JP3396375B2 - 電空変換器の出力制御方法およびシステム - Google Patents

電空変換器の出力制御方法およびシステム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電空変換器の出力
制御方法およびシステムに関し、特に調節弁などを駆動
する駆動出力圧を発生するパイロットリレーに対して所
定の制御信号に応じたノズル背圧を出力する電空変換器
の出力制御方法およびシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、空気圧により弁の開度を調節す
調節弁を所定の制御信号で制御する場合、図4に示す
ような電空変換器(EPM)が用いられる。プロセス制
御装置(図示せず)などから調節弁3の開度(流量)を
示す制御信号Iinが出力され電空変換器1に入力され
る。これに応じて電空変換器1は供給圧Ps を用いて制
御信号Iinに対応するノズル背圧Pn を出力する。パイ
ロットリレー2は、供給圧Ps を用いてこのノズル背圧
Pn を増幅した駆動出力圧Pout を生成し、調節弁3に
出力する。これにより調節弁3の弁の開度が制御され、
所定の流量Gが得られる。
【0003】また、駆動出力圧Pout およびノズル背圧
Pn は、それぞれ圧力センサ4および13により検出さ
れて検出信号Iout およびIn として出力される。出力
制御装置11の出力制御部12は、これら駆動出力圧P
out およびノズル背圧Pn を示す検出信号Iout および
In から両者の偏差圧ΔPを算出し、 ΔP=n×Pn −Pout (nはパイロットリレーの増幅
率) この偏差を示す偏差信号Id を出力する。これにより電
空変換器1は、偏差信号Id が示す偏差圧ΔPがゼロに
なるようにノズル背圧Pn を微調整するとともに、偏差
圧ΔPがほぼゼロになった場合には安定性御を行うもの
となっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電空変換器の出力制御方法では、単に駆動出
力圧Pout およびノズル背圧Pn の偏差圧ΔPに基づい
て電空変換器1から出力されるノズル背圧Pn を制御し
ているため、パイロットリレー2が有する不感帯に起因
して調節弁3の制御遅れが発生するという問題点があっ
た。一般に広く使用されているノンブリード型などのパ
イロットリレーは、図5(a)に示すような不感帯特性
を有している。
【0005】パイロットリレーに入力されるノズル背圧
Pn とパイロットリレーから出力される駆動出力圧Pou
t とから前述した式により算出される偏差圧ΔPが、所
定の圧力P1 〜P2 の領域に入った場合、他の領域と比
較して偏差圧ΔPの変化に対する駆動出力圧Pout の反
応(傾き)が鈍くなる。このP1 からP2 までの領域が
不感帯と呼ばれている。図5(b)に示すように、偏差
圧ΔPがほとんどゼロの平行状態から時刻T0にてノズ
ル背圧Pn が増加した場合、これに応じて偏差圧ΔPも
増加し、駆動出力圧Pout も増加する。
【0006】駆動出力圧Pout の増加に応じて偏差圧Δ
Pが減少し、ΔP=P2 となった時点(時刻T1 )で不
感帯に入るため、パイロットリレーの動作が鈍くなり、
駆動出力圧Pout の上昇カーブが鈍る。これにより偏差
圧ΔPの減少カーブも鈍くなり、時刻T2 にてやっとΔ
P=P1 となって不感帯から脱出し平衡状態となる。こ
のように、従来の電空変換器の出力制御方法では、パイ
ロットリレーが有する不感帯に起因して調節弁の制御遅
れが発生するという問題点があった。本発明はこのよう
な課題を解決するためのものであり、パイロットリレー
が有する不感帯に起因して調節弁の制御遅れを大幅に改
善することができる電空変換器の出力制御方法およびシ
ステムを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による電空変換器の出力制御方法およ
びシステムは、電空変換器へ入力される制御信号からノ
ズル背圧を算出するとともに、パイロットリレーから出
力される駆動出力圧を検出し、パイロットリレーの増幅
率およびノズル背圧の積算値と駆動出力圧との差により
偏差圧を算出し、この偏差圧が、偏差圧の変化に対して
駆動出力圧の反応が鈍くなる偏差圧領域を示すパイロッ
トリレー固有の不感帯にあるか否かを判断し、偏差圧が
パイロットリレー固有の不感帯にある場合には、不感帯
にない場合と比較してフィードバック制御のループゲイ
ンを大きくするようにしたものである。したがって、電
空変換器へ入力される制御信号からノズル背圧が算出さ
れるとともに、パイロットリレーの増幅率およびこのノ
ズル背圧の積算値と駆動出力圧との差により偏差圧が算
出され、この偏差圧が、偏差圧の変化に対して駆動出力
