(57)【要約】      （修正有）【課題】  弁体を制御弁の弁座か離隔させ、深刻な遅れがない状態で設定点へ移動させるためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】制御ループの入力部と通信状態にあるリード・ラグフィルタの入力部への入力パラメータをユーザが選択する調節可能なものとすることにより、小さな振幅の入力が加えられた場合に、制御弁によるチューニング可能な応答を達成することが容易なものとなる。【選択図】 図８
2007200318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御弁の弁座から弁体を移動させるためのシステムであって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループと、
前記制御ループへの入力部と通信状態にあるリード・ラグフィルタと、
前記制御ループのフォワード利得パスおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの一つへの入力制御信号をオーバドライブし、前記弁体の移動を促すように構成されている出力信号を生成するために、前記制御ループの入力部に送られる一時的な基準制御信号と
を備えてなる、システム。
【請求項２】
前記リード・ラグフィルタが、前記リード・ラグフィルタの初期条件を操作するように構成されているプログラムを含んでなる、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記一時的な基準制御信号が、前もって定められた期間にわたって人為的な駆動信号を提供するように構成されているスイッチ機能により生成されるよう構成されてなる、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記リード・ラグフィルタの前記プログラむが、少なくとも一つの人為的な初期条件を受け取り、該少なくとも一つの人為的な初期条件に応答して出力信号を出し、該出力信号が、前記人為的な初期条件と期待初期条件との間の差を、該出力信号を大きくすることにより、補償するように構成されてなる、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
制御弁の応答をチューニングするためのシステムであって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループと、
前記制御ループへの入力部と通信状態にあるリード・ラグフィルタと、
前記リード・ラグフィルタの入力部に基準制御信号を供給するプロセスコントローラと、
前記リード・ラグフィルタと作用可能な通信状態にあるとともに、少なくとも一つの調節可能なインターフェイス制御部を有しているユーザインターフェイスとを備えており、
前記少なくとも一つの調節可能なインターフェイス制御部の調節が、前記リード・ラグフィルタに関連する少なくとも一つのチューニング係数を変更し、
前記ユーザインターフェイスが、小さな振幅の入力に応答して前記リード・ラグフィルタの出力を上昇させるよう設定の初期条件をセットするためのユーザ変更可能入力パラメータを有してなる、システム。
【請求項６】
前記ユーザインターフェイスの前記少なくとも一つの調整可能なインターフェイス制御部のうちの一つの調節により人為的な初期条件が供給され、前記リード・ラグフィルタが、前記人為的な初期条件と期待初期条件との間の差を前記出力信号を大きくすることによって出力信号に補償させるプログラムを有してなる、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記人為的な初期条件が負の値である、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記ユーザ変更可能入力パラメータが、複数の前もって定められた入力パラメータの中から選択されてなる、請求項６記載のシステム。
【請求項９】
制御弁の弁座から弁体を移動させるための方法であって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループへの入力部へ基準制御信号を提供することと、
前記制御信号と通信状態にあるリード・ラグフィルタを提供することと、
前記リード・ラグフィルタと作用可能な通信状態にあるとともに、前記リード・ラグフィルタにより生成されるラグに対するリードの比率を遠隔で操作することを容易にするユーザインターフェイスを提供することと、
小さな振幅の入力に応答して、前記弁体を、前記制御弁の弁座に対して所望のレベルへ移動するために、前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作することと                            
を含んでいる、方法。
【請求項１０】
前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作するに当たって、前記ユーザインターフェイスの調整可能インターフェイス制御部が、前記リード・ラグフィルタの入力部に人為的な初期条件を与える、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記調整可能なインターフェイス制御部により、複数の利用可能な前もって定められた人為的な初期条件のうちから前記リード・ラグフィルタの前記入力部に供給される一つを選択することができる、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記リード・ラグフィルタに関連するプログラムが、前記リード・ラグフィルタの前記入力部へ前記人為的な初期条件を加えるときに実行され、前記プログラムが、前記人為的な初期条件と期待初期条件との間の差を前記リード・ラグフィルタの出力信号を上昇させることにより補償するように、前記出力信号を生成する、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記人為的な初期条件を加えるに当たって、前記人為的な初期条件が負の値に対応する、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作するに当たって、スイッチ機能が、前もって定められた期間にわたって、前記制御弁に関連するサーボ設定値に初期条件を加える、請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記前もって定められた期間が１秒未満である、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記スイッチ機能が、前記制御弁に関連する前記サーボ設定値に相当する最大駆動力を提供する、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作するに当たって、前記電流−圧力トランスデューサが、前もって定められた期間にわたって０％に初期化され、次いで、公称動作レベルの電力が加えられる、請求項９記載の方法。
【請求項１８】
制御弁の弁座から弁体を移動させるためのシステムであって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループと、
前記制御ループのフォワード利得パスおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの一つと作用可能に接続されているスイッチとを備えており、
前記スイッチが、前記弁体の移動を促すように構成されている出力信号を生成するために人為的な基準信号を操作するように構成されているプログラムを有してなる、システム。
【請求項１９】
