間の間の、シリンダ２１の第１チャンバ２７の流体の圧力Ｐ1の変動を表しており、Ｑ1,Errは次の方程式：Ｑ1,c−Ｑ1を使用して計算されたフロー量エラーである。
【００２７】
アクチュエータポジションエラーの理論方程式において角カッコの第１セットのなかで積分項のすべては、シリンダ２１の第１チャンバ２７の流体圧力のフィルターをかけた変動を表すη1が乗算される。η1の項は、所定のサンプル時間の間の第１チャンバ２７における流体の圧力の変動がプラスかマイナスかによるものとすることができる。シリンダ２１に対して及ぶ外力など、外部の条件の結果が大きいので、η1は、幾分予想できない項である。この予想不可の結果、角カッコの第１セットの積分項の一つを第１チャンバ２７に関してアクチュエータポジションエラーＸ1,Errと互いに関連付けて調整することは、困難である。しかしながら、上記の方程式の角カッコの第２セットの積分項は、それらの項が予想可能であることにより、よりたやすくアクチュエータポジションエラーＸ1,Errと互いに関連付けて調整することができる。エラー修正係数ＫをアクチュエータポジションエラーＸ1,Errと互いに関連付けてどのようにして求めることができるか、実証するための簡単な説明を例示する。角カッコの第２セットの積分は、簡単に次式のようになる。
【数１１】
2010515005.tif 000013
したがって、アクチェータポジションエラーＸ1,Errは、この積分によって推測され、推定アクチェータポジションＸ1,Estと実アクチュエータポジションＸActとの間の差がプラスの場合には、エラー修正係数Ｋ1が増えるであろう。他方、推定アクチェータポジションＸ1,Estと実アクチュエータポジションＸActとの間の差がマイナスの場合には、エラー修正係数Ｋ1が減少するであろう。このように、第１コントロールポート４１が供給ポート３７と流体連通し、アクチュエータポジションエラーＸ1,Errがゼロより大きくなるように、フローコントロールバルブ１７のメインステージスプール４７ａが位置している場合には、修正係数Ｋ1は、適当なゲイン係数δ1（δ1＞１）で乗算される。この例においては、修正フロー量Ｑ1,cのための方程式は、Ｑ1,c＝δ1・Ｋ1・Ｑ1となる。第１コントロールポート４１が供給ポート３７と流体連通するが、アクチュエータポジションエラーがゼロより少ないか同等であるように、フローコントロールバルブ１７のメインステージスプール４７ａが位置している場合には、エラー修正係数Ｋ1は、適当なゲイン係数１／δ1（δ1＞１）で乗算される。この例においては、修正フロー量Ｑ1,cのための方程式は、Ｑ1,c＝（１／δ1）・Ｋ1・Ｑ1となる。しかしながら、第１コントロールポート４１がタンクポート３９と流体連通すると共に、アクチュエータポジションエラーＸ1,Errがゼロより大きくなるように、フローコントロールバルブ１７のメインステージスプール４７ａが位置している場合には、修正エラー係数Ｋ1は、適当なゲイン係数１／δ1（δ1＞１）で乗算される。この例においては、修正フロー量Ｑ1,cのための方程式は、Ｑ1,c＝（１／δ1）・Ｋ1・Ｑ1となる。第１コントロールポート４１がタンクポート３９と流体連通しているが、アクチュエータポジションエラーＸ1,Errがゼロより小さいか同等となるように、フローコントロールバルブ１７のメインステージスプール４７ａが位置している場合には、修正エラー係数Ｋ1は、適当なゲイン係数δ1（δ1＞１）で乗算される。この例においては、修正フロー量Ｑ1,cのための方程式は、Ｑ1,c＝δ1・Ｋ1・Ｑ1となる。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態では、適当なゲイン係数δ1が実ポジションエラーＸ1,Errの係数である。アクチュエータポジションが大きければ大きいほど、エラー修正係数Ｋ1がより積極的に変化する。しかしながら、適当なゲイン係数δ1がどのような実数値でもよいことは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。エラー修正係数Ｋ1の過度の積極的な変化を防止するために、この実施の形態では、適当なゲイン係数δ1は、２と同等かそれより少なくされる。
【００２９】
ここで、図６を参照すると、コントローラによって使用されてシリンダ２１の推定ポジションを決定するための変形例の方法３０９’が記述されている。変形例の方法３０９’においては、方法３０９と同じまたは同様の方法ステップには同じ参照符号を付して更なる記述をしないこととする。しかしながら、追加的な方法ステップについては、“６００”の参照数字を付加して詳細を記述する。
【００３０】
方法３０９と同様に、変形例の方法３０９’のステップ４０１においては、コントローラ１９がアクチュエータポジションセンサ３５から実アクチュエータポジションデータを受け取っているかどうかが判定される。実アクチュエータポジションデータを受け取っていない場合には、シリンダ２１の第１および第２チャンバ２７，２９と関連するメインステージスプール４７ａ，４７ｂのポジションＸsp1，Ｘsp2が、それぞれ、スプールポジションセンサ３３ａ，３３ｂからステップ４０３に取り込まれる。ステップ４０５においては、流体圧力データＰs，Ｐt，Ｐ1，およびＰ2が、流体圧力センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄからそれぞれ取り込まれる。ステップ４０１，４０３，および４０５の順序が本発明の臨界範囲でないことは、当業者に理解されることであろう。
【００３１】
