JPH07253818A - 空圧式弁アクチュエータ用の制御装置 - Google Patents

空圧式弁アクチュエータ用の制御装置

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JPH07253818A
JPH07253818A JP6335109A JP33510994A JPH07253818A JP H07253818 A JPH07253818 A JP H07253818A JP 6335109 A JP6335109 A JP 6335109A JP 33510994 A JP33510994 A JP 33510994A JP H07253818 A JPH07253818 A JP H07253818A
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valve
pressure
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JP6335109A
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Inventor
Giorgio Bergamini
ジョルジョ・ベルガミーニ
Venanzio Mininni
ベナンツィオ・ミニンニ
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Nuovo Pignone SpA
Original Assignee
Nuovo Pignone SpA
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 空圧式弁の開閉を、相当のエネルギの節減を
伴って、すばやく簡単に信頼性をもって精密になし、か
つ摩擦及び逆スラストを連続的に測定する。 【構成】 ばね圧力pm、逆スラスト圧力pc及び摩擦
圧力paをそれぞれ記憶する3つの作動ブロック20、
21、22を包含し、これらブロックが互いに並列に接
続され、かつスイッチ14を介して弁部材位置変換器1
2又はセット位置発生器15に接続されている。圧力計
算ブロック23は、スイッチ25を介して圧力発生器1
0又は微分器27に接続されている。微分器27はそれ
ぞれK及び(1−K)のための2つの乗算器31、32
に接続されている。これらの乗算器は、pc作動ブロッ
クのトランシトメモリ及びpa作動ブロックのトランシ
ットメモリにそれぞれ接続されている。スイッチ14、
25は論理制御ユニット35により駆動される。異常及
び摩耗の程度を検知する手段がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、シール部材と弁ステムとの間の
摩擦の変化及び反作用ばねの作用の変化、及び弁の弁部
材上に加わる逆スラストの変化について連続的に更新す
る作動ブロック弁アクチュエータの物理的作動モードを
用いて、空圧式弁の所望位置決め、すなわちこの弁の特
定の開閉、を達成するのに厳密に必要な特定値へ、相当
のエネルギの節減を伴って、すばやく、簡単に、信頼性
をもって、精密に、かつ経済的にアクチュエータ圧力の
調節をなすばかりでなく、安全の目的及び保守プログラ
ミングのために前記の摩擦及び逆スラストを連続的に測
定する、新規な制御装置に関する。
【0002】従来周知のように、空圧式弁アクチュエー
タは、実質的に隔膜を包含し、この隔膜に弁ステムが取
り付けられており、またこの隔膜に、制御圧力を引き出
す圧縮空気が力を加えて、予負荷反作用ばねのスラス
ト、シール部材と案内部材と弁ステムとの間に生ずる摩
擦、弁部材上の流体の逆スラストに打ち勝ち、前記弁部
材を所要位置へ動かすのである。
【0003】当業界の現状では、前述の作動圧力は、通
常ポジショナによって発生せしめられ、これにより、弁
部材の所要位置と実際に達成され前記ポジショナによっ
て示される位置との間に存在する瞬間誤差を、誤差比例
項、導関数項、及び積分項の和から構成される周知の方
程式に基ずく式を用いて最小限としている(PID制
御)。前記瞬間誤差は、一般に、摩擦と逆スラストの存
在によって生ずる。逆スラストは、制御圧力と弁部材の
位置との間の関係(これは普通、ばねのために直線関係
となる)を変更する。
【0004】空圧式弁アクチュエータ用のこのような既
知の制御装置は、上述のような瞬間誤差を取り消す、従
って摩擦と逆スラストによって生じた障害をなくす仕事
を本来的に行うが、実質的に積分作用によって正確な所
要位置を得ているという欠点がある。本質的に鈍いこの
積分作用は、かなりの作動エネルギを消費しながら、か
なりの演算時間を必要とし、さらに、例えばアクチュエ
ータが制御システムから遠い場合に生ずるような、命令
とその結果のアクチュエータの動きとの間に遅延が存在
する時、正しくは作動しない。また、摩擦と逆スラスト
に由来する障害の程度に関する情報を与えることができ
ない。このような情報を知ることは、いわゆるインテリ
ジェントアクチュエータという新規のカテゴリーで今や
要求されているのである。このインテリジェントアクチ
ュエータなるものは、制御下にあるガイド及びシールの
状態を維持し、これに対応して弁の安全性を改善し、そ
の保守を合理化し、例えば弁本体中の異物の存在又は非
常に危険である弁のかじりつきのような突然に発生する
異常を診断する機能を有する。
【0005】本発明の目的は、正確な所要の位置を迅速
に占め、これによりかなりにエネルギの節減をなし、し
かも距離を隔てたところからアクチュエータを操作で
き、その上摩擦と逆スラストの程度に関する情報を提供
することのできる空圧式弁アクチュエータを提供するこ
とにより、上述の諸欠点を解決することにある。
【0006】このことは、摩擦、逆スラスト、反作用ば
ねによってそれぞれ発生する圧力から実質的になる可変
のパラメータが、連続的にかつ自動的に更新され、計測
されるアクチュエータの物理的モデルを用いることによ
り実質的に達成される。
【0007】換言すれば、空圧式弁アクチュエータ用の
制御システムは、3つの作動ブロックを包含するアクチ
ュエータ物理的モデルを包含する。3つの作動ブロック
は、トランシットメモリを備え、様々な弁部材シフトの
ため反作用ばねにより加えられる圧力の値すなわち位置
値(この圧力値は弁部材の運動方向によって+又は−と
なる)、様々な弁部材シフトのため弁シール部材及び弁
部材ガイド部材に対する摩擦圧力の値すなわち位置値、
及び様々な弁部材シフトのため逆スラストによって加え
られる圧力の値すなわち位置値soをそれぞれ記憶す
る。これらのブロックは、弁部材のためのセットシフト
すなわち位置値により駆動され、出力として、反作用ば
ねにより発生した圧力(pm)、逆スラストにより発生
した圧力(pc)、及び摩擦により発生した圧力(p
a)の特定値を特定のセット位置として提供する。モデ
ル計算ユニットにおいて加算されたこれらの値は特定圧
力値 p = pm + pc ± pa (1) を与え、この特定圧力値が弁アクチュエータ圧力発生器
を制御して弁部材をセット位置にするのである。
【0008】しかしながら、上述の作動段階は、変化
が、反作用ばねによってか、摩擦によってか、逆スラス
トによってか、それらの組み合わせによってのいずれか
によって発生した効果に生じていなかった場合だけにそ
の目的を達成する。このような時には、弁部材は明らか
に所要位置にとどまってはいない。
【0009】この可能性を考慮に入れて、弁がその均一
状態に達しその弁部材が停止した後、常に、アクチュエ
ータ物理的モデルのための修正段階が作動段階に続く。
このために、前記の3つのブロックはもはやセット値s
oによって駆動されず、弁部材によって推定され位置変
換器による数値と符号で計測されたセット値sによって
駆動される。これにより、もしこのセット値sが、セッ
ト値soとは異なっていれば、3つのブロックは、一般
に先行する値とは異なった、位置sに対応する値pm
s、pcs、pasを出力として与える。これにより、
前記計算ユニットは、一般に、式(1)の先行する値p
とは異なった値psを出力として提供する。
【0010】この値psは圧力発生器には送られず、微
分器に送られる。ここでは、これをアクチュエータに存
在し圧力変換器によって計測される圧力pの値と比較さ
れる。これらの値の差すなわち誤差eは、2つの値Ke
及び(1−K)eに分割される。ここで、Kは好適には
0.5である。これらの値は、逆スラストに関する作動
ブロック及び摩擦に関する作動ブロックのトランシット
メモリに送られて、前記のpcs値、pas値を(pc
s+Ke)及び[pas+(1−K)]に変更する。こ
れにより、前記演算ユニットの出力は圧力値 ps1=pms+(pcs+Ke)±[pas+(1−K)] (2) を提供する。
【0011】アクチュエータ物理的モデルの修正段階が
この時点で終わると、作動段階が再び、式(2)を用い
て開始されてアクチュエータ圧力発生器を制御し、セッ
ト値soを用いて再び3つの作動ブロックを駆動する。
しかしながら、ここでは逆スラスト及び摩擦に関する値
は前記値Ke及び(1−K)eにより修正されている。
【0012】このようにして、計算ユニットの出力は、
圧力値 p′=pm+(pcs+Ke)±[pas+(1−K)] (3) を提供する。この圧力値は、前述の微分器内でアクチュ
エータに作用する圧力値ps1と比較され、第2の誤差
e2を与える。この第2の誤差は、Ke2及び(1−K
e2)に分割され、次に修正段階に使用されて、前記圧
力(2)の効果により弁部材の真の測定シフトs2のた
めに、それぞれ逆スラスト及び摩擦に関する圧力値を変
更する。この段階は、前記セット位置についての逆スラ
スト及び摩擦に関する圧力値が、誤差eがなくなり弁部
材を前記位置へ動かさなくなるまで行われる。この時点
において、前記位置soについて以外には、全ての修正
が取り消される。換言すれば、逆スラスト及び摩擦によ
って及ぼされる圧力の各個の値のみが、弁部材の特定の
位置のために任意の所定時に修正されるのである。
【0013】上述のことから、実験結果がよく示してい
るように、どんな摩擦及び逆スラストの変化に対しても
弁部材が迅速に所要位置をとるとすれば、このようなシ
ステムはまた、それぞれ摩擦、逆スラスト、及び反作用
ばねに対する圧力の前記値を、さまざまな弁部材シフト
又は位置値について自己発生させることが可能となり、
これは、各個の値についての設計データを無視できるこ
とを意味することは明らかである。また、前記誤差ei
の過大値、すなわち所要位置決めをなす圧力が過大であ
ることは、例えば過大な逆スラストを発生させる異物の
存在又は異常摩擦に代表される弁部材のかじりつきのよ
うな深刻な異常の明白な指示であるので、この装置は、
単に誤差値をセット制限値と比較することによりこのよ
うな異常に対する安全性を確保することができ、かつ、
弁部材の運動中摩耗発生について摩擦力によってなされ
る仕事の値をセット値と比較することにより保守プログ
ラムを確立することができる。
【0014】従って、本発明は、弁ステムを取り付けた
アクチュエータ隔膜に作用し、反作用ばねのスラストと
弁を流れる流体を制御する弁部材の摩擦力及び逆スラス
トとに打ち勝ち、前記弁部材を所要位置に動かす制御圧
力を発生する発生器と、前記弁部材の位置又はシフトの
値と符号を与える変換器と、前記弁部材のためのセット
位置又はシフト値を発生する発生器とを包含する空圧式
弁アクチュエータ用の制御装置において、それぞれ1つ
のトランシットメモリを備えた3つの作動ブロックから
なる物理的モデルを包含し、そのうち第1の作動ブロッ
クは、さまざまな弁部材シフトまた位置値について前記
反作用ばねにより加わる圧力の実験値pmを記憶し、第
2の作動ブロックは、さまざまな弁部材シフト又は位置
値について逆スラストにより加わる圧力の実験値pcを
記憶し、第3の作動ブロックは、様々な弁部材シフト又
は位置値について弁部材運動方向に依存してプラス又は
マイナスの符号となる弁シール部材と弁部材ガイド部材
との間の摩擦圧力の実験値paを記憶し、これら作動ブ
ロックの入力が、互いに並列にかつ第1のスイッチを介
してそれぞれ前記弁部材位置又はシフト変換器又は前記
セット位置又はシフト発生器に接続され、前記作動ブロ
ックの出力が、式 p = pm + pc ± pa に従って前記弁部材のための圧力を計算するブロックの
入力に接続され、この計算ブロックの出力が、この微分
器はまた、アクチュエータに存在し圧力変換器によって
読み取られる圧力の値を受ける微分器の入力か、前記制
御圧力発生器かに、弁部材の動きの停止を感知する手段
により前記第1のスイッチとともに制御される第2のス
イッチによって接続され、前記微分器の出力が、Kを1
又は1よりも大きい数とするとき、パラメータK及び
(1−K)のために2つの乗算器ユニットに送られ、こ
れら2つの乗算器のうち、第2の乗算器ユニットが前記
第3の作動ブロックのトランシットメモリに接続され、
これに対して第1の乗算器ユニットが前記第2の作動ブ
ロックのトランシットメモリに接続され、さらに、重大
な作動異常及びシール部材の摩耗の程度を検知する手段
を設けたことを特徴とする空圧式弁アクチュエータ用の
制御装置にある。
【0015】プロセス情報によって様々な弁部材シフト
又は位置値のための逆スラストによる圧力の有効値が既
に知られており、これによって前記台2の作動宇ブロッ
クが正確なデータを記憶しているとすると、本発明の更
なる特徴に従って、前記第1の乗算器ユニットの出力に
おける誤差eの前記部分Keは、もはや前記第2の作動
ブロックのトランシトメモリへ送られず、代わりに前記
第1の作動ブロックのトランシトメモリへ送られて、様
々な弁部材シフト又は位置値のため反作用ばねによって
加えられる圧力の値pmを変更する。
【0016】本発明の好適な実施例によれば、前記パラ
メータKは0.5に等しいものとされる。
【0017】本発明の更なる好適な実施例によれば、弁
部材の動きの中止の検知手段は、弁部材の位置又はシフ
トの変化を感知するセンサからなり、このセンサは、前
記位置又はシフト変換器と、時間にともなう弁部材の位
置又はシフトにおける変化の中止すなわち弁部材の動き
の停止を感知する導関数ユニットとの間に配置される。
【0018】本発明のさらに好適な実施例によれば、前
記の重大な作動異常を感知する手段は、前記前記微分器
の出力に接続され入力誤差eが予め定めた閾値に等しい
かあるいはこれより大きくなると警報を発する比較器か
らなる。
【0019】最後に、本発明の別の好適な実施例によれ
ば、弁シール部材の摩耗の程度を感知する手段は、前記
第3の作動ブロックの出力と前記弁部材位置又はシフト
変化センサの出力とにそれぞれ接続された積分器からな
る。この積分器の出力は、別に積分器に接続され、この
別の積分器は、入力信号が更なる予め定めた閾値に等し
いかこれより大きくなると警報を発する。前記積分器
は、その出力で、摩擦圧力paと弁部材位置又はシフト
変化すなわち摩擦力によりなされた仕事との積の積分の
値を提供する。この仕事は摩耗に比例するものである。
【0020】
【実施例】本発明は、非限定的な例としてのみ例示する
好適な実施例を示す添付図面を参照しての以下の記載か
らさらに明らかにされる。本発明は、その精神を逸脱す
ることなく、技術的又は構造的な変更を加えることがで
きることは云うまでもない。
【0021】図1において、符号1は空圧式弁の本体を
示す。この弁1の弁部材2は、アクチュエータ5の隔膜
4に、ステム3により剛に接続されている。この隔膜4
には、パイプ8及び9を介して圧力発生器10からアク
チュエータ5の室7内に導入された制御圧力が、反作用
ばね6の作用に抗して作用している。
【0022】ステム3は、部材11を介して変換器12
に接続されており、したがって、この変換器12は、そ
の出力にステム3の位置又はシフトの値及び極性を示す
信号を提供する。この出力13は、2路スイッチ14の
第2路に接続されている。このスイッチの第1路は弁部
材2のために要求されるセット位置又はシフト値のため
の発生器15に接続されている。アクチュエータ5のた
めの物理的モデル16もまた、スイッチ14に接続され
ている。この物理的モデル16の3つの作動ブロック2
0、21、及び22の入力17、18、19は、並列に
接続されている。これら作動ブロックの中、第1のブロ
ック20は、弁部材2の様々な位置又はシフト値のため
反作用ばね6によって加えられる圧力pmの実験値を記
憶し、第2のブロック21は、弁部材2の様々な位置又
はシフト値のため逆スラストにより加えられる圧力pc
の実験値を記憶し、第3のブロック22は、弁部材2様
々な位置又はシフト値のため弁部材が一方の方向か他方
の方向に動いたかどうかによってプラス、マイナスの符
号とともに摩擦圧力の実験値を記憶する。前記作動ブロ
ック20−22はまた、それぞれトランシットメモリ2
0′、21′、22′を包含する。これらのトランシッ
トメモリの中では、記憶値がブロック内に記憶されてい
る値に代数的に加算されて、その値を変更する。その出
力17′、18′、19′は、計算ブロック23に接続
されており、ここで式 p = pm + pc ± pa により弁部材2の特的の位置のための圧力値を決定す
る。
【0023】前記計算ブロック23の出力24は、スイ
ッチ14と同形でこれと同期して作用する第2の2路ス
イッチ25に接続されている。この第2の2路スイッチ
25の第1の路はケーブル26を介して微分器27の入
力に接続されている。この微分器27には、圧力変換器
29により読み取ったアクチュエータ5の室7の圧力値
がケーブル28を介して供給される。圧力誤差eが存在
する微分器27の出力30は、それぞれK及び(1−
K)のための2つの乗算器ユニット31及び32に接続
されている。ここで、Kは1かそれよりも大きい値、好
適には0.5に等しいものとする。
【0024】ユニット32は、ケーブル33を介して作
動ブロック22のトランシットメモリ22′に接続さ
れ、ユニット31は作動ブロック21のトランシットメ
モリ21′に接続されている。しかしながら、逆スラス
トに由来する圧力pcの有効値が既に正確に知られてい
るならば、修正が、反作用ばね6に由来する圧力pmの
値になされ、乗算器ユニット31は作動ブロック20の
トランシットメモリ20′に接続される。別のスイッチ
34が、この目的のために設けられている。
【0025】2つのスイッチ14及び25は、論理制御
ユニット35によって制御される。論理制御ユニット3
5は、弁部材2の位置の変化を感知するセンサ36によ
って確認される弁部材2の停止ごとに切り換える。この
信号は、時間に伴う弁部材2の位置の変化が止んだ時、
すなわち弁部材が休息状態にある時、位置変換器12に
より供給され、弁部材2の位置の変化を感知するセンサ
36によって確認され導関数ユニット37、ケーブル3
8を介して論理制御ユニット35に送られる。
【0026】重大な作動異常を検知するため、微分器2
7の出力30はまた、比較器39に接続されている。こ
の比較器39は、入力誤差eがユニット41によって予
めセットされた閾値に等しくなるか、あるいはこれより
も大きくなると、そのたびに警告出力40を与える。
【0027】弁シール部材の摩耗の程度を計測すること
は、積分器42によってなされる。この積分器42は、
第3の作動ブロック22の出力19′と、弁部材2の位
置の変化を感知するセンサ36の出力とに接続され、摩
擦力によってなされる仕事、すなわち摩耗に比例する信
号を出力43に与える。この信号は、比較器44に送ら
れて、それがユニット46により予めセットされる閾値
に等しいか、あるいはこの閾値よりも大きくなると、そ
の度に警告45を与えるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により形成した、空圧式弁アクチュエー
タ用の制御システムの略図的ブロック図である。
【符号の説明】
1 空圧式弁の本体 2 弁部材 3 ステム 4 隔膜 5 アクチュエータ 6 反作用ばね 7 室 8,9 パイプ 10 圧力発生器 11 部材 12 変換器 13 出力 14 2路スイッチ 15 発生器 16 物理的モデル 17 入力 17′ 出力 18 入力 18′ 出力 19 入力 19′ 出力 20 作動ブロック 20′ トランシットメモリ 21 作動ブロック 21′ トランシットメモリ 22 作動ブロック 22′ トランシットメモリ 23 計算ブロック 24 出力 25 第2の2路スイッチ 26 ケーブル 27 微分器 28 ケーブル 29 圧力変換器 30 出力 31 乗算ユニット 32 乗算ユニット 33 ケーブル 34 スイッチ 35 論理制御ユニット 37 導関数ユニット 38 ケーブル 39 比較器 40 警告出力 41 ユニット 42 積分器 43 出力 44 比較器 45 警告 46 ユニット

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】弁ステムを取り付けたアクチュエータ隔膜
    に作用し、反作用ばねのスラストと弁を流れる流体を制
    御する弁部材の摩擦力及び逆スラストとに打ち勝ち、前
    記弁部材を所要位置に動かす制御圧力を発生する発生器
    と、前記弁部材の位置又はシフトの値と符号を与える変
    換器と、前記弁部材のためのセット位置又はシフト値を
    発生する発生器とを包含する空圧式弁アクチュエータ用
    の制御装置において、それぞれ1つのトランシットメモ
    リを備えた3つの作動ブロックからなる物理的モデルを
    包含し、そのうち第1の作動ブロックは、さまざまな弁
    部材シフトまた位置値について前記反作用ばねにより加
    わる圧力の実験値pmを記憶し、第2の作動ブロック
    は、さまざまな弁部材シフト又は位置値について逆スラ
    ストにより加わる圧力の実験値pcを記憶し、第3の作
    動ブロックは、様々な弁部材シフト又は位置値について
    弁部材運動方向に依存してプラス又はマイナスの符号と
    なる弁シール部材と弁部材ガイド部材との間の摩擦圧力
    の実験値paを記憶し、これら作動ブロックの入力が、
    互いに並列にかつ第1のスイッチを介してそれぞれ前記
    弁部材位置又はシフト変換器又は前記セット位置又はシ
    フト発生器に接続され、前記作動ブロックの出力が、式 p = pm + pc ± pa に従って前記弁部材のための圧力を計算するブロックの
    入力に接続され、この計算ブロックの出力が、この微分
    器はまた、アクチュエータに存在し圧力変換器によって
    読み取られる圧力の値を受ける微分器の入力か、前記制
    御圧力発生器かに、弁部材の動きの停止を感知する手段
    により前記第1のスイッチとともに制御される第2のス
    イッチによって接続され、前記微分器の出力が、Kを1
    又は1よりも大きい数とするとき、パラメータK及び
    (1−K)のために2つの乗算器ユニットに送られ、こ
    れら2つの乗算器のうち、第2の乗算器ユニットが前記
    第3の作動ブロックのトランシットメモリに接続され、
    これに対して第1の乗算器ユニットが前記第2の作動ブ
    ロックのトランシットメモリに接続され、さらに、重大
    な作動異常及びシール部材の摩耗の程度を検知する手段
    を設けたことを特徴とする空圧式弁アクチュエータ用の
    制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の空圧式弁アクチュエータ用
    の制御装置において、前記第1の乗算器ユニットの出力
    が、前記第2の作動ブロックのトランシットメモリに送
    られず、前記第1の作動ブロックのトランシットメモリ
    へ送られることを特徴とする空圧式弁アクチュエータ用
    の制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の空圧式弁アクチュエータ用
    の制御装置において、前記パラメータKが0.5に等し
    いことを特徴とする空圧式弁アクチュエータ用の制御装
    置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の空圧式弁アクチュエータ用
    の制御装置において、前記弁部材の動きの停止を検出す
    る手段が、弁部材の位置の変化又はシフトを感知するセ
    ンサからなり、このセンサが、前記位置又はシフト変換
    器と時間に伴う弁部材位置の変化又はシフトの停止すな
    わち弁部材の動きの停止を感知する導関数ユニットとの
    間に配設されていることを特徴とする空圧式弁アクチュ
    エータ用の制御装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載の空圧式弁アクチュエータ用
    の制御装置において、前記重大な作動異常を検知する手
    段が、前記微分器の出力に接続され入力誤差eが予め設
    定した閾値に等しいか又はこれよりも大きくなった時ご
    とに警告を提供する比較器からなることを特徴とする空
    圧式弁アクチュエータ用の制御装置。
  6. 【請求項6】請求項1記載の空圧式弁アクチュエータ用
    の制御装置において、前記弁シール部材の摩耗の程度を
    検知する手段が、前記第3の作動ブロックの出力と前記
    弁部材位置又はシフト変化センサの出力とにそれぞれ接
    続された積分器からなり、この積分器が、入力信号が更
    なる予め設定した閾値に等しいか又はこれよりも大きく
    なった時ごとに警告を与える更なる比較器に接続されて
    いることを特徴とする空圧式弁アクチュエータ用の制御
    装置。
JP6335109A 1993-12-22 1994-12-21 空圧式弁アクチュエータ用の制御装置 Withdrawn JPH07253818A (ja)

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