JP3204061B2 - 電空ポジショナ - Google Patents
電空ポジショナInfo
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- Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
Description
ル信号が伝送されるフイールドバスに接続されこのデジ
タル信号に対応してバルブのストロークの位置を制御し
てその弁開度を制御する電空ポジショナに係り、特に、
高速に制御信号の処理ができるように改良した電空ポジ
ショナに関する。
る電空ポジショナの全体構成を示す構成図である。電空
ポジショナ10の一端はデジタル制御システムなどの図
示しない上位システムにフイールドバス11を介して接
続されている。
ジタル信号DSが重畳されており、この直流の電源によ
り電空ポジショナ10などのフイールド機器の電源を賄
うと共にそのデジタル信号DSにより上位システムと電
空ポジショナ10との間で双方向のデジタル通信が可能
なように構成されている。
供給されると共にこの給気圧PSを用いてデジタル信号
DSに対応するように出力圧P0をバルブ14に供給して
その弁開度を制御する。そして、給気圧PSは給気圧メ
ータ12によりモニタし、出力圧P0は出力圧メータ1
3によりそれぞれモニタする。
を機能的に示すと共にこれに接続されるバルブ14との
関係を示したブロック図である。入力端子15にはフイ
ールドバス11からバルブ14の弁開度を設定するデジ
タル信号DSが入力され、偏差演算手段16に出力され
る。
他に、バルブ14のステム14Aのストロークに対応す
るスケーリング後の正規化された位置データPDSが入力
され、これ等の偏差を演算して偏差データDD1としてス
ケーリング手段17に出力する。
DD1をPID(比例・積分・微分)演算に適するように
スケーリングしてPID演算手段18に出力する。PI
D演算手段18は、この偏差データDD1に対してPID
演算を施して操作データODDとしてスケーリング手段1
9に出力する。
に適するようにスケーリングされた操作データODDは、
D/A変換器20でアナログの操作信号ODAに変換され
てアクチュエータ21に出力される。
の空気源から供給されておりこの給気圧PSを用いて操
作信号ODAに対応するように変換して出力圧POとして
バルブ14に出力する。
ム14Aを変位させて弁開度を制御する。このステム1
4Aの変位XVは、角度センサ22でアナログの角度信
号EVに変換されてA/D変換器23に出力される。
タルの非スケーリング角度DVに変換してスケーリング
手段24に出力する。スケーリング手段24は次段の角
度/ストローク変換のためのスケーリングを実行して、
角度スケーリング信号θSとして、角度/ストローク変
換手段25に出力する。
ケーリング信号θSをストロークの位置データXAに変換
すると共に、角度センサ22でステム14Aの変位XV
を角度信号EVに変換する際に生じる非直線性、A/D
変換器23でアナログの角度信号EVをデジタルの非ス
ケーリング角度DVに変換する際に生じる非直線性など
を補正する機能をも有する。
ム14Aのストロークに対応するスケーリング後の正規
化された位置データPDS(=0〜1)になるようにスト
ロークの位置データXAを変換して、偏差演算手段16
に出力する。
スケーリング手段17、PID演算手段18、スケーリ
ング手段19、スケーリング手段24、角度/ストロー
ク変換手段25、正規化演算手段26などの演算は、図
示しないマイクロプロセッサ、メモリ等を用いるソフト
ウエア処理SWAにより機能実現され、また、D/A変
換器20、アクチュエータ21、角度センサ22、A/
D変換器23などは、ハードウエア構成HWAで実行さ
れる。
を簡単に説明する。偏差演算手段16は、デジタル信号
DSと位置データPDSとの偏差を演算して偏差データD
D1としてスケーリング手段17を介してPID演算手段
18に出力する。
D1に対して所定の比例・積分・微分演算を実行し、スケ
ーリング手段19とD/A変換器20を介して、アクチ
ュエータ21を制御してその出力圧POを変更してバル
ブ14のステム14Aを変位させる。
23、スケーリング手段24、角度/ストローク変換手
段25、正規化演算手段26を介して位置データPDSと
して帰還され、最終的に安定した状態では、デジタル信
号DSに対応する弁開度に設定される。
定する負帰還部の構成について、図4に示す説明図を用
いてさらに具体的に説明する。先ず、角度センサ22の
アームがバルブ14のステム14Aの上を移動するスト
ロークXVの変化範囲を(XV0〜XVf)とし、その中心
点をXVcとする。
する角度センサ22の回動の角度θ Vの変化範囲を(θ
V0〜θVf)とすると、角度センサ22は、物理量である
角度θVをアナログの電気信号である角度信号EV(EV0
〜EVf)に変換する。
デジタルの非スケーリング角度DV(D0〜Df)に変換
する。この後、スケーリング手段24で角度/ストロー
ク変換手段25のためのスケーリングを実行して、角度
スケーリング信号θS(θS0〜θSf)として角度/スト
ローク変換手段25に出力する。
