JP2001050418A - Valve positioner - Google Patents
Valve positionerInfo
- Publication number
- JP2001050418A JP2001050418A JP11224324A JP22432499A JP2001050418A JP 2001050418 A JP2001050418 A JP 2001050418A JP 11224324 A JP11224324 A JP 11224324A JP 22432499 A JP22432499 A JP 22432499A JP 2001050418 A JP2001050418 A JP 2001050418A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- integrator
- signal
- change
- detecting means
- turned
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、空気式駆動部を持
った調節弁の弁開度を信号に応じた値に制御するバルブ
ポジショナに関し、制御信号を演算する制御器の演算方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve positioner for controlling a valve opening of a control valve having a pneumatic drive unit to a value corresponding to a signal, and to a method for calculating a control signal for calculating a control signal. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】調節弁を制御するアルゴリズムは、その
製品の性能を決める重要な要素の一つである。従来、バ
ルブポジショナは機械式のものが多く、制御アルゴリズ
ムは機械機構により決まってきた為、圧倒的にP(比例)
制御が多かった (逆に、P制御以外のアルゴリズムは、
機械機構では困難であった) 。2. Description of the Related Art An algorithm for controlling a control valve is one of the important factors that determine the performance of a product. Conventionally, many valve positioners are mechanical, and the control algorithm is determined by the mechanical mechanism, so overwhelmingly P (proportional)
There were many controls. (Conversely, algorithms other than P control
It was difficult with a mechanical mechanism).
【0003】しかし、近年では、電子式のバルブポジシ
ョナが開発され、更には、CPU等の演算機能をバルブ
ポジショナに搭載するようになった。この機能を持つこ
とにより、制御アルゴリズムをソフトウエアで実現でき
るようになり、おおよそ全ての方式の制御演算が可能に
なってきた。However, in recent years, an electronic valve positioner has been developed, and further, an arithmetic function such as a CPU has been mounted on the valve positioner. With this function, control algorithms can be realized by software, and control calculations of almost all types have been made possible.
【0004】制御アルゴリズムは、P(比例)制御から、
PID(比例、積分、微分)制御に発展してきた。その結
果、調節弁の制御性は格段に向上した。しかし、技術革
新の発展にしたがって市場の要求も更に厳しくなり、現
在では、更に優れた制御性を持つバルブポジショナが求
められている。The control algorithm is based on P (proportional) control,
It has evolved into PID (proportional, integral, derivative) control. As a result, the controllability of the control valve has been significantly improved. However, with the development of technological innovation, market requirements have become more severe, and at present, a valve positioner with even better controllability has been demanded.
【0005】このような背景により、現在では調節弁の
制御アルゴリズムの開発が活発に進められている。採用
されているアルゴリズムは、PID制御アルゴリズムが
一般的であるが、PIDアルゴリズムだけでは、調節弁
が持っている非線形性を十分吸収することができない。
その為、PIDアルゴリズムに色々な機能を付加するこ
とにより、調節弁の制御性を向上しようとしている。[0005] Against this background, development of control valve control algorithms has been actively pursued. The adopted algorithm is generally a PID control algorithm, but the PID algorithm alone cannot sufficiently absorb the nonlinearity of the control valve.
Therefore, the controllability of the control valve is being improved by adding various functions to the PID algorithm.
【0006】図10は従来のバルブポジショナの制御の
一例を示すブロック構成図である。図において、積分器
1a,比例器1b,微分器1cを含むコントローラ1に
は入力信号SPと位置センサ5からの出力信号PVが入
力し、コントローラ1からは制御信号MVが出力する。FIG. 10 is a block diagram showing an example of control of a conventional valve positioner. In the figure, an input signal SP and an output signal PV from a position sensor 5 are input to a controller 1 including an integrator 1a, a proportional unit 1b, and a differentiator 1c, and a control signal MV is output from the controller 1.
【0007】この信号MVは信号変換器(I/P Conv
erter)2で空気信号に変換され、パイロットリレー3
で増幅されて調節弁4に圧力を入力しバルブのステムを
変位させる。ステムの変位は位置センサ5で検出され、
フィードバック信号としてコントローラ1に入力する。This signal MV is converted to a signal converter (I / P Conv
erter) 2 to be converted to an air signal and the pilot relay 3
The pressure is input to the control valve 4 to displace the valve stem. The displacement of the stem is detected by the position sensor 5,
It is input to the controller 1 as a feedback signal.
【0008】上記従来のバルブポジショナにおいて、最
も一般的な、デジタルPID制御の演算アルゴリズムは
下記の通りである。 P(n) = Sp(n)-Pv(n) I(n) = Δt/Ti*P(n)+I(n-1) D(n) = Td/(Δt+1/γ*Td)*(P(n-1)-P(n)+1/γ*D(n-1)) MV(n) = Kp*(P(n)+I(n)+D(n))In the above-mentioned conventional valve positioner, the most general operation algorithm of digital PID control is as follows. P (n) = Sp (n) -Pv (n) I (n) = Δt / Ti * P (n) + I (n-1) D (n) = Td / (Δt + 1 / γ * Td) * (P (n-1) -P (n) + 1 / γ * D (n-1)) MV (n) = Kp * (P (n) + I (n) + D (n))
【0009】Sp(n):目標値 Pv(n):フィードバック値(バルブ弁開度の信号) P(n):比例器 I(n):積分器 D(n):微分器 MV(n):制御信号 Δt:制御周期 Ti:積分時間 Td:微分時間 γ:微分ケ゛イン Kp:比例ケ゛インSp (n): target value Pv (n): feedback value (signal of valve opening) P (n): proportional unit I (n): integrator D (n): differentiator MV (n) : Control signal Δt: Control cycle Ti: Integration time Td: Differential time γ: Differential gain Kp: Proportional gain
【0010】次にこのアルゴリズムの動作を用いて説明
する。アルゴリズムは、PIDの文字通り、比例器
(P)、積分器(I)、微分器(D)から構成され、制御信号
MVはそれぞれ、P,I,Dの値を加算した値に、KPな
る比例ゲインを乗算して得られる。Next, the operation of this algorithm will be described. The algorithm, literally PID, is a proportional
(P), an integrator (I), and a differentiator (D). The control signal MV is obtained by multiplying a value obtained by adding the values of P, I, and D by a proportional gain KP.
