JP4381196B2 - Low-pressure control device and control method thereof - Google Patents
Low-pressure control device and control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4381196B2 JP4381196B2 JP2004091305A JP2004091305A JP4381196B2 JP 4381196 B2 JP4381196 B2 JP 4381196B2 JP 2004091305 A JP2004091305 A JP 2004091305A JP 2004091305 A JP2004091305 A JP 2004091305A JP 4381196 B2 JP4381196 B2 JP 4381196B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- side path
- gas pressure
- output side
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 17
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、気体圧を高精度で制御しつつ出力する低圧制御装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a low pressure control device that outputs gas pressure with high accuracy and a control method thereof.
一般に、気体圧を減圧制御して出力する場合は、減圧弁を用いることが多い。この減圧弁は、例えば図11に示す様に供給側経路101と出力側経路102間に弁体103を設けて、弁体103をバネ104により弁座105に押し付け、弁体103中央に固定されたステム106をダイヤフラム室107へと通して、ステム106先端をダイヤフラム108の中央に配置されたリリーフ弁109の孔に当接させ、ダイヤフラム受け110とバネ受け111間にバネ112を介在させ、ハンドル113の回転軸114下端をバネ受け111に当接させたものである。また、出力側経路102とダイヤフラム室107を孔115を通じて接続し、出力側経路102の気圧とダイヤフラム室107の気圧を均一にして、ダイヤフラム室107の気圧をダイヤフラム108に作用させ、ダイヤフラム108に上下方向の力を発生させている。
In general, a pressure reducing valve is often used when the gas pressure is output under reduced pressure control. For example, as shown in FIG. 11, this pressure reducing valve is provided with a
ここで、供給側経路101の気体圧を出力側経路102の気体圧よりも高く設定しておき、ハンドル113を回転操作して、回転軸114を下方に移動させ、バネ112を縮小させて、弁体103を下方に付勢すると、弁体103が下降して、供給側経路101から出力側経路102へと気体が流れる。これにより、出力側経路102の気体圧が上昇して、ダイヤフラム室107の気体圧が上昇し、ダイヤフラム108に上向きの力が発生する。
Here, the gas pressure in the
そして、ダイヤフラム108の上向きの力が増大すると、バネ112の弾性力がダイヤフラム108の上向きの力に負けて、弁体103が上昇し、供給側経路101と出力側経路102間が遮断され、出力側経路102の気体圧が下降して、ダイヤフラム室107の気体圧が下降し、ダイヤフラム108の上向きの力が減少する。
When the upward force of the
この様に出力側経路102の気体圧に応じて弁体103が上下することにより、出力側経路102の圧力がバネ112の弾性力に見合った圧力まで減圧される。
In this manner, the
尚、複数枚のダイヤフラムを用いて、減圧精度をより高めた減圧弁も提供されている。 There is also provided a pressure reducing valve that uses a plurality of diaphragms to improve pressure reducing accuracy.
ところで、上記減圧弁では、バネ112の弾性力とダイヤフラム108の上向きの力とのバランスをとることにより、出力側経路102の圧力を制御しているため、減圧精度に限界があり、通常、目標値に対する誤差が0.5kPa程度であった。
By the way, in the pressure reducing valve, since the pressure of the
あるいは、バネ104、112やダイヤフラム108等の弾性力が大きく、この弾性力を十分に小さくすることが困難であるために、誤差が大きくなった。
Alternatively, since the elastic force of the
また、供給側経路101と出力側経路102間を弁体103により開閉するので、出力側経路102の気体圧の変動がオーバシュートしてしまい、これも出力側経路102の気体圧の精度が低下する原因となった。
Moreover, since the
更に、供給側経路101の圧力に対して出力側経路102の圧力がヒステリシスに変動し、これも出力側経路102の気体圧の精度が低下する原因となった。
Furthermore, the pressure of the
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、気体圧を高精度で制御しつつ出力することが可能な低圧制御装置及びその制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a low-pressure control device capable of outputting gas pressure with high accuracy and a control method thereof. .
