特許第6858083号(P6858083)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6858083
(24)【登録日】2021年3月25日
(45)【発行日】2021年4月14日
(54)【発明の名称】制御弁の制御装置及び制御弁の調整方法
(51)【国際特許分類】
   F15B 9/09 20060101AFI20210405BHJP
   F15B 13/044 20060101ALI20210405BHJP
【FI】
   F15B9/09 F
   F15B13/044 C
【請求項の数】7
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2017-115144(P2017-115144)
(22)【出願日】2017年6月12日
(65)【公開番号】特開2019-2416(P2019-2416A)
(43)【公開日】2019年1月10日
【審査請求日】2020年3月4日
(73)【特許権者】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱パワー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】森 啓充
【審査官】 北村 一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−053550(JP,A)
【文献】 特開2000−213666(JP,A)
【文献】 特開2002−161797(JP,A)
【文献】 特開2017−067110(JP,A)
【文献】 実公平07−034183(JP,Y2)
【文献】 特開平08−004703(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F15B 9/00− 9/17
F15B 13/02−13/08
G05D 3/00− 3/20
G05B 1/00− 7/04;11/00−13/04;17/00−17/02:21/00−21/02
F01D 17/00−21/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動電流により作動流体の供給及び排出を行うことで、アクチュエータを作動して開閉弁を開閉する制御弁の制御装置において、
線形可変差動変圧器が検出した検出電圧値に基づいて前記開閉弁の開度を算出する弁開度検出部と、
前記検出電圧値に基づいて前記開閉弁の全閉状態における全閉電圧値及び全開状態における全開電圧値を設定する電圧値設定部と、
予め設定された第1指令値から第2指令値に変更したときの前記開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定するゲイン設定部と、
前記制御弁の中立指令値と前記検出電圧値との偏差に基づいて前記制御弁のオフセットを設定するオフセット設定部と、
を備え、
前記制御弁の目標開度となる指令値に前記オフセット及び前記ゲインを加味して前記駆動電流を設定する、
ことを特徴とする制御弁の制御装置。
【請求項2】
前記電圧値設定部は、前記全閉電圧値及び前記全開電圧値を設定するとき、前記検出電圧値における最大電圧幅が予め設定された幅判定値より大きく、且つ、予め設定された幅判定時間以上継続したとき、ハンチングが発生したとして処理を終了することを特徴とする請求項1に記載の制御弁の制御装置。
【請求項3】
前記ゲイン設定部は、前記開閉弁の指令値が0%より大きく10%以下である前記第1指令値から前記開閉弁の指令値が100%より小さく90%以上である前記第2指令値に変更したときの前記開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の制御弁の制御装置。
【請求項4】
前記制御弁の中立指令値は、前記開閉弁の指令値50%に対応する指令値であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の制御弁の制御装置。
【請求項5】
前記制御弁は、中空形状をなすハウジング内に円筒形状をなすブッシングが装着され、前記ブッシング内にスプールが軸方向に移動自在に支持され、トルクモータのコイルに前記駆動電流を付与することで移動する前記スプールにより作動流体を吸排して前記アクチュエータを作動可能であり、前記ブッシングは、前記トルクモータの前記コイルが非通電時に、作動流体が排出される位置に所定のずれ量を持って装着され、前記オフセット設定部は、前記ずれ量に相当する前記制御弁のオフセットを設定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の制御弁の制御装置。
【請求項6】
前記制御弁は、高圧電気油圧式サーボ弁であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の制御弁の制御装置。
【請求項7】
駆動電流により作動流体の供給及び排出を行うことで、アクチュエータを作動して開閉弁を開閉する制御弁の調整方法において、
線形可変差動変圧器が検出した検出電圧値に基づいて前記開閉弁の全閉状態における全閉電圧値及び全開状態における全開電圧値を設定する工程と、
前記制御弁の中立指令値と前記検出電圧値との偏差に基づいて前記制御弁のオフセットを設定する工程と、
予め設定された第1指令値から第2指令値に変更したときの前記開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定する工程と、
前記制御弁の目標開度となる指令値に前記オフセット及び前記ゲインを加味して前記駆動電流を設定する工程と、
を有することを特徴とする制御弁の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御弁の初期設定を行う制御弁の制御装置及び制御弁の調整方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
蒸気タービンプラントなどを含む各種プラントでは、燃料や蒸気などの流体の供給量を制御するためにサーボ弁が使用されている。このような制御弁の制御装置としては、下記特許文献1に記載されたものがある。
【0003】
上述した特許文献1に記載されたサーボ弁システムは、LVDTが検出した検出電圧を測定し、弁開度算出器が弁の開度を算出し、減算器が弁開度目標値と実弁開度の偏差を算出し、サーボアンプがゲイン調節器により設定されたゲインにより駆動電流を出力し、サーボ弁を作動して弁の開度をフィードバック制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−148108号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したサーボ弁システムは、LVDTが検出した検出電圧に基づいて弁の開度を算出することで、この弁の開度をフィードバック制御するものである。そのため、初期設定として、弁の開度とサーボ弁への出力電流との関係を設定する必要がある。従来、このサーボ弁システムの初期設定は、作業者が手動により実施している。そのため、サーボ弁システムの初期調整作業に長時間を要してしまうと共に、高い調整精度を維持することが困難となる。
【0006】
本発明は上述した課題を解決するものであり、制御弁における初期調整作業の作業性の向上を図ると共に調整精度の向上を図る制御弁の制御装置及び制御弁の調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するための本発明の制御弁の制御装置は、駆動電流により作動流体の供給及び排出を行うことで、アクチュエータを作動して開閉弁を開閉する制御弁の制御装置において、線形可変差動変圧器が検出した検出電圧値に基づいて前記開閉弁の開度を算出する弁開度検出部と、前記検出電圧値に基づいて前記開閉弁の全閉状態における全閉電圧値及び全開状態における全開電圧値を設定する電圧値設定部と、予め設定された第1指令値から第2指令値に変更したときの前記開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定するゲイン設定部と、前記制御弁の中立指令値と前記検出電圧値との偏差に基づいて前記制御弁のオフセットを設定するオフセット設定部と、を備え、前記制御弁の目標開度となる指令値に前記オフセット及び前記ゲインを加味して前記駆動電流を設定する、ことを特徴とするものである。
【0008】
従って、弁開度検出部は、線形可変差動変圧器が検出した検出電圧値に基づいて開閉弁の開度を算出し、電圧値設定部は、検出電圧値に基づいて開閉弁の全閉電圧値及び全開電圧値を設定し、ゲイン設定部は、第1指令値から第2指令値に変更したときの開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定し、オフセット設定部は、制御弁の中立指令値と検出電圧値との偏差に基づいて制御弁のオフセットを設定し、指令値にオフセット及びゲインを加味して駆動電流を設定する。そのため、制御弁の初期設定の調整を自動的に行うことが可能となり、作業者にかかる負担を軽減すると共に作業時間を短縮することで作業性の向上を図ることができると共に、初期設定の調整精度の向上を図ることができる。
【0009】
本発明の制御弁の制御装置では、前記電圧値設定部は、前記全閉電圧値及び前記全開電圧値を設定するとき、前記検出電圧値における最大電圧幅が予め設定された幅判定値より大きく、且つ、予め設定された幅判定時間以上継続したとき、ハンチングが発生したとして処理を終了することを特徴としている。
【0010】
従って、電圧値設定部が全閉電圧値及び全開電圧値を設定するときに、検出電圧値の振れによるハンチングの発生を適正に検出することができ、オフセット及びゲインの誤設定の発生を抑制することができる。
【0011】
