JP2004332931A

JP2004332931A - 浮動アクチュエータ制御のシステムおよび方法

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Publication number: JP2004332931A
Application number: JP2004131185A
Authority: JP
Inventors: Michael L Hill; マイケル・エル・ヒル
Original assignee: Invensys Building Systems Inc
Current assignee: Invensys Building Systems Inc
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2004-11-25
Also published as: US6851620B2; CN1542576A; EP1473609B1; EP1473609A3; CN100451883C; AU2004201627A1; MXPA04004023A; US20040217181A1; EP1473609A2; DE602004027862D1; CA2465348A1; ATE472762T1

Abstract

【課題】アクチュエータの過度の機械的摩耗を低減する。
【解決手段】浮動アクチュエータ制御を提供するシステムおよび方法は、アクチュエータコントローラから入力コマンド信号を受信して、これらの信号を有効に集約し、コントローラがアクチュエータの移動を充分なだけ要求して初めて、アクチュエータが実際に作動できる。この時点で、本システムおよび方法はアクチュエータを命令された位置へ駆動する。結果として、コマンド信号の小さな動きおよび揺れに対しては駆動されず、これに起因するアクチュエータの過度の機械的磨耗が、低減または排除される。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般には浮動アクチュエータ制御システムに関し、より詳細には、揺れ(dither)を低減し、アクチュエータモータ制御の寿命を改善する浮動アクチュエータ制御のシステムおよび方法に関する。

暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムは、より優れた効率、信頼性、および優れた人間の快適性に重点を置いて進化を続けてきた。最も基本的なレベルのＨＶＡＣシステムは、多くの家庭に存在している。かかる基本的システムは普通、サーモスタット、暖房炉、および家の各部屋に配置された種々の通気口上のダンパを含む。居住者が所望の温度をサーモスタット上で設定し、周囲温度がその設定温度よりも低下すると、サーモスタットは、暖房炉に点火するように命令する。家中の各部屋の温度制御は、通気口ダンパを物理的に開閉することによって人間の手で調節される。サーモスタットの周囲温度が設定温度を所与の値だけ超えると、暖房炉は消火を命令される。

かかる基本的なオン−オフ制御モードでは、典型的な制御装置は、バイメタルスイッチング素子、またはサーモスタット内のバイメタル機構によってアクティブ化される水銀スイッチであり得る。この強制空気家庭用暖房炉の例では、温度が低過ぎる時にアクチュエータ開放ラインが電力供給され、その結果、弁またはダンパが再位置決めされて暖房を強くする。制御下の空間温度が上昇すると、素子は閉鎖ラインをアクティブ化し、ダンパまたは弁を閉じて暖房サイクルを終了させる。この種類の制御では、暖房が１００％または０％であり、温度の揺れが比較的大きくなることが多い。

これらの単純な制御装置にバイメタルを持つ暖房素子を追加し、その出力に「保持位置(hold position)」を追加することによって、より優れた制御が達成できる。保持位置では、アクチュエータの開放および閉鎖制御ラインは電力遮断される。アクチュエータが開放し始める時に暖房素子を起動することによって、開放稼動時間とその結果の暖房効果とが制限できる。最終的に、より一定した連続的な暖房となる。

大型オフィスビル、ショッピングモール、大型集合住宅等用のより複雑なＨＶＡＣシステムでは、単一のサーモスタットによるこのような単純な暖房炉の制御は、もはや実用的でない。これらのより大型でより複雑な設備では、暖房炉の制御は普通、自動化されているダンパの制御とは分離されている。すなわち、かかる設備では、暖房炉が継続的に稼動するため、特定のオフィスでは暖房を必要としていない場合であっても、建物全体へ暖房を提供する場合がある。個々のオフィスまたはゾーンの温度制御は、通気口ダンパの位置を制御するサーモスタットによって提供される。暖房が必要な時、通気口ダンパは開放するように命令される。暖房が必要でない時、通気口ダンパは閉鎖するように命令される。

かかる設備で種々のゾーンにおいてより一定した暖房を達成するために、精巧なコントローラおよびビルディング自動化システムが用いられる。かかるシステムは、比例制御から比例／積分／微分（ＰＩＤ）の全制御に至るまでの、制御方式を使用する。ＰＩＤ制御ループチューニング定数に加えて、これらのコントローラは、特定の作動装置用にその出力をカスタマイズするためのパラメータを有する。これらの精巧なコントローラに用いられるアルゴリズムの１種類には、浮動アクチュエータ出力アルゴリズムがある。かかるアルゴリズムは、アクチュエータが開放されるべき時に開放コマンドを生成し、アクチュエータが閉鎖されるべき時に閉鎖コマンドを生成し、そしてアクチュエータの位置を保持する時にはコマンドを生成しない（開放および閉鎖は浮動している）。

浮動アクチュエータは、開放駆動および閉鎖駆動の２つの入力制御信号を有する。かかる制御信号を生成および判断するための回路は一般に、アナログ制御信号（例えば、２Ｖから１０Ｖ、４ｍＡから２０ｍＡ）の場合に必要とされる回路よりも安価である。浮動入力信号は連続的でなく、また、より高電圧（普通２４Ｖａｃまたはｄｃ）であるため、アナログ制御信号より高い雑音排除性を信号に与える。また一般に、アナログ制御システムでは、アクチュエータが５Ｖの入力の意味（すなわち、行程の何パーセントか）を「知って」いなければならない。これは、命令された位置を適正に達成するためには、アクチュエータ内に位置測定システムが必要であるということである。更に、オン−オフ−オン（開放−保持−閉鎖）の制御は、アナログの場合の同じ制御（０から１０Ｖ、２から１０Ｖ、１から５Ｖ、４−２０ｍＡ等）よりも汎用的／普遍的である。

