流體分配器標定系統及方法
2023-12-01 18:55:26
專利名稱：：流體分配器標定系統及方法
技術領域：
：本發明涉及一種流體輸送系統，且更特別地涉及這樣一種系統，其可以一皮標定來分配預先確定體積量的流體。
背景技術：
：許多應用場合需要可分配若干具備預先確定體積量的流體單元的流體輸送系統。流體輸送系統通常使用電機速度來控制一次分配的液體體積量。例如，蠕動式流體輸送系統包括在選定的時間間隔擠壓柔性管道的旋轉滾筒，由此沿管道推動通常相等的流體單元用於輸出。電機控制滾筒轉速，從而在滾筒擠壓柔性管時控制所分配的流體體積量；電機速度越快，在特定時間段內輸出的流體體積量越大。當該系統被初始化安裝時，或者當用戶希望改變運行參數(例如分配體積量、配送速度等等)時，將該系統標定為(calibrate)在每一單元中分配選定體積量的流體。通常，標定需要分配單個單元的流體，測體積量所配送單元的體積量，以及通過手動調節控制電機速度的電位器調整電機速度。重複這些步驟直至系統分配具備期望體積量值的單元。因為此系統需要手動反覆調整來獲得每單元所期望的流體體積量，標定往往是一種單調乏味的、勞動密集型的過程。這種系統的一個應用是奶昔機。典型的奶昔機包括兩個獨立的分配系統。第一分配系統分配糖漿(syrup)組分。第二分配系統分配冰淇、淋組分。糖漿組分和水淇淋組分具有不同粘度。這才羊，在標定期間，已知的系統需要手工的、反覆的調節以確保所分配的每種組分的數體積量的精確性，並貫穿日常使用的始終來維持糖漿與水淇淋的期望比率。也使用類似的系統來分配糖漿和其它用在自動咖啡機、及"自流式"軟飲料分配器中的液體組分。這些系統也需要4妄比例分配具有不同粘度的液體組分。因此，期望才是供這才羊一種流體分配系統和方法，在該系統標定期間能可靠地輸送具有期望體積量值的準確單位的流體，而不需要手動的、反覆的調節。也期望提供一種基於所期望的配送時間的標定的標定系統及方法。
發明內容本發明涉及這樣一種標定系統，其可以基於測定的流率自動地標定流體分配系統。本發明測出實際的分配特性，諸如配送速度，並自動將分配特性調節成匹配理想的分配特性。通過基於一函數控制流體分配的控制器來執行調節。該函數與多方面的分配特性引述相關，諸如配送速度、分配體積量、和配送時間。在一個實施例中，致動器控制器基於一函數自動地調節，該函數是在固定的時間^:期間內，由不同電機轉速下得到的所分配液體體積量所得出的，使用該信息計算一修正體積量來將實際速度修正為理想速度。該修正體積量允許分配器改變它的運作，從而使得在目標配送時間內分配出目標流體體積量，而不顧及初始的實際速度。一開始有可能通過測定獲取目標流體積量所需的時間段，來得知實際速度。隨後將該時間段與函數比較來查明實際速度以得到相應的修正體積量。通過令系統操作趨向於理想的分配特性，用於標定的該函數允許標定自動地發生，而不需要用戶通過手動反覆的方法來標定系統。在另一實施例中，致動器控制器基於一函數自動調節，該函數是基於已知的參考液體體積量，由不同電機轉速下得到的液體配送時間所得出的。隨後將在液體配送時間段內觀察到的許多脈衝與該函數比4交來查明實際速度以得到相應的修正體積量。可以從下列i兌明和附圖最好地理解到本發明的這些和其它特性，附圖下面是簡要描述。圖1是圖解了#4居本發明的一個實施例的流體分配系統的典型方塊圖2是圖解了根據本發明的一個實施例的、用於流體分配系統的標定方法的流禾呈圖3是圖解了根據本發明的另一實施例的、包括有兩種液體組分的流體分配系統的代表性方塊圖4是配送速度-固定時間段內的配送流體體積量的坐標曲線圖5是配送速度修正體積量-時間段的坐標曲線圖，用於以對應於修正體積量的速度分配固定的流體體積量；圖6是圖解了根據本發明的一個實施例的、用於流體分配系統的標定方法的流禾呈圖；和圖7是圖解了根據本發明的另一實施例的、用於流體分配系統的標定方法的流程圖。具體實施例方式圖1是圖解了根據本發明的一個實施例的流體分配系統100各部件的示意簡圖。