本発明の制御弁の制御装置では、前記ゲイン設定部は、前記開閉弁の指令値が0%より大きく10%以下である前記第1指令値から前記開閉弁の指令値が100%より小さく90%以上である前記第2指令値に変更したときの前記開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定することを特徴としている。
【0012】
従って、開閉弁が大きな作動領域で作動するとき、開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間を検出してゲインを設定することで、開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間を高精度に検出し、ゲインを適正に設定することができる。
【0013】
本発明の制御弁の制御装置では、前記制御弁の中立指令値は、前記開閉弁の指令値50%に対応する指令値であることを特徴としている。
【0014】
従って、制御弁の中立指令値を開閉弁の指令値50%に対応する指令値とすることで、制御弁の作動性及び安全性を向上することができる。
【0015】
本発明の制御弁の制御装置では、前記制御弁は、中空形状をなすハウジング内に円筒形状をなすブッシングが装着され、前記ブッシング内にスプールが軸方向に移動自在に支持され、トルクモータのコイルに前記駆動電流を付与することで移動する前記スプールにより作動流体を吸排して前記アクチュエータを作動可能であり、前記ブッシングは、前記トルクモータの前記コイルが非通電時に、作動流体が排出される位置に所定のずれ量を持って装着され、前記オフセット設定部は、前記ずれ量に相当する前記制御弁のオフセットを設定することを特徴としている。
【0016】
従って、停電時における制御弁の安全性を向上することができる。
【0017】
本発明の制御弁の制御装置では、前記制御弁は、高圧電気油圧式サーボ弁であることを特徴としている。
【0018】
従って、制御弁を非圧縮性流体である作動油により作動するサーボ弁とすることで、オフセット及びゲインを高精度に設定することが可能となり、サーボ弁の初期設定の調整精度を向上することができる。
【0019】
また、本発明の制御弁の調整方法は、駆動電流により作動流体の供給及び排出を行うことで、アクチュエータを作動して開閉弁を開閉する制御弁の調整方法において、線形可変差動変圧器が検出した検出電圧値に基づいて前記開閉弁の全閉状態における全閉電圧値及び全開状態における全開電圧値を設定する工程と、前記制御弁の中立指令値と前記検出電圧値との偏差に基づいて前記制御弁のオフセットを設定する工程と、予め設定された第1指令値から第2指令値に変更したときの前記開閉弁のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定する工程と、前記制御弁の目標開度となる指令値に前記オフセット及び前記ゲインを加味して前記駆動電流を設定する工程と、を有することを特徴とするものである。
【0020】
従って、制御弁の初期設定の調整を自動的に行うことが可能となり、作業者にかかる負担を軽減すると共に作業時間を短縮することで作業性の向上を図ることができると共に、初期設定の調整精度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明の制御弁の制御装置及び制御弁の調整方法によれば、制御弁における初期設定作業の作業性の向上を図ることができると共に、調整精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1図1は、本実施形態の制御弁の制御装置を表す概略構成図である。
図2図2は、制御弁の調整方法を表すフローチャートである。
図3図3は、制御弁の調整方法を表すフローチャートである。
図4図4は、ゲインの設定方法を表す説明図である。
図5図5は、制御弁を表す概略図である。
図6図6は、制御弁の調整方法を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る制御弁の制御装置及び制御弁の調整方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【0024】
図1は、本実施形態の制御弁の制御装置を表す概略構成図である。
【0025】
本実施形態において、図1に示すように、制御弁の制御装置が適用されるサーボ弁システムは、アクチュエータ11により開閉弁12の開閉動作を行うとき、アクチュエータ11に対して作動油(作動流体)を供給したり、排出したりすることで、開閉弁12の開度を制御するサーボ弁(制御弁)13を制御するものである。本実施形態にて、サーボ弁13は、高圧電気油圧式制御弁であって、例えば、GTCC(ガスタービンコンバインドサイクル)発電プラントにて、ガスタービンの燃焼器における燃料供給弁や燃料調節弁、圧縮機における吸入空気のIGV(インレットガイドベーン)、蒸気タービンにおける蒸気弁などの制御に適用される。
【0026】
サーボ弁13は、中空形状をなすハウジング21内に円筒形状をなすブッシング22が装着され、このブッシング22内にスプール23が軸方向に移動自在に支持されて構成されている。また、サーボ弁13は、トルクモータ24のコイルが装着され、アマチュア25に設けられたフラッパ26とスプール23の動作が連結されている。なお、ブッシング22は、調整器27によりハウジング21に対する軸方向位置が調整可能となっている。そして、ハウジング21は、作動油の供給ポート28と排出ポート29が設けられると共に、吸排ライン30を介してアクチュエータ11に接続されている。そのため、トルクモータ24のコイルに指令値が入力されると、アマチュア25が作動し、フラッパ26を介してスプール23を移動する。このとき、スプール23が一方方向(図1にて、左方)に移動すると、供給ポート28と吸排ライン30が接続され、アクチュエータ11に作動油が供給されて作動し、開閉弁12が開放される。一方、スプール23が他方方向(図1にて、右方)に移動すると、排出ポート29と吸排ライン30が接続され、アクチュエータ11の作動油が排出されて作動し、開閉弁12が閉止される。
【0027】
また、サーボ弁システムは、アクチュエータ11と開閉弁12とサーボ弁13に加えて、線形可変差動変圧器(Linear Variable−Difference Transformer:以下、LVDTと称する。)31と、LVDT電圧検出部32と、LVDT電圧処理部33と、サーボアンプ34と、制御装置35とを備えている。
【0028】
LVDT31は、開閉弁12に設けられており、LVDT電圧検出部32に接続されている。LVDT31は、可動鉄心41と、1次側コイル42と、2次側コイル43,44とから構成されている。LVDT電圧検出部32は、ドライブ回路45と、整流回路46,47とを有している。可動鉄心41は、その位置が開閉弁12の開度に対応して移動可能となっている。可動鉄心41は、その周囲に1次側コイル42と2次側コイル43,44が包囲するように配置されている。1次側コイル42は、LVDT電圧検出部32のドライブ回路45に接続されている。ドライブ回路45は、所定の周波数を有する交流電圧を1次側コイル42に出力する。1次側コイル42は、ドライブ回路45から交流電圧が印加されることで、2次側コイル43、44にそれぞれ2次側出力電圧を誘起する。2次側コイル43,44は、2次側出力電圧を出力する。2次側出力電圧は、交流電圧であり、出力される2次側出力電圧の実効値は、可動鉄心41の位置に依存する。即ち、2次側出力電圧は、いずれも開閉弁12の開度に対応する。2次側出力電圧は、それぞれ整流回路46,47に入力され、この整流回路46,47は、それぞれ2次側出力電圧を整流してLVDT電圧処理部33に出力する。
【0029】
LVDT電圧処理部33は、整流された2次側出力電圧に基づいて開閉弁12の開度(実弁開度)を算出する。このLVDT電圧処理部33が算出した開度は、0%〜100%の範囲の値をとり、サーボアンプ34に出力される。サーボアンプ34は、減算器61と、乗算器62と、加算器63とを有している。減算器61は、開閉弁12の目標開度である指令値と、LVDT電圧処理部33が処理した開閉弁12の実弁開度(0%〜100%)とが入力される。オフセットは、−100%〜100%の間の値に設定される。指令値がこの範囲に設定される理由は、開閉弁12における全開位置と全開電圧値及び全閉位置と全閉電圧値との関係を初期設定するとき、開閉弁12を強制的に全開位置及び全閉位置に移動させるためである。
【0030】
なお、本発明の弁開度検出部は、LVDTが検出した検出電圧値に基づいて開閉弁12の開度を算出するものであり、本実施形態では、LVDT電圧検出部32とLVDT電圧処理部33とから構成される。
【0031】
減算器61は、開閉弁12の指令値とフィードバックされた実弁開度との偏差を算出して出力する。乗算器62は、減算器61が算出した開閉弁12の指令値と実弁開度との偏差と、ゲインとが入力される。乗算器62は、偏差にゲインを乗算して増幅させて出力する。加算器63は、乗算器62が算出した偏差の増幅値とオフセットが入力される。加算器63は、偏差の増幅値にオフセットを加算して出力する。サーボアンプ34は、開閉弁12の指令値と実弁開度との偏差にゲインを乗算した後にオフセットを加算して求めた信号を、この信号に比例したサーボ出力電圧に変換し、このサーボ出力電圧をサーボ弁13に対する駆動電流として出力し、トルクモータ24のコイルに供給する。
【0032】
制御装置35は、電圧値設定部51と、指令値設定部52と、ゲイン設定部53と、オフセット設定部54とを有している。
【0033】
