專利名稱：浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)，尤其涉及能夠減少抖動并且能夠提高執(zhí)行器電動機控制壽命的浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)得到持續(xù)的發(fā)展，發(fā)展的重點在于產(chǎn)生更高的效率、可靠性以及更高的人體舒適度。在最基本的水平上，HVAC系統(tǒng)存在于許多家庭中。這種基本系統(tǒng)通常包括恒溫器、爐子以及位于住宅房間內(nèi)的各種通風(fēng)孔上的調(diào)節(jié)風(fēng)門。居民將恒溫器設(shè)定在所需溫度，當環(huán)境溫度低于所設(shè)定的溫度時，恒溫器發(fā)出指令開啟爐子。整個住宅中單個房間的溫度控制是通過物理地打開或關(guān)閉通風(fēng)孔調(diào)節(jié)風(fēng)門而被手動調(diào)節(jié)的。當恒溫器周圍的環(huán)境溫度超出所設(shè)溫度一個給定的量時，爐子被命令關(guān)斷。
在這種基本的開—關(guān)控制模式中，典型的控制器可以是由恒溫器中的雙金屬機構(gòu)激活的雙金屬切換元件或水銀開關(guān)。在這種強迫通風(fēng)家用爐子的例子中，當溫度太冷時，執(zhí)行器打開線被加電，結(jié)果使閥或調(diào)節(jié)風(fēng)門復(fù)位以增加加熱。當受控的空間溫度增加時，所述元件激活用于關(guān)閉調(diào)節(jié)風(fēng)門或閥的關(guān)閉線，從而終止加熱循環(huán)。這種控制產(chǎn)生100％或0％的加熱，并且經(jīng)常有相對較大的溫度擺動。
增加帶有雙金屬的加熱元件和輸出的“保持位置”，并且利用這些簡單的控制器，可以實現(xiàn)更好的控制。在保持位置中，執(zhí)行器的打開和關(guān)閉控制線未加電。通過在執(zhí)行器開始打開時激活加熱元件，能夠限制打開運行時間和所得的加熱效果。最終的結(jié)果是更均勻的連續(xù)的加熱。
在更復(fù)雜的HVAC系統(tǒng)中，諸如用于大辦公建筑物、購物商場、大的公寓大樓等的HVAC系統(tǒng)中，爐子的這種簡單的單一恒溫器不再實用。在這些較大的、更復(fù)雜的裝置中，通常爐子的控制與調(diào)節(jié)風(fēng)門的控制是分開的，這一點是自動實現(xiàn)的。即，在這種裝置中，即使特殊的辦公室不需要熱，爐子也可以連續(xù)運行，并將熱供至整個建筑物。利用控制通風(fēng)孔調(diào)節(jié)風(fēng)門的位置的恒溫器提供對單個辦公室或區(qū)段的溫度控制。當需要加熱時，通風(fēng)孔調(diào)節(jié)風(fēng)門被命令打開。當不需要加熱時，通風(fēng)孔調(diào)節(jié)風(fēng)門被命令關(guān)閉。
為了在各種區(qū)段內(nèi)的這種裝置中實現(xiàn)更均勻的加熱，使用復(fù)雜的控制器和建筑物自動化系統(tǒng)。這種系統(tǒng)使用經(jīng)過整個比例/積分/微分(PID)的比例控制策略。除了PID控制環(huán)調(diào)節(jié)常數(shù)以外，這些控制器具有為特殊的執(zhí)行裝置而定制其輸出的參數(shù)。可以用在這些復(fù)雜控制器中的一種算法是浮置執(zhí)行器輸出算法。這種算法在執(zhí)行器將被打開時產(chǎn)生打開命令，在執(zhí)行器將被關(guān)閉時產(chǎn)生關(guān)閉命令，以及不產(chǎn)生命令(打開和關(guān)閉是浮置的)以將執(zhí)行器保持在適當位置。
浮置執(zhí)行器具有兩個輸入控制信號，即，驅(qū)動打開和驅(qū)動關(guān)閉。一般來說，用于產(chǎn)生和解釋這種控制信號的電路比模擬控制信號(例如2V至10V，4mA至20mA)所需的電路便宜。浮置輸入信號不連續(xù)，并且是提供較高抗噪聲性的比模擬控制信號高的較高電壓(通常為24Vac或dc)。并且，一般，通過模擬控制系統(tǒng)，執(zhí)行器必須“知道”5V的輸入表示什么(即，行程百分比是什么)。這需要在執(zhí)行器中有位置測量系統(tǒng)，以實現(xiàn)適當?shù)谋恢噶钗恢谩４送?，開—關(guān)—開(打開—保持—打開)控制比它的模擬對應(yīng)部分(0至10V，2至10V，1至5V，4-20mA，等等)更普通/通用。
在信號實際將電力供至電動機(3線)的一些情況下，執(zhí)行器被獨立地供以動力，并且輸入線是真正的控制線(4或5線)。當打開輸入信號激活時，執(zhí)行器驅(qū)動器打開，而當關(guān)閉輸入信號激活時，驅(qū)動器關(guān)閉。如果兩個輸入都激活以及沒有輸入被激活，那么執(zhí)行器將保持位置。(顯然，為了保持位置，彈簧復(fù)位執(zhí)行器是獨立動力型的)。
當使用這種浮置算法時，執(zhí)行器的運行時間(從零運行至全行程所需的時間)必須被輸入作為控制環(huán)設(shè)置的一部分。該參數(shù)允許控制器基于控制環(huán)需求信號定位執(zhí)行器。通過將執(zhí)行器運行至已知位置(通常為零)，并保持施加關(guān)閉輸出信號一段稍長于運行時間的時間，由此初始化所述環(huán)。一旦執(zhí)行器的位置已知，控制器就保持時間軌跡，打開和關(guān)閉信號被激活，并且能夠計算獲得所需操作點所必須的執(zhí)行器位置、運行時間和方向?？刂撇呗孕枰_的計時以實現(xiàn)這種控制。例如，在啟動/動力應(yīng)用中，典型浮置控制算法將激活關(guān)閉輸入信號并保持一段稍長于執(zhí)行器運行時間的時間段。該動作將執(zhí)行器定位于已知的起始位置(在完全關(guān)閉/零的情況下)?？刂骗h(huán)要求可以被轉(zhuǎn)化成基于執(zhí)行器全行程運行時間的“驅(qū)動時間”浮置控制信號。對于50％輸出的需求，浮置打開線被激活并保持一半的執(zhí)行器運行時間。如果要求變?yōu)樾枰?0％的輸出，那么浮置打開線再次被激活增加10％的運行時間。
