定位器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在控制過(guò)程中不會(huì)損害穩(wěn)定性且可以顯著改進(jìn)迅速響應(yīng)性能的定位器。該定位器設(shè)有偏移量運(yùn)算部（6），其根據(jù)輸入至氣動(dòng)放大器（4）的輸入空氣壓力Pn和從氣動(dòng)放大器（4）輸出的輸出空氣壓力Po來(lái)求出氣動(dòng)放大器（4）從平衡狀態(tài)偏移的偏移量。控制運(yùn)算部（2）根據(jù)實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV、開(kāi)度設(shè)定信號(hào)SP、及由偏移量運(yùn)算部（6）求得的氣動(dòng)放大器（4）從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d來(lái)決定控制信號(hào)MV，并輸出給電空轉(zhuǎn)換器（3）。
【專利說(shuō)明】定位器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種對(duì)閥的開(kāi)度進(jìn)行控制的定位器。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為對(duì)閥的開(kāi)度進(jìn)行控制的定位器例如有圖3中示出其主要部分的結(jié)構(gòu)的定位器。在該圖中，200 (200A)是定位器、300是閥、閥300中設(shè)有對(duì)表示該閥的開(kāi)度的位置進(jìn)行檢測(cè)的位置傳感器10。
[0003]定位器200A包括:電流SP轉(zhuǎn)換部1、控制運(yùn)算部2、電空轉(zhuǎn)換器3、氣動(dòng)放大器4以及閥開(kāi)度計(jì)算部5。
[0004]在該定位器200A中，電流SP轉(zhuǎn)換部I將從上位裝置以4?20mA的信號(hào)送來(lái)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)度設(shè)定信號(hào)SP。閥開(kāi)度計(jì)算部5根據(jù)由位置傳感器10檢測(cè)出的表示閥的開(kāi)度的位置對(duì)閥200A當(dāng)前的閥開(kāi)度進(jìn)行計(jì)算，輸出與該計(jì)算的閥開(kāi)度相符的信號(hào)作為實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV。控制運(yùn)算部2求出來(lái)自于電流SP轉(zhuǎn)換部I的開(kāi)度設(shè)定信號(hào)SP與來(lái)自于閥開(kāi)度計(jì)算部5的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV的偏差，將對(duì)該偏差實(shí)施PID控制運(yùn)算而得到的電信號(hào)作為控制信號(hào)MV輸出。
[0005]電空轉(zhuǎn)換器3將來(lái)自于控制運(yùn)算部2的控制信號(hào)MV轉(zhuǎn)換成空氣壓力(噴嘴背壓)Pn0氣動(dòng)放大器4將來(lái)自于電空轉(zhuǎn)換器3的空氣壓力Pn作為輸入空氣壓力，對(duì)該輸入空氣壓力Pn進(jìn)行增幅并生成輸出空氣壓力Po，輸出至閥300的操作器11。由此，空氣壓力Po的空氣流入到操作器11內(nèi)的隔膜室，閥部12的開(kāi)度得以調(diào)整。
[0006]在該定位器200A中，對(duì)于控制運(yùn)算部2來(lái)說(shuō)的控制對(duì)象也包含:向閥300施加空氣流量及空氣壓力的電空轉(zhuǎn)換器3及氣動(dòng)放大器4。電空轉(zhuǎn)換器3和氣動(dòng)放大器4的特性為線性的，如果是自然的特性的話，即便是這種控制方式雖然也夠了，但實(shí)際上電空轉(zhuǎn)換器3及氣動(dòng)放大器4均具有滯后現(xiàn)象或不靈敏區(qū)等的非線性因素，控制則變得復(fù)雜了。并且，由于該定位器200A其反饋信息僅為閥300的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV，如果實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV不出現(xiàn)變化的話，則控制輸出(控制信號(hào)MV)就不變化。為此，控制性能就成了問(wèn)題。因此，專利文獻(xiàn)I中提出了對(duì)控制性能進(jìn)行了改善的定位器。
[0007]圖4是專利文獻(xiàn)I所示的定位器的概略示意圖。在該定位器200 (200B)中，除了表示閥300的當(dāng)前的開(kāi)度的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV以外,將從氣動(dòng)放大器4輸出的輸出空氣壓力Po的微分值dPo/dt作為壓力微分值反饋給控制運(yùn)算部2。輸出空氣壓力Po早于實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV發(fā)生變化。為此，通過(guò)將輸出空氣壓力Po的變化量進(jìn)行反饋，可以在實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV產(chǎn)生變化之前進(jìn)行預(yù)測(cè)。由此，與僅反饋開(kāi)度信息相比，可以進(jìn)行優(yōu)異的控制。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)I日本專利特開(kāi)第3595554號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]發(fā)明要解決的課題
