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KR102319371B1 - 오버-센터 링키지 시스템에서의 유압 액추에이터의 속도를 제어하는 방법 - Google Patents

오버-센터 링키지 시스템에서의 유압 액추에이터의 속도를 제어하는 방법 Download PDF

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KR102319371B1
KR102319371B1 KR1020167034577A KR20167034577A KR102319371B1 KR 102319371 B1 KR102319371 B1 KR 102319371B1 KR 1020167034577 A KR1020167034577 A KR 1020167034577A KR 20167034577 A KR20167034577 A KR 20167034577A KR 102319371 B1 KR102319371 B1 KR 102319371B1
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KR
South Korea
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pump
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fluid
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비벡 바스카
비요른 에릭슨
랄프 곰
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파커-한니핀 코포레이션
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Publication date
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Abstract

전기 유압식 액추에이션 시스템(electro-hydraulic actuation system)은 유압 액추에이터의 제1 유체 챔버 및 상기 제2 유체 챔버와 유체 연통하는 재생 밸브와, 상기 제2 유체 챔버 및 유체 저장기와 유체 연통하는 덤프 밸브를 구비한다. 펌프는 상기 제1 및 제2 유체 챔버들에 유체 흐름을 제공하며, 상기 펌프의 변위는 상기 후퇴 및 연장 방향으로의 운동 동안에 상기 액추에이터의 속도를 제어한다. 전기 모터는 상기 펌프를 구동하며, 제어기는 상기 재생 밸브와 상기 덤프 밸브의 상태를 제어한다. 적어도 하나의 피드백 장치는 시스템 상태를 감지하여, 상기 제어기에 감지된 시스템 상태를 나타내는 해당하는 피드백 신호를 상기 제어기에 제공하며, 상기 제어기는 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정하여, 상기 액추에이터의 속도를 유지하기 위한 발생에 응답하여 상기 재생 밸브와 상기 덤프 밸브의 상태를 제어하기 위한 상기 피드백 신호에 응답한다.

Description

오버-센터 링키지 시스템에서의 유압 액추에이터의 속도를 제어하는 방법{METHOD OF CONTROLLING VELOCITY OF A HYDRAULIC ACTUATOR IN OVER-CENTER LINKAGE SYSTEMS}
본 개시내용은 일반적으로 적어도 하나의 언밸런스형 유압 액추에이터를 연장 및 후퇴시키기 위한 유압 액추에이션 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 개시내용은 오버-센터 부하 상태를 받는 언밸런스형 유압 액추에이터(unbalanced hydraulic actuator)의 속도 제어에 관한 것이다.
다수의 기계에서 유압 액추에이터는 오버러닝 부하(overrunning loads) 및 저항성 부하(resistive loads)를 포함하는 변하는 부하를 받는다. 오버러닝 부하(또는 에이딩 부하(aiding load)로 부름)는 액추에이터의 운동과 동일한 방향으로 작용하는 부하이다. 오버러닝 부하의 예에는, 중력 지원을 각각 갖는 휠 로더 붐(wheel loader boom)을 낮추거나 또는 굴삭기 붐(excavator boom)을 낮추는 것이 포함된다. 저항성 부하는 액추에이터의 운동과는 반대 방향으로 작용하는 부하이다. 저항성 부하의 예에는, 중력의 힘에 대해 휠 로더 붐을 상승시키거나 또는 굴삭기 붐을 상승시키는 것이 포함된다.
특정 적용에서, 유압 액추에이터는 동일한 연장 또는 후퇴 스트로크에서 오버러닝 부하 및 저항성 부하 양자를 받을 수 있다. 예컨대, 도 1을 참조하면, 예시적인 굴삭기 링키지는 3가지의 상이한 위치, 즉
a) 대략 반의 변위에 있는 실린더, "중립" 위치에 있는 아암;
b) 후퇴된 실린더, "아웃" 위치에 있는 아암; 및
c) 연장된 실린더, "인" 위치에 있는 아암
에서 아암 기능이 위치설정되는 것으로 도시된다.
완전히 후퇴된(아암 링키지 "아웃") 굴삭기 아암 액추에이터가 연장 명령(아암 링키지 컬링 "인")을 받으면, 그 운동은 오버러닝 부하와 함께 개시한 다음, 링키지 구성으로 인해 저항성 부하로 전환한다. 이 경우에서의 아암 액추에이터는 "오버-센터(over-center)"로 언급된다. 액추에이터가 후퇴하여, 아암 링키지가 외측방향으로 이동함에 따라 오버러닝 부하로부터 저항성 부하로 가는 경우에도 마찬가지이다. 본원에서, 운동 방향의 변경 없이 저항성 부하와 오버러닝 부하 간의 전이는 "오버-센터 부하 상태(over-center load condition)"로 언급된다. 오버-센터 부하 상태는 저항성 부하로부터 오버러닝 부하로의 전이 동안에 그리고 오버러닝 부하로부터 저항성 부하로의 전이 동안에 발생할 수 있다.
스풀 밸브를 이용하는 기존의 유압 제어 시스템에서, 가압 유압 유체는 펌프로부터 실린더(액추에이터)로 공급되어, 유압 유체는 액추에이터 외부에서 탱크로 흐른다. 액추에이터로 그리고 액추에이터 외부로의 유압 유체의 흐름은 스풀에 의해 제어되며, 그 흐름 방향은 스풀의 위치에 의해 지시된다. 4방향 스풀 밸브의 설계는 스풀의 소정 위치가 "플로우 인(flow in)" 및 "플로우 아웃(flow out)" 후퇴 구속 사이즈를 결정하도록 한다. 이에 따라, 미터링 인(metering in) 및 미터링 아웃(metering-out)이 결합되며, 여기서 입구 상의 특정 구속 사이즈는 출구 상의 특정 구속 사이즈에 대응한다. 따라서, 이는 하나의 자유도 시스템이고, 그 결과 속도 또는 유압력 중 하나만이 독립적으로 제어될 수 있다. 이러한 제한사항은 저항성 부하와 오버러닝 부하 사이에서 전이할 때(즉, 오버-센터 부하 상태), 소정의 액추에이터 거동을 적절하게 제어하게 하지 않을 수 있다.
예컨대, 오버-센터 부하 상태가 액추에이터의 후퇴 또는 연장 속도에 영향을 받지 않는 것이 바람직하다. 이러한 속도 제어는 유압 액추에이터가 전기 유압식 액추에이션(electro-hydraulic actuation: EHA) 시스템의 언밸런스형 액추에이터일 때 특히 어렵다. EHA 시스템은 액추에이터의 운동을 제어하기 위한 액추에이터에 유체를 제공하도록 가역, 가변 속도 전기 모터가 유압 펌프(일반적으로, 고정 변위)에 연결되는 시스템이다. 언밸런스형 액추에이터는, 일반적으로 로드가 피스톤의 일측부에만 부착되는 결과로서, 피스톤의 대향 측부 상에 동일하지 않은 단면적을 갖는다. 액추에이터의 언밸런스된 특징으로 인해, 시스템이 오버-센터 상태로 전이함에 따라, 액추에이터의 헤드측과 로드측 간의 동일하지 않은 단면적으로 인해 액추에이터 운동에 속도 변화가 발생한다. 이러한 속도 변화는 바람직하지 못한데, 그 이유는 그 변화가 발생할 때 사용자가 예측하기 어렵게 하므로, 오버-센터 이벤트 동안에 작동하는 기계를 정확하게 위치설정하기 어렵게 만들 수 있기 때문이다.
또한, 스풀은 일반적으로 출구가 유체 흐름을 제한하도록 구속되어 오버러닝 부하의 경우에 부하가 제어가능하지 않은 속도로 떨어지는 것을 방지하도록 설계된다. 그러나, 부하를 리프팅하는 등의 다른 작동 상태에서, 이러한 구속이 필요하지 않지만, 이는 스풀 밸브의 설계에서 내재된다. 이는 바람직하지 못한 에너지 손실을 야기한다.
본 개시내용은 실린더 속도의 불연속성을 야기하지 않고서 유압 액추에이터의 속도가 오버-센터 부하 및 실린더 모드 전환 동안에 에너지 효율적인 방식으로 제어되게 하는 장치 및 방법을 제공한다. 더욱 상세하게, 본 개시내용에 따른 장치 및 방법은 오버-센터 이벤트에 걸쳐 소정의 실린더 피스톤 속도를 제어하도록 펌프 속도 변경과 함께 유압 오리피스 또는 밸브를 제어한다. 본 개시내용에 따른 장치 및 방법은 미국특허공개 US 2011/0030364호(그 내용은 전체적으로 본원에 편입됨)에 개시된 바와 같은 각종 유압 시스템, 특히 고정 변위 2포트 펌프를 갖는 폐쇄 회로 전자 유압 액추에이션 시스템에 적용될 수 있다.
