TW202244393A

TW202244393A - 流體機械及其控制方法

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Publication number: TW202244393A
Application number: TW110116707A
Authority: TW
Inventors: 郭庭毓; 黃詣超
Original assignee: 復盛股份有限公司
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-11-16
Also published as: CN115324896B; CN115324896A; TWI767693B

Abstract

一種流體機械的控制方法被提供。流體機械的控制方法包括：偵測流體機械的系統壓力，並計算第一時間區間內的壓力變化率，以依序獲得先前壓力變化率以及當前壓力變化率；依據第一時間區間的長度、先前壓力變化率以及更新後先前壓力變化率進行濾波處理，並以濾波處理的處理結果更新當前壓力變化率以產生更新後當前壓力變化率；以及依據更新後當前壓力變化率決定是否執行加載動作或卸載動作。更新後先前壓力變化率是經由前一次執行濾波處理而產生。另外，相應的流體機械被提供。

Description

流體機械及其控制方法

本發明是有關於一種流體機械的控制方法，且特別是有關於一種依據濾波處理後的壓力變化率來決定加載或卸載的時機的流體機械的控制方法。

空氣壓縮機（Air compressor）是指用來壓縮空氣藉以提高氣體壓力的機械，其可為各類的工具、運輸設備、提拉設備和抓舉設備提供動力。因此，空氣壓縮機廣泛地被用於機械製造、冶金、造船、電子、化工以及石油天然氣等領域。

空氣壓縮機腔內的空氣壓力被希望維持在一預期的壓力帶中。一般來說，在偵測到空氣壓縮機的系統壓力上升並觸及預期的壓力帶的上限值時，空氣壓縮機的控制單元會控制馬達與進氣閥關閉，以使系統壓力下降。相對地，在偵測到空氣壓縮機的系統壓力下降並觸及預期的壓力帶的下限值時，空氣壓縮機的控制單元會控制馬達與進氣閥啟動，以將系統壓力往上拉升。然而，基於安全考量，馬達過電到進氣閥開啟之間具有一延遲時間區間。也就是說，在前述延遲時間區間當中馬達雖然會運轉，但由於進氣閥尚未開啟的緣故，系統壓力仍會繼續往下掉而超出預期的壓力帶的下限值。而這為業內人士所不樂見的情況。

因此，需要提出一種解決手段來精確地控制馬達與進氣閥的關閉時機，以避免系統壓力超出預期的壓力帶。

本發明提供一種流體機械及其控制方法，可以精確地控制致動器的關閉時機。

本發明的流體機械的控制方法適用於空氣壓縮裝置。流體機械的控制方法包括：偵測流體機械的系統壓力，並計算第一時間區間內的壓力變化率，以依序獲得先前壓力變化率以及當前壓力變化率；依據第一時間區間的長度、先前壓力變化率以及更新後先前壓力變化率進行濾波處理，並以濾波處理的處理結果更新當前壓力變化率以產生更新後當前壓力變化率；以及依據更新後當前壓力變化率決定是否執行加載動作或卸載動作。其中，更新後先前壓力變化率是經由前一次執行濾波處理而產生。

本發明的流體機械包括至少一壓縮裝置以及控制電路。壓縮裝置包括致動器。致動器被驅動以使壓縮裝置對流體進行加壓。控制電路用以接收經偵測得到的前述流體的系統壓力的壓力值，並依據壓力值計算第一時間區間內的壓力變化率，以依序獲得先前壓力變化率以及當前壓力變化率。控制電路並用以依據第一時間區間的長度、先前壓力變化率以及更新後先前壓力變化率進行濾波處理，並以濾波處理的處理結果更新當前壓力變化率以產生更新後當前壓力變化率。其中，更新後先前壓力變化率是經由前一次執行濾波處理而產生。控制電路還依據更新後當前壓力變化率決定是否重啟或關閉流體機械的致動器以執行加載動作或卸載動作。

基於上述，本發明可以透過更新後的當前壓力變化率來決定致動器的重啟及關閉時機。藉此，本發明可在壓力值觸及預期的壓力帶的上/下限值前，使致動器關閉/重啟以進行卸載或加載，從而避免發生壓力值大/小於預期的壓力帶的上/下限值的問題。以本發明進行控制的壓力值的波動程度較小。

