JPH01237805A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 流量算出式による補正機能！持った流量制御装置に関し
、 流量の追従が遅い場合でもハンチングによる制御回数を
減らすことができるようにすることを目的とし、 流路にかける流体の流量を調節するバルブと、該流量を
計測する流量計とを具え、目標流量に応じて流ｉを制御
する流量制御装置において、目標流量を与えられたとき
流量算出式によってバルブの目標開度を逆算する目標開
度演算手段と、該目標開度と現在の開度とからバルブの
開度を制御するバルブ開度制御手段と、目標流量と現在
流量とから所定の制御方式に従ってバルブの開閉を制御
するバルブ流量制御手段とを具え、前記バルブ開度制御
手段によって初回の制御を行ったのちバルブ流量制御手
段によってその後の制御を行うことによって構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は流体の流量を制御するための流量制御装置に係
り、特に流！算出式による補正機能を持った流量制御装
置に関するものである。

流体の流量を制御するバルブ制御装置においては、要求
されている目標流量に対して迅速にかつ正確に調節でき
ることが必要である。これに対してオンオフ制御、ＰＩ
Ｄ制御等各種の制御法が既忙笑用化されて、制御に要す
る時間も次第に削減されつつある。

このような流量制御装置においては、今後はさらに導入
時の調整工数の削減や制御に要する時間の短縮を可能に
することが要望される。

〔従来の技術〕

第５図は従来の流量制御装置の構成を示したものであっ
て、図中１１はバルブを示し、１２は管路、１３は流量
計、１４は調節計、１５は操作器、１６は水槽である。

流量計１６は管路１２’ｅ経て流出する水の流量を計測
して、流量指示値の信号を調節計１４へ送る。

調節計１４においては目標流量および不感帯等の制御指
示値を与えられたとき、これらの値と流量指示値との誤
差圧応じて制御信号を発生して操作器１５に与える。操
作器１５は制御信号に応じてバルブ１１ン開または閉方
向に駆動し、これによって水槽１６から管路１２ン経て
流出する水の流量が変化する。流量計１３はこれに応じ
て流量指示値を変化し、これによって−巡の帰還制御が
行われて流量指示値は目標流量に近づく。

この場合の調節法として、従来、オンオフ制御方式およ
びＰＩＤ制御方式が用いられている。オンオフ制御方式
は流量指示値が不感帯を外れているとき、これＺ不感帯
内まで変化させる制御７行うものであって、流量の追従
遅れについては全く考慮されない。ＰＩＤ制御方式は、
流量指示値と目標流量との差から求められるバルブ開度
動作量と、バルブを動作させたときの流量の追従速度お
よび流量指示値が不感帯に入ったときのオフセットの３
つのｔｈｉを考慮して制御を行うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の流量制御装置においては、オンオフ制御方式でも
ＰＩＤ制御方式でも制御量としては流量の情報のみｔ用
いている。系の特性によってはいわゆるハンチングを生
じ複数回の制御の後に安定状態になるが、流量の追従が
遅い場合には目標値に達するまでに時間がかがるため、
調節が安定す名までに行われる制御回数！減らそうとし
ても限界がある。また制御回数は減らせるとしても、こ
の場合は制御パラメータを決定するのに非常に手間がか
＼るという問題がある。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決しようとす
るものであって、目標流量から逆算されたバルブ開度を
目標として初回動作を行わせることによって、流量の追
従が遅い場合でもノ・ンチングによる制御回数を減らす
ことができるようにすること！目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理的構成を示したものであって、流
路における流体の流量を調節するバルブ１と、該流量を
計測する流量計２とを具え、目標流量に応じて流量を制
御する流量制御装置において、目標開度演算手段３と、
バルブ開度制御手段４と、バルブ流量制御手段５とを設
け、バルブ開度制御手段４によって初回の制御を行った
のちバルブ流量制御手段５によってその後の制御を行う
ようにしたものである。

目標開度演算手段３は、目標流′ｊｋを与えられたとき
流量算出式によってバルブ１の目標開度を逆算するもの
である。

バルブ開度制御手段４は、目標開度と現在の開度とから
バルブ１の開度な制御するものである。

バルブ流量制御手段５は、目標流量と現在流量とから所
定の制御方式に従ってバルブ１の開閉を制御するもので
ある。

〔作　用〕

流量制御装置においては、流路における流体の流ｔｈｔ
ｔ計測する流量計２を具え、目標流量と計測された流量
とに応じてバルブ１の開閉を調節することによって、流
量を目標流量に近付けるように制御を行う。このような
流量制御装置において、目標流量を与えられたとき目標
開度演算手段６によって流量算出式を用いてバルブ１の
目標開度を逆算して求める。そして初回の制御時、バル
ブ開度制御手段４によってこの目標開度と現在の開度答
からバルブ１の開度を制御することによって、流量を目
標流量に近い値に予め制御する。その後バルブ流量制御
手段５によってＰＩＤ制御方式またはオンオフ制御方式
等所定の制御方式に従ってバルブ１の開閉を制御する。

このように本発明では予めバルブを目標流量から逆算さ
れた目標開度に設定して初回制御を行ったのち、所定の
制御方式による流量制御に移行するようにしたので、系
の特性に基づいて流量の追従が遅い場合でも、ハンチン
グによる制御回数り減らすことができる。また目標開度
を逆算する際の流量算出式のパラメータを、実流量のサ
ンプリングごとに更新して最適化することによって、よ
り制御回数を減らすことができる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示したものであって、２１
はバルブ制御装置を示し、中央処理装置（ＣＰＵ）　２
２　、メモリ部２２Ａ、ディジタル入出力部２３を具え
ている。２４は水槽であって、水位計２５を具えている
。２６はバルブであって、その開閉駆動を行うバルブ駆
動装置２７および開度な指示する開度計２８を有してい
る。２９は流量計であって、水槽２４．バルブ２６ヲ結
ぶ管路３０上に設けられていて、管路３０を流れる水の
流量を指示する。

バルブ制御装置２１において、ＣＰＵ２２はディジタル
入出力部２３を介して目標流量（Ｑｏ）、水位計２５に
よって得られた水槽２４の水位（Ｈ）　、開度計２８に
よって得られたバルブ２６の開度（Ｇ）、流量計２９に
よって得られた流ｆ　（Ｑ）等のデータを取り込み、所
要の演算処理を行ってバルブ２６の開閉を指示する信号
を出力する。バルブ駆動装置２７はこの信号に従ってバ
ルブ２６を開また閉方向に駆動することによって流量が
変化し、流量計２６で計測される流量（Ｑ）の大きさが
変化する。

第３図は第２図に示されたバルブ制御装置における制御
のフローチャートラ示したものである。

以下第３図に示されたフローチャートに従って、第２図
のバルブ制御装置の動作を説明する。

最初、この系に対する目標流量（Ｑｏ）をディジタル入
出力部２３を介してバルブ制御装［２１へ読み込み（ス
テップＳ１）、メモリ部２２Ａに２いて記憶する。次知
流量計２９において得られた流量（Ｑ）を読み込んで、
流量が目標流量上不感帯の範囲内にあるか否かをチエツ
クする（ステップ８２）。不感帯の幅は系のパラメータ
として予め与えられている。

流ｆ　（Ｑ）が所定範囲にないとぎは、目標流量（Ｑｏ
）と水槽２４の水位（Ｈ）とからバルブ２６の目標開度
（Ｇ）を逆算して求める（ステップ８３）。逆算の方法
については後に詳述する。そして求められた開度を目標
値としてバルブ駆動装置２７を制御する。バルブ駆動装
置２７はこれによってバルブ２６を目標開度に一致する
まで開または閉の方向に駆動する（ステップ８４）。そ
の後流量計２９の流量指示値が安定するまで待つ（ステ
ップＳ５）。

この時間は系の特性によって異なる。

次に再び流量（Ｑ）が目標流量土工感歪の範囲内である
か否かをチエツクする（ステップＳ６）。流量が所定範
囲内にないときは、バルブ制御装置２１は予め定められ
ているＰＩＤ制御方式またはオンオツ制御方式によって
、バルブ駆動装置２７を介してバルブ２６を開または閉
の方向に駆動する（ステップ８７）。そしてステップＳ
５に戻って以後この制御を繰り返す。

ステップＳ２またはステップＳ６において流量（Ｑ）が
目標流量土工感帝の範囲内にあったときはこの回の制御
は終了し、次の目標流量（Ｑｏ）の読み込みを待つ。

なお上述の目標開度の逆算は、さらに詳細には次のよう
にして行われる。流量計２９によって検出される流量Ｑ
は、 Ｑ　”　Ｆｑ　（Ｈ，Ｇ、　ＦＣ（Ｇ）　）　　　　　
　・・・＋１１ここでＱ：バルブを通過している流量（
ｍ”／５）Ｆｑ：流量算出関数　　　　　　（ｍ／　ｓ
　）Ｈ：水槽の水位　　　　　　　（ｍ） Ｇ：バルブ開度　　　　　　　（％） ＦＣ（Ｇ）　：バルブ流量係数（開度Ｇの関数）（１）
式よりＱ＝Ｑｏとしてバルブ開度ＧＶ求める式を算出す
ると、 Ｇ　＝　Ｆｇ　（Ｑｏ　、Ｈ）　　　　　　　　　・・
・＋２）（２）式から明らかなように、目標流量Ｑ０と
水位Ｈとからバルブ開度Ｇを求めることができる。

しかしながら（１）式は実験式であって実際の流量との
間には誤差がある。この誤差を小さくするためには、バ
ルブ流量を実測して（１）式におけるバルブ流量係数Ｆ
ｃ（Ｇ）を補正する必要がある。

そこで第３図のフローチャートのステップＳ２またはＳ
６で使用する流量Ｑと、目標流ｆＱｏ、バルブ開度Ｇと
を用いて最小自乗法によって係数Ｆ。

ＣＧ）を最適化する。

例えば係数ＦＣ（Ｇ）がパラメータａ、　ｂ、　ｃと開
度Ｇによって表わせるとすると、 Ｆｃ（Ｇ）　＝　Ｆ　（ａ、　ｂ、　ｃ、　Ｇ）　　　
　　　　　　＝−（３１目標開度をＧ、とすると、実流
量のサンプリングを繰り返して行えば ＭＩＮ（Σ（Ｑ！　Ｑｏｌ　）”　） １＝１ ここでＮ：実流量のサンプリング回数 ただしサンプリングのタイミングは 第３図のフローチャート上でステッ プ８２．８６のとき Ｑｌ　、Ｑｏｉ　ｔＦｑｔ　：それぞれｉ回目のデータ
（４）式の値を最小にするようにすることによって、パ
ラメータａ、　ｂ、　ｃが求められる。

第４図は第３図に示されたバルブ制御方式におけるデー
タフローを説明したものであって、図中のステップ番号
は第３図と対応している。

すなわちステップＳ３においては目標開度逆算プログラ
ム３１によって、目標流量Ｑｏ、水位Ｈおよびバルブ流
量算出パラメータテーブル３２のデータから演算を行っ
て、目標開度Ｇｏを決定する。

またステップＳ４においてはバルブ開直制御プログラム
３３によって、目標開度Ｇｏ、現在開度Ｇから演算を行
って、バルブ駆動装置２７に対する制御信号を発生して
出力する〇 ステップＳ７においてはバルブ流量制御プログラム３４
によって、目標流ｉｔ　Ｑｏ　、現在流ｉＱから演算を
行って、ＰＩＤ制御またはオンオフ制御によってバルブ
駆動装置２７に対する制御信号を発生して出力する。

さらにバルブ流量算出式補正プログラム３５によって、
目標流１ｔＱｏ、目標開度Ｇｅｅ現在流ｔＱから演算を
行って、バルブ流量算出パラメータテーブル３２におけ
るパラメータを更新する。このパラメータは前述のよう
に目標開度逆算プログラム３１における、目標開度Ｇ０
決定の演算に用いられるものである。

このように本発明では目標流量値ｌ４えられたとき、流
量算出式によってバルブの目標開度を逆算してこれによ
って初期制御を行うので、第１回の制御によって目標流
量値に十分近づけることができ、従って制御終了状態に
達するまでのハンチング制御回数を減少させることがで
きる。さらに目標開度を逆算する流量算出式のパラメー
タを制御ごとに更新して補正するので、作動回数が増す
につれて逆算される目標開度値が正確になり、より少い
制御回数で制御を終了することができるようになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の流量制御装置によれば、目
標流量からバルブの目標開度を逆算して、この開度によ
って初回の制御動作７行って予め目標流量に近づけてお
くことができるので、系における流量の追従が遅い場合
にもハンチングによる制御回数を少くすることができる
。さらに目標開度を逆算する際の流量算出パラメータを
、実流量のサンプリングごとに更新して最適化すること
によって、より制御回数を少くすることができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成を示す図、第２図は本発明
の一実施例を示す図、 第３図はバルブ制御装置の制御フローチャートを示す図
、 第４図はバルブ制御方式のデータフローを示す図、 第５図は従来の流量制御装置の構成を示す図である。 ２１・・・バルブ制御装置 ２２・・・中央処理装置（ＣＰＵ） ２５・・・水位計 ２６・・・バルブ ２８・・・開度計 ２９・・・流量計 本発明の諒理的構成？示す図 第　　１　　図 ：ｇ、発明の一実施例を示す図 第　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流路における流体の流量を調節するバルブ（１）と、該
   流量を計測する流量計（２）とを具え、目標流量に応じ
   て流量を制御する流量制御装置において、目標流量を与
   えられたとき流量算出式によつてバルブ（１）の目標開
   度を逆算する目標開度演算手段（３）と、 該目標開度と現在の開度とからバルブ（１）の開度を制
   御するバルブ開度制御手段（４）と、 目標流量と現在流量とから所定の制御方式に従つてバル
   ブ（１）の開閉を制御するバルブ流量制御手段（５）と を具え、前記バルブ開度制御手段（４）によつて初回の
   制御を行つたのちバルブ流量制御手段（５）によつてそ
   の後の制御を行うことを特徴とする流量制御装置。