(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象であるバルブの弁開度を設定するための入力信号ＳＰを受信することができる受信手段と、前記弁開度を計測して電気信号に変換するステム変位センサ手段と、該ステム変位センサ手段からのステム変位信号ＰＶと、前記入力信号ＳＰとの偏差とに基づいて弁開度位置を制御するための制御量ＵＲを演算出力する制御演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バルブの弁開度を制御する電空変換手段とを備えるバルブポジショナであって、
前記制御演算手段は、前記制御対象の不感帯を演算し、該不感帯を低減する一定の操作量を予め演算しておき、前記ステム変位信号ＰＶと前記入力信号ＳＰとに偏差が生じたときに、前記操作量を前記制御量ＵＲに重畳させるようにし、
前記操作量を、前記制御量ＵＲに重畳させるときの条件は、前記入力信号ＳＰが変化したときであり、前記制御量ＵＲへの重畳を解除するときの条件は、前記偏差の値に基づく
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項２】
バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段とを備えるバルブポジショナであって、
前記デジタル演算手段は、予めバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え、
前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出手段とを備え、前記バルブが動いていた方向と、前記入力信号ＳＰとによりこれからバルブが動こうとしている方向とが逆の場合に、バルブのヒステリシスをキャンセルするヒステリシス加算量Ｈｕｒを前記制御量ＵＲに加算する
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項３】
前記バルブのヒステリシスをキャンセルする量は、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基づいて設定することを特徴とする請求項２に記載のバルブポジショナ。
【請求項４】
バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段とを備えるバルブポジショナであって、
前記デジタル演算手段は、予めバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え、
前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出手段と、前記バルブが静止した状態のときの制御量ＵＲを記憶する第１の記憶手段と、前記入力信号ＳＰが変化したときの制御量ＵＲを記憶する第２の記憶手段とを備え、第２の記憶手段の値から前記第１の記憶手段の値を差し引いたヒステリシス補正値を算出し、該ヒステリシス補正値に基づいたバルブのヒステリシス加算量Ｈｕｒを前記制御量ＵＲに加算する
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項５】
前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基づいて算出することを特徴とする請求項４に記載のバルブポジショナ。
【請求項６】
バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段と、該電空変換手段における気体流量を検出する圧力センサ手段と、を備えるバルブポジショナであって、
前記デジタル演算手段は、予めバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶと前記圧力センサ手段からの信号とからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を生成して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え、
前記ヒステリシス演算手段は、前記バルブの静止したときの前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第１の圧力記憶手段と、前記入力信号が変化したときの前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第２の圧力記憶手段とを備え、該第２の圧力記憶手段の値から前記第１の圧力記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシス補正値とし、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出する
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項７】
バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段とを備えるバルブポジショナであって、
前記デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリシス情報を計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステリシス計測手段により算出したバルブのヒステリシス情報を蓄積するバルブヒステリシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え、
前記ヒステリシス計測手段は、通常運転に入る前に、制御量ＵＲがバルブの時定数の影響を受けないように充分ゆっくりした速度で可変し、該バルブが動いたときの制御量ＵＲの順方向初期値と、該バルブが逆方向に動いたときの制御量ＵＲの逆方向初期値とを算出し、前記順方向初期値から逆方向初期値とを差し引いた値をバルブのヒステリシス情報とする
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項８】
バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段を備えるバルブポジショナであって、
前記デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリシス情報を計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステリシス計測手段により算出したバルブのヒステリシス情報を蓄積するバルブヒステリシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え、
前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出手段とを備え、前記バルブが動いていた方向と、前記入力信号ＳＰとによりこれからバルブが動こうとしている方向とが逆の場合に、バルブのヒステリシスをキャンセルするヒステリシス加算量Ｈｕｒを制御量ＵＲに加算する
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項９】
バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段と、該電空変換手段における気体流量を検出する圧力センサ手段と、を備えるバルブポジショナであって、
前記デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリシス情報を計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステリシス計測手段により算出したバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶと前記圧力センサ手段からの信号とからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え、
前記ヒステリシス計測手段は、通常運転に入る前に、制御量ＵＲをゆっくりした速度で可変し、前記バルブが動いたときに前記圧力センサで検出した順方向初期値と、該制御量ＵＲを逆方向に可変して該バルブが逆方向に動いたときに該圧力センサで検出した逆方向初期値とを算出し、前記順方向初期値から逆方向初期値を差し引いた値をバルブのヒステリシス情報とする
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項１０】
バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段と、該電空変換手段における気体流量を検出する圧力センサ手段と、を備えるバルブポジショナであって、
前記デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリシス情報を計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステリシス計測手段により算出したバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶと前記圧力センサ手段からの信号とからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備え、
前記ヒステリシス演算手段は、前記バルブの静止したときの前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第１の圧力記憶手段と、前記入力信号が変化したときの前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第２の圧力記憶手段とを備え、該第２の圧力記憶手段の値から前記第１の圧力記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシス補正値とし、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出する
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項１１】
制御対象であるバルブの弁開度を設定するための入力信号ＳＰを受信することができる受信手段と、前記弁開度を計測して電気信号に変換するステム変位センサ手段と、該ステム変位センサ手段からのステム変位信号ＰＶと、前記入力信号ＳＰとの偏差とに基づいて弁開度位置を制御するための制御量ＵＲを演算出力する制御演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バルブの弁開度を制御する電空変換手段とを備えるバルブポジショナであって、
前記制御演算手段は、前記制御対象の不感帯を演算し、該不感帯を低減する一定の操作量を予め演算しておき、前記ステム変位信号ＰＶと前記入力信号ＳＰとに偏差が生じた時に、前記操作量を前記制御量ＵＲに重畳させるようにし、
所定の前記重畳が必要な偏差値と、所定の前記重畳が不必要な偏差値との２個のしきい値を備えた、
ことを特徴とするバルブポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブポジショナに関するものであり、特にバルブ特有のヒステリシス並びに電空変換部分に発生する不感帯を改良したバルブポジショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における調整弁の弁開度を所定の信号に応じて制御するバルブポジショナにおいて、調整弁を制御するアルゴリズムの開発は、その製品の性能を決めることになるので極めて重要な事項になってきている。
【０００３】
以前においては、バルブポジショナは、機械式のものが多いため、機械機構による制御アルゴリズムが主流であり、Ｐ（比例）制御が圧倒的に多かった。逆に、Ｐ制御以外のアルゴリズムは、機械機構では実現できなかった。
【０００４】
しかし、近年において、特にデジタル形式のバルブポジショナが開発され、演算機能を有するポジショナが出現している。この演算機能を持つことにより、制御アルゴリズムはソフトウエアで実現できるようになるため、おおよそ全ての方式の制御演算が可能になってきている。従って、制御アルゴリズムは、Ｐ（比例）制御からＰＩＤ（比例、積分、微分）制御に発達してきている。
【０００５】
この結果、調整弁の制御性は格段に向上した。しかし、技術革新が進めば、市場の要求も更に厳しくなるのは当然であって、現在では、更に優れた制御性を持つポジショナが求められている。
【０００６】
このような背景のもとにおいて、各ポジショナベンダーでは、調整弁の制御アルゴリズムの開発が活発に進められている。採用されているアルゴリズムは、ＰＩＤ制御アルゴリズムが最もポピュラーであるが、このＰＩＤ制御アルゴリズムだけでは調整弁特有の非線形性を十分吸収することが出来ないため、ＰＩＤ制御に色々な機能を付加することにより、調整弁の制御性を向上させようとしている。
【０００７】
このようなＰＩＤ動作機能を有するバルブポジショナは、図１７に示すように、電気的な信号に基づいて空気流量を制御してバルブをコントロールする、所謂、電空ポジショナであり、その構成はバルブで制御する流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰを入力し、且つこの入力信号ＳＰとバルブ１２位置のフィードバック信号であるステム変位信号ＰＶに基づいて制御量ＵＲを演算出力するコントローラ１１と、このコントローラ１１からの制御量ＵＲに基づいて空気圧を制御するＩ／Ｐモジュール１３と、Ｉ／Ｐモジュール１３の信号によりバルブ１２に供給する空気流量を制御するパイロットリレー１４と、パイロットリレー１４からの空気流量によりステムを変位させて流体を制御するバルブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出するステム変位センサ１５とから構成されている。このうち、Ｉ／Ｐモジュール１３とパイロットリレー１４とで電空変換部１６を構成する。
【０００８】
このような構成からなるバルブポジショナの最もポピュラーなデジタルＰＩＤ制御の演算アルゴリズムは、下記の式のようになる。
【０００９】
Ｐ（ｎ）＝ＳＰ（ｎ）−ＰＶ（ｎ）
Ｉ（ｎ）＝Δｔ／Ｔｉ＊Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ−１）
Ｄ（ｎ）＝Ｔｄ／（Δｔ＋Ｉ／γ＊Ｔｄ）＊（Ｐ（ｎ−１）−Ｐ（ｎ）＋１／γ＊Ｄ（ｎ−１）
Ｕ（ｎ）＝Ｋｐ＊（Ｐ（ｎ）＋Ｉ（ｎ）＋Ｄ（ｎ））
ＳＰ；目標値（入力信号）、ＰＶ（ｎ）；フィードバック値（バルブ弁開度の信号；ステム変位信号）、Ｐ（ｎ）；比例器、Ｉ（ｎ）；積分器、Ｄ（ｎ）；微分器、Ｕ（ｎ）；制御信号（制御量）、Δｔ；制御周期、Ｔｉ；積分時間、Ｔｄ；微分時間、γ；微分ゲイン、Ｋｐ；比例ゲイン
【００１０】
このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、図１８に示すブロック図で示すことができ、バルブポジショナのＰＩＤ制御アルゴリズムの動作は、ＰＩＤの文字通り、比例器（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）から構成され、制御量ＵＲはそれぞれ、Ｐ、Ｉ、Ｄの値を加算した値に、Ｋｐなる比例ゲインを乗算して得られる。
【００１１】
比例器（Ｐ）は、ポジショナの入力信号ＳＰと、調整弁の弁開度を示すステム変位をステム変位センサ１５で検出し、検出した電気信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換したステム変位信号ＰＶの値との差、即ち、偏差値で表す。
【００１２】
積分器（Ｉ）は、積分時間Ｔｉで設定されるパラメータで決まる割合で、偏差値を積分するものである。
【００１３】
微分器（Ｄ）は、微分時間、微分ゲインで設定されるパラメータで決まる割合で、偏差値を微分するものである。
最終的な、制御量ＵＲは、比例器（Ｐ）、積分器（Ｉ）、微分器（Ｄ）の値を加算したものに対し、比例ゲインＫｐを乗算した値で求める。
【００１４】
コントローラ１１は、バルブステム変位信号ＰＶを入力信号ＳＰにすばやく、正確にトラッキングさせるため、このような演算を行わないで制御量ＵＲを求めている。例えば、入力信号ＳＰとステム変位信号ＰＶとに差がある場合は、コントローラ１１はステム変位信号ＰＶと入力信号ＳＰを近づける方向に制御量ＵＲの値を変化する。又、入力信号ＳＰとステム変位信号ＰＶに差がない場合は、制御量ＵＲの値は変化しない。
【００１５】
このようなＰＩＤ制御アルゴリズムは、単純であるため、本質的に優れているが、制御対象に非線形性が存在する場合、制御性が著しく悪化する場合がある。ここで、コントローラ１１によって制御対象となるものは、制御量ＵＲの値を供給する電空変換部１６からバルブ１２までをさす。
【００１６】
次に、具体的な制御対象で発生する非線形性現象について述べる。制御対象の非線形性の一つは、不感帯である。不感帯とは、ヒステリシスや他の要因により制御量ＵＲを変化させても、バルブ１２の弁開度に対し感度が悪い、又は制御量ＵＲの変化により、バルブ１２の弁開度経の変化は生じるが制御量ＵＲに応じたバルブ１２の弁開度の変化率が得られない領域のことをさす。つまり、制御量ＵＲがバルブ１２の弁開度の制御を適切に行えない領域のことである。
【００１７】
ここでは、その不感帯の一例を示す。ポジショナの一要素としてＩ／Ｐモジュール１３の出力信号を入力して空気流量を増幅するパイロットリレー１４がある。このパイロットリレー１４には、入力空気信号（通常ノズル背圧、以後、ノズル背圧と呼ぶ）と出力空気流量の間に、空気を制御するために発生する特有の不感帯が存在する。
【００１８】
イロットリレー１４は、図１９に示すように、筐体２０内部に４つの部屋、供給圧室２１、出力圧室２２、排気圧室２３、背圧室２４とからなり、供給圧室２１と出力圧室２２との間に給気弁座２５を設け、出力圧室２２と排気圧室２３との間に排気弁座２６を設けた構造となっている。給気弁座２５と排気弁座２６との間にはポペット弁２７を摺動自在に配置した構造となっている。排気弁座２６の上方側には筐体２０の内壁面に取付けた出力圧ダイアフラム２８と、排気弁座２６の基部端部側には背圧ダイアフラム２９を設けた構造となっている。この両者のダイアフラム２８、２９によって、出力圧室２２と排気圧室２３と背圧室２４とを隔離した構成となっている。又、ポペット弁２７が、一方の端部側からバネ３０により付勢されており、常時給気弁座２５を閉塞するように機能している。更に、供給圧室２１と出力圧室２２との隔壁には、貫通孔のブリード孔３１を設けた構造となっている。
【００１９】
このような構造からなるパイロットリレー１４は、図２０に示すような、ブロック線図で表すことができる。但し、原理を簡単に示すため、ポペット弁２７のマス、不感帯、バネ３０、ブリード孔３１やメカニカルな摩擦等の影響はないものとする。
【００２０】
このようなブロック線図の図２０を参照して、パイロットリレー１４の動作は、先ず背圧室２４のノズル背圧が変化することにより、排気弁座２５が背圧ダイアフラム２９から力を受け、排気弁座２６が動く（図１９において左方向）ことにより、出力圧室２２に流れ込む空気流量又は、出力圧室２２から排気される空気流量を調整することにより、出力圧を制御している。
【００２１】
ここでポペット弁２７による不感帯について説明する。定常状態では、ポペット弁２７は、供給圧力で給気弁座２５に押し付けられているので閉まっている。従って、供給圧室２１から出力圧室２２には、ブリード孔３１から空気が流れ込む。この出力圧は、一定なので、ブリード孔３１から流れ込んだ空気は、排気されるので排気弁座２６はブリード孔３１から流れ込む流量を排気するだけの開口面積をポペット弁２７との間に保った状態でバランスしている。
【００２２】
この状態から、ノズル背圧を減圧すると、ノズル背圧の圧力を受け、排気弁座２６への力と変換する背圧ダイヤフラム２９にかかる圧力が減少し、排気弁座２６はポペット弁２７から離れ、出力圧室２２と排気圧室２３との開口面積が増え、出力圧室２２から空気は流出し、出力圧室２２の圧力は下がる。やがて、出力圧を受け、排気弁座２６へのフイードバック力に変換する出力圧ダイアフラム２８にかかる圧力も減少し、排気弁座２６はブリード孔３１から流れ込む流量を排気するだけの開口面積をポペット弁２７との間に保った状態でバランスする。逆に、ノズル背圧を増加させると、排気弁座２６はポペット弁２７に近づきやがて、ポペット弁２７にぶつかり、出力圧室２２と排気圧室２３を遮断する。この状態では、供給圧室２１から出力圧室２２にブリード孔３１を通して流れ込む流量が出力圧室２２に供給するだけで、出力圧室２２の圧力変化は小さく一定である。ポペット弁２７自身は、供給圧とポペット弁２７を押さえるバネ３０で押されているため、ポペット弁２７が供給圧とバネ３０から受けている力を排気弁座２６が受ける力を上回らない限り、給気弁座２５は開かない。従って、給気弁座２５を開くためには、ある一定以上のノズル背圧の変化が必要になる。排気弁座２６がポペット弁２７にぶつかり、ポペット弁２７を押し、給気弁座２５を開くまでの間、出力圧の変化は、ブリード孔３１から出力圧室２２に流れ込む流量での圧力の変化となり、ノズル背圧が変化しても変わらない。ノズル背圧が増加して、ポペット弁２７を給気弁座２５から押し開けると、ノズル背圧の変化に応じて、給気弁座２５の開口面積が広がり、出力圧室２２に流入する空気流量が変化するので、出力圧力の変化率も増加する。
【００２３】
このような動作をするポペット弁２７を使用するパイロットリレー１４は、図２１に示すように、ノズル背圧の変化と出力圧力の変化率（ｄｐ／ｄｔ；流量）にはノズル背圧が変化しても出力圧が変化しないという構造上特有の不感帯が存在する。又、この不感帯は、図２２に示すように、給気弁座２５が閉まり、ブリード孔３１を介して供給圧室２１側から出力圧室２２側に流れる場合には、給気側にのみ圧力が存在するため、給排気の動特性に差が出てくる。つまり、出力圧の動特性に非線形性が存在する場合、給排気特性が大きく変わることになる。この非線形性は、バルブポジショナ又は電空変換器が持つコントローラが吸収することが求められており、その分制御アルゴリズムの設計を困難にしている。
【００２４】
又、上述の不感帯と広い意味で同じくし、一時的なバルブ１２の制御不能になるものとして、制御部分をデジタル制御にし、バルブ特有のヒステリシスを考慮したバルブポジショナがある。
このデジタル制御するバルブポジショナは、図２３に示すように、バルブ１２の弁開度をステム変位センサ１５で検出し、この検出したステム変位信号ＰＶをフィードバック信号として利用し、入力信号ＳＰと一致するように、バルブ１２の入力圧の制御量ＵＲを決定している。この場合のバルブポジショナは、一般にＰＩＤ制御アルゴリズムを利用しており、所謂、制御の部分をデジタルで演算制御するデジタル演算部３５を設けた構成が周知である。
【００２５】
このバルブポジショナの構成は、入力信号ＳＰと、ステムからのフィードバック信号であるステム変位信号ＰＶとを入力して演算するデジタル演算部３５と、演算された制御量ＵＲをアナログ値に変換するＤ／Ａ変換部（Ｄ／Ａ）３６と、アナログ値を電流信号に変換するＶ／Ｉ変換部（Ｖ／Ｉ）３７と、この信号Ｉに基づいて気体流量を変換してバルブ１２に供給するＩ／Ｐモジュール１３、パイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４と、バルブ１２のステム変位を検出するステム変位センサ（ｍｍ／Ｖ）１５と、このステム変位センサ１５で検出した信号を増幅する増幅器（Ａｍｐ）３８と、増幅された信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ）３９とから構成されている。ここで、Ｖ／Ｉ変換部３７と、Ｉ／Ｐモジュール１３と、パイロットリレー１４とで電空変換部１６を構成する。
【００２６】
デジタル演算部は、入力信号ＳＰとステム変位信号ＰＶとを入力する偏差混合器４０と、混合された信号をＰＩＤ制御アルゴリズムで制御量ＵＲを算出するＰＩＤ演算部４１とから構成されている。
【００２７】
このＰＩＤ演算部４１は、図２４に示すように、ＰＩＤ制御アルゴリズムを構成するものであり、入力信号ＳＰとステム変位信号ＰＶとを偏差混合させた信号ＳＰーＰＶを積分器（Ｉ）、比例器（Ｐ）、微分器（Ｄ）にそれぞれ入力し、その出力信号を混合して比例ゲインＫｐの値を可変させることで制御量ＵＲを得る構成となっている。
【００２８】
制御対象のバルブ１２の応答特性の理想は、入力信号ＳＰに対して、無駄時間が無く、素早く応答することであるが、実際には、制御対象のバルブ１２にはヒステリシス（バルブのバッキングリアクション）が存在し、微少な入力信号を与えた場合、出力圧がヒステリシスに打ち勝つまではバルブは応答しない。特に、制御対象の時定数が小さい場合には、定数の比例ゲインＫｐの値を大きく取ると、系が発振するため、定数の比例ゲインＫｐが大きく設定できず、入力信号ＳＰを与えても、制御対象のヒステリシスに打ち勝つ迄の圧力に比例器（Ｐ）だけでの信号では達せず、積分器（Ｉ）の出力が圧力を補うまでの時間が必要である。
【００２９】
【発明が解決するための課題】
このように、従来技術におけるバルブポジショナにおいては、バルブ特有の不感帯及びヒステリシスという問題が存在している。
【００３０】
上述したような不感帯があるパイロットリレーを搭載しているバルブポジショナにおいては、以下に示すような問題点をバルブの制御に与える。
【００３１】
目標値である入力信号ＳＰとフイードバック値であるステム変位信号ＰＶが一致せず、偏差が生じた場合、図２２に示すように、バルブ制御は偏差を小さくする方向に、コントローラからの制御量ＵＲの値を変化させる。偏差が大きく、制御量ＵＲの値の変化が不感帯を超える大きさであれば、パイロットリレーの流量は制御量ＵＲの値の大きさにより変化するが、やがて偏差が小さくなると不感帯に入る。不感帯内では、制御量ＵＲの値が変化してもパイロットリレーの出力流量は、ブリード孔から流れ込む流量で決まるので、バルブの調節弁に供給するか又は排気する空気流量は一定となるので、調節弁ステムの速度は一定となり制御量ＵＲの値で制御できなくなる。バルブの空気容量が小さい場合は、問題はそれほど深刻ではないが、バルブの空気容量が大きい場合は、ブリード孔という僅かな流量しか流せない穴から流れる流量でバルブを動かすことになるので、ステムの応答は極端に遅くなる（図１９参照）。この間、偏差は残っているわけであるから、当然積分器はその偏差を積分している。つまり、積分器が必要以上に偏差を留めてしまい、目標値の入力信号ＳＰでフイードバック値のバルブステム変位信号ＰＶの値が止まらず行き過ぎが生じてしまう。一旦、行き過ぎが生じると必要以上に偏差を留めた積分器がその偏差を吐き出すまでステムは整定しない。このような問題には従来のＰＩＤ制御アルゴリズムを備えた制御器であるバルブポジショナでは対応できないという問題がある。
【００３２】
又、上述したデジタル制御をする場合であってもポジショナの制御対象であるバルブの出力（バルブステム変位）がポジショナにフィードバックし、その値が設定値と一致するような制御を行っていた。つまり、｛ポジショナ＋バルブ｝の制御系を観測する信号は、バルブのステム変位のみであるからこのような問題が生じるものと観測できるのである。
【００３３】
バルブのヒステリシスが直接影響される問題として、ポジショナのＰＩＤ制御アルゴリズムそのものに問題を起因しているものと考えられる。以下、ポジショナのＰＩＤ制御アルゴリズムにおいて如何にバルブのヒステリスの影響を被るかについての解析を行う。
【００３４】
図２４より、比例器（Ｐ）、微分器（Ｄ）、積分器（Ｉ）から操作量ＵＲは、偏差値ｅｒｒ（ｔ）＝ｓｐ（ｔ）−ｐｖ（ｔ）とすると、下記の式１で表すことができる。
【００３５】
【式１】
0003656892.tif 000002
【００３６】
このような制御アルゴリズムを備えたＰＩＤ制御アルゴリズムにおいて、所謂、ステップ入力信号ＳＰを与えると、図２５に示すように、制御量ＵＲ（ｕｒ（ｔ））は制御対象のバルブのヒステリシスが大きく且つ入力ステップ信号ＳＰが小さい場合には、最初の微分器（Ｄ）が出力する信号も小さくなるので制御量ＵＲ（ｕｒ（ｔ））はバルブのヒステリシス（バルブのヒステリシスの是正点）を超えられない。このような場合は、入力ステップ信号ＳＰを与えてもバルブステムはステップ信号ＳＰに反応せず、その後の積分器（Ｉ）の出力がバルブのヒステリシスを打ち破るまで、バルブステムは止まったままである。即ち、ステップ入力信号ＳＰを与えてからバルブが反応するまでの無駄な時間が発生していることになる。
【００３７】
又、微分器（Ｄ）の出力により、制御量ＵＲ（ｕｒ（ｔ））がバルブのヒステリシスを超えたとしても通常のヒステリシスが小さい場合のような応答はできず、最終目標値に達する時間が長くなるという問題もある。これは上述式１からもわかるように、制御を行うパラメータとして、バルブの位置情報であるステム変位信号ＰＶの値と入力信号ＳＰの値だけで、操作量ＵＲを決めていたためである。即ち、バルブのヒステリシスの状態が操作量ＵＲに反映されないためヒステリシスの影響を大きく受けているためである。
【００３８】
更に、プラントの効率を上げるため、配管に流れる流体の圧力及び温度が上がる傾向にあり、バルブからの流体の漏れを止めるため、バルブのパッキングフリクションは大きくなり、その分、バルブのヒステリシスは大きくなる傾向にあるので、上記上述した問題は更に大きくなってきている。
【００３９】
従って、ＰＩＤ制御アルゴリズムを採用しているバルブポジショナにおいて、特にパイロットリレーで発生する不感帯を削減又は減少させること、並びにバルブ特有のヒステリスに対応したフイードバック制御を適確にできるようにして、バルブの応答性を早くすることに解決しなければならない課題を有している。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るバルブポジショナは、制御対象であるバルブの弁開度を設定するための入力信号ＳＰを受信することができる受信手段と、前記弁開度を計測して電気信号に変換するステム変位センサ手段と、該ステム変位センサ手段からのステム変位信号ＰＶと、前記入力信号ＳＰとの偏差とに基づいて弁開度位置を制御するための制御量ＵＲを演算出力する制御演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バルブの弁開度を制御する電空変換手段とからなるバルブポジショナであって、前記制御演算手段は、前記制御対象の不感帯を演算し、該不感帯を低減する一定の操作量を予め演算しておき、前記ステム変位信号ＰＶと前記入力信号ＳＰとに偏差が生じた時に、前記操作量を前記制御量ＵＲに重畳させるようにしたことである。
【００４１】
又、前記操作量を、前記制御量ＵＲに重畳させる時並びに重畳を解除する時の条件は、前記偏差の値に基づくこと；前記操作量を、前記制御量ＵＲに重畳させる時の条件は、前記入力信号ＳＰが変化した時であり、前記制御量ＵＲへの重畳を解除する時の条件は、前記偏差の値に基づくことである。
【００４２】
他のバルブポジショナは、バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいて前記バルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段とからなるバルブポジショナであって、前記デジタル演算手段は、予めバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備えたことである。
【００４３】
又、前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出手段とを備え、前記バルブが動いていた方向と、前記入力信号ＳＰとによりこれからバルブが動こうとしている方向とが逆の場合に、バルブのヒステリシスをキャンセルするヒステリシス加算量Ｈｕｒを前記制御量ＵＲに加算すること；前記バルブのヒステリシスをキャンセルする量は、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基づいて設定すること；前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出手段と、前記バルブが静止した状態の時の制御量ＵＲを記憶する第１の記憶手段と、前記入力信号ＳＰが変化した時の制御量ＵＲを記憶する第２の記憶手段とを備え、第２の記憶手段の値から前記第１の記憶手段の値を差し引いたヒステリシス補正値を算出し、該ヒステリシス補正値に基づいたバルブのヒステリシス加算量Ｈｕｒを前記制御量ＵＲに加算すること；前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基づいて算出することである。
【００４４】
他のバルブポジショナは、バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段と、該電空変換手段における気体流量を検出する圧力センサ手段と、からなるバルブポジショナであって、前記デジタル演算手段は、予めバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶと前記圧力センサ手段からの信号とからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を生成して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備えたことである。
【００４５】
又、前記ヒステリシス演算手段は、前記バルブの静止した時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第１の圧力記憶手段と、前記入力信号が変化した時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第２の圧力記憶手段とを備え、該第２の圧力記憶手段の値から前記第１の圧力記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシス補正値とし、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出すること；前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基づいて設定することである。
【００４６】
他のバルブポジショナは、バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段とからなるバルブポジショナであって、前記デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリシス情報を計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステリシス計測手段により算出したバルブのヒステリシス情報を蓄積するバルブヒステリシス情報手段と、前記制御量ＵＲと前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶとからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備えたことである。
【００４７】
又、前記ヒステリシス計測手段は、通常運転に入る前に、制御量ＵＲがバルブの時定数の影響を受けないように充分ゆっくりした速度で可変し、該バルブが動いた時の制御量ＵＲの順方向初期値と、該バルブが逆方向に動いた時の制御量ＵＲの逆方向初期値とを算出し、前記順方向初期値から逆方向初期値とを差し引いた値をバルブのヒステリシス情報とすること；前記ヒステリシス演算手段は、前記ステム変位信号ＰＶからバルブの動きを検出するバルブステム状態検出手段と、前記入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出手段とを備え、前記バルブが動いていた方向と、前記入力信号ＳＰとによりこれからバルブが動こうとしている方向とが逆の場合に、バルブのヒステリシスをキャンセルするヒステリシス加算量Ｈｕｒを制御量ＵＲに加算すること；前記バルブのヒステリシスをキャンセルする量は、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基づいて設定することである。
【００４８】
他のバルブポジショナは、バルブで制御することができる流体の流体流量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰと、バルブステムの変位を電気信号に変換して得られたステム変位信号ＰＶとをＰＩＤ制御アルゴリズムで演算して制御量ＵＲを生成するデジタル演算手段と、前記制御量ＵＲに基づいてバルブに供給する気体流量を制御する電空変換手段と、該電空変換手段における気体流量を検出する圧力センサ手段と、からなるバルブポジショナであって、前記デジタル演算手段は、前記バルブのヒステリシス情報を計測するヒステリシス計測手段と、該ヒステリシス計測手段により算出したバルブのヒステリシス情報を蓄積してあるバルブヒステリシス情報手段と、前記入力信号ＳＰと前記ヒステリシス情報と前記ステム変位信号ＰＶと前記圧力センサ手段からの信号とからヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出するヒステリシス演算手段と、前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒと前記制御量ＵＲとを加算してヒステリシス制御量ＵＲ’を算出して前記電空変換手段に供給するヒステリシス加算手段とを備えたことである。
【００４９】
又、前記ヒステリシス計測手段は、通常運転に入る前に、制御量ＵＲをゆっくりした速度で可変し、前記バルブが動いた時に前記圧力センサで検出した順方向初期値と、該制御量ＵＲを逆方向に可変して該バルブが逆方向に動いた時に該圧力センサで検出した逆方向初期値とを算出し、前記順方向初期値から逆方向初期値を差し引いた値をバルブのヒステリシス情報とすること；前記ヒステリシス演算手段は、前記バルブの静止した時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第１の圧力記憶手段と、前記入力信号が変化した時の前記圧力センサ手段からの信号を記憶する第２の圧力記憶手段とを備え、該第２の圧力記憶手段の値から前記第１の圧力記憶手段の値を差し引いた値をヒステリシス補正値とし、該値に基づいてヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出すること；前記ヒステリシス加算量Ｈｕｒは、前記バルブヒステリシス情報手段に蓄積されているヒステリシス情報に基づいて設定することである。
【００５０】
このように制御対象のバルブ特有の不感帯を考慮し、この不感帯を低減する一定の操作量を予め演算しておき、ステム変位信号と入力信号に偏差が生じた時に、予め演算しておいた操作量を、制御量ＵＲに重畳させるようにしたことにより、不感帯の削減又は縮小をすることが可能になる。
【００５１】
又、バルブ特有のヒステリシスにおいては、その特有な特徴から発生するバルブヒステリシス情報を、バルブ制御の条件環境に合わせて追加及び補正をすることにより、バルブのヒステリシスを抹消した状態にして迅速なバルブ応答性を可能にすることができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るバルブポジショナの種々の実施の形態について図面を参照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同じものには、同一符号を付けて説明する。
【００５３】
本発明に係る第１の実施の形態のバルブポジショナは、従来技術で説明したパイロットリレー１４（図１９参照）と同じ構成となっており、そのバルブ特有の不感帯を低減する手法に関するものである。従って従来技術での図１７及び図１９はそのまま引用する。
【００５４】
パイロットリレー１４における不感帯は、供給圧と大気圧とポペット弁２７の形状によりほぼ決まるため、どのような状態でもほぼ一定である事が考えられる。従って、不感帯がある方向にバルブ１２を駆動する時に、不感帯の量は予め解っているので不感帯を打ち消す方向に制御量ＵＲを算出すれば不感帯を軽減できるはずである。
【００５５】
このような、バルブ１２特有の不感帯を考慮し、且つ不感帯の影響を軽減するに適切な制御量ＵＲに適宜重畳するブーストＢｏｏｓｔ機能（操作量）を有するようにしたバルブポジショナの動作について、図１に示すブロックフロー及び図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００５６】
先ず、制御演算手段を備えているコントローラ１１は、偏差の方向は、バルブの不感帯が発生する方向か否かを検出する（ステップＳＴ１１）。
【００５７】
もし、偏差の方向が不感帯を存在する方向である場合には、偏差の量はＢｏｏｓｔ機能が必要な大きさであるかを検討する（ステップＳＴ１２）。即ち、図２に示すように、Ｂｏｏｓｔが必要な一定の偏差値と、Ｂｏｏｓｔが不必要な一定の偏差値とを予め設定しておき、偏差量が、Ｂｏｏｓｔが必要な偏差値を超える場合には、Ｂｏｏｓｔをオンにする。
【００５８】
もし、Ｂｏｏｓｔ機能が不必要であれば、制御量｛ＵＲ＝ＵＲ｛の処理（ステップＳＴ１３、ＳＴ１４）をし、Ｂｏｏｓｔ機能が必要な場合には、制御量｛ＵＲ＝ＵＲ＋Ｂｏｏｓｔ｝の処理をして制御量ＵＲにＢｏｏｓｔを重畳させる処理を行う（ステップＳＴ１５）。この制御量ＵＲに重畳させると、図２に示すように、制御量ＵＲがＢｏｏｓｔ分だけ加わるから急激に大きくなり、下降勾配して減少し、Ｂｏｏｓｔが不必要な偏差値までくると、制御量ＵＲはなくなる。
【００５９】
尚、このように、Ｂｏｏｓｔが必要な偏差値とＢｏｏｓｔが不必要な偏差値との２個のしきい値により重畳動作を行わせているが、１つのしきい値であってもよい。しかし、ステム変位信号ＰＶの値のバラツキやノイズの影響等を考えると２段階のしきい値でＢｏｏｓｔの判断を行うほうがより安定した制御をすることができる。
【００６０】
次に、Ｂｏｏｓｔにより重畳する他の具体例について、図３のフローチャート、及び図４のタイミングチャートを参照して説明する。この手法は、Ｂｏｏｓｔの判断を全て偏差で行わないで、入力信号ＳＰの値で行う手法である。
【００６１】
先ず、制御演算手段において、入力信号ＳＰの変化は不感帯が存在する方向か否かを判断する（ステップＳＴ２１）。
【００６２】
もし、不感帯が存在する方向である場合には、その入力変化量は、Ｂｏｏｓｔが必要な大きさか否かを判断する（ステップＳＴ２２）。もし、不感帯が存在する方向でない場合には、現在Ｂｏｏｓｔ機能を使用しているか否かを判断する（ステップＳＴ２３）。既に、Ｂｏｏｓｔ機能を搭載している場合には、現実の偏差の量がＢｏｏｓｔ機能が不必要な大きさであるか否かを判断する（ステップＳＴ２４）。ステップＳＴ２２に戻って、Ｂｏｏｓｔが必要な大きさまたはＢｏｏｏｓｔが必要である場合には、図４に示すように、入力信号ＳＰの値がＢｏｏｓｔを必要とする入力信号ＳＰの変化量（しきい値）を超えた場合であり、且つ偏差の値がＢｏｏｓｔが不必要な偏差値を超えた状態である。この条件を満足すると、Ｂｏｏｓｔがオンになり、制御量ＵＲが必要な値に急激に上昇する。
【００６３】
即ち、Ｂｏｏｓｔが必要と判断すると、制御量｛ＵＲ＝ＵＲ＋Ｂｏｏｓｔ｝の処理をする（ステップＳＴ２５）。Ｂｏｏｓｔが必要でない場合には、制御量｛ＵＲ＝ＵＲ｝の処理をする（ステップＳＴ２６）。
【００６４】
このように、入力信号ＳＰの変化量に応じてＢｏｏｓｔを重畳させるようにすることにより、不感帯を減少又はなくして、正確且つ精巧なバルブ制御を達成することができるのである。
【００６５】
尚、実施例においては、パイロットリレー１４の不感帯の例を扱ったが、これに限定されることなく通常電空変換部は、ポジショナ内部に持っている要素、例えばＩ／Ｐ変換機構、パイロットリレー、ステム変位センサ等に加え、制御のターゲットであるバルブを含んだ制御対象の中には様々な不感帯がある。これらの不感帯を演算、又は予測することにより、上述したパイロットリレー１４の不感帯軽減と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
次に、第２の実施の形態のバルブポジショナについて図面を参照して説明する。第２の実施の形態のバルブポジショナは、バルブのヒステリシスをフイードバック制御して、バルブの応答性を早めるようにしたことであり、以下その種々の実施例について説明する。
【００６７】
第１の実施例のバルブポジショナは、ポジショナの入力信号ＳＰが変化した場合、ポジショナは入力信号ＳＰの変化とバルブの弁開度が一致するように制御するが、バルブにヒステリシスがあるため無駄な時間が生じる。従って、バルブのヒステリシスの情報を予め入力又は測定により記憶しておき、入力信号ＳＰが変化した時にヒステリシスに相当するバルブの操作量をバイアスとして制御量ＵＲに加算することにより、バルブのヒステリシスを見かけ上キャンセルできる。この方法により、無駄な時間を短縮し、入力信号ＳＰの変化に対して機敏な応答特性が得られる。
【００６８】
このような機能を有するバルブポジショナの構成は、図５に示すように、バルブ１２が制御する流体量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰとバルブ１２からのフィードバック信号とから制御量ＵＲを算出するデジタル演算部３５Ａと、ヒステリシス制御量ＵＲ’をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部３６と、アナログ信号Ｖに基づいてバルブ１２に供給する空気流量を制御する電空変換部１６と、バルブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出するステム変位センサ（ｍｍ／Ｖ）１５と、ステム変位センサ１５からの信号を増幅するアンプ（Ａｍｐ）３８と、増幅された信号をデジタル値に変換してステム変位信号ＰＶを生成するＡ／Ｄ変換器３９とから構成されている。電空変換部１６はヒステリシス制御量ＵＲ’を電流Ｉに変換する変換部（Ｖ／Ｉ）３７と、電流Ｉに基づいて空気流量を制御する入力モジュール（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量をバルブ１２に供給するパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４とから構成されている。
【００６９】
デジタル演算部３５Ａは、バルブ１２のヒステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルする方向を検知するためのバルブステム状態検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動いていた方向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１２が動こうとしている方向が逆である場合、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせることを判断するヒステリシス演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせるだけの操作量に相当するヒステリシス加算量Ｈｕｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出し、操作量ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９とから構成されている。
【００７０】
このような構成からなるバルブポジショナは、図６に示すように、バルブヒステリシスの情報を制御量ＵＲに加算する条件は、▲１▼入力信号ＳＰが変化した時、▲２▼バルブステムが動いている方向又は動いていた方向が入力信号ＳＰが変化した方向と逆である時、の２条件が同時に成り立つ時にバルブヒステリシス操作量換算値ＶＨを制御量ＵＲに換算する制御をする。ここで、バルブヒステリシスを加算する方向とは、ステム変位信号ＰＶが増加する方向がバルブステムが開く方向であり、ステム変位信号ＰＶが減少する方向がバルブステムが閉まる方向とする。
【００７１】
このような特性を有するバルブポジショナの動作について、図７に示すフローチャートを参照にして以下説明する。
【００７２】
先ず、ヒステリス加算量｛Ｈｕｒ＝０｝、バルブ移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にプリセットする（ステップＳＴ１１）。
【００７３】
そして、ステム変位信号ＰＶ｛ｐｖ（ｎ）｝が前の状態と比較して正の状態になった時は、バルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にセットする（ステップＳＴ１３）。負の場合にはバルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝−１｝にセットする（ステップＳＴ１４、ＳＴ１５）。
【００７４】
次に、入力信号ＳＰがゼロの時は、ステップＳＴ１２に戻ってバルブ移動方向ｐｖｄを検出するようにし、もし、入力信号ＳＰに変化が生じて正の状態の時は入力信号変化方向｛ｓｐｄ＝１｝にセットし、負の場合には入力信号変化方向｛ｓｐｄ＝−１｝にセットする（ステップＳＴ１６、ＳＴ１７、ＳＴ１８、ＳＴ１９）。
【００７５】
この状態で、次に入力信号変化方向ｓｐｄとバルブステム移動方向ｐｖｄの積が負の場合、即ち、バルブステムが逆方向に動いたか又は入力信号ＳＰが以前よりマイナスの場合である（ステップＳＴ２０）。この状態で、バルブステムが逆方向に動いた場合には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒはバルブヒステリシス操作量換算値ＶＨを差し引いた値にする（ステップＳＴ２１、ＳＴ２２）。バルブステムが順方向に動いた場合には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒはバルブヒステリシス操作量換算値ＶＨを加算した値にする（ステップＳＴ２３）。
【００７６】
そして、このヒステリシス加算量ＨｕｒをＰＩＤ演算部４１の出力値である制御量ＵＲ｛ｕｒ（ｎ）｝に加算したヒステリシス制御量ＵＲ’（ヒステリシス操作量ｕｒ’（ｎ））を生成する（ステップｓｔ２４）。
【００７７】
このようにして、バルブステムの動き及び入力信号ＳＰの変化に対応させてバルブヒステリシスを加減させることによってバルブ１２の応答性が迅速になるように制御することができるのである。
【００７８】
次に、第２の実施例のバルブポジショナについて図面を参照して説明する。
【００７９】
第２の実施例のバルブポジショナは、上述した第１の実施例で説明した図５に示す構成と同じであり、相違するのはヒステリシス演算部４８で制御する手法が異なる。即ち、ヒステリシス演算部４８はバルブ１２のヒステリシス状態を勘案してヒステリシス量を補正して、バルブヒステリシス加算量Ｈｕｒをヒステリシス加算器４９に与えるようにしたことである。
【００８０】
即ち、バルブステムが停止している状態で、ステム変位信号ＰＶの値が完全に入力信号ＳＰの値と完全に一致していない場合、ＰＩＤ演算部４１の積分器の出力は変化し、それに応じて制御量ＵＲは変化する。つまり、ヒステリシス内にバルブステムが入り込むことにより、制御量ＵＲが変化しても、バルブ１２は動かない。いずれは、積分器の出力がヒステリシスを打ち破る値になりバルブ１２は動くのだが長い時間がかかる。このような状態で入力信号ＳＰが変化した場合、加算するヒステリシスの量が多くなりすぎ、正確な制御ができない場合がある。従って、ヒステリシス演算部４８は、バルブが静止した状態を検知するバルブステム状態検出部４６でバルブステムが静止した状態を知り、その時の制御量ＵＲの値を入力信号状態検出部４７で検出し、その時の制御量ＵＲ（ｕｒ１）を第１の記憶手段に記憶する。また、入力信号ＳＰが変化した時の制御量ＵＲ（ｕｒ２）を第２の記憶手段に記憶する。そして、この第２の記憶手段の値から第１の記憶手段の値とを差し引いた値（ｕｒ２ーｕｒ１）をヒステリシス補正値（＝ヒステリシス加算量Ｈｕｒ）として、バルブ１２のヒステリシスを制御量ＵＲに加算してヒステリシス制御量ＵＲ’とする。
【００８１】
このヒステリシスの情報をヒステリシス制御量ＵＲ’に加算する条件は、図８に示すように、▲１▼入力信号ＳＰが変化した時、▲２▼バルブステムが動いている時、▲３▼バルブステムが停止している時、▲４▼バルブステムが動いている方向又は動いた方向と入力信号ＳＰが変化した方向と逆である時、▲５▼バルブステムが動いている方向又は動いた方向と入力信号ＳＰが変化した方向が同じである時である。
【００８２】
そして、▲１▼、▲２▼、▲４▼の条件が同時に成り立つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ（±は方向により＋又は−となる）｝の計算をする。▲１▼、▲３▼、▲４▼の条件が成り立つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計算をする。▲１▼、▲３▼、▲５▼の条件が成り立つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計算をする。これら以外の時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ（何も行わない）｝の計算をしてバルブヒステリシスを加算する方向に制御する。ここでステム変位信号ＰＶの値が増加する方向がバルブステムが開く方向、ステム変位信号ＰＶの値が減少する方向がバルブステムが閉まる方向とする。
【００８３】
このような特性を有するバルブポジショナの動作について、図９に示すフローチャートを参照して以下説明する。
【００８４】
先ず、ヒステリス加算量｛Ｈｕｒ＝０｝、バルブ移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にプリセットする（ステップＳＴ３１）。
【００８５】
そして、ステム変位信号ＰＶ｛バルブステム値ｐｖ（ｎ）｝を前の状態と比較して正の状態になった時は、バルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝１、ｐｖｚ＝０｝にセットする（ステップＳＴ３２、ＳＴ３３）。負の場合にはバルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝−１、ｐｖｚ＝０｝にセットする（ステップＳＴ３４、ＳＴ３５）。そして、フラグを｛ｆｌａｇ１＝０｝にセットする（ステップＳＴ３６）。
【００８６】
ステム変位信号ＰＶ（バルブステム値ｐｖ（ｎ））を前の状態と比較した時に正でも負でもない状態、即ち、ステム変位信号ＰＶに変化がなかった時には、｛ｐｖｚ＝０｝にセットする（ステップＳＴ３７）。
【００８７】
次に、｛ｐｖｚ＝１およびｆｌａｇ＝０｝の時、即ち、ステム変位信号ＰＶの値に変化があった時には、第１の制御量ＵＲを｛ｕｒ１＝ｕｒ（ｎ）、ｆｌａｇ＝１｝にセットする（ステップＳＴ３８、ＳＴ３９）。
【００８８】
この状態で、入力信号ＳＰ｛入力信号値ｓｐ（ｎ）｝が変化しない時には、ステップ３２に戻り、バルブステムの変化を検出する（ステップＳＴ４０）。正の方向に動いた場合には入力信号変化方向を｛ｓｐｄ＝１｝にセットする（ステップＳＴ４１、ＳＴ４２）。もし、入力信号値ｓｐ（ｎ）が負の方向に動いた場合には、入力信号変化方向を｛ｓｐｄ＝−１｝にセットする（ステップＳＴ４３）。
【００８９】
そして、ＰＩＤ演算部４１の出力である第２の制御量ＵＲ｛ｕｒ２＝ｕｒ（ｎ）｝にセットする（ステップＳＴ４４）。入力信号変化方向ｓｐｄとバルブステム移動方向ｐｖｄのどちらかがマイナス方向である場合において、バルブ１２が停止している時の｛ｐｖｚ＝１｝である時であって、入力信号変化方向ｓｐｄが正の場合には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ＋ＶＨ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計算をし、ヒステリシス制御量ＵＲ’｛ｕｒ’＝ｕｒ＋Ｈｕｒ｝を算出してステップＳＴ３２に戻る（ステップＳＴ４５、ＳＴ４６、ＳＴ４７、ＳＴ４８、ＳＴ４９）。
【００９０】
ステップＳＴ４６において、バルブ１２が動作している時に、入力信号変化方向ｓｐｄが正の方向の時は、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ＋ＶＨ｝の計算をし、入力信号変化方向ｓｐｄが負の方向の場合には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−ＶＨ｝の計算をして、ヒステリシス制御量ＵＲ’｛ｕｒ’＝ｕｒ＋Ｈｕｒ｝を算出してステップＳＴ３２に戻る（ステップＳＴ４６、ＳＴ５２、ＳＴ５３、ＳＴ５４、ＳＴ４９）。
【００９１】
ステップＳＴ４５において、入力信号変化方向ｓｐｄとバルブステム移動方向ｐｖｄとの両者とも正の方向である場合において、バルブが停止している時の｛ｐｖｚ＝１｝には、ヒステリシス加算量Ｈｕｒ｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−（ｕｒ２−ｕｒ１）｝の計算をし、ヒステリシス制御量ＵＲ’｛ｕｒ’＝ｕｒ＋Ｈｕｒ｝を算出してステップＳＴ３２に戻る（ステップＳＴ４５、ＳＴ５０、ＳＴ５１、ＳＴ４９）。
【００９２】
このようにして、バルブヒステリシスの量を補正するようにすると制御状態に対応させたヒステリシスを補正してフイードバックすることができるのである。
【００９３】
次に、第３の実施例のバルブポジショナについて図面を参照して説明する。
【００９４】
第３の実施例のバルブポジショナは、ヒステリシス量を補正していたものに加えて、バルブに供給する空気量を検出する圧力センサを備え、制御量ＵＲが変化しなくともバルブの入力圧が変化する場合を検出して、正確なヒステリシスの補正分を計算し、フィードバック制御するようにしたものである。
【００９５】
このバルブポジショナの構成は、図１０に示すように、バルブ１２が制御する流体量を電気信号に変換した入力信号ＳＰとバルブ１２からのフィードバック信号とから制御量ＵＲを算出するデジタル演算部３５Ｂと、ヒステリシス制御量ＵＲ’をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部３６と、アナログ信号Ｖに基づいてバルブ１２に供給する空気流量を制御する電空変換部１６と、バルブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出するステム変位センサ（ｍｍ／Ｖ）１５と、ステム変位センサ１５からの信号を増幅するアンプ（Ａｍｐ）３８と、増幅された信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器３９とから構成されている。電空変換部１６はヒステリシス制御量ＵＲ’を電流Ｉに変換する変換部（Ｖ／Ｉ）３７と、電流Ｉに基づいて空気流量を制御する入力モジュール（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量をバルブ１２に供給するパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４とから構成されている。このパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４に供給される空気流量の圧力を検出する圧力センサ５１と、この圧力センサ５１のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５２と、このＡ／Ｄ変換器５２で変換されたデジタル値である圧力信号ｐｏｕｔがデジタル演算部３５Ｂのヒステリシス演算部４８とバルブヒステリシス情報部４５に入力される構成となっている。
【００９６】
デジタル演算部３５Ｂは、バルブ１２のヒステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルする方向を検知するために必要な情報であるところの、バルブステムの動作状態を検知するバルブステム状態検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動いていた方向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１２が動こうとしている方向が逆である場合、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせることを判断するヒステリシス演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせるだけの操作量に相当するヒステリシス加算量Ｈｕｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出し、制御量ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９とから構成されている。
【００９７】
ヒステリシス演算部４８は、入力信号状態検出部４７からの信号とバルブステム状態検出部４６からの信号と、電空変換部１６からの空気流量を電気信号に変換した圧力信号ｐｏｕｔとを入力してヒステリシス加算量Ｈｕｒを算出する。
【００９８】
このような構成からなるバルブポジショナは、バルブステムが停止したことを、バルブステム状態検出部で検出し、その時のバルブの入力圧ｐｏｕｔ１を圧力センサ５１で検出したアナログ信号をデジタル値の圧力信号ｐｏｕｔにして、ｏｕｔｐ１として記憶する。そして、入力信号ＳＰが変化したことを入力信号状態検出部４７で検知し、その時のバルブの入力圧ｐｏｕｔ２を圧力センサ５１から検出して、ヒステリシス演算部４８で、バルブ１２が静止してから入力信号ＳＰが変化するまでに変化した圧力値｛ｐｏｕｔ２−ｐｏｕｔ１｝に相当する制御量ＵＲの値をヒステリシス補正値として、演算し、加算してヒステリシスを演算し、ヒステリシス加算器４９に与える。
【００９９】
このヒステリシスの情報を制御量ＵＲに加算する条件は、図１１に示すように、▲１▼入力信号ＳＰが変化した時、▲２▼バルブステムが動いている時、▲３▼バルブステムが静止している時、▲４▼バルブステムが動いている方向又は動いていた方向と入力信号ＳＰが変化した方向と逆である時、▲５▼バルブステムが動いている方向又は動いていた方向と入力信号ＳＰが変化した方向が同じである時である。
【０１００】
そして、▲１▼、▲２▼、▲４▼の条件が同時に成り立つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ（±は方向により＋又は−となる）｝の計算をする。▲１▼、▲３▼、▲４▼の条件が同時に成り立つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ±ＶＨ−（ｏｕｔｐ２−ｏｕｔｐ１）／Ｇｒ｝の計算をする。▲１▼、▲３▼、▲５▼の条件が同時に成り立つ時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−（ｏｕｔｐ２−ｏｕｔｐ１）／Ｇｒ｝の計算をする。これら以外の時は、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ（何も行わない）｝の計算をしてバルブヒステリシスを加算する方向に制御する。ここでステム変位信号ＰＶの値が増加する方向がバルブステムが開く方向、ステム変位信号ＰＶの値が減少する方向がバルブステムが閉まる方向とする。
【０１０１】
このような特性を有するバルブポジショナの動作について、図１２に示すフローチャートを参照にして以下説明する。
【０１０２】
先ず、ヒステリス加算量｛Ｈｕｒ＝０｝、バルブ移動方向｛ｐｖｄ＝１｝にプリセットする（ステップＳＴ６１）。
【０１０３】
そして、ステム変位信号ＰＶ｛ｐｖ（ｎ）｝が前の状態と比較して正の状態になった時は、バルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝１、ｐｖｚ＝０｝にセットする（ステップＳＴ６２、ＳＴ６３）。負の場合にはバルブステム移動方向｛ｐｖｄ＝−１、ｐｖｚ＝０｝にセットする（ステップＳＴ６２、ＳＴ６４）。
【０１０４】
次に、入力信号ＳＰがゼロの時は、｛ｐｖｚ＝１｝にセットする（ステップＳＴ６７）。
【０１０５】
ステップＳＴ６６及びステップＳＴ６７において、入力信号ＳＰがゼロでない時には、｛ｆｌａｇ１＝０｝にセットし、バルブ１２が停止している時｛ｐｖｚ＝１及びｆｌａｇ＝０｝の場合には、｛ｐｏｕｔ１＝ｐｏｕｔ（ｎ）、ｆｌａｇ＝１｝にセットする（ステップＳＴ６８、ＳＴ６９）。
【０１０６】
この状態で、次に入力信号ＳＰに変化がないとステップＳＴ６２に戻りバルブステムの変化を検知する（ステップＳＴ７）。
【０１０７】
ステップＳＴ７０において、入力信号ＳＰに変化があり、その変化が正の方向である時には、｛ｓｐｄ＝１｝をセットし、負の方向である時には｛ｓｐｄ＝−１｝をセットし、｛ｐｏｕｔ２＝ｐｏｕｔ（ｎ）｝をセットする（ステップＳＴ７１、ＳＴ７２、ＳＴ７３、ＳＴ７４）。
【０１０８】
ステップＳＴ７５において、バルブステム移動方向の積が負の場合、即ち、バルブステムが逆方向に動いたか又は入力信号ＳＰが以前よりマイナスの場合は、バルブ状態フラグ｛ｐｖｚ＝１｝である時には、入力信号変化方向が正の方向である場合には、ヒステりシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ＋ＶＨ−（ｐｏｕｔ２−ｐｏｕｔ１）／Ｇｒ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ７５、ＳＴ７６、ＳＴ７７、ＳＴ７８、ＳＴ７９）。ステップＳＴ７７において、入力信号変化方向が逆の場合には、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−ＶＨ−（ｐｏｕｔ２−ｐｏｕｔ１）／Ｇｒ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ７７、ＳＴ８０）
【０１０９】
ステップＳＴ７５において、バルブステム移動方向又は入力信号変化方向が負の場合には、バルブ状態フラグ｛ｐｖｚ＝１｝の時に、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−（ｐｏｕｔ２−ｐｏｕｔ１）／Ｇｒ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ７５、ＳＴ８１、ＳＴ８２、ＳＴ７９）。
【０１１０】
ステップＳＴ７６において、バルブ１２が動作している時には、入力信号変化方向が正の時には、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ＋ＶＨ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ８３、ＳＴ８４）。ステップＳＴ８３において、入力信号変化方向が負の場合には、ヒステリシス加算量｛Ｈｕｒ＝Ｈｕｒ−ＶＨ｝の計算をし、ヒステリシス制御量｛ＵＲ’＝ＵＲ＋Ｈｕｒ｝にしてステップＳＴ６２に戻る（ステップＳＴ８３、ＳＴ８５）。
【０１１１】
このようにして、バルブステムの動き及び入力信号ＳＰの変化、並びに圧力センサ５１の変化に基づいてバルブヒステリシスを加減させることによってバルブの応答性が迅速になるように制御することができるのである。
【０１１２】
次に、第４の実施例のバルブポジショナについて図面を参照して説明する。
【０１１３】
第４の実施例のバルブポジショナは、上述した第１の実施例のバルブポジショナと同様の機能であり、入力信号ＳＰが変化した時にヒステリシスに相当するバルブ２の操作量をバイアスとして制御量ＵＲに加算するようにしたものに加えて、バルブ１２のヒステリシス情報は、予め計数（キャリブレーション）して求め、その値をバルブヒステリシス情報部４５に記憶するようにしたことである。
【０１１４】
このような機能を付加したバルブポジショナの構成は、図１３に示すように、バルブ１２が制御する流体量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰとバルブ１２からのフィードバック信号とからヒステリシス制御量ＵＲ’を算出するデジタル演算部３５Ｃと、ヒステリシス制御量ＵＲ’をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部３６と、アナログ信号Ｖに基づいてバルブ１２に供給する空気流量を制御する電空変換部１６と、バルブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出するステム変位センサ（ｍｍ／Ｖ）１５と、ステム変位センサ１５からの信号を増幅するアンプ（Ａｍｐ）３８と、増幅された信号をデジタル値に変換してステム変位信号ＰＶを生成するＡ／Ｄ変換器３９とから構成されている。電空変換部１６はヒステリシス制御量ＵＲ’を電流Ｉに変換する変換部（Ｖ／Ｉ）３７と、電流Ｉに基づいて空気流量を制御する入力モジュール（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量をバルブ１２に供給するパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４とから構成されている。
【０１１５】
デジタル演算部３５Ｃは、バルブ１２のヒステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルする方向を検知するためのバルブステム状態検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動いていた方向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１２が動こうとしている方向が逆である場合、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせることを判断するヒステリシス演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせるだけの操作量に相当するヒステリシス加算量Ｈｕｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出し、操作量ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９と、バルブ１２を駆動する前に、バルブ１２のヒステリシスを測定するバルブヒステリシス計数手段（キャリブレーション機能）５５とから構成されている。
【０１１６】
このような構成からなるバルブポジショナにおける基本的なバルブの開く方向等は、図６に示すものと同じであり、その動作について、図１４に示すフローチャートを参照にして以下説明する。
【０１１７】
先ず、制御量ＵＲに「ｕｒｉｎｉｔ」なる初期値を与えた後、バルブステムが静止した事を確認し、制御量ＵＲを徐々に増加（Δｕｒ）させる（ステップＳＴ９１、ＳＴ９２、ＳＴ９３、ＳＴ９４、ＳＴ９５）。
【０１１８】
ステム変位信号ＰＶ（バルブステム値ｐｖ（ｎ））が動いた時に、制御量ＵＲの増加を止め、その時の制御量ＵＲの値をｕｒ３とする（ステップＳＴ９６、ＳＴ９７）。
【０１１９】
バルブステムが止まった事を確認して、制御量ＵＲを徐々に減少（Δｕｒ）させる（ステップＳＴ９８）。
【０１２０】
バルブステムｐｖ（ｎ）が動いたときの制御量ＵＲの値をｕｒ４とする（ステップＳＴ９９、ＳＴ１００）。
【０１２１】
そして、このようにして得られた制御量ＵＲ（ｕｒ４−ｕｒ３）がバルブヒステリシス操作量換算値ＶＨとして、バルブヒステリシス情報部４５に記憶する（ステップＳＴ１０１）。
【０１２２】
このようにして、バルブ１２の駆動前に実際のバルブヒステリシス情報を取得するようにすると、予めバルブ１２のヒステリシス情報を設定する必要がなくなるばかりでなく、正確なバルブヒステリシス情報を得ることができるのである。
【０１２３】
次に、第５の実施例のバルブポジショナについて説明する。
【０１２４】
第５の実施例のバルブポジショナは、上述した第４の実施例で説明した図１３に示す構成である、予め計数したバルブのヒステリシス情報を算出した後に、このヒステリシス量を補正して、ヒステリシス加算量Ｈｕｒをヒステリシス加算器４９に与えるようにしたことである。
【０１２５】
先ず、バルブのヒステリシス情報をバルブヒステリシス計測手段５５により取得してから、このヒステリシス情報を利用してヒステリシスの補正を行うものである。このバルブヒステリシス計測手段５５によりヒステリシス情報を得る手法は第４の実施例において図１４のフローチャートで説明したのでその説明は省略する。
【０１２６】
そして、ヒステリシス情報を得た後に、ヒステリシスの補正を行う、このヒステリシスの補正を行う手法は、バルブステムが停止している状態で、ステム変位信号ＰＶの値が完全に入力信号ＳＰの値と完全に一致していない場合、ＰＩＤ演算部４１の積分器の出力は変化し、それに応じて制御量ＵＲが変化することを利用したものであり、上述の第２の実施例と同様である。つまり、ヒステリシス内にバルブステムが入り込むことにより、制御量ＵＲが変化しても、バルブ１２は動かない。このような状態で入力信号ＳＰが変化した場合、加算するヒステリシスの量が多くなりすぎ、正確な制御ができない場合がある。従って、バルブ１２が静止した状態を検知するバルブステム状態検出部４６でバルブステムが静止した状態を知り、その時の制御量ＵＲの値を入力信号状態検出部４７で検出し、その時の制御量ＵＲ（ｕｒ１）を第１の記憶手段（ヒステリシス演算部４１に存在する）に記憶する。また、入力信号ＳＰが変化した時の制御量ＵＲ（ｕｒ２）を第２の記憶手段（ヒステリシス演算部４１に存在する）に記憶する。そして、この第２の記憶手段の値から第１の記憶手段の値を差し引いた値（ｕｒ２ーｕｒ１）をヒステリシス補正値として、バルブのヒステリシスをヒステリシス制御量ＵＲ’に加算する。このヒステリシスの補正については、第２の実施例の図９のフローチャートで説明したので詳細な説明は省略する。
【０１２７】
次に、第６の実施例のバルブポジショナについて図面を参照して説明する。
【０１２８】
第６の実施例のバルブポジショナは、バルブ駆動時において、バルブのヒステリシス情報を検出した後に、この検出したヒステリシス情報に基づいてヒステリシス量を補正する。そして、バルブに供給する空気量を検出する圧力センサからの検知情報により、制御量ＵＲが変化しなくともバルブの入力圧は変化する場合を検出して、正確なヒステリシスの補正分を計算してフィードバック制御するようにしたものである。
【０１２９】
このバルブポジショナの構成は、図１５に示すように、バルブ１２が制御する流体量を電気信号に変換して得られた入力信号ＳＰとバルブ１２からのフィードバック信号とからヒステリシス制御量ＵＲ’を算出するデジタル演算部３５Ｄと、ヒステリシス制御量ＵＲ’をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部３６と、アナログ信号Ｖに基づいてバルブ１２に供給する空気流量を制御する電空変換部１６と、バルブ１２と、バルブ１２のステム変位を検出するステム変位センサ（ｍｍ／Ｖ）１５と、ステム変位センサ１５からの信号を増幅するアンプ（Ａｍ）３８と、増幅された信号をデジタル値（ステム変位信号ＰＶ）に変換するＡ／Ｄ変換器３９とから構成されている。電空変換部１６はヒステリシス制御量ＵＲ’を電流Ｉに変換する変換部（Ｖ／Ｉ）３７と、電流Ｉに基づいて空気流量を制御する入力モジュール（Ｉ／Ｐ）１３と、空気流量をバルブ１２に供給するパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４とから構成されている。加えて、このパイロットリレー（Ｐ／Ｐ）１４に供給される空気流量の圧力を検出する圧力センサ５１と、この圧力センサ５１のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５２と、このＡ／Ｄ変換器５２で変換されたデジタル値（圧力信号ｐｏｕｔ）がデジタル演算部３５Ｄのヒステリシス演算部４８とバルブヒステリシス情報部４５に入力される構成となっている。
【０１３０】
デジタル演算部３５Ｄは、バルブ１２のヒステリシス情報を格納するメモリ機能を有するバルブヒステリシス情報部４５と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルする方向を検知するために必要な情報であるところの、バルブステムの動作状態を検知するバルブステム状態検出部４６と、入力信号ＳＰが変化した方向を検知する入力信号状態検出部４７と、バルブ１２が動いていた方向と入力信号ＳＰとにより、これからバルブ１２が動こうとしている方向が逆である場合、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせることを判断するヒステリシス演算部４８と、バルブ１２のヒステリシスをキャンセルさせるだけの操作量に相当するヒステリシス加算量Ｈｕｒをバルブヒステリシス情報部４５から抽出し、制御量ＵＲに加算するヒステリシス加算器４９と、バルブ１２を駆動する前にバルブ１２のヒステリシスを測定するバルブヒステリシス計数手段（キャリブレーション機能）５５とから構成されている。
【０１３１】
このような構成からなるバルブポジショナにおける基本的な動作は、上述した第３の実施例と同じであるので、異なるところのバルブ１２を駆動する直前においてバルブ１２のヒステリシス情報を得るところについて、図１６に示すフローチャートを参照にして以下説明する。
【０１３２】
先ず、制御量ＵＲに「ｕｒｉｎｉｔ」なる初期値を与えた後、バルブステムが静止した事を確認し、制御量ＵＲを徐々に増加（Δｕｒ）させる（ステップＳＴ１１１、ＳＴ１１２、ＳＴ１１３）。
【０１３３】
ステム変位信号ＰＶ（バルブステムｐｖ（ｎ））が動いた時に、制御量ＵＲの増加を止め、再びバルブ１２が静止した時のｐｏｕｔ１（順方向初期値）をｐｏｕｔ（ｎ）とする（ステップＳＴ１１４、ＳＴ１１５、ＳＴ１１６、ＳＴ１１７）。
【０１３４】
この状態で、制御量ＵＲを徐々に減少させる。バルブステムｐｖ（ｎ）が動いた時のｐｏｕｔ２（逆方向初期値）をｐｏｕｔ（ｎ）とする。そしてバルブヒステリシス操作量換算値ＶＨは｛｜ｐｏｕｔ１−ｐｏｕｔ２｜／Ｇｒ｝で求め、この値ＶＨはバルブヒステリシス情報部に記憶される（ステップＳＴ１１８、ＳＴ１１９、ＳＴ１２０、ＳＴ１２１）。ゲインＧｒで割ることによりデイメンジョンを制御量ＵＲに合わせることができる。
【０１３５】
このようにして、バルブ１２の駆動前に実際のバルブヒステリシス情報を取得するようにすると、予めバルブ１２のヒステリシス情報を設定する必要がなくなるばかりでなく、正確なバルブヒステリシス情報を得ることができ、この情報に基づいてヒステリシスの補正制御を行えばさらに正確なバルブのヒステリシスに対応したヒステリシス制御量ＵＲ’を供給することができるのである。
【０１３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るバルブポジショナは、制御対象の不感帯を演算により求める、若しくは、その制御をポジショナに与えることにより、不感帯を軽減するのに必要な操作量を演算し、その操作量をポジショナが演算した制御量ＵＲに重畳することにより、制御対象の不感帯を軽減でき、制御性の良いバルブポジショナを実現できるという効果がある。
【０１３７】
又、バルブのヒステリシス情報を制御量ＵＲにフイードバックさせるようにしたことによりバルブのヒステリシスで受ける影響を低減できるので、バルブの応答性が改善できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る第１の実施の形態のバルブポジショナの不感帯を解決するためのフローチャートである。
【図２】同バルブポジショナにおけるＢｏｏｓｔをかけるためのタイミングチャートである。
【図３】同バルブボジショナの不感帯にＢｏｏｓｔをかけるためのフローチャートである。
【図４】同バルブポジショナにおけるＢｏｏｓｔをかけるためのタイミングチャートである。
【図５】本願発明に係る第２の実施の形態における第１の実施例のバルブポジショナの構成を示したブロック図である。
【図６】同バルブヒステイリシスに加算する方向を一覧表にしたものである。
【図７】同第１の実施例の動作を示したフローチャートである。
【図８】同第２の実施例におけるバルブヒステリシスに加算する方向を一覧表にしたものである。
【図９】同第２の実施例のバルブポジショナの動作を示したフローチャートである。
【図１０】同第２の実施例におけるバルブポジショナの構成を示したブロック図である。
【図１１】同第２の実施例におけるバルブヒステリシスの加算方向を一覧表にしたものである。
【図１２】同第３の実施例における動作を示したフローチャートである。
【図１３】同第４の実施例におけるバルブポジショナの構成を示したブロック図である。
【図１４】同第４の実施例における動作を示したフローチャートである。
【図１５】同第６の実施例におけるバルブポジショナの構成を示したブロック図である。
【図１６】同第６の実施例における動作を示したフローチャートである。
【図１７】従来技術及び本願発明の第１の実施の形態におけるバルブポジショナの構成を略示的に示したブロック図である。
【図１８】図１７に示すバルブポジショナの機能を略示的に示したブロック図である。
【図１９】従来技術及び本願発明の第１の実施の形態におけるバルブポジショナのパイロットリレーを示した断面図である。
【図２０】図１７に示すバルブポジショナにおける構成を機能的に示したブロック図である。
【図２１】バルブポジショナのバルブ特有の不感帯を示したグラフである。
【図２２】バルブポジショナのバルブ特有の不感帯をグラフで示した説明図である。
【図２３】従来技術におけるバルブポジショナのバルブヒステリシスを有する構成を示した略示的なブロック図である。
【図２４】ＰＩＤ制御アルゴリズムの略示的なブロック図である。
【図２５】バルブヒステリシスが発生するためのメカニズムを示したグラフである。
【符号の説明】
１１；コントローラ、
１２；バルブ、
１３；Ｉ／Ｐモジュール、
１４；パイロットリレー、
１５；電空変換部、
２０；筐体、
２１；供給圧室、
２２；出力圧室、
２３；排気圧室、
２４；背圧室、
２５；給気弁座、
２６；排気弁座、
２７；ぽペット弁、
２８；出力圧ダイアフラム、
２９；背圧ダイアフラム、
３０；バネ、
３１；ブリード孔、
３５；デジタル演算部、３５Ａ；デジタル演算部、３５Ｂ；デジタル演算部、
３５Ｃ；デジタル演算部、３５Ｄ；デジタル演算部、
３６；Ｄ／Ａ変換部、
３７；Ｖ／Ｉ変換部、
３８；増幅器、
３９；Ａ／Ｄ変換部、
４０；偏差混合器、
４１；ＰＩＤ演算部、
４５；バルブヒステリシス情報部、
４６；バルブステム状態検出部、
４７；入力信号状態検出部、
４８；ヒステリシス演算部、
４９；ヒステリシス加算器、
５１；圧力センサ、
５２；Ａ／Ｄ変換器、
５５；バルブヒステリシス計数手段
【図１】
0003656892.tif 000003
【図２】
0003656892.tif 000004
【図３】
0003656892.tif 000005
【図４】
0003656892.tif 000006
【図５】
0003656892.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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