JP4794451B2 - ペリスタルティック・ポンプを計測するための電流監視システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ装置およびシステムの分野に関し、より詳細には、ペリスタルティック・ポンプによって送られる流体の量を測定または計測するシステムおよび方法に関する。

図１を参照すると、ペリスタルティック・ポンプ１０２は一般に、水または液体化学物質もしくは混合物を、供給源１０４から受取装置１０６（例えば食器洗浄機または洗濯機）に送るために使用される。ペリスタルティック・ポンプ１０２は、回転する際にチューブ１１４を圧縮する、ローラ１１２（図２Ａに示された例における１１２−Ａおよび１１２−Ｂ）のついたロータ１１０（図２Ａ）を有する。ポンプ１０２は、モータ（図１には図示されず）によって駆動され、液体は、入口１２０で（チュービングとも呼ばれる）チューブ１１４内にくみ上げられ、その後、ロータがその軸を中心に回転するにつれて、ロータのローラによってチューブ内を出口１２２へと押しやられる。ポンプ１０２の動作は、コントローラ１３０によって制御され、コントローラは一般に、ポンプ１０２を固定または指定時間だけ動作させて、対応する量の生成物（すなわちポンプで送られる液体）を受取装置１０６に送る。

バッテリを電源とするペリスタルティック・ポンプは安価であり、ほとんどすべてが、ポンプの動作時間を制御することによって、特定量の生成物を送るように制御される。動作時間は一般に、ポンプを較正することによって決定される。いくつかのポンプでは、較正は、固定量の生成物（例えば１００ミリリットル）が送られるまでポンプを動作させることによって達成される。その後、ユーザが、較正に使用された固定量の指定倍を送るようにポンプをプログラムする。他のポンプでは、較正は、目標量の生成物が送られるまでポンプを動作させることによって達成され、その時間が、ポンプのコントローラに保存される。そのようなポンプでは、通常または既定の使用時、較正時に決定されたのと同じ時間だけ、ポンプが動作させられる。

経験上は、ペリスタルティック・ポンプによって送られる生成物の量が、ポンプのバッテリ年齢とともに低下することが知られている。一定量の生成物を送るために、バッテリ電圧の測定に基づいて、ポンプの動作時間を修正する試みは、ほとんど成功していない。生成物の量は、特に公称上は同一のポンプ（すなわち、同一モデル、同一チュービングなど）の一品ごとに大きく変動することが分かった。したがって、送られる生成物の量は、動作時間とバッテリ電圧によっては適切に定められない。

ペリスタルティック・ポンプによって送られる生成物の量が、ポンプのバッテリが古くなったとしても著しくは変化せずにいることを保証する、低コストの制御メカニズムおよび方法を提供できれば有益であろう。

ポンプ・システムは、ロータと、モータと、コントローラとを有するペリスタルティック・ポンプを含む。モータは、液体生成物を供給源から受取場所に送るために、ペリスタルティック・ポンプを駆動するように構成される。コントローラは、ポンプ・ロータの回転を追跡するために、モータの駆動電流を監視する。コントローラは、ポンプ・ロータの回転の単位数をカウントし、カウントされた回転の単位数が指定された目標カウント値に達したときに、モータを停止する。

本発明の特徴および利点が、図面を併用して以下で詳細に説明される。同じ参照番号は、同じ部分を指示する。

動作原理
動作原理が提供されるが、本発明そのものは、本発明の装置および本発明の動作方法であることを理解されたい。動作原理は、本発明の装置および方法をより理解し易くするためにのみ提供される。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄは、ペリスタルティック・ポンプのチュービング１１４、ロータ１１０、およびローラ１１２（１１２−Ａ、１１２−Ｂ）を示しており、ロータとローラは、ポンプ・ロータ１１０が時計回りに回転するにつれて順次とる、４つの異なる位置にある。ロータとローラは、ポンプ・ヘッド・アセンブリまたはポンプ・ヘッドと呼ばれることもある。ロータ１１０につけられるローラ１１２の数は、ポンプごとに異なってよく、この数は一般に、２、３、または４である。ローラの機能は、ロータが回転するにつれてチュービングを圧縮し、それによって、生成物をチュービング内で入口１２０から出口１２２まで動かすことである。本発明の動作原理を説明する目的で、２つのローラ１１２がついたロータ１１０を有するポンプの動作を説明するが、本発明は、３つ以上のローラがついたロータにも使用することができる。やはり本発明の動作原理を説明する目的で、ロータ１１０は時計回りに回転すると仮定する。しかし、本発明の動作は、ロータの方向（時計周りまたは反時計周り）には無関係である。

図２Ａでは、ローラ１１２−Ａ、１１２−Ｂの両方が、ポンプ・チュービング１１４を圧縮している。図２Ｂでは、一方のローラ１１２−Ａがチュービングとの接触を離れようとしており、他方のローラ１１２−Ｂはチュービング１１４を圧縮し続けている。図２Ｃでは、一方のローラ１１２−Ａはチュービングとまったく接触しておらず、他方のローラ１１２−Ｂはチュービング１１４を圧縮している。図２Ｄでは、それまでチュービングと接触していなかったローラ１１２−Ａが再びチュービング１１４を圧縮し始め、他方のローラ１１２−Ｂはチュービング１１４を圧縮し続けている。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄによって表されたポンプの４つの状態は、本明細書では、それぞれ状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃ、および状態Ｄと呼ばれる。