본 개시내용에 따른 장치 및 방법은 밸브 스로틀링하고 형성하는 대안적인 흐름 경로의 이용에 의해 액추에이터 네트 흐름에서의 별개의 변경을 설명하는 소정의 작동 사분면에 펌프 또는 액추에이터를 유지한다. 스로틀링의 개방, 타이밍 및 양에 대한 밸브의 선택은 링키지의 운동 방향, 명령된 링키지 속도 및 펌프 작동 사분면의 검출에 따라 다르다. 밸브 스로틀링을 이용하는 결과로서, 펌프의 속도 명령에서의 변화가 최소화되므로, 불안정하거나 또는 혼돈 상태의 거동을 도입할 영향을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 전기 유압식 액추에이션 시스템은 부하의 운동 동안에 후퇴 및 연장 방향으로 운동할 수 있는 언밸런스형 유압 액추에이터로서, 상기 액추에이터는 제1 단면적을 갖는 제1 유체 챔버와, 제2 단면적을 갖는 제2 유체 챔버를 구비하고, 상기 제2 단면적은 상기 제1 단면적보다 크고, 상기 액추에이터는 액추에이터 제2 사분면 또는 액추에이터 제3 사분면 중 적어도 하나로 작동가능한, 상기 언밸런스형 유압 액추에이터; 상기 제1 유체 챔버 및 상기 제2 유체 챔버와 유체 연통하며, 상기 제1 유체 챔버를 상기 제2 유체 챔버에 선택적으로 결합하도록 작동가능한 재생 밸브; 상기 제2 유체 챔버 및 유체 저장기와 유체 연통하며, 상기 제2 유체 챔버를 상기 유체 저장기에 선택적으로 결합하도록 작동가능한 덤프 밸브; 상기 제1 및 제2 유체 챔버들에 유체 흐름을 제공하기 위한 펌프로서, 상기 펌프의 변위는 상기 후퇴 및 연장 방향으로의 운동 동안에 상기 액추에이터의 속도를 제어하는, 상기 펌프; 상기 펌프를 구동하기 위한 전기 모터로서, 상기 모터는 작동의 제1 사분면 또는 제3 사분면 중 적어도 하나로 작동가능한, 상기 전기 모터; 상기 재생 밸브와 상기 덤프 밸브의 상태를 제어하기 위한 제어기; 및 시스템 상태를 감지하여, 상기 제어기에 감지된 시스템 상태를 나타내는 해당하는 피드백 신호를 상기 제어기에 제공하기 위한 적어도 하나의 피드백 장치로서, 상기 제어기는 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정하여, 상기 액추에이터의 속도를 유지하기 위한 발생에 응답하여 상기 재생 밸브와 상기 덤프 밸브의 상태를 제어하기 위한 해당하는 피드백 신호에 응답하는, 상기 적어도 하나의 피드백 장치를 구비한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 제어기는 상기 모터의 작동 사분면 또는 상기 액추에이터의 작동 사분면 중 적어도 하나에 근거하여 상기 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 제어기는, 상기 액추에이터가 상기 제3 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 덤프 밸브를 완전 개방 위치로 명령하도록 구성된다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 시스템은 상기 액추에이터의 운동에 대응하는 명령어를 발생시키기 위한 사용자 입력 장치(42)를 구비한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 제어기는, 상기 액추에이터가 상기 제2 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 명령어의 함수로서 상기 덤프 밸브를 작동하도록 구성된다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 함수는 선형 함수이다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 함수는 비선형 함수이다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 시스템은 상기 제1 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제1 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제1 부하 보유 밸브; 및 상기 제2 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제2 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제2 부하 보유 밸브를 더 구비하며, 상기 액추에이터가 상기 제3 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 제어기는, 상기 명령어의 함수로서 상기 재생 밸브를 작동하고, 상기 제1 및 제2 부하 보유 밸브를 폐쇄하도록 구성된다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 제어기는 새로운 펌프 속도를 연산하도록 구성된다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 제어기는 수학식 Q펌프 뉴 = (Q요구된 헤드 /AR) *(AR-1)를 이용하여 상기 펌프 속도를 연산하도록 구성되며, 여기서 Q펌프 뉴는 연산된 펌프 속도, Q요구된 헤드는 요구된 액추에이터 속도 명령을 일으키는 상기 액추에이터의 헤드측 내로의 연산된 흐름, 및 AR은 상기 제1 유체 챔버의 단면적에 대한 상기 제2 유체 챔버의 단면적 간의 비이다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 시스템은 상기 제1 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제1 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제1 부하 보유 밸브; 및 상기 제2 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제2 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제2 부하 보유 밸브를 구비하며, 상기 모터가 상기 제4 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 제어기는 상기 재생 밸브가 폐쇄되게 그리고 상기 제1 및 제2 부하 보유 밸브가 개방되게 명령하도록 구성된다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 모터가 상기 제4 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 제어기는 수학식 Q펌프 뉴 = Q요구된 헤드/AR을 이용하여 상기 펌프 속도를 연산하도록 구성되며, 여기서 Q펌프 뉴는 연산된 펌프 속도, Q요구된 헤드는 요구된 액추에이터 속도 명령을 일으키는 상기 액추에이터의 헤드측 내로의 연산된 흐름, 및 AR은 상기 제1 유체 챔버의 단면적에 대한 상기 제2 유체 챔버의 단면적 간의 비이다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 피드백 장치는 상기 액추에이터의 하우징에 대한 상기 액추에이터의 피스톤의 위치, 상기 액추에이터의 하우징에 대한 상기 액추에이터의 피스톤의 속도 또는 상기 모터의 회전 및 전류 방향 중 적어도 하나를 감지한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 피드백 장치는 상기 전기 모터 또는 상기 전기 모터와 관련된 파워 전자 제어기 중 하나에 위치된다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 제어기는 상기 전기 모터의 회전 방향이 변하지 않고 유지되는 동안에 상기 전류의 표시가 변할 때 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 피드백 장치는 상기 하우징에 대한 상기 피스톤의 위치를 감지하여 상기 시스템 제어기에 피드백 신호를 정규 간격으로 제공하는 액추에이터 위치 감지 장치이고, 상기 시스템 제어기는 상기 피드백 신호로부터 상기 액추에이터의 속도를 결정한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 시스템 제어기는 작업자 입력 장치로부터 소망된 액추에이터 속도를 나타내는 입력 신호를 수신하고, 상기 시스템 제어기는 상기 전기 모터의 속도를 변경하기 위해 소정의 액추에이터 속도와 결정된 액추에이터 속도 사이의 차에 응답한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 액추에이터는, 상기 액추에이터를 상기 제1 유체 챔버 및 상기 제2 유체 챔버로 나누어, 상기 후퇴 및 연장 방향으로의 운동 동안에 상기 액추에이터의 하우징에 대해 이동하는 피스톤/로드 조립체를 구비하고, 상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 하나는 상기 하우징에 대한 상기 피스톤/로드 조립체의 운동 동안에 고압 챔버이며, 오버-센터 부하 상태의 발생 시에 상기 고압 챔버는 상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 다른 하나로 전환되고, 상기 피드백 장치는 상기 제어기에 상기 피드백 신호를 제공하기 위해 상기 고압 챔버의 전환에 응답한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 시스템은 충전 펌프 시스템과, 상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 하나와 유체 연통하는 상기 충전 펌프 시스템을 연결하기 위한 제1 및 제2 도관 사이의 압력차에 응답하는 셔틀 밸브를 더 구비하며, 상기 셔틀 밸브는 오버-센터 부하 상태의 발생 시에 상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 다른 하나와 유체 연통하는 상기 충전 펌프 시스템을 연결하는 위치를 전환하고, 상기 피드백 장치(82)는 상기 셔틀 밸브의 위치를 감지한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상기 제어기는 상기 셔틀 밸브가 위치를 변환할 때 상기 하우징에 대한 상기 피스톤/로드 조립체의 운동 방향이 변하기 않고 유지되면 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정한다.
이에 따라, 전술한 목적 및 관련된 목적을 성취하기 위해, 본 발명은 하기에서 충분히 기술되고 특히 청구범위에서 지시된 특징을 포함한다. 하기의 설명 및 첨부한 도면은 본 발명의 소정의 예시적인 실시예를 상세하게 기술한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명의 원리를 채용할 수 있는 각종 방식 중 일부를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a, 1b 및 1c는 오버-센터 부하 상태가 발생할 수 있는 아암 기능을 갖는 예시적인 굴삭기 링키지를 도시한 도면,
도 2는 본 개시내용에 따라 구성되며 다수의 피드백 장치를 내장하는 시스템의 예시적인 실시예를 도시한 도면,
도 3a는 셔틀 밸브가 제1 위치에 있는 상태에서의 도 2의 시스템의 부분 도면,
도 3b는 셔틀 밸브가 제2 위치에 있는 상태에서의 도 2의 시스템의 부분 도면,
도 4는 본 개시내용에 따라 구성된 시스템의 또 다른 예시적인 실시예에 대한 부분도,
도 5는 본 개시내용의 또 다른 예시적인 실시예에 대한 부분도,
도 6은 도 5의 시스템을 위한 예시적인 제어 개략도,
도 7은 본 개시내용에 따라 구성된 시스템의 또 다른 예시적인 실시예에 대한 부분도,
도 8a는 EHA 시스템의 액추에이터의 운동 동안의 전기 모터의 4상한 작동을 도시한 도면,
도 8b는 EHA 시스템의 액추에이터의 운동 동안의 유압 실린더의 4상한 작동을 도시한 도면,
도 9는 도 7의 시스템을 위한 예시적인 제어 개략도,
도 10은 본 개시내용에 따른 예시적인 제어 개략도,
도 11은 본 개시내용에 따른 또 다른 예시적인 제어 개략도.
도 2는 본 개시내용에 따라 구성된 시스템(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 시스템(10)은 유압 펌프(14)를 구동하도록 작동가능하게 결합된 전기 모터(12)를 구비한다. 전기 모터(12)는 가역, 가변 속도 전기 모터일 수 있다. 도 2의 실시예에서, 유압 펌프(14)는 고정 변위 2포트 펌프이다. 변형적으로, 가변 변위 펌프 또는 3포트 고정 변위 펌프 등의 다른 타입의 펌프가 이용될 수 있다. 전기 모터(12)에 의해 제1 방향으로 구동되면, 유압 펌프(14)는 도관(18) 내로 유체를 제공한다. 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 구동되면, 유압 펌프(14)는 도관(20) 내로 유체를 제공한다.
