(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの弁開度を設定する入力信号と、前記バルブの弁開度を検出する位置センサと、前記位置センサにより得られた弁開度信号と前記入力信号との偏差から前記バルブの弁開度を前記入力信号に一致させるように制御演算して制御信号を生成する制御演算部と、前記制御信号に基づいた空気流量を生成する電空変換機構部と、前記電空変換機構部において生成された空気流量に基づく空気圧を前記バルブに供給する圧力増幅器とからなるバルブポジショナであって、
前記電空変換機構部と前記圧力増幅器と前記位置センサとバルブとで構成されている制御対象部位は、自動設定信号を受けたときに、前記制御対象部位のゲインを測定するゲイン測定手段を持ち、
前記ゲイン測定手段は、前記制御演算部の制御信号の初期値Ｍｖ（０）を出力して前記位置センサの弁開度信号Ｐｖ（０）が動作領域にあることを確認し、第一の前記制御演算部の制御信号Ｍｖ（１）を出力して前記位置センサの弁開度信号をＰｖ（１）として記憶し、第二の制御信号Ｍｖ（２）を前記制御信号Ｍｖ（０）からＭｖ（１）に変化させた方向と同一方向に変化させて前記位置センサの弁開度信号をＰｖ（２）とし記憶し、制御信号Ｍｖ（１）とＭｖ（２）の変化量と、弁開度信号Ｐｖ（１）とＰｖ（２）の変化量から前記制御対象部位のゲインを測定することを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項２】
バルブの弁開度を設定する入力信号と、前記バルブの弁開度を検出する位置センサと、前記位置センサにより得られた弁開度信号と前記入力信号との偏差から前記バルブの弁開度を前記入力信号に一致させるように制御演算して制御信号を生成する制御演算部と、前記制御信号に基づいた空気流量を生成する電空変換機構部と、前記電空変換機構部において生成された空気流量に基づく空気圧を前記バルブに供給する圧力増幅器とからなるバルブポジショナであって、
前記電空変換機構部と前記圧力増幅器と前記位置センサとバルブとで構成されている制御対象部位は、自動設定信号を受けたときに、前記制御対象部位のゲインを測定するゲイン測定手段を持ち、
前記制御演算部は少なくとも比例制御演算を行うとともに、前記ゲイン測定手段は、第一の前記入力信号Ｓｐ（１）を前記制御演算部に与えてそのときの前記弁開度信号をＰｖ（１）として記憶し、第二の前記入力信号Ｓｐ（２）を前記制御演算部に与えて前記弁開度信号をＰｖ（２）として記憶し、入力信号Ｓｐ（１）とＳｐ（２）、弁開度信号Ｐｖ（１）とＰｖ（２）から前記制御対象部位のゲインを測定することを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項３】
バルブの弁開度を設定する入力信号と、前記バルブの弁開度を検出する位置センサと、前記位置センサにより得られた弁開度信号と前記入力信号との偏差から前記バルブの弁開度を前記入力信号に一致させるように制御演算して制御信号を生成する制御演算部と、前記制御信号に基づいた空気流量を生成する電空変換機構部と、前記電空変換機構部において生成された空気流量に基づく空気圧を前記バルブに供給する圧力増幅器とからなるバルブポジショナであって、
前記電空変換機構部と前記圧力増幅器と前記位置センサとバルブとで構成されている制御対象部位は、自動設定信号を受けたときに、前記制御対象部位のゲインを測定するゲイン測定手段を持ち、
