TWI774227B - 流量控制裝置、流量控制裝置的控制方法、流量控制裝置的控制程式 - Google Patents

流量控制裝置、流量控制裝置的控制方法、流量控制裝置的控制程式 Download PDF

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Abstract

本發明的目的在於獲得一種高速地將流量調整至設定流量的流量控制裝置。流量控制裝置(1)，係控制被供給至被控制對象的流體的流量並將被控制對象內部保持於流量設定值，該流量控制裝置(1)係具備：量測值取得部(13)，係取得藉由量測流體的流量的流量感測器(102)所測得的量測值；設定值取得部(11)，係取得流體的流量設定值；調整值決定部(12)，係決定與流量設定值不同的流量調整值；以及驅動控制部(40)，係調整將流體供給至被控制對象的閥(105)之開啟度且控制流體的流量，以使量測值與流量調整值的差變小。

Description

流量控制裝置、流量控制裝置的控制方法、流量控制裝置的控制程式
本發明係關於一種流量控制裝置、流量控制裝置的控制方法及流量控制裝置的控制程式(control program)。
已知有一種流量控制裝置，該流量控制裝置係根據流量感測器(flow sensor)所測量到的流量來調整控制閥，藉此將往下游流出的流體的流量調整至設定值。
在專利文獻1係揭示：在一種對用以使流量變化成與目標流量一致的壓電元件施加電壓的流量控制裝置中，當目標流量在流量調整閥處於閉合狀態的情形下變化時，會暫時地輸出與顯示對於比因應變化後之目標流量的目標電壓值大之振幅的電壓變化相對應的信號，之後使電壓變化收斂成目標電壓值。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本專利第5867517號公報
本發明的目的之一係在於高速地將流量調整至設定流量。
本發明之一觀點的流量控制裝置，係控制被供給至被控制對象的流體的流量並將前述被控制對象內部保持於流量設定值，該流量控制裝置係具備：量測值取得部，係取得藉由量測前述流體的流量的流量感測器所測得的量測值；設定值取得部，係取得前述流體的流量設定值；調整值決定部，係決定與前述流量設定值不同的流量調整值；以及驅動控制部，係調整將前述流體供給至前述被控制對象的閥(valve)之開啟度且控制前述流體的流量，以使前述量測值與前述流量調整值的差變小。
前述流量調整值亦可包含在前述流量設定值設定之後所設定的初始調整值；前述初始調整值亦可設為與前述流量設定值同等或超過前述流量設定值。
亦可更具備：閥輸出取得部，該閥輸出取得部係取得前述閥之驅動電壓；前述調整值決定部係當前述閥之驅動電壓達到預定之閥目標值時就變更前述流量調整值。
前述調整值決定部亦可在前述初始調整值之後將比前述流量設定值更大的過渡調整值保持作為前述流量調整值。
亦可更具備：流量目標值決定部該流量目標值決定部，係決定 與前述流量設定值不同的流量目標值，該流量目標值係成為前述量測值之暫時性目標的值；前述調整值決定部亦可當前述量測值達到前述流量目標值時就變更前述流量調整值。
前述流量目標值決定部亦可當前述流量調整值藉由前述調整值決定部而變更時就變更前述流量目標值。
前述流量目標值決定部亦可在將比前述流量設定值更大的過渡調整值設定作為前述流量調整值時決定成為前述量測值之暫時性目標的流量目標值；前述調整值決定部亦可當前述量測值達到流量目標值時就變更前述流量調整值。
本發明之另一觀點的流量控制裝置的控制方法，係控制被供給至被控制對象的流體的流量並將前述被控制對象內部保持於流量設定值，該流量控制裝置的控制方法係包含：取得藉由量測前述流體的流量的流量感測器所測得的量測值的步驟；取得前述流體的流量設定值的步驟；決定與前述流量設定值不同的流量調整值的步驟；以及調整將前述流體供給至前述被控制對象的閥之開啟度且控制前述流體的流量，以使前述量測值與前述流量調整值的差變小的步驟。