또한, 시스템(10)은 유압 액추에이터(24)를 구비한다. 도 2의 액추에이터(24)는 하우징(26), 피스톤/로드 조립체(28), 로드측 챔버(30)(제1 챔버로도 부름) 및 헤드측 챔버(32)(제2 챔버로도 부름)를 갖는 언밸런스형 유압 액추에이터이다. 유압 액추에이터(24)는 로드측 챔버(30)의 단면적보다 큰 헤드측 챔버(32)의 단면적으로 인해 언밸런스된다. 그 결과, 액추에이터(24)가 연장되면, 로드측 챔버(30)로부터 배출되는 것보다 많은 유체가 액추에이터(24)의 헤드측 챔버(32)를 충전하는데 필요하다. 그 반대로, 액추에이터(24)가 후퇴되면, 헤드측 챔버(32)로부터 배출되는 것보다 적은 유체가 로드측 챔버(30)를 충전하는데 필요하다.
도관(18)은 펌프(14)와 로드측 챔버(30) 사이에서 연장되고, 도관(20)은 펌프(14)와 헤드측 챔버(32) 사이에서 연장된다. 각각의 도관(18, 20)은 관련된 부하 보유 밸브(36, 38)를 각각 갖는다. 부하 보유 밸브(36, 38)는 논리 명령어(예컨대, 메모리 내에 저장되고 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어)를 실행하기 위한 프로세서 및 메모리를 구비할 수 있는 시스템 제어기(40)에 의해 제어되는 2개 위치의 솔레노이드 작동식 밸브일 수 있다. 일 실시예에서, 부하 보유 밸브(36, 38)는 흐름 제어 밸브를 위한 비례 제어가능한 오리피스 밸브이다. 부하 보유 밸브(36, 38)는 액추에이터(24)의 운동이 소망되지 않을 때, 로드측 챔버(30) 외부로 그리고 헤드측 챔버(32) 외부로 유체 흐름을 각각 방지하는데 이용된다. 이는 부하 보유 밸브(36, 38)가 액추에이터(24) 내의 압력을 유지하는 동안 전기 모터(12)가 낮은 에너지 상태로 유지되게 한다.
또한, 시스템(10) 내에는 유압 재생 밸브(44)와 덤프 밸브(46)가 구비된다. 재생 밸브(44)는 유압 액추에이터(24)의 헤드측 챔버(32)를 로드측 챔버(30)에 직접 연결한다. 이는 펌프(14)를 통해 가지 않고서 유체가 일측으로부터 타측으로 직접 교환되게 한다. 덤프 밸브(36)는 액추에이터(24)의 헤드측 챔버(32)로부터 저장기(66)로의 연결을 제공함으로써, 헤드측 챔버(32) 외부로의 흐름을 위해 교호적이지만 상호 배타적이지 않은 경로를 허용한다. 재생 밸브(44)와 덤프 밸브(46)는, 예컨대 비례 제어가능한 오리피스 밸브 또는 흐름 제어 밸브일 수 있다.
제1 압력 릴리프 밸브(76)는 로드측 챔버(32)를 도관(54)에 연결하고, 제2 압력 릴리프 밸브(78)는 헤드측 챔버(30)를 도관(54)에 연결한다. 릴리프 밸브(76, 78)는 해당하는 챔버(30, 32)에서의 압력을 제한하도록 기능한다. 예컨대, 기계가 부주의하게 물체 내로 구동되면, 챔버 내의 압력은 액추에이터(24)의 최대 정격 압력을 쉽게 초과할 수 있다. 압력 릴리프 밸브(76, 78)는 이러한 초과 압력이 시스템 내에서 발전되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압력 릴리프 밸브(76, 78)는, 예컨대 액추에이터가 상술한 바와 같이 외부력에 의해서만 이동되면, 이들 밸브가 충전 펌프 시스템(하기에 기술)으로부터 액추에이터(24)로 흐르게 함에 따라 안티-캐비테이션 기능(anti-cavitation function)을 제공한다. 이러한 작동은 액추에이터(24) 내의 공기 축적을 최소화할 수 있다.
시스템 제어기(40)는 조이스틱 또는 그와 유사한 장치 등의 작업자 입력 장치(42)로부터의 입력(또는 명령) 신호를 수신한다. 시스템 제어기(40)는 입력 신호를 파워 전자 제어기(48)로 송신된 소정의 속도 명령 신호로 변환한다. 파워 전자 제어기(48)는 시스템 제어기(40)와는 별개의 장치일 수 있거나 또는 시스템 제어기의 일부를 형성할 수 있다. 파워 전자 제어기(48)는 전기 모터(12)를 파워링하기 위한 소정의 속도 명령 신호에 응답한다.
또한, 도 2의 시스템(10)은 충전 펌프 시스템(50)을 구비한다. 충전 펌프 시스템(50)은 관련된 셔틀 밸브(52)와 관련된 도관(54, 56, 58)을 통해 도관(18, 20)과 연통한다. 셔틀 밸브(52)는 저압 도관을 충전 펌프 시스템(50)에 연결하도록 도관(18, 20)들 사이의 압력차에 응답하여 위치를 자동으로 변경한다. 충전 펌프 시스템(50)은 고정 변위 유압 충전 펌프(62)에 작동가능하게 결합된 전기 모터(60)를 구비한다. 전기 모터(60)는 제어기(40 ,48)와는 별개의 장치일 수 있거나 또는 제어기 중 하나 또는 그 양자로서 공통의 장치일 수 있는 관련된 파워 전자 제어기(64)로부터 파워를 수용한다. 전기 파워를 수용할 때, 전기 모터(60)는 저장기(66)(예컨대, 저장 탱크)로부터 유체를 끌어당겨서 체크 밸브(68)를 통해 그리고 셔틀 밸브(52)와 연결된 도관(54) 내로 유체를 제공하도록 펌프(62)를 구동한다. 시스템 제어기(40)에 의해 제어되는 흐름 제어 밸브(70)는 도관(54)을 통해 유체 흐름을 제어한다. 도 2에 도시한 바와 같이 흐름 제어 밸브(70)가 폐쇄되면, 충전 펌프(62)로부터의 유체 흐름은 도관(54) 내로 그리고 셔틀 밸브(52)를 향해 지향된다. 흐름 제어 밸브(70)가 개방되면, 작동시에 충전 펌프(62)로부터의 유체 흐름과, 도관(54)을 통한 셔틀 밸브(52)로부터의 유체 흐름은 오일 쿨러(72) 및 필터(74)를 통해 저장기(66)로 지향된다. 충전 펌프 시스템(50)은 펌프(14)의 입구측으로 유체를 제공하도록 기능함으로써, 캐비테이션을 방지하고 유체 내의 임의의 차동을 보상하여 액추에이터(24)가 언밸런스되게 한다.
또한, 도 2는 선택적인 액추에이터 위치 감지 장치(80) 및 선택적인 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)를 도시하며, 그 각각은 오버-센터 부하 상태의 발생을 나타내는 시스템 상태를 감지할 수 있다. 액추에이터 위치 감지 장치(80)는 액추에이터(24)의 하우징(26)에 대한 피스톤/로드 조립체(28)의 피스톤의 위치를 감지하고, 감지된 액추에이터 위치를 나타내는 피드백 신호를 시스템 제어기(40)에 제공한다. 변형 실시예에서, 액추에이터(24)의 하우징(26)에 대한 피스톤의 속도를 감지하고, 감지된 액추에이터 속도를 나타내는 피드백 신호를 시스템 제어기(40)에 제공하는 장치는 액추에이터 위치 감지 장치(80)를 대신하여 이용될 수 있다. 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)는 셔틀 밸브(52)의 위치를 감지하고, 감지된 셔틀 밸브 위치를 나타내는 피드백 신호를 시스템 제어기(40)에 제공한다.
도 2의 액추에이터를 계속하여 참조하면, 액추에이터(24)의 속도(즉, 피스톤이 하우징(26)에 대해 이동하는 속도)는 가장 높은 압력을 갖는 챔버(30 또는 32)의 용적 변화율의 함수이다. 용적 변화율은 펌프(14)의 변위 및 해당하는 챔버(30 또는 32)의 단면적의 함수이다. 액추에이터(24)가 언밸런스되면, 로드측 챔버(30)의 단면적은 헤드측 챔버(32)의 단면적과는 상이하다. 이에 따라, 펌프(14)의 동일한 변위에 대해, 더욱 큰 단면적을 갖는 헤드측 챔버(32)의 용적 변화율은 로드측 챔버(30)의 용적 변화율보다 낮다. 그 결과, 동일한 변위에 대해, 로드측 챔버(30)가 고압 챔버일 때보다 헤드측 챔버(32)가 고압 챔버일 때에 액추에이터(24)의 속도가 더 낮다.
예컨대, 펌프(14)의 동일한 변위에 대해, 헤드측 챔버(32)의 단면적이 로드측 챔버(30)의 단면적에 2배일 때, 헤드측 챔버(32)가 고압 챔버일 때의 액추에이터(24)의 속도는 로드측 챔버(30)가 고압 챔버일 때의 액추에이터(24)의 속도의 1/2배이다. 오버-센터 부하 상태의 결과로서, 로드측 챔버(30)로부터 헤드측 챔버(32)로 또는 변형적으로 헤드측 챔버(32)로부터 로드측 챔버(30)로의 고압 챔버의 전환은 챔버(30, 32)의 단면적의 비율에 대한 함수인 속도 변화를 초래한다.
