JPH0778691B2 - パルスポジシヨナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はパルスポジショナに関する。

［従来の技術］ 従来、制御のデジタル化にともない、空気式シリンダ装
置もしくは空気式ダイヤフラム装置等によって制御され
る制御弁等の空気式操作端をデジタル信号によって位置
制御可能とするため、パルス信号によって空気式操作端
の位置制御を行なうパルスポジショナが提案されてい
る。

従来のパルスポジショナは、パルス信号を空気圧信号に
変換するパルス−空気圧変換装置を併用し、パルス−空
気圧変換装置によって変換された空気圧信号によって空
気式リレー装置等の空気式操作装置を作動し、空気式操
作装置の作動によって空気式操作端を位置制御するよう
になっている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のパルスポジショナは、パルス−空
気圧変換装置を併用する必要がある。

また、従来のパルスポジショナは、操作端位置をフィー
ドバック信号としている。このため、パルス入力信号の
変化によって操作端位置の変化が遅れる。また、空気式
操作端に必ず存在する指令信号に対する操作端動作のス
トロークタイムの存在によっても操作端位置の変化が遅
れる。この操作端位置の遅れにより、パルス入力信号が
設定信号より先行し、操作端のオーバーシュートを生
じ、これを戻すためにハンチングを生じ、安定した操作
端の位置制御が困難である。

本発明は、パルス−空気圧変換装置を介さずに、パルス
入力信号によって空気式操作端の位置を優れた分解能で
制御し、かつパルス入力信号に遅れなく追従し、操作端
位置をオーバーシュート、ハンチングの発生なく正確な
位置に安定して制御可能とすることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、パルス信号によって空気式操作端の位置制御
を行なうパルスポジショナにおいて、設定信号とフィー
ドバック信号の偏差量に応じたパルス信号によって駆動
される直流モータと、直流モータの回転軸と一体で回転
するサーボカムの回転角度に応じて該サーボカムに相対
する背圧ノズルのノズル口面積を変化させて背圧を調整
し、該サーボカムの回転角度に対応する空気圧力を生成
するサーボ装置と、サーボ装置の生成した空気圧力を電
流変換し、この変換結果をフィードバック信号として伝
送するフィードバック手段と、サーボ装置の生成した空
気圧力を入力信号として受け、空気式操作端を駆動する
とともに、該空気式操作端の位置制御を行なう空気式操
作装置とを有してなり、前記直流モータの回転速度を変
更可能とするモータ速度設定器を備えるとともに、前記
サーボ装置は、背圧ノズルと固定部との間に介装されて
背圧ノズルの背圧を印加される背圧ベローズと、背圧ノ
ズルと固定部との間に背圧ベローズと並列に介装されて
背圧ベローズの伸びを抑えるばね力を背圧ノズルに加え
るフィードバックスプリングとの、閉ループ回路によ
り、背圧ノズルの背圧を調整可能としてなるようにした
ものである。

［作用］ 本発明によれば、設定信号とフィードバック信号の偏差
量に応じたパルス信号によって直流モータを駆動し、サ
ーボ装置のサーボカムを直流モータに連動して回転させ
る状態下で、サーボカムに相対する背圧ノズルの背圧を
調整し、サーボカムの回転角度すなわちパルス信号に対
応した空気圧力を生成し、この空気圧力をフィードバッ
ク手段により電流変換されたフィードバック信号として
返送することにより所望の空気圧力を得ることとし、得
られた空気圧力を空気式操作装置の入力信号として該空
気式操作装置を作動し、空気式操作端の駆動とその位置
制御を行なうこととなる。

したがって、本発明のパルスポジショナは、直流モー
タ、サーボ装置、フィードバック手段からなるパルス−
空気圧変換部を内蔵することとなり、これにより、別体
としてのパルス−空気圧変換装置を介さずに、パルス入
力信号によって空気式操作端の位置制御を行なうことが
可能となる。

また、本発明のパルスポジショナは、サーボカム自体が
直流モータの回転軸に一体化されて回転し、サーボカム
は背圧ノズルとの距離を常に一定とする状態で直接背圧
ノズルにあてがわれてそのノズル口面積を変化させて背
圧を調整する。すなわち、ノズル口面積をカムによって
直接変化させ背圧を調整するので、ノズル口面積はカム
角度によって変化し、ノズル口面積の変化量をカムの形
状により任意に設定することが可能であり、空気圧力の
安定性が良く、背圧調整の分解能（空気圧力の変化可能
な最小値の限界）は優れ、ノズル背圧の安定を図ること
ができる。

また、本発明のパルスポジショナは、サーボ装置による
背圧ノズルの背圧調整を、背圧ベローズとフィードバッ
クスプリングの閉ループ回路により行なうことから、背
圧ノズルの位置をベローズ圧力とフィードバックスプリ
ング力との平衡で極めて安定とし、優れた分解能の空気
圧力を生成できる。そして、背圧ベローズには、背圧ノ
ズルで生成された背圧（サーボ装置で生成された空気
圧）が直接印加されるから、サーボ装置で生成された空
気圧と背圧ベローズに印加されている圧力との間に誤差
がなく、ノズル背圧の安定を図ることができる。

また、本発明のパルスポジショナは、サーボ装置が生成
した、空気式操作装置の入力信号である空気圧力のフィ
ードバック信号として用いているから、パルス入力信号
に遅れなく追従し、操作端位置をオーバーシュート、ハ
ンチングの発生なく正確な位置に安定して制御すること
が可能となる。

また、本発明のパルスポジショナは、直流モータの回転
速度を変更可能とするモータ速度設定器を有しているか
ら、このモータ速度設定器により直流モータの回転速度
を容易に変更し、操作端動作のストロークタイムに応じ
た空気圧力変化速度を設定できる。これにより、空気式
操作端に必ず存在する指令信号に対する操作端動作のス
トロークタイムに良く対応でき、パルス入力信号に遅れ
なく追従し、操作端位置をオーバーシュート、ハンチン
グの発生なく正確な位置に安定して制御することが可能
となる。

なお、本発明は、直流モータを使用しているため、パル
ス入力信号の損失時においても、空気圧信号の出力値は
パルス入力損失前の値を維持する。したがって、ソレノ
イド状モータにより駆動される従来の電−空ポジショナ
におけるように、入力信号の損失時にモータコアが平行
位置となる圧力状態まで振切れるようなことがなく、空
気式機器に致命的な事故を生ずるおそれもない。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
サーボ装置を示す模式図、第３図はサーボカムと背圧ノ
ズルを示す模式図である。

第１図において、１はパルスポジショナであり、このパ
ルスポジショナ１は、モータ速度設定器10、直流モータ
20、サーボ装置30、圧力センサ40、電圧−電流変換増幅
器50、空気式リレー装置60、フィードバック装置61を備
えている。また、第１図において、70はコントローラ、
71は空気式シリンダ装置によって制御される制御弁等の
空気式操作端である。

コントローラ70は、設定信号81とフィードバック信号82
を受けて、両信号81、82の偏差量に応じたパルス信号83
をパルス−空気圧変換装置１のモータ速度設定器10に供
給する。

モータ速度設定器10は、コントローラ70からのパルス信
号83を受ける。モータ速度設定器10は、切換スイッチの
選択操作により、パルス信号83のパルス電圧を抵抗分割
し、これによって分圧制限されたパルス信号84を直流モ
ータ20に供給する。すなわち、モータ速度設定器10は、
直流モータ20の駆動のためにコントローラ70から供給さ
れたパルス信号83を選択的に分圧制御し、直流モータ20
の回転速度を切換設定する。直流モータ20の回転速度
は、後述する空気式リレー装置60を動作させるための空
気圧力の圧力変化速度とほぼ等しく、空気式操作端71の
動作速度に適合した制御速度を得ることができる。

直流モータ20は、モータ速度設定器10が供給するパルス
信号84によって駆動され、サーボ装置30を駆動する。こ
こで、直流モータ20は減速機を内蔵し、第２図に示すよ
うに、その出力軸21にサーボカム31を結合している。こ
れにより、直流モータ20は、停止時におけるサーボカム
31の慣性によるオーバーランを制御している。

サーボ装置30は、直流モータ20の回転軸と一体で回転す
るサーボカム31の回転角度に応じて、該サーボカム31に
相対する背圧ノズル32の背圧を規制する。

背圧ノズル32には、供給空気86がライン87を通り、減圧
弁33で圧力設定され、オリフィス34で流量制限されて供
給される。減圧弁33は、供給空気86の圧力変動による影
響を減少させるために設置されている。サーボカム31の
回転により規制された背圧ノズル32の背圧は、背圧ベロ
ーズ35、フィードバックスプリング36の閉ループ回路に
より、サーボカム31の回転角度に対応する例えば0.2〜
1.0Kg/cm²の空気圧力となる。背圧ベローズ35は、背圧
ノズル32と固定部との間に介装されて背圧ノズル32の背
圧を印加される。フィードバックスプリング36は、背圧
ノズル32と固定部との間に背圧ベローズ35と並列に介装
されて背圧ベローズ35の伸びを抑えるばね力を背圧ノズ
ル32に加える。すなわち、例えば空気圧力の増加を指令
するパルス信号が直流モータ20に伝達されると、サーボ
カム31は背圧ノズル32の流れを抑える方向に回転する。
これにより、背圧ノズル32の背圧が増加し、ノズル背圧
がフィードバックスプリング36の力に対抗して背圧ベロ
ーズ35を伸ばす。背圧ノズル32は背圧ベローズ35の可動
部に固定されており、背圧ベローズ35が伸びるにつれ
て、背圧ノズル32をサーボカム31の端に動かす。背圧ノ
ズル32が第３図に示すようにサーボカム31の端に達する
とノズル背圧の増加が停止し、ベローズ圧とフィードバ
ックスプリング36の力が平衡する。このノズル背圧は、
平衡時に例えば上記の0.2〜1.0Kg/cm²となる。

サーボ装置30が生成した上記の例えば0.2〜1.0Kg/cm²の
空気圧力は、ライン89から圧力センサ40に送られる。圧
力センサ40に送られた上記空気圧力は電圧に比例変化さ
れ、電圧−電流変換増幅器50で例えば４〜20mADCの電流
に比例変換される。すなわち、圧力センサ40と電圧−電
流変換増幅器50は本発明のフィードバック手段を構成
し、この４〜20mADCの電流は前述のフィードバック信号
82としてコントローラ70に返送される。なお、電圧−電
流変換増幅器50は、レンジ調整回路51およびゼロ調整回
路52を有しており、フィードバック信号82のレンジおよ
びゼロ調整を可能とする。

これにより、サーボ装置30が生成した空気圧力は、設定
信号81とフィードバック信号82の偏差量がゼロとなるよ
うに、すなわち設定信号81に対応する値に変換されてラ
イン90から空気式リレー装置60に供給される。

空気式リレー装置60は、サーボ装置30が生成したライン
90の0.2〜1.0Kg/cm²の空気圧力を受けて、供給空気86に
より片作動または両作動の空気式操作端71を動作させ
る。空気式操作端71の動作位置は、リンク62によりフィ
ードバック装置61に接続され、リンク63を介して空気式
リレー装置60にフィードバックされる。すなわち、空気
式リレー装置60とフィードバック装置61は、本発明の空
気式操作装置を構成し、空気式操作端71の位置を、サー
ボ装置30が生成した0.2〜1.0Kg/cm²の空気圧力に対応す
る位置に制御する。すなわち、空気式操作端71は、設定
信号81に対応してコントローラ70が出力したパルス信号
83にしたがって位置制御される。

なお、上記パルスポジショナ１において、モータ速度設
定器10、直流モータ20、圧力センサ40、電圧−電流変換
増幅器50、外部導線接続端子部等の電気部分は耐圧防爆
容器100に収納され、耐圧防爆仕様を満足する。また、
電圧−電流変換増幅器50に設けられるフィードバック信
号82のレンジ調整およびゼロ調整部は、耐圧防爆仕様を
満足する状態で外部よりの調整を可能とされている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

上記実施例によれば、設定信号81とフィードバック信号
82の偏差量に応じたパルス信号83、84によって直流モー
タ20を駆動し、サーボ装置30のサーボカム31を直流モー
タ20に連動して回転させる状態下で、サーボカム31に相
対する背圧ノズル32の背圧を調整し、サーボカム31の回
転角度すなわちパルス信号に対応した空気圧力を生成
し、この空気圧力をフィードバック手段としての圧力セ
ンサ40、および電圧−電流変換増幅器50により電流変換
されたフィードバック信号82として返送することにより
所望の空気圧力を得ることとし、得られた空気圧力を空
気式リレー装置60の入力信号として該空気式リレー装置
60およびフィードバック装置61を作動し、空気式操作端
71の駆動とその位置制御を行なうこととなる。

したがって、上記パルスポジショナ１は、直流モータ2
0、サーボ装置30、フィードバック手段としての圧力セ
ンサ40、電圧−電流変換増幅器50からなるパルス−空気
圧変換部を内蔵することとなり、別体としてのパルス−
空気圧変換装置を介さずに、パルス入力信号によって空
気式操作端71の位置を制御することができる。

また、上記パルスポジショナ１は、サーボカム31自体が
直流モータ20の回転軸に一体化されて回転し、サーボカ
ム31は背圧ノズル32との距離を常に一定とする状態で直
接背圧ノズル32にあてがわれてそのノズル口面積を変化
させて背圧を調整する。すなわち、ノズル口面積をカム
31によって直接変化させ背圧を調整するので、ノズル口
面積はカム角度によって変化し、ノズル口面積の変化量
をカム31の形状により任意に設定することが可能であ
り、空気圧力の安定性が良く、背圧調整の分解能（空気
圧力の変化可能な最小値の限界）は優れ、ノズル背圧の
安定を図ることができる。

また、上記パルスポジショナ１は、サーボ装置30による
背圧ノズル32の背圧調整を、背圧ベローズ35とフィード
バックスプリング36の閉ループ回路により行なうことか
ら、背圧ノズル32の位置をベローズ圧力とフィードバッ
クスプリング力との平衡で極めて安定とし、優れた分解
能の空気圧力を生成できる。そして、背圧ベローズ35に
は、背圧ノズル32で生成された背圧（サーボ装置で生成
された空気圧）が直接印加されるから、サーボ装置で生
成された空気圧と背圧ベローズ35に印加されている圧力
との間に誤差がなく、ノズル背圧の安定を図ることがで
きる。

また、上記パルスポジショナ１は、サーボ装置30が生成
した、空気式リレー装置60の入力信号である空気圧力を
フィードバック信号として用いているから、パルス入力
信号に遅れなく追従し、操作端位置をオーバーシュー
ト、ハンチングの発生なく正確な位置に安定して制御す
ることが可能となる。

また、上記パルスオポジショナ１は、直流モータ20の回
転速度を変更可能とするモータ速度設定器10を有してい
るから、このモータ速度設定器10により直流モータ20の
回転速度を容易に変更し、操作端動作のストロークタイ
ムに応じた空気圧力変化速度を設定できる。これによ
り、空気式操作端に必ず存在する指令信号に対する操作
端動作のストロークタイムに良く対応でき、パルス入力
信号に遅れなく追従し、操作端位置をオーバーシュー
ト、ハンチングの発生なく正確な位置に安定して制御す
ることが可能となる。

なお、上記実施例では、直流モータ20を使用しているた
め、パルス入力信号の損失時においても、空気圧信号85
の出力値はパルス入力損失時の値を維持する。したがっ
て、ソレノイド状モータにより駆動される従来の電−空
ポジショナにおけるように、入力信号の損失時にモータ
コアが平行位置となる圧力状態まで振切れるようなこと
はなく、空気式機器に致命的な事故を生ずるおそれもな
い。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、パルス−空気圧変換装置
を介さずに、パルス入力信号によって空気式操作端の位
置を優れた分解能で制御し、かつパルス入力信号に遅れ
なく追従し、操作端位置をオーバーシュート、ハンチン
グの発生なく正確な位置に安定して制御可能とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
サーボ装置を示す模式図、第３図はサーボカムと背圧ノ
ズルを示す模式図である。 １……パルスポジショナ、10……モータ速度設定器、20
……直流モータ、30……サーボ装置、31……サーボカ
ム、32……背圧ノズル、35……背圧ベローズ、36……フ
ィードバックスプリング、40……圧力センサ、50……電
圧−電流変換増幅器、60……空気式リレー装置、61……
フィードバック装置、71……空気式操作端、81……設定
信号、82……フィードバック信号、83、84……パルス信
号、85……空気圧信号、100……耐圧防爆容器。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−220204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−104912（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−158404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−138922（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス信号によって空気式操作端の位置制
   御を行なうパルスポジショナにおいて、 設定信号とフィードバック信号の偏差量に応じたパルス
   信号によって駆動される直流モータと、 直流モータの回転軸と一体で回転するサーボカムの回転
   角度に応じて該サーボカムに相対する背圧ノズルのノズ
   ル口面積を変化させて背圧を調整し、該サーボカムの回
   転角度に対応する空気圧力を生成するサーボ装置と、 サーボ装置の生成した空気圧力を電流変換し、この変換
   結果をフィードバック信号として伝送するフィードバッ
   ク手段と、 サーボ装置の生成した空気圧力を入力信号として受け、
   空気式操作端を駆動するとともに、該空気式操作端の位
   置制御を行なう空気式操作装置とを有してなり、 前記直流モータの回転速度を変更可能とするモータ速度
   設定器を備えるとともに、 前記サーボ装置は、背圧ノズルと固定部との間に介装さ
   れて背圧ノズルの背圧を印加される背圧ベローズと、背
   圧ノズルと固定部との間に背圧ベローズと並列に介装さ
   れて背圧ベローズの伸びを抑えるばね力を背圧ノズルに
   加えるフィードバックスプリングとの、閉ループ回路に
   より、背圧ノズルの背圧を調整可能としてなることを特
   徴とするパルスボジショナ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、直流モー
   タの駆動のために供給されるパルス信号は選択的に分圧
   制限され、直流モータの回転速度が切換設定可能とされ
   るパルスポジショナ。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、直流モー
   タが減速機を内蔵し、サーボカムが減速機の出力軸に接
   続されるパルスポジショナ。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、直流モー
   タ、フィードバック手段、外部導線接続端子部等の電気
   部分を耐圧防爆容器に収納したパルスポジショナ。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項において、フィード
   バック手段に設けられるフィードバック信号のレンジ調
   整およびゼロ調整部が耐圧防爆仕様を満足する状態で外
   部よりの調整を可能としているパルスポジショナ。