JP2001075651A - バルブポジショナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空気式駆動部を有するバルブ制御において、バ
ルブの持つ特有の不感帯及びヒステリシスに対応させた
制御量を提供することでバルブの非線形性を吸収して応
答性を向上させたバルブポジショナを提供する。 【解決手段】バルブで制御することができる流体の流体
流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バ
ルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム
変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制
御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、制御量ＵＲに
基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換
手段とからなるバルブポジショナであって、デジタル演
算手段は、予めバルブのヒステリシス情報を蓄積してあ
るバルブヒステリシス情報手段と、制御量ＵＲと入力信
号ＳＰとヒステリシス情報とステム変位信号ＰＶとから
ヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算
手段と、ヒステリシス加算量Ｈｕｒと制御量ＵＲとを加
算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して電空変換手
段に供給するヒステリシス加算手段とを備えたことであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バルブポジショナ
に関するものであり、特にバルブ特有のヒステリシス並
びに電空変換部分に発生する不感帯を改良したバルブポ
ジショナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における調整弁の弁開度を所定
の信号に応じて制御するバルブポジショナにおいて、調
整弁を制御するアルゴリズムの開発は、その製品の性能
を決めることになるので極めて重要な事項になってきて
いる。

【０００３】以前においては、バルブポジショナは、機
械式のものが多いため、機械機構による制御アルゴリズ
ムが主流であり、Ｐ（比例）制御が圧倒的に多かった。
逆に、Ｐ制御以外のアルゴリズムは、機械機構では実現
できなかった。

【０００４】しかし、近年において、特にデジタル形式
のバルブポジショナが開発され、演算機能を有するポジ
ショナが出現している。この演算機能を持つことによ
り、制御アルゴリズムはソフトウエアで実現できるよう
になるため、おおよそ全ての方式の制御演算が可能にな
ってきている。従って、制御アルゴリズムは、Ｐ（比
例）制御からＰＩＤ（比例、積分、微分）制御に発達し
てきている。

【０００５】この結果、調整弁の制御性は格段に向上し
た。しかし、技術革新が進めば、市場の要求も更に厳し
くなるのは当然であって、現在では、更に優れた制御性
を持つポジショナが求められている。

【０００６】このような背景のもとにおいて、各ポジシ
ョナベンダーでは、調整弁の制御アルゴリズムの開発が
活発に進められている。採用されているアルゴリズム
は、ＰＩＤ制御アルゴリズムが最もポピュラーである
が、このＰＩＤ制御アルゴリズムだけでは調整弁特有の
非線形性を十分吸収することが出来ないため、ＰＩＤ制
御に色々な機能を付加することにより、調整弁の制御性
を向上させようとしている。

【０００７】このようなＰＩＤ動作機能を有するバルブ
ポジショナは、図１７に示すように、電気的な信号に基
づいて空気流量を制御してバルブをコントロールする、
所謂、電空ポジショナであり、その構成はバルブで制御
する流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号Ｓ
Ｐを入力し、且つこの入力信号ＳＰとバルブ１２位置の
フィードバック信号であるステム変位信号ＰＶに基づい
て制御量ＵＲを演算出力するコントローラ１１と、この
コントローラ１１からの制御量ＵＲに基づいて空気圧を
制御するＩ／Ｐモジュール１３と、Ｉ／Ｐモジュール１
３の信号によりバルブ１２に供給する空気流量を制御す
るパイロットリレー１４と、パイロットリレー１４から
の空気流量によりステムを変位させて流体を制御するバ
ルブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出するステム
変位センサ１５とから構成されている。このうち、Ｉ／
Ｐモジュール１３とパイロットリレー１４とで電空変換
部１６を構成する。

【０００８】このような構成からなるバルブポジショナ
の最もポピュラーなデジタルＰＩＤ制御の演算アルゴリ
ズムは、下記の式のようになる。

【０００９】Ｐ（ｎ）＝ＳＰ（ｎ）−ＰＶ（ｎ） Ｉ（ｎ）＝Δｔ／Ｔｉ＊Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ−１） Ｄ（ｎ）＝Ｔｄ／（Δｔ＋Ｉ／γ＊Ｔｄ）＊（Ｐ（ｎ−
１）−Ｐ（ｎ）＋１／γ＊Ｄ（ｎ−１） Ｕ（ｎ）＝Ｋｐ＊（Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ）＋Ｄ（ｎ）） ＳＰ；目標値（入力信号）、ＰＶ（ｎ）；フィードバッ
ク値（バルブ弁開度の信号；ステム変位信号）、Ｐ
（ｎ）；比例器、Ｉ（ｎ）；積分器、Ｄ（ｎ）；微分
器、Ｕ（ｎ）；制御信号（制御量）、Δｔ；制御周期、
Ｔｉ；積分時間、Ｔｄ；微分時間、γ；微分ゲイン、Ｋ
ｐ；比例ゲイン

【００１０】このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、図
１８に示すブロック図で示すことができ、バルブポジシ
ョナのＰＩＤ制御アルゴリズムの動作は、ＰＩＤの文字
通り、比例器（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）から
構成され、制御量ＵＲはそれぞれ、Ｐ、Ｉ、Ｄの値を加
算した値に、Ｋｐなる比例ゲインを乗算して得られる。

【００１１】比例器（Ｐ）は、ポジショナの入力信号Ｓ
Ｐと、調整弁の弁開度を示すステム変位をステム変位セ
ンサ１５で検出し、検出した電気信号をＡ／Ｄ変換器で
デジタル値に変換したステム変位信号ＰＶの値との差、
即ち、偏差値で表す。

【００１２】積分器（Ｉ）は、積分時間Ｔｉで設定され
るパラメータで決まる割合で、偏差値を積分するもので
ある。

【００１３】微分器（Ｄ）は、微分時間、微分ゲインで
設定されるパラメータで決まる割合で、偏差値を微分す
るものである。最終的な、制御量ＵＲは、比例器
（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）の値を加算したも
のに対し、比例ゲインＫｐを乗算した値で求める。

【００１４】コントローラ１１は、バルブステム変位信
号ＰＶを入力信号ＳＰにすばやく、正確にトラッキング
させるため、このような演算を行わないで制御量ＵＲを
求めている。例えば、入力信号ＳＰとステム変位信号Ｐ
Ｖとに差がある場合は、コントローラ１１はステム変位
信号ＰＶと入力信号ＳＰを近づける方向に制御量ＵＲの
値を変化する。又、入力信号ＳＰとステム変位信号ＰＶ
に差がない場合は、制御量ＵＲの値は変化しない。

【００１５】このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、単
純であるため、本質的に優れているが、制御対象に非線
形性が存在する場合、制御性が著しく悪化する場合があ
る。ここで、コントローラ１１によって制御対象となる
ものは、制御量ＵＲの値を供給する電空変換部１６から
バルブ１２までをさす。

【００１６】次に、具体的な制御対象で発生する非線形
性現象について述べる。制御対象の非線形性の一つは、
不感帯である。不感帯とは、ヒステリシスや他の要因に
より制御量ＵＲを変化させても、バルブ１２の弁開度に
対し感度が悪い、又は制御量ＵＲの変化により、バルブ
１２の弁開度経の変化は生じるが制御量ＵＲに応じたバ
ルブ１２の弁開度の変化率が得られない領域のことをさ
す。つまり、制御量ＵＲがバルブ１２の弁開度の制御を
適切に行えない領域のことである。

【００１７】ここでは、その不感帯の一例を示す。ポジ
ショナの一要素としてＩ／Ｐモジュール１３の出力信号
を入力して空気流量を増幅するパイロットリレー１４が
ある。このパイロットリレー１４には、入力空気信号
（通常ノズル背圧、以後、ノズル背圧と呼ぶ）と出力空
気流量の間に、空気を制御するために発生する特有の不
感帯が存在する。

【００１８】イロットリレー１４は、図１９に示すよう
に、筐体２０内部に４つの部屋、供給圧室２１、出力圧
室２２、排気圧室２３、背圧室２４とからなり、供給圧
室２１と出力圧室２２との間に給気弁座２５を設け、出
力圧室２２と排気圧室２３との間に排気弁座２６を設け
た構造となっている。給気弁座２５と排気弁座２６との
間にはポペット弁２７を摺動自在に配置した構造となっ
ている。排気弁座２６の上方側には筐体２０の内壁面に
取付けた出力圧ダイアフラム２８と、排気弁座２６の基
部端部側には背圧ダイアフラム２９を設けた構造となっ
ている。この両者のダイアフラム２８、２９によって、
出力圧室２２と排気圧室２３と背圧室２４とを隔離した
構成となっている。又、ポペット弁２７が、一方の端部
側からバネ３０により付勢されており、常時給気弁座２
５を閉塞するように機能している。更に、供給圧室２１
と出力圧室２２との隔壁には、貫通孔のブリード孔３１
を設けた構造となっている。

【００１９】このような構造からなるパイロットリレー
１４は、図２０に示すような、ブロック線図で表すこと
ができる。但し、原理を簡単に示すため、ポペット弁２
７のマス、不感帯、バネ３０、ブリード孔３１やメカニ
カルな摩擦等の影響はないものとする。

【００２０】このようなブロック線図の図２０を参照し
て、パイロットリレー１４の動作は、先ず背圧室２４の
ノズル背圧が変化することにより、排気弁座２５が背圧
ダイアフラム２９から力を受け、排気弁座２６が動く
（図１９において左方向）ことにより、出力圧室２２に
流れ込む空気流量又は、出力圧室２２から排気される空
気流量を調整することにより、出力圧を制御している。

【００２１】ここでポペット弁２７による不感帯につい
て説明する。定常状態では、ポペット弁２７は、供給圧
力で給気弁座２５に押し付けられているので閉まってい
る。従って、供給圧室２１から出力圧室２２には、ブリ
ード孔３１から空気が流れ込む。この出力圧は、一定な
ので、ブリード孔３１から流れ込んだ空気は、排気され
るので排気弁座２６はブリード孔３１から流れ込む流量
を排気するだけの開口面積をポペット弁２７との間に保
った状態でバランスしている。

【００２２】この状態から、ノズル背圧を減圧すると、
ノズル背圧の圧力を受け、排気弁座２６への力と変換す
る背圧ダイヤフラム２９にかかる圧力が減少し、排気弁
座２６はポペット弁２７から離れ、出力圧室２２と排気
圧室２３との開口面積が増え、出力圧室２２から空気は
流出し、出力圧室２２の圧力は下がる。やがて、出力圧
を受け、排気弁座２６へのフイードバック力に変換する
出力圧ダイアフラム２８にかかる圧力も減少し、排気弁
座２６はブリード孔３１から流れ込む流量を排気するだ
けの開口面積をポペット弁２７との間に保った状態でバ
ランスする。逆に、ノズル背圧を増加させると、排気弁
座２６はポペット弁２７に近づきやがて、ポペット弁２
７にぶつかり、出力圧室２２と排気圧室２３を遮断す
る。この状態では、供給圧室２１から出力圧室２２にブ
リード孔３１を通して流れ込む流量が出力圧室２２に供
給するだけで、出力圧室２２の圧力変化は小さく一定で
ある。ポペット弁２７自身は、供給圧とポペット弁２７
を押さえるバネ３０で押されているため、ポペット弁２
７が供給圧とバネ３０から受けている力を排気弁座２６
が受ける力を上回らない限り、給気弁座２５は開かな
い。従って、給気弁座２５を開くためには、ある一定以
上のノズル背圧の変化が必要になる。排気弁座２６がポ
ペット弁２７にぶつかり、ポペット弁２７を押し、給気
弁座２５を開くまでの間、出力圧の変化は、ブリード孔
３１から出力圧室２２に流れ込む流量での圧力の変化と
なり、ノズル背圧が変化しても変わらない。ノズル背圧
が増加して、ポペット弁２７を給気弁座２５から押し開
けると、ノズル背圧の変化に応じて、給気弁座２５の開
口面積が広がり、出力圧室２２に流入する空気流量が変
化するので、出力圧力の変化率も増加する。

【００２３】このような動作をするポペット弁２７を使
用するパイロットリレー１４は、図２１に示すように、
ノズル背圧の変化と出力圧力の変化率（ｄｐ／ｄｔ；流
量）にはノズル背圧が変化しても出力圧が変化しないと
いう構造上特有の不感帯が存在する。又、この不感帯
は、図２２に示すように、給気弁座２５が閉まり、ブリ
ード孔３１を介して供給圧室２１側から出力圧室２２側
に流れる場合には、給気側にのみ圧力が存在するため、
給排気の動特性に差が出てくる。つまり、出力圧の動特
性に非線形性が存在する場合、給排気特性が大きく変わ
ることになる。この非線形性は、バルブポジショナ又は
電空変換器が持つコントローラが吸収することが求めら
れており、その分制御アルゴリズムの設計を困難にして
いる。

【００２４】又、上述の不感帯と広い意味で同じくし、
一時的なバルブ１２の制御不能になるものとして、制御
部分をデジタル制御にし、バルブ特有のヒステリシスを
考慮したバルブポジショナがある。このデジタル制御す
るバルブポジショナは、図２３に示すように、バルブ１
２の弁開度をステム変位センサ１５で検出し、この検出
したステム変位信号ＰＶをフィードバック信号として利
用し、入力信号ＳＰと一致するように、バルブ１２の入
力圧の制御量ＵＲを決定している。この場合のバルブポ
ジショナは、一般にＰＩＤ制御アルゴリズムを利用して
おり、所謂、制御の部分をデジタルで演算制御するデジ
タル演算部３５を設けた構成が周知である。

【００２５】このバルブポジショナの構成は、入力信号
ＳＰと、ステムからのフィードバック信号であるステム
変位信号ＰＶとを入力して演算するデジタル演算部３５
と、演算された制御量ＵＲをアナログ値に変換するＤ／
Ａ変換部（Ｄ／Ａ）３６と、アナログ値を電流信号に変
換するＶ／Ｉ変換部（Ｖ／Ｉ）３７と、この信号Ｉに基
づいて気体流量を変換してバルブ１２に供給するＩ／Ｐ
モジュール１３、パイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４と、
バルブ１２のステム変位を検出するステム変位センサ
（ｍｍ／Ｖ）１５と、このステム変位センサ１５で検出
した信号を増幅する増幅器（Ａｍｐ）３８と、増幅され
た信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ）
３９とから構成されている。ここで、Ｖ／Ｉ変換部３７
と、Ｉ／Ｐモジュール１３と、パイロットリレー１４と
で電空変換部１６を構成する。

【００２６】デジタル演算部は、入力信号ＳＰとステム
変位信号ＰＶとを入力する偏差混合器４０と、混合され
た信号をＰＩＤ制御アルゴリズムで制御量ＵＲを算出す
るＰＩＤ演算部４１とから構成されている。

【００２７】このＰＩＤ演算部４１は、図２４に示すよ
うに、ＰＩＤ制御アルゴリズムを構成するものであり、
入力信号ＳＰとステム変位信号ＰＶとを偏差混合させた
信号ＳＰーＰＶを積分器（Ｉ）、比例器（Ｐ）、微分器
（Ｄ）にそれぞれ入力し、その出力信号を混合して比例
ゲインＫｐの値を可変させることで制御量ＵＲを得る構
成となっている。

【００２８】制御対象のバルブ１２の応答特性の理想
は、入力信号ＳＰに対して、無駄時間が無く、素早く応
答することであるが、実際には、制御対象のバルブ１２
にはヒステリシス（バルブのバッキングリアクション）
が存在し、微少な入力信号を与えた場合、出力圧がヒス
テリシスに打ち勝つまではバルブは応答しない。特に、
制御対象の時定数が小さい場合には、定数の比例ゲイン
Ｋｐの値を大きく取ると、系が発振するため、定数の比
例ゲインＫｐが大きく設定できず、入力信号ＳＰを与え
ても、制御対象のヒステリシスに打ち勝つ迄の圧力に比
例器（Ｐ）だけでの信号では達せず、積分器（Ｉ）の出
力が圧力を補うまでの時間が必要である。

【００２９】

【発明が解決するための課題】このように、従来技術に
おけるバルブポジショナにおいては、バルブ特有の不感
帯及びヒステリシスという問題が存在している。

【００３０】上述したような不感帯があるパイロットリ
レーを搭載しているバルブポジショナにおいては、以下
に示すような問題点をバルブの制御に与える。

【００３１】目標値である入力信号ＳＰとフイードバッ
ク値であるステム変位信号ＰＶが一致せず、偏差が生じ
た場合、図２２に示すように、バルブ制御は偏差を小さ
くする方向に、コントローラからの制御量ＵＲの値を変
化させる。偏差が大きく、制御量ＵＲの値の変化が不感
帯を超える大きさであれば、パイロットリレーの流量は
制御量ＵＲの値の大きさにより変化するが、やがて偏差
が小さくなると不感帯に入る。不感帯内では、制御量Ｕ
Ｒの値が変化してもパイロットリレーの出力流量は、ブ
リード孔から流れ込む流量で決まるので、バルブの調節
弁に供給するか又は排気する空気流量は一定となるの
で、調節弁ステムの速度は一定となり制御量ＵＲの値で
制御できなくなる。バルブの空気容量が小さい場合は、
問題はそれほど深刻ではないが、バルブの空気容量が大
きい場合は、ブリード孔という僅かな流量しか流せない
穴から流れる流量でバルブを動かすことになるので、ス
テムの応答は極端に遅くなる（図１９参照）。この間、
偏差は残っているわけであるから、当然積分器はその偏
差を積分している。つまり、積分器が必要以上に偏差を
留めてしまい、目標値の入力信号ＳＰでフイードバック
値のバルブステム変位信号ＰＶの値が止まらず行き過ぎ
が生じてしまう。一旦、行き過ぎが生じると必要以上に
偏差を留めた積分器がその偏差を吐き出すまでステムは
整定しない。このような問題には従来のＰＩＤ制御アル
ゴリズムを備えた制御器であるバルブポジショナでは対
応できないという問題がある。

【００３２】又、上述したデジタル制御をする場合であ
ってもポジショナの制御対象であるバルブの出力（バル
ブステム変位）がポジショナにフィードバックし、その
値が設定値と一致するような制御を行っていた。つま
り、｛ポジショナ＋バルブ｝の制御系を観測する信号
は、バルブのステム変位のみであるからこのような問題
が生じるものと観測できるのである。

【００３３】バルブのヒステリシスが直接影響される問
題として、ポジショナのＰＩＤ制御アルゴリズムそのも
のに問題を起因しているものと考えられる。以下、ポジ
ショナのＰＩＤ制御アルゴリズムにおいて如何にバルブ
のヒステリスの影響を被るかについての解析を行う。

【００３４】図２４より、比例器（Ｐ）、微分器
（Ｄ）、積分器（Ｉ）から操作量ＵＲは、偏差値ｅｒｒ
（ｔ）＝ｓｐ（ｔ）−ｐｖ（ｔ）とすると、下記の式１
で表すことができる。

【００３５】

【式１】

【００３６】このような制御アルゴリズムを備えたＰＩ
Ｄ制御アルゴリズムにおいて、所謂、ステップ入力信号
ＳＰを与えると、図２５に示すように、制御量ＵＲ（ｕ
ｒ（ｔ））は制御対象のバルブのヒステリシスが大きく
且つ入力ステップ信号ＳＰが小さい場合には、最初の微
分器（Ｄ）が出力する信号も小さくなるので制御量ＵＲ
（ｕｒ（ｔ））はバルブのヒステリシス（バルブのヒス
テリシスの是正点）を超えられない。このような場合
は、入力ステップ信号ＳＰを与えてもバルブステムはス
テップ信号ＳＰに反応せず、その後の積分器（Ｉ）の出
力がバルブのヒステリシスを打ち破るまで、バルブステ
ムは止まったままである。即ち、ステップ入力信号ＳＰ
を与えてからバルブが反応するまでの無駄な時間が発生
していることになる。

【００３７】又、微分器（Ｄ）の出力により、制御量Ｕ
Ｒ（ｕｒ（ｔ））がバルブのヒステリシスを超えたとし
ても通常のヒステリシスが小さい場合のような応答はで
きず、最終目標値に達する時間が長くなるという問題も
ある。これは上述式１からもわかるように、制御を行う
パラメータとして、バルブの位置情報であるステム変位
信号ＰＶの値と入力信号ＳＰの値だけで、操作量ＵＲを
決めていたためである。即ち、バルブのヒステリシスの
状態が操作量ＵＲに反映されないためヒステリシスの影
響を大きく受けているためである。

【００３８】更に、プラントの効率を上げるため、配管
に流れる流体の圧力及び温度が上がる傾向にあり、バル
ブからの流体の漏れを止めるため、バルブのパッキング
フリクションは大きくなり、その分、バルブのヒステリ
シスは大きくなる傾向にあるので、上記上述した問題は
更に大きくなってきている。

【００３９】従って、ＰＩＤ制御アルゴリズムを採用し
ているバルブポジショナにおいて、特にパイロットリレ
ーで発生する不感帯を削減又は減少させること、並びに
バルブ特有のヒステリスに対応したフイードバック制御
を適確にできるようにして、バルブの応答性を早くする
ことに解決しなければならない課題を有している。

【００４０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るバルブポジショナは、制御対象である
バルブの弁開度を設定するための入力信号ＳＰを受信す
ることができる受信手段と、前記弁開度を計測して電気
信号に変換するステム変位センサ手段と、該ステム変位
センサ手段からのステム変位信号ＰＶと、前記入力信号
ＳＰとの偏差とに基づいて弁開度位置を制御するための
制御量ＵＲを演算出力する制御演算手段と、前記制御量
ＵＲに基づいて前記バルブの弁開度を制御する電空変換
手段とからなるバルブポジショナであって、前記制御演
算手段は、前記制御対象の不感帯を演算し、該不感帯を
低減する一定の操作量を予め演算しておき、前記ステム
変位信号ＰＶと前記入力信号ＳＰとに偏差が生じた時
に、前記操作量を前記制御量ＵＲに重畳させるようにし
たことである。

【００４１】又、前記操作量を、前記制御量ＵＲに重畳
させる時並びに重畳を解除する時の条件は、前記偏差の
値に基づくこと；前記操作量を、前記制御量ＵＲに重畳
させる時の条件は、前記入力信号ＳＰが変化した時であ
り、前記制御量ＵＲへの重畳を解除する時の条件は、前
記偏差の値に基づくことである。

【００４２】他のバルブポジショナは、バルブで制御す
ることができる流体の流体流量を電気信号に変換して得
られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号
に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御
アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル
演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バルブに供
給する気体流量を制御する電空変換手段とからなるバル
ブポジショナであって、前記デジタル演算手段は、予め
バルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステ
リシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰ
と前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶとか
らヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演
算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量
ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して
前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを
備えたことである。

【００４３】又、前記ヒステリシス演算手段は、前記ス
テム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブス
テム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向
を検知する入力信号状態検出手段とを備え、前記バルブ
が動いていた方向と、前記入力信号ＳＰとによりこれか
らバルブが動こうとしている方向とが逆の場合に、バル
ブのヒステリシスをキャンセルするヒステリシス加算量
Ｈｕｒを前記制御量ＵＲに加算すること；前記バルブの
ヒステリシスをキャンセルする量は、前記バルブヒステ
リシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基
づいて設定すること；前記ヒステリシス演算手段は、前
記ステム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバル
ブステム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した
方向を検知する入力信号状態検出手段と、前記バルブが
静止した状態の時の制御量ＵＲを記憶する第１の記憶手
段と、前記入力信号ＳＰが変化した時の制御量ＵＲを記
憶する第２の記憶手段とを備え、第２の記憶手段の値か
ら前記第１の記憶手段の値を差し引いたヒステリシス補
正値を算出し、該ヒステリシス補正値に基づいたバルブ
のヒステリシス加算量Ｈｕｒを前記制御量ＵＲに加算す
ること；前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記バルブ
ヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情
報に基づいて算出することである。

【００４４】他のバルブポジショナは、バルブで制御す
ることができる流体の流体流量を電気信号に変換して得
られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号
に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御
アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル
演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給す
る気体流量を制御する電空変換手段と、該電空変換手段
における気体流量を検出する圧力センサ手段と、からな
るバルブポジショナであって、前記デジタル演算手段
は、予めバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバル
ブヒステリシス情報手段と、前記入力信号ＳＰと前記ヒ
ステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶと前記圧力セ
ンサ手段からの信号とからヒステリシス加算量Ｈｕｒを
算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加
算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス
制御量ＵＲ’を生成して前記電空変換手段に供給するヒ
ステリシス加算手段とを備えたことである。

【００４５】又、前記ヒステリシス演算手段は、前記バ
ルブの静止した時の前記圧力センサ手段からの信号を記
憶する第１の圧力記憶手段と、前記入力信号が変化した
時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第２の圧
力記憶手段とを備え、該第２の圧力記憶手段の値から前
記第１の圧力記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシ
ス補正値とし、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕ
ｒを算出すること；前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、
前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒス
テリシス情報に基づいて設定することである。

【００４６】他のバルブポジショナは、バルブで制御す
ることができる流体の流体流量を電気信号に変換して得
られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号
に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御
アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル
演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給す
る気体流量を制御する電空変換手段とからなるバルブポ
ジショナであって、前記デジタル演算手段は、前記バル
ブのヒステリシス情報を計測するヒステリシス計測手段
と、該ヒステリシス計測手段により算出したバルブのヒ
ステリシス情報を蓄積するバルブヒステリシス情報手段
と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリ
シス情報と前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス
加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記
ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算し
てヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手
段に供給するヒステリシス加算手段とを備えたことであ
る。

【００４７】又、前記ヒステリシス計測手段は、通常運
転に入る前に、制御量ＵＲがバルブの時定数の影響を受
けないように充分ゆっくりした速度で可変し、該バルブ
が動いた時の制御量ＵＲの順方向初期値と、該バルブが
逆方向に動いた時の制御量ＵＲの逆方向初期値とを算出
し、前記順方向初期値から逆方向初期値とを差し引いた
値をバルブのヒステリシス情報とすること；前記ヒステ
リシス演算手段は、前記ステム変位信号ＰＶからバルブ
の動きを検出するバルブステム状態検出手段と、前記入
力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出
手段とを備え、前記バルブが動いていた方向と、前記入
力信号ＳＰとによりこれからバルブが動こうとしている
方向とが逆の場合に、バルブのヒステリシスをキャンセ
ルするヒステリシス加算量Ｈｕｒを制御量ＵＲに加算す
ること；前記バルブのヒステリシスをキャンセルする量
は、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されている
ヒステリシス情報に基づいて設定することである。

【００４８】他のバルブポジショナは、バルブで制御す
ることができる流体の流体流量を電気信号に変換して得
られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号
に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御
アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル
演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給す
る気体流量を制御する電空変換手段と、該電空変換手段
における気体流量を検出する圧力センサ手段と、からな
るバルブポジショナであって、前記デジタル演算手段
は、前記バルブのヒステリシス情報を計測するヒステリ
シス計測手段と、該ヒステリシス計測手段により算出し
たバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒス
テリシス情報手段と、前記入力信号ＳＰと前記ヒステリ
シス情報と前記ステム変位信号ＰＶと前記圧力センサ手
段からの信号とからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出す
るヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈ
ｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量
ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリ
シス加算手段とを備えたことである。

【００４９】又、前記ヒステリシス計測手段は、通常運
転に入る前に、制御量ＵＲをゆっくりした速度で可変
し、前記バルブが動いた時に前記圧力センサで検出した
順方向初期値と、該制御量ＵＲを逆方向に可変して該バ
ルブが逆方向に動いた時に該圧力センサで検出した逆方
向初期値とを算出し、前記順方向初期値から逆方向初期
値を差し引いた値をバルブのヒステリシス情報とするこ
と；前記ヒステリシス演算手段は、前記バルブの静止し
た時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第１の
圧力記憶手段と、前記入力信号が変化した時の前記圧力
センサ手段からの信号を記憶する第２の圧力記憶手段と
を備え、該第２の圧力記憶手段の値から前記第１の圧力
記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシス補正値と
し、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出す
ること；前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記バルブ
ヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情
報に基づいて設定することである。

【００５０】このように制御対象のバルブ特有の不感帯
を考慮し、この不感帯を低減する一定の操作量を予め演
算しておき、ステム変位信号と入力信号に偏差が生じた
時に、予め演算しておいた操作量を、制御量ＵＲに重畳
させるようにしたことにより、不感帯の削減又は縮小を
することが可能になる。

【００５１】又、バルブ特有のヒステリシスにおいて
は、その特有な特徴から発生するバルブヒステリシス情
報を、バルブ制御の条件環境に合わせて追加及び補正を
することにより、バルブのヒステリシスを抹消した状態
にして迅速なバルブ応答性を可能にすることができる。

【００５２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るバルブポジシ
ョナの種々の実施の形態について図面を参照して説明す
る。尚、従来技術で説明したものと同じものには、同一
符号を付けて説明する。

【００５３】本発明に係る第１の実施の形態のバルブポ
ジショナは、従来技術で説明したパイロットリレー１４
（図１９参照）と同じ構成となっており、そのバルブ特
有の不感帯を低減する手法に関するものである。従って
従来技術での図１７及び図１９はそのまま引用する。

【００５４】パイロットリレー１４における不感帯は、
供給圧と大気圧とポペット弁２７の形状によりほぼ決ま
るため、どのような状態でもほぼ一定である事が考えら
れる。従って、不感帯がある方向にバルブ１２を駆動す
る時に、不感帯の量は予め解っているので不感帯を打ち
消す方向に制御量ＵＲを算出すれば不感帯を軽減できる
はずである。

【００５５】このような、バルブ１２特有の不感帯を考
慮し、且つ不感帯の影響を軽減するに適切な制御量ＵＲ
に適宜重畳するブーストＢｏｏｓｔ機能（操作量）を有
するようにしたバルブポジショナの動作について、図１
に示すブロックフロー及び図２に示すタイミングチャー
トを参照して説明する。

【００５６】先ず、制御演算手段を備えているコントロ
ーラ１１は、偏差の方向は、バルブの不感帯が発生する
方向か否かを検出する（ステップＳＴ１１）。

【００５７】もし、偏差の方向が不感帯を存在する方向
である場合には、偏差の量はＢｏｏｓｔ機能が必要な大
きさであるかを検討する（ステップＳＴ１２）。即ち、
図２に示すように、Ｂｏｏｓｔが必要な一定の偏差値
と、Ｂｏｏｓｔが不必要な一定の偏差値とを予め設定し
ておき、偏差量が、Ｂｏｏｓｔが必要な偏差値を超える
場合には、Ｂｏｏｓｔをオンにする。

【００５８】もし、Ｂｏｏｓｔ機能が不必要であれば、
制御量｛ＵＲ＝ＵＲ｛の処理（ステップＳＴ１３、ＳＴ
１４）をし、Ｂｏｏｓｔ機能が必要な場合には、制御量
｛ＵＲ＝ＵＲ＋Ｂｏｏｓｔ｝の処理をして制御量ＵＲに
Ｂｏｏｓｔを重畳させる処理を行う（ステップＳＴ１
５）。この制御量ＵＲに重畳させると、図２に示すよう
に、制御量ＵＲがＢｏｏｓｔ分だけ加わるから急激に大
きくなり、下降勾配して減少し、Ｂｏｏｓｔが不必要な
偏差値までくると、制御量ＵＲはなくなる。

【００５９】尚、このように、Ｂｏｏｓｔが必要な偏差
値とＢｏｏｓｔが不必要な偏差値との２個のしきい値に
より重畳動作を行わせているが、１つのしきい値であっ
てもよい。しかし、ステム変位信号ＰＶの値のバラツキ
やノイズの影響等を考えると２段階のしきい値でＢｏｏ
ｓｔの判断を行うほうがより安定した制御をすることが
できる。

【００６０】次に、Ｂｏｏｓｔにより重畳する他の具体
例について、図３のフローチャート、及び図４のタイミ
ングチャートを参照して説明する。この手法は、Ｂｏｏ
ｓｔの判断を全て偏差で行わないで、入力信号ＳＰの値
で行う手法である。

【００６１】先ず、制御演算手段において、入力信号Ｓ
Ｐの変化は不感帯が存在する方向か否かを判断する（ス
テップＳＴ２１）。

【００６２】もし、不感帯が存在する方向である場合に
は、その入力変化量は、Ｂｏｏｓｔが必要な大きさか否
かを判断する（ステップＳＴ２２）。もし、不感帯が存
在する方向でない場合には、現在Ｂｏｏｓｔ機能を使用
しているか否かを判断する（ステップＳＴ２３）。既
に、Ｂｏｏｓｔ機能を搭載している場合には、現実の偏
差の量がＢｏｏｓｔ機能が不必要な大きさであるか否か
を判断する（ステップＳＴ２４）。ステップＳＴ２２に
戻って、Ｂｏｏｓｔが必要な大きさまたはＢｏｏｏｓｔ
が必要である場合には、図４に示すように、入力信号Ｓ
Ｐの値がＢｏｏｓｔを必要とする入力信号ＳＰの変化量
（しきい値）を超えた場合であり、且つ偏差の値がＢｏ
ｏｓｔが不必要な偏差値を超えた状態である。この条件
を満足すると、Ｂｏｏｓｔがオンになり、制御量ＵＲが
必要な値に急激に上昇する。

【００６３】即ち、Ｂｏｏｓｔが必要と判断すると、制
御量｛ＵＲ＝ＵＲ＋Ｂｏｏｓｔ｝の処理をする（ステッ
プＳＴ２５）。Ｂｏｏｓｔが必要でない場合には、制御
量｛ＵＲ＝ＵＲ｝の処理をする（ステップＳＴ２６）。

【００６４】このように、入力信号ＳＰの変化量に応じ
てＢｏｏｓｔを重畳させるようにすることにより、不感
帯を減少又はなくして、正確且つ精巧なバルブ制御を達
成することができるのである。

【００６５】尚、実施例においては、パイロットリレー
１４の不感帯の例を扱ったが、これに限定されることな
く通常電空変換部は、ポジショナ内部に持っている要
素、例えばＩ／Ｐ変換機構、パイロットリレー、ステム
変位センサ等に加え、制御のターゲットであるバルブを
含んだ制御対象の中には様々な不感帯がある。これらの
不感帯を演算、又は予測することにより、上述したパイ
ロットリレー１４の不感帯軽減と同様の効果を得ること
ができる。

【００６６】次に、第２の実施の形態のバルブポジショ
ナについて図面を参照して説明する。第２の実施の形態
のバルブポジショナは、バルブのヒステリシスをフイー
ドバック制御して、バルブの応答性を早めるようにした
ことであり、以下その種々の実施例について説明する。

【００６７】第１の実施例のバルブポジショナは、ポジ
ショナの入力信号ＳＰが変化した場合、ポジショナは入
力信号ＳＰの変化とバルブの弁開度が一致するように制
御するが、バルブにヒステリシスがあるため無駄な時間
が生じる。従って、バルブのヒステリシスの情報を予め
入力又は測定により記憶しておき、入力信号ＳＰが変化
した時にヒステリシスに相当するバルブの操作量をバイ
アスとして制御量ＵＲに加算することにより、バルブの
ヒステリシスを見かけ上キャンセルできる。この方法に
より、無駄な時間を短縮し、入力信号ＳＰの変化に対し
て機敏な応答特性が得られる。

【００６８】このような機能を有するバルブポジショナ
の構成は、図５に示すように、バルブ１２が制御する流
体量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰとバル
ブ１２からのフィードバック信号とから制御量ＵＲを算
出するデジタル演算部３５Ａと、ヒステリシス制御量Ｕ
Ｒ’をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部３６と、ア
ナログ信号Ｖに基づいてバルブ１２に供給する空気流量
を制御する電空変換部１６と、バルブ１２と、バルブ１
２のステム変位を検出するステム変位センサ（ｍｍ／
Ｖ）１５と、ステム変位センサ１５からの信号を増幅す
るアンプ（Ａｍｐ）３８と、増幅された信号をデジタル
値に変換してステム変位信号ＰＶを生成するＡ／Ｄ変換
器３９とから構成されている。電空変換部１６はヒステ
リシス制御量ＵＲ’を電流Ｉに変換する変換部（Ｖ／
Ｉ）３７と、電流Ｉに基づいて空気流量を制御する入力
モジュール（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量をバルブ１２に
供給するパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４とから構成さ
れている。

【００６９】デジタル演算部３５Ａは、バルブ１２のヒ
ステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒ
ステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスを
キャンセルする方向を検知するためのバルブステム状態
検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を検知する
入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動いていた方
向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１２が動こ
うとしている方向が逆である場合、バルブ１２のヒステ
リシスをキャンセルさせることを判断するヒステリシス
演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセル
させるだけの操作量に相当するヒステリシス加算量Ｈｕ
ｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出し、操作量
ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９とから構成され
ている。

【００７０】このような構成からなるバルブポジショナ
は、図６に示すように、バルブヒステリシスの情報を制
御量ＵＲに加算する条件は、入力信号ＳＰが変化した
時、バルブステムが動いている方向又は動いていた方
向が入力信号ＳＰが変化した方向と逆である時、の２条
件が同時に成り立つ時にバルブヒステリシス操作量換算
値ＶＨを制御量ＵＲに換算する制御をする。ここで、バ
ルブヒステリシスを加算する方向とは、ステム変位信号
ＰＶが増加する方向がバルブステムが開く方向であり、
ステム変位信号ＰＶが減少する方向がバルブステムが閉
まる方向とする。

【００７１】このような特性を有するバルブポジショナ
の動作について、図７に示すフローチャートを参照にし
て以下説明する。

【００７２】先ず、ヒステリス加算量｛Ｈｕｒ＝０｝、
バルブ移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にプリセットする（ステ
ップＳＴ１１）。

【００７３】そして、ステム変位信号ＰＶ｛ｐｖ
（ｎ）｝が前の状態と比較して正の状態になった時は、
バルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にセットする（ス
テップＳＴ１３）。負の場合にはバルブステム移動方向
｛ｐｖｄ＝−１｝にセットする（ステップＳＴ１４、Ｓ
Ｔ１５）。

【００７４】次に、入力信号ＳＰがゼロの時は、ステッ
プＳＴ１２に戻ってバルブ移動方向ｐｖｄを検出するよ
うにし、もし、入力信号ＳＰに変化が生じて正の状態の
時は入力信号変化方向｛ｓｐｄ＝１｝にセットし、負の
場合には入力信号変化方向｛ｓｐｄ＝−１｝にセットす
る（ステップＳＴ１６、ＳＴ１７、ＳＴ１８、ＳＴ１
９）。

【００７５】この状態で、次に入力信号変化方向ｓｐｄ
とバルブステム移動方向ｐｖｄの積が負の場合、即ち、
バルブステムが逆方向に動いたか又は入力信号ＳＰが以
前よりマイナスの場合である（ステップＳＴ２０）。こ
の状態で、バルブステムが逆方向に動いた場合には、ヒ
ステリシス加算量Ｈｕｒはバルブヒステリシス操作量換
算値ＶＨを差し引いた値にする（ステップＳＴ２１、Ｓ
Ｔ２２）。バルブステムが順方向に動いた場合には、ヒ
ステリシス加算量Ｈｕｒはバルブヒステリシス操作量換
算値ＶＨを加算した値にする（ステップＳＴ２３）。

【００７６】そして、このヒステリシス加算量Ｈｕｒを
ＰＩＤ演算部４１の出力値である制御量ＵＲ｛ｕｒ
（ｎ）｝に加算したヒステリシス制御量ＵＲ’（ヒステ
リシス操作量ｕｒ’（ｎ））を生成する（ステップｓｔ
２４）。

【００７７】このようにして、バルブステムの動き及び
入力信号ＳＰの変化に対応させてバルブヒステリシスを
加減させることによってバルブ１２の応答性が迅速にな
るように制御することができるのである。

【００７８】次に、第２の実施例のバルブポジショナに
ついて図面を参照して説明する。

【００７９】第２の実施例のバルブポジショナは、上述
した第１の実施例で説明した図５に示す構成と同じであ
り、相違するのはヒステリシス演算部４８で制御する手
法が異なる。即ち、ヒステリシス演算部４８はバルブ１
２のヒステリシス状態を勘案してヒステリシス量を補正
して、バルブヒステリシス加算量Ｈｕｒをヒステリシス
加算器４９に与えるようにしたことである。

【００８０】即ち、バルブステムが停止している状態
で、ステム変位信号ＰＶの値が完全に入力信号ＳＰの値
と完全に一致していない場合、ＰＩＤ演算部４１の積分
器の出力は変化し、それに応じて制御量ＵＲは変化す
る。つまり、ヒステリシス内にバルブステムが入り込む
ことにより、制御量ＵＲが変化しても、バルブ１２は動
かない。いずれは、積分器の出力がヒステリシスを打ち
破る値になりバルブ１２は動くのだが長い時間がかか
る。このような状態で入力信号ＳＰが変化した場合、加
算するヒステリシスの量が多くなりすぎ、正確な制御が
できない場合がある。従って、ヒステリシス演算部４８
は、バルブが静止した状態を検知するバルブステム状態
検出部４６でバルブステムが静止した状態を知り、その
時の制御量ＵＲの値を入力信号状態検出部４７で検出
し、その時の制御量ＵＲ（ｕｒ１）を第１の記憶手段に
記憶する。また、入力信号ＳＰが変化した時の制御量Ｕ
Ｒ（ｕｒ２）を第２の記憶手段に記憶する。そして、こ
の第２の記憶手段の値から第１の記憶手段の値とを差し
引いた値（ｕｒ２ーｕｒ１）をヒステリシス補正値（＝
ヒステリシス加算量Ｈｕｒ）として、バルブ１２のヒス
テリシスを制御量ＵＲに加算してヒステリシス制御量Ｕ
Ｒ’とする。

【００８１】このヒステリシスの情報をヒステリシス制
御量ＵＲ’に加算する条件は、図８に示すように、入
力信号ＳＰが変化した時、バルブステムが動いている
時、バルブステムが停止している時、バルブステム
が動いている方向又は動いた方向と入力信号ＳＰが変化
した方向と逆である時、バルブステムが動いている方
向又は動いた方向と入力信号ＳＰが変化した方向が同じ
である時である。

【００８２】そして、、、の条件が同時に成り立
つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ
（±は方向により＋又は−となる）｝の計算をする。
、、の条件が成り立つ時は、ヒステリシス加算量
｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計算
をする。、、の条件が成り立つ時は、ヒステリシ
ス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計
算をする。これら以外の時は、ヒステリシス加算量｛Ｈ
ｕｒ＝Ｈｕｒ（何も行わない）｝の計算をしてバルブヒ
ステリシスを加算する方向に制御する。ここでステム変
位信号ＰＶの値が増加する方向がバルブステムが開く方
向、ステム変位信号ＰＶの値が減少する方向がバルブス
テムが閉まる方向とする。

【００８３】このような特性を有するバルブポジショナ
の動作について、図９に示すフローチャートを参照して
以下説明する。

【００８４】先ず、ヒステリス加算量｛Ｈｕｒ＝０｝、
バルブ移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にプリセットする（ステ
ップＳＴ３１）。

【００８５】そして、ステム変位信号ＰＶ｛バルブステ
ム値ｐｖ（ｎ）｝を前の状態と比較して正の状態になっ
た時は、バルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝１、ｐｖｚ＝
０｝にセットする（ステップＳＴ３２、ＳＴ３３）。負
の場合にはバルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝−１、ｐｖ
ｚ＝０｝にセットする（ステップＳＴ３４、ＳＴ３
５）。そして、フラグを｛ｆｌａｇ１＝０｝にセットす
る（ステップＳＴ３６）。

【００８６】ステム変位信号ＰＶ（バルブステム値ｐｖ
（ｎ））を前の状態と比較した時に正でも負でもない状
態、即ち、ステム変位信号ＰＶに変化がなかった時に
は、｛ｐｖｚ＝０｝にセットする（ステップＳＴ３
７）。

【００８７】次に、｛ｐｖｚ＝１およびｆｌａｇ＝０｝
の時、即ち、ステム変位信号ＰＶの値に変化があった時
には、第１の制御量ＵＲを｛ｕｒ１＝ｕｒ（ｎ）、ｆｌ
ａｇ＝１｝にセットする（ステップＳＴ３８、ＳＴ３
９）。

【００８８】この状態で、入力信号ＳＰ｛入力信号値ｓ
ｐ（ｎ）｝が変化しない時には、ステップ３２に戻り、
バルブステムの変化を検出する（ステップＳＴ４０）。
正の方向に動いた場合には入力信号変化方向を｛ｓｐｄ
＝１｝にセットする（ステップＳＴ４１、ＳＴ４２）。
もし、入力信号値ｓｐ（ｎ）が負の方向に動いた場合に
は、入力信号変化方向を｛ｓｐｄ＝−１｝にセットする
（ステップＳＴ４３）。

【００８９】そして、ＰＩＤ演算部４１の出力である第
２の制御量ＵＲ｛ｕｒ２＝ｕｒ（ｎ）｝にセットする
（ステップＳＴ４４）。入力信号変化方向ｓｐｄとバル
ブステム移動方向ｐｖｄのどちらかがマイナス方向であ
る場合において、バルブ１２が停止している時の｛ｐｖ
ｚ＝１｝である時であって、入力信号変化方向ｓｐｄが
正の場合には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈｕｒ＝Ｈ
ｕｒ＋ＶＨ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計算をし、ヒステ
リシス制御量ＵＲ’｛ｕｒ’＝ｕｒ＋Ｈｕｒ｝を算出し
てステップＳＴ３２に戻る（ステップＳＴ４５、ＳＴ４
６、ＳＴ４７、ＳＴ４８、ＳＴ４９）。

【００９０】ステップＳＴ４６において、バルブ１２が
動作している時に、入力信号変化方向ｓｐｄが正の方向
の時は、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ＋
ＶＨ｝の計算をし、入力信号変化方向ｓｐｄが負の方向
の場合には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈｕｒ＝Ｈｕ
ｒ−ＶＨ｝の計算をして、ヒステリシス制御量ＵＲ’
｛ｕｒ’＝ｕｒ＋Ｈｕｒ｝を算出してステップＳＴ３２
に戻る（ステップＳＴ４６、ＳＴ５２、ＳＴ５３、ＳＴ
５４、ＳＴ４９）。

【００９１】ステップＳＴ４５において、入力信号変化
方向ｓｐｄとバルブステム移動方向ｐｖｄとの両者とも
正の方向である場合において、バルブが停止している時
の｛ｐｖｚ＝１｝には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈ
ｕｒ＝Ｈｕｒ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計算をし、ヒス
テリシス制御量ＵＲ’｛ｕｒ’＝ｕｒ＋Ｈｕｒ｝を算出
してステップＳＴ３２に戻る（ステップＳＴ４５、ＳＴ
５０、ＳＴ５１、ＳＴ４９）。

【００９２】このようにして、バルブヒステリシスの量
を補正するようにすると制御状態に対応させたヒステリ
シスを補正してフイードバックすることができるのであ
る。

【００９３】次に、第３の実施例のバルブポジショナに
ついて図面を参照して説明する。

【００９４】第３の実施例のバルブポジショナは、ヒス
テリシス量を補正していたものに加えて、バルブに供給
する空気量を検出する圧力センサを備え、制御量ＵＲが
変化しなくともバルブの入力圧が変化する場合を検出し
て、正確なヒステリシスの補正分を計算し、フィードバ
ック制御するようにしたものである。

【００９５】このバルブポジショナの構成は、図１０に
示すように、バルブ１２が制御する流体量を電気信号に
変換した入力信号ＳＰとバルブ１２からのフィードバッ
ク信号とから制御量ＵＲを算出するデジタル演算部３５
Ｂと、ヒステリシス制御量ＵＲ’をアナログ信号に変換
するＤ／Ａ変換部３６と、アナログ信号Ｖに基づいてバ
ルブ１２に供給する空気流量を制御する電空変換部１６
と、バルブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出する
ステム変位センサ（ｍｍ／Ｖ）１５と、ステム変位セン
サ１５からの信号を増幅するアンプ（Ａｍｐ）３８と、
増幅された信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３
９とから構成されている。電空変換部１６はヒステリシ
ス制御量ＵＲ’を電流Ｉに変換する変換部（Ｖ／Ｉ）３
７と、電流Ｉに基づいて空気流量を制御する入力モジュ
ール（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量をバルブ１２に供給す
るパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４とから構成されてい
る。このパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４に供給される
空気流量の圧力を検出する圧力センサ５１と、この圧力
センサ５１のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器５２と、このＡ／Ｄ変換器５２で変換された
デジタル値である圧力信号ｐｏｕｔがデジタル演算部３
５Ｂのヒステリシス演算部４８とバルブヒステリシス情
報部４５に入力される構成となっている。

【００９６】デジタル演算部３５Ｂは、バルブ１２のヒ
ステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒ
ステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスを
キャンセルする方向を検知するために必要な情報である
ところの、バルブステムの動作状態を検知するバルブス
テム状態検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を
検知する入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動い
ていた方向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１
２が動こうとしている方向が逆である場合、バルブ１２
のヒステリシスをキャンセルさせることを判断するヒス
テリシス演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキ
ャンセルさせるだけの操作量に相当するヒステリシス加
算量Ｈｕｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出
し、制御量ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９とか
ら構成されている。

【００９７】ヒステリシス演算部４８は、入力信号状態
検出部４７からの信号とバルブステム状態検出部４６か
らの信号と、電空変換部１６からの空気流量を電気信号
に変換した圧力信号ｐｏｕｔとを入力してヒステリシス
加算量Ｈｕｒを算出する。

【００９８】このような構成からなるバルブポジショナ
は、バルブステムが停止したことを、バルブステム状態
検出部で検出し、その時のバルブの入力圧ｐｏｕｔ１を
圧力センサ５１で検出したアナログ信号をデジタル値の
圧力信号ｐｏｕｔにして、ｏｕｔｐ１として記憶する。
そして、入力信号ＳＰが変化したことを入力信号状態検
出部４７で検知し、その時のバルブの入力圧ｐｏｕｔ２
を圧力センサ５１から検出して、ヒステリシス演算部４
８で、バルブ１２が静止してから入力信号ＳＰが変化す
るまでに変化した圧力値｛ｐｏｕｔ２−ｐｏｕｔ１｝に
相当する制御量ＵＲの値をヒステリシス補正値として、
演算し、加算してヒステリシスを演算し、ヒステリシス
加算器４９に与える。

【００９９】このヒステリシスの情報を制御量ＵＲに加
算する条件は、図１１に示すように、入力信号ＳＰが
変化した時、バルブステムが動いている時、バルブ
ステムが静止している時、バルブステムが動いている
方向又は動いていた方向と入力信号ＳＰが変化した方向
と逆である時、バルブステムが動いている方向又は動
いていた方向と入力信号ＳＰが変化した方向が同じであ
る時である。

【０１００】そして、、、の条件が同時に成り立
つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ
（±は方向により＋又は−となる）｝の計算をする。
、、の条件が同時に成り立つ時は、ヒステリシス
加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ−（ｏｕｔｐ２−ｏｕｔ
ｐ１）／Ｇｒ｝の計算をする。、、の条件が同時
に成り立つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ
−（ｏｕｔｐ２−ｏｕｔｐ１）／Ｇｒ｝の計算をする。
これら以外の時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕ
ｒ（何も行わない）｝の計算をしてバルブヒステリシス
を加算する方向に制御する。ここでステム変位信号ＰＶ
の値が増加する方向がバルブステムが開く方向、ステム
変位信号ＰＶの値が減少する方向がバルブステムが閉ま
る方向とする。

【０１０１】このような特性を有するバルブポジショナ
の動作について、図１２に示すフローチャートを参照に
して以下説明する。

【０１０２】先ず、ヒステリス加算量｛Ｈｕｒ＝０｝、
バルブ移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にプリセットする（ステ
ップＳＴ６１）。

【０１０３】そして、ステム変位信号ＰＶ｛ｐｖ
（ｎ）｝が前の状態と比較して正の状態になった時は、
バルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝１、ｐｖｚ＝０｝にセ
ットする（ステップＳＴ６２、ＳＴ６３）。負の場合に
はバルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝−１、ｐｖｚ＝０｝
にセットする（ステップＳＴ６２、ＳＴ６４）。

【０１０４】次に、入力信号ＳＰがゼロの時は、｛ｐｖ
ｚ＝１｝にセットする（ステップＳＴ６７）。

【０１０５】ステップＳＴ６６及びステップＳＴ６７に
おいて、入力信号ＳＰがゼロでない時には、｛ｆｌａｇ
１＝０｝にセットし、バルブ１２が停止している時｛ｐ
ｖｚ＝１及びｆｌａｇ＝０｝の場合には、｛ｐｏｕｔ１
＝ｐｏｕｔ（ｎ）、ｆｌａｇ＝１｝にセットする（ステ
ップＳＴ６８、ＳＴ６９）。

【０１０６】この状態で、次に入力信号ＳＰに変化がな
いとステップＳＴ６２に戻りバルブステムの変化を検知
する（ステップＳＴ７）。

【０１０７】ステップＳＴ７０において、入力信号ＳＰ
に変化があり、その変化が正の方向である時には、｛ｓ
ｐｄ＝１｝をセットし、負の方向である時には｛ｓｐｄ
＝−１｝をセットし、｛ｐｏｕｔ２＝ｐｏｕｔ（ｎ）｝
をセットする（ステップＳＴ７１、ＳＴ７２、ＳＴ７
３、ＳＴ７４）。

【０１０８】ステップＳＴ７５において、バルブステム
移動方向の積が負の場合、即ち、バルブステムが逆方向
に動いたか又は入力信号ＳＰが以前よりマイナスの場合
は、バルブ状態フラグ｛ｐｖｚ＝１｝である時には、入
力信号変化方向が正の方向である場合には、ヒステりシ
ス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ＋ＶＨ−（ｐｏｕｔ２−ｐｏ
ｕｔ１）／Ｇｒ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛Ｕ
Ｒ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る
（ステップＳＴ７５、ＳＴ７６、ＳＴ７７、ＳＴ７８、
ＳＴ７９）。ステップＳＴ７７において、入力信号変化
方向が逆の場合には、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈ
ｕｒ−ＶＨ−（ｐｏｕｔ２−ｐｏｕｔ１）／Ｇｒ｝の計
算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝
にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ７７、Ｓ
Ｔ８０）

【０１０９】ステップＳＴ７５において、バルブステム
移動方向又は入力信号変化方向が負の場合には、バルブ
状態フラグ｛ｐｖｚ＝１｝の時に、ヒステリシス加算量
｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−（ｐｏｕｔ２−ｐｏｕｔ１）／Ｇ
ｒ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋
Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ
７５、ＳＴ８１、ＳＴ８２、ＳＴ７９）。

【０１１０】ステップＳＴ７６において、バルブ１２が
動作している時には、入力信号変化方向が正の時には、
ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ＋ＶＨ｝の計算を
し、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝にし
てステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ８３、ＳＴ８
４）。ステップＳＴ８３において、入力信号変化方向が
負の場合には、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−
ＶＨ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ
＋Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳ
Ｔ８３、ＳＴ８５）。

【０１１１】このようにして、バルブステムの動き及び
入力信号ＳＰの変化、並びに圧力センサ５１の変化に基
づいてバルブヒステリシスを加減させることによってバ
ルブの応答性が迅速になるように制御することができる
のである。

【０１１２】次に、第４の実施例のバルブポジショナに
ついて図面を参照して説明する。

【０１１３】第４の実施例のバルブポジショナは、上述
した第１の実施例のバルブポジショナと同様の機能であ
り、入力信号ＳＰが変化した時にヒステリシスに相当す
るバルブ２の操作量をバイアスとして制御量ＵＲに加算
するようにしたものに加えて、バルブ１２のヒステリシ
ス情報は、予め計数（キャリブレーション）して求め、
その値をバルブヒステリシス情報部４５に記憶するよう
にしたことである。

【０１１４】このような機能を付加したバルブポジショ
ナの構成は、図１３に示すように、バルブ１２が制御す
る流体量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと
バルブ１２からのフィードバック信号とからヒステリシ
ス制御量ＵＲ’を算出するデジタル演算部３５Ｃと、ヒ
ステリシス制御量ＵＲ’をアナログ信号に変換するＤ／
Ａ変換部３６と、アナログ信号Ｖに基づいてバルブ１２
に供給する空気流量を制御する電空変換部１６と、バル
ブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出するステム変
位センサ（ｍｍ／Ｖ）１５と、ステム変位センサ１５か
らの信号を増幅するアンプ（Ａｍｐ）３８と、増幅され
た信号をデジタル値に変換してステム変位信号ＰＶを生
成するＡ／Ｄ変換器３９とから構成されている。電空変
換部１６はヒステリシス制御量ＵＲ’を電流Ｉに変換す
る変換部（Ｖ／Ｉ）３７と、電流Ｉに基づいて空気流量
を制御する入力モジュール（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量
をバルブ１２に供給するパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１
４とから構成されている。

【０１１５】デジタル演算部３５Ｃは、バルブ１２のヒ
ステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒ
ステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスを
キャンセルする方向を検知するためのバルブステム状態
検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を検知する
入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動いていた方
向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１２が動こ
うとしている方向が逆である場合、バルブ１２のヒステ
リシスをキャンセルさせることを判断するヒステリシス
演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセル
させるだけの操作量に相当するヒステリシス加算量Ｈｕ
ｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出し、操作量
ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９と、バルブ１２
を駆動する前に、バルブ１２のヒステリシスを測定する
バルブヒステリシス計数手段（キャリブレーション機
能）５５とから構成されている。

【０１１６】このような構成からなるバルブポジショナ
における基本的なバルブの開く方向等は、図６に示すも
のと同じであり、その動作について、図１４に示すフロ
ーチャートを参照にして以下説明する。

【０１１７】先ず、制御量ＵＲに「ｕｒｉｎｉｔ」なる
初期値を与えた後、バルブステムが静止した事を確認
し、制御量ＵＲを徐々に増加（Δｕｒ）させる（ステッ
プＳＴ９１、ＳＴ９２、ＳＴ９３、ＳＴ９４、ＳＴ９
５）。

【０１１８】ステム変位信号ＰＶ（バルブステム値ｐｖ
（ｎ））が動いた時に、制御量ＵＲの増加を止め、その
時の制御量ＵＲの値をｕｒ３とする（ステップＳＴ９
６、ＳＴ９７）。

【０１１９】バルブステムが止まった事を確認して、制
御量ＵＲを徐々に減少（Δｕｒ）させる（ステップＳＴ
９８）。

【０１２０】バルブステムｐｖ（ｎ）が動いたときの制
御量ＵＲの値をｕｒ４とする（ステップＳＴ９９、ＳＴ
１００）。

【０１２１】そして、このようにして得られた制御量Ｕ
Ｒ（ｕｒ４−ｕｒ３）がバルブヒステリシス操作量換算
値ＶＨとして、バルブヒステリシス情報部４５に記憶す
る（ステップＳＴ１０１）。

【０１２２】このようにして、バルブ１２の駆動前に実
際のバルブヒステリシス情報を取得するようにすると、
予めバルブ１２のヒステリシス情報を設定する必要がな
くなるばかりでなく、正確なバルブヒステリシス情報を
得ることができるのである。

【０１２３】次に、第５の実施例のバルブポジショナに
ついて説明する。

【０１２４】第５の実施例のバルブポジショナは、上述
した第４の実施例で説明した図１３に示す構成である、
予め計数したバルブのヒステリシス情報を算出した後
に、このヒステリシス量を補正して、ヒステリシス加算
量Ｈｕｒをヒステリシス加算器４９に与えるようにした
ことである。

【０１２５】先ず、バルブのヒステリシス情報をバルブ
ヒステリシス計測手段５５により取得してから、このヒ
ステリシス情報を利用してヒステリシスの補正を行うも
のである。このバルブヒステリシス計測手段５５により
ヒステリシス情報を得る手法は第４の実施例において図
１４のフローチャートで説明したのでその説明は省略す
る。

【０１２６】そして、ヒステリシス情報を得た後に、ヒ
ステリシスの補正を行う、このヒステリシスの補正を行
う手法は、バルブステムが停止している状態で、ステム
変位信号ＰＶの値が完全に入力信号ＳＰの値と完全に一
致していない場合、ＰＩＤ演算部４１の積分器の出力は
変化し、それに応じて制御量ＵＲが変化することを利用
したものであり、上述の第２の実施例と同様である。つ
まり、ヒステリシス内にバルブステムが入り込むことに
より、制御量ＵＲが変化しても、バルブ１２は動かな
い。このような状態で入力信号ＳＰが変化した場合、加
算するヒステリシスの量が多くなりすぎ、正確な制御が
できない場合がある。従って、バルブ１２が静止した状
態を検知するバルブステム状態検出部４６でバルブステ
ムが静止した状態を知り、その時の制御量ＵＲの値を入
力信号状態検出部４７で検出し、その時の制御量ＵＲ
（ｕｒ１）を第１の記憶手段（ヒステリシス演算部４１
に存在する）に記憶する。また、入力信号ＳＰが変化し
た時の制御量ＵＲ（ｕｒ２）を第２の記憶手段（ヒステ
リシス演算部４１に存在する）に記憶する。そして、こ
の第２の記憶手段の値から第１の記憶手段の値を差し引
いた値（ｕｒ２ーｕｒ１）をヒステリシス補正値とし
て、バルブのヒステリシスをヒステリシス制御量ＵＲ’
に加算する。このヒステリシスの補正については、第２
の実施例の図９のフローチャートで説明したので詳細な
説明は省略する。

【０１２７】次に、第６の実施例のバルブポジショナに
ついて図面を参照して説明する。

【０１２８】第６の実施例のバルブポジショナは、バル
ブ駆動時において、バルブのヒステリシス情報を検出し
た後に、この検出したヒステリシス情報に基づいてヒス
テリシス量を補正する。そして、バルブに供給する空気
量を検出する圧力センサからの検知情報により、制御量
ＵＲが変化しなくともバルブの入力圧は変化する場合を
検出して、正確なヒステリシスの補正分を計算してフィ
ードバック制御するようにしたものである。

【０１２９】このバルブポジショナの構成は、図１５に
示すように、バルブ１２が制御する流体量を電気信号に
変換して得られた入力信号ＳＰとバルブ１２からのフィ
ードバック信号とからヒステリシス制御量ＵＲ’を算出
するデジタル演算部３５Ｄと、ヒステリシス制御量Ｕ
Ｒ’をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部３６と、ア
ナログ信号Ｖに基づいてバルブ１２に供給する空気流量
を制御する電空変換部１６と、バルブ１２と、バルブ１
２のステム変位を検出するステム変位センサ（ｍｍ／
Ｖ）１５と、ステム変位センサ１５からの信号を増幅す
るアンプ（Ａｍ）３８と、増幅された信号をデジタル値
（ステム変位信号ＰＶ）に変換するＡ／Ｄ変換器３９と
から構成されている。電空変換部１６はヒステリシス制
御量ＵＲ’を電流Ｉに変換する変換部（Ｖ／Ｉ）３７
と、電流Ｉに基づいて空気流量を制御する入力モジュー
ル（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量をバルブ１２に供給する
パイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４とから構成されてい
る。加えて、このパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４に供
給される空気流量の圧力を検出する圧力センサ５１と、
この圧力センサ５１のアナログ信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器５２と、このＡ／Ｄ変換器５２で変
換されたデジタル値（圧力信号ｐｏｕｔ）がデジタル演
算部３５Ｄのヒステリシス演算部４８とバルブヒステリ
シス情報部４５に入力される構成となっている。

【０１３０】デジタル演算部３５Ｄは、バルブ１２のヒ
ステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒ
ステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスを
キャンセルする方向を検知するために必要な情報である
ところの、バルブステムの動作状態を検知するバルブス
テム状態検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を
検知する入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動い
ていた方向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１
２が動こうとしている方向が逆である場合、バルブ１２
のヒステリシスをキャンセルさせることを判断するヒス
テリシス演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキ
ャンセルさせるだけの操作量に相当するヒステリシス加
算量Ｈｕｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出
し、制御量ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９と、
バルブ１２を駆動する前にバルブ１２のヒステリシスを
測定するバルブヒステリシス計数手段（キャリブレーシ
ョン機能）５５とから構成されている。

【０１３１】このような構成からなるバルブポジショナ
における基本的な動作は、上述した第３の実施例と同じ
であるので、異なるところのバルブ１２を駆動する直前
においてバルブ１２のヒステリシス情報を得るところに
ついて、図１６に示すフローチャートを参照にして以下
説明する。

【０１３２】先ず、制御量ＵＲに「ｕｒｉｎｉｔ」なる
初期値を与えた後、バルブステムが静止した事を確認
し、制御量ＵＲを徐々に増加（Δｕｒ）させる（ステッ
プＳＴ１１１、ＳＴ１１２、ＳＴ１１３）。

【０１３３】ステム変位信号ＰＶ（バルブステムｐｖ
（ｎ））が動いた時に、制御量ＵＲの増加を止め、再び
バルブ１２が静止した時のｐｏｕｔ１（順方向初期値）
をｐｏｕｔ（ｎ）とする（ステップＳＴ１１４、ＳＴ１
１５、ＳＴ１１６、ＳＴ１１７）。

【０１３４】この状態で、制御量ＵＲを徐々に減少させ
る。バルブステムｐｖ（ｎ）が動いた時のｐｏｕｔ２
（逆方向初期値）をｐｏｕｔ（ｎ）とする。そしてバル
ブヒステリシス操作量換算値ＶＨは｛｜ｐｏｕｔ１−ｐ
ｏｕｔ２｜／Ｇｒ｝で求め、この値ＶＨはバルブヒステ
リシス情報部に記憶される（ステップＳＴ１１８、ＳＴ
１１９、ＳＴ１２０、ＳＴ１２１）。ゲインＧｒで割る
ことによりデイメンジョンを制御量ＵＲに合わせること
ができる。

【０１３５】このようにして、バルブ１２の駆動前に実
際のバルブヒステリシス情報を取得するようにすると、
予めバルブ１２のヒステリシス情報を設定する必要がな
くなるばかりでなく、正確なバルブヒステリシス情報を
得ることができ、この情報に基づいてヒステリシスの補
正制御を行えばさらに正確なバルブのヒステリシスに対
応したヒステリシス制御量ＵＲ’を供給することができ
るのである。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るバル
ブポジショナは、制御対象の不感帯を演算により求め
る、若しくは、その制御をポジショナに与えることによ
り、不感帯を軽減するのに必要な操作量を演算し、その
操作量をポジショナが演算した制御量ＵＲに重畳するこ
とにより、制御対象の不感帯を軽減でき、制御性の良い
バルブポジショナを実現できるという効果がある。

【０１３７】又、バルブのヒステリシス情報を制御量Ｕ
Ｒにフイードバックさせるようにしたことによりバルブ
のヒステリシスで受ける影響を低減できるので、バルブ
の応答性が改善できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る第１の実施の形態のバルブポジ
ショナの不感帯を解決するためのフローチャートであ
る。

【図２】同バルブポジショナにおけるＢｏｏｓｔをかけ
るためのタイミングチャートである。

【図３】同バルブボジショナの不感帯にＢｏｏｓｔをか
けるためのフローチャートである。

【図４】同バルブポジショナにおけるＢｏｏｓｔをかけ
るためのタイミングチャートである。

【図５】本願発明に係る第２の実施の形態における第１
の実施例のバルブポジショナの構成を示したブロック図
である。

【図６】同バルブヒステイリシスに加算する方向を一覧
表にしたものである。

【図７】同第１の実施例の動作を示したフローチャート
である。

【図８】同第２の実施例におけるバルブヒステリシスに
加算する方向を一覧表にしたものである。

【図９】同第２の実施例のバルブポジショナの動作を示
したフローチャートである。

【図１０】同第２の実施例におけるバルブポジショナの
構成を示したブロック図である。

【図１１】同第２の実施例におけるバルブヒステリシス
の加算方向を一覧表にしたものである。

【図１２】同第３の実施例における動作を示したフロー
チャートである。

【図１３】同第４の実施例におけるバルブポジショナの
構成を示したブロック図である。

【図１４】同第４の実施例における動作を示したフロー
チャートである。

【図１５】同第６の実施例におけるバルブポジショナの
構成を示したブロック図である。

【図１６】同第６の実施例における動作を示したフロー
チャートである。

【図１７】従来技術及び本願発明の第１の実施の形態に
おけるバルブポジショナの構成を略示的に示したブロッ
ク図である。

【図１８】図１７に示すバルブポジショナの機能を略示
的に示したブロック図である。

【図１９】従来技術及び本願発明の第１の実施の形態に
おけるバルブポジショナのパイロットリレーを示した断
面図である。

【図２０】図１７に示すバルブポジショナにおける構成
を機能的に示したブロック図である。

【図２１】バルブポジショナのバルブ特有の不感帯を示
したグラフである。

【図２２】バルブポジショナのバルブ特有の不感帯をグ
ラフで示した説明図である。

【図２３】従来技術におけるバルブポジショナのバルブ
ヒステリシスを有する構成を示した略示的なブロック図
である。

【図２４】ＰＩＤ制御アルゴリズムの略示的なブロック
図である。

【図２５】バルブヒステリシスが発生するためのメカニ
ズムを示したグラフである。

【符号の説明】

１１；コントローラ、１２；バルブ、１３；Ｉ／Ｐモジ
ュール、１４；パイロットリレー、１５；電空変換部、
２０；筐体、２１；供給圧室、２２；出力圧室、２３；
排気圧室、２４；背圧室、２５；給気弁座、２６；排気
弁座、２７；ぽペット弁、２８；出力圧ダイアフラム、
２９；背圧ダイアフラム、３０；バネ、３１；ブリード
孔、３５；デジタル演算部、３５Ａ；デジタル演算部、
３５Ｂ；デジタル演算部、３５Ｃ；デジタル演算部、３
５Ｄ；デジタル演算部、３６；Ｄ／Ａ変換部、３７；Ｖ
／Ｉ変換部、３８；増幅器、３９；Ａ／Ｄ変換部、４
０；偏差混合器、４１；ＰＩＤ演算部、４５；バルブヒ
ステリシス情報部、４６；バルブステム状態検出部、４
７；入力信号状態検出部、４８；ヒステリシス演算部、
４９；ヒステリシス加算器、５１；圧力センサ、５２；
Ａ／Ｄ変換器、５５；バルブヒステリシス計数手段

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象であるバルブの弁開度を設定する
   ための入力信号ＳＰを受信することができる受信手段
   と、前記弁開度を計測して電気信号に変換するステム変
   位センサ手段と、該ステム変位センサ手段からのステム
   変位信号ＰＶと、前記入力信号ＳＰとの偏差とに基づい
   て弁開度位置を制御するための制御量ＵＲを演算出力す
   る制御演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バル
   ブの弁開度を制御する電空変換手段とからなるバルブポ
   ジショナであって、前記制御演算手段は、前記制御対象
   の不感帯を演算し、該不感帯を低減する一定の操作量を
   予め演算しておき、前記ステム変位信号ＰＶと前記入力
   信号ＳＰとに偏差が生じた時に、前記操作量を前記制御
   量ＵＲに重畳させるようにしたことを特徴とするバルブ
   ポジショナ。
2. 【請求項２】前記操作量を、前記制御量ＵＲに重畳させ
   る時並びに重畳を解除する時の条件は、前記偏差の値に
   基づくことを特徴とする請求項１に記載のバルブポジシ
   ョナ。
3. 【請求項３】前記操作量を、前記制御量ＵＲに重畳させ
   る時の条件は、前記入力信号ＳＰが変化した時であり、
   前記制御量ＵＲへの重畳を解除する時の条件は、前記偏
   差の値に基づくことを特徴とする請求項１に記載のバル
   ブポジショナ。
4. 【請求項４】バルブで制御することができる流体の流体
   流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バ
   ルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム
   変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制
   御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量Ｕ
   Ｒに基づいて前記バルブに供給する気体流量を制御する
   電空変換手段とからなるバルブポジショナであって、前
   記デジタル演算手段は、予めバルブのヒステリシス情報
   を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記制
   御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と
   前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕ
   ｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシ
   ス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリ
   シス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給す
   るヒステリシス加算手段とを備えたことを特徴とするバ
   ルブポジショナ。
5. 【請求項５】前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム
   変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム
   状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検
   知する入力信号状態検出手段とを備え、前記バルブが動
   いていた方向と、前記入力信号ＳＰとによりこれからバ
   ルブが動こうとしている方向とが逆の場合に、バルブの
   ヒステリシスをキャンセルするヒステリシス加算量Ｈｕ
   ｒを前記制御量ＵＲに加算することを特徴とする請求項
   ４に記載のバルブポジショナ。
6. 【請求項６】前記バルブのヒステリシスをキャンセルす
   る量は、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されて
   いるヒステリシス情報に基づいて設定することを特徴と
   する請求項５に記載のバルブポジショナ。
7. 【請求項７】前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム
   変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム
   状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検
   知する入力信号状態検出手段と、前記バルブが静止した
   状態の時の制御量ＵＲを記憶する第１の記憶手段と、前
   記入力信号ＳＰが変化した時の制御量ＵＲを記憶する第
   ２の記憶手段とを備え、第２の記憶手段の値から前記第
   １の記憶手段の値を差し引いたヒステリシス補正値を算
   出し、該ヒステリシス補正値に基づいたバルブのヒステ
   リシス加算量Ｈｕｒを前記制御量ＵＲに加算することを
   特徴とする請求項４に記載のバルブポジショナ。
8. 【請求項８】前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記バ
   ルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシ
   ス情報に基づいて算出することを特徴とする請求項７に
   記載のバルブポジショナ。
9. 【請求項９】バルブで制御することができる流体の流体
   流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バ
   ルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム
   変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制
   御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量Ｕ
   Ｒに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空
   変換手段と、該電空変換手段における気体流量を検出す
   る圧力センサ手段と、からなるバルブポジショナであっ
   て、前記デジタル演算手段は、予めバルブのヒステリシ
   ス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、
   前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム
   変位信号ＰＶと前記圧力センサ手段からの信号とからヒ
   ステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手
   段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲ
   とを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を生成して前記
   電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え
   たことを特徴とするバルブポジショナ。
10. 【請求項１０】前記ヒステリシス演算手段は、前記バル
    ブの静止した時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶
    する第１の圧力記憶手段と、前記入力信号が変化した時
    の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第２の圧力
    記憶手段とを備え、該第２の圧力記憶手段の値から前記
    第１の圧力記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシス
    補正値とし、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕｒ
    を算出することを特徴とする請求項９に記載のバルブポ
    ジショナ。
11. 【請求項１１】前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記
    バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリ
    シス情報に基づいて設定することを特徴とする請求項９
    に記載のバルブポジショナ。
12. 【請求項１２】バルブで制御することができる流体の流
    体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、
    バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステ
    ム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して
    制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量
    ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電
    空変換手段とからなるバルブポジショナであって、前記
    デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリシス情報を
    計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステリシス計測
    手段により算出したバルブのヒステリシス情報を蓄積す
    るバルブヒステリシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前
    記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変
    位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出する
    ヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕ
    ｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量Ｕ
    Ｒ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシ
    ス加算手段とを備えたことを特徴とするバルブポジショ
    ナ。
13. 【請求項１３】前記ヒステリシス計測手段は、通常運転
    に入る前に、制御量ＵＲがバルブの時定数の影響を受け
    ないように充分ゆっくりした速度で可変し、該バルブが
    動いた時の制御量ＵＲの順方向初期値と、該バルブが逆
    方向に動いた時の制御量ＵＲの逆方向初期値とを算出
    し、前記順方向初期値から逆方向初期値とを差し引いた
    値をバルブのヒステリシス情報とすることを特徴とする
    請求項１２に記載のバルブポジショナ。
14. 【請求項１４】前記ヒステリシス演算手段は、前記ステ
    ム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステ
    ム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を
    検知する入力信号状態検出手段とを備え、前記バルブが
    動いていた方向と、前記入力信号ＳＰとによりこれから
    バルブが動こうとしている方向とが逆の場合に、バルブ
    のヒステリシスをキャンセルするヒステリシス加算量Ｈ
    ｕｒを制御量ＵＲに加算することを特徴とする請求項１
    ２に記載のバルブポジショナ。
15. 【請求項１５】前記バルブのヒステリシスをキャンセル
    する量は、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積され
    ているヒステリシス情報に基づいて設定することを特徴
    とする請求項１２に記載のバルブポジショナ。
16. 【請求項１６】バルブで制御することができる流体の流
    体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、
    バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステ
    ム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して
    制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量
    ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電
    空変換手段と、該電空変換手段における気体流量を検出
    する圧力センサ手段と、からなるバルブポジショナであ
    って、前記デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリ
    シス情報を計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステ
    リシス計測手段により算出したバルブのヒステリシス情
    報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記
    入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位
    信号ＰＶと前記圧力センサ手段からの信号とからヒステ
    リシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段
    と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲと
    を加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電
    空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備えた
    ことを特徴とするバルブポジショナ。
17. 【請求項１７】前記ヒステリシス計測手段は、通常運転
    に入る前に、制御量ＵＲをゆっくりした速度で可変し、
    前記バルブが動いた時に前記圧力センサで検出した順方
    向初期値と、該制御量ＵＲを逆方向に可変して該バルブ
    が逆方向に動いた時に該圧力センサで検出した逆方向初
    期値とを算出し、前記順方向初期値から逆方向初期値を
    差し引いた値をバルブのヒステリシス情報とすることを
    特徴とする請求項１６に記載のバルブポジショナ。
18. 【請求項１８】前記ヒステリシス演算手段は、前記バル
    ブの静止した時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶
    する第１の圧力記憶手段と、前記入力信号が変化した時
    の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第２の圧力
    記憶手段とを備え、該第２の圧力記憶手段の値から前記
    第１の圧力記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシス
    補正値とし、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕｒ
    を算出することを特徴とする請求項１６に記載のバルブ
    ポジショナ。
19. 【請求項１９】前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記
    バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリ
    シス情報に基づいて設定することを特徴とする請求項１
    ６に記載のバルブポジショナ。