ステップ４０７と４０７’においては、方法３０９で記述した修正フロー量の決定と同様に、シリンダ２１に対する流体の流出入に関する修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cが決定される。ステップ６０１においては、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cに基づいて修正フロー量Ｑcが決定される。修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cが等しい場合には、修正フロー量Ｑcは、Ｑ1,cとＱ2,cのいずれとも等しい。しかしながら、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cが互いに異なる場合には、修正フロー量Ｑcの決定値が作られる。この決定値は、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cの相加平均を取ることによって、または、他の重み付き平均関数によって作ることができる。この決定値に従って、推定アクチュエータポジションＸEstは、方法３０９に関して記述したのと同様の計算で、修正フロー量Ｑcに基づいて計算される。ステップ４１３における方法３０９’の適応性は、方法３０９のステップ４１３で記述したのと同様である。
【００３２】
アクチュエータポジションを決定するために方法３０９と３０９’を使用することの優位性は、理論計算に関連するエラーが最小限となる３つのやり方が方法３０９と３０９’に組み込まれることにある。第１のやり方は、エラー修正係数Ｋ1,とＫ2の使用を包含している。これらエラー修正係数Ｋ1,とＫ2は、理論フロー量Ｑ1とＱ2を互いに関連付けて、試験的にフロー量を計測することによって理論フロー量Ｑ1とＱ2の計算に関連するエラーを最小限にする。第２のやり方は、エラー修正係数Ｋ1,とＫ2にそれぞれ乗算される適当なゲイン係数δ1，δ2の使用を包含している。これらの適当なゲイン係数は、推定アクチュエータポジションＸEstと実アクチュエータポジションＸActとの間のエラーを最小限にする。理論計算に関連するエラーを最小限にする第３のやり方は、推定アクチュエータポジションＸEstの決定で、２つの修正されたフロー量Ｑ1,cとＱ2,cの使用を包含している。２つの修正されたフロー量Ｑ1,cとＱ2,cを使用することにより、２つの修正されたフロー量の間の食い違いが重み付き平均関数などを使用することによって最小限となる。これにより、推定アクチュエータポジションの決定におけるエラーを減少させる可能性が出てくる。
【００３３】
図７を参照すると、これから記述する推定アクチュエータポジションの決定で、二つの修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cを使用する更なる利点を備えた、変形例の方法３０９”が示されている。変形例の方法３０９”においては、方法３０９および３０９’と同じまたは同様の方法ステップには同じ参照符号を付して更なる記述をしないこととする。しかしながら、追加的な方法ステップについては、“７００”の参照数字を付加して詳細を記述する。
【００３４】
変形例の方法３０９”においては、ステップ７０１で、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cとの間で比較が行われる。修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cが同様の値の場合には、ステップ６０１で、推定アクチュエータポジションが決定される。しかしながら、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cに有意差がある場合には、ステップ７０３で、警告がオペレータに送られる。このようにして、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cは、アクチュエータポジションコントロールシステム１１の障害検出形式として使用される。たとえば、シリンダ２１の第１チャンバ用の修正フロー量Ｑ1,cが、シリンダ２１の第２チャンバ用の修正フロー量Ｑ2,cより有意差がある場合、ステップ７０３で、オペレータにアクチュエータポジションシステム１１に問題があると警告が伝達される。警告の形式は、本発明の範囲の臨界となるものではなく、視覚的または聴覚的な警告を含むことができる。圧力センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄのうちの一つや、あるいは、スプールポジションセンサ３３ａ，３３ｂのうちの一つなど、アクチュエータポジションコントロールシステム１１における特定の構成要素の問題により、修正フロー量Ｑ1,cとＱ2,cの重大な食い違いを隔離できなかったとしても、全体として、システムの潜在的な問題をオペレータに通知することができる。ステップ７０１の順序が本発明の臨海範囲でないことは、本発明の開示内容にさらに目を通せば、当業者に理解されることであろう。
【００３５】
これまでに、本発明の詳細を説明してきたが、この明細書を読んで理解することにより、当業者にとって様々な変更・修正が明確となると思われる。これらの全ての変更・修正は、本発明の請求の範囲の限りにおいて、本発明に含まれることを意味する。
【図１】
2010515005.tif 000014
【図２ａ】
2010515005.tif 000015
【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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