CN108027621A

CN108027621A - 用于使用比例流量阀控制气体流的方法和系统

Info

Publication number: CN108027621A
Application number: CN201680056439.3A
Authority: CN
Inventors: M·A·博雷洛
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2018-05-11
Anticipated expiration: 2036-09-07
Also published as: JP7101114B2; JP2018528550A; CN108027621B; EP3356901A1; WO2017055948A1; US10754358B2; US20180307254A1

Abstract

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。

Description

用于使用比例流量阀控制气体流的方法和系统

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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发明主题的一部分。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发明主题的部分。

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明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发明的原理上。

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。自适应控制器120包括闭环流量控制器的模型160和增益控制170。

根据实施例，并且如下面详细描述的，闭环流量控制器110通过致动比例流量阀140来起始来自气体源130的气体流。流量传感器150测量通过比例流量阀的致动而创建的实际气体流量。然后闭环流量控制器确定期望的气体流量(其可以是预定值)与由流量传感器测量的气体流量之间的差异。然后闭环流量控制器可以使用该差异来调节比例流量阀的控制。

自适应控制器120利用期望的流率值来起始来自闭环流量控制器的模型160的响应。例如，自适应控制器将期望的流率馈送到闭环流量控制器的模型中，并且闭环流量控制模型的响应与由流量传感器150测量的实际气体流量一起被提供给增益控制170。增益控制利用模型的响应和实际气体流量来确定增益。然后利用该增益来调节闭环流量控制器的增益。

参考图2，在一个实施例中，图2是用于控制比例流量阀系统的模型200。模型200与图1中的模型100类似，但提供了额外的细节。模型200包括期望的闭环流量控制系统的简单线性动态模型210。模型200还包括调节机构，该调节机构通过对控制回路增益的实时调节使动态模型与实际流量控制回路之间的差异最小化。该方法还可以包括限制增益率或泄漏率以及增益范围或限制器的一个或多个约束，以便提供全局稳定性。

根据图2中的模型，控制器和系统的目标是：不论流量阀灵敏度(K)在不同流量下的变化，使实际流量输出Q(k)(或等同地‘站点(plant)’响应y_p)都紧密跟踪流量轨迹Q_traj(k)。根据实施例，将系统响应(y_p)与模型的响应(y_m或y_模型(k))进行比较以提供跟踪误差(e)，其中：

e＝y_p-y_m(等式1)

然后该系统使用该信息来实时地改变一个或多个可调节参数，例如θ，使得跟踪误差被最小化。根据一个实施例，该模型被选择为具有α＝30Hz的一阶滞后以匹配闭环反馈中的阀的结构(在任何给定流量下被认为是恒定增益)，该闭环反馈具有作为补偿器的积分器并且具有30Hz的闭环截止频率。

参考图3，根据一个实施例提供了一种用于通过比例流量阀来控制气体流量的系统300。该系统包括比例流量阀140，其可以是本领域已知的任何比例流量阀。存在许多不同类型的比例流量阀，包括螺杆式比例流量阀、电磁比例流量阀和许多其他类型的比例流量阀。这些阀中的任何一个都可以用在系统300中。该系统还包括气体源130。该气体源可以是能够被利用的任何气体源，例如周围环境空气的压缩源、氧气罐、氮气罐、它们的混合物以及各种各样的其他气体源。没有气体是可以供人呼吸的要求，并且因此气体源能够是有毒的、易燃的或其他气体。如果比例流量阀140至少部分打开，则来自气体源130的气体离开气体源通路330，并且通过出口340离开。比例流量阀140控制离开气体源的气体量以及该量的气体离开气体源的速率。

该系统包括控制器350，控制器350为常规微处理器、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)，以及其他类型的控制器。控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实施，并且还可以实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联电路)的组合。控制器350可以与任何需要的存储器、电源、I/O设备、控制电路系统和/或根据本文描述的或以其他方式设想的实施例的系统的操作所需的其他设备耦合或以其他方式与其通信。例如，在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联。在一些实施方式中，存储介质可以用一个或多个程序编码，所述一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时实施本文讨论的功能中的至少一些。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内，或者可以是可移动的，使得其上存储的一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中，从而实施本文所讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中一般意义上用于指代可以用于对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。

尽管控制器350被示出为与图3中的比例流量阀140分离，但是根据其他实施例，控制器可以附接到阀的外部、可以是阀的集成部件、完全远离阀或者与阀具有一些其他物理关系。在控制器远离阀的情况下，通信可以在控制器与阀之间被无线传输。

控制器350控制比例流量阀140，并因此控制离开气体源的气体量以及该量的气体离开气体源的速率。该控制器可以由诸如用户之类的外部源引导，和/或可以通过编程来引导。例如，用户可以按下按钮或提供指示流量应该增加的一些其他输入，并且控制器接收该信号并向比例流量阀提供信号以增加流量。备选地，控制器或相关联的处理器被编程或被配置为根据特定时间、响应或其他输入来减少或增加流量。

系统300还包括流量传感器150。该流量传感器检测气体在其离开比例流量阀140之后的流量。因此，流量传感器是比例阀的有效性的测量；换言之，基于流量传感器测量结果，可以获得比例流量阀如何有效且精确地达到期望流量的计算。如本文非常详细地描述的，来自流量传感器150的反馈被控制器350用于调节比例流量阀140以达到期望的流量。为此，将由流量传感器150测量的气体流(其为y_p)与已由用户或者通过编程指示给控制器350的期望输出(其为y_m)进行比较。y_m和y_p之间的差异是误差(e)。控制器使用e的值来实时改变比例流量阀和模型的一个或多个可调节参数(例如θ)，使得跟踪误差被最小化。换言之，自适应控制器利用e来改变闭环流量控制器中的积分增益，继而调节比例流量阀。如果闭环控制的流量响应太快或太慢，则自适应控制会调节积分增益，使得站点的闭环响应与模型的响应相匹配。

根据实施例，比例流量阀系统300是通气机380的部件，如图3所示。因此，输出部340可以是引导到患者的管道。系统的控制器可以是通气机的部件，也可以是独立的部件。

参考图4，在一个实施例中，图4是用于控制比例流量阀系统的方法400的流程图。在步骤410处，提供比例流量阀系统100。比例流量阀系统可以是本文描述或以其他方式设想的实施例中的任何。例如，比例流量阀系统100包括具有用于气体源130的比例流量控制阀140的闭环流量控制器110、流量传感器150以及具有可调节增益180的积分补偿器。比例流量阀系统100还包括具有闭环流量控制器的模型160以及增益控制170的自适应控制器120。比例流量阀系统的许多其他实施例也是可能的。

在该方法的步骤420处，闭环流量控制器110通过致动比例流量阀140来起始气体流。

在该方法的步骤430处，由比例流量阀的致动创建的实际气体流量(y_p)由流量传感器150(例如图1或3中所示的流量传感器)测量。该流量传感器优选靠近比例流量阀，以避免由测量的延迟引起的误差。

在该方法的步骤440处，闭环流量控制器将由流量传感器150测量的实际气体流率(y_p)与期望流率(y_m)进行比较，以便获得误差(e)，该误差是y_p与y_m之间的差异。期望流率可以例如由用户或通过编程来选择或提供。例如，在该方法的步骤432中，系统接收期望的气体流率。

在步骤450处，闭环流量控制器基于期望流率(Q_traj)与实际气体流率(y_p)之间的缩放的积分差异来调节比例流量阀，如下面更详细地描述的。

在该方法的步骤460处，自适应控制器120利用期望流率值Q_traj来起始来自闭环流量控制器的模型160的响应y_m。例如，自适应控制器将期望流率馈送到闭环流量控制器的模型中，以获得模型的响应。

在该方法的步骤470处，增益由自适应控制器的增益控制确定。例如，闭环流量控制器模型y_m的响应与由流量传感器150测量的实际气体流量y_p一起被提供给增益控制170。该增益控制利用模型的响应、实际闭环流量控制器的气体流的响应以及期望的流量轨迹来确定闭环流量控制器增益。

在该方法的步骤480处，根据由自适应控制器计算的增益来调节闭环流量控制器的增益。

根据实施例，该方法采用以下变量和单位中的一个或多个：Q(k)是以lpm为单位的氧气或空气的阀流量测量结果；Q_traj(k)是以lpm为单位的氧气或空气的流伺服机构轨迹；I_traj(k)是以计数为单位的阀电流量轨迹；K_aQ是以1/sec为单位的抗积分饱和增益；I_{traj_max}是以计数为单位的阀电流，其对应于入口50psig的氧气或空气处的饱和最大阀流量；I_{traj_min}是以计数为单位的阀电流，其对应于入口50psig氧气或空气下的饱和最小阀流量(或提离电流)；K_{i_θ}(k)是以计数/lpm-sec为单位的自动可调节积分增益；K_{i_θmin}是以计数/lpm-sec为单位的最小积分增益；K_{i_θmax}是以计数/lpm-sec为单位的最大积分增益；y_模型(k)是以lpm为单位的参考模型流伺服机构输出；y_站点(k)是以lpm为单位的流伺服机构输出(即实际输出)；e(k)是以lpm为单位的参考模型跟踪误差；εQ(k)是以lpm为单位的流伺服机构误差；α是以rad/sec为单位的流伺服机构回路模型极点；I_sum(k)是伺服机构回路积分器输出；I_{sum_init}是以计数为单位的伺服机构回路积分器复位和初始值；I_复位(k)是控制器复位信号；U_{c_filt}(k)是以lpm/sec为单位的经滤的流量轨迹；δ是以lpm²/sec²为单位的归一化因子；γ是调整速率增益；σ是调整泄漏增益；K_{i_θe}是以计数/lpm-sec为单位的泄漏亲和力设置点；并且K_{i_θinit}是以计数/lpm-sec为单位的自适应增益积分器复位和初始值。

根据实施例，该方法采用以下常数值，尽管可以修改或以其他方式调节这些值以满足系统、不同阀和各种其他系统的某些要求。然而，根据一个实施例，α＝50；σ＝4；δ＝0.00005；γ＝3000；K_aQ＝10；K_{i_θe}＝8000；K_{i_θinit}＝10000；K_{i_θmin}＝8000；K_{i_θmax}＝70000；I_{sum_init}＝I_{traj_min}。根据该方法的实施例，I_{traj_max}和I_{traj_min}两者在系统服务阀校准流程期间针对每个阀(空气和O₂)被确定。

根据该方法的实施例，利用以下等式来导出该系统，包括闭环传递函数(等式2)和方法模型(等式3)：

根据实施例，为了使跟踪误差最小化，代价函数J被选择为可调节参数的函数。该代价函数被选择为跟踪误差的绝对值，并且因此J≥0：

J(θ)＝|e（θ)| (等式5)

根据实施例，可调节增益相对于时间的变化被选择成与代价相对于可调节增益的变化成比例。此外，由于J≥0，可以通过选择比例常数为负数来稳定该关系，因此γ>0。伽马(γ)控制调整在控制法则的最终综合中收敛的速率：

Kr→α稳定状态 (等式9)

根据实施例，控制法则如下，其中，‘sgn’是符号函数。该等式假设Kθ～α处于稳定状态处，然而当算法收敛时情况不会如此。事实上，这种形式的控制法则并不稳定：

因此，为了稳定性，需要经滤波的输入进行归一化。这有效地除以经滤波的输入的尺寸而不是归一化，并且产生针对目标的小改变的较大贡献因子和针对大改变的较小因子。值得注意的是，δ只是为了防止除以零的小因子，然而该选择确实会影响针对小u_f的增益演化。

这实现稳定的模型，其以各种输出速率(包括这些可变输出速率之间的快速变化)有效地控制比例流量阀系统。

压缩气体阀流量控制器

根据实施例，使用在下文用以下等式定义的广义离散时间一阶滤波器来更新参考模型输出：

x(k)＝Q_traj(k) (等式13)

y(k)＝y_模型(k) (等式14)

其中，a＝0.0；b＝α；c＝1.0；d＝α；并且ΔT＝0.001sec。

一阶超前滞后滤波器可以通过适当选择滤波器参数用作广义滤波器(低通、高通、超前滞后、PI滤波器等)，如在连续时间传递函数中由a、b、c和d表示的。级联多个滤波器还可以提供带通和带阻滤波器结构。离散时间滤波器的导出以连续时间传递函数开始：

其中，X是输入，并且Y是输出。注意，‘s’是表示复频率σ+jω的运算符，并且对于该滤波器，极点处于d/c rad/sec处，并且零点处于b/a rad/sec处。该滤波器的DC增益是a/c。

从连续时间到离散时间(z域)的映射是使用双线性变换和下面的运算符置换来实现的：

由于z^-1是延迟算子并且z^-1F(z)→f(k-1)，因此该置换实现z变换，其继而提供获得滤波器的差异方程的手段。该滤波器变为：

y(k)＝αx(k)+βx(k-1)+γy(k-1) (等式17)

其中，x(k)是滤波器输入，y(k)是滤波器输出，α、β和γ是由连续时间滤波器系数a、b、c和d以及离散时间样本间隔ΔT确定的离散时间滤波器系数。

根据实施例，在接下来的步骤中，使用以下公式来更新流伺服机构误差：

ε_Q(k)＝Q_traj(k)-Q(k) (等式19)

根据实施例，在接下来的步骤中，使用以下公式来更新参考模型跟踪误差：

e(k)＝y_模型(k)-Q(k) (等式20)

根据实施例，在接下来的步骤中，使用下面定义的二阶带通滤波器来更新经滤波的流量轨迹，其中，x(k)＝Q_traj(k)；y(k)＝U_{c_filt}(k)；ω_低＝ω_高＝α；并且ΔT＝0.001秒。

带通滤波器使具有两个-3dB截止频率ω_低与ω_高之间的单位增益的信号通过，并且针对ω>ω_高和ω<ω_低使信号衰减。该滤波器通过级联两个滤波器级：高通滤波器和低通滤波器来实现。滤波器使用截止频率和采样间隔ΔT作为设计输入。滤波器级中的每个可以使用广义滤波器来实现。

高通滤波器用作第一级以提供低频截止，而低通滤波器用作第二级以提供高频截止。为了使用广义超前滞后实现高通滤波器，选择超前滞后滤波器零点为零并且选择极点为ω_低。为了使用广义超前滞后实现低通滤波器，超前滞后滤波器零点处于无穷远处并且极点在ω_高处。因此，要实现期望的带通滤波器，应用以下：首先，使带通滤波器输入为u(n)并且输出为v(n)。

第一级(为高通的广义滤波器)：对于在ω_低处截止的高通：a＝1/ω_low；b＝0；c＝1/ω_低；并且d＝1。并且设置以下等式：

此外，将针对该级的广义滤波器输入x(n)设置为带通滤波器输入u(n)；并且该级的广义滤波器输出y(n)被连接到第二级的输入。

第二级(为低通的广义滤波器)：对于在ω_高处截止的低通：a＝0；b＝1；c＝1/ω_高；并且d＝1。并且设置以下等式：

此外，将针对该阶段的广义滤波器输入x(n)设置为第一级的输出，并且针对该阶段的广义滤波器输出y(n)是带通滤波器输出v(n)。

根据实施例，在接下来的步骤中，使用以下等式更新归一化的滤波流量轨迹U_{c_norm}(k)：

根据实施例，在接下来的步骤中，使用以下等式更新增益积分器输入的泄漏分量θ_泄漏(k)：

θ_泄漏(k)＝|e(k)|σ(K_{i_θe}-K_{i_θ}(k)) (等式22)

根据实施例，在接下来的步骤中，使用以下等式更新增益积分器输入的剩余分量θ(k)：

θ(k)＝-γ·sgn(e(k))·U_{c_norm}(k) (等式23)

其中，符号函数sgn(x)被定义为

根据实施例，在接下来的步骤处，积分增益被更新。如果I_复位(k)被清零(0)，则利用以下等式：

否则利用以下等式：

K_{i_θ}(k)＝K_{i_θinit} (等式26)

其中，初始条件是：

K_{i_θ}(0)＝K_{i_θinit} (等式27)

θ(0)＝θ_泄漏(0)＝0 (等式28)

根据实施例，在接下来的步骤中，流伺服机构积分器输出被更新。如果I_复位(k)被清零(0)，则利用以下等式：

I_sum(k)＝ΔTK_{i_θ}(k-1)ε_Q(k-1)+K_aQΔT(I_traj(k-1)-I_sum(k-1))+I_sum(k-1) (等式29)

否则利用以下等式：

I_sum(k)＝I_{sum_init} (等式30)

其中，初始条件是：

ε_Q(0)＝0 (等式31)

I_traj(0)＝I_{sum_init} (等式32)

根据实施例，在接下来的步骤中，使用以下公式来更新流伺服机构输出：

I_traj(k)＝min(I_{traj_max},max(I_{traj_min},I_sum(k)))

如本文所定义和使用的所有定义应理解为由字典定义、通过引用并入的文献中的定义和/或所定义术语的普通含义来控制。

如本文中在说明书和权利要求书中使用的词语“一”和“一个”应理解为意指“至少一个”，除非明确地相反指示。

如本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为意指如此结合的元素的“任一个或两者”，即在一些情况下联合存在并且在其他情况下分离地存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应该以相同的方式解释，即如此结合的这些元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”短语明确识别的元素之外，可以任选地存在其他元素，不管与具体识别的元素相关还是不相关。

本文在说明书和权利要求书中使用的“或”应当被理解为具有与如上定义的“和/或”的相同的含义。例如，当在列表中分离项目时，“或”或“和/或”应当被解读为是包含性的，即，包含多个元素或元素列表中的至少一个元素，但也包括多于一个的元素，以及任选的其他未列出的项目。只有明确指出相反情况的术语(例如，“仅一个”或“正好一个”)或者当在权利要求中使用时，“由……组成”将指包含多个元素或元素列表中的正好一个元素。一般而言，本文中所使用的术语“或”仅当前面有诸如“任一个”、“中的一个”、“中的仅一个”或“正好一个”的排他性术语时才被解读为排他性替代词(即，“一者或另一者，而非两者”)。

本文在说明书和权利要求书中使用的关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为是意指从元素列表中的元素中的任何一个或多个中选择的至少一个元素，但是不一定包括元素列表内具体列出的每个或每一个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许除了在元素列表内由短语“至少一个”所指的特别识别的元素之外的元素可以任选地存在，不管与特别识别的那些元素相关还是不相关。

还应当理解，除非明确指出相反情况，否则在本文所要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于记载该方法的步骤或动作的顺序。

在权利要求书以及上面的说明书中，诸如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保留”、“由……构成”等所有过渡性短语应被理解为是开放式的，即，意指包括但不限于。只有过渡性短语“由……组成”和“基本上由……组成”分别应当是封闭式或半封闭式的过渡性短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所阐述的。

虽然本文已经描述和说明了若干发明实施方式，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得本文所描述的结果和/或一个或多个优点的各种其它手段和/或结构，并且这些变化和/或修改中的每个被认为是在本文描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于特定应用或使用本发明的教导的应用。本领域技术人员将认识到，仅仅使用常规实验就能够确定本文描述的特定的发明实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例仅以范例的方式呈现，并且在权利要求及其等同物的范围内，可以以与特别描述和要求保护的方式不同的方式来实践发明实施例。本公开内容的发明实施例针对本文所描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法相互一致，则两个或更多个这种特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合都被包括在本公开内容的发明范围内。

Claims

1.一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置为确定来自所述闭环流量控制器的所述模型的响应，并且还被配置为使用所述增益控制、所述期望的气体流率以及来自所述闭环流量控制器的所述模型的所述响应来确定所述闭环流量控制器的调节因子。

7.根据权利要求6所述的比例流量阀系统，其中，所述闭环流量控制器还被配置为使用所述调节因子来调节所述可调节增益。

8.根据权利要求6所述的比例流量阀系统，其中，所述闭环流量控制器还被配置为接收指示所述期望的气体流率的输入。

9.根据权利要求6所述的比例流量阀系统，其中，调节所述闭环流量控制器的所述可调节增益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。

10.根据权利要求6所述的比例流量阀系统，其中，所述气体是氧气。

11.根据权利要求6所述的比例流量阀系统，其中，所述比例阀系统是通气机(380)的部件。

12.一种通气机(380)，所述通气机包括：

气体源(130)；

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；以及

13.根据权利要求12所述的通气机，其中，所述闭环流量控制器还被配置为使用所述调节因子来调节所述可调节增益。

14.根据权利要求12所述的通气机，其中，所述闭环流量控制器还被配置为接收指示所述期望的气体流率的输入。

15.根据权利要求12所述的通气机，其中，调节所述闭环流量控制器的所述可调节增益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。