CN103486316B - 定位器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在控制过程中不会损害稳定性且可以显著改进迅速响应性能的定位器。该定位器设有偏移量运算部（6），其根据输入至气动放大器（4）的输入空气压力Pn和从气动放大器（4）输出的输出空气压力Po来求出气动放大器（4）从平衡状态偏移的偏移量。控制运算部（2）根据实际开度信号PV、开度设定信号SP、及由偏移量运算部（6）求得的气动放大器（4）从平衡状态偏移的偏移量d来决定控制信号MV，并输出给电空转换器（3）。

Description

定位器

技术领域

本发明涉及一种对阀的开度进行控制的定位器。

背景技术

以往，作为对阀的开度进行控制的定位器例如有图3中示出其主要部分的结构的定位器。在该图中，200（200A）是定位器、300是阀、阀300中设有对表示该阀的开度的位置进行检测的位置传感器10。

定位器200A包括：电流SP转换部1、控制运算部2、电空转换器3、气动放大器4以及阀开度计算部5。

在该定位器200A中，电流SP转换部1将从上位装置以4～20mA的信号送来的输入信号转换成开度设定信号SP。阀开度计算部5根据由位置传感器10检测出的表示阀的开度的位置对阀200A当前的阀开度进行计算，输出与该计算的阀开度相符的信号作为实际开度信号PV。控制运算部2求出来自于电流SP转换部1的开度设定信号SP与来自于阀开度计算部5的实际开度信号PV的偏差，将对该偏差实施PID控制运算而得到的电信号作为控制信号MV输出。

电空转换器3将来自于控制运算部2的控制信号MV转换成空气压力（喷嘴背压）Pn。气动放大器4将来自于电空转换器3的空气压力Pn作为输入空气压力，对该输入空气压力Pn进行增幅并生成输出空气压力Po，输出至阀300的操作器11。由此，空气压力Po的空气流入到操作器11内的隔膜室，阀部12的开度得以调整。

在该定位器200A中，对于控制运算部2来说的控制对象也包含：向阀300施加空气流量及空气压力的电空转换器3及气动放大器4。电空转换器3和气动放大器4的特性为线性的，如果是自然的特性的话，即便是这种控制方式虽然也够了，但实际上电空转换器3及气动放大器4均具有滞后现象或不灵敏区等的非线性因素，控制则变得复杂了。并且，由于该定位器200A其反馈信息仅为阀300的实际开度信号PV，如果实际开度信号PV不出现变化的话，则控制输出（控制信号MV）就不变化。为此，控制性能就成了问题。因此，专利文献1中提出了对控制性能进行了改善的定位器。

图4是专利文献1所示的定位器的概略示意图。在该定位器200（200B）中，除了表示阀300的当前的开度的实际开度信号PV以外，将从气动放大器4输出的输出空气压力Po的微分值dPo/dt作为压力微分值反馈给控制运算部2。输出空气压力Po早于实际开度信号PV发生变化。为此，通过将输出空气压力Po的变化量进行反馈，可以在实际开度信号PV产生变化之前进行预测。由此，与仅反馈开度信息相比，可以进行优异的控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利特开第3595554号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在该专利文献1所示的定位器200B中，虽然对响应比阀300的实际开度快的气动放大器4的输出空气压力Po（操作器11的隔膜部的控制压力）的微分信息进行了反馈，但当加杂了噪声等时，微分信息的输出将变得极大。为此，存在控制易变得不稳定这样的问题。