上記課題を解決するために、本発明は、供給側経路と出力側経路間に接続されたノズルと、回転自在に支持された回転軸と、回転軸に固定された第1及び第2アームと、コイル及び磁石を有し、コイル及び磁石間の磁力により第1アームを回転軸回りに回転させる電磁アクチュエータと、第2アームにより支持されたフラッパーとを備え、ノズル孔近傍にフラッパーを配置し、気体を供給側経路から出力側経路へと流通させた状態で、電磁アクチュエータにより第1アームを回転移動させて、回転軸を回転させ、回転軸の回転により第2アームを回転移動させて、フラッパーを変位させることによりノズルから放出される気体流量を変化させ、出力側経路の気体圧を調節する電空変換手段と、前記電空変換手段の制御対象となる前記出力側経路の気体圧を検出する気体圧検出手段と、前記気体圧検出手段により検出された気体圧が目標値となる様に前記電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御し、前記気体圧検出手段により検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときには前記電空変換手段のフラッパーを一定量だけ変位させる制御手段とを備え、減圧された気体圧を前記出力側経路から供給している。 In order to solve the above problems, the present invention provides a nozzle connected between a supply side path and an output side path, a rotary shaft supported rotatably, and first and second arms fixed to the rotary shaft. An electromagnetic actuator having a coil and a magnet, rotating the first arm around the rotation axis by the magnetic force between the coil and the magnet, and a flapper supported by the second arm, and arranging the flapper in the vicinity of the nozzle hole, With the gas flowing from the supply side path to the output side path, the first arm is rotated and moved by the electromagnetic actuator, the rotating shaft is rotated, and the second arm is rotated and moved by the rotation of the rotating shaft. and the gas flow rate is changed, the air conversion means conductive for adjusting the gas pressure in the output side path emitted from the nozzles by displacing the said output side through to be controlled of the electro-pneumatic conversion unit A gas pressure detecting means for detecting the gas pressure of the gas pressure detecting gas pressure detected by means feedback controls the displacement of flapper of the electro-pneumatic conversion device so as to be a target value, by the gas pressure detecting means Control means for displacing the flapper of the electropneumatic conversion means by a certain amount when the difference or ratio between the detected gas pressure and the target value exceeds a certain range, and supplies the decompressed gas pressure from the output side path is doing.
本発明の低圧制御装置によれば、電空変換手段を用いている。この電空変換手段は、供給側経路と出力側経路間にノズルを接続し、ノズル孔近傍にフラッパーを変位可能に設け、フラッパーを変位させることによりノズルから放出される気体流量を変化させるものである。フラッパーは、その変位によりノズル孔に接近したり離間したりして、ノズルからの気体の流動抵抗を増減させ、ノズルからの気体流量を変化させる。これにより、ノズルからの気体流量を滑らかにかつ細かく制御することが可能になり、延いては出力側経路の気体圧を滑らかにかつ細かく調節することが可能になる。また、電空変換手段の制御対象となる気体圧を検出して、この検出された気体圧が目標値となる様に、電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御している。これにより、常に、制御対象となる気体圧を目標値に近づけることができ、制御対象となる気体圧を滑らかにかつ細かく調節するだけではなく、制御対象となる気体圧を高精度で制御することが可能になる。 According to the low-pressure control apparatus of the present invention, the electropneumatic conversion means is used. This electropneumatic conversion means connects a nozzle between a supply side path and an output side path, displaces a flapper in the vicinity of the nozzle hole, and changes the flow rate of gas discharged from the nozzle by displacing the flapper. is there. The flapper moves closer to or away from the nozzle hole due to the displacement, thereby increasing or decreasing the flow resistance of the gas from the nozzle and changing the gas flow rate from the nozzle. As a result, the gas flow rate from the nozzle can be controlled smoothly and finely, and the gas pressure in the output side path can be adjusted smoothly and finely. Further, the gas pressure to be controlled by the electropneumatic conversion means is detected, and the displacement of the flapper of the electropneumatic conversion means is feedback-controlled so that the detected gas pressure becomes a target value. Thereby, the gas pressure to be controlled can always be brought close to the target value, and not only the gas pressure to be controlled is adjusted smoothly and finely, but also the gas pressure to be controlled is controlled with high accuracy. Is possible.
例えば、電空変換手段として、電磁アクチュエータにより第1アームを回転移動させて、回転軸を回転させ、回転軸の回転により第2アームを回転移動させて、フラッパーを変位させるものを適用する。この様な電空変換手段は、バネやダイヤフラム等の弾性力を利用しないので、制御対象となる気体圧を極めて高い精度で制御することを可能にする。 For example, as the electropneumatic conversion means, one in which the first arm is rotated and moved by an electromagnetic actuator, the rotating shaft is rotated, the second arm is rotated by rotating the rotating shaft, and the flapper is displaced is applied. Since such an electropneumatic conversion means does not use elastic force such as a spring or a diaphragm, the gas pressure to be controlled can be controlled with extremely high accuracy.
