JPH04203601A - Oscillation preventing method for automatic control valve with electropneumatic positioner - Google Patents

Oscillation preventing method for automatic control valve with electropneumatic positioner

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JPH04203601A
JPH04203601A JP33857590A JP33857590A JPH04203601A JP H04203601 A JPH04203601 A JP H04203601A JP 33857590 A JP33857590 A JP 33857590A JP 33857590 A JP33857590 A JP 33857590A JP H04203601 A JPH04203601 A JP H04203601A
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controller
valve
transfer function
automatic control
control valve
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Masaru Danno
段野 勝
Toshiyuki Asakura
朝倉 俊行
Hiroyuki Otake
宏之 大嶽
Koji Nishino
功二 西野
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Original Assignee
Fujikin Inc
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Abstract

PURPOSE:To stabilize opening-closing control of a valve by connecting a compensation circuit having specified transmission functions in parallel between the input and output sides of a controller, thereby preventing the opening-closing oscillations of a drive valve in the case a pneumatic pressure tubular passage is made long. CONSTITUTION:A compensation circuit H' by the Smith method is connected between the input and output sides of a controller 3, and thereby the opening- closing oscillations of a drive valve 1 in the case a pneumatic pressure tubular passage 8 is made long. By the use of two diaphragm drive valves 1 each having a electropneumatic converter 2, the transmission function H of the circuit H' is made the same as the object to be controlled. This function H is set to satisfy the formula I. A feedback signal 9 of each drive valve 1 is input to a computation circut Hc, and the differential signal is computed to be fed back to the controller 3.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電空ポジショナを備えた自動制御弁の制御法め
改良に係り、弁駆動用の空気圧管路が長くなっても、駆
動弁が開・閉振動を起すことなく安定した開閉制御を行
なえるようにした。電空ポジショナを備えた自動制御弁
の制御方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to an improvement in the control method of an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner, and the invention relates to an improvement in the control method of an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner. Stable opening/closing control is now possible without causing opening/closing vibration. The present invention relates to a method of controlling an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner.

(従来の技術) 所謂電空ポジショナを備えた自動制御弁は、通常第11
図に示す如くダイヤフラム駆動部1aやリニヤ−ポテン
ショメータ1bを備えた駆動弁1と、圧電素子製のフラ
ッパー2aを備えた電空変換器2と、PID制御器3等
から構成されており。
(Prior art) An automatic control valve equipped with a so-called electropneumatic positioner usually has a 11th
As shown in the figure, it is comprised of a drive valve 1 equipped with a diaphragm drive section 1a and a linear potentiometer 1b, an electropneumatic converter 2 equipped with a flapper 2a made of a piezoelectric element, a PID controller 3, etc.

入力操作信号4をPID制御器3へ入力することにより
、制御信号5がフラッパー2aへ加えられ。
By inputting the input operation signal 4 to the PID controller 3, a control signal 5 is applied to the flapper 2a.

フラッパー2aがノズル2bを閉じる方向に作動される
The flapper 2a is operated in a direction to close the nozzle 2b.

即ち、フラッパー2aが作動すると、第12図に示す如
くパイロットバルブ6の圧力室6aの圧力が上昇し、背
圧室6bの圧力とのバランスが崩れてスプール6cが上
昇する。これにより、ポート6dが開放されて駆動用空
気7が空気圧管路8を通してダイヤフラム駆動部1aへ
印加され、ステム1cが変位する。
That is, when the flapper 2a operates, the pressure in the pressure chamber 6a of the pilot valve 6 increases as shown in FIG. 12, and the balance with the pressure in the back pressure chamber 6b is disrupted, causing the spool 6c to rise. As a result, the port 6d is opened and the driving air 7 is applied to the diaphragm driving section 1a through the pneumatic pipe line 8, and the stem 1c is displaced.

前記ステム1cの変位はリニアポテンショメータ1bに
よって電気信号に変換され、変換された変位信号(フィ
ードバック信号)9が制御器3へフィードバックされる
ことにより、前記制御信号5が変化し、駆動弁1のステ
ムICが入力操作信号4に見合った量の変位をするまで
訂正動作が行なわれ、常に入力操作信号4に比例した駆
動弁1のステム変位が得られる。
The displacement of the stem 1c is converted into an electric signal by the linear potentiometer 1b, and the converted displacement signal (feedback signal) 9 is fed back to the controller 3, whereby the control signal 5 changes and the stem of the driven valve 1 The correction operation is performed until the IC is displaced by an amount commensurate with the input operation signal 4, and a stem displacement of the drive valve 1 that is always proportional to the input operation signal 4 is obtained.

(発明が解決しようとする課題) 而して、従前の第11図の如き構成の自動制御弁にあっ
ては、電空変換器2や制御3等の制御部と駆動弁1とが
一体になっていて空気圧管路8の距離が短い場合には、
比較的迅速且つ正確に入力操作信号4に比例したステム
変位を得ることが出来る。
(Problem to be Solved by the Invention) Therefore, in the conventional automatic control valve having the configuration as shown in FIG. , and the distance of the pneumatic pipe line 8 is short,
Stem displacement proportional to the input operation signal 4 can be obtained relatively quickly and accurately.

これに対して、自動制御弁を可燃性ガスの雰囲気中で使
用するようにした場合には、安全性の見地から電空変換
器2や制御回路3等の制御部と駆動弁1とを引き離す必
要がある。
On the other hand, if the automatic control valve is to be used in an atmosphere of flammable gas, the control parts such as the electro-pneumatic converter 2 and the control circuit 3 should be separated from the drive valve 1 for safety reasons. There is a need.

ところが、制御部と駆動弁1とを引き離すと必然的に空
気圧管路8が長くなり、所謂空気信号の伝送遅れが発生
する。その結果、駆動弁1が後述の第9図に示す如く発
振(若しくはハンチング)を起し、制御動作が著しく不
安定となる。
However, if the control section and the drive valve 1 are separated, the pneumatic pipe line 8 will inevitably become longer, resulting in a so-called transmission delay of the pneumatic signal. As a result, the drive valve 1 causes oscillation (or hunting) as shown in FIG. 9, which will be described later, and the control operation becomes extremely unstable.

本発明は、電空ポジショナ−を備えた自動制御弁に於け
る上述の如き問題、即ち空気圧管路8が長くなった場合
の駆動弁1の発振の問題を解決せんとするものであり、
空気圧管路8が長くてもPID制御器3に設けた補償回
路を調整することにより、発振を起すことなく安定した
弁の開・閉制御を行なえるようにした自動制御弁の発振
防止方法を提供するものである。
The present invention aims to solve the above-mentioned problem in an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner, that is, the problem of oscillation of the driven valve 1 when the pneumatic pipe line 8 becomes long.
A method for preventing oscillation of an automatic control valve that enables stable valve opening/closing control without causing oscillation by adjusting the compensation circuit provided in the PID controller 3 even if the pneumatic pipe line 8 is long. This is what we provide.

(課題を解決するための手段) 本件発明者は、先きにこの種電空ポジショナを備えた自
動制御弁の動特性の改善を目的として。
(Means for Solving the Problem) The inventor of the present invention previously aimed at improving the dynamic characteristics of an automatic control valve equipped with this type of electropneumatic positioner.

前記空気信号の伝送遅れの比較的簡単な計算法を開発す
ると共に、空気圧管路の長さが空気信号の伝送時間遅れ
に及ぼす影響について解析し、これを公表している〔日
本機械学会論文集(B編)55巻512号(1989−
4月)〕。
In addition to developing a relatively simple calculation method for the transmission delay of the air signal, we also analyzed the effect of the length of the pneumatic pipeline on the transmission time delay of the air signal and published this [Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers] (Part B) Volume 55, No. 512 (1989-
April)].

また、本件発明者は、先きに第13図の如き自動制御弁
の応答実験装置を用いてこの種自動制御弁の安定化を目
的とする各種の作動試験を行ない、動特性の解析に必要
なフラッパー2aの変位、ステム1cの変位及び電空変
換器2の出力圧等を測定して応答実験装置を構成する各
要素のパラメータの同定を行なうと共に、ノズルフラッ
パー機構を持つ電空変換器2を二次遅れ要素、ダイヤフ
ラム駆動部1aを備えた駆動弁1を一次遅れ要素。
In addition, the inventor of the present invention previously conducted various operation tests aimed at stabilizing this type of automatic control valve using an automatic control valve response experiment device as shown in Fig. 13, which is necessary for analyzing the dynamic characteristics. The displacement of the flapper 2a, the displacement of the stem 1c, the output pressure of the electro-pneumatic converter 2, etc. are measured to identify the parameters of each element constituting the response experimental device, and the electro-pneumatic converter 2 having a nozzle flapper mechanism is is a second-order lag element, and the drive valve 1 with the diaphragm drive section 1a is a first-order lag element.

弁駆動用空気圧機器構成要素を線形特性をもつものと夫
々仮定して、駆動弁1の動的挙動を表わす数学モデルを
第14図のようなブロック線図で表わすことを創案した
Assuming that each of the components of the pneumatic equipment for driving the valve has linear characteristics, a mathematical model representing the dynamic behavior of the driving valve 1 was devised to be represented by a block diagram as shown in FIG. 14.

尚、第14図に於いて、 K :制御システム全体のゲイン KC二制御回路のゲインv / m AKp:PID調
節器の比例ゲイン Ks:信号変換のゲインv / m AKV:ダイアフ
ラム駆動弁のゲインmm/PaL :むだ時間S S ニラプラス演算子 TV:ダイアフラム駆動弁の時定数 SRo:操作信号
mA Y :駆動弁の変位mm α :リニアポテンショメータのゲインv/mmωn:
ノズルフラッパの固有振動数rad/sζn:ノズルフ
ラッパの減衰率 であり、且つ夫々の値は、前記第13図の応答実験装置
を用いた試験から求めたものであり、下記の値を有して
いる。
In Fig. 14, K: Gain of the entire control system KC Gain of the two control circuits v/m AKp: Proportional gain of the PID controller Ks: Gain of signal conversion v/m AKV: Gain of the diaphragm driven valve mm /PaL: Dead time S S Niraplus operator TV: Time constant of diaphragm driven valve SRo: Operation signal mA Y: Displacement of driven valve mm α: Gain of linear potentiometer v/mmωn:
Natural frequency rad/sζn of the nozzle flapper: This is the damping rate of the nozzle flapper, and each value was obtained from a test using the response experiment apparatus shown in FIG. 13, and has the following values.

Kc=0.85v/mA、Kv=0.87 mm/P 
a 。
Kc=0.85v/mA, Kv=0.87mm/P
a.

Ro=20mA、 ωn=3.52rad/s。Ro=20mA, ωn=3.52rad/s.

Tv=o、1s、 α=1.33v/mm、  ζn=
0.67、L=0.05s、0.30s尚、前記むだ時
間L=0.05s (L=0.3mの場合)とL=0.
30s (L=30mの場合)は、前記日本機械学会論
文集(B編)55巻512号に開示の計算方法により算
出したものである。
Tv=o, 1s, α=1.33v/mm, ζn=
0.67, L=0.05s, 0.30s In addition, the dead time L=0.05s (when L=0.3m) and L=0.
30s (when L=30m) is calculated by the calculation method disclosed in the aforementioned Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (B edition), Vol. 55, No. 512.

また、第14図の電空ポジショナ付自動制御弁のブロッ
ク線図を用いたシュミレーション実験を行ない、その結
果から、■空気圧信号の伝送遅れと制御システム全体の
ゲインが発振現象の発生に大きな影響を及ぼしているこ
と、■制御システムの安定限界及び■伝送遅れ時間(む
だ時間)によって生ずる発振現象の発生条件等を知得し
た。
In addition, we conducted a simulation experiment using the block diagram of an automatic control valve with an electropneumatic positioner shown in Figure 14, and the results showed that: ■ The transmission delay of the pneumatic signal and the gain of the entire control system have a large influence on the occurrence of oscillation phenomena. (1) stability limits of the control system, and (2) conditions for the occurrence of oscillation phenomena caused by transmission delay time (dead time).

更に1本件発明者は前記シュミレーション実験の結果の
解析から、■前記第14図のブロック線図によるモデリ
ングが妥当なものであること、■自動制御弁の動特性の
厳密な解析には制御器3や駆動弁1のパツキン部等の非
線形要素を考慮した定量的検討が必要なこと、■発振現
象の防止には。
Furthermore, from the analysis of the results of the simulation experiment, the present inventor has determined that: ■ The modeling using the block diagram shown in FIG. 14 is appropriate; ■ The controller 3 It is necessary to conduct a quantitative study that takes into account nonlinear elements such as the seal part of the drive valve 1, etc., and ■To prevent the oscillation phenomenon.

PID制御回路だけでなく他の補償回路を必要とするこ
と等を知得し、これを公表している〔日本機械学会論文
講演技刷、論文81189−0569B。
They have learned that not only a PID control circuit but also other compensation circuits are required, and have made this public.

1984年11月り。November 1984.

而して、制御系の発振現象の防止に関しては、○、J、
M、 S+aith氏により提案された安定化方法(以
後スミス法と呼ぶ)が知られている。
Therefore, regarding the prevention of oscillation phenomena in the control system, ○, J,
A stabilization method (hereinafter referred to as the Smith method) proposed by Mr. M and S+aith is known.

即ち、このスミス法は、制御器3に制御対象のモデルを
組み込むことにより、むだ時間を閉ループから追い出し
1通常の有限次元の制御問題に帰着させることによって
、むだ時間系のシステムを安定化するものである。換言
すれば、この方法はむだ時間をもつ制御対象の伝達関数
G p (s )−e−SLバッグ回路を構成する方法
である。従って、この場合の応答はむだ時間したけ考慮
すれば良いことになる。
In other words, the Smith method stabilizes the system with dead time by incorporating a model of the controlled object into the controller 3, eliminating the dead time from the closed loop, and reducing the problem to a normal finite-dimensional control problem. It is. In other words, this method is a method of configuring a transfer function G p (s)-e-SL bag circuit for a controlled object having dead time. Therefore, the response in this case only needs to take into account the dead time.

