KR20210137515A - 저전력 시스템용 액추에이터 제어 및 진단 방법 - Google Patents

Abstract

관개 시스템과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법으로서, 액추에이터는 가동 요소 및 가동 요소를 전자기 코일의 축을 따라 변위시키기 위한 자기장을 생성하기 위한 전자기 코일을 포함한다.

Description

저전력 시스템용 액추에이터 제어 및 진단 방법

본 발명은 관개 시스템에 사용하기 위한 플런저가 있는 솔레노이드 밸브와 같은 저전력 시스템용 액추에이터에 관한 것이다.

전자적으로 제어되는 관개 시스템은 일반적으로 다수의 솔레노이드 밸브로 구성되며, 각각은 전류를 사용하여 자기장을 생성하고 이에 의해 가동 요소를 조작하며, 이는 결과적으로 밸브를 열거나 닫는다. 이러한 방식으로, 전력은 기계 동력으로 변환된다.

플런저형 솔레노이드 밸브에서, 전자기 코일을 통한 전류는 자기장을 생성하여 플런저를 움직이게 한다. 플런저의 움직임은 밸브를 열거나 닫는다. 자기장이 켜져 있을 때, 밸브가 열려 있으면, 밸브는 "평상시 닫힘형"이라고 하는 반면, 자기장이 켜져 있을 때, 밸브가 닫혀 있으면, 밸브는 "평상시 개방형"이라고 한다.

관개 시스템의 경우, 사용되는 밸브는 대부분의 경우 물의 흐름이 없기 때문에 일반적으로 평상시 닫힘형 밸브이다. 그러나, 관개를 위해서는 자기장이 장기간 동안 켜져 있어야 하므로, 전자기 코일을 통해 지속적으로 전류가 흐르도록 해야 한다. 저전력 시스템의 경우에도 시간이 지남에 따라 상당한 에너지 소비가 발생할 수 있다. 따라서, 더 적은 양의 전류를 사용하는 것이 유리할 것이다. 그러나, 사용되는 전류 및 생성되는 자기장이 너무 적으면 플런저를 제자리에 유지하기에 불충분하여 밸브가 닫힌다.

플런저의 움직임은 때때로 전압이 인가될 때 시간의 함수로 측정된 전자기 코일을 통한 전류 곡선에서 딥(dip)으로 검출할 수 있다. 전압을 인가한 후, 전자기 코일을 통한 전류는 정상 상태 전류에 도달할 때까지 증가할 것이며, 종종 플런저가 전자기 코일 쪽으로 또는 전자기 코일 안으로 움직일 때 전자기 코일을 통한 전류에서 강하가 순간적으로 발생한다. 그러나, 때때로 전류 강하는 검출하기에 너무 작아서 플런저의 움직임 검출을 신뢰할 수 없게 만든다.

플런저의 움직임을 보다 확실하게 검출할 수 있다면, 솔레노이드 밸브의 작동 및 오류 검출을 보다 확실하게 실현할 수 있다. 이것은 밸브를 장기간에 걸쳐 개방 상태로 유지하는 데 필요한 전류의 개선된 최적화를 허용할 수 있다.

따라서, 솔레노이드 밸브와 같은 액추에이터의 에너지 소비를 최적화하는 개선된 방법이 유리할 것이고, 솔레노이드 밸브와 같은 액추에이터에서 가동 요소의 상태를 결정하기 위한 개선된 방법이 또한 유리할 것이다.

본 발명의 목적은 솔레노이드 밸브와 같은 저전력 시스템용 액추에이터에서 가동 요소의 상태를 결정하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 솔레노이드 밸브와 같은 저전력 시스템용 액추에이터의 에너지 소비를 최적화하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하는 종래 기술에 대한 대안을 제공하는 것으로 볼 수 있다.

따라서, 위에 설명된 목적 및 몇몇 다른 목적은 본 발명의 제 1 양태에서 관개 시스템과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법을 제공함으로써 달성되도록 의도된다. 액추에이터는 가동 요소 및 가동 요소를 전자기 코일의 축을 따라 변위시킬 수 있는 자기장을 생성하기 위한 전자기 코일을 포함한다. 가동 요소는 연자성 재료, 즉 자기장에 의해 쉽게 자화되지만 자기장이 제거될 때 자화 상태를 유지하지 않는 재료를 포함한다. 전자기 코일에 전압이 인가되면, 전류가 전자기 코일을 통해 흐르고 자기장을 생성할 것이다. 자기장이 충분히 강하면, 가동 요소는 전자기 코일 쪽으로 당겨질 것이다. 따라서, 액추에이터는 활성 상태 및 수동 상태를 가지며, 가동 요소는 액추에이터가 수동 상태에 있을 때보다 활성 상태에 있을 때 전자기 코일에 더 가깝다.

저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법은:

전류가 전자기 코일을 통해 흐르도록 전자기 코일에 DC 돌입 전압(V_i)을 인가하는 단계 - 이에 의해 전자기 코일을 통해 흐르는 전류는 정상 상태 전류(I_s)에 도달할 때까지 증가함 - ; 및

동작 홀드 전압(V_oper)을 최적화하는 단계를 포함하고, 동작 홀드 전압(V_oper)을 최적화하는 단계는:

a) DC 돌입 전압(V_i)보다 낮은 홀드 전압(V_h)을 인가하는 단계,

b) 전자기 코일에 DC 돌입 전압(V_i)을 인가하는 단계,

c) 단계 b)에서 DC 돌입 전압(V_i)의 인가 동안 전자기 코일에 의해 생성된 자기장으로 인해 가동 요소가 수동 상태에서 활성 상태로 움직였는지를 결정하는 단계로서, 가동 요소가 수동 상태에서 활성 상태로 움직였는지를 결정하는 단계는:

상승 시간(T_i)을 리트리브하는 단계 - 상승 시간은 전자기 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 시작하여 돌입 전류(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간이며, 여기서 돌입 전류는 정상 상태 전류(I_s)와 실질적으로 같거나 돌입 전류는 정상 상태 전류보다 낮음 - ,

홀드 전류(I_h)를 리트리브하는 단계 - 홀드 전류(I_h)는 전자기 코일에 홀드 전압(V_h)이 인가될 때 전자기 코일을 통한 정상 상태 전류임 - ,

홀드 전류 시간(T_h)을 리트리브하는 단계 - 홀드 전류 시간(T_h)은 전자기 코일에 전압이 인가될 때 전자기 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 홀드 전류(I_h)로 가는 데 걸리는 시간임 - ,

테스트 상승 시간(T_test)을 측정하는 단계 - 테스트 상승 시간(T_test)은 전자기 코일을 통한 전류가 홀드 전류(I_h)에서 실질적으로 돌입 전류(I_i)로 가는 데 걸리는 시간임 - , 및

홀드 전류 시간(T_h)과 테스트 상승 시간(T_test)의 합이 측정 불확실성 내에서 상승 시간(T_i)과 실질적으로 같은 경우, 즉 T_h + T_test

T_i인 경우, 가동 요소가 수동 상태에서 활성 상태로 또는 활성 상태에서 수동 상태로 움직였다고 결정하는 단계를 포함하는 것인, 가동 요소가 수동 상태에서 활성 상태로 움직였는지를 결정하는 단계,

d) DC 돌입 전압(V_i)의 후속적인 인가 시에 가동 요소가 움직이지 않은 것으로 결정된 홀드 전압(V_h)의 하나 이상의 값 및 선택적으로 가동 요소가 움직인 것으로 결정된 홀드 전압(V_h)의 하나 이상의 값을 결정하기 위해 단계 a) - 단계 c)를 반복하는 단계,

e) DC 돌입 전압(V_i)의 후속적인 인가 시에 가동 요소가 움직이지 않는 것으로 결정된 홀드 전압(V_h)의 가장 낮은 값과 실질적으로 같거나 더 높은 값을 갖도록 동작 홀드 전압(V_oper)을 선택하는 단계, 및

f) 가동 요소를 상기 활성 상태로 유지하기 위해 전자기 코일에 동작 홀드 전압(V_oper)을 인가하는 단계를 포함한다.

액추에이터를 제어하는 방법에 있어서, 전자기 코일에 인가되는 DC 돌입 전압(V_i)은 가동 요소를 움직일 수 있을 만큼 충분히 큰 자기장을 생성하기에 충분해야 한다. 이를 달성하기 위한 합리적인 전압은 예를 들어 유사한 액추에이터에 대한 테스트로부터 또는 제품 사양으로부터 알 수 있다.

DC 돌입 전압(V_i)이 인가될 때, 전자기 코일을 통한 전류는 정상 상태 전류(I_s), 즉 인가된 전압 및 온도와 같이 영향을 미치는 파라미터가 변하지 않는 한 시간이 지남에 따라 크게 변하지 않는 전류에 도달할 때까지 증가할 것이다.

일 실시예에서, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법의 단계 e)는 DC 돌입 전압(V_i)의 후속적인 인가 시에 가동 요소가 움직이지 않는 것으로 결정된 홀드 전압(V_h)의 가장 낮은 값보다 약 50% 더 높게 동작 유지 전압(V_oper)을 선택하는 단계를 더 포함한다.

홀드 전류 시간(T_h)은 임의의 적절한 시간에 측정될 수 있다. 방법의 다른 단계에서 측정되면, 값은 데이터 저장 매체에 저장될 수 있으며, 이로부터 T_h의 값은 나중에 판독될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 홀드 전류 시간(T_h)의 리트리브는 데이터 저장 매체에 저장된 값을 판독하는 것을 포함하는 반면, 다른 실시예에서, 홀드 전류 시간(T_h)의 리트리브는 홀드 전류 시간(T_h)을 측정하는 것을 포함한다.

일반적으로, 예를 들어 시간 또는 전류와 같은 값을 리트리브할 때, 측정되거나 데이터 저장 매체로부터 판독될 수 있다.

일 실시예에서, 방법은 전자기 코일의 저항(R_coil)을 결정하는 단계를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 전자기 코일의 저항은 옴, 즉 선형인 것으로 가정된다. 전자기 코일의 경우, 인가된 전압과 결과적인 정상 상태 전류가 옴 저항을 계산하는 데 사용된다.

일 실시예에서, 액추에이터는 솔레노이드 밸브이고, 가동 요소는 플런저 또는 피스톤이다.

추가 실시예에서, 솔레노이드 밸브는 관개 시스템의 일부이다.

본 발명의 설명된 목적 및 몇몇 다른 목적은 본 발명의 제 2 양태에서 관개 시스템과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법을 제공함으로써 달성되도록 의도된다. 액추에이터는 가동 요소 및 가동 요소를 전자기 코일의 축을 따라 변위시키기 위한 자기장을 생성하기 위한 전자기 코일을 포함한다. 가동 요소는 연자성 재료, 즉 자기장에 의해 쉽게 자화되지만 자기장이 제거될 때 자화 상태를 유지하지 않는 재료를 포함한다. 전자기 코일에 전압이 인가되면, 전류가 전자기 코일을 통해 흐르고 자기장을 생성할 것이다. 자기장이 충분히 강하면, 가동 요소는 전자기 코일 쪽으로 당겨질 것이다. 따라서, 액추에이터는 활성 상태 및 수동 상태를 가지며, 가동 요소는 액추에이터가 수동 상태에 있을 때보다 활성 상태에 있을 때 전자기 코일에 더 가깝다. 일정한 DC 전압인 홀드 전압(V_h)이 전자기 코일에 인가된다. 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법은:

전자기 코일을 통한 홀드 전류(I_h)를 측정하는 단계 - 홀드 전류(I_h)는 홀드 전압(V_h)이 인가될 때 전자기 코일을 통해 흐르는 정상 상태 전류임 - ,

전자기 코일 및 가동 요소를 특성화하는 값을 리트리브하는 단계로서, 상기 값은:

DC 돌입 전압(V_i) 및 대응하는 상승 시간(T_i),

DC 돌입 전압(V_i), 상승 시간(T_i) 및 전자기 코일의 저항(R)에 따라 달라지는 돌입 전류(I_i(V_i, T_i, R)) - 돌입 전류(I_i)는 전자기 코일에 실질적으로 0인 전압이 인가된 시점으로부터 전자기 코일에 DC 돌입 전압(V_i)이 인가된 후 시간(T_i) 동안 전자기 코일을 통해 흐르는 전류임 - ,

홀드 전류 시간(T_h) - 홀드 전류 시간(T_h)은 전자기 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 홀드 전류(I_h)로 가는 데 걸리는 시간임 - 을 포함하는 것인, 전자기 코일 및 가동 요소를 특성화하는 값을 리트리브하는 단계,

전자기 코일에 리트리브된 DC 돌입 전압(V_i)을 인가하면서 전자기 코일을 통한 전류를 시간의 함수로 측정하는 단계,

전자기 코일을 통한 전류가 돌입 전류(I_i)의 리트리브된 값에 실질적으로 도달하는 데 걸리는 시간인 테스트 상승 시간(T_test)을 결정하는 단계,

T_raise,total = T_h + T_test가 되도록 홀드 전류 시간(T_h)과 측정된 테스트 상승 시간(T_test)의 합으로 총 상승 시간(T_raise,total)을 계산하는 단계,

총 상승 시간(T_raise,total)이 측정 불확실성 내에서 상승 시간(T_i)보다 크거나 실질적으로 같은지를 결정하고, 그렇다면 전자기 코일에 리트리브된 DC 돌입 전압(V_i)의 인가로 인해 가동 요소가 움직였다고 보고하는 단계를 포함한다.

액추에이터를 진단하는 방법에 있어서, 전자기 코일에 인가되는 DC 돌입 전압(V_i)은 가동 요소를 움직일 수 있을 만큼 충분히 큰 자기장을 생성하기에 충분해야 한다. 이를 달성하기 위한 합리적인 전압은 예를 들어 액추에이터 또는 유사한 액추에이터에 대한 테스트로부터 또는 제품 사양으로부터 알 수 있다.

일 실시예에서, 액추에이터는 솔레노이드 밸브이고, 가동 요소는 플런저 또는 피스톤이다.

추가 실시예에서, 솔레노이드 밸브는 관개 시스템의 일부이다.

일 실시예에서, 단계 b)에서 전자기 코일 및 가동 요소를 특성화하는 값의 리트리브는 데이터 저장 매체에 저장된 하나 이상의 값을 판독하는 것을 포함한다.

다른 실시예에서, 단계 b)에서 전자기 코일 및 가동 요소를 특성화하는 값의 리트리브는 하나 이상의 값을 측정하는 것을 포함한다.

추가 실시예에서, 상기 방법은:

가동 요소가 움직였는지 여부를 시스템 또는 사용자에게 보고하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 또한 관개 시스템과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 액추에이터는 가동 요소 및 상기 가동 요소를 전자기 코일의 축을 따라 변위시키기 위한 자기장을 생성하기 위한 전자기 코일을 포함하고, 상기 가동 요소는 자성 재료를 포함하고, 상기 액추에이터는 활성 상태 및 수동 상태를 갖고, 상기 가동 요소는 상기 액추에이터가 상기 수동 상태에 있을 때보다 상기 액추에이터가 상기 활성 상태에 있을 때 상기 전자기 코일에 더 가깝고, 활성 상태는 상기 전자기 코일에 DC 전압을 인가함으로써 획득되며;

상기 방법은:

1) 전류가 상기 전자기 코일을 통해 흐르도록 상기 전자기 코일에 제 1 DC 전압을 인가하는 단계 - 상기 전류는 액추에이터를 수동 상태에서 활성 상태로 가져오기에 충분함 - ,

2) 액추에이터를 활성 상태에서 수동 상태로 가져오는 상기 제 1 DC 전압보다 낮은 DC 전압을 인가하고 가동 요소가 움직이는지를 결정하는 단계,

3) 단계 2)를 반복하고 액추에이터가 활성 상태로 유지되도록 가동 요소가 움직이지 않는 상기 제 1 DC 전압보다 낮은 다수의 제 2 DC 전압을 결정하는 단계,

4) 액추에이터를 활성 상태로 유지하기 위해 제 2 전압 중 적어도 하나를 선택하고 인가하는 단계를 포함한다.

이 방법은 솔레노이드 밸브와 같은 액추에이터의 에너지 소비를 최적화하기 위한 추가 방법, 및 솔레노이드 밸브와 같은 액추에이터에서 가동 요소의 상태를 결정하기 위한 개선된 방법을 또한 제공한다.

본 발명의 설명된 목적 및 몇몇 다른 목적은 본 발명의 제 3 양태에서 솔레노이드 및 피스톤을 포함하는 관개 밸브를 제어하기 위해 위에서 설명된 바와 같이 가동 요소 및 전자기 코일을 포함하는 액추에이터를 제어하는 방법을 사용함으로써 달성되도록 의도된다.

본 발명에 따른 방법은 이제 첨부된 도면과 관련하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도면은 본 발명을 구현하는 하나의 방식을 도시하고 첨부된 청구 범위 내에 속하는 다른 가능한 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 관개 제어 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 돌입 전압이 인가되는 시간 동안 솔레노이드 밸브의 전자기 코일을 통한 전류의 실험적 측정을 도시한 것으로, 플런저는 움직였고 전압은 후속적으로 더 이상 인가되지 않았다.
도 3은 도 2에서 도시된 것과 같은 측정의 개략적인 그래프를 도시한다.
도 4는 초기에 홀드 전압이 인가되고 돌입 전압이 인가되는 솔레노이드 밸브의 전자기 코일을 통한 전류의 실험적 측정을 도시한 것으로, 플런저는 움직였고 전압은 후속적으로 더 이상 인가되지 않았다.
도 5는 도 4에서 도시된 것과 같은 측정의 개략적인 그래프를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 모두 상승 시간(T_i)의 실험적 측정을 도시한다. 한 측정에서, 플런저는 움직이지 않았다.
도 7은 본 발명에 따른 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 홀드 전압(V_h)이 최적화됨에 따라 전자기 코일을 통한 전류 대 시간의 개략적인 그래프를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법의 흐름도를 도시한다.

도 1은 커넥터 박스(4)에 연결된 제어 가능한 관개 밸브(2)를 포함하는 관개 제어 장치의 개략도를 도시한다. 커넥터 박스(4) 내부의 솔레노이드, 즉 전자기 코일은 밸브가 열려 있는지 닫혀 있는지 여부를 결정하는 플런저를 제어한다. 전류가 전자기 코일을 통해 흐르게 함으로써, 코일의 축을 따라 자기장이 생성된다. 플런저는 연자성 재료를 포함하고, 충분히 큰 자기장이 코일의 축을 따르는 방향으로 플런저를 코일 쪽으로 당기면서 밸브 상태의 변화를 일으킬 것이다. 평상시 닫힘형 밸브에서, 플런저를 움직이면 유체가 파이프라인(6)에서 밸브를 통해 흐르도록 밸브가 열릴 것이다. 자기장이 제거되면 플런저는 "정상" 상태로 돌아갈 것이므로, 즉 평상시 닫힘형 밸브에서, 자기장을 제거하면 밸브가 닫힐 것이다.

다수의 평상시 닫힘형 솔레노이드 밸브를 포함하는 관개 시스템에서, 주어진 밸브의 전자기 코일을 통해 전류를 흘려 해당 밸브를 연다. 주어진 밸브를 여는 데 필요한 전류의 양, 즉 플런저를 움직이기 위해 충분히 큰 자기장을 생성하는 데 필요한 양은 알려져 있거나 실험적으로 결정될 수 있다.

관개 기간 동안 지속적으로 전압을 인가해야 할 것이다. 에너지와 비용을 절약하기 위해, 가능한 한 낮은 전류를 사용하여 평상시 닫힘형 밸브를 개방 위치에서 유지하는 것이 유리하다. 전자기 코일에 돌입 전압(V_i)을 인가하여 밸브가 열리면, 전압은 홀드 전압(V_h)으로 낮아질 수 있다. 홀드 전압(V_h)이 충분히 크면, 관개가 필요한 시간 동안 밸브를 개방 위치에서 유지할 것이다.

전자기 코일을 통한 전류는 시간의 함수로 측정될 수 있다. 이러한 측정의 예가 도 2에 도시되어 있고, 이러한 종류의 측정에 대한 일반화된 그래프가 도 3에 도시되어 있다. 도 2와 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 돌입 전압(V_i)이 인가됨에 따라 전류가 급격히 상승한다. 전자기 코일에 의해 생성된 자기장은 연자성 재료로 구성된 플런저를 당길 것이다. 생성된 자기장이 충분히 크면, 플런저 당김은 플런저를 코일 쪽으로 움직일 수 있을 만큼 충분히 강하다. 플런저가 움직이면, 코일에 역기전력이 유도되어 코일에 걸쳐 전압이 감소할 것이다. 종종 이것은 플런저의 움직임이 끝날 때까지 코일을 통한 전류에서 눈에 띄는 강하를 일으킬 것이다. 그러나, 전류에 대한 역기전력의 영향은 때때로 도 2 내지 도 5에 도시된 딥과 같은 전류 강하로는 검출할 수 없으므로, 이런 경우 플런저의 움직임을 검출하기 위해 이러한 딥을 사용하는 것이 불가능하다. 오히려 전류는 단순히 더 느리게 상승할 것이다.

코일을 통한 전류는 정상 상태 전류에 도달할 때까지 계속 상승할 것이다. 정상 상태 전류는 인가된 전압 및 온도와 같이 영향을 미치는 파라미터가 변하지 않는 한 시간이 지남에 따라 크게 변하지 않는 전류이다. 도 2에 도시된 측정에서, 인가된 전압은 일정 시간 후에 제거되어 코일을 통한 전류가 줄어든다. 플런저의 움직임으로 인해 눈에 띄는 딥이 발생하든 전류가 단순히 더 느리게 상승하든 상관없이, 플런저가 코일에 의해 생성된 자기장에 의해 움직이면 전류가 정상 상태 값에 도달하는 데 걸리는 시간은 더 길어진다.

도 3에는 2개의 전류 값과 대응하는 시간이 표시되어 있다. 상승 시간(T_i)은 전자기 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 시작하여 돌입 전류(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간이다. 돌입 전류는 정상 상태 전류와 실질적으로 같거나 돌입 전류는 정상 상태 전류보다 낮을 수 있지만, 바람직하게 돌입 전류는 상승 시간(T_i) 동안 플런저 움직임이 완료되었다고 가정(또는 테스트를 통해 알려짐)할 수 있도록 선택되어야 한다.

도 2에 도시된 것과 같은 측정을 사용하여 주어진 인가 전압에 대해 실질적으로 0인 전류에서 정상 상태 전류까지의 대응하는 시간 값 및 전류 값(I, T)을 기록할 수 있다. 이 측정은 플런저의 상태를 결정함으로써 주어진 시간에 밸브가 열렸는지 닫혔는지 여부를 결정하기 위해 본 명세서에 제시된 방법에서 사용될 수 있다.

도 4는 도 2의 측정과 유사한 시간의 함수로서 전자기 코일을 통한 전류의 측정을 도시한다. 그러나, 도 4에서는 측정 초기에 홀드 전류(I_h)가 코일을 통해 흐르도록 전자기 코일에 홀드 전압(V_h)이 인가된다. 홀드 전압(V_h)은 코일에 인가된 돌입 전압(V_i) 다음에 인가되며, 돌입 전압(V_i)의 결과로 생성된 자기장은 플런저를 코일 쪽으로 이동시킨다. 홀드 전류(I_h)에 의해 생성된 자기장이 충분히 크면, 플런저의 위치는 유지될 것이다. 즉, 평상시 닫힘형 밸브는 개방 위치에서 유지될 것이다. 그러나, 자기장이 충분히 크지 않으면, 플런저는 전자기 코일에서 멀어져 밸브가 닫힐 것이다.

플런저의 상태를 결정하기 위해, 코일에 돌입 전압(V_i)(홀드 전압보다 큼)이 인가되어 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 코일을 통한 전류를 증가시킬 것이다. 인가된 돌입 전압은 플런저를 움직이기에 충분한 것으로 알려져 있고, 인가된 돌입 전압에 대해 실질적으로 0인 전류에서 정상 상태 전류까지의 다수의 대응하는 시간 값 및 전류 값(I, T)의 측정이 이전에 기록되었다.

돌입 전압(V_i)을 인가할 때, 돌입 전압(V_i)의 인가부터 전자기 코일을 통한 전류가 돌입 전류(I_i)와 실질적으로 같을 때까지의 테스트 상승 시간(T_test)이 도 5에 도시된 바와 같이 측정된다. 인가된 돌입 전압에 대한 다수의 대응하는 시간 값 및 전류 값(I, T)의 측정으로부터, 홀드 전류 시간(T_h)을 알 수 있으며(도 3 참조), 홀드 전류 시간(T_h)은 코일에 돌입 전압(V_i)이 인가될 때 전자기 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 홀드 전류(I_h)까지 가는 데 걸리는 시간이다. 총 상승 시간(T_raise,total)은 T_test 값과 T_h 값의 합으로 계산될 수 있다. 즉, T_raise,total = T_test + T_h이다.

돌입 전압(V_i)의 인가의 결과로 생성된 자기장에 의해 플런저가 코일 쪽으로 움직였다면, 이것은 홀드 전압(V_h)이 플런저를 코일에 더 가까운 위치에 유지하기에 충분한 자기장을 생성할 만큼 충분히 크지 않았음을 의미한다. 돌입 전압(V_i)이 인가되었을 때 플런저가 움직였는지 여부는 도 3에 도시된 측정된 상승 시간(T_i)과 총 상승 시간(T_raise,total)을 비교하여 알 수 있다. T_raise,total이 측정 불확실성 내에서 상승 시간(T_i)과 실질적으로 같으면, 돌입 전압(V_i)이 인가되었을 때 플런저는 움직였다. 그러나, 총 상승 시간(T_raise,total)이 상승 시간(T_i)보다 훨씬 작으면, 플런저는 움직이지 않았으며, 이것은 코일을 통한 전류가 플런저의 움직임에 의해 유도된 역기전력에 의해 "저지"되지 않았음을 의미한다. 플런저가 이미 전자기 코일에 더 가까운 위치에 있는 상태 동안 돌입 전압이 인가된 경우와 같이 플런저를 움직이는 데 소비되는 에너지가 없을 때, 코일을 통한 전류는 돌입 전류 값(I_i)에 더 빨리 도달한다.

따라서, 전자기 코일을 통한 전류가 돌입 전류(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간을 측정하면 홀드 전압(V_h)이 밸브를 개방 위치에서 유지할 수 있을 만큼 충분히 큰지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있다. 돌입 전압(V_i) 이후에 상이한 홀드 전압(V_h)을 인가하고 이들이 플런저를 유지하기에 충분한지 여부를 결정함으로써, 밸브를 개방 상태로 유지할 수 있을 만큼 충분히 크고 에너지를 절약하기 위해서는 작은 홀드 전압이 결정될 수 있다.

도 6a와 도 6b에는 플런저가 움직일 때(도 6a)와 플런저가 움직이지 않을 때(도 6b)의 상승 시간(T_i)의 차이를 나타내는 상승 시간(T_i)의 실험적 측정이 도시되어 있다. 실험에서, 동일한 돌입 전압이 인가되었지만, 도 6b에 도시된 측정 동안 플런저는 움직이지 않았다. 위에서 설명한 바와 같이, 돌입 전압이 인가되는 동안 플런저가 움직이면 상승 시간(T_i)이 증가하며 이는 도 6a와 도 6b에 도시된 실험 데이터를 비교할 때 명확하게 알 수 있다.

본 명세서에 기술된 방법의 활용에 의한 홀드 전압의 최적화는 테스트될 홀드 전압(V_h)을 선택하기 위해 상이한 최적화 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 방법의 흐름도가 도 7에 도시되어 있다.

도 8에는 상이한 홀드 전압 값이 테스트되는 동안 솔레노이드 밸브의 전자기 코일을 통한 일련의 전류 측정에 대한 개략도가 도시되어 있다. 초기에, 코일을 통한 전류는 돌입 전압(V_i)이 인가될 때까지 실질적으로 0이다. 코일을 통한 전류에 의해 생성된 자기장이 충분히 크면, 플런저는 코일에 더 가까운 위치로 움직일 것이다. 코일을 통한 전류가 증가하는 동안, 전류 값 및 시간 값(I, T)이 기록될 수 있지만, 이러한 값들은 이전 측정으로부터 알 수도 있다. 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 시작하여 돌입 값(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간은 상승 시간(T_i)이다.

하나 이상의 측정에 의해 또는 알려진 값을 참조하여, 예컨대, 전자기 코일 주변의 측정된 온도를 기반으로 차트로부터 저장된 저항 값을 판독하여, 전자기 코일의 저항을 먼저 결정함으로써 사용하기에 적합한 돌입 전압이 결정될 수 있다.

전류가 정상 상태 값(I_s)에 도달한 후, 도 8에 도시된 바와 같이 돌입 전압(V_i)보다 낮은 제 1 홀드 전압(V_h1)이 인가되어 코일을 통한 전류가 새로운 정상 상태 값(I_h1)으로 감소하게 한다. 제 1 및 임의의 후속 홀드 전압(V_h)은 실질적으로 돌입 전압(V_i)의 1/20 이하로 선택되는 것이 바람직할 수 있다.

솔레노이드 밸브의 활성화 초기에 전류 값 및 시간 값(I, T)과 상승 시간(T_i)을 측정함으로써, 밸브가 열려 있는 비교적 짧은 시간 동안 전자기 코일의 온도 변화는 최소화될 것이다. 이것은 부분적으로 일반적으로 전도성 재료로서 구리를 포함하는 전자기 코일에 매우 적은 전력이 축적되기 때문이다. 이것은 활성화 시 수행된 측정이 활성화 중 측정과 비교하는 데 신뢰성 있게 사용될 수 있음을 의미한다.

제 1 홀드 전압(V_h1)이 플런저의 위치를 유지하기에 충분한지 여부를 결정하기 위해, 돌입 전압이 코일에 다시 한 번 인가되고 테스트 상승 시간(T_test,1)이 측정된다. 코일에 제 1 홀드 전압(V_h1)이 인가되어 있는 시점에 돌입 전압(V_i)을 인가하면, 전류가 돌입 값(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간(T_test,1)은 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 시점에 돌입 전압(V_i)을 인가할 때보다 더 적다. 그러나, 대응하는 전류 값 및 시간 값(I, T)의 측정으로부터, 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 시작하여 값 I_h1에 도달하는 데 얼마나 오랜 시간이 걸렸는지 알 수 있다. 이 홀드 전류 시간은 도 8에서 T_h1으로 표시된다.

총 상승 시간(T_raise,total)은 이제 홀드 전류 시간(T_h1)과 측정된 테스트 상승 시간(T_test,1)의 합으로 계산될 수 있으므로, T_raise,total = T_h1 + T_test,1이 된다. 제 1 홀드 전압(V_h1)이 인가되어 있는 시점에 돌입 전압(V_i)이 인가되었을 때, 총 상승 시간(T_raise,total)이 상승 시간(T_i)과 실질적으로 같으면, 플런저는 움직였고, 이는 제 1 홀드 전압(V_h1)은 플런저를 전자기 코일에 더 가까운 위치에 유지하기에 불충분하다고 결론지을 수 있다. 이 경우, 제 2 홀드 전압(V_h2)은 제 1 홀드 전압(V_h1)보다 더 높게 선택된다.

도 8에 도시된 개략도에서, 제 1 홀드 전압(V_h1)은 플런저를 코일에 더 가까운 위치에 유지하기에 충분하다고 결론지을 수 있어 더 낮은 제 2 홀드 전압(V_h2)이 인가된다. 위에서 설명한 것과 동일한 방법을 사용하여 테스트 상승 시간(T_test,2)을 측정하고 측정으로부터 홀드 전류 시간(T_h2)을 알아내어 총 상승 시간(T_raise,total)을 계산하고 상승 시간(T_i)과 비교함으로써, 제 2 홀드 전압(V_h2)이 플런저를 코일에 더 가까운 위치에 유지하기에 충분한지 여부를 결정할 수 있다. 이 절차는 플런저가 움직이지 않은 것으로 결정된 홀드 전압(V_h)의 하나 이상의 값 및 선택적으로 플런저가 움직인 것으로 결정된 홀드 전압(V_h)의 하나 이상의 값을 결정하기 위해 여러 번 반복될 수 있다.

이에 이어, 돌입 전압(V_i)의 후속적인 인가 시에 플런저가 움직이지 않는 것으로 결정된 홀드 전압(V_h)의 가장 낮은 값과 실질적으로 같거나 더 높은 전압 값으로 동작 홀드 전압(V_oper)이 선택될 수 있다. 그런 다음, 이 동작 홀드 전압(V_oper)은 플런저를 코일에 더 가까운 위치에 유지하기 위해 돌입 전압(V_i) 다음에 전자기 코일에 인가될 수 있다. 실제로는 플런저를 제 위치에 유지하기 위해 발견된 가장 낮은 홀드 전압이 아니라 더 높은 값을 선택해야 한다. 예를 들어, 동작 홀드 전압(V_oper)은 플런저를 코일에 더 가까운 위치에 유지하기 위해 발견된 홀드 전압의 가장 낮은 값보다 50% 더 높게 선택될 수 있다. 그렇긴 하지만, 에너지 소비의 상당한 감소가 실현될 수 있다. 또한, 테스트 시점의 조건에서 실제로 사용되는 돌입 전압이 충분한지 확인하기 위해 더 낮은, 예를 들어, 20% 더 낮은 돌입 전압 값(V_i)이 돌입, 즉 플런저 움직임을 초래하는지 여부를 테스트하는 것과 관련이 있을 수 있다.

DC 돌입 전압의 후속적인 인가 시에 플런저가 움직이지 않은 것으로 결정된 적어도 하나의 홀드 전압이 결정된다. 선택적으로, 플런저가 움직인 것으로 결정된 홀드 전압의 하나 이상의 값이 또한 결정될 수 있다. 이것은 시스템, 테스트된 홀드 전압 및 시스템에 대한 전술한 지식에 따라 달라질 것이다.

본 명세서에 개시된 최적화 프로세스는 1초 이하의 짧은 시간이 소요될 수 있다. 프로세스가 얼마나 빨리 수행될 수 있는지에 대한 제한은 상이한 전압을 인가하는 사이에 시스템이 "따라잡기" 위한 시간이 허용되어야 한다는 것이다. 이것은 당업자의 일반적인 지식으로서 예를 들어 홀드 전압을 인가하고 후속적으로 돌입 전압을 인가하는 사이에 대기 시간이 포함된다는 것을 의미한다.

실제로, 정상 상태 값(I_s) 또는 정상 상태 값(I_s)보다 낮은 전류를 돌입 전류(I_i)로 사용하도록 선택하여, 이에 대해 대응하는 상승 시간 값(T_i)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 돌입 전류(I_i)는 정상 상태 전류(I_s)의 80%일 수 있다. 컴퓨터 알고리즘이 전자기 코일을 통한 전류가 돌입 전류 값(I_i)에 도달했을 때를 결정하는 데 사용되면, 코일을 통한 전류가 돌입 전류에 가까울 때 플런저가 움직일 가능성이 있으므로 주의를 기울여야 하며, 이것은 시간의 함수로서 전류 곡선에서 딥을 야기한다. 이러한 상황에서, 알고리즘은 돌입 전류 값이 딥으로 인해 실제보다 훨씬 일찍 도달했다고 결정할 수 있다. 이런 일이 발생할 가능성을 줄이기 위해, 알고리즘은 도 2 및 도 4에 도시된 것과 같은 데이터를 볼 때, "오른쪽에서 왼쪽으로" 돌입 전류가 도달하는 시간을 리트리브하는 것이 유리하다.

방법은 관개 시스템에서 사용하기 위한 솔레노이드 밸브에 대해 테스트되었으며, 밸브를 개방 상태로 유지하기 위해 본 명세서에 개시된 방법을 사용하여 결정된 동작 홀드 전압의 사용에 의해 달성된 에너지 절약은 놀라울 정도로 컸다. 더 많은 디코더가 활성화될수록, 더 많은 에너지가 필요하고, 그러면 시스템은 더 많은 에너지가 제한된다. 따라서, 본 명세서에 개시된 방법에 따라 수행된 최적화는 각각이 더 적은 에너지를 사용함에 따라 더 많은 디코더의 활성화를 허용한다.

플런저가 움직일 수 없는 경우, 즉 솔레노이드 밸브에 결함이 있는 경우 또는 사용된 돌입 전압(V_i)이 너무 낮은 경우, 이 방법은 작동하지 않을 것이다. 이 경우, 결과는 총 상승 시간이 항상 돌입 시간과 실질적으로 같다. 따라서, 아무리 낮은 홀드 전압이 인가되더라도, 플런저를 전자기 코일에 더 가까운 위치에 유지하기에 충분한 것으로 보이지만, 실제로는 상승 시간(T_i)이 측정되었을 때 플런저는 움직이지 않았다. 따라서, 이 방법은 솔레노이드 밸브에 결함이 있는지 여부를 결정하는 데에도 사용될 수 있다.

총 상승 시간(T_raise,total)의 계산과 알려진 상승 시간(T_i)과의 비교를 사용하여 액추에이터를 진단할 수도 있다. 이 경우, 액추에이터가 활성 상태에 있었는지, 즉 코일에 홀드 전압이 인가되어 있는 동안 플런저와 같은 가동 요소가 전자기 코일에 더 가까운 위치에 있었는지 여부를 결정하는 데 관심이 있다. 본 명세서에 설명된 방법에 따라 이를 결정하고, 이를 기반으로 돌입 전압(V_i)이 인가될 때 플런저가 움직이는지 여부를 결론을 내린다. 액추에이터를 진단하는 방법의 흐름도가 도 9에 도시되어 있다. 인가된 돌입 전압(V_i)이 플런저를 움직일 수 있을 만큼 충분히 큰 것으로 알려진 경우, 플런저에 결함이 있는 경우를 제외하고, 플런저가 움직이지 않았다는 결정은 액추에이터가 활성 상태에 있었다는 것을 의미한다. 전자기 코일에 인가된 홀드 전압이 충분하지 않아 액추에이터가 수동 상태에 있었으면, 이 방법은 돌입 전압(V_i)이 인가될 때 플런저가 움직였음을 보여줄 것이다. 다시 말하지만, 플런저에 결함이 있는 경우가 아니면, 플런저는 전자기 코일에 더 가까운 위치에 플런저를 유지하기에는 너무 낮은 것으로 알려진 홀드 전압을 인가하여 테스트될 수 있으며, 그렇지 않은 것으로 알려져 있음에도 불구하고, 테스트 상승 시간이 플런저가 전자기 코일에 더 가까운 위치에 유지되었음을 나타내면, 플런저에 결함이 있다.

도 9에는 관개 시스템과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 액추에이터는 가동 요소 및 전자기 코일을 포함한다. 관개 시스템에서, 액추에이터는 솔레노이드 밸브일 수 있으며, 여기서 가동 요소는 플런저(피스톤이라고도 함)이다. 관개 시스템에서, 솔레노이드 밸브는 일반적으로 위에서 설명한 바와 같이 평상시 닫힘형 밸브이다. 솔레노이드 밸브를 진단하는 방법은 전자기 코일에 홀드 전압(V_h)을 인가할 때 사용되는 것으로 밸브가 열려 있는지 또는 밸브에 결함이 있는지와 같은 밸브의 상태를 알고자 한다.

전자기 코일에 홀드 전압(V_h)이 인가된 밸브를 진단하기 위해, 전자기 코일을 통한 홀드 전류(I_h)가 측정된다. 측정으로부터 또는 이전에 수행된 측정으로부터, 전자기 코일과 플런저를 특성화하는 여러 값을 리트리브한다. 이러한 값은 돌입 전압(V_i), 대응하는 상승 시간(T_i), 돌입 전류(I_i(V_i, T_i, R)) 및 홀드 전류 시간(T_h)이다.

돌입 전류(I_i(V_i, T_i, R))는 돌입 전압(V_i), 상승 시간(T_i) 및 전자기 코일의 저항(R)에 따라 달라진다. 따라서, 진단 방법을 수행할 때의 전자기 코일의 저항은 돌입 전류(I_i)를 측정할 때의 코일의 저항과 비슷해야 한다. 돌입 전류(I_i)는 전자기 코일에 실질적으로 0인 전압이 인가된 시점부터 전자기 코일에 돌입 전압(V_i)이 인가된 후 시간(T_i) 동안 전자기 코일을 통해 흐르는 전류이다(도 3 참조).

홀드 전류 시간(T_h)은 시간의 함수로서 전자기 코일을 통한 전류의 측정으로부터 획득되며, 여기서 홀드 전류 시간(T_h)은 전자기 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 홀드 전류(I_h)로 가는 데 걸리는 시간이고, 여기서 홀드 전류(I_h)는 전자기 코일에 홀드 전압(V_h)이 인가될 때 전자기 코일을 통한 정상 상태 전류이다(도 3 참조).

돌입 전압(V_i)은 전자기 코일에 인가되고 코일을 통한 전류는 시간의 함수로 측정된다. 이 측정으로부터, 전자기 코일을 통한 전류가 리트리브된 돌입 전류 값(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간을 결정할 수 있으며, 이것은 테스트 상승 시간(T_test)이다. 홀드 전류 시간(T_h) 및 테스트 상승 시간(T_test)으로부터, 총 상승 시간(T_raise,total)이 이 둘의 합으로 계산될 수 있다. 즉, T_raise,total = T_h + T_test이다.

총 상승 시간(T_raise,total)이 상승 시간(T_i)과 실질적으로 같으면, 플런저는 움직였고 따라서 평상시 닫힘형 밸브인 경우, 홀드 전압(V_h)이 인가되었음에도 불구하고, 밸브는 닫혀있었다고 결론지을 수 있으며, 즉 인가된 홀드 전압(V_h)은 플런저를 전자기 코일에 더 가까운 위치에 유지하기에 불충분하다고 결론지을 수 있다.

관개 시스템에 사용되는 솔레노이드 밸브의 경우, 솔레노이드 밸브는 비교적 짧은 시간 동안 활성화된다. 그 시간 동안, 밸브는 열리고 물이 밸브를 통해 흐르도록 전자기 코일에 더 가까운 위치에 플런저를 유지하기 위해 홀드 전압(V_h)이 인가된다. 위에서 설명한 방법을 사용하면, 밸브가 활성화된 시간 동안 돌입 전압이 인가될 수 있으며, 계산된 총 상승 시간(T_raise,total)은 처음에 기록된 상승 시간(T_i)보다 짧아야 한다. 그렇지 않으면, 오류가 발생한 것이다. 홀드 전압(V_h)이 너무 낮아 플런저가 코일에 더 가까운 위치에서 멀어졌거나 활성화 초기에 플런저가 끼어서 움직이지 않았다. 테스트는 관개 기간 동안 오류가 발생했는지 여부를 결정하기 위해 밸브가 비활성화될 때 관개 종료 시 수행될 수도 있다.

테스트 상승 시간과 상승 시간을 비교하는 방법은 가동 요소가 움직일 수 없는 것과 같이 액추에이터에 결함이 있는지 여부를 테스트하는 데에도 사용될 수 있다. 돌입 전압(V_i)에 대응하는 상승 시간(T_i)과 돌입 전류(I_i(V_i, T_i, R))는 액추에이터가 정상 작동하는 측정으로부터 모두 알려져 있어야 한다. 상승 시간의 측정을 반복함으로써(전자기 코일의 저항이 실질적으로 동일하다고 가정할 수 있는 조건에서), 즉 전자기 코일을 통한 전류가 돌입 전류(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간을 측정함으로써, 측정된 상승 시간은 이전에 측정된 상승 시간과 실질적으로 동일해야 한다. 측정된 상승 시간이 이전에 측정된 상승 시간보다 낮으면, 새로운 측정 동안 가동 요소는 움직이지 않았으며 이는 액추에이터에 결함이 있다고 결론지을 수 있다.

측정은 전자기 코일의 저항이 실질적으로 동일하다고 가정할 수 있는 조건에서 기록된 데이터와 비교되어야 한다는 제한을 제기한다. 예를 들어, 구리(Cu)의 저항은 실온 근처에서 섭씨 1도당 약 0.4%씩 변하므로 비교할 이전 측정으로부터 데이터를 선택할 때 주의를 기울여야 한다.

가동 요소가 플런저인 평상시 닫힘형 솔레노이드 밸브에 대한 방법이 설명되었지만, 이 방법은 무언가를 움직일 수 있는 전자기 코일을 포함하는 모든 유형의 변환기에 유용하다. 예를 들어, 이 방법은 전자기 코일에 의해 생성된 자기장에 의해 기울어지는 폴에 의해 활성화되는 계전기와 함께 사용될 수 있다.

이 방법은 솔레노이드 밸브를 제어 및/또는 진단하기 위한 알고리즘이 있는 컴퓨터화된 시스템을 갖는 자동화된 관개 시스템에서 쉽게 구현될 수 있다. 솔레노이드 밸브를 작동시키는 디코더와 관개 제어 장치의 배치는 돌입 전압(V_i)의 가능한 최댓값을 결정한다. 가장 중요한 파라미터는 제어 장치의 출력 전압 및 전류 제한, 디코더와 솔레노이드 밸브 사이의 와이어 저항이다. 시스템이 실행되면 개별 디코더-솔레노이드 쌍에 대해 알려진 파라미터를 사용할 수 있도록 알고리즘에서 이러한 모든 파라미터를 고려할 수 있다.

본 발명이 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 제시된 예에 어떤 식으로든 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 설정된다. 청구 범위의 맥락에서, "포함하는" 또는 "포함한다"라는 용어는 다른 가능한 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 또한, "a" 또는 "an" 등과 같은 관계의 언급은 복수를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에 표시된 요소에 대하여 청구 범위에서 참조 부호의 사용은 또한 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 상이한 청구 범위에 언급된 개별적인 특징은 가능하게는 유리하게 결합될 수 있으며, 상이한 청구 범위에서 이러한 특징의 언급은 특징의 결합이 가능하지 않고 유리하지 않다는 것을 배제하지 않는다.

V_i: DC 돌입 전압/돌입 전압
T_i: 상승 시간
I_s: 정상 상태 전류
I_i: 돌입 전류
V_oper: 동작 홀드 전압
V_h: 홀드 전압
I_h: 홀드 전류
T_h: 홀드 전류 시간
T_test: 테스트 상승 시간
T_raise,total: 총 상승 시간
R_coil: 전자기 코일의 저항

Claims (16)

1. 관개 시스템(irrigation system)과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법에 있어서,
   상기 액추에이터는 가동 요소 및 상기 가동 요소를 전자기 코일의 축을 따라 변위시키기 위한 자기장을 생성하기 위한 전자기 코일을 포함하고, 상기 가동 요소는 자성 재료를 포함하고, 상기 액추에이터는 활성 상태 및 수동 상태를 갖고, 상기 가동 요소는 상기 액추에이터가 상기 수동 상태에 있을 때보다 상기 액추에이터가 상기 활성 상태에 있을 때 상기 전자기 코일에 더 가까이 있고,
   상기 방법은,
   전류가 상기 전자기 코일을 통해 흐르도록 상기 전자기 코일에 DC 돌입 전압(inrush voltage)(V_i)을 인가하는 단계 - 이에 의해 상기 전자기 코일을 통해 흐르는 전류는 돌입 정상 상태 전류(I_s)에 도달할 때까지 증가함 - ; 및
   동작 홀드 전압(V_oper)을 최적화하는 단계
   를 포함하고,
   상기 동작 홀드 전압(V_oper)을 최적화하는 단계는,
   a) 상기 DC 돌입 전압(V_i)보다 낮은 홀드 전압(V_h)을 인가하는 단계,
   b) 상기 전자기 코일에 상기 DC 돌입 전압(V_i)을 인가하는 단계,
   c) 단계 b)에서 상기 DC 돌입 전압(V_i)의 인가 동안 상기 전자기 코일에 의해 생성된 자기장으로 인해 상기 가동 요소가 상기 수동 상태에서 상기 활성 상태로 움직였는지를 결정하는 단계로서, 상기 가동 요소가 상기 수동 상태에서 상기 활성 상태로 움직였는지를 결정하는 단계는,
   상승 시간(T_i)을 리트리브하는(retrieving) 단계 - 상기 상승 시간은 상기 전자기 코일을 통한 전류가 돌입 전류(I_i)에 도달하는 데 걸리는 시간이며, 여기서 상기 돌입 전류는 상기 돌입 정상 상태 전류(I_s)와 실질적으로 같거나 상기 돌입 전류는 상기 돌입 정상 상태 전류보다 낮음 - ,
   홀드 전류(I_h)를 리트리브하는 단계 - 상기 홀드 전류(I_h)는 상기 전자기 코일에 상기 홀드 전압(V_h)이 인가될 때 상기 전자기 코일을 통한 정상 상태 전류임 - ,
   홀드 전류 시간(T_h)을 리트리브하는 단계 - 상기 홀드 전류 시간(T_h)은 상기 전자기 코일에 돌입 전압(V_i)이 인가될 때 상기 전자기 코일을 통한 전류가 0인 전류에서 상기 홀드 전류(I_h)로 가는 데 걸리는 시간임 - ,
   테스트 상승 시간(T_test)을 측정하는 단계 - 상기 테스트 상승 시간(T_test)은 상기 전자기 코일을 통한 전류가 상기 홀드 전류(I_h)에서 실질적으로 상기 돌입 전류(I_i)로 가는 데 걸리는 시간임 - , 및
   상기 홀드 전류 시간(T_h)과 상기 테스트 상승 시간(T_test)의 합이 상기 상승 시간(T_i)과 실질적으로 같은 경우, 즉 T_h + T_test

   

   T_i인 경우, 상기 가동 요소가 상기 수동 상태에서 상기 활성 상태로 또는 상기 활성 상태에서 상기 수동 상태로 움직였다고 결정하는 단계
   를 포함하는 것인, 상기 가동 요소가 상기 수동 상태에서 상기 활성 상태로 움직였는지를 결정하는 단계,
   d) 상기 DC 돌입 전압(V_i)의 후속적인 인가 시에 상기 가동 요소가 움직이지 않은 것으로 결정된 상기 홀드 전압(V_h)의 하나 이상의 값 및 선택적으로 상기 가동 요소가 움직인 것으로 결정된 상기 홀드 전압(V_h)의 하나 이상의 값을 결정하기 위해 단계 a) - 단계 c)를 반복하는 단계,
   e) 상기 DC 돌입 전압(V_i)의 후속적인 인가 시에 상기 가동 요소가 움직이지 않는 것으로 결정된 상기 홀드 전압(V_h)의 가장 낮은 값과 실질적으로 같거나 더 높은 값을 갖도록 상기 동작 홀드 전압(V_oper)을 선택하는 단계, 및
   f) 상기 가동 요소를 상기 활성 상태로 유지하기 위해 상기 전자기 코일에 상기 동작 홀드 전압(V_oper)을 인가하는 단계
   를 포함하는 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   단계 e)는 상기 DC 돌입 전압(V_i)의 후속적인 인가 시에 상기 가동 요소가 움직이지 않는 것으로 결정된 상기 홀드 전압(V_h)의 가장 낮은 값보다 약 50% 더 높게 상기 동작 홀드 전압(V_oper)을 선택하는 단계를 더 포함하는 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전자기 코일의 저항(R_coil)을 결정하는 단계
   를 더 포함하는, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전자기 코일의 상기 저항은 옴인 것으로 가정되는 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 홀드 전류 시간(T_h)을 리트리브하는 단계는 데이터 저장 매체에 저장된 값을 판독하는 단계를 포함하는 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 홀드 전류 시간(T_h)을 리트리브하는 단계는 상기 홀드 전류 시간(T_h)을 측정하는 단계를 포함하는 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액추에이터는 솔레노이드 밸브이고, 상기 가동 요소는 플런저 또는 피스톤인 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 솔레노이드 밸브는 관개 시스템의 일부인 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.
9. 관개 시스템과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법에 있어서,
   상기 액추에이터는 가동 요소 및 상기 가동 요소를 전자기 코일의 축을 따라 변위시키기 위한 자기장을 생성하기 위한 전자기 코일을 포함하고, 상기 가동 요소는 연자성 재료를 포함하고, 상기 액추에이터는 활성 상태 및 수동 상태를 갖고, 상기 가동 요소는 상기 액추에이터가 상기 수동 상태에 있을 때보다 상기 액추에이터가 상기 활성 상태에 있을 때 상기 전자기 코일에 더 가까이 있고, 일정한 DC 전압인 홀드 전압(V_h)이 상기 전자기 코일에 인가되는 것이고,
   상기 방법은,
   상기 전자기 코일을 통한 홀드 전류(I_h)를 측정하는 단계 - 상기 홀드 전류(I_h)는 상기 홀드 전압(V_h)이 인가될 때 상기 전자기 코일을 통해 흐르는 정상 상태 전류임 - ,
   상기 전자기 코일 및 상기 가동 요소를 특성화하는 값을 리트리브하는 단계로서, 상기 값은,
   DC 돌입 전압(V_i) 및 대응하는 상승 시간(T_i),
   상기 DC 돌입 전압(V_i), 상기 상승 시간(T_i) 및 상기 전자기 코일의 저항(R)에 따라 달라지는 돌입 전류(I_i(V_i, T_i, R)) - 상기 돌입 전류(I_i)는 상기 전자기 코일에 실질적으로 0인 전압이 인가된 시점으로부터 상기 전자기 코일에 상기 DC 돌입 전압(V_i)이 인가된 후 시간(T_i) 동안 상기 전자기 코일을 통해 흐르는 전류임 - ,
   홀드 전류 시간(T_h) - 상기 홀드 전류 시간(T_h)은 상기 전자기 코일을 통한 전류가 실질적으로 0인 전류에서 상기 홀드 전류(I_h)로 가는 데 걸리는 시간임 -
   을 포함하는 것인, 상기 전자기 코일 및 상기 가동 요소를 특성화하는 값을 리트리브하는 단계,
   상기 전자기 코일에 상기 리트리브된 DC 돌입 전압(V_i)을 인가하면서 상기 전자기 코일을 통한 전류를 시간의 함수로 측정하는 단계,
   상기 전자기 코일을 통한 전류가 상기 돌입 전류(I_i)의 리트리브된 값에 실질적으로 도달하는 데 걸리는 시간인 테스트 상승 시간(T_test)을 결정하는 단계,
   T_raise,total = T_h + T_test가 되도록 상기 홀드 전류 시간(T_h)과 상기 측정된 테스트 상승 시간(T_test)의 합으로 총 상승 시간(T_raise,total)을 계산하는 단계,
   상기 총 상승 시간(T_raise,total)이 측정 불확실성 내에서 상기 상승 시간(T_i)과 실질적으로 같은지를 결정하고, 그렇다면 상기 전자기 코일에 상기 리트리브된 DC 돌입 전압(V_i)의 인가로 인해 상기 가동 요소가 움직였다고 결론을 내리는 단계
   를 포함하는, 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 솔레노이드 밸브이고, 상기 가동 요소는 플런저 또는 피스톤인 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 관개 시스템의 일부인 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 b)에서 상기 전자기 코일 및 상기 가동 요소를 특성화하는 값을 리트리브하는 단계는 데이터 저장 매체에 저장된 하나 이상의 값을 판독하는 단계를 포함하는 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 b)에서 상기 전자기 코일 및 상기 가동 요소를 특성화하는 값을 리트리브하는 단계는 하나 이상의 값을 측정하는 단계를 포함하는 것인, 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법.
14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 요소가 움직였는지 여부를 시스템 또는 사용자에게 보고하는 단계
    를 더 포함하는, 저전력 시스템용 액추에이터를 진단하는 방법.
15. 솔레노이드 및 피스톤을 포함하는 관개 밸브를 제어하기 위한 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 가동 요소 및 전자기 코일을 포함하는 액추에이터를 제어하는 방법의 용도.
16. 관개 시스템과 같은 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 액추에이터는 가동 요소 및 상기 가동 요소를 전자기 코일의 축을 따라 변위시키기 위한 자기장을 생성하기 위한 전자기 코일을 포함하고, 상기 가동 요소는 자성 재료를 포함하고, 상기 액추에이터는 활성 상태 및 수동 상태를 갖고, 상기 가동 요소는 상기 액추에이터가 상기 수동 상태에 있을 때보다 상기 액추에이터가 상기 활성 상태에 있을 때 상기 전자기 코일에 더 가까이 있고, 활성 상태는 상기 전자기 코일에 DC 전압을 인가함으로써 획득되는 것이고;
    상기 방법은,
    1) 액추에이터를 수동 상태에서 활성 상태로 가져오기에 충분한 전류가 상기 전자기 코일을 통해 흐르도록 상기 전자기 코일에 제 1 DC 전압을 인가하는 단계,
    2) 액추에이터를 활성 상태에서 수동 상태로 가져오는 상기 제 1 DC 전압보다 낮은 DC 전압을 인가하고 가동 요소가 움직이는지를 결정하는 단계,
    3) 단계 2)를 반복하고 액추에이터가 활성 상태로 유지되도록 가동 요소가 움직이지 않는 상기 제 1 DC 전압보다 낮은 다수의 제 2 DC 전압을 결정하는 단계,
    4) 액추에이터를 활성 상태로 유지하기 위해 제 2 전압 중 적어도 하나를 선택하고 인가하는 단계
    를 포함하는, 저전력 시스템용 액추에이터를 제어하는 방법.

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