【0011】比例器Pは、ポジショナの入力信号である
SPと調節弁(図示省略)の弁開度を表すステム変位
を、位置センサ5にて検出し、センサの電気信号をA/
D変換器でデジタル値に変換したPV値との差(偏差と
も呼ぶ) を出力する。The proportionality device P detects an input signal SP of the positioner and a stem displacement indicating a valve opening degree of a control valve (not shown) by the position sensor 5, and converts an electric signal of the sensor into an A / A signal.
The difference (also called deviation) from the PV value converted into a digital value by the D converter is output.
【0012】積分器1aは、積分時間Tiで設定されるパ
ラメータで決まる割合で、偏差を積分するものである。
微分器は、微分時間、微分ゲインで設定されるパラメー
タで決まる割合で、偏差を微分するものである。最終的
な、制御信号MVは比例器1b、積分器1a、微分器1c
の値を加算したものに対し、比例ゲインKPを乗算した
値で求まる。The integrator 1a integrates the deviation at a rate determined by a parameter set by the integration time Ti.
The differentiator differentiates the deviation at a rate determined by a parameter set by a differentiation time and a differentiation gain. The final control signal MV is a proportional unit 1b, an integrator 1a, a differentiator 1c
Is multiplied by the proportional gain KP to the value obtained by adding the values of
【0013】コントローラ1は、PVをSPにすばや
く、正確にトラッキングさせる為に、このような演算を
行い、MV値を求めている。例えば、SPとPVに差が
ある場合は、コントローラ1はPVとSPを近づける方
向に、MV値を変化させる。また、SPとPVに差が無
い場合は、MV値は変化しない。The controller 1 performs such a calculation to determine the MV value in order to make the SP track the PV quickly and accurately. For example, when there is a difference between SP and PV, the controller 1 changes the MV value in a direction in which the PV and SP are brought closer. When there is no difference between SP and PV, the MV value does not change.
【0014】このアルゴリズムは、単純であるため、本
質的に優れているが、制御対象に非線形性が存在する場
合、制御性が著しく悪化する場合がある。(コントロー
ラ1にとっての制御対象とは、MV値を与えるI/Pコ
ンバータ2から調節弁4…バルブまでをさす。)Although this algorithm is simple, it is essentially excellent, but if the controlled object has nonlinearity, the controllability may be significantly deteriorated. (The control target for the controller 1 refers to the range from the I / P converter 2 for giving the MV value to the control valves 4... Valves.)
【0015】次に、具体的な制御対象の非線形性につい
て述べる。制御対象の代表的な非線形性としては、図1
1に示すようなヒステリシス特性となるが、このヒステ
リシスには調節弁4やパイロットリレー3等各要素が持
つヒステリシスが含まれる。Next, the specific non-linearity of the controlled object will be described. The typical non-linearity of the controlled object is shown in FIG.
1, the hysteresis includes the hysteresis of each element such as the control valve 4 and the pilot relay 3.
【0016】これらのヒステリシスが、PID制御に与
える影響を示す。パイロットリレーのヒステリシスは、
I/Pコンバータ(電空変換機構)2が出力するノズル
背圧の変化に対して、ヒステリシスをもち、ヒステリシ
スを打ち破るノズル背圧の変化が無いと、パイロットリ
レー3は、調節弁4の空気アクチュエータの空気流量を
変化できない性質を持つ。The effect of these hysteresis on PID control will be described. The pilot relay hysteresis is
If there is no change in the nozzle back pressure that has a hysteresis with respect to the change in the nozzle back pressure output from the I / P converter (electro-pneumatic conversion mechanism) 2 and there is no change in the nozzle back pressure that breaks the hysteresis, the pilot relay 3 operates the air actuator of the control valve 4. It has the property that the air flow rate cannot be changed.
【0017】また、調節弁4のヒステリシスは、空気ア
クチュエータの空気圧が、ヒステリシスを打ち破るま
で、調節弁4のステムを駆動することが出来ない性質を
持つ。前記した、ヒステリシスは代表的な例だが、本発
明で扱うヒステリシスは、ポジショナのコントローラ1
が演算した制御量(MV値)が、調節弁4の弁開度信号
(PV値)であるフィードバック信号に、帰ってくるまで
のヒステリシスをすべて含んでいる。The hysteresis of the control valve 4 has such a property that the stem of the control valve 4 cannot be driven until the air pressure of the pneumatic actuator breaks the hysteresis. The hysteresis described above is a typical example, but the hysteresis dealt with in the present invention is the controller 1 of the positioner.
The control amount (MV value) calculated by is calculated by the valve opening signal of the control valve 4.
The feedback signal (PV value) includes all hysteresis before returning.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】このようなヒステリシ
スが、制御対象に存在する場合、例えば、設定信号がポ
ジショナに与えられたとすると、制御信号(MV値)がヒ
ステリシスを打ち破らないと、PV値は変化しない。When such a hysteresis exists in the control object, for example, if a setting signal is given to a positioner, the PV value will not change unless the control signal (MV value) overcomes the hysteresis. It does not change.