本發明之更另一觀點的流量控制裝置的控制程式，係控制被供給至被控制對象的流體的流量並將前述被控制對象內部保持於流量設定值，該流量控制裝置的控制程式係使電腦(computer)執行：取得藉由量測前述流體的流量的流量感測器所測得的量測值之命令；取得前述流體的流量設定值之命令；決定與前述流量設定值不同的流量調整值之命令；以及調整將前述流體供給至前述被控制對象的閥之開啟度且控制前述流體的流量，以使前述量測值與 前述流量調整值的差變小之命令。
依據本發明可以高速地將流量調整至設定流量。
1:流量控制裝置
10:運算裝置
11:設定值取得部
12:調整值決定部
13:量測值取得部
14:閥輸出取得部
15:流量目標值決定部
16:閥目標值決定部
40:驅動控制電路
41:比較電路
42:處理電路
50:閥驅動電路
100:流量設定裝置
101:閥主體
101a:上游流路
101b:下游流路
102:流量感測器
103:控制電路
105:閥
P1:第一調整期間
P2:第二調整期間
P3:第三調整期間
P4:第四調整期間
R1:初始調整值
R2,R21:過渡調整值
R3:最終調整值
圖1係顯示本發明的流量控制裝置之實施型態的整體概略圖。
圖2係上述流量控制裝置所具有的控制電路之概略構成圖及功能方塊圖(functional block diagram)。
圖3係顯示上述流量控制裝置中之值的變化的曲線(graph)的一例，其中圖3(a)係顯示流量設定值、流量感測器之量測值、及閥之驅動電壓的曲線，圖3(b)係顯示與上述流量感測器之量測值做比較，且用以控制流量的流量調整值之推移的曲線。
圖4係根據閥之驅動電壓來變更流量調整值的流程圖(flowchart)。
圖5係根據感測器之量測值來變更流量調整值的流程圖。
圖6係顯示上述流量調整值之推移之另一實施型態的曲線。
以下，一邊參照圖式一邊說明本發明的流量控制裝置、流量控制裝置的控制方法及流量控制裝置的控制程式之實施型態。
[流量控制裝置之概要]
流量控制裝置1為使被控制對象內之流量控制為保持於流量設定值的裝置。流量控制裝置係設定與流量設定值不同的流量調整值，且控制將流體供給至被控制對象的閥，以使該流量調整值與量測值的差變小，藉此使被控制對象內之流量迅速地到達至流量設定值。
如圖1所示，流量控制裝置1係具備閥主體(valve body)101、流量感測器102、控制電路103及閥105。
閥主體101係藉由不鏽鋼等的鋼材所構成，且外形為長方體形狀的構件。閥主體101係位在要供給至被控制對象之流體的供給路徑上，閥主體101的上游係成為上游流路101a，閥主體101之下游係成為下游流路101b。上游流路101a之上游側及下游流路10b之下游側係分別與流通有控制對象之流體的管連接。
上游流路101a係自上游側流入流體的流路。上游流路101a係在中途分歧成通過流量感測器102的流路、與旁通流路之後匯流，且往閥105流出。閥105係可控制連通上游流路101a與下游流路101b之間的開啟度等的閥體，例如是藉由音圈(voice coil)所驅動的電磁閥。下游流路101b係構成為：自上游側流入藉由閥105所控制流量後的流體，且流出至流量控制裝置1之下游側，亦即流出至被控制對象。
控制電路103為：取得流量設定值，且根據流量感測器102之量測值及流量設定值來控制閥105的裝置，例如是藉由電子基板所構成。控制電路103亦可藉由有線或無線與外部的流量設定裝置100連接，並從該流量設定裝置100取得流量設定值。控制電路103，例如是進行回授控制(feedback control)，藉此控制閥105之開啟度，以使自下游流路101b所排出的流量成為流量設定 值。
[流量控制裝置內部之電路構成]
如圖2所示，控制電路103，主要是由用以執行資訊處理的運算裝置10、驅動控制電路40及閥驅動電路50所構成。
運算裝置10為：取得來自流量設定裝置100之流量設定值、及流量感測器102之量測值，且輸出驅動控制電路40所參照的信號的裝置以用以控制閥105的驅動，例如是CPU(Central Processing Unit；中央處理單元)。藉由流量感測器102所量測到的信號亦可經由放大及濾波(filtering)的感測器電路、以及數位(digital)化的A/D轉換電路等而輸入至運算裝置10。來自運算裝置10的輸出信號亦可經由D/A(Digital/Analog；數位/類比)轉換電路而類比(analog)化且輸入至驅動控制電路40。
