JPH0418163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気式調節弁に用いるバルブポジシ
ヨナに関するものである。

〔従来の技術〕

従来の一般的なバルブポジシヨナは、入力信号
が与える目標弁開度と実際の弁の開度との偏差を
機械的変位量としてノズル・フラツパに与え、こ
のノズル・フラツパのノズル背圧を空気圧信号と
して取り出した後、パイロツトリレーで圧力増幅
し調節弁のエアーモータに供給するように構成さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来のバルブポジシヨナで
は、入力信号と弁の開度との偏差が大きい場合に
高速で応動させることが困難であつた。特にエア
ーモータの容量が大きい場合には空気回路に空気
圧信号の容量増幅用のブースターリレーを別途付
加するなどして高速応動に対応させる必要があつ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のバルブポジシヨナは上記問題点に鑑み
てなされたものであり、入力信号と空気式調節弁
の弁の開度との偏差を示す偏差信号を入力し、こ
の偏差信号の絶対値が所定の値δ1以下のときにパ
ルス幅変調した信号を出力するパルス幅変調手段
と、この出力信号をパルス幅変調された空気圧信
号に変換してこの空気圧信号を空気式調節弁の弁
開度を変位させるための駆動圧力室に与える三方
切換弁と、入力信号の変化により偏差の値がδ1よ
り大きい所定の値δ2以上になつたときにオン動作
して駆動圧力室を空気圧源と連通せしめる大容量
給気用オンオフ切換弁と、同じく偏差の値が−δ1
より小さい所定の値−δ2以下になつたときにオン
動作して駆動圧力室を大気と連通せしめる大容量
排気用オンオフ切換弁と、偏差と入力信号の変化
時点から所定時間内における空気式調節弁の駆動
速度との比に基づいて動作時間を算出し、オン動
作してからこの動作時間後に大容量給気用オンオ
フ切換弁または大容量排気用オンオフ切換弁をオ
フして連通状態を解除せしめる手段とを設けたも
のである。

〔作用〕

常時、パルス幅変調された空気圧信号に基づい
て駆動圧力室の空気圧が調整され、入力信号が大
きく変化して偏差の絶対値がδ2を越えた場合には
大容量給気用オンオフ切換弁または大容量排気用
オンオフ切換弁により駆動圧力室が空気圧源また
は大気と連通される。しかも、この連通時間は偏
差と入力変化検出時の空気式調節弁の駆動速度と
の比に基づいて算出される。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明のバルブポジシヨナの一実施例
を示すブロツク図である。

空気式調節弁１０は駆動圧力室１０１とバルブ
１０２とを含み、駆動圧力室１０１に供給される
空気圧によつてバルブ１０２の開閉調節がなされ
る。

駆動圧力室１０１には空気管１２が接続されて
おり、この空気管１２の他端は三方切換弁１４、
大容量給気用オンオフ切換弁１６および大容量排
気用オンオフ切換弁１８に接続されている。

三方切換弁１４は、空気管１２の他に空気圧源
（Ps）に連通する空気管２０および大気（Vent）
に連通する空気管２２と接続する。そして、空気
管２０と空気管１２の接続および空気管２２と空
気管１２の接続の切り換えをパルス幅変調器２４
からの信号に応じて行なう。

大容量給気用オンオフ切換弁１６および大容量
排気用オンオフ切換弁１８は、後述する切換弁駆
動手段４５からの信号によりそれぞれ空気管２０
と空気管１２との断続および空気管２２と空気管
１２との断続を行う切換弁である。

バルブ開度検知器３０は、バルブ１０２の開度
を検出してその開度に応じた電圧値VTDをバル
ブ開度信号として出力するものであり、ロータリ
ーエンコーダやポテンシヨメータ等により構成す
ることができる。

入力モジユール３２は、入力端子３４から入力
される信号であつて目標バルブ開度を表す４〜20
ｍＡの入力信号を電圧値Vsに変換するものであ
り、この電圧値Vsは比較部３６においてバルブ
開度検知器３０からの電圧値VTDと比較される。

電圧値Vsと電圧値VTDとの電位差は入力信号
が指標するバルブ開度と実際のバルブ開度との偏
差εを表すものであり、偏差信号Vεとしてパル
ス幅変調器２４およびオンオフ切換弁制御部４０
に入力される。

パルス幅変調器２４は、第２図の特性図に示す
ように、入力した偏差信号Vεの示す偏差εが、 −δ1≦ε≦δ1 ……(1) を満足するときだけ、偏差信号Vεをパルス幅変
調する。ε＝−δ1のときのデユーテイレシオを
「０」、ε＝δ1のときのデユーテイレシオを「１」
とし、(1)式を満足するときのεとデユーテイレシ
オとの関係はリニアとなつている。

第３図の波形図は、ε＝ε1のときすなわちデユ
ーテイレシオが「0.7」のときのパルス幅変調器
２４の出力波形を示しており、繰り返し周期Ｔの
70％が“Ｈ”レベル、残りの30％が“Ｌ”レベル
となつている。

偏差εが、 ε＜−δ1 ……(2) を満足するときのパルス幅変調器２４の出力は２
値信号における“Ｌ”レベルとなり、偏差εが、 ε＞δ1 ……(3) を満足するときのパルス幅変調器２４の出力は２
値信号における“Ｈ”レベルとなる。

なお、三方切換弁１４は、パルス幅変調器２４
からの信号が“Ｈ”レベルのときには空気管２２
の開口部を塞いで空気管２０と空気管１２を連通
し、“Ｌ”レベルのときには空気管２０の開口部
を塞いで空気管２２と空気管１２を連通する。

オンオフ切換弁制御部４０は偏差信号Vε、入
力モジユール３２の出力する信号（電圧値Vs）
およびバルブ開度検知器３０の出力するバルブ開
度信号（電圧値VTD）を入力してオンオフ切換
弁１６および１８を制御するものであり、偏差判
定手段４１、入力信号変化検知手段４２、バルブ
駆動速度検出手段４３、切換弁動作時間設定手段
４４、切換弁駆動手段４５からなる。

偏差判定手段４１は入力信号変化検知手段４２
からの信号入力タイミングで偏差信号Vεを取り
込み、偏差εが ε＞δ2 ……(4) （但し、δ2＞δ1） を満足する場合には給気用オンオフ切換弁１６の
駆動信号を出力し、 ε＜−δ2 ……(4) を満足する場合には排気用オンオフ切換弁１８の
駆動信号を出力する。なお、入力信号変化検知手
段４２は入力信号すなわち入力モジユール３２の
出力する電圧値Vsの変化を監視しており、入力
信号の変化を検出した場合に所定の信号を出力す
る手段である。

バルブ駆動速度算出手段４３は入力信号変化検
知手段４２からの信号を入力した後のバルブ１０
２の移動速度を算出する手段である。すなわち、
入力信号変化検知手段４２からの信号を入力した
時点で直ちにバルブ開度検知器３０からのバルブ
開度信号VTD1を入力し、さらに所定時間Tc後
のバルブ開度信号VTD2を入力する。そして両バ
ルブ開度信号の差をとり所定時間Tcで割ること
によりバルブ１０２の駆動速度ｖを算出する手段
である。(5)式はこの計算を式で表したものであ
る。

ｖ＝（VTD2−VTD1）／Tc ……(5) 切換弁動作時間設定手段４４は、オンオフ切換
弁１６または１８の動作時間Tsを次式 Ts＝ε／ｖ−τd ……(6) に従つて算出する手段である。ここに、τdはオ
ンオフ切換弁１６および１８の応答時間すなわち
電気信号が与えられてから弁が実際に閉じるまで
に要する時間を示し、切換弁によつて定まる定数
である。

なお、切換弁動作時間設定手段４４における偏
差信号Vεの取り込みは、入力信号変化検知手段
４２からの信号を入力した時点で行われる。

切換弁駆動手段４５は偏差判定手段４１からの
信号に基づいてオンオフ切換弁１６または１８の
いずれか一方を動作（空気圧源または大気と連
通）させ、切換弁動作時間設定手段４４からの信
号に基づいて該動作を停止させる。

つぎに、このように構成された本実施例の動作
を説明する。

偏差εが −δ2＜ε＜δ2 のときは、偏差判定手段４１においてオンオフ切
換弁１６，１８のいずれも選択されず、オンオフ
切換弁１６，１８は停止状態が保持される。した
がつて、駆動圧力室１０１への空気の給排は専ら
三方切換弁１４によつて行われる。

たとえば、比較部３６から与えられる偏差εの
値が第２図で示すε1（０＜ε1＜δ1）であるときは、
入力モジユール３２の入力信号の変化に関わらず
パルス幅変調動作のみが実行されており、オンオ
フ切換弁１６および１８はいずれも動作しない。
すなわち、大容量給気用オンオフ切換弁１６およ
び大容量排気用オンオフ切換弁１８はいずれもは
非連通状態となり、駆動圧力室１０１と空気圧源
（Ps）および大気（Vent）とは三方切換弁１４の
みによつて連通される。

三方切換弁１４は今デユーテイレシオ0.7のパ
ルス幅変調信号により駆動されているため、駆動
圧力室１０１と連通する空気管１２は繰り返し周
期Ｔの70％の時間を空気管２０すなわち空気圧源
（Ps）に連通され、30％の時間を空気管２２すな
わち大気（Vent）に連通される。したがつて、
空気圧源（Ps）の空気が徐々に駆動圧力室１０
１に供給され、これに伴つてバルブ１０２の開度
が徐々に変位する。

仮に、入力端子３４に入力される信号が一定で
あるとすると、バルブ１０２の変位によつて偏差
εは次第に零に近づき、ε＝０となつたときにパ
ルス幅変調器２４の出力信号のデユーテイレシオ
は0.5となる。

空気式調節弁１０は、このときの供給空気圧で
バルブ１０２の変位が停止するように調節されて
いるため、以後入力信号が変化しない限りバルブ
１０２の駆動は停止する。

ここで、入力信号が大きく変化して ε＝ε2（＞δ2） となつたとすると、入力信号変化検知手段４２は
偏差判定手段４１、バルブ駆動速度算出手段４３
および切換弁動作時間設定手段４４に対して所定
の信号を出力する。偏差判定手段４１は偏差信号
Vεの値から判断して給気用オンオフ切換弁１６
を駆動すべく信号を出力し、切換弁駆動手段４５
はこの信号に基づいて給気用オンオフ切換弁１６
を駆動（空気圧源と連通）する。

一方、バルブ駆動速度算出手段４３は(5)式に基
づいてバルブ駆動速度ｖを算出する。また、切換
弁動作時間設定手段４４は偏差εおよびバルブ駆
動速度ｖから(6)式に基づいて動作時間Tsを算出
し、給気用オンオフ切換弁１６の動作開始時を基
準にして動作時間Tsが経過した時点で切換弁駆
動手段４５に対して動作停止信号を出力する。

切換弁駆動手段４５は切換弁動作時間設定手段
４４からの該動作停止信号に基づき給気用オンオ
フ切換弁１６の動作を停止させる。

逆に偏差εが−δ2以下に大きく変化した場合に
は、排気用オンオフ切換弁１８が同様に駆動す
る。

なお、三方切換弁１４はオンオフ切換弁１６，
１８の動作に関わりなく動作する。したがつて、
上記のように給気用オンオフ切換弁１６が動作中
でも三方切換弁１４は第２図から判るように空気
圧源（Ps）と連通しており、駆動圧力室１０１
には三方切換弁１４とオンオフ切換弁１６の双方
から空気が供給されていることになる。

このように、オンオフ切換弁１６または１８の
動作開始直後におけるバルブ１０２の移動速度ｖ
を求め、その後、このｖに基づいて動作時間Ts
を算出するのは、同一の供給空気圧あるいは排気
空気圧に対するバルブ１０２の移動速度が、バル
ブ１０２のそのときの開度あるいは経時変化する
パツキンフリクシヨン等に起因して必ずしも一定
ではないからである。換言すれば、バルブ１０２
の移動速度を固定値としてオンオフ切換弁１６，
１８の動作時間Tsを算出するとオーバーシユー
ト（Overshoot）したりオーバーダンプ
（Overdump）したりする可能性があるのである。
そこで、バルブ１０２の初期の移動速度ｖを算出
した後(6)式に基づいて動作時間Tsを算出するこ
とにより、偏差εが略零となつたところでオンオ
フ切換弁１６または１８の動作を停止させること
ができるのである。しかも、(6)式はオンオフ切換
弁１６および１８の応答時間τdも考慮してある
のでその精度は極めて高い。

なお、動作時間Tsの算出に当たり簡単のため
直線推定を行つたが、本来は移動速度ｖが指数曲
線に基づいて変化するので、当該指数曲線で推定
してもよい。

第４図はオンオフ切換弁制御部４０を周知のマ
イクロコンピユータで構成した場合のフローチヤ
ートである。

まず、入力モジユール３２の出力電圧値Vs、
バルブ開度検知器３０の出力電圧値VTD1および
比較部３６の出力する偏差信号Vεを取り込む
（処理101）。ついで、モード状態をチエツクする
（判断102）。モード状態は後述するようにオンオ
フ切換弁１６または１８の動作と関連しており、
判断102においてモードが「１」であればオンオ
フ切換弁１６または１８のいずれか一方が動作し
ていることを示し、「０」であればいずれも動作
していないことを示す。

ここで、モードが「０」であれば判断106に進
んで偏差εが「−δ2＜ε＜δ2」か否かを判断す
る。肯定的である場合は処理101に戻る。否定的
である場合はオンオフ切換弁１６，１８のいずれ
かを動作すべきであり、引き続き偏差εが「ε＜
δ2」を満足するか否かを判断する（判断107）。こ
の判断は給気用オンオフ切換弁１６を動作させる
のか（処理108）、排気用オンオフ切換弁１８を動
作させるのか（処理109）という判断と対応して
いる。

処理108または109のいずれかを実行した後、予
め定められた時間Tcを経過したら（判断110）、
バルブ開度検知器３０からの信号を信号VTD2と
して取り込む（処理111）。ついで、(5)式に基づい
てオンオフ切換弁１６または１８を開いた直後の
バルブ１０２の移動速度ｖを求め、さらに、この
移動速度ｖと処理101で取り込んだ偏差εとから
(6)式に基づいてオンオフ切換弁の動作時間Tsを
算出し（処理112）、モード１フラグをセツトして
処理101に戻る（処理113）。

再び処理101を実行した後、判断102でモード１
が確認され、判断103に進む。判断103では電圧値
Vs（入力信号）が変化したか否かの判断を行い、
電圧値Vsが変化していなければ処理108または
109におけるオンオフ切換弁動作開始時から起算
して処理112で算出した動作時間Tsが経過したか
否かを判断する（判断114）。動作時間Tsが経過
するまでは処理101、判断102、103、114が繰り返
され、動作時間Tsが経過した時点でモード１フ
ラグをリセツトし、オンオフ切換弁を閉じる（判
断115、116）。このときの偏差εはほぼ零となつ
ているはずである。

また、判断103において電圧値Vsが変化してい
ることを検出した場合にはモード１フラグをリセ
ツトしオンオフ切換弁を閉じた後（処理104、
105）、判断106〜処理113を再度実行する。すなわ
ち、入力信号である電圧値Vsが変化した場合に
は、新たに動作時間Tsの算出を行うことになる。
もちろんこの場合、電圧値Vsの変化によつて偏
差εの絶対値がδ2よりも小さければ判断106から
処理101に直接戻り、オンオフ切換弁は動作しな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のバルブポジシヨナ
によれば、偏差の絶対値がδ1以下のときはパルス
幅変調を行ない、偏差の絶対値がδ1より大のδ2以
上のときは大容量給気用オンオフ切換弁または大
容量排気用オンオフ切換弁によつて駆動圧力室と
空気圧源または大気とが連通される。これによ
り、偏差が小さい範囲ではパルス幅変調を行な
い、偏差が大きいときは変調することなしに直接
に大量の空気を出し入れするので、高精度であり
かつ高速に制御できる効果がある。しかも、この
連通時間は偏差と入力変化検出時の空気式調節弁
の駆動速度との比に基づいて算出されるので、こ
の時間は偏差が大きく、または駆動速度が小さけ
れば長く、偏差が小さく、または駆動速度が大き
ければ短くなり、無駄時間がなく適切な制御が行
なわれる。これにより、入力信号と弁の変位量と
の偏差が大きい場合であつても従来装置のように
ブースターリレーを用いることなく調節弁を高速
に応動させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバルブポジシヨナの一実施例
を示すブロツク図、第２図は前記実施例のパルス
幅変調器の特性図、第３図はパルス幅変調器の出
力波形図、第４図は第１図の実施例におけるオン
オフ切換弁制御部４０のフローチヤートである。 １０……空気式調節弁、１０１……駆動圧力
室、１０２……バルブ、１２，１２１，１２２，
２０，２２……空気管、１４……三方切換弁、１
６……大容量給気用オンオフ切換弁、１８……大
容量排気用オンオフ切換弁、２４……パルス幅変
調器、３０……バルブ開度検知器、３２……入力
モジユール、３６……比較部、４０……オンオフ
切換弁制御部、４１……偏差判定手段、４２……
入力信号変化検知手段、４３……バルブ駆動速度
算出手段、４４……切換弁動作時間設定手段、４
５……切換弁動作時間設定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力信号と空気式調節弁の弁の開度との偏差
   を示す偏差信号を入力し、この偏差信号の絶対値
   が所定の値δ1以下のときにパルス幅変調した信号
   を出力するパルス幅変調手段と、 前記パルス幅変調手段の出力信号をパルス幅変
   調された空気圧信号に変換してこの空気圧信号を
   前記空気式調節弁の弁開度を変位させるための駆
   動圧力室に与える三方切換弁と、 前記入力信号の変化により前記偏差の値がδ1よ
   り大きい所定の値δ2以上になつたときにオン動作
   して前記駆動圧力室を空気圧源と連通せしめる大
   容量給気用オンオフ切換弁と、 同じく前記入力信号の変化により前記偏差の値
   が−δ1より小さい所定の値−δ2以下になつたとき
   にオン動作して前記駆動圧力室を大気と連通せし
   める大容量排気用オンオフ切換弁と、 前記偏差と前記入力信号の変化時点から所定時
   間内における前記空気式調節弁の駆動速度との比
   に基づいて動作時間を算出し、前記オン動作して
   からこの動作時間後に前記大容量給気用オンオフ
   切換弁または大容量排気用オンオフ切換弁をオフ
   して連通状態を解除せしめる手段と を具備することを特徴とするバルブポジシヨナ。