また、フィードバック制御に際しては、出力側経路の気体圧と目標値の差もしくは比率が大きくなる程、制御量も大きくなり、これが出力側経路の気体圧のオーバシュートを誘因する。そこで、検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときに、フィードバック制御の代わりに、フィードバック制御による制御量よりも小さな一定量だけ、電空変換手段のフラッパーを変位させている。従って、検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えている限り、電空変換手段のフラッパーが一定量ずつ変位して、検出された気体圧が目標値に徐々に近づき、検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲以下になると、フィードバック制御に戻されることになる。これにより、制御対象となる気体圧のオーバシュートが防止され、制御対象となる気体圧の高精度制御が維持される。 In feedback control, as the difference or ratio between the gas pressure in the output side path and the target value increases, the control amount also increases, which causes an overshoot of the gas pressure in the output side path. Therefore, when the difference or ratio between the detected gas pressure and the target value exceeds a certain range, instead of feedback control, the flapper of the electropneumatic conversion means is displaced by a certain amount smaller than the control amount by feedback control. ing. Therefore, as long as the difference or ratio between the detected gas pressure and the target value exceeds a certain range, the flapper of the electropneumatic conversion means is displaced by a certain amount, and the detected gas pressure gradually approaches the target value, When the difference or ratio between the detected gas pressure and the target value falls below a certain range, the control is returned to the feedback control. Thereby, the overshoot of the gas pressure to be controlled is prevented, and high-precision control of the gas pressure to be controlled is maintained.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の低圧制御装置の実施例1を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための電空変換機1と、電空変換機1により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ2と、電空変換機1を制御するための制御部3とを備えている。制御部3は、ロジック回路又はCPU等からなり、電空変換機1により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を示す圧力センサ2の検出信号I(out)及び該差圧の目標値を示す入力信号I(in)を入力して、検出信号I(out)及び入力信号I(in)を演算処理することにより電空変換機1の駆動電流のレベルを導出し、このレベルの駆動電流を電空変換機1に加えて、この差圧が目標値となる様に電空変換機1を制御する。この制御部3による制御については、後で詳述する。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the low-pressure control apparatus of the present invention. The low-pressure control device of the present embodiment detects an
電空変換機1は、本願発明の出願人等が先に出願した特開平7-190448号公報、特開平7-190449号公報、及び特開平9-114537号公報で提案されている電空変換機構を改造したものである。図2は、この電空変換機を示す縦断面図である。
The
図2から明らかな様に電空変換機1は、気体経路ハウジング4と、これに組付けられた電磁駆動ハウジング5とを備えている。気体経路ハウジング4においては、供給側経路11及び出力側経路A12を気体室13に接続し、気体圧を検出する圧力センサ2を出力側経路A12に設けている。また、リリーフ経路14を気体室13に接続し、リリーフ経路14の終端にノズル15を設けている。
As is clear from FIG. 2, the
供給側経路11は、1次側経路16を通じて圧力源(図示せず)に接続されており、この1次側経路16にオリフィス17を挿入している。また、出力側経路B18は、2次側経路19を通じて気体圧受給側(図示せず)に接続されており、この出力側経路B18に電磁弁30を接続している。但し、電磁弁30を接続しなくても、低圧力制御装置としての運用に支障は起こらない。
The
尚、図2において、1次側経路16及び2次側経路19に係わる構成を模式的に示している。
In FIG. 2, configurations related to the
電磁弁30は、非通電で出力側経路B18を閉止している。この状態で、気体が圧力源から1次側経路16及び供給側経路11を通じて気体室13へと供給されると、気体がリリーフ経路14を通じてノズル15から放出され、これにより減圧された気体が気体室13から出力側経路A12へと流通する。この状態で、ノズル15孔近傍のフラッパー28が変位すると、ノズル15から放出される気体流量が変化し、これに伴って気体室13及び出力側経路A12の気体圧も変化する。出力側経路A12には、気体圧を検出する圧力センサ2が備えられている。出力側経路A12の減圧された気体圧は、出力側経路B18を流通し、電磁弁30が通電されると、2次側経路19を通じて、気体圧受給側(図示せず)に供給される。
The
電磁機構ハウジング5においては、ヨーク21を固定し、ヨーク21中央に永久磁石22を配置している。また、電磁機構ハウジング5の側壁に孔5aを形成して、一対のベアリング23、23及びスペーサ24を側壁の孔5aに挿入して固定し、各ベアリング23、23により回転軸25を回転自在に支持している。そして、回転軸25の両端に第1アーム26及び第2アーム27を固定し、第1アーム26先端にムービングコイル29を固定して、ムービングコイル29を永久磁石22に同心円状に配置し、第2アーム27先端に
フラッパー28を支持して、フラッパー28をノズル15孔近傍に配置している。
In the electromagnetic mechanism housing 5, a
図3は、回転軸25、第1アーム26、及び第2アーム27周辺を示す斜視図である。図3から明らかな様に第1アーム26及び第2アーム27を回転軸25により回転可能に支持し、第1アーム26先端にムービングコイル29のボビン29aをネジ止めして、円柱状の永久磁石22並びにヨーク21中央部、円筒状のムービングコイル29、及び円筒状のヨーク21外周部を同心円状に配置し、第2アーム27先端のフラッパー28をノズル15孔に対向配置している。また、ムービングコイル29と第1アーム26との間に鉄、鋼などの磁性体からなる座金31を設けている。
FIG. 3 is a perspective view showing the periphery of the
ここで、ムービングコイル29の非通電時には、ムービングコイル29の磁力が発生せず、永久磁石22及びヨーク21の磁力が座金31を吸引して、ムービングコイル29が永久磁石22側の初期位置まで引き付けられる。