도 3a는 액추에이터(24)가 저항성 부하를 받고 액추에이터(24)의 운동이 후퇴 방향에 있는 상태의 도 1의 시스템(10)의 일부에 대한 도면이다. 이에 따라, 그 부하는 운동 방향의 반대로 지향된다. 특정례에서, 로드측 챔버(30) 및 관련된 도관(18)은 헤드측 챔버(32) 및 관련된 도관(20)의 압력보다 높은 압력에 있어서(로드측 챔버(30)가 고압 챔버임), 충전 펌프 시스템(50)을 저압 헤드측 챔버(32)에 연결하도록 셔틀 밸브(52)를 강제한다. 액추에이터(24)의 운동을 후퇴 방향으로 계속하기 위해, 로드측 챔버의 용적을 증대시키도록 도관(18)을 통해 펌프(14)로부터 로드측 챔버(30)로 유체가 제공된다. 펌프(14)의 변위는 액추에이터(24)의 속도를 제어한다.
오버-센터 부하 상태가 발생하면, 그 운동 방향이 동일하게(예컨대, 후퇴 방향으로) 유지되지만, 부하의 방향은 변한다. 도 3b는 오버-센터 부하 상태의 발생 후의 도 3a의 시스템(10)의 일부를 도시한다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 액추에이터(24)의 운동은 도 3a에 도시한 방향과는 반대로 그리고 운동과 동일한 방향으로 부하가 지향되는 동안에 후퇴 방향으로 유지한다. 오버-센터 부하 상태의 발생시에 부하가 방향을 변환하면, 헤드측 챔버(32) 및 관련된 도관(20)은 로드측 챔버(30) 및 관련된 도관(18)의 압력보다 높은 압력(헤드측 챔버가 고압 챔버임)을 갑자기 가짐으로써, 충전 펌프 시스템(50)을 로드측 챔버(32)에 연결하도록 셔틀 밸브(52)를 강제한다. 그 결과, 펌프(14)는 유압 모터로서 작용하고, 펌프(14)의 변위는 헤드측 챔버(32) 외부로의 흐름 속도를 제어한다. 헤드측 챔버(32)가 로드측 챔버(30)보다 더 큰 단면적을 가짐에 따라, 펌프(14)의 변위는 액추에이터(24)의 속도를 오버-센터 부하 상태 전에 받은 것과 일치하게 유지하도록 증가되어야 한다.
예컨대, 헤드측 챔버(32)가 로드측 챔버(30)의 단면적의 2개인 단면적을 갖는 상황을 고려한다. 도 3a에 도시한 시나리오에서, 펌프(14)의 변위는 피스톤/로드 조립체(28)를 후퇴 방향으로 강제하도록 로드측 챔버(30)(고압 챔버)로 제공된다. 오버-센터 부하 상태가 발생하면, 헤드측 챔버(32)가 고압 챔버가 되고, 유압 모터로서 작용하는 유압 펌프(14)는 헤드측 챔버(32) 외부로의 유체 흐름에 저항(또는 지연)하도록 작용한다. 유압 펌프(14)의 변위가 오버-센터 부하 상태의 발생 후에 일정하게 유지되면, 오버-센터 부하 상태 전에 로드측 챔버(30) 내로 흘렀던 것과 동일한 양으로 헤드측 챔버(32) 외부로의 유체 흐름은 오버-센터 부하 상태 이전에 받은 액추에이터 속도의 1/2의 액추에이터 속도를 초래한다. 이러한 속도 변화는 헤드측 챔버(32)와 로드측 챔버(30) 사이의 단면적 변화에 기인한다. 이러한 시나리오에서, 동일한 펌프 변위에 대해, 헤드측 챔버(32)의 용적 변화율은 로드측 챔버(30)의 용적 변화율의 1/2이다. 액추에이터(24)에서의 속도 변화는 헤드측 챔버(32)와 로드측 챔버(30)의 단면적의 비율에 직접적으로 관련된다.
도 4는 본 개시내용에 따라 구성된 시스템(10a)의 또 다른 예시적인 실시예의 부분도를 도시한다. 도 4에서, 도 2를 참조하여 기술된 바와 동일한 구조는 동일한 참조부호로 라벨링되며, 전술된 바에 대해서는 그 구조의 설명이 생략될 것이다. 도 4의 시스템(10a)은 오버-센터 부하 상태의 발생 후에 소망된 액추에이터 속도를 유지하도록 작용한다. 액추에이터 위치 감지 장치(80)는 액추에이터(24)의 하우징(26)에 대한 피스톤의 위치를 감지하고, 감지된 위치를 나타내는 피드백 신호를 시스템 제어기(40)에 제공한다. 시스템 제어기(40)는 하우징(26)에 대한 피스톤의 실제 속도를 결정하기 위해 피드백 신호에 응답한다. 시스템 제어기(40)는 오버-센터 부하 상태의 발생 후에 액추에이터(24)의 속도를 유지하도록 파워 전자 제어기(48)에 제공된 소망된 속도 명령 신호를 조정하기 위해 실제 속도에 응답한다.
도 4의 시스템(10a)을 위한 예시적인 제어 스킴에서, 액추에이터 위치 감지 장치(80)는 하우징(26)에 대한 피스톤의 위치를 주기적인 간격, 예컨대 한번에 5 밀리초를 매번 감지하고, 각 간격 후에 피스톤 위치 피드백 신호를 시스템 제어기(40)에 제공한다. 피스톤 위치 피드백 신호는 필요에 따라 조절되며, 예컨대 시간에 대한 위치의 차이에 의해 하우징(26)에 대한 피스톤의 속도를 결정하는데 이용된다. 실제 속도오 소망된 속도 간의 차이를 발견함에 따라 오차 신호가 결정되고, 그 오차 신호는 소망된 속도 명령 신호를 조절하는데 이용된다.
추가적인 제어를 위해, 소망된 속도 명령 신호를 오차 신호로 조절한 후에 PID(Proportional Integral Derivative) 제어 스킴을 또한 이용할 수 있다. 오버-센터 부하 상태의 발생 시에, 고압 챔버의 전환으로 인한 액추에이터 속도의 갑작스런 변화는 결정된 실제 속도 변화 및 그에 따른 오차 신호의 변화를 초래한다. 오차 신호는 오버-센터 부하 상태의 발생 바로 전에 받은 속도와 일치하게 액추에이터의 속도를 유지하기 위해 전기 모터(12)의 속도를 변경하도록 소망된 속도 명령 신호를 조절하는데 이용된다.
도 5는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따라 구성된 시스템(10b)을 도시한다. 도 5에서, 도 2를 참조하여 기술된 바와 동일한 구조는 동일한 참조부호로 라벨링되며, 전술된 바에 대해서는 그 구조의 설명이 생략될 것이다. 도 5의 시스템(10b)에서, 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)는 오버-센터 부하 상태의 발생에 응답하여 액추에이터의 속도를 유지하도록 시스템 제어기(40)를 돕는 피드백 신호를 제공한다.
전술한 바와 같이, 셔틀 밸브(52)는 저압 도관을 충전 펌프 시스템(50)에 연결하도록 도관(18, 20)들 사이의 압력차에 응답하여 위치를 자동으로 변경한다. 도 3a를 참조하면, 도관(18) 내의 고압은 셔틀 밸브(52)를 도 3a에서 보이는 바와 같이 하측방향, 즉 도시한 위치로 강제한다. 셔틀 밸브(52)가 도 3a에 도시한 위치에 있을 때, 로드측 챔버(30)에 제공되는 유체를 초과하는 헤드측 챔버(32)에 존재하는 유체는 저장기(66)로의 복귀를 위해 셔틀 밸브(52)를 통해 그리고 충전 펌프 시스템(50)으로 지향된다. 도 3b는 오버-센터 부하 상태의 발생 후의 도 3a의 시스템을 도시한다. 오버-센터 부하 상태의 발생으로 부하가 방향을 바꾸면, 고압 챔버는 헤드측 챔버(32)로 바꾼다. 그 결과, 셔틀 밸브(52)는 도 3a에 도시한 위치로부터 도 3b에 도시한 위치로 바꾼다.
오버-센터 부하 상태의 발생 후에, 전기 모터(12)의 속도가 일정하게 유지되면(즉, 펌프 변위가 일정하게 유지되면), 상술한 바와 같이 바람직하지 못한 속도 변화가 있을 것이다. 그러나, 오버-센터 부하 상태의 발생 시에, 셔틀 밸브(52)는 충전 펌프 시스템(50)을 저압 도관에 연결하도록 위치를 바꾼다. 도 5의 시스템(10b)은 셔틀 밸브(52)의 위치 변경을 감지하여, 전기 모터(12)의 속도 그리고 그에 따라 액추에이터(24)의 속도를 유지하도록 시도하기 위한 펌프(14) 변위를 조절하기 위해 감지된 변경에 응답한다. 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)는 셔틀 밸브(52)의 위치를 규칙적인 간격으로 감지하여, 감지된 셔틀 밸브(52) 위치를 나타내는 피드백 신호를 시스템 제어기(40)에 제공한다. 시스템 제어기(40)는 전기 모터(12)의 속도를 변경하기 위해 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)로부터 피드백 신호를 수신하는 것에 응답한다.
