用于使用比例流量阀控制气体流的方法和系统技术方案

一种用于控制比例阀的方法(400)。该方法包括以下步骤：(i)提供(410)比例流量阀系统，该比例流量阀系统包括：包括比例流量控制阀(140)、流量传感器(150)和可调节增益(180)的闭环流量控制器(110)；以及包括闭环流量控制器的模型(160)和增益控制(170)的自适应控制器(120)；(ii)致动(420)比例流量控制阀；(iii)测量(430)实际气体流量；(iv)确定(440)所测量的气体流率与期望的气体流率之间的差异；(v)使用所确定的差异来调节(450)比例流量阀；(vi)起始(460)来自闭环流量控制器的模型的响应；(vii)确定(470)闭环流量控制器的增益；并且(viii)调节(480)闭环流量控制器的可调节增益。

Method and system for controlling gas flow using proportional flow valve

A method for controlling the proportional valve (400). The method includes the following steps: (I) provide (410) a proportional flow valve system, which includes a closed loop flow controller (110) including a proportional flow control valve (140), a flow sensor (150) and an adjustable gain (180), and an adaptive controller including the model (160) of the closed loop flow controller and the gain control (170). (120) (120) (II) actuation (420) proportional flow control valve; (III) measure (430) actual gas flow; (IV) determine the difference between the gas flow rate and expected gas flow rate measured (440); (V) adjust (450) proportional flow valve using the determined difference; (VI) start (460) response from the model of a closed loop flow controller; (VII) determine (VI) 470) the gain of the closed-loop traffic controller; and (VIII) regulate (480) the adjustable gain of the closed-loop traffic controller.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用比例流量阀控制气体流的方法和系统
本公开总体上涉及用于比例流量阀的精确控制的方法和系统。
技术介绍
电控比例流量阀的精确控制是一项重大挑战，特别是当预期流量阀随时间精确地遵循任意轨迹时，或者当轨迹在不同流量范围上具有快速加速时。典型的阀特性是使得流量对命令的灵敏度在低流量范围处非常低，而在高流量范围处高得多。因为灵敏度的该差异通常能够是若干数量级，因此在整个可能的流率范围上的比例流量阀的精确控制是有问题的。在尝试提供精度和准确度时，比例流量阀设计人员已将反馈应用到阀定位控制中，所述阀定位控制测量和分析阀的出口流量。在阀灵敏度的如此之大的差异的情况下，普通的闭环控制系统趋于根据它们被命令操作的流量范围而不同地响应。因此，比例流量阀设计人员常常根据当前的工作流量范围以及阀灵敏度的知识修改控制回路增益。然而，这能够导致额外的问题，包括例如：(1)可能引入对在操作之前校准阀以确定其灵敏度概况的需要；(2)阀灵敏度概况能够在阀的群体上显著不同；(3)阀上游压力改变或变化，从而改变阀灵敏度；以及(4)在校准已经完成后，阀灵敏度能够由于诸如温度变化、阀机械部件的磨损或趋于改变阀位置的对流量概况的任何其他干扰影响的效应而变化。在假定的流量灵敏度下操作闭环流量控制增益调节能够导致差的响应行为，或者如果概况变化则会导致更差的不稳定性，并且因此这种方法能够在流量控制关键(诸如生命支持)的情况下存在风险。因此，在本领域中需要一种专门的流量阀控制方法，其自动确定所需的瞬时增益调节而不需要先前的阀概况信息。此外，本领域需要简单、直接且高效的流量阀控制系统和方法，其不需要阀的校准。
技术实现思路
本公开涉及用于比例流量阀的精确控制的创造性方法和系统。创造性方法和系统允许更高的精确度，而不需要诸如阀校准的现有阀概况信息。方法和系统提供了瞬时控制回路增益调节。具体地，在阀的整个流量范围上使闭环动态响应均衡，从而提供针对所有输入轨迹的更快和更准确的跟踪。因此，本文的各实施例和实施方式涉及一种方法和系统，其中，针对要被控制的系统定义模型，并且系统地导出控制器，所述控制器通过重构实际系统动力学来最小化假定模型与实际系统之间的差异。总体上,在一个方面中，提供了一种用于控制比例流量阀的方法。该方法包括以下步骤：(i)提供比例流量阀系统，该系统具有：闭环流量控制器，其包括用于气体源的比例流量控制阀、流量传感器和可调节增益；以及包括闭环流量控制器的模型和增益控制的自适应控制器；(ii)通过闭环流量控制器致动比例流量控制阀；(iii)通过流量传感器测量实际气体流量；(iv)通过闭环流量控制器确定测量的气体流率与期望的气体流率之间的差异；(v)使用所确定的差异来调节比例流量阀；(vi)使用期望的气体流率来起始来自闭环流量控制器模型的响应；(vii)使用增益控制和来自闭环流量控制器的模型的响应确定闭环流量控制器的增益；并且(viii)使用所确定的增益来调节闭环流量控制器的增益。根据实施例，该方法包括接收期望的气体流率的步骤。根据实施例，调节闭环流量控制器的可调节增益的步骤减小了来自闭环流量控制器的模型的响应与测量的气体流率之间的差异。根据实施例，所述气体是氧气。根据实施例，该比例流量阀系统是通气机的部件。总体上，在一个方面，提供了一种比例流量阀系统。该系统包括：(i)气体源；(ii)被配置为控制来自气体源的气体流率的比例流量阀；(iii)被配置为测量来自比例流量阀的气体的流量的流量传感器；以及(iv)包括可调节增益的闭环流量控制器，其中，该闭环流量控制器被配置为确定测量的气体流率与期望的气体流率之间的差异，并且还被配置为使用所确定的差异来调节比例流量阀；以及(v)包括闭环流量控制器的模型和增益控制的自适应控制器，其中，该自适应控制器被配置为确定来自闭环流量控制器的模型的响应，并且还被配置为使用增益控制、期望的气体流率和来自闭环流量控制器模型的响应来确定闭环流量控制器的调节因子。根据实施例，该闭环流量控制器被配置为接收指示期望的气体流率的输入。根据实施例，调节闭环流量控制器的可调节增益减小来自闭环流量控制器的模型的响应和测量的气体流率之间的差异。根据实施例，该比例阀流量系统是通气机的部件。总体上，在一个方面，提供了一种通气机。该通气机包括：(i)气体源；(ii)被配置为控制来自气体源的气体流率的比例流量阀；(iii)被配置为测量来自该比例阀的气体流率的流量传感器；(iv)包括可调节增益的闭环流量控制器，其中，该闭环流量控制器被配置为确定测量的气体流率与期望的气体流率之间的差异，并且还被配置为使用所确定的差异来调节该比例流量阀；以及(v)包括闭环流量控制器的模型和增益控制的自适应控制器，其中，该自适应控制器被配置为确定来自闭环流量控制器的模型的响应，并且还被配置为使用增益控制、期望的气体流率以及来自闭环流量控制器的模型的响应来确定闭环流量控制器的调节因子。应该意识到，前述概念和以下更详细讨论的额外的概念的所有组合(假设这些概念不相互不一致)被预期为是本文公开的专利技术主题的一部分。具体地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的专利技术主题的部分。参考下文描述的(一个或多个)实施例，本专利技术的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐述。附图说明在附图中，类似的附图标记贯穿不同的视图通常指代相同的部分。而且，附图不必按比例绘制，而是通常将重点放在说明本专利技术的原理上。图1是根据实施例的用于控制比例流量阀系统的模型的示意图。图2是根据实施例的用于控制比例流量阀系统的模型的示意图。图3是根据实施例的比例流量阀系统的示意图。图4是根据实施例的用于控制比例流量阀系统的方法的流程图。具体实施方式本公开描述了用于控制比例流量阀系统的方法和控制器的各种实施例。更具体地，申请人已经认识到并意识到提供在宽流率范围上精确地控制比例流量阀的系统将是有益的，而不管沿该范围的阀对命令的灵敏度的显著的差异。因此，本文描述的或以其他方式设想的方法提供一种专用的流量阀控制，其自动确定所需的瞬时增益调节，而不需要校准或其他现有阀概况信息。根据实施例，方法基于模型参考自适应控制(“MRAC”，也被称为模型参考自适应系统或“MRAS”)途径。通过MRAC，利用使用可以被更新以改变系统的响应的参数的闭环控制器创建系统，并且将系统的输出与来自参考模型的期望响应进行比较。然后基于任何检测到的误差或变化来更新控制参数，最终目标是闭环控制器的参数使得系统的输出与参考模型的响应匹配。例如，本文描述的方法和系统定义流量阀系统的模型，并且通过重构实际系统动力学来创建控制器，所述控制器最小化模型与实际流量阀系统之间的差异。尽管下面描述的方法和系统结合关键护理通气机中的压缩气体的精确流量控制被描述，但是该方法和系统实际上可以应用于使用比例流量阀的任何流量控制系统，其中，阀的节流率度比流量控制的期望闭环带宽显著更快。参考图1，在一个实施例中，图1是用于控制通气机中的比例流量阀系统的模型100的概览。该模型包括闭环流量控制器110和自适应控制器120。如图1所示，闭环流量控制器110包括控制来自气体源130的流的比例流量控制阀140、流量传感器150以及具有可调节增益180的积分补偿器。自适应控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制比例阀的方法(400)，所述方法包括以下步骤：提供(410)比例流量阀系统，所述系统包括：(i)闭环流量控制器(110)，其具有比例流量控制阀(140)、流量传感器(150)以及可调节增益(180)；以及(ii)自适应控制器(120)，其包括所述闭环流量控制器的模型(160)和增益控制(170)；通过所述闭环流量控制器对所述比例流量控制阀进行致动(420)；通过所述流量传感器来测量(430)实际气体流量；通过所述闭环流量控制器来确定(440)测量的气体流率与期望的气体流率之间的差异；使用所确定的差异来调节(450)所述比例流量阀；使用所述期望的气体流率来起始(460)来自所述闭环流量控制器的所述模型的响应；使用所述增益控制、期望的流量和来自所述闭环流量控制器的所述模型的所述响应来确定(470)所述闭环流量控制器的增益；并且使用所确定的增益来调节(480)所述闭环流量控制器的所述可调节增益。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.28 US 62/233,4891.一种用于控制比例阀的方法(400)，所述方法包括以下步骤：提供(410)比例流量阀系统，所述系统包括：(i)闭环流量控制器(110)，其具有比例流量控制阀(140)、流量传感器(150)以及可调节增益(180)；以及(ii)自适应控制器(120)，其包括所述闭环流量控制器的模型(160)和增益控制(170)；通过所述闭环流量控制器对所述比例流量控制阀进行致动(420)；通过所述流量传感器来测量(430)实际气体流量；通过所述闭环流量控制器来确定(440)测量的气体流率与期望的气体流率之间的差异；使用所确定的差异来调节(450)所述比例流量阀；使用所述期望的气体流率来起始(460)来自所述闭环流量控制器的所述模型的响应；使用所述增益控制、期望的流量和来自所述闭环流量控制器的所述模型的所述响应来确定(470)所述闭环流量控制器的增益；并且使用所确定的增益来调节(480)所述闭环流量控制器的所述可调节增益。2.如权利要求1所述的方法，还包括接收(432)期望的气体流率的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述闭环流量控制器的所述可调节增益的步骤减小来自所述闭环流量控制器的所述模型的所述响应与所述测量的气体流率之间的差异。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述比例流量阀系统是通气机的部件。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体是氧气。6.一种比例流量阀系统(100)，所述系统包括：气体源(130)；比例流量阀(140)，其被配置为控制来自所述气体源的气体流率；流量传感器(150)，其被配置为测量来自所述比例流量阀的气体的流量；闭环流量控制器(110)，其包括可调节增益(180)，其中，所述闭环流量控制器被配置为确定测量的气体流率与期望的气体流率之间的差异，并且还被配置为使用所确定的差异来调节所述比例流量阀；以及自适应控制器(120)，其包括所述闭环流量控制器的模型(160)和增益控制(170)，其中，所述自适应控制器被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·博雷洛，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL