CN110397568A - 增压泵的脉宽调制电动机控制 - Google Patents

Abstract

用于建立容器中的流体的压力的增压器，包括泵、电动机、控制器和变送器。所述泵具有设置成将流体输送到容器的出口。电动机被配置为根据脉宽调制(PWM)驱动信号来驱动泵，并且控制器被配置为将脉宽调制驱动信号传递到电动机。所述变送器被配置为产生表示所述出口处的流体的压力的压力信号，并将所述压力信号传送至所述控制器。控制器被配置为基于压力信号调节脉宽调制驱动信号的占空比。

Description

增压泵的脉宽调制电动机控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月24日提交的申请号为62/661911的美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用整体结合到本文中。

技术领域

本发明总体上涉及用于对容器加压的系统，并且更具体地涉及增压器，在所述增压器中电动机驱动泵以将流体泵送到封闭容器中，从而逐渐升高容器内的压力。

背景技术

增压器用于在封闭容器中对流体，例如液体或气体，加压。特别地，增压器经常用于流体静力学测试以评估阀的压力性能。在其它应用中，增压器也广泛地用于螺栓张紧和/或扭转、植物油提取、供给液压致动器、高压巴氏灭菌和实验室研究。在不会发生过冲的情况下，增压器被期望能够快速、精确和可靠地将容器加压到选定的目标压力。此外，一些增压器必须能够处理具有不同容积的不确定容器。目前的增压器设计通常使用空气驱动，并且需要附接的加压空气源。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种用于在容器中建立流体压力的增压器。该增压器包括泵、电动机、控制器和变送器。所述泵具有设置成将流体输送到所述容器的出口。电动机被配置为根据脉宽调制(PWM)驱动信号来驱动泵，并且控制器被配置为将脉宽调制驱动信号传递到电动机。所述变送器被构造成产生表示所述出口处的流体的压力的压力信号，并将所述压力信号传送至所述控制器。所述控制器被配置为基于所述压力信号调节脉宽调制驱动信号的占空比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中，控制器被配置为基于泵的参数来调节脉宽调制驱动信号的占空比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中泵的参数是泵的压力额定值。

根据本公开的一个方面的实施例，其中所述控制器被配置为初始指定第一占空比，并且还被配置为：基于指示由所述泵输出的流体的压力已经增加的所述压力信号，来增加该占空比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中所述控制器被配置为：响应于指示由所述泵输出的流体的压力接近用户输入的设定点压力的所述压力信号，而重复地增加所述占空比，并且响应于指示由所述泵输出的流体的压力高于所述用户输入的设定点压力的所述压力信号，而停止向所述电动机输送动力。

根据本公开的一个方面的实施例，其中所述控制器被配置为将测量的压力与多个连续增加的阈值进行比较，并且选择与所述测量的压力超过的所述多个连续增加的阈值中的第一个阈值相对应的占空比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中多个阈值分别对应于所述泵的压力额定值的不同百分比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中，控制器被配置成当压力信号接近所述泵的压力额定值时增加占空比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中所述控制器被构造成在连续的控制迭代中调节所述占空比，并且存储之前迭代的压力信号。

根据本公开的一个方面的实施例，其中，控制器被配置成，在所存储的之前迭代的压力信号超过当前压力信号的情况下，存储潜在泄漏情况的指示。

根据本公开的一个方面的实施例，其中，控制器被配置为，在潜在泄漏情况的情况下，停止向电动机输送动力。

根据本公开的一个方面的实施例，其中，所述控制器被配置为在所存储的之前迭代的压力信号超过当前压力信号的量不大于至少一阈值的情况下，增大所述脉宽调制驱动信号的占空比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中所述控制器被配置为接收增益设置，并基于所述增益信号调节所述脉宽调制驱动信号的占空比。

根据本公开的一个方面的实施例，其中所述增益设置是多个替代增益设置中的一个，所述多个替代增益设置将所述脉宽调制驱动信号的占空比提高不同的量。

根据本公开的一个方面的实施例，其中多个替代增益设置是对应于多个不同已知容器尺寸的多个预设定增益设置。

根据本公开的一个方面的实施例，其中所述电动机、控制器和变送器被支撑在单个基板上。

在另一方面，本公开涉及一种操作增压器的方法，该增压器包括由电动机驱动的泵。该方法包括：感测所述泵的输出压力；至少部分地基于所述感测的输出压力产生脉宽调制驱动信号；以及利用脉宽调制驱动信号驱动所述电动机。

根据本公开的另一个方面的实施例，其中产生脉宽调制驱动信号包括：选择初始脉宽调制占空比；将所感测的输出压力与参考压力进行比较；基于所述比较来调节所述初始脉宽调制占空比；以及提供具有调节后的脉宽调制占空比的脉宽调制驱动信号。

根据本公开的另一个方面的实施例，其中将所感测的输出压力与参考压力进行比较包括将所感测的输出压力与泵设置进行比较，并且其中调节所述初始脉宽调制占空比包括在所感测的输出压力超过所述泵设置的情况下增加所述脉宽调制占空比。

根据本公开的另一个方面的实施例，其中所述泵设置是所述泵的泵额定值的百分比。

根据本公开的另一个方面的实施例，其中将所感测的输出压力与参考压力进行比较包括将所感测的输出压力与在所述方法的之前迭代中感测的存储的输出压力进行比较，并且其中调节所述初始脉宽调制占空比包括在所感测的输出压力不超过所述存储的输出压力的情况下增加所述脉宽调制占空比。

根据本公开的另一个方面的实施例，还包括在所感测的输出压力降到所述存储的输出压力之下的情况下，比较和标记故障情况。

本发明内容仅作为示例而非限制。基于本公开的全部内容，包括全部文本、权利要求书和附图，本公开的其它方面将被理解。

附图说明

图1是增压器的透视图。

图2是图1的增压器的分解图。

图3是图1的和图2的增压器的泵的分解图。

图4是图1的和图2的增压器的控制器的示意性电路框图。

图5是示出用于图1的和图2的增压器的控制方法的第一实施例的流程图。

图6是示出用于图1的和图2的增压器的控制方法的第二实施例的流程图。

图7是示出图5的方法的可选的扩展的流程图。

尽管上述附图展示了本公开的一个或多个实施例，但是如讨论中所提到的，其它实施例也被设想了。在所有情况下，本公开以代表性而非限制性的方式呈现本发明。应当理解，本领域技术人员可以设计出许多其它变形和实施例，这些变形和实施例都落入本发明原理的范围和精神内。附图可能未按比例绘制，并且本发明的应用和实施例可以包括附图中未具体示出的特征和组件。

具体实施方式

本发明涉及一种增压器，该增压器通过响应于感测的压力的脉宽调制被控制。该增压器根据一种方法操作，通过该方法，在对容器加压的过程中，脉宽调制的占空比设置通过多个增益级而被调节，以便在不过冲目标压力的情况下增加泵送压力直到目标容器压力被实现。这可以在考虑到目标压力和容器特性的变化的同时，在不需要单独的加压空气源的情况下实现。

图1和图2分别是增压器1的透视图和分解图。增压器1包括基座2、泵3、机械驱动器4、壳体5、电动机6、控制器7和电源8(见图1)，以及接口10、输入端11和控制电路12(见图2)。特别地，泵3包括泵入口15、泵出口16、歧管17、第一端口18和变送器19，并且参照图3被进一步描述。

增压器1是用于将容器(未示出)内的流体压力精确地升高到目标压力而不超过该目标压力的工具。基座2支撑并保持泵3和增压器1的其它部件，并且可以例如是金属板或支架。泵3是在控制器7的控制下由电动机6通过机械驱动器4驱动的流体泵。泵3在下文中作为活塞泵被详细地讨论，但更一般地其可以是任何精确致动和/或计量的泵送系统。壳体5是保护性的外壳，壳体5包围例如控制器7的至少一部分、机械驱动器4和电动机6。壳体5例如可以是由围绕增压器1的各种部件的一个或多个金属或聚合物面板形成的刚性外壳或护罩。

泵3通过机械驱动器4由电动机6驱动。在所示的实施例中，电动机6可以是电动转子-定子型电动机。更特别地，电动机6可以是由直流信号驱动的无刷电动机。机械驱动器4例如可以包括安装在由电动机6转动的偏心轮上的轴承。该轴承可以转动曲柄或移动止转棒轭，以使泵3的活塞上下往复运动。可以理解，可以替代地使用各种其它类型的机械驱动器，以用于将由电动机6输出的旋转运动转换成往复运动来驱动泵。

控制器7是一个电控单元，该电控单元控制电动机6以通过泵3达到目标压力。如图2所示，控制器7可以包括接口10、显示器，所述显示器例如是字母数字显示器、量表、灯和/或用于显示诸如压力设置、测量的压力、泵选择和/或警报(例如，泄漏状况)的消息的其它类型的信息输出端。控制器7还可以包括输入端11，输入端11是一种装置，例如拨盘、滑块、按钮组、触摸屏、电位计或其它类型的输入元件，以用于接收供用户设置增压器1的操作参数的数据。在一些实施例中，输入端11可以是被布置成与单独的具有逻辑能力的装置(例如，无线地)通信的变送器。输入端11用于输入压力设置。通常，用户或辅助程序可经由输入端11提供更高或更低的压力设置。电动机6驱动泵3以利用容器将压力建立到该目标压力。在一些实施例中，输入端11也可以用于指定其它操作参数，例如容器容积。

控制器7接收来自一个或多个变送器的输入，该一个或多个变送器包括下面进一步详细描述的变送器19。控制器7还包括用于操作电动机6的控制电路，如参照图4更详细地示出的，并且其由电源8供电，电源8在图1中被描绘为用于连接到传统壁装电源插座的电线。更一般地，可以使用任何电源(例如电池、发电机)。

泵3例如可以是具有合适的活塞尺寸比的增强泵。泵3通过泵入口15(通常通过在上冲程时的抽吸)吸入流体，并在压力下通过泵出口16输出流体。在图1和2所示的特定实施例中，通过泵出口16输出的流体行进通过歧管17。

歧管17是流体路由结构，该流体路由结构可以包括多个出口，多个出口包括第一端口18。可以将容纳加压流体的容器连接到第一端口18，例如，以用于测试。或者，第一端口18可以是在发生过压事件时释放流体的爆发释放端口，并且用于加压的目标容器可以附接到单独的第二端口，例如与第一端口18相对的第二端口。变送器19是设置成测量从泵3输出的流体的参数的传感器。在各种实施例中，变送器19测量歧管17内的流体压力。变送器19例如可以是应变仪，该应变仪能够产生代表泵3的压力输出的压力读数。该压力测量值可以指示容器内的压力。基于所测量的压力，变送器19输出可被传输到控制器7的信号。特别地，该信号可以由控制电路12(见图4)接收，并且可以用于调节驱动信号输出以操作电动机6，从而操作泵3，如以下参照图5-7进一步讨论的。

