专利名称：：流体分配器标定系统及方法
技术领域：
：本发明涉及一种流体输送系统，且更特别地涉及这样一种系统，其可以一皮标定来分配预先确定体积量的流体。
背景技术：
：许多应用场合需要可分配若干具备预先确定体积量的流体单元的流体输送系统。流体输送系统通常使用电机速度来控制一次分配的液体体积量。例如，蠕动式流体输送系统包括在选定的时间间隔挤压柔性管道的旋转滚筒，由此沿管道推动通常相等的流体单元用于输出。电机控制滚筒转速，从而在滚筒挤压柔性管时控制所分配的流体体积量；电机速度越快，在特定时间段内输出的流体体积量越大。当该系统被初始化安装时，或者当用户希望改变运行参数(例如分配体积量、配送速度等等)时，将该系统标定为(calibrate)在每一单元中分配选定体积量的流体。通常，标定需要分配单个单元的流体，测体积量所配送单元的体积量，以及通过手动调节控制电机速度的电位器调整电机速度。重复这些步骤直至系统分配具备期望体积量值的单元。因为此系统需要手动反复调整来获得每单元所期望的流体体积量，标定往往是一种单调乏味的、劳动密集型的过程。这种系统的一个应用是奶昔机。典型的奶昔机包括两个独立的分配系统。第一分配系统分配糖浆(syrup)组分。第二分配系统分配冰淇、淋组分。糖浆组分和水淇淋组分具有不同粘度。这才羊，在标定期间，已知的系统需要手工的、反复的调节以确保所分配的每种组分的数体积量的精确性，并贯穿日常使用的始终来维持糖浆与水淇淋的期望比率。也使用类似的系统来分配糖浆和其它用在自动咖啡机、及"自流式"软饮料分配器中的液体组分。这些系统也需要4妄比例分配具有不同粘度的液体组分。因此，期望才是供这才羊一种流体分配系统和方法，在该系统标定期间能可靠地输送具有期望体积量值的准确单位的流体，而不需要手动的、反复的调节。也期望提供一种基于所期望的配送时间的标定的标定系统及方法。
发明内容本发明涉及这样一种标定系统，其可以基于测定的流率自动地标定流体分配系统。本发明测出实际的分配特性，诸如配送速度，并自动将分配特性调节成匹配理想的分配特性。通过基于一函数控制流体分配的控制器来执行调节。该函数与多方面的分配特性引述相关，诸如配送速度、分配体积量、和配送时间。在一个实施例中，致动器控制器基于一函数自动地调节，该函数是在固定的时间^:期间内，由不同电机转速下得到的所分配液体体积量所得出的，使用该信息计算一修正体积量来将实际速度修正为理想速度。该修正体积量允许分配器改变它的运作，从而使得在目标配送时间内分配出目标流体体积量，而不顾及初始的实际速度。一开始有可能通过测定获取目标流体积量所需的时间段，来得知实际速度。随后将该时间段与函数比较来查明实际速度以得到相应的修正体积量。通过令系统操作趋向于理想的分配特性，用于标定的该函数允许标定自动地发生，而不需要用户通过手动反复的方法来标定系统。在另一实施例中，致动器控制器基于一函数自动调节，该函数是基于已知的参考液体体积量，由不同电机转速下得到的液体配送时间所得出的。随后将在液体配送时间段内观察到的许多脉冲与该函数比4交来查明实际速度以得到相应的修正体积量。可以从下列i兌明和附图最好地理解到本发明的这些和其它特性，附图下面是简要描述。图1是图解了#4居本发明的一个实施例的流体分配系统的典型方块图2是图解了根据本发明的一个实施例的、用于流体分配系统的标定方法的流禾呈图3是图解了根据本发明的另一实施例的、包括有两种液体组分的流体分配系统的代表性方块图4是配送速度-固定时间段内的配送流体体积量的坐标曲线图5是配送速度修正体积量-时间段的坐标曲线图，用于以对应于修正体积量的速度分配固定的流体体积量；图6是图解了根据本发明的一个实施例的、用于流体分配系统的标定方法的流禾呈图；和图7是图解了根据本发明的另一实施例的、用于流体分配系统的标定方法的流程图。具体实施例方式图1是图解了根据本发明的一个实施例的流体分配系统100各部件的示意简图。该系统100包括一流体分配器104(例如蠕动泵)、一电机106或其它操作流体分配器104的致动器、和能控制电机106速度的控制器108。该控制器108可以是任何已知的处理器、致动器控制器、和/或可以借助于所产生的控制信号调节电机或致动器速度的电机控制装置，所述控制信号诸如脉冲宽度调制信号、可变电压信号等等。电机速度的变化将改变分配器108的运行速度。在一个实施例中，控制器108包括致动器控制器109和存储器110,该存储器能存储以下数据，这些数据关于流体配送时间、及相应的电机速度、和/或配送速度，以及与配送速度、时间与流体体积量相关的函数或算法。请注意到，存储器110不必一定是控制器108的部分；只要与致动器控制器109通信，存储器IIO可以是被集成入该系统100内任意位置处的任何数据储存装置。可通过调节电机速度来调整流体分配器104的流率，由此通过分配器104在一段给定时间段内改变输出的流体体积量。控制器10允许对电机速度以及由此对流体分配器104的流率加以改变而不需要手动的反复调节。在一个实施例中，该系统100也包括流动启/停开关111，该开关111允许用户手动启动和停止流体配送。图2是图解了将图1的系统初始设定为4丸4亍自动标定的一种方法的流^i图。用户通过激活开关111启动流体流动(方块150),并允许流体流入一标定容器(方块152)。当所分配的流体达到选定的参考体积量值(例如1盎司)时，用户通过开关111停止流体流动(方块154)。容器108或其它处理装置记录下为得到参考体积量值所流逝的时间(方块156)。因为该参考体积量值、用于分配参考体积量值的时间(即参考时间)、以及理想的或实际的电才几速度都是已知的(由施加到电机上的给定电机速度)，所以可以计算出用于给定电机速度的参考流率(方块158)。以这种方法计算参考流率，比基于分配体积量与期望体积量的差值反复调节电机速度更为简单，因为可以从简单的用户控制的配送操作获得参考流率。在一个实施例中，在所分配的流体体积量与电才几速度之间大致为线性关系。此关系允许控制器108通过修正标定期间所用的电机速度来计算修正后的电机速度，所述修正是借助一各与用于给定的参考体积量的实际配送时间与目标配送时间之间的差值成比例的换算因子进行。在一个实施例中，控制器108可以使用补偿器来补偿给定的电机特性中的任何非线性(例如流率与控制器108所施加到电机106的控制电压之间的关系、系统变化、载流导管中的变化、导管磨损等等)以及流体自身的若千变化(例如流体粘度)。补偿器可以是电路布线结构诸如闭环电路，或可以被集成到控制器108所执行的函数中。不考虑补偿器被集成到系统IOO总的具体方法，补偿器用作校正因子来维持电机特性中的线性，同时维持自动标定中的精确性。图4和图5及下面的表1示出了一种用控制器来获得传递函数以便标定的方法。请注意到，控制器108所用函数可以用不同于上面描述方法的其它方式来确定。另外，该函数可以是线性函数甚或仅仅为一比例因子，这取决于所期望的电机速度调节。在一个实施例中，在特定时间段诸如目标时间段(例如7秒)期间，分配若干流体试样。表l图解了在目标时间段期间，配送速度与所分配流体体积量之间的关系。表l中示出的数据仅用于解释本发明系统的操作的说明目的，且不意味着限于4壬4可方法。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>随后将实际配送速度与分配体积量与参考配送速度(例如3.81V)和参考分配体积量(例如1盎司)作比较，且基于事实配送速度与参考配送速度之间的差值计算出速度》务正量。随后计算出实际配送速度下配送l盎司的时间段。例如，如果实际配送速度为5.75V且在该速度下于7秒内分配1.53盎司，那么速度修正量为1.94V(即，需要从5.75V的实际速度减去1.94V来得到3.81V的理想速度)。另外，如表l中可见，5.75V的配送速度将在4.57秒内分配1盎司。随后可以将表1中所示数据绘制成曲线图，如图4和5中所示，及使用基于该曲线图的任何已知程序自动生成传递函数。图4是在固定的目标时间期间配送速度与分配的流体体积量的曲线图，同时图5是在才艮据修正量的速度下修正量与分配1盎司所需的时间。当用户将目标配送时间输入该系统100时，由上面所获取的凄t据，控制器可以自动计算并调节电机速度以产生所期望的流体体积量。更特别地，图2中所示的初始标定次序为系统100提供参考流率和初始配送时间。因为对于大部分应用而言目标配送时间是已知的，以本发明的方法来调节和标定电机速度，从而确保了流体分配器104将能在选取的目标配送时间(例如7秒)内分配所期望的流体体积量。例如，如果流体将与具有给定流率的另一种材料混合，则在标定期间初始标定步骤提供可与另一材料流率相协同的参考流率。如果需要增加或减少流体流率来与其它材料的流率协同，参考流率提供定位点用于为特定流体确定流率与配送速度之间的线性关系，并确定与其它材4+配送时间相符的目标流体配送时间。基于此信息，该控制器108可以确定在目标配送时间内用于输出目标流体体积量的合适速度。图3是图解了根据本发明的另一实施例的、包括有两种液体组分的流体分配系统的代表性方块图。该系统200包括第一液体分配系统202和第二液体分配系统302。能操作第一液体分配系统202来分配第一液体例如糖浆。第一液体分配系统202包括第一液体分配器204、第一至丈动器206例如可以运行第一液体分配器204的电机或任何其它致动器、以及允许控制第一致动器206速度的第一控制器208。该第一控制器208可以是任何已知的处理器、致动器控制器、和/或可以借助于所产生的控制信号而被操作来调节致动器或电机速度的电机控制装置，如图1中所讨论的。第二液体分配系统302在操作上用于分配第二液体例如乳制品。第二液体分配系统302包括第二液体分配器304、第二致动器306例如可以运行第二液体分配器304的电机或任何其它致动器、以及允许控制第二致动器306速度的第二控制器308。该第二控制器308可以是任何已知的处理器、致动器控制器、和/或可以借助于所产生的控制信号而被操作来调节致动器或电机速度的电机控制装置，如图1中所讨论的。在一个实施例中，第一控制器208包括第一致动器控制器209和第一存储器210。第二控制器308包括第二致动器控制器309和第二存储器310。能操作第一控制器208和第二控制器308存储数据关于流体配送时间、及相应的电机速度、和/或配送速度，以及联系着配送速度、时间与流体体积量的函凄t或算法。在一段给定的时间段内，通过调节第一液体分配系统202和第二液体分配系统302的电机速度，可调节第一液体分配器204和第二液体分配器304的流率，由此通过第一液体分配器204和第二液体分配器304中的每个而改变输出的流体体积量。第一控制器208允许对第一电机速度、以及因此对第一流体分配器204的流率加以改变，而不需要手动的反复调节。第二控制器308允许对第二电机速度、以及因此对第二流体分配器304的流率加以改变，而不需要手动的反复调节。在这个实施例中，当完成了分配后，糖浆和乳制品被结合以制成例如4t料例如咖啡产品，诸如拿《失咖啡或热可可。在另一实施例中，该系统200还包括第一流动启/停开关211和第二流动启/4亭开关311,该开关允i午用户手动启动和卩亭止流体配送。使用根据图4和5所生成的函数，控制器108输入在初始标定过,呈期间测定的时间，来确定需要对电机速度进行多少调节以在目标时间内分配出参考体积量。例如，如果在图2中所示的标定过程期间，用了4.57秒来分配1盎司的流体，则表示配送速度为5.75V,比3.81V的理想速度高出1.94V。控制器108随后将自动减少配送速度1.94V,从而使得在7秒的目标时间期间配送1盎司。控制器108将因此使电机106趋于的理想速度、在目标时间期间配送出目标体积量，而不顾及在图2的才示定步骤期间的电机初始速度。因此，该系统100可以#全测到基于在初始标定过程期间分配固定体积量的流体所用时间的调节量(图2),这取代了依靠反复手动调节来标定电机106及由此标定分配器104。例如，如果有选定的目标配送时间，控制器108可以计算目标时间与参考时间之间的差值，并随后通过与计算出的差值尺寸成比例的量值改变电机速度。具体的比例值取决于所用电机、流体和/或导管的具体性质；本领域的普通技术人员能够通过反复试验在不过度试验情形下确定正确的比例因子用于给定系统。因为已知理想的或实际的电机速度，可以确定电机速度与配送时间之间的关系。结果，控制器108可以自动检测配送速度、且由此检测电机速度偏离目标速度多快，并因而可调节电机速度。另外，如果用户希望在较短时间段内分配选定的流体体积量，则电机速度能基于反映了在电机速度与给定流体体积量的配送时间之间关系的传递函数而自动调节其自身。因为控制器108所用的传递函数连接了配送速度、配送时间和分配体积量，本领域的普通技术人员能确定以使用传递函数来自动标定流体分配器104(例如，标定成固定的分配体积量、特定的电机速度等等、以及标定为目标配送时间)的其它方法，而不离开发明的范畴。存储在控制器108中的函数或算法允许基于在初始标定步骤期间获得的单个参考流率，自动调节电机速度来满足任何所期望的性能特性(图2)。在图6中所示的一个实施例中，通过使用基于在初始标定期间的谅-如糖浆的流体的体积量Volc、和依据液体粘度的标定电机电压Vc的一系列等式，自动且连续地标定电机速度。使用初始的数值编码脉冲Pl来计算初始的电机速度估计量Vi，标定电机电压根据下列公式基于液体粘度Vc、和编码脉冲Pc:初始电机速度Vi也可以由数据表得到。根据下列公式，基于标准体积量Vols、编码脉冲的标定数Pc、和在初始标定期间所分配的液体体积量Volc来计算编码^0中的初始凄丈Pi:Pi=Vols(Pc/Volc)初始的电机速度Vi被用于设定电机速度Vn。测出在电机编码脉冲间的时间tref。介于各电机编码脉冲间的时间tref的数据根据下列公式一皮过滤和平滑。根据下列公式对原始的电机速度估计值Vi作出修正Vn+1=[(ts/2Pi)(Vn/tn)]其中，ts是预先确定的标准时间。更新后的电机速度估计值Vn+1随后取代了电机速度Vn且过程重复，基于所更新的电机速度估计值Vn+1自动地标定电机速度Vn。在图7中所示的另一实施例中，通过使用基于将已知参考量的例如糖浆的液体配送入标定杯所需时间的一系列等式，自动且连续地标定电机速度。使用分配参考量的时间tc、基于液体粘度的标定电机电压Vc、和标准分配时间ts,并根据公式来计算初始的电机速度估计值Vi:初始的电机速度估计值Vi被用于设定电机速度Vn。测出在参考时间期间的所观察的编码脉冲数P'ref。介于各电机编码脉冲间的时间tref的数据根据下列公式被过滤和平滑处理。Pn=ref/Nsubgroups随后根据公式对初始的电机速度估计值Vn作出修正更新后的电机速度估计值Vn+1随后取代了电机速度Vn且过程重复，基于所更新的电才几速度估计值Vn+1自动地标定电机速度Vn。应当理解到，对此处说明的本发明的实施例的各种可选方案可以应用于实践本发明。意图是下列若干权利要求确定了本发明的范畴，且由此覆盖了在这些权利要求范畴内的方法和装置。尽管已经公开了本发明的优选实施例，本领域的普通技术工人可以认识到可在本发明的范畴内有某些修改。出于该原因，应该研究下列斗又利要求来确定本发明的真实范畴和内容。权利要求1、一种流体标定系统，包括流体分配器；连接到该流体分配器的致动器，该致动器控制来自于该流体分配器的流体输出；和连接到该致动器的致动器控制器，该致动器控制器基于实际分配特性与理想分配特性之间的差值来自动地调节致动器，且该实际分配特性是基于函数来确定，且该理想分配特性是预先确定的。2、如权利要求1所述的流体标定系统，其特征在于，该实际分配特性和该理想分配特性分别是实际流率和理想流率。3、如权利要求1所述的流体标定系统，其特征在于，用于确定实际分配特性的该函数是目标配送时间内分配器修正量与测定的所分配体积量之间的关系。4、如权利要求3所述的流体标定系统，其特征在于，该分配修正量是基于初始电机速度和在独立的电机编码脉冲之间测得时间而计算出的。5、如权利要求4所述的流体标定系统，其特征在于，在独立的电机编码脉沖之间测得的所述时间是对许多单独的电机编码脉冲求平均值。6、如权利要求1所述的流体标定系统，其特征在于，用于确定实际分配特性的所述函数是分配器速度修正量与分配出目标分配体积量所计算的配送时间之间的关系。7、如权利要求6所述的流体标定系统，其特征在于，多个配送速度均各自具有相应的配送速度修正量与相应的所计算的配送时间。8、如权利要求6所述的流体标定系统，其特征在于，该分配修正量是基于初始电机速度和许多电机编码脉冲计算出的。9、如权利要求8所述的流体标定系统，其特征在于，该电机编码脉冲数是在参考时间期间确定的。10、一种标定的流体分配系统，包括第一流体分配器；第二流体分配器；连接到该第一流体分配器的第一致动器，它控制来自于该第一流体分配器的第一流体的输出；连接到该第二流体分配器的第二致动器，它控制来自于该第二流体分配器的第二流体的输出；连接到该第一致动器的第一致动器控制器，第一致动器控制器基于第一实际分配特性与第一理想分配特性之间的差值来自动地调节第一致动器，并且该第一实际分配特性是基于函数确定的，且该第一理想分配特性是预先确定的；和连接到该第二致动器的第二致动器控制器，第二致动器控制器基于第二实际分配特性与第二理想分配特性之间的差值调节来自动地第二致动器，并且该第二实际分配特性是基于函数确定的，且该第二理想分配特性是预先确定的。11、如权利要求10所述的流体标定系统，其特征在于，该第一流体是糖浆，且该第二流体是食品。12、一种用于标定流体分配系统的方法，包:fe:检测由致动器所控制的流体分配器的实际分配特性；确定该实际分配特性与理想分配特性之间的差;和基于所确定的差值并根据基于在独立的电机编码脉冲间测得时间的函数，来控制致动器。13、如权利要求12所述的流体标定系统，其特征在于，检测该实14、如权利要求12所述的流体标定系统，其特征在于，该检测行动包括至少基于标定电才几电压、电才几编码脉冲的标定lt和标准体积量来计算出实际分配特性。15、如权利要求12所述的流体标定系统，其特征在于，该实际分配特性和该理想分配特性分別是实际配送速度和理想配送速度。16、如权利要求12所述的流体标定系统，其特征在于，该实际分配特性和该理想分配特性分别是实际流率和理想流率。17、如权利要求12所述的方法，其特征在于，该检测行动包括测定第一实际分配特性和测定第二实际分配特性；该确定行动包括确定第一实际分配特性与第一理想分配特性之间的差值，并确定第二实际分配特性与第二理想分配特性之间的差值；和该控制行动包括基于所确定的第一实际分配特性与第一理想分配特性之间的差值来控制第一致动器，和基于所确定的第二实际分配特性与第二理想分配特性之间的差值来控制第二致动器。18、如权利要求17所述的方法，其特征在于，该第一致动器控制分配第一流体的第一流体分配器，该第二致动器控制分配第二流体的第二流体分配器。19、如权利要求18所述的方法，其特征在于，第一流体和第二流体被成比例地彼此相配。20、如权利要求18所述的方法，其特征在于，第一流体是糖浆且第二流体是食品。全文摘要一种用于标定流体的系统和方法，其检测实际流体分配特性，诸如配送速度，并自动将分配特性调节为匹配理想的分配特性。该调节是由控制器致动的，该控制器基于和配送速度、分配体积量、及配送时间相关的函数来可控制流体分配。通过令系统操作趋向于理想的分配特性，该函数允许标定自动地发生，而不需要用户通过手动反复的方法来标定系统。文档编号G01F25/00GK101180236SQ200680017269公开日2008年5月14日申请日期2006年3月7日优先权日2005年3月17日发明者J·J·斯科尔达托,R·罗亚迪申请人:开利公司