[0012]但是，在該專利文獻(xiàn)I所示的定位器200B中，雖然對(duì)響應(yīng)比閥300的實(shí)際開(kāi)度快的氣動(dòng)放大器4的輸出空氣壓力Po (操作器11的隔膜部的控制壓力)的微分信息進(jìn)行了反饋，但當(dāng)加雜了噪聲等時(shí)，微分信息的輸出將變得極大。為此，存在控制易變得不穩(wěn)定這樣的問(wèn)題。
[0013]本發(fā)明正是為了解決這樣的問(wèn)題而做出的，其目的在于，提供一種在控制過(guò)程中不會(huì)損害穩(wěn)定性且可以顯著改進(jìn)迅速響應(yīng)性能的定位器。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的定位器，包括:控制運(yùn)算部，其將從上位裝置送來(lái)的對(duì)于閥的開(kāi)度設(shè)定信號(hào)和表示所述閥的當(dāng)前的開(kāi)度的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)作為輸入，根據(jù)該開(kāi)度設(shè)定信號(hào)和實(shí)際開(kāi)度信號(hào)來(lái)生成控制信號(hào)；電空轉(zhuǎn)換器，其將來(lái)自于該控制運(yùn)算部的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換空氣壓力；和氣動(dòng)放大器，其將該電空轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換的空氣壓力作為輸入空氣壓力，對(duì)該輸入空氣壓力進(jìn)行增幅后生成輸出空氣壓力，并輸出至對(duì)閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元，所述定位器的特征在于，包括:偏移量運(yùn)算部，其根據(jù)輸入至氣動(dòng)放大器的輸入空氣壓力和從氣動(dòng)放大器輸出的輸出空氣壓力來(lái)求出氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量，控制運(yùn)算部根據(jù)實(shí)際開(kāi)度信號(hào)、開(kāi)度設(shè)定信號(hào)、及氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量來(lái)決定至電空轉(zhuǎn)換器的控制輸出。
[0016]雖然氣動(dòng)放大器的輸出空氣壓力取決于輸入空氣壓力,但輸入空氣壓力從平衡狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)候，輸出空氣壓力在響應(yīng)之前會(huì)有延遲。在本發(fā)明中，通過(guò)根據(jù)輸入氣動(dòng)放大器的輸入空氣壓力和從氣動(dòng)放大器輸出的輸出空氣壓力來(lái)求出氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量，將該氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量也加以考慮地決定至電空轉(zhuǎn)換器的控制輸出，即，通過(guò)在輸 出空氣壓力實(shí)際變化之前對(duì)根據(jù)氣動(dòng)放大器的輸入空氣壓力的變化而變化的輸出空氣壓力的變化量進(jìn)行預(yù)測(cè)，在控制過(guò)程中不會(huì)損害穩(wěn)定性且可以改進(jìn)迅速響應(yīng)性能。
[0017]例如，在本發(fā)明中，將氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量用Po- (K ? Pn-F)求出。式中:Pn為輸入空氣壓力；Po為輸出空氣壓力；F SPo開(kāi)始變化之前所需要的力;K為dPo / dPn。
[0018]發(fā)明的效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楦鶕?jù)輸入至氣動(dòng)放大器的輸入空氣壓力和從氣動(dòng)放大器輸出的輸出空氣壓力來(lái)求出氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量，控制運(yùn)算部根據(jù)實(shí)際開(kāi)度信號(hào)、開(kāi)度設(shè)定信號(hào)、及根據(jù)氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量來(lái)決定控制輸出，并作為至電空轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)進(jìn)行輸出，所以，能夠在輸出空氣壓力實(shí)際變化之前對(duì)根據(jù)輸入至氣動(dòng)放大器的輸入空氣壓力的變化而變化的輸出空氣壓力的變化量進(jìn)行預(yù)測(cè)，不會(huì)損害穩(wěn)定性且可以顯著改進(jìn)迅速響應(yīng)性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的定位器的一實(shí)施方式的主要部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是對(duì)由該定位器的偏移量運(yùn)算部求得的氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量進(jìn)行說(shuō)明的圖。[0022]圖3是現(xiàn)有的定位器的主要部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是專利文獻(xiàn)I所示的定位器的主要部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的定位器的一實(shí)施方式的主要部分的結(jié)構(gòu)示意圖。在該圖中，與圖3相同的符號(hào)表示與參照?qǐng)D3進(jìn)行說(shuō)明的結(jié)構(gòu)要素為相同或者等同的結(jié)構(gòu)要素，其說(shuō)明予以省略。為了將本發(fā)明的定位器與現(xiàn)有的定位器進(jìn)行區(qū)別用符號(hào)100來(lái)表示。
[0025]在該實(shí)施方式中，定位器100包括:偏移量運(yùn)算部6，其根據(jù)輸入至氣動(dòng)放大器4的輸入空氣壓力Pn和從氣動(dòng)放大器4輸出的輸出空氣壓力Po來(lái)求出氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d。另外，控制運(yùn)算部2具有根據(jù)實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV、開(kāi)度設(shè)定信號(hào)SP、及由偏移量運(yùn)算部6求得的氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d來(lái)決定控制信號(hào)MV，并輸出給電空轉(zhuǎn)換器3的功能。
[0026]偏移量運(yùn)算部6根據(jù)輸入至氣動(dòng)放大器4的輸入空氣壓力Pn和從氣動(dòng)放大器4輸出的輸出空氣壓力Po，用由下述的(I)式所示的運(yùn)算式來(lái)求出氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d。
[0027]d = Po- (K ? Pn-F) ? ? ? (I)
[0028]式中:Pn為輸入至氣動(dòng)放大器4的輸入空氣壓力；Po為從氣動(dòng)放大器4輸出的輸出空氣壓力；F為Po開(kāi)始變化之前所需要的力；K為dPo / dPn。
[0029]由該偏移量運(yùn)算部6求得的氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d是在輸出空氣壓力Po實(shí)際變化之前對(duì)根據(jù)輸入至氣動(dòng)放大器4的輸入空氣壓力Pn的變化而變化的輸出空氣壓力Po的變化量進(jìn)行預(yù)測(cè)的 值。圖2示出氣動(dòng)放大器4的輸入輸出特性。氣動(dòng)放大器4的輸出空氣壓力Po，如該輸入輸出特性I所示，按照由Po=K ? Pn-F所示的式子而變化。輸入空氣壓力Pn和輸出空氣壓力Po的關(guān)系處于該輸入輸出特性I上的時(shí)候，為氣動(dòng)放大器4的平衡狀態(tài)。
[0030]在氣動(dòng)放大器4的平衡狀態(tài)下，輸出空氣壓力Po取與輸入空氣壓力Pn相應(yīng)的值。但是，由于輸出空氣壓力Po的響應(yīng)與輸入空氣壓力Pn相比存在延遲，所以輸入空氣壓力Pn變化之后，暫時(shí)偏離該輸入輸出特性I。在這種情況下，可以想到當(dāng)前的輸出空氣壓力Po為K ? Pn-F > Po的情形，和K ? Pn-F < Po的情形。若當(dāng)前的輸出空氣壓力Po為K ? Pn-F> Po時(shí)(圖2所示的(I)的狀態(tài))，可以預(yù)測(cè)輸出空氣壓力Po增加自平衡狀態(tài)偏移了的偏移量d。若當(dāng)前的輸出空氣壓力Po為K ^Pn-F < Po時(shí)(圖2所示的(2)的狀態(tài))，可以預(yù)測(cè)輸出空氣壓力Po減少自平衡狀態(tài)偏移了的偏移量d。
[0031]因此，可以說(shuō):自氣動(dòng)放大器4的平衡狀態(tài)偏移了的偏移量d是在輸出空氣壓力Po實(shí)際變化之前對(duì)根據(jù)輸入至氣動(dòng)放大器4的輸入空氣壓力Pn的變化而變化的輸出空氣壓力Po的變化量進(jìn)行預(yù)測(cè)的值。在偏移量運(yùn)算部6中，以Po- (K*Pn-F)來(lái)求出該氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d，并將該求得的偏移量d發(fā)送給控制運(yùn)算部2。該偏移量d是輸出空氣壓力Po的變化量的預(yù)測(cè)，通過(guò)將其進(jìn)行反饋，可以在比反饋輸出空氣壓力Po的變化量更早的階段預(yù)測(cè)開(kāi)度變化。為此，控制性能將會(huì)得到顯著地改進(jìn)。
[0032]控制運(yùn)算部2根據(jù)實(shí)際開(kāi)度信號(hào)PV、開(kāi)度設(shè)定信號(hào)SP、及由偏移量運(yùn)算部6求得的氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d來(lái)決定控制信號(hào)MV,并輸出給電空轉(zhuǎn)換器3。此外，控制信號(hào)MV由下述的(2)式來(lái)決定。
[0033]MV = Kp ? (SP-PV) + / Ki ? (SP-PV) dt+Kd ? (dPV/dt) + Km ? d ? ? ? (2)
[0034]式中:Kp為比例增益；Ki為積分增益；Kd為微分增益、Km為偏移量增益。
[0035]此外，在上述實(shí)施方式中，雖然用上述(I)式來(lái)求得氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d，但并不限于這樣的式子。例如，也可以從將上述(I)式的關(guān)系作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的表中，讀出氣動(dòng)放大器4從平衡狀態(tài)偏移的偏移量d。另外，在上述實(shí)施方式中，雖然位置傳感器10設(shè)在了定位器100的外側(cè)，但也可以設(shè)在定位器100的內(nèi)部。
[0036]另外，在上述實(shí)施方式中，定位器100中的控制運(yùn)算部2、偏移量運(yùn)算部6等的功能可以通過(guò)由處理器和存儲(chǔ)裝置構(gòu)成的硬件以及與這些硬件協(xié)作并使作為控制裝置的各種功能實(shí)現(xiàn)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0037]〔實(shí)施方式的擴(kuò)展〕
[0038]以上，雖然參照實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式。對(duì)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行能夠理解的各種變更。
[0039]符號(hào)說(shuō)明
[0040]I…電流SP轉(zhuǎn)換部、2…控制運(yùn)算部、3…電空轉(zhuǎn)換器、4…氣動(dòng)放大器、5…閥開(kāi)度計(jì)算部、6…偏移量運(yùn)算部、10…位置傳感器、11…操作器、12…閥部、100…定位器、300…閥。
【權(quán)利要求】
1.一種定位器，包括: 控制運(yùn)算部，其將從上位裝置送來(lái)的對(duì)于閥的開(kāi)度設(shè)定信號(hào)和表示所述閥的當(dāng)前的開(kāi)度的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)作為輸入，根據(jù)該開(kāi)度設(shè)定信號(hào)和實(shí)際開(kāi)度信號(hào)來(lái)生成控制信號(hào)；電空轉(zhuǎn)換器，其將來(lái)自于該控制運(yùn)算部的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為空氣壓力；和氣動(dòng)放大器，其將該電空轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換的空氣壓力作為輸入空氣壓力，對(duì)該輸入空氣壓力進(jìn)行放大后生成輸出空氣壓力，并輸出至對(duì)所述閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元， 所述定位器的特征在于，包括: 偏移量運(yùn)算部，其根據(jù)輸入至所述氣動(dòng)放大器的輸入空氣壓力和從所述氣動(dòng)放大器輸出的輸出空氣壓力求出所述氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量， 所述控制運(yùn)算部根據(jù)所述實(shí)際開(kāi)度信號(hào)、所述開(kāi)度設(shè)定信號(hào)、及所述氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量來(lái)決定至所述電空轉(zhuǎn)換器的控制輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位器，其特征在于， 所述偏移量運(yùn)算部將所述氣動(dòng)放大器從平衡狀態(tài)偏移的偏移量用Po_(K -Pn-F)求出，式中:Pn為輸入至氣動(dòng)放大器的輸入空氣壓力；Po為從氣動(dòng)放大器輸出的輸出空氣壓力；F為Po開(kāi)始變化之前所需要的力；K為dPo/dPn。
【文檔編號(hào)】F16K31/12GK103486316SQ201310225211
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】野見(jiàn)山隆, 并河將樹(shù) 申請(qǐng)人:阿自倍爾株式會(huì)社