本发明正是为了解决这样的问题而做出的，其目的在于，提供一种在控制过程中不会损害稳定性且可以显著改进迅速响应性能的定位器。

用于解决课题的手段

为了实现这样的目的，本发明的定位器，包括：控制运算部，其将从上位装置送来的对于阀的开度设定信号和表示所述阀的当前的开度的实际开度信号作为输入，根据该开度设定信号和实际开度信号来生成控制信号；电空转换器，其将来自于该控制运算部的控制信号转换空气压力；和气动放大器，其将该电空转换器所转换的空气压力作为输入空气压力，对该输入空气压力进行增幅后生成输出空气压力，并输出至对阀进行驱动的驱动单元，所述定位器的特征在于，包括：偏移量运算部，其根据输入至气动放大器的输入空气压力和从气动放大器输出的输出空气压力来求出气动放大器从平衡状态偏移的偏移量，控制运算部根据实际开度信号、开度设定信号、及气动放大器从平衡状态偏移的偏移量来决定至电空转换器的控制输出。

虽然气动放大器的输出空气压力取决于输入空气压力，但输入空气压力从平衡状态发生变化的时候，输出空气压力在响应之前会有延迟。在本发明中，通过根据输入气动放大器的输入空气压力和从气动放大器输出的输出空气压力来求出气动放大器从平衡状态偏移的偏移量，将该气动放大器从平衡状态偏移的偏移量也加以考虑地决定至电空转换器的控制输出，即，通过在输出空气压力实际变化之前对根据气动放大器的输入空气压力的变化而变化的输出空气压力的变化量进行预测，在控制过程中不会损害稳定性且可以改进迅速响应性能。

例如，在本发明中，将气动放大器从平衡状态偏移的偏移量用Po-（K·Pn-F）求出。式中：Pn为输入空气压力；Po为输出空气压力；F为Po开始变化之前所需要的力；K为dPo／dPn。

发明的效果

根据本发明，因为根据输入至气动放大器的输入空气压力和从气动放大器输出的输出空气压力来求出气动放大器从平衡状态偏移的偏移量，控制运算部根据实际开度信号、开度设定信号、及根据气动放大器从平衡状态偏移的偏移量来决定控制输出，并作为至电空转换器的控制信号进行输出，所以，能够在输出空气压力实际变化之前对根据输入至气动放大器的输入空气压力的变化而变化的输出空气压力的变化量进行预测，不会损害稳定性且可以显著改进迅速响应性能。

附图说明

图1是本发明的定位器的一实施方式的主要部分的结构示意图。

图2是对由该定位器的偏移量运算部求得的气动放大器从平衡状态偏移的偏移量进行说明的图。

图3是现有的定位器的主要部分的结构示意图。

图4是专利文献1所示的定位器的主要部分的结构示意图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式进行详细地说明。图1是本发明的定位器的一实施方式的主要部分的结构示意图。在该图中，与图3相同的符号表示与参照图3进行说明的结构要素为相同或者等同的结构要素，其说明予以省略。为了将本发明的定位器与现有的定位器进行区别用符号100来表示。

在该实施方式中，定位器100包括：偏移量运算部6，其根据输入至气动放大器4的输入空气压力Pn和从气动放大器4输出的输出空气压力Po来求出气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d。另外，控制运算部2具有根据实际开度信号PV、开度设定信号SP、及由偏移量运算部6求得的气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d来决定控制信号MV，并输出给电空转换器3的功能。

偏移量运算部6根据输入至气动放大器4的输入空气压力Pn和从气动放大器4输出的输出空气压力Po，用由下述的（1）式所示的运算式来求出气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d。

d＝Po-（K·Pn-F）···（1）

式中：Pn为输入至气动放大器4的输入空气压力；Po为从气动放大器4输出的输出空气压力；F为Po开始变化之前所需要的力；K为dPo／dPn。

由该偏移量运算部6求得的气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d是在输出空气压力Po实际变化之前对根据输入至气动放大器4的输入空气压力Pn的变化而变化的输出空气压力Po的变化量进行预测的值。图2示出气动放大器4的输入输出特性。气动放大器4的输出空气压力Po，如该输入输出特性Ｉ所示，按照由Po=K·Pn-F所示的式子而变化。输入空气压力Pn和输出空气压力Po的关系处于该输入输出特性Ｉ上的时候，为气动放大器4的平衡状态。

在气动放大器4的平衡状态下，输出空气压力Po取与输入空气压力Pn相应的值。但是，由于输出空气压力Po的响应与输入空气压力Pn相比存在延迟，所以输入空气压力Pn变化之后，暂时偏离该输入输出特性Ｉ。在这种情况下，可以想到当前的输出空气压力Po为K·Pn-F＞Po的情形，和K·Pn-F＜Po的情形。若当前的输出空气压力Po为K·Pn-F＞Po时（图2所示的（1）的状态），可以预测输出空气压力Po增加自平衡状态偏移了的偏移量d。若当前的输出空气压力Po为K·Pn-F＜Po时（图2所示的（2）的状态），可以预测输出空气压力Po减少自平衡状态偏移了的偏移量d。

因此，可以说：自气动放大器4的平衡状态偏移了的偏移量d是在输出空气压力Po实际变化之前对根据输入至气动放大器4的输入空气压力Pn的变化而变化的输出空气压力Po的变化量进行预测的值。在偏移量运算部6中，以Po-（K·Pn-F）来求出该气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d，并将该求得的偏移量d发送给控制运算部2。该偏移量d是输出空气压力Po的变化量的预测，通过将其进行反馈，可以在比反馈输出空气压力Po的变化量更早的阶段预测开度变化。为此，控制性能将会得到显著地改进。

控制运算部2根据实际开度信号PV、开度设定信号SP、及由偏移量运算部6求得的气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d来决定控制信号MV，并输出给电空转换器3。此外，控制信号MV由下述的（2）式来决定。

MV＝Kp·(SP-PV)+∫Ki·(SP-PV)dt+Kd·(dPV/dt)＋Km·d···（2）

式中：Kp为比例增益；Ki为积分增益；Kd为微分增益、Km为偏移量增益。

此外，在上述实施方式中，虽然用上述（1）式来求得气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d，但并不限于这样的式子。例如，也可以从将上述（1）式的关系作为数据存储的表中，读出气动放大器4从平衡状态偏移的偏移量d。另外，在上述实施方式中，虽然位置传感器10设在了定位器100的外侧，但也可以设在定位器100的内部。

另外，在上述实施方式中，定位器100中的控制运算部2、偏移量运算部6等的功能可以通过由处理器和存储装置构成的硬件以及与这些硬件协作并使作为控制装置的各种功能实现的程序来实现。

〔实施方式的扩展〕

以上，虽然参照实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。对于本发明的结构及细节，在本发明的技术思想范围内，本领域技术人员可以进行能够理解的各种变更。

符号说明

1…电流SP转换部、2…控制运算部、3…电空转换器、4…气动放大器、5…阀开度计算部、6…偏移量运算部、10…位置传感器、11…操作器、12…阀部、100…定位器、300…阀。

Claims (1)

1.一种定位器，包括：

控制运算部，其将从上位装置送来的对于阀的开度设定信号和表示所述阀的当前的开度的实际开度信号作为输入，根据该开度设定信号和实际开度信号来生成控制信号；

电空转换器，其将来自于该控制运算部的控制信号转换为空气压力；和

气动放大器，其将该电空转换器所转换的空气压力作为输入空气压力，对该输入空气压力进行放大后生成输出空气压力，并输出至对所述阀进行驱动的驱动单元，

所述定位器的特征在于，包括：

偏移量运算部，其根据输入至所述气动放大器的输入空气压力和从所述气动放大器输出的输出空气压力求出所述气动放大器从平衡状态偏移的偏移量，

所述控制运算部根据所述实际开度信号、所述开度设定信号、及所述气动放大器从平衡状态偏移的偏移量来决定至所述电空转换器的控制输出，其中，

所述偏移量运算部将所述气动放大器从平衡状态偏移的偏移量用Po-(K·Pn-F)求出，

式中：Pn为输入至气动放大器的输入空气压力；Po为从气动放大器输出的输出空气压力；F为Po开始变化之前所需要的力；K为dPo/dPn。