電圧値設定部51は、初期設定時に、LVDT電圧検出部32から検出電圧値として、開閉弁12の全閉状態における全閉電圧値と、全開状態における全開電圧値が入力される。即ち、開閉弁12を強制的に全閉したときの電圧値を指令値0%のときの全閉電圧値として設定し、開閉弁12を強制的に全開したときの電圧値を指令値100%のときの全開電圧値として設定する。電圧値設定部51は、この指令値0%〜100%に対する全閉電圧値−全開電圧値との関係を表す線形マップをLVDT電圧処理部33に出力する。そのため、LVDT電圧処理部33は、LVDT電圧検出部32から入力された検出電圧値に基づいて、開閉弁12の開度(0%〜100%)を算出することができる。
【0034】
指令値設定部52は、開閉弁12の目標開度となる指令値(0%−100%)をサーボアンプ34(減算器61)に出力する。
【0035】
ゲイン設定部53は、予め設定された第1指令値(例えば、5%)から第2指令値(例えば、95%)に変更したときの開閉弁12のオーバーシュート量(OS)及び動作時間と、第2指令値(例えば、95%)から第1指令値(例えば、5%)に変更したときの開閉弁12のアンダーシュート量(US)及び動作時間を算出する。ゲイン設定部53は、この開閉弁12のオーバーシュート量(OS)と動作時間に基づいてゲインを設定する。この場合、開閉弁12のオーバーシュート量(OS)と動作時間との関係でゲインの増減を決定する。なお、ゲインの設定に開閉弁12のアンダーシュート量(US)及び動作時間を用いてもよい。
【0036】
オフセット設定部54は、サーボ弁13の中立指令値と検出電圧値との偏差に基づいて制御弁のオフセットを設定する。図5は、制御弁を表す概略図、図6は、制御弁の調整方法を表す概略図である。
【0037】
図5に示すように、サーボ弁13は、ハウジング21内に装着されたブッシング22内にスプール23が軸方向に移動自在に支持され、トルクモータ24におけるアマチュア25(フラッパ26)の作動によりスプール23の位置を制御可能となっている。ここで、サーボ弁13は、トルクモータ24のコイルが非通電時に、排出ポート29と吸排ライン30が接続されて開閉弁12が閉止されるように設定されている。即ち、施設の停電時に、サーボ弁13が停止しても開閉弁12が閉止されるような安全対策が施されている。この安全対策は、開閉弁12が、例えば、燃料を供給する燃料弁であったときに、燃料の供給が停止されることで実行される。そのため、開閉弁12が、例えば、冷却水を供給する冷却水弁であったとき、サーボ弁13は、供給ポート28と吸排ライン30が接続されて冷却水弁が開放されるように設定される。
【0038】
このような安全対策から、サーボ弁13は、スプール23に対するブッシング22の軸方向装着位置が、トルクモータ24のコイルが非通電時に、排出ポート29と吸排ライン30が接続される位置(図5に示す位置)となっている。ところが、トルクモータ24のコイルが非通電時におけるスプール23の位置は、一般に、サーボ弁13に対する指令値50%の位置であり、サーボ弁13は、この位置で開閉弁に12に対して作動油の吸排を停止する必要がある。つまり、サーボ弁13は、安全対策のため、ブッシング22がハウジング21に対して所定量だけ軸方向にずれていることから、指令値50%のときのスプール23の位置をこの所定量だけオフセットさせる必要がある。
【0039】
そのため、オフセット設定部54は、サーボ弁13の中立指令値となる指令値50%と、このときの開閉弁12の検出電圧値から算出した実弁開度との偏差に基づいてサーボ弁13のオフセットを算出する。
【0040】
ここで、本実施形態の制御弁の制御装置が適用されたサーボ弁システムの初期設定の制御について詳細に説明する。図2及び図3は、制御弁の調整方法を表すフローチャートである。
【0041】
サーボ弁13の初期設定制御において、図1及び図2に示すように、制御装置35は、ステップS11にて、ゲイン設定部53によりゲインを0に設定し、ステップS12にて、オフセット設定部54によりオフセットを−100%に設定する。すると、サーボアンプ34は、指令値設定部52からの指令値に拘わらず、弁開度−100%に対応する駆動電流をトルクモータ24のコイルに出力する。そのため、サーボ弁13は、スプール23が閉止動作(図1にて、左方移動)を開始し、ステップS13にて、開閉弁12が全閉する。
【0042】
このとき、LVDT31は、可動鉄心41が開閉弁12の開度に対応して移動し、2次側出力電圧を出力する。LVDT電圧検出部32は、検出した2次側出力電圧を整流して電圧値設定部51に出力する。ステップS14にて、電圧値設定部51は、開閉弁12を強制的に全閉したときの検出電圧値(LVDT電圧値)を移動平均処理し、ステップS15にて、移動平均処理した検出電圧値を指令値が0のときの全閉電圧値として保存する。次に、ステップS16にて、オフセット設定部54によりオフセットを+100%に設定する。すると、サーボアンプ34は、指令値設定部52からの指令値に拘わらず、弁開度+100%に対応する駆動電流をトルクモータ24のコイルに出力する。そのため、サーボ弁13は、スプール23が開止動作(図1にて、右方移動)を開始し、ステップS17にて、開閉弁12が全開する。
【0043】
このとき、LVDT31は、前述と同様に、可動鉄心41が開閉弁12の開度に対応して移動し、2次側出力電圧を出力する。LVDT電圧検出部32は、検出した2次側出力電圧を整流して電圧値設定部51に出力する。ステップS18にて、電圧値設定部51は、開閉弁12を強制的に全開したときの検出電圧値(LVDT電圧値)を移動平均処理し、ステップS19にて、移動平均処理した検出電圧値を指令値が100のときの全開電圧値として保存する。ここで、電圧値設定部51は、開閉弁12が全閉したときの全閉電圧値と、開閉弁12が全開したときの全開電圧値とを設定することができ、開閉弁12の開度(指令値0%〜100%)に対する電圧値の関係を表す線形マップを設定してLVDT電圧処理部33に出力する。
【0044】
また、ステップS20にて、電圧値設定部51は、設定した全閉電圧値と全開電圧値の判定を実施する。即ち、LVDT電圧検出部32が検出した最小電圧値が予め設定された最小判定値より大きく、且つ、最大電圧値と最小電圧値との偏差が偏差判定値より大きいと判定(Yes)されると、全閉電圧値と全開電圧値が正常であると判定する。一方、LVDT電圧検出部32が検出した最小電圧値が予め設定された最小判定値以下であると判定(No)されたり、また、最大電圧値と最小電圧値との偏差が偏差判定値以下であると判定(No)されたりすると、全閉電圧値と全開電圧値が異常であると判定する。このとき、ステップS21にて、各種ケーブルの未接続または誤接続とし、ステップS22にて、このシーケンスを終了して警報などを出力する。
【0045】
更に、ステップS23にて、ステップS14,18の処理時、開閉弁12の開度が一定に固定されている状態での振れ幅(電圧幅)を保存する。そして、ステップS24にて、開閉弁12のハンチング(発散)の判定を行う。即ち、振れ幅の最大値と最小値の偏差が幅判定値より小さいと判定(Yes)されると、正常と判定する。一方、振れ幅の最大値と最小値の偏差が幅判定値より大きく、この状態が所定時間以上継続したと判定(No)されると、異常と判定する。このとき、ステップS25にて、ハンチングが発生したと判定し、ステップS26にて、このシーケンスを終了して警報などを出力する。また、ステップS27にて、ハンチング以外の要因でシーケンスが終了したかどうかを判定し、ハンチング以外の要因でシーケンスが終了していないと判定(No)されると、ステップS24に戻って処理を継続し、ハンチング以外の要因でシーケンスが終了したと判定(Yes)されると、ハンチングの判定を終了する。
【0046】
全閉電圧値及び全開電圧値の判定とハンチングの判定で、正常であると判定されると、この時点で、制御装置35による開閉弁12の開度のフィードバック(FB)制御が可能となる。ステップS31にて、オフセット設定部54は、オフセットを0%に設定する。すると、サーボアンプ34は、弁開度0%に対応する駆動電流をトルクモータ24のコイルに出力する。そのため、ステップS32にて、サーボ弁13は、スプール23が閉止動作(図1にて、左方移動)を開始し、開閉弁12が閉動作する。ステップS33にて、サーボアンプ34からの駆動電流によるサーボ弁13の動作、開閉弁12の動作の確認を行う。即ち、サーボアンプ34が駆動電流0%をトルクモータ24のコイルに供給したとき、予め設定された所定時間内に開閉弁12が所定開度まで閉止したかどうかを判定する。ここで、所定時間内に開閉弁12が所定開度まで閉止しないと判定(No)されると、ステップS34にて、サーボ弁13の調整エラーと判定し、ステップS35このシーケンスを終了して警報などを出力する。
【0047】
一方、ステップS33にて、所定時間内に開閉弁12が所定開度まで閉止したと判定(Yes)されると、正常であると判定する。そして、ステップS36にて、ゲイン設定部53は、ゲインを前回調整した値に設定する。ここで、ゲイン設定部53は、ゲインの初期制定であれば、規定値(例えば、5)に設定する。また、ステップS37にて、指令値設定部52は、開閉弁12の指令値を50%に設定する。すると、サーボアンプ34は、弁開度50%にゲインを乗算した信号に対応する駆動電流をトルクモータ24のコイルに出力する。そのため、ステップS38にて、サーボ弁13は、スプール23が開放動作(図1にて、右方移動)を開始し、開閉弁12が半開位置付近(例えば、48%開度付近)に停止する。
【0048】
即ち、サーボ弁13は、スプール23の半開(指令値50%)位置とブッシング22の軸方向装着位置が所定量だけ軸方向にずれている。そのため、指令値設定部52が開閉弁12の指令値を50%に設定し、例えば、ゲイン10でオフセット0であるとき、LVDT電圧処理部33は、LVDT電圧検出部32が検出した検出電圧値に基づいて開閉弁12の開度を、例えば、49%と出力する。この開閉弁12の実弁開度49%は、FB開度として制御装置35に出力されて記憶される。このとき、減算器61は、開閉弁12の指令値50%とフィードバックされた実弁開度49%との偏差1%と算出する。ゲインが前回調整時の10であるとき、オフセット設定部54は、偏差1%にゲイン10を乗算し、10%の出力となることから、オフセットを10に設定する。すると、このオフセット10により指令値が変更されてトルクモータ24に供給されることから、LVDT電圧処理部33は、開閉弁12の開度を50%と出力し、開閉弁12の実弁開度50%と指令値50%との偏差0%となる。
【0049】
ステップS39にて、オフセット設定部54は、このときのオフセットの値、つまり、指令値とフィードバックした実弁開度(FB)との偏差にゲインを乗算した値を保存する。ステップS40にて、この設定したオフセットの値が適正であるかどうかを判定する。即ち、指令値とフィードバックした実弁開度との偏差が予め設定されたオフセット判定値より小さいか、つまり、−0.5%<偏差<0.5%の範囲にあると判定(Yes)されると、正常と判定する。一方、偏差が予め設定されたオフセット判定値より大きいか、つまり、−05%<偏差<0.5%の範囲にないと判定(No)されると、異常と判定し、ステップS41にて、サーボ弁13の調整エラーと判定し、ステップS42にて、このシーケンスを終了して警報などを出力する。
【0050】
図1及び図3に示すように、制御装置35は、ステップS43にて、指令値設定部52により指令値5%に設定すると、サーボアンプ34は、指令値設定部52からの指令値にゲインとオフセットを加味した駆動電流をトルクモータ24のコイルに出力する。そのため、サーボ弁13は、スプール23が閉止動作(図1にて、左方移動)を開始し、ステップS44にて、開閉弁12の開度が5%付近となる。そして、制御装置35は、ステップS45にて、指令値設定部52により指令値95%に設定すると、サーボアンプ34は、指令値設定部52からの指令値にゲインとオフセットを加味した駆動電流をトルクモータ24に出力する。そのため、サーボ弁13は、スプール23が開放動作(図1にて、右方移動)を開始し、ステップS46にて、開閉弁12の開度が95%付近となる。制御装置35は、ステップS47にて、開閉弁12の開度が5%から95%に変更されたときの動作時間とオーバーシュート(OS)量を検出して記憶する。
【0051】
また、制御装置35は、ステップS48にて、指令値設定部52により指令値5%に設定すると、サーボアンプ34は、指令値設定部52からの指令値にゲインとオフセットを加味した駆動電流をトルクモータ24に出力する。そのため、サーボ弁13は、スプール23が閉止動作(図1にて、左方移動)を開始し、ステップS49にて、開閉弁12の開度が5%付近となる。制御装置35は、ステップS50にて、開閉弁12の開度が95%から5%に変更されたときの動作時間とアンダーシュート(US)量を検出して記憶する。そして、ステップS51にて、ゲイン設定部53は、開閉弁12の開度が5%から95%に変更されたときの動作時間とオーバーシュート量に基づいてゲインを設定する。
【0052】
図4は、ゲインの設定方法を表す説明図である。なお、以下の説明に記載のゲインの設定方法は、一例であり、この方法に限定されるものではない。
【0053】
図1及び図3に示すように、即ち、ステップS51にて、ゲイン設定部53は、動作時間とオーバーシュート量に基づいてゲインを設定する必要があると判定(Yes)されると、ステップS52にて、現在のゲインの値にゲイン調整値を加算してゲインを設定する。具体的に、図4に示すように、記憶部71は、オーバーシュート量に対するゲイン修正値を記憶しており、検出した開閉弁12のオーバーシュート量に基づいてゲイン修正値を設定する。また、記憶部72は、動作時間が予め設定された閾値以下のときの動作時間に対する補正係数を記憶しており、検出した開閉弁12の動作時間に基づいて補正係数を設定する。更に、記憶部73は、動作時間が予め設定された閾値より大きいときの動作時間に対するゲイン調整値を記憶しており、検出した開閉弁12の動作時間に基づいてゲイン調整値を設定する。乗算部74は、記憶部71で設定されたゲイン調整値に記憶部72で設定された補正係数を乗算し、加算部75は、現在のゲインに乗算部74で算出されたゲイン調整値と記憶部73で設定されたゲイン調整値を加算して次回のゲインを算出する。なお、加算部75は、減算部であって、現在のゲインから乗算部74で算出されたゲイン調整値や記憶部73で設定されたゲイン調整値を減算して次回のゲインを算出してもよい。
【0054】
図1及び図3に示すように、ステップS51にて、ゲイン設定部53が次回のゲインを判定すると、ステップS45に戻って再処理を実行する。ステップS53にて、開閉弁12における弁開度0%から100%の間における弁開度と検出電圧値との関係のデータを取得するための複数の指令を出力する。ステップS54にて、複数の指令に対する検出電圧値を検出し、開閉弁12の動特性データを出力する。そして、ステップS55にて、サーボ弁13の初期設定の調整が完了する。
【0055】