도 6은 도 5의 시스템을 위한 예시적인 제어 개략도이다. 도 6에서, 작업자 입력 장치(42)에 의해 출력된 입력 신호는 시스템 제어기(40)에 제공된다. 입력 신호는 액추에이터(24)의 소망된 속도를 지시하므로, 속도 성분과 방향 성분을 구비한다. 시스템 제어기(40)는 필요에 따라 입력 신호를 조절하고, 입력 신호의 방향 성분을 도 6에서 90으로 개략적으로 도시된 소망된 방향 결정 함수에 제공한다. 소망된 방향 결정 함수(90)는 입력 신호의 방향 성분을 규칙적인 간격으로 수신한다. 소망된 방향 결정 함수(90)는 입력 신호가 방향 변경을 요청했는지의 여부를 결정하도록 각각의 수신된 방향 성분을 이전 수신된 방향 성분과 비교한다. 방향 변경이 결정되지 않으면, 소망된 방향 결정 함수(90)는 TRUE 신호를 도 6에서 92로 개략적으로 도시한 논리곱(AND) 함수로 출력한다. 방향 변경이 결정되면, 소망된 방향 결정 함수(90)는 FALSE 신호를 시스템 제어기(40)의 논리곱 함수(92)로 출력한다.
또한, 시스템 제어기(40)는 도 6에서 94로 개략적으로 도시한 셔틀 밸브 위치 결정 함수를 구비한다. 셔틀 밸브 위치 결정 함수(94)는 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)로부터 셔틀 밸브 위치 피드백 신호를 규칙적인 간격으로 수신한다. 셔틀 밸브 위치 결정 함수(94)는 셔틀 밸브(52)가 변환된 위치를 갖는지의 여부를 결정하도록 각각의 수신된 셔틀 밸브 위치 피드백 신호를 이전에 수신된 셔틀 밸브 위치 피드백 신호와 비교한다. 위치 변경이 결정되면, 셔틀 밸브 위치 결정 함수(94)는 TRUE 신호를 논리곱 함수(92)로 출력한다. 위치 변경이 결정되면, 셔틀 밸브 위치 결정 함수(94)는 FALSE 신호를 논리곱 함수(92)로 출력한다.
논리곱 함수(92)는 소망된 방향 결정 함수(90) 및 셔틀 밸브 위치 결정 함수(94)로부터 수신된 신호를 평가한다. 오버-센터 부하 상태가 발생하면, 소망된 방향 결정 함수(90)와 셔틀 밸브 위치 결정 함수(94) 양자로부터의 신호는 TRUE이다. 소망된 방향 결정 함수(90)와 셔틀 밸브 위치 결정 함수(94)로부터의 신호 중 하나가 FALSE이면, 예컨대 작업자에 의해 요청된 방향 변경 등의 오버-센터 부하 상태 이외의 이벤트가 발생한다.
논리곱 함수(92)는 오버-센터 부하 상태가 발생했는지의 여부를 결정하는 것에 응답하여 시스템 제어기(40)의 이득 함수를 제어하기 위해 이득 신호를 출력한다. 도 6에서, 이득 함수는 제1, 제2 및 제3 이득값(100, 102, 104), 및 제1, 제2 및 제3 이득값 중 하나를 출력하기 위해 제어가능한 2개의 스위치(106, 108)로 각각 나타낸다. 스위치(106)는 논리곱 함수(92)로부터 출력된 이득 신호에 의해 제어된다. 논리곱 함수(92)가 오버-센서 부하 상태가 발생한 것으로 결정하면(즉,TRUE 결정), 스위치(106)는 제1 및 제2 이득값(100, 102) 중 하나와 연결되도록 위치설정된다. 논리곱 함수(92)가 오버-센서 부하 상태가 발생하지 않은 것으로 결정하면(즉, FALSE 결정), 스위치(106)는 도 6에 도시한 바와 같이 제3 이득값과 연결하도록 위치설정된다. 제3 이득값(104)은 1이다. 스위치(108)는 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)에 의해 제어된다. 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)에서 셔틀 밸브(52)가 제1 위치, 예컨대 도 3a에 도시한 위치에 있다고 결정하면, 스위치(108)는 제1 이득값(100)과 연결하도록 위치설정된다. 셔틀 밸브 위치 감지 장치(82)에서 셔틀 밸브(52)가 제2 위치, 예컨대 도 3b에 도시한 위치에 있다고 결정하면, 스위치(108)는 제2 이득값(102)과 연결하도록 위치설정된다. 제1 및 제2 이득값(100, 102)은 연산될 수 있으며, 액추에이터(24)의 로드측 챔버(30)와 헤드측 챔버(32)의 단면적에 대한 함수이다.
스위치(106, 108)의 위치에 따라서, 제1, 제2 및 제3 이득값(100, 102, 104) 중 하나는 시스템 제어기(40)의 곱셈 함수로 제공된다. 또한, 작업자 입력 장치(42)로부터의 입력 신호는 곱셈 함수(110)로 제공된다. 곱셈 함수(110)는 입력 신호의 속도 성분을 수신된 이득값(100, 102, 104)으로 곱하고, 전기 모터(12)의 속도 및 방향 그리고 그에 따른 펌프(14) 변위를 제어하도록 소망된 속도 명령 신호를 파워 전자 제어기(48)로 출력하도록 작동한다. 오버-센터 부하 상태가 논리곱 함수(92)에 의해 결정되면, 시스템 제어기(40)는 전기 모터(12)의 속도를 변경하도록 선택된 제1 또는 제2 이득값(100 또는 102)에 근거하여 소망된 속도 명령 신호를 변경한다. 예컨대, 셔틀 밸브(52)가 도 3a에 도시한 위치로부터 도 3b에 도시한 위치로 변환하면, 시스템 제어기(40)는 펌프(14)의 변위를 증가시키기 위해 전기 모터(12)의 속도를 증가시키도록 소망된 속도 명령 신호를 변경한다. 한편, 셔틀 밸브(52)가 도 3b에 도시한 위치로부터 도 3a에 도시한 위치로 변환하면, 시스템 제어기(40)는 펌프(14)의 변위를 감소시키기 위해 전기 모터(12)의 속도를 감소시키도록 소망된 속도 명령 신호를 변경한다. 오버-센터 부하 상태가 결정되지 않으면, 시스템 제어기(40)는 소망된 속도 명령 신호(즉, 제3 이득값(104)이 1임)를 변경하지 않는다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 시스템(10c)을 도시한다. 도 7에서, 도 2를 참조하여 기술된 바와 동일한 구조는 동일한 참조부호로 라벨링되며, 전술된 바에 대해서는 그 구조의 설명이 생략될 것이다. 또한, 도 7의 시스템(10c)은 오버-센터 부하 상태의 발생에 응답하여 액추에이터의 속도를 유지하도록 시도한다.
도 7의 시스템(10c)에서, 파워 전자 제어기(48) 또는 변형적으로 전기 모터(12), 혹은 그 양자는 전기 모터(12)의 전류 및 속도를 나타내는 피드백 신호를 출력하기 위한 피드백 장치(120)를 갖는다. 도 7은 전류 및 속도 피드백 장치(120)를 갖는 파워 전자 제어기(48)를 도시한다. 전기 모터(12)의 속도는 센서 없는 전기 모터가 채용된다면, 예컨대 리졸버, 인코더 또는 소프트웨어 연산을 통해 얻어질 수 있다. 일반적으로, 출력 전류 측정 프로브를 통해 파워 전자 제어기(48) 내에서 전류가 유용하다. 속도 및 전류 피드백 신호는 오버-센터 부하 상태의 발생에 응답하여 액추에이터의 속도를 유지하도록 시도하는 피드백 신호를 이용하는 시스템 제어기(40)로 제공된다.
도 8a는 X-축 상의 전기 모터(12)의 속도 및 Y-축 상의 전기 모터(12)의 전류 드로우를 갖는 액추에이터(24)의 운동 동안의 전기 모터(12)의 4상한 작동을 도시한다. 도 8a에서, 전기 모터(12)의 양(+)의 속도는 액추에이터(24)의 운동을 연장 방향으로 초래하고, 음(-)의 속도는 액추에이터(24)의 운동을 후퇴 방향으로 초래한다. 연장 방향으로의 운동 동안에, 양의 속도 및 음의 전류 드로우(사분면(1))는 전기 모터(12)의 모터링 모드(즉, 전기 모터가 에너지를 소비)를 나타내는 한편, 투회 방향으로의 운동 동안에, 음의 속도 및 음의 전류 드로우(사분면(3))는 전기 모터(12)의 모터링 모드를 나타낸다. 전기 모터(12)는 액추에이터(24)의 고압 챔버, 예컨대 도 3a의 로드측 챔버(30)가 용적 면에서 팽창하고 있을 때 모터링 모드에 있다. 또한, 전기 모터(12)는 전기 모터가 에너지를 생성하는 제너레이팅 모드를 갖는다. 제너레이팅 모드는 액추에이터(24)의 고압 챔버, 예컨대 도 3b의 헤드측 챔버(32)가 용적 면에서 팽창하고 있을 때 발생하고, 유압 펌프(14)는 고압 챔버의 외부로 유체 흐름을 제어하도록 모터로서 작용한다. 유압 펌프(14)가 모터로서 작용하면, 전기 모터(12)는 펌프에 의해 회전되어 전기 에너지가 생성된다. 연장 방향으로의 운동 동안에, 양의 속도 및 음의 전류 드로우(사분면(4))는 제너레이팅 모드를 나타내는 한편, 후퇴 방향으로의 운동 동안에, 음의 속도 및 양의 전류 드로우(사분면(2))는 제너레이팅 모드를 나타낸다.
