(57)【要約】複数の独立訂正制御信号を生成することによりバルブ／アクチュエータ装置を制御する方法および装置である。前記複数の独立訂正制御信号は、それぞれ、複数の対応する入力信号に応答しており、これらの入力信号のうち少なくとも一つが設定ポイント信号である。前記複数の独立訂正制御信号には空圧流信号が含まれる。前記訂正制御信号は、線形制御信号のみ、非線形制御信号のみ、または線形制御信号と非線形制御信号とを組み合わせたものから導かれうる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定ポイント信号を有する複数の入力信号にそれぞれ応答する複数の独立訂正制御信号を生成するステップと、
前記複数の独立訂正制御信号に基づき前記バルブ／アクチュエータ装置から単一制御出力を生成するステップと
を有するバルブ／アクチュエータ装置を制御する方法。
【請求項２】
前記複数の独立訂正制御信号には、空圧制御信号が含まれる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複数の独立訂正制御信号は、対応する線形制御信号からそれぞれ導かれる請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記複数の独立訂正制御信号は、対応する非線形制御信号からそれぞれ導かれる請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記複数の独立訂正制御信号は、線形制御信号と非線形制御信号とを組み合わせたものから導かれる請求項１記載の方法。
【請求項６】
線形訂正制御信号がエラー信号に正比例する請求項３記載の方法。
【請求項７】
線形訂正制御信号には、エラー信号に比例する訂正制御信号と前記エラー信号の変化率に比例する訂正制御信号とが含まれる請求項３記載の方法。
【請求項８】
線形訂正制御信号には、エラー信号に比例する訂正制御信号と、前記エラー信号の変化率に比例する訂正制御信号と、前記エラー信号の積分に比例する訂正制御信号とが含まれる請求項３記載の方法。
【請求項９】
非線形訂正制御信号には、エラー信号に比例するデューティサイクルを有する訂正制御信号が含まれる請求項４記載の方法。
【請求項１０】
複数の独立制御信号をそれぞれ生成し、該複数の制御信号を提供すべく各設定ポイントにそれぞれ応答する複数の制御生成装置と、
複数の独立制御信号のうちの一または複数に応答して、一つの組み合わせ制御出力を提供するため、前記複数の独立制御信号のそれぞれに各別に結合される複数の入力を有するアクチュエータと
を備えるバルブ／アクチュエータ装置を制御する装置。
【請求項１１】
前記複数の制御生成装置には、複数の線形制御生成装置が含まれる請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記複数の制御生成装置には、複数の非線形制御生成装置が含まれる請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記複数の独立制御生成装置には、線形制御生成装置と非線形制御生成装置とを組み合わせたものが含まれる請求項１０記載の装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にバルブ制御装置に関するものであり、さらに詳細には、バルブ／アクチュエータ装置への多重独立型の制御装置出力を利用してバルブ／アクチュエータ装置を制御する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バルブ制御装置は、さまざまな制御アルゴリズムを使用してバルブ／アクチュエータ装置を制御しうる。バルブ制御装置は、所望の設定ポイント信号と出力フィードバック信号との間の差であるところのエラー信号を利用してバルブ／アクチュエータ装置を制御することが一般的である。バルブ制御装置は、制御アルゴリズムを介して、訂正制御出力信号、具体的にはエラー信号に比例する空圧信号を生成してバルブ／アクチュエータ装置を駆動する。この制御出力信号は、線形制御アルゴリズムまたは非線形制御アルゴリズムのいずれかから生成されうる。バルブ制御装置からのこの出力信号は、バルブ／アクチュエータ装置への入力信号となる。以下、この出力信号を訂正制御信号という。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
訂正制御信号は、比例式線形制御アルゴリズム、比例微分式線形制御アルゴリズム、または比例微分積分式線形制御アルゴリズムから生成される。比例（P）式制御アルゴリズムは、エラー信号に正比例する訂正制御信号を生成する。比例微分（PD）式制御アルゴリズムは、エラー信号に比例する信号と、エラー信号の変化率に比例する信号との合計である訂正制御信号を生成する。比例微分積分（PID）式制御アルゴリズムは、エラー信号に比例する信号と、エラー信号の変化率に比例する信号と、エラー信号の積分に比例する信号との合計である訂正制御信号を生成する。
【０００４】