ある場合には、信号がモータへ電力を実際に提供し（３線式）、別の場合には、アクチュエータは独立して電力供給され、入力ラインは純粋に制御ラインである（４または５線式）。アクチュエータは、開放入力信号がアクティブの時に開放駆動し、閉鎖入力信号がアクティブの時に閉鎖駆動する。両入力がアクティブである時、およびいずれの入力もアクティブでない時は、アクチュエータが位置を保持する。（位置を保持するためには、明らかに、スプリングリターン型アクチュエータは電源独立型である）。

かかる浮動アルゴリズムを使用する時は、アクチュエータの走行時間（ゼロからフルストロークまで移動するのに必要な時間）を、制御ループ設定の一部として入力しなければならない。このパラメータによって、コントローラは制御ループデマンド信号に基づいてアクチュエータを位置決めできる。ループは、走行時間より少し長い時間だけ閉鎖出力信号を印加することにより、アクチュエータを、普通はゼロである既知の位置へ走行させることによって初期化される。一旦アクチュエータの位置が既知になると、コントローラは、開放および閉鎖信号がアクティブ化される時間の記録を取って、アクチュエータの位置と、所望の動作点を達成するために必要な走行時間および方向とを計算できる。かかる制御を達成するためには、精密な時間調節を伴う制御方式が必要である。例えば、典型的な浮動制御アルゴリズムでは、始動／電力印加時に、アクチュエータの走行時間より少し長い時間だけ閉鎖入力信号をアクティブ化するであろう。この動作により、アクチュエータが既知の開始位置へ位置決めされる（この場合は全閉／ゼロ）。制御ループデマンドは、アクチュエータの全行程の走行時間に基づいて、「駆動時間」浮動制御信号へ変換されることが可能である。５０％出力のデマンドに対して、浮動開放ラインは、アクチュエータの走行時間の半分の間アクティブ化される。デマンドが６０％の出力を必要とするように変更される場合、浮動開放ラインは、走行時間の追加の１０％の間再度アクティブ化される。

適正に設定およびチューニングされると、コントローラは、いかなる温度外乱に対しても非常にスムーズかつ一定した制御、および迅速な応答を提供できる。かかる制御の目標は、温度の振れがほとんどない一定した温度を、その設定点において基本的に達成することである。コントローラは、その担当するゾーンにおいて、感知温度の最小の外乱をも補償するように、より多くの、よりきめ細かなアクチュエータの位置に関する出力の変更を命令することによって、この温度平衡を達成するように試行する。これらの小さな変化は、ダンパの機械的世界に置き換えると、アクチュエータの物理的位置の目立つ制御変化を行うよりは、機器を磨耗させてしまう点ではるかに効果的であることが多い。

すなわち、行程時間の例えば０．５％に満たない極小な駆動時間の、高利得制御ループ（低スロットル範囲）で問題が発生する。例えば、スロットル範囲（ＴＲ）が２°の場合は、０．０１°の温度変化が極小出力（０．５％）駆動パルスを生成するであろう。０．０１°はほとんどの制御システムにおいて雑音帯域内であるから、進行中の一連のランダムな開放および閉鎖駆動信号は普通、制御設定点にある時に生成される。設定点が変更されると、大きなループ誤差が生成され、その結果大きな駆動時間出力が発生する（１°の変更は、２°のＴＲでは行程駆動時間の５０％となろう）。この結果、ループ暖房（または冷房）において大きな変化が発生し、ループ誤差の減少が開始される。アクチュエータの位置は、誤差が減少していくのとともに、一連の極小駆動時間パルスによって変化していく。パルスは１つの方向（開放または閉鎖）を指向するであろうが、その信号対雑音比のために、制御の反転／揺れがなお予想される。これにより、時間の経過につれ、アクチュエータに許容し難い磨耗が発生する。ＴＲがより大きい場合、揺れは排除され得るが、ループ誤差のよりゆっくりとした変化は全て、一連の極小駆動時間信号によって達成される位置変化となるため、これもまた許容し難い。

それ故、浮動アクチュエータコントローラがアクチュエータを損傷させることなく、なおアクチュエータの正確な位置決めを提供する、アクチュエータ駆動に対するニーズが当該技術に存在している。

上記に鑑み、本発明は新規の改良アクチュエータ制御を提供する。より詳細には、本発明は、浮動アクチュエータ制御システムに対する新規の改良アクチュエータ制御を提供する。好ましくは、本発明の浮動アクチュエータ制御のシステムおよび方法は、揺り返しおよびバックラッシュにより生じる磨耗を解消または実質的に低減し、しかしそれでもＨＶＡＣコントローラからの開放および閉鎖コマンドに従ってアクチュエータの正確な位置決めを維持する。

本発明の好ましい実施形態では、浮動アクチュエータ制御のシステムおよび方法は、ＨＶＡＣコントローラからの入力アクチュエータ制御信号の集約機能を提供する。具体的には、本発明のシステムおよび方法は、ＨＶＡＣコントローラからの入力制御信号を追跡するが、しかし、一旦制御信号の累算が機械的アクチュエータおよび駆動部により実際に実行されてよいアクチュエータの位置の変更を命令した場合にだけ、アクチュエータを再位置決めする。このようにして、短サイクル／揺り返しによる過剰な磨耗は低減または解消され得る。

一旦本発明のシステムおよび方法が実際にアクチュエータの移動を命令すると、この再位置決めは、アクチュエータがＨＶＡＣからの一連の入力コマンドによって命令された累算位置が到達されるまで継続し、それによってアクチュエータがあるべきとＨＶＡＣコントローラが考える位置と一致してアクチュエータを正確に位置決めする。

本発明の実施形態では、浮動アクチュエータ制御のためのシステムおよび方法は、開放コマンドが存在する時にサイクル毎に１カウントを加算し、閉鎖コマンドが存在する時にサイクル毎に１カウントを減算する累算器を利用する。累算器は、位置の有意の変更がＨＶＡＣコントローラによって要求されるまでコマンドのカウントを追跡する。好ましい実施形態では、この有意の量の決定は、アクチュエータの道程範囲のパーセントに基づく。パーセントは、制御特性ならびに暖房または冷房のゾーンの設置および設置要件に依存して変わり得る、そして普通には１と３パーセントの間へ設定される。一実施形態では、９５度行程の１．４度に相等する１秒の最小駆動時間が、選ばれる。この実施形態では、１／２５６秒のプログラムサイクルが選ばれ、これは２５６の累算器カウントでアクチュエータが新規の位置へ駆動されることになることに相互に関連する。

この好ましい実施形態では、アクチュエータが閉鎖動作中である期間中に、サイクル毎に１カウントが累算器へ加算されることになり、アクチュエータが開放動作中である期間中に１カウントが減算されることになる。このようにして、累算器の値は、一旦適切な駆動閾値が到達されると、ゼロへ駆動されることになる。閉鎖または開放コマンドがアクチュエータの再位置決めの期間中にまだ存在する場合、累算器の値は、閉鎖または開放コマンドが除去されるまで変更されないことになり、除去された時点で開放または閉鎖が累算器の値をゼロへ駆動することになる。累算器の値での誤差を防止するために、一旦アクチュエータが開放または閉鎖で行き詰まると（その終端位置に到達すると）、しかるべき累算器カウントはクリアされることになり、そしてその停止位置に対する更なる駆動コマンドは無視されることになる。すなわち、アクチュエータが開放で行き詰まる場合、累算器の正の値はリセットされることになり、更なる開放コマンドカウントは無視されることになる。同じように、アクチュエータが閉鎖で行き詰まる場合、累算器の負のカウントはクリアされることになり、更なる閉鎖コマンドカウントは無視されることになる。

本発明の他の特長および利点は、添付図面に関連して考察する時に、以下の詳細な説明からさらに明白になろう。

本発明が特定の好ましい実施形態に連係して説明されるとはいえ、本発明をこれらの実施形態に限定する意図はない。そうではなく、意図は、付帯する特許請求の範囲によって規定される本発明の精神と範囲内に含まれる如き全ての代替物、改変物、および同等物を包含することである。

本発明のシステムおよび方法は、種々の設備およびシステム構成に適用可能であるが、図１は、本発明のシステムおよび方法の動作を理解する助けとなる典型的な設備を示す。この簡略化した図１から分かるように、温度コントローラ１０は、遠隔温度センサを含んでもよいし含まなくてもよいが、その制御ゾーン内の周囲温度を制御するための制御入力を提供する。このＨＶＡＣゾーン温度コントローラの設定およびプログラミングは本発明の範囲外であるため、本明細書では検討せず、ここではユーザが所望のゾーン温度をプログラム可能であり、コントローラ１０が温度の感知入力を処理して浮動アクチュエータ制御信号を生成すると述べるにとどめる。これらの制御信号は、簡略化形式で閉鎖ライン１２および開放ライン１４で図示されている。上で検討したように、そして当業者により認識されるであろうように、閉鎖ライン１２を作動させると、アクチュエータコントローラ１６はアクチュエータのダンパ１８を閉じていく。アクチュエータのダンパ１８が完全に閉鎖可能になると、暖房または冷房ダクト２０からの空気流はもはや、閉鎖されたダンパ１８を通って制御ゾーンの中へ流入できなくなる。同様に、ゾーンコントローラ１０がダンパ１８の開放を要求すると、コントローラは開放ライン１４をアクティブ化して、ダンパアクチュエータコントローラ１６へダンパ１８を開くように命令し、それによりダクト２０から制御ゾーンの中への空気流の進入を可能にし、または当該空気流を増大させる。一旦ダンパ１８が温度ゾーンコントローラ１０によって命令されたように位置決めされると、このコントローラ１０は、両信号ライン１２、１４を浮動させる。これらの浮動入力をダンパアクチュエータコントローラ１６は保持位置コマンドと判断する。結果として、ダンパアクチュエータコントローラ１６は、更にダンパ１８を再位置決め試行をしなくなる。

本発明の好ましい実施形態では、アクチュエータコントローラ１６は、ＡＣまたはＤＣ電圧入力のいずれかに応答する。これらの入力ライン１２、１４は、普通、略１Ｋオームおよび０．１μＦの負荷インピーダンスを示す。これらのラインへ接続されるコントローラ１６内の入力回路は、駆動をアクティブ化するのに約１２Ｖｄｃまたは９Ｖａｃを必要とする閾値検出器を有するのが好ましい。比較的低いインピーダンスおよび閾値検出器は、高い雑音排除性と、リーク電流、例えば主コントローラ１０のトライアック出力リーク電流およびスナッババイパス電流、に対する感度の低減をもたらす。

半波電力供給を利用するコントローラ１６の実施形態では、ライン１２、１４上の入力信号としてＡＣが使用される場合、電圧は正の半ラインサイクル中だけ印加される。連続信号を提供するために、コントローラ１６は「持続」ソフトウエアタイマを利用して、負の半ラインサイクル中も駆動信号を維持する。タイマは、浮動入力信号が検出される毎にゼロへ設定され、カウントアップを開始する。タイマの値が２０ｍｓ未満である限り、入力信号レベルに関係なく、浮動入力はアクティブと見なされる。本発明の好ましい実施形態では、浮動制御システムおよび方法は、毎秒２５６回、コントローラ１６内で処理が行われる。しかしながら、サイクル回数は、以下で明らかになるように、他のパラメータを適切に調整することによって、望むように変更できることを当業者は認識するであろう。

開放駆動の入力信号が検出されると、「集約アップ」フラグが設定される。同じように、閉鎖駆動入力がアクティブである場合は、「集約ダウン」フラグが設定される。タイマが２０ｍｓに達するまで、持続タイマはゼロにリセットされるが、集約フラグはそれまで設定された状態を保っている。集約アップフラグが設定されている時は、プログラムサイクル毎（１／２５６秒毎）に１カウントが「駆動時間」累算器へ加算され、そして集約ダウンフラグが設定されている時は、プログラムサイクル毎に１カウントが累算器から減算される。累算器が２５６カウントに達すると、モータ駆動が開放方向にアクティブ化される（−２５６カウントで閉鎖駆動がアクティブ化）。モータの開放駆動がアクティブである時は、パス毎に１カウントが駆動時間累算器から減算される。開放入力が同時に存在する場合は、累算器はパス毎に１カウント増加され、そして減少される（すなわち、本例示の実施形態では２５６カウント＝１秒のままである）。モータの開放駆動は、累算器がゼロに達するまたはアクチュエータが進行不能になるまで、継続される。開放進行不能点では、正のカウントが続く場合累算器はクリアされ、正のカウントの累算は無効化される。負のカウントは実行されない。同じように、閉鎖進行不能状態では負のカウントがクリアされ、負のカウントの累算は無効化され、そして正のカウントは実行されない。

再位置決めが発生するには１秒より長い制御入力が必要とされるであろうことに注目されたい。例えば、開放方向に２５５カウントの累算が発生した場合（本例示の実施形態では再位置決めが命令されるには２５６カウントが必要）、累算器が−２５６カウント（モータの閉鎖駆動開始の閾値）に達するには約２秒の閉鎖入力が必要であろう。当業者によって認識されるであろうように、２５６カウントおよび１秒は、本発明の一実施形態に対する例示の値である。特定の種類のダンパに対しては、これらの値は９５度行程の１．４％に相当する。

本発明のかかるシステムおよび方法は、アクチュエータコントローラ１６がゾーンコントローラ１０からの細かい入力パルスに応答することを防止しつつも、パルスの合計駆動時間の累算を可能にする。アクチュエータの再位置決めは、「有効な」制御応答が示されると発生する。同じように、一連の開放入力および閉鎖入力の集約が走行時間累算器内でキャンセルされる効果を有するので、動作点の小さな位置修正（短い入力パルス）（制御点の揺れ）は排除される。このルーチンは、「無効な」再位置決めを排除することによってアクチュエータの寿命を延ばし、その一方で所望位置に対する制御入力の整合性を維持する。

本発明のシステムおよび方法を適確に理解した上で、図２を参照する。図２は、本発明のこれらの動作上の特徴を簡略ブロック図形式で示す。上で検討したように、本発明のシステムは、アクチュエータの命令された位置の記録を取る累算器２２を含む。負の１カウントの入力を累算器２２へ提供する機能ブロック２４で図示するように、閉鎖コマンド１２が存在するサイクル毎に、１カウントが累算器２２の値から減算される。反対に、開放ライン１４に開放コマンドが存在する時は正の１カウントが累算器２２へ提供され、その値を増加させることを機能ブロック２６は図示している。一旦この値が、図２に閾値機能ブロック２８で示す、所望の再位置決め間隔に対応する所定の正の値に達すると、本発明のシステムは、開放駆動コマンド３０をアクティブ化して、アクチュエータを再位置決めする。図２に示すように、この開放駆動信号は、機能ブロック３４で図示するように、累算器２２のカウントがゼロに達するまで、残存する、つまり機能ブロック３２によりラッチされる。換言すると、一旦累算器２２がアクチュエータをアクティブ化するのに足る値へカウントすると、アクチュエータの位置が命令された位置に達するまでアクティブ化は継続される。同様に、機能ブロック３６で示すように累算器の値が所定の負の最大値に達すると、制御ラインの閉鎖駆動コマンド３８がアクティブ化される。開放駆動コマンド３０の場合と同様に、閉鎖駆動コマンド３８は、累算器の値がゼロに達するまで、残存する、つまり図示するように機能ブロック４０によりラッチされる。