該系統100包括一流體分配器104(例如蠕動泵)、一電機106或其它操作流體分配器104的致動器、和能控制電機106速度的控制器108。該控制器108可以是任何已知的處理器、致動器控制器、和/或可以藉助於所產生的控制信號調節電機或致動器速度的電機控制裝置，所述控制信號諸如脈衝寬度調製信號、可變電壓信號等等。電機速度的變化將改變分配器108的運行速度。在一個實施例中，控制器108包括致動器控制器109和存儲器110,該存儲器能存儲以下數據，這些數據關於流體配送時間、及相應的電機速度、和/或配送速度，以及與配送速度、時間與流體體積量相關的函數或算法。請注意到，存儲器110不必一定是控制器108的部分；只要與致動器控制器109通信，存儲器IIO可以是被集成入該系統100內任意位置處的任何數據儲存裝置。可通過調節電機速度來調整流體分配器104的流率，由此通過分配器104在一段給定時間段內改變輸出的流體體積量。控制器10允許對電機速度以及由此對流體分配器104的流率加以改變而不需要手動的反覆調節。在一個實施例中，該系統100也包括流動啟/停開關111，該開關111允許用戶手動啟動和停止流體配送。圖2是圖解了將圖1的系統初始設定為4丸4亍自動標定的一種方法的流^i圖。用戶通過激活開關111啟動流體流動(方塊150),並允許流體流入一標定容器(方塊152)。當所分配的流體達到選定的參考體積量值(例如1盎司)時，用戶通過開關111停止流體流動(方塊154)。容器108或其它處理裝置記錄下為得到參考體積量值所流逝的時間(方塊156)。因為該參考體積量值、用於分配參考體積量值的時間(即參考時間)、以及理想的或實際的電才幾速度都是已知的(由施加到電機上的給定電機速度)，所以可以計算出用於給定電機速度的參考流率(方塊158)。以這種方法計算參考流率，比基於分配體積量與期望體積量的差值反覆調節電機速度更為簡單，因為可以從簡單的用戶控制的配送操作獲得參考流率。在一個實施例中，在所分配的流體體積量與電才幾速度之間大致為線性關係。此關係允許控制器108通過修正標定期間所用的電機速度來計算修正後的電機速度，所述修正是藉助一各與用於給定的參考體積量的實際配送時間與目標配送時間之間的差值成比例的換算因子進行。在一個實施例中，控制器108可以使用補償器來補償給定的電機特性中的任何非線性(例如流率與控制器108所施加到電機106的控制電壓之間的關係、系統變化、載流導管中的變化、導管磨損等等)以及流體自身的若千變化(例如流體粘度)。補償器可以是電路布線結構諸如閉環電路，或可以被集成到控制器108所執行的函數中。不考慮補償器被集成到系統IOO總的具體方法，補償器用作校正因子來維持電機特性中的線性，同時維持自動標定中的精確性。圖4和圖5及下面的表1示出了一種用控制器來獲得傳遞函數以便標定的方法。請注意到，控制器108所用函數可以用不同於上面描述方法的其它方式來確定。另外，該函數可以是線性函數甚或僅僅為一比例因子，這取決於所期望的電機速度調節。在一個實施例中，在特定時間段諸如目標時間段(例如7秒)期間，分配若干流體試樣。表l圖解了在目標時間段期間，配送速度與所分配流體體積量之間的關係。表l中示出的數據僅用於解釋本發明系統的操作的說明目的，且不意味著限於4壬4可方法。表1tableseeoriginaldocumentpage9隨後將實際配送速度與分配體積量與參考配送速度(例如3.81V)和參考分配體積量(例如1盎司)作比較，且基於事實配送速度與參考配送速度之間的差值計算出速度》務正量。隨後計算出實際配送速度下配送l盎司的時間段。例如，如果實際配送速度為5.75V且在該速度下於7秒內分配1.53盎司，那麼速度修正量為1.94V(即，需要從5.75V的實際速度減去1.94V來得到3.81V的理想速度)。另外，如表l中可見，5.75V的配送速度將在4.57秒內分配1盎司。隨後可以將表1中所示數據繪製成曲線圖，如圖4和5中所示，及使用基於該曲線圖的任何已知程序自動生成傳遞函數。圖4是在固定的目標時間期間配送速度與分配的流體體積量的曲線圖，同時圖5是在才艮據修正量的速度下修正量與分配1盎司所需的時間。當用戶將目標配送時間輸入該系統100時，由上面所獲取的悽t據，控制器可以自動計算並調節電機速度以產生所期望的流體體積量。更特別地，圖2中所示的初始標定次序為系統100提供參考流率和初始配送時間。因為對於大部分應用而言目標配送時間是已知的，以本發明的方法來調節和標定電機速度，從而確保了流體分配器104將能在選取的目標配送時間(例如7秒)內分配所期望的流體體積量。例如，如果流體將與具有給定流率的另一種材料混合，則在標定期間初始標定步驟提供可與另一材料流率相協同的參考流率。如果需要增加或減少流體流率來與其它材料的流率協同，參考流率提供定位點用於為特定流體確定流率與配送速度之間的線性關係，並確定與其它材4+配送時間相符的目標流體配送時間。基於此信息，該控制器108可以確定在目標配送時間內用於輸出目標流體體積量的合適速度。圖3是圖解了根據本發明的另一實施例的、包括有兩種液體組分的流體分配系統的代表性方塊圖。該系統200包括第一液體分配系統202和第二液體分配系統302。能操作第一液體分配系統202來分配第一液體例如糖漿。第一液體分配系統202包括第一液體分配器204、第一至丈動器206例如可以運行第一液體分配器204的電機或任何其它致動器、以及允許控制第一致動器206速度的第一控制器208。該第一控制器208可以是任何已知的處理器、致動器控制器、和/或可以藉助於所產生的控制信號而被操作來調節致動器或電機速度的電機控制裝置，如圖1中所討論的。第二液體分配系統302在操作上用於分配第二液體例如乳製品。第二液體分配系統302包括第二液體分配器304、第二致動器306例如可以運行第二液體分配器304的電機或任何其它致動器、以及允許控制第二致動器306速度的第二控制器308。該第二控制器308可以是任何已知的處理器、致動器控制器、和/或可以藉助於所產生的控制信號而被操作來調節致動器或電機速度的電機控制裝置，如圖1中所討論的。在一個實施例中，第一控制器208包括第一致動器控制器209和第一存儲器210。第二控制器308包括第二致動器控制器309和第二存儲器310。能操作第一控制器208和第二控制器308存儲數據關於流體配送時間、及相應的電機速度、和/或配送速度，以及聯繫著配送速度、時間與流體體積量的函悽t或算法。在一段給定的時間段內，通過調節第一液體分配系統202和第二液體分配系統302的電機速度，可調節第一液體分配器204和第二液體分配器304的流率，由此通過第一液體分配器204和第二液體分配器304中的每個而改變輸出的流體體積量。第一控制器208允許對第一電機速度、以及因此對第一流體分配器204的流率加以改變，而不需要手動的反覆調節。第二控制器308允許對第二電機速度、以及因此對第二流體分配器304的流率加以改變，而不需要手動的反覆調節。在這個實施例中，當完成了分配後，糖漿和乳製品被結合以製成例如4t料例如咖啡產品，諸如拿《失咖啡或熱可可。在另一實施例中，該系統200還包括第一流動啟/停開關211和第二流動啟/4亭開關311,該開關允i午用戶手動啟動和卩亭止流體配送。使用根據圖4和5所生成的函數，控制器108輸入在初始標定過,呈期間測定的時間，來確定需要對電機速度進行多少調節以在目標時間內分配出參考體積量。例如，如果在圖2中所示的標定過程期間，用了4.57秒來分配1盎司的流體，則表示配送速度為5.75V,比3.81V的理想速度高出1.94V。控制器108隨後將自動減少配送速度1.94V,從而使得在7秒的目標時間期間配送1盎司。控制器108將因此使電機106趨於的理想速度、在目標時間期間配送出目標體積量，而不顧及在圖2的才示定步驟期間的電機初始速度。