本発明の動作原理を説明する目的では、状態Ｂおよび状態Ｄが最も興味深いが、それはモータが異なるトルク量を提供するのがこれら２つの状態においてだからである。従来のモータの物理的特性のため、トルクの変化は、駆動電流における対応する変化を引き起こす。言い換えると、電源（例えばバッテリまたはその他の電源）からモータによって取り出される電流量は、モータによって提供されるトルク量に応じて変化する。図２Ｂに示されるように、ローラ１１２がポンプ・チュービングから離れるとき、チュービング１１４は、スプリングのように動作し、ローラを押す。これがポンプがより小さいトルクを提供する原因となり（ロータ１１０を回転させるのにより小さい力しか必要とされないので）、したがって、モータはより少ない電流しか使用しない。図２Ｄに示されるように、ローラ１１２がチュービングと再び接触して、チューブを再び圧縮するとき、チューブは圧縮されたスプリングのように動作する。この動作は、モータが追加のトルクを提供することを要求し、モータがより多くの電流を取り出す原因となる。

図４は、ポンプのロータが回転し、ポンプが４つの状態Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤを順次とるとき、時間とともにモータによって取り出される電流のグラフを示している。状態Ｂ（チューブの圧縮解除）では、モータは最小量の電流を取り出し、状態Ｄ（チューブの再圧縮）では、モータは最大量の電流を取り出す。図３を参照して次に説明されるように、ポンプ・モータによって取り出される電流を監視することによって、ポンプ・コントローラ２２０は、事前に定められたポンプ・ロータの回転量を表す各完全な電流サイクルを用いて、ポンプ・ロータの回転数をカウントすることができる。

コントローラを備えるポンプ・システム
図３は、ペリスタルティック・ポンプ１０２と、ポンプ１０２を駆動するモータ２０２と、電源２０８（例えばバッテリまたはその他の電源）と、モータ２０２の動作を監視および制御するコントローラ２２０とを有するペリスタルティック・ポンプ・システム２００を示している。いくつかの実施形態では、モータ２０２は、高精度低抵抗抵抗器（ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）などの電流センサ２０６によって回路接地２０４に結合される。一実施形態では、電流センサ２０６は、約１パーセント（１％）の抵抗精度をもつ０．０５０オーム抵抗器である。電流感知抵抗器２０６の抵抗および精度は、他の実施形態では変化してよいが、しかし一般に、電力を浪費しないよう、またモータ動作に干渉しないよう、抵抗は十分に低くなければならない。

いくつかの実施形態では、コントローラ２２０は、８または１６ビット・マイクロコントローラなどのプログラムされたマイクロコントローラである。例えば、マイクロコントローラは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製のＭＳＰ４３０Ｆ４３５とすることができる。いくつかの実施形態では、コントローラ２２０は、低域通過フィルタ２１０およびアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２１２によって電流センサ２０６に結合される。いくつかの実施形態では、ＡＤＣ２１２は、マイクロコントローラ２２０内に組み込まれ、他の実施形態では、ＡＤＣ２１２は、マイクロコントローラ２２０の外部に存在する。いくつかの実施形態では、ＡＤＣ２１２は、８ビット以上の精度を有する。

モータによって取り出される電流は一般に、非常に雑音の多い信号（本明細書では電流信号と呼ばれる）であり、したがって、図４に示されるほど滑らかではない。図４に示される電流信号は、低域通過フィルタリングされ、平滑化される。いくつかの実施形態では、電流信号の信号対雑音比は、約１．５対１である。電流信号から有用な信号を抽出するため、図３および図５に示されたシステムは、アナログおよびデジタル・フィルタリング技法を使用して電流信号を低域通過フィルタリングし、さらに、適切なポンプ・サイクルのカウントを保証するためヒステリシス法（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ）を使用する。

いくつかの実施形態では、ポンプ２０２のモータは、約１５０回転毎分（ｒｐｍ）の最大速度を有する。２つのローラがついているので、これは３００サイクル毎分の最大電流サイクル（図４に示されるような）に相当する。３００サイクル毎分は、５サイクル毎秒に等しく、したがって、対象の電流信号の部分は、（電流信号のサイクル当たり８サンプルに相当し、したがって、電流信号の基本周波数の４倍に相当する）約２０Ｈｚの最大周波数成分を有する。

いくつかの実施形態では、低域通過フィルタ２１０は、ＲＣフィルタとして実装される。ＲＣフィルタは、抵抗およびコンデンサを有し、それぞれの抵抗Ｒおよび容量Ｃは、約２５Ｈｚの３ｄｂポイントを有するように選択される。言い換えると、ＲＣフィルタの１／ＲＣは、約２５に等しい。例えば、約４３０Ｋオームの抵抗と、約０．１マイクロファラッドの容量とを有するＲＣフィルタは、約２３Ｈｚの３ｄｂカットオフ周波数を提供する。