當被適當設(shè)置和調(diào)整時，控制器能提供非常平滑、均勻的控制以及對任何溫度擾動的快速響應(yīng)。這種控制的目標是在設(shè)置點處實現(xiàn)具有非常小溫度擺動的恒溫?？刂破髟噲D通過在執(zhí)行器的位置中運用更多和更精密的輸出改變、以補償它所負責(zé)的區(qū)段中的最小檢測溫度擾動來實現(xiàn)所述的溫度平衡。當被轉(zhuǎn)化成調(diào)節(jié)風(fēng)門機械領(lǐng)域時，這些小的改變在對物件磨損方面的效果遠遠大于在執(zhí)行器物理位置中產(chǎn)生明顯控制改變的效果。
即，產(chǎn)生了這樣的問題高增益控制環(huán)(低節(jié)流范圍)而最小驅(qū)動時間小于例如行程時間的0.5％。例如，對應(yīng)2°的節(jié)流范圍(TR)，0.01°的溫度變化將產(chǎn)生最小輸出(0.5％)驅(qū)動脈沖。由于0.01°在大多數(shù)控制系統(tǒng)的噪聲頻帶內(nèi)，因此在控制設(shè)置點處通常產(chǎn)生打開和關(guān)閉驅(qū)動信號的正在發(fā)生的隨機系列。當設(shè)置點改變時，大的環(huán)路誤差產(chǎn)生，引起大的驅(qū)動時間輸出(對應(yīng)2°TR，1°改變將產(chǎn)生50％的行程驅(qū)動時間)。這樣在環(huán)路加熱(或冷卻)中引起大的變化，環(huán)路加熱開始減少環(huán)路誤差。當誤差被減小時，執(zhí)行器位置隨著一系列最小驅(qū)動時間脈沖被改變。雖然脈沖將趨于沿單個方向(打開或關(guān)閉)，但由于信噪比，使得仍希望控制反向/抖動。隨著時間的過去，這樣會導(dǎo)致執(zhí)行器產(chǎn)生不期望有的磨損。通過較大的TR，抖動可以被消除，但是環(huán)路誤差中的較慢改變將導(dǎo)致由一系列最小驅(qū)動時間信號完成的每個位置的改變，這也是不希望有的。
因此，在本領(lǐng)域中需要一種執(zhí)行器驅(qū)動器，該執(zhí)行器驅(qū)動器不允許浮置執(zhí)行器控制器損壞執(zhí)行器，而且仍然能提供執(zhí)行器的精確的定位。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上問題，本發(fā)明提供一種新的、經(jīng)改進的執(zhí)行器控制。更具體地說，本發(fā)明提供一種新的、經(jīng)改進的用于浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)的執(zhí)行器控制。優(yōu)選地是，本發(fā)明的浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)和方法消除或大致減少了抖動和反沖引起的磨損，并且仍然保持根據(jù)HVAC控制器發(fā)出的打開和關(guān)閉命令進行的執(zhí)行器的精確定位。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)和方法提供來自HVAC控制器的輸入執(zhí)行器控制信號的累計功能。具體來說，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法追蹤來自HVAC控制器的輸入控制信號，但只在控制信號的累加發(fā)出命令改變執(zhí)行器的位置時復(fù)位執(zhí)行器，其中所述位置改變實際上是通過機械執(zhí)行器和驅(qū)動器來完成的。這樣，由于短周期/抖動引起的過度磨損可以被減小或被消除。
一旦本發(fā)明的系統(tǒng)和方法真的命令執(zhí)行器移動，這種復(fù)位就會持續(xù)，直到執(zhí)行器到達HVAC控制器發(fā)出的一系列輸入命令所指定的積累位置，從而根據(jù)HVAC控制器認為執(zhí)行器將在的位置來精確地定位執(zhí)行器。
在本發(fā)明的實施例中，用于浮置執(zhí)行器控制的系統(tǒng)和方法使用累加器，當打開命令出現(xiàn)時所述累加器對應(yīng)每個周期加一個數(shù)，當關(guān)閉命令出現(xiàn)時所述累加器對應(yīng)每個周期減一個數(shù)。累加器追蹤命令計數(shù)，直到HVAC控制器要求位置發(fā)生顯著變化。在優(yōu)選實施例中，所述顯著量的確定基于執(zhí)行器行進范圍的百分比。百分比可以根據(jù)控制特性和裝置以及加熱或冷卻區(qū)段的安裝需求進行改變，并且通常被設(shè)置在一至三個百分數(shù)之間。在一個實施例中，選擇最小一秒驅(qū)動時間，等同于95度行程的1.4度。在該實施例中，選擇1/256秒的程序周期，這是與執(zhí)行器將被驅(qū)動至新位置之前的256個累加器計數(shù)相互關(guān)聯(lián)的。