【0019】また、MV値の変化に対して、ポジショナ
は、I/Pコンバータ2で電気信号を空気信号に変換す
る際に遅れが生じる。更に、空気信号の流量を増幅し、
調節弁4に供給する際、調節弁4の空気アクチュエータ
の容量に応じた時定数の遅れが生じる。In addition, the positioner has a delay when the I / P converter 2 converts an electric signal into an air signal with respect to a change in the MV value. Furthermore, it amplifies the flow rate of the air signal,
When supplying the air to the control valve 4, a time constant delay occurs in accordance with the capacity of the air actuator of the control valve 4.
【0020】この、ヒステリシスと遅れ時間により、設
定信号を与えても、PV値はすぐには応答できず、無駄
時間が生じる。ヒステリシスが大きいほど、無駄時間も
長くなる。Due to the hysteresis and the delay time, even if the setting signal is given, the PV value cannot respond immediately, and a dead time occurs. The greater the hysteresis, the longer the dead time.
【0021】従来積分器1aは、その積分時間に応じ
て、この偏差を溜める。やがて、PV値が変化し、偏差
が減るが、無駄時間の際、溜めすぎた積分量が大きく、
SPの示す値で整定せず、行き過ぎが生じてしまう。Conventional integrator 1a accumulates this deviation in accordance with the integration time. Eventually, the PV value changes, and the deviation decreases.
It does not settle at the value indicated by SP, and overshoot occurs.
【0022】一旦行き過ぎが生じると、コントローラ1
はこれを戻そうとする為の制御演算を行うが、ここでも
ヒステリシスが生じ、戻すには長い時間が必要となる。
また、ヒステリシスが大きくかつ、遅れ時間が長い系に
なると、最悪の場合、行き過ぎを戻す際、さらに逆方向
に行き過ぎが生じ、これを繰り返して発振する場合が考
えられる。Once overshoot occurs, the controller 1
Performs a control operation to restore it, but also in this case, hysteresis occurs and it takes a long time to return.
Further, if the system has a large hysteresis and a long delay time, in the worst case, when the overshoot is returned, the overshoot occurs in the opposite direction, and the oscillation may be repeated.
【0023】図12は設定値SPが入力してから無駄時
間を含むPV値の変化と積分器の積分の様子を示してい
る。この現象を従来のPIDで解決するには、比例ゲイ
ンを極端に下げ、積分時間を極端に長く設定するしか無
かった。この調整は、調節弁4の応答特性を著しく悪化
させる事になる。FIG. 12 shows the change of the PV value including the dead time after the input of the set value SP and the state of the integration of the integrator. The only way to solve this phenomenon with the conventional PID is to reduce the proportional gain extremely and set the integration time extremely long. This adjustment significantly deteriorates the response characteristics of the control valve 4.
【0024】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、積分器1bの積分動作のタイミング
を制御することにより、前述の発振や応答特性を改善し
たバルブポジショナを実現することを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem. By controlling the timing of the integration operation of the integrator 1b, the present invention realizes a valve positioner with improved oscillation and response characteristics. With the goal.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、請求項1においては弁開度センサ
ーの信号を取り込み、少なくとも積分器が搭載されてい
る制御器を用いて設定信号に応じた値に前記弁開度を制
御するバルブポジショナにおいて、前記設定信号の変化
に関連して前記積分器の機能をオンオフする積分スイッ
チを設けたことを特徴とする。In order to achieve the above object, according to the present invention, in the first aspect, a signal of a valve opening sensor is fetched and set using at least a controller equipped with an integrator. In a valve positioner for controlling the valve opening to a value corresponding to a signal, an integration switch for turning on and off a function of the integrator in relation to a change in the setting signal is provided.
【0026】請求項2においては、請求項1記載のバル
ブポジショナにおいて、設定信号の変化を検出する設定
信号変化検出手段と、設定信号の変化により変化する弁
開度センサーの位置信号を検出する位置信号変化検知手
段とを具備し、これらの検知手段の出力に基づいて前記
積分器の機能をオンオフする積分スイッチを設けたこと
を特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the valve positioner according to the first aspect, a set signal change detecting means for detecting a change in the set signal, and a position for detecting a position signal of the valve opening degree sensor which changes according to the change in the set signal. Signal change detecting means, and an integrating switch for turning on and off the function of the integrator based on the output of the detecting means.
【0027】請求項3においては、請求項2記載のバル
ブポジショナにおいて、設定信号変化検出手段が設定信
号の変化を検出したときに積分器の機能をオフとし、位
置信号変化検知手段が弁開度センサーの位置信号の変化
を検出したときに積分器の機能をオンするように構成し
たことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the valve positioner of the second aspect, when the setting signal change detecting means detects a change in the setting signal, the function of the integrator is turned off, and the position signal change detecting means changes the valve opening. The function of the integrator is turned on when a change in the position signal of the sensor is detected.
【0028】請求項4においては、請求項1記載のバル
ブポジショナにおいて、設定信号と弁開度センサーの位
置信号の偏差を検出する偏差検出手段を具備し、この偏
差検出手段が検出した偏差に関連して積分器の機能をオ
ンオフするように構成したことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the valve positioner according to the first aspect, further comprising a deviation detecting means for detecting a deviation between the setting signal and the position signal of the valve opening degree sensor, the deviation relating to the deviation detected by the deviation detecting means. And the function of the integrator is turned on and off.
