定位器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種在控制過程中不會損害穩定性且可以顯著改進迅速響應性能的定位器。該定位器設有偏移量運算部（6），其根據輸入至氣動放大器（4）的輸入空氣壓力Pn和從氣動放大器（4）輸出的輸出空氣壓力Po來求出氣動放大器（4）從平衡狀態偏移的偏移量。控制運算部（2）根據實際開度信號PV、開度設定信號SP、及由偏移量運算部（6）求得的氣動放大器（4）從平衡狀態偏移的偏移量d來決定控制信號MV，并輸出給電空轉換器（3）。
【專利說明】定位器
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種對閥的開度進行控制的定位器。
【背景技術】
[0002]以往，作為對閥的開度進行控制的定位器例如有圖3中示出其主要部分的結構的定位器。在該圖中，200 (200A)是定位器、300是閥、閥300中設有對表示該閥的開度的位置進行檢測的位置傳感器10。
[0003]定位器200A包括:電流SP轉換部1、控制運算部2、電空轉換器3、氣動放大器4以及閥開度計算部5。
[0004]在該定位器200A中，電流SP轉換部I將從上位裝置以4?20mA的信號送來的輸入信號轉換成開度設定信號SP。閥開度計算部5根據由位置傳感器10檢測出的表示閥的開度的位置對閥200A當前的閥開度進行計算，輸出與該計算的閥開度相符的信號作為實際開度信號PV。控制運算部2求出來自于電流SP轉換部I的開度設定信號SP與來自于閥開度計算部5的實際開度信號PV的偏差，將對該偏差實施PID控制運算而得到的電信號作為控制信號MV輸出。
[0005]電空轉換器3將來自于控制運算部2的控制信號MV轉換成空氣壓力(噴嘴背壓)Pn0氣動放大器4將來自于電空轉換器3的空氣壓力Pn作為輸入空氣壓力，對該輸入空氣壓力Pn進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內的隔膜室，閥部12的開度得以調整。
[0006]在該定位器200A中，對于控制運算部2來說的控制對象也包含:向閥300施加空氣流量及空氣壓力的電空轉換器3及氣動放大器4。電空轉換器3和氣動放大器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，但實際上電空轉換器3及氣動放大器4均具有滯后現象或不靈敏區等的非線性因素，控制則變得復雜了。并且，由于該定位器200A其反饋信息僅為閥300的實際開度信號PV，如果實際開度信號PV不出現變化的話，則控制輸出(控制信號MV)就不變化。為此，控制性能就成了問題。因此，專利文獻I中提出了對控制性能進行了改善的定位器。
[0007]圖4是專利文獻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的當前的開度的實際開度信號PV以外,將從氣動放大器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算部2。輸出空氣壓力Po早于實際開度信號PV發生變化。為此，通過將輸出空氣壓力Po的變化量進行反饋，可以在實際開度信號PV產生變化之前進行預測。由此，與僅反饋開度信息相比，可以進行優異的控制。
[0008]現有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻I日本專利特開第3595554號公報
【發明內容】
[0011]發明要解決的課題
[0012]但是，在該專利文獻I所示的定位器200B中，雖然對響應比閥300的實際開度快的氣動放大器4的輸出空氣壓力Po (操作器11的隔膜部的控制壓力)的微分信息進行了反饋，但當加雜了噪聲等時，微分信息的輸出將變得極大。為此，存在控制易變得不穩定這樣的問題。
[0013]本發明正是為了解決這樣的問題而做出的，其目的在于，提供一種在控制過程中不會損害穩定性且可以顯著改進迅速響應性能的定位器。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]為了實現這樣的目的，本發明的定位器，包括:控制運算部，其將從上位裝置送來的對于閥的開度設定信號和表示所述閥的當前的開度的實際開度信號作為輸入，根據該開度設定信號和實際開度信號來生成控制信號；電空轉換器，其將來自于該控制運算部的控制信號轉換空氣壓力；和氣動放大器，其將該電空轉換器所轉換的空氣壓力作為輸入空氣壓力，對該輸入空氣壓力進行增幅后生成輸出空氣壓力，并輸出至對閥進行驅動的驅動單元，所述定位器的特征在于，包括:偏移量運算部，其根據輸入至氣動放大器的輸入空氣壓力和從氣動放大器輸出的輸出空氣壓力來求出氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量，控制運算部根據實際開度信號、開度設定信號、及氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量來決定至電空轉換器的控制輸出。
[0016]雖然氣動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發生變化的時候，輸出空氣壓力在響應之前會有延遲。在本發明中，通過根據輸入氣動放大器的輸入空氣壓力和從氣動放大器輸出的輸出空氣壓力來求出氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量，將該氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量也加以考慮地決定至電空轉換器的控制輸出，即，通過在輸 出空氣壓力實際變化之前對根據氣動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行預測，在控制過程中不會損害穩定性且可以改進迅速響應性能。
[0017]例如，在本發明中，將氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量用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開始變化之前所需要的力;K為dPo / dPn。
[0018]發明的效果
[0019]根據本發明，因為根據輸入至氣動放大器的輸入空氣壓力和從氣動放大器輸出的輸出空氣壓力來求出氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量，控制運算部根據實際開度信號、開度設定信號、及根據氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量來決定控制輸出，并作為至電空轉換器的控制信號進行輸出，所以，能夠在輸出空氣壓力實際變化之前對根據輸入至氣動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行預測，不會損害穩定性且可以顯著改進迅速響應性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的定位器的一實施方式的主要部分的結構示意圖。
[0021]圖2是對由該定位器的偏移量運算部求得的氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量進行說明的圖。[0022]圖3是現有的定位器的主要部分的結構示意圖。
[0023]圖4是專利文獻I所示的定位器的主要部分的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面，根據附圖對本發明的實施方式進行詳細地說明。圖1是本發明的定位器的一實施方式的主要部分的結構示意圖。在該圖中，與圖3相同的符號表示與參照圖3進行說明的結構要素為相同或者等同的結構要素，其說明予以省略。為了將本發明的定位器與現有的定位器進行區別用符號100來表示。
[0025]在該實施方式中，定位器100包括:偏移量運算部6，其根據輸入至氣動放大器4的輸入空氣壓力Pn和從氣動放大器4輸出的輸出空氣壓力Po來求出氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d。另外，控制運算部2具有根據實際開度信號PV、開度設定信號SP、及由偏移量運算部6求得的氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d來決定控制信號MV，并輸出給電空轉換器3的功能。
[0026]偏移量運算部6根據輸入至氣動放大器4的輸入空氣壓力Pn和從氣動放大器4輸出的輸出空氣壓力Po，用由下述的(I)式所示的運算式來求出氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d。
[0027]d = Po- (K ? Pn-F) ? ? ? (I)
[0028]式中:Pn為輸入至氣動放大器4的輸入空氣壓力；Po為從氣動放大器4輸出的輸出空氣壓力；F為Po開始變化之前所需要的力；K為dPo / dPn。
[0029]由該偏移量運算部6求得的氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d是在輸出空氣壓力Po實際變化之前對根據輸入至氣動放大器4的輸入空氣壓力Pn的變化而變化的輸出空氣壓力Po的變化量進行預測的 值。圖2示出氣動放大器4的輸入輸出特性。氣動放大器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的關系處于該輸入輸出特性I上的時候，為氣動放大器4的平衡狀態。
[0030]在氣動放大器4的平衡狀態下，輸出空氣壓力Po取與輸入空氣壓力Pn相應的值。但是，由于輸出空氣壓力Po的響應與輸入空氣壓力Pn相比存在延遲，所以輸入空氣壓力Pn變化之后，暫時偏離該輸入輸出特性I。在這種情況下，可以想到當前的輸出空氣壓力Po為K ? Pn-F > Po的情形，和K ? Pn-F < Po的情形。若當前的輸出空氣壓力Po為K ? Pn-F> Po時(圖2所示的(I)的狀態)，可以預測輸出空氣壓力Po增加自平衡狀態偏移了的偏移量d。若當前的輸出空氣壓力Po為K ^Pn-F < Po時(圖2所示的(2)的狀態)，可以預測輸出空氣壓力Po減少自平衡狀態偏移了的偏移量d。
[0031]因此，可以說:自氣動放大器4的平衡狀態偏移了的偏移量d是在輸出空氣壓力Po實際變化之前對根據輸入至氣動放大器4的輸入空氣壓力Pn的變化而變化的輸出空氣壓力Po的變化量進行預測的值。在偏移量運算部6中，以Po- (K*Pn-F)來求出該氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d，并將該求得的偏移量d發送給控制運算部2。該偏移量d是輸出空氣壓力Po的變化量的預測，通過將其進行反饋，可以在比反饋輸出空氣壓力Po的變化量更早的階段預測開度變化。為此，控制性能將會得到顯著地改進。
[0032]控制運算部2根據實際開度信號PV、開度設定信號SP、及由偏移量運算部6求得的氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d來決定控制信號MV,并輸出給電空轉換器3。此外，控制信號MV由下述的(2)式來決定。
[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，在上述實施方式中，雖然用上述(I)式來求得氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d，但并不限于這樣的式子。例如，也可以從將上述(I)式的關系作為數據存儲的表中，讀出氣動放大器4從平衡狀態偏移的偏移量d。另外，在上述實施方式中，雖然位置傳感器10設在了定位器100的外側，但也可以設在定位器100的內部。
[0036]另外，在上述實施方式中，定位器100中的控制運算部2、偏移量運算部6等的功能可以通過由處理器和存儲裝置構成的硬件以及與這些硬件協作并使作為控制裝置的各種功能實現的程序來實現。
[0037]〔實施方式的擴展〕
[0038]以上，雖然參照實施方式對本發明進行了說明，但本發明并不限于上述實施方式。對于本發明的結構及細節，在本發明的技術思想范圍內，本領域技術人員可以進行能夠理解的各種變更。
[0039]符號說明
[0040]I…電流SP轉換部、2…控制運算部、3…電空轉換器、4…氣動放大器、5…閥開度計算部、6…偏移量運算部、10…位置傳感器、11…操作器、12…閥部、100…定位器、300…閥。
【權利要求】
1.一種定位器，包括: 控制運算部，其將從上位裝置送來的對于閥的開度設定信號和表示所述閥的當前的開度的實際開度信號作為輸入，根據該開度設定信號和實際開度信號來生成控制信號；電空轉換器，其將來自于該控制運算部的控制信號轉換為空氣壓力；和氣動放大器，其將該電空轉換器所轉換的空氣壓力作為輸入空氣壓力，對該輸入空氣壓力進行放大后生成輸出空氣壓力，并輸出至對所述閥進行驅動的驅動單元， 所述定位器的特征在于，包括: 偏移量運算部，其根據輸入至所述氣動放大器的輸入空氣壓力和從所述氣動放大器輸出的輸出空氣壓力求出所述氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量， 所述控制運算部根據所述實際開度信號、所述開度設定信號、及所述氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量來決定至所述電空轉換器的控制輸出。
2.根據權利要求1所述的定位器，其特征在于， 所述偏移量運算部將所述氣動放大器從平衡狀態偏移的偏移量用Po_(K -Pn-F)求出，式中:Pn為輸入至氣動放大器的輸入空氣壓力；Po為從氣動放大器輸出的輸出空氣壓力；F為Po開始變化之前所需要的力；K為dPo/dPn。
【文檔編號】F16K31/12GK103486316SQ201310225211
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月6日 優先權日:2012年6月8日
【發明者】野見山隆, 并河將樹 申請人:阿自倍爾株式會社