前記制御演算部は少なくとも比例制御演算を行うとともに、前記ゲイン測定手段は、前記入力信号の初期値Ｓｐ（０）を前記制御演算部に与えて前記弁開度信号Ｐｖ（０）が動作領域にあることを確認してから、第一の入力信号Ｓｐ（１）を前記制御演算部に与えてそのときの前記弁開度信号Ｐｖ（１）を記憶し、第二の入力信号Ｓｐ（２）を前記入力信号Ｓｐ（０）からＳｐ（１）に変化させた方向と同一方向に変化させてそのときの前記弁開度信号Ｐｖ（２）を記憶し、前記入力信号Ｓｐ（１）とＳｐ（２）、弁開度信号Ｐｖ（１）とＰｖ（２）とから前記制御対象部位のゲインを測定する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し、特に制御対象部位の特性を自動測定し、制御演算部のチューニングパラメータを制御対象部位の特性から演算により求める自動チューニング機能を更に充実させるため、新たに制御対象部位の入出力ゲインを測定する機能を備えたバルブポジショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術におけるバルブポジショナは、中央演算処理装置ＣＰＵやＤＳＰ等の演算機能を持つようになり、制御アルゴリズムをソフトウェアで実現できるようになったため、制御性が大幅に改善された。その反面、制御アルゴリズムが複雑になり人間が手動で制御アルゴリズムのチューニングを行うことが困難になってきた。この解決策としてポジショナ自身が制御対象部位で有るバルブの特性を測定し、測定結果によりチューニングパラメータの決定を行う、いわゆるオートチューニング機能を持つようになってきた。
【０００３】
この従来の自動チューニング機能は、Ｉ／Ｐモジュール、制御対象部位の応答速度測定、制御対象部位のヒステリシス測定、バルブのスリップ幅測定をしてこれらの測定結果からチューニングパラメータを決定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術の自動チューニング機能では、チューニングしたいループゲインを制御対象部位の特性の測定値から求めているが、実際にチューニングが必要なパラメータは制御演算部（コントローラ）のゲインＫｐであるため、ゲインＫｐをループゲインから求めるためには制御対象部位のゲイン情報が必要であるという問題がある。
【０００５】
又、従来の自動チューニング機能において、制御対象部位の入出力ゲインは、バルブの種類又はバルブの種類に関するパラメータをポジショナに教えることにより演算により求めていた。そのため、バルブの種類によるパラメータ、例えば、定格サプライ圧、スプリングレンジ等や、バルブの型名から制御対象部位のゲインを計算するのに必要な情報を予めポジショナ自身が持っているデータベースから抽出して制御に必要なゲインＫｐの値を演算により求める必要がある。このような方法の場合、次のような問題点がある。
▲１▼作業者はバルブに関する情報をポジショナに教える又は入力しなければならない。
▲２▼この結果、インスタレーションの工数かかる。
▲３▼入力間違いなど人的ミスが生じてしまう。
▲４▼設定値と実際のゲインとは必ずしも一致せず、バラツキを持っている。従って、チューニングが出来ない。
【０００６】
従って、従来の自動チューニング機能に制御対象部位の入出力ゲイン測定機能を付加することにより、より正確で、より効率的な自動チューニング方法を実現させることに解決しなければならない課題を有する。
【０００７】
【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次に示す構成にすることである。
【０００８】
（１）バルブの弁開度を設定する入力信号と、前記バルブの弁開度を検出する位置センサと、前記位置センサにより得られた弁開度信号と前記入力信号との偏差から前記バルブの弁開度を前記入力信号に一致させるように制御演算して制御信号を生成する制御演算部と、前記制御信号に基づいた空気流量を生成する電空変換機構部と、前記電空変換機構部において生成された空気流量に基づく空気圧を前記バルブに供給する圧力増幅器とからなるバルブポジショナであって、
前記電空変換機構部と前記圧力増幅器と前記位置センサとバルブとで構成されている制御対象部位は、自動設定信号を受けたときに、前記制御対象部位のゲインを測定するゲイン測定手段を持ち、
前記ゲイン測定手段は、前記制御演算部の制御信号の初期値Ｍｖ（０）を出力して前記位置センサの弁開度信号Ｐｖ（０）が動作領域にあることを確認し、第一の前記制御演算部の制御信号Ｍｖ（１）を出力して前記位置センサの弁開度信号をＰｖ（１）として記憶し、第二の制御信号Ｍｖ（２）を前記制御信号Ｍｖ（０）からＭｖ（１）に変化させた方向と同一方向に変化させて前記位置センサの弁開度信号をＰｖ（２）とし記憶し、制御信号Ｍｖ（１）とＭｖ（２）の変化量と、弁開度信号Ｐｖ（１）とＰｖ（２）の変化量から前記制御対象部位のゲインを測定することを特徴とするバルブポジショナ。
（２）バルブの弁開度を設定する入力信号と、前記バルブの弁開度を検出する位置センサと、前記位置センサにより得られた弁開度信号と前記入力信号との偏差から前記バルブの弁開度を前記入力信号に一致させるように制御演算して制御信号を生成する制御演算部と、前記制御信号に基づいた空気流量を生成する電空変換機構部と、前記電空変換機構部において生成された空気流量に基づく空気圧を前記バルブに供給する圧力増幅器とからなるバルブポジショナであって、
前記電空変換機構部と前記圧力増幅器と前記位置センサとバルブとで構成されている制御対象部位は、自動設定信号を受けたときに、前記制御対象部位のゲインを測定するゲイン測定手段を持ち、
前記制御演算部は少なくとも比例制御演算を行うとともに、前記ゲイン測定手段は、第一の前記入力信号Ｓｐ（１）を前記制御演算部に与えてそのときの前記弁開度信号をＰｖ（１）として記憶し、第二の前記入力信号Ｓｐ（２）を前記制御演算部に与えて前記弁開度信号をＰｖ（２）として記憶し、入力信号Ｓｐ（１）とＳｐ（２）、弁開度信号Ｐｖ（１）とＰｖ（２）から前記制御対象部位のゲインを測定することを特徴とするバルブポジショナ。
（３）バルブの弁開度を設定する入力信号と、前記バルブの弁開度を検出する位置センサと、前記位置センサにより得られた弁開度信号と前記入力信号との偏差から前記バルブの弁開度を前記入力信号に一致させるように制御演算して制御信号を生成する制御演算部と、前記制御信号に基づいた空気流量を生成する電空変換機構部と、前記電空変換機構部において生成された空気流量に基づく空気圧を前記バルブに供給する圧力増幅器とからなるバルブポジショナであって、
前記電空変換機構部と前記圧力増幅器と前記位置センサとバルブとで構成されている制御対象部位は、自動設定信号を受けたときに、前記制御対象部位のゲインを測定するゲイン測定手段を持ち、
前記制御演算部は少なくとも比例制御演算を行うとともに、前記ゲイン測定手段は、前記入力信号の初期値Ｓｐ（０）を前記制御演算部に与えて前記弁開度信号Ｐｖ（０）が動作領域にあることを確認してから、第一の入力信号Ｓｐ（１）を前記制御演算部に与えてそのときの前記弁開度信号Ｐｖ（１）を記憶し、第二の入力信号Ｓｐ（２）を前記入力信号Ｓｐ（０）からＳｐ（１）に変化させた方向と同一方向に変化させてそのときの前記弁開度信号Ｐｖ（２）を記憶し、前記入力信号Ｓｐ（１）とＳｐ（２）、弁開度信号Ｐｖ（１）とＰｖ（２）とから前記制御対象部位のゲインを測定することを特徴とするバルブポジショナ。
【０００９】
このように、従来の自動チューニング機能に、制御対象部位の入力ゲイン測定機能を付加したことによ、より正確且つより効率的な自動チューニングを行うことができるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバルブポジショナの実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
バルブポジショナ１００は、図１に示すように、入力信号ＳＰを入力する信号受信装置１１０と、この信号受信装置１１０で受信した信号（入力信号Ｓｐ）とフィードバック信号である弁開度信号ＰＶを入力して制御信号ＭＶを生成する制御演算装置１２０と、制御信号ＭＶに基いて空気圧を調整する電空変換機構部２１０と、該変換された空気圧の圧力を増幅する圧力増幅器２２０と、ステムの変位信号を検出する位置センサ２３０とから構成されている。この圧力増幅器２２０で増幅された空気圧はバルブ３１０に供給され、図示しないステムの変化をリンク機構３２０を通じて位置センサー２３０に伝達する。この中で電空変換機構部２１０、圧力増幅器２２０、バルブ３１０、リンク機構３２０、位置センサ２３０が制御対象部位２００となる。又、バルブ３１０、リンク機構３２０が実際に駆動するバルブ機構３００である。
【００１２】
図２は、このような構成からなるバルブポジショナの各コンポーネントから生成される信号の記号で表したものであり、コントローラ（制御演算装置）１２０はＫｐ、制御信号Ｍｖの単位はｍＡ、電空変換機構部２１０はＧｆｍで出力する信号はｋｐａ、圧力増幅器２２０はＧｐｒで出力はｋｐａ、バルブ３１０はＧｖでその出力の単位はｍｍ、リンク機構３２０はＧｌｎで単位はｄｅｇ、位置センサ２３０はＧｓで単位はＶである。
【００１３】
このようにして記号により表したバルブポジショナにおいて、制御対象部位２００のゲイン（Ｇｆｗ）は、次の式で求めることができる。
【００１４】
Ｇｆｗ＝Ｇｆｍ×Ｇｐｒ×Ｇｖ×Ｇｌｎ×Ｇｓ（Ｖ／ｍＡ）・・・・（式１）
【００１５】
一方、系の一巡ループゲインＧｌｏｏｐは、次の式で求めることができる。
Ｇｌｏｏｐ＝Ｋｐ×Ｇｆｗ・・・・・・（式２）
【００１６】
従って、設定したいゲインＧｌｏｏｐが決まり、制御対象部位２００のゲインＧｆｗが求まれば、コントローラ１２０のゲインＫｐは次の式で求めることができる。
【００１７】
Ｋｐ＝Ｇｌｏｏｐ／Ｇｆｗ・・・・・・（式３）
【００１８】
さて、本発明は、自動チューニングをする際に、自動設定信号（自動チューニングを行う際の信号）を受けたときに、制御対象部位２００のゲインＧｆｗを測定して自動チューニングできるようにしたことである。この、制御対象部位２００のゲインＧｆｗを求める手法については２通りあり、第１の測定手法は制御信号Ｍｖと弁開度信号Ｐｖを用いて求める手法、第２の測定手法は入力信号Ｓｐと弁開度信号Ｐｖを用いて求める手法である。
【００１９】
先ず、第１の測定手法である制御信号Ｍｖと弁開度信号Ｐｖを用いて制御対象部位２００のゲインＧｆｗを求める手法は、図３に示すように、系を開ループにしてコントローラ（電空変換機構部）２１０の出力である制御信号Ｍｖの値から位置センサ２３０の出力値である弁開度信号Ｐｖの値の入出力特性を測定することによりゲインＧｆｗを求める。従って、制御信号Ｍｖの値をある一定量変化させ、弁開度信号Ｐｖの変化量を測定することによりゲインＧｆｗを求めることができ、その式は次に示すようになる。
【００２０】
Ｇｆｗ＝（Ｐｖ（１）−Ｐｖ（２））／（Ｍｖ（１）−Ｍｖ（２））・・・・（式４）
【００２１】
しかし、この測定には、外乱が混在しているので、正確には測定できない場合がある。外乱を相殺する手法として、今、図４に示すように、外乱Ｄ１（ｓ）〜Ｄ４（ｓ）が存在しているものとする。
【００２２】
制御信号Ｍｖ（ｓ）から弁開度信号Ｐｖ（ｓ）までの演算式は、外乱が無い場合には、以下に示す式により求めることができる。
0004244507.tif 000002
【００２３】
上記図４に示す外乱Ｄ１（ｓ）〜Ｄ４（ｓ）が存在しているとして、外乱の総和をＤｓｕｍとすると、次の式で表すことができる。
【００２４】
0004244507.tif 000003
【００２５】
従って、弁開度信号Ｐｖ（ｓ）は、次の式で表すことができる。
Ｐｖ（ｓ）＝Ｇｆｗ×Ｍｖ（ｓ）＋Ｄｓｕｍ（ｓ）・・・・・（式７）
【００２６】
このような式を参酌するに、Ｄｓｕｍ（ｓ）を変化させずに、Ｍｖ（ｓ）、Ｐｖ（ｓ）の状態を変化させれば、Ｄｓｕｍ（ｓ）は相殺できる。
具体的に示せば、
Ｐｖ（１）＝Ｇｆｗ×Ｍｖ（１）＋Ｄｓｕｍ（１）・・・・（式８）
Ｐｖ（２）＝Ｇｆｗ×Ｍｖ（２）＋Ｄｓｕｍ（２）・・・・（式９）
【００２７】
いま、Ｄｓｕｍ（１）＝Ｄｓｕｍ（２）であるから、式８、式９からＤｓｕｍを相殺できる。
【００２８】
Ｐｖ（１）−Ｐｖ（２）＝Ｇｆｗ×（Ｍｖ（１）−Ｍｖ（２））
となる。従って、ゲインＧｆｗは上述した式４と同じ式になる。
【００２９】
ここで、Ｄｓｕｍを変化させずに、制御信号Ｍｖ、弁開度信号Ｐｖ（ｓ）の状態を変化させる方法について述べる。
【００３０】
Ｄｓｕｍ（ｓ）はさまざまな外乱が想定されるが、Ｄｓｕｍ（ｓ）に占める割合が最も大きいと考えられる外乱は、系に存在するヒステリシスである。従って、測定を行う前に、このヒステリシスをリセットする作業を行えばよい。
【００３１】
図５に示すフローチャートは、このヒステリシスをリセットする手順を示したものであり、図６を参照して以下説明する。
【００３２】
先ず、コントローラ（制御演算装置）を開ループにする(ステップＳＴ１１０）。そして、制御信号Ｍｖにある任意の初期値Ｍｖ値を与える(ステップＳＴ１２０）。そしてフィードバック信号である弁開度信号Ｐｖの値を監視して、弁開度信号Ｐｖの値が安定するのを待つ(ステップＳＴ１３０、ＳＴ１４０）。
【００３３】
弁開度信号Ｐｖが安定したならば、この安定した状態を監視しながら、弁開度信号Ｐｖに変化がない場合には、弁開度信号Ｐｖが変化するまで、制御信号Ｍｖを一方方向に変化させる(ステップＳＴ１５０、ＳＴ１６０、ＳＴ１７０）。
【００３４】
ステップＳＴ１６０において、もし、弁開度信号Ｐｖが変化した時、即ち、弁解度信号Ｐｖが制御信号Ｍｖに追従したときに、一方方向に変化させている制御信号Ｍｖの変化を止める(ステップＳＴ１８０）。この状態のときに、ヒステリシスがリセットされたことになる。
【００３５】
そして、再度、弁開度信号Ｐｖ値を監視して弁開度信号Ｐｖが安定するのを待つ(ステップＳＴ１９０、ＳＴ２００）。弁開度信号Ｐｖが安定した場合には、制御信号Ｍｖ（１）、弁開度信号Ｐｖ（１）の値を測定する(ステップＳＴ２００、ＳＴ２１０）。
【００３６】
そして、再度、制御信号Ｍｖを変化させた方向と同じ方向にある一定量変化させる(ステップＳＴ２２０）。そして、弁開度信号Ｐｖの値を監視し、弁開度信号Ｐｖの値が変化しない場合には、制御信号Ｍｖの値を前回と同じ一方方向に変化させて弁開度信号Ｐｖの値の変化を監視する(ステップＳＴ２３０、ＳＴ２４０、ＳＴ２５０）。
【００３７】
ステップＳＴ２４０において、弁開度信号Ｐｖの値が一定以上変化した時には、一方方向に変化させている制御信号Ｍｖの変化を止める(ステップＳＴ２６０）。そして、再度、弁開度信号Ｐｖの値の変化を監視しながら、弁開度信号Ｐｖの値が安定するまで監視を続ける（ステップＳＴ２７０、ＳＴ２８０）。
【００３８】
ステップＳＴ２８０において、弁開度信号Ｐｖの値が安定したならば制御信号Ｍｖ（２）、弁開度信号Ｐｖ（２）の値を測定する(ステップＳＴ２９０）。このようにして得られた制御信号Ｍｖ（１）、Ｍｖ（２）、弁開度信号Ｐｖ（１）、Ｐｖ（２）から制御対象部位のゲインＧｆｗを得るための演算を行い、外乱であるヒステリシスをリセットして自動チューニングを行うことができるのである(ステップＳＴ３００）。
【００３９】
又、このようにしてヒステリシスをリセットすることができるとしても、入出力特性に存在するヒステリシスや不感帯は、その性質上、出力値が変化する方向を反転させるときに、入力値を変化させても、出力が変化しない特性を持つ。従って、上述したようにヒステリシスをリセットするためには、同じ方向に、Ｐｖ値が働くようにＭｖ値を変化させて測定すればよいわけであるが、以下に示す欠点が存在する。
【００４０】
１）測定は、開ループで行わなければならないので、弁開度信号Ｐｖの値を測定レンジに入れるのが難しい。
２）開ループでは、弁開度信号Ｐｖの値が安定するまでに時間がかかるので測定に時間がかかってしまう。
３）フォワードゲインは通常高いので、測定誤差が大きくなってしまう。
【００４１】
このような問題を解決する第２の測定方法は、上述した図２に示すように、測定は閉ループで行い、コントローラ（制御演算装置）１２０を比例制御するものであり、入力信号Ｓｐ（ｓ）をある一定の値であるとすると、弁開度信号Ｐｖ（ｓ）は次の式により求めることができる。この時の値Ｋｐ’は測定のために予め用意した既知の値を用いる。
【００４２】
Ｐｖ（ｓ）＝｛（Ｋｐ’×Ｇｆｍ×Ｇｐｒ×Ｇｖ×Ｇｉｎ×Ｇｓ）／（１＋Ｋｐ’×Ｇｆｍ×Ｇｐｒ×Ｇｖ×Ｇｌｎ×Ｇｓ）｝×Ｓｐ（ｓ）・・・・（式１０）
【００４３】
Ｇｆｗ＝Ｇｆｍ×Ｇｐｒ×Ｇｖ×Ｇｉｎ×Ｇｓ
であるので、式１０は次の式のように表すことができる。
【００４４】
Ｐｖ（ｓ）＝Ｋｐ’×Ｇｆｗ／（１＋Ｋｐ’×Ｇｆｗ）×Ｓｐ（ｓ）・式１１
【００４５】
この式１１をゲインＧｆｗの式で表すと次の式１２のようになる。
【００４６】
Ｇｆｗ＝Ｐｖ（ｓ）／（Ｋｐ’×（Ｓｐ（ｓ）−Ｐｖ（ｓ））・・・・式１２
【００４７】
ここで、弁開度信号Ｐｖ（ｓ）、入力信号Ｓｐ（ｓ）、Ｋｐ’は既知であるため、ゲインＧｆｗは計算により求めることができる。
【００４８】
この第２の測定手法の測定原理は、既に述べたように入力信号Ｓｐと弁開度信号Ｐｖを用いて制御対象部位のゲインＧｆｗを求める手法であり、コントローラ１２０を比例制御にして入力信号Ｓｐの値から位置センサ２３０の出力値である弁開度信号Ｐｖの値の入出力特性を測定するようにしたものである。従って、入力信号Ｓｐの値をある一定量変化させ、弁開度信号Ｐｖの変化量を測定することによりゲインＧｆｗを得るようにする。
【００４９】
ところが、この測定手法においても、図７に示すように、系の中にはヒステリシス等の外乱が一切存在しない場合であればこの手法でゲインＧｆｗは計算できるが。実際は多くの外乱は存在する。
【００５０】
Ｄ１（ｓ）、Ｄ２（ｓ）、Ｄ３（ｓ）、Ｄ４（ｓ）が外乱であるとして、これらを集約してＤｓｕｍ（ｓ）とすると、上述した式６と同じ式６’を得ることができる。
【００５１】
0004244507.tif 000004
【００５２】
この式６’を式１２に代入すれば、次の式１３を得ることができる。
Ｐｖ（ｓ）＝（Ｋｐ’×Ｇｆｗ×Ｓｐ（ｓ）＋Ｄｓｕｍ（ｓ））／（１＋Ｋｐ’×Ｇｆｗ）  ・・・・・（式１３）
【００５３】
従って、Ｄｓｕｍ（ｓ）は未知なので、ゲインＧｆｗは求まらない。Ｄｓｕｍ（ｓ）を変化させずに、弁開度信号Ｐｖ（ｓ）、入力信号Ｓｐ（ｓ）の条件を変化させれば、Ｄｓｕｍ（ｓ）を相殺できる。
【００５４】
即ち、上述の式１３をＤｓｕｍ（ｓ）の式で表すと次の式１４になる。
Ｄｓｕｍ（ｓ）＝Ｐｖ（ｓ）
−Ｋｐ’×Ｇｆｗ×（Ｓｐ（ｓ）−Ｐｖ（ｓ））・・（式１４）
【００５５】
この式１４において、第一の状態を入力信号Ｓｐ（１）、弁開度信号Ｐｖ（１）、Ｄｓｕｍ（１）とし、第二の状態を入力信号Ｓｐ（２）、弁開度信号Ｐｖ（２）、Ｄｓｕｍ（２）とすると次の式１５及び式１６を得ることができる。
【００５６】
Ｄｓｕｍ（１）＝Ｐｖ（１）
−Ｋｐ’×Ｇｆｗ×（Ｓｐ（１）−Ｐｖ（１））・・（式１５）
Ｄｓｕｍ（２）＝Ｐｖ（２）
−Ｋｐ’×Ｇｆｗ×（Ｓｐ（２）−Ｐｖ（２））・・（式１６）
【００５７】
いま、Ｄｓｕｍが変化しないように、入力信号Ｓｐ、弁開度信号Ｐｖの状態を変化させたのであるから、Ｄｓｕｍ（１）＝Ｄｓｕｍ（２）となる。
従って、（（式１５）-（式１６））は、
Ｐｖ（１）−Ｐｖ（２）−Ｋｐ’×Ｇｆｗ×｛（Ｓｐ（１）−Ｐｖ（１））｝‐｛（Ｓｐ（２）−Ｐｖ（２））｝＝０
【００５８】
従って、
Ｇｆｗ＝｛Ｐｖ（１）−Ｐｖ（２）｝／[｛Ｓｐ（１）−Ｐｖ（１）｝−｛Ｓｐ（２）−Ｐｖ（２）｝]×Ｋｐ’・・・（式１７）
【００５９】
更に、定常偏差Ｅｒｒ（ｓ）＝Ｓｐ（ｓ）−Ｐｖ（ｓ）であるので、式１７は次の式１８になる。
【００６０】
Ｇｆｗ＝｛Ｐｖ（１）−Ｐｖ（２）｝／｛Ｅｒｒ（１）−Ｅｒｒ（２）｝×Ｋｐ’・・・・・（式１８）
【００６１】
即ち、この式１８の意味するところは、弁開度信号Ｐｖの値の変化量と、定常偏差の変化量により、ゲインＧｆｗを求めることができる。従って、Ｄｓｕｍ（ｓ）を変化させずに、入力信号Ｓｐ（ｓ）、弁開度信号Ｐｖ（ｓ）の状態を変化させて制御対象部位のゲインを測定するためには、さまざまな外乱のうち、Ｄｓｕｍ（ｓ）に占める割合が最も大きいと考えられる系に存在するヒステリシスをリセットすれば良い。
【００６２】
このヒステリシスをリセットする具体的な手法、即ち、入力信号Ｓｐと弁開度信号Ｐｖとから制御対象部位２００のゲインＧｆｗを求める手法を、図８のフローチャートに基づいて、図９を参照して以下説明する。
【００６３】
先ず、コントローラ（制御演算装置）を比例制御にして、初期値の入力信号Ｓｐを与える(ステップＳＴ３１０、ＳＴ３２０）。そして、フィードバック信号である弁開度信号Ｐｖの値を監視して、弁開度信号Ｐｖの値が安定するのを待つ(ステップＳＴ３３０、ＳＴ３４０）。
【００６４】
ステップＳＴ３４０において、弁開度信号Ｐｖが安定したならば、安定している弁開度信号Ｐｖの値を監視しながら、弁開度信号Ｐｖが変化するまで入力信号Ｓｐを一方方向に変化させる(ステップＳＴ３５０、ＳＴ３６０、ＳＴ３７０）。
【００６５】
ステップＳＴ３６０において、もし、弁開度信号Ｐｖが変化した時には、一方方向に変化させている入力信号Ｓｐを止める(ステップＳＴ３８０）。
【００６６】
そして、再度弁開度信号Ｐｖ値を監視して弁開度信号Ｐｖが安定するのを待つ(ステップＳＴ３９０、ＳＴ４００）。
【００６７】
ステップＳＴ３９０において、弁開度信号Ｐｖが安定した場合には、第一の入力信号Ｓｐ（１）、第一の弁開度信号Ｐｖ（１）の値を測定する(ステップＳＴ４１０）。
【００６８】
そして、更に、入力信号Ｓｐの値を同じ方向に一定量変化させる(ステップＳＴ４２０）。そして、弁開度信号Ｐｖの値を監視し、弁開度信号Ｐｖの値が変化しない場合には、入力信号Ｓｐの値を同一方向に変化させて弁開度信号Ｐｖの値の変化を監視する(ステップＳＴ４３０、ＳＴ４４０、ＳＴ４５０）。
【００６９】
ステップＳＴ４４０において、弁開度信号Ｐｖの値が一定以上変化した時には、入力信号Ｓｐの一方方向への変化を止める(ステップＳＴ４６０）。そして、再度、弁開度信号Ｐｖの値の変化を監視して、弁開度信号Ｐｖの値が安定するまで監視を続ける(ステップ４７０、ＳＴ４８０）。
【００７０】
ステップＳＴ４８０において、弁開度信号Ｐｖの値が安定したならば第二の入力信号Ｓｐ（２）、第二の弁開度信号Ｐｖ（２）の値を測定する(ステップＳＴ４９０）。
【００７１】
このようにして得られた入力信号Ｓｐ（１）、Ｓｐ（２）、弁開度信号Ｐｖ（１）、Ｐｖ（２）から制御対象部位のゲインＧｆｗを得るための演算を行う(ステップＳＴ５００）。
【００７２】
このように、入出力特性に存在するヒステリシスや不感帯は、その性質上出力値が変化する方向を反転させるときに、入力値を変化させても出力が変化しない性質を持つ。従って、ヒステリシスをリセットするためには、同じ方向に弁開度信号Ｐｖの値が働くように入力信号Ｓｐの値を変化させれば良いのである。
【００７３】
以上２つの測定方法で述べたように、測定する前に制御対象部位２００のゲインＧｆｗを測定することによりヒステリシスをリセットすることが可能であり、この手法は、フィードバックループを形成する全ての制御系に応用できる。特に系がサーボ系の場合、コントローラゲインのチューニングにはフォワードゲインを知ることは重要であり、効果的である。
【００７４】
図１０は一般的な制御系のブロック図であり、入力信号Ｓｐ（ｓ）と弁開度信号Ｐｖ（ｓ）との偏差を入力して制御信号Ｍｖを生成するコントローラ１００と、制御対象部位２００と、制御対象部位２００からの信号により弁開度信号Ｐｖ（ｓ）を生成するフィードバック４００とから構成されている。
【００７５】
このような構成からなる制御系を実際に組むときには、フィードバック４００のゲインは設計値や設定値で決定できるが、制御対象部位２００のゲインが特定できないことが多い。制御対象部位２００のゲインの情報が欠如している場合、全体のループゲインがわからないので、コントローラ１００のゲインチューニングが感覚的になり、調整が難しくなる。のような場合、上記２つの測定手法で制御対象部位２００のゲインを測定することにより、チューニングがより簡単で正確に行うことができるのである。
【００７６】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明のバルブポジショナは、制御対象部位のゲインを測定することにより以下の効果がある。
１）作業者がバルブの特性などを入力しないですみ、ポジショナのインスタレーション工数を削減できる。
２）実際の制御対象部位を測定するので正確なチューニングを行うことができる。
３）入力間違いなど人的なミスがなくなる。
【００７７】
又、制御対象部位の測定を比例制御の閉ループで行うようにすることで下記の効果がある。
１）弁開度信号Ｐｖの値を測定レンジに入れるのが容易になる。
２）比例制御を行っているので弁開度信号Ｐｖが安定するまでにかかる時間を短くすることができる。
３）入力信号Ｓｐの値、弁開度信号Ｐｖの値から制御対象部位のゲインＧｆｗを逆算しているので測定誤差が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバルブポジショナのブロック図である。
【図２】同バルブポジショナを信号系で表したブロック図である。
【図３】同第１の測定手法である開ループにして制御対象部位のゲインＧｆｗを求めるためのブロック図である。
【図４】同開ループで発生する外乱の様子を示したブロック図である。
【図５】同測定前における外乱（主としてヒステリシス）をリセットするために、開ループにして測定するためのフローチャートである。
【図６】同図５における開ループで測定する際の制御信号Ｍｖと弁開度信号Ｐｖとの関係を時間軸で示したグラフである。
【図７】同第２の測定手法である、比例制御にて測定する際の外乱の様子を示したブロック図である。
【図８】同測定前における外乱（主としてヒステリシス）をリセットするために、比例制御にて測定する時のフローチャートである。
【図９】同比例制御で測定する際の入力信号Ｓｐと弁開度信号Ｐｖとの関係を時間軸で示したグラフである。
【図１０】一般的な制御系のブロック図である。
【符号の説明】
１００；バルブポジショナ、１１０；信号受信装置、１２０；制御演算装置（コントローラ）、２００；制御対象部位、２１０；電空変換機構部、２２０；圧力増幅器、２３０；位置センサ、３００；バルブ機構、３１０；バルブ、３２０；リンク機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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