JP2001221201A - 電空ポジショナ - Google Patents
電空ポジショナInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セットポイント信号Ｓｐとステムの変位とで
バルブを制御する信号を生成すると共に実際にバルブを
制御する出力圧をフィードバックして出力圧を制御する
という２重のフィードバック制御をしてバルブの弁開度
が少ない操作であっても正確に制御できるようにした電
空ポジショナを提供する。 【解決手段】 入力するセットポイント信号Ｓｐに応じ
てバルブの弁開度を設定する制御信号を生成する位置制
御ユニットと、該位置制御ユニットからの制御信号に基
づいて空気圧からなる出力圧をバルブに供給する圧力制
御ユニットと、該出力圧に基づいてバルブのステムを変
位させて弁開度を制御するバルブ機構部とからなる電空
ポジショナであって、上記位置制御ユニットは上記セッ
トポイント信号Ｓｐと上記バルブの変位を検出して得ら
れたステム変位信号との信号に基づいて制御信号を生成
すると共に上記圧力制御ユニットは上記位置制御ユニッ
トの制御信号と上記出力圧をフィードバックした出力圧
信号との信号に基づいて出力圧を生成するようにしたこ
とを特徴とする電空ポジショナ。
バルブを制御する信号を生成すると共に実際にバルブを
制御する出力圧をフィードバックして出力圧を制御する
という２重のフィードバック制御をしてバルブの弁開度
が少ない操作であっても正確に制御できるようにした電
空ポジショナを提供する。 【解決手段】 入力するセットポイント信号Ｓｐに応じ
てバルブの弁開度を設定する制御信号を生成する位置制
御ユニットと、該位置制御ユニットからの制御信号に基
づいて空気圧からなる出力圧をバルブに供給する圧力制
御ユニットと、該出力圧に基づいてバルブのステムを変
位させて弁開度を制御するバルブ機構部とからなる電空
ポジショナであって、上記位置制御ユニットは上記セッ
トポイント信号Ｓｐと上記バルブの変位を検出して得ら
れたステム変位信号との信号に基づいて制御信号を生成
すると共に上記圧力制御ユニットは上記位置制御ユニッ
トの制御信号と上記出力圧をフィードバックした出力圧
信号との信号に基づいて出力圧を生成するようにしたこ
とを特徴とする電空ポジショナ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電空ポジショナに
関し、詳しくはバルブの制御を改良した電空ポジショナ
に関する。
関し、詳しくはバルブの制御を改良した電空ポジショナ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術における電空ポジショナである
デジタルポジショナは、図５に示すように、バルブの弁
開度（ステム変位）を制御するために入力するセットポ
イント信号Ｓｐと、バルブのステム変位からなるステム
変位信号との偏差に基づいて演算制御を行い制御信号を
生成するコントローラ４０と、制御信号をアナログ値に
変換するＤ／Ａ変換器４１と、アナログ値に変換された
制御信号を電流信号に変換するＶ／Ｉ変換器４２と、Ｖ
／Ｉ変換器４２で生成された電流信号により空気圧を出
力するＩ／Ｐ変換器４３と、Ｉ／Ｐ変換器４３で生成さ
れた空気流量及び空気圧を増幅しバルブに供給するパイ
ロットリレー４４と、バルブ４５と、バルブ４５のステ
ム変位を検出する位置センサ４６と、位置センサ４６で
得られた信号をデジタル値に変換してステム変位信号を
生成するＡ／Ｄ変換器４７とから構成されている。
デジタルポジショナは、図５に示すように、バルブの弁
開度（ステム変位）を制御するために入力するセットポ
イント信号Ｓｐと、バルブのステム変位からなるステム
変位信号との偏差に基づいて演算制御を行い制御信号を
生成するコントローラ４０と、制御信号をアナログ値に
変換するＤ／Ａ変換器４１と、アナログ値に変換された
制御信号を電流信号に変換するＶ／Ｉ変換器４２と、Ｖ
／Ｉ変換器４２で生成された電流信号により空気圧を出
力するＩ／Ｐ変換器４３と、Ｉ／Ｐ変換器４３で生成さ
れた空気流量及び空気圧を増幅しバルブに供給するパイ
ロットリレー４４と、バルブ４５と、バルブ４５のステ
ム変位を検出する位置センサ４６と、位置センサ４６で
得られた信号をデジタル値に変換してステム変位信号を
生成するＡ／Ｄ変換器４７とから構成されている。
【０００３】このような構成からなる電空ポジショナに
おいて、バルブのステム変位（弁開度）を与えるセット
ポイント信号Ｓｐと一致させるためにステム変位を検出
する位置センサ４６の出力をフィードバックする、所
謂、ステム変位信号とセットポイント信号Ｓｐとの偏差
をコントローラ４０に入力して、バルブ４５に入力する
圧力の演算制御を行う。このコントローラ４０は、デジ
タルで演算を行っているので、そのアルゴリズムは製品
によって変わってくるが一般的にＰＩＤ制御アルゴリズ
ムを持ったものが多い。ここで、ＰＩＤ制御アルゴリズ
ムは、比例ゲイン、積分時間、微分時間の３種類のチュ
ーニングパラメータに基づいて行う制御アルゴリズムの
ことである。
おいて、バルブのステム変位（弁開度）を与えるセット
ポイント信号Ｓｐと一致させるためにステム変位を検出
する位置センサ４６の出力をフィードバックする、所
謂、ステム変位信号とセットポイント信号Ｓｐとの偏差
をコントローラ４０に入力して、バルブ４５に入力する
圧力の演算制御を行う。このコントローラ４０は、デジ
タルで演算を行っているので、そのアルゴリズムは製品
によって変わってくるが一般的にＰＩＤ制御アルゴリズ
ムを持ったものが多い。ここで、ＰＩＤ制御アルゴリズ
ムは、比例ゲイン、積分時間、微分時間の３種類のチュ
ーニングパラメータに基づいて行う制御アルゴリズムの
ことである。
【０００４】このような制御方式の場合、コントローラ
４０にとっての制御対象はバルブ４５に空気流量及び空
気圧力を加えるＩ／Ｐ変換器４３及びパイロットリレー
４４も含まれる。Ｉ／Ｐ変換器４３とパイロットリレー
４４の特性が線形であり、素直な特性であれば、この制
御方式でも充分であるが実際はＩ／Ｐ変換器４３及びパ
イロットリレー４４ともヒステリシスや不感帯等の非線
形要素を持ち、制御を複雑にしている。具体的には、バ
ルブ４５のステム変位の応答特性にて、オーバーシュ
ートが大きい、応答時間が長い、又、微少入力に対し
て、無駄時間が長く且つ整定時間が長い応答特性にな
っていた。つまり、Ｉ／Ｐ変換器４３及びパイロットリ
レー４４の非線形性による、系の遅れが大きくなり、特
に動特性に大きな影響を及ぼしていた。更に、通常バル
ブ制御アルゴリズムとしては、ＰＩＤ制御アルゴリズム
を用いる場合が多いが、このＰＩＤ制御アルゴリズムの
調整パラメータをチューニングする際も、動特性が安定
しない為、チューニングに時間がかかっていた。
４０にとっての制御対象はバルブ４５に空気流量及び空
気圧力を加えるＩ／Ｐ変換器４３及びパイロットリレー
４４も含まれる。Ｉ／Ｐ変換器４３とパイロットリレー
４４の特性が線形であり、素直な特性であれば、この制
御方式でも充分であるが実際はＩ／Ｐ変換器４３及びパ
イロットリレー４４ともヒステリシスや不感帯等の非線
形要素を持ち、制御を複雑にしている。具体的には、バ
ルブ４５のステム変位の応答特性にて、オーバーシュ
ートが大きい、応答時間が長い、又、微少入力に対し
て、無駄時間が長く且つ整定時間が長い応答特性にな
っていた。つまり、Ｉ／Ｐ変換器４３及びパイロットリ
レー４４の非線形性による、系の遅れが大きくなり、特
に動特性に大きな影響を及ぼしていた。更に、通常バル
ブ制御アルゴリズムとしては、ＰＩＤ制御アルゴリズム
を用いる場合が多いが、このＰＩＤ制御アルゴリズムの
調整パラメータをチューニングする際も、動特性が安定
しない為、チューニングに時間がかかっていた。
【０００５】上記問題を解決する為、ポジショナに圧力
センサを搭載し、ポジショナの出力圧をセンシングし、
出力圧の微分値を制御回路に取り入れることにより、制
御性を改善するようにしたポジショナが提案されている
（特表平９ー５０２２９２号公報）。具体的なバルブ位
置制御装置５０の構成は、図６に示すように、セットポ
イント信号Ｓｐを入力する受信回路５１と、受信回路５
１からの信号とステムの変位を検出して得られた圧力帰
還信号、位置信号を入力してバルブの弁開度信号を生成
する制御回路５２と、この制御回路５２で生成された弁
開度信号に基づいて電空変換を行う変換回路／気体圧力
装置５３と、バルブ機構部３０と、バルブ機構部３０の
ステム３２の変位と圧力とを入力してバルブ３３の弁開
度を検出する検出手段５４とからなる。バルブ機構部３
０は空気量及び空気圧に応じて変動するダイヤフラムを
有する圧力変換部３１と、この圧力変換部３１での動き
をバルブ３３に伝達するステム３２と、ステム３２の動
きに応じて弁開度を制御するバルブ３３とからなる。
センサを搭載し、ポジショナの出力圧をセンシングし、
出力圧の微分値を制御回路に取り入れることにより、制
御性を改善するようにしたポジショナが提案されている
（特表平９ー５０２２９２号公報）。具体的なバルブ位
置制御装置５０の構成は、図６に示すように、セットポ
イント信号Ｓｐを入力する受信回路５１と、受信回路５
１からの信号とステムの変位を検出して得られた圧力帰
還信号、位置信号を入力してバルブの弁開度信号を生成
する制御回路５２と、この制御回路５２で生成された弁
開度信号に基づいて電空変換を行う変換回路／気体圧力
装置５３と、バルブ機構部３０と、バルブ機構部３０の
ステム３２の変位と圧力とを入力してバルブ３３の弁開
度を検出する検出手段５４とからなる。バルブ機構部３
０は空気量及び空気圧に応じて変動するダイヤフラムを
有する圧力変換部３１と、この圧力変換部３１での動き
をバルブ３３に伝達するステム３２と、ステム３２の動
きに応じて弁開度を制御するバルブ３３とからなる。
【０００６】このような構成からなるバルブ位置制御装
置５０においては、圧力の微分値を帰還（フィードバッ
ク）する事により、系の帯域幅に影響を及ぼすことな
く、オーバーシュートを減少させることができる。
置５０においては、圧力の微分値を帰還（フィードバッ
ク）する事により、系の帯域幅に影響を及ぼすことな
く、オーバーシュートを減少させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明した従来技術において、特に図５に示した従来技術に
おける電空ポジショナにおいては、コントローラは位置
センサのフィードバック信号（ステム変位信号）と入力
したセットポイント信号Ｓｐとの偏差から、比例や積分
等を行い、バルブの精度、動特性を改善しているが、様
々な外乱が存在する為、バルブの制御性を改善する為に
は限界があった。特にパイロットリレーには大きなヒス
テリシスと不感帯が存在し、バルブのステム変位の動特
性に大きく影響してきた。一般的に、調節弁は弁内部に
流れる流体が、ステム棒を伝わってリークを防ぐ為、グ
ランドパッキンで、ステムを締め付けている。このグラ
ンドパッキンの影響で、コントロールバルブは、大きな
ヒステリシスを持ち、制御を難しくしている。バルブの
ヒステリシスが大きければ制御対象であるバルブ自身が
大きな不感帯を持つ事になり、その分、系の位相遅れと
なって現れる。更に、ポジショナ自身が抱えるＩ／Ｐ変
換器及びイロットリレーにもヒステリシスが存在し、ポ
ジショナの出力圧の追従性が悪くなり、制御性が悪くな
っていた。特に、微少ステップ応答等小さな偏差に対し
ての応答性については、無駄時間や応答時間が長くなり
好ましくない特性となっているという問題がある。
明した従来技術において、特に図５に示した従来技術に
おける電空ポジショナにおいては、コントローラは位置
センサのフィードバック信号（ステム変位信号）と入力
したセットポイント信号Ｓｐとの偏差から、比例や積分
等を行い、バルブの精度、動特性を改善しているが、様
々な外乱が存在する為、バルブの制御性を改善する為に
は限界があった。特にパイロットリレーには大きなヒス
テリシスと不感帯が存在し、バルブのステム変位の動特
性に大きく影響してきた。一般的に、調節弁は弁内部に
流れる流体が、ステム棒を伝わってリークを防ぐ為、グ
ランドパッキンで、ステムを締め付けている。このグラ
ンドパッキンの影響で、コントロールバルブは、大きな
ヒステリシスを持ち、制御を難しくしている。バルブの
ヒステリシスが大きければ制御対象であるバルブ自身が
大きな不感帯を持つ事になり、その分、系の位相遅れと
なって現れる。更に、ポジショナ自身が抱えるＩ／Ｐ変
換器及びイロットリレーにもヒステリシスが存在し、ポ
ジショナの出力圧の追従性が悪くなり、制御性が悪くな
っていた。特に、微少ステップ応答等小さな偏差に対し
ての応答性については、無駄時間や応答時間が長くなり
好ましくない特性となっているという問題がある。
【０００８】このように、微少ステップ応答等、圧力の
変化が小さい場合の特性には、圧力の微分の影響は現れ
難くなり、オーバーシュートが大きく、動特性が安定し
ないという問題が依然として残る。又、この欠点を補う
ために、微分ゲインや微分時間を大きめに設定し、圧力
微分の感度を上げることが考えられるが、圧力センサの
信号ゲインに重畳するノイズ、デジタル信号を取り入れ
る場合には、Ａ／Ｄ変換器のジッターや、分解能の影響
で安定した微分波形が得られず圧力微分の感度を上げる
ことは困難であるという問題もある。
変化が小さい場合の特性には、圧力の微分の影響は現れ
難くなり、オーバーシュートが大きく、動特性が安定し
ないという問題が依然として残る。又、この欠点を補う
ために、微分ゲインや微分時間を大きめに設定し、圧力
微分の感度を上げることが考えられるが、圧力センサの
信号ゲインに重畳するノイズ、デジタル信号を取り入れ
る場合には、Ａ／Ｄ変換器のジッターや、分解能の影響
で安定した微分波形が得られず圧力微分の感度を上げる
ことは困難であるという問題もある。
【０００９】又、上記従来技術で説明した特表平９ー５
０２２９２号公報（図６参照）に開示されているよう
に、圧力の微分値を帰還することにより、バルブの非線
形性による位相遅れを、補償しようとしたものに関して
は、微少ステップ応答等、圧力の変化が小さい場合、圧
力微分の影響が現れ難く、特性の改善にはならない。即
ち、Ｉ／Ｐ変換器及びパイロットリレーの非線形性は改
善されないので、根本的な解決にはなっていないという
問題がある。
０２２９２号公報（図６参照）に開示されているよう
に、圧力の微分値を帰還することにより、バルブの非線
形性による位相遅れを、補償しようとしたものに関して
は、微少ステップ応答等、圧力の変化が小さい場合、圧
力微分の影響が現れ難く、特性の改善にはならない。即
ち、Ｉ／Ｐ変換器及びパイロットリレーの非線形性は改
善されないので、根本的な解決にはなっていないという
問題がある。
【００１０】従って、バルブに供給する空気流量及び空
気圧力をフィードバック制御させることを前提として、
微少ステップ応答、圧力の変化が小さい場合であって
も、バルブの応答特性がよくなることに解決しなければ
ならない課題を有する。
気圧力をフィードバック制御させることを前提として、
微少ステップ応答、圧力の変化が小さい場合であって
も、バルブの応答特性がよくなることに解決しなければ
ならない課題を有する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る電空ポジショナは、次のような構成に
することである。
に、本発明に係る電空ポジショナは、次のような構成に
することである。
【００１２】（１）入力するセットポイント信号Ｓｐに
応じてバルブの弁開度を設定する制御信号を生成する位
置制御ユニットと、該位置制御ユニットからの制御信号
に基づいて空気圧からなる出力圧をバルブに供給する圧
力制御ユニットと、 該出力圧に基づいてバルブのステ
ムを変位させて弁開度を制御するバルブ機構部とからな
る電空ポジショナであって、上記位置制御ユニットは上
記セットポイント信号Ｓｐと上記バルブの変位を検出し
て得られたステム変位信号との信号に基づいて制御信号
を生成すると共に上記圧力制御ユニットは上記位置制御
ユニットの制御信号と上記出力圧をフィードバックした
出力圧信号との信号に基づいて出力圧を生成するように
したことを特徴とする電空ポジショナ。 （２）上記（１）において、上記位置制御ユニットは、
上記バルブの変位を検出して上記ステム変位信号を生成
する位置センサと、上記セットポイント信号Ｓｐと上記
ステム変位信号との信号に基づいてバルブの弁開度を制
御する制御信号を生成するコントローラとからなる電空
ポジショナ。 （３）上記（１）において、上記圧力制御ユニットは、
上記制御信号に応じた信号を生成する圧力コントローラ
と該圧力コントローラからの信号に応じた圧力をバルブ
に供給し、その出力圧を検出して出力圧信号を生成する
圧力センサとからなり、上記圧力コントローラは、上記
制御信号と上記圧力信号との信号に基づく信号を入力す
るようにしたことを特徴とする電空ポジショナ。 （４）上記（３）において、上記圧力制御ユニットは、
上記圧力コントローラからの信号を電流信号に変換して
出力するＶ／Ｉ変換器と、該Ｖ／Ｉ変換器からの電流信
号を空気圧に変換して電磁アクチュエータにより出力す
るＩ／Ｐ変換器と、該Ｉ／Ｐ変換器からの空気圧を増幅
するとともに上記バルブに供給する空気流量を調節し上
記バルブへの出力圧力を決定するパイロットリレーと、
該パイロットリレーから出力する出力圧の圧力を検出し
て出力圧信号を生成する圧力センサとからなり、上記圧
力コントローラは、上記制御信号と上記出力圧信号との
信号に基づく信号を入力するようにしたことを特徴とす
る電空ポジショナ。
応じてバルブの弁開度を設定する制御信号を生成する位
置制御ユニットと、該位置制御ユニットからの制御信号
に基づいて空気圧からなる出力圧をバルブに供給する圧
力制御ユニットと、 該出力圧に基づいてバルブのステ
ムを変位させて弁開度を制御するバルブ機構部とからな
る電空ポジショナであって、上記位置制御ユニットは上
記セットポイント信号Ｓｐと上記バルブの変位を検出し
て得られたステム変位信号との信号に基づいて制御信号
を生成すると共に上記圧力制御ユニットは上記位置制御
ユニットの制御信号と上記出力圧をフィードバックした
出力圧信号との信号に基づいて出力圧を生成するように
したことを特徴とする電空ポジショナ。 （２）上記（１）において、上記位置制御ユニットは、
上記バルブの変位を検出して上記ステム変位信号を生成
する位置センサと、上記セットポイント信号Ｓｐと上記
ステム変位信号との信号に基づいてバルブの弁開度を制
御する制御信号を生成するコントローラとからなる電空
ポジショナ。 （３）上記（１）において、上記圧力制御ユニットは、
上記制御信号に応じた信号を生成する圧力コントローラ
と該圧力コントローラからの信号に応じた圧力をバルブ
に供給し、その出力圧を検出して出力圧信号を生成する
圧力センサとからなり、上記圧力コントローラは、上記
制御信号と上記圧力信号との信号に基づく信号を入力す
るようにしたことを特徴とする電空ポジショナ。 （４）上記（３）において、上記圧力制御ユニットは、
上記圧力コントローラからの信号を電流信号に変換して
出力するＶ／Ｉ変換器と、該Ｖ／Ｉ変換器からの電流信
号を空気圧に変換して電磁アクチュエータにより出力す
るＩ／Ｐ変換器と、該Ｉ／Ｐ変換器からの空気圧を増幅
するとともに上記バルブに供給する空気流量を調節し上
記バルブへの出力圧力を決定するパイロットリレーと、
該パイロットリレーから出力する出力圧の圧力を検出し
て出力圧信号を生成する圧力センサとからなり、上記圧
力コントローラは、上記制御信号と上記出力圧信号との
信号に基づく信号を入力するようにしたことを特徴とす
る電空ポジショナ。
【００１３】このように、位置制御ユニットにおいて
は、セットポイント信号Ｓｐとステム変位信号との偏差
に基づいて制御信号を生成するようにしたことにより、
バルブの変位に基づいて直接制御することができるよう
になりバルブの非線形性を直接改善することができる。
同時に、圧力制御ユニットにおいてはセットポイント信
号Ｓｐに基づいて発生するバルブに供給する出力圧との
偏差により出力圧を生成するように直接制御しているた
め、電空変換する部署であるＩ／Ｐ変換器及びパイロッ
トリレーの非線形性を直接改善することができる。この
ように、それぞれの制御ユニットが受け持つ制御対象の
非線形性を改善することにより全体の制御性を改善する
事が可能となる。
は、セットポイント信号Ｓｐとステム変位信号との偏差
に基づいて制御信号を生成するようにしたことにより、
バルブの変位に基づいて直接制御することができるよう
になりバルブの非線形性を直接改善することができる。
同時に、圧力制御ユニットにおいてはセットポイント信
号Ｓｐに基づいて発生するバルブに供給する出力圧との
偏差により出力圧を生成するように直接制御しているた
め、電空変換する部署であるＩ／Ｐ変換器及びパイロッ
トリレーの非線形性を直接改善することができる。この
ように、それぞれの制御ユニットが受け持つ制御対象の
非線形性を改善することにより全体の制御性を改善する
事が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電空ポジショ
ナに関する実施の形態の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
号を付与して説明する。
ナに関する実施の形態の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
号を付与して説明する。
【００１５】電空ポジショナは、図１に示すように、バ
ルブの弁開度（ステム変位）を制御するために入力する
セットポイント信号Ｓｐにより演算制御して制御信号を
生成するバルブ位置制御ユニット１０と、この制御信号
に基づいて電空変換した空気圧及び空気流量をバルブに
供給する圧力制御ユニット２０と、バルブの弁開度を空
気流量及び空気圧により制御するバルブ機構部３０とか
ら構成されている。
ルブの弁開度（ステム変位）を制御するために入力する
セットポイント信号Ｓｐにより演算制御して制御信号を
生成するバルブ位置制御ユニット１０と、この制御信号
に基づいて電空変換した空気圧及び空気流量をバルブに
供給する圧力制御ユニット２０と、バルブの弁開度を空
気流量及び空気圧により制御するバルブ機構部３０とか
ら構成されている。
【００１６】バルブ位置制御ユニット１０は、図１及び
図４に示すように、セットポイント信号Ｓｐとバルブの
ステム変位からなるステム変位信号との偏差に基づいて
演算制御を行い制御信号を生成するコントローラ１１
と、バルブのステム変位であるバルブステム信号を生成
する位置センサ１２とから構成されている。
図４に示すように、セットポイント信号Ｓｐとバルブの
ステム変位からなるステム変位信号との偏差に基づいて
演算制御を行い制御信号を生成するコントローラ１１
と、バルブのステム変位であるバルブステム信号を生成
する位置センサ１２とから構成されている。
【００１７】圧力制御ユニット２０は、図１及び図２に
示すように、電空変換部に相当するものであり、バルブ
位置制御ユニット１０のコントローラ１１により生成さ
れた制御信号とバルブ機構部３０に供給する空気圧及び
空気流量からなる出力圧Ｐｏｕｔからなる出力圧信号と
の偏差に基づいて演算制御した信号を生成する圧力コン
トローラ２１と、圧力コントローラ２１により演算制御
された信号を電流信号に変換するＶ／Ｉ変換器２２と、
Ｖ／Ｉ変換器２２で生成された電流信号により空気圧を
出力するＩ／Ｐ変換器２３と、Ｉ／Ｐ変換器２３で生成
された空気圧を増幅しバルブ機構部３０に供給するパイ
ロットリレー２４と、出力圧Ｐｏｕｔの圧力を検出して
出力圧信号を生成する圧力センサ２５とから構成されて
いる。
示すように、電空変換部に相当するものであり、バルブ
位置制御ユニット１０のコントローラ１１により生成さ
れた制御信号とバルブ機構部３０に供給する空気圧及び
空気流量からなる出力圧Ｐｏｕｔからなる出力圧信号と
の偏差に基づいて演算制御した信号を生成する圧力コン
トローラ２１と、圧力コントローラ２１により演算制御
された信号を電流信号に変換するＶ／Ｉ変換器２２と、
Ｖ／Ｉ変換器２２で生成された電流信号により空気圧を
出力するＩ／Ｐ変換器２３と、Ｉ／Ｐ変換器２３で生成
された空気圧を増幅しバルブ機構部３０に供給するパイ
ロットリレー２４と、出力圧Ｐｏｕｔの圧力を検出して
出力圧信号を生成する圧力センサ２５とから構成されて
いる。
【００１８】バルブ機構部３０は、空気流量及び空気圧
に応じて変動するダイヤフラムを有する圧力変換部３１
と、この圧力変換部３１の動きをバルブ３３に伝達する
ステム３２と、ステム３２の動きに応じて弁開度を制御
するバルブ３３とからなる。
に応じて変動するダイヤフラムを有する圧力変換部３１
と、この圧力変換部３１の動きをバルブ３３に伝達する
ステム３２と、ステム３２の動きに応じて弁開度を制御
するバルブ３３とからなる。
【００１９】このような構成からなる電空ポジショナに
おいて、その出力圧を圧力センサ２５で検出し、フィー
ドバックし、圧力制御ユニット２０の圧力コントローラ
２１で制御演算を行うことにより、制御信号に対して、
出力圧が線形になる。制御演算は圧力のフィードバック
値に対して比例、微分、積分（ＰＩＤ制御アルゴリズ
ム）を行っている。本来ならば、Ｉ／Ｐ変換器２３やパ
イロットリレー２４はヒステリシスや不感帯の非線形要
素が含まれていたが、圧力センサ２５で出力圧のフィー
ドバックを組み込むことにより、図３（Ｂ）に示すよう
に、制御信号と出力圧との関係において、その影響がこ
の形のループゲインの一つとなり、殆ど線形にすること
ができる。
おいて、その出力圧を圧力センサ２５で検出し、フィー
ドバックし、圧力制御ユニット２０の圧力コントローラ
２１で制御演算を行うことにより、制御信号に対して、
出力圧が線形になる。制御演算は圧力のフィードバック
値に対して比例、微分、積分（ＰＩＤ制御アルゴリズ
ム）を行っている。本来ならば、Ｉ／Ｐ変換器２３やパ
イロットリレー２４はヒステリシスや不感帯の非線形要
素が含まれていたが、圧力センサ２５で出力圧のフィー
ドバックを組み込むことにより、図３（Ｂ）に示すよう
に、制御信号と出力圧との関係において、その影響がこ
の形のループゲインの一つとなり、殆ど線形にすること
ができる。
【００２０】一方、バルブ機構部３０に供給する出力圧
の制御演算は、圧力センサ２５の出力をＡ／Ｄ変換する
（図２参照）ことにより、デジタル演算できるが、ＣＰ
Ｕの負荷や新たなＡ／Ｄ変換器を用意する等の問題があ
るので、アナログで制御回路を組むのが現実的である。
このように、圧力制御ユニット２０にバルブ機構部３０
へ供給する出力圧のフィードバックを組み込むことによ
り、図３（Ａ）に示すように、今まで問題になってい
た、制御信号と出力圧との関係において、Ｉ／Ｐ変換器
２３及びパイロットリレー２４から発生する要素の非線
形（ヒステリシス）が改善され、図３（Ｂ）に示すよう
に、線形性を維持することができる。
の制御演算は、圧力センサ２５の出力をＡ／Ｄ変換する
（図２参照）ことにより、デジタル演算できるが、ＣＰ
Ｕの負荷や新たなＡ／Ｄ変換器を用意する等の問題があ
るので、アナログで制御回路を組むのが現実的である。
このように、圧力制御ユニット２０にバルブ機構部３０
へ供給する出力圧のフィードバックを組み込むことによ
り、図３（Ａ）に示すように、今まで問題になってい
た、制御信号と出力圧との関係において、Ｉ／Ｐ変換器
２３及びパイロットリレー２４から発生する要素の非線
形（ヒステリシス）が改善され、図３（Ｂ）に示すよう
に、線形性を維持することができる。
【００２１】一方、バルブ位置制御ユニット１０におい
ては、図４に示すように、バルブのステム変位を位置セ
ンサ１２で検出し、バルブ３３のフィードバック信号を
返し、セットポイント信号Ｓｐと一致させるように制御
信号をコントローラ１１で演算し、圧力制御ユニット２
０に渡す。圧力制御ユニット２０は制御信号に応じた出
力圧を出力する。このような制御ループを組むことによ
り、バルブ３３が持っている非線形性が改善される。制
御信号は圧力制御ユニット２０がアナログの場合、電圧
信号で出力する。又、圧力制御ユニット２０がデジタル
の場合、デジタル値で制御信号を出力する。即ち、圧力
制御ユニット２０の圧力コントローラ２１（図１及び図
２参照）とバルブ位置制御ユニット２０のコントローラ
１１と２つのコントローラを持ち、カスケード接続する
ことにより微少なバルブの弁開度に対しても適確に応じ
て追従するという制御性を改善することができるのであ
る。
ては、図４に示すように、バルブのステム変位を位置セ
ンサ１２で検出し、バルブ３３のフィードバック信号を
返し、セットポイント信号Ｓｐと一致させるように制御
信号をコントローラ１１で演算し、圧力制御ユニット２
０に渡す。圧力制御ユニット２０は制御信号に応じた出
力圧を出力する。このような制御ループを組むことによ
り、バルブ３３が持っている非線形性が改善される。制
御信号は圧力制御ユニット２０がアナログの場合、電圧
信号で出力する。又、圧力制御ユニット２０がデジタル
の場合、デジタル値で制御信号を出力する。即ち、圧力
制御ユニット２０の圧力コントローラ２１（図１及び図
２参照）とバルブ位置制御ユニット２０のコントローラ
１１と２つのコントローラを持ち、カスケード接続する
ことにより微少なバルブの弁開度に対しても適確に応じ
て追従するという制御性を改善することができるのであ
る。
【００２２】
【発明の効果】上記説明したように、本発明に係る電空
ポジショナは、バルブ位置制御ユニットにおいては入力
したバルブを制御するセットポイント信号Ｓｐをステム
の変位であるステム変位信号との偏差により制御し且つ
電空変換部にあたる圧力制御ユニットにおいてはバルブ
に供給する出力圧のフイードバック信号により電空変換
制御をするようにしたことによりバルブの弁開度が少な
い制御であっても正確に動作制御することができるとい
う効果がある。
ポジショナは、バルブ位置制御ユニットにおいては入力
したバルブを制御するセットポイント信号Ｓｐをステム
の変位であるステム変位信号との偏差により制御し且つ
電空変換部にあたる圧力制御ユニットにおいてはバルブ
に供給する出力圧のフイードバック信号により電空変換
制御をするようにしたことによりバルブの弁開度が少な
い制御であっても正確に動作制御することができるとい
う効果がある。
【図１】本発明に係る電空ポジショナの構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】同圧力制御ユニットの構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】制御信号と出力圧との関係を示したもので
（Ａ）はヒステリシスを、（Ｂ）はヒステリシスがない
ときのグラフである。
（Ａ）はヒステリシスを、（Ｂ）はヒステリシスがない
ときのグラフである。
【図４】同バルブ位置制御ユニットの構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図５】従来技術における電空ポジショナの構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図６】従来技術におけるバルブ位置制御装置の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
１０ バルブ位置制御ユニット １１ コントローラ １２ 位置センサ ２０ 圧力制御ユニット ２１ 圧力コントローラ ２２ Ｖ／Ｉ変換器 ２３ Ｉ／Ｐ変換器 ２４ パイロットリレー ２５ 圧力センサ ３０ バルブ機構部 ３１ 圧力変換部 ３２ ステム ３３ バルブ
Claims (4)
- 【請求項１】入力するセットポイント信号Ｓｐに応じて
バルブの弁開度を設定する制御信号を生成する位置制御
ユニットと、該位置制御ユニットからの制御信号に基づ
いて空気圧からなる出力圧をバルブに供給する圧力制御
ユニットと、該出力圧に基づいてバルブのステムを変位
させて弁開度を制御するバルブ機構部とからなる電空ポ
ジショナであって、上記位置制御ユニットは上記セット
ポイント信号Ｓｐと上記バルブの変位を検出して得られ
たステム変位信号との信号に基づいて制御信号を生成す
ると共に上記圧力制御ユニットは上記位置制御ユニット
の制御信号と上記出力圧をフィードバックした出力圧信
号との信号に基づいて出力圧を生成するようにしたこと
を特徴とする電空ポジショナ。 - 【請求項２】上記請求項１において、上記位置制御ユニ
ットは、上記バルブの変位を検出して上記ステム変位信
号を生成する位置センサと、上記セットポイント信号Ｓ
ｐと上記ステム変位信号との信号に基づいてバルブの弁
開度を制御する制御信号を生成するコントローラとから
なる電空ポジショナ。 - 【請求項３】上記請求項１において、上記圧力制御ユニ
ットは、上記制御信号に応じた信号を生成する圧力コン
トローラと該圧力コントローラからの信号に応じた圧力
をバルブに供給し、その出力圧を検出して出力圧信号を
生成する圧力センサとからなり、上記圧力コントローラ
は、上記制御信号と上記圧力信号との信号に基づく信号
を入力するようにしたことを特徴とする電空ポジショ
ナ。 - 【請求項４】上記請求項３において、上記圧力制御ユニ
ットは、上記圧力コントローラからの信号を電流信号に
変換して出力するＶ／Ｉ変換器と、該Ｖ／Ｉ変換器から
の電流信号を空気圧に変換して電磁アクチュエータによ
り出力するＩ／Ｐ変換器と、該Ｉ／Ｐ変換器からの空気
圧を増幅するとともに上記バルブに供給する空気流量を
調節し上記バルブへの出力圧力を決定するパイロットリ
レーと、該パイロットリレーから出力する出力圧の圧力
を検出して出力圧信号を生成する圧力センサとからな
り、上記圧力コントローラは、上記制御信号と上記出力
圧信号との信号に基づく信号を入力するようにしたこと
を特徴とする電空ポジショナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000028069A JP2001221201A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 電空ポジショナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000028069A JP2001221201A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 電空ポジショナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001221201A true JP2001221201A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=18553538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000028069A Pending JP2001221201A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 電空ポジショナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001221201A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102506215A (zh) * | 2012-01-04 | 2012-06-20 | 上海龙创自控系统有限公司 | 一种有关阀门电动执行器的无声三位浮点开关控制转换器 |
| JP2012207747A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Azbil Corp | ポジショナ |
| CN103592979A (zh) * | 2012-08-15 | 2014-02-19 | 盛美半导体设备（上海）有限公司 | 清洗液流量控制系统及控制方法 |
| US8955821B2 (en) | 2011-03-30 | 2015-02-17 | Azbil Corporation | Positioner |
| WO2023153229A1 (ja) * | 2022-02-08 | 2023-08-17 | 東京エレクトロン株式会社 | 液処理方法、吐出調整方法及び液処理装置 |
-
2000
- 2000-02-04 JP JP2000028069A patent/JP2001221201A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012207747A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Azbil Corp | ポジショナ |
| US8955821B2 (en) | 2011-03-30 | 2015-02-17 | Azbil Corporation | Positioner |
| CN102506215A (zh) * | 2012-01-04 | 2012-06-20 | 上海龙创自控系统有限公司 | 一种有关阀门电动执行器的无声三位浮点开关控制转换器 |
| CN103592979A (zh) * | 2012-08-15 | 2014-02-19 | 盛美半导体设备（上海）有限公司 | 清洗液流量控制系统及控制方法 |
| WO2023153229A1 (ja) * | 2022-02-08 | 2023-08-17 | 東京エレクトロン株式会社 | 液処理方法、吐出調整方法及び液処理装置 |
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