도 8b는 X-축 상의 액추에이터(24)의 운동 방향 및 Y-축 상의 액추에이터(24)의 네트 힘(알짜힘)을 갖는 유압 액추에이터(24)의 4상한 작동을 도시한다. 도 8b에서, 전기 모터(12)의 양(+)의 방향은 연장 방향으로의 운동을 초래하고, 음(-)의 방향은 후퇴 방향으로의 운동을 초래한다. 사분면(1)은 헤드측 압력과 로드측 압력 간의 양의 압력차(P헤드측 > P로드측)를 갖는 연장 방향으로의 액추에이터(24)의 운동에 의해 정의되는 한편, 사분면(2)은 헤드측 압력과 로드측 압력 간의 양의 압력차를 갖는 후퇴 방향으로의 액추에이터(24)의 운동에 의해 정의된다. 사분면(3)은 헤드측 압력과 로드측 압력 간의 음의 압력차(P헤드측 < P로드측)를 갖는 후퇴 방향으로의 액추에이터(24)의 운동에 의해 정의되는 한편, 사분면(4)은 헤드측 압력과 로드측 압력 간의 음의 압력차를 갖는 연장 방향으로의 액추에이터(24)의 운동에 의해 정의된다.
이상적인(즉, 무손실) 시스템을 가정하면, 액추에이터(24)와 모터 양자가 동일한 사분면에 있을 것이다. 그러나, 손실로 인해, 액추에이터와 모터는 상이한 횟수로 사분면을 전환할 수 있다.
도 7의 시스템(10c)은 오버-센터 부하 상태의 발생을 검출하도록 속도 및 전류 피드배 신호에 제공된 속도 및 전류 정보를 이용한다. 도 3a 및 3b를 참조하여 전술한 바와 같이, 액추에이터(24)의 고압 챔버는 오버-센터 부하 상태의 발생 시에 동일한 방향으로의 운동 동안에, (i) 로드측 챔버(30)로부터 헤드측 챔버(32)로 또는 (ii) 헤드측 챔버(32)로부터 로드측 챔버(30)로 변한다. 이러한 변화는 (i) 모터링 모드로부터 제너레이팅 모드로 또는 (ii) 제너레이팅 모드로부터 모터링 모드로 전환하는 전기 모터(12)를 초래한다. 이에 따라, 속도의 방향 변경 없이 (i) 양에서 음으로 또는 (ii) 음에서 양으로 전류 표시를 변경하는 것은 오버-센터 부하 상태의 발생을 나타낸다. 시스템 제어기(40)는 오버-센터 부하 상태의 발생에 응답하여 액추에이터의 속도를 유지하도록 시도하기 위해 전기 모터(12)의 속도를 변경하도록 오버-센터 부하 상태의 발생을 지시하는 속도 및 전류 피드백 신호에 응답한다.
도 9는 도 7의 시스템(10c)을 위한 예시적인 제어 개략도이다. 도 9에서, 작업자 입력 장치(42)에 의해 출력된 입력 신호는 시스템 제어기(40)로 제공된다. 입력 신호는 액추에이터(24)의 소망된 속도를 지시하므로, 속도 성분과 방향 성분을 구비한다. 시스템 제어기(40)는 필요에 따라 입력 신호를 조절하고, 곱셈 함수(130)에 입력 신호를 제공한다. 또한, 시스템 제어기(40)는 전류 및 속도 피드백 장치로부터 피드백 신호를 수신하고, 필요에 따라 피드백 신호를 조절하고, 속도 성분을 도 9에서 132로 개략적으로 도시한 방향 결정 함수로 제공하고, 전류 성분을 도 9에서 134로 개략적으로 도시한 전류 표시 결정 함수로 제공한다.
방향 결정 함수(132)는 속도 성분을 규칙적인 간격으로 수신한다. 방향 결정 함수(132)는 모터가 변경된 방향을 갖는지의 여부를 결정, 즉 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 속도 성분의 표시 변화가 있었는지의 여부를 결정하도록 각각의 수신된 속도 성분의 표시를 이전에 수신된 속도 성분과 비교한다. 방향 변경이 결정되지 않으면, 방향 결정 함수(132)는 TRUE 신호를 도 9에서 136으로 개략적으로 도시한 논리곱(AND) 함수로 출력한다. 방향 변경이 결정되면, 방향 결정 함수(132)는 FALSE 신호를 논리곱 함수(136)로 출력한다.
전류 표시 결정 함수(134)는 피드백 신호의 전류 성분을 규칙적인 간격으로 수신한다. 전류 표시 결정 함수(134)는 전기 모터(12)가 모터링 모드와 제너레이팅 모드 사이에서 변환되었는지의 여부를 결정하도록 각각의 수신된 전류 성분의 표시를 이전에 수신된 전류 성분의 표시와 비교한다. 모드에서의 변환이 결정되면, 전류 표시 결정 함수(134)는 TRUE 신호를 논리곱 함수(136)로 출력한다. 모드 변환이 결정되지 않으면, 전류 표시 결정 함수(134)는 FALSE 신호를 논리곱 함수(136)로 출력한다.
논리곱 함수(136)는 방향 결정 함수(132) 및 전류 표시 결정 함수(134)로부터 수신된 신호를 평가한다. 오버-센터 부하 상태가 발생하면, 방향 결정 함수(132) 및 전류 표시 결정 함수(134) 양자로부터의 신호는 TRUE이다. 방향 결정 함수(132) 및 전류 표시 결정 함수(134)로부터의 신호 중 하나가 FALSE이면, 작업자에 의해 요청된 방향 변경과 같은 오버-센터 부하 상태 이외의 이벤트가 발생된다. 논리곱 함수(136)는 오버-센터 부하 상태가 발생했는지의 여부를 결정하는 것에 응답하여 시스템 제어기(40)의 이득 함수를 제어하기 위한 이득 신호를 출력한다.
도 9에서, 이득 함수는 제1, 제2 및 제3 이득값(140, 142, 144), 및 제1, 제2 및 제3 이득값 중 하나를 출력하기 위해 제어가능한 2개의 스위치(146, 148)로 각각 나타낸다. 스위치(146)는 논리곱 함수(136)로부터 출력된 이득 신호에 의해 제어된다. 논리곱 함수(136)가 오버-센서 부하 상태가 발생한 것으로 결정하면(즉,TRUE 결정), 스위치(146)는 제1 및 제2 이득값(140, 142) 중 하나와 연결되도록 위치설정된다. 논리곱 함수(136)가 오버-센서 부하 상태가 발생하지 않은 것으로 결정하면(즉, FALSE 결정), 스위치(146)는 도 9에 도시한 바와 같이 제3 이득값(144)과 연결하도록 위치설정된다. 제3 이득값(144)은 1이다. 스위치(148)는 피드백 장치(120)의 속도 성분에 의해 제어된다. 피드백 장치(120)에서 속도의 표시(도 8a에서의 연장 방향으로의 운동)가 양이라고 결정하면, 스위치(148)는 제1 이득값(140)과 연결하도록 위치설정된다. 피드백 장치(120)에서 속도의 표시(도 8a에서의 후퇴 방향으로의 운동)가 음이라고 결정하면, 스위치(148)는 제2 이득값(142)과 연결하도록 위치설정된다. 제1 및 제2 이득값(140, 142)은 연산될 수 있으며, 액추에이터(24)의 로드측 챔버(30)와 헤드측 챔버(32)의 단면적에 대한 함수이다.
스위치(146, 148)의 위치에 따라서, 제1, 제2 및 제3 이득값(140, 142, 144) 중 하나는 시스템 제어기(40)의 곱셈 함수(130)로 제공된다. 또한, 입력 신호는 시스템 제어기(40)의 곱셈 함수(130)로 제공된다. 곱셈 함수(130)는 입력 신호의 속도 성분을 이득 신호로 곱하고, 전기 모터(12) 그리고 그에 따른 펌프(14) 변위를 제어하도록 소망된 속도 명령 신호를 파워 전자 제어기(48)로 출력하도록 작동한다. 오버-센터 부하 상태가 논리곱 함수(136)에 의해 발생된 것으로 결정되면, 시스템 제어기(40)는 액추에이터(24)의 속도를 유지하기 위해 전기 모터(12)의 속도를 변경하도록 소망된 속도 명령 신호를 파워 전자 제어기(48)로 변경한다. 오버-센터 부하 상태가 발생하지 않은 것으로 결정이 이루어지면, 시스템 제어기(40)는 소망된 속도 명령 신호를 변경하지 않는다(즉, 제3 이득값(144)이 1임).
도 10을 참조하면, 소망된 액추에이터 속도가 오버-센터 부하 모드 이벤트 동안에 유지되게 하는 한편, 에너지 효율적인 방식으로 수행되는 또 다른 제어 스킴이 제공된다. 도 10의 제어 스킴은 도 6 또는 9에 도시한 실시예에 대응하는 제어 스킴 중 하나 이상과 조합하여 이용될 수 있다. 도 10의 제어 스킴은 굴삭기 아암 기능의 견지에서 제공된다. 그러나, 제어 스킴은 오버-센터 상태를 받는 언밸런스형 유압 실린더를 갖는 임의의 함수에 적용될 수 있다.
블록(200)에서 시작하여, 조이스틱과 같은 입력 장치를 통해 작업자 명령이 제공된다. 예컨대, 조이스틱은 시스템 제어기(40)의 입력부에 작동가능하게 결합될 수 있으며, 양 또는 음의 x-방향으로의 조이스틱 편향은 양 또는 음의 신호(예컨대, 양 또는 음의 전압, 또는 입력 타입에 대응하는 다른 신호)를 제공한다. 이 신호는 액추에이터(24)를 위한 속도 및 방향 성분을 발전시키는 종래와 같이 조절될 수 있다.