Gp(s)をむだ時間を除いた残りの制御対象の伝達関
数とする。このときの電空ポジショナを備えた自動制御
弁のブロック線図は前記第151iii1のように表わ
される。但し各要素の伝達関数はすべて線形系と仮定し
ている。
Let Gp(s) be the transfer function of the remaining controlled object excluding dead time. The block diagram of the automatic control valve equipped with the electropneumatic positioner at this time is expressed as the above-mentioned No. 151iii1. However, it is assumed that the transfer functions of each element are all linear systems.

ここで、目標値と制御量との間の伝達関数G(s)ただ
し、Gc(s)は制御器の伝達関数とする。
Here, the transfer function G(s) between the target value and the controlled variable is defined as Gc(s), where Gc(s) is the transfer function of the controller.

このような場合には、どのような補償要素を導入しても
制御系の目標値と制御量との間にはLだけの時間遅れが
存在する。従って1式(1)の代わという形の閉回路伝
達関数を持つ制御系が実現できるならば、この制御系は
むだ時間を持つ制御対象に対しては最適であると考えら
れる。
In such a case, no matter what compensation element is introduced, there is a time delay of L between the target value of the control system and the controlled variable. Therefore, if a control system having a closed circuit transfer function in place of Equation 1 (1) can be realized, this control system is considered to be optimal for a controlled object having dead time.

そこで、次に式(2)のような閉回路伝達関数を持つ制
御系を構成することを考える。
Next, let us consider configuring a control system having a closed circuit transfer function as shown in equation (2).

そのために式(2)を次のように変形する6即ち式(3
)の右辺に於いて。
For this purpose, equation (2) is transformed into the following equation 6, that is, equation (3
) on the right side of

成する。to be accomplished.

式(3)および式(4)から という関係を得ることができる。また、式(5)の閉回
路伝達関数を実現するものとして、第16図のような構
成を得ることができる。これが、OlJ、M、Sm1t
hによって提唱された制御系である。
The following relationship can be obtained from equations (3) and (4). Furthermore, a configuration as shown in FIG. 16 can be obtained to realize the closed circuit transfer function of equation (5). This is OlJ, M, Sm1t
This is a control system proposed by H.

第16図の制御系の閉回路伝達関数は勿論式(2)であ
るが、式(2)からも明らかなようにe−という伝達関
数をもつ純粋むだ時間要素がフィードバック回路の外に
出て、第17図のような制御系になってGc(s)はむ
だ時間に関係なく設計することができる。
The closed circuit transfer function of the control system in Fig. 16 is of course expressed by equation (2), but as is clear from equation (2), a pure dead time element with a transfer function of e- is outside the feedback circuit. , Gc(s) can be designed without regard to dead time in a control system as shown in FIG.

その結果、 O,J 、M、S+withの制御系の入
力に対する応答の計算は、第17図からも解るように、
むだ時間りだけを考慮すればよいことになる。
As a result, as can be seen from Fig. 17, the calculation of the response to the input of the control system of O, J, M, and S+with is as follows:
Only the dead time needs to be considered.

本件発明は、前述の如き電空ポジショナを備えた自動制
御弁の各種作動試験とその解析を基にして創作されたも
のであり、制御器3からの制御信号5により圧電素子製
のフラッパ2aを備えた電空変換器2を作動させ、空気
圧管路8を通して駆動弁1へ駆動用空気圧を供給すると
共に、リニヤポテンショメータ1bにより検出した駆動
弁1のステム1cの変位に比例する変位信号9を前記制
御器3ヘフイートハツクすることにより、ステム1cの
変位を制御器3への入力電気操作信号4に対応した位置
に保持するようにした電空ポジショナを備えた自動制御
弁に於いて、前記制御器3の入力側と出力側の間にこれ
と並列に、伝達関数L Gf(s)・Gp(s)(1−e−) (但し、Gf(
s)はりニヤポテンショメータ1bの伝達関数、Gp(
S)はむだ時間のない場合の制御対象の伝達関数、Gp
L (s)・e−はむだ時間をもつ制御対象の伝達関数〕を
有する補償回路H′を接続することにより、空気圧管路
8を長くした際の駆動弁1の開・閉振動を防止すること
を発明の基本構成とするものである。
The present invention was created based on various operational tests and analyzes of automatic control valves equipped with electropneumatic positioners as described above, and the flapper 2a made of a piezoelectric element is activated by the control signal 5 from the controller 3. The equipped electro-pneumatic converter 2 is actuated to supply driving air pressure to the driven valve 1 through the pneumatic line 8, and at the same time, the displacement signal 9 proportional to the displacement of the stem 1c of the driven valve 1 detected by the linear potentiometer 1b is transmitted to the driven valve 1. In an automatic control valve equipped with an electro-pneumatic positioner that maintains the displacement of the stem 1c at a position corresponding to an input electrical operation signal 4 to the controller 3 by foot-hacking the controller 3, the controller 3 The transfer function L Gf(s)・Gp(s)(1-e-) (However, Gf(
s) Transfer function of the beam potentiometer 1b, Gp(
S) is the transfer function of the controlled object when there is no dead time, Gp
By connecting a compensation circuit H' having a transfer function of a controlled object with dead time], opening/closing vibration of the drive valve 1 is prevented when the pneumatic pipe line 8 is lengthened. This is the basic structure of the invention.

(作用) L 伝達関数0f(s)・Gp(s)(1−e−)を有する
補償回路H′を制御器3の入・出力間に並列に接続する
ことにより、むだ時間要素が制御器3のフィードバック
回路の外部へ取り出されることになり、制御器3として
の伝達関数Gc(s)がむだ時間りに関係のないものと
なる。
(Function) L By connecting the compensation circuit H' having the transfer function 0f(s)・Gp(s)(1-e-) in parallel between the input and output of the controller 3, the dead time element is reduced by the controller. Therefore, the transfer function Gc(s) as the controller 3 has no relation to the dead time.

その結果、空気圧管路8が長くて空気圧信号の伝達遅れ
(むだ時開L)が大きくなっても、制御器3の入・出力
に対する応答はむだ時間りに無関係なものとなり、制御
系が安定化して発振が有効に防止されることになる。
As a result, even if the pneumatic pipe line 8 is long and the transmission delay of the pneumatic signal (dead time opening L) becomes large, the response to the input/output of the controller 3 becomes irrelevant to the dead time, and the control system becomes stable. oscillation is effectively prevented.

(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the drawings.

本発明に係る電空ポジショナを備えた自動制御弁の基本
構成は前記第11 図の場合とほぼ同じであり、異なる
点は空気圧管路8が比較的長いこと及び制御器3に補償
回路Fが設けられている点等である。
The basic configuration of an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner according to the present invention is almost the same as that shown in FIG. These are the points that are provided.

また、第1図は前記第11図のノズルフラッパ機構2a
、2bを持つ電空変換器2を2次遅れ要素、ダイアフラ
ム駆動弁1を1次遅れ要素、管路8の伝送遅れをむだ時
間りと夫々仮定し、非線形要素を考慮することにより形
成した電空ポジショナ付自動制御弁の制御系のブロック
線図であり、Aは制御3の伝達関数、Bは電空変換器2
の伝達関数、Cは遅れむだ時間、Dは駆動弁1の伝達関
数、Eは飽和型非線形要素、Fはリニヤポテンショメー
タの伝達関数である。
FIG. 1 also shows the nozzle flapper mechanism 2a shown in FIG.
, 2b is assumed to be a second-order delay element, the diaphragm-driven valve 1 is assumed to be a first-order delay element, and the transmission delay of the pipe line 8 is assumed to be a dead time. It is a block diagram of the control system of an automatic control valve with a pneumatic positioner, where A is the transfer function of the control 3, and B is the electropneumatic converter 2.
C is the delay dead time, D is the transfer function of the drive valve 1, E is the saturated nonlinear element, and F is the transfer function of the linear potentiometer.

尚、第1図に於いて、 KP:制御回路の比例ゲイン v/n+AKv:ダイア
フラム駆動弁のゲイン mm/paL =制御対象のむ
だ時間 S m 1非線形要素の線形係数 RO:入力電気操作信号 IIA S ニラプラス演算子 T1:制御回路の積分時間 S Td:制御回路の微分時間 S Tv:ダイアフラム駆動弁の時定数 SY :駆動弁変
位 am ωn:電空変換器の固有振動数 rad/s2 :非線
形要素への入力振幅 V α :リニアポテンショメータのゲインv/rnIIζ
n:電空変換器の減衰率 δ :非線形要素の入力の飽和値 V である。
In Fig. 1, KP: Proportional gain of control circuit v/n+AKv: Gain of diaphragm-driven valve mm/paL = Dead time of controlled object S m 1 Linear coefficient of nonlinear element RO: Input electrical operation signal IIA S Nira plus operator T1: Integral time of control circuit S Td: Differential time of control circuit S Tv: Time constant of diaphragm driven valve SY: Drive valve displacement am ωn: Natural frequency of electropneumatic converter rad/s2: To nonlinear element input amplitude V α : linear potentiometer gain v/rnIIζ
n: Attenuation rate δ of the electro-pneumatic converter: Saturation value V of the input of the nonlinear element.

前記第1@に於いて、PID制御器(コントローラ)3
の伝達関数Gc(s)は、 Gc(s)=Kp(1+−7−+T d s )   
 ・−(2−1)IS として与える。リニアポテンショメーターbの伝達関数
は、 Gf(s)=αである。これらより電空変換器2
の伝達関数Gn(s)およびダイアフラム駆動弁1の伝
達関数Gy(s)からむだ時間りを除いた制御対象の伝
達関数Gρ(S)は、 Gp(s) = Gn(s) Gv(s)      
   ・−・(2−2)となる。
In the first @, the PID controller (controller) 3
The transfer function Gc(s) is: Gc(s)=Kp(1+-7-+Tds)
-(2-1) Give as IS. The transfer function of linear potentiometer b is Gf(s)=α. From these electro-pneumatic converter 2
The transfer function Gρ(S) of the controlled object is obtained by removing the dead time from the transfer function Gn(s) of the diaphragm-driven valve 1 and the transfer function Gy(s) of the diaphragm-driven valve 1, as follows:
...(2-2).

一方、自動制御弁は発振現象(リミットサイクル)を生
じることから、システムには非線形要素が含まれている
と考えられる。そこで、電空変換器2の圧電素子製のフ
ラッパー2aに第2図に示す飽和型非線形要素Eが存在
するものと仮定する。
On the other hand, since automatic control valves produce oscillation phenomena (limit cycles), the system is considered to include nonlinear elements. Therefore, it is assumed that a saturated nonlinear element E shown in FIG. 2 exists in the flapper 2a made of a piezoelectric element of the electropneumatic converter 2.

尚、第2図に示すような飽和型非線形要素Eに次に、前
記第1図の如き電空ポジショナ付自動制御弁の制御シス
テムに、前記入ミス法に基づく補償回路を適用する。
Incidentally, next to the saturated nonlinear element E as shown in FIG. 2, a compensation circuit based on the entry error method is applied to the control system of an automatic control valve with an electropneumatic positioner as shown in FIG.

スミス法は、制御器3に制御対象のモデルを組み込むこ
とによりむだ時間を閉ループから追い出し、通常の有限
次元の制御問題に帰着させることによって、むだ時間系
のシステムを安定化するものである。すなわち、この方
法は、むだ時間をもL 制御対象の伝達関数Gp(s)−e−を同定することよ
り、制御器3のG c (s)についてG p (s)
−(1−L e)なる局所フィードバック回路を構成する方法である
。従って、この場合の応答は、むだ時間りだけ考慮すれ
ば良いことになる。但し、Gp(s)はむだ時間りを除
いた残りの制御対象の伝達関数である。
The Smith method stabilizes the dead time system by incorporating a model of the controlled object into the controller 3 to eliminate dead time from the closed loop and reducing the problem to a normal finite-dimensional control problem. That is, in this method, the dead time is also L. By identifying the transfer function Gp(s)-e- of the controlled object, Gp(s) for Gc(s) of the controller 3 is determined.
This is a method of configuring a local feedback circuit of -(1-Le). Therefore, in response in this case, only the dead time needs to be considered. However, Gp(s) is the transfer function of the remaining controlled object excluding the dead time.

第3図は、前記入ミス法による補償回路を考慮した場合
の電空ポジショナ付自動制御弁の制御系第3図より、シ
ステムの特性方程式は次式のようになる。
FIG. 3 shows a control system for an automatic control valve with an electropneumatic positioner in consideration of the compensation circuit based on the entry error method.From FIG. 3, the characteristic equation of the system is as follows.

1 +N(z)Gc(s)Gp(s)Gf(s)” O
・−・(3−1)ここで、s=jωとして式(3−1)
を整理すると、−一方=Gs(jω)       ・
・・・(3−2)となる。ただし、Gs(s)=Gc(
s)Gp(s)Gf(s)ととなる。
1 +N(z)Gc(s)Gp(s)Gf(s)” O
・-・(3-1) Here, as s=jω, equation (3-1)
When rearranged, -one side = Gs (jω) ・
...(3-2). However, Gs(s)=Gc(
s)Gp(s)Gf(s).

又、第3図よりシステムにステップ状の電気操作信号を
入力したときの駆動弁1の変位を数値計算により求める
。第3図より、入力R(s)、出力Y (s)とすると
入・出力間の伝達関数より次の微分方程式が得られる。
Further, from FIG. 3, the displacement of the drive valve 1 when a step-like electrical operation signal is input to the system is determined by numerical calculation. From FIG. 3, assuming input R(s) and output Y(s), the following differential equation can be obtained from the transfer function between input and output.