前記スイッチの前記プログラムが、前もって定められた期間にわたって前記人為的な制御信号を提供するように構成されているスイッチ機能を有してなる、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記スイッチが、前記制御ループの前記フォワード利得パスおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの一つに関連する加算器に設けられてなる、請求項１８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に論理プロセスまたは制御ループにおいて用いられるサーボコントローラの分野に関するものであり、さらに詳細には、制御弁および空気式アクチュエータ付属部品の性能を向上させるための電空制御ループおよび他の論理プロセスの強化に関するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
電空制御システムは、プロセスプラント内の流体の制御をより良くまたは最適にするために、弁アクチュエータおよびピストンアクチュエータの如きプロセス制御デバイスにますます用いられるようになってきている。電空制御システムの例としては、ボリュームブースタおよび急速排気弁（ＱＥＶ）の如き弁およびピストンアクチュエータを制御するための一または複数の付属品が挙げられる。ボリュームブースタは、弁用の空気式アクチュエータに通常接続され、空気式アクチュエータへ供給される空気流量または空気式アクチュエータから排出される空気流量を増大させるようになっている。この増大された空気の移動により、アクチュエータのストローク速度が増幅され、これにより、アクチュエータが弁体を開弁位置または閉弁位置に向かってストローク移動できる速度が増大され、よって、弁がプロセス変動に対してより迅速に応答することが可能となっている。ボリュームブースタと同様に、ＱＥＶは、アクチュエータが弁を開弁位置または閉弁位置に向かってストローク移動できる速度を増大させるようになっている。
【０００３】
現在、ボリュームブースタは、設定値または制御信号の非常に小さな変化に応答してアクチュエータを非常にゆっくりと移動させるような形で、空気式アクチュエータにおいて用いられている。具体的にいえば、ループダイナミックス全体を安定させやすいように、一部のボリュームブースタは、振幅の小さな変化の制御信号に応答してボリュームブースタが動作状態になってしまうことを防止するための不感帯（ｄｅａｄ  ｂａｎｄ）を内蔵するように設計されている。ボリュームブースタのなかには小さな不感帯を備えているものもあるが、これらのボリュームブースタであっても、依然として小さな振幅の信号変更に対しては非常にゆっくりと移動し、より大きな振幅の入力信号に対してのみ速く移動する。ボリュームブースタの感度を調節して、アクチュエータに小さな振幅の信号に対して応答させることを可能とするために、ニードル弁の形態をとったバイパス絞りが、ボリュームブースタの設計において組み込まれることが多い。
【０００４】
ポジショナは、基準信号が前もって定められているしきい値を下回ったとき、弁座負荷がフル（ｆｕｌｌ  ｓｅａｔ  ｌｏａｄ）になることを担保するために開度カットオフ（ｔｒａｖｅｌ  ｃｕｔｏｆｆ）を用いるようになっている。カットオフが動作状態にある場合、サーボがバイパスされ、電流−圧力（Ｉ／Ｐ）トランスデューサへの駆動信号が、該当するアクチュエータのフェイル状態および動作カットオフに依存して、０％または１００％にセットされる。弁座から（または、上方の開度停止部から）弁を離して活動領域へ戻すために、弁ポジショナは、アクチュエータのニューマチックスをカットオフ状態から引き上げまたは引き下げなければならない。
【０００５】
弁が弁座上にあり、緩いランプ変化または僅かなステップ変化の如き小さな振幅のコマンドが弁に送信される場合、サーボの誤差信号が小さく、弁が応答するまでに著しい遅れが存在する。弁が弁座から離れて設定点に到達する際の遅れは、ボリュームブースタを装備した大容量アクチュエータにとって特に重要な意味を持ちうる。というのは、このような小さな信号の変化に対してボリュームブースタが動作状態とならない場合があるからである。ボリュームブースタは、どちらかといえば約５％の不感帯を有し、５％未満の信号に応答して動作状態になることはめったにない。ボリュームブースタが動作状態にならない場合、ポジショナは、ボリュームブースタのバイパス絞りを通じて、アクチュエータに空気を充填するかまたはアクチュエータから空気を排出し、これにより、弁の応答に一層の遅れが生じることになる。
【０００６】
コンプレッサ制御システムの場合、コンプレッサの制御論理によって小さな振幅信号に応じて弁が弁座から迅速に上昇することが要求される場合が多いので、弁応答の遅れは特に重要な問題である。たとえば、コンプレッサシステムの流量が下がった場合、コンプレッサのサージ現象の発生を防止するために、コンプレッサのまわりに流れを再循環させることが望ましい。コンプレッサの下流側の容積の方が大きい傾向があるので、流量は徐々に下がって行くことが一般的である。流量または等価な制御変数が与えられたしきい値を下回る場合、コンプレッサのコントローラは、コンプレッサを通って流れる必要な流量を得るために、弁を弁座からゆっくり移動させ始める。コンプレッサ効率を最大化しかつシステムの著しい混乱を回避するために、弁を完全に開弁させるトリップ信号を弁へ送信するまで、可能な限り長期にわたって、このような方法でアンチサージ弁を動作させることが望ましい場合が多い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
一般的にいえば、小さな振幅の変化の制御信号または設定値信号を受信するときに付属品が受ける遅いダイナミックスを克服するため、リード・ラグ入力フィルタ（ｌｅａｄ−ｌａｇ  ｉｎｐｕｔ  ｆｉｌｔｅｒ）が、ボリュームブースタまたはＱＥＶの如き一または複数の弁付属品とともに、ポジショナフィードバックループの上流側に設けられている。さらに、ユーザインターフェイスにより、オペレータまたは他の制御人員がリード・ラグ入力フィルタの動作特性を閲覧および変更することにより、複数の所望の応答特性のうちのいずれでも制御ループに提供することが可能となっている。リード・ラグ入力フィルタのリード／ラグ比率（進み／遅れ比率）を操作することにより、弁棒の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）または開度（ｔｒａｖｅｌ）の如きプロセスパラメータを制御、とくに微調整することが可能となる。
【０００８】
図１には、その入力部に接続されているリード・ラグフィルタ２０を有している電空制御ループまたは他の論理プロセスの如き制御ループ４０が示されている。具体的にいえば、プロセスコントローラまたはユーザインターフェイスにより生成される４−２０ｍＡの設定値信号または制御信号の如き基準制御信号１０は、リード・ラグ入力フィルタ２０の入力部に加えられる。リード・ラグ入力フィルタ２０は、基準信号（設定値または他の制御信号でありうる）により動作し、電空制御ループ４０に関連する加算器３０にフィルタ済の出力５０（開度設定値信号）を供給するようになっている。図１に示されているように、加算器３０は、弁の開度を開度設定値信号５０と比較し、誤差信号を生成する。この誤差信号は、利得Ｋが適用される増幅器または利得ユニット９０（フォワードパス利得ユニットと呼ばれる）へ供給される。フォワードパス利得ユニット９０の出力は、さらなる加算器９４へ供給される。この加算器９４は、フォワードパス利得ユニット９０の出力から、利得ユニット９５により作成された速度フィードバック利得および利得ユニット１０５により作成されたマイナーループフィードバック利得を合計（この場合、減算）するようになっている。加算器９４の出力１１０は、電流−圧力（Ｉ／Ｐ）トランスデューサ８０に供給される。この電流−圧力（Ｉ／Ｐ）トランスデューサ８０は、空圧信号または圧力信号を作成し、空圧式リレイ８５へ提供する。図１に示されているように、リレイ位置１００の測定値は、利得ユニット１０５へ供給され、マイナーループフィードバック利得を作成するために用いられる。
【０００９】
リレイ８５の空圧出力はボリュームブースタまたはＱＥＶ６５へ供給される。この空圧信号は、弁６０に関連するアクチュエータ５５の弁アクチュエータを制御するために用いられる。図１に示されているように、弁体の弁開度の測定値または弁体が関係する弁棒の位置は、開度設定値信号と比較用するために加算器３０へ供給されることに加えて、速度フィードバック利得を生成するために速度フィードバック利得ユニット９５へ供給される。
弁体の弁開度の測定値または弁棒の位置を検出するために、少なくとも一つのセンサ（図示せず）が用いられる。
【００１０】
一般的にいえば、リード・ラグ入力フィルタ２０の伝達関数および演算は、ユーザインターフェイス１０７を通じて設定可能である。具体的にいえば、技術者は、リード・ラグ入力フィルタ２０のパラメータを調整することにより、空圧式アクチュエータ５５および制御弁６０または、電空制御ループ４０により制御される他の装置を操作するために、開度設定値信号５０を遠隔から調節することができる。ユーザインターフェイス１０７は、遠隔の位置からまたは制御ループ４０の直ぐ近傍の位置から、電空制御ループ４０を遠隔から監視すること、電空制御ループ４０を制御することまたは電空制御ループ４０と通信することを可能とするために設けられうる。
【００１１】
動作中、リード・ラグ入力フィルタ２０は、受信した基準信号１０のステップ変化の初期において、振幅の大きなかつ期間の短いスパイクを提供することが一般的である。これにより、弁６０がより小さなステップで移動することが可能となる。さらに、より大きなステップのオーバシュートを削減するために、高速な減衰定数（それは小さなラグ（遅れ）時間を意味する）がフィルタ応答に提供される。
【００１２】
分散型制御システム（ＤＣＳ）が通常１Ｈｚ以下の程度の頻度で更新するが、ポジショナ（制御ループ４０内）は１００Ｈｚ以上の頻度で更新することができる。その結果、ポジショナと直列に接続されているリード・ラグ入力フィルタ２０により提供される応答時間は、約１００ミリ秒程度である。これは、ＤＣＳだけの制御ダイナミックスにより提供されうるよりもはるかに速い。
【００１３】
さらに、リード・ラグ入力フィルタ２０は、弁６０の弁体を、弁座（ｓｅａｔ）または上方の開度停止部（ｔｒａｖｅｌ  ｓｔｏｐ）へオーバドライブ（過剰に移動する）ことに対して固有の防止手段を提供することができる。具体的にいえば、弁座または開度停止部の近傍の弁の応答を短縮（ｃｌｉｐ）することで、リード・ラグ入力フィルタ２０が弁６０の弁体を弁座または上部の開度停止部を越えて移動（ｂｏｕｎｃｅ）させることを防止するためのアルゴリズムまたは制御ルーチンをフィルタ２０内にまたはその一部として実装することができる。
【００１４】
さらに、図２および図３から明らかなように、リード・ラグ入力フィルタ２０の動作特性は、容易にユーザインターフェイス１０７を用いて調節することができる。ユーザインターフェイス１０７は、コンピュータに格納されうるし、また、作用可能に制御ループ４０および一または複数の表示画面に接続されうる。複雑な付属品構成を備えた大規模なアクチュエータを用いるプロセスの多くがプロセスループを制御するために複雑かつ高度にカスタマイズされた制御アルゴリズムを必要とするため、一般的に、オペレータは、制御ルーチン内にダイナミックスを加えることによりプロセスコントローラを変更することに対して抵抗を示す。これに代えて、オペレータは、一般的に、弁レベルにおいてダイナミックスを達成するまたは変更することを好む。弁レベルまたはループレベルにおいてプロセスダイナミックスを変えるように修正されうるリード・ラグ入力フィルタ２０は、オペレータに対して、まさにそのような制御を提供するようになっている。
【００１５】
図１に示されているように、リード・ラグ入力フィルタ２０は、使い勝手の良いリアルタイムの画像表示を備えたコンピュータプログラムの如きユーザインターフェイス１０７とともに構築されることが好ましい。ユーザインターフェイス１０７と作用可能な通信状態ある一または複数のルーチンおよび一または複数のプロセッサ、リード・ラグ入力フィルタ２０、ならびに、制御ループ内の一または複数のデバイスおよびコンポーネントが、本明細書記載の機能および特徴を実現するために用いられうる。
【００１６】
ユーザインターフェイス１０７およびリード・ラグ入力フィルタ２０によって提供されるさまざまな機能とのユーザの相互作用を容易にするために、ユーザインターフェイス１０７は、グラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）との通信するように構築されることが好ましい。ＧＵＩは、任意の適切なプログラミング言語および技術を用いて実現される一または複数のソフトウェアルーチンを備えていても良い。さらに、ＧＵＩを構築するソフトウェアルーチンは、たとえばプロセス制御プラントの制御室内または一または複数の地理的に離れたプロセス制御プラントの中央制御室設備内のたとえばワークステーション、コントローラなどの如き単一の処理ステーションまたは処理ユニット内において格納され、処理されても良い。これに代えて、ＧＵＩのソフトウェアルーチンは、分散され、相互に通信することにより接続される複数の処理ユニットを用いて格納され、実行されても良い。
【００１７】
好ましいものの必ずしも必要であるという訳ではないが、ＧＵＩは、親しみのあるグラフィカルなウィンドウズ（登録商標）に基づいた構成および外観を用いて実現されても良い。このようなＧＵＩでは、複数の相互にリンクされたグラフィカルビューまたはグラフィカルページが、一または複数のプルダウンメニュー有し、これらのプルダウンメニューにより、ユーザがページからページへと移動して、あるタイプの情報を閲覧および／または検索することが可能となっている。本明細書記載のユーザインターフェイス１０７の特徴および／または機能は、ＧＵＩの一または複数の対応するページ、ビューまたは表示画面を通じて、表現、アクセス、起動等されうる。さらに、ＧＵＩを構成するさまざまな表示画面は、あるタイプの情報を検索するためもしくはそれにアクセスするため、ならびに／または、ユーザインターフェイス１０７およびリード・ラグ入力フィルタ２０のある機能を起動するために、ユーザに表示画面から表示画面へと迅速かつ直感的に移動させることを容易とするために、論理的な方法で相互にリンクされうる。
【００１８】
そのようなＧＵＩの一例が、図２に示されている表示画面１２０により包括的に示されている。図２に示されているように、表示画面１２０は、たとえばアクチュエータフィードバック信号７０またはリレイ位置フィードバック信号１００から収集されるデータを用いて、フィルタ出力信号または開度設定値信号５０を図示している。フィードバック信号７０、１００は、それらが関連するプロセスパラメータ、この場合アクチュエータ５５またはリレイ８５の位置の変化に応答して比例的に変化する。したがって、フィードバック信号７０、１００の変化をグラフを用いて示すことで、弁棒の位置の実際の変化が正確に示される。このようなリアルタイムのグラフ画像により、制御弁６０を遠隔からチューニングすることが可能となり、定量化することが可能な結果が得られる。さらに、ユーザインターフェイス１０７通じて制御弁ループを遠隔からチューニングすることは、個々の制御弁への物理的なメンテナンス訪問を回避することによって、メンテナンスコストを著しく削減する。