사용자에 의해 후퇴 운동이 요청된 것으로 가정하면, 아암의 후퇴(아암 링키지 컬링 아웃) 동안에, 그 운동이 사분면(2) 내의 액추에이터와 함께 개시한 다음, 도 8b의 사분면(3)으로 전이하는 경향이 있을 수 있다. 이러한 시나리오에서, 운동의 개시 동안에, 헤드측 챔버(32)의 압력은 로드측 챔버(30)의 압력보다 더 높을 수 있다. 그 운동이 개시함에 따라, 이들 압력이 수렴하고, (오버-센터 위치에서) 등등하게 한 다음, 그 운동이 계속됨에 따라 분기함으로써, 로드측 챔버(30) 상의 압력을 증가시키고 헤드측 챔버(32) 상의 압력을 감소시킬 것이다.
블록(201)에서, 액추에이터(24)가 사분면(2)에서 작동하고 있다면 결정되고, 그렇다면 블록(203)에서 덤프 밸브(46)가 조이스틱 편향의 함수로서 개방하도록 명령 받는다. 일 실시예에서, 그 함수는 조이스틱 편향으로 선형이고, 또 다른 실시예에서, 그 함수는 조이스틱 편향에 대해 비선형이다.
작업자 명령에 대한 오리피스 영역의 매핑(mapping)은 펌프(14)가 도관(18)을 통해 로드측 연결을 가압하도록 강제됨으로써, 사분면(3)에서 시작하여(도 8a) 스트로크의 전체 동안에 동일한 사분면에 머물도록 펌프(14)(모터(12))를 강제하도록 한다. 따라서, 셔틀 밸브(52)는 그 로드측 파일롯 라인이 헤드측보다 더 높은 압력에 항상 있음에 따라 오버-센터 전이 동안에 전환하지 않을 것이다. 액추에이터(24)의 헤드측 챔버(32)로부터의 흐름은 덤프 밸브(46)를 통해 스로틀링된 다음, 펌프(14)의 입구에 공급하도록 셔틀 밸브(52)를 통해 흐를 것이다. 임의의 초과 흐름은 저장기(66)로 지향될 것이다. 액추에이터 사분면은 사분면(2)으로부터 사분면(3)으로의 전이(도 8b)를 여전히 가질 수 있지만, 펌프(14)(모터(12))는 사분면(3) 내에 항상 유지(도 8a)될 것이다. 사실상, 펌프(14)는 액추에이터(24)가 사분면(2)에 있을 때 로드측 챔버(30)를 재충전한 다음, 액추에이터가 사분면(3) 내에 있을 때 액추에이터를 더욱 후퇴하도록 로드측 챔버(30)를 가압할 것이다. 이는 액추에이터 속도가 액추에이터 오버-센터 전이에 의해 영향을 받지 않게 하는 한편, 소망된 액추에이터 속도를 유지하기 위해 운동 동안에 임의의 지점에서 별개로 변경하도록 펌프 속도를 요구하지 않는다.
블록(201)으로 다시 이동하여, 액추에이터(24)가 사분면(2) 내에서 작동하고 있지 않으면(도 8b), 블록(202)에서, 액추에이터(24)가 사분면(3) 내에서 작동하고 있는지가 결정된다. 액추에이터가 사분면(3) 내에서 작동하고 있지 않다면, 상기 방법은 블록(205)으로 다시 이동하여 반복한다. 그러나, 액추에이터(24)가 사분면(3) 내에서 작동하고 있다면, 이는 액추에이터(24)가 오버-센터 위치를 가로질러서 또 다른 후퇴를 위해 펌프(14)에 의해 가압될 필요가 있음을 의미한다. 이 경우, 덤프 밸브(46)를 통해 미터 아웃(meter out)할 필요가 없고, 덤프 밸브는 블록(204)에서 지시한 바와 같이 완전히 개방될 수 있다. 따라서, 오버-센터 상태의 발생에 응답하여 제어기(40)는 덤프 밸브(46)가 완전히 개방되게 명령한다(즉, 제어기(40)는 액추에이터의 속도를 유지하도록 덤프 밸브의 상태를 제어한다). 덤프 밸브(46)를 완전히 개방함으로써, 시스템은 헤드측 챔버(32) 외부로 나오는 흐름을 위해 가장 적은 양의 구속을 받아서, 시스템 효율을 증가시킨다. 시스템 효율을 더욱 증가시키기 위해, 헤드측 부하 보유 밸브(38)는 액추에이터(24)가 사분면(3) 내에서 작동하고 있는 동안 덤프 밸브(46)와 함께 개방될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 본 개시내용에 따른 또 다른 제어 스킴이 굴삭기를 위해 제공되며, 여기서 액추에이터는 그 스트로크에 걸쳐 연장된다. 이와 관련하여, 그 운동은 부하 조력된 연장으로부터 저항성 부하 연장으로 전이한다. 이는 부하를 덤프한 후에 외측방향 위치로부터 아암 링키지가 기계 캅(machine cab)을 향해 도입될 때 통상적으로 발생한다.
도 1b에서 도 1c로의 링키지 구성의 전이는 굴삭기 아암 액추에이터가 연장될 때 어떻게 오버-센터 상태가 발생할 수 있는지를 나타낸다. 이러한 시나리오에서, 그 사분면은 4(도 1b)에서 1(도 1c)로 전환한다. 통상적인 EHA 작동에서, 로드측 챔버(30) 상의 부하 보유 밸브(36)는 펌프(14)가 높은 부하 압력에 노출되도록 개방되는 한편, 펌프(14)는 그 부하를 "제동(brake)"하여 액추에이터 속도를 정확하게 제어한다. 오버-센터 위치에 도달하기만 하면, 셔틀 밸브(52)는 충전 펌프 시스템(50)을 헤드측 챔버(32) 상의 펌프(14)의 출구에 연결하는 것으로부터 헤드측 챔버(32)를 또 다른 스트로크로 가압함에 따라 펌프(14)의 입구를 공급하는 것으로 전환한다. 이 지점에서, 펌프 속도가 유지되면, 액추에이터 속도는 오버-센터 이벤트 전보다 더 큰 챔버 내로 동일한 양의 흐름이 펌핑되고 있음에 따라 갑작스럽게 감소할 것이다. 그 운동은 통상적인 EHA 작동과 유사하게 시작하며, 여기서 로드측 챔버(30)로부터의 더 높은 압력 흐름이 펌프(14)로 흐르게 하도록 로드측 부하 보유 밸브(36)가 개방된다. 상기 시스템은 오버-센터 부하 상태의 발생을 검출하도록 속도 및 전류 피드백 신호에 제공된 속도 및 전류 정보를 이용할 수 있다. 추가적으로 또는 변형적으로, 본원에 기술된 바와 같이, 오버-센터 부하 상태의 발생을 검출하도록 압력 센서 또는 셔틀 밸브 위치 밸브(82)와 같은 각종 센서가 이용될 수 있다.
블록(200)에서 시작하여, 상술한 바와 같이 조이스틱(200)에 의해 작업자 명령이 제공된다. 블록(205)에서, 제어기(40)는 모터(12)가 사분면(4) 내에서 작동하고 있는지 결정한다(도 8a). 모터가 사분면(4) 내에서 작동하고 있다면, 통상적인 EMA 작업이 수행되며, 여기서 Q펌프는 영역비(AR)에 의해 나뉜 Q요구된 헤드와 동일하다. 모터가 사분면(4) 내에서 작동하고 있지 않다면, 상기 방법은 블록(207)으로 이동하며, 여기서 제어기(40)는 모터(12)가 사분면(1) 내에서 작동하고 있는지를 결정한다(도 8a). 모터가 사분면(1) 내에서 작동하고 있지 않다면, 상기 방법은 블록(200)으로 다시 이동하여 반복한다. 그러나, 모터가 사분면(1) 내에서 작동하고 있다면, 블록(208)에서 제어기(40)는 재생 밸브(44)가 개방되게 명령하며, 여기서 밸브(44)가 개방되는 정도는, 예컨대 조이스틱에 의해 제공된 바와 같은 사용자 입력 명령의 함수이다. 이와 관련하여, 재생 밸브(44)는 조이스틱 변위에 대한 선형 또는 비선형 함수로서 개방될 수 있다. 이러한 재생 밸브(44)의 개방은 재생 회로 내의 흐름 순환으로 인해 액추에이터(24)의 의도하지 않은 연장을 회피한다. 따라서, 제어기(40)는 액추에이터의 속도를 유지하도록 오버-센터 부하 상태를 나타내는 피드백 상태(예컨대, 작동의 사분면)에 응답하여 재생 밸브(44)의 상태를 제어한다.
재생 밸브(44)의 개방과 더불어, 블록(209)에서, 로드측 보유 밸브(36)가 폐쇄된다. 보유 밸브(36)의 폐쇄는 재생 밸브(44)의 개방과 조율된다. 이는 로드측 챔버(30)로부터의 유체가 헤드측 챔버(32) 내로 바로 흐르게 함으로써, 펌프 속도의 상당한 변화를 요구하지 않는 동안에 더욱 많은 유체가 헤드측 챔버(32) 내로 펌핑되게 한다. 요구된 펌프 속도는 Q펌프 뉴 = (Q요구된 헤드/AR) *(AR-1)로서 블록(210)에서 연산되며, 제어기(40)는 펌프(14)를 연산된 속도로 구동하도록 파워 제어기(48)에 명령하며, 여기서 Q요구된 헤드는 요구된 액추에이터 속도 명령을 일으키는 액추에이터의 헤드측 내로의 연산된 흐름이다. 액추에이터(24)의 영역비(AR)가 펌프 속도 내에서 요구된 이론적인 증가와 정확하게 일치하도록 한다면, 오버-센터 위치 후의 펌프 속도의 변화는 최소한이다. 이론적인 펌프 속도의 유도를 하기에 나타낸다.
