CN102195335A - 停电时电源模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供停电时电源模块,使同样结构的电动执行器既能作为通常的电动执行器使用还能作为具有紧急切断功能的电动执行器使用。在电动执行器(100)中设有中继连接器(10),在连接停电时电源模块(300)的情况下,电机驱动电路(4)生成的第一驱动输出(M1)向停电时电源模块(300)中继。在停电时电源模块(300)中设置有电机电源切换电路(19),在交流电源AC未停电的情况下选择从电动执行器(100)送来的第一驱动输出(M1)(由交流电源AC生成的驱动输出),在交流电源AC停电的情况下选择电机驱动电路(18)生成的第二驱动输出(M2)(由停电时电源EC生成的驱动输出),通过中继连接器(10)送至电动执行器(100)的AC电机(5)。
Description
技术领域
本发明涉及与通过调整阀或者风门等控制对象的开度来进行流量控制的电动执行器连接而使用的停电时电源模块。
背景技术
以往,在空调设备中,将设于其冷温水配管的阀、对通过管道内向空调区域供给的调和空气的风量进行加减的风门等作为控制对象,并为了调整该控制对象的开度而使用电动执行器。
这种通常的电动执行器,由于被提供交流电源作为动作电源,所以在电动执行器的内部具备交流电机作为驱动电机,根据来自空调用控制器的控制指令来进行使控制对象的实际开度与设定开度一致那样的控制动作。在利用这种交流电源进行动作的电动执行器中,当被供给的交流电源发生了停电时,被进行开度控制的控制对象保持刚停电之前的动作开度不变,已经无法进行适当的开度控制。
因此,还提案了一种如下类型的电动执行器:在向电动执行器提供的交流电源发生了停电的情况下,强制地动作到规定开度(例如,完全关闭),并在交流电源再次恢复至通电状态之前保持该规定开度。这种类型的电动执行器已经存在的。后面将该类型的电动执行器称为带紧急切断功能电动执行器。
目前,作为带紧急切断功能电动执行器,具体提案了两种类型,一种类型是弹簧复位式,另一种类型是二次电源驱动式。
[弹簧复位式电动执行器]
弹簧复位式电动执行器,搭载有对电动执行器的驱动轴施力以使其保持完全关闭状态的复位弹簧,在正在被供给交流电源的情况下,抵抗该复位弹簧的作用力并驱动驱动电机来调整控制对象的开度,在发生了停电的情况下,利用复位弹簧的作用力将控制对象的开度强行地设为规定开度(例如,参照专利文献1)。
[二次电源驱动式电动执行器]
而对于二次电源驱动式电动执行器,将电动执行器的驱动电机设为直流电机,并且,另行搭载由二次电池或双电荷层电容器等构成的二次电源(直流电源),在正在被供给交流电源时,将该交流电源转换为直流来驱动直流电机从而调整控制对象的开度,在发生了停电的情况下将二次电源设为动作电源,并利用二次电源(直流电源)来驱动直流电机从而将控制对象的开度强行地设为规定开度(例如,参照专利文献2)。
然而,将这两种类型的带紧急切断功能电动执行器进行比较可以得知,弹簧复位式电动执行器,由于复位弹簧的作用力抵抗通常时的电机驱动而起作用,因此为了克服该抵抗则必须使用转矩大的电机作为驱动电机,因而存在电动执行器的大型化、重量化、成本上升这样的弊端。
相对于此,二次电源驱动式电动执行器,不存在弹簧复位式那样的弊端,另外近年来,作为二次电源的二次电池和双电荷层电容器的容量也得到改善,变得更适合。
专利文献1:日本特开2002-174269号公报
专利文献2:日本特开2008-89109号公报
然而,在现有的电动执行器中,具有紧急切断功能的电动执行器的结构与不具有紧急切断功能的电动执行器(通常的电动执行器)的结构有很大的不同,所以需要制造两种类型的电动执行器。
此外,在使用通常的电动执行器的用户今后想要使该电动执行器具有紧急切断功能时,必须对已有的电动执行器进行大幅改造,或者另行购入带紧急切断功能电动执行器来替换已有的电动执行器,带来成本增加和改造及更换方面的麻烦。
