JPH07269505A - 電空ポジショナ - Google Patents

電空ポジショナ

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JPH07269505A
JPH07269505A JP8109094A JP8109094A JPH07269505A JP H07269505 A JPH07269505 A JP H07269505A JP 8109094 A JP8109094 A JP 8109094A JP 8109094 A JP8109094 A JP 8109094A JP H07269505 A JPH07269505 A JP H07269505A
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JP
Japan
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deviation
control
signal
valve opening
positive
Prior art date
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JP8109094A
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English (en)
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Minoru Fukuda
稔 福田
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力の立ち上がり時と立ち下がり時の両方で
良好な応答性を持ち、チューニングを容易にできる電空
ポジショナを提供する。 【構成】 調節弁1の弁開度に対応するリフト位置を検
出する位置センサ2と、入力信号及び位置センサ2の検
出信号から弁開度を制御するための制御信号uを生成す
る制御部4と、その制御信号uに対応した空気圧信号を
生成して調節弁に送る電空変換部5とを備えた電空ポジ
ショナにおいて、制御部4は、入力信号と制御信号との
間の偏差eが弁開度の目標値を含む偏差幅GE 内にある
か外にあるかで異なり且つ偏差eが正か負かで異なる制
御パラメータを選択して、弁開度の制御を行うように構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体の流れる通路を開
閉する調節弁の弁開度を入力信号に応じて制御する電空
ポジショナに関する。
【0002】
【従来の技術】空気圧サーボ機構の一種であるポジショ
ナの機能と電空変換器を合わせ持つ電空ポジショナは、
入力信号に応じて調節弁の弁開度を制御するために、調
節弁の弁開度に対応するリフト位置を検出する位置セン
サと、入力信号及び位置センサの検出信号から弁開度を
制御するための制御信号を生成する制御部と、該制御部
からの制御信号に対応した空気圧信号を生成して調節弁
に送る電空変換部とを備えている。このような電空ポジ
ショナにおける制御則としては、PID制御が用いられ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電空ポジショナでは、図4に示すような、電空変換部か
ら出力される供給空気圧PS (kgf/cm2 )と調節弁の弁
開度X(%)に対応するスプリング・レンジPO との関
係から、入力信号に対する立ち上がり時と立ち下がり時
で応答に違いがある。
【0004】例えば、弁開度X=50%(PO = 0.6 k
gf/cm2)の時に、入力信号が0%から100%にステッ
プ状に変化したとすると(立ち上がり時)、PO は、P
S =PS1(1.4 kgf/cm2 )のときPO =1.4 kgf/cm2
で、PS =PS2(4.0 kgf/cm2 )のときPO =4.0 kgf/
cm2 まで、それぞれ上昇するが、入力信号が100%か
ら0%にステップ状に変化したとき(立ち下がり時)、
O は、PS =PS1(1.4 kgf/cm2 )のとき PO =0
kgf/cm2、PS =PS2(4.0 kgf/cm2 )のときもPO
0 kgf/cm2までしか下がらない。
【0005】このように、供給空気圧PS がPS1(低)
の場合とPS2(高)の場合では、後者で応答の差が顕著
に現れる。つまり、入力信号と弁開度との差(偏差)が
同じであっても、供給圧が高いとオーバーシュートしや
すいという問題点があった。
【0006】また、チューニングの際には、制御パラメ
ータ(PIDパラメータ)を立ち上がり時の応答に合わ
せると、立ち下がり時の応答が悪くなり、逆に、立ち下
がり時の応答に合わせると、立ち上がり時の応答が悪く
なるので、両者の中間で設定した制御パラメータを用い
てチューニングするようにしており、立ち上がり時と立
ち下がり時の両方の応答性を満足させることは困難であ
った。
【0007】従って、本発明の目的は、入力の立ち上が
り時と立ち下がり時の両方で良好な応答性を持ち、チュ
ーニングを容易にできる電空ポジショナを提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号に応
じて調節弁の弁開度を制御するために、前記調節弁の弁
開度に対応するリフト位置を検出する位置センサと、前
記入力信号及び位置センサの検出信号から弁開度を制御
するための制御信号を生成する制御部と、該制御部から
の制御信号に対応した空気圧信号を生成して調節弁に送
る電空変換部とを備えた電空ポジショナにおいて、その
制御部は、入力信号と制御信号との間の偏差が、弁開度
の目標値を含むように設定した偏差幅内にあるか外にあ
るかで異なり、且つ前記偏差が正か負かで異なる制御パ
ラメータを選択して、弁開度の制御を行うように構成し
たことを特徴とする。
【0009】また、上記構成の電空ポジショナにおい
て、制御部は、偏差が偏差幅内にあるか外にあるかを判
別し、偏差が偏差幅の外にあるとき、その偏差が正か負
かで異なる制御パラメータ(GPID1,GPID2)
を選択すると共に偏差の正または負を記憶し、偏差が偏
差幅内に入ったとき、偏差の正または負に対応した制御
パラメータ(PID1,PID2)を選択することを特
徴とする。
【0010】
【作用】本発明の電空ポジショナにおいては、制御部か
ら調節弁の弁開度を制御するための制御信号を電空変換
部に送り、ここで制御信号に比例した空気圧信号を生成
する。この空気圧信号により、調節弁が駆動される。
【0011】この制御動作において、入力信号の立ち上
がり時又は立ち下がり時には、初め制御信号の偏差は、
目標値を含む偏差幅の外にあり、その符号は、立ち上が
り時には正、立ち下がり時には負である。
【0012】従って、制御部は、偏差が上記偏差幅の外
にあるとき、その偏差が正か負かで異なる制御パラメー
タを選択することにより、立ち上がり時、立ち下がり時
にそれぞれ対応した制御パラメータを用いることがで
き、いずれの場合も良好な応答性が得られる。
【0013】また、供給空気圧PS がPS1(低)の場合
とPS2(高)の場合でも、応答の差は生じない。
【0014】
【実施例】図1は、本発明の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。この実施例の電空ポジショナは、流体の流
れる通路を開閉する調節弁1の弁開度を示すリフト位置
を検出する位置センサ2と、外部から入力される電流信
号を受けて後述の制御信号の生成に必要な信号に変換す
る入力変換部3と、この入力変換部3を介して入力され
た信号及び位置センサ2からの検出信号に基づいて調節
弁1の弁開度を制御する制御信号を生成する制御部4
と、この制御部4からの制御信号に応じた空気圧信号を
生成して調節弁1に供給する電空変換部5とを備えてい
る。
【0015】上記の構成において、入力変換部3は、図
示しないプロセスコントローラからの4〜20mAの電
流信号Iを受けてディジタル信号に変換するA/D変換
器を含む。
【0016】位置センサ2は、調節弁1の弁開度に対応
するリフト位置を検出し、フィードバック信号として制
御部4に送る。
【0017】制御部4は、入力変換部3から送られた入
力信号と位置センサ2の検出信号との差をとり、得られ
た偏差eについてCPUで所定の演算を行い、その結果
を制御信号uとして電空変換部5に送る。制御部4は、
後述(図2)の動作を実行するため、次のように構成さ
れる。
【0018】すなわち、制御部4は、入力変換部3から
送られた入力信号と位置センサ2の検出信号との差をと
り、偏差eを生成する差演算部41と、その偏差eが、
図3に示すように弁開度の目標値SPの上下に設定した
偏差幅GE 内にあるか否かを判定する判定部42と、偏
差eが偏差幅GE 内にないと判定されたとき偏差eが正
か負かを判定する判定部43と、その偏差eが正か負か
(e=0の場合は、正または負のどちらに含まれてもよ
い)で異なる制御パラメータGPID1,GPID2を
用いて、各制御パラメータによるPID演算を行うGP
ID演算部44と、偏差eの正または負を記憶し、判定
部42で偏差eが偏差幅GE 内にあると判別されたとき
偏差eの正または負を判定する判定部45と、その偏差
eが正か負かに対応した制御パラメータPID1,PI
D2を用いて各制御パラメータによるPID演算を行う
PID演算部46と、上記GPID演算部44の演算結
果とPID演算部46の演算結果とを合算して制御信号
uを生成する和演算部47と含んでいる。このような構
成は、具体的にはソフトウェア、つまりCPUのプログ
ラム上で設定される。
【0019】上記4種の制御パラメータGPID1及び
2,PID1及び2には、それぞれ比例係数GKP ,K
P 、積分係数GTI ,TI 、微分係数GTD ,TD が含
まれている。
【0020】電空変換部5は、制御信号uに比例した空
気圧信号を生成し、調節弁1に供給する。この空気圧信
号に応じて、調節弁1が流体の流れる通路を開閉する。
【0021】上記実施例においては、電空ポジショナか
ら離れた場所で電空ポジショナとの間でディジタル信号
による双方向通信を行うことができる携帯式設定器を制
御部4に接続することができる。その場合、制御部4の
入力側に出力通信部が設けられる。この出力通信部は、
他の部分に対して電気的に絶縁され、外部の電源により
駆動される。外部に電源がない場合でも、通信部の端子
に携帯式設定器を接続することにより、現場で電空ポジ
ショナと通信を行うことができる。なお、双方向通信で
は、レンジ設定、制御パラメータ設定等の各種設定のほ
か、電空ポジショナの自己診断結果、入力信号、ポジシ
ョナの温度などの情報の監視が可能である。
【0022】次に図2及び図3を参照して、実施例の主
要な動作を説明する。
【0023】初めに、制御部4のCPUは、偏差eが偏
差幅GE 内にあるか否かを判別する(ステップST
1)。図3(A)及び(B)に示すように、入力信号の
立ち上がり時及び立ち下がり時には、初め、偏差eは目
標値SPを含む偏差幅GE の外にあり、その符号は立ち
上がり時には正、立ち下がり時には負である。なお、目
標値SPは偏差幅GE 内にあればよく、必ずしも中心に
設定する必要はない。
【0024】従って、上記ST1での判別により、偏差
eが偏差幅GE の外にあるときは、次にその偏差eが正
か負かを判別する(ST2)。そして、偏差eが正のと
き、制御パラメータGPID1を選択して、図1のGP
ID演算部44で制御パラメータGPID1(GKP1
GTI1,GTD1)を用いたPID演算を実行し、その結
果を制御信号uとして出力する(ST3)と共に、偏差
eの正または負を記憶するためフラグFを0として(S
T4)、初めに戻る。また、偏差eが正でないときは、
制御パラメータGPID2を選択して、GPID演算部
44で制御パラメータGPID2(GKP2,GTI2,G
D2)を用いたPID演算を実行し、その結果を制御信
号uとして出力する(ST5)と共に、フラグFを1と
して(ST6)、初めに戻る。
【0025】その後、偏差eが偏差幅GE 内に入ってく
ると、偏差eの正または負に対応した制御パラメータ
(PID1,PID2)を選択するため、上記フラグF
が0か1かを判別する(ST7)。そして、F=0(立
ち上がり)の場合は、制御パラメータPID1を選択し
て、図1のPID演算部46で制御パラメータPID1
(KP1,TI1,TD1)を用いたPID演算を実行し、そ
の結果を制御信号uとして出力する(ST8)。一方、
F=1(立ち下がり)の場合は、制御パラメータPID
2を選択して、PID演算部46で制御パラメータPI
D2(KP2,TI2,TD2)を用いたPID演算を実行
し、その結果を制御信号uとして出力する(ST9)。
【0026】実施例では、上記のように偏差eが偏差幅
E 内にあるとき安定化を行う制御パラメータPIDを
選択し、偏差eが偏差幅GE 外にあるとき速応化を行う
制御パラメータGPIDを選択することにより、安定性
と速応性の両立を図ると共に、偏差eが偏差幅GE 外に
あるとき偏差eの正・負に対応した制御パラメータGP
ID1・2を選択するので、入力の立ち上がり、立ち下
がりのいずれの場合も良好な応答性が得られる。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、偏差が
弁開度の目標値を含むように設定した偏差幅内にあるか
外にあるかで異なり且つ偏差が正か負かで異なる制御パ
ラメータを選択して、弁開度の制御を行うようにしたの
で、入力の立ち上がり、立ち下がりのいずれの場合も、
それぞれ対応した制御パラメータを用いることができ、
いずれの場合も良好な応答性が得られる。また、供給空
気圧が低い場合と高い場合で応答の差は生じない。チュ
ーニングも容易になり、立ち上がり時と立ち下がり時の
両方の応答性を満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成を示すブロック図。
【図2】実施例の動作を示すフローチャート。
【図3】実施例の立上り時と立下り時の調節弁の開度変
化を示す図。
【図4】調節弁のスプリングレンジと供給空気圧との関
係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…調節弁、2…位置センサ、3…入力変換部、4…制
御部、5…電空変換部、41…差演算部、42,43,
45…判定部、44…GPID演算部、46…PID演
算部、47…和演算部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号に応じて調節弁の弁開度を制御す
    るために、前記調節弁の弁開度に対応するリフト位置を
    検出する位置センサと、前記入力信号及び前記位置セン
    サの検出信号から前記弁開度を制御するための制御信号
    を生成する制御部と、該制御部からの制御信号に対応し
    た空気圧信号を生成して前記調節弁に送る電空変換部と
    を備えた電空ポジショナにおいて、 前記制御部は、前記入力信号と前記制御信号との間の偏
    差が、前記弁開度の目標値を含むように設定した偏差幅
    内にあるか外にあるかで異なり、且つ前記偏差が正か負
    かで異なる制御パラメータを選択して、前記弁開度の制
    御を行うように構成したことを特徴とする電空ポジショ
    ナ。
  2. 【請求項2】請求項1の電空ポジショナにおいて、前記
    制御部は、前記偏差が前記偏差幅内にあるか外にあるか
    を判別し、前記偏差が前記偏差幅の外にあるとき、該偏
    差が正か負かで異なる制御パラメータ(GPID1,G
    PID2)を選択すると共に該偏差の正または負を記憶
    し、前記偏差が前記偏差幅内に入ったとき、前記偏差の
    正または負に対応した制御パラメータ(PID1,PI
    D2)を選択することを特徴とする電空ポジショナ。
JP8109094A 1994-03-29 1994-03-29 電空ポジショナ Pending JPH07269505A (ja)

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JP8109094A JPH07269505A (ja) 1994-03-29 1994-03-29 電空ポジショナ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998015741A1 (en) * 1996-10-09 1998-04-16 Fisher Controls International, Inc. Control valve positioners having improved operating characteristics
JP2008190575A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Sintokogio Ltd 電空ポジショナの作動速度制御装置
US9945908B2 (en) 2015-07-30 2018-04-17 Azbil Corporation Actuator fault detection device, controlling device and control method

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