【0029】請求項5においては、請求項4記載のバル
ブポジショナにおいて、偏差検出手段は偏差が3段階の
予め定めた小,中,大の所定の範囲を判定する機能を有
することを特徴とする。請求項6においては、請求項5
記載のバルブポジショナにおいて、偏差が小のときに積
分機能をオフ、中のときにオン、大のときにオフとなる
ように構成したことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the valve positioner according to the fourth aspect, the deviation detecting means has a function of determining a predetermined range of small, medium, and large deviations in three stages. . In claim 6, claim 5
The described valve positioner is characterized in that the integration function is turned off when the deviation is small, turned on when the deviation is medium, and turned off when the deviation is large.
【0030】請求項7においては、請求項1記載のバル
ブポジショナにおいて、設定信号の変化により変化する
弁開度センサーの位置信号を検出する位置信号変化検知
手段と、この位置信号変化検知手段からの出力に関連し
て機能する積分タイマを具備し、この積分タイマの設定
時間に応じて積分機能をオンオフするように構成したこ
とを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the valve positioner according to the first aspect, a position signal change detecting means for detecting a position signal of a valve opening degree sensor which changes according to a change in a set signal; An integration timer that functions in connection with the output is provided, and the integration function is turned on and off in accordance with the set time of the integration timer.
【0031】請求項8においては、請求項7記載のバル
ブポジショナにおいて、設定値に対して、動作点補償を
行う為の、フィート゛フォアート゛演算機能を具備したことを特徴
とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the valve positioner according to the seventh aspect, a foot {fore} arithmetic function for performing operating point compensation on a set value is provided.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明の請求項1に係る実施例の概略
構成を示すもので、図10で説明した従来例とは積分器
1aの前段に積分スイッチ30を設け、この積分スイッ
チ30を機能させるトリガとしてSP(設定信号)の変
化を検知するSP変化検知手段31及びPV値検出手段3
2を設け、これらの信号に基づいて積分スイッチ30を
オンオフする点が異なっている。なお、図1では信号変
換器(I/P Converter)2、パイロットリレー3及
び調節弁4を纏めて駆動部20としている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment according to claim 1 of the present invention. In the conventional example described with reference to FIG. 10, an integration switch 30 is provided in a stage preceding an integrator 1a, and a trigger for making the integration switch 30 function is provided. SP change detecting means 31 for detecting a change in SP (setting signal) and PV value detecting means 3
2 in that the integration switch 30 is turned on and off based on these signals. In FIG. 1, the signal converter (I / P Converter) 2, the pilot relay 3, and the control valve 4 are collectively referred to as a drive unit 20.
【0033】図1の構成において、設定信号SPが変化
するとSP変化検出手段31がその変化を検出して信号
を出力し積分スイッチ30をオフとする。次にSPに応
じた演算が行われ調節弁のステム位置が変位して位置セ
ンサ5からPVが出力されるが、PV値検出手段32がこ
れを検出したら信号を出力し積分スイッチ30をオンと
して積分動作を開始する。In the configuration shown in FIG. 1, when the setting signal SP changes, the SP change detecting means 31 detects the change and outputs a signal to turn off the integrating switch 30. Next, a calculation according to SP is performed, and the stem position of the control valve is displaced to output PV from the position sensor 5. When the PV value detection means 32 detects this, a signal is output and the integration switch 30 is turned on. Start the integration operation.
【0034】図2は図1に示す構成のバルブポジショナ
のフローチャートである。コントローラ1は設定信号が
変化したことを検出したらY方向に進んでフラグをセッ
トし、次にPV値が変化したことを検出した段階でY方向
に進んで積分器を動作させるプラグをリセットする。P
V値が変化しない間はN方向に進んで積分器をオフ(止
める)の状態に維持する。FIG. 2 is a flowchart of the valve positioner having the structure shown in FIG. When detecting that the setting signal has changed, the controller 1 proceeds in the Y direction to set a flag, and then, when detecting that the PV value has changed, proceeds to the Y direction to reset the plug for operating the integrator. P
As long as the V value does not change, the process proceeds in the N direction and the integrator is kept off (stopped).
【0035】設定信号が変化しない場合は、フラグがセ
ットされているかどうかを見て、されていない場合はN
方向に進み積分器を動作させるフラグをリセットする。
フラグがセットされている場合はPV値の変化を待って
Y方向に進んで積分器を動作させるフラグをリセットす
る。If the setting signal does not change, it is checked whether the flag is set. If not, N is set.
Reset the flag that goes in the direction and activates the integrator.
If the flag is set, the flow advances in the Y direction after the change of the PV value, and the flag for operating the integrator is reset.
【0036】図3は上記構成によるSP及びPVの変化
と積分器の積分動作を示すもので、無駄時間における積
分器の積分動作をオフとすることによりPVのオーバー
シュートが改善されていることがわかる。FIG. 3 shows the change in SP and PV and the integration operation of the integrator according to the above configuration. It can be seen that the overshoot of PV is improved by turning off the integration operation of the integrator in the dead time. Understand.
【0037】図4は請求項2に関する実施形態の1例を
示すものである。この例において図10で説明した従来
例とは積分器1aの前段に積分スイッチ30を設け、こ
の積分スイッチ30を機能させるトリガとしてコントロ
ーラ10の前段に偏差検出手段33を設け、この偏差検
出手段33の信号に基づいて積分スイッチ30をオンオ
フする点が異なっている。なお、図4においても信号変
換器(I/P Converter)2、パイロットリレー3及
び調節弁4を纏めて駆動部20としている。FIG. 4 shows an example of the second embodiment. This example is different from the conventional example described with reference to FIG. 10 in that an integrating switch 30 is provided in a stage preceding the integrator 1a, and a deviation detecting means 33 is provided in a stage preceding the controller 10 as a trigger for operating the integrating switch 30. Is different in that the integration switch 30 is turned on and off based on the signal. In FIG. 4, the signal converter (I / P Converter) 2, the pilot relay 3, and the control valve 4 are collectively referred to as a drive unit 20.
