[0001] 本公开涉及阀的自适应控制。更具体地，本公开聚焦于用于加热、通风和/或空气调节（HVAC）的装置中的阀的自适应控制。

[0002] 结构的HVAC装置通常包括多个热交换器。这些热交换器为结构的各个空间供应加热和/或冷却。为了调节供应到空间的加热和/或冷却的量，热交换器可配备有阀，该阀调节用于加热和/或冷却的能力。

[0003] 用于加热和/或冷却的能力的调节通常是通过布置在通过热交换器的流体路径中的阀的阀元件来实现的。阀元件的位置经由阀行程来确定，由此实现和/或限制通过热交换器的流体流。复杂的布置采用闭环控制以力图将结构的空间内的实际温度匹配至设定点。

[0004] 用于阀行程的闭环控制的常见控制算法包括比例、积分和/或微分（PID）控制。用于比例、积分和/或微分控制的单独参数由这种控制器采用。为了针对其具体环境来定制PID控制器，需要调节其比例、积分和/或微分参数。这些参数的适当调节公知是艰巨的任务。

[0005] 为了解决适当调节的问题，自适应控制器提供确定和/或猜测成组的比例、积分和/或微分参数的功能。专利申请EP1025403A1“使用脉宽调制占空比涡旋压缩机的制冷系统的自适应控制”于1998年9月9日提交。EP1025403A1于2000年8月9日公布。

[0006] EP1025403A1公开了通过压缩机的流量的自适应控制。自适应算法确定误差信号的波动。然后从这些值来产生一组模糊输入值。向这些模糊输入施加预定规则产生模糊输出值。最后，控制器将该输出值去模糊化以产生新（比例）增益因子。

[0007] 自适应控制算法可利用打开曲线（opening curve）。打开曲线将通过阀的流量确定为压降和阀行程h的（直接）函数。特征函数f(h)将阀行程映射到流量，使得流量是f的（直接）线性函数。也就是说，f(h) = 0的值表明没有流量通过阀。类似地，f(h) = 1表明阀处于其完全打开位置。

[0008] 本公开改进了具有自适应算法的阀控制器。本公开旨在提供适用于宽范围的流体输送器的通用控制算法。

[0022] 图1示出了具有阀入口2且具有阀出口3的阀组件1。流体路径从阀入口2延伸至阀出口3。阀元件4位于流体路径中。图1示出了阀元件4处于（部分）打开位置，使得能够实现在入口2与出口3之间的介质流动。阀元件4优选地还具有关闭位置以封闭沿该流体路径的流动。阀元件4还可具有完全打开位置，在该完全打开位置中，完全实现在阀入口2与阀出口3之间的流动。

[0023] 理想地，阀元件4的位置能够在其完全打开位置与其完全关闭位置之间连续地改变。在替代性实施例中，阀元件4的位置可在完全打开与完全关闭之间以（有限数量的）离散的步进行改变。

[0024] 致动器5直接地或间接地联接到阀元件4以设定该阀元件的位置。以非限制性示例来说，致动器5可以选自螺线管致动器、音圈、液压致动器和/或气动致动器的组。图1示出了致动器5，该致动器将阀元件4轴向地移位，如箭头6所表明的。本公开还适用于这样的阀和/或阀组件，其中致动器5枢转地改变例如蝶阀的阀元件4的位置。

[0025] 如图1所示的组件还包括流量传感器7。流量传感器7优选地安装在将入口2连接到出口3的流体路径的外部。以非限制性示例来说，流量传感器7可以安装到包围该流动路径的导管8（的壁）。流量传感器7有利地选自包括如下的组：电磁流量传感器；超声流量传感器；和/或涡流流量传感器。在替代性实施例中，流量传感器7是质量流量传感器，和/或安装在流体路径内部和/或在导管8内部。

[0026] 质量流量传感器7使得能够实现特别是结合HVAC器具的大流动速度的测量。大流动速度的典型值是5 m/s、10 m/s。与此同时，流量能够以低至0.01 m/s的速度被测量。也就是说，质量流量传感器7展现宽动态范围。流动速度的测量在0.1 m/s至5 m/s的速度之间、在0.1 m/s至10 m/s的速度之间、在0.1 m/s至15 m/s的速度之间、在0.1 m/s至20 m/s的速度之间、或甚至在0.1 m/s至100 m/s的速度之间是在技术上可行的。在示例性实施例中，质量流量传感器7是OMRON® D6F-W类型的传感器或者SENSOR TECHNICS® WBA类型的传感器。

[0027] 传感器7和/或致动器5连接到控制单元9。传感器7和/或致动器5经由合适的总线连接与控制单元9通信。总线连接可以是单向的和/或双向的。总线连接还可以是无线总线连接。构想到的是，传感器7和/或致动器5采用合适的通信总线协议、特别是数字协议，以与控制单元9通信。然后，控制单元9、致动器5和传感器7提供使得能够进行（单向或双向）数字通信的接口。

[0028] 控制单元9有利地包括微处理器，该微处理器具有存储器且具有处理单元。在具体实施例中，控制单元9是具有存储器且具有处理单元的微处理器。构想到的是，微处理器9包括用于处理从传感器7获得的信号的模数转换器。因此，该模数转换器是微处理器9的整体部分。具有内置的模数转换器的微处理器9允许实现紧凑的阀组件。有利地，微处理器9的模数转换器有执行Δ-Σ调制的功能。具有Δ-Σ调制的模数转换器总体上减少从传感器7获得的信号的噪音。

[0029] 在替代性实施例中，控制单元9是云计算机。也就是说，控制单元9被安装在远离导管8和/或阀构件4和/或致动器5和/或传感器7的位置处。

[0030] 因此，本公开教导了一种用于控制至器具的流体流的阀组件，所述阀组件包括：阀本体，所述阀本体具有入口端口2和出口端口3，流体路径在该入口端口2与出口端口3之间延伸；阀构件4，其位于在该入口端口2与出口端口3之间的流体路径中，所述阀构件4能够在关闭位置与打开位置之间选择性地移位，所述关闭位置关闭在该入口端口2与出口端口3之间的流体路径，所述打开位置打开在该入口端口2与出口端口3之间的流体路径；以及传感器7，其用于感测与通过该流体路径的流体流相关的一个或多个参数；以及致动器5，其（直接地）联接到阀构件4；以及
控制器9，其用于经由致动器5根据设定点值且根据表明通过流体路径的名义流量的默认流率来控制阀构件4的位置，所述控制器9被通信地（直接地）联接到致动器5以及传感器
7，并且所述控制器被构造成：
从传感器7读取一个或多个信号；
将一个或多个信号处理成流率的测量；
将流率的测量与预定阈值进行比较，所述预定阈值表明通过流体路径的零流率或大致零流率；以及
如果流率的测量小于或等于预定阈值，则：
从设定点值和默认流率直接地确定或计算阀构件4的位置；
从所确定或计算的位置来生成或产生控制信号；
将控制信号发送或通信到致动器5。

[0031] 在具体实施例中，阀组件是阀和/或控制阀。构想到的是，器具是热交换器和/或流体输送器。根据一个方面，控制器9是阀控制器。

[0032] 阀构件4的位置h设定被优选地计算如下：其中，φ设定代表设定点值，φ名义代表默认流率。函数f将阀位置映射到流量的值。函数f经常被称为打开曲线和/或特征曲线。f-1代表函数f的逆函数。以非限制性示例来说，函数f-1
和/或其逆函数f 可以被存储在阀控制器9的（非易失性）存储器中。以特定非限制性示例来说，函数f和/或其逆函数f-1可以被存储为查找表和/或为数学关系式。

[0033] 换句话说，控制器9被构造成利用打开曲线（的逆函数）从设定点值和默认流率来直接计算阀构件4的位置。

[0034] 从设定点值和默认流率直接确定或计算意味着，除了设定点值和默认流率之外的因子或参数都不是f-1的参数。针对特定阀的恒定值可以实际上由f-1提供。特别地，在阀构件4上和/或在流体路径上的压降Δp不作为参数被输入。

[0035] 表明通过流体路径的名义流量的默认流率理想地是通过流体路径的最大流率。也就是说，默认流率是当阀处于其完全打开位置、并且流体路径上的压降Δp是额定压降时通过流体路径的流率。因此，默认流率φ名义可以用压降Δp和流量因子kVS表达如下：。

[0036] 构想到的是，大致零流率对应于非常低的流率（与其相关联），例如小于0.1 m3/秒、小于0.01 m3/秒、或小于0.001 m3/秒。根据一个方面，大致零流率对应于小于或等于能够由传感器7测量的最小流量的流率（与其相关联）。根据又另一方面，大致零流率对应于小于或等于能够由传感器7测量的最小流量的两倍或五倍的流率（与其相关联）。

[0037] 传感器7有利地包括流量传感器。流量传感器7可选自包括电磁流量传感器、超声流量传感器、质量流量传感器和/或涡流流量传感器的组。该列表不是详尽的。

[0038] 在流量传感器7是质量流量传感器的情况下，质量流量传感器理想地包括风速计。举例来说，风速计可包括在恒定温度下、在恒定功率下、在恒定电压下和/或在恒定电流下操作的传感器元件。

[0039] 与流体流量相关的一个或多个参数包括但不限于质量流量、体积流量、速度或流体流量、由流体流引发的振动的频率、由流体流引发的（超声）声音信号的多普勒频移等等。根据一个方面，控制器9利用过采样和/或Δ-Σ调制来从传感器7读取一个或多个信号。

[0040] 控制器9优选地经由合适的总线通信地（直接地）联接到致动器5并联接到传感器7。以非限制性示例来说，合适的总线可以是根据ISO 11898-1:2003的（串行字段）总线和/或根据IEEE 802.3ax的总线，特别是根据IEEE 802.3af:2003和/或802.3at:2009和/或
802.3bt:2017的总线。构想到的是，同一总线连接到控制器9、连接到致动器5以及连接到传感器7。还构想到的是，致动器5包括内部缓存器，例如（可再充电）电池。致动器5的内部缓存器使得致动器5在即便经由总线供应的功率不足够时也能够操作。

[0041] 致动器5优选地被构造成根据从控制器9通信的信号来（连续地或以离散的步）设定阀构件4的位置。致动器5优选地被构造成将阀构件4的位置设定为打开位置或设定为关闭位置或（连续地或以离散的步）设定为在打开位置或关闭位置之间的位置。

[0042] 本公开还教导前述阀组件中的一种，所述阀组件附加地包括包围在入口2与出口3之间的流体路径的阀导管8，其中，传感器7包括流量传感器并且被附接到阀导管8，且被布置在流体路径的外部。

[0043] 阀导管8有利地由例如聚合材料和/或铝合金的轻质材料制成。就轻质阀组件和/或轻质阀来说，使用轻质材料产生益处。阀导管8通常包括用于入口2和/或用于出口3的孔口。阀导管8优选地还包括允许阀构件4插入到流体路径中的孔口。后一孔口有利地被密封以便防止泄漏。

[0044] 阀构件4理想地由陶瓷制成，优选地由工程陶瓷制成，又更优选地由氧化铝(Al2O3)和/或碳化硅（SiC）和/或二氧化锆(ZrO2)和/或(MgO)制成。本领域技术人员选择例如氧化铝的陶瓷材料，其具有例如92%、96%或99%的合适水平的纯度。就机械紧密性、机械脆度和介电强度来说，更高的纯度水平给予优势。

[0045] 根据一个方面，阀构件4涂覆有例如陶瓷材料的合适材料。涂层有利地选自陶瓷材料的上述列表。涂层还可由类金刚石碳层和/或类金刚石碳材料制成。

[0046] 根据另一方面，阀构件4由弹性模量为至少100 Gpa、优选地至少250 Gpa、又更优选地至少400 Gpa的材料制成或者被涂覆有该材料。

[0047] 以非限制性示例来说，传感器7可经由螺栓和/或经由摩擦锁定和/或经由套管类型和/或经由燕尾接头来附接到和/或锚定到导管8。以另一非限制性示例来说，传感器7可胶粘到导管8。

[0048] 本公开还教导了前述阀组件中的一种，其中控制器9包括存储器、优选地包括要由控制器9来读取的存储器，并且优选地还包括阀控制器；其中，存储器存储设定点值、预定阈值、和/或表明通过流体路径的名义流量的默认流率中的至少一者。

[0049] 存储器理想地是非易失性存储器。在实施例中，（非易失性）存储器存储设定点值、预定阈值、和/或表明通过流体路径的名义流量的默认流率中的至少两者。在实施例中，（非易失性）存储器存储设定点值、预定阈值、和/或表明通过流体路径的名义流量的默认流率的全部。构想到的是，控制器9还从其（非易失性）存储器读取设定点值、预定阈值、和/或表明通过流体路径的名义流量的默认流率。预定阈值和/或表明名义流量的默认流率优选地在制造期间和/或在工厂验收测试期间和/或在调试期间被写入和/或存储在存储器中。

[0050] 设定点值代表流率。用户可经由合适的用户接口将设定点值输入或编程到控制器9中。另外，用于加热、通风和/或空气调节的装置可被通信地（直接地）联接到控制器9。因此，该装置可将设定点值通信到控制器9。

[0051] 本公开还教导了前述阀组件中的一种，其中控制器9包括输出接口并且经由输出接口通信地（直接地）联接到致动器5，该输出接口具有预定通信总线协议或与预定通信总线协议兼容或相关联，并且所述控制器被构造成：使用输出接口的或与输出接口相关联的预定通信总线协议经由输出接口来发送或通信控制信号至致动器5。

[0052] 输出接口优选地包括用于ISO 11898-1:2003和/或 IEEE 802.3ax、特别是802.3af:2003和/或802.3at:2009 和/或802.3bt:2017的协议，或者与ISO 11898-1:2003和/或 IEEE 802.3ax、特别是802.3af:2003和/或802.3at:2009 和/或802.3bt:2017兼容的协议。输出接口可包括预定通信总线协议或者与预定通信总线协议兼容或与预定通信总线协议相关联。预定通信总线协议优选地是数字协议。在实施例中，输出接口和/或通信总线协议使得能够实现控制器9与致动器5之间的加密通信。可采用具有或不具有椭圆曲线的Diffie-Hellman密钥交换程序以实现控制器9与致动器5之间的加密通信。

[0053] 根据另一方面，输出接口是无线输出接口。输出接口包括预定通信总线协议，或者与用于无线通信的预定通信总线协议兼容。

[0054] 构想到的是，输出接口还有收获来自致动器5的能量和/或来自其至致动器5的连接的能量的功能。为此，以非限制性示例来说，输出接口可以整流在致动器5中或在到致动器5的连接中（电磁地）引发的电流。根据一方面，阀组件包括例如（可再充电）电池的能量缓存器，并且将经由输出接口收获的能量存储在其能量缓存器中。

[0055] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中所述控制器9被构造成：（直接地）确定或计算设定点值与默认流率之间的比率；
从所确定或计算的比率直接地确定或计算阀构件4的位置。

[0056] 从设定点值和默认流率来直接确定或计算意味着，除了设定点值和默认流率之外的因子或参数都不作为参数输入。针对特定阀的恒定值可以实际上由f-1提供。特别地，与压降Δp无关地计算该比率。从所计算或确定的比率来直接确定或计算意味着，除了所计算或确定的比率之外的因子或参数都不是f-1的参数。

[0057] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中控制器9包括微处理器，其中微处理器包括作为微处理器的整体部件的模数转换器；其中，所述控制器9经由模数转换器通信地（直接地）联接到传感器7；以及
其中，所述控制器9被构造成使用模数转换器将一个或多个信号处理成流率的测量。

[0058] 模数转换器允许得到紧凑的阀并且消除易于失效的部分。板载模数转换器还允许控制器9从传感器7读取一个或多个模拟信号。控制器9可采用例如过采样和/或Δ-Σ调制的技术来减少或消除来自读数的噪音。控制器9可又还包括低通或高通滤波器以减少噪音。构想到的是，这种过滤器是自适应的。还构想到的是，这种滤波器是微处理器的整体部件。

[0059] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中模数转换器被构造成执行Δ-Σ调制；并且其中，所述控制器9被构造成使用模数转换器并使用Δ-Σ调制将一个或多个信号处理成流率的测量。

[0060] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中，控制器9被构造成：将流率的测量与表明通过流体路径的零流率或大致零流率的预定阈值进行比较；以及如果流率的测量高于预定阈值，则：
从设定点值以及从流率的测量确定或计算阀构件4的位置；
从所确定或计算的位置来生成或产生控制信号；
将该控制信号发送或通信至致动器5。

[0061] 阀构件4的位置h设定优选地计算如下：其中，φ设定代表设定点值，φ实际代表流率的（实际）测量，并且h实际代表阀构件4的实际位-1
置。函数f将阀位置映射到流量值。函数f经常被称为打开曲线和/或特征曲线。f 代表函数f的逆函数。以非限制性示例来说，函数f和/或其逆函数f-1可以被存储在阀控制器9的（非易失性）存储器中。以非限制性示例来说，函数f和/或其逆函数f-1可以被存储为查找表和/或存储为数学关系式。构想到的是，控制器9可从打开曲线f来计算逆函数f-1。

[0062] 可通过测量来获得阀构件4的实际位置h实际。优选地，控制器9假定，自上一控制操作之后实际位置h实际尚未改变。也就是说，h实际被存储在控制器9的（非易失性）存储器中。控制器9在其继续进行如上文所述的计算之前从其（非易失性）存储器读取h实际。

[0063] 致动器5优选地被构造成根据从控制器9通信的信号来设定阀构件4的位置。致动器5优选地被构造成（连续地或以离散的步）将阀构件4的位置设定成打开位置或至关闭位置或设定成在打开位置或关闭位置之间的位置。

[0064] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中所述控制器9被构造成：从设定点值和流率的测量以及阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置来直接计算阀构件4的位置；
从所确定或计算的位置来生成或产生控制信号；
将控制信号发送或通信至致动器5。

[0065] 阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置是h实际。也就是说，h实际是先前的（先前确定的）并且被存储（写入）到控制器9的非易失性存储器中。控制器9在其继续进行如上文所述的计算之前从其（非易失性）存储器读取h实际。

[0066] 从设定点值和流率的测量以及阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置来直接确定或计算意味着，除了设定点值和流率的测量以及阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置之外的因子或参数都不是f-1的参数。特别地，在阀构件4上和/或在流体路径上的压降Δp不作为参数被输入。

[0067] 本公开还教导了前述阀组件中的一种，其中控制器9构造成：（直接）计算设定点值与流率的测量之间的比率；
从所确定或计算的比率以及阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置来直接计算阀构件4的位置。

[0068] 从所确定或计算的比率以及阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置来直接确定或计算意味着，除了所确定或计算的比率以及阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置之-1外的因子或参数都不是f 的参数。特别地，在阀构件4上和/或在流体路径上的压降Δp不作为参数被输入。

[0069] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中，控制器9包括存储阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置的存储器、特别是非易失性存储器，所述控制器被构造成：从其存储器、特别是从其非易失性存储器来读取阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置。

[0070] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中，控制器9包括用于存储至少阀构件4的所确定或计算的位置的存储器并且被构造成：将阀构件4的所确定或计算的位置写入到存储器。

[0071] 因此，控制器9可利用阀构件4的所确定或计算的位置。例如，当阀构件4的位置重新被确定或计算时，控制器9可使用该值作为阀构件4的先前（先前确定的）位置h实际。

[0072] 本公开还教导前述阀组件中的一种，其中，控制器9包括用于存储至少阀构件4的所确定或计算的位置的存储器并且被构造成：利用比例和/或积分和/或微分控制（PID控制）从所确定或计算的位置来产生控制信号。

[0073] 特别地，控制器9可被构造成使用比例和/或积分控制（PI控制）从所确定或计算的位置来产生控制信号。控制器9还可被构造成使用比例控制（P控制）从所确定或计算的位置来产生控制信号。为了使得控制器9实现控制，该控制器可理想地将一组P控制或PI控制或PID控制参数存储在其（非易失性）存储器中。此外，该控制器可理想地从其（非易失性）存储器读取一组P控制或PI控制或PID控制参数。

[0074] 在具体实施例中，控制器9被构造成使用比例和/或积分和/或微分控制（PID控制）从所确定或计算的位置来产生控制信号。也就是说，控制器9被构造成：作为阀构件4的所确定或计算的位置的（直接）函数、和阀构件4的先前（先前确定或计算的）位置的（直接）函数、或流率的测量的（直接）函数，来确定并跟踪至少一个误差值；
通过比例参数来加权至少误差值；
优选地将至少误差值进行积分；
优选地计算至少误差值的微分；
作为加权的至少误差值的函数、优选地还作为积分的至少误差值的函数、以及优选地还作为所计算的微分的函数来产生控制信号。

[0075] 本公开还教导了前述阀组件中的一种，其中，控制器9包括存储查找表的存储器、优选地非易失性存储器，所述控制器构造成：从其存储器、优选地从其非易失性存储器来读取查找表；
使用查找表从所确定或计算的位置来产生控制信号。

[0076] 该查找表理想地包括多个条目。每个条目包括阀构件4的位置和（相关联的）控制信号。在实施例中，控制器9被构造成：在查找表中选择条目，该条目的阀构件4的位置匹配或最接近阀构件4的所确定或计算的位置；
产生控制信号，该控制信号是所选择的条目的控制信号。

[0077] 在替代性实施例中，控制器9被构造成：在查找表中选择两个条目，该条目的阀构件4的位置匹配或最接近阀构件4的所确定或计算的位置；
通过在两个所选择的条目之间（线性）插值来产生控制信号。

[0078] 本公开还教导了前述阀组件中的一种，其中，控制器9包括输入接口，并且经由输入接口通信地（直接地）联接到传感器7，所述输入接口具有预定通信总线协议或者与预定通信总线协议兼容或与预定通信总线协议相关联，所述控制器被构造成：使用输入接口的或者与输入接口相关联的预定通信总线协议经由输入接口从传感器7读取一个或多个信号。

[0079] 输入接口优选地包括用于ISO 11898-1:2003和/或 IEEE 802.3ax、特别是802.3af:2003和/或802.3at:2009 和/或802.3bt:2017的协议，或者与ISO 11898-1:2003和/或 IEEE 802.3ax、特别是802.3af:2003和/或802.3at:2009 和/或802.3bt:2017兼容的协议。输入接口可包括预定通信总线协议或者与预定通信总线协议兼容或者与预定通信总线协议相关联。预定通信总线协议优选地是数字协议。在实施例中，输入接口和/或通信总线协议使得能够实现控制器9和传感器7之间的加密通信。可采用具有或不具有椭圆曲线的Diffie-Hellman密钥交换程序以实现控制器9与传感器7之间的加密通信。

[0080] 根据另一方面，输入接口是无线输入接口。输入接口包括预定通信总线协议，或者与用于无线通信的预定通信总线协议兼容，或者与预定通信总线协议相关联。

[0081] 构想到的是，输入接口还有以收获来自传感器7的能量和/或来自其至传感器7的连接的能量的功能。为此，以非限制性示例来说，输入接口可以整流在传感器7中或在到传感器7的连接中（电磁地）引发的电流。根据一方面，阀组件包括例如（可再充电）电池的能量缓存器，并且将经由输入接口收获的能量存储在其能量缓存器中。

[0082] 根据本公开的阀组件的部分或方法的部分可以在硬件中、在通过处理器或通过云计算机执行的软件模块中被实施，或通过其组合来实施。软件可包括固件、在操作系统中运行的硬件驱动器、或应用程序。因此，本公开还涉及用于执行本文提出的操作的计算机程序产品。如果在软件中被实施，则所描述的功能可作为一个或多个指令存储在计算机可读介质上。可使用的存储介质的一些示例包括随机存取存储器（RAM）、磁RAM、只读存储器（ROM）、闪存、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除磁盘、其他光盘、millipede®设备或可以由计算机或任何其他IT设备或器具访问的任何可用的介质。

[0083] 应当理解的是，前述内容仅仅涉及本公开的某些实施例，并且在不脱离由下述权利要求限定的本公开的范围的前提下可在其中作出许多改变。还应当理解的是，本公开不限制于所示出的实施例，并且可在下述权利要求的范围内作出各种变型。