このように本実施形態の制御弁の制御装置にあっては、駆動電流により作動油の供給及び排出を行うことで、アクチュエータ11を作動して開閉弁12を開閉する制御弁の制御装置であって、LVDT31が検出した検出電圧値に基づいて開閉弁12の開度を算出する弁開度検出部としてのLVDT電圧検出部32及びLVDT電圧処理部33と、検出電圧値に基づいて開閉弁12の全閉状態における全閉電圧値及び全開状態における全開電圧値を設定する電圧値設定部51と、予め設定された第1指令値から第2指令値に変更したときの開閉弁12のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定するゲイン設定部53と、サーボ弁13の中立指令値と検出電圧値との偏差に基づいてサーボ弁13のオフセットを設定するオフセット設定部54とを備え、サーボ弁13の目標開度となる指令値にオフセット及びゲインを加味して駆動電流を設定する。
【0056】
従って、サーボ弁13の初期設定の調整を自動的に行うことが可能となり、作業者にかかる負担を軽減すると共に作業時間を短縮することで作業性の向上を図ることができると共に、初期設定の調整精度の向上を図ることができる。
【0057】
本実施形態の制御弁の制御装置では、電圧値設定部51は、全閉電圧値及び全開電圧値を設定するとき、検出電圧値における最大電圧幅が予め設定された幅判定値より大きく、且つ、予め設定された幅判定時間以上継続したとき、ハンチングが発生したとして処理を終了する。従って、電圧値設定部51が全閉電圧値及び全開電圧値を設定するときに、検出電圧値の振れによるハンチングの発生を適正に検出することができ、オフセット及びゲインの誤設定の発生を抑制することができる。
【0058】
本実施形態の制御弁の制御装置では、ゲイン設定部53は、開閉弁12の指令値が0%より大きく10%以下である第1指令値から開閉弁12の指令値が100%より小さく90%以上である第2指令値に変更したときの開閉弁12のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定する。従って、開閉弁12が大きな作動領域で作動するとき、開閉弁12のオーバーシュート量及び動作時間を検出してゲインを設定することで、開閉弁12のオーバーシュート量及び動作時間を高精度に検出し、ゲインを適正に設定することができる。
【0059】
本実施形態の制御弁の制御装置では、サーボ弁13の中立指令値を開閉弁12の指令値50%に対応する指令値としている。従って、サーボ弁13の作動性及び安全性を向上することができる。
【0060】
本実施形態の制御弁の制御装置では、中空形状をなすハウジング21内に円筒形状をなすブッシング22を装着し、ブッシング22内にスプール23を軸方向に移動自在に支持してサーボ弁13を構成し、トルクモータ24のコイルに駆動電流を付与することで移動するスプール23により作動油を吸排してアクチュエータ11を作動可能とし、ブッシング22をトルクモータ24のコイルが非通電時に、作動油が排出される位置に所定のずれ量を持って装着し、オフセット設定部54は、このブッシング22のずれ量に相当するサーボ弁13のオフセットを設定する。従って、停電時における制御弁の安全性を向上することができる。
【0061】
本実施形態の制御弁の制御装置では、サーボ弁13を高圧電気油圧式サーボ弁としている。従って、オフセット及びゲインを高精度に設定することが可能となり、サーボ弁13の初期設定の調整精度を向上することができる。
【0062】
また、本実施形態の制御弁の調整方法にあっては、LVDT31が検出した検出電圧値に基づいて開閉弁12の全閉状態における全閉電圧値及び全開状態における全開電圧値を設定する工程と、サーボ弁13の中立指令値と検出電圧値との偏差に基づいてサーボ弁13のオフセットを設定する工程と、予め設定された第1指令値から第2指令値に変更したときの開閉弁12のオーバーシュート量及び動作時間に基づいてゲインを設定する工程と、サーボ弁13の目標開度となる指令値にオフセット及びゲインを加味して駆動電流を設定する工程とを有する。従って、サーボ弁13の初期設定の調整を自動的に行うことが可能となり、作業者にかかる負担を軽減すると共に作業時間を短縮することで作業性の向上を図ることができると共に、初期設定の調整精度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【0063】
11 アクチュエータ
12 開閉弁
13 サーボ弁(制御弁)
21 ハウジング
22 ブッシング
23 スプール
24 トルクモータ
25 アマチュア
26 フラッパ
27 調整器
28 供給ポート
29 排出ポート
30 吸排ライン
31 線形可変差動変圧器(LVDT)
32 LVDT電圧検出部
33 LVDT電圧処理部
34 サーボアンプ
35 制御装置
51 電圧値設定部
52 指令値設定部
53 ゲイン設定部
54 オフセット設定部
61 減算器
62 乗算器
63 加算器
図1
図2
図3
図4
図5
図6