ただし、u(・)を単位ステップ関数とし、各係数b工
〜bGは次式のようである。
However, when u(.) is a unit step function, each coefficient b-bG is as shown in the following equation.

b エ= Tv、          b 2 = 1
 + 2ζnωnTvb3=2ζnωn+ωn2Tv、
b4=ωn2bs ” K 、b s =K Ro /
 a第4図は、前記第3図のブロック線図に於いて。
b E = Tv, b 2 = 1
+ 2ζnωnTvb3=2ζnωn+ωn2Tv,
b4=ωn2bs ” K , b s =K Ro /
Fig. 4 is the block diagram of Fig. 3 above.

ステップ状人力4を加えた場合の式3−4を用いた数値
計算による駆動弁1の過渡特性を示すもの尚、動特性の
解析に必要な各パラメータは、システムの各構成要素の
応答実験から得られた次の値が用いられている。また、
むだ時間りはL=0゜4O8(管路8の長さ40m)と
設定されている。
This shows the transient characteristics of the driven valve 1 by numerical calculation using Equation 3-4 when a step-like human force 4 is applied.In addition, each parameter necessary for the analysis of the dynamic characteristics is obtained from response experiments of each component of the system. The following values obtained are used. Also,
The dead time is set as L=0°4O8 (length of pipe 8 is 40 m).

Kp=1.70  v/+aA、  Ti=oos、 
 Td=OsRo=20mA、  ωn=2.orad
/sy  ζn=o、67Kv=0.87 +u+/p
a、  α=1.33 v/m+s、  Tv=O,l
s次に、前記第3図のブロック線図を基本とする理論的
解析の結果と実際の自動制御弁装置の作動とを比較する
ため、前記第13図の如き応答実験装置を用いて、自動
制御弁の動特性を測定した。
Kp=1.70 v/+aA, Ti=oos,
Td=OsRo=20mA, ωn=2. orad
/sy ζn=o, 67Kv=0.87 +u+/p
a, α=1.33 v/m+s, Tv=O,l
sNext, in order to compare the results of the theoretical analysis based on the block diagram shown in Fig. 3 with the actual operation of the automatic control valve device, an automatic The dynamic characteristics of the control valve were measured.

尚、第13図に於いて11は圧力計、12はしギュレー
タ、13はコンプレッサーである。
In addition, in FIG. 13, 11 is a pressure gauge, 12 is a regulator, and 13 is a compressor.

入力側子へ入力操作信号4として20@Aのステップ状
入力を与えたとき、管路8長さをQ=0.3およびu=
40mとした場合の駆動弁1の過渡特性を第5図に示す
。第5図より管路8長さがQ−0,3mの場合には一髪
動弁1の変位は安定な動作をしているのに対して、Q=
40mの場合には駆動弁1が周期2.04s、振幅2.
89mの発振現象を生ずることが判明した。
When a step-like input of 20@A is given to the input side child as the input operation signal 4, the length of the pipe line 8 is set as Q=0.3 and u=
FIG. 5 shows the transient characteristics of the driven valve 1 when the length is 40 m. From Fig. 5, when the length of the pipe line 8 is Q-0.3 m, the displacement of the single-hair valve 1 is stable, whereas Q=
In the case of 40 m, the driving valve 1 has a period of 2.04 s and an amplitude of 2.04 s.
It was found that an oscillation phenomenon of 89 m was produced.

尚、駆動弁1の変位は、ポテンショメータ1bより検出
される電気信号9を多ペンレコーダによって実時間記録
処理したものである。
Incidentally, the displacement of the driving valve 1 is obtained by recording the electric signal 9 detected by the potentiometer 1b in real time using a multi-pen recorder.

また、前記第13図の実験装置を用いた動作試験の結果
から、発振現象は制御回路3のゲインと管路8長さが原
因となることがわかった。
Further, from the results of an operation test using the experimental apparatus shown in FIG. 13, it was found that the oscillation phenomenon was caused by the gain of the control circuit 3 and the length of the conduit 8.

第6図は管路8の長さを縦軸にとり制御回路3のゲイン
を横軸にとって示した実験結果で、斜線を施した部分で
発振現象が確認された。破線aは駆動弁1にヒステリシ
スが存在せず立ち上がり時間(バルブ開度90%)が0
.1sの場合の最小ゲインを示す。また、第6図中の丸
印は実験により求めた発振の限界点を示している。なお
、破線aより左の領域では、一応安定な動作をするが特
性にヒステリシスをもつため実用範囲とはならない。従
って、第6図より駆動弁1が安定に動作する範囲は破線
aと実&bとの間の領域となる。
FIG. 6 shows the experimental results in which the length of the conduit 8 is plotted on the vertical axis and the gain of the control circuit 3 is plotted on the horizontal axis, and an oscillation phenomenon was confirmed in the shaded area. Broken line a indicates that there is no hysteresis in drive valve 1 and the rise time (valve opening 90%) is 0.
.. The minimum gain for 1 s is shown. Further, the circles in FIG. 6 indicate the limit points of oscillation determined through experiments. Note that in the region to the left of the broken line a, although the operation is somewhat stable, the characteristics have hysteresis and are not within the practical range. Therefore, from FIG. 6, the range in which the driven valve 1 operates stably is the area between the broken line a and the actual &b.

また、この領域であっても管路長さが40m以上になる
と、発振現象を起すのでその防止策が必要となることが
判明した。
It has also been found that even in this region, when the length of the pipe exceeds 40 m, oscillation occurs, and measures to prevent it are necessary.

更に、前記第13図の実験装置を用いた動作試験の結果
から、駆動弁1に発振現象が生ずることは、システムに
何らかの非線型要素があるものと考えられる。そこで、
ここでは制御回路3への入力電圧4と圧電素子への印加
電圧5との相関関係を調査したところ、両者の間には第
7図に示す如き飽和特性があることが判明した。
Furthermore, from the results of the operation test using the experimental apparatus shown in FIG. 13, the occurrence of oscillation in the drive valve 1 is considered to be due to some nonlinear element in the system. Therefore,
Here, when the correlation between the input voltage 4 to the control circuit 3 and the applied voltage 5 to the piezoelectric element was investigated, it was found that there is a saturation characteristic between the two as shown in FIG.

即ち、入力電圧4が+1.0〜4.6vでは線形であり
、この入力電圧がリニアな部分では駆動弁の変位も線形
で変化するが、それ以外では飽和点が存在するので、こ
れが発振現象の原因となることが判明した。
In other words, the input voltage 4 is linear in the range of +1.0 to 4.6V, and the displacement of the driven valve also changes linearly in the linear portion of the input voltage, but at other times there is a saturation point, and this is an oscillation phenomenon. was found to be the cause.

次に、本件発明の要部であるスミス法による補償回路H
′を含んだ電空ポジショナ付自動制御弁の制御システム
について説明する。
Next, the compensation circuit H using the Smith method, which is the main part of the present invention.
A control system for an automatic control valve with an electropneumatic positioner including the following will be explained.

先ず、補償回路H′のモデルを構成し、当該モデルを用
いた制御システムについて、発振現象を有効に防止し得
るか否かをテストした。
First, a model of the compensation circuit H' was constructed, and a control system using the model was tested to see if it could effectively prevent the oscillation phenomenon.

第8図は前記制御システムの構成図であり、点線で囲ま
れた部分がスミス法による補償回路H′を示す。当該補
償回路H′の構成に際しては、その伝達関数Hを制御対
象と同じものとするため。
FIG. 8 is a block diagram of the control system, and the part surrounded by the dotted line shows the compensation circuit H' based on the Smith method. When configuring the compensation circuit H', its transfer function H is made to be the same as that of the controlled object.

電空変換器2を設けたダイヤフラム駆動弁1が2台使用
されている。
Two diaphragm-driven valves 1 equipped with electro-pneumatic converters 2 are used.

即ち、補償回路H′はむだ時間L=OCs](空気圧管
路Q=0.3[mコとむだ時間L=0.3[s](空気
圧管路Q=30[m])の2つの電空変換器2を備えた
ダイヤフラム駆動弁1から構成されており、それぞ九の
フィードバック信号9を減算回路Heで演算して、その
差信号を制御回路3ヘフイードバツクさせると云う構成
になっている。
That is, the compensation circuit H' has two dead times L = OCs] (pneumatic pipe Q = 0.3 [m] and dead time L = 0.3 [s] (pneumatic pipe Q = 30 [m]). It consists of a diaphragm driven valve 1 equipped with an electro-pneumatic converter 2, each of which has a configuration in which nine feedback signals 9 are calculated by a subtraction circuit He, and the difference signal is fed back to a control circuit 3. .

第8図の制御システムの作動に際しては、各駆動弁1の
電空変換器2の圧電素子2aおよびリニアポテンショメ
ータ1b等の特性が各々異なるので、補償回路H′に制
御対象と同じ実システムを適用した場合(スミス法によ
る補償回路を実システムで構成した場合)には1校正が
必要となる。
When operating the control system shown in FIG. 8, since the characteristics of the piezoelectric element 2a of the electropneumatic converter 2 of each drive valve 1, the linear potentiometer 1b, etc. are different, the same actual system as the controlled object is applied to the compensation circuit H'. In this case (when a compensation circuit based on the Smith method is configured in an actual system), one calibration is required.

そこで、制御回路3において各フィードバック信号9の
スパン、ゼロバランスを調整することにより、その校正
を行う。なお、その確認は、制御回路3の各オペアンプ
の出力端子での測定により行い、以下にその校正手順に
ついて示す。
Therefore, the control circuit 3 performs calibration by adjusting the span and zero balance of each feedback signal 9. Note that this confirmation is performed by measurement at the output terminal of each operational amplifier of the control circuit 3, and the calibration procedure will be described below.

1ン 各構成要素のゼロ点調節を行う。1. Perform zero point adjustment for each component.

2) 最大電気操作信号(20mA)入力時に駆動弁1
の変位が8国になるように入力側のスパン、ゲインを調
節する。
2) Drive valve 1 when the maximum electrical operation signal (20mA) is input.
Adjust the span and gain on the input side so that the displacement is 8 countries.

3) 制御回路3への入力電気操作信号4を断つ。3) Cut off the input electrical operation signal 4 to the control circuit 3.

4) 空気圧を直接、調節弁12に供給する。4) Supply air pressure directly to the control valve 12.

5) ゼロ点調節した位置になるまで空気を供給する。5) Supply air until the zero point is adjusted.

6)  TPFBをスパンによりD 、 C、+ 1.
0 vに調節する。
6) TPFB by span D, C, +1.
Adjust to 0v.

7) 駆動弁1の変位が、8011になるまで空気を供
給する。
7) Supply air until the displacement of the drive valve 1 reaches 8011.

8)  TPFBをスパンによりり、C,+5.Ovに
調節する。
8) By spanning TPFB, C, +5. Adjust to Ov.

9) 4)〜8)を繰り返し、駆動弁1の変位0〜81
mで、フィードバック信号9がり、C,+1〜5vにな
るようにフィードバック側のスパン、ゼロバランスを調
節する。
9) Repeat steps 4) to 8) until the displacement of drive valve 1 is 0 to 81.
At m, adjust the span and zero balance on the feedback side so that the feedback signal 9 rises to +1 to 5v.

10)以上の手順を3台の電空変換器付ダイヤフラム駆
動弁について行う。
10) Perform the above procedure for three diaphragm-driven valves with electro-pneumatic converters.

各構成要素の校正を終了した後、第8図の回路について
管路長さによるハンチングが除去される状態を確認する
ため次のような実験を行った。
After completing the calibration of each component, the following experiment was conducted to confirm that hunting due to the length of the pipe line was removed for the circuit shown in FIG.

管路長さQ=40rnにおいて補償部を作動させない状
態で駆動弁を動作させ、任意の時間t=tcで補償部を
作動させたときのハンチング状態の動的挙動の変化を測
定した。なお、この実験に用いた各ダイヤフラム駆動弁
の条件を第1表に示す。
The drive valve was operated with the compensator not operating at the pipe length Q=40rn, and the change in dynamic behavior of the hunting state was measured when the compensator was operated at an arbitrary time t=tc. Note that Table 1 shows the conditions of each diaphragm-driven valve used in this experiment.

表中、Nα、2およびN(1,3の管路長さは、補償回
路に用いるシステムの特性の違いを考慮し、空気管路抵
抗をニードルバルブで調節することにより見かけ上の管
路長さを変化させる。
In the table, the pipe lengths of Nα, 2, and N(1, 3) are determined by adjusting the air pipe resistance with a needle valve, taking into consideration the differences in the characteristics of the system used for the compensation circuit. change the value.

第  1  表 制御回路3への入力電気操作信号4を20mAとした場
合、任意の時刻t = t cで補償部を作動させたと
きの駆動弁1の動的挙動を第9 図に示す。
Table 1 When the input electrical operation signal 4 to the control circuit 3 is 20 mA, FIG. 9 shows the dynamic behavior of the driven valve 1 when the compensator is operated at an arbitrary time t=tc.

第9 図より、補償回路H′を作動させる前(t≦tc
)では駆動弁1の変位は上下非対称となり、周期2.0
4s、振幅2.89noとなってその中心位置がyo=
8.87m+の発振現象を起している。そこで、スミス
法による補償部をt”tcで作動させると、駆動弁1の
変位は補償回路の作動後4.25で安定(定常値の±1
.0%以内)になり、ハンチングが除去されていること
が解る。
From FIG. 9, before operating the compensation circuit H' (t≦tc
), the displacement of the drive valve 1 is vertically asymmetric, and the period is 2.0.
4s, the amplitude is 2.89no, and the center position is yo=
An oscillation phenomenon of 8.87m+ is occurring. Therefore, when the compensator based on the Smith method is operated at t''tc, the displacement of the drive valve 1 is stable at 4.25 after the compensation circuit is operated (±1 of the steady value).
.. (within 0%), indicating that hunting has been removed.

また、制御回路3への入力電気操作信号4を20III
Aまで減少させると、補償回路H′の作動後の安定にな
るまでの時間が多少長くなって定常偏差は残るものの、
駆動弁1の変位は安定化され、動特性の改善がされてい
ることが確認された。
In addition, the input electrical operation signal 4 to the control circuit 3 is set to 20III.
If it is reduced to A, it will take a little longer to stabilize after the compensation circuit H' is activated, and a steady-state deviation will remain.
It was confirmed that the displacement of the driven valve 1 was stabilized and the dynamic characteristics were improved.

第10図は本発明で使用する制御器3の結線図であり、
前記第8図の制御システムを用いた各種試験により得ら
れたデータを基にして電子回路を用いて構成されたもの
であり、従前の制御回路にスミス法による補償回路H′
を組み込んだものである。
FIG. 10 is a wiring diagram of the controller 3 used in the present invention,
It was constructed using electronic circuits based on data obtained from various tests using the control system shown in FIG. 8, and a compensation circuit H' based on the Smith method was added to the conventional control circuit.
It incorporates.

第10図に於いて、■は入力信号の増幅部、Jはポテン
ショメータ1bからのフィードバック信号の増幅部、H
′はスミス法による補償回路、補償回路子を形成するH
a、Hbはむだ時間りの調整回路、Hcは前記両調整回
路Ha、Hbの出力の差を演算する減算回路、KはP、
1.D制御部、Pは出力増幅部である。
In FIG. 10, ■ is an input signal amplification section, J is an amplification section for the feedback signal from the potentiometer 1b, and H is an amplification section for the feedback signal from the potentiometer 1b.
' is a compensation circuit based on the Smith method, H forming a compensation circuit element
a and Hb are dead time adjustment circuits, Hc is a subtraction circuit that calculates the difference between the outputs of the two adjustment circuits Ha and Hb, K is P,
1. D is a control section, and P is an output amplification section.

補償回路H′を形成する両むだ時間りの調整回路Ha、
)(l)の出力は、減算回路Hcで減算された後、演算
回路Mでフィードバック信号9に加えられ、更に、その
出力は演算回路Nで入力操作信号4に加えられyPID
制御部にへ入力される。
Both dead time adjustment circuits Ha forming the compensation circuit H',
)(l) is subtracted by a subtraction circuit Hc, and then added to the feedback signal 9 by an arithmetic circuit M, and furthermore, the output is added to an input operation signal 4 by an arithmetic circuit N to obtain yPID.
is input to the control unit.

PID制御部Kからの出力は、出カドランス○を介して
外部へ出力され、電空変換器2の圧電素子フラッパー2
aへ入力される。
The output from the PID control unit K is output to the outside via the output transformer ○, and the piezoelectric element flapper 2 of the electro-pneumatic converter 2
input to a.

また、PID制御部にの出力側は両調整回路Ha、Hb
の入力側へ接続されている。
In addition, the output side to the PID control section is connected to both adjustment circuits Ha and Hb.
is connected to the input side of the

前記第10図の補償回路H′を用いた電空ポジショナ付
自動制御弁の動作特性は第9図の場合と略同様であり、
補償回路H′や制御器め出力ゲイン、入力スパン等を適
宜に調整することにより。
The operating characteristics of the automatic control valve with electropneumatic positioner using the compensation circuit H' shown in FIG. 10 are approximately the same as those shown in FIG.
By appropriately adjusting the compensation circuit H', controller output gain, input span, etc.

空気圧管路8が30m以上の長距離になっても発振現象
を起すことなく、極めて安定した駆動弁1の開閉制御を
行えることが確認されている。
It has been confirmed that even if the pneumatic pipe line 8 extends over a long distance of 30 m or more, it is possible to perform extremely stable opening/closing control of the drive valve 1 without causing any oscillation phenomenon.

(発明の効果) 本発明に於いては、制御回路3にスミス法による補償回
路H′を設けるようにしているため、制御器3の伝達関
数がむだ時間と無関係なものとなる。その結果、制御系
の安定性が向上し、空気圧管路8が相当の長さになって
も駆動弁が開・閉制御が振動的になることが無く、極め
て安定した弁の開閉制御を行える。
(Effects of the Invention) In the present invention, since the control circuit 3 is provided with the compensation circuit H' based on the Smith method, the transfer function of the controller 3 becomes independent of dead time. As a result, the stability of the control system is improved, and even if the pneumatic pipe line 8 becomes quite long, the opening/closing control of the driven valve does not become vibratory, and extremely stable valve opening/closing control can be performed. .

また、補償回路H′は、制御対象と同し型の伝達関数を
有する二つのむだ時間可変形調整回路Ha。
Further, the compensation circuit H' includes two variable dead time adjustment circuits Ha having the same type of transfer function as the controlled object.

Hbと、両調整器出力の減算回路Hcとを組み合わせる
ことによって電子回路的に極めて容易に形成することが
でき、 e l=  ポジショナを備えた自動制御弁の
開・閉振動を防止する上で優れた実用的効用を奏するも
のである。
By combining Hb and a subtraction circuit Hc for the outputs of both regulators, it can be extremely easily formed as an electronic circuit, and is excellent in preventing opening/closing vibration of an automatic control valve equipped with e l = positioner. It has many practical benefits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は5本発明の実施対象である電空ポジショナを備
えた自動制御弁の制御システムを示すブロック線図であ
る。 第2図は、第1図に於ける飽和型非線形要素の説明図で
ある。 第3図は、本発明に係る補償回路を設けた自動制御弁の
制御システムを示すブロック線図である。 第4図は、第3図に基づくシュミレーション試験から求
めた駆動弁の過渡特性である。 第5図は、第13図の応答実験装置に於ける駆動弁の過
渡特性である。 第6図は、第13図の応答実験装置に於ける駆動弁の発
振特性を示すものであり、第7図は制御器の入力電圧と
出力電圧の飽和特性を示すものである。 第8図は、補償回路を含めた制御システムのモデル構成
図である。 第9図は、第8図の制御システムモデルに於ける駆動弁
1の変位の安定化実験の結果を示すものである。 第10図は、本発明の実施に使用する補償回路を組み込
んだ制御器の回路図である。 第11図は、従前の電空ポジショナ付自動制御弁の作動
原理の説明図である。 第12図は、電空変換器の概要説明図である。 第13図は、電空ポジショナ付自動制御弁の応答実験装
置の説明図である。 第14図は、電空ポジショナ付自動制御弁の制御システ
ムのブロック線図であり、第15図は式(4)のフィー
ドバック回路の実現図である。 第16図は、第14図の制御系ヘスミス法による補償回
路を適用した場合の制御システムの構成図である。 第17図は、スミス法の制御系の変換形を示すものであ
る。 1  ダイアフラム駆動弁 1a ダイアフラム駆動部 1b リニヤ−ポテンショメータ 1c ステム 2  電空変換器 2a 圧電素子製フラッパー 2b ノズル 3  制御器 4  人力電気操作信号 5  制御信号 6  パイロットバルブ 6a 圧力室 6b 背圧室 6c スプール 6d ポート 7  能動用空気 8  空気圧管路 9  変位信号(フィードバック信号)八  制御器の
伝達関数 B  電空変換器の伝達関数 C遅れむだ時間(L)の伝達関数 D  駆動弁の伝達関数 E  飽和型非線形要素 F  リニヤポテンショメータの伝達関数G  制御対
象の伝達関数 H補償回路の伝達関数 H′ 補償回路 Ha 、 Hbむだ時間可変形調整回路Hc  減算回
路 ■  入力信号増幅部 J  フィードバック信号増幅部 K   PID制御部 L  むだ時間 M−N演算増幅回路 O畠カトランス 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 30    60 (ff) 第6図 第7図 ○ I  2 34 56 、\六棟4障i’l;(v) 第8図 第9図 30     60(勿 第11図 第12図 第13図
FIG. 1 is a block diagram showing a control system for an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner, which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of the saturated nonlinear element in FIG. 1. FIG. 3 is a block diagram showing a control system for an automatic control valve provided with a compensation circuit according to the present invention. FIG. 4 shows the transient characteristics of the driven valve obtained from the simulation test based on FIG. FIG. 5 shows the transient characteristics of the drive valve in the response experiment apparatus of FIG. 13. FIG. 6 shows the oscillation characteristics of the driven valve in the response experiment apparatus of FIG. 13, and FIG. 7 shows the saturation characteristics of the input voltage and output voltage of the controller. FIG. 8 is a model configuration diagram of a control system including a compensation circuit. FIG. 9 shows the results of an experiment to stabilize the displacement of the drive valve 1 in the control system model of FIG. 8. FIG. 10 is a circuit diagram of a controller incorporating a compensation circuit used to implement the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram of the operating principle of a conventional automatic control valve with an electropneumatic positioner. FIG. 12 is a schematic explanatory diagram of an electro-pneumatic converter. FIG. 13 is an explanatory diagram of a response experiment apparatus for an automatic control valve with an electropneumatic positioner. FIG. 14 is a block diagram of a control system for an automatic control valve with an electropneumatic positioner, and FIG. 15 is an implementation diagram of the feedback circuit of equation (4). FIG. 16 is a configuration diagram of a control system in which the compensation circuit based on the control system Hesmith method of FIG. 14 is applied. FIG. 17 shows a converted form of the Smith method control system. 1 Diaphragm driven valve 1a Diaphragm drive unit 1b Linear potentiometer 1c Stem 2 Electropneumatic converter 2a Piezoelectric element flapper 2b Nozzle 3 Controller 4 Human electric operation signal 5 Control signal 6 Pilot valve 6a Pressure chamber 6b Back pressure chamber 6c Spool 6d Port 7 Active air 8 Pneumatic pipe 9 Displacement signal (feedback signal) 8 Controller transfer function B Electro-pneumatic converter transfer function C Delay dead time (L) transfer function D Drive valve transfer function E Saturated nonlinear Element F Transfer function G of the linear potentiometer Transfer function H of the controlled object Transfer function H' of the compensation circuit Compensation circuit Ha, Hb variable dead time adjustment circuit Hc Subtraction circuit Input signal amplification section J Feedback signal amplification section K PID control section L Dead time M-N operational amplifier circuit O Hatake transformer Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 5 30 60 (ff) Figure 6 Figure 7 l; (v) Fig. 8 Fig. 9 Fig. 30 60 (of course Fig. 11 Fig. 12 Fig. 13

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)制御器(3)からの制御信号(5)により圧電素
子製のフラッパ(2a)を備えた電空変換器(2)を作
動させ、空気圧管路(8)を通して駆動弁(1)へ駆動
用空気圧を供給すると共に、リニヤポテンショメータ(
1b)により検出した駆動弁(1)のステム(1c)の
変位に比例する変位信号(9)を前記制御器(3)へフ
ィードバッグすることにより、ステム(1c)の変位を
制御器(3)への入力電気操作信号(4)に対応した位
置に保持するようにした電空ポジショナを備えた自動制
御弁に於いて、前記制御器(3)の入力側と出力側の間
にこれと並列に、伝達関数 Gf(s)・Gp(s)・(1−e^−^s^L)〔但
し、Gf(s)はリニヤポテンショメータ(1b)の伝
達関数、Gp(s)はむだ時間のない場合の制御対象の
伝達関数、Gp(s)・e^−^s^Lはむだ時間をも
つ制御対象の伝達関数〕を有する補償回路(H′)を接
続することにより、空気圧管路(8)を長くした際の駆
動弁(1)の開・閉振動を防止することを特徴とする電
空ポジショナーを備えた自動制御弁の発振防止方法。
(1) The control signal (5) from the controller (3) activates the electro-pneumatic converter (2) equipped with a flapper (2a) made of piezoelectric element, and connects the driven valve (1) through the pneumatic pipe (8). In addition to supplying driving air pressure to the linear potentiometer (
By feeding back a displacement signal (9) proportional to the displacement of the stem (1c) of the drive valve (1) detected by the controller (1b) to the controller (3), the displacement of the stem (1c) is controlled by the controller (3). ), in an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner which is held in a position corresponding to an input electrical operation signal (4) to the controller (3), there is a In parallel, transfer functions Gf(s)・Gp(s)・(1-e^-^s^L) [However, Gf(s) is the transfer function of the linear potentiometer (1b), and Gp(s) is the dead time. The transfer function of the controlled object without (8) A method for preventing oscillation of an automatic control valve equipped with an electro-pneumatic positioner, characterized by preventing opening/closing vibration of the drive valve (1) when lengthening the positioner.
(2)補償回路(H′)を、制御対象と同じ型の伝達関
数を有し且つ入力側が並列状に接続された二つのむだ時
間(L)の可変形調整回路(Ha)、(Hb)と、前記
両調整回路(Ha)、(Hb)の出力の減算回路(Hc
)とから形成するようにした請求項(1)に記載の電空
ポジショナを備えた自動制御弁の発振防止方法。
(2) The compensation circuit (H') is replaced by two variable delay time (L) adjustment circuits (Ha), (Hb) which have the same type of transfer function as the controlled object and whose input sides are connected in parallel. and a subtraction circuit (Hc) for the outputs of both the adjustment circuits (Ha) and (Hb).
) A method for preventing oscillation of an automatic control valve equipped with an electropneumatic positioner according to claim (1).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022114745B3 (en) 2022-06-10 2023-07-20 Samson Aktiengesellschaft Prevention of control-related oscillations in the position of a valve member in a pneumatically driven valve

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022114745B3 (en) 2022-06-10 2023-07-20 Samson Aktiengesellschaft Prevention of control-related oscillations in the position of a valve member in a pneumatically driven valve
EP4290087A1 (en) 2022-06-10 2023-12-13 Samson Aktiengesellschaft Preventing control-induced vibrations of the position of a valve member in a pneumatic drive valve

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