JPH0733975B2 - 電磁力平衡天びん - Google Patents
電磁力平衡天びんInfo
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- JPH0733975B2 JPH0733975B2 JP2050229A JP5022990A JPH0733975B2 JP H0733975 B2 JPH0733975 B2 JP H0733975B2 JP 2050229 A JP2050229 A JP 2050229A JP 5022990 A JP5022990 A JP 5022990A JP H0733975 B2 JPH0733975 B2 JP H0733975B2
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- stopper
- balance
- pid
- electromagnetic force
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G7/00—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups
- G01G7/02—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action
- G01G7/04—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids
- G01G7/045—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids having a PID control system
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G23/00—Auxiliary devices for weighing apparatus
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は電磁力平衡式の天びんに関する。
〈従来の技術〉 磁界中に設けたフォースコイルに電流を流すことによっ
て発生する電磁力を被測定荷重と平衡させ、その平衡状
態を得るに要する電流値から被測定荷重の大きさを求め
る、いわゆる電磁力平衡式の天びんにおいては、自動平
衡系にサーボ機構が用いられている。
て発生する電磁力を被測定荷重と平衡させ、その平衡状
態を得るに要する電流値から被測定荷重の大きさを求め
る、いわゆる電磁力平衡式の天びんにおいては、自動平
衡系にサーボ機構が用いられている。
従来のこの種の電子天びんのPID制御で、応答性のアッ
プと外乱に対する測定値の安定化を実現する方法とし
て、非線型制御を行うとともに、PIDの定数を、非線型
化によるゲインの変化に対応して変化させるものがある
（実公昭55-39293号）。
プと外乱に対する測定値の安定化を実現する方法とし
て、非線型制御を行うとともに、PIDの定数を、非線型
化によるゲインの変化に対応して変化させるものがある
（実公昭55-39293号）。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、この種の電子天びんでは、サーボ機構の可動
部は、天びんベース等の固定部に設けられたストッパに
よってその動く範囲が規制される。これは、機械的に動
ける範囲を制限しておかないと以下に述べるような種々
の不都合が生じるためである。
部は、天びんベース等の固定部に設けられたストッパに
よってその動く範囲が規制される。これは、機械的に動
ける範囲を制限しておかないと以下に述べるような種々
の不都合が生じるためである。
すなわち、可動部のストロークが大きいと、例えば可動
部のガイドのためのメカニズムが大きく変形し、弾性余
効によってヒステリシスが発生する、あるいは変位セン
サとして測定範囲の大きなものを使用する必要がある等
の不都合が生じる。
部のガイドのためのメカニズムが大きく変形し、弾性余
効によってヒステリシスが発生する、あるいは変位セン
サとして測定範囲の大きなものを使用する必要がある等
の不都合が生じる。
この可動範囲が限られていると、可動部がストッパに当
たった状態での変位出力では、直ちに天びんのひょう量
相当の電磁力を発生できない状態となり、第５図に示す
ストッパを設けない状態におけるPID出力に比べ、第６
図に示すように、PID出力の積分（Ｉ）の出力が時間と
ともに上昇して荷重にほぼ等しい電磁力を発生する時間
の後に、始めて可動部がストツパから離れて正常なPID
動作を行うようになる。このため測定時間が長くかかる
というデメリットがあった。
たった状態での変位出力では、直ちに天びんのひょう量
相当の電磁力を発生できない状態となり、第５図に示す
ストッパを設けない状態におけるPID出力に比べ、第６
図に示すように、PID出力の積分（Ｉ）の出力が時間と
ともに上昇して荷重にほぼ等しい電磁力を発生する時間
の後に、始めて可動部がストツパから離れて正常なPID
動作を行うようになる。このため測定時間が長くかかる
というデメリットがあった。
これを避けるためには、サーボ系のゲインを上げるのが
一般的な手法である。しかし、ゲインを上げるのには限
界があり、ハンチング等の発生により必ずしも希望する
状態を作ることができないとともに、ゲインを元に戻し
たとき、可動部のバランス位置が瞬間的に違うことにな
るため、可動部が一時的に揺れを生じ、安定を妨げる欠
点がある。
一般的な手法である。しかし、ゲインを上げるのには限
界があり、ハンチング等の発生により必ずしも希望する
状態を作ることができないとともに、ゲインを元に戻し
たとき、可動部のバランス位置が瞬間的に違うことにな
るため、可動部が一時的に揺れを生じ、安定を妨げる欠
点がある。
また、ゲインを上げると、外乱振動等に対して測定出力
が敏感になり、データがふらつき安いという問題もあ
る。
が敏感になり、データがふらつき安いという問題もあ
る。
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、ストッ
パを設けて可動部の可動範囲を狭く制限しても、応答性
が良好で、しかも外乱に対しては敏感とならない電磁力
平衡天びんの提供を目的としている。
パを設けて可動部の可動範囲を狭く制限しても、応答性
が良好で、しかも外乱に対しては敏感とならない電磁力
平衡天びんの提供を目的としている。
〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明では、サーボ機構の
可動部に近接してストッパを設け、このストッパに可動
部が近接もしくは接触した状態では、サーボ機構のPID
定数の内の少なくとも積分定数を通常のバランス状態の
ときよりも強くする制御手段を設けている。
可動部に近接してストッパを設け、このストッパに可動
部が近接もしくは接触した状態では、サーボ機構のPID
定数の内の少なくとも積分定数を通常のバランス状態の
ときよりも強くする制御手段を設けている。
〈作用〉 系のゲインを上げずに、どちらかといえば低く設定して
おき、荷重によって可動部がストッパに近接もしくは接
触したときに、PIDの定数の内、積分定数を強く、つま
り積分時間を短くすることで、速やかにフィードバック
フォースが増大してバランス状態に近づく。そして、ス
トッパから可動部が離れれば、元の積分定数に戻り、完
全に平衡状態にコントロールされる。
おき、荷重によって可動部がストッパに近接もしくは接
触したときに、PIDの定数の内、積分定数を強く、つま
り積分時間を短くすることで、速やかにフィードバック
フォースが増大してバランス状態に近づく。そして、ス
トッパから可動部が離れれば、元の積分定数に戻り、完
全に平衡状態にコントロールされる。
〈実施例〉 第１図は本発明実施例の構成図で、アナログPID方式に
本発明を適用した例を示している。
本発明を適用した例を示している。
天びん機構部１は公知の電磁力平衡式の荷重検出メカニ
ズムで、フォースコイル13が磁界中に置かれ、これに電
流を流すことによって発生する電磁力を皿11に係合する
可動部12に作用させ、皿11上の荷重Ｗと釣り合わせるた
めの機構である。
ズムで、フォースコイル13が磁界中に置かれ、これに電
流を流すことによって発生する電磁力を皿11に係合する
可動部12に作用させ、皿11上の荷重Ｗと釣り合わせるた
めの機構である。
この釣り合いは、以下に示すサーボ機構によって得られ
る。
る。
すなわち、天びん機構部１内の可動部12の変位が変位セ
ンサ14によって検出され、その変位検出出力は、プリア
ンプ２で増幅された後、PID制御回路３を経てバッファ
４に入力される。バッファ４はその入力に応じて電流を
フォースコイル13に流し、磁界（図示せず）との相互作
用により電磁力を発生して可動部12の変位を０に戻す。
ンサ14によって検出され、その変位検出出力は、プリア
ンプ２で増幅された後、PID制御回路３を経てバッファ
４に入力される。バッファ４はその入力に応じて電流を
フォースコイル13に流し、磁界（図示せず）との相互作
用により電磁力を発生して可動部12の変位を０に戻す。
このときにフォースコイル13に流れた電流は可動部12に
加わった荷重に比例しているので、この電流を抵抗５に
流してその両端の電圧をフィルタ６を介してＡ−Ｄ変換
器７に導入し、デジタル化した後にマイクロコンピュー
タ（図示せず）に採り込み、測定値を算出表示する。
加わった荷重に比例しているので、この電流を抵抗５に
流してその両端の電圧をフィルタ６を介してＡ−Ｄ変換
器７に導入し、デジタル化した後にマイクロコンピュー
タ（図示せず）に採り込み、測定値を算出表示する。
可動部12の変位範囲は、固定部分に設けられたストッパ
８によって規制される。
８によって規制される。
ストツパ８はこの例では単なるメカニカルストッパであ
って、可動部12がこのストッパ８に当接もしくは接近す
るだけの変位を示したときに、これを変位検出出力を導
入するレベルコンパレータ９の出力によって検知するよ
う構成されている。そして、このレベルコンパレータ９
の出力はPID制御回路３に導入され、この出力によっ
て、可動部12がストッパ８に当接ないしは接近した状態
においてのみ、PID制御回路３の各定数の内、Ｉ（積
分）定数が強く（積分時間が短く）なるように構成され
ている。
って、可動部12がこのストッパ８に当接もしくは接近す
るだけの変位を示したときに、これを変位検出出力を導
入するレベルコンパレータ９の出力によって検知するよ
う構成されている。そして、このレベルコンパレータ９
の出力はPID制御回路３に導入され、この出力によっ
て、可動部12がストッパ８に当接ないしは接近した状態
においてのみ、PID制御回路３の各定数の内、Ｉ（積
分）定数が強く（積分時間が短く）なるように構成され
ている。
以上の構成によれば、PID出力は第４図に示すようにな
り、ストッパ８に可動部12が当接ないしは接近したとき
には積分出力が急峻に立ち上がり、迅速にフィードバク
フォースが増大して系は速やかにバランス状態に近づく
ことになる。
り、ストッパ８に可動部12が当接ないしは接近したとき
には積分出力が急峻に立ち上がり、迅速にフィードバク
フォースが増大して系は速やかにバランス状態に近づく
ことになる。
この動作によってストッパ８から可動部12が離れれば、
レベルコンパレータ９の出力は元に戻り、従って積分定
数は元の値に戻り、これによって系は完全な平衡状態に
制御されることになる。
レベルコンパレータ９の出力は元に戻り、従って積分定
数は元の値に戻り、これによって系は完全な平衡状態に
制御されることになる。
ここで注目すべき点は、ゲインの切替えを行わずに系の
応答を早くする点であり、これにより、従来のように機
構の揺れ等の不具合が生じない点と、外乱に対する安定
性が損なわれないという点である。
応答を早くする点であり、これにより、従来のように機
構の揺れ等の不具合が生じない点と、外乱に対する安定
性が損なわれないという点である。
なお、可動部12がストッパ８に当っているか否かの判定
は、上述の方式のほか、ストッパ８を接点として、その
接点信号によって検出する方式や、ソフトウエアによっ
て行う方式を採用することができる。
は、上述の方式のほか、ストッパ８を接点として、その
接点信号によって検出する方式や、ソフトウエアによっ
て行う方式を採用することができる。
第２図は本発明をデジタルPID制御方式に適用した場合
の構成図で、第１図と同等の部材については同じ番号を
付してその詳細説明を省略する。
の構成図で、第１図と同等の部材については同じ番号を
付してその詳細説明を省略する。
この例では、フォースコイル13に、デューティの変化す
るパルス状の電流が流され、荷重が大きい場合には大き
なデューティの電流が、逆に小さいときには小さなデュ
ーティの電流が流され、先の例と同様に可動部12の変位
を検出する自動平衡系が形成されている。
るパルス状の電流が流され、荷重が大きい場合には大き
なデューティの電流が、逆に小さいときには小さなデュ
ーティの電流が流され、先の例と同様に可動部12の変位
を検出する自動平衡系が形成されている。
このパルス電流は、定電流回路21からの電流を電子スイ
ッチ22でチョッピングすることによって得られるが、こ
の電子スイッチ22の開閉制御はマイクロコンピュータ23
によって行われる。
ッチ22でチョッピングすることによって得られるが、こ
の電子スイッチ22の開閉制御はマイクロコンピュータ23
によって行われる。
すなわち、この例では、可動部12の変位を検出する変位
センサ14の出力はＡ−Ｄ変換器24でデジタル化されてマ
イクロコンピュータ23に導かれる。そして、マイクロコ
ンピュータ23は第２図に機能的に示すように、PID演算
部23aとパルスデューティ変換部23bを有し、可動部12の
変位検出データをデジタルPID処理した後の値に応じ
て、電子スイッチ22の開閉制御でフォースコイル13に流
すパルス電流のデューティを決定する。このパルスデュ
ーティは可動部12に作用する荷重に比例するので、この
値に応じて測定値が決定され、表示器25に表示されるよ
う構成されている。
センサ14の出力はＡ−Ｄ変換器24でデジタル化されてマ
イクロコンピュータ23に導かれる。そして、マイクロコ
ンピュータ23は第２図に機能的に示すように、PID演算
部23aとパルスデューティ変換部23bを有し、可動部12の
変位検出データをデジタルPID処理した後の値に応じ
て、電子スイッチ22の開閉制御でフォースコイル13に流
すパルス電流のデューティを決定する。このパルスデュ
ーティは可動部12に作用する荷重に比例するので、この
値に応じて測定値が決定され、表示器25に表示されるよ
う構成されている。
さて、この例において、ストッパ８に可動部12が当接な
いしは接近したことは、Ａ−Ｄ変換器24からのデジタル
変位データをソフトウエアによって判別することによっ
て検知される。
いしは接近したことは、Ａ−Ｄ変換器24からのデジタル
変位データをソフトウエアによって判別することによっ
て検知される。
第３図はこの実施例のマイクロコンピュータ23のブログ
ラムの一部を示すフローチャートである。
ラムの一部を示すフローチャートである。
Ａ−Ｄ本館器24からの変位データを採り込むと、その値
が規定のレベル範囲内にあるか否かの判定が行われ（ST
1）、範囲内なら所定のPID定数でPID演算が行われて（S
T2）、その結果によってパルスデューティが決定される
（ST3）。範囲外であれば、積分の係数を大きくして同
様にPID演算が行われ（ST4）、その結果によってパルイ
デューティが決定される（ST3）。この例でも先の実施
例と全く同様な作用効果が得られる。
が規定のレベル範囲内にあるか否かの判定が行われ（ST
1）、範囲内なら所定のPID定数でPID演算が行われて（S
T2）、その結果によってパルスデューティが決定される
（ST3）。範囲外であれば、積分の係数を大きくして同
様にPID演算が行われ（ST4）、その結果によってパルイ
デューティが決定される（ST3）。この例でも先の実施
例と全く同様な作用効果が得られる。
そして、この例でも、ストッパ８に接点式のものを用い
た場合には、ST1はストツパ８の接点信号があるか否か
の判定に置き換えればよい。
た場合には、ST1はストツパ８の接点信号があるか否か
の判定に置き換えればよい。
なお、可動部12の変位量に応じてゲインが変化する、従
来の非線型化を実施すると同時に、以上のような本発明
を実施することによって、更に高速、安定化を計ること
も可能である。そしてこの場合、非線型化はソフトウエ
アで実現する場合も含むことは勿論である。
来の非線型化を実施すると同時に、以上のような本発明
を実施することによって、更に高速、安定化を計ること
も可能である。そしてこの場合、非線型化はソフトウエ
アで実現する場合も含むことは勿論である。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、ストッパに可動
部が当接ないしは接近したときに、PID定数の内の積分
定数を大きくして速やかにフィードバックフォースを増
大するので、高応答で、しかも、ゲインを増大する方式
に比して安定した天びんが得られる。
部が当接ないしは接近したときに、PID定数の内の積分
定数を大きくして速やかにフィードバックフォースを増
大するので、高応答で、しかも、ゲインを増大する方式
に比して安定した天びんが得られる。
このことは、ストッパによる可動部の可動範囲を応答性
の低下を伴うことなくより狭くすることが可能となるこ
とを意味し、従来のものに比してヒステリシスやばらつ
きの少ない天びんを得るという結果にもつながる。
の低下を伴うことなくより狭くすることが可能となるこ
とを意味し、従来のものに比してヒステリシスやばらつ
きの少ない天びんを得るという結果にもつながる。
第１図は本発明実施例の構成図、 第２図は本発明の他の実施例の構成図、 第３図はそのマイクロコンピュータ23のプログラムの一
部を示すフローチャート、 第４図は本発明の作用説明図でPID出力を表すグラフ、 第５図はストッパを設けない場合のPID出力を示すグラ
フ、 第６図はストッパを設けた場合の従来の天びんのPID出
力を示すグラフである。 １……天びん機構部 11……皿 12……可動部 13……フォースコイル 14……変位センサ ３……PID制御回路 ４……バッファ ７……Ａ−Ｄ変換器 ８……ストッパ ９……レベルコンパレータ
部を示すフローチャート、 第４図は本発明の作用説明図でPID出力を表すグラフ、 第５図はストッパを設けない場合のPID出力を示すグラ
フ、 第６図はストッパを設けた場合の従来の天びんのPID出
力を示すグラフである。 １……天びん機構部 11……皿 12……可動部 13……フォースコイル 14……変位センサ ３……PID制御回路 ４……バッファ ７……Ａ−Ｄ変換器 ８……ストッパ ９……レベルコンパレータ
Claims (1)
- 【請求項１】磁界中に設けたフォースコイルに発生する
力をサーボ機構によって荷重と自動平衡させ、その状態
でフォースコイルに流れる電流値から荷重の大きさを求
める天びんにおいて、上記サーボ機構の可動部に近接し
てストッパを設け、このストッパに上記可動部が近接も
しくは接触した状態では、上記サーボ機構のPID定数の
内の少なくとも積分定数を通常のバランス状態のときよ
りも強くする制御手段を設けたことを特徴とする電磁力
平衡天びん。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2050229A JPH0733975B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 電磁力平衡天びん |
| US07/661,955 US5184690A (en) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Electronic balance |
| EP91301641A EP0444928B1 (en) | 1990-02-28 | 1991-02-28 | Electronic balance with PID control |
| CN 91101230 CN1028384C (zh) | 1990-02-28 | 1991-02-28 | 电子秤 |
| DE69104087T DE69104087T2 (de) | 1990-02-28 | 1991-02-28 | Elektronische Waage mit PID-Regelung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2050229A JPH0733975B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 電磁力平衡天びん |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03251724A JPH03251724A (ja) | 1991-11-11 |
| JPH0733975B2 true JPH0733975B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=12853200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2050229A Expired - Fee Related JPH0733975B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 電磁力平衡天びん |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5184690A (ja) |
| EP (1) | EP0444928B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0733975B2 (ja) |
| DE (1) | DE69104087T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5319161A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Pitney Bowes Inc. | Mechanism for preventing overload on a weighing scale |
| JP2560604B2 (ja) * | 1993-03-26 | 1996-12-04 | 株式会社島津製作所 | 測定器 |
| CN103712676A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-04-09 | 常熟市意欧仪器仪表有限公司 | 新型电子天平 |
| DE102018133563B4 (de) | 2018-12-21 | 2020-10-22 | Wipotec Gmbh | Waage mit Überlastdiagnose |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH529999A (de) * | 1971-09-22 | 1972-10-31 | Mettler Instrumente Ag | Waage |
| CH578168A5 (ja) * | 1974-12-06 | 1976-07-30 | Mettler Instrumente Ag | |
| CH634654A5 (de) * | 1978-10-20 | 1983-02-15 | Mettler Instrumente Ag | Waage mit elektromagnetischer lastkompensation. |
| CH642467A5 (de) * | 1980-03-19 | 1984-04-13 | Sulzer Ag | Regelverfahren und schaltung zum ausueben des verfahrens. |
| JPS5875207A (ja) * | 1981-10-29 | 1983-05-06 | Toshiba Corp | Ｐｉｄ制御器 |
| JPS5946823A (ja) * | 1982-09-10 | 1984-03-16 | Shimadzu Corp | 電子天びん |
| CH660525B (ja) * | 1983-09-29 | 1987-04-30 | ||
| CH665025A5 (de) * | 1984-06-29 | 1988-04-15 | Mettler Instrumente Ag | Elektromagnetisch kraftkompensierende waage sowie verfahren zum betrieb dieser waage. |
| CH675158A5 (ja) * | 1988-06-14 | 1990-08-31 | Mettler Toledo Ag | |
| JPH0363526A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-19 | Shimadzu Corp | 電子天びん |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2050229A patent/JPH0733975B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-02-27 US US07/661,955 patent/US5184690A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-02-28 EP EP91301641A patent/EP0444928B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-02-28 DE DE69104087T patent/DE69104087T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5184690A (en) | 1993-02-09 |
| JPH03251724A (ja) | 1991-11-11 |
| EP0444928B1 (en) | 1994-09-21 |
| EP0444928A3 (en) | 1991-12-04 |
| DE69104087T2 (de) | 1995-03-02 |
| EP0444928A2 (en) | 1991-09-04 |
| DE69104087D1 (de) | 1994-10-27 |
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