一実施形態では、マイクロコントローラ２２０は、電流信号を毎秒約１３００回サンプリングするようにプログラムされる。特に、マイクロコントローラ２２０は、毎秒約１３００回サンプリングして、抵抗２０６の両端の電圧のデジタル・サンプルを生成するようにＡＤＣ２１２に命令する。結果のデジタル値ストリームは、時間とともにモータによって取り出される電流量に対応する。監視モータ電流を表すこのデジタル値ストリームは、低域通過フィルタ２１０によってすでに低域通過フィルタリングされている。実際、毎秒１３００回のサンプリング・レートは、低域通過フィルタ２１０のカットオフ周波数に関連する約５０サンプル毎秒のナイキスト・サンプリング・レートよりも著しく高い。マイクロコントローラ２２０は、監視モータ電流の有効サンプリング・レートをナイキスト・サンプリング・レートよりもわずかに低い約４０回毎秒に減少させる、信号の３２サンプル・ローリング平均（３２ ｓａｍｐｌｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）を計算することによって、デジタル・モータ電流信号を平滑化する。

コントローラ
図５を参照すると、例示的な一実施形態では、コントローラ２２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３０２と、アナログ／デジタル変換器１３０と、モータを制御する（すなわちモータを作動および停止させる）出力ポート３０４と、メモリ３０６と、ユーザ・インターフェース３０８とを含んでいる。ＣＰＵ３０２は、メモリ３０６内に格納された手続きを実行する。ユーザ・インターフェースは、キー・パッドおよび小型ＬＣＤ画面などのような簡単なものでもよく、またはより堅牢なものでもよい。メモリは一般に、ソフトウェアおよびデータを格納する揮発性および不揮発性メモリ・アレイの両方を含む。いくつかの実施形態では、コントローラのメモリ３０６は、
・ オペレーティング・システム３２０、または入力／出力ポートにアクセスする、時間経過を追跡する、ＡＤＣ１３０を制御するなど、基本システム動作を実行する１組の手続きと、
・ ＡＤＣ１３０から受け取った原電流測定値を保存するのに使用される平滑化バッファ３４０（すなわち１組のメモリ・ロケーション）と、
・ モータ制御手続き３２２と、
・ オプションで、ポンプを較正する較正手続き３４２と、
・ オプションで、コントローラが使用されるポンプ・システムの全般的制御を提供する１つまたは複数のアプリケーション・モジュール３５０とを含む、モジュール、命令、およびデータ・アレイを含む。
好ましい一実施形態では、モータ制御モジュール３２２は、
・ コントローラを（以下で説明される）猶予、初期、最小／最大、動作、および最小／最大リセット状態で動作させる、猶予状態３２８、初期状態３３０、最小／最大状態３３２、動作状態３３４、および最小／最大リセット状態３３６制御命令と、
・ 目標カウント３２４値と、
・ サイクル・カウント値３３８と、
・ コントローラ状態（図６を参照）と、最後に横切られた閾値が下方閾値かそれとも上方閾値かを表すポンプ状態値３２６と、
・ 最小電流値および最大電流値３２１と、
・ 上方閾値および下方閾値３２３と、
・ ランニング最小電流値および最大電流値３２５と、
・ ポンプの動作速度を指示するパルス間時間値３６２とを含む、手続き、命令、およびデータを含む。いくつかの実施形態では、サイクル・カウント値３３８は、ＣＰＵ３０２のレジスタに格納され、コントローラ３２２のメイン・メモリには格納されない。ポンプが２つのローラ１１２を有する（図２）いくつかの実施形態では、サイクル・カウント値は、モータが始動されて以降にポンプ・ロータが回転した半回転の数を表す。いくつかの実施形態では、最小／最大リセット状態は使用されず、したがって、この手続きまたは命令は含まれない。

コントローラ状態
図６を参照すると、コントローラ２２０は、複数の動作状態を有する。モータが始動されたとき、コントローラは、例えば約２５０ｍｓｅｃ（４分の１秒）の短期間、猶予状態に入る。ポンプ・モータが動作し始めたときには、しばしば電流スパイクが生じるので、この期間にとられた電流信号のデジタル・サンプルはどれも無視される。いくつかの実施形態では、コントローラは、猶予期間中は、電流信号のサンプリングを行わない。

初期状態、最小／最大状態、および動作状態で、コントローラは、事前に定められたサンプリング・レート（例えば一実施形態では約１３００回転毎秒）で電流信号をサンプリングし、平滑化バッファ（図５の３４０）に原電流サンプル値を格納し、電流信号のランニング３２サンプル平均（ｒｕｎｎｉｎｇ ３２ ｓａｍｐｌｅ ａｖｅｒａｇｅ）も計算する。この平滑化デジタル信号は、その後、すべての計算で使用される。例えば、計算された各平滑化電流値は、ランニング最小値および最大値３２５と比較される。平滑化電流値がランニング最大値を上回った場合、ランニング最大値は平滑化電流値で置き換えられる。同様に、平滑化電流値がランニング最小値を下回った場合、ランニング最小値は平滑化電流値で置き換えられる。好ましい一実施形態では、平滑化バッファ３４０は、循環バッファとして使用され、新しい原電流値は、循環方式でバッファの「次」のスロットに書き込まれる。新しい原電流値が平滑化バッファ３４０に書き込まれるたび、新しい平滑化電流値が計算され、その後、処理される。コントローラが動作状態にあるときの平滑化電流値の処理は、以下で説明される、ランニング最小／最大処理と、閾値超過チェックとを含む。