【００１９】
ユーザインターフェイス１０７にアクセスするために、一または複数のコンピュータ端末を備えた制御室が制御対照の弁またはループの地理的近傍に設けられうる。これに代えて、地理的に離れた位置にあるユーザインターフェイス１０７に遠隔からアクセスするために、衛星通信、電話回線、同軸ケーブル、イーサネット（登録商標）、光ファイバーケーブル接続、イントラネット、インターネットまたは他の長距離通信技術が用いられても良い。中央制御設備から長距離離れている複数の位置に存在する、リード・ラグフィルタ７０を備えた弁またはループに関連するユーザインターフェイス１０７にアクセスするため、一または複数コンピュータ端末が設けられた中央制御設備が提供されうる。以下でさらに詳細に記載するように、ユーザインターフェイス１０７には、リード・ラグ入力フィルタ２０のさまざまなユーザ調節可能パラメータに対する設定項目が選択された場合に、オペレータまたは技術者にフィルタ応答を予測または閲覧させることを可能とするプロットが設けられている。
【００２０】
信号またはデータが一つの通信技術またはさまざまな通信技術を組み合わせたものにより長い距離送信される場合に固有の遅れが存在するものの、このような遅れを調節するように、ユーザインターフェイス１０７を用いることができる。但し、これには、遅れの程度が分かっていることまたは算出するもしくは求めることができることを条件とする。たとえば、ユーザインターフェイス１０７は、ユーザまたはオペレータが初期段階で当該ユーザインターフェイス１０７の予測応答機能を用いてプロットしてたリード・ラグ入力フィルタ２０のユーザ調節可能パラメータに対して一組の調節を加えるという選択肢を、ユーザまたはオペレータに提供しうる。ユーザインターフェイス１０７の予測応答機能については以下でより詳細に記載する。ユーザまたはオペレータにより選択されるある時間に、ある距離離れた位置の弁またはループに対して一組の新規の調節を実行する場合、ユーザインターフェイス１０７は、ある弁またはループのリード・ラグ入力フィルタ２０へ実際の信号を送信するタイミングを計算するに当たって遅れを考慮に入れうる。たとえば、ユーザまたはオペレータが一組の新規の調節を１０秒後に実行したい場合であって、０．５秒の既知のまたは計算による遅れが存在するとき、リード・ラグ入力フィルタ２０への実際の信号は９．５秒後に送信されうる。この前提条件として、ユーザまたはオペレータが、リード・ラグ入力フィルタ２０を追加した実際の制御弁または制御ループに関するフィルタ出力または開度フィードバックデータをリアルタイムで受け取り、表示するということが想定されている。
【００２１】
エマソンプロセスマネージメント社のフィッシャコントロール部門から入手可能なＡＭＳ  ＶａｌｖｅＬｉｎｋ（登録商標）ソフトウェアプログラムの如き、制御弁に関連するパラメータの制御のためのコンピュータソフトウェアプログラムを用いて、ユーザインターフェイス１０７は、リード・ラグ入力フィルタ２０が用いられている制御弁または他のデバイスからのリアルタイムのフィルタ出力および開度フィードバックデータを表示するように構成されうる。また、上記のデバイスへの基準信号の如き追加データが表示されてもよい。たとえば、図２のグラフ１３０により示されているように、ユーザインターフェイス１０７は、ＧＵＩ上に、リアルタイムの開度設定値（「Ｔｖｌ  Ｓｅｔ  Ｐｔ」）および開度フィードバックデータ（「Ｔｖｌ」）をパーセンテージ（％）で時間に対してプロットし、オペレータに基準信号の変化に対する制御弁の応答を容易に閲覧させることを可能としうる。
【００２２】
小さな振幅においてリード・ラグ入力フィルタ２０を用いることにより達成される制御の改善は、リード・ラグフィルタ２０が係合されている間に収集された開度設定値５０および開度フィードバック７９のリアルタイムデータを表している図２の画像表示画面１２０に示されているプロット１３０を、０：０２：１２の時間マークのあとリード・ラグ入力フィルタ２０がオフにされているもしくは係合されていない間に収集されたデータを表している図３の画像表示画面１４０に示されているプロット１３５と比較することにより明らかになる。この図では、プロットの水平軸上に表示されている時刻は、時：分：秒で表されている。ここで、リード・ラグ入力フィルタ２０なしでは、開度設定値（基準）信号の単なるステップ変化の結果により、弁６０の応答が、劣化し、遅れることが理解されうる。弁ダイナミックスに関連する感度および複雑さを考えると、図２および図３に示されているようなリアルタイムのグラフは、小さな振幅においてであっても、リード・ラグ入力フィルタ２０のチューニングに有利である。
【００２３】
さらに図２を参照すると、操作を容易にするために、リード・ラグ入力フィルタ２０に関連するチューニング係数を、フィルタ応答プロット１５０を用いて、ユーザインターフェイスルーチンの表示画面１２０に表示しうる。さらに、リード・ラグ入力フィルタ２０に関連するチューニング係数（したがって、伝達関数）を、スライダバー２１０、２２０、２３０の表示画像として図２に示されている一または複数の仮想インターフェイス表示部２００を用いて変更しうる。制御オペレータまたは技術者は、マウス、ノブ、トラックボール、キーボード、タッチスクリーンモニター、音声駆動装置またはスタイラスパッドの如きコンピュータ入力デバイス（図示せず）を用いてスライダバー２１０、２２０、２３０を操作することにより、リード・ラグ入力フィルタ２０の伝達関数またはダイナミックスを変更しうる。もちろん、このコンピュータ入力装置のリストは、例示のみを意図したものであって、スライダ２１０、２２０、２３０の操作に他の入力装置を同様に用いても良い。これに代えて、仮想インターフェイス制御部２００は、たとえばダイヤル（図示せず）または他の図形を用いて図示されても良い。さらに、図２に示されているように、スライダ２１０、２２０、２３０の左側の領域２０５、２０７、２０９では、スライダ２１０、２２０、２３０によって選択されたフィルタ係数または比率が数字で示されている。表示画面１２０の領域２１２に示されているボタン２１４、２１６は、リード・ラグ入力フィルタ２０に現在の設定を適用するためにまたはリード・ラグ入力フィルタ２０の現在の設定をリセットするために用いられうる。
【００２４】
ラグ時間フィルタ係数２０５に対する有効値は、０．００（フィルタをバイパスする）および０．１０から１０．００秒までの範囲の値を含んでいる。ラグ時間フィルタ係数２０５の範囲は、表示画面１２０のプロット１３０上において対数目盛を用いて示されることが好ましい。この理由は、ほとんどのラグ時間フィルタ係数が、０．１０から２．００秒までの範囲内において選択されるからである。
【００２５】
開口方向２０７におけるラグ時間に対するリード時間の比率の有効値および閉鎖方向２０９におけるラグ時間に対するリード時間の比率の有効値は、０．０〜２．０まで変動し、表示画面１２０上において均等目盛を用いて示されている。
【００２６】
図２に示されているように、スライダ２１０は、フィルタ応答の減衰定数を決定するラグ時間を調節するようになっている。リード・ラグ入力フィルタ２０は、ラグ時間が大きければ大きいほど、その出力を基準信号１０に戻すことがより遅くなる。図２のスライダ２２０は、開口方向におけるラグ時間に対するリード時間の比率を調節するようになっている。図２のスライダ２３０は、閉鎖方向におけるラグ時間に対するリード時間の比率を調節するようになっている。この比率により、リード・ラグ入力フィルタ２０の初期応答が決まる。前述のように、リード・ラグ入力フィルタ２０は、一般的に、開度設定値５０として振幅の大きいかつ期間の短いスパイクを提供するように構成されている。これにより、弁６０がより小さなステップで移動することが可能となる。また、減衰速度が高速である場合（小さなラグ時間を意味する）、大きなステップに対するオーバシュート（行き過ぎ）が軽減される。この理由は、弁６０が、設定点に達するまえに、フィルタの応答を完全に減衰させることを可能とするように立ち上がる（ｓｌｅｗ）傾向があるからである。
【００２７】
さらに、フィルタ応答グラフ１５０（図２）により、個々の設定値が、ラグ（遅れ）時間およびリード（進み）時間に対するラグ時間の比率の如きさまざまなユーザ調節可能パラメータに対して選択されたときに、フィルタ応答を予測または閲覧する機能がオペレータまたは技術者に対して提供される。図２のフィルタ応答グラフ１５０には、パラメータ変更をリード・ラグ入力フィルタ２０に加えるまえにユニットステップ変更に対するリード・ラグ入力フィルタ２０の予測応答が示され、これにより、オペレータまたは技術者が、制御システムのダイナミックスを実際に調節するまえに、フィルタの予測応答が示されたグラフ表示を閲覧することが可能となる。したがって、制御されるまたはチューニングされるプロセスパラメータの予測応答を生成するためにオペレータが操作することが可能であり、その予測応答が、ユーザインターフェイス１０７に関連する表示画面上に表示されるリード／ラグ仮想比率が存在する。図３における同様のフィルタ応答グラフ１５５には、リード・ラグ入力フィルタ２０がオフにされたまたは係合されていないときの上記の応答が表示されている。
【００２８】
さらに、オペレータは、リード・ラグ入力フィルタ２０を、図２のユーザインターフェイス表示画面１２０の領域２２８内の選択ボタンを用いてオフにするまたは係合しないように、応答のうちのラグ要素のみを調節するように、フィルタの応答のうちのラグおよびリード／ラグ比率を調節または選択するように、または、非対称なリード／ラグ比率を可能とするように構成しうる。非対称なリード／ラグ比率では、０でないラグ時間係数が存在し、また、開口方向におけるラグ時間に対するリード時間の比率が、閉鎖方向におけるラグ時間に対するリード時間の比率とは異なっている。ラグ時間係数が０でありかつラグ時間に対するリード時間の比率係数が共に０でないものの同一である場合に、リード・ラグダイナミックスは対称となる。
【００２９】
収集され、予測され、プロット１３０、１５０に表示されているデータをコンピュータのバッファもしくは読み取り可能メモリまたはコンピュータに作用可能に接続されたバッファもしくは読み取り可能メモリに格納することにより、プロット１３０、１５０は、オペレータまたは技術者の都合に合わせて、将来の品質管理、効率および最適化の目的のため、教育目的のため、法規制に準拠するため、または、他の目的のために、一時停止され、巻き戻しされ、または、再生されうる。
【００３０】
ユーザインターフェイス１０７の表示画面１２０の頂部に図示されたボタン３１０、３１５、３２０およびスライダ３３０の如き制御メカニズムは、上述のもののような適切なコンピュータ入力デバイスにより操作され、制御システムダイナミックの実際の調節を行うべくフィルタ応答グラフ１５０に示されている予測応答と実際に適用される設定との間の潜伏時間または遅れ（ｌａｔｅｎｃｙ  ｐｅｒｉｏｄ  ｏｒ  ｄｅｌａｙ）を制御するようになっている。仮想インターフェイス制御部２００のうちの一または複数を操作することによりチューニング係数に対する個々の調節または一組の調節に対する予測応答が望ましくない結果であるとオペレータが判断した場合、当該オペレータは、図示されているボタン３１０、３１５、３２０またはスライダ３３０を操作し、所望の結果がフィルタ応答グラフ１５０に表示されるまで潜伏時間を増大させ、また、チューニング係数を再調整することにより、望ましくない結果が実際の現実の制御システムに生じることを防止することができる。
【００３１】
技術者またはオペレータが、表示画面１２０上に図示された他のボタン３３５、３４０、３４５、３５０、３５５、３６０を選択することにより、印刷の如き他の操作が行われても良い。
【００３２】
ユーザインターフェイスは、デジタルステップコマンドをポジショナに送信するように構成されているＶａｌｖｅＬｉｎｋ（登録商標）の如きコンピュータソフトウェアプログラムを用いて、外部から（たとえば、ＤＣＳを通じて）または「内部から」弁６０をチューニングする刺激を加えることを可能とするようになっている。ユーザは、外部刺激を用いて、４ｍＡ〜２０ｍＡの入力信号を操作し、弁がそれに応じて応答する。さらに、リード・ラグ入力フィルタ２０は、弁ポジショナの如きデバイス内に直接実装されても良いし、またはそのデバイスに接続されている分散型制御システム、たとえばコントローラに実装されても良い。一般的にいえば、リード・ラグ入力フィルタ２０は、コンピュータ読み取り可能メモリに格納されるデジタル制御プログラムまたはデジタル制御ルーチンとして構築されて、プロセッサにより実行されてもかまわないものの、アナログフィルタとして構築されても同様に良い。
【００３３】
ユーザインターフェイス１０７には、ユーザに外部刺激または内部刺激を容易に選択させることを可能とする任意選択的なスクリーンが備えられうる。外部刺激が選択される場合、調節可能なインターフェイス制御部をオペレータが調節することにより、基準制御信号に対する修正を加えさせるべくリード・ラグフィルタに関連する少なくとも一つのチューニング係数が変更されるようになっている。内部刺激が選択される場合、調整可能なインターフェイス制御部は、少なくとも部分的に動作不能とされ、その結果、動作不能となったインターフェイス制御部は、もはやリード・ラグフィルタに関連するチューニング係数を変更しない。その代わりに、リード・ラグフィルタのチューニング係数は、前もって定義された変更を基準制御信号に対して加えるように構成されたプログラムを備えているコントローラに応答して変更されるようになっている。
【００３４】
たとえば、図４に示されているように、ユーザが「外部刺激」または「ＶａｌｖｅＬｉｎｋ刺激」（方形波）」を選択しうるメニューが提供されている。ＶａｌｖｅＬｉｎｋ刺激は内部刺激であると考えられる。内部刺激の選択肢を選択すると、ユーザはデータ入力欄「公称設定値（％）」、「ステップサイズ（％）」および「ステップ保持時間（秒）」に値を入力することができるようになる。「外部刺激」が選択される場合、これらのデータ入力欄は無効となる。内部刺激選択肢が選択される場合、プログラムは、下記のような最初のデフォルト値をデータ入力欄に自動的に入力するように構成されうる。
【００３５】
データ入力欄デフォルト値
公称設定値            ５０％
ステップサイズ        １５％
ステップ保持時間        ８秒
図５は、外部刺激または内部刺激の選択に応じてユーザインターフェイス上に実行および表示される結果を図解するフロー図である。外部刺激が選択される場合には弁が設定値を追従することおよび内部刺激が選択される場合には内部刺激により弁が移動されることをユーザに注意喚起するために、制御弁の動作開始まえに警告メッセージまたは他のアラートを表示うることが好ましい。内部刺激選択肢を選択する場合、設定値は、ステップシーケンスが開始されるまえに、公称設定値として入力された値に向かって毎秒１０％で上昇していくことが好ましい。
【００３６】
図６は、あるタイプのフィルタの選択に応答したユーザインターフェイスのさまざまな入力情報制御部のステータスを図解しているフロー図である。たとえば、非対称なタイプのリード・ラグフィルタが選択される場合、ユーザインターフェイスは、ラグ時間の操作のためのユーザインターフェイス制御部を動作可能とするように構成されている。また、ユーザインターフェイスは、開口リード・ラグ比率および閉鎖リード・ラグ比率の操作のためのユーザインターフェイス制御部を動作可能とするように構成されている。それと異なり、対称的なまたは単純なリード・ラグフィルタが選択される場合、データベースからの初期値は、ユーザインターフェイスのデータ入力欄に開始リード／ラグ比率として与えられ、ユーザインターフェイスは、ラグ時間および開始リード／ラグ比率の操作のためのユーザインターフェイス制御部を動作可能とするように構成され、閉鎖リード／ラグ比率を設定するためのユーザインターフェイス制御は動作不能とされる。