사분면(4)(도 8a)에서, 펌프는 로드측 상의 부하를 "제동"하며(충전 펌프에 의해 제공된 여분의 흐름) Q요구된 헤드 = Q펌프 * AR, 여기서
Figure 112016120831769-pct00001
이다.
사분면(1)에서, 피스톤측 상의 펌프 압력(충전이 입구를 제공)은 Q결과적인 헤드 = Q펌프에 의해 제공된다. 사분면(1)으로의 전이가 발생함에 따라 재생 밸브(44)가 개방되면, Q결과적인 헤드 = Q펌프*AR/(AR-1). 요구된 헤드=Q펌프 * AR이기 때문에, (AR-1)에 의한 Q펌프는 Q결과적인 헤드 = Q펌프*AR/(AR-1)*(AR-1)= Q펌프*AR을 얻도록 곱해질 수 있으며, 이는 요구된 피스톤 흐름이다.
본원에 기술된 시스템 각각은 액추에이터가 오버-센터 부하 상태를 받을 때 소망된 액추에이터 속도를 유지하기 위해 제어되는 전기 모터(12), 재생 밸브(44) 및 덤프 밸브(46)를 구비할 수 있다. 상기 시스템 각각은 오버-센터 부하 상태의 발생을 나타내는 상태를 검출하기 위해 그리고 이러한 결정에 응답하여 전기 모터(12)의 속도 및/또는 밸브(44, 46)의 상태를 조절하도록 피드백 신호를 제어기(40)에 제공하기 위해 하나 이상의 장치를 구비한다.
본 발명의 원리, 실시예 및 작동이 본원에서 상세하게 기술되었지만, 개시된 특정의 예시적인 형태에 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. 이에 따라, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 본원에 기술된 실시예에 대한 각종 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (20)

  1. 전기 유압식 액추에이션 시스템(electro-hydraulic actuation system)에 있어서,
    부하의 운동 동안에 후퇴 및 연장 방향으로 운동할 수 있는 언밸런스형 유압 액추에이터(24)로서, 상기 액추에이터는 제1 단면적을 갖는 제1 유체 챔버(30)와, 제2 단면적을 갖는 제2 유체 챔버(32)를 구비하고, 상기 제2 단면적은 상기 제1 단면적보다 크고, 상기 액추에이터는 액추에이터 제2 사분면 또는 액추에이터 제3 사분면 중 적어도 하나로 작동가능한, 상기 언밸런스형 유압 액추에이터(24);
    상기 제1 유체 챔버 및 상기 제2 유체 챔버와 유체 연통하며, 상기 제1 유체 챔버를 상기 제2 유체 챔버에 선택적으로 결합하도록 작동가능한 재생 밸브(44);
    상기 제2 유체 챔버 및 유체 저장기(66)와 유체 연통하며, 상기 제2 유체 챔버를 상기 유체 저장기에 선택적으로 결합하도록 작동가능한 덤프 밸브(46);
    상기 제1 및 제2 유체 챔버들에 유체 흐름을 제공하기 위한 펌프(14)로서, 상기 펌프의 변위는 상기 후퇴 및 연장 방향으로의 운동 동안에 상기 액추에이터의 속도를 제어하는, 상기 펌프(14);
    상기 펌프를 구동하기 위한 전기 모터(12)로서, 상기 모터는 작동의 제1 사분면 또는 제3 사분면 중 적어도 하나로 작동가능한, 상기 전기 모터(12);
    상기 재생 밸브와 상기 덤프 밸브의 상태를 제어하기 위한 제어기(40); 및
    시스템 상태를 감지하여, 상기 제어기에 감지된 시스템 상태를 나타내는 해당하는 피드백 신호를 상기 제어기에 제공하기 위한 적어도 하나의 피드백 장치(80, 82, 120)로서, 상기 제어기는 오버-센터 부하 상태(over-center load condition)의 발생을 결정하여, 상기 액추에이터의 속도를 유지하기 위한 상기 오버-센터 부하 상태의 발생에 응답하여 상기 재생 밸브와 상기 덤프 밸브의 상태를 제어하기 위한 해당하는 피드백 신호에 응답하는, 상기 적어도 하나의 피드백 장치(80, 82, 120)
    를 포함하고,
    상기 오버-센터 부하 상태는 i) 오버러닝 부하의 저항성 부하로의 전이 또는 ii) 저항성 부하의 오버러닝 부하로의 전이를 받는 유압 실린더를 포함하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 모터의 작동 사분면 또는 상기 액추에이터의 작동 사분면 중 적어도 하나에 근거하여 상기 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정하도록 구성된,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 액추에이터가 상기 제3 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 덤프 밸브를 완전 개방 위치로 명령하도록 구성된,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터의 운동에 대응하는 명령어를 발생시키기 위한 사용자 입력 장치(42)를 더 포함하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 액추에이터가 상기 제2 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 명령어의 함수로서 상기 덤프 밸브를 작동하도록 구성된,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 함수는 선형 함수인,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 함수는 비선형 함수인,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제1 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제1 부하 보유 밸브(36); 및
    상기 제2 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제2 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제2 부하 보유 밸브(38)
    를 더 포함하며,
    상기 액추에이터가 상기 제3 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 제어기는,
    상기 명령어의 함수로서 상기 재생 밸브를 작동하고,
    상기 제1 및 제2 부하 보유 밸브를 폐쇄하도록 구성된,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는 새로운 펌프 속도를 연산하도록 구성된,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는 수학식 Q펌프 뉴 = (Q요구된 헤드 /AR)*(AR-1)를 이용하여 상기 펌프 속도를 연산하도록 구성되며,
    여기서 Q펌프 뉴는 연산된 펌프 속도, Q요구된 헤드는 요구된 액추에이터 속도 명령을 일으키는 상기 액추에이터의 헤드측 내로의 연산된 흐름, 및 AR은 상기 제1 유체 챔버의 단면적에 대한 상기 제2 유체 챔버의 단면적 간의 비인,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제1 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제1 부하 보유 밸브(36); 및
    상기 제2 유체 챔버 및 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 펌프와 상기 제2 유체 챔버 사이의 유체 흐름을 가능하게 하거나 또는 억제하도록 작동가능한 제2 부하 보유 밸브(38)
    를 더 포함하며,
    상기 모터가 제4 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 제어기는 상기 재생 밸브가 폐쇄되게 그리고 상기 제1 및 제2 부하 보유 밸브가 개방되게 명령하도록 구성된,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터가 제4 사분면에서 작동하고 있을 때, 상기 제어기는 수학식 Q펌프 뉴 = Q요구된 헤드/AR을 이용하여 펌프 속도를 연산하도록 구성되며,
    여기서 Q펌프 뉴는 연산된 펌프 속도, Q요구된 헤드는 요구된 액추에이터 속도 명령을 일으키는 상기 액추에이터의 헤드측 내로의 연산된 흐름, 및 AR은 상기 제1 유체 챔버의 단면적에 대한 상기 제2 유체 챔버의 단면적 간의 비인,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드백 장치는 상기 액추에이터의 하우징(26)에 대한 상기 액추에이터의 피스톤(28)의 위치, 상기 액추에이터의 하우징에 대한 상기 액추에이터의 피스톤의 속도 또는 상기 모터의 회전 및 전류 방향 중 적어도 하나를 감지하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드백 장치는 상기 전기 모터 또는 상기 전기 모터와 관련된 파워 전자 제어기 중 하나에 위치되는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 전기 모터의 회전 방향이 변하지 않고 유지되는 동안에 전류의 표시가 변할 때 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 피드백 장치는 상기 하우징에 대한 상기 피스톤의 위치를 감지하여 상기 시스템의 제어기에 피드백 신호를 정규 간격으로 제공하는 액추에이터 위치 감지 장치(80)이고,
    상기 시스템의 제어기는 상기 피드백 신호로부터 상기 액추에이터의 속도를 결정하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 시스템의 제어기는 작업자 입력 장치로부터 소망된 액추에이터 속도를 나타내는 입력 신호를 수신하고,
    상기 시스템의 제어기는 상기 전기 모터의 속도를 변경하기 위해 상기 소망된 액추에이터 속도와 결정된 액추에이터 속도 사이의 차에 응답하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 액추에이터는, 상기 액추에이터를 상기 제1 유체 챔버 및 상기 제2 유체 챔버로 나누어, 상기 후퇴 및 연장 방향으로의 운동 동안에 상기 액추에이터의 하우징에 대해 이동하는 피스톤/로드 조립체(28)를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 하나는 상기 하우징에 대한 상기 피스톤/로드 조립체의 운동 동안에 고압 챔버이며, 오버-센터 부하 상태의 발생 시에 상기 고압 챔버는 상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 다른 하나로 전환되고, 상기 피드백 장치는 상기 제어기에 상기 피드백 신호를 제공하기 위해 상기 고압 챔버의 전환에 응답하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 시스템은 충전 펌프 시스템(50)과, 상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 하나와 유체 연통하는 상기 충전 펌프 시스템을 연결하기 위한 제1 및 제2 도관 사이의 압력차에 응답하는 셔틀 밸브(52)를 더 구비하며,
    상기 셔틀 밸브는 오버-센터 부하 상태의 발생 시에 상기 제1 및 제2 유체 챔버 중 다른 하나와 유체 연통하는 상기 충전 펌프 시스템을 연결하는 위치를 전환하고, 상기 피드백 장치(82)는 상기 셔틀 밸브의 위치를 감지하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 셔틀 밸브(52)가 위치를 변환할 때 상기 하우징(26)에 대한 상기 피스톤/로드 조립체(28)의 운동 방향이 변하기 않고 유지되면 오버-센터 부하 상태의 발생을 결정하는,
    전기 유압식 액추에이션 시스템.
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