次に初期状態において、コントローラは電流信号をサンプリングし、時間平均を使用してサンプルを平滑化し、初期期間中に最小および最大電流値を決定する。電流信号サンプルの唯一の使途は完全な電流サイクルを検出することであるので、電流信号の平滑化値はスケーリングされる必要はない。初期状態においてとられるサンプルの数は、電流信号を少なくとも（図４に示されるような）全電流周期、好ましくは２から１０電流周期の間サンプリングすることなどによって、モータの最高および最低電流レベルが両方ともサンプリングされることを保証するだけ十分な数がなければならない。したがって、初期状態は、ポンプが１から５回転する間の時間オーダの非常に短いものであることができる。初期状態は一般に、１秒または１秒未満の時間継続する。

初期状態の開始時、ランニング最小値および最大値３２５が、最初の平滑化電流値の値に設定される。その後、初期状態中に獲得される各平滑化電流値は、ランニング最小値および最大値３２５と比較され、ランニング最小値および最大値３２５は、この期間中に観測された最小および最大平滑化電流値と等しくなるように更新される。初期状態期間の終了時、ランニング最小値および最大値は、最小電流値および最大電流値３２１として退避され、コントローラは、これらの最小値および最大値に基づいて、上方閾値および下方閾値を計算する。

初期状態に続く最小／最大状態で、コントローラは、最小電流値および最大電流値３２１に基づいて、下方閾値および上方閾値３２３を決定する。いくつかの実施形態では、閾値は、最大値と最小値の差（ΔＣ）を計算し、最小電流値に差の第１の分数倍を加算した値を下方閾値に設定する（下方閾値＝最小電流＋Ｆ１×ΔＣ）ことによって、また最小電流値に差の第２の分数倍を加算した値を上方閾値に設定する（上方閾値＝最小電流＋Ｆ２×ΔＣ）ことによって決定される。ここで第２の分数Ｆ２は第１の分数Ｆ１より大きい。１つの実施形態では、下方閾値は、最小電流値に差の８分の３（３／８）を加算した値に設定され（下方閾値＝最小電流＋３／８ΔＣ）、上方閾値は、最小電流値に差の３分の２（５／８）を加算した値に設定される（上方閾値＝最小電流＋５／８ΔＣ）。他の実施形態では、第１および第２の分数として他の値（例えば、１／４と３／４、または５／１６と１１／１６）が使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、まだ最小／最大状態にあるときに、コントローラは、サイクル・カウント値３３８（図５）を、モータが始動されて以降に生じた電流サイクル数の推定値に初期化する。これを行うため、コントローラは、平滑化電流が下方閾値を下回り、その後、上方閾値を上回るまで、平滑化電流データを監視する。この時点で、コントローラは、タイマ３６０を始動させる。その後、コントローラは、平滑化電流が下方閾値を下回り、その後、上方閾値を上回るまで、平滑化電流データを監視する。この時点で、コントローラは、タイマ３６０をチェックして、電流パルスの間に経過した時間（例えば、上方閾値を上方に超える推移どうしの間の時間）を決定し、その後、モータの動作時間をこの時間で除算する。加えて、コントローラは、タイマ３６０を再始動させる。タイマによって測定された時間は、コントローラのメモリ内のパルス間時間値３６２に格納される。いくつかの実施形態では、パルス間時間値３６２は、上方閾値の横切りどうしの間の電流値サンプルの数に等しい。この値の唯一の使途は動作状態に入るまでにポンプが回転していたポンプ回転数を決定することにあるので、この値を秒または他の時間単位に変換する必要はない。いくつかの実施形態では、コントローラは、ポンプ・サイクル・カウントを０に初期化し、その後、本明細書で説明されたのと同じタイマ・ベースの方法を使用して、動作状態における事前に定められたモータ動作時間の終了時にその値を調整する。いくつかの実施形態では、例えば、動作状態に入るまでの平均サイクル時間およびモータ動作時間の関数など、異なるまたはより複雑な関数が、サイクル・カウント補正値を計算するために使用されることができる。

いくつかの実施形態では、タイマ３６０は、コントローラによって実行されるソフトウェアで実施される。タイマ３６０がリセットされるときは常に、その値は事前に定められた開始値に設定される。モータ電流がコントローラによってサンプリングされるたびに、タイマの値は、実施に応じてその値をインクリメントするかまたはデクリメントすることによって更新される。タイマ３６０がリセットされようとするとき、タイマの値が読み取られ、事前に定められた開始値と現在値の差は、本明細書で現在サイクル期間（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｙｃｌｅ ｐｅｒｉｏｄ）と呼ばれる、完了したばかりのポンプ・サイクルのサイクル期間に等しい。他の実施形態では、タイマ３６０は、従来または他の時間単位で時間を測定するように実施されることができる。

最小／最大状態および動作状態において（本明細書では電流サイクルとも呼ばれる）ポンプ・サイクルを監視している間、平滑化電流値が下方閾値を下回ったことをコントローラが検出するたびに、コントローラはポンプ状態３２６内の履歴ビットを「低」状態を指示するように設定し、平滑化電流値が上方閾値を上回ったことをコントローラが検出するたびに、コントローラはポンプ状態３２６内の履歴ビットを「高」状態を指示するように設定する。履歴ビットは、どちらの閾値が平滑化電流値と比較されるべきか、したがって、現在ポンプが（図４に示されるように）ポンプ・サイクル内のどこで動作しているかを知るために、コントローラによって使用される。

最小／最大状態動作を完了した後、コントローラは動作状態に入る。コントローラの現在状態は、コントローラのメモリ内のポンプ状態３２６に格納される。

動作状態において、コントローラは、閾値の横切りについてモータ電流を監視して、電流サイクルをカウントするヒステリシス法を実施する。特に、コントローラは、電流が下方閾値を下回るまで電流を監視し、その後、上方閾値を上回るまで電流を監視する。この時点で、コントローラは、サイクル・カウント値３３８をインクリメントする。加えて、コントローラは、最後の上方閾値の横切り以降の経過時間値をパルス間時間値３６２に格納し、タイマをリセットする。いくつかの実施形態では、タイマは、リセットされることなくタイムアウトした場合にシステム中断を引き起こす、周期的ダウン・カウンタとして実施される。このようにして、ポンプが詰まったり、システムがその他の故障を起こしたりした場合、コントローラは、システム・エラーが発生したことを通知される。代替的な一実施形態では、コントローラは最初、電流が上方閾値を上回るまで電流を監視し、その後、下方閾値を下回るまで電流を監視し、その時点で、コントローラは、サイクル・カウント値３３８をインクリメントする。サイクル・カウント値３３８がインクリメントされるたび、コントローラは、サイクル・カウント値３３８を目標カウント値３２４と比較し、サイクル・カウントが目標カウント値３２４と等しい場合、モータを停止させる。この時点で、コントローラは停止状態に入る。

コントローラによる各サイクル・カウントは、ポンプによる対応する量の生成物の送出を示す（図１および図３を参照）。ポンプが２つのローラを有する実施形態では、各サイクル・カウントは、ポンプ・ロータの半回転に相当し、ポンプ・ロータの各半回転の間に送られる生成物の量に対応する。より一般には、Ｍを１より大きい整数として、Ｍ個のローラを有するペリスタルティック・ポンプを使用する場合、各サイクル・カウントは、ポンプ・ロータの１／Ｍ回転に相当し、ポンプ・ロータの各１／Ｍ回転の間に送られる生成物の量に対応する。

いくつかの実施形態では、目標カウント値３２４は、アプリケーション・モジュール３５０によって決定される。いくつかの実施形態では、目標カウント値は、ユーザ・インターフェース３０８およびユーザが目標カウント値を指定できるように構成された較正手続き３４２を使用してユーザによってプログラムされる。目標カウント値は、固定量または所定量の生成物が送られるまで、ポンプを「較正」モードで動作させることによって決定され得る。較正中、コントローラは電流サイクルをカウントする。較正モードの終了は、ユーザがユーザ・インターフェース３０８上のボタンを押すまたは放すことによって合図され得る。いくつかの実施形態では、現在カウントがユーザ・インターフェース３０８上に表示される。いくつかの実施形態では、現在カウントの最終値が、目標値としてコントローラのメモリに格納される。いくつかの実施形態では、アプリケーション・モジュール３５０は、目標値を決定するための基本値として最終カウント値を使用する。例えば、較正モード中に１００ミリリットル（ｍｌ）の生成物が送られ、特定動作中に送られる生成物の量が７５０ｍｌである場合、アプリケーション・モジュール３５０は、目標値を較正モード中に決定された基本値の７．５倍に設定する。

いくつかの実施形態では、コントローラは、最小／最大リセット状態に短期間入って、上方閾値および下方閾値３２３を定期的に再較正する。一実施形態では、Ｎ秒の動作状態動作（例えば４秒の動作状態動作）の後ごとに、コントローラは、上方閾値および下方閾値を再計算する。コントローラは、各Ｎ秒期間の開始時にランニング最小値および最大値３２５をクリアし（例えば、両方の値をコントローラによって計算された最後の平滑化電流値に設定し）、後続の各平滑化電流値をランニング最小値および最大値と比較し、Ｎ秒期間中に生成された最小および最大平滑化電流値と等しくなるようにランニング最小値および最大値を更新することによって、これを行う。Ｎ秒期間の終了時、コントローラは、最小および最大電流値をランニング最小値および最大値で置き換え、ランニング最小値および最大値を（例えば下方閾値と上方閾値の間の中間値に）再初期化し、最小および最大電流値の関数として上方閾値および下方閾値を再計算する。

最小／最大リセット状態においてコントローラによって実行される計算は一般に、１秒の数分の１（ｓｍａｌｌ ｆｒａｃｔｉｏｎ）しかかからない。いくつかの実施形態では、最小／最大リセット状態によって必要とされる実行時間は、電流サンプルの処理が完了してから次の電流サンプルを受け取るまでの間の時間（一実施形態では約７７０マイクロ秒かかる）より短い。したがって、最小／最大リセット状態は、動作状態においてコントローラ動作の妨げとはならない。いくつかの実施形態では、最小／最大リセット状態は含まれず、その場合は、指定回数の電流サイクルの間にポンプが生成物を送出し終わるまで、最小／最大状態で確立された上方閾値および下方閾値が使用される。

いくつかの実施形態では、電流信号のサンプリング・レートは、１３００サンプル毎秒前後である。いくつかの実施形態では、平滑化電流信号を生成するために平均されたサンプルの数は、３２前後である。より一般には、当業者であれば理解されるように、上で説明された例示的なポンプ・システムの設計で使用されるすべてのパラメータは、ポンプ・モータの最大速度およびポンプ・ロータについているローラの数に応じて変化する。

付加的な雑音補正
いくつかの実施形態では、上で説明された雑音フィルタリング方法は、ポンプ・サイクルをカウントする際のエラーを回避するのに不十分である。そのような実施形態では、ポンプ・サイクルを正確にカウントするために、付加的な信号処理が実行される。図７を参照すると、信号トレースＡは、ポンプ状態の正しい表現を示している。これは、監視モータ電流信号に基づいたポンプ状態信号３２６の時間線（ｔｉｍｅ ｌｉｎｅ）表現である。同様のポンプ状態推移の間の（例えば１つの上方推移からもう１つの上方推移までの）持続時間は、サイクル持続時間または期間と呼ばれる。信号トレースＢは、信号雑音のせいで、コントローラがパルスを喪失した場合に、この例ではモータ電流信号の下方推移を喪失したことによって、どのようなことが起こるかを示している。１つのポンプ状態推移が喪失された場合、ポンプ状態信号の２つの同様の推移の間の持続時間は、通常の長さの約２倍になる。信号トレースＣは、信号雑音のせいで、コントローラが余分なポンプ状態推移を不正に「検出」した場合に、どのようなことが起こるかを示している。履歴閾値が互いに非常に近い場合、コントローラに偽のポンプ状態推移を検出させることもあり得る。図示されたように、偽のポンプ状態推移が検出された場合、ポンプ状態信号の２つの同様の推移の間の持続時間は、通常よりも短くなる。

喪失信号推移および偽信号推移はともに、補正動作がとられない限り、サイクル・カウント値３３８を不正確なものにする。図８を参照すると、いくつかの実施形態では、喪失および偽ポンプ・サイクルを補償するために、追加のデータがコントローラのメモリ３３０に格納される。図８に示されたデータ構造は、図５に示されたコントローラ２２０のメモリ３３０に含まれるプログラムおよびデータ構造に加えて使用される。上で説明されたように、コントローラ２２０（図５）は、平滑化電流信号が下方閾値を下回った後、上方閾値を上回るたびに、タイマを再始動させる（上で述べられたように、この説明は、平滑化電流信号の上方推移の後で大部分のサイクル処理を実行するコントローラについてのものだが、他の実施形態では、コントローラのこれらの動作は、平滑化電流信号の下方推移の後で実行される）。加えて、図８に示された実施形態では、タイマを再始動させる前に、コントローラは、タイマが最後に再始動されて以降の信号サンプル期間の数を示すタイマを読み取り、この値をデータ・アレイ３７０に格納する。これらの実施形態では、アレイ３７０は、パルス間時間を格納するために、メモリ・ロケーション３６２の代わりに使用される。データ・アレイ３７０は、Ｐ個の異なるサイクル期間値を格納し、コントローラによって循環バッファとして使用されるように構成される。したがって、コントローラは、新しい各サイクル期間値をアレイ３７０内の次の位置に書き込み、その場合、アレイ内の最終位置の後の位置は、アレイ内の先頭位置となる。いくつかの実施形態では、Ｐ（アレイ３７０に格納される期間値の数）は、５と２５の間であり、一実施形態では、Ｐは８に等しい。

現在サイクル期間値をアレイ３７０に書き込むのに加えて、コントローラは、（表１の擬似コードではタイマ値と呼ばれる）現在サイクル期間値を、それまでのＰ個のサイクル期間の平均サイクル期間に係数Ｙを乗じた値と比較する。
タイマ値＞Ｙ×平均期間？

いくつかの実施形態では、Ｙは１．２と１．５を含む１．２と１．５の間の値である。一実施形態では、Ｙは１．２５に等しい。現在サイクル期間値がこの量より大きい場合、喪失ポンプ・サイクルを補償するために、サイクル・カウント値が１だけ増やされる。しかし、平均サイクル値（表１の擬似コードでは平均期間と呼ばれる）を正確に計算するにはアレイ３７０が満たされる必要があるので、アレイ３７０がサイクル期間値でまだ満たされていない場合、喪失ポンプ・サイクルの検出および補償のための命令は実行されない。したがって、最初のＰサイクルの動作中、コントローラは、喪失サイクルを検出し補償することはできない。別の実施形態では、複数の喪失サイクルを補正するために、サイクル・カウント値に対する補正は、現在サイクル期間を平均期間で除算し、結果の商を整数値に丸めることによって決定される。

いくつかの実施形態では、偽ポンプ・サイクルの誤検出は、最後の状態推移からＸサンプル期間以内に生じたすべての状態推移を無視することによって回避される。いくつかの実施形態では、Ｘは３と５の間の値であり、一実施形態では、Ｘは４に等しく、別の実施形態では、Ｘは５に等しい。間隔が狭い状態推移を単純に無視することによって、状態推移後にあまり間を置かず生じる電流スパイクは、ポンプ・サイクル・カウントに悪影響をおよぼさない。

代替的な一実施形態では、コントローラは、現在サイクル期間が平均サイクル期間に係数Ｚを乗じた値よりも小さいときにこれを検出することによって、偽ポンプ・サイクルの検出を回避し、ここでＺは０．５と０．８の間の値であり、一実施形態では０．７５に等しい。したがって、Ｚ×平均期間より短いポンプ・サイクルが検出された場合、サイクル・カウンタはインクリメントされない（またはインクリメントされ、その後、デクリメントされる）。
動作状態中に新しい各電流サンプルを受け取るたびにコントローラがとる動作の擬似コード表現が表１に示されている。

表１
動作状態中のコントローラ擬似コード

新しい電流サンプルを受け取る
電流サンプルをバッファに格納する
平滑化電流値を計算する
タイマを更新する／＊タイマは現在サンプル期間をカウントする＊／

／＊偽サイクルをカウントしないようにするため、（現在サンプル期間の単位数で測定した）最後の状態推移以降の時間が閾値Ｘより小さい場合、次の電流サンプル動作状態手続から出る＊／
Ｉｆ最後の状態推移以降の時間＜Ｘ｛
リターン
｝

／＊平滑化電流信号の下方推移を検出する＊／
Ｉｆポンプ状態＝高｛
Ｉｆ平滑化電流値＜下方閾値｛
ポンプ状態＝低｝
｝

／＊ポンプサイクルの終了／開始をチェックする＊／
Ｉｆポンプ状態＝低｛
Ｉｆ平滑化電流値＜上方閾値｛
ポンプ状態＝高｝
サイクルカウント＝サイクルカウント＋１
タイマ値を読み取る
タイマ値をサイクル期間値アレイの次の位置に格納する
タイマをリセットする

／＊アレイが満杯の時のみサイクルチェックと補正を実行する＊／
Ｉｆサイクル期間値アレイが満杯｛
／＊喪失サイクルをチェックし補正する＊／
Ｉｆタイマ値＞Ｙ＊平均期間｛
サイクルカウント＝サイクルカウント＋１｝

／＊平均期間を更新する＊／
平均期間＝サイクル期間値アレイにおける平均値
｝
｝／＊ポンプサイクルチェックの終了
リターン

説明の目的で、上記の説明が特定の実施形態を参照して行われた。しかし、上述の例示的な説明は、網羅的であること、または開示されたとおりの形態に本発明を限定することを意図したものではない。上述の教示に鑑みて、多くの変更または変形が可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実際的な応用を最もよく説明し、それによって、当業者が本発明および企図される特定の用途に適するように様々な変更が施された様々な実施形態を最もよく利用できるようにするために選択され説明された。

液体生成物を供給源から受取装置へポンプで送る従来システムのブロック図である。 ポンプ・ロータが４つの位置にあるペリスタルティック・ポンプの一部を示した図である。 ポンプ・ロータが４つの位置にあるペリスタルティック・ポンプの一部を示した図である。 ポンプ・ロータが４つの位置にあるペリスタルティック・ポンプの一部を示した図である。 ポンプ・ロータが４つの位置にあるペリスタルティック・ポンプの一部を示した図である。 液体を供給源から受取装置へポンプで送る改良システムのブロック図である。 図３のシステムで使用される電流ベースの制御方法を説明するのに役立つタイミング図である。 図３に示されるシステムにおけるコントローラのブロック図である。 図３および図５のポンプ・システムの状態図である。 ポンプ・サイクルの正しい追跡および誤った追跡の例を示す波形を示した図である。 ポンプ・システム・コントローラのメモリに格納される追加のデータ構造を示した図である。

Claims (16)

1. 特定の量の液体生成物を送るためにペリスタルティック・ポンプを制御する方法であって、
   前記ポンプを動作させ、それによって前記液体生成物を供給源から受取場所まで送るために、モータを駆動する工程と、
   前記ポンプのロータの回転を追跡するために、前記モータの駆動電流を監視する工程と、
   前記ポンプのロータの回転の単位数をカウントする工程と、
   前記カウントされた回転の単位数が送られる液体生成物の全量に対応する指定の目標カウント値に達したとき、前記モータを停止する工程とを含み、
   前記監視工程および前記カウント工程が、
   前記監視駆動電流が第１の閾値を下回ったときを検出する工程と、
   前記監視駆動電流が前記第１の閾値より高い第２の閾値を上回ったときを検出する工程と、
   前記監視駆動電流が前記第１の閾値を下回った後で前記第２の閾値を上回ったとき、または前記監視駆動電流が前記第２の閾値を上回った後で前記第１の閾値を下回ったときに、前記カウントされた単位数を更新する工程とを含むことを特徴とするポンプ制御方法。
2. 前記ポンプのロータのそれまでの複数の回転単位の平均持続時間を決定する工程と、
   前記ポンプのロータの現在の回転単位の持続時間を決定する工程と、
   前記現在の単位の前記決定された持続時間を前記決定された平均持続時間と比較し、前記比較が事前に定められたエラー検出基準に合致する場合、前記カウントされた単位を調整する工程とをさらに含む、請求項１に記載のポンプ制御方法。
3. 前記監視工程が、サンプル値列を生成するために持続期間中前記駆動電流をサンプリングする工程と、前記サンプル値列から最大および最小サンプル値を決定する工程と、前記最大および最小サンプル値に基づいて前記第１および第２の閾値を決定する工程とを含む、請求項１に記載のポンプ制御方法。
4. 前記監視工程が、サンプル値列を生成するために持続期間中前記駆動電流をサンプリングする工程と、前記サンプル値列から最大および最小サンプル値を決定する工程と、前記最大および最小サンプル値に基づいて前記第１および第２の閾値を決定する工程とを含む、ポンプ較正を実行する工程を含む、請求項１に記載のポンプ制御方法。
5. 前記ポンプ較正を定期的に実行する工程をさらに含む、請求項４に記載のポンプ制御方法。
6. 前記監視工程が、事前に定められたレートで前記駆動電流をサンプリングする工程と、前記サンプリングによって生成されたデジタル値をバッファに格納する工程と、平滑化電流信号を生成するために前記バッファに格納された前記デジタル値のランニング平均を計算する工程とを含む、請求項１に記載のポンプ制御方法。
7. 前記監視工程が、アナログ・フィルタおよびデジタル・フィルタの両方を使用して前記駆動電流を低域通過フィルタリングする工程を含む、請求項１に記載のポンプ制御方法。
8. 前記ポンプのロータのそれまでの複数の回転単位の平均持続時間を決定する工程と、
   前記ポンプのロータの現在の回転単位の持続時間を決定する工程と、
   前記現在の単位の前記決定された持続時間を前記決定された平均持続時間と比較し、前記比較が事前に定められたエラー検出基準に合致する場合、前記カウントされた単位を調整する工程とをさらに含む、請求項１に記載のポンプ制御方法。
9. ロータを有するペリスタルティック・ポンプと、
   液体生成物を供給源から受取場所まで送るために、前記ペリスタルティック・ポンプを駆動するように構成されたモータと、
   前記モータに結合され、前記ポンプのロータの回転を追跡するために、前記モータの駆動電流を監視するように構成されたコントローラであって、前記ポンプのロータの回転の単位数をカウントし、前記カウントされた回転の単位数が送られる液体生成物の全量に対応する指定の目標カウント値に達したとき、前記モータを停止するように構成されたコントローラを含むポンプ・システムであって、
   前記コントローラが、前記監視駆動電流が第１の閾値を下回ったときを検出し、前記監視駆動電流が前記第１の閾値より高い第２の閾値を上回ったときを検出し、前記監視駆動電流が前記第１の閾値を下回った後で前記第２の閾値を上回ったとき、または前記監視駆動電流が前記第２の閾値を上回った後で前記第１の閾値を下回ったときに、前記カウントされた単位数を更新することを特徴とするポンプ・システム。
10. 前記コントローラがさらに、前記ポンプのロータのそれまでの複数の回転単位の平均持続時間を決定し、
    前記ポンプのロータの現在の回転単位の持続時間を決定し、
    前記現在の単位の前記決定された持続時間を前記決定された平均持続時間と比較し、前記比較が事前に定められたエラー検出基準に合致する場合、前記ポンプのロータのカウントされた回転単位を調整するように構成される、請求項９に記載のポンプ・システム。
11. 前記コントローラが、サンプル値列を生成するために持続期間中前記駆動電流をサンプリングし、前記サンプル値列から最大および最小サンプル値を決定し、前記最大および最小サンプル値に基づいて前記第１および第２の閾値を決定するように構成される、請求項９に記載のポンプ・システム。
12. 前記コントローラが、サンプル値列を生成するために持続期間中前記駆動電流をサンプリングする工程と、前記サンプル値列から最大および最小サンプル値を決定する工程と、前記最大および最小サンプル値に基づいて前記第１および第２の閾値を決定する工程を含む、ポンプ較正を実行するように構成される、請求項９に記載のポンプ・システム。
13. 前記コントローラが、前記ポンプ較正を定期的に実行するように構成される、請求項１２に記載のポンプ・システム。
14. 前記コントローラが、事前に定められたレートで前記駆動電流をサンプリングし、前記サンプリングによって生成されたデジタル値をバッファに格納し、平滑化電流信号を生成するために前記バッファに格納された前記デジタル値のランニング平均を計算するように構成される、請求項９に記載のポンプ・システム。
15. 前記コントローラが、アナログ・フィルタおよびデジタル・フィルタの両方を使用して前記駆動電流を低域通過フィルタリングするように構成される、請求項９に記載のポンプ・システム。
16. 前記コントローラがさらに、前記ポンプのロータのそれまでの複数の回転単位の平均持続時間を決定し、
    前記ポンプのロータの現在の回転単位の持続時間を決定し、
    前記現在の単位の前記決定された持続時間を前記決定された平均持続時間と比較し、前記比較が事前に定められたエラー検出基準に合致する場合、前記ポンプのロータのカウントされた回転単位を調整するように構成される、請求項９に記載のポンプ・システム。

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