JP2607408B2 - ポジショナ - Google Patents

ポジショナ

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JP2607408B2
JP2607408B2 JP29963591A JP29963591A JP2607408B2 JP 2607408 B2 JP2607408 B2 JP 2607408B2 JP 29963591 A JP29963591 A JP 29963591A JP 29963591 A JP29963591 A JP 29963591A JP 2607408 B2 JP2607408 B2 JP 2607408B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体の流量等の制御を
行うバルブの開度を調整するポジショナに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のポジショナには、第1の
例として図6に示されるような力平衡式ポジショナがあ
る。同図において、1はバルブ、2はバルブ1の開閉駆
動を行う駆動部、3はバルブステム、4はブースタ、5
はノズル、6はトルクモータ、7はフラッパ、8はフィ
ードバックレバーである。即ち、外部から供給される一
定の空気量を示す空気信号SUPは、ノズル5を介して
フラッパ7へ噴射される一方、ブースタ4を介して駆動
部2へ供給されており、この空気圧により駆動部2はバ
ルブステム3を介してバルブ1の開度を制御している。
今、バルブ1の開度を或開度に設定するために設定値R
が入力されると、トルクモータ6により駆動されるフラ
ッパ7の位置によりノズル5から噴射される空気量の増
減が制御され、この結果、ノズル5から噴射される空気
量の増減関係と逆の関係にある空気量によって駆動部2
が駆動されバルブ1の開度が制御される。一方、バルブ
1の開度はバルブステム2に取り付けられたフィードバ
ックレバー8によりフィードバック制御される。即ち、
フィードバックレバー8の駆動と連動してバネ9,10
が駆動されることによりフラッパ7が適正な位置に保持
され、この結果、ノズル5からの噴射量が適正値に保持
されることによって駆動部2へ与えられる駆動空気量が
一定値に制御される。
【0003】次に、図7は、従来のポジショナの第2の
実施例を示し、制御されたバルブ1の開度を回転形ポテ
ンショメーターを用いて検出しフィードバックするもの
である。即ち、同図において、20はポテンショメータ
ー、21はA/D変換器、22はコントローラ、23は
電気信号を空気信号に変換する電空変換部である。この
ポジショナは、バルブ1の開度を設定する設定値Rをコ
ントローラ22へ送出すると、コントローラ22はこれ
を電気信号として電空変換部23へ伝達する。そして、
電空変換部23においては、供給された空気信号SUP
のうちこの電気信号に応じた空気信号を駆動部2へ送出
してバルブ1の開度を制御させる。こうしてバルブ1の
開度制御が行われると、ポテンショメーター20は、バ
ルブ1の開度制御により生じたバルブステム3のストロ
ーク変位と設置されたポテンショメーター20とのなす
角、即ち回転角θを検出して、A/D変換器へ送出し電
気信号に変換させる。このA/D変換器21から出力さ
れるフィードバック量を示す電気信号は、コントローラ
22へ送出され、この結果コントローラ部22において
駆動部2へ与える駆動空気量が加減制御される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のポジショナは、
例えば図6に示す第1の例の場合、フィードバックレバ
ー8の取付点点Aやポジショナのバルブステム3への取
付点Bが正確な精度で取り付けられていない場合、正確
なフィードバックが行われないという欠点があった。ま
た、第2の例の場合も同様な欠点を有し、例えば図8
(c)に示すように、ポテンショメーター20の取付調
整時に取付誤差に相当する角度θE が生じた場合には、
同図の(b)に示すように、フィードバック量Xが正規
の値から外れ正確なフィードバックが行われない。
【0005】また、取付が正確に行われても或程度の直
線性の誤差を生じるという問題もあった。即ち、図7に
おいて、バルブ1の開度を制御してその回転角をθとす
るために、(1)式に示すような値Rが設定されたとす
る。
【数1】 なお、ここでポテンショメーター20がバルブステム3
へ取付されるときの調整角度をθS とすると、k=Lt
anθs /θs である。そしてこの場合のフィードバッ
ク量Xは、バルブステム3とポテンショメーター20と
の直線距離をLとすると(2)式のように表すことがで
きる。
【数2】 しかし、図8(a)に示すように、設定値Rの直線状の
変化に対し、フィードバック量Xは曲線状に変化するの
で、設定値Rとフィードバック量Xとの間には(3)式
に示すような誤差ERRが生じ、フィードバックを正確
に行うことができないという欠点があった。
【数3】
【0006】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、駆動部からバルブへの駆動力を伝
達するバルブステムに取り付けられたポテンショメータ
ーのバルブステムに対する直角位置をバルブが全閉状態
にあるときの全閉角とバルブが全開状態にあるときの全
開角との中点に定めると共に、検出されたバルブの開度
に基づく回転角を定められた直角位置に基づき補正した
のち直線開度に変換し駆動部へフィードバックするよう
にしたものである。また、バルブステムに取り付けられ
た前記ポテンショメーターの位置をバルブが全閉状態に
あるときの全閉位置及びバルブが全開状態にあるときの
全開位置以外の位置に制御してバルブステムに対するポ
テンショメーターの直角位置を算出すると共に、検出さ
れた回転角を算出された直角位置に基づき補正したのち
直線開度に変換するようにしたものである。また、取り
付けられたポテンショメーターのバルブステムに対する
直角位置をバルブが全開状態にあるときの全開位置とバ
ルブが全閉状態にあるときの全閉位置との差分,及びポ
テンショメーターとバルブステムとの距離から算出する
と共に、検出された回転角を算出された直角位置に基づ
き補正したのち直線開度に変換するようにしたものであ
る。また、バルブステムに設けられたフィードバックピ
ンとバルブステムに取り付けられたフィードバックレバ
ーとの接触面を抵抗素子により形成すると共に、この抵
抗素子の抵抗値に基づいてフィードバックレバーのバル
ブステムに対する直角位置を算出し、検出された回転角
を算出された直角位置に基づき補正したのち直線開度に
変換するようにしたものである。
【0007】
【作用】ポテンショメーターのバルブステムに対する直
角位置またはフィードバックレバーのバルブステムに対
する直角位置が算出され、ポテンショメーター等により
検出されたバルブの開度を示す回転角は、算出された直
角位置に基づいて補正されたのち直線開度に変換され
る。この結果、ポジショナのバルブステムへの取付の際
に誤差が生じても、駆動部へ正確なフィードバックが行
える。
【0008】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。このポジショナにおいて、バルブ1の開度を所定値
に設定するために設定値Rをコントローラ22へ送出す
ると、コントローラ22はこれを電気信号として電空変
換部23へ伝達すると共に、電空変換部23において
は、供給された空気信号SUPのうちこの電気信号に応
じた空気信号を駆動部2へ送出してバルブ1の開度を制
御させる。そして駆動部2により制御されたバルブ1の
開度は、ポテンショメーター20によりバルブステム3
のストローク変位を示す回転角θとして検出され、これ
がA/D変換器21を介して回転角・直線位置変換手段
24へ送出される。回転角・直線位置変換手段24で
は、入力した回転角θ、及びポテンショメーター20と
バルブステム3との直線距離Lからまず暫定的なフィー
ドバック量を求めると共に、この求めたフィードバック
量が回転角θに対して直線的に変化するように変換を行
い、変換されたフィードバック量Xをコントローラ22
へ送出する。この結果、コントローラ22においては、
入力した設定値Rと直線的なずれの生じないフィードバ
ック量が得られることになり的確なフィードバック制御
を行うことができる。
【0009】次に、図2は、本発明の第2の実施例を示
すブロック図であり、ポジショナをバルブステム3に取
り付ける際の取付誤差を考慮に入れてフィードバック量
Xを算出するようにしたものである。即ち、図2におい
て、基準角をポテンショメーター20の分圧比50%位
置とし、バルブ1の全閉状態を示す全閉角をθZ 、全閉
位置をXZ 、バルブ1の全開状態を示す全開角をθS 、
全開位置をXS 、基準角と直角位置の差角をθE 、基準
角位置をXE 、バルブステム3のストロークスパンをV
S 、ポテンショメーター20とバルブステム3との距離
をLとすると、回転角・直線位置変換手段24では
(4)式に示すような変換を行ってフィードバック量X
を算出する。
【数4】
【0010】ここで、基準角と直角位置との差角θE
は、ポジショナとアクチュエータとの取付で決定される
角度であり、この取付誤差、即ち差角θEを求めなけれ
ば正確なフィードバック量Xを算出することができな
い。本発明では、この取付誤差に起因する差角θE を以
下の4通りの方法で算出し、検出された回転角θをこの
算出された差角θE で補正するようにしたものである。
即ち、第1の方法は、基準角と直角位置との差角θE を
(5)式に示されるように、全閉角θZ と全開角θS と
の中点にする。
【数5】 こうした場合、或程度の誤差を生じるが、回転角・直線
位置変換手段24における処理が簡単になる。
【0011】次に、第2の方法は、基準角と直角位置と
の差角θE を全閉位置XZ 及び全開位置XS 以外の1点
にコントロールし、その時の開度位置から差角θE 算出
する。その1例として、図3に示すように、基準角と直
角位置との差角θE を中点位置XM にコントロールする
と、(6)式〜(11)式が成立する。即ち、
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】
【0012】ここで、全閉角θZ ,全開角θS 及びスト
ロークスパンVS は調整時に求められるものであり、角
θM は入力を50%にすることで求められ、そのときの
ストロークVM を測定することにより、基準角と直角位
置との差角θE は(12)式により算出される。この方
法では、回転角・直線位置変換手段24における処理が
複雑になるが正確な値を算出できる。
【数12】
【0013】また、第2の例としては、基準角と直角位
置との差角θE を或1点、例えば設定値Rにコントロー
ルする。この場合、(8)式は(13)式のように変形
され、この(13)式と上記の(6),(7)式及び
(9)〜(12)式から差角θE が算出される。
【数13】
【0014】また、第3の例としては、基準角と直角位
置との差角θE である基準角にコントロールする。この
場合、上記の各式において、各θM が「0」になり、こ
のときの測定位置をVE とすると、(12)式は(1
4)式のように変形され、ここからθE を算出すること
ができる。
【数14】
【0015】次に基準角と直角位置との差角θE を算出
する第3の方法としては、図4に示すように、バルブス
テム3とポテンショメーター20との距離L、及びバル
ブステム3のストロークスパンVS から求める方法であ
り、この場合、(15)〜(17)式が成り立つ。即
ち、
【数15】
【数16】
【数17】
【0016】これら(15)〜(17)式から求める差
角θE は、(18)式から算出される。
【数18】 なお、(18)式中のA,B,Cはそれぞれ(19),
(20),(21)式で示される値である。
【数19】
【数20】
【数21】
【0017】これらの(18)〜(21)式中で、バル
ブステム3とポテンショメーター20との距離L,バル
ブステム3のストロークスパンVS ,全閉角θZ 及び全
開角θS はそれぞれ既知であり、したがって基準角と直
角位置との差角θE を容易に算出することができる。
【0018】次に、基準角と直角位置との差角θE を算
出する第4の方法として、図5に示すような方法があ
る。これはバルブステム3に取り付けられたフィードバ
ックレバー25に抵抗素子26を設け、フィードバック
ピン28の作動による抵抗値変化を検出して差角θE を
求めるようにしたものである。即ち、バルブ1が全閉状
態から全開状態となるようにバルブストロークを変化さ
せ、フィードバックピン28の作動により抵抗素子26
の抵抗値RS が最小になったときの角度θを基準角と直
角位置との差角θE としたものである。即ち、
【数22】
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ポテン
ショメーターのバルブステムに対する直角位置またはフ
ィードバックレバーのバルブステムに対する直角位置を
算出すると共に、ポテンショメーター等により検出され
たバルブの開度を示す回転角を、算出された直角位置に
基づいて補正して直線開度に変換するようにしたので、
ポジショナのバルブステムへの取付の際に誤差が生じて
も、駆動部に対して正確なフィードバックを行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポジショナの一実施例を示すブロ
ック図である。
【図2】上記ポジショナの他の実施例を示す説明図であ
る。
【図3】上記ポジショナの取付誤差に基づく角度θE の
算出方法を示す説明図である。
【図4】上記ポジショナの取付誤差に基づく角度θE の
算出方法を示す説明図である。
【図5】上記ポジショナの取付誤差に基づく角度θE の
算出方法を示す説明図である。
【図6】従来のポジショナの構成図である。
【図7】従来のポジショナのブロック図である。
【図8】従来のポジショナの特性を示す図である。
【符号の説明】
1 バルブ 2 駆動部 3 バルブステム 20 ポテンショメーター 21 A/D変換器 22 コントローラ 23 電空変換部 24 回転角・直線位置変換手段 25 フィードバックレバー 26 抵抗素子 28 フィードバックピン

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動部の駆動力を伝達してバルブを開閉
    させるバルブステムにポテンショメーターを取り付け
    し、駆動されたバルブの開度を前記ポテンショメーター
    により回転角として検出すると共に検出された回転角に
    基づいて前記駆動部へのフィードバックを行うポジショ
    ナにおいて、 取り付けられた前記ポテンショメーターの前記バルブス
    テムに対する直角位置をバルブが全閉状態にあるときの
    全閉角とバルブが全開状態にあるときの全開角との中点
    に定めると共に、検出された前記回転角を算出された前
    記直角位置に基づき補正したのち直線開度に変換するこ
    とを特徴とするポジショナ。
  2. 【請求項2】 駆動部の駆動力を伝達してバルブを開閉
    させるバルブステムにポテンショメーターを取り付け
    し、駆動されたバルブの開度をポテンショメーターによ
    り回転角として検出すると共に検出された回転角に基づ
    いて前記駆動部へのフィードバックを行うポジショナに
    おいて、 前記バルブステムに取り付けられた前記ポテンショメー
    ターの位置をバルブが全閉状態にあるときの全閉位置及
    びバルブが全開状態にあるときの全開位置以外の位置に
    制御しその時の開度位置に基づいて前記バルブステムに
    対する前記ポテンショメーターの直角位置を算出すると
    共に、検出された前記回転角を算出された前記直角位置
    に基づき補正したのち直線開度に変換することを特徴と
    するポジショナ。
  3. 【請求項3】 駆動部の駆動力を伝達してバルブを開閉
    させるバルブステムにポテンショメーターを取り付け
    し、駆動されたバルブの開度を前記ポテンショメーター
    により回転角として検出すると共に検出された回転角に
    基づいて前記駆動部へのフィードバックを行うポジショ
    ナにおいて、 取り付けられた前記ポテンショメーターの前記バルブス
    テムに対する直角位置をバルブが全開状態にあるときの
    全開位置とバルブが全閉状態にあるときの全閉位置との
    差分,及び前記ポテンショメーターとバルブステムとの
    距離から算出すると共に、検出された前記回転角を算出
    された前記直角位置に基づき補正したのち直線開度に変
    換することを特徴とするポジショナ。
  4. 【請求項4】 駆動部の駆動力を伝達してバルブを開閉
    させるバルブステムにフィードバックレバーを取り付け
    し、駆動されたバルブの開度をフィードバックレバーに
    より回転角として検出すると共に検出された回転角に基
    づいて前記駆動部へのフィードバックを行うポジショナ
    において、 前記バルブステムに設けられたフィードバックピンと前
    記フィードバックレバーとの接触面を抵抗素子により形
    成すると共に、この抵抗素子の抵抗値に基づいて前記フ
    ィードバックレバーの前記バルブステムに対する直角位
    置を算出し、検出された前記回転角を算出された前記直
    角位置に基づき補正したのち直線開度に変換することを
    特徴とするポジショナ。
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