例如,在将通常的电动执行器改造成二次电源驱动式的电动执行器时,由于通常的电动执行器的驱动电机使用交流电源,所以需要进行将该交流电机更换为直流电机、改变控制基板、追设具有紧急切断功能的模块等操作。此外,更换下来的部件需要废弃。这样,在将通常的电动执行器改造成二次电源驱动式的电动执行器时,改造所需的成本及精力太大。
发明内容
本发明是为了解决这样的课题而完成的,其目的在于,提供一种停电时电源模块,能够将相同结构的电动执行器设为通常的电动执行器使用也能够设为具有紧急切断功能的电动执行器使用。
为了达到这种目的,本发明是停电时电源模块,经由电缆可装卸地与电动执行器连接,该电动执行器具备:交流电机;实际开度检测单元,检测被该交流电机驱动的控制对象的实际开度;控制单元,生成使利用该实际开度检测单元检测出的实际开度与设定开度一致的控制输出;第一驱动输出生成单元,接受该控制单元生成的控制输出并生成第一驱动输出作为针对交流电机的驱动输出;以及被设为该第一驱动输出生成单元生成的第一驱动输出的能源的交流电源的输入部,该停电时电源模块具备:交流电源中继单元,其中继向电动执行器提供的交流电源;停电检测单元,其检测向电动执行器提供的交流电源的停电;第二驱动输出生成单元,其生成用于使控制对象达到规定开度的驱动输出作为第二驱动输出;停电时电源单元,其被设为第二驱动输出生成单元生成的第二驱动输出的能源;以及驱动输出选择单元,其将由电动执行器发送来的由第一驱动输出单元生成的第一驱动输出和第二驱动输出生成单元生成的第二驱动输出作为输入,在停电检测单元没有检测出交流电源的停电的情况下选择第一驱动输出作为针对交流电机的驱动输出,在停电检测单元检测出交流电源的停电的情况下选择第二驱动输出作为针对交流电机的驱动输出。
在未将本发明的停电时电源模块连接到电动执行器的情况下,在该电动执行器中,将电动执行器内生成的第一驱动输出发送至交流电机,并进行使控制对象的实际开度与设定开度一致的控制。由此,该电动执行器作为通常的电动执行器发挥作用。
在将本发明的停电时电源模块连接到了电动执行器的情况下,在电动执行器内生成的第一驱动输出被发送至停电时电源模块。在停电时电源模块中,在没有检测出向电动执行器提供的交流电源的停电的情况下,选择由电动执行器发送来的第一驱动输出作为针对交流电机的驱动输出,在检测出向电动执行器提供的交流电源的停电的情况下,选择在停电时电源模块中生成的第二驱动输出作为针对交流电机的驱动输出。
由此,在没有发生停电的情况下,由停电时电源模块所选择的第一驱动输出(在电动执行器内生成的驱动输出)被发送至交流电机,并进行使控制对象的实际开度与设定开度一致的控制。在发生了停电的情况下,由停电时电源模块所选择的第二驱动输出(在停电时电源模块内生成的驱动输出)被发送至交流电机,并进行使控制对象的实际开度达到规定开度(例如,完全关闭)的控制。由此,该电动执行器作为具有紧急切断功能的电动执行器发挥作用。
根据本发明的停电时电源模块,能够在未与电动执行器连接的情况下使该电动执行器作为通常的电动执行器发挥作用,而在已与电动执行器连接的情况下使该电动执行器作为具有紧急切断功能的电动执行器发挥作用,从而能够根据是否连接停电时电源模块,能将相同结构的电动执行器设为通常的电动执行器使用也能设为具有紧急切断功能的电动执行器使用。
附图说明
图1是表示连接本发明所涉及的停电时电源模块之前的电动执行器的主要部分的框图。
图2是该电动执行器的外观图。
图3是表示在该电动执行器上连接了本发明所涉及的停电时电源模块的一实施方式(实施方式1)的状态的图。
图4是表示在该电动执行器上连接了停电时电源模块的情况下的主要部分的框图。
图5是表示停电时电源模块的内部的构造的图。
图6是表示从电动执行器向停电时电源模块发送实际开度检测信号的例子(实施方式2)的图。
图中符号的说明:
1...接线盒、2...电源电路、3...控制基板、4...电机驱动电路、5...交流电机(AC电机)、6...齿轮串、7...输出轴、8...电位计、9...限位开关、10、11...中继连接器、10A、11A...公连接器、10B、10B’、11B、11B’...母连接器、L1、L2、L3...连接器通路、J...跳线、12...电力线、13...信号线、14...电缆、15...接线盒、16...停电检测电路、17...停电时电源部、17-1...AC/DC电源转换部、17-2...充电电路、17-3...电容器(双电荷层电容器或者锂离子电容器)、17-4...直流电源电压调整部、18...电机驱动电路、19...电机电源切换电路、20...限位位置判定电路、100...电动执行器、200...阀、300...停电时电源模块。
