[发明专利]控制阀组件的流体流率特性的方法和装置

说明书

背景技术

电控阀组件用在航空工业中以控制流体通过各种航空器系统的流动和传送。例如，常规直接驱动伺服阀(servovalve)用作航空器系统的一部分，以将相对低功率电控制输入信号转换为相对大机械功率输出。典型的直接驱动伺服阀包括外壳、阀部件如柱塞(spool)、电机和传感器。外壳限定流体通路，阀部件位于流体通路内。电机被配置为使流体通路内的阀部件在打开位置和闭合位置之间移动，以便控制通路内流体流的数量。传感器被配置为感应流体通路内阀部件的位置以及电机转子组件的转动方位。

在工作期间，电控制器从用户输入设备接收命令信号，该命令信号引导控制器以特定方式(例如，增大流、减小流、终止流等)来操作伺服阀。控制器还从传感器接收位置信号，因此使得控制器能够确定流体通路内阀部件的当前位置。控制器然后根据命令信号和位置信号向电机发送控制信号，以控制转子组件的旋转方位。结果，转子组件将阀部件移动至流体通路内的所需位置处，以控制通过伺服阀流动的流体数量，从而驱动流体传动器(actuator)来操作可变几何形状元件例如与航空器相关联的元件。

另外，蝶形阀(butterfly valve)或提升阀(poppet valve)用作航空器燃料系统的一部分，以控制传送至航空器中各个系统的燃料数量。常规蝶形阀通过调节流通道内阀板或节流板的位置，来控制流通道中的流体流率(flow rate)。例如，响应于命令信号，电机被配置为在打开位置(阀板面与流体通路中的流平行取向)与闭合位置(阀板面与流体通路中的流垂直取向)之间转动阀板，减小通道内的流体流率。这种转动调整提供给航空器中各个系统的燃料数量。

发明内容

常规阀组件具有多种不足。典型地，尽管使用命令信号来调整阀元件在流体通路内的定位，但是阀元件通常建立非线性流率改变特性。以提升阀为例，假设控制器向电机发送控制信号以将提升阀的阀板定位于50％打开位置。响应于控制信号，由于非线性流率改变特性，阀板可以定位于流体通路中以使大于或小于所需量的流体通过通路。这种定位导致与命令位置相比不准确量的流率通过流体通路。另外，利用常规阀组件，阀元件的速度典型地通过单个可变参数来控制，导致阀元件在阀行程期间以基本上恒定的速度移动。因此，在提升阀的情况下，如果提升阀元件在靠近阀座时能够相对于阀座快速改变位置，则在打开时在阀元件下游或者在闭合时在阀元件上游可能出现压力波动(pressure surge)。这种压力波动(称作水锤)可以导致对阀或其他系统部件的损坏。

与常规阀组件不同，本发明的实施例涉及用于控制阀组件的流体流率特性的方法和装置。控制器配置有具有命令信号值组的表，命令信号值表示为了获得通过流体通路的所需流率的阀元件命令位置。该表还包括实验测量的驱动信号值组，驱动信号值表示为获得通过流体通路的所需流率而需要的阀元件实际位置。在工作期间，为了获得通过流体通路的所需流率，控制器拦截来自命令信号源的命令信号。由于非线性流率改变特性，命令信号将会在流体通路内把阀组件的阀定位为使大于或小于所需量的流体通过通路。因此，控制器向阀组件提供基于表值的相应驱动信号。因此，控制器控制阀元件的定位，使得阀元件打开至大于或小于命令位置的位置，以便提供通过流体通路的所需流。因此，在一个实施例中，控制器被配置为提供通过任何液体或气体介质阀组件的流特性的线性化。

在一种配置中，基于表，控制器被配置为调整打开和闭合改变率特性，以满足针对每一具体阀配置的客户需求。另外，控制器被配置为控制阀元件在阀元件行程中某些点处的位置改变率，以减小流体通路内的水压锤(hydraulic water hammer)和系统压力波动。

在一种配置中，一种用于控制阀组件的流率特性的方法包括：接收具有命令信号值的命令信号，该命令信号被配置为在第一位置和命令位置之间定位阀组件的阀，以根据第一流率特性提供通过流体通路的流体流。该方法包括：访问流控制表以检测与命令信号值相对应的驱动信号值，该流控制表将命令信号值组与相应的驱动信号值组相关，驱动信号值组对应于阀组件的流率值组。该方法包括：向阀组件提供与驱动信号值相关联的驱动信号，该驱动信号被配置为在第一位置与驱动位置之间定位阀组件的阀，以根据第二流率特性提供通过流体通路的流体流，其中第二流率特性不同于第一流率特性。