JP3765371B2 - バルブポジショナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブポジショナに関し、特に、バルブポジショナの信号変換部に特有なヒステリシスを除去するように改善するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来における、調整弁の弁開度を所定の信号に応じた値に制御するバルブポジショナにおいて、調整弁を制御するアルゴリズムの開発はその製品の性能を決めることになるので極めて重要である。
【０００３】
以前にあっては、バルブポジショナは機械式のものが多いため、制御アルゴリズムはその機械機構によって決まり、圧倒的にＰ（比例）制御が多かった。逆に、Ｐ制御以外のアルゴリズムは、機械機構では実現できなかった。
【０００４】
しかし、近年では、電子式のバルブポジショナが開発され、更には、ＣＰＵ等の演算機能をバルブポジショナに搭載するようになった。このような演算機能を持つことにより、制御アルゴリズムをソフトウェアで実現できるため、ほぼ全ての方式の制御演算が可能になってきた。制御アルゴリズムは、Ｐ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ；比例）制御からＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ＩｎｔｅｇｒａｔｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ；比例、積分、微分）制御に発達してきた。この結果、調整弁の制御性は格段に向上した。
その一方、技術革新が進めば、市場の要求も更に厳しくなるのは当然であって、現在では、更に優れた制御性を持つポジショナが求められている。このような背景により、各ポジショナ・ベンダーでは、調整弁の制御アルゴリズムの開発が活発に進められている。採用されているアルゴリズムは、ＰＩＤ制御アルゴリズムが最もポピュラーであるが、このＰＩＤ制御アルゴリズムだけでは調整弁が持っている非線形性を十分吸収することができないため、ＰＩＤ制御に種々の機能を付加することにより、調整弁の制御性を向上させようとしている。
【０００５】
このようなＰＩＤ動作機能を有するバルブポジショナは、図６に示すように、電気的な信号に基づいて空気流量を制御してバルブをコントロールする電空ポジショナであり、調整弁１２の弁開度目標値を設定する入力信号ＳＰを入力し、かつこの入力信号ＳＰと調整弁１２の弁開度のフィードバック信号である弁開度信号ＰＶに基づいて制御信号ＭＶを演算出力する制御演算部１１と、この制御演算部１１からの制御信号ＭＶに基づいて空気圧を制御するＩ／Ｐモジュール１３と、Ｉ／Ｐモジュール１３の信号により調整弁１２に供給する空気流量を制御するパイロット・リレー１４と、パイロット・リレー１４からの空気流量によりステムを変位させて流体を制御する調整弁１２と、調整弁１２のステム変位を検出する弁開度位置センサ１５とから構成される。
このうち、Ｉ／Ｐモジュール１３とパイロット・リレー１４とで電空変換部１６を構成する。
【０００６】
このような構成からなるバルブポジショナの最も一般的なディジタルＰＩＤ制御の演算アルゴリズムは下記の式のようになる。
【０００７】
Ｐ（ｎ）＝ＳＰ（ｎ）−ＰＶ（ｎ）
Ｉ（ｎ）＝Δｔ／Ｔｉ＊Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ−１）
Ｄ（ｎ）＝Ｔｄ／（Δｔ＋Ｉ／γ＊Ｔｄ）＊（Ｐ（ｎ−１）−Ｐ（ｎ）＋１／γ＊Ｄ（ｎ−１）
ＭＶ（ｎ）＝Ｋｐ＊（Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ）＋Ｄ（ｎ））
ここで、ＳＰ；目標値（入力信号），ＰＶ（ｎ）；弁開度信号（調整弁のフィードバック信号），Ｐ（ｎ）；比例器，Ｉ（ｎ）；積分器，Ｄ（ｎ）；微分器，ＭＶ（ｎ）；制御信号，Δｔ；制御周期，Ｔｉ；積分時間，Ｔｄ；微分時間，γ；微分ゲイン，Ｋｐ；比例ゲインである
【０００８】
このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、図７のブロック図で示すことができ、バルブポジショナのＰＩＤ制御アルゴリズムの動作は、比例器（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）から構成され、制御信号ＭＶはＰ，Ｉ，Ｄの値を加算した値に、比例ゲインＫｐを乗算して得られる。
【０００９】
比例器（Ｐ）は、バルブポジショナの入力信号ＳＰと、調整弁１２の弁開度を弁開度位置センサ１５で検出してＡ／Ｄ変換器でディジタル値に変換した弁開度信号ＰＶの値との差、即ち、偏差値で表す。
【００１０】
積分器（Ｉ）は、積分時間Ｔｉで設定されるパラメータで決まる値で偏差値を積分するものである。
【００１１】
微分器（Ｄ）は、微分時間Ｔｄ、微分ゲインγで設定されるパラメータで決まる値で偏差値を微分するものである。
最終的な、制御信号ＭＶは、比例器（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）の値を加算したものに対し、比例ゲインＫｐを乗算した値で算出する。
【００１２】
図６に戻り、ここに示す制御演算部１１は、弁開度信号ＰＶを入力信号ＳＰに高速かつ正確にトラッキングさせるため、上述のような演算を行って制御信号ＭＶを求めている。例えば、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶとに差がある場合は、制御演算部１１は弁開度信号ＰＶと入力信号ＳＰを近づける方向に制御信号ＭＶの値を変化する。また、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶに差がない場合は、制御信号ＭＶの値は変化しない。
【００１３】
このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、単純であるため、本質的に優れているが、制御対象に非線形性が存在する場合、制御性が著しく悪化する場合がある。ここで、制御演算部１１によって制御対象となるものは、制御信号ＭＶの値が供給される電空変換部１６から調整弁１２までを指す。
【００１４】
次に、具体的な制御対象で発生する非線形性現象について説明する。図６に示すような調整弁１２とバルブポジショナの閉じたループにあって、制御演算部１１から調整弁１２の間にはさまざまな信号変換機構部分が存在し、これらの変換機構の入出力特性にはヒステリシス特性が存在する。