累算器の値がゼロへと駆動される機構は、機能ブロック４２、４４で図示されている。上で検討したように、累算器の値が正の最大カウントに達してから、開放駆動コマンド３０が開始されなければならない。コマンド３０がアクティブである間はアクチュエータが開放動作中であり、そして機能ブロック４４は、アクチュエータが開放動作中であるサイクル毎に、この最大カウント値から１を減算する。この開放動作中に開放コマンドが存在しない場合、累算器の値はゼロへ着実に減少する。一方、開放コマンドが存在し続ける場合は、開放コマンドによる機能ブロック２６のカウントの加算がアクチュエータ開放による機能ブロック４４のカウントの減少によって相殺されるので、累算器の値はその最大カウントにとどまる。同様に、一旦閉鎖駆動コマンド３８がアクティブ化されると、アクチュエータは閉鎖動作中となり、機能ブロック４２は累算器２２へカウントを加算する。累算器の値が機能ブロック３６で負の最大値に達すると初めて閉鎖駆動コマンド３８が開始されるため、機能ブロック４２によるカウント加算により、累算器の値がこの負の最大カウント値からゼロへ着実に駆動される。この処理中にアクチュエータ閉鎖コマンドが依然アクティブである場合、累算器２２へ供給される機能ブロック２４での負のカウントはアクチュエータ閉鎖動作中の機能ブロック４２での正のカウントで相殺され、そのため累算器の値は、これら２つの入力が相殺されるのでその負の最大値にとどまる。一旦閉鎖コマンド１２が除去されると、継続中のアクチュエータの閉鎖動作が機能ブロック４２により累算器２２へカウントを加算し続け、累算器の値はゼロへ着実に減少する。上で検討したように、一旦このカウントが機能ブロック３４でゼロに達すると、駆動コマンド３８はリセットされる。

アクチュエータが完全に開放されると、開放進行不能入力４６が設定される。この結果、機能ブロック４８で図示するように、累算器２２の正のカウントがゼロへリセットされ、機能ブロック２６からの更なる正のカウント入力が無効化される。換言すると、アクチュエータがその完全開放位置にあると、累算器２２は、アクチュエータの命令された位置と実際の位置との間の差異を表す、正の値を表し続ける、つまり正の値を設定し続けることが許可されない。同様に、アクチュエータがその完全閉鎖位置にある場合は、閉鎖進行不能入力５０がアクティブになる。機能ブロック５２によって累算器２２の負のカウントはクリアになり、そして、閉鎖コマンド１２がアクティブである時に機能ブロック２４によって供給される、更なる負のカウントは無効化される。一旦停止位置に到達すると、正または負のカウントをクリアすることによって開放駆動コマンド３０または閉鎖駆動コマンド３８はリセットされ、そのため、一旦アクチュエータがその最大移動位置に到達すると、電力がアクチュエータへ印加され続けることはない。これは省電力という更なる利点を提供する。

図３〜図６のプログラムフロー図を参照すると、本発明の方法の種々の機能が説明されている。好ましい実施形態では、これらのプログラムフローの各々がコントローラ１６のサイクル毎に処理されるが、適用するパラメータを適切に調整して他の処理パラダイムを使用してもよい。

図３の処理が開始すると５４、決定ブロック５６で開放入力がアクティブであるかどうかを判定する。開放入力がアクティブである場合、処理ブロック５８で図示するように、累算器の合計はインクリメントされる。開放入力がアクティブでない場合、この処理ブロック５８はスキップされる。本方法では次に、決定ブロック６０で閉鎖入力がアクティブであるかどうかを判定する。アクティブである場合、処理ブロック６２で示すように、累算器の合計はデクリメントされる。アクティブでない場合、この処理ブロック６２はスキップされて、この機能は終了する６４。開放入力および閉鎖入力がともに非アクティブ、つまり浮動である場合、ならびに開放入力および閉鎖入力がともにアクティブである場合、累算器の合計は変化しないことに注目されたい。

図４の機能が開始すると６６、決定ブロック６８でアクチュエータが開放動作中であるか否かを判定する。アクチュエータが開放動作中である場合、機能ブロック７０で図示するように、累算器の合計はデクリメントされる。次に、決定ブロック７２でこの合計をチェックして、ゼロに達したか否かまたはゼロを超えたか否かを判定する。合計がゼロに達したまたはゼロを超えた場合、機能ブロック７４で示すように、アクチュエータコマンドは除去されてアクチュエータを停止させる。合計がゼロに達しなかったまたはゼロを超えなかった場合、この機能ブロック７４はスキップされて、終了する７６。最初の決定ブロック６８でアクチュエータが開放方向に移動中でないと判定する場合、決定ブロック７８でアクチュエータが閉鎖位置に移動中であるかどうかを判定する。アクチュエータが閉鎖動作中である場合、機能ブロック８０で示すように、累算器の合計はインクリメントされる。累算器の合計が機能ブロック８０によりインクリメントされると、決定ブロック８２で累算器の合計がゼロに達したまたはゼロを超えたかどうかを判定する。合計がゼロに達したまたはゼロを超えた場合、機能ブロック７４で示すように、アクチュエータは停止され、合計がゼロに達しなかったまたはゼロを超えなかった場合、機能ブロック７４をスキップすることによって、アクチュエータは閉鎖動作の継続を許可される。決定ブロック７８に戻って、アクチュエータが閉鎖動作中でないと判定される場合、機能および決定ブロック８０、８２および７４は全てスキップされて、この処理は終了する７６。

図５の処理が開始すると８４、決定ブロック８６で、累算器の合計が最大設定点（アクチュエータ再位置決めの最小設定点）に達したまたはそれを超えたかどうかを判定する。累算器の合計がこの最大値、例えば１秒に達したまたはそれを超えた場合、機能ブロック８８でアクチュエータは開放動作するように命令されて、機能は終了する９０。一方、決定ブロック８６で、合計が最大値に達しなかったまたはそれを超えなかった場合、決定ブロック９２で、累算器の合計が負の最大値に達したまたはそれを超えたか否かを判定する。達したまたは超えた場合、機能ブロック９４で示すように、アクチュエータは閉鎖動作するように命令される。決定ブロック９２で、累算器の合計が負の最大値に達しなかった場合、この機能ブロック９４はスキップされて、処理は終了する９０。

図６の処理が開始すると９６、決定ブロック９８を使用して、アクチュエータがその開放進行不能位置に到達したかどうかを判定する。アクチュエータが開放進行不能位置に到達した場合、決定ブロック１００で累算器の合計がチェックされて、合計が正であるか否かを判定する。累算器の合計が依然正である場合、機能ブロック１０２でこの合計はクリアされて、この処理は終了する１０４。一方、決定ブロック１００で累算器の合計が正でない場合、機能ブロック１０２はスキップされて、終了する１０４。最初の決定ブロック９８での判定で、アクチュエータが開放進行不能状態にはない場合、決定ブロック１０６が処理されて、アクチュエータがその閉鎖進行不能位置にあるか否かを判定する。アクチュエータがその閉鎖位置に進行不能状態である場合、決定ブロック１０８でチェックして、累算器の合計が依然負であるかどうかを判定する。負である場合、機能ブロック１０２で示すように、累算器の負の値はクリアされて、処理は終了する１０４。一方、決定ブロック１０８で合計が負でない場合、この機能ブロック１０２はスキップされる。決定ブロック１０６での判定で、アクチュエータがその閉鎖進行不能位置にはない場合、決定ブロック１０８および機能ブロック１０２はともにスキップされて、処理は終了する１０４。

本発明の浮動アクチュエータ制御のシステムおよび方法をともに理解した上で、本発明のシステムおよび方法の動作結果の機能面を理解するために、図７および図８のグラフ図を検討する。図７を具体的に参照すると、ゾーンコントローラからの命令されたアクチュエータ位置のグラフ表示は、トレース１１０で図示されている。本発明のシステムおよび方法によって駆動された実際のアクチュエータ位置は、トレース１１２で図示されている。この図７で分かるように、ゾーン温度コントローラから命令されたトレース１１０で示される位置は、追求する平衡を達成しようとアクチュエータを再位置決め試行するコントローラの内部制御アルゴリズムの処理に基づいて、インクリメント変化を数多く行って変動する。一方、本発明の浮動アクチュエータ制御のシステムおよび方法は、再位置決め最小設定点に達するまではアクチュエータを変動させない。この点は、実際のアクチュエータ位置１１２と命令されたアクチュエータ位置１１０との間の差異が、例えば１秒に達する時間Ｔ_１で図示されている。アクチュエータは、時間Ｔ_１から開始し、開放動作するように命令される。アクチュエータを駆動するこの期間中の初期には、ゾーンコントローラは、アクチュエータの位置が更に開放するように命令し続ける。かかる初期期間中は、上での検討から明らかなように、アクチュエータの移動と開放コマンドの継続とが相互に相殺される。その結果、アクチュエータは、時間Ｔ_２で示すように累算器の値がゼロに達するかゼロを超えるまでは、開放動作し続ける。この位置に到達した時には、実際のアクチュエータ位置１１２が、ゾーンコントローラによって命令された位置に到達している。Ｔ_２からＴ_３までの期間中、ゾーンコントローラは、命令するアクチュエータの位置１１０を微調整し続けるが、トレース１１２で示すように、アクチュエータの位置は実際には全く変化しない。しかしながら、時間Ｔ_３で、累算器の最大値がその負の最大に達すると、その結果、本発明のシステムおよび方法はアクチュエータへ閉鎖するように命令する。このアクチュエータ閉鎖動作は、時間Ｔ_４で累算器の値がゼロに達するかゼロを超えるまで継続する。アクチュエータの開放動作の場合と同様に、アクチュエータの閉鎖動作は、アクチュエータがゾーンコントローラによって命令された位置を達成するまで継続する。

図８に示すように、ゾーンコントローラによって命令されたアクチュエータの位置は、正および負の最大設定値間の全範囲にわたって変動し得るが、アクチュエータの位置１１２には実際の影響が全くない場合もある。正および負の最大値が機械的アクチュエータの実際の応答時間に基づいて設定されているシステムの場合、かかるコマンド信号の「無視」が、そうでない場合は発生しているであろうアクチュエータシステムの揺れと、その結果発生する磨耗および摩滅とを排除する。しかしながら、入力コマンドは実際には決して「無視」されているのではなく、本発明の浮動アクチュエータコントローラが実際に作動できるのに足る位置変更が命令されるまでは、累算器内に格納されているに過ぎないことに注目されたい。その点に達すると、上で図７に関して示したように、アクチュエータはその命令された位置へ駆動される。

本明細書中に言及された出版物、特許出願、および特許を含む全ての参照は、あたかも各参照を引用して組込むよう個々に明確に指示され、その全体を本明細書に明記されたかのように同一程度に引用して組込む。

発明を説明する文脈における名詞および同様な指示語の使用は（特に前出の特許請求の範囲の文脈において）、本明細書で他に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。用語「備える」、「有する」、「含む」、および「含有する」は、特に注記のない限り、非制限用語（すなわち、「含むが、しかしそれに限定されない」を意味する）と解釈すべきである。本明細書中での値の範囲の記載は、本明細書で他に指示しない限り、範囲内に該当する各個別の値を個々に参照する簡便法として機能させる意図に過ぎず、各個別の値は、あたかもそれが個々に本明細書に記載されたかのように、明細書中に組込まれる。本明細書中で説明する全ての方法は、本明細書中で他に指示しない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、いずれか好適な順序で実行できる。本明細書中で提供されるいずれか、および全ての例、または例示的な言葉（例えば、「等」）の使用は、単に発明を説明しやすくする意図に過ぎず、他に請求しない限り、本発明の範囲に制限を加えるものではない。明細書内の言葉はすべて、発明の実施に不可欠な請求項の要素を示すものと解釈すべきである。

本発明の好ましい実施の形態は、本発明を実施するために発明者にとって明らかな最良の態様を含み、本明細書中で説明される。これらの好ましい実施の形態の変形は、上述の説明を読むことにより、当該技術に精通する者にとって明白となろう。本発明者は、熟練者がかかる変形を適切に用いることを期待しており、本発明者は、本発明が本明細書中で具体的に説明されたものとは異なるように実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用法令によって許可されるように本明細書に添付の請求の範囲に記載された主題の全ての改変および同等物を含む。その上、その可能な変形の全てにおいて上記説明の要素のすべての組合せも、本明細書で他に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、本発明によって網羅される。

本明細書に組込まれてその一部を成す添付図面は、本発明の幾つかの態様を示し、そして説明と連携して、本発明の原理を明らかにするのに役立つ。

本発明のシステムおよび方法が特に適用可能性を有する、典型的なＨＶＡＣ浮動アクチュエータ制御環境を示す簡略単線結線図である。本発明の浮動アクチュエータ制御システムの機能ブロック図である。本発明の方法の累算機能を説明するプログラムフロー図である。本発明の方法のアクチュエータ再位置決め機能を説明するプログラムフロー図である。本発明の方法のアクチュエータ再位置決め開始機能を説明するプログラムフロー図である。本発明の方法のアクチュエータ停止位置再較正機能を説明するプログラムフロー図である。本発明のシステムおよび方法による制御下でのアクチュエータ再位置決め動作のグラフ図である。本発明の浮動アクチュエータ制御のシステムおよび方法によるアクチュエータ位置決めの更なるグラフ図である。

Claims

外部の主コントローラからアクチュエータ閉鎖コマンドおよびアクチュエータ開放コマンドの少なくとも一方を受信するステップと；
前記アクチュエータ閉鎖コマンドおよび前記アクチュエータ開放コマンドの前記少なくとも一方の継続時間に関する情報を累算するステップと；そして、
前記累算された情報が所定の閾値を超える時にアクチュエータを駆動するステップとを備える；
アクチュエータを制御する方法。
前記累算された情報が前記所定の閾値を超える時に前記アクチュエータを駆動する前記ステップが、前記アクチュエータからの有効な制御応答を提供する時間値に対して前記所定の閾値を設定するステップを備える；
請求項１に記載のアクチュエータを制御する方法。
前記アクチュエータ閉鎖コマンドおよび前記アクチュエータ開放コマンドの前記少なくとも一方の前記継続時間に関する情報を累算する前記ステップが、毎秒所定回数処理され；
そして、情報を累算する前記ステップが、前記アクチュエータ閉鎖コマンドおよび前記アクチュエータ開放コマンドの一方が受信される時に整数分だけカウントを増加させるステップと、前記アクチュエータ閉鎖コマンドおよび前記アクチュエータ開放コマンドの他方が受信される時に前記整数分だけ前記カウントを減少させるステップとを備える；
請求項２に記載のアクチュエータを制御する方法。
更に、前記アクチュエータ閉鎖コマンド中に加算される前記カウントとは反対極性のカウントを、前記アクチュエータを閉鎖駆動する前記ステップ中に加算するステップ、および前記アクチュエータ開放コマンド中に加算される前記カウントとは反対極性のカウントを、前記アクチュエータを開放駆動する前記ステップ中に加算するステップの少なくとも一方を備える；
請求項３に記載のアクチュエータを制御する方法。
更に、前記カウントがゼロに達する時に前記アクチュエータを停止させるステップを備える；
請求項４に記載のアクチュエータを制御する方法。
更に、前記駆動するステップ中に前記累算された情報を減少させるステップを備える；
請求項１に記載のアクチュエータを制御する方法。
更に、前記アクチュエータが閉鎖状態で進行不能な時に前記アクチュエータ閉鎖コマンドの前記継続時間に関する情報の更なる累算を無効化するステップ、および前記アクチュエータが開放状態で進行不能な時に前記アクチュエータ開放コマンドの前記継続時間に関する情報の更なる累算を無効化するステップの前記少なくとも一方を備える；
請求項１に記載のアクチュエータを制御する方法。
更に、前記アクチュエータが閉鎖状態で進行不能な時に前記アクチュエータ閉鎖コマンドの前記継続時間に関する前記情報の累算をクリアするステップ、および前記アクチュエータが開放状態で進行不能な時に前記アクチュエータ開放コマンドの前記継続時間に関する前記情報の累算をクリアするステップの少なくとも一方を備える；
請求項７に記載のアクチュエータを制御する方法。
前記累算された情報が所定の閾値を超える時に前記アクチュエータを駆動する前記ステップが、前記アクチュエータ開放駆動コマンドおよび前記アクチュエータ閉鎖駆動コマンドの一方が略１秒まで累算されたことを前記累算された情報が示す時に、前記アクチュエータを駆動するステップを備える；
請求項１に記載のアクチュエータを制御する方法。
暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムで使用する浮動アクチュエータ制御システムであって：
前記ＨＶＡＣシステムからゾーンへの流体の連通を可能にする可変開口部を提供するダンパと；
前記ゾーンの周囲温度を感知するように位置決めされ、ダンパ閉鎖コマンドおよびダンパ開放コマンドを生成し、前記ダンパの移動が必要でない時に前記ダンパ閉鎖コマンドおよび前記ダンパ開放コマンドを浮動させることが可能な主ゾーン温度コントローラと；
前記ダンパへ駆動可能に結合されたアクチュエータと；
前記アクチュエータへ動作可能に結合され、前記主ゾーン温度コントローラから前記ダンパ閉鎖コマンドおよび前記ダンパ開放コマンドを受信するように構成された浮動アクチュエータコントローラとを備え；
前記浮動アクチュエータコントローラは、主ゾーン温度コントローラから前記ダンパ閉鎖コマンドおよび前記ダンパ開放コマンドの少なくとも一方を受信し、前記ダンパ閉鎖コマンドおよび前記ダンパ開放コマンドの前記少なくとも一方の継続時間に関する情報を累算し、そして、前記累算された情報が所定の閾値を超える時に前記アクチュエータを駆動する；
浮動アクチュエータ制御システム。
前記所定の閾値が、前記アクチュエータからの有効な制御応答を提供する時間値に対して設定される；
請求項１０に記載の浮動アクチュエータ制御システム。
前記浮動アクチュエータコントローラが、前記情報の累算を毎秒所定回数処理し、そして、前記情報の累算が、前記ダンパ閉鎖コマンドおよび前記ダンパ開放コマンドの一方が受信される時に整数分だけカウントを増加させるステップと、前記ダンパ閉鎖コマンドおよび前記ダンパ開放コマンドの他方が受信される時に前記整数分だけ前記カウントを減少させるステップとを備える；
請求項１１に記載の浮動アクチュエータ制御システム。
前記浮動アクチュエータコントローラが、前記アクチュエータ閉鎖コマンド中に加算される前記カウントとは反対極性のカウントを、前記アクチュエータを閉鎖駆動する間に加算し、および前記アクチュエータ開放コマンド中に加算される前記カウントとは反対極性のカウントを、前記アクチュエータを開放駆動する間に加算する；
請求項１２に記載の浮動アクチュエータ制御システム。
前記浮動アクチュエータコントローラが、前記カウントがゼロに達する時に前記アクチュエータを停止させる；
請求項１３に記載の浮動アクチュエータ制御システム。
前記浮動アクチュエータコントローラが、前記アクチュエータを駆動する間に前記累算された情報を減少させる；
請求項１０に記載の浮動アクチュエータ制御システム。
前記浮動アクチュエータコントローラが、前記ダンパが閉鎖状態で進行不能な時に前記ダンパ閉鎖コマンドの前記継続時間に関する情報の更なる累算を無効化し、および前記ダンパが開放状態で進行不能な時に前記ダンパ開放コマンドの前記継続時間に関する情報の更なる累算を無効化する；
請求項１０に記載の浮動アクチュエータ制御システム。
前記浮動アクチュエータコントローラが、前記ダンパが閉鎖状態で進行不能な時に前記ダンパ閉鎖コマンドの前記継続時間に関する前記情報の累算をクリアし、および前記ダンパが開放状態で進行不能な時に前記ダンパ開放コマンドの前記継続時間に関する前記情報の累算をクリアする；
請求項１６に記載の浮動アクチュエータ制御システム。
アクチュエータ開放コマンドが存在するサイクル毎に累算された合計をインクリメントさせるステップと；
アクチュエータ閉鎖コマンドが存在するサイクル毎に前記累算された合計をデクリメントさせるステップと；
前記累算された合計が所定の正の値に達する時に前記アクチュエータを開放に駆動するステップと；
前記累算された合計が所定の負の値に達する時に前記アクチュエータを閉鎖に駆動するステップとを備える；
アクチュエータを制御する方法。
前記アクチュエータが開放駆動されているサイクル毎に前記累算された合計をデクリメントさせるステップと；そして、
前記アクチュエータが閉鎖駆動されているサイクル毎に前記累算された合計をインクリメントさせるステップとを更に備える；
請求項１８に記載のアクチュエータを制御する方法。
更に、前記累算された合計がゼロに達する時に前記アクチュエータを停止させるステップを備える；
請求項１９に記載のアクチュエータを制御する方法。
前記アクチュエータが開放状態で進行不能な時に正の累算された合計をクリアするステップと；
前記アクチュエータが閉鎖状態で進行不能な時に負の累算された合計をクリアするステップとを更に備える；
請求項１８に記載のアクチュエータを制御する方法。