近似として θS=(DV−D0)(θSf〜θS0)/(Df−D0)+θS0 (1) のスケーリング演算を実行する。
スケーリング信号θSをストロークの位置データXA(X
A0〜XAf)に変換するのであるが、実際には角度センサ
22などに非直線性があるので、この非直線性をも補正
する。
タXAに変換する際に生じる非直線補正は、次のような
演算で実行される。 XA=XVC+LV・tanθS+αC (2)
テム14Aまでの長さLVは LV=(XVf−XV0)/(tan|θV0|+tan|θVf|) (3) で表わすことができる。また、XVCは、 XVC=(XVf−XV0)/2 で近似する。
は、 αC=β0[1−|θS−(θS0+θSf)/2| /|θSf−(θS0+θSf)/2|] (4) となる。但し、β0は角度θSの中心での最大補正量の設
定値である。
説明する。ここでは、次式に従って正規化演算を実行す
る。0と1との間になるように正規化された位置データ
PDSは、この位置データPDSの0はバルブ14のストロ
ークXVの変化範囲(XV0〜XVf)のうちのXV0に、1
はXVfにそれぞれ対応する値である。
ような電空ポジショナは、次に説明するような問題点が
ある。図3に示す電空ポジショナはソフトウエア処理S
WAとハードウエア構成HWAとで制御ループを形成し
ているが、制御ループ内の制御速度に影響を与えるの
は、ソフトウエア処理SWAの部分である。
イクロプロセッサによるソフトによる情報処理は(1)
〜(7)式で示すように複雑な演算を実行する関係から
その処理負荷が重いので、十分な制御速度を得ることが
できない。
速のマイクロプロセッサを導入することとなるが、この
ようにすると他方では回路で消費する電流が増大すると
いう不都合が生じる。
解決するための構成として、電源と共にデジタル信号が
伝送されるフイールドバスに接続されこのデジタル信号
に対応してバルブのストロークの位置を制御してその弁
開度を制御する電空ポジショナにおいて、正規化された
先のデジタル信号を所定の関数関係をもって先のストロ
ークの位置データに変換する正規化逆変換手段と、この
位置データを先のストロークに連動する角度センサで検
出する検出角度に対応する角度スケーリング信号に逆変
換すると共に先の角度センサの非直線性をも補正する角
度逆変換手段と、先の角度スケーリング信号を逆スケー
リングして非スケーリング角度に逆変換する逆スケーリ
ング手段と、この非スケーリング角度と先の角度センサ
から出力される角度信号との偏差を演算しこの偏差に対
して比例・積分・微分の各演算のうち少なくとも一つの
演算を施して先のバルブを制御する演算制御手段とを具
備するようにしたものである。
て図を用いて説明する。図1は本発明の実施の1形態を
示した機能ブロック図である。なお、以下の説明におけ
る符号は、図3、図4との対比を容易にするために、図
3、図4に対応する場合は、原則として符号を変えずに
そのまま使用することとし、まぎらわしくなる場合に限
って符号を変更する。
バルブ14の弁開度を設定するデジタル信号DSが入力
されているが、このデジタル信号DSは0と1で正規化
された位置データPDSに対応するものとして入力されて
いる。
7に入力され、ここで逆変換されてストロークの位置デ
ータXBとして出力される。この正規化逆変換手段27
は正規化演算手段26の逆変換に対応する演算であり、
具体的には、 XA=(XBf−XB0)DS+XB0 (8) の式にしたがう演算がなされる。
Bを、次式にしたがって角度スケーリング信号θTに逆変
換する。この角度逆変換手段28は角度/ストローク変
換手段25の逆変換に対応する演算であり、具体的に
は、 θT=tan-1[(XB−XVC−αC)/LV] ≒tan-1[(XB−XVC)/LV]+γC (9) の式にしたがう演算がなされる。
(XB0+XBf)/2|] である。
を、β1はXVCでの最大補正量の設定値を意味する。こ
の場合の非直線性補正としてはストロークの中心点XVC
の1点での折れ線補正として説明したが、他の折れ線補
正や最小自乗近似でもよい。
ング信号θTを非スケーリング角度DPに逆変換する。こ
の逆スケーリング手段29はスケーリング手段24の逆
変換に対応する演算であり、具体的には、 DP=(θT−θT0)(Df−D0)/(θTf〜θT0) (10) の式にしたがう演算がなされる。
22とA/D変換器23を介して得られる角度信号FVD
と非スケーリング角度DVとの偏差DD2を演算してPI
D演算手段18に出力する。
てPID演算を施して操作信号ODとして出力する。ス
ケーリング手段19はこの操作信号ODをD/A変換器
20の変換に適するようにスケーリングを行い、D/A
変換器20とアクチュエータ21を介してバルブ14の
開度を制御する。
段18、スケーリング手段19などにより演算制御手段
を構成している。なお、正規化逆変換手段27、角度逆
変換手段28、逆スケーリング手段29、偏差増幅手段
30、PID演算手段18、スケーリング手段19など
は、図示しないマイクロプロセッサ及びメモリ等を用い
たソフトウエア処理SWBにより機能実現される。ハー
ドウエア構成HWBはハードウエア構成HWAと同一で
ある。
手段28、逆スケーリング手段29、偏差増幅手段3
0、PID演算手段18、スケーリング手段19、D/
A変換器20、アクチュエータ21、角度センサ22、
A/D変換器23などで電空ポジショナ31を構成して
いる。
成では偏差を求めるための偏差増幅手段16での突き合
わせが上位システムから伝送された位置データPDSで行
われているのに対し、図1に示す本実施の態様における
偏差増幅手段30では非スケーリング角度DVでの突き
合わせとなっている。
て行っていたスケーリング手段24、角度/ストローク
変換手段25、正規化演算手段26の信号処理は、位置
データPDSに対する逆算という形で、それぞれ制御ルー
プ外の正規化逆変換手段27、角度逆変換手段28、逆
スケーリング手段29に置き換えられている。
ンサ22から得られる直接の角度信号である非スケーリ
ング角度DVとなるが、A/D変換器23の分解能はそ
のまま変わらずに演算に反映される。
れる演算の速度が異なる。すなわち、偏差増幅手段30
の後段側に位置するPID演算手段18、スケーリング
手段19、D/A変換器20、アクチュエータ21、バ
ルブ14、角度センサ22、A/D変換器23で構成さ
れるループではバルブ14の制御をする関係から、例え
ば数ms〜数10ms程度の周期で高速の更新演算が必
要である。
に位置する正規化逆変換手段27、角度逆変換手段2
8、逆スケーリング手段29での演算は、調節計などの
上位システムからの設定信号であるデジタル信号DSに
対する演算であるので、100ms〜数100ms程度
のサンプリング周期の低速の演算で良く、消費電力の低
現に寄与する点が大きい。
演算部と低速演算部とを分離するようにしたので、マイ
クロプロセッサでの処理負荷を軽減させることができ、
このため低消費電力を維持しながら、高速の制御を確保
することができる。なお、今までの説明では、ステム1
4Aの変位を検出するのに角度センサ22を使用した
が、これに限られず他の位置センサでも良い。
説明したように本発明によれば、高速演算の必要な機能
と低速演算で済む機能とを分離した演算機能としたの
で、マイクロプロセッサでの処理負荷を大幅に軽減させ
ることができ、このため低消費電力を維持しながら、高
速の制御を確保することができようになった。
ある。
ョナの全体構成を示す構成図である。
に示したブロック図である。
説明する説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】電源と共にデジタル信号が伝送されるフイ
ールドバスに接続されこのデジタル信号に対応してバル
ブのストロークの位置を制御してその弁開度を制御する
電空ポジショナにおいて、 正規化された前記デジタル信号を所定の関数関係をもっ
て前記ストロークの位置データに変換する正規化逆変換
手段と、この位置データを前記ストロークに連動する角
度センサで検出する検出角度に対応する角度スケーリン
グ信号に逆変換すると共に前記角度センサの非直線性を
も補正する角度逆変換手段と、前記角度スケーリング信
号を逆スケーリングして非スケーリング角度に逆変換す
る逆スケーリング手段と、この非スケーリング角度と前
記角度センサから出力される角度信号との偏差を演算し
この偏差に対して比例・積分・微分の各演算のうち少な
くとも一つの演算を施して前記バルブを制御する演算制
御手段とを具備することを特徴とする電空ポジショナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33072695A JP3204061B2 (ja) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | 電空ポジショナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33072695A JP3204061B2 (ja) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | 電空ポジショナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09170602A JPH09170602A (ja) | 1997-06-30 |
JP3204061B2 true JP3204061B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=18235880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33072695A Expired - Fee Related JP3204061B2 (ja) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | 電空ポジショナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3204061B2 (ja) |
-
1995
- 1995-12-19 JP JP33072695A patent/JP3204061B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09170602A (ja) | 1997-06-30 |
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