JP3196177B2 - 電空ポジショナ - Google Patents

電空ポジショナ

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JP3196177B2 JP08236791A JP8236791A JP3196177B2 JP 3196177 B2 JP3196177 B2 JP 3196177B2 JP 08236791 A JP08236791 A JP 08236791A JP 8236791 A JP8236791 A JP 8236791A JP 3196177 B2 JP3196177 B2 JP 3196177B2
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惇 木村
正明 山口
龍作 久保田
寛 林
剛志 西島
稔 翠川
康男 笠原
晃 井上
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2本の伝送線を介して
伝送された電流を用いてこれに対応するバルブの開度を
制御する電空ポジショナに係り、特にバルブに異常発振
が生じたときにこれを即時に検出してバルブ動作を安定
化させるように改良した電空ポジョナに関する。
【0002】
【従来の技術】図4は特願昭60−213799号「電
空ポジショナ」に示された電空ポジショナの構成の概要
を示すブロック図である。
【0003】10,11は調節計などからの例えば4〜
20mAなどの電流出力I0 を入力電流I0 として受け
る入力端子である。12は入力処理回路であり,入力端
子10,11間に直列に挿入された抵抗121で入力電
流I0 を電圧信号Vi に変換し,またこの抵抗と直列に
接続されたツェナダイオ−ド122で回路の電源電圧E
b を作る。
【0004】13は差動増幅器であり,電圧信号Vi
帰還信号Vf との差を増幅する。この差動増幅器13の
出力V0 とパイロットリレ−14のステム変位に関連し
た帰還信号Vp との差電圧Vc によりフラッパ168を
変位させる圧電アクチュエ−タ16を差動的に駆動す
る。
【0005】圧電アクチュエ−タ16は圧電素子16
1,162を有しこれらの圧電素子は差電圧Vc により
差動的に駆動され互いに逆方向に変位する。フラッパ1
5に対向してノズル17が配置されており,ノズル17
のノズル背圧Pb は差電圧Vc に対応して変化しこれが
パイロットリレ−14に入力される。
【0006】パイロットリレ−14はノズル背圧Pb
増幅して空気圧出力P0 に変換すると共にステム141
を変位させる。この変位は,変位/電気信号変換器19
で帰還信号Vp に変換され差動増幅器13の出力V0
の差がとられる。
【0007】バルブ20は空気圧出力P0 をバルブステ
ム201の変位に変え,この変位は変位/電気信号変換
器21で帰還信号Vf に変換される。この変位/電気信
号変換器21は振動式力センサを用いて構成され,一方
の端部が固定された片持梁211のエッチングされた振
動部212に一対の圧電素子213,214を配置さ
せ,増幅器215と2個の圧電素子が閉ル−プを構成す
るようにして振動部212の固有周波数の自己発振をさ
せている。
【0008】片持梁211の他端にはバネ216を介し
てバルブステム201の変位xを力に変換して入力する
ことにより,バルブステム201の変位xつまり弁開度
に関連した周波数出力fn を得ることができる。増幅器
215の周波数出力fn は周波数/電圧変換回路217
で帰還信号Vfに変換されて差動増幅器13に帰還され
る。
【0009】以上の構成を自動制御系として信号の流れ
に着目した機能単位のブロック図で現すと図5に示すよ
うになる。この図から分かるように、この電空ポジショ
ナにはバルブ20のステム変位xを入力電流I0 に正確
に制御するためのメインの帰還回路である変位/電気信
号変換器21が設けられているほかに、この変換回路を
安定に動作させるための変位/電気信号変換器19を設
けて二重帰還がされている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような電空ポジショナは、この電空ポジショナの制御対
象であるバルブ20の大きさ(容量)、ゲイン、および
空気配管の長さなどが様々であるので、組み合わされる
各々のバルブに合わせて変換回路のゲインを適正に調整
しなければ安定に動作しない。そこで、このル−プゲイ
ンを調節するためにノズル/フラッパの絞りを交換した
り、変位/電気信号変換器19のゲインを手動で調整す
ることとなるが、この調整は発振が開始されてから事後
的に人間が調整し直さなければならないという問題があ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、空気圧で駆動されるバルブのステム位
置を入力電流に対応して制御する帰還ループを内蔵する
変換回路を有する電空ポジショナにおいて、前記ステム
位置に対応する帰還信号と前記入力信号との偏差を演算
して残存する直流成分と変動成分より直流成分をカット
して変動成分のみを発振の振動振幅として表わす制御信
