JPH0611001U - 圧力比例制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被制御部の定常状態での動作を安定にし、か
つ制御の応答性をよくした圧力比例制御装置を提供する
ことにある。 【構成】 圧力比例制御装置１では、物理量（流体圧
力）検出用の圧力センサ９からの圧力検出信号Ｓpsが圧
力設定信号Ｓprに一致するように被制御部（電磁弁３、
５）を駆動する。圧力比例制御装置１は、偏差手段、基
準信号発生手段、比較手段からなる。偏差手段は、セン
サアンプ１１、偏差アンプ１３、ボルテージフォロワー
１５からなり、これらで検出信号Ｓpsと設定信号Ｓprと
の偏差信号を形成する。基準信号発生手段は、三角波発
生器２３、波形クリップ整形回路２５からなり、基準三
角波の頂部の一部をクリップしてクリップ三角波信号Ｓ
ttを得る。比較手段は、コンパレータ１７，２１、反転
アンプ１９からなり、三角波信号Ｓttと偏差信号Ｓｄと
からＰＷＭ制御信号を形成して該被制御部に与える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、流体の圧力を比例制御できる制御装置に関し、特に電磁弁のオンオ フ制御時間を調整して所望の値の流体圧力を得ることのできる圧力比例制御装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、モータやヒータ等の電流制御には、ＰＷＭが使用されている。このよ うな電流制御用のＰＷＭは、その出力電流値に応じた入力信号を取込み、この入 力信号を基準信号である三角波と比較し、その比較結果に応じてスイッチング素 子のオンオフ時間幅を調整制御することにより、所望の電流値を得ようとするも のである。

【０００３】 図５は、上記ＰＷＭで使用される三角波を示す図である。この図では、ＰＷＭ からの出力に応じた物理量に比例する入力信号と、設定したい物理量との偏差信 号Ｓｄのレベルが縦軸に正負側に示されており、かつ偏差信号Ｓｄの正負側でそ れぞれＰＷＭ制御したい場合の例を示している。

【０００４】 すなわち、この従来例では、偏差信号Ｓｄの正（＋）側において、偏差信号Ｓ ｄが正側で基準三角波の値より大きくなるとオンとなり、偏差信号Ｓｄが基準三 角波の値より正側で小さくなるとオフとなるデジタル信号を形成しており、また 偏差信号Ｓｄの負（−）側において、偏差信号Ｓｄが基準三角波の値より負側に 大きくなるとオンとなり、偏差信号Ｓｄが基準三角波の値より負側で小さくなる とオフとなるデジタル信号を形成している。そして、このようなオンオフ制御信 号により、物理量の値を高精度に制御することができることになる。

【０００５】 図６は、上述したＰＷＭの三角波で制御できる従来の圧力比例制御装置の例を 示す系統図である。

【０００６】 図６で示す圧力比例制御装置１０１は、電磁弁１０３，１０５を二個使用し、 これら電磁弁１０３，１０５をＰＷＭ方式でオンオフ時間幅の制御をすることに より圧縮空気等の流体の圧力を所望の値に設定できるようにしたものである。す なわち、この圧力比例制御装置１０１は、ＰＷＭ制御信号でもって、供給側の電 磁弁１０３をオンオフ制御するとともに、排出側の電磁弁１０５をオンオフ制御 することにより、タンク１０７内の圧力を設定圧力に保つようにしている。

【０００７】 この圧力比例制御装置１０１では、上記ＰＷＭ制御信号を次のように形成して いる。タンク１０７の圧力は圧力センサ１０９で検出される。この圧力センサ１ ０９で検出された圧力検出信号Ｓpsはセンサアンプ１１１で増幅された後、偏差 アンプ１１３の一方の入力端子に入力される。また、圧力設定信号Ｓprは、ボル テージフォロワー１１５で増幅された後、偏差アンプ１１３の他方の入力端子に 入力される。この偏差アンプ１１３は、前記圧力設定信号Ｓprと圧力検出信号Ｓ psとの差をとり、偏差信号Ｓｄを形成する。この偏差信号Ｓｄは、供給側コンパ レータ１１７に供給されるとともに、反転アンプ１１９にも供給される。この反 転アンプ１１９で反転された偏差信号Ｓｄ’は、排出側コンパレータ１２１に入 力される。また、各コンパレータ１１７、１２１には、三角波発生器１２３から 基準三角波Ｓｔが入力されている。

