JPS6262001A - バルブポジショナ - 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】 〔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ョナに関
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ョナは、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・フラッパに与え、このノズル・フラッパの
ノズル背圧を空気圧信号として取り出した後、パイロッ
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。

〔発明が解決しようする問題点〕

しかし、このような従来のバルブポジショナでは、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
ることが困難であった。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
る必要があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のバルブポジショ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開度との偏
差を示す偏差信号をパルス幅変調する手段と、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手段と、前記
入力信号の変化により前記偏差の絶対値が所定の値より
も大きくなったときに前記駆動圧力室を空気圧源または
大気と連通せしめる手段と、前記偏差と前記入力信号変
化時の前記空気式調節弁初期移動速度とから所定の関係
に基づいて算出した時間を経過したときに前記駆動圧力
室と空気圧源または大気との連通状態を解除せしめる手
段とを具備するものである。

〔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た場
合には別の手段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、この連通時間は連通時の空気式
調節弁初期移動速度とから所定の関係に基づいて算出さ
れる。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のバルブポジショナの一実施例を示すブ
ロック図である。

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って
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１
８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）
に連通ずる空気管２０および大気（Ｖｅｎ　ｔ）に連通
ずる空気管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ボテ７
９８ｇメータ等により構成することができる。

入力モジュール３２は、入力端子３４から入力される信
号であって目標バルブ開度を表す４〜２０＋＋Ａ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Ｖ
ａ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ＶＢ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、
人力した偏差信号Ｖεの示す偏差εが、−δ１≦ε≦δ
１　　　　　　・・・−（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＝−６１のときのデ
ユーティレシオを「０」、ε−δｌのときのデユーティ
レシオを’ＩＪとし、（１）式を満足するときのεとデ
ユーティレシオとの関係はリニアとな９ている。

第３図の波形図は、ε＝εｌのときすなわちデユーティ
レシオが’　０．７Ｊ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”レベルとなっている。

偏差εが、 さく−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１
２を連通ずる。

オンオフ切換弁制御部４０は偏差信号■ε、入力モジュ
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■εを取り込み、偏差εが ε〉δ２　（但し、δ２　）δ１）・・　・（４）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〈−６２・・・（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ュール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４
２からの信号を入力した後のバルブ１０２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ＶＴＤＩ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−ＶＴＤＩ）／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％式％（６） に従っ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
、切換弁によっ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Ｖ
ε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くε〈δ２ のときは、偏差判定手段４１においてオンオフ切換弁１
６．１８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。したがって、駆動圧力室
１０１への空気の給排は専ら三方切換弁１４によって行
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δ１　（０〈δ１くδ１）であるときは、入力
モジュール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（Ｖｅｎ　ｔ）とは三方
切換弁１４のみによって連通される。

三方切換弁１４は今デユーティレシオ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
と連通ずる空気管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、３
０％の時間を空気管２２すなわち大気（Ｖｅｎｔ）に連
通される。したがって、空気圧［（Ｐｓ）の空気が徐々
に駆動圧力室１０１に供給され、これに伴ってバルブ１
０２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の変位によって偏差εは次第に零に
近づき、ε＝０となったときにパルス幅変調器２４の出
力信号のデユーティレシオは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１
０２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） となったとすると、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が一６２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。したがって、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ョン等に起因して必ずし
も一定ではないからである。換言すると、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ュー）　（Ｏｖｅ
ｒｓｈｏｏｔ）　Ｌ／たリオーバーダンプ（Ｏｖｅｒｄ
ｕ＋ｓｐ）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
が略零となっ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
も考慮しで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
を行ったが、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
ンピュータで構成した場合のフローチャートである。

まず、入力モジュール３２の出力電圧値Ｖｓ、バルブ開
度検知器３０の出力電圧値ＶＴＤＩ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、モード状態をチェックする（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く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１
０８）、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１０
２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を算出しく処理１１２）、
モードエフラグをセットして処理１０１に戻る（処理１
１３）。

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１゜３では電圧値Ｖ
ｓ（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１゜
１、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フラグをリセットし、
オンオフ切換弁を閉じる（判断１１５．１３６）。この
ときの偏差εはほぼ零となっているはずである。

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フラグをリセットしオン
オフ切換弁を閉じた後（処理１０４．１０５）、判断１
０６〜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の変化によって偏差εの絶対値が６２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ョナによれば
、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た
場合には別の手段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、この連通時間は連通時の空気
式調節弁初期移動速度とから所定の関係に基づいて算出
されるので、入力信号と弁の変位量との偏差が大きい場
合であっ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ョナの一実施例を示すブ
ロック図、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
ーチャートである。 ＩＯ・・・空気式調節弁、ＩＯ■・・・駆動圧力室、Ｉ
Ｑ　２−・ハ／Ｌ／ブ、１２，１２１，１２２，２０．
２２・・・空気管、１４・・・三方切換弁、１６・・・
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、３ｏ・・
・バルブ開度検知器、３２・・・入力モジュール、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、４５・・・切換弁動作時間設定手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号と空気式調節弁の弁開度との偏差を示す偏差信
   号をパルス幅変調する手段と、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手段と、前記入力信号の変化
   により前記偏差の絶対値が所定の値よりも大きくなった
   ときに前記駆動圧力室を空気圧源または大気と連通せし
   める手段と、前記偏差と前記入力信号変化時の前記空気
   式調節弁初期移動速度とから所定の関係に基づいて算出
   した時間を経過したときに前記駆動圧力室と空気圧源ま
   たは大気との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ョナ。