JPS60144804A - 流量制御装置 - Google Patents
流量制御装置Info
- Publication number
- JPS60144804A JPS60144804A JP31884A JP31884A JPS60144804A JP S60144804 A JPS60144804 A JP S60144804A JP 31884 A JP31884 A JP 31884A JP 31884 A JP31884 A JP 31884A JP S60144804 A JPS60144804 A JP S60144804A
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- JP
- Japan
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- control
- flow rate
- gain
- opening degree
- proportional gain
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
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- Physics & Mathematics (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、開度−流量関係の非線形な特性を持つ調節弁
による流量制御装置４二関するものである。
による流量制御装置４二関するものである。
一般に調節弁（二より配管内を流れる流量又は風量を制
御しようとする場合、弁開度と流量の関係は第１図の様
な非線形な特性となっている。すなわち、図（二おいて
横軸Ｕは開度であり、たて軸Ｑは流量である。この非線
形性は、調節弁の種類及び損失係数（二よりその特性が
異なっており、非線形性の強い調節弁では、第１図（二
示す様Ｃ二、弁開度変化（二対する流量変化の割合が現
在の開度運転点（二より変わってくる。従って流量制御
をＰＩ制御器にて行なう場合、ＰＩ制御器の比例ゲイン
Ｋｐを固定にしておくと、開度運転点により制御性が異
なり、制御精度が低下する。その結果、制御はハンチン
グ現象を起こし、調節弁の動作ひ大変が増え、調節弁の
機械寿命を縮めることになる。このような非線形性の強
い調節弁に対してＰＩ制御器で流量制御を行なう場合、
従来２つの方法があった。
御しようとする場合、弁開度と流量の関係は第１図の様
な非線形な特性となっている。すなわち、図（二おいて
横軸Ｕは開度であり、たて軸Ｑは流量である。この非線
形性は、調節弁の種類及び損失係数（二よりその特性が
異なっており、非線形性の強い調節弁では、第１図（二
示す様Ｃ二、弁開度変化（二対する流量変化の割合が現
在の開度運転点（二より変わってくる。従って流量制御
をＰＩ制御器にて行なう場合、ＰＩ制御器の比例ゲイン
Ｋｐを固定にしておくと、開度運転点により制御性が異
なり、制御精度が低下する。その結果、制御はハンチン
グ現象を起こし、調節弁の動作ひ大変が増え、調節弁の
機械寿命を縮めることになる。このような非線形性の強
い調節弁に対してＰＩ制御器で流量制御を行なう場合、
従来２つの方法があった。
１つは弁開度変化に対する流量、変化の大きい領域すな
わち弁開度の小さい領域でＰＩ制御器の比例ゲインＫｐ
を調整する方法である。弁開度の小さい領域で１４ Ｊ
ｉｋすれば、比例ゲインＫｐは比較的小さい値となるた
め、この値で弁開度の大きい領域で制御を行なえば、不
安定な制御にはならない。しかし、連応性が悪くなるた
め弁開度の大きい領域では目標値へ到達する時間が長く
なってしまう。
わち弁開度の小さい領域でＰＩ制御器の比例ゲインＫｐ
を調整する方法である。弁開度の小さい領域で１４ Ｊ
ｉｋすれば、比例ゲインＫｐは比較的小さい値となるた
め、この値で弁開度の大きい領域で制御を行なえば、不
安定な制御にはならない。しかし、連応性が悪くなるた
め弁開度の大きい領域では目標値へ到達する時間が長く
なってしまう。
もう１つの方法は、弁開度−比例ゲインＫｐの関係を折
線グラフ等で記憶しておき、現在の開度（二対応して比
例ゲインＫｐを自動的（二液更していく方法である。こ
の従来方法の例を第２図（二て説明する。第２図におい
て、流量調節弁ｌの開度Ｕを検出する開度検出器２と配
管を流れる流量Ｑを検出する流量検出器３により検出さ
れたプロセス址は、制御装置４に入力される。そして制
御装置４にあらかじめ内蔵され℃いる機能により演算さ
れ、その結果、制御装置４から流散調節介工（二対し、
開度制御指令ＭＹが出力される。
線グラフ等で記憶しておき、現在の開度（二対応して比
例ゲインＫｐを自動的（二液更していく方法である。こ
の従来方法の例を第２図（二て説明する。第２図におい
て、流量調節弁ｌの開度Ｕを検出する開度検出器２と配
管を流れる流量Ｑを検出する流量検出器３により検出さ
れたプロセス址は、制御装置４に入力される。そして制
御装置４にあらかじめ内蔵され℃いる機能により演算さ
れ、その結果、制御装置４から流散調節介工（二対し、
開度制御指令ＭＹが出力される。
制御装置４は入出力インタフェース部ｓ、ｐｉ制御部６
．ＰＩ制御比例ゲイン算出部７から構成されている。入
出力インタフェース部５は流量検出器３．開度検出器２
からの信号（ｙを入力し、ＰＩ制御比例ゲイン演算部７
、 Ｌ’ Ｉ制御部６へそれを伝達する。またＰＩ制
御部６からの開度制御指令ＭＶを流量調節弁１に対して
出力する機能を持っている。ＰＩ制御部６は目標流ｉＱ
ｓと流量検出器３で検出された測定流ｆｆ１Ｑから下記
（二示す演算式で開度制御出力ＭＹを演算する機能を持
つ。
．ＰＩ制御比例ゲイン算出部７から構成されている。入
出力インタフェース部５は流量検出器３．開度検出器２
からの信号（ｙを入力し、ＰＩ制御比例ゲイン演算部７
、 Ｌ’ Ｉ制御部６へそれを伝達する。またＰＩ制
御部６からの開度制御指令ＭＶを流量調節弁１に対して
出力する機能を持っている。ＰＩ制御部６は目標流ｉＱ
ｓと流量検出器３で検出された測定流ｆｆ１Ｑから下記
（二示す演算式で開度制御出力ＭＹを演算する機能を持
つ。
ＭＹ ＝ ΔＭＶ 十Ｕ （１１
Δｔ
ΔＭＶ＝Ｋｐ（（ｅｎ−ｅｎ−ｓ）＋−ｅｎ （２）Ｉ
ｅｎ ＝ Ｑｓ −Ｑ （３）
Ｍｖ：開度制御出力
Ｕ ：開度入力
ΔＭＶ：開度出力変分
Ｋｐ：比例ゲイン
ｅｎ：今回偏差
ｅｎ−里：前回偏差
Δを二制御周期
ＰＩ制御比例ゲイン演算部７は、開度Ｕ−比例ゲインＫ
ｐの関係を第３図の様な折線グラフＣ二て記憶しておき
、現在の開度Ｕ（二対応した比例ゲインＫｐを折線グラ
フよりめ、ＰＩ制御部６へ伝達する機能を持つ。折線グ
ラフは、各開度運転点Ｃ：て個別Ｃ；調整した比例ゲイ
ンＫｐをプロットして作成する。比例ゲインＫｐは第３
図に示される様（＝開度Ｕの小さい領域では小さく、開
度Ｕの大きい領域では大きい値となる。すなわち、開度
変化に対する流量変化の大きい領域では比例ゲインＫｐ
は小さく。
ｐの関係を第３図の様な折線グラフＣ二て記憶しておき
、現在の開度Ｕ（二対応した比例ゲインＫｐを折線グラ
フよりめ、ＰＩ制御部６へ伝達する機能を持つ。折線グ
ラフは、各開度運転点Ｃ：て個別Ｃ；調整した比例ゲイ
ンＫｐをプロットして作成する。比例ゲインＫｐは第３
図に示される様（＝開度Ｕの小さい領域では小さく、開
度Ｕの大きい領域では大きい値となる。すなわち、開度
変化に対する流量変化の大きい領域では比例ゲインＫｐ
は小さく。
開度変化Ｃ：対する流量変化の小さい領域では比例ゲイ
ンＫｐは大きくなり、調節弁の非線形性Ｃ＝追従させる
。
ンＫｐは大きくなり、調節弁の非線形性Ｃ＝追従させる
。
この従来方法では、調節弁ｌへの入口がポンプ等の様Ｃ
二流量運転点の定まっている場合には問題ない。しかし
、下水処理場の曝気槽入口調節弁等の様に、降雨Ｃ二よ
り流電運転点が極端Ｃ二液化する場合（二は、制御精度
が悪くなる。その理由を以下６二説明する。
二流量運転点の定まっている場合には問題ない。しかし
、下水処理場の曝気槽入口調節弁等の様に、降雨Ｃ二よ
り流電運転点が極端Ｃ二液化する場合（二は、制御精度
が悪くなる。その理由を以下６二説明する。
開度操作出力Ｃ二対する流量の応答を比例系と仮定する
流量調節弁のまわりの圧力平衡式は次式となる。
流量調節弁のまわりの圧力平衡式は次式となる。
ＰＩｉ ：調節弁入口の圧力
ＰＯＵＴ ：調節弁出口の圧力
ｇ：重力加速就
ａ：調節弁の断面積
ｆＶ（Ｕ） ： Ｍ節介の損失係数
Ｑ：流量
（４）式（＝おいて開度Ｕと流量Ｑの関係は非線形であ
るが、これを平衡点の近傍で線形化すれば、次式（５） 但しΔＰｔｍ ：調節弁入口圧力平衡点からの変分ΔＰ
ＯυＴ：１４節弁出ロ圧力平節介からの変分ＱＯ：流量
平衡点 ＵＯ：開度平衡点 ΔＵ ：開度平衡点からの変分 ΔＱ ：流量平衡点からの変分 子ｖ（Ｕｏ） ： ｆｖ（Ｕｏ） （７）微分とΔＱの
関係は比例系となり比例系のゲインには次式で表イっさ
れる。
るが、これを平衡点の近傍で線形化すれば、次式（５） 但しΔＰｔｍ ：調節弁入口圧力平衡点からの変分ΔＰ
ＯυＴ：１４節弁出ロ圧力平節介からの変分ＱＯ：流量
平衡点 ＵＯ：開度平衡点 ΔＵ ：開度平衡点からの変分 ΔＱ ：流量平衡点からの変分 子ｖ（Ｕｏ） ： ｆｖ（Ｕｏ） （７）微分とΔＱの
関係は比例系となり比例系のゲインには次式で表イっさ
れる。
（６）式かられかる様にゲインには、流ｆｆ１Ｑに依存
する。従って従来方法の様Ｃ二開度Ｕと比例ゲインＫｐ
を直接関係づける方法では、流量運転点の大幅な変動に
よるゲインにの変化（二対し、適切な比例ゲインＫｐが
められない。
する。従って従来方法の様Ｃ二開度Ｕと比例ゲインＫｐ
を直接関係づける方法では、流量運転点の大幅な変動に
よるゲインにの変化（二対し、適切な比例ゲインＫｐが
められない。
本発明の目的は、流量運転点の大幅な変動に対しても、
調節弁の開度−流量特性の非線形性を適切に補正する制
御精度の高い流量制御装置を提供するとと（二ある。
調節弁の開度−流量特性の非線形性を適切に補正する制
御精度の高い流量制御装置を提供するとと（二ある。
本発明は配管内の流量を設定された値に保つべ（ＰＩ制
御演算Ｃ二て調節弁の開度な操作する流量制御装置に関
するもので、調節弁の損失係数ｆｖまる特性関数Ｆを調
節弁の開度Ｕとの関係で記憶し又おく手段と、上記特性
関数Ｆと開度Ｕとの関係からめられる現在の開度に相当
する特性関数Ｆの値に調節弁を流れる流ｔｑを乗じて制
御対象のゲインＫをめる手段と、上記ゲインにと制御応
答を指定するパラメータαとからＫｐ＝−にてα・ｋ ＰＩ制御演算の比例ゲインＫｐをめる手段とを備え１、
上記比例ゲインＫｐを用いて前記ＰＩ制御演算を行うこ
と（二より、調節弁の持つ開度−流量特性の非線形な関
係を補正し、精度の高い流量制御を実行するものである
。
御演算Ｃ二て調節弁の開度な操作する流量制御装置に関
するもので、調節弁の損失係数ｆｖまる特性関数Ｆを調
節弁の開度Ｕとの関係で記憶し又おく手段と、上記特性
関数Ｆと開度Ｕとの関係からめられる現在の開度に相当
する特性関数Ｆの値に調節弁を流れる流ｔｑを乗じて制
御対象のゲインＫをめる手段と、上記ゲインにと制御応
答を指定するパラメータαとからＫｐ＝−にてα・ｋ ＰＩ制御演算の比例ゲインＫｐをめる手段とを備え１、
上記比例ゲインＫｐを用いて前記ＰＩ制御演算を行うこ
と（二より、調節弁の持つ開度−流量特性の非線形な関
係を補正し、精度の高い流量制御を実行するものである
。
以下本発明を図面（＝示す一実施例を参照して詳細（二
説明する。
説明する。
第４図４＝おいて、第２図で示したものと同様の部分（
二は同一符号を示している。本発明では、制御対象のゲ
インＫをめ、これによりＰＩ制御比例ゲインＫｐをめる
べく、特性関数記憶手段８、ゲイン演算手段９、比例ゲ
イン演算手段ｌＯを新たＣ二構成している。上記特性関
数記憶手段８には、あらかじめ第５図で示すような、開
度Ｕ−特性関数Ｆの関係をグラフで記憶しておく。但し
特性関数Ｆは（６）式か・−ら流ｍＱを削除した次式で
表わす。
二は同一符号を示している。本発明では、制御対象のゲ
インＫをめ、これによりＰＩ制御比例ゲインＫｐをめる
べく、特性関数記憶手段８、ゲイン演算手段９、比例ゲ
イン演算手段ｌＯを新たＣ二構成している。上記特性関
数記憶手段８には、あらかじめ第５図で示すような、開
度Ｕ−特性関数Ｆの関係をグラフで記憶しておく。但し
特性関数Ｆは（６）式か・−ら流ｍＱを削除した次式で
表わす。
ｆＶ（Ｕ）
比例系のゲインにの算出は、まず現在の開度Ｕからグラ
フ（二より対応する特性関数Ｆの直をめ、次いでゲイン
演算手段９（二より次式にてゲインＫをめる Ｋ ＝ Ｆ−Ｑ （８） なお、第５図のグラフは、調節弁ｌの損失係数ｆＶ（Ｕ
）のデータから、（方式を用いてプロットすればよい。
フ（二より対応する特性関数Ｆの直をめ、次いでゲイン
演算手段９（二より次式にてゲインＫをめる Ｋ ＝ Ｆ−Ｑ （８） なお、第５図のグラフは、調節弁ｌの損失係数ｆＶ（Ｕ
）のデータから、（方式を用いてプロットすればよい。
ＰＩ制御比例ゲイン演算手段１０は、制御対象のゲイン
Ｋから次式にて比例ゲインＫｐをめＰＩ制御部６へ伝達
する。
Ｋから次式にて比例ゲインＫｐをめＰＩ制御部６へ伝達
する。
αは制御応答を指定する制御指数であり、制御系のボー
ト線図上Ｃ二おける固有周波数ωＣとＰＩ制御器の積分
時間ＴＩとの関係な０１式のβで表わすとαとβとの関
ＱはＩ式となる αが大きいと、制御応答の立ち上がりがゆるやか（二な
り、αが小さいと立ち上がりが急使となる。
ト線図上Ｃ二おける固有周波数ωＣとＰＩ制御器の積分
時間ＴＩとの関係な０１式のβで表わすとαとβとの関
ＱはＩ式となる αが大きいと、制御応答の立ち上がりがゆるやか（二な
り、αが小さいと立ち上がりが急使となる。
上記構成ベニおいて、開度検出器２から検出された現在
の開度Ｕを用い、特性関数記憶手段８（二記憶されたグ
ラフから特性関数Ｆの値をめ、これと流輩検出器３から
検出された流１１Ｑからゲイン演算手段９にて比例系の
ゲインＫがまる。次いでＰＩ制御比例ゲイン演算手段１
０にて、比例系のゲインＫからＰＩ制御器の比例ゲイン
Ｋｐがまる。
の開度Ｕを用い、特性関数記憶手段８（二記憶されたグ
ラフから特性関数Ｆの値をめ、これと流輩検出器３から
検出された流１１Ｑからゲイン演算手段９にて比例系の
ゲインＫがまる。次いでＰＩ制御比例ゲイン演算手段１
０にて、比例系のゲインＫからＰＩ制御器の比例ゲイン
Ｋｐがまる。
すなわち、現在の流量調節弁ｌの開度（二対応して、Ｐ
Ｉ制御部６（′″−おけるＰ、Ｉ演算式の比例ゲインＫ
ｐが自動的（二液更されていく。これにより、弁の開度
−流量の非線形関係（二追従して、一定の制御応答が達
成される。
Ｉ制御部６（′″−おけるＰ、Ｉ演算式の比例ゲインＫ
ｐが自動的（二液更されていく。これにより、弁の開度
−流量の非線形関係（二追従して、一定の制御応答が達
成される。
以上のよう（二本発明（二よれば、開度Ｕから制御対象
のゲインＫをめ、絶えず指定した制御応答となるように
ＰＩ制御比例ゲインＫｐをめるので、従来の開度ＵとＰ
Ｉ制御比例ゲインＫｐを直接結びつける場合に比べ、流
量運転点の変動（二対しても弁開度−流量の非線形関係
に追従した適切な制御応答を達成でき、制御精度が向上
する。
のゲインＫをめ、絶えず指定した制御応答となるように
ＰＩ制御比例ゲインＫｐをめるので、従来の開度ＵとＰ
Ｉ制御比例ゲインＫｐを直接結びつける場合に比べ、流
量運転点の変動（二対しても弁開度−流量の非線形関係
に追従した適切な制御応答を達成でき、制御精度が向上
する。
第１図は、調節弁の開度−流量の非線形な関係を表わす
図、第２図は、従来装置を示すブロック図、第３図は、
従来装置にて用いた開度−比例ゲインの関係を表すグラ
フ、第４図は本発明による流量制御装置の一実施例を示
すブロック図、第５図は本発明に用いる開度−特性関数
の関係を示すグラフである。 １・・・流量調節弁、 ６・・・ＰＩ制御部、８・・・
特性関数記憶手段、 ９・・・でイン演算手段、１０・
・・比例ゲイン演算手段。 （７３１７）代理人弁理士 則近憲佑（ほか１名）第１
図 第３図 第５図
図、第２図は、従来装置を示すブロック図、第３図は、
従来装置にて用いた開度−比例ゲインの関係を表すグラ
フ、第４図は本発明による流量制御装置の一実施例を示
すブロック図、第５図は本発明に用いる開度−特性関数
の関係を示すグラフである。 １・・・流量調節弁、 ６・・・ＰＩ制御部、８・・・
特性関数記憶手段、 ９・・・でイン演算手段、１０・
・・比例ゲイン演算手段。 （７３１７）代理人弁理士 則近憲佑（ほか１名）第１
図 第３図 第５図
Claims (1)
- 配管内の流量を設定された値（二保つべ（ＰＩ制御演算
Ｃ二て調節弁の開度を操作する流量制御装置数Ｆを調節
弁の開度Ｕとの関係で記憶しておく手段と、上記特性関
数Ｆと開度Ｕとの関係からめられる現在の開度に相当す
る特性関数Ｆの値に調節弁を流れる流量Ｑを乗じて制御
対象のゲインＫをめる手段と、上記ゲインにと制御応答
を指定演算の比例ゲインＫｐをめる手段とを備え、上記
比例ゲインＫｐを用いて前記ＰＩ制御演算を行うことを
特徴とする流量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31884A JPS60144804A (ja) | 1984-01-06 | 1984-01-06 | 流量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31884A JPS60144804A (ja) | 1984-01-06 | 1984-01-06 | 流量制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60144804A true JPS60144804A (ja) | 1985-07-31 |
Family
ID=11470556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31884A Pending JPS60144804A (ja) | 1984-01-06 | 1984-01-06 | 流量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60144804A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01321672A (ja) * | 1988-06-22 | 1989-12-27 | Fanuc Ltd | Ｎｃレーザ装置 |
| JP2010026576A (ja) * | 2008-07-15 | 2010-02-04 | Tokyo Keiso Co Ltd | 流量制御方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5413891A (en) * | 1977-07-01 | 1979-02-01 | Hitachi Ltd | Flow quantity control system |
| JPS54130772A (en) * | 1978-04-01 | 1979-10-11 | Toshiba Corp | Controller for valve having nonlinear opening characte ristic |
| JPS58151603A (ja) * | 1982-03-03 | 1983-09-08 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 弁特性補償付き調節計 |
-
1984
- 1984-01-06 JP JP31884A patent/JPS60144804A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5413891A (en) * | 1977-07-01 | 1979-02-01 | Hitachi Ltd | Flow quantity control system |
| JPS54130772A (en) * | 1978-04-01 | 1979-10-11 | Toshiba Corp | Controller for valve having nonlinear opening characte ristic |
| JPS58151603A (ja) * | 1982-03-03 | 1983-09-08 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 弁特性補償付き調節計 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01321672A (ja) * | 1988-06-22 | 1989-12-27 | Fanuc Ltd | Ｎｃレーザ装置 |
| JP2010026576A (ja) * | 2008-07-15 | 2010-02-04 | Tokyo Keiso Co Ltd | 流量制御方法 |
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