【００３７】
さらに、上述のように、フィルタ２０には、カットオフ値を超えてまたはカットオフ値未満において偶発的な当該フィルタ２０の動作を防止するためのリード・ラグフィルタダイナミックッスの自動的リセット部が設けられうる。具体的にいえば、リード・ラグ入力フィルタ２０は、場合によっては、弁６０の弁体を弁座からまたは開度停止部から過剰に移動させる望ましくない機能を有している場合がある。このことは、設定値が０％または１００％に近づくとＩ／Ｐトランスデューサ８０を完全な飽和状態にする固有の開度カットオフをポジショナが一般的に備えているために特に難しい問題である。フィッシャＤＶＣ６０００型のデジタル式弁コントローラの場合には、弁の高範囲におけるまたは低範囲におけるリード・ラグフィルタの使用に関する問題は、０．５％および９９．５％のデフォルト値を用いて開度カットオフを定めることによって回避されている。このことは、基準信号または設定値が０．５％未満にあるかまたは９９．５％を超える場合、サーボコントローラがバイパスされ、Ｉ／Ｐトランスデューサ８０が十分な供給により飽和状態にされるかまたは大気中に排気されることを意味する。したがって、正常なスロットル運転時には、リード・ラグ入力フィルタ２０は、カットオフを作動（ｔｒｉｐ）させるべきではない。
【００３８】
以下に提供される擬似コンピュータプログラミングコードは、リード・ラグ入力フィルタ２０に関連するまたはそれを実行するコントローラがカットオフの作動を防止することを担保するために用いられうるコンピュータプログラムコードの一例を示している。この場合、フィルタ２０の出力が、たとえば限定するわけではないが０．５％または９９．５％の如きカットオフ値の近傍にある前もって設定された限界値を上回っている場合、リード・ラグ入力フィルタ２０がバイパスされ、そのダイナミックスが再設定される。
【００３９】
／／−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
／／リード・ラグフィルタの開始
／／−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
／／−−−フィルタ前段階−−−
ｉｆ（（ｒ＞＝フィルタ上限）｜｜（ｒ＜＝フィルタ下限）｜｜（ラグ時間＝０．０））
｛
ｘ＝ｒ；  ／／カットオフ近傍にあるとき、フィルタをバイパス
｝
ｅｌｓｅ  ／／−−−フィルタ段階−−−
｛
ｘ＝ａ＊（ｒ＿ｏｌｄ−ｘ＿ｏｌｄ）＋ｘ＿ｏｌｄ＋ｂ＊（ｒ−ｒ＿ｏｌｄ）；
／／カットオフにならないことを確かめためにフィルタ出力をチェック
ｉｆ（ｘ＞＝フィルタ上限）
ｘ＝フィルタ上限；
ｅｌｓｅ  ｉｆ（ｘ＜＝フィルタ下限）
ｘ＝フィルタ下限；
｝
／／−−−フィルタ後段階−−−
ｘ＿ｏｌｄ＝ｘ；  ／／古い値の更新  
ｒ＿ｏｌｄ＝ｒ；
／／−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
／／リード・ラグフィルタの終了
／／−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
一つの実施形態では、リード・ラグ入力フィルタ２０は、フィルタ前段階、フィルタ段階、フィルタ後段階および初期化段階を含む４つの状態または段階で実行されうる。フィルタ前段階では、フィルタ２０は、基準信号１０が前もって定められた上限を上回っているか否か、前もって定められた下限を下回っているか否か、または、フィルタ２０がすべてオフ状態になっているか否かを判定するためのチェックを行う。基準信号１０が前もって定められた上限を上回るかまたは前もって定められた下限を下回るとき（または、フィルタ２０がユーザインターフェイス１０７を通じてオフにされるかまたは係合されないとき）、リード・ラグ入力フィルタ２０は、基準信号の処理をバイパスし、代わりに、サーボループの入力部３０へ基準信号１０を直接供給するようになっている。上述のように、前もって定められた上限および下限は、リード・ラグ入力フィルタ２０の出力がカットオフを作動させないようにまたはアクチュエータを停止させないように、設定されることが好ましい。
【００４０】
以下の擬似コンピュータプログラミングコードは、リード・ラグ入力フィルタ２０に関連するコントローラがフィルタの上限および下限を所望のしきい値レベルに設定するようにプログラムされうる一つの方法を示している。
【００４１】
フィルタ上限＝ｍｉｎ（（ｉｖｐ＿ｃｕｔｏｆｆ＿ｈｉｇｈ−
ｈｉｇｈ＿ｃｕｔｏｆｆ＿ｄｅａｄｂａｎｄ）、（１００％−ｈｉｇｈ＿ｃｕｔｏｆｆ＿ｄｅａｄｂａｎｄ））
フィルタ下限＝ｍａｘ（（ｉｖｐ＿ｃｕｔｏｆｆ＿ｌｏｗ＋ｌｏｗ＿ｃｕｔｏｆｆ＿ｄｅａｄｂａｎｄ）、（０％＋ｌｏｗ＿ｃｕｔｏｆｆ＿ｄｅａｄｂａｎｄ））
これらの限界値は、ファームウェアにより計算されうるし、入力特性値、下限開度カットオフ値または上限開度カットオフ値が変更される毎に計算される。さらに、カットオフ処理アルゴリズムが特性付け部（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｒ）の下流側にあるので、これらの限界値は、特性付けされた限界値がカットオフしきいを下回るように、特性を逆にして（ｘ−データベクトルおよびｙ−データベクトルを逆にして）送られるようになっている。
【００４２】
フィルタ段階では、リード・ラグ入力フィルタ２０は、標準型離散時間式フィルタとして作動する。一般的にいえば、リード・ラグ入力フィルタ２０は、「ａ」と「ｂ」との２つの係数を備えているものとして表されうる。係数「ａ」は、遅れ（ラグ）の貢献度に対する係数であり、係数「ｂ」は、ラグ時間に対するリード（進み）時間の比率に対する係数である。これは、以下の公式に従って表現されうる：τリード／τラグ。リード・ラグ入力フィルタ２０がカットオフを動作状態にすることまたは開度停止部に向かって過剰に移動することを防止するために、フィルタ２０の出力は、フィルタ前段階において用いられている同一の上限値および下限値に再設定されることが好ましい。フィルタ段階中またはフィルタ状態中、フィルタ２０は、サーボループのためのフィルタ済入力信号を作成するために、任意の公知のまたは所望の方法で、基準信号に対してフィルタ係数（比率）を適用するようになっている。
【００４３】
フィルタ後段階中、フィルタの計算に用いられた前の値は、ユーザインターフェイスからまたはサーボループからの新しい入力に基づいて更新されるようになっている。最後に、たとえば装置の始動時に発生する初期化段階中、リード・ラグ入力フィルタ２０の初期条件は、現在の入力基準値に設定されるようになっている。もちろん、空気圧式機器の非線形性に対して逆ダイナミックスを与えるため、フィルタ係数は、制御弁６０の開弁方向および閉弁方向に対して別々に調節されても良い。
【００４４】
好ましい実施形態では、リード・ラグ入力フィルタの結果、すなわち設定値または弁入力信号に対するリード・ラグ入力フィルタ２０の効果は、以下の式から計算される：
（τ１ｓ＋１）／（τ２ｓ＋１）
τ１とτ２の値を調節することにより、比率が変更されて、純粋なラグ、純粋なリードまたはリードとラグとを組み合わせたものが実現される。制御弁に適用される場合、結果として得られる比率は、リード・ラグフィルタが提供するオーバシュート量と相関関係を有している。したがって、弁性能が異なるシナリオでは、オペレータは、所望の変更を達成するために、ユーザインターフェイス１０７を用いて比率を調節しうる。たとえば、リード・ラグ入力フィルタ２０が純粋なラグを生成することが所望される場合、τ１がゼロにセットされ、１／（τ２ｓ＋１）の効果が得られる。制御ループでは、純粋なラグがリード・ラグ入力フィルタ２０により生成される場合、誤差がゼロに向かって導かれる。その結果、リード・ラグ入力フィルタ２０が用いられている制御弁棒の位置または制御されている他のプロセス変数が開度設定値５０に徐々に近づく。
【００４５】
リード・ラグ入力フィルタ２０が純粋なリード生成することが所望される場合、τ２ｓがゼロにセットされ、（τ１ｓ＋１）／１の効果が得られる。制御ループでは、このことは、誤差の発生に先立ってそのような誤差の修正を行うことにより、予測制御が実現される。プロットされると、ユーザインターフェイス１０７のオペレータは、被制御要素に対して位相が正であることが分かる。
【００４６】
リード・ラグ比率が１．０より大きい限り、初期のリード応答が支配することになる。リード−ラグ比率が２である場合、２．０に相当する初期のリード応答が存在する。この結果、誤差が制御回路を通じて伝搬していくまえに、制御弁棒または制御弁シャフトの位置の修正が著しく削減され、次いで、制御弁棒の位置または制御下に置かれている他のプロセス変数が開度設定値５０に徐々に近づけられる。リード−ラグ比率が１．０未満である場合、ラグ修正が支配することになる。
【００４７】
さまざまな可能なリード−ラグ比率に起因するさまざまな弁性能シナリオの性能変化を認識することにより、オペレータは、プロセスパラメータを微調整して誤差の修正をすることを容易に熟達うるし、また、制御弁の性能を容易に最適化しうる。
【００４８】
いうまでもなく、リード・ラグ入力フィルタ２０を用いることにより利益を得られるコンポーネントがさらに有利に設けられても良い。たとえば、基準信号１０、基準信号１０の速度および基準信号１０の加速度を含むデータに応答するように構成されるフィードフォワードコンポーネントが設けられても良い。
【００４９】
ユーザインターフェイス１０７の表示画面１２０は、図７に示されているような「装置セットアップ」という見出しのプルダウンメニュースクリーンの如き一または複数のメニュースクリーンを通じてアクセスされることが好ましい。メニュースクリーンは、制御弁ループが遠隔から調節されうることをユーザに通知するために適切な索引を提供することが好ましい。たとえば、図５のあるメニューオプションには「遠隔チューニング」と書かれている。選択された場合、ユーザは、「リード・ラグ入力フィルタのより一層の安定化／最適化」を選択しうる。
【００５０】
リード・ラグ入力フィルタ２０は、任意の数の異なるタイプのサーボループにより実現されても良い。以上のように、図１には、リード・ラグ入力フィルタ２０が、制御弁上で弁棒または弁シャフトの位置を設定するために用いられる高利得閉ループ型サーボコントローラを備えたあるタイプの電空制御システムに用いられているものとして示されているが、リード・ラグ入力フィルタ２０は、他の制御システムまたは他の制御ループに同様に用いられても良い。たとえば、設定値に関連するリード・ラグフィルタの有効な別の用途としては、ボール弁との組み合わせにおけるものが挙げられる。この用途では、アクチュエータと弁体との間のシャフトワインドアップ（ｓｈａｆｔ  ｗｉｎｄｕｐ）により流量制御に不感帯が取り込まれている。シャフトワインドアップは、アクチュエータを僅かばかし過剰に駆動することでボールの所望の位置へ移動を可能とすることにより克服されうる。これが開ループ技術であるので、応答は完全なものではないがリード・ラグフィルタがない場合に比較すれば相当に良好な応答が得られる。
【００５１】
さらに、閉ループダイナミックスを変更することなく、サーボを設定点へ閉ループ補償のみにより通常達成されるよりも速く駆動することによって性能改善に利用可能な技術がさまざまある。そのような技術の一つとして、フィードバックコントローラを設定値においてリード・ラグフィルタで補強することが挙げられ、他の技術としては、コントローラを設定値速度フィードフォワード要素で補強することが挙げられる。これらの状況において、リード・ラグフィルタが同様に用いられても良い。
【００５２】
フィードバックコントローラがリード・ラグ入力フィルタで補強される技術は、ボリュームブースタおよびＱＥＶの如きアクチュエータのストローク速度を上げるための付属品が用いられる用途において特に有用である。小さな振幅の変化における遅いダイナミックスを補償するために、リード・ラグフィルタは、従来のボリュームブースタ構成が低い不感帯であるが故に有効に作動され得ないような振幅の如き小さな振幅においてでさえボリュームブースタを連動させるように、短期間にわたって設定値をオーバドライブするために用いられる。
【００５３】
リード・ラグフィルタ２０がソフトウェアおよびハードウェアまたはファームウェアを含む所望の方法で実現されても良い。しかしながら、ソフトウェアで実現される場合、ソフトウェアにより実現される場合、本明細書記載のソフトウェアルーチンは、たとえば、磁気ディスク、レーザディスクまたは他の格納媒体の如き任意のコンピュータ読取り可能なメモリ内に格納されても良いし、または、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、標準型多目的ＣＰＵまたは他のハードワイヤードデバイスの如きコンピュータまたはプロセッサのＲＡＭまたはＲＯＭ内に格納されても良い。同様に、上記のソフトウェアは、たとえばコンピュータ読み取り可能ディスクもしくは他の伝送可能なコンピュータ格納機構を用いること、または、電話回線、インターネットなどの如き通信チャネルを用いることを含む、いかなる公知のまたは所望の伝送方法を用いて、ユーザまたはプロセス制御プラントに伝送されてもよい（電話回線、インターネットなどの如き通信チャネルの用いることは、伝送可能な格納媒体を介してソフトウェアを提供することと同一であるとまたは互換性があると考えられる）。
【００５４】
小さな振幅の入力に応答して弁体を弁座から設定点に向かって迅速に移動させる一つの方法は、弁がカットオフ状態から動的なスロットル制御へと転移させるとき、弁体をサーボ入力制御信号または設定値を超えて移動させる（オーバドライブする）ことである。転移中にサーボをオーバドライブさせるために、５０ミリ秒の如き通常１秒未満の短期間において一方のカットオフ状態から他方のカットオフ状態に切り換えるためのスイッチ機能が用いられうる。０％から１００％へのカットオフまたは１００％から０％へのカットオフの急速な転移のためのスイッチは、図８に示されているようにＩ／Ｐ駆動回路に直接接続されているスイッチ機能９５を通じて直接的にＩ／Ｐドライブを操作することにより実現されても良いし、または、図９に示されているように、フォワードパス利得のスイッチ機能９６を通じて間接的にＩ／Ｐドライブを操作することにより実現されても良い。当業者にとって明らかなように、スイッチ機能は、サーボへの入力部にリード・ラグフィルタを備えているか否かとは関係なく、制御システムに実装されても良い。
【００５５】
しかしながら、このようなスイッチ機能は、実現するために比較的に高額なソフトウェア間接費を必要とし  さらに、切り換え時における「チャタリング」または急速な不適当なズレを防止するために付加的な保護ロジックを必要とする。以下に記載されるように、ポジショナフィードバックループより上流側に設けられ、入力条件をユーザが変更可能なリード・ラグ入力フィルタは、上述のスイッチ機能よりも用いるシステムメモリが著しく少ない他の解決策を提供する。
【００５６】
アンチサージ弁が小さな振幅の信号に応答して迅速に弁座を離昇しなければならないコンプレッサ制御システム内のサーボの如きサーボをオーバドライブさせるためにスイッチ機能を用いる代わりの代替例として、同一の効果が、本発明にかかるリード・ラグフィルタの入力部の初期条件をリード・ラグフィルタの出力部の初期条件とは異なるように設定することにより達成されうる。リード・ラグフィルタの出力部の初期条件からに異なるようにその入力部の初期条件を設定するために、ダイナミックスの分子の初期条件が、ダイナミックスの分母の初期条件とは異なるように設定される。その効果として、開度設定値において「スパイク」または一時的なズレが形成される。これが、弁を弁座から迅速に離脱させるための好ましい結果をもたらす。
【００５７】
図１１には、本発明にかかるリード・ラグ入力フィルタに対する初期条件を設定することによりサーボコマンド信号がオーバドライブされるとき、カットオフから動的制御へと転移される領域におけるオーバドライブされた設定値の一例が示されている。図１０には、カットオフ状態からの小さな振幅の設定値の変化に対する大容量アクチュエータの典型的な応答が示されている。図１０に示されている一例では、弁が開度設定値に達するまでに、２分を超える遅れが出ている。それに対して、図１１では、弁は開度設定値にほとんど瞬間的に達している。当業者にとって明らかなように、弁座から弁体を離して移動させための絶対時間はアクチュエータの容量と比例関係がある。すなわち、現在の例示的な実施形態においてであっても、サーボ入力よりも一時的に優先（ｏｖｅｒｒｉｄｅ）される人為的条件は、大容量アクチュエータの場合に最大２分の弁体移動時間が必要としうる。この場合、従来のシステムでは、この時間よりも長い時間が必要となりうる。
【００５８】
当業者にとって明らかなように、リード・ラグフィルタは、以下の式により表されうる：
ｘ［ｋ］＝ａ＊ｘ［ｋ−１］＋ｂ＊ｒ［ｋ］＋（１−ｂ−ａ）＊ｒ［ｋ−１］  
ここで、
ｘ［ｋ］＝インデックスｋにおけるフィルタ出力
ｒ［ｋ］＝インデックスｋにおけるフィルタ入力
ａ＝ｅｘｐ（Ｔｓ／ｔａｕ＿ｌａｇ）  
ｂ＝ｔａｕ＿ｌｅａｄ／ｔａｕ＿ｌａｇ
Ｔｓ＝サーボのサンプル時間
ｔａｕ＿ｌａｇ＝ラグ時間定数（ユーザにより定義されうる）
ｔａｕ＿ｌｅａｄ＝リード時間定数（ユーザにより定義されうる）
弁が弁座上にあるとき、ｘ［ｋ−１］の値は０％に設定されることが一般的であり、ｒ［ｋ−１］の値も０％に設定される。弁がカットオフであるとき、ｒ［ｋ−１］の値を、−１０％の如きゼロ％未満の人為的に低い初期条件に手動で設定することにより、ｒ［ｋ］（すなわち、フィルタ入力）とｒ［ｋ−１］との間の差は、正常よりも大きくなる。すなわち、ｒ［ｋ−１］が０％であり、リード・ラグフィルタの初期条件が−１０％に設定されている場合、２％のステップ変化によって、フィルタの出力部には＋１２％の相対的な変化量が生成されることになる。この差の増加により、フィルタの出力、（ｘ［ｋ］）がオーバドライブされる。または、ｘ［ｋ−１］の値が１００％である場合、ｒ［ｋ−１］の値は１１０％の如き人為的に高い初期条件にセットされても良く、その結果、９８％までステップ変化がフィルタの出力部に−１２％の変更を生じる。基本的に、動的なカットオフの場合、リード・ラグフィルタは、コマンド信号の小さな変化を出力の大きな一時的な変化として解釈されるように初期化され、これにより、電流−圧力駆動信号内にスパイクを引き起こす効果を奏する。このスパイクは、スイッチ機能の場合と同一の方法で、弁座から弁を離脱させ、設定点の方向に向かって弁を移動させる。
【００５９】
リード・ラグフィルタの入力部への初期条件を調節するに当たって、ユーザインターフェイスに関連する調節可能なインターフェイス制御部が用いられても良い。たとえば、ユーザインターフェイスは、リード・ラグフィルタの入力部への初期条件を設定しうる可変のユーザ選択レベルが設けられていても良い。「リード・ラグ低上昇」の如き表示のある初めのユーザ選択レベルは、−２％の如き小さな負の値に相当しうる。「リード・ラグ中上昇」の如き表示のある中間のユーザ選択レベルは、−１０％の如き相対的に大きな負の値に相当しうる。「リード・ラグ高上昇」の如き表示がある終わりのユーザ選択レベルは、−１５％の如き相対的にさらに大きな負の値に相当しうる。
【００６０】
本明細書において特定の実施形態を記載しているが、開示されている発明のクレームを、これらの特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】リード・ラグ入力フィルタで強化されている電空制御システムを示すブロック図である。
【図２】リード・ラグ入力フィルタが係合されているときの、時間に対する開度設定値のプロットと、時間に対するリード・ラグフィルタの応答のプロットとを示している、図１に概略的に示されているような電空制御システムのユーザインターフェイスルーチンにより作成される例示のスクリーン表示画面である。
【図３】リード・ラグ入力フィルタが係合されていないときの、時間に対する開度設定値のプロットと、時間に対するリード・ラグフィルタの応答のプロットとを示している、図１に概略的に示されているような電空制御システムのユーザインターフェイスルーチンにより作成される例示のスクリーン表示画面である。
【図４】ユーザに制御ループのリード・ラグフィルタに対する刺激供給源を選択させ、データ入力欄が動作状態になったとき、そのデータ入力欄に値を入力させることを可能とするメニューを示す例示のスクリーン表示画面である。
【図５】電空制御システムのユーザインターフェイスへのさまざまな入力の結果として実行される処置および表示される情報を示すフロー図である。
【図６】個々のフィルタタイプの選定に応答した、ユーザインターフェイスのさまざまな入力制御部のステータスを示すフロー図である。
【図７】ユーザに、設定項目「遠隔チューニング」を含むさまざまな装置制御部設定項目の中から選択させることを可能とするメニューを示す例示のスクリーン表示画面である。
【図８】Ｉ／Ｐ駆動回路に直接接続されているスイッチ機能により強化されている電空制御システムを示すブロック図である。
【図９】フォワード利得パスに直接接続されているスイッチ機能により強化されている電空制御システムを示すブロック図である。
【図１０】小さな振幅の設定値変化に対する大容量アクチュエータの典型的なカットオフ状態からの初期応答を図示している、時間に対する開度設定値および開度のプロットを示している。
【図１１】本発明にかかるリード・ラグフィルタの入力部に対して所望の初期条件をセットし、サーボに対するコマンド信号をオーバドライブすることにより、小さな振幅の信号変化に対する弁応答の向上を促進しているときの、同一の信号の変化に対する同一の大容量アクチュエータの初期応答を図示していること以外は、図１０に示されているものと同様のプロットである。
【符号の説明】
【００６２】
１０  基準制御信号
２０  リード・ラグ入力フィルタ
４０  制御ループ
５５  空気式アクチュエータ
６０  制御弁
８０  電流−圧力トランスデューサ
【図１】
2007200318.tif 000003
【図２】
2007200318.tif 000004
【図３】
2007200318.tif 000005
【図４】
2007200318.tif 000006
【図５】
2007200318.tif 000007
【図６】
2007200318.tif 000008
【図７】
2007200318.tif 000009
【図８】
2007200318.tif 000010
【図９】
2007200318.tif 000011
【図１０】
2007200318.tif 000012
【図１１】
2007200318.tif 000013
【外国語明細書】
2007200318000001.pdf