圖1A繪示為本發明一實施例的流體機械的結構示意圖。請見圖1A，流體機械100包括壓縮裝置110、流量控制電路120以及控制電路150。壓縮裝置110包括相互耦接的致動器與動件（圖未示）。致動器可以依據控制信號被驅動以帶動動件，藉此對腔內的流體進行加壓以產生加壓流體101。需說明的是，圖1A包括本發明所屬領域所慣用的一省略標記（加壓流體101的箭頭所指之處），其用以省略動件排出加壓流體101到加壓流體101被壓力傳感器140量測到壓力之間的所有管路及設備。輸入閥（圖未示）在前述加載動作被執行後開啟，以將流體運送至腔內。流量控制電路120依據控制電路150所產生的控制信號以影響壓縮裝置110開始供氣或停止供氣。輸出口130用以輸出加壓流體，以為其他裝置提供動力。在本實施例中，流體機械100可以是空氣壓縮裝置，其中流體為空氣，輸入閥為進氣閥，並且輸出口130為排氣口。壓力傳感器140用以持續偵測腔內的加壓流體101的壓力（以下簡稱系統壓力）。控制電路150耦接壓力傳感器140，以從壓力傳感器140獲得系統壓力的量測值。

圖1B繪示為本發明另一實施例的流體機械的結構示意圖。圖1B所示各元件的作用可以參酌圖1A中同名元件的說明內容，於此不再贅述。圖1B與圖1A的差異僅在於流體機械100鎖囊括的範疇不同。圖1A的流體機械100包括壓縮裝置110、流量控制電路120以及控制電路150，而圖1A的流體機械100更包括了壓力傳感器140。並且，圖1A所示流體機械100與圖1B所示流體機械100皆可視為本發明的流體機械的控制方法中的一受控體。需說明的是，針對之後的多個圖式所做說明皆可同時適用於圖1A所示實施例與圖1B所示實施例。下面將結合圖2來對控制電路150的作用進行更詳細的說明。

圖2繪示為本發明的流體機械的控制方法的步驟流程圖。請同時參見圖1A, 1B與圖2。壓力傳感器140耦接壓縮裝置110。在步驟S210中，壓力傳感器140用以持續偵測系統壓力。本發明並不限制壓力傳感器140的設置位置。在一實施例中，壓力傳感器140可以被設置在排氣口，使流體機械100所排出的加壓流體101可以在通過排氣口後就被壓力傳感器140量測到。在另一實施例中，流體機械100所排出的加壓流體101可以在通過管路、空氣桶、過濾器、乾燥機等設備之後才被壓力傳感器140量測到。也就是說，壓力傳感器140可被設置在任意位置，包括空氣壓縮機的內部及外部。控制電路150耦接壓力傳感器140。控制電路150以間隔一第一時間區間的方式對壓力傳感器140進行取樣，以獲得多個壓力值。前述第一時間區間的長度可由設計者依據實際需求來調整。

在步驟S210中，控制電路150還用以依據多個壓力值來計算第一時間區間內的壓力變化率。舉例來說，當控制電路150在依序接收到第一壓力值、第二壓力值以及第三壓力值（假設為當前壓力值）時，控制電路150可以依據第二壓力值以及第三壓力值計算在第一時間區間內的壓力變化率，以做為當前壓力變化率。在此之前，流體機械100的存儲電路（圖未示）已儲存有先前計算得到的先前壓力變化率，其中先前壓力變化率是依據第一壓力值與第二壓力值計算出來的。

在步驟S220中，控制電路150用以控制流體機械100的濾波器（圖未示），以使濾波器依據其截止頻率、第一時間區間的長度、先前壓力變化率以及更新後先前壓力變化率進行濾波處理。控制電路150並以濾波處理的處理結果來更新當前壓力變化率，以產生更新後當前壓力變化率。其中，更新後先前壓力變化率是經由前一次執行濾波處理而產生。濾波處理的詳細步驟將在後面的內容陳述，故在此暫不進行說明。在步驟S230中，控制電路150更依據更新後當前壓力變化率決定是否重啟/關閉流體機械100的致動器（例如馬達）以及進氣閥的開啟/關閉時機來執行加載/卸載動作。需說明的是，本發明的「加載」可被定義為使流體機械輸出加壓流體，並且「卸載」可被定義為使流體機械停止輸出加壓流體。另外，不同於螺旋式空氣壓縮機，渦卷式空氣壓縮機大多沒有進氣閥。因此，本發明應用於未設置進氣閥的機種時（例如渦卷式空氣壓縮機），僅會透過重啟/關閉流體機械100的致動器（例如馬達）來執行加載/卸載動作。