Here, when the moving
次に、図1の制御部3からの駆動電流がムービングコイル29に流れると、永久磁石22とヨーク21により形成される磁界中でフレミングの法則による力をムービングコイル29が受けて、ムービングコイル29が変位し、第1アーム26先端が下降する。これに伴い、回転軸25が回転して、第2アーム27先端も下降し、フラッパー28がノズル15から離間して、ノズル15から放出される気体流量が変化する。
Next, when the drive current from the
このとき、ムービングコイル29に受ける力と、ノズル15からの気体圧よりフラッパー28に受ける力とが釣り合った状態で、気体室13並びに出力側経路A12の気体圧が一定に保たれる。従って、図1の制御部3は、ムービングコイル29に流れる駆動電流値を調節して、ムービングコイル29に受ける力を大きくすることにより気体室13並びに出力側経路A12の気体圧を減圧制御することができる。
At this time, the gas pressure in the
ムービングコイル29は、性能確保のため、可能な限り小さな抵抗で作動する必要がある。また、ムービングコイル29は、ノズル15から放出される空気圧の脈動等により細かな振幅を繰り返すという非常に不安定な状態になる傾向にある。ムービングコイル29のボビン29aに、アルミなどの導電性非磁性体を使用すると、ムービングコイル29の動きを安定化させ、ノズル15より放出される空気圧の脈動を減少させることができる。
The moving
図4に示す様に永久磁石22とヨーク21により形成される磁界中で、ノズル15から放出された気体による上向きの力Fがムービングコイル29に作用すると、フレミングの右手の法則によりムービングコイル29に紙面に垂直で下向きの誘導電流が生ずる。そして、図5に示す様に永久磁石22とヨーク21により形成される磁界中で、ムービングコイル29に紙面に垂直で下向きの誘導電流が生じると、フレミングの左手の法則によりムービングコイル29に下向きの力F'が作用する。この下向きの力F'は、上向きの力Fを相殺することから、ムービングコイル29の移動を抑える様に作用する。ムービングコイル29のボビン29aに導電性非磁性体を使用すれば、ムービングコイル29の誘導電流が大きくなり、ムービングコイル29の移動を効果的に抑えることができる。
As shown in FIG. 4, in the magnetic field formed by the
実際には、ムービングコイル29が上下方向に振動し、ムービングコイル29の誘導電流により180度位相がずれた振動がムービングコイル29に発生して、両者の振動が相殺され、ムービングコイル29の動きが安定化する。
Actually, the moving
尚、ムービングコイルのボビンを導電性非磁性体とする他に、ムービングコイル29と永久磁石22並びにヨーク21との隙間を狭くしたり、ムービングコイル29の質量を小さくしたり、永久磁石22の磁力を大きくする等しても、ムービングコイル29の動きが安定化する。
In addition to making the bobbin of the moving coil a conductive non-magnetic material, the gap between the moving
また、ムービングコイル29と第1アーム26間の座金31は、ムービングコイル29の非通電時に、永久磁石22及びヨーク21の磁力により吸引されて、ムービングコイル29を永久磁石22側の初期位置まで引き付けるだけではなく、通電時のムービングコイル29の過剰動作を抑えてムービングコイル29の動作を安定させるという役目も果たす。この座金31は、バネ座金であっても、平座金であっても、これらを併用しても良い。ここでは、平座金を用い、しかも、第1アーム26をムービングコイル29に連結するネジによって座金31を固定している。これにより、部品点数を削減することができ、構成が簡単になると共に組立工数が少なくなるので大幅なコストダウンを図ることができる。また、この座金31のサイズを変更することにより、ムービングコイル29を永久磁石22側に引き付ける力を調整して、非通電時のムービングコイル29の初期位置を調整することができ、これによりフラッパー28の初期位置を調節して、気体室13並びに出力側経路A12の初期の気体圧を設定することができる。
Further, the
また、ムービングコイル29、永久磁石22、及びヨーク21の組み合わせの代わりに、電磁機構ハウジング5側にコイルを固定し、可動鉄片を第1アーム26側に設けても良い。
Further, instead of the combination of the moving
さて、図1において、圧力センサ2は、電空変換機1の出力側経路の気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出し、この差圧を示す検出信号I(out)を制御部3に出力する。また、ボリューム(図示せず)等の操作により該差圧の目標値を示す入力信号I(in)を設定して、この入力信号I(in)を制御部3に加える。制御部3は、検出信号I(out)及び入力信号I(in)を入力すると、{I(in)×α}≦I(out)≦{I(in)×β}であるか否か、つまり出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っているか否かを判定し、一定範囲に入っていれば、検出信号I(out)と入力信号I(in)の偏差を求め、この偏差を用いたPID制御の演算処理により、この差圧が目標値となる様な電空変換機1のムービングコイル29の駆動電流を求め、この駆動電流をムービングコイル29に流す。これにより、ムービングコイル29が変位して、フラッパー28がノズル15に対して接離し、ノズル15から放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に近づく。
In FIG. 1, the
そして、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っている限り、PID制御が継続され、この差圧が目標値となる様な駆動電流がムービングコイル29に流れて、フラッパー28がノズル15に対して接離し、ノズル15から放出される気体流量が変化して、この差圧が目標値に近づく。
As long as the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure is within a certain range, the PID control is continued, and the driving current is set so that the differential pressure becomes the target value. 29, the
また、制御部3は、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れていれば、PID制御を行なわず、この代わりに、この差圧が目標値に近づく様にムービングコイル29の駆動電流を一定幅だけ増減させる。これにより、ムービングコイル29が僅かに変位して、フラッパー28がノズル15に対して僅かに接離し、ノズル15から放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。
Further, if the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure in the output side path and the external pressure is out of a certain range, the
そして、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れている限り、PID制御の代わりに、ムービングコイル29の駆動電流の僅かな増減が繰り返され、この差圧が目標値に徐々に近づいて行く。
As long as the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external pressure is out of a certain range, a slight increase / decrease in the driving current of the moving