非線形制御技術は、バルブ／アクチュエータ装置の制御に特有な、摩擦、デッドバンド、およびヒステリシスの如き非線形性を補償しうる。非線形制御アルゴリズムの一つの例としては、パルス幅変調技術を利用しているものが挙げられる。このアルゴリズムにより、エラー信号と何らかの規定された関連性を有するデューティサイクルを有する「オン−オフ−オン」訂正制御信号が供給される。この「オン−オフ−オン」制御アルゴリズムの場合には、デッドバンドパラメータが存在し、このパラメータにより、訂正制御信号が「オフ」またはゼロのときおよび訂正制御信号が「オン」または１に等しいときのエラー信号の値が確定される。
【０００５】
線形制御アルゴリズムおよび非線形制御アルゴリズムの両方からの訂正制御信号は、バルブ／アクチュエータ装置を所望の設定ポイント位置に駆動すべく使用されうる空圧訂正制御信号に変換できる。この空圧訂正制御信号は、空気流から構成されるが、これに限定されるものではない。
【０００６】
電空式バルブ制御装置はすべて、線形制御アルゴリズムまたは非線形制御アルゴリズムのどちらかを利用して、バルブ／アクチュエータ装置に空圧訂正制御信号を提供している。バルブ制御装置により、単一の空圧訂正制御信号がバルブ／アクチュエータ装置に提供されることが一般的である。したがって、訂正制御信号を生成すべく利用されるアルゴリズムおよび／またはメカニックが動作しない場合には、バルブ制御装置は、機能を停止して空圧訂正制御信号をバルブ／アクチュエータプラントに提供することを停止する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原理に従って、線形制御信号、非線形制御信号、または線形制御信号と非線形制御信号とを組み合わせたものから導かれる訂正制御信号を含む多重独立型訂正制御信号を利用してバルブ／アクチュエータ装置を制御する方法および装置が提供されている。この訂正制御信号は空圧信号でありうる。複数の訂正制御信号は互いに独立して動作し、これにより、一方の訂正制御信号が動作に失敗しても、他方の一または複数の訂正制御信号が上述の失敗した訂正制御信号から独立して機能し続け、バルブ／アクチュエータ装置を依然として駆動することができる。
【０００８】
本発明に従って、複数の独立訂正制御信号が生成されるが、各独立訂正制御信号は、設定ポイント信号を有する複数の入力信号に応答するものである。バルブ／アクチュエータ装置への訂正制御信号は、アクチュエータの空圧容量により合計され、複数の独立訂正制御信号に応答して単一の制御出力としてバルブ／アクチュエータから供給される。この単一制御出力が、バルブの機械的な移動に対応する。
【０００９】
複数の独立訂正制御信号は、線形制御信号のみにより、非線形制御信号のみにより、または線形制御信号および非線形制御信号の組み合わせたもののみにより生成することができる。
【００１０】
本発明の一つの重要な利点は、バルブ／アクチュエータ装置に複数の独立した線形空圧訂正制御信号および非線形空圧訂正制御信号を入力し、バルブ／アクチュエータ装置から単一の制御出力を出力できるということである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は複数の制御入力10を例示しており、これらの入力には電子制御入力が含まれるがこれに限定されるわけではない。制御入力10はバルブ制御装置13に結合されており、このバルブ制御装置１３は、バルブ／アクチュエータ装置17を制御する複数の独立訂正制御信号15を有している。複数の独立訂正制御信号15は空圧信号であってもよく、線形制御アルゴリズムのみ、非線形制御アルゴリズムのみ、または線形制御アルゴリズムと非線形制御アルゴリズムとを組み合わせたもののいずれかから導かれる。例えば、訂正制御信号15/1〜15/nは、線形制御アルゴリズムのみまたは非線形制御アルゴリズムのみから導かれてもよい。さらに、訂正制御信号15/1は線形制御アルゴリズムから導かれ、訂正制御信号15/2〜15/nは、非線形制御アルゴリズムから導かれてもかまわない。または、訂正制御信号15/1〜15/nは、線形制御アルゴリズムと非線形制御アルゴリズムとの、その他の組み合わせから導かれてもよい。
【００１２】
複数の制御入力10により、バルブ／アクチュエータ装置17に結合される複数の訂正制御信号15が生成される。複数の訂正制御信号15は相互に独立し、これにより、一の訂正制御信号が動作に失敗した場合には、一または複数の他の訂正制御信号が上述の失敗した訂正制御信号から独立して依然と機能し続ける。例えば、訂正制御信号15/1が動作に失敗した場合、訂正制御信号15/2〜15/nは機能し続け、バルブ／アクチュエータ装置17を制御し続けることになる。バルブ制御装置13は、電空式制御装置でありうるが、これに限定されるものではない。
【００１３】
上述のように、バルブ制御装置13の出力には、線形制御アルゴリズムのみ、非線形制御アルゴリズムのみ、または線形制御アルゴリズムと非線形の制御アルゴリズムとを組み合わせたものから導かれる多重独立型訂正制御信号15が含まれうる。一つの実施例では、図２において示されているように、バルブ制御装置13は、線形制御生成装置20から導かれた一つの独立訂正制御信号と、非線形制御生成装置23から導かれたもう一つの独立訂正制御信号とを含む二つの独立訂正制御信号を生成する。線形制御生成装置20はバルブ制御装置13内に設置され、電流−圧力（I/P）変換器の如き信号増幅器29と、圧力リレイの如き空圧増幅器30とに結合されるPD式制御装置26を備えている。上述のように、P式制御、PD式制御、またはPDI式制御により、複数の制御入力10から線形訂正制御信号が生成される。線形制御生成装置20は、フィッシャーコントロールズインターナショナル社により製造されるDVC5000型デジタルバルブ制御装置内で使用される構成によって実現されうるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
非線形制御生成装置23は、信号増幅器36とソレノイド39とに結合される「オン−オフ−オン」制御装置33を備えている。非線形制御生成装置23は、エラー信号に比例したデューティサイクルを有する「オン−オフ−オン」制御33内の二つの空圧ソレノイドをパルシングすることにより実現されうるが、これに限定するものではない。信号増幅器36は、電流入力に応答して圧出力を提供する電流―圧力（I/P）変換器を備えている。ソレノイド39 により、信号増幅器36の圧出力に応答して空圧流が提供される。一つのソレノイドにより、空圧供給流が提供され、二つめのソレノイドにより、排出流能力が提供される。
【００１５】
一つの設定ポイントからもう一つの設定ポイントに移行する間、非線形制御生成装置23は、バルブ／アクチュエータ装置17内に設置されるアクチュエータ45内で増減する圧変化率42を制御しようと試みる。圧変化率42は、非線形制御生成装置23の場合に使用され、固定されるかユーザにより定義されるかどちらかでありうる。上述したように、非線形制御技術により、制御バルブ／アクチュエータ装置に特有の、たとえば、摩擦、デッドバンド、およびヒステリシス（これらに限定されない）の如き非線形性が補償される。非線形制御生成装置23は、上記で参照したDVC5000型デジタルバルブ制御装置の改訂バージョンにより実現されうる。
【００１６】
線形制御生成装置20および非線形制御生成装置23からの訂正制御信号15は、空圧的に合計され、アクチュエータ45の負荷容量により統合され圧力となる。アクチュエータ45からの圧変化率42は、回線43を介して非線形制御アルゴリズム23に戻される。エラー信号57は、線形制御生成装置20および非線形制御生成装置23の両方をそれぞれ調整するバルブ／アクチュエータ装置17から、回線47を介して戻される。
【００１７】
図２では、線形制御生成装置20および非線形制御生成装置23によって生成される二つの訂正制御信号が空圧的に合計・統合され圧力になり、次いで、この圧力がバルブ／アクチュエータ装置17に対して駆動力を提供することになる。バルブ／アクチュエータ装置17は、バルブ51に結合されるアクチュエータ45を備えている。所望の設定ポイント信号54は、バルブ制御装置13に入力され、制御生成装置20, 23を動作させる。線形制御生成装置20では、PD制御装置26により電気駆動信号が提供される場合、この信号は電流信号でありうるが、これに限定されるものではない。信号増幅器29は、PD制御装置26からの電流入力に応答して圧出力を提供する電流−圧力（I/P）変換器を備えている。空圧増幅器30は、信号増幅器29からの圧出力に応答してアクチュエータ45に空圧流を提供する圧力リレイを備えている。
【００１８】
フィードバック出力信号はアクチュエータ45からのエラー信号57でありうるが、このフィードバック出力信号が設定ポイント信号54の所定の割合より外れているときのみ、非線形制御生成装置23は動作状態である。出力信号が設定ポイント信号54の所定の割合内にある場合は、非線形制御生成装置23は停止し、線形制御生成装置20がアクチュエータ45の出力信号を所望の設定ポイント信号54内に導き続ける。
【００１９】
図３は、本発明の他の実施例を示しており、この実施例には、線形制御信号と非線形制御信号との組み合わせたものでありうる複数の独立訂正制御信号が含まれている。例えば、バルブ制御装置13は、訂正制御出力信号15/1〜15/nを有する線形制御生成装置20と、出力信号15/1' 〜15/n'を有する非線形訂正制御生成装置23とを組み合わせたものを備えているが、これに限定されるものではない。訂正制御信号は、空圧流から構成されるが、これに限定されるものではない。訂正制御信号は、バルブ／アクチュエータ装置17により合計され、統合されて圧力となる。
【００２０】
以上の詳細な説明は、理解を鮮明にするためにのみ与えられたものであり、当業者にとって訂正が明白であるので、以上の説明から不必要な限定を理解すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】多重入力−単一出力式制御を有するバルブ制御装置を例示するブロックダイアグラム図である。
【図２】本発明の好ましい実施例を例示するブロックダイアグラム図である。
【図３】本発明の他の実施例を例示するブロックダイアグラム図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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