ここでは、特に、制御演算部１１で演算した制御信号ＭＶをＤ／Ａ変換した信号を受け、空気信号に変換するＩ／Ｐモジュール１３のヒステリシス特性を対象とする。
Ｉ／Ｐモジュール１３は、通常、ノズル−フラッパ機構でノズル背圧を空気信号として出力し、ノズル−フラッパの位置関係を変化させる駆動部には電磁アクチュエータが使用される。電磁アクチュエータは、流れる電流に比例した電磁力を発生し、その電磁力でフラッパを駆動するものである。ここで、電磁アクチュエータが発生する電磁力には、電磁アクチュエータの磁性材が有するＢ−Ｈカーブにより引き起こされるヒステリシスが存在し、このヒステリシス幅は、電磁アクチュエータに入力される電流信号の履歴に大きく依存する。つまり、Ｉ／Ｐモジュール１３に入力される電流信号の基礎となる制御信号ＭＶと、Ｉ／Ｐモジュール１３の出力信号であるノズル背圧との関係にあって、制御信号ＭＶの履歴に大きく依存したヒステリシスが存在する。
【００１５】
図８は制御信号ＭＶによる入力電流とノズル背圧との関係において発生するヒステリシスを示したものであり、バルブポジショナの性質から供給される電気的なパワーは少ないので、電空変換機構は小さい信号で大きな空気圧の変化、つまり高変換ゲインが求められる。また、耐環境性、耐外乱性、更に電空変換機構の出力を受けて空気流量の振幅を行うパイロット・リレーの流量ゲインを確保するための操作マージン等を考慮すると、実際の制御限界スパンに対して、静的な動作スパンは非常に小さく設計されている。
【００１６】
このようなゲイン配分になっているため、静的スパンに対して、フラッパの変化は非常に少ない。ポジショナに１０〜９０％応答など大きなステップ変化が与えられた場合は、制御信号ＭＶは一旦飽和した後、静的スパンのどこかでバランスするので、電磁アクチュエータが持つＢ−Ｈカーブのヒステリシスは、制御信号ＭＶが最大に変化した場合、静的スパンに対し数１００％相対的に大きくなる。つまり、制御信号ＭＶの値とノズル背圧間に発生するヒステリシスは、静的な制御信号ＭＶのスパンに対して数１００％相対的に大きくなる。
【００１７】
【発明が解決するための課題】
しかしながら、電空変換機構を使用した場合、電空変換機構で生じるヒステリシスは、調整弁の弁開度制御において、制御ループのループゲイン分の１となり、定常偏差として現れる。例えば、ループゲインが１００倍であったしても、その定常偏差の値は、最大数パーセントとして現れる。この偏差を除去するには、ＰＩＤ制御機能を有する制御演算部の積分器で補償するしかない。定常偏差を補償し、ステムを目標値まで素早く持っていくには、積分時間を短くすればよいが、通常積分器の積分時間は系の安定性を考慮すると極端に短くできないので、積分器でヒステリシスを戻す間は、調整弁のステムはゆっくりと目標値に近づき整定性が悪くなるという問題がある。
また、ステップ応答等で行き過ぎが生じると制御演算部はこれを戻そうとするための制御演算を行うが、ここでもヒステリシスが生じ、戻すためには長い時間が必要となる。
また、ヒステリシスが大きくかつ遅れ時間が長い系になると最悪の場合行き過ぎを戻す際に、更に逆方向に行き過ぎが生じ、これを繰り返す発振現象を起こす場合がある。
この現象を従来のＰＩＤで解決するには、比例ゲインを極端に下げ、積分時間を極端に長く設定するしかなく、この調整は調整弁の応答特性を著しく悪化させるという問題もある。
【００１８】
従って、制御対象が持つヒステリシス、例えば、Ｉ／Ｐモジュールが持つ、磁性材のＢ−Ｈカーブ等のヒステリシスを低減する機能を制御演算部に適宜加えることができる点に課題を有するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本願発明は、次の通りである。
（１）調整弁（１２）の弁開度の目標値を設定する入力信号（ＳＰ）を受信する受信手段と、前記弁開度を検出する弁開度位置センサ（１５）と、前記弁開度位置センサ（１５）で作成された弁開度信号（ＰＶ）と前記入力信号（ＳＰ）との偏差に基づいて弁開度位置を制御する制御信号（ＭＶ）を演算出力する制御演算部（１１）と、前記制御信号（ＭＶ）に基づいて前記調整弁（１２）の駆動信号を送出する電空変換部（１６）とからなるバルブポジショナであって、前記制御演算部（１１）は、前記弁開度信号（ＰＶ）と前記目標値との間に一定値以上の偏差が生じた際に、前記制御信号（ＭＶ）の履歴にかかわらず、前記制御信号（ＭＶ）の最終目標値で整定する方向が同一方向になるようなヒステリシス除去信号（ＨＲ）を前記制御信号（ＭＶ）に常に重畳し、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記調整弁（１２）のステムが整定する前に、前記電空変換部（１６）における空気圧が影響しない程の短い電流変化であることを特徴とするバルブポジショナ。
（２）調整弁（１２）の弁開度の目標値を設定する入力信号（ＳＰ）を受信する受信手段と、前記弁開度を検出する弁開度位置センサ（１５）と、前記弁開度位置センサ（１５）で作成された弁開度信号（ＰＶ）と前記入力信号（ＳＰ）との偏差に基づいて弁開度位置を制御する制御信号（ＭＶ）を演算出力する制御演算部（１１）と、前記制御信号（ＭＶ）に基づいて前記調整弁（１２）の駆動信号を送出する電空変換部（１６）とからなるバルブポジショナであって、前記入力信号（ＳＰ）の変化を検出してこの変化検出の時点から前記制御信号（ＭＶ）の履歴を観測してヒステリシス除去信号（ＨＲ）を演算し、前記入力信号（ＳＰ）と前記弁開度信号（ＰＶ）との偏差に基づいて前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を前記制御信号（ＭＶ）に重畳するか否かを判定する判断手段を有し、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記調整弁（１２）のステムが整定する前に、前記電空変換部（１６）における空気圧が影響しない程の短い電流変化であることを特徴とするバルブポジショナ。
（３）前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記制御信号（ＭＶ）が整定する前に重畳され、給気側に出力圧が変化しない程度の短いパルス信号であることを特徴とする（１）または（２）記載のバルブポジショナ。
（４）前記制御演算部（１１）の制御演算において、前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向であるかどうかを検出するステップ（ＳＴ１１０）、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きいか否かを検出するステップ（ＳＴ１２０）、前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向であり、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きい場合に、フラグをセットし、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を演算するステップ（ＳＴ１３０）、前記偏差が設定値よりも小さいいか否かを判定するステップ（ＳＴ１４０）、前記偏差が設定値よりも小さい場合に前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を出力し、前記フラグをリセットするステップ（ＳＴ１６０）、を備えることを特徴とする（３）記載のバルブポジショナ。
（５）前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向でない場合、または、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きくない場合であって、前記フラグがセットされていて、前記偏差が設定値よりも小さい場合に、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を出力し、前記フラグをリセットするステップ（ＳＴ１５０）を備えることを特徴とする請求項４記載のバルブポジショナ。
【００２０】
このように、制御対象特有のヒステリシスを考慮し、このヒステリシスを低減する一定の操作量を予め演算しておき、弁開度信号ＰＶと目標値または入力信号ＳＰとの偏差に基づいて、予め演算しておいた操作量を、制御信号ＭＶに重畳させるようにしたことにより、ヒステリシスの削減又は縮小させることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるバルブポジショナの実施例に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、同一符号を付けて説明する。
【００２２】
本発明に係る第１の実施例であるバルブポジショナは、基本的には図６で説明した構成と同じであり、その調整弁特有のヒステリシスを低減する方式に特徴を有するものである。従って、従来技術で説明した図６及び図７はそのまま引用する。
【００２３】
電空変換部（電空変換手段）１６におけるＩ／Ｐモジュール１３のヒステリシスは、図１に示すように、制御信号ＭＶの履歴に対してノズル背圧への影響が大きい、磁性材のＢ−Ｈカーブによるヒステリシスである。このヒステリシスは、初期値（Ａ点）から電磁アクチュエータに与える電流を飽和させ、初期値と同じノズル背圧に戻す場合、入力される電流の変化量に応じるものである。その後、逆側に電流を飽和させ、初期値と同じノズル背圧に戻す場合、初期値の電流に戻る。このように、磁性材のＢ−Ｈカーブの特性は、制御信号ＭＶの履歴が大きな影響を及ぼす。
【００２４】
このように、制御信号ＭＶがＤ／Ａ変換された信号である入力電流信号変化の履歴でヒステリシスが生じるので、ステップ応答などで、電流が大きく変化した場合、ステムが整定する前に、空気圧が影響しない程の短い電流変化を、逆側に適切な量だけ入力させることにより、電磁アクチュエータの磁気回路は、常に、同じ履歴を通って出力信号を整定させることができるので、ヒステリシスの発生を大幅に低減することができる。
【００２５】
つまり、図２に示すように、ステップ応答等で入力信号ＳＰの値が排気側に変化した場合、制御信号ＭＶの初期値はＡ点であるが、ステップ入力直後は、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶの偏差が大きいので、制御演算部１１はバルブから空気を排気する方向Ｂ点に向かって制御信号ＭＶを大きく変化させる。
制御信号ＭＶの変化に伴い、弁開度信号ＰＶは入力信号ＳＰに近づくので、偏差は減少し、この偏差に比例して制御信号ＭＶはＣ点に近づく。
ここで、制御信号ＭＶがＣ点で整定する前に、給気側に出力圧が変化しない程度の短い周期のパルス信号（ヒステリシス除去信号）をＤ点にて制御信号ＭＶに重畳させ、制御信号をＡ点付近に整定させることにより、ヒステリシスを減少させることができる。
給気側のステップ入力が与えられた場合、制御信号ＭＶはＤ点に変化し、Ａ点付近に戻ってくるので問題はない。このように、排気側に制御信号ＭＶが変化したとき、制御信号ＭＶにヒステリシス除去信号を給気側に与えることにより、常に同じ方向から制御信号ＭＶは整正するので、ヒステリシスを減少させることができる。
【００２６】
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶの推移、偏差の推移、制御信号ＭＶに重畳させるヒステリシス除去信号ＨＲを示す図である。
入力信号ＳＰが変化して、偏差が設定値を超えた場合（図の下方向に偏差が変化した場合）、制御信号ＭＶの履歴を観測し、弁開度信号ＰＶが入力信号ＳＰに近づき、偏差が設定値よりも小さくなったとき、観測した制御信号ＭＶの履歴からヒステリシス除去信号ＨＲを計算し、制御信号ＭＶに重畳させる。
これにより、応答特性には影響を与えず、Ｉ／Ｐモジュール１３のヒステリシスのみを除去することができる。
【００２７】
このように偏差値に基づいたヒステリシスだけを除去する手法について図３を参照し、図４に示すフローチャートを参照して以下、更に詳細に説明する。
【００２８】
まず、制御演算部１１の制御演算において、入力値の変化が排気方向であるかどうかを検出する。入力値の変化が排気方向の場合は入力値の変化幅が設定値よりも大きいか否かを検出する（ステップＳＴ１００，ＳＴ１１０）。
【００２９】
入力値の変化幅が設定値よりも大きい場合には、フラグをセットしヒステリシス除去信号ＨＲの演算をする（ステップＳＴ１２０，ＳＴ１３０）。偏差が設定値よりも小さい場合には、演算したヒステリシス除去信号ＨＲを出力しフラグをリセットする（ステップＳＴ１４０，ＳＴ１５０）。
【００３０】
ステップＳＴ１１０に戻って、入力値の変化が排気方向でない場合には、フラグがセットされていて、偏差が設定値よりも小さい場合には演算したヒステリシス除去信号ＨＲを出力してフラグをリセットする（ステップＳＴ１６０，ＳＴ１４０，ＳＴ１５０）。
【００３１】
このようにして、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶを利用してヒステリシスを少なくする方向に制御することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施例について、図５を参照して説明する。
【００３３】
第２の実施例は、弁開度信号ＰＶと入力信号ＳＰとの偏差に基づいて高次の演算手段により得られた信号を制御信号ＭＶに供給するようにしたことである。
【００３４】
上述した第１の実施例であるバルブポジショナと同様に、調整弁の空気アクチュエータの容量が大きく、かつヒステリシスが大きい場合、系を安定させるために、比例ゲインＫｐ（図７参照）を下げ、かつ積分器（Ｉ）の積分時間を長く設定しなければならない場合がある。このような場合、偏差に対して制御信号ＭＶのゲインが下がっているので、応答性が悪化する。しかし、応答特性を改善しようとすると、系が安定しないので応答特性と安定性とのトレードオフが要求される。この解決法としては、偏差が大きい時は応答特性の改善の為、高ゲインが必要になり、偏差が小さい時は安定性確保の為、低ゲインを実現すればよい。
【００３５】
従って、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶの偏差により、ゲインが変化する演算器を別途追加すればよいことになる。即ち、偏差に対して高次の演算器を設ければ良い。この演算器を高次器と呼びＨ（Ｈｉｇｈｏｒｄｅｒ）で表す。具体的には、偏差を二乗した演算器である。偏差を二乗すると極性がなくなるので、極性を考慮した高次器とする。また、高次器Ｈのゲインは比例ゲインＫｐとは連動させないように、独自の比例ゲインαとすると高次器Ｈは次の式で表すことができる。
高次器Ｈ＝偏差×｜偏差｜×α
【００３６】
従って、制御演算部における制御信号ＭＶは次の式で表すことができる。
制御信号ＭＶ＝Ｋｐ×（Ｐ＋Ｉ＋Ｄ）＋Ｈ
【００３７】
この積分器Ｉと微分器Ｄのような、時間で決まる演算の影響を除いた偏差ゲインは、図５及び次の式で表すことができる。
制御信号ＭＶ＝Ｋｐ×Ｐ＋Ｐ×｜Ｐ｜×α
【００３８】
このように、偏差が少ない時は、制御信号ＭＶのゲインは少ないが、偏差が大きくなると制御信号ＭＶのゲインは上がる。従って、ヒステリシスが大きく調整弁の容量が大きい場合、系の安定性のため比例ゲインを上げられない場合でも応答特性が良い制御が実現できる。もちろん偏差の二乗だけでなく、ｎ乗（ｎは整数）でも良い。また、ｎが奇数の場合には極性を考慮しなくとも良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるバルブポジショナは、ステップ入力等で、操作量ＭＶが大きく変化した時に、変化した方向と逆方向に磁性材のＢ−Ｈカーブにより生じるヒステリシスを低減するに足る大きさでかつポジショナの出力圧に大きな影響を与えないような短い信号を電空変換機構に与えることにより、電空変換機構で発生するヒステりシスを低減することができ、良好な制御性を得ることができるという効果がある。
【００４０】
また、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶとの偏差に基づいた高次演算された信号を制御信号ＭＶに加えるようにしたことにより、偏差が小さい時はゲインが低く、制御量が必要な偏差が大きな場合はゲインが高くできることにより、安定性、即応性の両方を満たした優れた制御性を実現できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１の実施例のバルブポジショナのヒステリシスを減少させた時の制御信号の入力電流とノズル背圧との関係を示したグラフである。
【図２】同制御信号の入力電流とノズル背圧との関係においてヒステリシスを減少させるようすを示したグラフである。
【図３】同制御信号ＭＶと入力信号ＳＰとから設定した設定値に基づいてヒステリシス除去信号を発生させるためのタイミングチャートである。
【図４】同制御信号に重畳させるヒステリシス除去信号を発生させるためのフローチャートである。
【図５】本願発明に係る第２の実施の形態におけるバルブポジショナにおける高次器における制御信号ＭＶの信号を示したグラフである。
【図６】バルブポジショナの略示的な構成を示したブロック図である。
【図７】ＰＩＤ制御器を示した略示的なブロック図である。
【図８】従来における制御信号ＭＶとノズル背圧との間で発生するヒステリシスを示したグラフである。
【符号の説明】
１１ 制御演算部
１２ 調整弁
１３ 入力モジュール
１４ パイロットリレー
１５ 弁開度位置センサ
１６ 電空変換部（電空変換手段）
ＳＰ 入力信号
ＰＶ 弁開度信号
ＭＶ 制御信号
Ｉ 積分器
Ｐ 比例器
Ｄ 微分器
Ｋｐ 比例ゲイン
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブポジショナに関し、特に、バルブポジショナの信号変換部に特有なヒステリシスを除去するように改善するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来における、調整弁の弁開度を所定の信号に応じた値に制御するバルブポジショナにおいて、調整弁を制御するアルゴリズムの開発はその製品の性能を決めることになるので極めて重要である。
【０００３】
以前にあっては、バルブポジショナは機械式のものが多いため、制御アルゴリズムはその機械機構によって決まり、圧倒的にＰ（比例）制御が多かった。逆に、Ｐ制御以外のアルゴリズムは、機械機構では実現できなかった。
【０００４】
しかし、近年では、電子式のバルブポジショナが開発され、更には、ＣＰＵ等の演算機能をバルブポジショナに搭載するようになった。このような演算機能を持つことにより、制御アルゴリズムをソフトウェアで実現できるため、ほぼ全ての方式の制御演算が可能になってきた。制御アルゴリズムは、Ｐ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ；比例）制御からＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ＩｎｔｅｇｒａｔｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ；比例、積分、微分）制御に発達してきた。この結果、調整弁の制御性は格段に向上した。
その一方、技術革新が進めば、市場の要求も更に厳しくなるのは当然であって、現在では、更に優れた制御性を持つポジショナが求められている。このような背景により、各ポジショナ・ベンダーでは、調整弁の制御アルゴリズムの開発が活発に進められている。採用されているアルゴリズムは、ＰＩＤ制御アルゴリズムが最もポピュラーであるが、このＰＩＤ制御アルゴリズムだけでは調整弁が持っている非線形性を十分吸収することができないため、ＰＩＤ制御に種々の機能を付加することにより、調整弁の制御性を向上させようとしている。
【０００５】
このようなＰＩＤ動作機能を有するバルブポジショナは、図６に示すように、電気的な信号に基づいて空気流量を制御してバルブをコントロールする電空ポジショナであり、調整弁１２の弁開度目標値を設定する入力信号ＳＰを入力し、かつこの入力信号ＳＰと調整弁１２の弁開度のフィードバック信号である弁開度信号ＰＶに基づいて制御信号ＭＶを演算出力する制御演算部１１と、この制御演算部１１からの制御信号ＭＶに基づいて空気圧を制御するＩ／Ｐモジュール１３と、Ｉ／Ｐモジュール１３の信号により調整弁１２に供給する空気流量を制御するパイロット・リレー１４と、パイロット・リレー１４からの空気流量によりステムを変位させて流体を制御する調整弁１２と、調整弁１２のステム変位を検出する弁開度位置センサ１５とから構成される。
このうち、Ｉ／Ｐモジュール１３とパイロット・リレー１４とで電空変換部１６を構成する。
【０００６】
このような構成からなるバルブポジショナの最も一般的なディジタルＰＩＤ制御の演算アルゴリズムは下記の式のようになる。
【０００７】
Ｐ（ｎ）＝ＳＰ（ｎ）−ＰＶ（ｎ）
Ｉ（ｎ）＝Δｔ／Ｔｉ＊Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ−１）
Ｄ（ｎ）＝Ｔｄ／（Δｔ＋Ｉ／γ＊Ｔｄ）＊（Ｐ（ｎ−１）−Ｐ（ｎ）＋１／γ＊Ｄ（ｎ−１）
ＭＶ（ｎ）＝Ｋｐ＊（Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ）＋Ｄ（ｎ））
ここで、ＳＰ；目標値（入力信号），ＰＶ（ｎ）；弁開度信号（調整弁のフィードバック信号），Ｐ（ｎ）；比例器，Ｉ（ｎ）；積分器，Ｄ（ｎ）；微分器，ＭＶ（ｎ）；制御信号，Δｔ；制御周期，Ｔｉ；積分時間，Ｔｄ；微分時間，γ；微分ゲイン，Ｋｐ；比例ゲインである
【０００８】
このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、図７のブロック図で示すことができ、バルブポジショナのＰＩＤ制御アルゴリズムの動作は、比例器（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）から構成され、制御信号ＭＶはＰ，Ｉ，Ｄの値を加算した値に、比例ゲインＫｐを乗算して得られる。
【０００９】
比例器（Ｐ）は、バルブポジショナの入力信号ＳＰと、調整弁１２の弁開度を弁開度位置センサ１５で検出してＡ／Ｄ変換器でディジタル値に変換した弁開度信号ＰＶの値との差、即ち、偏差値で表す。
【００１０】
積分器（Ｉ）は、積分時間Ｔｉで設定されるパラメータで決まる値で偏差値を積分するものである。
【００１１】
微分器（Ｄ）は、微分時間Ｔｄ、微分ゲインγで設定されるパラメータで決まる値で偏差値を微分するものである。
最終的な、制御信号ＭＶは、比例器（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）の値を加算したものに対し、比例ゲインＫｐを乗算した値で算出する。
【００１２】
図６に戻り、ここに示す制御演算部１１は、弁開度信号ＰＶを入力信号ＳＰに高速かつ正確にトラッキングさせるため、上述のような演算を行って制御信号ＭＶを求めている。例えば、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶとに差がある場合は、制御演算部１１は弁開度信号ＰＶと入力信号ＳＰを近づける方向に制御信号ＭＶの値を変化する。また、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶに差がない場合は、制御信号ＭＶの値は変化しない。
【００１３】
このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、単純であるため、本質的に優れているが、制御対象に非線形性が存在する場合、制御性が著しく悪化する場合がある。ここで、制御演算部１１によって制御対象となるものは、制御信号ＭＶの値が供給される電空変換部１６から調整弁１２までを指す。
【００１４】
次に、具体的な制御対象で発生する非線形性現象について説明する。図６に示すような調整弁１２とバルブポジショナの閉じたループにあって、制御演算部１１から調整弁１２の間にはさまざまな信号変換機構部分が存在し、これらの変換機構の入出力特性にはヒステリシス特性が存在する。
ここでは、特に、制御演算部１１で演算した制御信号ＭＶをＤ／Ａ変換した信号を受け、空気信号に変換するＩ／Ｐモジュール１３のヒステリシス特性を対象とする。
Ｉ／Ｐモジュール１３は、通常、ノズル−フラッパ機構でノズル背圧を空気信号として出力し、ノズル−フラッパの位置関係を変化させる駆動部には電磁アクチュエータが使用される。電磁アクチュエータは、流れる電流に比例した電磁力を発生し、その電磁力でフラッパを駆動するものである。ここで、電磁アクチュエータが発生する電磁力には、電磁アクチュエータの磁性材が有するＢ−Ｈカーブにより引き起こされるヒステリシスが存在し、このヒステリシス幅は、電磁アクチュエータに入力される電流信号の履歴に大きく依存する。つまり、Ｉ／Ｐモジュール１３に入力される電流信号の基礎となる制御信号ＭＶと、Ｉ／Ｐモジュール１３の出力信号であるノズル背圧との関係にあって、制御信号ＭＶの履歴に大きく依存したヒステリシスが存在する。
【００１５】
図８は制御信号ＭＶによる入力電流とノズル背圧との関係において発生するヒステリシスを示したものであり、バルブポジショナの性質から供給される電気的なパワーは少ないので、電空変換機構は小さい信号で大きな空気圧の変化、つまり高変換ゲインが求められる。また、耐環境性、耐外乱性、更に電空変換機構の出力を受けて空気流量の振幅を行うパイロット・リレーの流量ゲインを確保するための操作マージン等を考慮すると、実際の制御限界スパンに対して、静的な動作スパンは非常に小さく設計されている。
【００１６】
このようなゲイン配分になっているため、静的スパンに対して、フラッパの変化は非常に少ない。ポジショナに１０〜９０％応答など大きなステップ変化が与えられた場合は、制御信号ＭＶは一旦飽和した後、静的スパンのどこかでバランスするので、電磁アクチュエータが持つＢ−Ｈカーブのヒステリシスは、制御信号ＭＶが最大に変化した場合、静的スパンに対し数１００％相対的に大きくなる。つまり、制御信号ＭＶの値とノズル背圧間に発生するヒステリシスは、静的な制御信号ＭＶのスパンに対して数１００％相対的に大きくなる。
【００１７】
【発明が解決するための課題】
しかしながら、電空変換機構を使用した場合、電空変換機構で生じるヒステリシスは、調整弁の弁開度制御において、制御ループのループゲイン分の１となり、定常偏差として現れる。例えば、ループゲインが１００倍であったしても、その定常偏差の値は、最大数パーセントとして現れる。この偏差を除去するには、ＰＩＤ制御機能を有する制御演算部の積分器で補償するしかない。定常偏差を補償し、ステムを目標値まで素早く持っていくには、積分時間を短くすればよいが、通常積分器の積分時間は系の安定性を考慮すると極端に短くできないので、積分器でヒステリシスを戻す間は、調整弁のステムはゆっくりと目標値に近づき整定性が悪くなるという問題がある。
また、ステップ応答等で行き過ぎが生じると制御演算部はこれを戻そうとするための制御演算を行うが、ここでもヒステリシスが生じ、戻すためには長い時間が必要となる。
また、ヒステリシスが大きくかつ遅れ時間が長い系になると最悪の場合行き過ぎを戻す際に、更に逆方向に行き過ぎが生じ、これを繰り返す発振現象を起こす場合がある。
この現象を従来のＰＩＤで解決するには、比例ゲインを極端に下げ、積分時間を極端に長く設定するしかなく、この調整は調整弁の応答特性を著しく悪化させるという問題もある。
【００１８】
従って、制御対象が持つヒステリシス、例えば、Ｉ／Ｐモジュールが持つ、磁性材のＢ−Ｈカーブ等のヒステリシスを低減する機能を制御演算部に適宜加えることができる点に課題を有するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本願発明は、次の通りである。
（１）調整弁（１２）の弁開度の目標値を設定する入力信号（ＳＰ）を受信する受信手段と、前記弁開度を検出する弁開度位置センサ（１５）と、前記弁開度位置センサ（１５）で作成された弁開度信号（ＰＶ）と前記入力信号（ＳＰ）との偏差に基づいて弁開度位置を制御する制御信号（ＭＶ）を演算出力する制御演算部（１１）と、前記制御信号（ＭＶ）に基づいて前記調整弁（１２）の駆動信号を送出する電空変換部（１６）とからなるバルブポジショナであって、前記制御演算部（１１）は、前記弁開度信号（ＰＶ）と前記目標値との間に一定値以上の偏差が生じた際に、前記制御信号（ＭＶ）の履歴にかかわらず、前記制御信号（ＭＶ）の最終目標値で整定する方向が同一方向になるようなヒステリシス除去信号（ＨＲ）を前記制御信号（ＭＶ）に常に重畳し、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記調整弁（１２）のステムが整定する前に、前記電空変換部（１６）における空気圧が影響しない程の短い電流変化であることを特徴とするバルブポジショナ。
（２）調整弁（１２）の弁開度の目標値を設定する入力信号（ＳＰ）を受信する受信手段と、前記弁開度を検出する弁開度位置センサ（１５）と、前記弁開度位置センサ（１５）で作成された弁開度信号（ＰＶ）と前記入力信号（ＳＰ）との偏差に基づいて弁開度位置を制御する制御信号（ＭＶ）を演算出力する制御演算部（１１）と、前記制御信号（ＭＶ）に基づいて前記調整弁（１２）の駆動信号を送出する電空変換部（１６）とからなるバルブポジショナであって、前記入力信号（ＳＰ）の変化を検出してこの変化検出の時点から前記制御信号（ＭＶ）の履歴を観測してヒステリシス除去信号（ＨＲ）を演算し、前記入力信号（ＳＰ）と前記弁開度信号（ＰＶ）との偏差に基づいて前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を前記制御信号（ＭＶ）に重畳するか否かを判定する判断手段を有し、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記調整弁（１２）のステムが整定する前に、前記電空変換部（１６）における空気圧が影響しない程の短い電流変化であることを特徴とするバルブポジショナ。
（３）前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記制御信号（ＭＶ）が整定する前に重畳され、給気側に出力圧が変化しない程度の短いパルス信号であることを特徴とする（１）または（２）記載のバルブポジショナ。
（４）前記制御演算部（１１）の制御演算において、前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向であるかどうかを検出するステップ（ＳＴ１１０）、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きいか否かを検出するステップ（ＳＴ１２０）、前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向であり、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きい場合に、フラグをセットし、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を演算するステップ（ＳＴ１３０）、前記偏差が設定値よりも小さいいか否かを判定するステップ（ＳＴ１４０）、前記偏差が設定値よりも小さい場合に前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を出力し、前記フラグをリセットするステップ（ＳＴ１６０）、を備えることを特徴とする（３）記載のバルブポジショナ。
（５）前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向でない場合、または、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きくない場合であって、前記フラグがセットされていて、前記偏差が設定値よりも小さい場合に、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を出力し、前記フラグをリセットするステップ（ＳＴ１５０）を備えることを特徴とする請求項４記載のバルブポジショナ。
【００２０】
このように、制御対象特有のヒステリシスを考慮し、このヒステリシスを低減する一定の操作量を予め演算しておき、弁開度信号ＰＶと目標値または入力信号ＳＰとの偏差に基づいて、予め演算しておいた操作量を、制御信号ＭＶに重畳させるようにしたことにより、ヒステリシスの削減又は縮小させることが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるバルブポジショナの実施例に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、同一符号を付けて説明する。
【００２２】
本発明に係る第１の実施例であるバルブポジショナは、基本的には図６で説明した構成と同じであり、その調整弁特有のヒステリシスを低減する方式に特徴を有するものである。従って、従来技術で説明した図６及び図７はそのまま引用する。
【００２３】
電空変換部（電空変換手段）１６におけるＩ／Ｐモジュール１３のヒステリシスは、図１に示すように、制御信号ＭＶの履歴に対してノズル背圧への影響が大きい、磁性材のＢ−Ｈカーブによるヒステリシスである。このヒステリシスは、初期値（Ａ点）から電磁アクチュエータに与える電流を飽和させ、初期値と同じノズル背圧に戻す場合、入力される電流の変化量に応じるものである。その後、逆側に電流を飽和させ、初期値と同じノズル背圧に戻す場合、初期値の電流に戻る。このように、磁性材のＢ−Ｈカーブの特性は、制御信号ＭＶの履歴が大きな影響を及ぼす。
【００２４】
このように、制御信号ＭＶがＤ／Ａ変換された信号である入力電流信号変化の履歴でヒステリシスが生じるので、ステップ応答などで、電流が大きく変化した場合、ステムが整定する前に、空気圧が影響しない程の短い電流変化を、逆側に適切な量だけ入力させることにより、電磁アクチュエータの磁気回路は、常に、同じ履歴を通って出力信号を整定させることができるので、ヒステリシスの発生を大幅に低減することができる。
【００２５】
つまり、図２に示すように、ステップ応答等で入力信号ＳＰの値が排気側に変化した場合、制御信号ＭＶの初期値はＡ点であるが、ステップ入力直後は、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶの偏差が大きいので、制御演算部１１はバルブから空気を排気する方向Ｂ点に向かって制御信号ＭＶを大きく変化させる。
制御信号ＭＶの変化に伴い、弁開度信号ＰＶは入力信号ＳＰに近づくので、偏差は減少し、この偏差に比例して制御信号ＭＶはＣ点に近づく。
ここで、制御信号ＭＶがＣ点で整定する前に、給気側に出力圧が変化しない程度の短い周期のパルス信号（ヒステリシス除去信号）をＤ点にて制御信号ＭＶに重畳させ、制御信号をＡ点付近に整定させることにより、ヒステリシスを減少させることができる。
給気側のステップ入力が与えられた場合、制御信号ＭＶはＤ点に変化し、Ａ点付近に戻ってくるので問題はない。このように、排気側に制御信号ＭＶが変化したとき、制御信号ＭＶにヒステリシス除去信号を給気側に与えることにより、常に同じ方向から制御信号ＭＶは整正するので、ヒステリシスを減少させることができる。
【００２６】
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶの推移、偏差の推移、制御信号ＭＶに重畳させるヒステリシス除去信号ＨＲを示す図である。
入力信号ＳＰが変化して、偏差が設定値を超えた場合（図の下方向に偏差が変化した場合）、制御信号ＭＶの履歴を観測し、弁開度信号ＰＶが入力信号ＳＰに近づき、偏差が設定値よりも小さくなったとき、観測した制御信号ＭＶの履歴からヒステリシス除去信号ＨＲを計算し、制御信号ＭＶに重畳させる。
これにより、応答特性には影響を与えず、Ｉ／Ｐモジュール１３のヒステリシスのみを除去することができる。
【００２７】
このように偏差値に基づいたヒステリシスだけを除去する手法について図３を参照し、図４に示すフローチャートを参照して以下、更に詳細に説明する。
【００２８】
まず、制御演算部１１の制御演算において、入力値の変化が排気方向であるかどうかを検出する。入力値の変化が排気方向の場合は入力値の変化幅が設定値よりも大きいか否かを検出する（ステップＳＴ１００，ＳＴ１１０）。
【００２９】
入力値の変化幅が設定値よりも大きい場合には、フラグをセットしヒステリシス除去信号ＨＲの演算をする（ステップＳＴ１２０，ＳＴ１３０）。偏差が設定値よりも小さい場合には、演算したヒステリシス除去信号ＨＲを出力しフラグをリセットする（ステップＳＴ１４０，ＳＴ１５０）。
【００３０】
ステップＳＴ１１０に戻って、入力値の変化が排気方向でない場合には、フラグがセットされていて、偏差が設定値よりも小さい場合には演算したヒステリシス除去信号ＨＲを出力してフラグをリセットする（ステップＳＴ１６０，ＳＴ１４０，ＳＴ１５０）。
【００３１】
このようにして、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶを利用してヒステリシスを少なくする方向に制御することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施例について、図５を参照して説明する。
【００３３】
第２の実施例は、弁開度信号ＰＶと入力信号ＳＰとの偏差に基づいて高次の演算手段により得られた信号を制御信号ＭＶに供給するようにしたことである。
【００３４】
上述した第１の実施例であるバルブポジショナと同様に、調整弁の空気アクチュエータの容量が大きく、かつヒステリシスが大きい場合、系を安定させるために、比例ゲインＫｐ（図７参照）を下げ、かつ積分器（Ｉ）の積分時間を長く設定しなければならない場合がある。このような場合、偏差に対して制御信号ＭＶのゲインが下がっているので、応答性が悪化する。しかし、応答特性を改善しようとすると、系が安定しないので応答特性と安定性とのトレードオフが要求される。この解決法としては、偏差が大きい時は応答特性の改善の為、高ゲインが必要になり、偏差が小さい時は安定性確保の為、低ゲインを実現すればよい。
【００３５】
従って、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶの偏差により、ゲインが変化する演算器を別途追加すればよいことになる。即ち、偏差に対して高次の演算器を設ければ良い。この演算器を高次器と呼びＨ（Ｈｉｇｈｏｒｄｅｒ）で表す。具体的には、偏差を二乗した演算器である。偏差を二乗すると極性がなくなるので、極性を考慮した高次器とする。また、高次器Ｈのゲインは比例ゲインＫｐとは連動させないように、独自の比例ゲインαとすると高次器Ｈは次の式で表すことができる。
高次器Ｈ＝偏差×｜偏差｜×α
【００３６】
従って、制御演算部における制御信号ＭＶは次の式で表すことができる。
制御信号ＭＶ＝Ｋｐ×（Ｐ＋Ｉ＋Ｄ）＋Ｈ
【００３７】
この積分器Ｉと微分器Ｄのような、時間で決まる演算の影響を除いた偏差ゲインは、図５及び次の式で表すことができる。
制御信号ＭＶ＝Ｋｐ×Ｐ＋Ｐ×｜Ｐ｜×α
【００３８】
このように、偏差が少ない時は、制御信号ＭＶのゲインは少ないが、偏差が大きくなると制御信号ＭＶのゲインは上がる。従って、ヒステリシスが大きく調整弁の容量が大きい場合、系の安定性のため比例ゲインを上げられない場合でも応答特性が良い制御が実現できる。もちろん偏差の二乗だけでなく、ｎ乗（ｎは整数）でも良い。また、ｎが奇数の場合には極性を考慮しなくとも良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるバルブポジショナは、ステップ入力等で、操作量ＭＶが大きく変化した時に、変化した方向と逆方向に磁性材のＢ−Ｈカーブにより生じるヒステリシスを低減するに足る大きさでかつポジショナの出力圧に大きな影響を与えないような短い信号を電空変換機構に与えることにより、電空変換機構で発生するヒステりシスを低減することができ、良好な制御性を得ることができるという効果がある。
【００４０】
また、入力信号ＳＰと弁開度信号ＰＶとの偏差に基づいた高次演算された信号を制御信号ＭＶに加えるようにしたことにより、偏差が小さい時はゲインが低く、制御量が必要な偏差が大きな場合はゲインが高くできることにより、安定性、即応性の両方を満たした優れた制御性を実現できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１の実施例のバルブポジショナのヒステリシスを減少させた時の制御信号の入力電流とノズル背圧との関係を示したグラフである。
【図２】同制御信号の入力電流とノズル背圧との関係においてヒステリシスを減少させるようすを示したグラフである。
【図３】同制御信号ＭＶと入力信号ＳＰとから設定した設定値に基づいてヒステリシス除去信号を発生させるためのタイミングチャートである。
【図４】同制御信号に重畳させるヒステリシス除去信号を発生させるためのフローチャートである。
【図５】本願発明に係る第２の実施の形態におけるバルブポジショナにおける高次器における制御信号ＭＶの信号を示したグラフである。
【図６】バルブポジショナの略示的な構成を示したブロック図である。
【図７】ＰＩＤ制御器を示した略示的なブロック図である。
【図８】従来における制御信号ＭＶとノズル背圧との間で発生するヒステリシスを示したグラフである。
【符号の説明】
１１ 制御演算部
１２ 調整弁
１３ 入力モジュール
１４ パイロットリレー
１５ 弁開度位置センサ
１６ 電空変換部（電空変換手段）
ＳＰ 入力信号
ＰＶ 弁開度信号
ＭＶ 制御信号
Ｉ 積分器
Ｐ 比例器
Ｄ 微分器
Ｋｐ 比例ゲイン
Claims (5)
- 調整弁（１２）の弁開度の目標値を設定する入力信号（ＳＰ）を受信する受信手段と、前記弁開度を検出する弁開度位置センサ（１５）と、前記弁開度位置センサ（１５）で作成された弁開度信号（ＰＶ）と前記入力信号（ＳＰ）との偏差に基づいて弁開度位置を制御する制御信号（ＭＶ）を演算出力する制御演算部（１１）と、前記制御信号（ＭＶ）に基づいて前記調整弁（１２）の駆動信号を送出する電空変換部（１６）とからなるバルブポジショナであって、
前記制御演算部（１１）は、前記弁開度信号（ＰＶ）と前記目標値との間に一定値以上の偏差が生じた際に、前記制御信号（ＭＶ）の履歴にかかわらず、前記制御信号（ＭＶ）の最終目標値で整定する方向が同一方向になるようなヒステリシス除去信号（ＨＲ）を前記制御信号（ＭＶ）に常に重畳し、
前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記調整弁（１２）のステムが整定する前に、前記電空変換部（１６）における空気圧が影響しない程の短い電流変化である
ことを特徴とするバルブポジショナ。 - 調整弁（１２）の弁開度の目標値を設定する入力信号（ＳＰ）を受信する受信手段と、前記弁開度を検出する弁開度位置センサ（１５）と、前記弁開度位置センサ（１５）で作成された弁開度信号（ＰＶ）と前記入力信号（ＳＰ）との偏差に基づいて弁開度位置を制御する制御信号（ＭＶ）を演算出力する制御演算部（１１）と、前記制御信号（ＭＶ）に基づいて前記調整弁（１２）の駆動信号を送出する電空変換部（１６）とからなるバルブポジショナであって、
前記入力信号（ＳＰ）の変化を検出してこの変化検出の時点から前記制御信号（ＭＶ）の履歴を観測してヒステリシス除去信号（ＨＲ）を演算し、前記入力信号（ＳＰ）と前記弁開度信号（ＰＶ）との偏差に基づいて前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を前記制御信号（ＭＶ）に重畳するか否かを判定する判断手段を有し、
前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記調整弁（１２）のステムが整定する前に、前記電空変換部（１６）における空気圧が影響しない程の短い電流変化である
ことを特徴とするバルブポジショナ。 - 前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）は、前記制御信号（ＭＶ）が整定する前に重畳され、給気側に出力圧が変化しない程度の短いパルス信号である
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のバルブポジショナ。 - 前記制御演算部（１１）の制御演算において、前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向であるかどうかを検出するステップ（ＳＴ１１０）、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きいか否かを検出するステップ（ＳＴ１２０）、前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向であり、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きい場合に、フラグをセットし、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を演算するステップ（ＳＴ１３０）、前記偏差が設定値よりも小さいいか否かを判定するステップ（ＳＴ１４０）、前記偏差が設定値よりも小さい場合に前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を出力し、前記フラグをリセットするステップ（ＳＴ１６０）、を備える
ことを特徴とする請求項３記載のバルブポジショナ。 - 前記入力信号（ＳＰ）の変化が排気方向でない場合、または、前記入力信号（ＳＰ）の変化幅が設定値よりも大きくない場合であって、前記フラグがセットされていて、前記偏差が設定値よりも小さい場合に、前記ヒステリシス除去信号（ＨＲ）を出力し、前記フラグをリセットするステップ（ＳＴ１５０）を備える
ことを特徴とする請求項４記載のバルブポジショナ。
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