この様に出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率(もしくは差)が大きくなく一定範囲に入る場合は、検出信号I(out)と入力信号I(in)の偏差を用いたPID制御により該差圧を目標値に速やかに近づけている。 In this way, if the ratio (or difference) of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external pressure is not large and falls within a certain range, the deviation between the detection signal I (out) and the input signal I (in) The pressure difference is quickly brought close to the target value by PID control using the.
また、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率(もしくは差)が大き過ぎて一定範囲に入らない場合は、ムービングコイル29の駆動電流の僅かな増減を繰り返して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を目標値に徐々に近づけている。
In addition, when the ratio (or difference) of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure is too large and does not fall within a certain range, a slight increase / decrease in the driving current of the moving
尚、ムービングコイル29の駆動電流を一定幅だけ増減させる代わりに、入力信号I(in)をそのまま駆動電流として電空変換機1のムービングコイル29に加え続けても、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を目標値に徐々に近づけることができる。
Instead of increasing / decreasing the driving current of the moving
ここで、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率(もしくは差)が大き過ぎて一定範囲に入らない場合は、PID制御を行わず、この代わりに、ムービングコイル29の駆動電流の僅かな増減を繰り返すか、入力信号I(in)をそのまま駆動電流としている。これは、仮にPID制御を行うと、差圧が目標値に近づく様にムービングコイル29の駆動電流が大幅に変更されてしまい、ノズル15から放出される気体流量が大きく変化して、この差圧が不安定になってオーバシュートするからである。
Here, when the ratio (or difference) of the target value to the differential pressure between the gas pressure of the output side path and the external pressure is too large and does not fall within a certain range, PID control is not performed, and instead the moving
図6(a)及び(b)は、PID制御を行なっている状態で、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値よりも大き過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフ、及び該差圧が目標値よりも小さ過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフである。これらのグラフから明らかな様に出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率(もしくは差)が大き過ぎると、ムービングコイル29の駆動電流が大幅に変更されてしまうことから、この差圧が不安定になってオーバシュートする。
6A and 6B show the response characteristics of the differential pressure when the differential pressure between the gas pressure in the output side path and the external air pressure is too larger than the target value in the state where PID control is being performed. And a graph showing the response characteristics of the differential pressure obtained when the differential pressure is too smaller than a target value. As is apparent from these graphs, if the ratio (or difference) of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure is too large, the driving current of the moving
図7(a)及び(b)は、入力信号I(in)をそのまま駆動電流として電空変換機1のムービングコイル29に加え続けている状態で、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値よりも大き過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフ、及び該差圧が目標値よりも小さ過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフである。これらのグラフから明らかな様に入力信号I(in)をそのまま電空変換機1のムービングコイル29に加え続ければ、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が安定的に目標値へと収束する。
7 (a) and 7 (b) show the state in which the input signal I (in) is continuously applied to the moving
この様に本実施例の低圧制御装置では、ムービンコイル29に駆動電流を流して、フラッパー28を変位させ、出力側経路の気体圧を減圧制御するという電空変換機1を用い、その上で、圧力センサ2により出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を検出して、この検出された差圧が目標値となる様に電空変換機1のムービングコイル29の駆動電流を制御しているので、この差圧を滑らかにかつ細かく調整して高精度で制御することが可能になる。
As described above, in the low-pressure control apparatus according to the present embodiment, the
本実施例の低圧制御装置では、例えば出力側経路の気体圧と外気圧との差圧の目標値を0.3kPa〜10kPaに設定し、この差圧の誤差を±0.01kPaに抑えることができる。この様な高精度な圧力制御は、従来のバネやダイヤフラム等の弾性力を利用した減圧機構では到底なし得ない。 In the low-pressure control apparatus of this embodiment, for example, the target value of the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure is set to 0.3 kPa to 10 kPa, and the error of this differential pressure is suppressed to ± 0.01 kPa. it can. Such high-precision pressure control cannot be achieved with a conventional pressure reducing mechanism using an elastic force such as a spring or a diaphragm.
例えば、本実施例の低圧制御装置で樹脂チューブを膨らませるために用いることができる。この場合は、電空変換機1の出力側経路から樹脂チューブへと送られる空気圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧が一定に維持されるので、樹脂チューブを一定の内径となる様に高精度で膨らませることができる。
For example, it can be used to inflate the resin tube with the low-pressure control device of this embodiment. In this case, since the differential pressure between the air pressure sent from the output side path of the
あるいは、本実施例の低圧制御装置は、中空糸等の多孔質製品の検出用や、密閉容器の液面高さの変化による液体流出速度の変化防止用に用いることができる。 Alternatively, the low-pressure control device of the present embodiment can be used for detection of porous products such as hollow fibers, and for prevention of changes in the liquid outflow rate due to changes in the liquid surface height of the sealed container.
図8は、本発明の低圧制御装置の実施例2を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための第1及び第2電空変換機41、42と、第1及び第2電空変換機41、42により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ2と、第1及び第2電空変換機41、42を制御するための制御部3Aとを備えている。
FIG. 8 is a block diagram showing Example 2 of the low-pressure control apparatus of the present invention. The low-pressure control device of the present embodiment includes first and second
第1及び第2電空変換機41、42は、図2に示す電空変換機1と同様の構成であり、第1及び第2電空変換機41、42の供給側経路11を合流させると共に、第1及び第2電空変換機41、42の出力側経路を合流させて、この出力側経路に圧力センサ2を設けている。
The first and second
制御部3Aは、圧力センサ2からの検出信号I(out)、及びボリューム等により設定された入力信号I(in)を入力すると、{I(in)×α}≦I(out)≦{I(in)×β}であるか否か、つまり出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っているか否かを判定し、一定範囲に入っていれば、検出信号I(out)と入力信号I(in)の偏差を用いたPID制御の演算処理により、この差圧が目標値となる様な第1電空変換機41のムービングコイルの駆動電流を求め、この駆動電流を第1電空変換機41のムービングコイルに流す。
When the control unit 3A receives the detection signal I (out) from the
第1電空変換機41では、ムービングコイルが変位して、フラッパー28がノズル15に対して接離し、ノズル15から放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に近づく。
In the
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っている限り、第1電空変換機41のPID制御が継続され、この差圧が目標値に近づく。
As long as the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure is within a certain range, the PID control of the
また、制御部3Aは、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れていれば、PID制御を行なわず、この差圧が目標値に近づく様に第2電空変換機42のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる。
In addition, if the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure in the output side path and the external pressure is out of a certain range, the control unit 3A does not perform PID control, so that the differential pressure approaches the target value. The driving current of the moving coil of the
第2電空変換機42では、ムービングコイルが僅かに変位して、フラッパーがノズルに対して僅かに接離し、ノズルから放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。
In the
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れている限り、第1電空変換機41のPID制御の代わりに、第2電空変換機42の制御が継続され、ムービングコイルの駆動電流の僅かな増減が繰り返され、この差圧が目標値に徐々に近づいて行く。
Control of the
尚、第2電空変換機42のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる代わりに、入力信号I(in)をそのまま駆動電流として第2電空変換機42のムービングコイルに加え続けても良い。
Instead of increasing or decreasing the driving current of the moving coil of the
この様な本実施例においても、実施例1と同様の作用並びに効果を達成することができる。
In this embodiment as well, the same operations and effects as those in
図9は、本発明の低圧制御装置の実施例3を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための第1及び第2電空変換機51、52と、第1及び第2電空変換機51、52により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ2と、第1及び第2電空変換機51、52を制御するための制御部3Bとを備えている。
FIG. 9 is a block
第1及び第2電空変換機51、52は、図2に示す電空変換機1と同様の構成であり、第1及び第2電空変換機51、52の供給側経路を合流させると共に、第1及び第2電空変換機51、52の出力側経路を合流させて、この出力側経路に圧力センサ2を設けている。
The first and second
制御部3Bは、圧力センサ2からの検出信号I(out)、及びボリューム等により設定された入力信号I(in)を入力すると、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っているか否かを判定し、一定範囲に入っていれば、検出信号I(out)と入力信号I(in)の偏差を用いたPID制御の演算処理により、第1及び第2電空変換機51、52のムービングコイルの駆動電流を求め、この駆動電流を第1及び第2電空変換機51、52のムービングコイルに流す。
When the
第1及び第2電空変換機51、52では、ムービングコイルが変位して、フラッパーがノズルに対して接離し、ノズルから放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に近づく。
In the first and second
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っている限り、第1及び第2電空変換機51、52のPID制御が継続され、この差圧が目標値に近づく。
As long as the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external pressure is within a certain range, the PID control of the first and second
また、制御部3Bは、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れていれば、PID制御を行なわず、第1及び第2電空変換機51、52のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる。
Further, if the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure is out of a certain range, the
第1及び第2電空変換機51、52では、ムービングコイルが僅かに変位して、フラッパーがノズルに対して僅かに接離し、ノズルから放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。
In the first and second
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れている限り、第1及び第2電空変換機51、52のムービングコイルの駆動電流の僅かな増減が繰り返され、この差圧が目標値に徐々に近づいて行く。
As long as the ratio of the target value to the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure is out of a certain range, the driving current of the moving coils of the first and second
尚、第1及び第2電空変換機51、52のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる代わりに、入力信号I(in)をそのまま駆動電流として第1及び第2電空変換機51、52のムービングコイルに加え続けても良い。
Instead of increasing or decreasing the driving current of the moving coils of the first and second
この様な本実施例においては、実施例1と同様の作用並びに効果を達成することができる上に、第1及び第2電空変換機51、52を並列接続しているので、気体流量を2倍にすることができる。
In this embodiment, the same operations and effects as in
図10は、本発明の低圧制御装置の実施例4を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための電空変換機1と、電空変換機1により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ2と、電空変換機1を制御するための制御部3Cとを備えている。
FIG. 10 is a block
制御部3Cは、圧力センサ2からの検出信号I(out)、及びボリューム等により設定された入力信号I(in)を入力すると、I(in)=I(out)であるか否か、つまり出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に一致するか否かを判定し、一致しなければ、I(in)<I(out)及びI(in)>I(out)のいずれであるかを判定し、I(in)<I(out)であれば、電空変換機1のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ減少させ、I(in)>I(out)であれば、電空変換機1のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増大させる。
When the control unit 3C inputs the detection signal I (out) from the
電空変換機1では、ムービングコイルが僅かに変位して、フラッパーがノズルに対して僅かに接離し、ノズルから放出される気体流量が減少したり増大して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。I(in)<I(out)及びI(in)>I(out)のいずれである限り、電空変換機1のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる制御が繰り返され、この差圧が目標値に近づく。
In the
また、制御部3Cは、I(in)=I(out)であれば、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に一致するので、電空変換機1のムービングコイルの駆動電流をそのまま維持し続ける。
Further, if I (in) = I (out), the control unit 3C determines that the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure matches the target value, so that the moving coil of the
この様な簡単なフィードバック制御によっても、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を制御することができる。 Such a simple feedback control can also control the differential pressure between the gas pressure on the output side path and the external air pressure.
尚、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、本発明では、PID制御に限定されるものではなく、他の周知の多様なフィードバック制御を適用することができる。また、3つ以上の電空変換機を並列接続して用いても良い。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified. For example, the present invention is not limited to PID control, and various other known feedback controls can be applied. Three or more electropneumatic converters may be connected in parallel.
また、電空変換機を変形しても良い。例えば、アームの支点を回動可能に支持し、アームの作用点にフラッパーを設け、アームの力点をアクチュエータにより変位させて、アームの支点のフラッパーを変位させても良い。あるいは、フラッパーをリンク機構等により支持し、リンク機構を介して、アクチュエータによりフラッパーを変位させても構わない。 Further, the electropneumatic converter may be modified. For example, the fulcrum of the arm may be supported rotatably, a flapper may be provided at the working point of the arm, and the force point of the arm may be displaced by an actuator to displace the flapper at the fulcrum of the arm. Alternatively, the flapper may be supported by a link mechanism or the like, and the flapper may be displaced by an actuator via the link mechanism.
1 電空変換機
2 圧力センサ
3 制御部
4 気体経路ハウジング
5 電磁駆動ハウジング
11 供給側経路
12 出力側経路A
13 気体室
14 リリーフ経路
15 ノズル
16 1次側経路
17 オリフィス
18 出力側経路B
19 2次側経路
21 ヨーク
22 永久磁石
25 回転軸
26 第1アーム
27 第2アーム
28 フラッパー
29 ムービングコイル
30 電磁弁
31 座金
DESCRIPTION OF
13
19
Claims (1)
前記電空変換手段の制御対象となる前記出力側経路の気体圧を検出する気体圧検出手段と、
前記気体圧検出手段により検出された気体圧が目標値となる様に前記電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御し、前記気体圧検出手段により検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときには前記電空変換手段のフラッパーを一定量だけ変位させる制御手段とを備え、
減圧された気体圧を前記出力側経路から供給することを特徴とする低圧制御装置。 A nozzle connected between the supply-side path and the output-side path; a rotary shaft rotatably supported; first and second arms fixed to the rotary shaft; a coil and a magnet; It has an electromagnetic actuator that rotates the first arm around the rotation axis by the magnetic force and a flapper supported by the second arm, and a flapper is arranged in the vicinity of the nozzle hole so that gas flows from the supply side path to the output side path. In this state, the first arm is rotated by the electromagnetic actuator, the rotating shaft is rotated, the second arm is rotated by rotating the rotating shaft, and the flapper is displaced to displace the gas flow rate discharged from the nozzle. And an electropneumatic conversion means for adjusting the gas pressure in the output side path,
A gas pressure detecting means for detecting the gas pressure in the output side path to be controlled of the electro-pneumatic conversion unit,
The gas pressure detecting gas pressure detected by means feedback controls the displacement of flapper of the electro-pneumatic conversion device so as to be a target value, the difference or the ratio of the detected gas pressure and the target value by the gas pressure detecting means Control means for displacing the flapper of the electro-pneumatic conversion means by a certain amount when exceeds a certain range ,
A low-pressure control apparatus that supplies a decompressed gas pressure from the output side path .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004091305A JP4381196B2 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Low-pressure control device and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004091305A JP4381196B2 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Low-pressure control device and control method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005276039A JP2005276039A (en) | 2005-10-06 |
JP4381196B2 true JP4381196B2 (en) | 2009-12-09 |
Family
ID=35175619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004091305A Expired - Lifetime JP4381196B2 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Low-pressure control device and control method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4381196B2 (en) |
-
2004
- 2004-03-26 JP JP2004091305A patent/JP4381196B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005276039A (en) | 2005-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4971153B2 (en) | Flow control valve | |
US5787924A (en) | Method for controlling a valve and an electromagnetic valve | |
JP2005249191A (en) | Proportional solenoid control valve | |
WO2006085420A1 (en) | Proportional solenoid and flow control valve employing it | |
WO2005057064A1 (en) | Solenoid valve | |
JP2001141091A (en) | Flow rate control valve | |
WO2003050441A1 (en) | Solenoid-operated proportional flow control valve | |
JPH0816248A (en) | Digital electropneumatic positioner | |
JP4381196B2 (en) | Low-pressure control device and control method thereof | |
JP5212035B2 (en) | Valve device and servo valve | |
US11047403B2 (en) | Hydraulic servo valve | |
US20170211717A1 (en) | Magnetic metering valve and method of operating the same | |
JP2006342856A (en) | Flow regulating valve | |
JPH09329268A (en) | Drive method for electromagnetic control valve and drive device for electromagnetic control valve | |
JP2937849B2 (en) | Proportional control valve | |
US20200096018A1 (en) | Jet-flapper servo valve | |
KR101147077B1 (en) | Magnetic fluid pump | |
JP5044497B2 (en) | Flow control valve | |
JP3681463B2 (en) | Pressure reducing valve | |
JP2013210049A (en) | Solenoid valve | |
JP6038661B2 (en) | Solenoid valve | |
JPH05313740A (en) | Electropneumatic transducer | |
JP2692771B2 (en) | Flow control valve | |
JP3215173U (en) | Electromagnetic valve valve gate structure of electric control proportional valve | |
JPH07113432B2 (en) | Proportional control valve for gas |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090617 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090623 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090821 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090915 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090915 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4381196 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131002 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |