本发明有关系统中使用的液压阀和阀控制器，例如用于升降机;有一个液力作动器，例如一个柱塞，推动诸如升降机吊箱之类的物体。 为了在液压升降机的控制中，求取达到接近更高的精确性，常需要使用较昂贵的牵引升降机，故常使用反馈控制。但是，即使采用了反馈控制，也难以取得符合要求的性能。主要问题在于流体的动态特性。流体的粘滞性随环境温度变化，也随升降机吊箱升降时产生的热而变化。在升降机吊箱的移动中，这些变数产生某种程度的不可预测性。已经有人用过各种程度的反馈，但是这些方法的典型问题是费用增高而系统的效力降低，原因是要求泵有过大的功率。
对反馈技术的说明，在美国专利第4，205，592号中有揭示，其通过阀到达诸如液压升降机的液流，从有电位计的流量表中通过。当流量增高时，和电位计滑动片移动相关连的输出电压就变化，表示出流量的大小。美国专利第4，381，699号中揭示了一种相似类型的阀控制器。
美国专利第4，418，794号说明的类型的阀，可以用在可感测流量的系统中，但或许用一个较大的反馈回路，感测升降机吊箱的位置，以控制阀的运转。
虽然本文中叙述的本发明，发展自升降机的液压阀控制器在叙述中为了便利起见，以这类控制器作背景，然而本发明在其他有类似控制要求的系统中，也同样可以使用。
在本发明中，用一个步进电机操纵一个线流控制阀，当物件（例如升降机吊箱）升高时，控制泵和升降机液压缸之间的流量，当吊箱下降时，控制从液压缸到液箱的回流。这个阀的与时间相关的动作，反映通向吊箱的流量，也反映了吊箱的速度变化。阀开始运转时，其位置使来自泵的液流完全从旁路绕过吊箱。然后逐渐关闭，减少旁路流量。当通向升降机吊箱的压力超过支持吊箱所需要的压力后，有程序使阀的动作，达到升降机速度的要求状态。
根据本发明，当泵的输出压力刚超过把吊箱在位置上支持所需压力时产生的压差，可以从泵压和箱压在相反的方向上从中通过的单向阀动作上感测。单向阀达到开放位置上时，这时吊箱刚将开始移动，由一个电开关测得，产生电控制信号，输送给主阀控制器。吊箱上升时，控制信号是主阀决定升降机吊箱速度状态的程序化定位的起点。当吊箱下降，初始时，阀开放，开放速度适合于重载吊箱和热的压液。假如吊箱的实际速度，低于相同条件下的预期速度，那么便按比例增加以后向步进电机输送信号的次数，使最终速度增高，再按照各种液流特点作调节，使状况相当于常温压液或轻载吊箱的运转。
按本发明所提出，下行时，阀根据实际吊箱速度和要求速度的比较的函数来改变位置。假如阀的位置不能改变吊箱的速度，这在吊箱荷载非常轻时会发生，于是阀逐渐开大，直到感测到有减速。然后把阀的位置固定。
本发明所提出的另一个方面，也许特别与升降机有关，吊箱速度的各分段，如加速跳入，等加速，加速跳出，减速跳入，等减速，减速跳出段等，可以通过用步进电机控制各阀孔的面积，并通过在升降机的全部行程中，在各电机步级和阀孔区域间，安排恒定的增量，作明确的控制。
本发明有许多特点。而最重要的是，因为用压液和荷载的特点控制阀的工作，所以提供非常精确的运行。而且，因为用反馈根据这些特点作可选择的调节，因此既简单又可靠。阀流的大部分不用反馈控制。
附图内容如下：
图1为本发明的有液压阀的升降机控制系统工作方框图。包括该阀的剖视。
图2为相同时间基础的两个波形。一个表示吊箱在两楼层之间的上行速度。另一波形表示向阀步进电机提供的、产生该吊箱速度分布的步进电机驱动信号。
图3有相同的波形但表示升降机的下行。
图4A、4B为升降机在楼层间上下行时，用于控制步进电机，以取得要求的吊箱速度分布的处理机常规流程图。