簡單來說，本發明可以透過更新後的當前壓力變化率來決定致動器的重啟/關閉時機。由於更新後的當前壓力變化率是依據過去的先前壓力變化率來計算的，因此在受到例如雜訊干擾而使當前壓力值相較於先前壓力值產生較大變動時，該變化也不會直接反映於更新後的當前壓力變化率。經常地，壓力值需控制在一個固定值，而以本發明方式進行控制的壓力值具有波動程度較小的優點。下面將針對本發明的流體機械的控制方法提出多種實施例。

圖3A繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖，適用於空氣壓縮裝置。請同時參見圖1A, 1B與圖3A，流程開始於步驟S310。步驟S320依據控制功能是否啟動（即控制電路150是否啟動）而選擇執行步驟S330或步驟S340。在不啟動控制功能的情況下，結束流程（步驟S330）。在啟動控制功能的情況下，進入步驟S340。在步驟S340中，由控制電路150計算當前壓力變化率。舉例來說，控制電路150透過計算前述第二壓力值與第三壓力值（當前壓力值）的差值（記做

），並將前述差值除以第一時間區間的長度（記做

），以得到當前壓力變化率（記做

；R=

）。

接著，在步驟S350中，控制電路150進行濾波處理以得到更新後當前壓力變化率（記做Rs）。如前面所述，更新後當前壓力變化率Rs是基於先前壓力變化率計算得到的。在被控制體（包括一台或多台空氣壓縮機的供氣系統）允許被執行加載動作並且更新後當前壓力變化率Rs小於0的前提下（步驟S360），由控制電路150計算達到壓力閾值（預期的壓力帶的下限值）的剩餘時間（記做Tr1；Tr1=(P _load -P)/Rs）（步驟S370）。反之則回到步驟S320。需說明的是，更新後當前壓力變化率Rs小於0表示系統壓力的變化趨勢是往下降。此外，排除掉被控制體（例如一或多台空氣壓縮機）已被加載、故障或被實施保護措施等情況，其餘即為所謂的允許被加載的情況。

關於步驟S370，具體來說是由控制電路150將壓力閾值（記做P _load）減去當前壓力值（記做P）後的值，除以更新後當前壓力變化率Rs。如此一來，可以得到相當於系統壓力到達壓力閾值P _load的剩餘時間（記做Tr1）的值。最後，由控制電路150透過例如比較電路來比較剩餘時間Tr1的長度與第二時間區間（記做Th1）的長度（步驟S380）。當比較結果顯示剩餘時間Tr1的長度小於或等於第二時間區間Th1的長度時，由控制電路150向致動器發送一控制信號以使其執行加載的動作（步驟S390）。反之則回到步驟S320。

圖3B繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖，適用於空氣壓縮裝置。圖3B的步驟S310~S350與圖3A的步驟S310~S350相同，故不再贅述。圖3B與圖3A之間的差異僅在於步驟S350之後的步驟。

請同時參見圖1A, 1B與圖3B，在被控制體允許被執行卸載動作並且更新後當前壓力變化率Rs大於0的前提下（步驟S361），由控制電路150計算達到壓力閾值（預期的壓力帶的上限值）的剩餘時間（記做Tr2；Tr2=(P _unload -P)/Rs）（步驟S371）。反之則回到步驟S320。需說明的是，更新後當前壓力變化率Rs大於0表示系統壓力的變化趨勢是往上升。此外，排除掉被控制體（例如一或多台空氣壓縮機）已被卸載、故障或被實施保護措施等情況，其餘即為所謂的允許被卸載的情況。

關於步驟S371，具體來說是由控制電路150將壓力閾值（記做P _unload）減去當前壓力值（記做P）後的值，除以更新後當前壓力變化率Rs。如此一來，可以得到相當於系統壓力到達壓力閾值P _unload的剩餘時間（記做Tr2）的值。最後，由控制電路150透過例如比較電路來比較剩餘時間Tr2的長度與第三時間區間（記做Th2）的長度（步驟S381）。當比較結果顯示剩餘時間Tr2的長度小於或等於第三時間區間Th2的長度時，由控制電路150向致動器發送一控制信號以使其執行卸載的動作（步驟S391）。在執行卸載的動作時，馬達或進氣閥關閉。反之則回到步驟S320。其中，第三時間區間Th2的長度可與第二時間區間Th1的長度相同。然而本發明不以此為限，在其他實施例中，第三時間區間Th2的長度也可不同於第二時間區間Th1的長度。

需說明的是，在實際實施本發明時，步驟S360與步驟S361可以同時被考慮。具體來說，在被控制體允許加載與卸載的前提下，由控制電路150依據更新後當前壓力變化率Rs的趨勢（Rs小於0或大於0）執行不同的步驟。在更新後當前壓力變化率Rs的趨勢往下（Rs小於0）的情況下，執行圖3A的步驟S370、S380與S390。在更新後當前壓力變化率Rs的趨勢往上（Rs大於0）的情況下，執行圖3B的步驟S371、S381與S391。為了保持圖面簡潔並且為了方便說明，將更新後當前壓力變化率Rs的趨勢往上/下的實施步驟分別繪製於圖3A與3B。由圖3A與圖3B中的步驟S320可以得知，前述控制功能（即控制加載或卸載）是可以被開啟或關閉的。

圖4A繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖，適用於空氣壓縮裝置。圖4A所示步驟與圖3A所示步驟的差異僅在S470~S490。由於步驟S410~S460分別與圖3A的步驟S310~S360類似，故不再贅述。請同時參見圖1A, 1B與圖4A，在被控制體允許加載並且更新後當前壓力變化率Rs小於0的前提下（步驟S460），由控制電路150預測經過第二時間區間Th1後的壓力估測值（記做Pf1）（步驟S470）。

關於步驟S470，具體來說是由控制電路150對更新後當前壓力變化率Rs與第二時間區間Th1的長度進行乘積運算，並將運算結果加上當前壓力值（記做P），以得到壓力估測值Pf1(=P+Rs

Th1)。控制電路150通過例如比較電路來比較壓力估測值Pf1與壓力閾值P _load（步驟S480）。當比較結果顯示壓力估測值Pf1小於或等於壓力閾值P _load時，由控制電路150向致動器發送一控制信號以使其執行加載的動作（步驟S490）。反之則回到步驟S420。在本實施例中，第二時間區間Th1的長度為10秒。然而本發明不以此為限，在其他實施例中，第二時間區間Th1的長度也可以是5秒（或是其他數值）。

圖4B繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖，適用於空氣壓縮裝置。圖4B所示步驟與圖3B所示步驟的差異僅在S471~S491。由於步驟S410~S450、S461分別與圖3B的步驟S310~S350、S361類似，故不再贅述。請同時參見圖1A, 1B與圖4B，在被控制體允許卸載並且更新後當前壓力變化率Rs大於0的前提下（步驟S461），由控制電路150預測經過第三時間區間Th2後的壓力估測值（記做Pf2）（步驟S471）。

關於步驟S471，具體來說是由控制電路150對更新後當前壓力變化率Rs與第三時間區間Th2的長度進行乘積運算，並將運算結果加上當前壓力值（P），以得到壓力估測值Pf2(=P+Rs

Th2)。控制電路150通過例如比較電路來比較壓力估測值Pf2與壓力閾值P _unload（步驟S481）。當比較結果顯示壓力估測值Pf2大於或等於壓力閾值P _unload時，由控制電路150向致動器發送一控制信號以使其執行卸載的動作（步驟S491）。在執行卸載的動作時，致動器或進氣閥關閉。反之則回到步驟S420。其中，第三時間區間Th2的長度可與第二時間區間Th1的長度相同。然而本發明不以此為限，在其他實施例中，第三時間區間Th2的長度也可不同於第二時間區間Th1的長度。

類似地，在實際實施本發明時，步驟S460與步驟S461可以同時被考慮。具體來說，在被控制體允許加載與卸載的前提下，由控制電路150依據更新後當前壓力變化率Rs的趨勢（Rs小於0或大於0）執行不同的步驟。在更新後當前壓力變化率Rs的趨勢往下（Rs小於0）的情況下，執行圖4A的步驟S470、S480與S490。在更新後當前壓力變化率Rs的趨勢往上（Rs大於0）的情況下，執行圖4B的步驟S471、S481與S491。為了保持圖面簡潔並且為了方便說明，將更新後當前壓力變化率Rs的趨勢往上/下的實施步驟分別繪製於圖4A與4B。

上述實施例針對流體機械的控制方法提供了在相同的本質下的不同做法。其中一種是以達到壓力閾值的剩餘時間做為比較對象。另一種則是以壓力估測值做為比較對象。

圖5繪示為本發明的濾波處理的步驟流程圖。請同時參見圖1A, 1B與圖5，流程開始於步驟S501。首先，由控制電路150判斷一係數（記做K）是否已被初始化（步驟S502）。若是，則直接進行到步驟S505。若否，則進行步驟S503。在步驟S503中，由控制電路150讀入濾波器的截止頻率（記做f）與第一時間區間的長度

。在本實施例中，截止頻率f例如為10Hz。接著，由控制電路150依據截止頻率f與第一時間區間的長度

來計算係數K（步驟S504）。具體來說，控制電路150可以計算公式(1)以得到係數K。係數K被儲存起來。後面會用到的第一比例與第二比例是基於係數K來決定的。 K=exp(-2

f

) 公式(1) 其中f代表該截止頻率，ΔT代表該第一時間區間的長度，計算結果為該係數K。

在步驟S505中，由控制電路150讀入當前壓力變化率R以及係數K。接著，由控制電路150判斷是否是第一次計算更新後當前壓力變化率Rs（步驟S506）。若是，則進行步驟S507。在步驟S507中，由控制電路150將當前壓力變化率R直接做為更新後當前壓力變化率Rs，並輸出當前壓力變化率R以及更新後當前壓力變化率Rs（步驟S508）。接著，由控制電路150將更新後當前壓力變化率Rs以及當前壓力變化率R分別儲存起來（記為值Rs*以及值R*）（步驟S509）。上述動作也可以視為由控制電路150以更新後當前壓力變化率Rs取代一存儲空間內的初始值，並以當前壓力變化率R取代另一存儲空間內的初始值。然後，結束流程（步驟S510）。

當步驟S506的判斷結果為否時（非首次計算更新後當前壓力變化率Rs），讀入前述兩個存儲空間內的值（步驟S511），即值Rs*與值R*。接著，由控制電路150依據值Rs*與值R*來計算更新後當前壓力變化率Rs（步驟S512）。需注意的是，此時兩個存儲空間已預先儲存前次執行濾波運算產生的結果。在步驟S512中，由控制電路150計算第一比例K與值Rs*的乘積，以及計算第二比例(1-K)與值R*的乘積。控制電路150並對前述兩個乘積結果進行加總，以得到更新後當前壓力變化率Rs(=Rs*

K + R*

(1-K))。如前面所述，第一比例與第二比例是基於係數K來決定的。在本實施例中，第一比例等於係數K，第二比例等於1減去係數K的值。接著，回到步驟S508，由控制電路150輸出當前壓力變化率R以及更新後當前壓力變化率Rs（步驟S508），並在更新值Rs*與R*（步驟S509）後，結束流程（步驟S510）。

也就是說，當控制電路150在進行第一次計算並且係數K還未被計算出來時，本發明的控制方法會依序執行步驟S501到步驟S510。此時，直接以當前壓力變化率R來更新值Rs*與值R*。當控制電路150在進行第二次計算並且係數K已被計算出來時，會依序執行步驟S501、步驟S502、步驟S505、步驟S506、步驟S511、步驟S512、步驟S508到步驟S510。此時，在步驟S512中被用來進行運算的值Rs*與值R*為第一次計算後所儲存的結果。在輸出更新後當前壓力變化率Rs後，才會以第二次計算的（更新前的）當前壓力變化率R來更新值R*，並以更新後當前壓力變化率Rs來更新值Rs*。類似地，在進行第三次計算時所採用的值Rs*與值R*也是第二次計算所產生的。之後的計算過程可以依此類推。

經過證實，在本發明控制下的壓力值具有波動程度較小的優點。除此之外，透過更新後的當前壓力變化率來決定致動器的重啟/關閉時機，本發明可在壓力值觸及預期的壓力帶的下/上限值前，使致動器重啟/關閉以進行加載/卸載。因此，可以避免發生壓力值小/大於預期的壓力帶的下/上限值的問題。下面將以圖式來比較未使用本發明與使用本發明的結果。

圖6繪示為壓力值隨時間變化的示意圖。請見圖6，曲線601與曲線602分別代表未使用本發明與使用本發明的壓力變化。可以看出，在曲線601在觸及預期的壓力帶P的下限值，未採用本發明的控制方法的控制電路才會控制馬達重啟（時間點t1）。然而，由於在馬達重啟後的一延遲時間是空轉的，因此壓力值會繼續往下掉，直到延遲時間結束後進氣閥開啟才再度往上升。如此一來，曲線601便會超出預期的壓力帶P的範圍。反觀曲線602，採用本發明的控制方法的控制電路可以透過估測壓力值到達壓力帶P的下限值的剩餘時間，或是透過估測壓力值在第二時間區間Th1後是否會等於或小於壓力帶P的下限值，來提早重啟馬達的時機，以避免曲線602超出預期的壓力帶P的範圍的情形發生。另外，在曲線601觸及預期的壓力帶P的上限值，未採用本發明的控制方法的控制電路才會控制馬達關閉。相較於此，採用本發明的控制方法的控制電路可提前關閉馬達，以避免曲線602觸及壓力帶P的上限值。

圖7繪示為採用本發明的濾波處理與未經濾波處理的壓力變化率的曲線示意圖。請見圖7，曲線701顯示未經濾波處理的壓力變化率，曲線702顯示經濾波處理的壓力變化率。由圖7可以看出，曲線701隨時間的波動幅度很大。相對來說，曲線702隨時間的波動幅度小上許多。

圖8A繪示為本發明對於壓力的模擬結果。請見圖8，曲線801顯示未經濾波處理的壓力變化率，曲線802顯示經濾波處理的壓力變化率。由圖8A可以看出，曲線801的波動幅度因為執行加載時的延遲時間而加劇，甚至下探到直線803（壓力帶的下限值）以下。相對來說，曲線802由於提早執行加載的時間點，因此仍能維持在直線803以上。兩者的波動幅度在時間點t3相差約0.25 bar。因此，設計者可將目標壓力往下移（例如由6.5 bar下移至6.25 bar），並同時下移壓力帶的上限值以及壓力帶的下限值。

圖8B繪示為經調整工作壓力後的壓力的模擬結果。請見圖8B，對應曲線802’的加載控制的相關參數相較於曲線802已下降0.25 bar。需說明的是，在圖8B中，曲線802’在時間點t3雖然低於預期的壓力帶的下限值（請見直線803），但由於預期的壓力帶的下限值是高於客戶規定的下限值的，因此曲線802仍不會觸及客戶規定的下限值。如此一來，工作壓力被調降後，預期能夠節能達總體的1%~2%。

前述實施例僅用於控制單台的流體機械，然而本發明不以此為限。圖9繪示為本發明應用於多台流體機械的一結構示意圖。請見圖9，控制電路150可自壓力傳感器140接收感測壓力值，並依據感測壓力值控制被控體A1與A2同時加壓產生流體101。圖10繪示為本發明應用於多台流體機械的另一結構示意圖。請見圖10，控制電路並未如圖9所示被獨立出來，而是由被控體A1_M肩負起控制電路的責任。被控體A1_M可自壓力傳感器140接收感測壓力值，並依據感測壓力值控制自身與A2_S同時加壓產生流體101。需說明的是，為了保持圖面簡潔並方便說明，圖9與圖10僅示出兩個被控體，然而這不應成為本發明的限制。在實際應用上，被控體可以是其他數量。

綜上所述，本發明可以透過更新後的當前壓力變化率來決定致動器的重啟/關閉時機，而可在壓力值觸及預期的壓力帶的下/上限值前，使致動器重啟/關閉以進行加載/卸載。因此，可以避免發生壓力值小/大於預期的壓力帶的下/上限值的問題。此外，相較於直接採用當前壓力變化率，採用更新後當前壓力變化率做為估測依據的本發明還具有擁有壓力變化率隨時間的波動程度較小的優點。因此，減少了系統誤動作的機率。進一步地，由於系統進行加載或卸載的動作提早了相當於第二時間區間（或第三時間區間）的時間長度，導致壓力的浮動較小。如此一來，設定的工作壓力可以進一步調低，達到節能的效果。

100:流體機械 101:流體 110:壓縮裝置 120:流量控制電路 130:輸出口 140:壓力傳感器 150:控制電路 601、602、701、702、801、802、802’:曲線 803:直線 A1、A1_M、A2、A2_S:被控體 P:壓力帶 S210~S230、S310~S391、S410~S491 S501~S512:步驟 t1~t3:時間點

圖1A繪示為本發明一實施例的流體機械的結構示意圖。圖1B繪示為本發明另一實施例的流體機械的結構示意圖。圖2繪示為本發明的流體機械的控制方法的步驟流程圖。圖3A繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖。圖3B繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖。圖4A繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖。圖4B繪示為本發明一實施例的流體機械的控制方法的步驟流程圖。圖5繪示為本發明的濾波處理的步驟流程圖。圖6繪示為壓力值隨時間變化的示意圖。圖7繪示為採用本發明的濾波處理與未經濾波處理的壓力變化率的曲線示意圖。圖8A繪示為本發明對於壓力的模擬結果。圖8B繪示為經調整工作壓力後的壓力的模擬結果。圖9繪示為本發明應用於多台流體機械的一結構示意圖。圖10繪示為本發明應用於多台流體機械的另一結構示意圖。

S210~S230:步驟

Claims

一種流體機械的控制方法，適用於至少一空氣壓縮裝置，該流體機械的控制方法包括：偵測該流體機械的一系統壓力，並計算一第一時間區間(
)內的一壓力變化率，以依序獲得一先前壓力變化率(R*)以及一當前壓力變化率(R)；依據該第一時間區間的長度(
)、該先前壓力變化率(R*)以及一更新後先前壓力變化率進行一濾波處理，並以該濾波處理的處理結果更新該當前壓力變化率以產生一更新後當前壓力變化率(R→Rs)；以及依據該更新後當前壓力變化率(Rs)決定是否執行一加載動作或一卸載動作，其中，該更新後先前壓力變化率是經由前一次執行該濾波處理而產生。
如請求項1所述的流體機械的控制方法，其中該濾波處理的步驟包括：對一截止頻率(f)與該第一時間區間的長度(
)進行一運算以產生一係數(K)，並依據該係數產生一第一比例(K)與一第二比例(1-K)；對該第一比例的該更新後先前壓力變化率與該第二比例的該先前壓力變化率進行加總，以得到該濾波處理的處理結果。
如請求項2所述的流體機械的控制方法，其中產生該係數的過程包括計算： exp(-2
f
)，其中f代表該截止頻率，ΔT代表該第一時間區間的長度，計算結果為該係數，其中以該係數做為該第一比例，並且該第一比例與該第二比例之和為1。
如請求項1所述的流體機械的控制方法，其中依據該更新後當前壓力變化率(Rs)決定是否執行該加載動作或該卸載動作的步驟包括：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往下時(Rs＜0)，將一壓力閾值減去該系統壓力的一當前壓力值後的值，除以該更新後當前壓力變化率，以得到該系統壓力到達該壓力閾值的一剩餘時間；以及當該剩餘時間的長度小於或等於一第二時間區間(Th1)的長度時，執行該加載動作。
如請求項1所述的流體機械的控制方法，其中依據該更新後當前壓力變化率(Rs)決定是否執行該加載動作或該卸載動作的步驟包括：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往上時(Rs＞0)，將一壓力閾值減去該系統壓力的一當前壓力值後的值，除以該更新後當前壓力變化率，以得到該系統壓力到達該壓力閾值的一剩餘時間；以及當該剩餘時間的長度小於或等於一第三時間區間(Th2)的長度時，執行該卸載動作。
如請求項1所述的流體機械的控制方法，其中依據該更新後當前壓力變化率(Rs)決定是否執行該加載動作或該卸載動作的步驟包括：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往下時(Rs＜0)，對該更新後當前壓力變化率(Rs)與一第二時間區間(Th1)的長度進行一乘積運算，並將運算結果加上該系統壓力的一當前壓力值，以得到一壓力估測值；以及當該壓力估測值小於或等於一壓力閾值時，執行該加載動作。
如請求項1所述的流體機械的控制方法，其中依據該更新後當前壓力變化率(Rs)決定是否執行該加載動作或該卸載動作的步驟包括：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往上時(Rs＞0)，對該更新後當前壓力變化率(Rs)與一第三時間區間(Th2)的長度進行一乘積運算，並將運算結果加上該系統壓力的一當前壓力值，以得到一壓力估測值；以及當該壓力估測值大於或等於一壓力閾值時，執行該卸載動作。
一種流體機械，包括：至少一壓縮裝置，包括一致動器，該致動器被驅動以使該至少一壓縮裝置對一流體進行加壓；以及一控制電路，用以：接收經偵測得到的該流體的一系統壓力的一壓力值；依據該壓力值計算一第一時間區間內的一壓力變化率，以依序獲得一先前壓力變化率(R*)以及一當前壓力變化率(R)；以及依據該第一時間區間的長度(
)、該先前壓力變化率(R*)以及一更新後先前壓力變化率進行一濾波處理，並以該濾波處理的處理結果更新該當前壓力變化率以產生一更新後當前壓力變化率，其中該更新後先前壓力變化率是經由前一次執行該濾波處理而產生；其中，該控制電路依據該更新後當前壓力變化率決定是否重啟或關閉該流體機械的一致動器以執行一加載動作或一卸載動作。
如請求項8所述的流體機械，其中該控制電路用以執行該濾波處理，包括：對一截止頻率(f)與該第一時間區間的長度(
)進行一運算以產生一係數(K)，並依據該係數產生一第一比例(K)與一第二比例(1-K)；對該第一比例的該更新後先前壓力變化率與該第二比例的該先前壓力變化率進行加總，以得到該濾波處理的處理結果。
如請求項9所述的流體機械，其中該控制電路還用以計算： exp(-2
f
)，其中f代表該截止頻率，ΔT代表該第一時間區間的長度，計算結果為該係數，其中以該係數做為該第一比例，並且該第一比例與該第二比例之和為1。
如請求項8所述的流體機械，其中該控制電路還用以：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往下時(Rs＜0)，將一壓力閾值減去該系統壓力的一當前壓力值後的值，除以該更新後當前壓力變化率，以得到該系統壓力到達該壓力閾值的一剩餘時間；以及當該剩餘時間的長度小於或等於一第二時間區間(Th1)的長度時，控制該致動器重啟以執行該加載動作。
如請求項8所述的流體機械，其中該控制電路還用以：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往上時(Rs＞0)，將一壓力閾值減去該系統壓力的一當前壓力值後的值，除以該更新後當前壓力變化率，以得到該系統壓力到達該壓力閾值的一剩餘時間；以及當該剩餘時間的長度小於或等於一第三時間區間(Th2)的長度時，控制該致動器關閉以執行該卸載動作。
如請求項8所述的流體機械，其中該控制電路還用以：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往下時(Rs＜0)，對該更新後當前壓力變化率(Rs)與一第二時間區間(Th1)的長度進行一乘積運算，並將運算結果加上該系統壓力的一當前壓力值，以得到一壓力估測值；以及當該壓力估測值小於或等於一壓力閾值時，控制該致動器重啟以執行該加載動作。
如請求項8所述的流體機械，其中該控制電路還用以：在該更新後當前壓力變化率指示該系統壓力的趨勢往上時(Rs＞0)，對該更新後當前壓力變化率(Rs)與一第三時間區間(Th2)的長度進行一乘積運算，並將運算結果加上該系統壓力的一當前壓力值，以得到一壓力估測值；以及當該壓力估測值大於或等於一壓力閾值時，控制該致動器關閉以執行該卸載動作。