圧の反応が鈍くなる偏差圧領域を示すパイロットリレー
固有の不感帯にあるか否かが判断され、偏差圧がパイロ
ットリレー固有の不感帯にある場合には、不感帯にない
場合と比較してフィードバック制御のループゲインが大
きくなる。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図1は本発明の一実施の形態である空電
変換器の出力制御装置のブロック図であり、同図におい
て、前述(図4)と同じまたは同等部分には同一符号を
付してある。図1において、出力制御装置5は、制御信
号Iinに基づいて電空変換器1から出力されるノズル背
圧Pn を算出しこれに応じた検出信号In を出力するノ
ズル背圧算出部8と、この検出信号In と圧力センサ4
からの駆動出力圧Pout とからノズル背圧Pn と駆動出
力圧Pout との偏差圧ΔPを算出する偏差圧算出部9
と、この偏差圧ΔPが不感帯にあるか否かによってルー
プゲインAを切り替え制御するループゲイン制御部7
と、このループゲインAに基づいて補正した偏差圧ΔP
を示す偏差信号Id を出力する出力制御部を有してい
る。
【0009】次に、図2を参照して、本発明の動作を説
明する。図2はループゲイン制御部の動作を示す説明図
であり、(a)はパイロットリレーの不感帯の特性、
(b)は偏差圧ΔPに対するループゲインAの切り替え
制御を示している。図2(a)では、偏差圧ΔPが不感
帯すなわち圧力P1 〜P2 にある場合、偏差圧ΔPの変
化に対する駆動出力圧Pout の変化率すなわち傾きが、
他の領域と比較して緩やかになっている。
【0010】ノズル背圧算出部8は、電空変換器1と同
様に、所定のレンジおよびスパンに基づいて制御信号I
inからノイズ背圧Pn を算出し検出信号In を出力す
る。偏差圧算出部9は、ノズル背圧算出部8からの検出
信号In と圧力センサ4からの検出信号Iout とから、
ノズル背圧Pn と駆動出力圧Pout との偏差圧ΔPを算
出する。ループゲイン制御部7は、予め設定されている
パイロットリレー2の不感帯特性に基づいて、偏差圧Δ
Pが不感帯P1 〜P2 内にあるか否か判断する。ここ
で、不感帯P1 〜P2 内にある場合にはループゲインA
として比較的大きいA1 を選択出力し、不感帯P1 〜P
2 以外の領域にある場合にはループゲインAとして比較
的小さいA0 (A1 >A0 )を選択出力する。なおルー
プゲインA1 ,A0 は図2(a)に示す各領域における
傾きに基づいて決定してもよい。
【0011】したがって、例えば図3(a)に示すよう
に、電空変換器1から出力されるノズル背圧Pn が、制
御信号Iinに応じて時刻T0 に平衡状態から所定値まで
増加した場合には、これに応じて偏差圧ΔPも増加し、
駆動出力圧Pout も増加する。続いて、駆動出力圧Pou
t の増加に応じて偏差圧ΔPが減少し、ΔP=P2 とな
った時点(時刻T1 )で不感帯に入る。
【0012】ループゲイン制御部7は、偏差圧ΔPに基
づいてパイロットリレー2が不感帯に入ったことを検出
し、ループゲインAをA0 からA1 に増加させる。これ
に応じて出力制御部6は、偏差圧ΔPに対応する偏差信
号Id をループゲインA1 に基づいて補正し出力する。
したがって、電空変換器1には、不感帯以外の領域と比
較してA1 /A2 倍の感度の偏差信号Id が入力され、
これに応じてノズル背圧Pn が増加することから、パイ
ロットリレー2が不感帯にある場合でも駆動出力圧Pou
t の上昇カーブが緩やかにならない。
【0013】これにより、駆動出力圧Pout は不感帯で
あっても他の領域と同様の上昇を継続し、これに応じて
偏差圧ΔPが減少する。この後、偏差圧ΔPが圧力P1
を下回った時点(時刻T2)で、ループゲイン制御部7
は、偏差圧ΔPに基づいてパイロットリレー2が不感帯
から脱出したことを検出し、ループゲインAをA0 に戻
す。これに応じて出力制御部6は、偏差圧ΔPに対応す
る偏差信号Id をループゲインA1 に基づいて補正し出
力する。したがって、電空変換器1には元の感度の偏差
信号Id が入力され、これに応じてノズル背圧Pn がパ
イロットリレー2に対して供給されるものとなり、その
後平衡状態となる。
【0014】このように、ノズル背圧Pn と駆動出力圧
Pout との偏差圧ΔPに基づいてループゲインを切り替
え制御するループゲイン制御部7を設けて、パイロット
リレー2が不感帯に入った場合には、他の領域と比較し
て大きなループゲインを選択するとともに、選択された
ループゲインに基づいて偏差圧ΔPを示す偏差信号Id
を補正して電空変換器1へ出力するようにしたので、パ
イロットリレーが有する不感帯に起因して調節弁の制御
遅れを大幅に改善することができる。また、ノズル背圧
Pn を制御信号Iinから算出するようにしたので、パイ
ロットリレー2が不感帯に入りループゲインが切り替わ
った場合でも、不感帯以外の領域における通常時のノズ
ル背圧Pn および偏差圧ΔPを容易かつ安定して算出す
ることができ、電空変換器1を安定して制御することが
可能となる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電空変
換器へ入力される制御信号からノズル背圧を算出すると
ともに、パイロットリレーの増幅率およびノズル背圧の
積算値と駆動出力圧との差により偏差圧を算出し、この
偏差圧が、偏差圧の変化に対して駆動出力圧の反応が鈍
くなる偏差圧領域を示すパイロットリレー固有の不感帯
にあるか否かを判断し、偏差圧がパイロットリレー固有
不感帯にある場合には、不感帯にない場合と比較して
フィードバック制御のループゲインを大きくするように
したものである。したがって、従来のように、単に駆動
出力圧およびノズル背圧の偏差圧に基づいて電空変換器
から出力されるノズル背圧を制御する方法と比較して、
パイロットリレーが不感帯を有する場合でも、調節弁の
制御遅れを大幅に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態による電空変換器の出
力制御システムのブロック図である。
【図2】 ループゲイン制御部の動作を示す説明図であ
る。
【図3】 図1の各部における信号波形図である。
【図4】 従来の電空変換器の出力制御システムのブロ
ック図である。
【図5】 図4の各部における信号波形図である。
【符号の説明】 1…電空変換器、2…パイロットリレー、3…調整弁、
4…圧力センサ、5…出力制御装置、6…出力制御部、
7…ループゲイン制御部、8…ノズル背圧算出部、9…
偏差圧算出部、Iin…制御信号、Pn …ノズル背圧、P
out …駆動出力圧、G…流量、In ,Iout …検出信
号、A…ループゲイン、Id …偏差信号。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F15B 5/00 F15B 9/00 - 9/17 F15B 13/044 F16K 31/124 G05B 11/36 501

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 調節弁を駆動する駆動出力圧を発生する
    パイロットリレーに対し所定の制御信号に応じたノズル
    背圧を出力する電空変換器に対して、これら駆動出力圧
    とノズル背圧との偏差圧に基づき前記ノズル背圧のフィ
    ードバック制御を行う電空変換器の出力制御方法におい
    て、 電空変換器へ入力される制御信号からノズル背圧を算出
    するとともに、パイロットリレーから出力される駆動出
    力圧を検出し、 パイロットリレーの増幅率および前記ノズル背圧の積算
    値と前記駆動出力圧との差により偏差圧を算出し、前記偏差圧が、偏差圧の変化に対して駆動出力圧の反応
    が鈍くなる偏差圧領域を示す前記パイロットリレー固有
    不感帯にあるか否かを判断し、前記偏差圧が前記パイ
    ロットリレー固有の不感帯にある場合には、不感帯にな
    い場合と比較してフィードバック制御のループゲインを
    大きくするようにしたことを特徴とする電空変換器の出
    力制御方法。
  2. 【請求項2】 調節弁を駆動する駆動出力圧を発生する
    パイロットリレーに対し所定の制御信号に応じたノズル
    背圧を出力する電空変換器に対して、これら駆動出力圧
    とノズル背圧との偏差圧に基づき前記ノズル背圧のフィ
    ードバック制御を行う電空変換器の出力制御システムに
    おいて、 電空変換器へ入力される制御信号からノズル背圧を算出
    するノズル背圧算出部と、 パイロットリレーから出力される駆動出力圧を検出する
    圧力センサと、 パイロットリレーの増幅率および前記ノズル背圧の積算
    値と前記駆動出力圧との差により偏差圧を算出する偏差
    圧算出部と、前記偏差圧が、偏差圧の変化に対して駆動出力圧の反応
    が鈍くなる偏差圧領域を示す前記パイロットリレー固有
    不感帯にあるか否かを判断し、前記偏差圧が前記パイ
    ロットリレー固有の不感帯にある場合には不感帯にない
    場合と比較してフィードバック制御のループゲインを大
    きくするよう指示するループゲイン制御部と、 前記偏差圧およびループゲイン制御部からの指示に基づ
    き前記ノズル背圧のフィードバック制御を行う出力制御
    部とを備えることを特徴とする電空変換器の出力制御シ
    ステム。
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