屬於驅動控制部之例的驅動控制電路40為：參照運算裝置10所決定的流量調整值與量測值與信號，來生成驅動閥的驅動信號且輸出至閥驅動電路50的電路。驅動控制電路40係輸入有流量調整值與量測值。驅動控制電路40係藉由比較電路41及處理電路42所構成。比較電路41係比較流量調整值與量測值。處理電路42係根據比較的結果來生成為了使流量調整值與量測值的差變小而控制閥105用的信號。流量調整值比量測值更大，且流量調整值與量測值的差越大，驅動控制電路40就會越加大閥105之開啟度。
閥驅動電路50係根據來自驅動控制電路40的信號來驅動閥105且調整閥105之開啟度。
[運算裝置之功能方塊]
運算裝置10的軟體(software)資源係至少具備：設定值取得部11、調整值決定部12、量測值取得部13、閥輸出取得部14、流量目標值決定部15及閥目標值決定部16。
設定值取得部11為：取得流體的流量設定值的功能部。流量設定值係流量控制裝置1在控制對象內應保持之最終的流量。
量測值取得部13為：取得藉由流體的流量感測器102所測得的量測值的功能部。閥輸出取得部14為：取得自驅動控制電路40輸出至閥105之驅動電壓的功能部。
調整值決定部12為：決定與流量設定值不同的流量調整值的功能部。調整值決定部12亦可將流量調整值形成比流量設定值更大。流量調整值亦可根據流量設定值所決定。
流量目標值決定部15為：決定成為量測值之暫時性目標的流量目標值的功能部。閥目標值決定部16為：決定成為閥105之驅動電壓之暫時性目標的閥目標值的功能部。
使用圖3來說明表示藉由流量控制裝置1調整流量之樣態的一例。如圖3(a)所示，在時間「0」係設定有流量設定值R0。如此一來，如圖3(b)所示，調整值決定部12係依第一調整期間P1、第二調整期間P2、第三調整期間P3之順序遷移，並在各個調整期間P1至P3中分別將流量調整值決定成不同的態樣。此外，調整值決定部12係在調整期間P4中將流量調整值保持成與流量設定值同等值。換言之，調整值決定部12係對某一個流量設定值算出複數個流量調整值，且一邊變更流量調整值一邊使量測值到達該流量設定值。
更具體而言，首先，調整值決定部12係在第一調整期間P1中使 流量調整值慢慢地增加且保持在初始調整值R1。之後，調整值決定部12係從預定之時間點移行至第二調整期間P2，且使流量調整值慢慢地變化直至比流量設定值大的過渡調整值R2為止。調整值決定部12係將流量調整值保持於過渡調整值R2預定時間。之後，調整值決定部12係移行至第三調整期間P3，且使流量調整值從過渡調整值R2慢慢地降低。又，調整值決定部12係在預定之時間點移行至第四調整期間P4，且將流量調整值保持於與流量設定值同等的最終調整值R3。
各個調整期間P1至P3係即可預先決定各個期間的長度，且可根據所取得的值而決定往下一個期間之移行。例如，亦可藉由閥目標值決定部16來決定閥目標值，並在閥105之驅動電壓到達閥目標值時移行至下一個期間。此外，亦可藉由流量目標值決定部15來決定成為量測值之暫時性目標的流量目標值，並在藉由流量感測器102所量測的量測值到達流量目標值時移行至下一個期間。
更具體而言，亦可在調整期間P1的開始後，且經過預先決定的預定之時間後移行至調整期間P2。此外，亦可在調整期間P2的開始後，且經過預定時間後移行至調整期間P3。亦可在調整期間P3的開始後，且經過預定時間後移行至調整期間P4。此外，亦可預先分別決定各個調整期間P1至P3中的閥目標值，並當閥105之驅動電壓到達預定之閥目標值時就移行至下一個調整期間P2至P4。再者，亦可預先分別決定各個調整期間P1至P3中的流量目標值，並當量測值到達預定之流量目標值就移行至下一個調整期間P2至P4。
更甚者，亦可組合上述的態樣。亦即，例如，亦可在調整期間P1、P2中經過預定時間後移行至調整期間P2、P3，且在調整期間P3中當閥105 之驅動電壓到達閥目標值時就移行至調整期間P4。此外亦可代換成：在調整期間P3中當量測值到達流量目標值時就移行至調整期間P4。
