CN108512366B - 旋转控制装置 - Google Patents

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Abstract

缩短旋转控制装置的相对位置传感器的原点复位所需时间，减小相对位置传感器的操作对象轴的位置测定误差。本发明的旋转控制装置(100)具有：相对位置传感器(1)，以非接触方式检测操作对象轴(200)的旋转方向的机械位移量；绝对位置传感器(2_1～2_n)，与操作对象轴可旋转范围(SR)内相互不同的多个位置中的每个对应设置，在操作对象轴到达对应位置时输出探测信号；以及位置计算部(3)，根据在输出探测信号之后的机械位移量累计值(RP)和表示与输出该探测信号的绝对位置传感器对应的位置基准值(AP)，计算操作对象轴的旋转方向的绝对位置，绝对位置传感器的至少一个与可旋转范围内除第1以及第2位置以外的第3位置(Pa、Pm、Pb)对应设置。

Description

旋转控制装置
技术领域
本发明涉及一种控制操作对象轴的旋转的旋转控制装置，例如涉及一种操作调节阀的阀轴的电动式的操作器。
背景技术
一般来说，控制操作对象的轴的旋转的旋转控制装置通过位置传感器检测轴的旋转方向的机械位移，根据其检测结果来决定轴的操作量。例如，在对球阀等旋转式的调节阀的阀轴进行操作的电动式的操作器(致动器)中，作为位置传感器而使用由可变电阻器构成的电位计，根据通过该电位计检测到的阀轴的旋转方向的机械位移量来控制阀轴(参照专利文献1)。
另外，作为用于测定轴的旋转方向的机械位移量的位置传感器，除了以电位计为代表的接触式的位置传感器之外，还已知以非接触方式检测测定对象的轴的旋转方向的绝对位置的非接触式的绝对位置传感器、以非接触方式检测测定对象的轴的旋转方向的相对位置的非接触式的相对位置传感器。例如，作为非接触式的绝对位置传感器，已知输出与检测对象轴的绝对角度位置对应的编码信号的绝对型旋转编码器，作为非接触式的相对位置传感器，已知与检测对象轴的旋转角度对应地输出脉冲的增量型旋转编码器(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-74935号公报
专利文献2：日本特开2010-286444号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
一般来说，电位计是输出由机械性地操作滑动部件而引起的电阻值的变化的传感器，所以，存在耐久性低、产品寿命短的倾向。另外，在代替电位计而使用作为绝对式非接触位置传感器的绝对型旋转编码器的情况下，一般来说部件单价高，而且另外还需要用于驱动绝对型旋转编码器的电池，所以，产品成本增大。
因此，本申请的发明者研究了在操作调节阀的电动式的操作器中，代替电位计而使用旋转编码器等非接触式的位置传感器。作为该研究的结果，明确了存在如下所示的技术问题。
当在电动式的操作器中使用作为非接触式的相对位置传感器的增量型旋转编码器的情况下，需要从测定开始点(原点)起对从该旋转编码器输出的脉冲的数量进行计数，根据该脉冲数的累计值，计算作为操作对象轴的阀轴的旋转方向上的绝对位置。因此，必须在刚刚接入电源之后，进行使阀轴返回到原点一次而重置旋转编码器的输出脉冲数的累计值的“原点复位”的处理。
在将该原点复位中的“原点”设定为阀开度为全闭的阀轴的位置(下面也称为“全闭位置”)或者阀开度为全开的阀轴的位置(下面也称为“全开位置”)的情况下，对于操作调节阀的电动式的操作器，存在直至完成原点复位为止需要长时间这样的技术问题。
例如，操作调节阀的电动式的操作器具备电动马达以及使该电动马达的旋转转矩减速的由齿轮机构构成的减速机，通过由该减速机减速的旋转转矩而使输出轴旋转，从而操作连结于该输出轴的阀轴。
一般来说，在电动式的操作器中，将该减速机的减速比设定为几百分之一到几千分之一，所以，阀轴从全开位置移动至全闭位置所需的时间(全行程时间)长到无法忽视的程度。例如，在以往的电动式的操作器中，阀轴从全开位置到达至全闭位置为止需要约60秒。
因此，当在该以往的电动式的操作器中，代替电位计而设置增量型旋转编码器、并且将阀轴的原点设定为全闭位置的情况下，如果使阀轴从全开位置起进行原点复位，则至完成原点复位为止需要至少60秒的时间。此外，在将原点设定为全开位置而使阀轴从全闭位置起进行原点复位的情况下也一样。
这样，当在电动式的调节阀中，代替电位计而使用非接触式的相对位置传感器、并且将原点复位中的原点的位置设定为全闭位置或者全开位置的情况下，存在直至完成原点复位为止的待机时间变长这样的技术问题。
另外，在使用非接触式的相对位置传感器的情况下，有可能无法准确地进行调节阀的阀开度控制。例如，在使利用增量型旋转编码器的电动式的操作器不进行原点复位而长时间运行的情况下，在切换阀轴的旋转方向时，在构成减速机等的齿轮处产生的齿隙累积，在阀开度的测定结果中产生误差。另外，当在开环中使用步进马达、同步马达等电动马达的情况下，当该电动马达发生失步时，在阀开度的测定结果中产生误差。另外，在同步马达中，也由于电源频率的变动等而在阀开度的测定结果中产生误差。
这样，在代替电位计而使用相对式非接触传感器的情况下，由于齿隙的累积、开环的电动马达的失步以及电源频率的变动，由相对式非接触传感器实施的阀轴的旋转方向的机械位移量的测定误差变大，有可能无法准确地进行调节阀的阀开度控制。
本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于，在通过非接触式的相对位置传感器来测定操作对象轴的旋转方向的位置的旋转控制装置中，缩短操作对象轴的原点复位所需的时间，并且减小操作对象轴的位置测定的误差。
解决技术问题的技术手段
本发明涉及一种旋转控制装置(100)，其控制操作对象轴(200)的旋转，该旋转控制装置的特征在于，具备：相对位置传感器(1)，其以非接触方式检测操作对象轴的旋转方向的机械位移；多个绝对位置传感器(2_1～2_n)，其在操作对象轴的旋转方向上的从第1位置(Pc)至第2位置(Po)的可旋转范围(SR)内与相互不同的多个位置中的每个位置对应地设置，在操作对象轴到达对应的位置时分别输出探测信号；位置计算部(3)，其根据在输出探测信号之后的、通过相对位置传感器检测到的机械位移的累计值(RP)以及表示与输出该探测信号的绝对位置传感器对应的位置的基准值(AP)，计算操作对象轴的旋转方向的绝对位置；操作量计算部(4)，其根据操作对象轴的旋转方向的目标位置的信息(SP)以及通过位置计算部计算出的操作对象轴的绝对位置(PV)，计算操作对象轴的操作量(MV)；以及操作部(5)，其根据通过操作量计算部计算出的操作量，在操作对象轴的旋转方向上的从第1位置至第2位置的可旋转范围内，操作操作对象轴，多个绝对位置传感器中的至少一个与可旋转范围内的除了第1位置以及第2位置以外的第3位置(Pa、Pm、Pb)对应地设置。
在上述旋转控制装置中，位置计算部也可以在从绝对位置传感器输出探测信号的情况下，重置上述机械位移的累计值。
在上述旋转控制装置中，第3位置也可以是第1位置与第2位置的中间点(Pm)。
在上述旋转控制装置中，多个绝对位置传感器中的一个也可以在操作对象轴到达第1位置(阀开度为0％的位置Pc)时输出探测信号。
在上述旋转控制装置中，多个绝对位置传感器中的一个也可以在操作对象轴到达第2位置(阀开度为100％的位置Po)时输出探测信号。
在上述旋转控制装置中，也可以操作对象轴是调节阀的阀轴(200)，第1位置是调节阀的阀开度为0％时的阀轴的旋转方向的位置，第2位置是调节阀的阀开度为100％时的阀轴的旋转方向的位置，第3位置是调节阀为0％以及100％以外的阀开度时的阀轴的位置。
在上述旋转控制装置中，相对位置传感器也可以是增量型旋转编码器。
在上述旋转控制装置中，绝对位置传感器也可以是限位开关。
此外，在上述说明中，作为一个例子，附加括弧地记载与发明的结构要素对应的附图上的附图标记。
发明效果
基于以上说明，根据本发明，在通过非接触式的相对位置传感器来测定操作对象轴的旋转方向的位置的旋转控制装置中，能够缩短操作对象轴的原点复位所需的时间，并且减小操作对象轴的位置测定的误差。
附图说明
图1是示出实施方式1的旋转控制装置的构成的图。
图2是示出绝对位置传感器的配置例的图。
图3A是示出绝对位置传感器的具体构造的一个例子的图。
图3B是示出绝对位置传感器的具体构造的一个例子的图。
图3C是示出绝对位置传感器的具体构造的一个例子的图。
图3D是示出绝对位置传感器的具体构造的一个例子的图。
图3E是示出绝对位置传感器的具体构造的一个例子的图。
图4是示出实施方式1的旋转控制装置的原点复位动作模式下的动作流程的图。
图5是示出实施方式1的旋转控制装置的通常动作模式下的动作流程的流程图。
图6是示出绝对位置传感器的另一配置例的图。
图7是示出绝对位置传感器的另一配置例的图。
图8是示出绝对位置传感器的另一具体构造的一个例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。此外，在以下说明中，对在各实施方式中共同的结构要素附加同一附图标记，省略重复的说明。
＜实施方式1＞
《旋转控制装置的构成》
图1是示出实施方式1的旋转控制装置的构成的图。
该图所示的旋转控制装置100例如是在成套设备等中对在流量的工艺控制所使用的球阀等旋转式的调节阀的阀轴的旋转进行控制的电动式的操作器。
具体来说，旋转控制装置100是计算从未图示的上级装置提供的调节阀的阀开度的目标值(设定值)SP与调节阀的阀开度的实测值(下面也称为“实际开度”)PV的偏差ΔP、并通过以使该偏差ΔP为0的方式驱动阀轴200而将调节阀的阀开度控制成目标值的操作器。
下面，说明旋转控制装置100的具体构成。
如图1所示，旋转控制装置100具备相对位置传感器1、多个绝对位置传感器2_1～2_n(n是2以上的整数)、位置计算部3、操作量计算部4以及操作部5。
将这些功能部收容于例如由金属材料构成的框体内部。此外，旋转控制装置100也可以除了上述功能部之外，还具备用于向用户提示调节阀的阀开度等各种信息的显示部(例如，液晶显示器)、用于在与外部设备之间进行数据的发送接收的通信电路等。
首先，说明用于测定调节阀的实际开度、即阀轴200的旋转方向的位置的相对位置传感器1以及绝对位置传感器2_1～2_n。
相对位置传感器1是以非接触方式检测作为旋转控制装置100的操作对象轴的阀轴200的旋转方向的机械位移的功能部。作为相对位置传感器1，能够例示出与检测对象轴(阀轴200)的旋转角度对应地输出脉冲的增量型旋转编码器。在本实施方式中，设为相对位置传感器1是增量型旋转编码器来进行说明。
绝对位置传感器2_1～2_n是在作为操作对象轴的阀轴200到达旋转方向上的规定位置时输出探测信号的功能部。绝对位置传感器2_1～2_n只要是能够输出表示阀轴200在旋转方向上到达特定的位置的电信号的部件即可。具体来说，作为绝对位置传感器2_1～2_n，例如能够使用限位开关、光遮断器或者霍尔元件等。在这里，上述电信号只要是表示阀轴200在旋转方向上到达特定的位置的信号即可，例如是接通/断开信号(表示状态的信号，例如数字信号)。
图2是示出绝对位置传感器2_1～2_n的配置例的图。在该图中，示出n＝5的情况下的绝对位置传感器2_1～2_5的配置例。
如图2所示，绝对位置传感器2_1～2_5在阀轴200的可旋转范围SR内与相互不同的多个位置中的每个位置对应地设置，在阀轴200到达该对应的位置时分别输出探测信号。
在这里，可旋转范围SR是指阀轴200的旋转方向上的可移动范围，例如表示从作为第1位置的阀开度为0％的全闭位置Pc至作为第2位置的阀开度为100％的全开位置Po的范围。
在旋转控制装置100中，绝对位置传感器2_1～2_5与阀开度为0％至100％的范围内的某个位置对应地设置。例如在图2所示的配置例的情况下，绝对位置传感器2_1与阀开度为0％的全闭位置Pc对应地设置，绝对位置传感器2_2与阀开度为20％的位置Pa对应地设置，绝对位置传感器2_3与阀开度为50％的位置Pm对应地设置，绝对位置传感器2_4与阀开度为70％的位置Pb对应地设置，绝对位置传感器2_5与阀开度为100％的全开位置Po对应地设置。
在图2所示的配置例的情况下，绝对位置传感器2_1在阀轴200到达全闭位置Pc时输出探测信号。绝对位置传感器2_2在阀轴200到达位置Pa(阀开度：20％)时输出探测信号。绝对位置传感器2_3在阀轴200到达位置Pm(阀开度：50％)时输出探测信号。绝对位置传感器2_4在阀轴200到达位置Pb(阀开度：70％)时输出探测信号。绝对位置传感器2_5在阀轴200到达全开位置Po(阀开度：100％)时输出探测信号。
接下来，说明绝对位置传感器2_1～2_n的具体构造。
图3A～3E是示出绝对位置传感器2_1～2_n的具体构造的一个例子的图。在这里，图示出设为n＝5的情况。
具体来说，图3A是示意性地示出阀轴200到达绝对位置传感器2_1～2_n之一时的绝对位置传感器2_1～2_n的构造的俯视图，图3B是示意性地示出阀轴200到达绝对位置传感器2_1～2_n之一时的绝对位置传感器2_1～2_n的构造的侧视图。另外，图3C是示意性地示出阀轴200未到达绝对位置传感器2_1～2_n中的任一个时的绝对位置传感器2_1～2_n的构造的俯视图，图3D是示意性地示出阀轴200未到达绝对位置传感器2_1～2_n中的任一个时的绝对位置传感器2_1～2_n的构造的侧视图。另外，图3E是示意性地示出绝对位置传感器2_1～2_n的构造的另一侧视图。
例如如图3A～3E所示，绝对位置传感器2_i(1≤i≤n)能够通过将电阻R与2个电极21、22配置于印刷基板20上而实现。
具体来说，在印刷基板20的一个主面20a形成电极21，并且将电阻R连接于电极21与被供给电源电压的电源线Vcc之间。另外，在印刷基板20的另一个主面20b形成电极22，并且将电极22连接到被供给地电压的地线GND。在这里，电阻R例如配置于印刷基板20的一个主面20a即可。另外，电源线Vcc例如形成于印刷基板20的一个主面20a，地线GND例如形成于印刷基板20的另一个主面20b即可。
在印刷基板20的主面20a配置包括作为后述的位置计算部3以及操作量计算部4发挥功能的微控制器、CPU等程序处理装置的IC芯片30。在这里，连接上述电阻R与电极21的节点na连接到IC芯片30的某一个输入端子。
在印刷基板20形成有贯通主面20a、20b的贯通孔20c，将阀轴200插通于该贯通孔20c。将由金属构成的短板201接合到阀轴200的外周面。
如图3B、3D所示，短板201例如在主视图中形成为“コ”字形。短板201在对置的一对端部201a、201b夹入有印刷基板20的状态下固定于阀轴200，与阀轴200一起旋转。
如图3A所示，例如在阀轴200旋转而短板201到达绝对位置传感器2_3的位置时，短板201的端部201a与绝对位置传感器2_3的电极21接触，并且短板201的端部201b与绝对位置传感器2_3的电极22接触。此时，形成从电源线Vcc经由电阻R、电极21、短板201以及电极22至地线GND的电流路径，节点na的电位为0V(地电位)。
另一方面，如图3C所示，在阀轴200旋转而短板201到达绝对位置传感器2_1与绝对位置传感器2_2之间时，短板201的端部201a、201b为与任一个绝对位置传感器2_1～2_5的电极21、22都不接触的状态。由此，各绝对位置传感器2_1～2_5的节点na的电位为Vcc(电源电压)。
通过这样将各绝对位置传感器2_1～2_5的节点na的电压变化作为检测信号而输入到IC芯片30，能够检测阀轴200到达旋转方向上的规定位置。
接下来，说明位置计算部3、操作量计算部4以及操作部5。
位置计算部3是计算阀轴200的绝对位置的功能部。位置计算部3根据绝对位置传感器2_1～2_n的探测信号被输出之后的、通过相对位置传感器1检测到的机械位移的累计值以及表示与输出该探测信号的绝对位置传感器2_1～2_n对应的位置的基准值，计算操作对象轴的旋转方向的绝对位置。
位置计算部3例如能够通过由微控制器、CPU等程序处理装置实施的程序处理来实现。在上述例子的情况下，通过印刷基板20所搭载的IC芯片30来实现。
更具体来说，位置计算部3包括基准值更新部32、相对位置信息取得部31以及位置决定部33。
基准值更新部32是在被从绝对位置传感器2_1～2_n输出探测信号的情况下更新基准值AP并且输出重置信号RST的功能部。
在这里，基准值AP是表示可旋转范围SR内的绝对位置的值，是计算阀轴200的旋转方向的绝对位置时的基准。
具体来说，基准值更新部32每当绝对位置传感器2_1～2_n输出探测信号时，将基准值AP设定为表示与输出该检测信号的绝对位置传感器2_1～2_n对应的位置的值。例如，在图2的例子的情况下，首先，在阀轴200旋转并到达阀开度为20％的位置Pa而绝对位置传感器2_2输出探测信号的情况下，基准值更新部32将基准值AP设定为表示与绝对位置传感器2_2对应的位置Pa的值。其后，阀轴200进一步旋转，在阀轴200到达阀开度为50％的位置Pm而绝对位置传感器2_3输出探测信号的情况下，基准值更新部32将基准值AP从表示位置Pa的值变更为表示与绝对位置传感器2_3对应的位置Pm的值。
相对位置信息取得部31是取得由相对位置传感器1检测到的阀轴200的旋转方向的机械位移量、并计算该机械位移量的累计值RP的功能部。例如，相对位置信息取得部31对从作为相对位置传感器1的增量型旋转编码器输出的脉冲进行计数，计算该脉冲数的累计值RP。
另外，在从基准值更新部32输出重置信号RST的情况下，相对位置信息取得部31重置到此为止计数得到的脉冲数的累计值RP。在重置后，相对位置信息取得部31再次开始脉冲的计数动作。
即，每当被从绝对位置传感器2_1～2_n输出探测信号时，相对位置信息取得部31重置累计值RP。因此，通过相对位置信息取得部31计算出的累计值RP是从刚才更新基准值AP起至接下来更新基准值AP为止的期间内从旋转编码器输出的脉冲数的累积值。
位置决定部33将通过基准值更新部32生成的基准值AP与基于通过相对位置信息取得部31计算出的脉冲数的累计值RP的阀轴200的旋转方向的机械位移量相加，计算可旋转范围SR内的阀轴200的绝对位置。位置决定部33将所计算出的阀轴200的绝对位置换算成阀开度，将换算成的值作为实际开度PV输出。
操作量计算部4是根据作为阀轴200的旋转方向的目标位置的阀开度的目标值SP以及由位置计算部3计算出的实际开度PV来计算阀轴200的操作量的功能部。操作量计算部4例如与位置计算部3同样地，能够通过由微控制器、CPU等程序处理装置实施的程序处理来实现。在上述例子的情况下，通过印刷基板20所搭载的IC芯片30来实现。
具体来说，操作量计算部4包括目标值取得部41、偏差计算部42以及操作量决定部43。
目标值取得部41是取得例如从阀控制系统中的上级装置(未图示)提供的阀开度的目标值SP的功能部。目标值SP是从外部控制器通过通信、例如4-20mA的模拟信号而被设定的。
偏差计算部42是计算通过目标值取得部41取得的阀开度的目标值SP与通过位置计算部3计算出的实际开度PV的偏差ΔP的功能部。
操作量决定部43根据通过偏差计算部42计算出的偏差ΔP，计算直至阀轴200到达基于目标值SP的旋转方向的目标位置为止所需的操作量MV。
操作部5是根据通过操作量计算部4计算出的操作量MV而在可旋转范围SR内操作阀轴200的功能部。具体来说，操作部5包括电动马达52、电动马达驱动部51以及减速机53。
电动马达52是产生用于操作阀轴200的旋转力的部件。作为电动马达52，能够例示出无刷马达、步进马达、同步马达等。
电动马达驱动部51是驱动电动马达52的功能部。具体来说，电动马达驱动部51通过将与通过操作量计算部4计算出的操作量MV相应的电流(或者电压)施加到电动马达52，从而使电动马达52的输出轴旋转。
减速机53是将由电动马达52产生的旋转力减速而传递到阀轴200的动力传递机构。例如，减速机53由行星齿轮机构等各种齿轮机构构成。通过将减速机53的输出轴连结到阀轴200，能够通过按规定的减速比使电动马达52的旋转力减速而得到的旋转力来使阀轴200旋转。
《实施方式1的旋转控制装置100的动作原理》
接下来，说明实施方式1的旋转控制装置100的动作原理。
首先，说明由旋转控制装置100实施的原点复位的动作。
图4是示出实施方式1的旋转控制装置100的原点复位动作模式下的动作流程的图。
在这里，以在旋转控制装置100的接入电源的时刻下阀轴200到达阀开度为80％的位置的情况为例进行说明。
在将电源接入到旋转控制装置100的情况下，旋转控制装置100在进行相对位置传感器的原点复位的处理的原点复位动作模式下开始动作。在原点复位动作模式下，旋转控制装置100向关闭调节阀的方向驱动电动马达52(S11)。具体来说，电动马达驱动部51根据通过操作量决定部43以使阀开度为0％的方式计算出的操作量MV，驱动电动马达52。
接下来，旋转控制装置100判定从绝对位置传感器2_1～2_n是否输出了探测信号(S12)。在步骤S12中，在从绝对位置传感器2_1～2_n未输出探测信号的情况下，旋转控制装置100继续以使阀开度为0％的方式驱动电动马达52。
另一方面，在步骤S12中，在从绝对位置传感器2_1～2_n输出了探测信号的情况下，旋转控制装置100将与输出探测信号的绝对位置传感器2_1～2_n对应的位置设为计算阀轴200的绝对位置时的基准值AP(初始点)(S13)。
例如，在图2的例子的情况下，在步骤S11中，阀轴200从阀开度为80％的位置向阀开度为0％的方向旋转，其后，在阀轴200到达阀开度为70％的位置Pb时，从绝对位置传感器2_4输出探测信号。此时，位置计算部3中的基准值更新部32将表示与输出探测信号的绝对位置传感器2_4对应的位置Pb的值设定为基准值AP，并且输出重置信号RST。
收到来自基准值更新部32的重置信号RST的相对位置信息取得部31重置至止计数得到的脉冲数的累计值RP(S14)。
根据以上所述，完成原点复位的处理，旋转控制装置100从原点复位动作模式转移到通常动作模式。
接下来，说明原点复位后的通常动作模式下的旋转控制装置100的动作。
图5是示出实施方式1的旋转控制装置的通常动作模式下的动作流程的流程图。
旋转控制装置100当原点复位动作模式结束时，转移到通常动作模式。在通常动作模式下，旋转控制装置100待机直至被从上级装置指示变更阀开度的目标值SP为止(S20)。在被指示了变更阀开度的目标值SP的情况下，旋转控制装置100的偏差计算部42判定基于通过位置计算部3计算出的阀轴200的绝对位置的实际开度PV是否大于从上级装置指示的目标值SP(S21)。
在步骤S21中，在实际开度PV大于目标值SP的情况下，旋转控制装置100向关闭调节阀的方向驱动电动马达52(S22)。具体来说，操作量决定部43根据通过偏差计算部42计算出的偏差ΔP，以使阀开度成为目标值SP的方式计算操作量MV，电动马达驱动部51根据该操作量MV来驱动电动马达52。
另一方面，在步骤S21中，在实际开度PV小于目标值SP的情况下，旋转控制装置100向打开调节阀的方向驱动电动马达52(S23)。具体来说，操作量决定部43根据通过偏差计算部42计算出的偏差ΔP，以使阀开度成为目标值SP的方式计算操作量MV，电动马达驱动部51根据该操作量MV来驱动电动马达52。
在步骤S22或者步骤S23之后，旋转控制装置100判定从绝对位置传感器2_1～2_n是否输出了探测信号(S24)。
在步骤S24中，在从绝对位置传感器2_1～2_n未输出探测信号的情况下，旋转控制装置100根据刚才通过基准值更新部32设定的基准值AP以及基于由相对位置信息取得部31计算出的来自相对位置传感器1的输出脉冲数的累计值RP的阀轴200的机械位移量，来计算实际开度PV(阀轴200的绝对位置)(S27)。
例如，当在上述原点复位的处理(步骤S11～S14)之后从绝对位置传感器2_1～2_n一次都未输出探测信号的情况下，对在原点复位动作模式的步骤S13中设定的基准值AP(在上述例子的情况下是阀开度为70％的位置)加上基于通过相对位置信息取得部31计算出的累计值RP的阀轴200的机械位移量，从而计算实际开度PV。
另一方面，在步骤S24中，在从绝对位置传感器2_1～2_n输出了探测信号的情况下，旋转控制装置100更新基准值AP(S25)。具体来说，基准值更新部32将与输出探测信号的绝对位置传感器2_1～2_n对应的位置设定为新的基准值AP。例如，在上述原点复位动作模式下，在刚刚将基准值AP设定为表示位置Pb(阀开度：70％)的值之后的步骤S24中，在从绝对位置传感器2_3输出探测信号的情况下，基准值更新部32将基准值AP从表示位置Pb(阀开度：70％)的值变更为表示位置Pm(阀开度：50％)的值。此时，基准值更新部32也输出重置信号RST。
收到来自基准值更新部32的重置信号RST的相对位置信息取得部31重置到此计数得到的相对位置传感器1的输出脉冲数的累计值RP(S26)。
接下来，旋转控制装置100根据在步骤S25中由基准值更新部32设定的基准值AP以及在步骤S26中重置之后由相对位置信息取得部31计数得到的累计值RP，计算实际开度PV(阀轴200的绝对位置)(S27)。例如，当在步骤S25中将基准值AP变更为表示位置Pm(阀开度：50％)的值的情况下，通过对该基准值AP加上基于在步骤S26之后由相对位置信息取得部31计数得到的累计值RP的阀轴200的机械位移量，从而计算阀轴200的绝对位置，根据该位置计算实际开度PV。
接下来，旋转控制装置100判定在步骤S27中计算出的实际开度PV是否与目标值SP一致(S28)。
在步骤S28中，在实际开度PV与目标值SP不一致的情况下，返回到步骤S21，旋转控制装置100再次进行上述处理(S21～S27)。另一方面，在步骤S28中，在实际开度PV与目标值SP一致的情况下，旋转控制装置100结束将阀开度设定为目标值的一系列的处理。
《实施方式1的旋转控制装置100的效果》
如上所述，在本发明的旋转控制装置100中，作为用于测定阀轴200的旋转方向的位置的位置传感器，除了非接触式的相对位置传感器1之外，还具备在阀轴200到达除开全闭位置Pc以及全开位置Po以外的第3位置(Pa、Pm、Pb)时输出探测信号的绝对位置传感器2_2～2_4。旋转控制装置100根据表示与输出探测信号的绝对位置传感器2_2～2_4对应的位置的基准值AP以及在输出该探测信号之后的、由相对位置传感器1检测到的机械位移的累计值RP，计算阀轴200的旋转方向的绝对位置。
据此，不仅全闭位置Pc以及全开位置Po，上述第3位置也能够视为阀轴200的位置测定中的基准点、即“原点”，所以，与仅将全闭位置Pc或者全开位置Po设定为原点的情况相比，能够缩短原点复位的处理所需的时间。
具体来说，当在可旋转范围SR内配置有n个绝对位置传感器2_1～2_n的情况下，在旋转控制装置100的电源接入时，使处于全开位置Po的阀轴200进行原点复位所需的时间T由下述式(1)表示。在这里，Tf是阀轴从全开位置移动至全闭位置所需的时间(全行程时间)。
【式1】
Figure BDA0001581197670000151
例如，在配置5个(n＝5)绝对位置传感器2_1～2_5、并且全行程时间Tf是60〔秒〕的情况下，使处于全开位置Po的阀轴200进行原点复位所需的时间T为60/(5-1)＝15〔秒〕。
这样，根据本发明的旋转控制装置100，能够缩短在使用如增量型旋转编码器那样的相对位置传感器1的情况下需要的阀轴200的原点复位所需的时间。
另外，本发明的旋转控制装置100每当阀轴200通过除了全闭位置Pc以及全开位置Po以外的第3位置时，进行与原点复位相同的处理。具体来说，在设为n＝5时，旋转控制装置100在从绝对位置传感器2_2～2_4输出探测信号的情况下，将基准值AP更新为表示与输出该探测信号的绝对位置传感器2_2～2_4对应的位置的值，并且重置累计值RP。
据此，即使在长时间运行旋转控制装置100的情况下，也能够减小上述的、由于构成减速机53等的齿轮的齿隙的累积、在作为电动马达52而在开环回路中使用步进马达、同步马达等电动马达的情况下的电动马达的失步以及在使用同步马达的情况下的电源频率的变动等而引起的、由相对位置传感器1实施的阀轴200的机械位移量的测定误差。由此，能够更准确地进行调节阀的阀开度控制。
另外，根据旋转控制装置100，通过设置多个绝对位置传感器2_1～2_n，从而即使在绝对位置传感器2_1～2_n中的一个发生故障的情况下，也能够通过其他绝对位置传感器2_1～2_n继续进行阀开度控制。由此，能够提高作为旋转控制装置100的可靠性。
另外，通过使设置于可旋转范围SR内的绝对位置传感器2_1～2_n的个数增加，能够进一步地减小原点复位所需的时间以及由相对位置传感器1实施的阀轴200的机械位移量的测定误差。
＜实施方式的扩展＞
以上，根据实施方式，具体说明了通过本发明者们完成的发明，但本发明不限定于此，在不脱离其主旨的范围内，能够进行各种变更，这自不待言。
例如，在上述实施方式中，示出了设置5个绝对位置传感器2_1～2_5的情况，但所设置的绝对位置传感器的个数不限定于此。下面，表示绝对位置传感器的另一配置例。
图6是示出绝对位置传感器的另一配置例的图。
在该图中，示出设为n＝3、将绝对位置传感器2_1配置于阀开度为0％的全闭位置Pc、将绝对位置传感器2_2配置于全闭位置Pc与全开位置Po的中间点、即阀开度为50％的位置Pm、并将绝对位置传感器2_3配置于阀开度为100％的全开位置Po的情况。
据此，在阀轴200到达全闭位置Pc、全开位置Po以及全闭位置Pc与全开位置Po的中间点的位置Pm时，进行原点复位(基准值AP的更新)，所以，与仅将全闭位置Pc或者全开位置Po设定为阀轴200的原点的情况相比，能够减小原点复位所需的时间以及由相对位置传感器1实施的机械位移量的测定误差。另外，能够抑制由于设置绝对位置传感器引起的追加的成本。
此外，在图6中，绝对位置传感器也可以不配置于阀开度为0％的全闭位置Pc和阀开度为100％的全开位置Po这两处，而配置于其中某一处。
图7是示出绝对位置传感器的再另一配置例的图。
在该图中，示出在阀开度为50％的位置Pm处设置一个绝对位置传感器2的情况。
据此，能够在全闭位置Pc与全开位置Po的中间点即位置Pm处进行原点复位，所以，与仅将全闭位置Pc或者全开位置Po设定为原点的情况相比，能够减小原点复位所需的时间以及由相对位置传感器1实施的机械位移量的测定误差。另外，绝对位置传感器有一个就行，所以，能够进一步地抑制由于设置绝对位置传感器引起的增加成本等。
另外，在上述实施方式中，例示出作为相对位置传感器1而使用增量型旋转编码器的情况，但只要能够以非接触方式检测操作对象轴的旋转方向的机械位移，就能够用作相对位置传感器1。例如在作为电动马达52而使用无刷马达的情况下，还能够将从构成该无刷马达的霍尔元件(霍尔IC)输出的信号作为相对位置传感器1而加以利用。
另外，在作为电动马达52而使用步进马达的情况下，也能够不另行设置相对位置传感器1，通过位置计算部3对用于驱动该步进马达的脉冲信号进行计数，计算操作对象轴的旋转方向的机械位移量。
另外，在作为电动马达52而使用同步马达的情况下，也能够不另行设置相对位置传感器1，而计算操作对象轴的旋转方向的机械位移量。例如，在将驱动同步马达的驱动时间设为T〔s〕、将旋转速度设为N〔rpm〕、将减速机的减速比设为1/G时，旋转角度Φ〔°〕由(T×N×360)/(60×G)表示。因此，通过位置计算部3进行上述计算，能够计算操作对象轴的旋转方向的机械位移量。
另外，在上述实施方式中，例示出将旋转控制装置100用作操作调节阀的阀轴200的电动式的操作器的情况，但通过旋转控制装置100操作的操作对象轴不限定于阀轴，能够应用于在旋转控制装置中使用相对位置传感器的所有开度测量系统。例如，还能够将旋转控制装置100用作操作减震器旋转轴的减震器用的操作器。
另外，在上述实施方式中，例示出使阀轴200插通于形成在印刷基板20的内侧的贯通孔20c的情况，但不限于此。例如也可以如图8所示，在印刷基板20的一边设置例如在俯视时为半圆形形状的缺口部20d，将阀轴200配置于该缺口部20d。在该情况下，电极21配置于印刷基板20的主面20a中的缺口部的周边20d即可。
符号说明
100…旋转控制装置(操作器)；200…阀轴；1…相对位置传感器；2、2_1～2_n…绝对位置传感器；3…位置计算部；4、4A…操作量计算部；5…操作部；31…相对位置信息取得部；32…基准值更新部；33…位置决定部；41…目标值取得部；42…偏差计算部；43…操作量决定部；51…电动马达驱动部；52…电动马达；53…减速机；SP…目标值；PV…实际开度；ΔP…偏差；MV…操作量；RP…累计值；AP…基准值；RST…重置信号。

Claims (9)

1.一种旋转控制装置，其控制操作对象轴的旋转，所述旋转控制装置的特征在于，具备：
相对位置传感器，其以非接触方式检测所述操作对象轴的旋转方向的机械位移；
多个绝对位置传感器，其在所述操作对象轴的旋转方向上的从第1位置至第2位置的可旋转范围内，与相互不同的多个位置中的每个位置对应地设置，在所述操作对象轴到达对应的位置时分别输出探测信号；
位置计算部，其根据在输出所述探测信号之后的、由所述相对位置传感器检测到的所述机械位移的累计值以及表示与输出该所述探测信号的所述绝对位置传感器对应的位置的基准值，计算所述操作对象轴的旋转方向的绝对位置；
操作量计算部，其根据所述操作对象轴的旋转方向的目标位置的信息以及由所述位置计算部计算出的所述操作对象轴的绝对位置，计算所述操作对象轴的操作量；以及
操作部，其根据由所述操作量计算部计算出的所述操作量，在所述操作对象轴的旋转方向上的从第1位置至第2位置的可旋转范围内，操作所述操作对象轴，
所述多个绝对位置传感器中的至少一个与所述可旋转范围内的除了所述第1位置以及所述第2位置以外的第3位置对应地设置。
2.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，
所述位置计算部在从所述绝对位置传感器输出了所述探测信号的情况下，重置所述机械位移的累计值。
3.根据权利要求1或者2所述的旋转控制装置，其特征在于，
所述第3位置是所述第1位置与所述第2位置的中间点。
4.根据权利要求1或者2所述的旋转控制装置，其特征在于，
所述多个绝对位置传感器中的一个在所述操作对象轴到达所述第1位置时，输出所述探测信号。
5.根据权利要求1或者2所述的旋转控制装置，其特征在于，
所述多个绝对位置传感器中的一个在所述操作对象轴到达所述第2位置时，输出所述探测信号。
6.根据权利要求1或者2所述的旋转控制装置，其特征在于，
所述操作对象轴是调节阀的阀轴，
所述第1位置是所述调节阀的阀开度为0％时的所述阀轴的旋转方向的位置，
所述第2位置是所述调节阀的阀开度为100％时的所述阀轴的旋转方向的位置，
所述第3位置是所述调节阀为0％和100％以外的阀开度时的所述阀轴的位置。
7.根据权利要求1或者2所述的旋转控制装置，其特征在于，
所述相对位置传感器是增量型的旋转编码器。
8.根据权利要求1或者2所述的旋转控制装置，其特征在于，
所述绝对位置传感器是限位开关。
9.一种旋转控制装置，其控制操作对象轴的旋转，所述旋转控制装置的特征在于，具备：
相对位置传感器，其以非接触方式检测所述操作对象轴的旋转方向的机械位移；
绝对位置传感器，其当在所述操作对象轴的旋转方向上的从第1位置至第2位置的可旋转范围内，所述操作对象轴到达除了所述第1位置以及所述第2位置以外的第3位置时，输出探测信号；
位置计算部，其根据在输出所述探测信号时之后的、由所述相对位置传感器检测到的所述机械位移的累计值以及表示与输出该所述探测信号的所述绝对位置传感器对应的位置的基准值，计算所述操作对象轴的旋转方向的绝对位置；
操作量计算部，其根据所述操作对象轴的旋转方向的目标位置的信息以及由所述位置计算部计算出的所述操作对象轴的绝对位置，计算所述操作对象轴的操作量；以及
操作部，其根据由所述操作量计算部计算出的所述操作量，在所述操作对象轴的旋转方向上的从第1位置至第2位置的可旋转范围内，操作所述操作对象轴。
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