图1示在若干楼层或平台之间移动升降机吊箱10的液压升降机控制系统。楼层或平台图中未示。吊箱和从液压缸12中伸出的吊箱柱塞11连接，把压液压入或排出液压缸，相应升降吊箱，液流的控制和调节方法，将在下文中详细叙述。吊箱的移动由一个传感器13检测。传感器和静止位置磁带14关连，在传输线15上提供（位置）信号，供给一个泵阀控制器（PVC）17。位置信号表示吊箱的位置和速度。把这样感测到的吊箱位置，用于控制进出液压缸的压液流量，以控制吊箱柱塞11的位置。PVC17控制的液压阀系统中，有一个泵21和一个压液箱5。泵通过一个单向阀6（防止回流），向一个液压控制阀组合件A供给压液，这组合件和泵共同由PVC17控制。泵由线路22中的一个泵开/关信号开或关（起动/停止），泵把加压的压液通过单向阀6，送到第一孔25。
入口25通向属于线流阀27一部分的一个钥匙状的阀孔26，线流阀在两个位置P1，P2之间直线往复移动，在P2上全开，P1上全关。阀27的位置，由一个步进电机28，接受PVC17通过管路20传递的（速度）信号进行控制。该信号有连续的脉冲，这些信号的频率决定电机28的速度，因此也决定阀27的纵向（见箭头A1）移动量。速度信号的每一个脉冲，表示阀27在点P1和P2之间移动距离的增量。阀的位置由两位置之间的累积计数表示。阀孔26有一个大孔26a和一个相邻的窄孔26b，作成钥匙形状。在一个位置P2处，大孔26a和第一入口25相邻，与大孔相邻的窄部26b与第二出口31相邻。在这位置上时阀27“开”。第二出口31通向连接压液箱5的管路32。在位置P1上时，小孔26b最靠近入口25，通向出口31的路径被阀的实体部分遮挡。在这位置上时，阀27“关”。在开放位置P2上时，液流从泵中排出，通过管路24;这就是上流（FU），即抬升吊箱的液流。然后液流进入大孔26a，继而通过小孔26b，返回管路32，而进入液箱。于是泵起动时，升流旁路。然而，在阀27关闭时（移到位置P1上），升流压力开始在一个内腔35中增高，而当从孔26b通入出口31的流量减小时，管路32上的旁路流量减少。当阀27移动到位置P1（非旁路位置）上时，两个孔26a，26b和主入口25有部分重叠，也就是通过大孔26a的路径减小，而通过小阀孔26b的路径变大。但是，小阀门孔26b面积，比大阀孔更多受阀27的纵向位置的影响。其结果，流量变化受控于小阀孔通向出口31的面积大小，当主阀开始向关闭位置P1移动时，该面积减小，这时全部升流从入口25流到腔35;因为在入口25和出口31之间没有通路。
内腔35中的压液的压力PS1被加到主单向阀（MCV）40上。这阀有一根小阀杆41放在导轨41a中。MCV可以随腔35和腔43之间的压差反应，自由上下移动，它们的压力分别为PS1及PS2。泵起动时，主阀27关闭，移向位置P1，当PS1大于PS2时，MCV被向上推移，使升流可以通过MCV，进入通向液压缸12的管路42。这发生于旁路流减少时。合成液流把吊箱柱塞11向上推动，使吊箱在同方向上移动。
吊箱10静止时，管路42中的压力和腔43中的压力相等，即PS2。当泵21停机时，压力把MCV40向下压，于是管路42中的降流（FD）被截止，使吊箱停定。在这状态下不可能有液流通过管路42而回入液箱5。为使液流通过，必须把MCV40提起，这是通过起动主单向阀促动器50实现。
这促动器中有一根杆50a，被推向上时接触阀杆41;一个第一元件50b被向上顶住该杆;一个第二元件50c被上推时，推动第一元件。当把压力为PS2的流体施加到进口管路52中时，杆50a被上推，推动MCV40向上，这仅发生于把下降信号，向连接电磁控制泄流阀55的线路53输送时。然后管路52中的流体压力被加到元件（柱塞）50b，50c的底部，这些元件的总表面面积，大于阀40的上表面面积62。第二元件移动抵靠腔50e的壁50d为止。由于有突缘50e，第一元件也随第二元件移动。这小量的移动（直到壁50d）把MCV40“裂”开，使PS1及PS2平衡。然后第一元件继续上移，直到也接触该壁，把MCV40完全打开。这使腔35的液流（FD）可以通过孔26a，26b和管路32回流。通过管路24的降流被单向阀6截止。阀27的位置决定降流的速率，因此，阀27向下时，决定吊箱的速度状态。阀被速度信号从关闭位置P1，推向开放位置P2。速度信号的持续时间和频率确定下降速度状态。