【0038】図4において、偏差検出手段は図5に示す
ように、偏差|SP−PV|が予め定めた第1の所定の
範囲(例えば1%以内 …A)であれば積分スイッチ3
0をオフ状態とし、|SP−PV|が第1の所定の範囲
を超え、第2の所定の範囲以内(例えば1%以上→10
%以内 …B)であれば積分スイッチ30をオン状態と
し、更に|SP−PV|が第2の所定の範囲(例えば1
0%以上 …C)を超えた場合には積分スイッチ30を
オフ状態とする。In FIG. 4, if the deviation | SP-PV | is a first predetermined range (for example, within 1%... A) as shown in FIG.
0 is turned off, and | SP-PV | exceeds the first predetermined range and falls within the second predetermined range (for example, 1% or more → 10
%)... B), the integration switch 30 is turned on, and | SP−PV | is set to a second predetermined range (for example, 1%).
0% or more... C), the integration switch 30 is turned off.
【0039】図4の構成によれば偏差が極めて小さい
(1%以内)間は積分機能を停止し、中程度(1〜10
%の範囲)では積分機能を持たせ、偏差が大きい(10
%以上)では積分機能を停止する。このようにある一定
以上の偏差が発生した場合、積分器1aの積分動作を止
めて無駄時間の影響を積分器1aから低減することによ
り偏差に応じた制御が可能となる。According to the configuration of FIG. 4, the integration function is stopped while the deviation is extremely small (within 1%), and the deviation is moderate (1 to 10).
% Range), the integration function is provided, and the deviation is large (10%).
%), The integration function is stopped. As described above, when a deviation exceeding a certain value occurs, the integration operation of the integrator 1a is stopped and the influence of the dead time is reduced from the integrator 1a, so that control according to the deviation can be performed.
【0040】図6は請求項3に関する実施形態の1例を
示すブロック構成図である。図6において、図10で説
明した従来例とは積分器の前段に積分スイッチ30を設
け、この積分スイッチ30を機能させるトリガとしてS
P変化検出手段31とこの検出手段の出力によって作動
する積分タイマー34を設けた点が異なっている。FIG. 6 is a block diagram showing an example of the third embodiment. In FIG. 6, an integration switch 30 is provided at a stage preceding the integrator as compared with the conventional example described with reference to FIG.
The difference is that a P change detecting means 31 and an integration timer 34 operated by the output of the detecting means are provided.
【0041】また、図ではフィードフォワード演算器
(以下、単にFF演算器という)35を設けているがこの
FF演算器35の機能については後述する。なお、図6に
おいても信号変換器(I/P Converter)2、パイロ
ットリレー3及び調節弁4を纏めて駆動部20としてい
る。In the figure, a feedforward computing unit (hereinafter simply referred to as FF computing unit) 35 is provided.
The function of the FF calculator 35 will be described later. 6, the signal converter (I / P Converter) 2, the pilot relay 3, and the control valve 4 are collectively referred to as a drive unit 20.
【0042】図7は図6に示すバルブポジショナのフロ
ーチャートを示している。図7において、設定信号SP
が変化したらY方向に進み積分タイマー34をセット
し、このタイマー34がタイムアウトするまで積分器1
aの動作を停止する。変化していない場合は、N方向に
進み積分タイマーがタイムアウトしているかどうかを判
断する。そしてタイムアウトしている場合は積分器1a
を動作させ、していない場合はN方向に進んで積分器1
aの動作を止める。FIG. 7 shows a flowchart of the valve positioner shown in FIG. In FIG. 7, the setting signal SP
Is changed in the Y direction, the integration timer 34 is set, and the integrator 1 is set until the timer 34 times out.
The operation of a is stopped. If not, the process proceeds in the N direction and determines whether the integration timer has timed out. If the timeout has occurred, the integrator 1a
Is operated, and if not, the operation proceeds in the N direction and the integrator 1
The operation of a is stopped.
【0043】このように、設定値(SP)が変化した場
合、タイマー34をセットし、タイマーが動作している
ときは、積分を止め、タイマーがタイムアウトしたら積
分を再開させる。即ち、ヒステリシスと遅れ時間から生
じる無駄時間よりも、積分タイマー34の動作時間が長
い場合、無駄時間に積分器が溜める余計な積分量はなく
なる。As described above, when the set value (SP) has changed, the timer 34 is set. When the timer is operating, the integration is stopped, and when the timer times out, the integration is restarted. That is, when the operation time of the integration timer 34 is longer than the dead time caused by the hysteresis and the delay time, there is no extra integration amount accumulated by the integrator in the dead time.
【0044】この場合、タイマー34の時間は、無駄時
間よりも長ければ良いが、ヒステリシスの状態の予測
は、非常に難しいので、タイマーは長めに設定すること
になる。すると、積分の本来の機能である、目標値変更
による生じる動作点補正が積分停止時間にかかってしま
い、定常偏差を生む原因となる場合がある。In this case, the time of the timer 34 may be longer than the dead time, but it is very difficult to predict the state of the hysteresis, so the timer is set to be longer. Then, the operating point correction caused by the change of the target value, which is the original function of the integration, takes the integration stop time and may cause a steady-state deviation.