【０００８】 また、上記圧力比例制御装置１０１において、三角波発生器１２３からの基準 三角波Ｓｔが供給されると、図５に示すように、各コンパレータ１１７，１２１ にて、偏差信号Ｓｄ，Ｓｄ’の零レベルと基準三角波Ｓｔの頂部とが比較される ようにしている。しかしながら、上記圧力比例制御装置１０１を、図５に示すよ うな比較形態で動作させた結果得られたＰＷＭ制御信号により電磁弁１０３，１ ０５をオンオフ制御する場合、当該電磁弁１０３，１０５に応答遅れが存在する ため、不感帯が大きくなって、圧力制御の精度が悪くなってしまうという問題が あった。

【０００９】 そこで、上記問題点を改善するために、上記圧力比例制御装置１０１を、図７ に示すような比較動作が可能になるように改良した従来装置も知られている。す なわち、各コンパレータ１１７，１２１において、偏差信号Ｓｄ，Ｓｄ’のレベ ルが零のときでも基準三角波Ｓｔの頂部が重なった状態で比較できるようにして いる。この結果、偏差信号Ｓｄのレベルが零でもオンオフ制御信号Ｓoa，Ｓobは 、オン状態となる。これにより、電磁弁１０３，１０５の応答遅れを改善でき、 かつ圧力制御の精度を上げることができる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した従来の圧力比例制御装置によれば、図７で示すように 偏差信号Ｓｄが零レベルであっても、電磁弁１０３，１０５は常にオンオフ制御 されていることになる。したがって、各電磁弁１０３，１０５は絶えず振動状態 にあるため、各電磁弁１０３，１０５の寿命が短くなるとともに騒音が発生して しまい、かつ各電磁弁１０３，１０５は定常状態で電流が流れるため、消費電流 が多くなってしまうという欠点があった。

【００１１】 本考案の目的は、上記欠点を改良し、被制御部の定常状態での動作を安定にし 、かつ制御の応答性をよくした圧力比例制御装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案の圧力比例制御装置は、物理量を検出する センサからの信号を基に、設定信号に一致するように被制御部を駆動制御して物 理量を調整する圧力比例制御装置において、前記センサからの検出信号と前記設 定信号との偏差信号を得る偏差手段と、発生した基準三角波の頂部の一部をクリ ップしてクリップ三角波信号を得る基準信号発生手段と、前記基準信号発生手段 からのクリップ三角波信号と前記偏差信号とを比較してＰＷＭ制御信号を形成し て前記被制御部に供給する比較手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】 したがって、本考案の圧力比例制御装置は、物理量をセンサで検出し、この検 出信号が所定の設定値に一致するように被制御部を駆動制御している。前記被制 御部は、圧力比例制御装置からのＰＷＭ制御信号により駆動制御されることにな る。ＰＷＭ制御信号は、基準信号発生手段からのクリップ三角波信号を基準信号 として用い、偏差手段からの偏差信号を前記クリップ三角波信号と比較手段で比 較する。すると、クリップ三角波信号は、頂部の一部がクリップされて平らにな っているから、偏差信号が零レベルのときには、クリップ三角波信号との比較を してもＰＷＭ制御信号が形成されない。しかしながら、偏差信号が零レベルを超 えると、クリップ三角波信号との比較が直ちにできるようになる。したがって、 各電磁弁の応答遅れを補償した動作が可能になる。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図を参照して説明する。

【００１５】 図１乃至図４に、本考案の圧力比例制御装置の実施例を示す。

【００１６】 図１は本考案一実施例の圧力比例制御装置の要部構成図である。

【００１７】 図１において、圧力比例制御装置１は、流体供給側電磁弁３と流体排出側電磁 弁５とをＰＷＭ制御信号でオンオフ制御し、タンク７に充填した流体の圧力を圧 力設定信号Ｓprの圧力に維持できるようにし、タンク７から出力される流体を安 定供給できるようにしたものである。

【００１８】 そして、流体系は、圧力を一定にする小容量のタンク７と、流体供給源Ｗから の流体をタンク７に供給できる配管４と、その配管４の途中に設けた流体供給側 電磁弁３と、前記タンク７に蓄積された流体を大気等に排出する配管６と、この 配管６の途中に設けた流体排出側電磁弁５とからなる。

【００１９】 また、この圧力比例制御装置１は、圧力センサ９、センサアンプ１１、偏差ア ンプ１３、ボルテージフォロワー１５、供給側コンパレータ１７、反転アンプ１ ９、排出側コンパレータ２１、三角波発生器２３、波形クリップ整形回路２５を 備え、次のように構成されている。