具体实施方式
下面,根据附图详细说明本发明所涉及的停电时电源模块的实施方式。
[电动执行器]
图1是表示连接本发明所涉及的停电时电源模块之前的电动执行器的主要部分的框图。在该图中,100是电动执行器,200是开度被该电动执行器100控制的阀(控制对象)。
电动执行器100具备:接线盒1、电源电路2、控制基板3、电机驱动电路4、交流电机(AC电机)5、传递AC电机5的驱动力的齿轮串6、作为该齿轮串6的输出端来调整阀200的开度的输出轴7、检测该输出轴7的旋转角度位置来作为阀200的实际开度θpv的电位计8、检测出输出轴7达到规定旋转角度位置来作为阀200达到规定开度(在该例中,阀200达到完全关闭位置)的限位开关9和中继连接器10及11。
在该电动执行器100中,将作为来自外部的动作电源的交流电源AC输入到接线盒1,该交流电源AC在电源电路2中被转换成所需要的内部电源,并被提供给控制基板3。并且,将设定开度θsp作为来自空调用控制器(未图示)的控制指令输入到接线盒1,该所输入的设定开度θsp被作为设定开度信号S1送往控制基板3。此外,对控制基板3提供了来自电位计8的阀200的实际开度θpv作为实际开度检测信号S2,并提供了来自限位开关9的表示阀200达到规定开度的信号作为规定开度达到信号S3。
控制基板3接受来自空调用控制器的设定开度信号S1和来自电位计8的实际开度检测信号S2,生成用于使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制输出S4,并将该生成的控制输出S4发送至电机驱动电路4。电机驱动电路4接受来自控制基板3的控制输出S4,生成针对AC电机5的驱动输出M1(第一驱动输出)。
中继连接器10被设在电机驱动电路4与AC电机5之间,将来自电机驱动电路4的第一驱动输出M1中继至AC电机5。在该例中,中继连接器10构成为公连接器10A与母连接器10B这样的分割构造,在母连接器10B中用跳线J来连接其连接器通路LI、L2之间,由此将来自电机驱动电路4的第一驱动输出M1通过中继连接器10发送至AC电机5。
中继连接器11构成为公连接器11A与母连接器11B这样的分割构造,通过只在公连接器11A上结合母连接器11B,使来自限位开关9的规定开度达到信号S3在其连接器通路L3中终止。
图2表示该电动执行器100的外观图。在该图中,12是将交流电源AC引入电动执行器100的内部的电力线,13是将设定开度θsp引入电动执行器100的内部的信号线。
在该电动执行器100中,电机驱动电路4生成的第一驱动输出M1通过中继连接器10(连接器通路L1、L2)被发送至AC电机5,由此进行使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制。由此,该电动执行器100作为通常的电动执行器发挥作用。
[作为具有紧急切断功能的电动执行器来使用的情况]
在将该电动执行器100作为具有紧急切断功能的电动执行器来使用的情况下,如图3所示那样,在电动执行器100与电力线12之间经由电缆14连接了停电时电源模块300。
即,从电动执行器100取下电力线12,将该电力线12与停电时电源模块300的输入侧连接,并且将停电时电源模块300的输出侧与电动执行器100的输入侧之间用电缆14进行连接。
图4表示了在电动执行器100上连接了停电时电源模块300的情况下的主要部分的框图。停电时电源模块300是本发明所涉及的停电时电源模块的一个实施方式(实施方式1),具备接线盒15、停电检测电路16、停电时电源部17、电机驱动电路18和电机电源切换电路19。
在将该停电时电源模块300连接到电动执行器100的情况下,在电动执行器100中,取下中继连接器10的母连接器10B(图1),并在公连接器10A上结合从停电时电源模块300的电机电源切换电路19导出的母连接器10B’。
此外,取下中继连接器11的母连接器11B(图1),并在公连接器11A上结合从停电时电源模块300的电机驱动电路18导出的母连接器11B’。
此外,在停电时电源模块300中,在接线盒15上连接电力线12,并使被该接线盒15中继的交流电源AC通过停电时电源模块300的内部送至电动执行器100的接线盒1。
在这种情况下,连接停电时电源模块300和电动执行器100的电缆14,由来自电机电源切换电路19的母连接器10B’的导出线、来自电机驱动电路18的母连接器11B’的导出线和被接线盒15中继的交流电源AC的中继线构成。
另外,在该例中,在对电动执行器100连接停电时电源模块300的情况下,取下了母连接器10B和母连接器11B,但是也可以利用母连接器10B和母连接器11B来得到同样的接线。
在停电时电源模块300中,停电检测电路16监视被接线盒15中继的交流电源AC,并输出用于通知向电动执行器100提供的交流电源AC是否发生停电的停电检测有无信号S5。
停电时电源部17由AC/DC电源转换部17-1、充电电路17-2、电容器(双电荷层电容器或者锂离子电容器)17-3和直流电源电压调整部17-4构成。上述AC/DC电源转换部17-1将接线盒15中继的交流电源AC设为分支输入并将该分支输入转换为直流电源,上述充电电路17-2接受被AC/DC电源转换部17-1转换后的直流电源而进行动作,上述电容器17-3被该充电电路17-2充电,上述直流电源电压调整部17-4从蓄积在电容器17-3中的电荷生成进行了电压调整(升压、降压、或者保持不变)后的直流电源并作为停电时电源EC输出。
电机驱动电路18将从停电时电源部17输出的停电时电源EC作为能源,并根据通过电动执行器100中的中继连接器11(连接器通路L3)送过来的规定开度达到信号S3,生成针对AC电机5的驱动输出M2(第二驱动输出)。在这种情况下,电机驱动电路18,直至确认了规定开度达到信号S3产生为止,生成第二驱动输出M2作为将来自停电时电源部17的停电时电源(进行了电压调整的直流电源)EC转换成交流后的输出。
电机电源切换电路19,将通过中继连接器10(连接器通路L1)送过来的电动执行器100内的电机驱动电路4所生成的第一驱动输出M1和停电时电源模块300内的电机驱动电路18所生成的第二驱动输出M2作为输入,根据来自停电检测电路16的停电检测有无信号S5,在停电检测电路16没有检测出交流电源AC的停电的情况下选择第一驱动输出M1作为针对AC电机5的驱动输出,而在停电检测电路16检测出交流电源AC的停电的情况下选择第二驱动输出M2作为针对AC电机5的驱动输出。该被选择的来自电源切换电路19的驱动输出,通过中继连接器10(连接器通路L2),被送至电动执行器100内的AC电机5。
图5表示停电时电源模块300的内部的构造。图5的(b)是打开停电电源模块300的外壳而观察到的内部的图,图5的(a)是从A方向观察到的图5的(b)的接线盒15侧的图,图5的(c)是从B方向观察到的图5的(b)的电容器17-3侧的图。在停电时电源模块300的内部,为了确保大容量的停电时电源EC,设置有多个电容器(双电荷层电容器或者锂离子电容器)17-3。
[没有发生停电的情况]
在向电动执行器100提供的交流电源AC没有发生停电的情况下,停电时电源模块300中的电机电源切换电路19根据来自停电检测电路16的停电检测有无信号S5,选择从电动执行器100通过中继连接器10(连接器通路L1)送过来的驱动输出M1(电机驱动电路4所生成的第一驱动输出M1)作为针对AC电机5的驱动输出。
该被选择的来自电机电源切换电路19的第一驱动输出M1,通过中继连接器10(连接器通路L2),被送至电动执行器100内的AC电机5。由此,在向电动执行器100提供的交流电源AC没有发生停电的情况下,利用将交流电源AC作为能源而生成的第一驱动输出M1来进行使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制。
[发生了停电的情况]
在向电动执行器100提供的交流电源AC发生了停电的情况下,停电时电源模块300中的电机电源切换电路19根据来自停电检测电路16的停电检测有无信号S5,选择在停电时电源模块300内生成的驱动输出M2(电机驱动电路18所生成的第二驱动输出M2)作为针对AC电机5的驱动输出。
该被选择的来自电机电源切换电路19的第二驱动输出M2,通过中继连接器10(连接器通路L2),被送至电动执行器100内的AC电机5。由此,在向电动执行器100提供的交流电源AC发生了停电的情况下,利用将停电时电源EC设为能源的第二驱动输出M2来进行使阀200的实际开度0pv达到规定开度(在该例中是完全关闭状态)的控制。在这种情况下,若阀200的实际开度θpv达到规定开度并且规定开度达到信号S3被输入给电机驱动电路18,则电机驱动电路18停止输出第二驱动输出M2。
[从停电恢复后的情况]
在停电时电源模块300中,即使在交流电源AC发生了停电的情况下,也继续利用停电检测电路16来监视交流电源AC。若交流电源AC从停电恢复了,则停电检测电路16利用停电检测有无信号S5将该情况通知给电机电源切换电路19。
在从停电检测电路16通知了已经从交流电源AC的停电中恢复的情况时,电机电源切换电路19选择从电动执行器100通过中继连接器10(连接器通路L1)送过来的驱动输出M1(电机驱动电路4所生成的第一驱动输出M1)来作为针对AC电机5的驱动输出。
该被选择的来自电机电源切换电路19的第一驱动输出M1,通过中继连接器10(连接器通路L2),被送至电动执行器100内的AC电机5。由此,若交流电源AC从停电恢复了,则与停电之前一样,利用将交流电源AC作为能源而生成的第一驱动输出M1来进行使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制。
这样,若电动执行器100上连接了停电时电源模块300,则到目前为止作为通常的电动执行器发挥作用的电动执行器100开始作为具有紧急切断功能的电动执行器发挥作用。
在该电动执行器100中,接线盒1相当于本发明所说的交流电源的输入部,控制基板3相当于控制单元,电机驱动电路4相当于第一驱动输出生成单元,AC电机5相当于交流电机,电位计8相当于实际开度检测单元。此外,在停电时电源模块300中,接线盒15相当于本发明所说的交流电源中继单元,停电检测电路16相当于停电检测单元,停电时电源部17相当于停电时电源单元,电机驱动电路18相当于第二驱动输出生成单元,电机电源切换电路19相当于驱动输出选择单元。
如以上所说明的那样,根据本实施方式的停电时电源模块300,能够在没有与电动执行器100连接的情况下,使电动执行器100作为通常的电动执行器发挥作用,在与电动执行器100连接了的情况下,使电动执行器100作为具有紧急切断功能的电动执行器发挥作用。
在这种情况下,需要进行电力线12和电缆13的连接作业,但不需要对电动执行器100进行改造,能够构成为,根据是否连接停电时电源模块300来将相同结构的电动执行器100能够设为通常的电动执行器使用,也能够设为具有紧急切断功能的电动执行器使用。
由此,厂家无需制造两种电动执行器。此外,在工作现场能够简单地将通常的电动执行器变更为具有紧急切断功能的电动执行器。
此外,在该例中,由于电动执行器100是二次电源驱动式,所以与弹簧复位式相比,没有复位弹簧的作用力,因此无需驱动电机的高容量化和齿轮的高强度化。此外,无需对已有配线的配置进行变更就能直接使用电力线12和信号线13。此外,停电时电源模块300可设置在任意位置,所以即使在狭窄的地方也能将电动执行器100变更为具有紧急切断功能的电动执行器。
[实施方式2]
在实施方式1中,构成为,在将停电时电源模块300与电动执行器100连接的情况下,从电动执行器100向停电时电源模块300发送规定开度达到信号S3,但是也可以发送实际开度检测信号S2来替代规定开度达到信号S3。在图6中,作为实施方式2,表示了从电动执行器100向停电时电源模块300发送实际开度检测信号S2的情况的例子。
在该实施方式2中,构成为,从电动执行器100通过中继连接器11(连接器通路L3)向停电时电源模块300发送实际开度检测信号S2。而且,在停电时电源模块300中设置限位位置判定电路20,并根据从电动执行器100发送来的作为实际开度检测信号S2的实际开度θpv,判断阀200是否达到了规定开度(在该例中是完全关闭状态),进而将该判断结果作为替代规定开度达到信号S3的限位位置判定信号S6向电机驱动电路18发送。由此,能够任意决定停电时的设定开度。
另外,在上述的例子中,将中继连接器10设为公连接器10A与母连接器10B这样的分割构造,并在母连接器10B中用跳线J连接了其连接器通路L1和L2之间,但是也可以借助于连接器直接连接电机驱动电路4和AC电机5,在连接停电时电源模块300的情况下,取下连接电机驱动电路4和AC电机5之间的连接器,并进行将另行准备的配线部件连接到该连接器之间的操作等,从而实现图4所示那样的接线。在这种情况下,包含连接电机驱动电路4与AC电机5之间的连接器及在该连接器之间连接的配线部件的单元相当于本发明所说的中继单元。
此外,在上述的例子中,使用电容器(双电荷层电容器或者锂离子电容器)构成了停电时电源模块300内的停电时电源部17,但是也可以使用如锂电池等那样的二次电池,还可以利用一次电池。这样,作为生成停电时电源EC的单元,能够利用一次电源、二次电源、双电荷层电容器等各种装置,从而能够适当选择并加以利用。
本发明的停电时电源模块,作为与通过调整阀或者风门等控制对象的开度来进行流量控制的电动执行器连接的停电时电源模块,可以利用于空调设备等各种领域。
Claims (5)
1.一种停电时电源模块,其特征在于,经由电缆可装卸地与电动执行器连接,该电动执行器具备:交流电机;实际开度检测单元,其检测被该交流电机驱动的控制对象的实际开度;控制单元,其生成使利用该实际开度检测单元检测出的实际开度与设定开度一致的控制输出;第一驱动输出生成单元,其接受该控制单元生成的控制输出并生成第一驱动输出作为针对上述交流电机的驱动输出;以及被设为该第一驱动输出生成单元生成的第一驱动输出的能源的交流电源的输入部,上述停电时电源模块具备:
交流电源中继单元,其向上述电动执行器中继提供交流电源;
停电检测单元,其检测向上述电动执行器提供的交流电源的停电;
第二驱动输出生成单元,其生成的第二驱动输出是用于使上述控制对象达到规定开度的驱动输出;
停电时电源单元,其由上述第二驱动输出生成单元生成的第二驱动输出的能源构成;和
驱动输出选择单元,其将由上述电动执行器送过来的由上述第一驱动输出单元生成的第一驱动输出和上述第二驱动输出生成单元生成的第二驱动输出作为输入,在上述停电检测单元没有检测出上述交流电源停电时选择上述第一驱动输出作为向上述交流电机的驱动输出,在上述停电检测单元检测出上述交流电源停电时选择上述第二驱动输出作为向上述交流电机的驱动输出。
2.根据权利要求1所述的停电时电源模块,其特征在于,
上述停电时电源单元输出直流电源作为停电时电源;上述第二驱动输出生成单元将上述停电时电源单元输出的停电时电源转换成交流后生成上述第二驱动输出。
3.根据权利要求1所述的停电时电源模块,其特征在于,
上述停电时电源单元具备:
AC/DC电源转换单元,其将上述交流电源中继单元所中继的交流电源作为分支输入并将该分支输入转换为直流电源;
蓄电单元,其蓄积从通过上述AC/DC电源转换单元转换后的直流电源得到的电荷;和
直流电源电压调整单元,其从上述蓄电单元蓄积的电荷生成电压调整后的直流电源,并作为停电时电源输出。
4.根据权利要求1所述的停电时电源模块,其特征在于,
上述第二驱动输出生成单元根据由上述电动执行器通知的、上述控制对象是否达到了上述规定开度的信息来生成上述第二驱动输出。
5.根据权利要求1所述的停电时电源模块,其特征在于,
具备规定开度达到判断单元,该规定开度达到判断单元根据由上述电动执行器通知的上述控制对象的实际开度来判断上述控制对象是否达到了上述规定开度;
上述第二驱动输出生成单元根据上述规定开度达到判断单元中的上述控制对象是否达到了上述规定开度的判断结果来生成上述第二驱动输出。
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