号を出力する異常発振検出手段と、この制御信号はホー
ルドされ前記変換回路のループゲインを下げる方向に働
いて入出力の伝達特性を一定に保持して発振を収束させ
る利得制御手段とを具備するようにしたものである。
【0012】
【作 用】電空ポジショナが動作中に、不安定になり、
発振が生じたときは、バルブのステム位置に対応する帰
還信号に発振に基づく振動成分が発生する。異常発振検
出手段は、この帰還信号と電圧信号との偏差を演算する
ことにより帰還信号に含まれる振動成分を検出する。そ
して、利得制御手段はこの振動成分を用いて先の変換回
路のル−プゲインを小さくする。以上のようにして、電
空ポジショナに発振が生じたときは自動的にこの発振状
態を検出してル−プゲインを小さくして安定状態に移行
させる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図4、図5に示す従来の電空ポジショ
ナと同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適
宜にその説明を省略する。
【0014】入力電流I0 は入力処理回路12で受信さ
れ変換回路の電源電圧Eb を作ると共にこの入力電流I
0 に比例した電圧信号Vi を差動増幅器13と偏差増幅
器22に出力する。差動増幅器13は、電界効果トラン
ジスタなどを用いた可変利得増幅器23から出力される
帰還信号Vfgと電圧信号Vi との偏差を演算してその出
力信号V0 ´を偏差増幅器24に出力する。
【0015】偏差増幅器24は、この出力信号V0 ´と
電界効果トランジスタなどを用いた可変利得増幅器25
から出力される帰還信号Vpgとの偏差を演算して差電圧
c ´としてアクチュエ−タ16に出力する。アクチュ
エ−タ16は、例えば圧電アクチュエ−タ、あるいはト
ルクモ−タなどが用いられる。アクチュエ−タ16は差
電圧Vc ´に対応するフラッパ15の変位を引き起こ
し、ノズル17のノズル背圧Pb ´を変化させる。
【0016】パイロットリレ−14は、このノズル背圧
b ´を増幅して空気圧出力P0 ´としてバルブ20に
出力すると共にそのステム141を変位させる。このス
テム141の変位は変位/電気信号変換器19で電気信
号に変換され帰還信号Vp として可変利得増幅器25に
出力される。変位/電気信号変換器19は、例えばバネ
と歪センサを用いたもの、磁気抵抗素子などを用いて構
成される。可変利得増幅器25はホ−ルド信号S1 によ
りそのゲインが制御されて帰還信号Vpgとして偏差増幅
器24に出力される。
【0017】一方、バルブ20に出力された空気圧出力
0 ´は、バルブ20のステムを変位xさせる。このス
テムの変位xは変位/電気信号変換器21により帰還信
号V f に変換されて可変利得増幅器23に出力される。
変位/電気信号変換器21は、例えばポテンショメ−
タ、あるいは振動式変位センサなどが用いられる。可変
利得増幅器23はホ−ルド回路29から出力されるホ−
ルド信号S2 によりそのゲインが制御されて帰還信号V
fgとして差動増幅器13に出力される。
【0018】また、偏差増幅器22には、電圧信号Vi
と帰還信号Vf が入力され、偏差増幅器22はこれ等の
偏差を演算してその偏差信号をハイパスフイルタ26に
出力する。ハイパスフイルタ26はこの偏差信号に含ま
れている直流分を除去し変動成分Vw を取り出す。この
変動成分Vw は整流回路27で整流されてロ−パスフイ
ルタ28で平滑されてホ−ルド回路29と診断信号発生
回路30に制御信号S 3 として出力する。そして、偏差
増幅器22、ハイパスフイルタ26、ダイオ−ドなどを
用いた整流回路27及びロ−パスフイルタ28などによ
り異常発振検出手段31が構成されている。
【0019】ホ−ルド回路29はこの制御信号S3 をホ
−ルドして可変利得増幅器25、23に対応するゲイン
を制御するホ−ルド信号S1 、S2 をそれぞれ可変利得
増幅器25、23に出力する。また、診断信号発生回路
30は制御信号S3 を用いて診断信号ASを出力する。
【0020】次に、以上のように構成された実施例の動
作について説明する。通常の状態では、差動増幅器13
にはバルブ20のステムの変位xに対応する帰還信号V
fgと入力電流I0 に比例する電圧信号Vi とが入力さ
れ、差動増幅器13はこれ等の値が一致するように制御
しているので、入力電流I0 に比例するバルブ20のス
テムの変位xが安定的に得られている。
【0021】しかしながら、入力電流I0 の変化に伴な
ってこのフイ−ドバック系が発振を起し、バルブ20の
ステムの変位xが変動を始めると、この変化は帰還信号
f の変化として現れる。偏差増幅器22は電圧信号V
i と帰還信号Vf との偏差を演算しているので、その出
力端にはこれ等を減算した結果の残存する直流成分と変
動成分とか現れる。このうち、直流成分はハイパスフイ
ルタ26でカットされ変動成分のみが整流回路27で整
流されロ−パスフイルタ28で平滑されて直流の制御信
号S3 として出力される。したがって、この制御信号S
3 は発振の振動振幅を示していることとなる。
【0022】この制御信号S3 はホ−ルド回路29でホ