因此，該系統100可以#全測到基於在初始標定過程期間分配固定體積量的流體所用時間的調節量(圖2),這取代了依靠反覆手動調節來標定電機106及由此標定分配器104。例如，如果有選定的目標配送時間，控制器108可以計算目標時間與參考時間之間的差值，並隨後通過與計算出的差值尺寸成比例的量值改變電機速度。具體的比例值取決於所用電機、流體和/或導管的具體性質；本領域的普通技術人員能夠通過反覆試驗在不過度試驗情形下確定正確的比例因子用於給定系統。因為已知理想的或實際的電機速度，可以確定電機速度與配送時間之間的關係。結果，控制器108可以自動檢測配送速度、且由此檢測電機速度偏離目標速度多快，並因而可調節電機速度。另外，如果用戶希望在較短時間段內分配選定的流體體積量，則電機速度能基於反映了在電機速度與給定流體體積量的配送時間之間關係的傳遞函數而自動調節其自身。因為控制器108所用的傳遞函數連接了配送速度、配送時間和分配體積量，本領域的普通技術人員能確定以使用傳遞函數來自動標定流體分配器104(例如，標定成固定的分配體積量、特定的電機速度等等、以及標定為目標配送時間)的其它方法，而不離開發明的範疇。存儲在控制器108中的函數或算法允許基於在初始標定步驟期間獲得的單個參考流率，自動調節電機速度來滿足任何所期望的性能特性(圖2)。在圖6中所示的一個實施例中，通過使用基於在初始標定期間的諒-如糖漿的流體的體積量Volc、和依據液體粘度的標定電機電壓Vc的一系列等式，自動且連續地標定電機速度。使用初始的數值編碼脈衝Pl來計算初始的電機速度估計量Vi，標定電機電壓根據下列公式基於液體粘度Vc、和編碼脈衝Pc:初始電機速度Vi也可以由數據表得到。根據下列公式，基於標準體積量Vols、編碼脈衝的標定數Pc、和在初始標定期間所分配的液體體積量Volc來計算編碼^0中的初始悽丈Pi:Pi=Vols(Pc/Volc)初始的電機速度Vi被用於設定電機速度Vn。測出在電機編碼脈衝間的時間tref。介於各電機編碼脈衝間的時間tref的數據根據下列公式一皮過濾和平滑。根據下列公式對原始的電機速度估計值Vi作出修正Vn+1=[(ts/2Pi)(Vn/tn)]其中，ts是預先確定的標準時間。更新後的電機速度估計值Vn+1隨後取代了電機速度Vn且過程重複，基於所更新的電機速度估計值Vn+1自動地標定電機速度Vn。在圖7中所示的另一實施例中，通過使用基於將已知參考量的例如糖漿的液體配送入標定杯所需時間的一系列等式，自動且連續地標定電機速度。使用分配參考量的時間tc、基於液體粘度的標定電機電壓Vc、和標準分配時間ts,並根據公式來計算初始的電機速度估計值Vi:初始的電機速度估計值Vi被用於設定電機速度Vn。測出在參考時間期間的所觀察的編碼脈衝數P'ref。介於各電機編碼脈衝間的時間tref的數據根據下列公式被過濾和平滑處理。Pn=ref/Nsubgroups隨後根據公式對初始的電機速度估計值Vn作出修正更新後的電機速度估計值Vn+1隨後取代了電機速度Vn且過程重複，基於所更新的電才幾速度估計值Vn+1自動地標定電機速度Vn。應當理解到，對此處說明的本發明的實施例的各種可選方案可以應用於實踐本發明。意圖是下列若干權利要求確定了本發明的範疇，且由此覆蓋了在這些權利要求範疇內的方法和裝置。儘管已經公開了本發明的優選實施例，本領域的普通技術工人可以認識到可在本發明的範疇內有某些修改。出於該原因，應該研究下列鬥又利要求來確定本發明的真實範疇和內容。權利要求1、一種流體標定系統，包括流體分配器；連接到該流體分配器的致動器，該致動器控制來自於該流體分配器的流體輸出；和連接到該致動器的致動器控制器，該致動器控制器基於實際分配特性與理想分配特性之間的差值來自動地調節致動器，且該實際分配特性是基於函數來確定，且該理想分配特性是預先確定的。2、如權利要求1所述的流體標定系統，其特徵在於，該實際分配特性和該理想分配特性分別是實際流率和理想流率。3、如權利要求1所述的流體標定系統，其特徵在於，用於確定實際分配特性的該函數是目標配送時間內分配器修正量與測定的所分配體積量之間的關係。4、如權利要求3所述的流體標定系統，其特徵在於，該分配修正量是基於初始電機速度和在獨立的電機編碼脈衝之間測得時間而計算出的。5、如權利要求4所述的流體標定系統，其特徵在於，在獨立的電機編碼脈沖之間測得的所述時間是對許多單獨的電機編碼脈衝求平均值。6、如權利要求1所述的流體標定系統，其特徵在於，用於確定實際分配特性的所述函數是分配器速度修正量與分配出目標分配體積量所計算的配送時間之間的關係。7、如權利要求6所述的流體標定系統，其特徵在於，多個配送速度均各自具有相應的配送速度修正量與相應的所計算的配送時間。8、如權利要求6所述的流體標定系統，其特徵在於，該分配修正量是基於初始電機速度和許多電機編碼脈衝計算出的。9、如權利要求8所述的流體標定系統，其特徵在於，該電機編碼脈衝數是在參考時間期間確定的。10、一種標定的流體分配系統，包括第一流體分配器；第二流體分配器；連接到該第一流體分配器的第一致動器，它控制來自於該第一流體分配器的第一流體的輸出；連接到該第二流體分配器的第二致動器，它控制來自於該第二流體分配器的第二流體的輸出；連接到該第一致動器的第一致動器控制器，第一致動器控制器基於第一實際分配特性與第一理想分配特性之間的差值來自動地調節第一致動器，並且該第一實際分配特性是基於函數確定的，且該第一理想分配特性是預先確定的；和連接到該第二致動器的第二致動器控制器，第二致動器控制器基於第二實際分配特性與第二理想分配特性之間的差值調節來自動地第二致動器，並且該第二實際分配特性是基於函數確定的，且該第二理想分配特性是預先確定的。11、如權利要求10所述的流體標定系統，其特徵在於，該第一流體是糖漿，且該第二流體是食品。12、一種用於標定流體分配系統的方法，包:fe:檢測由致動器所控制的流體分配器的實際分配特性；確定該實際分配特性與理想分配特性之間的差;和基於所確定的差值並根據基於在獨立的電機編碼脈衝間測得時間的函數，來控制致動器。13、如權利要求12所述的流體標定系統，其特徵在於，檢測該實14、如權利要求12所述的流體標定系統，其特徵在於，該檢測行動包括至少基於標定電才幾電壓、電才幾編碼脈衝的標定lt和標準體積量來計算出實際分配特性。15、如權利要求12所述的流體標定系統，其特徵在於，該實際分配特性和該理想分配特性分別是實際配送速度和理想配送速度。16、如權利要求12所述的流體標定系統，其特徵在於，該實際分配特性和該理想分配特性分別是實際流率和理想流率。17、如權利要求12所述的方法，其特徵在於，該檢測行動包括測定第一實際分配特性和測定第二實際分配特性；該確定行動包括確定第一實際分配特性與第一理想分配特性之間的差值，並確定第二實際分配特性與第二理想分配特性之間的差值；和該控制行動包括基於所確定的第一實際分配特性與第一理想分配特性之間的差值來控制第一致動器，和基於所確定的第二實際分配特性與第二理想分配特性之間的差值來控制第二致動器。18、如權利要求17所述的方法，其特徵在於，該第一致動器控制分配第一流體的第一流體分配器，該第二致動器控制分配第二流體的第二流體分配器。19、如權利要求18所述的方法，其特徵在於，第一流體和第二流體被成比例地彼此相配。20、如權利要求18所述的方法，其特徵在於，第一流體是糖漿且第二流體是食品。全文摘要一種用於標定流體的系統和方法，其檢測實際流體分配特性，諸如配送速度，並自動將分配特性調節為匹配理想的分配特性。該調節是由控制器致動的，該控制器基於和配送速度、分配體積量、及配送時間相關的函數來可控制流體分配。通過令系統操作趨向於理想的分配特性，該函數允許標定自動地發生，而不需要用戶通過手動反覆的方法來標定系統。文檔編號G01F25/00GK101180236SQ200680017269公開日2008年5月14日申請日期2006年3月7日優先權日2005年3月17日發明者J·J·斯科爾達託,R·羅亞迪申請人:開利公司