(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブを駆動する正逆転自在な電動アクチュエータと，
上記電動アクチュエータの動作角度を検出する角度検出手段と，
上記電動アクチュエータの目標角度を設定する角度設定手段と，
上記電動アクチュエータの駆動電圧或いはその割合を段階的に記憶したテーブル記憶手段と，
上記角度設定手段により設定された上記目標角度と上記角度検出手段により検出された上記動作角度とに基づいて上記電動アクチュエータを制御するに当たり，上記テーブル記憶手段から読み出される上記駆動電圧或いはその割合を適用し，上記電動アクチュエータが動作開始するまで段階的に上記駆動電圧或いはその割合を増加させる制御手段と，
を具備してなるバルブ用ポジショナにおいて，
上記角度設定手段により設定された上記目標角度の時間的変化量を検出する角度変化量検出手段と，
上記角度変化量検出手段により検出された上記目標角度の時間的変化量に応じて，上記テーブル記憶手段から上記制御手段により段階的に増加される上記駆動電圧或いはその割合の初期値を読み出す駆動電圧選択手段と，
を具備してなることを特徴とするバルブ用ポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，バルブ用ポジショナに係り，詳しくは，バルブを駆動する電動アクチュエータについて制御を行うバルブ用ポジショナであって，該電動アクチュエータに対する目標角度設定の時間的変化量に応じて，該電動アクチュエータを駆動する駆動電圧を算出可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に，電動アクチュエータを備えたバルブ用ポジショナは，上記電動アクチュエータの出力軸に発生した出力トルクを，該バルブ用ポジショナ内に設けられる減速機構その他を介してバルブに接続される弁棒に伝達し，上記弁棒を回転させることによってバルブ開度（角度）を変え，流量を制御している。
そのため，流体の制御性の向上を図るためには，上記電動アクチュエータの出力軸の動作精度を向上させる必要がある。
しかしながら，一般的な上記バルブ用ポジショナにおいては，上記電動アクチュエータは定格出力で常時作動されるものであり，バルブに要求される変化量の大小に拘わらず，該電動アクチュエータは高負荷（バルブ開時等）時に耐え得るように同一（定格）トルクを出力するように制御される。その結果，特に，低負荷時にバルブに対して微小な開度変化を要求された場合には上記電動アクチュエータの発生するトルクが過大とならざるを得ず，該電動アクチュエータの慣性による誤差が該電動アクチュエータの動作精度を下げる原因となる。
そこで，特開２００１−３４９４５７号公報においては，電動アクチュエータのトルク制御装置であって，上記電動アクチュエータの目標角度と動作角度とに基づいて上記電動アクチュエータを制御するに当たり，予め上記電動アクチュエータの駆動電圧或いはその割合を記憶したテーブル記憶手段から読み出される駆動電圧或いはその割合を適用し，上記電動アクチュエータを動作開始するまで段階的に上記駆動電圧或いはその割合を増加させる制御手段を具備する電動アクチュエータのトルク制御装置が開示されている。
これにより，上記電動アクチュエータを動作させ得る最小の駆動電圧によって該電動アクチュエータを出力制御することが可能となり，上記電動アクチュエータの慣性による誤差を最小限にすることが可能となり，上記電動アクチュエータの動作精度を向上させ，ひいてはバルブの動作精度を向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記公報において開示されている上記電動アクチュエータのトルク制御装置は，上記電動アクチュエータの動作精度を向上させるものの，常に上記電動アクチュエータを動作させ得る最小の駆動電圧によって該電動アクチュエータを駆動する構成上，電動アクチュエータの動作速度の低下が問題となる。
即ち，上記バルブ用ポジショナにより駆動されるバルブを急速に全開（遮断）する必要がある情況，或いは反応速度の速い制御プロセスの制御を行うために高速な動作速度が要求される情況等の下で，最小の駆動電圧から徐々に駆動電圧を上昇させる上記従来の技術では，動作時間がかかり過ぎて使用に耐えない。
そこで，本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，バルブを駆動する電動アクチュエータについて制御を行うバルブ用ポジショナであって，該電動アクチュエータへの要求に応じた動作速度の実現と，該電動アクチュエータの動作精度を向上とを両立するバルブ用ポジショナを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，バルブを駆動する正逆転自在な電動アクチュエータと，上記電動アクチュエータの動作角度を検出する角度検出手段と，上記電動アクチュエータの目標角度を設定する角度設定手段と，上記電動アクチュエータの駆動電圧或いはその割合を段階的に記憶したテーブル記憶手段と，上記角度設定手段により設定された上記目標角度と上記角度検出手段により検出された上記動作角度とに基づいて上記電動アクチュエータを制御するに当たり，上記テーブル記憶手段から読み出される上記駆動電圧或いはその割合を適用し，上記電動アクチュエータが動作開始するまで段階的に上記駆動電圧或いはその割合を増加させる制御手段と，を具備してなるバルブ用ポジショナにおいて，上記角度設定手段により設定された上記目標角度の時間的変化量を検出する角度変化量検出手段と，上記角度変化量検出手段により検出された上記目標角度の時間的変化量に応じて，上記テーブル記憶手段から上記制御手段により段階的に増加される上記駆動電圧或いはその割合の初期値を読み出す駆動電圧選択手段と，を具備してなることを特徴とするバルブ用ポジショナとして構成される。
ここで，上記角度設定手段により設定される上記目標角度の時間的変化量は，当該バルブ用ポジショナに設けられた上記電動アクチュエータが動作すべき動作速度を表す指標の一例と考えることができる。即ち，上記該角度変化量検出手段により検出された上記目標角度の時間的変化量に応じて，上記駆動電圧選択手段により上記テーブル記憶手段から読み出される駆動電圧或いはその割合は，当該電動アクチュエータが動作すべき動作速度に応じたものと見なすことができる。
これにより，当該バルブ用ポジショナに設けられた上記電動アクチュエータに印加される駆動電圧は，当該バルブ用ポジショナに要求される動作速度に応じた所定の駆動電圧或いはその割合を下限値（初期値）とし，段階的に駆動電圧或いはその割合を増加させることが可能となり，該電動アクチュエータに要求される動作速度を損なうことなく，該電動アクチュエータの動作精度を向上し得る。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものでない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡの概略構成を示す図，図２は本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡに設けられる制御手段の処理の一例を示すフローチャートである。
【０００６】
本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡは，図１に示すように，設定値入力回路（角度設定手段の一例に該当）１，制御回路（制御手段の一例に該当）２，モータ駆動回路３，駆動パターンテーブル（テーブル記憶手段の一例に該当）４，角度検出回路（角度検出手段の一例に該当）５，変化量検出回路（角度変化量検出手段の一例に該当）６，モータＭ（電動アクチュエータの一例に該当）を具備して概略構成される。
上記角度検出回路５は，例えば可変抵抗器その他を含んで構成され，接続される上記モータＭの出力軸の回転角度（バルブ開度）ｄを検出し，デジタル信号（通常は０〜１００％）に変換して上記制御回路２に出力する。
上記設定値入力回路１は，不図示であるパーソナルコンピュータやメンテナンス用携帯端末その他の外部から受信したバルブ開度設定値ｅを，デジタル信号（通常は０〜１００％）に変換して上記制御回路２に出力する。
上記制御回路２は，上記設定値入力回路１から入力されるバルブ開度設定値ｅと上記角度検出回路５から入力される出力軸の回転角度ｄとの差分を算出し，該差分が小さくなる方向に上記モータＭを回転させるような駆動指令を算出すると共に，該駆動指令に対して予め記憶された上記駆動パターンテーブル４から読み出された駆動パターンｆ（駆動電圧或いはその割合の一例に該当）のうち最小のものを適用し，該駆動パターンｆに予め設定された駆動電圧の割合に基づいて決定される動作信号ａを上記モータ駆動回路３に出力する。例えば，上記駆動パターンテーブル４から読み出された上記駆動パターンｆのうち最小のものが「駆動電圧の６０％」であった場合には，上記モータ駆動回路３に出力される上記動作信号ａは算出された上記駆動指令の６０％となる。
上記モータ駆動回路３は，上記制御回路２から入力される上記動作信号ａに基づいて上記モータＭを駆動する。
ここで，上記制御回路２は，上記動作信号ａを出力したにも拘わらず，上記開度設定値ｅと上記回転角度ｄとの差分が減少方向に変化しない（上記モータＭが動作しない）場合には，上記駆動パターンテーブル４から読み出された上記駆動パターンｆを，上記モータＭが動作開始するまで順次変更することによって，上記制御回路２から出力される上記動作信号ａを段階的に増加させる機能を有している。
このように，この実施形態の基本動作では，上記モータＭの出力軸に接続された不図示であるバルブのバルブ開度ｄを，上記制御回路２に入力された上記バルブ開度設定値ｅに近づくように制御するに当たり，上記モータＭを駆動する駆動電圧を，該モータＭが動作し得る最小の駆動電圧とすることが可能となり，上記バルブ用ポジショナＡの動作精度を向上させることができる。上述のようなバルブの駆動制御は従来公知の手法である。
【０００７】
本実施の形態に係る上記バルブポジショナＡは，上記設定値入力回路１に接続され，該設定値入力回路１に入力される上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅを検出する上記変化量検出回路６と，上記制御回路２内に設けられ，上記変化量検出回路６により検出された上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じて，所定の駆動パターンｆを上記駆動パターンテーブル４から読み出す駆動電圧選択回路７とを更に具備している。
これにより，上記バルブ開度ｄを上記バルブ開度設定値ｅに近づくように制御するに当たり，上記制御回路６は，上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じ，上記駆動電圧選択回路７により読み出された所定の駆動パターンｆを適用し，該所定の駆動パターンｆに予め設定された駆動電圧の割合に基づいて決定される所定の駆動電圧を初期値とし，上記モータＭが動作開始するまで駆動電圧を段階的に増加させることが可能となる。
その結果，最終的に上記モータＭを駆動する駆動電圧は，上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じて読み出された所定の駆動パターンｆに基づいて算出される所定の駆動電圧以上であって，且つ該モータＭを動作させ得る最小の駆動電圧とすることが可能となる。
ここで，上記角度設定回路１に入力される上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅは，上記モータＭが動作すべき動作速度を表す指標の一例と考えることができる。例えば，上記バルブ開度設定値ｅがゆっくり変化しているの場合にはバルブに対して微細な制御動作が求められており，上記バルブ開度設定値ｅが急激に変化している場合にはバルブに対して急速な制御動作が求められていると推定できる。
従って，上記モータＭを駆動する駆動電圧を，上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに基づいて算出することにより，算出される該駆動電圧を，上記モータＭが動作すべき動作速度に応じたものとすることができる。
これにより，本発明の実施の形態に係る上記バルブ用ポジショナＡは，該バルブ用ポジショナＡに接続されるバルブに要求される動作速度を実現すると共に，該電動アクチュエータの動作精度を向上することができる。
【０００８】
次に，図２を用いて，上記モータＭに印加される駆動電圧ａを算出する一連の処理の流れについて説明する。以下Ｓ１，Ｓ２，，は処理手順（ステップ）の番号を示す。
（Ｓ１）
先ず，外部に設けられる計算機その他から入力されるバルブ開度設定値ｅが上記設定値入力回路１により取得されると共に，上記モータＭの出力軸の回転角度（バルブ開度）ｄが上記角度検出回路５により取得され，それぞれの信号が上記制御回路３へ出力される。同時に，上記バルブ開度設定値ｅは，上記変化量判定回路６へ出力される。
（Ｓ２）
上記バルブ開度設定値ｅを受信した上記変化量検出回路６は，該バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅを検出し，上記駆動電圧選択回路７に出力する。
（Ｓ３）
一方，上記制御回路３は，上記ステップＳ１で受信した上記バルブ開度設定値ｅと上記バルブ開度ｄとを比較し，差がない場合（図中にはＹで示す）には引き続き上記バルブ開度設定値ｅと上記バルブ開度ｄとを比較し，差がある場合（図中にはＮで示す）には，その差分が小さくなる方向に上記モータＭを回転させるような駆動指令を算出すると共に，上記駆動電圧選択回路７に対して，現在の上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じた所定の駆動パターンｆを上記駆動パターンテーブル４から読み出すための指令を出す。
（Ｓ４）
上記ステップＳ３において上記制御回路７から指令を受けた上記駆動電圧選択回路７は，上記ステップＳ２において受信した上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じて，上記駆動パターンテーブル４から所定の駆動パターンｆを読み出し，制御回路２へ出力する。
ここで，上記駆動パターンテーブル４の一例を表１に示す。
【表１】
0003699939.tif 000002
このように，本実施形態において上記駆動パターンテーブル４は，上記モータＭへの駆動電圧の割合を，上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じて４段階に設定したものであって，更には，駆動パターンｆの増加に伴って，上記モータ駆動回路３に出力される駆動電圧の割合が大きくなるように設定されたものである。
次に，上記駆動電圧選択回路７から上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じた所定の駆動パターンｆを取得した上記制御回路２は，上記ステップＳ３において算出された駆動指令に対して，該所定の駆動パターンｆを適用し，該所定の駆動パターンｆによって定められた割合に対応した動作信号ａを上記モータ駆動回路３に出力する。そして，上記モータ駆動回路３は，上記動作信号ａに基づいて上記モータＭを駆動する。
（Ｓ５）
上記ステップＳ４において上記動作信号ａを出力したにも拘わらず，上記開度設定値ｅと上記回転角度ｄとの差分が減少方向に変化しない場合（上記モータＭが回転開始しない場合であって図中にはＮで示す）には，駆動パターンを，所定の駆動パターンｆから，より大きな駆動電圧の割合が割り当てられた駆動パターンである駆動パターン（ｆ＋１）に変更し，上記ステップＳ４へと処理が戻される。処理を戻された上記ステップＳ４では，駆動パターン（ｆ＋１）を適用し，該駆動パターン（ｆ＋１）によって定められた割合に対応した動作信号ａを上記モータ駆動回路３に出力する。
このように，当該ステップＳ５とＳ４の間では，上記開度設定値ｅと上記回転角度ｄとの差分が減少方向に変化する（上記モータＭが回転開始した場合であって図中にはＹで示す）まで，上述した処理（図中にはｆ＝ｆ＋１で示す）が繰り返し行われる。
（Ｓ６）〜（Ｓ７）
上記開度設定値ｅと上記回転角度ｄとの差分が無いこと（図中にはＳ６におけるＹで示す）を条件として，モータＭを停止させ（Ｓ７），次の処理に備える。
上述説明したように，上記モータ駆動回路３を介して上記モータＭに印加される駆動電圧は，上記ステップＳ４において取得され，上記バルブ開度設定値ｅの時間的変化量△ｅに応じて読み出される所定の駆動パターンｆによって定められた割合に対応した駆動電圧を初期値として，段階的に大きな駆動電圧へと増加させることが可能となる。
つまり，上記バルブ用ポジショナＡにより操作されるバルブに要求される動作速度に応じた所定の駆動電圧を下限値とし，段階的に駆動電圧を増加させることになるため，当該バルブに要求される動作速度を損なうことなく，当該バルブの動作精度を向上することが可能となる。
【０００９】
【実施例】
上記実施形態では，駆動電圧を問題としているが，駆動電圧の変化の割合でも良く，また，駆動電圧以外に駆動電力或いはその割合を問題にしても良い。これらは全て本発明の範囲に属する。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明は，バルブを駆動する正逆転自在な電動アクチュエータと，上記電動アクチュエータの動作角度を検出する角度検出手段と，上記電動アクチュエータの目標角度を設定する角度設定手段と，上記電動アクチュエータの駆動電圧或いはその割合を段階的に記憶したテーブル記憶手段と，上記角度設定手段により設定された上記目標角度と上記角度検出手段により検出された上記動作角度とに基づいて上記電動アクチュエータを制御するに当たり，上記テーブル記憶手段から読み出される上記駆動電圧或いはその割合を適用し，上記電動アクチュエータが動作開始するまで段階的に上記駆動電圧或いはその割合を増加させる制御手段とを具備してなるバルブ用ポジショナにおいて，上記角度設定手段により設定された上記目標角度の時間的変化量を検出する角度変化量検出手段と，上記角度変化量検出手段により検出された上記目標角度の時間的変化量に応じて，上記テーブル記憶手段から上記制御手段により段階的に増加される上記駆動電圧或いはその割合の初期値を読み出す駆動電圧選択手段とを具備してなることを特徴とするバルブ用ポジショナとして構成される。
ここで，上記角度設定手段により設定される上記目標角度の時間的変化量は，当該電動アクチュエータが動作すべき動作速度を表す指標の一例と考えることができる。即ち，上記該角度変化量検出手段により検出された上記目標角度の時間的変化量に応じて，上記駆動電圧選択手段により上記テーブル記憶手段から読み出される駆動電圧或いはその割合は，当該電動アクチュエータが動作すべき動作速度に応じたものとなる。
これにより，当該バルブ用ポジショナに設けられた上記電動アクチュエータを印加される駆動電圧は，当該バルブ用ポジショナに要求される動作速度に応じた所定の駆動電圧或いはその割合を下限値（初期値）とし，段階的に駆動電圧或いはその割合を増加させることが可能となり，該電動アクチュエータに要求される動作速度を実現すると共に，該電動アクチュエータの動作精度を向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡの概略構成を示す図。
【図２】  本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡに設けられる制御手段の処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
Ａ  …バルブ用ポジショナ
Ｍ  …モータ
１  …設定値入力回路
２  …制御回路
３  …モータ駆動回路
４  …駆動パターンテーブル
５  …角度検出回路
６  …変化量検出回路
７  …駆動電圧選択回路
Ｓ１，Ｓ２，，…処理手順（ステップ）の番号
【図１】
0003699939.tif 000003
【図２】
0003699939.tif 000004