−ルドされ可変利得増幅器25、23のゲインを制御す
るホ−ルド信号S1 、S2 とされる。可変利得増幅器2
5は、変位/電気信号変換器19と可変利得増幅器25
で構成されるマイナの安定化ル−プのゲインを上げる方
向に動作して全体のル−プゲインを下げる。また、可変
利得増幅器23は変位/電気信号変換器21と可変利得
増幅器23で構成されるメインのル−プのゲインを下げ
る方向に働き、入出力の伝達特性を一定に保持して、発
振を収束させる。制御信号S3 は診断信号発生回路30
で処理されて発振の状態を示す診断信号ASとして外部
に出力され安定度を把握する目安とされる。
【0023】図2は図1に示す実施例において変位/電
気信号変換器19と可変利得増幅器25で構成される安
定化ル−プを有しない本発明の他の実施例の構成を示す
ブロック図である。発振を抑えるだけの目的のときはこ
のような構成でも良い。この場合には、差動増幅器13
とアクチュエ−タ16との間に可変利得増幅器32を設
け、ロ−パスフイルタ28の出力である制御信号S3 ´
をホ−ルド回路29でホ−ルドしたホ−ルド信号S4
より可変利得増幅器32のゲインを下げることによりフ
オワ−ドゲインを下げて異常発振を収束させる。
【0024】しかし、この場合にバルブステムの変位X
にオフセットが生じるのを避けたいのであれば、図3に
示すように変位/電気信号変換器21の後段に可変利得
増幅器23を設けてホ−ルド回路29のホ−ルド信号S
5 によりこの可変利得増幅器23のゲインを下げて入出
力の伝達特性を一定にすれば良い。
【0025】
【発明の効果】以上、実施例により具体的に説明したよ
うに本発明によれば、空気圧で駆動されるバルブのステ
ム位置を入力電流に対応して制御する帰還ル−プを内蔵
する変換回路を有する電空ポジショナにおいて、ステム
位置に対応する帰還信号と入力電流とから振動成分を検
出する異常発振検出手段と、この振動成分を用いて変換
回路のル−プゲインを変更する利得制御手段とを具備す
るようにしたので、各種バルブとポジショナの組み合せ
に対して発振が生じたときでも格別に安定化調整をする
ことなくこの発振を自動的に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【図3】図2に示す実施例の一部を改良した本発明の更
に他の部分ブロック図である。
【図4】従来の電空ポジショナの構成を示すブロック図
である。
【図5】図4に示す電空ポジショナの構成を信号の流れ
に着目した機能単位のブロック図で示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
12 入力処理回路 13 差動増幅器 14 パイロットリレ− 19 変位/電気信号変換器 20 バルブ 21 変位/電気信号変換器 23、25、32 可変利得増幅器 26 ハイパスフイルタ 29 ホ−ルド回路 30 診断信号発生回路 31 異常発振検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西島 剛志 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (72)発明者 翠川 稔 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (72)発明者 笠原 康男 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (72)発明者 井上 晃 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 審査官 佐藤 健人 (56)参考文献 特開 昭62−75103(JP,A) 特開 平1−158503(JP,A) 特開 昭62−75102(JP,A) 特開 昭63−244209(JP,A) 特開 昭64−48103(JP,A) 特開 昭48−15571(JP,A) 特開 昭63−159677(JP,A) 実開 昭62−199505(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F15B 5/00 F16K 37/00 G05D 3/12 305

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気圧で駆動されるバルブのステム位置を
    入力電流に対応して制御する帰還ループを内蔵する変換
    回路を有する電空ポジショナにおいて、前記ステム位置
    に対応する帰還信号と前記入力信号との偏差を演算して
    残存する直流成分と変動成分より直流成分をカットして
    変動成分のみを発振の振動振幅として表わす制御信号を
    出力する異常発振検出手段と、この制御信号はホールド
    され前記変換回路のループゲインを下げる方向に働いて
    入出力の伝達特性を一定に保持して発振を収束させる利
    得制御手段とを具備することを特徴とする電空ポジショ
    ナ。
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