JPH0648002B2

JPH0648002B2 - 電空ポジシヨナ

Info

Publication number: JPH0648002B2
Application number: JP60213797A
Authority: JP
Inventors: 芳己金子; 透丹沢; 博史篠沢
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPS6275101A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、入力電流信号に応じて出力空気圧信号を発生
してバルブを開閉する電空ポジショナに係り、特に応答
性の改良に関する。

（従来の技術）第３図は従来公知の電空ポジショナの構成図である。図
において、１は調節計の出力信号に応じて吸引力を発生
するトルクモータ、２はトルクモータ１の吸引力に応じ
て移動するレバー、３はレバー２に対向して設けられた
ノズルで、レバー２をフラップとするノズルフラッパ機
構を構成している。４はノズル３の背圧を増幅するバイ
ロットリレー、５はノズル３に供給空気圧（例えば1.4k
g/cm²）を導入する絞り、６はパイロットリレー４の出
力空気圧信号によって弁体の位置を操作するバルブであ
る。７はバルブ６に固定され変位を弁体に伝達するバル
ブステム、８はバルブステム７にクランプピン９を固定
するクランプ、１０はクランプピン９の変位をシャフト
１１の回転に変換するレバー、１２はシャフト１１に固
定されたレバーで、ネジ機構１３を介してレバー１４を
移動させる。１５はレバー１４の移動をレバー２に帰還
するフィードバックスプリングである。ここで、クラン
プ８からフィードバックスプリング１５までは、バルブ
６の変位をレバー２に帰還するフィードバック要素１６
（第４図参照）を構成している。

１７はトルクモータ１の磁気回路を構成するヨークで、
略Ｃ字形の空隙部にはレバー２が挿入されている。１８
はレバー２とヨーク１７を結合するバネで、レバー２を
支持すると共に、フィードバックスプリング１５に対し
てレバー２に復元力を与える。

このように構成された装置の動作を第３図及び第４図に
基づき説明する。第４図は第３図の装置の構成ブロック
図である。調節計の出力電流が増大すると、トルクモー
タ１によってレバー２が矢印Ａ方向に移動する。すると
ノズル３が塞がれるので、ノズル背圧が高くなり、パイ
ロットリレー４が作動して全供給空気圧を出力する。す
ると、バルブステム７が矢印Ｂ方向に移動するから、レ
バー１０を介してシャフト１１が矢印Ｃ方向に回転す
る。すると、レバー１２によってレバー１４が矢印Ｄ方
向に移動して、フィードバックスプリング１５を矢印Ｅ
方向に伸張させる。すると、レバー２が釣合い、平衡状
態に達するので、バルブステム７の位置は調節計の電流
信号に直接比例したものとなる。

（発明が解決しようとする課題）このように構成された電空ポジショナでは、口径の異な
るバルブであっても応答が早く制御性の良いことが望ま
れる。しかしながら、大バルブと小バルブではバルブを
駆動するために必要な空気量が異なるので、次の課題が
あった。

即ち、大バルブを制御するためにはパイロットリレーの
給排気量が大きいことが望ましく、応答が早く定常偏差
も性能上問題を生じない程度にループゲインを大きくと
れ、かつ発振のない安定なものが得られる。

しかし、これをそのまま小バルブに適用すると、パイロ
ットリレーの給排気量が大き過ぎるので、発振を防止す
るためループゲインを小さくする必要が生ずる。する
と、ループゲインが小さいので定常偏差が大きくなると
いう課題を招来する。

同様にして、小バルブの制御特性を最適化した状態をそ
のまま大バルブに適用すると、パイロットリレーの給排
気量が小さいため応答が遅くなるという課題を生ずる。

本発明は上述の課題を解決したもので、大バルブと小バ
ルブのいずれであっても、応答が早く、定常偏差が小さ
く且つ発振の生じない電空ポジショナを提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段）このような目的を達成する本発明は、操作信号に応した
トルク信号を発生するトルクモータ１と、このトルクモ
ータのトルクに応じて変位するフラッパを含むノズルフ
ラッパ３と、このノズルフラッパからの空気圧信号を増
幅しバルブ６に出力するパイロットリレー４とを備えた
電空ポジショナにおいて、次の構成としたものである。

即ち、前記バルブの弁体の動きに対応した変位を検出す
る変位検出器２０と、外部からの信号を入力して電圧信
号に変換する電圧変換器３１と、この電圧変換器の出力
信号と前記変位検出器の出力信号との偏差を、大バルブ
の場合は比例器に供給し、小バルブの場合は積分器に切
換えて供給する切換手段３８と、この切換手段から送ら
れた信号を所定の時定数Ｔｉで積分する積分器３２と、
この切換手段から送られた信号を所定のゲインで比例演
算する比例器３７と、前記変位検出器からの信号に所定
の時定数Ｔｄで比例微分演算を行う比例微分器３４と、
この積分器若しくは比例器の出力信号と当該比例微分器
の出力信号との偏差を増幅して、前記トルクモータの操
作信号を出力する増幅器３３とを具備することを特徴と
している。

（作用）ノズルフラッパとパイロットリレーは空気系であって、
バルブを駆動する力を発生する。変位検出器と制御回路
は電気系であって、トルクモータにより空気系との結合
をする。ここで、制御回路は大バルブか小バルブかに応
じて切換手段により積分器と比例器を切り換えて、比例
微分器と増幅器を備えたフィードバック制御ループ構成
している。積分器を選択すると、比例微分器がバルブの
僅かな動きも拡大して検知するので、制動性が良くなり
小バルブに適する。比例器を選択すると、積分器を用い
た場合に比例して応答性が良くなり、大バルブに適す
る。

（実施例）以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
第１図の装置の構成ブロック図を示している。尚、第１
図及び第２図において前記第３図及び第４図と同一作用
をするものには同一符号を付して説明を省略する。

図において、２０はバルブ６の変位を検出する変位検出
器まで、例えば渦電流式、光学式、静電容量式等の非接
触変位計が用いられるが、出力信号が電気信号で得られ
るものであれば接触変位計でも差し支えない。３０は変
位検出器２０の信号によってトルクモータ１の吸引力を
制御する制御回路、３１は調節計の電流信号（例えば４
−２０ｍＡ）を電圧信号に変換する電流電圧変換器、３
２は電流電圧変換器３１の信号を積分する積分器で、時
定数Ｔｉになっている。３３は積分器３２の出力に応じ
てトルクモータ１を駆動する電流を出力する増幅器、３
４は変位検出器２０の出力信号を入力し、この信号に比
例：微分演算（微分演算時定数Ｔｄ）を施す比例微分
器、３５は比例微分器３４で処理した信号を積分器３２
で処理した信号に加え合わせるフィードバックパスで、
この加え合わせた信号は増幅器３３で処理される。３６
は変位検出器２０の出力信号を電流電圧変換器３１で処
理した信号に加え合わせるフィードバックパスで、この
加え合わた信号は積分器３２で処理される。

切換手段３８は、電流電圧変換器３１の出力信号と変位
検出器２０の出力信号との偏差を、大バルブの場合は比
例器に供給し、小バルブの場合は積分器に切換えて供給
するもので、例えばマニュアル操作により設定する。比
例器３７は、切換手段３８から送られた信号を所定のゲ
インＫc2で比例演算するもので、積分器３２と共に択一
的にフィードバック制御に使用される。

このように構成された装置の動作を第１図及び第２図に
基づいて説明する。調節計の電流信号は制御回路３０を
介してトルクモータ１を作動させる。すると、トルクに
よってレバー２は矢印Ａ方向に力を受け、ノズル３を塞
ぐように動作する。すると、パイロットリレー４を介し
てバルブ６が変位し、この変位を変位検出器２０が検出
する。比例微分器３４とフィードバックパス３５によっ
て、バルブ６の変位及び速度が検出されるから応答が早
くなる。またフィードバックパス３６と、バルブ６が大
型か小型であるかに応じて切換手段３８により切り換え
られる比例器３７又は積分器３２によって、バルブ６が
目標位置にあるように制御されるから、定常偏差がゼロ
になって平衡状態に達する。

そして、バルブ６が小型のときは、切換手段３８により
積分器３２を選択する。パイロットリレー４の給排気量
が大きいと発振し易いが、比例微分器３４がバルブ６の
僅かな動きも拡大して検知してフィードバックするか
ら、制動性が良くなり発振を生じなくなる。他方、バル
ブ６が大型のときは、切換手段３８により比例器３７を
選択する。積分器３２を用いると定常偏差がゼロになる
が、比例器３７を用いてもループゲインが大きいため定
常偏差が小さくなり、無視できるものとなる。比例器３
７の応答は、積分器３２を選択する場合に比較して早く
なり好ましい。

即ち、小バルブでは応答性の早さよりも定常偏差と発振
防止に重点があり、大バルブでは応答を早くすることに
重点があるから、バルブの種類に応じて電空ポジショナ
の制御特性を切り換えているのである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によればバルブ６が大型か
小型であるかに応じて切換手段３８により比例器３７又
は積分器３２を選択してフィードバックループを変更し
ている。そこで、小バルブでは定常偏差を小さくすると
共に発振が防止され、大バルブでは従来の電空ポジショ
ナを用いて大バルブを駆動する場合に比較して応答が早
くなり、バルブの種類によらず汎用的に利用できる電空
ポジショナが得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図は第１
図の装置のブロック図である。第３図は従来装置の構成
図、第４図は第３図の装置のブロック図である。１……トルクモータ、３……ノズル、４……パイロット
リレー、２０……変位変換器、３０……制御回路、３２
……積分器、３４……比例微分器、３５，３６……フィ
ードバックパス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭54−151780（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−73103（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−136602（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−105602（ＪＰ，Ｕ) 特公昭43−14797（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作信号に応じたトルク信号を発生するト
ルクモータ（１）と、このトルクモータのトルクに応じ
て変位するフラッパを含むノズルフラッパ（３）と、こ
のノズルフラッパからの空気圧信号を増幅しバルブ
（６）に出力するパイロットリレー（４）とを備えた電
空ポジショナにおいて、前記バルブの弁体の動きに対応した変位を検出する変位
検出器（２０）と、外部からの信号を入力して電圧信号に変換する電圧変換
器（３１）と、この電圧変換器の出力信号と前記変位検出器の出力信号
との偏差を、大バルブの場合は比例器に供給し、小バル
ブの場合は積分器に切換えて供給する切換手段（３８）
と、この切換手段から送られた信号を所定の時定数（Ｔｉ）
で積分する積分器（３２）と、この切換手段から送られた信号を所定のゲインで比例演
算する比例器（３７）と、前記変位検出器からの信号に所定の時定数（Ｔｄ）で比
例微分演算を行う比例微分器（３４）と、この積分器若しくは比例器の出力信号と当該比例微分器
の出力信号との偏差を増幅して、前記トルクモータの操
作信号を出力する増幅器（３３）と、を具備することを特徴とする電空ポジショナ。