【００２０】 ここで、センサアンプ１１、偏差アンプ１３、及びボルテージフォロワー１５ により、偏差手段が構成されている。この偏差手段は、圧力センサ９からの検出 信号Ｓpsと圧力設定信号Ｓprとの偏差信号を得ることができる。

【００２１】 また、三角波発生器２３及び波形クリップ整形回路２５により、基準信号発生 手段が構成されている。この基準信号発生手段は、三角波発生器２３で発生した 基準三角波Ｓｔについて、波形クリップ整形回路２５で基準三角波Ｓｔの頂部の 一部をクリップして頂部が平らになった本考案の特徴であるクリップ三角波信号 Ｓttを得ることができる。

【００２２】 また、前記供給側コンパレータ１７、反転アンプ１９、及び排出側コンパレー タ２１により、比較手段が構成されている。比較手段は、前記基準信号発生手段 からのクリップ三角波信号Ｓttと前記偏差信号Ｓｄとを比較してＰＷＭ制御信号 を形成して前記被制御部に供給できる。

【００２３】 また、前記流体供給側電磁弁３及び流体排出側電磁弁５により、被制御部が構 成される。この被制御部は、物理量である流体の圧力を調整できる。

【００２４】 このような圧力比例制御装置１の構成について具体的に以下に説明すると、前 記圧力センサ９は、タンク７に固定されており、タンク７の圧力を検出して圧力 検出信号Ｓpsとして出力するようになっている。この圧力センサ９の出力は、セ ンサアンプ１１の入力端子に接続されており、圧力センサ９からの圧力検出信号 Ｓpsをセンサアンプ１１に供給できるようになっている。センサアンプ１１は、 圧力検出信号Ｓpsを増幅して出力できる回路である。このセンサアンプ１１の出 力は偏差アンプ１３の一方の入力端子に接続されている。また、圧力設定信号Ｓ prはボルテージフォロワー１５に供給されている。ボルテージフォロワー１５は 、この圧力設定信号Ｓprを増幅する回路である。ボルテージフォロワー１５の出 力は偏差アンプ１３の他方の入力端子に接続されており、ボルテージフォロワー １５からの圧力設定信号Ｓprを偏差アンプ１３に供給する。偏差アンプ１３は、 前記圧力設定信号Ｓprとセンサアンプ１１からの圧力検出信号との差をとり、偏 差信号Ｓｄを形成するように回路構成されている。偏差アンプ１３の出力端子は 、供給側コンパレータ１７の比較側入力端子と反転アンプ１９の入力端子とに接 続されている。反転アンプ１９は、入力された偏差信号Ｓｄの極性を反転して偏 差信号Ｓｄ’を得られるように回路構成されている。反転アンプ１９の反転偏差 信号Ｓｄ’は逆の動作を行う様に排出側コンパレータ２１の比較側入力端子に接 続されている。

【００２５】 また、三角波発生器２３は、基準三角波Ｓｔを発生するように回路構成されて いる。この三角波発生器２３の出力は波形クリップ整形回路２５の入力端子に接 続されており、三角波発生器２３からの基準三角波Ｓｔを波形クリップ整形回路 ２５に供給できるようになっている。

【００２６】 本考案の特徴の１つである波形クリップ整形回路２５は、図３に示すように、 入力された基準三角波Ｓｔの内の一方の頂部の一部をクリップしたクリップ三角 波信号Ｓttを形成できるように回路構成されている。この波形クリップ整形回路 ２５の出力は、前記供給側コンパレータ１７及び排出側コンパレータ２１の基準 側入力端子に接続されている。

【００２７】 供給側コンパレータ１７は、波形クリップ整形回路２５から供給されたクリッ プ三角波信号Ｓttと、偏差アンプ１３からの偏差信号Ｓｄとを比較して、オンオ フ制御信号Ｓoaを形成するような回路構成となっている。排出側コンパレータ２ １は、波形クリップ整形回路２５から供給されたクリップ三角波信号Ｓttと、反 転アンプ１９からの反転偏差信号Ｓｄ’とを比較して、オンオフ制御信号Ｓobを 形成するような回路構成となっている。供給側コンパレータ１７からのオンオフ 制御信号Ｓoaは流体供給側電磁弁３の電磁コイルに供給されており、流体供給側 電磁弁３をオンオフ制御できる。排出側コンパレータ２１からのオンオフ制御信 号Ｓobは流体排出側電磁弁５の電磁コイルに供給されており、流体排出側電磁弁 ５をオンオフ制御できる。

【００２８】 図２は、本考案の特徴の１つである波形クリップ整形回路２５の具体的構成例 を示す回路図である。

【００２９】 図２において、波形クリップ整形回路２５は、抵抗Ｒと、ツェナーダイオード ＺＤと、演算増幅器で構成したボルテージフォロワーＱとを備え、次のように回 路構成されている。入力端子Ｔｉ間には抵抗Ｒ・ツェナーダイオードＺＤの直列 回路が接続されている。ツェナーダイオードＺＤの両端は、ボルテージフォロワ ーＱの演算増幅器の非反転入力端子に接続されている。ボルテージフォロワーＱ は、演算増幅器の反転入力端子と出力端子とを直接接続してなる。ボルテージフ ォロワーＱは、演算増幅器の出力端子から出力信号を取り出し、波形クリップ整 形回路２５の出力端子Ｔｏから出力するようにしてある。

【００３０】 このような一実施例の特徴ある動作を以下に説明する。

【００３１】 上記三角波発生器２３からは、図３に示すような基準三角波Ｓｔが出力されて いる。この基準三角波Ｓｔは、波形クリップ整形回路２５の入力端子Ｔｉに印加 され、波形クリップ整形回路２５内において抵抗ＲとツェナーダイオードＺＤと からなるクリップ回路により、基準三角波Ｓｔの一方の頂部が所定の値だけ切り 取られて頂部が平らな形状にされたクリップ三角波信号Ｓttに整形される。この クリップ三角波信号Ｓttは、ボルテージフォロワーＱで一倍に増幅されて波形ク リップ整形回路２５の出力信号として出力端子Ｔｏから出力される。波形クリッ プ整形回路２５からのクリップ三角波信号Ｓttは、供給側コンパレータ１７及び 排出側コンパレータ２１に供給される。

【００３２】 また、タンク７の内部の圧力は、圧力センサ９により検出される。この圧力セ ンサ９で検出されて出力される圧力検出信号Ｓpsは、センサアンプ１１で増幅さ れる。センサアンプ１１からの出力信号は偏差アンプ１３に入力される。また、 圧力設定信号Ｓprは、ボルテージフォロワー１５を介して偏差アンプ１３に入力 される。偏差アンプ１３では、両信号の差を取って偏差信号Ｓｄを形成する。こ の偏差信号Ｓｄは、供給側コンパレータ１７に供給されるとともに、反転アンプ １９に供給される。反転アンプ１９では、入力された偏差信号Ｓｄの極性を反転 し、反転偏差信号Ｓｄ’を形成する。この反転偏差信号Ｓｄ’は、排出側コンパ レータ２１に印加される。

【００３３】 ＜偏差信号Ｓｄのレベルが零の動作＞ 供給側コンパレータ１７では、図４に示すように、偏差信号Ｓｄが零レベルの ときには、クリップ三角波信号Ｓttのクリップ部分の平らな形状部分に相当する ため、オンオフ制御信号Ｓoaは出力されない。また、同様に、排出側コンパレー タ２１では、図４に示すように、反転偏差信号Ｓｄ’が零レベルのときには、ク リップ三角波信号Ｓttのクリップ部分の平らな形状部分に相当するため、オンオ フ制御信号Ｓobは出力されない。

【００３４】 ＜偏差信号Ｓｄのレベルが負の動作＞ また、圧力検出信号Ｓpsが圧力設定信号Ｓprより大きいときには、偏差アンプ １３から出力される偏差信号Ｓｄは負となる。したがって、供給側コンパレータ １７では、クリップ三角波信号Ｓttとの比較ができないのでオンオフ制御信号Ｓ oaはオフレベルである。一方、排出側コンパレータ２１では、反転アンプ１９か らの反転偏差信号Ｓｄ’とクリップ三角波信号Ｓttとの比較ができることになり 、その反転偏差信号Ｓｄ’がクリップ三角波信号Ｓttの値より大きな値になった ときにオンとなり、その逆になったときにオフとなるオンオフ制御信号Ｓobを出 力する。このオンオフ制御信号Ｓobのオンの幅は、反転偏差信号Ｓｄ’が大きく なればなるほど広くなる。これにより、流体排出側電磁弁５がオンオフ制御され てタンク７の内部の流体が配管６を介して大気に排出される。この排出は、タン ク７の流体圧力が圧力設定信号Ｓprと同一になるまで継続される。これにより、 タンク７の内部の流体の圧力が一定の値に調整されることになる。

【００３５】 このように本実施例では、クリップ三角波信号Ｓttの頂部が欠けているため、 反転偏差信号Ｓｄ’が零レベルから変化すると、直ちに比較動作がされることに なり、流体排出側電磁弁５の応答遅れを補償することができる。

【００３６】 ＜偏差信号Ｓｄのレベルが正の動作＞ さらに、圧力検出信号Ｓpsが圧力設定信号Ｓprより小さいときには、偏差アン プ１３から出力される偏差信号Ｓｄは正となる。したがって、排出側コンパレー タ２１では、反転アンプ１９からの反転偏差信号Ｓｄ’が負となってクリップ三 角波信号Ｓttとの比較ができないのでオンオフ制御信号Ｓobはオフレベルである 。一方、供給側コンパレータ１７では、クリップ三角波信号Ｓttとの比較ができ ることになり、その偏差信号Ｓｄがクリップ三角波信号Ｓttの値より大きな値に なったときにオンとなり、その逆になったときにオフとなるオンオフ制御信号Ｓ oaを出力する。このオンオフ制御信号Ｓoaのオンの幅は、偏差信号Ｓｄが大きく なればなるほど広くなる。これにより、流体供給側電磁弁３がオンオフ制御され て流体供給源Ｗから配管４を介してタンク７に流体が供給される。この供給は、 タンク７の流体圧力が圧力設定信号Ｓprと同一になるまで継続される。これによ り、タンク７の内部の流体の圧力が一定の値に調整されることになる。このよう に本実施例では、クリップ三角波信号Ｓttの頂部が欠けているため、偏差信号Ｓ ｄが零レベルから変化すると、直ちに比較動作がされることになり、流体供給側 電磁弁３の応答遅れを補償することができる。

【００３７】 なお、上記圧力比例制御装置１により流体供給側電磁弁３及び流体排出側電磁 弁５をオンオフ制御し、タンク７内の圧力が一定の値（圧力設定信号Ｓpr）に達 すると、図４の状態になって定常状態になる。

【００３８】 本実施例は、上述したように動作してタンク７内の流体圧力を調整するので、 定常状態では各電磁弁３，５が動作せず、電磁弁３，５の寿命が延び、定常時に 電磁弁３，５に電流を流さないから消費電力を少なくでき、かつ定常時に電磁弁 ３，５から作動音が発生しない。

【００３９】 また、本考案の実施例では、偏差信号Ｓｄと、その反転偏差信号Ｓｄ’を用い てクリップ三角波信号Ｓttとの比較をするようにしたが、要するにクリップ三角 波信号Ｓttを使用し偏差信号Ｓｄ等との比較をすることによりＰＷＭ制御信号を 得るようしたものであれば全て本考案の範囲にはいるものである。

【００４０】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、クリップ三角波信号を使用し、定常状態 では被制御部を動作させず、かつ非定常状態となったときには直ちにＰＷＭ制御 信号を形成して被制御部を動作させるようにしたので、被制御部の寿命が延び、 かつ電流を流さないから消費電力を少なくでき、しかも被制御部から騒音が発生 せず、かつ制御の応答が早くなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案一実施例の圧力比例制御装置の実施例を
示す系統図である。

【図２】本考案一実施例で用いる波形クリップ整形回路
の具体的構成例を示す回路図である。

【図３】本考案一実施例で使用する波形クリップ整形回
路の動作を説明するための波形図である。

【図４】本考案一実施例の動作を説明するための波形図
である。

【図５】従来のＰＷＭ波形を得るための説明図である。

【図６】従来の圧力比例制御装置の系統図である。

【図７】従来の圧力比例制御装置の動作説明図である。

【符号の説明】

１ 圧力比例制御装置 ３ 流体供給側電磁弁 ５ 流体排出側電磁弁 ７ タンク ９ 圧力センサ １１ センサアンプ １３ 偏差アンプ １５ ボルテージフォロワー １７ 供給側コンパレータ １９ 反転アンプ ２１ 排出側コンパレータ ２３ 三角波発生器 ２５ 波形クリップ整形回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 物理量を検出するセンサからの信号を基
   に、所定の設定信号に一致するように被制御部を駆動制
   御して該物理量を調整する圧力比例制御装置において、 前記センサからの検出信号と前記設定信号との偏差信号
   を得る偏差手段と、 発生した基準三角波の頂点の一部をクリップしてクリッ
   プ三角波信号を得る基準信号発生手段と、 前記基準信号発生手段からのクリップ三角波信号と前記
   偏差信号とを比較してＰＷＭ制御信号を形成して前記被
   制御部に供給する比較手段とを備えたことを特徴とする
   圧力比例制御装置。