JPH0267478A - 送液ポンプの定圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば液体クロマトグラフで移動層を供給する
ために用いられる小プランジヤ往復動型ポンプなどの送
液ポンプにおいて、その吐出圧力を一定に制御するため
の定圧制御装置に関するものである。

（従来の技術） 定圧制御は例えば液体りｂマドグラフのカラム充填など
の目的で送液ポンプの吐出圧力を一定にするために利用
される。

定圧制御にはＰＩ（比例積分）制御又はそれに微分要素
を加えたＰＩＤ制御が行なわれ、ポンプの吸引、吐出特
性や流路部品の容量や抵抗から決められた比例定数と積
分定数がゲインとなり、プランジャの駆動速度が決定さ
れる。

従来のＰＩ制御やＰＩＤ制御ではゲインが一定に設定さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） ゲインが大きく設定されている場合、モータ始動時や圧
力設定値を大きく増加した場合、圧力設定値と圧力検出
値の間の偏差が大きいため大きな修正量が与えられる。

流路の抵抗や容量によってはこの修正のために圧力が急
激に上昇し１次のステップでの制御の修正では追いつか
ず、設定圧力値である目標値をオーバシュートすること
がある。

特にカラム充填の際は圧力のオーバーシュートは問題に
なることが多い。

逆に偏差が大きい場合でも修正量が小さくなるようにゲ
インを小さく設定されている場合は、今度は圧力が設定
値で安定した後にカラム充填による変動や送液する液を
切り替えた場合のように負荷が変動した場合には圧力を
調整する働きが弱くなって脈動の大きい送液となる。ま
た、ゲインが小さい状態ではデジタル制御の場合の計算
精度以下の不感帯のために定常偏差が残ることもある。

そこで、本発明は偏差が大きいときにオーバーシュート
が発生するのを防止し、圧力が設定値になった後は負荷
の変動に対してすばやく修正することのできる定圧制御
装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 第１図により本発明を説明すると、１は送液ポンプの吐
出流路に設けられた圧力検出手段、２は予定の圧力を設
定する圧力設定手段、３は圧力検出手段１の検出値と圧
力設定手段２の設定値とから偏差を検出する偏差検出部
、４は偏差検出部３で検出された偏差に応じてモータ制
御のゲインを設定するゲイン設定部、５は偏差検出部３
で検出された偏差とゲイン設定部４で設定されたゲイン
によってポンプモータ駆動回路６に制御信号を送出する
モータ制御部である。

ゲイン設定部４は偏差が大きいときゲインが小さくなり
、逆に偏差が小さいときゲインが大簀くなるようにゲイ
ンを設定する。偏差に基づいてゲインを設定する方法と
しては、偏差のしきい値を予め設定しておき、偏差がし
きい値以上になれば制御ループのゲインを予め定められ
た小さい値に設定し、逆に偏差がしきい値未満であれば
制御ループのゲインを予め定められた大き°い値に設定
するようにすればよい、他のゲイン設定方法は、ゲイン
設定部４に偏差が大きいほどゲインが小さく偏差が小さ
いほどゲインが大きくなるような偏差とゲインに関する
関数を設定しておき、その関数に従って偏差からゲイン
を求めるようにすることである。

（作用） モータ始動時や設定圧力を大きく増加させたときは、偏
差検出部３で大きな偏差が検出される。

ゲイン設定部４からは小さいゲインが設定され、モータ
制御部５は検出された偏差と設定されたゲインによって
ポンプの流量が少しずつ増加するようにポンプモータ駆
動回路６を制御する。

やがて、圧力検出手段１の検出圧力が圧力設定手段２の
設定圧力に近づいてくると、偏差検出部３の検出偏差が
小さくなり、ゲイン設定部４では大きなゲインが設定さ
れる。その結果、ポンプの吐出圧力は速やかに設定値に
整定する。

圧力が一定値になった後は、外乱（負荷の変動）が生じ
ても偏差が急激に大きくならない限り、ゲインが大きい
ので圧力をすばやく修正することができる。

一般的なＰＩ副制御はプランジャを変位させるためのパ
ルスモータのパルス速度は、デジタル制御の場合１次の
（１）式のように決められる。

Ｐｎ＝Ｐｎ−１＋ΔＰｎ　　　　　＋＋＋＋＋　　（１
）Ｐｎはパルス速度、ｎはサンプリング時点を表わして
いる。Ｐｎ−１はサンプリング時点が１つ前のパルス速
度、ΔＰｎはパルス速度の修正量である。

ΔＰｎはつぎの（２）式で表わされる。

ΔＰｎ＝Ｋｐ　（Ｅｎ−Ｅｎ−１）＋ＫｉＥｎ　　−−
（２）ここで、ＫＰは比例ゲイン、Ｅｎは圧力の偏差、
Ｅ　ｎ−ｌは１つ前のサンプリング時点でのサンプリン
グ偏差、Ｋｉは積分項ゲインであり、Ｋｉ＝にτ／Ｔ”
１（Ｔｉは積分時間、τは圧力のサンプリング周期）と
表わされる。この制御式ではＫｐ、Ｋｉがゲインであり
、本発明ではこのゲインＫｐ、Ｋｉを偏差に応じて変化
させる。（２）式はＰＩ動作の制御式で、この形式は速
度型とよばれるものである。ΔＰｎは操作量ではなく、
操作の修正量を与える。

（実施例） 第２図は一実施例を表わす。

１０は液体クロマトグラフの送液ポンプであり、パルス
モータにより駆動される。１２は流路であリ、流路１２
の吐出側には圧力検出手段である圧力センサ１が設けら
れている。ポンプ１０のパルスモータはマイクロコンピ
ュータにより制御される。マイクロコンピュータはバス
１４を介してＣＰＵ１６、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ２０が接
続されている。２２は圧力を設定したり、動作を制御す
るのに使用される操作パネルである。ＣＰＵ１６はパル
ス速度をポンプモータ駆動回路６に設定することにより
、モータ回転数を制御し、ポンプ流量を決定する。

また、ポンプ吐出圧力は圧力センサ１により検出され、
圧力センサ１の検出値はアンプ２４で増幅された後、Ａ
／Ｄ変換器２６でデジタル信号に変換されてＣＰ、Ｕ　
１６によって読み込まれる。

第２図の実施例において、第１図の圧力設定手段２．偏
差検出部３．ゲイン設定部４及びモータ制御部５はマイ
クロコンピュータによって実現される。

次に、一実施例の動作をＰＩ副制御場合について第３図
のフローチャートを参照して説明する。

第３図のフローチャートは、ある一定時間間隔（例えば
１０〜Ｌｏｏｍｓ）で起動されるプログラムである。

圧力センサ１による実測圧力Ｘｎを読み込み、設定され
た圧力Ｒｎとから偏差Ｅｎを検出する（ステップＳｌ、
Ｓ２）、検出した偏差Ｅｎを予め設定された偏差のしき
い値Ｅｔｈと比較しくステップＳ３）　、Ｅｎ＞Ｅｔｈ
の場合はゲインである比例ゲインＫＰと積分項ゲインＫ
ｉをそれぞれ小さい値Ｋｐｌ、　Ｋｉｌに設定する（ス
テップＳ４）、また、ステップ３において、Ｅｎ＞Ｅｔ
ｈでない場合はゲインである比例ゲインＫｐと積分項ゲ
インＫｉをそれぞれ大きい値Ｋ　ｐｈ　、　Ｋ　ｉｈに
設定する（ステップＳ５）、ここで、 Ｋｐｈ≧Ｋｐｌ Ｋｉｈ≧Ｋｉｌ である。

設定されたゲインＫＰｓ　Ｋｉによりモータパルス速度
の修正量ΔＰｎを算出する（ステップＳ６）。

そして、算出されたΔＰｎを用いて（１）式によリモー
タのパルス速度Ｐｎを設定し、ポンプモータ駆動回路６
に設定することにより、ポンプ１０のパルスモータが駆
動される（ステップＳ７）。

実施例では第３図のステップＳ３，８４．Ｓ５において
、偏差Ｅｎをしきい値Ｅｔｈと比較することによってゲ
インＫｐ、Ｋｉを設定しているが、ゲイン設定部４には
偏差ＥｎとゲインＫｐ、Ｋｉの関数を設定しておき、そ
の関数に従ってゲインＫ　Ｐ　ｙＫｉを算出してもよい
。

第３図において偏差Ｅｎが負になるとき、すなわち実測
圧力Ｘｎが設定値Ｒｎより大きくなるときは常に大きい
方のゲインＫ　ｐｈ　、　Ｋ　ｉｈが設定されるが、ア
ンダーシュートが生じても実際には問題にならない、し
かしながら、アンダーシュートを避けようとすれば、ス
テップＳ２において偏差Ｅｎを絶対値で求め、偏差の絶
対値をしきい値と比較するようにすればよい。

実施例はＰＩ副制御例であるが、ＰＩＤ制御の場合はそ
れに微分要素を加え、微分要素のゲインも偏差に応じて
変えるようにすればよい。

（発明の効果） 本発明では実測圧力と設定圧力の偏差を求め、偏差が大
きければゲインを小さく、偏差が小さければゲインを大
きく設定して送液ポンプのモータをＰＩ副制御はＰＩＤ
制御によって制御するようにしたので、設定値を変化さ
せた場合や始動時のオーバーシュートを抑え、かつ、圧
力が一定値に到達した後は負荷変動時の圧力の乱れを小
さくすることができる。圧力のオーバーシュートは例え
ば液体クロマトグラフのカラム充填の際に問題になるこ
とが多いので、特に本発明が有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示すブロック図、第２図は一実施例を
示すブロック図、第３図は一実施例の動作を示すフロー
チャート図である。 １・・・・・・圧力検出手段、２・・・・・・圧力設定
手段、３・・・・・・偏差検出部、４・・・・・・ゲイ
ン設定部、５・・・・・・モータ制御部、６・・・・・
・ポンプモータ駆動回路。 特許出願人　株式会社島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）送液ポンプの吐出流路に設けられた圧力検出手段
   と、予定の圧力を設定する圧力設定手段と、前記圧力検
   出手段の検出値と前記圧力設定手段の設定値とから偏差
   を検出する偏差検出部と、前記偏差検出部で検出された
   偏差が大きいときゲインを小さく、偏差が小さいときゲ
   インを大きくするようにモータ制御のゲインを設定する
   ゲイン設定部と、前記偏差検出部で検出された偏差と前
   記ゲイン設定部で設定されたゲインによってポンプモー
   タ駆動回路に制御信号を送出するモータ制御部とを備え
   た送液ポンプの定圧制御装置。