有一个开关70与MCV40相邻，MCV40向上移动时触动开关，在线路71上向PVC17提供一个信号（CV）。CV信号表示阀已移动到使升降机上行的位置，说明腔35里的压力略大于腔43里的压力。利用这个信号，PVC还能通过控制构成速度信号的脉冲速度和持续时间，进一步控制阀的动作，该速度信号向线路20供给。CV信号在腔35的压力PS1刚超过PS2的压力时发生，也就是在刚开始有实际液流之前。CV信号发生肯定说明有预期的液流。
步进电机控制的阀27，还起腔35的卸压作用。步进电机28有一个输出连杆28a，又有一个套环28b附在连杆上。连杆和套环插在阀27的空间部分中，但有一个与另一阀壁27b相对的阀壁27a，使之与液流区（阀孔26a，26b）隔离。（阀27有中空圆柱体的形状;液流在其内部通过）。有一个弹簧28c插在壁和套环28b之间。当步进电机运转时，连杆按与速度信号步级相应的步级上下移动。这移动通过阀27的弹簧传递到壁27a上，阀27和连杆同步移动。假如泵输出管路21a中的压力，足以推动卸压阀（PRV），便把压力加到阀27的顶部27b，整个阀27被下压，使泵的排出液流通过管路32，被压入液箱5，解除过压状态。
在手动下降吊箱时，起动一个手动阀80，使压液从腔直接流回液箱5。
图2示吊箱速度，和升降机上行运转的速度信号。首先在时间To时把泵起动，在即将起动前线流阀被放到全开位置P2上。泵在To时起动，初速为每秒钟若干步级（So）。在本文中S表示速度信号的速率，SN表示N为0到4时的个别速率。S4的速率高于So。线性阀在由速率SMAX决定的常速下开放。时间T2时接收到信号CV，这时阀已移到位置PO2。然后速率下降到So，按预定的时间T持续。然后速率增高到预定的较高的速率S1，按预定的时间T持续，和So时一样。在初始周期T以后，速率又增高到另一速度S2，持续时间也是T。速率继续通过每一时间间隔T，达到S3，最后终止于速率S4，这时是吊箱预定最高加/减速。S1，S2，S3决定跳入的特点。计算To以后的步级数目，便知道任何点上的阀位置。由于速率Smax的持续时间取决于To和T2的差别，而这差是压液性质的函数，因此等加速或等减速时阀的位置略有偏移。
在时间T4时，速率S4不再持续，而变为较低的速率S3。T4显然和To以后步级数目确定的阀的位置一致。在离散时间间隔T中，速率从S3向So逐步减低，直到在T5时速率达到零。这决定加速的跳出点。大致在T5和T6之间，吊箱按恒速前进，即Vmax。在位置P2上时，阀全开，全部FU（升流）被引入液压缸。这时没有旁路液流。在T6时接收到一个减速信号，这信号来自轴中的一个器件，标志着在上行时，应向平台减速的一个具体的点。这信号也可来自位置信号。
在这一点上时，必须把阀逐渐移到开放位置（把升流从旁路送入液箱），使吊箱按适宜跳入，跳出和减速降低速度。在上行位置上时，也是利用Po和P1之间的行程。减速的跳入阶段稍迟于减速信号以后开始，开始时在速率S1下，立刻把阀推向开放位置，但方向相向（相反极性），因为必须把阀开放，向位置P2移动。然后，在时间T以后，在每增加一个T以后，速率逐步增高，直至达到最终速率S4，这时吊箱以速率S4决定的恒速减速。于是，当阀在位置P01上时，速率从S4降回So。在P02上时，减低为零;电机停止。但在位置P02上时，阀稍开放，由于延迟作用开放的距离约为DP，直至CV信号产生。因此，由于泵的一部分输出供给压缸，所以吊箱在低速下向楼层蠕动。达到平台的外门区时，阀按高速S5关闭，然后在内门区中速率达到到较高的S6。当吊箱平齐时，液泵电机停止。在这点上时阀全开。
在从楼层下行中，包括一个不同的步骤，因为吊箱的速度等于降流（FD）的速度，这完全由线性阀的位置控制。（向上时最高速度决定于泵的输出）。
下行运转如图3所示。下行开始于阀在关闭位置P1上定位。在这位置上时因为有单向阀，故没有通过泵的回流。降流通过管路32的流路因设置线性阀截止。随着下降信号的产生，向电磁泄流阀55供给，MCV阀40被向上推动。这样便产生CV信号，阀便相随在初速-SO下（在反向上把阀开放）从P1移向P2。于是吊箱开始移动，传感器发出位置信号。在To和T1之间的两个相等的120毫秒时间隔（其间步进电机速度保持So）中，吊箱速度，即下降速度根据位置信号测量，和吊箱最高速度进行比较。速率So为最劣状态速率;在这速率下假定压液高温，并且吊箱满载。因此So低于轻载吊箱或冷压液时的速率。假如吊箱速率低于预期，这说明吊箱轻载或压液温度低，或既轻载又液温低，于是从S1到S4都按超速或欠速而增高或降低。从比较过程产生两种速度误差信号（VERR），用两者的平均值重新计算速率，用So′-S4′表示。在时间T1和T2之间，电机速度按相等的时间阶段T，从S1′连续增高到S4′，后者为最终的加速率。一直到时间T3，速率停留在S4′上。然后到T5时速率从S4′降低到0;T3还决定阀的位置P01，这时吊箱达到最高速度（VMAX）的90%。按这个过程阀达到最终位置，其时降流FD约为VMAX的90%。这时阀接近全开，即在位置P2上或其附近。于是吊箱下降，在全部下降过程中速度通过位置信号监测。通过供给低速速率信号（校正信号）使阀开闭，以保持速度接近VMAX。接近楼层时，在距楼层的某一距离时，又接收到减速信号。在这点上时，从电机到达位置P02（时间T5时）所经过的步级的总数，加或减去校正信号分级数，便可立刻知道阀的位置P02，校正信号的步进可以把阀向两方向移动，“微调”液流。阀最终位置P1A接近全闭位置P1，计算时考虑到延时，诸如楼层位置感测器的尺寸等。使其量度小于位置P1有助于开阀不致过早，否则便会使吊箱未与楼层比齐时停止。然后计算P03和P1A之间的距离，约等于跳入和跳出阶段之间的距离的10%。跳入和跳出阶段按重新计算的速率So″-S3″使其发生。把这些速率在跳入和跳出段的10%的幅度范围内，按比例增高至速率S04″。
在位置P1A上时，阀不完全关闭，吊箱缓慢蠕动一个短距离，到达与楼层平。把MV（主阀）关闭，使吊箱在楼层停止，然后消除下降信号，把CV阀（单向阀）关闭。
再参看图1，图示一个系统利用一台计算机执行制造类型的操作。具体地说，PVC（泵阀控制器）中有一个处理器17a，其中有一个CPU（中央处理机）17a1，一个CPU时钟17a2，一个CPU RAM（随机存取存储器）17a3，和一个输入/输出终端17a4，通过该终端接收信号，并传输CPU发出的信号。CPU通过输入/输出孔，吊箱调用信号及楼层调用（hall call）信号，接收位置信号和CV信号。CPU通过输入/输出孔，提供通过一个缓冲驱动器17d的下降信号。同样，通过一个缓冲器17c供给速度信号，通过缓冲器17b供给泵开/关信号。CPU连接一个EPROM17c（可擦可编程序只读存储器），该EPROM中存储阀动作参数，在升降机运转开始时计算机速度S1，S2，S3及S4。关于这些速度的计算，仅利用存储在EPROM中的基本速度形态。执行这计算数学程序或算法都属熟知者，凡计算机处理技术的技术人员都易于完成，因此本文未对计算过程深入叙述。在叙述中假定这些速率在运转开始时已初步计算，然后在进行本发明的特殊过程“读入”。阀27开放和关闭时的阀位置，也存储在EPROM中（以与每一位置相关的电机28的级数为准）。（可以有一个后退传感器和阀连接，指示开、关位置，和“死区”部分，在“死区”中时阀的移动对流不产生可见的作用）。图4A，B所示的流程图，表示可用于CPU程序编制的过程，以取得升降机所需的上述控制。
阀控制程序开始于输入一个调用信号，无论上行调用或下行调用。在分步10中确定上行调用或下行调用。假如是下行调用，则分步S10的测试结果为负，于是过程从分步S90开始，在下文中将有较详细叙述。假定是上行调用，则下行调用测试结果为负，过程转入分步S12，在这分步中，阀27移动到位置P2，这时阀全开。泵在分步S14中起动，液流从阀中通过退回液箱。步进电机的初速SMAX，通过在分步16中指定N＝0读出，在分步18中把计算机时钟定为To。在分步20中，在N＝0时，按速率S发出步进电机速度信号指令，在分步S27中进行测试确定是否有CV信号产生，如果没有，那么速度信号保持在SMAX。在S22时假如有正的测试答案，则表示已有CV信号产生，于是前进到分步S24，这时用公式N＝1+X选定N值，X的初始值选定为0，因此N为1。在分步S26中，对计算机提问，确定N＝1时的速度S（本文中以前用S1表示）。在下一分步S28中，时间计数测量器在T1时起动，在分步S30中向速度信号供给S1。在分步S32中，进行测量以确定速度信号的持续时间，这时间应为T。在达到T以前，速度信号连续产生。一旦达到持续时间T，便进行一个测试，确定跳入速度信号程序已达到哪一阶段。在So阶段后有四个阶段，如上文所述，S4确定等加速部分的范围。假如在分步S36中N不等于四，那么X便增长一个单位，过程返回到分步S26，结果S2便成为速度信号的速率。当N等于四时，说明在持续时间T中S4已被利用。S4连续产生，如分步S36所示，并且在分步S38中，进行一个测试，确定是否已达到T3。这就是跳入阶段应该开始的时间。在达T3以前，速率保持在S（N），而N等于4。在分步S38测试答案是正时，便前进到分步S40，这分步用于产生与速度信号从So到S4的程序相反的顺序。在分步S中的，确定N等于X-1，首先定N的值为4。在分步S42中，速度信号为S时定为N，如在分步S40的公式中，N等于3。速度信号继续，直到在S44有一个正的测试答案，说明持续时间等于T。在分步S46中进行一个测试，确定N是否等于零，这是跳出阶段的最后速率。假如答案为负，分步S48中的X有负1的增量，那么过程返回分步S42，这时给出速度信号的一个新的值，这里便是S2。如果分步S46有正的答案，说明跳出阶段完毕，过程前进到分步S50，提问是否已取得减速标示。减速标示是一个存储信号，说明已达到减速位置。在这点上时，升降机吊箱向上用最高速行进，接近减速点。于是S40产生一个负答案。在分步S42上进行一个补充测试，确定是否已在下行。而这是上行，所以获得负答案，过程前进到分步S44，这时步进电机关闭。于是阀的位置在这点上静止，并且，由于在跳入加速阶段和跳出阶段中产生增量的频次，使阀基本处在位置P1上。在分步S46中进行一个测试，确定是否已达到减速位置。答案为负时要求电机继续关闭。如为正答案则前进分步S58，其中有一个触发程序，为使阀门随速率信号反应，向反方向移动，把速度信号逆转（负S）。这是必要的，如前文已有解说，因为为了使吊箱减速以和楼层比齐，阀在这阶段中必须从关闭位置移动到开放位置。分步S60确定N的初始值。和前文相似，N在这里确定为1+X，而X的初始值为1。利用N的这个计算出的参数，过程退回到分步S26。在分步S26中，随着减速信号存储一个减速标示。在减速中的跳出阶段，分步S46完成，在分步S50中产生正答案，然后过程从分步S50进入分步S62，在分步S62中电机停止。吊箱在这时接近楼层，在分步S62中确定吊箱是否已到外区。如果有正答案过程便沿分步S66前进，这时给予速度信号一个预存储值-S，这个值是预定的高反向速率。这反向速率-S5持续到S68的测试，确定吊箱是否到达内区，提供一个正答案。然后在分步S60中，速度增高到一个更高的反向速率-S6，这发生于分步S70中。楼层平齐时S72中的测试产生一个正答案，使泵关闭，电机在分步S74中关闭，完成上行而过程终了。
假如分步S10产生一个正答案，说明吊箱正在下行，过程便从S10前进到S90。分步S90给定一个下行标示，说明吊箱随一个吊箱下行调用信号反应，正在向下运行。然后阀在分步S92中立刻完全关闭，CV阀在分步S93中由于CPU提供下降信号而开放。在分步S94中，CPU读出N等于0时的存储值S，在分步S96中把时间设定为T。和前文一样将速度设定为S（N），N等于零，或将So按前文设定。这时吊箱开始增高速度，阀在速率So下开放。在分步S100中进行测试，确定在时间T以后是否已经过120毫秒。经过120毫秒后，把要求的升降机速度和位置信号表示的速度的差量存储，称为VELERR1。假如在分步S104中测出的从To以后经历的时间是240毫秒，则在分步S106中称另一速度误差信号为VELERR2。然后在分步S108中求出VELERR1和VELERR2的平均值，将其百分数存储。分步S110是定N值的起始步骤，N值如前文所述，用于确定采用哪一速度信号。这步骤开始时X以零值作起点。然后在分步S112中，读出速率信号S（N），由于X为零，这信号便为S1。在对电机速度发指令前，用误差信号的百分数调节S1，根据百分数调节到一个较高的数值或较低的数值。假如吊箱的行进速度高于预期，便降低S1。假如吊箱进行比预期慢，则提高S1。这校正的结果为S（N），在分步S116中，指定速度信号为S′（N），在这里是S1加上或减去超速或欠速的百分数。在分步S118中进行一次测试，以确定速度信号的持续时间。当持续时间为T时，在分步S120中进行一次测试，因为在跳入阶段中在S0以后经过了四个分步，所以再一次确定N是否为四。由于本例中N等于1，所以在分步S122中增加一个分步，然后重复进行这步骤，直到N等于四。在这点上时速度信号是S′4，是调整后的最高加速速率。分步S124是在维持S′4的过程。在分步S126中，进行一次测试，确定吊箱速度是否已经达到存储的VMAX的90%，这存储的VMAX是吊箱的最高下行速度。假如这测试的答案是正的，过程便前进到分步S40，这分步及加速时的跳出阶段。这过程前文中已作解释，但是还应理解过的，是跳出阶段现在应该用的数字是S′N。当跳出阶段完毕后，发现吊箱在分步S76中没有在平齐位置上，使把阀的位置在分步S77中作为VPA存储。这就是跳出阶段刚完结后的阀位置。在分步S78中取得存储速度和参考速度的差，作为正或负Sc存储，把Sc信号作指令发给速度控制，把阀在位置P1和P2之间移动一个小增量，使速度和参考速度的差，在这工况中形成的闭回路系统中，保持在容许的误差范围内。分步为S80终于产生正答案后，说明已达到减速位置。在这点上的阀位置为VPI。然后在分步S84中设定减速标示。在分步S86中，用校正信号CORR去乘信号S′（N）。这校正步骤的目的，是增减分步的速率，以便把阀移动到位置P1A（见图3）上，使约10%的时间消耗在跳入和跳出阶段中。一待分步S86完毕，便在分步S58中把速度数值S″（N）反逆，把数值改为负数，因为阀必须向反方向移动，自从S58以后，跳出阶段如以前状态持续，但有新值-S″（N）。最后在S76的测试中，终于指示出吊箱在靠近楼层的平齐区中，于是正答案产生分步S88中的下降信号终止，吊箱在这点上停止。于是在吊箱和楼层平齐时，过程终了。
对本发明已根据在升降机上的应用作了叙述。但显然可用于其他要求有相同时间和位置精确性的液压控制系统。此外，虽然已对本发明的理想实施方案作了揭示和解说，但是在与本发明有关技艺领域中有一般擅长的人，都可就其实施作完全或部分的修改和变化，而不脱离本发明的真实范围和精神。