泵3包括泵入口15和泵出口16，并且将参照图3被更详细地描述。图3提供了泵3的分解图，进一步示出了下缸体20、上缸体21、活塞头22、活塞杆23、密封件24、连接器25以及单向阀26和27。下缸体20可通过螺纹接口连接到上缸体21上以限定缸体，在所述缸体中正排量元件往复运动。在这种情况下，正排量元件是由活塞头22和活塞杆23形成的活塞。活塞头22可以例如通过螺纹连接而连接到活塞杆23。密封件24在由下缸体20和上缸体21形成的缸体的内表面和活塞杆23的外表面之间形成密封，从而防止当泵送流体时流体沿活塞杆23泄漏。连接器25连接上缸体21以将泵3安装到机械驱动器4。

泵3另外分别包括入口单向阀26和出口单向阀27。入口单向阀26和出口单向阀27协作以调节通过泵3的流体的流动。单向阀26、27被安置成与活塞杆23所插入的腔室对齐。当活塞杆23往复运动时，泵3的腔室的工作容积增大和减小。活塞杆23在上冲程时扩大腔室的容积，产生真空状态，该真空状态将流体通过入口15、经过入口单向阀26吸入腔室中。在至少一些实施例中，活塞头22和活塞杆23可一起形成具有大于1的活塞尺寸比(顶部：底部)的非对称活塞。

在活塞杆23的上冲程中，出口单向阀27关闭以防止下游流体倒流回到腔室中。在活塞杆23的下冲程中，腔室的容积减小，迫使流体从腔室流出，同时入口单向阀26关闭以防止流体从腔室向上游流向入口15。流体被迫从腔室经过出口单向阀27，该出口单向阀例如可以由朝向出口16的流体流被动地致动。重复从上冲程到下冲程的往复循环，以吸入上游流体并迫使流体向下游流动(即，通过歧管17)以加压所连接的容器。

图4呈现了控制器7的示意图，并且示出了如上参考图1和2所述的接口10、输入端11、控制电路12和变送器19。控制电路12包括电力调节电路36、开关模式电源33、微控制器34、脉宽调制(PWM)驱动器35、半导体开关37和回扫二极管32。控制电路12接收来自接口10、输入端11、变送器19和/或其它源的输入。使用这些输入，控制电路12控制电动机6的操作，电动机6通过机械驱动器4驱动泵3，如上所述。

控制电路12可以全部或部分地安装在电路板上或形成为集成电路。控制电路12可以例如由标准电线或从电源8接收的电网电力(例如，120伏、60赫兹的交流电，或230伏、50赫兹的交流电，或其它区域标准电线或电网电力)供电。来自电源8的交流电力由电力调节电路36转换成直流电压。整流电路30从电源8接收交流电力，并对该电力进行全波整流以产生整流电力。在该实施例中，滤波电路31调节或平滑该整流电力以产生提供给电动机6的直流电压。在替代实施例中，电源8是直流电力电源，例如电池，因此不需要整流。

开关模式电源33从电力调节电路36(或模拟直流源)接收直流电力，并且生成由脉宽调制驱动器35使用的电源电压，以产生脉宽调制驱动信号，该脉宽调制驱动信号以由脉宽调制驱动信号确定的占空比接通和关断半导体开关37。

微控制器34接收多个输入，所述多个输入至少包括来自输入端11和变送器19的信号。在一些实施例中，微控制器34还可以接收来自接口10的输入，并且向接口10发送信息，例如用于在屏幕或其他输出设备上显示的数据。基于输入，微控制器34向脉宽调制驱动器35输出脉宽调制命令信号。在各种实施例中，脉宽调制命令信号具有在16kHz-32kHz的范围内的频率。微控制器34基于来自输入端11、变送器19和/或接口10的输入确定命令信号的占空比以在加压容器内实现期望的目标压力，如下面参照图5-7更详细地描述的。微控制器基于该占空比设定半导体开关37的接通和断开时间。

来自脉宽调制驱动器35的脉宽调制驱动信号被提供给半导体开关37，半导体开关37被示为绝缘栅双极晶体管(IGBT)。开关37具有控制电极(栅极)、第一主载流电极(集电极)和第二主载流电极(发射极)。开关37响应于在其栅极处接收的脉宽调制驱动信号而接通和断开。微控制器34可以包括数字处理器和在其上存储程序指令的存储器以及其它子部件，当所述程序指令由处理器执行时，所述程序指令实施这里例如参考图5-7描述的功能和方法。微控制器34计算并将高速脉宽调制(PWM)命令信号输出到脉宽调制驱动器35以设置用于为电动机6供电的占空比。更具体地说，电动机6由一系列快速的(例如直流的165伏)电压脉冲供电，而不是由连续的直流电供电。每个脉冲是具有″开启″部分和″关闭″部分的循环的一部分。所述脉冲在一个循环上的宽度(持续时间)被调制，以将更多或更少的能量输送到电动机6，从而增加或减小电动机6的速度和/或功率输出，并因此增加或减小泵3的速度和/或功率输出。对于每个循环，工作部分或″开启″部分可以表示为总循环时间的百分比。在这种意义上，占空比的范围从0％(关闭；无开启脉冲)到100％(在整个循环内脉冲开启)。10％的占空比意味着脉宽调制命令信号的宽度使得在电动机6接通(被供电)时，电流在一个循环的10％期间通过电动机6。每个循环的周期足够短，因为每个循环的持续时间短，所以使得电动机6在一个循环的剩余90％(即″关闭″部分)期间继续运行。

微控制器34将脉宽调制命令信号输出到脉宽调制驱动器35，脉宽调制驱动器35将脉宽调制驱动信号提供到开关37的栅极，从而致使开关37根据由脉宽调制命令信号建立的频率和占空比而接通和断开。具体地，在占空比开启时(对应于向电动机6的电压输送，即脉冲)，开关37接通，并且在占空比关闭时(对应于没有向电动机6的电压输送，即在脉冲之间)，开关37断开。回扫二极管32桥接电动机6以在占空比的关闭(off)部分期间空转，同时阻断由电动机6产生的潜在的破坏性的反向电压。在操作时，微控制器34向脉宽调制驱动器35输出脉宽调制命令信号，以使开关37以命令的频率和占空比接通和断开，从而使电流流过电动机6。

传送到电动机6的脉宽调制信号的占空比是可变的。具体地，脉宽调制命令信号的占空比可以由微控制器34基于各种因素和输入来计算和动态改变或调节。可以通过各种算法来确定微控制器34的如下操作，该操作确定何时向电动机6传送动力信号(例如，何时完全打开或关闭电动机6)以及在电动机6打开时设置动力信号的占空比，如下面参考图5-7更详细地描述的。最一般地，可以分析地确定、或者可以从模式或调度模式中选择、或者通过其组合来确定传递到电动机6的占空比。

图5-7是示出方法的步骤的流程图，所述方法由微控制器34和/或控制电路12的其它逻辑电路作为程序指令执行。尽管确定地示出了一些步骤，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以添加或替换所示算法的变型。

图5示出了方法100。根据该方法，在步骤39中接收输入。该输入可以是本文所提到的任何信息，并且在一些实施例中可以包括一个或多个泵参数。输入可包括来自输入端11的压力设置。在典型的操作中，用户转动输入端11转盘以增加或减少用于容器的期望压力设置。当操作输入端11时，例如可以在接口10上显示和更新目标压力。这样，用户在选择目标压力的同时接收反馈，并且可以停止操作输入端11或者可以提供另一输入，诸如按压接口10的按钮，以确认压力输入设置。尽管步骤39在此主要公开为接收用户输入，输入可以替代地或附加地从参考源接收或得到，或者从可能需要或不需要用户交互的另外的电子设备接收。接收输入的步骤39可以包括，微控制器30接收关于泵3的类型的信息和/或正在使用的容器的类型的信息。这种数据例如可以包括容器容积和/或泵排量。在一些实施例中，例如通过RFID信号或其它部件上的指示，这些参数可以直接从容器或泵自身中得到。各种不同类型和尺寸的泵3可与增压器1一起使用，并且可具有不同的额定压力值。额定压力值可以是例如泵3旨在建立或以其它方式处理的最大压力(但是由于固有的安全因素，所述泵可能能够承受更大的压力)。例如，第一泵可具有10,000psi的额定压力值，第二泵可具有15,000psi的额定压力值，第三泵可具有20,000psi的额定压力值，第四泵可具有25,000psi的额定压力值，第五泵可具有35,000psi的额定压力值等。增压器1可以不允许在超过特定的泵的额定压力值的情况下使用特定的泵，并且如果向电动机6输送动力将导致施加的压力超过泵的额定压力值，则增压器1可以防止向电动机6输送动力。这可以通过以下方法来实现，即确保如果/当由变送器19感测的压力超过泵的额定压力值时，增压器1不进一步对容器加压。额定压力值可以是所接收的泵参数的一部分，然后将所接收的泵参数设置为增压器1将驱动到的压力的上限。

在一些实施例中，接口10可以允许用户选择泵3的模型。用于各种类型的泵3的模型的信息(例如额定压力值)可以存储在控制电路12的存储器中(例如在微控制器34或单独的存储器中，未示出)。与泵3的那些各种类型的模型相关联的操作参数也可存储在存储器中，并且当用户通过接口10选择(输入)相应的泵时，可调用和使用这些操作参数。这样，在步骤39中，通过用户选择或以其他方式输入正在使用的泵的类型和基于泵选择参考增压器1上的存储器而获得的特定泵参数(例如，压力等级)，可以获得所述泵的参数。替代地或附加地，一些实施例可允许用户手动输入或调节描述泵3和/或待加压的容器的参数。

在步骤40中可以感测压力。该压力可以由变送器19感测，如上所述，变送器19与泵3的输出端流体连通地连接。此外，在步骤40中，将感测的压力与对应于目标加压值的设定点压力进行比较。如果所感测的压力大于或等于设定点压力，则算法前进到步骤41，并且电动机6被关闭。在这种情况下，关闭电动机6表示传递到电动机6的动力的无限期的中断，直到压力设置大于感测的压力。

返回到步骤40，如果感测的压力小于设定点压力，则方法100进行到步骤42-46中的一系列比较中的一个或多个。在这些步骤中，步骤40的感测的压力被连续地与多个增加的泵设置进行比较。图5示出了五个步骤42-46，其中，将感测的压力与一系列增加的泵设置进行比较，但是更一般地，可以使用任何数量的泵设置。方法100中处理的不同的泵设置的数量可以被选择，以在占空比调节时提供足够的粒度，从而在不过冲的情况下将感测的压力快速驱到设定点压力。每个泵设置可以例如对应于设定点压力的百分比，或者对应于泵额定值的百分比。例如，第一泵设置可以是泵3的泵额定值的5％的值。如果第一泵设置是泵3的额定压力值的5％(或其它百分比)，则步骤42的比较就评估测量的压力是否至少是泵3的额定压力值的5％。步骤43-46执行与步骤42类似的比较，但是用于不同的、连续更大的泵设置。回到泵设置是泵额定值的百分比的实施例，第二泵设置可以是泵额定值的30％的值。第三泵设置可以是泵额定值的50％的值。第四泵设置可以是泵额定值的70％的值。第五泵设置可以是泵额定值的80％的值。其它百分比也是可能的。通常，比较步骤42-46所处理的泵设置不需要均匀分布。在一些实施例中，可以基于在步骤39中接收的输入来确定在步骤42-46中引用的泵设置，甚至是这种类型的比较步骤的数量。

比较步骤42-46确定当前感测的压力与泵设置的接近程度，并在步骤47-52中选择相应的脉宽调制占空比。回到泵设置表示泵额定值的百分比的实施例，方法100因此基于当前感测的压力与泵3的额定压力值的接近程度来选择到电动机6的脉宽调制信号的占空比。步骤47-52涉及基于步骤42-46的种类将不同的脉宽调制占空比设置应用于电动机6。通常，脉宽调制占空比的第一设置对应于较低的占空比，而第二设置对应于较高的占空比，第三、第四和第五设置对应于相继的较高的占空比，第六设置对应于最高的占空比。虽然示出了六个设置，但是可以具有两个、三个、四个、五个、七个或更多不同的设置，每个设置对应于不同的(例如，增加的)压力阈值。同样，虽然示出了与比较步骤42-46相连的五个泵设置，但是两个、三个、四个、六个或更多个泵设置可以被使用以用于更精细或更粗糙的类型，每个泵设置对应于不同的(例如，增加的)占空比的值。

步骤47的第一设置可以是5％的占空比。步骤48的第二设置可以是7％占空比。步骤49的第三设置可以是10％的占空比。步骤50的第四设置可以是14％的占空比。步骤51的第五设置可以是22％的占空比。步骤52的第六设置可以是35％的占空比。其它占空比的百分比也是可能的。

比较步骤42-46基于感测的压力分配占空比，使得较低的测量压力将导致输出到电动机6的较低的占空比的PWN信号，而较高的测量压力将导致发送到电动机6的较高的占空比的PWN信号。这种占空比选择用于几个目的。通常，希望-有时甚至需要-增压器1不会过冲用户输入的压力设置。如果压力被过冲，则流体将必须被排出，或者压力将必须被以其他方式释放以降低到压力设置(假设增压器1输出到封闭的系统)。在一些实施方式中，泵3可以是没有自动减压装置的增强泵。因此，当测量的压力较低时，只要感测的压力相对较低就使用较低的脉宽调制占空比，以便维持电动机6的速度和/或功率。因为当流体压力远低于泵3的额定压力值时，泵3可以有效地泵送，所以当压力较低时，通常不需要向电动机6输送较高动力。然而，随着压力建立，需要更多的动力来泵送泵3下游的额外流体(即，进入加压容器)。因此，当测量的压力建立时(例如，接近泵3的额定压力值)，步骤42-52增加输出到电动机6的占空比。因为对泵3的每个循环来说，泵3的每个循环贡献了更少的边缘压力增加，这是因为泵3不能在压力接近泵3的压力额定值时如之前那样有效地操作，所以随着压力增加，过冲压力设置的顾虑被减少。因此，步骤42-52使得当在泵3的下游测量的压力较低时，相对较低的脉宽调制占空比驱动信号被传送到电动机6，但是当在泵3的下游测量的压力较高时，允许相对较高的脉宽调制占空比驱动信号被传送到电动机6。回到如下实施例，其中步骤42-46的泵设置是泵3的额定压力值的百分比并且步骤47-52的设置是脉宽调制占空比设置，当测量的压力较低时脉宽调制占空比较低，并且当测量的压力较高时脉宽调制占空比较高，以实现过冲风险与提供足够的动力以有效地实现高压二者之间的平衡。通常，方法100的步骤42-52随着ΔPmax的减小而逐步增加电动机6的占空比(并且从而增加泵3的功率)，其中ΔPmax是泵3的感测压力和额定压力值之间的差值的测量值。根据包括本发明的一些实施例的这种和其它方法，随着感测的压力接近设定点压力，控制器7重复地增加电动机6的占空比，并且响应于感测的压力超过设定点压力而停止向电动机6输送动力。

在一些实施例中，接收输入的步骤39包括接收增益参数。该增益参数可以与被加压的容器的尺寸有关。被加压容器越大，过冲目标设定点压力的风险越低。对于较大的容器，电动机6因此可以更有力地驱动泵3，使得压力建立过程不被延长。在这种情况下，用户可以输入增益设置，该增益设置与被加压的容器的尺寸成比例。在这种环境下的增益可以被称为灵敏度。增益值可以与被加压的容器的尺寸相关。例如，对于十个不同尺寸的容器，可以使用十个不同的增益值。脉宽调制占空比的不同设置可以乘以输入增益或以其他方式被输入增益增加。例如，值是1的增益(即1x增益乘数)可以用于最小的容器，并且不导致设置的增加(例如，当其被同样地应用于第一设置、第二设置、第三设置等时)。值是2的增益可以用于较大的容器，并且增益值2可以被乘以设置或以其他方式用于使设置增大(例如，当其被同样地应用于第一设置、第二设置、第三设置等时)。值是3的增益可以用于甚至更大的容器，并且增益值3可以被乘以设置或以其他方式用于使设置增大(例如，当其被同样地应用于第一设置、第二设置、第三设置等时，但是在所有实施例中设置之间的差值可以不是线性的和/或一致的)。较大的增益值可以相应地使设置增大较大的量。可用的增益值不需要以相同的间隔分开，并且在一些实施例中可以被预先选择以对应于已知的容器。此外，尽管可以如上所述预先选择增益值，但是在本公开范围内的替代实施例可以使用非递增地(例如，分析地)生成的增益值。另外，也可以调节增益值以在压力增大时维持泵3的有效性，如以下参照图7更详细地描述的。

方法100的一些实施例可以包括停滞步骤53。在此步骤中，所述算法在设定脉宽调制占空比的步骤47到52中的任一者之后等待一段时间。尽管方法100示出了50ms的停滞时间，该时间段或任何其它时间段可以被插入以允许在方法100的迭代之间对容器加压。在该时间段期间，驱动信号被发送到电动机6。停滞步骤53允许压力在算法循环之前改变。在停滞步骤53之后，方法100返回到步骤40以使用变送器19感测压力。在一些情况下，对于每个循环，算法还可检查以查看新的压力设置是否被输入。随着算法循环，可以预见的是压力会建立并且感测的压力高于步骤42-46的先前分类的压力，直到达到压力设置，脉宽调制占空比在算法的一些迭代期间增加。

在随着压力建立而增加占空比之前以较低占空比启动的另一个好处是，减轻泵3的下游泄漏的风险。如果在容器中发生泄漏，则不希望存在从系统中逸出较高流量和/或较高压力的流体。当测量的压力相对较低时，因为泵3的功率最初很低，所以具有第一设置或第二设置的相对较低的脉宽调制占空比(例如，步骤42、43)，降低了泄漏流体将以较高容量和/或较高压力输出的可能性。如果流体系统能够保持压力并且不存在泄漏，则该算法就可能仅会行进通过第二泵设置和第三泵设置(例如，步骤43、44)等等，在这种情况下，占空比将被增加并且马达6将更有力地驱动泵3以建立更大的压力。在下面参考图6进一步讨论泄漏检测。

虽然方法100的所示实施例使用一系列比较来分类和确定马达6的脉宽调制占空比，但是方法100和增压器1的一些替代实施例不需要使用这样的分类步骤。相反，只要压力继续建立/增加，脉宽调制占空比就可以增加。一种这样的方法在图6中作为方法200示出。方法200包括接收输入的步骤59，步骤59基本上如上面关于方法100的步骤39所描述的那样。所述输入可以包括一个或多个泵参数，和/或压力设置。方法200还包括参考压力设置的步骤60。压力设置可以是如上所述例如通过输入端11由用户设定的目标压力。步骤60可以参考步骤59的输入。参考步骤60允许(例如，由用户)在算法迭代期间或之间调节压力。

方法200还包括测量压力的步骤61。压力可由变送器19感测。在步骤62中，将该感测的压力与压力设置进行比较。如果测量的压力小于压力设置，则算法停止并前进到步骤68，在步骤68中，由于不再需要泵送(即，已经达到目标压力)，停止送到电动机6的驱动信号。然后在步骤69中重置脉宽调制占空比，并且算法返回到步骤60以参考所述压力设置来检查压力设置是否已经改变。如果测量的压力小于压力设置，则方法200前进到步骤63，在步骤63中将当前循环的测量的压力与上一循环的测量的压力进行比较(例如，算法的上一迭代的步骤61)。如果测量的压力不大于上一循环的测量的压力，则算法进行到步骤65。在步骤65中，再次将测量的压力与上一个循环的测量的压力进行比较，并且将测量的当前压力小于上一个循环的测量的压力识别为可能的泄漏情况(步骤67)。如果在步骤67处检测到泄漏，则故障情况可被记录并被存储在存储器中，并且可以发出警报和/或可以停止向电动机6输送能量。如果测量的当前压力已经停止(即，不大于上一循环的压力，如在步骤63处确定的，但也不比上一循环的压力小，如在步骤65处确定的)，则加压已经暂时停止，并且方法200前进到步骤66处以增加脉宽调制占空比设置，从而增加泵3的泵送功率。在一些实施例中，该停止确定可包括最小裕度，即，使得如果当前的测量的压力不以至少最小量超过先前迭代的测量的压力，则确定当前压力已经停止(使得方法前进到步骤66)。

在增大泵3的脉宽调制占空比(在步骤66处)或确定不需要这种增大(在步骤63处)之后，方法200前进到步骤64以将驱动信号传送到电动机6。该算法可以返回到步骤60以在随后的迭代中参考所述压力设置。返回到步骤63，如果测量的压力大于上一循环的测量的压力，意味着泵3在电动机6的当前占空比下正在建立压力，则不增加占空比(即，步骤66被绕过)并且保持上一迭代的占空比以在步骤64中将驱动信号传递到电动机。

只要压力正在建立，方法200就维持恒定的脉宽调制占空比，但是一旦占空比不足以继续将压力增加到目标值，则增加占空比。方法200另外提供如上所述的泄漏检测(步骤67)。

在一些实施例中，方法100和200可以部分地组合或集成。图7示出了一个这种部分组合的示例性情况，如子方法100b所描述的。子方法100b是图5中描述的方法100的扩展，其中附加的方法步骤70-73插入在方法100的步骤40和42之间。在步骤70中，在步骤40中确定感测的压力小于设定点压力之后，类似于方法200的比较步骤63，感测压力与之前循环的感测的压力进行比较。如果感测的压力自从上一迭代以来已经增加，则维持当前设置(步骤71)，并且子方法100b行进到如上文参照图5所述的方法100的步骤42。然而，如果感测的压力没有增加，则该潜在的停止情况在步骤72通过增加电动机6的脉宽调制占空比的增益设置来处理。增益的这种增加可以是轻微的，并且用于允许方法100/100B的下一迭代以进一步对容器加压，类似于方法200的步骤66。尽管图7中未示出，但是该算法的一些实施例也可以将当前压力与先前感测的压力进行比较，以检测与可能的泄漏情况相对应的压力降低，如参照方法200的步骤65和67所讨论的。一旦在步骤72处增益设置已经增加，则在步骤73处基于增益设置更新脉宽调制占空比设置以增加泵功率，并且方法100从步骤42继续。

方法100、200和100b示出了增压器1通过调节脉宽调制占空比来调节泵送功率的算法。方法100有利地在当前感测的压力接近泵额定值时增大泵送功率，从而允许在泵接近其最大加压能力时进行有效加压。方法100因此至少部分地根据泵额定值来缩放泵功率。当控制算法的连续迭代不再产生感测的压力的增加时，方法200增大泵送功率，并且因此至少部分地独立于泵额定值来缩放泵功率，以防止停止并且检测泄漏。方法100b修改方法100以结合来自方法200的一些算法元素，从而防止停止(并且潜在地检测泄漏)，同时还考虑泵额定值。

可能实施例的讨论

以下是本发明的可能实施例的非排他性描述。

一种用于在容器中建立流体压力的增压器，所述增压器包括：泵，所述泵具有设置成将流体输送到容器的出口；电动机，所述电动机被配置为根据脉宽调制(PWM)驱动信号来驱动泵；以及控制器，所述控制器被配置为将脉宽调制驱动信号传送到电动机；以及变送器，所述变送器被配置成产生指示在所述出口处的流体的压力的压力信号，并且将压力信号传递到所述控制器，其中，所述控制器被配置为基于压力信号调节脉宽调制驱动信号的占空比。

前段的增压器可以任选地包括，附加地和/或替代地，任何一个或多个下列特征、构造和/或附加的部件：

根据前述增压器的另一个实施例，其中，控制器被配置为基于泵的参数来调节脉宽调制驱动信号的占空比。

根据前述增压器的另一个实施例，其中泵的参数是泵的额定压力值。

根据前述增压器的另一个实施例，其中控制器被配置为初始选择第一占空比，并且还被配置为随着压力信号增加而增加该占空比。

根据前述增压器的另一个实施例，其中所述控制器被配置为将测量的压力与多个连续增加的阈值进行比较，选择与所述测量的压力超过的所述多个连续增加的阈值中的第一阈值相对应的占空比。

根据前述增压器的另一个实施例，其中多个阈值分别对应于泵的额定压力值的不同百分比。

根据前述增压器的另一个实施例，其中，控制器被配置成当压力信号接近所述泵的额定压力值时增加占空比。

根据前述增压器的另一个实施例，其中所述控制器被配置成在连续的控制迭代中调节所述占空比，并且存储之前迭代的压力信号。

根据前述增压器的另一个实施例，其中，控制器被配置成，在所存储的之前迭代的压力信号超过当前压力信号的情况下，标识出潜在泄漏情况。

根据前述增压器的另一个实施例，其中，控制器被配置为，在潜在泄漏情况的情况下，停止向电动机输送动力。

根据前述增压器的另一个实施例，其中，所述控制器被配置为在所存储的之前迭代的压力信号匹配当前压力信号的情况下，增大所述脉宽调制驱动信号的占空比。

根据前述增压器的另一个实施例，其中所述控制器被配置为接收增益设置，并基于所述增益信号调节所述脉宽调制驱动信号的占空比。

根据前述增压器的另一个实施例，其中所述增益设置是多个替代增益设置中的一个，所述多个替代选增益设置将所述脉宽调制驱动信号的占空比提高不同的量。

根据前述增压器的另一个实施例，其中所述多个替代增益设置是对应于不同已知容器尺寸的预设定增益设置。

一种操作增压器的方法，所述增压器包括由电动机驱动的泵，该方法包括：感测泵的输出压力；至少部分地基于所述感测的输出压力生成脉宽调制驱动信号；以及用脉宽调制驱动信号驱动电动机。

前述段落的方法可以可选地包括，附加地和/或替代地，任何一个或多个下列特征、构造和/或附加部件：

根据前述方法的另一实施例，其中产生脉宽调制驱动信号包括：选择初始脉宽调制占空比；将所感测的输出压力与参考压力进行比较；基于所述比较来调节所述初始脉宽调制占空比；以及提供具有调节后的脉宽调制占空比的脉宽调制驱动信号。

根据前述方法的另一实施例，其中将所述感测的输出压力与参考压力进行比较包括将所述感测的输出压力与泵设置进行比较，并且其中调节所述初始脉宽调制占空比包括在所述感测的输出压力超过所述泵设置的情况下增加所述脉宽调制占空比。

根据前述方法的另一实施例，其中所述泵设置是所述泵的泵额定值的百分比。

根据前述方法的另一实施例，其中将所述感测的输出压力与参考压力进行比较包括将所述感测的输出压力与在所述方法的所存储的之前迭代中感测的输出压力进行比较，并且其中调节所述初始脉宽调制占空比包括在所述感测的输出压力不超过所述存储的输出压力的情况下增加所述脉宽调制占空比。

根据前述方法的另一实施例，还包括在所述感测的输出压力降到所述存储的输出压力之下的情况下，比较和存储故障情况的指示。

总结

本文所用的任何相对性术语或程度术语，例如″基本上″、″本质上″、″一般地″、″近似地″等，应当根据本文明确陈述的任何适用定义或限制来解释并服从本文明确陈述的任何适用定义或限制。在所有情况下，本文所使用的任何相对术语或程度术语应被解释为广泛地涵盖任何相关的公开实施例以及如本领域普通技术人员基于本公开的整体将理解的那些范围或变化，诸如涵盖普通制造公差变化、偶然的对准变化、由热、旋转或振动操作状况引起的对准或形状变化等。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其中的元件而不脱离本发明的范围的情况。另外，可以对本发明的教导进行许多修改以适应特定的情况或材料而不背离本发明的实质范围。因此，本发明不局限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (22)

1.一种用于在容器中建立流体压力的增压器，所述增压器包括：

泵，所述泵具有设置成将流体输送到容器的出口；

电动机，所述电动机被配置为根据脉宽调制(PWM)驱动信号来驱动泵；以及

控制器，所述控制器被配置为将脉宽调制驱动信号传送到电动机；以及

变送器，所述变送器被配置成产生指示从泵输出的流体的压力的压力信号，并且将所述压力信号传递到所述控制器，

其中，所述控制器被配置为基于所述压力信号调节脉宽调制驱动信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的增压器，其中，控制器被配置为基于泵的参数来调节脉宽调制驱动信号的占空比。

3.根据权利要求2所述的增压器，其中泵的参数是泵的压力额定值。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的增压器，其中所述控制器被配置为初始指定第一占空比，并且还被配置为：基于指示由所述泵输出的流体的压力已经增加的所述压力信号，来增加该占空比。

5.根据权利要求4所述的增压器，其中所述控制器被配置为：响应于指示由所述泵输出的流体的压力接近用户输入的设定点压力的所述压力信号，而重复地增加所述占空比，并且响应于指示由所述泵输出的流体的压力高于所述用户输入的设定点压力的所述压力信号，而停止向所述电动机输送动力。

6.根据权利要求4所述的增压器，其中所述控制器被配置为将测量的压力与多个连续增加的阈值进行比较，并且选择与所述测量的压力超过的所述多个连续增加的阈值中的第一个阈值相对应的占空比。

7.根据权利要求6所述的增压器，其中多个阈值分别对应于所述泵的压力额定值的不同百分比。

8.根据权利要求3所述的增压器，其中，控制器被配置成当压力信号接近所述泵的压力额定值时增加占空比。

9.根据权利要求1所述的增压器，其中所述控制器被构造成在连续的控制迭代中调节所述占空比，并且存储之前迭代的压力信号。

10.根据权利要求9所述的增压器，其中，控制器被配置成，在所存储的之前迭代的压力信号超过当前压力信号的情况下，存储潜在泄漏情况的指示。

11.根据权利要求10所述的增压器，其中，控制器被配置为，在潜在泄漏情况的情况下，停止向电动机输送动力。

12.根据权利要求9所述的增压器，其中，所述控制器被配置为在所存储的之前迭代的压力信号超过当前压力信号的量不大于至少一阈值的情况下，增大所述脉宽调制驱动信号的占空比。

13.根据权利要求1所述的增压器，其中所述控制器被配置为接收增益设置，并基于所述增益信号调节所述脉宽调制驱动信号的占空比。

14.根据权利要求13所述的增压器，其中所述增益设置是多个替代增益设置中的一个，所述多个替代增益设置将所述脉宽调制驱动信号的占空比提高不同的量。

15.根据权利要求14所述的增压器，其中多个替代增益设置是对应于多个不同已知容器尺寸的多个预设定增益设置。

16.根据权利要求1所述的增压器，其中所述电动机、控制器和变送器被支撑在单个基板上。

17.一种操作增压器的方法，所述增压器包括由电动机驱动的泵，该方法包括：

感测泵的输出压力；

至少部分地基于所感测的输出压力生成脉宽调制驱动信号；以及

用脉宽调制驱动信号驱动电动机。

18.根据权利要求17的方法，其中产生脉宽调制驱动信号包括：

选择初始脉宽调制占空比；

将所感测的输出压力与参考压力进行比较；

基于所述比较来调节所述初始脉宽调制占空比；以及

提供具有调节后的脉宽调制占空比的脉宽调制驱动信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其中将所感测的输出压力与参考压力进行比较包括将所感测的输出压力与泵设置进行比较，并且其中调节所述初始脉宽调制占空比包括在所感测的输出压力超过所述泵设置的情况下增加所述脉宽调制占空比。

20.根据权利要求19的方法，其中所述泵设置是所述泵的泵额定值的百分比。

21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中将所感测的输出压力与参考压力进行比较包括将所感测的输出压力与在所述方法的之前迭代中感测的存储的输出压力进行比较，并且其中调节所述初始脉宽调制占空比包括在所感测的输出压力不超过所述存储的输出压力的情况下增加所述脉宽调制占空比。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括在所感测的输出压力降到所述存储的输出压力之下的情况下，比较和标记故障情况。