亦可在調整期間P1開始後，且經過預先決定的預定之時間後移行至調整期間P2，且在調整期間P2、P3中當閥105之驅動電壓到達閥目標值時就移行至調整期間P3、P4。亦可代換成：在調整期間P3中當流量感測器102之量測值到達流量目標值時就移行至調整期間P4。
亦可在調整期間P1中當閥105之驅動電壓到達第一閥目標值時就移行至調整期間P2，在調整期間P2中當閥105之驅動電壓到達第二閥目標值時就移行至調整期間P3，在調整期間P3中當流量感測器102之量測值到達流量目標值時就移行至調整期間P4。
亦可在調整期間P1中當閥105之驅動電壓到達閥目標值時就移行至調整期間P2，在調整期間P2中當流量感測器102之量測值到達第一流量目標值時就移行至調整期間P3，在調整期間P3中當流量感測器之量測值到達第二流量目標值時就移行至調整期間P4。
亦可在調整期間P1中當閥105之驅動電壓到達第一閥目標值時就移行至調整期間P2，在調整期間P2中當流量感測器102之量測值到達流量目標值時就移行至調整期間P3，在調整期間P3中當閥105之驅動電壓到達第二流量目標值時就移行至調整期間P4。
此外，本實施型態中，雖然調整期間為三個，但是無論為二個以下或四個以上均可。
初始調整值R1係與流量設定值同等或超過流量設定值。流量設定值剛設定後，流量設定值與量測值會大幅地乖離。依據該構成，因流量設定 值剛設定後閥105之開啟度會變大，故而可使被控制對象內之流量迅速地到達至流量設定值。初始調整值R1亦可為如閥105之開啟度成為最大的值。
調整值決定部12亦可在初始調整值R1之後，將比流量設定值更大的過渡調整值R2保持作為流量調整值。
過渡調整值R2亦可比初始調整值R1更小。在最終調整值R3比初始調整值R1還十分小的情形下，當初始調整值R1之後緊接著進行最終調整值R3之流量控制時，閥105就會暫時閉合且耗費時間於流量控制。依據初始調整值R1之後經過過渡調整值R2並移行至最終調整值R3的構成，流量調整值會依次地變小，故而可以在將閥105充分地開啟後的狀態下繼續流量控制。
此外，如圖6所示，過渡調整值R21亦可比初始調整值R1更大。在最終調整值R3為預定以上的情形下，藉由將過渡調整值R21設定為較大就可以使量測值迅速地到達至流量設定值。
調整值決定部12亦可在最終調整值R3為未滿預定時使過渡調整值R2比初始調整值R1更小，且在最終調整值R3超過預定值時使過渡調整值R2比初始調整值R1更大。
在第三調整期間P3中，調整值決定部12係即可使流量調整值以一定斜率慢慢地降低，且可使流量調整值予以一邊使斜率變化一邊降低。此外，調整值決定部12亦可使流量調整值階梯式地降低。再者，第三調整期間P3亦可根據過渡調整值R2與最終調整值R3之差異來決定變化之態樣。
[根據閥之驅動電壓來變更流量調整值的流程圖]
使用圖4來說明：當閥105之驅動電壓達到預定之閥目標值時就移行至下一個調整期間、亦即變更流量調整值的流程。如該圖4所示，首先，取得所設定 的流量設定值(S11)。接著，進行流量調整值之決定(S12)及閥目標值之決定(S12)。步驟S12及步驟S13係即可同時地進行、且可依次地進行。
接著，根據流量設定值與流量調整值來控制閥105以使彼此的差變小(S14)。取得閥105之驅動電壓(S15)，且判別閥105之驅動電壓是否已到達閥目標值(S16)。在閥105之驅動電壓並未到達閥目標值時，會在預定時間後返回至步驟S14，且再度比較閥105之驅動電壓與閥目標值(S17)。反覆進行步驟S16及步驟S17，當閥105之驅動電壓到達閥目標值時就變更流量調整值(S18)。此時，流量調整值亦可設定成與流量設定值同等的值。
依據該構成，即便是在閥105開啟到被反映至流量感測器102之量測值為止的時滯(time lag)中，仍可以根據於閥105之初始動作的樣態來變更流量調整值。
[根據感測器之量測值來變更流量調整值的流程圖]
使用圖5來說明：當量測值成為預定之流量目標值時，就移行至下一個調整期間，亦即變更流量調整值的流程。如該圖5所示，首先，進行流量調整值之決定(S21)及流量目標值之決定(S22)。步驟S21及步驟S22係即可同時地進行、且可依次地進行。接著，根據流量設定值與流量調整值來控制閥105以使彼此的差變小(S23)。取得流量感測器102之量測值(S24)，且判別量測值是否已到達流量目標值(S25)。在量測值並未到達流量目標值時，會返回至步驟S23，且在預定時間後再度取得量測值(S24)。另外，步驟S23亦可與步驟S24及步驟S25非同步地實施。
在步驟S25中，量測值已到達流量目標值時，調整值決定部12係變更流量調整值(S26)。此外，流量目標值決定部15係變更流量目標值(S27)。 步驟S26及步驟S27係順序不同，亦可同時地進行。
依據該構成，可以利用量測值到達流量調整值之前的回授控制之初始階段的舉動來使流量變化。在回授控制中，因流量調整值與量測值的差越大則越增加較強的回授，故而依據本構成可以迅速地控制流量。
如此，依據本發明的流量控制裝置，則可以使被控制對象內之流量迅速地到達至流量設定值。
10:運算裝置
11:設定值取得部
12:調整值決定部
13:量測值取得部
14:閥輸出取得部
15:流量目標值決定部
16:閥目標值決定部
40:驅動控制電路
41:比較電路
42:處理電路
50:閥驅動電路
100:流量設定裝置
102:流量感測器
103:控制電路
105:閥

Claims (9)

  1. 一種流量控制裝置，控制要供給至被控制對象的流體的流量並將前述被控制對象內部保持於流量設定值者，該流量控制裝置係具備：量測值取得部，係取得藉由量測前述流體的流量的流量感測器所測得的量測值；設定值取得部，係取得前述流體的流量設定值；調整值決定部，係決定與前述流量設定值不同的流量調整值；以及驅動控制部，係調整將前述流體供給至前述被控制對象的閥之開啟度，且控制前述流體的流量，以使前述量測值與前述流量調整值的差變小。
  2. 如請求項1所述之流量控制裝置，其中，前述流量調整值係包含在前述流量設定值設定之後所設定的初始調整值；前述初始調整值係與前述流量設定值同等或超過前述流量設定值。
  3. 如請求項2所述之流量控制裝置，更具備：閥輸出取得部，係取得前述閥之驅動電壓；前述調整值決定部係當前述閥之驅動電壓達到預定之閥目標值時就變更前述流量調整值。
  4. 如請求項2或3所述之流量控制裝置，其中，前述調整值決定部係在前述初始調整值之後，將比前述流量設定值更大的過渡調整值保持作為前述流量調整值。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之流量控制裝置，更具備：流量目標值決定部，係決定與前述流量設定值不同的流量目標值，該流量目標值係成為前述量測值之暫時性目標的值； 前述調整值決定部係當前述量測值達到前述流量目標值時就變更前述流量調整值。
  6. 如請求項5所述之流量控制裝置，其中，前述流量目標值決定部係當前述流量調整值藉由前述調整值決定部而變更時就變更前述流量目標值。
  7. 如請求項5所述之流量控制裝置，其中，前述流量目標值決定部係在將比前述流量設定值更大的過渡調整值設定作為前述流量調整值時決定成為前述量測值之暫時性目標的流量目標值；前述調整值決定部係當前述量測值達到流量目標值時就變更前述流量調整值。
  8. 一種流量控制裝置的控制方法，係控制被供給至被控制對象的流體的流量並將前述被控制對象內部保持於流量設定值，該流量控制裝置的控制方法係包含：取得藉由量測前述流體的流量的流量感測器所測得的量測值的步驟；取得前述流體的流量設定值的步驟；決定與前述流量設定值不同的流量調整值的步驟；以及調整將前述流體供給至前述被控制對象的閥之開啟度且控制前述流體的流量，以使前述量測值與前述流量調整值的差變小的步驟。
  9. 一種流量控制裝置的控制程式，係控制被供給至被控制對象的流體的流量並將前述被控制對象內部保持於流量設定值，該流量控制裝置的控制程式係使電腦執行：取得藉由量測前述流體的流量的流量感測器所測得的量測值之命令；取得前述流體的流量設定值之命令；決定與前述流量設定值不同的流量調整值之命令；以及 調整將前述流體供給至前述被控制對象的閥之開啟度且控制前述流體的流量，以使前述量測值與前述流量調整值的差變小之命令。
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