在該優(yōu)選實施例中，在執(zhí)行器關(guān)閉期間，每周期一個數(shù)將被加入累加器，在執(zhí)行器打開期間，一個數(shù)將被減去。這樣，一旦達到適當?shù)尿?qū)動閾值，累加器值將被驅(qū)動至零。如果在執(zhí)行器的復(fù)位期間仍然顯示關(guān)閉或打開命令，那么累加器值將不改變直到關(guān)閉或打開命令被去除，在那一點打開或關(guān)閉將驅(qū)使累加器值至零。為了防止累加器值的誤差，一旦執(zhí)行器停止打開或者關(guān)閉(到達它的終止位置)，適當?shù)睦奂悠饔嫈?shù)將被清除，并且對于停止位置的進一步的驅(qū)動命令將被忽略。即，如果執(zhí)行器停止打開，那么累加器的正值將被重置，并且進一步的打開命令計數(shù)將被忽略。同樣地，如果執(zhí)行器被停止關(guān)閉，則累加器的負計數(shù)將被清除，并且進一步的關(guān)閉命令計數(shù)將被忽略。
結(jié)合附圖，通過以下詳細的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得更清楚。
附圖簡述與說明書結(jié)合且形成說明書一部分的附圖以及用于解釋本發(fā)明原理的描述闡明了本發(fā)明的幾個方面。在附圖中

圖1是簡化的單線圖，示出了典型的HVAC浮置執(zhí)行器的控制環(huán)境，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法在該環(huán)境中有特別的適用性；圖2是本發(fā)明的浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)的功能方框圖；圖3是程序流程圖，示出了本發(fā)明的所述方法的累加功能；圖4是程序流程圖，示出了本發(fā)明的所述方法的執(zhí)行器復(fù)位功能；圖5是程序流程圖，示出了本發(fā)明的所述方法的執(zhí)行器復(fù)位初始化功能；圖6是程序流程圖，示出了本發(fā)明的所述方法的執(zhí)行器停止位置重校準功能；圖7是在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的控制下的執(zhí)行器復(fù)位操作的圖解說明；以及圖8是利用本發(fā)明的浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)和方法進行執(zhí)行器定位的進一步的圖解說明。
盡管將結(jié)合特定的優(yōu)選實施例描述本發(fā)明，然而本發(fā)明并不局限于這些實施例。相反地，本發(fā)明涵蓋包括在權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)的所有替換方案、變更方案及其等同物。
具體實施例方式
盡管本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于各種裝置和系統(tǒng)構(gòu)造，但圖1中示出了有助于理解本發(fā)明系統(tǒng)和方法的操作的典型裝置。從簡化的圖1中可以看出，可包括或可不包括遙測溫度傳感器的溫度控制器10提供用于將環(huán)境溫度控制在其控制區(qū)段內(nèi)的控制輸入。該HVC區(qū)段溫度控制器的設(shè)置和程序設(shè)計超出本發(fā)明的范圍，在這里將不進行討論，除用戶可能對所需區(qū)段溫度進行程序設(shè)計以及控制器10將處理溫度檢測輸入以產(chǎn)生浮置執(zhí)行器控制信號之外。這些控制信號將以簡化的形式由關(guān)閉線12和打開線14進行解釋。如上所述，并且如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到的一樣，關(guān)閉線12的啟動將會導(dǎo)致執(zhí)行器控制器16關(guān)閉執(zhí)行器18的調(diào)節(jié)風(fēng)門。如果執(zhí)行器調(diào)節(jié)風(fēng)門18被允許完全關(guān)閉，那么從加熱或冷卻管道20來的氣流將不再能夠通過關(guān)閉的調(diào)節(jié)風(fēng)門18流入受控的區(qū)段。類似地，當區(qū)段控制器10希望調(diào)節(jié)風(fēng)門18打開時，它激活打開線14，命令調(diào)節(jié)風(fēng)門執(zhí)行器16打開調(diào)節(jié)風(fēng)門18，以允許或增加從管道20流入受控區(qū)段中的空氣流。一旦調(diào)節(jié)風(fēng)門18如溫度區(qū)段控制器10命令的一樣被定位，該控制器10就允許兩個信號線12、14浮置。這些浮置輸入被調(diào)節(jié)風(fēng)門執(zhí)行器控制器16解釋為保持位置命令。結(jié)果，調(diào)節(jié)風(fēng)門執(zhí)行器控制器16將不試圖進一步復(fù)位調(diào)節(jié)風(fēng)門18。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，執(zhí)行器控制器16將響應(yīng)AC或者DC電壓輸入。這些輸入線12、14通常帶有大約1K歐姆和0.1μF的負載阻抗。在控制器16中的連接至這些線的輸入電路優(yōu)選具有閾值檢測器，所述閾值檢測器需要大約12Vdc或9Vac電壓以激活驅(qū)動器。相對較低的阻抗和閾值檢測器產(chǎn)生高的抗噪聲性和對漏電流的低敏感性，例如，初級控制器10三端雙向可控硅開關(guān)輸出泄漏和緩沖旁路電流。
在使用半波電源的控制器16的實施例中，當AC用作線12，14上的輸入信號時，僅在正的半線周期(24H正)施加電壓。為了提供連續(xù)的信號，控制器16使用“carry through”軟件計時器，用來在負的半線周期中保持驅(qū)動信號。每次檢測到浮置輸入信號，所述計時器被置零并且開始向上計數(shù)。只要計時器的值小于20ms，不論輸入信號的電平是什么，浮置輸入均被認為激活。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，浮置控制系統(tǒng)和方法在控制器16中以每秒256次的速度被運行。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，通過適當?shù)卣{(diào)整其他參數(shù)，周期可以根據(jù)需要進行變化，以下將清楚地描述。
當檢測到驅(qū)動打開輸入信號時，“加累計(integrate up)”標志被設(shè)置。同樣地，如果驅(qū)動關(guān)閉輸入是激活的，則“減累計(integrate down)”標志被設(shè)置。Carry through計時器被重置為零，并且累計標志將保持設(shè)置，直到計時器達到20ms。當設(shè)置時，加累計標志會對應(yīng)每個程序周期(每1/256秒)將一個計數(shù)加入“驅(qū)動時間”累加器中，當設(shè)置時，減累計標志會對應(yīng)每個程序周期從累加器中減去一個計數(shù)。當累加器達到256個計數(shù)時，沿打開方向激活電動機驅(qū)動器(-256個計數(shù)對應(yīng)關(guān)閉驅(qū)動器的激活)。當打開電動機驅(qū)動器被激活，每次從驅(qū)動時間累加器中減去一個計數(shù)。如果打開輸出也出現(xiàn)，則每次累加器被增加和被減少一個計數(shù)(即，在該示例性實施例中，保持在256個計數(shù)＝1秒)。打開電動機驅(qū)動將持續(xù)，直到累加器達到零或者執(zhí)行器停止。在打開停止點處，如果正計數(shù)保持并且正計數(shù)的累加被禁止，則累加器被清除。負計數(shù)不被影響。同樣地，在關(guān)閉停止處，負計數(shù)被清除，負計數(shù)的累加被禁止，并且正計數(shù)不受影響。
請注意，在復(fù)位發(fā)生之前，可能需要長于1秒的控制輸入。例如，如果打開方向上255個計數(shù)的累加已經(jīng)發(fā)生(在該示例性實施例中，在復(fù)位被命令之前需要256個計數(shù))，則對于累加器將需要大約2秒的關(guān)閉輸入以達到256個計數(shù)(關(guān)閉啟動電動機驅(qū)動閾值)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以認識到的一樣，256個計數(shù)和1秒只是對應(yīng)本發(fā)明一個實施例的示例性值。對于特定類型的調(diào)節(jié)風(fēng)門，這些值表示95度行程的1.4％。
本發(fā)明的所述系統(tǒng)和方法防止執(zhí)行器控制器16響應(yīng)來自區(qū)段控制器10的窄的輸入脈沖，并且仍然允許脈沖的總的驅(qū)動時間的累加。當“有效的”控制響應(yīng)被示出時，發(fā)生執(zhí)行器的復(fù)位。同樣地，當一系列的打開和關(guān)閉輸入的累計將在運行時間累加器中具有取消效果時，關(guān)于操作點(控制點抖動)的小的位置校正將被消除。通過消除“效率低”的復(fù)位，所述程序過程能延長執(zhí)行器的壽命，同時將控制輸入的累計保持在所需位置。
通過對本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的理解，現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)向圖2，圖2以簡單的方框圖形式說明了本發(fā)明的這些操作特性。如上所述，本發(fā)明的系統(tǒng)包括累加器22，所述累加器22追蹤執(zhí)行器的受控位置的軌跡。在關(guān)閉命令12出現(xiàn)的每個周期中，計數(shù)從累加器值22中減去，如功能塊24所示，將一個負的計數(shù)輸入至累加器22。相反地，當打開命令14出現(xiàn)時，功能塊26示出一個正的計數(shù)被供至累加器22以增加它的值。一旦這個值達到對應(yīng)所需復(fù)位間隔的預(yù)定正值，如圖2中閾值功能塊28所示，本發(fā)明的系統(tǒng)就激活驅(qū)動打開命令30以復(fù)位執(zhí)行器。如圖2所示，所述驅(qū)動打開信號保持或者被功能塊32鎖閉，直到累加器22的計數(shù)達到零，如功能塊34所示。換言之，一旦累加器22被計數(shù)至足以激活執(zhí)行器的值，激活就會持續(xù)，直到執(zhí)行器的位置達到所命令的位置。類似地，當累加器值達到預(yù)定最大負值時，如功能塊36所示，驅(qū)動關(guān)閉線38被激活。如同驅(qū)動打開命令30一樣，驅(qū)動關(guān)閉命令38保持或者被鎖閉，如功能塊40所示，直到累加器值達到零。
用于將累加器值驅(qū)向零的機構(gòu)由功能塊42、44示出。如上所述，累加器值在驅(qū)動打開命令30被啟動之前必須達到最大正計數(shù)。當命令30激活時，執(zhí)行器被打開，并且對于執(zhí)行器打開的每個周期，功能塊44將從該最大計數(shù)值中減去一個計數(shù)。如果在所述打開期間沒有出現(xiàn)打開命令，則累加器值將被穩(wěn)定地減至零。然而，如果打開命令持續(xù)出現(xiàn)，那么在累加器值將保持在它的最大計數(shù)。類似地，一旦驅(qū)動關(guān)閉命令38已被激活，執(zhí)行器關(guān)閉，并且功能塊42將計數(shù)加至累加器22。由于驅(qū)動關(guān)閉命令38僅在累加器值達到最大負值36時被啟動，因此功能塊42的計數(shù)累加將穩(wěn)定地把累加器值從該最大負計數(shù)值驅(qū)動至零。如果執(zhí)行器關(guān)閉命令在這個過程中仍然是激活的，那么供至累加器22的負計數(shù)24在執(zhí)行器關(guān)閉期間被正計數(shù)42補償(offset)，以便在這兩個輸入補償時累加器值保持在它的最大負值。一旦關(guān)閉命令12去除，執(zhí)行器的持續(xù)關(guān)閉將連續(xù)地將計數(shù)42加至累加器22，從而穩(wěn)定地將計數(shù)器22的值減至零。如上所述，一旦該計數(shù)達到零34，驅(qū)動命令38將被重置。
如果執(zhí)行器已經(jīng)完全打開，那么停止打開輸入46將被設(shè)置。這將使累加器22的正計數(shù)被重置為零，并且如功能塊48所示，進一步正計數(shù)的禁止從功能塊26輸入。換言之，如果執(zhí)行器在它完全打開的位置中，那么累加器22將不被允許連續(xù)表現(xiàn)或連續(xù)建立正值，這表現(xiàn)了執(zhí)行器的受控位置和實際位置之間的差。類似地，如果執(zhí)行器在它完全關(guān)閉的位置中，那么停止關(guān)閉輸入50將變?yōu)榧せ?。通過功能塊52，累加器22中的負計數(shù)將被清除，并且關(guān)閉命令12激活時由功能塊24提供的進一步的負計數(shù)將被禁止。通過在停止位置達到時清除正或負計數(shù)，驅(qū)動打開命令30或驅(qū)動關(guān)閉命令38將被重置，使得在執(zhí)行器已經(jīng)到達它的最大行程位置時動力不連續(xù)地施加至執(zhí)行器。這樣提供了節(jié)約動力的附加優(yōu)點。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3-6中的程序流程圖，并將描述本發(fā)明的方法的各種功能。在優(yōu)選實施例中，在控制器16的每個周期中將處理這些程序流程的每個流程，盡管通過適當?shù)卣{(diào)整可適用參數(shù)也可使用其他處理范例。
當圖3的處理已經(jīng)開始54時，決定塊56確定打開輸入是否激活。如果打開輸入激活，那么累加器的總值將增加，如處理塊58所示。如果打開輸入未激活，那么該處理塊58被跳過。接著，所述方法在決定塊62處確定關(guān)閉輸入是否激活。如果激活，那么累加器的總值將減小，如處理塊62所示。如果未激活，那么在該功能結(jié)束64之前跳過所述處理塊62。應(yīng)該注意，如果打開輸入和關(guān)閉輸入均未激活或均浮置，以及打開輸入和關(guān)閉輸入均激活時，累加器總數(shù)將不變。
當圖4中的功能開始66時，決定塊68確定執(zhí)行器是否正在打開。如果執(zhí)行器是正在打開著，那么累加器的總值將減小，如功能塊70所示。然后，決定塊72檢查所述總值，以確定所述總值是否到達或超過零。如果總值已經(jīng)到達或超過零，那么執(zhí)行器命令被清除以停止執(zhí)行器，如功能塊74所示。如果總值還未達到或超過零，那么在終止76之前跳過功能塊74。如果初始決定塊68確定執(zhí)行器不沿打開方向移動，那么決定塊78確定執(zhí)行器是否在關(guān)閉位置中移動。如果執(zhí)行器正在關(guān)閉，那么累加器的總值增加，如功能塊80所示。一旦累加器總值被增加(如功能塊80所示)，決定塊82確定累加器總值是否已達到或超過零。如果總值已到達或超過零，那么執(zhí)行器停止，如功能塊74所示，如果總值還未達到或未超過零，那么通過跳過功能塊74來使執(zhí)行器持續(xù)關(guān)閉?；氐?jīng)Q定塊78處，如果確定執(zhí)行器不是在關(guān)閉，那么功能和決定塊80、82和74都被跳過，該處理終止76。
一旦圖5中的處理開始84，決定塊86確定累加器總值是否達到或超過最大設(shè)定點(最小執(zhí)行器復(fù)位設(shè)定點)。如果執(zhí)行器總值已經(jīng)達到或超過該最大值，例如一秒，那么在功能終止90之前，功能塊88命令執(zhí)行器打開。然而，如果在決定塊86處總值還未達到或未超過最大值，那么決定塊92確定累加器總值是否達到或超過最大負值。如果已經(jīng)達到或超過最大負值，那么執(zhí)行器被命令關(guān)閉，如功能塊94所示。如果累加器總值在決定塊92處還未達到最大負值，那么在處理結(jié)束90之前該功能塊94被跳過。
一旦圖6中的處理開始96，決定塊98用于確定執(zhí)行塊是否已經(jīng)到達它的被停止打開位置。如果執(zhí)行器已經(jīng)到達被停止打開位置，那么累加器的總值在決定塊100處被檢查以確定是否存在正的總值。如果在累加器中保持正的總值，那么在所述處理結(jié)束104之前，在決定塊102處清除所述總值。然而，如果在決定塊100處累加器總值不是正的，那么在結(jié)束104之前功能塊102被跳過。如果決定塊98的初始決定是執(zhí)行器不被停止打開，那么決定塊106被處理以確定執(zhí)行器是否停在它的關(guān)閉位置上。如果執(zhí)行器停在它的關(guān)閉位置上，那么決定塊108實施檢查以確定累加器是否具有殘留的負總值。如果殘留有負的總值，那么如功能塊102所示累加器的負值在處理結(jié)束104之前被清除。然而，如果在決定塊108處總值不是負的，那么該功能102被跳過。如果在決定塊106處的決定是執(zhí)行器不在它的被停止關(guān)閉位置上，那么決定塊108和功能塊102在處理結(jié)束104之前被跳過。
通過對本發(fā)明的浮置執(zhí)行器的控制系統(tǒng)和方法的理解，圖7和8的圖解說明將被討論以獲得對本發(fā)明系統(tǒng)和方法的運行結(jié)果的功能理解。具體參考圖7，圖中示出了由軌跡線110表示的從區(qū)段控制器發(fā)出的受控執(zhí)行器位置。由本發(fā)明的系統(tǒng)和方法驅(qū)動的實際執(zhí)行器位置由軌跡線112示出。通過圖7可以看出，區(qū)段溫度控制器發(fā)出的受控位置110基于它的內(nèi)部控制算法的處理以多個遞增變化的方式進行變化，以試圖復(fù)位執(zhí)行器，從而獲得它所尋求的平衡。然而，本發(fā)明的浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)和方法不改變執(zhí)行器，直到達到最小復(fù)位設(shè)定點。當實際執(zhí)行器位置112與受控執(zhí)行器位置110之間的差例如達到一秒時，所述設(shè)定點示出在時間T1處。自時間T1開始，執(zhí)行器被命令打開。在驅(qū)動執(zhí)行器的這段時間內(nèi)的初始階段，區(qū)段控制器連續(xù)地發(fā)出命令使執(zhí)行器的位置進一步地打開。在所述初始時期，從以上討論可以明顯看出，執(zhí)行器的移動和打開命令的持續(xù)相互補償。結(jié)果，執(zhí)行器持續(xù)打開，直到累加器值達到或超出零，如時間T2處所示。一旦達到該位置，實際執(zhí)行器位置112就已經(jīng)達到區(qū)段控制器所命令的位置。在從時間T2至?xí)r間T3的時間段內(nèi)，區(qū)段控制器連續(xù)地對執(zhí)行器的受控位置110進行精密調(diào)整，而對由軌跡線112示出的執(zhí)行器的位置不作任何實際的改動。然而，在時間T3處，累加器的最大值已經(jīng)達到了它的最大負值，結(jié)果本發(fā)明的系統(tǒng)和方法命令執(zhí)行器關(guān)閉。所述執(zhí)行器的關(guān)閉一直持續(xù)，直到累加器的值達到或超過零，這發(fā)生在時間T4處。如同執(zhí)行器的打開一樣，執(zhí)行器的關(guān)閉也一直持續(xù)，直到它達到區(qū)段控制器所命令的位置。
如圖8所示，執(zhí)行器的由區(qū)段控制器指定的受控位置可以在最大正設(shè)定值與最大負設(shè)定值之間的整個范圍內(nèi)變化，而對執(zhí)行器的位置112沒有任何實際影響。在基于機械執(zhí)行器的實際響應(yīng)時間來設(shè)定最大正值和最大負值的系統(tǒng)中，命令信號的所述“忽略(ignoring)”消除了抖動，由此消除了執(zhí)行器系統(tǒng)的磨損，否則將導(dǎo)致磨損的發(fā)生。然而，應(yīng)該注意到，輸入命令決不會真的被“忽略”，但它僅僅被存儲在累加器中，直到能夠使本發(fā)明的浮置執(zhí)行器控制器實際有效的位置的充分變化被命令。在那一點，執(zhí)行器被驅(qū)動至圖7中如上述的被命令位置。
這里所引用的參考物，包括出版物、專利申請和專利通過對相同范圍的參考而被并入，就好象每個參考物被單獨地、明確地指示以通過參考的方式而被并入，并且在這里對每個參考物進行了完整的說明。
在描述本發(fā)明的內(nèi)容中(尤其是權(quán)利要求的內(nèi)容中)，術(shù)語“一個”和“所述”以及類似物的使用將被構(gòu)造為覆蓋單個和多個的情況，除非文中另有所指或被上下文明確地予于否認。術(shù)語“包括”、“具有”、“包含”將被構(gòu)造為無限制術(shù)語(即，意味著“包括但不限于”)，除非另有說明。文中值的范圍的復(fù)述只用于單獨參考落入所述范圍中的每個獨立值的簡略方法，除非文中另有所述，并且每個獨立值被并入說明書，就好像它在文中被單獨細述。文中描述的所有方法能夠以任意適當?shù)捻樞虮粚嵤?，除非文中另有所述，或者被上下文明確地予于否認。文中提供的任一和所有例子或者示例性語言(例如，“諸如”)的使用只是為了更好的解釋本發(fā)明，而不是給出對本發(fā)明的范圍的限制，除非另有所述。說明書中的語言應(yīng)被構(gòu)造成示出本發(fā)明實踐所必須的要求權(quán)利的元素。
這里描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，包括發(fā)明人知道的用于實施本發(fā)明的最佳方式。在閱讀前述說明的基礎(chǔ)上，那些優(yōu)選實施例的變更實施方式對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。發(fā)明人預(yù)料到技術(shù)人員能夠適當?shù)厥褂眠@些變更實施方式，發(fā)明人希望除了在這里進行詳細的描述以外本發(fā)明還能投入使用。由此，本發(fā)明包括所附權(quán)利要求中引用的主體的所有變更實施方式和等同物，如可使用的法律所允許的那樣。并且，除非另有所指或者清楚地在上下文中予于了否認，否則在本發(fā)明的所有可能的變更方式中上述元件的任何組合將被本發(fā)明包含。
權(quán)利要求
1.一種控制執(zhí)行器的方法，包括步驟從外部初級控制器接收執(zhí)行器關(guān)閉命令和執(zhí)行器打開命令中的至少一個命令；累積有關(guān)執(zhí)行器關(guān)閉命令和執(zhí)行器打開命令中的至少一個命令的持續(xù)時間的信息；以及當累積的信息超出預(yù)定閾值時驅(qū)動執(zhí)行器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當累積的信息超出預(yù)定閾值時驅(qū)動執(zhí)行器的步驟包括這樣的步驟即將所述預(yù)定閾值設(shè)定成提供來自執(zhí)行器的有效控制響應(yīng)的時間值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，有關(guān)執(zhí)行器關(guān)閉命令和執(zhí)行器打開命令中的至少一個命令的持續(xù)時間的信息的累積步驟每秒被執(zhí)行預(yù)定的次數(shù)，并且其中累積信息的步驟包括以下步驟當接收到執(zhí)行器關(guān)閉命令和執(zhí)行器打開命令中的一個命令時通過整數(shù)增加一個計數(shù)，當接收到執(zhí)行器關(guān)閉命令和執(zhí)行器打開命令中的另一個命令時通過整數(shù)降低計數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟中的至少一個步驟在執(zhí)行器關(guān)閉命令的期間增加計數(shù)，所述計數(shù)的極性與驅(qū)動執(zhí)行器關(guān)閉步驟期間所加的計數(shù)的極性相反；以及在執(zhí)行器打開命令的期間增加計數(shù)，所述計數(shù)的極性與驅(qū)動執(zhí)行器打開步驟期間所加的計數(shù)的極性相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括當計數(shù)達到零時停止執(zhí)行器的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在驅(qū)動步驟期間減少被累積信息的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟中的至少一個步驟當執(zhí)行器被停止關(guān)閉時禁止對有關(guān)執(zhí)行器關(guān)閉命令的持續(xù)時間的信息進行進一步累積，以及當執(zhí)行器被停止打開時禁止有關(guān)執(zhí)行器打開命令的持續(xù)時間的信息的進一步累積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟中的至少一個步驟當執(zhí)行器被停止關(guān)閉時清除有關(guān)執(zhí)行器關(guān)閉命令的持續(xù)時間的信息累積，以及當執(zhí)行器被停止打開時清除有關(guān)執(zhí)行器打開命令的持續(xù)時間的信息累積。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在被累積信息超出預(yù)定閾值時驅(qū)動執(zhí)行器的步驟包括在被累積信息指示執(zhí)行器驅(qū)動打開命令和執(zhí)行器驅(qū)動關(guān)閉命令中的一個命令已累積至大約一秒時驅(qū)動執(zhí)行器的步驟。
10.一種浮置執(zhí)行器控制系統(tǒng)，用于加熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)風(fēng)門，其提供可變的打開以允許從HVAC系統(tǒng)至某一區(qū)段的流體連通；初級區(qū)段溫度控制器，用于檢測區(qū)段的環(huán)境溫度，所述初級區(qū)段溫度控制器產(chǎn)生調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令和調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令，所述初級區(qū)段溫度控制器允許在不需要調(diào)節(jié)風(fēng)門的移動時浮置調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令和調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令；可驅(qū)動地連接至調(diào)節(jié)風(fēng)門的執(zhí)行器；以及可操作地連接至執(zhí)行器的浮置執(zhí)行器控制器，所述浮置執(zhí)行器控制器被構(gòu)造用來接收初級區(qū)段溫度控制器發(fā)出的調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令和調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令；以及其中，所述浮置執(zhí)行器控制器接收來自初級區(qū)段溫度控制器的調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令和調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令中的一個命令，累積有關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令和調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令中的至少一個命令的持續(xù)時間的信息，并且當被累積的信息超出預(yù)定閾值時驅(qū)動所述執(zhí)行器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定閾值被設(shè)定成提供來自執(zhí)行器的有效控制響應(yīng)的時間值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，浮置執(zhí)行器控制器每秒鐘對信息累積處理預(yù)定的次數(shù)，并且其中信息累積包括當調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令和調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令中的一個命令被接收時通過整數(shù)增加計數(shù)，以及當調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令和調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令中的另一命令被接收時通過整數(shù)減小計數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，在驅(qū)動執(zhí)行器關(guān)閉的同時所述浮置執(zhí)行器控制器增加計數(shù)，所述計數(shù)的極性與執(zhí)行器關(guān)閉命令期間所加的計數(shù)的極性相反，以及在驅(qū)動執(zhí)行器打開的同時所述浮置執(zhí)行器控制器增加計數(shù)，所述計數(shù)的極性與執(zhí)行器打開命令期間所加的計數(shù)的極性相反。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，當計數(shù)達到零時所述浮置執(zhí)行器控制器停止執(zhí)行器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述浮置執(zhí)行器控制器減小被累積信息，同時驅(qū)動執(zhí)行器。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述浮置執(zhí)行器控制器在調(diào)節(jié)風(fēng)門被停止關(guān)閉時禁止有關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令的持續(xù)時間的信息的進一步累積，而在調(diào)節(jié)風(fēng)門被停止打開時禁止有關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令的持續(xù)時間的信息的進一步累積。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述浮置執(zhí)行器控制器在調(diào)節(jié)風(fēng)門被停止關(guān)閉時清除有關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)門關(guān)閉命令的持續(xù)時間的信息累積，以及在調(diào)節(jié)風(fēng)門被停止打開時清除有關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)門打開命令的持續(xù)時間的信息累積。
18.一種控制執(zhí)行器的方法，包括步驟在執(zhí)行器打開命令出現(xiàn)的每個周期增加被累積總值；在執(zhí)行器關(guān)閉命令出現(xiàn)的每個周期減小被累積總值；當被累積總值達到預(yù)定正值時驅(qū)動執(zhí)行器打開；以及當被累積總值達到預(yù)定負值時驅(qū)動執(zhí)行器關(guān)閉。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括步驟在執(zhí)行器被驅(qū)動打開的每個周期減小被累積總值；以及在執(zhí)行器被驅(qū)動關(guān)閉的每個周期增加被累積總值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括在被累積總值達到零時停止執(zhí)行器的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括步驟當執(zhí)行器被停止打開時清除正的被累積總值；以及當執(zhí)行器被停止關(guān)閉時清除負的被累積總值。
全文摘要
提供一種浮置執(zhí)行器控制的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法接收來自執(zhí)行器控制器的輸入命令信號，并有效地累計這些信號，直到控制器要求使執(zhí)行器能夠?qū)嶋H起作用的足夠大的執(zhí)行器移動。在這點處，系統(tǒng)和方法將執(zhí)行器驅(qū)動至被命令位置。結(jié)果，由于小的命令信號擾亂和抖動而在執(zhí)行器中產(chǎn)生的過度機械磨損被減小和消除。
文檔編號H03L7/00GK1542576SQ20041003863
公開日2004年11月3日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者希爾·L·米切爾, 希爾 L 米切爾 申請人:因文思建筑系統(tǒng)公司