【0045】この場合、タイマーがタイムアウトして、
積分器1aが動作し始めるとこの定常偏差は積分器1a
が吸収し、取除くことが出来るが、整定時間が長くなる
というデメリットがある。そこでフォワード側の動作点
補正は、あらかじめフォワード側のゲインが分かってい
るので、フィードフォワードで補うことができ、SPに
応じたフィードフォワードを加えることにより、積分タ
イマーを長く設定しても定常偏差がでない制御が出来
る。In this case, the timer times out,
When the integrator 1a starts operating, this steady-state deviation is
Can be absorbed and removed, but has the disadvantage of longer settling time. Therefore, the operating point correction on the forward side can be compensated by feed forward because the gain on the forward side is known in advance, and by adding feed forward according to SP, even if the integration timer is set longer, the steady-state deviation can be reduced. Can be controlled.
【0046】この場合のMV値の計算は MV = Kp*(P+I+D)+FF(フィート゛フォアート゛) となる。ここで、積分タイマー34が動作して、積分器
1bが止まっている場合の状態を、P制御と仮定し、説
明の簡素化の為に、図8に示す制御系のブロックを考え
る。図8において、入力をSPで与え、比例制御を行
い、操作量Uを出力し、外乱Wが与えられる制御系の場
合、ノイズ等は考慮せずに、ステップ応答に対しても、
制御量及び、操作量が最終的に一定値に落ち着くような
安定な制御系であるとする。この時の定常偏差は次式で
あらわすことができる。The calculation of the MV value in this case is as follows: MV = Kp * (P + I + D) + FF (feet {forearm}). Here, the state in which the integration timer 34 operates and the integrator 1b is stopped is assumed to be P control, and for simplicity of description, a control system block shown in FIG. 8 will be considered. In FIG. 8, in the case of a control system in which an input is given by SP, a proportional control is performed, an operation amount U is output, and a disturbance W is given, a step response can be obtained without considering noise or the like.
It is assumed that the system is a stable control system in which the control amount and the operation amount finally settle to a constant value. The steady-state deviation at this time can be expressed by the following equation.
【0047】Err(定常偏差)=SP−PV PV=G×(U+W) U=Kp×Err 従って Err={1/(1+G×Kp)}×SP−{G/(1+G×Kp)}×W … 1 式1によれば、P制御の場合、SPに比例した、定常偏
差が残ることが分かる。この定常偏差は、1式の第1項
で示される、入力SPによる定常偏差と、第2項で示さ
れる、外乱Wによる定常偏差から成り立っている。Err (steady deviation) = SP-PV PV = G × (U + W) U = Kp × Err Therefore, Err = {1 / (1 + G × Kp)} × SP- {G / (1 + G × Kp)} × W ... 1 According to Equation 1, it can be seen that in the case of the P control, a steady-state error proportional to SP remains. This steady-state error is made up of a steady-state error due to the input SP shown in the first term of Equation 1 and a steady-state error due to the disturbance W shown in the second term.
【0048】従って、このような定常偏差を取除く為に
は、積分器1bが必要となっていた。しかし、積分タイ
マー34を使用した場合、タイマーがタイムアウトする
まで、積分器1bは動作しない為、1式の定常偏差が残
ってしまい、タイマー34がタイムアウトしたあと、積
分器1bは定常偏差を吸収する。この場合、積分タイマ
ー34の時間の設定にもよるが、あまり良い応答特性は
望めない。Therefore, in order to remove such a steady deviation, the integrator 1b is required. However, when the integration timer 34 is used, the integrator 1b does not operate until the timer times out, so that a set of steady-state errors remains, and after the timer 34 times out, the integrator 1b absorbs the steady-state errors. . In this case, depending on the setting of the time of the integration timer 34, very good response characteristics cannot be expected.
【0049】ここで、G,Kp,Spは既知であるので、フィ
ードフォワードにより、1式の第1項の定常偏差は予測
可能である。第2項は、外乱Wの大きさの予測が困難で
ある為、フィードフォワードに組み込むことは困難であ
る。従って、フィードフォワードFFを以下の式で設定
し、図9のような制御系を構成することにより、積分器
1bが止まっている間の特性を改善することが出来る。Here, since G, Kp, and Sp are known, the steady-state deviation of the first term of Equation 1 can be predicted by feedforward. In the second term, it is difficult to predict the magnitude of the disturbance W, and thus it is difficult to incorporate the second term into feedforward. Therefore, the characteristics while the integrator 1b is stopped can be improved by setting the feedforward FF by the following equation and configuring a control system as shown in FIG.
【0050】FF=SP/G …2 このフ゛ロックの場合の定常偏差Errは Err=−{G×W/(1+G×Kp)}…3 となり、SPによる定常偏差がなくなる。FF = SP / G... 2 The steady-state error Err in this block is Err = − {G × W / (1 + G × Kp)}...
【0051】FFを導入することにより、積分タイマーで
積分器1bが止まっても、定常偏差を少なくすることが
出来る。また、外乱Wについては、図6の駆動部20で
示す、I/Pコンバータ2+パイロットリレー3の温度
特性のような外乱が考えられ、このような外乱は、積分
タイマー34のタイムアウト時間に比べ、十分大きい時
定数を持ち、式3の外乱は、通常の積分器1bで吸収可
能である。By introducing the FF, the steady-state deviation can be reduced even if the integrator 1b is stopped by the integration timer. Further, as for the disturbance W, a disturbance such as a temperature characteristic of the I / P converter 2 and the pilot relay 3 shown by the drive unit 20 in FIG. 6 may be considered. It has a sufficiently large time constant, and the disturbance of Expression 3 can be absorbed by the ordinary integrator 1b.
【0052】なお、本発明の以上の説明は、説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特
許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲
は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。It is to be noted that the above description of the present invention has been presented by way of illustration and example only, and of particular preferred embodiments. Thus, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be modified or modified in many ways without departing from its essentials. The scope of the present invention, which is defined by the description in the appended claims, is intended to cover alterations and modifications within the scope.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、弁
開度センサーの信号を取り込み、少なくとも積分器が搭
載されている制御器を用いて設定信号に応じた値に前記
弁開度を制御するバルブポジショナにおいて、前記設定
信号の変化に関連して前記積分器の機能をオンオフする
積分スイッチを設けたので、積分器の積分動作のタイミ
ングを制御することにより、発振や応答特性を改善した
バルブポジショナを実現することができた。As described above, according to the present invention, the signal of the valve opening sensor is fetched and the valve opening is adjusted to a value corresponding to the set signal using at least a controller equipped with an integrator. In the valve positioner to be controlled, an integration switch for turning on and off the function of the integrator in relation to the change of the setting signal is provided, so that the oscillation and response characteristics are improved by controlling the timing of the integration operation of the integrator. A valve positioner was realized.
【図1】本発明に係るバルブポジショナの実施の形態の
一例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an embodiment of a valve positioner according to the present invention.
【図2】図1に示すバルブポジショナのフローチャート
である。FIG. 2 is a flowchart of the valve positioner shown in FIG.
【図3】設定値SPが入力してから無駄時間を含むPV
値の変化と積分器の積分の様子を示す図である。FIG. 3 shows a PV including a dead time after a set value SP is input.
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in a value and a state of integration by an integrator.
【図4】本発明に係るバルブポジショナの他の一例を示
す概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another example of the valve positioner according to the present invention.
【図5】図4の構成のバルブポジショナの偏差と積分器
のオンオフの関係を示す図である。5 is a diagram showing the relationship between the deviation of the valve positioner having the configuration shown in FIG. 4 and the on / off of the integrator.
【図6】本発明に係るバルブポジショナの他の一例を示
す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing another example of the valve positioner according to the present invention.
【図7】図6に示すバルブポジショナのフローチャート
である。FIG. 7 is a flowchart of the valve positioner shown in FIG. 6;
【図8】図8に示すバルブポジショナに外乱が与えられ
た場合の制御系の仮定図である。FIG. 8 is a hypothetical diagram of a control system when a disturbance is given to the valve positioner shown in FIG. 8;
【図9】フィードフォワードを構成して、積分器が止ま
っている間の特性の改善例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of improvement of characteristics while the integrator is stopped by forming a feed forward.
【図10】従来のバルブポジショナを示す構成図であ
る。FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional valve positioner.
【図11】バルブポジショナに発生するヒステリシスを
示す図である。FIG. 11 is a diagram showing hysteresis generated in a valve positioner.
【図12】設定値(SP)と動作量(PV)の関係を示
す図である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a set value (SP) and an operation amount (PV).
1,10 コントローラ 1a 積分器 1b 比例器 1c 微分器 2 I/Pコンバータ 3 パイロットリレー 4 調節弁 5 位置(ポジション)センサ 20 駆動部 30 積分スイッチ 31 SP変化検出手段 32 PV変化検出手段 33 偏差検出手段 34 積分タイマー 35 フィードフォワード演算器 1, 10 Controller 1a Integrator 1b Proportional unit 1c Differentiator 2 I / P converter 3 Pilot relay 4 Control valve 5 Position (position) sensor 20 Drive unit 30 Integration switch 31 SP change detecting means 32 PV change detecting means 33 Deviation detecting means 34 integration timer 35 feedforward computing unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H062 AA15 BB10 FF01 FF41 3H106 DA05 EE04 EE48 FB07 FB27 GC29 KK31 5H004 GA03 GA04 GA11 GB01 HA07 HB07 JB19 KA69 KB02 KB04 KB06 KB13 KB32 KC39 KC53 LA01 LA03 LA07 LB05 LB07 MA02 MA41 MA43 9A001 FF01 KK32 KK37 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 3H062 AA15 BB10 FF01 FF41 3H106 DA05 EE04 EE48 FB07 FB27 GC29 KK31 5H004 GA03 GA04 GA11 GB01 HA07 HB07 JB19 KA69 KB02 KB04 KB06 KB13 KB32 KC39 KC53 LA01 LA03 LA07 MA05 MA05 FF01 KK32 KK37
Claims (8)
とも積分器が搭載されている制御器を用いて設定信号に
応じた値に前記弁開度を制御するバルブポジショナにお
いて、前記設定信号の変化に関連して前記積分器の機能
をオンオフする積分スイッチを設けたことを特徴とする
バルブポジショナ。1. A valve positioner which receives a signal from a valve opening sensor and controls the valve opening to a value corresponding to the setting signal by using at least a controller equipped with an integrator. A valve positioner provided with an integration switch for turning on and off the function of the integrator.
出手段と、設定信号の変化により変化する弁開度センサ
ーの位置信号を検出する位置信号変化検知手段とを具備
し、これらの検知手段の出力に基づいて前記積分器の機
能をオンオフする積分スイッチを設けたことを特徴とす
る請求項1記載のバルブポジショナ。2. A method according to claim 1, further comprising: setting signal change detecting means for detecting a change in the setting signal; and position signal change detecting means for detecting a position signal of the valve opening sensor which changes according to the change in the setting signal. 2. The valve positioner according to claim 1, further comprising an integration switch for turning on and off the function of the integrator based on the output of the valve.
検出したときに積分器の機能をオフとし、位置信号変化
検知手段が弁開度センサーの位置信号の変化を検出した
ときに積分器の機能をオンするように構成したことを特
徴とする請求項2記載のバルブポジショナ。3. The integrator function is turned off when the setting signal change detecting means detects a change in the setting signal, and the integrator is turned off when the position signal change detecting means detects a change in the position signal of the valve opening sensor. 3. The valve positioner according to claim 2, wherein the function is turned on.
差を検出する偏差検出手段を具備し、この偏差検出手段
が検出した偏差に関連して積分器の機能をオンオフする
ように構成したことを特徴とする請求項1記載のバルブ
ポジショナ。And a deviation detecting means for detecting a deviation between the setting signal and the position signal of the valve opening sensor, wherein the function of the integrator is turned on / off in relation to the deviation detected by the deviation detecting means. The valve positioner according to claim 1, wherein:
小,中,大の所定の範囲を判定する機能を有することを
特徴とする請求項4記載のバルブポジショナ。5. A valve positioner according to claim 4, wherein said deviation detecting means has a function of judging a predetermined range of small, medium and large deviations in three stages.
きにオン、大のときにオフとなるように構成したことを
特徴とする請求項5記載のバルブポジショナ。6. The valve positioner according to claim 5, wherein the integration function is turned off when the deviation is small, turned on when the deviation is medium, and turned off when the deviation is large.
サーの位置信号を検出する位置信号変化検知手段と、こ
の位置信号変化検知手段からの出力に関連して機能する
積分タイマを具備し、この積分タイマの設定時間に応じ
て積分機能をオンオフするように構成したことを特徴と
する請求項1記載のバルブポジショナ。7. A position signal change detecting means for detecting a position signal of a valve opening sensor which changes according to a change of a setting signal, and an integration timer functioning in relation to an output from the position signal change detecting means. 2. The valve positioner according to claim 1, wherein the integration function is turned on / off according to a set time of the integration timer.
フィート゛フォアート゛演算機能を具備したことを特徴とする請求
項7記載のバルブポジショナ。8. A method for performing operating point compensation on a set value.
8. The valve positioner according to claim 7, further comprising a foot {fourth} calculation function.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22432499A JP3772340B2 (en) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Valve positioner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22432499A JP3772340B2 (en) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Valve positioner |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001050418A true JP2001050418A (en) | 2001-02-23 |
JP3772340B2 JP3772340B2 (en) | 2006-05-10 |
Family
ID=16811979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22432499A Expired - Fee Related JP3772340B2 (en) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Valve positioner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3772340B2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003014157A (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Koso Service Kk | Valve positioner and control unit |
JP2010170524A (en) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc | Controller for controlling system, and method for controlling system having the controller |
JP2011085984A (en) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Yokogawa Electric Corp | Valve control device and valve control method |
JP2012108776A (en) * | 2010-11-18 | 2012-06-07 | Toyota Motor Corp | Feedback control device |
WO2015132871A1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-09-11 | 株式会社ニレコ | Feedback control method, feedback control device, and program |
-
1999
- 1999-08-06 JP JP22432499A patent/JP3772340B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003014157A (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Koso Service Kk | Valve positioner and control unit |
JP4593020B2 (en) * | 2001-06-27 | 2010-12-08 | 工装サービス株式会社 | Valve positioners and controllers |
JP2010170524A (en) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc | Controller for controlling system, and method for controlling system having the controller |
JP2011085984A (en) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Yokogawa Electric Corp | Valve control device and valve control method |
JP2012108776A (en) * | 2010-11-18 | 2012-06-07 | Toyota Motor Corp | Feedback control device |
WO2015132871A1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-09-11 | 株式会社ニレコ | Feedback control method, feedback control device, and program |
JPWO2015132871A1 (en) * | 2014-03-04 | 2017-03-30 | 株式会社ニレコ | Feedback control method, feedback control device, and program |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3772340B2 (en) | 2006-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6094602A (en) | Method and apparatus for estimating and controlling non-linear disturbances in a feedback control system | |
JP2929259B2 (en) | controller | |
JP5731933B2 (en) | Adaptive control apparatus and adaptive control method, and control apparatus and control method for injection molding machine | |
JP2004211669A (en) | Servo valve controlling device and abnormality detection device of servo valve control system | |
US6754542B1 (en) | Control arithmetic apparatus and method | |
JPH0738128B2 (en) | Control device | |
JPH05118302A (en) | Controller for servomotor | |
CN109144066B (en) | Integral separation type PI type compact format model-free self-adaptive course control algorithm for ships | |
JP2001050418A (en) | Valve positioner | |
JP2001073817A (en) | Throttle control device | |
US7457673B2 (en) | Process for rapidly controlling a process variable without overshoot using a time domain polynomial feedback controller | |
JP2000179804A (en) | Water level controller for boiler drum | |
US9752512B2 (en) | Actuator control device | |
JP3765371B2 (en) | Valve positioner | |
WO1990013857A1 (en) | Method of sliding mode control | |
JP3057635B2 (en) | Valve positioner | |
JP4206194B2 (en) | Control device and control method of hydraulic drive device | |
JP5950868B2 (en) | Control device for motor for fuel pump | |
US11746709B2 (en) | Method and system for controlling a fuel-metering device | |
CN117193085A (en) | Compensation pre-estimated control system for system with inertial delay and pure delay | |
JP3205929B2 (en) | IMC controller | |
JP2024025191A (en) | position control device | |
JP4433146B2 (en) | Electro-pneumatic converter | |
JPH06168003A (en) | Controller | |
JP2000010602A (en) | Pid control method and its controller |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051201 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051214 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060123 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060205 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100224 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110224 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110224 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120224 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120224 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130224 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140224 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |