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流量制御方法

国内特許コード P150011605
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2008-135106
公開番号 特開2009-282819
出願日 平成20年5月23日(2008.5.23)
公開日 平成21年12月3日(2009.12.3)
発明者
  • 稲田 豊
  • 仲里 敏
  • 林 卓矢
  • 藤井 徹
  • 曹 麗
  • 侯 徳▲金▼
出願人
  • 東京計装株式会社
  • 清華大学
発明の名称 流量制御方法
発明の概要 【課題】配管内に生ずる圧力等の状態変化に対応可能な比例制御動作を行うに際して、比例ゲインを自動的に更新し、良好な制御を行う。
【解決手段】オフラインにおいて、予め制御弁2の開度と流量の勾配の逆数と、勾配を制御弁2の最大開度における最大流量により除して得られる正規化比例定数Kzと、最大開度での制御弁2の固有抵抗R0を初期値として設定し、
オンラインにおいて、制御弁2の入口4と出口5間の第1の圧力損失△Pと、流量計3による流量Fとから成る複数のデータを逐時に測定して、第1の圧力損失ΔPと流量Fとから、制御弁2と流量計3の間に生ずる第2の圧力損失ΔEと制御弁2の最大開度での全抵抗rとを演算により求め、予め設定してあった正規化比例定数Kzとから新たな比例勾配Keを求め、その逆数から適切な比例ゲイン(1/Ke)を求めて比例制御動作に使用する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要 従来の流量制御システムでは、流体の流量を制御するために比例制御動作を使用する方法が数多く使用されている。これらの比例制御動作を使用した流量制御法では、流量制御システムを工場から出荷し、又は現場で配管に設置する際に、最適と思われる比例ゲインを制御装置に固定的に設定し、流量計からの流量情報に基づいて、目標とする流量と流量計から得られる現実の流量との間に偏差が生じないようにフィードバックして制御弁を駆動する。

しかし、上述の比例ゲインは制御システムに使われる制御弁の入口側の圧力が一定の状態において、制御弁の開度と流量との関係から最適化されるもので、制御弁の入口側の圧力が変動した場合には最適化の条件が満たされなくなる結果、初期に固定設定された比例ゲインによる最適な制御は保証されなくなり、応答の速い流量制御の実施が困難になる虞れがある。

また、制御弁を使う流量制御方法においては、ステッピングモータの回転運動がスライド運動に変換されてダイヤフラムやニードル等の流量調節部を駆動し、流体が制御弁を通過するときの通過断面積を調整することが行われる。即ち、流体の通過断面積はニードル等がスライドする距離に比例するため、制御弁の開度もパルスで入力するステップの数によって調整可能と考えられている。

しかし、現実に駆動パルスと制御弁の動きを連動させようとすると、特に高速で作動させる場合には、制御弁が駆動パルス通りに駆動しない脱調現象が屡々生じ、与えたパルスの数に応じた制御弁の開度が得られなくなって、制御弁の最適な開度を一義的に決められない不具合が生ずる。

産業上の利用分野 本発明は、流体の流量を制御する流量制御方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
流量計により流体の流量を計測し、比例ゲインを用いた比例制御動作により制御弁を駆動して流量制御を行う場合に、予めオフラインにおいて制御プロセスの条件を求めておき、オンラインにおいてこれらの条件を使用して前記比例ゲインを更新し、更新した前記比例ゲインを用いて流量制御を行う流量制御方法において、
前記オフラインにおいては、前記制御弁の入口側の圧力を一定にして、前記制御弁を全閉状態と最大開度の間で駆動して、前記制御弁の開度と前記流量計から得た流量との対応関係から求めた勾配の逆数と、前記制御弁の最大開度における流量により前記勾配を除して得られる正規化比例定数と、前記制御弁の最大開度における制御弁の固有抵抗とを予め求めて演算制御装置に設定すると共に、前記制御弁の入口から前記流量計を経て前記流量計出口間に生ずる第2の圧力損失と、前記制御弁を最大開度にしたときに制御弁、配管、流量計に発生する全抵抗との初期値を前記演算制御装置に予め入力する予備工程を有し、
前記オンラインにおいては、作動中の前記制御弁により生ずる前記制御弁の前後の差圧である第1の圧力損失と、前記流量計によりそのときの流量とを逐時に求める第1の工程と、
該第1の工程で得られた前記第1の圧力損失と前記流量とから成る複数のデータを基に、前記制御弁と前記流量計を含む配管により生ずる第2の圧力損失と、前記制御弁の最大開度における前記制御弁と前記流量計とを含む配管による全抵抗とを演算で求める第2の工程と、
該第2の工程で求めた前記第2の圧力損失と前記全抵抗とに基づいて、前記制御弁の最大開度での流量を演算によって求める第3の工程と、
該第3の工程で求めた前記制御弁の前記最大開度での流量と前記オフラインで設定した前記正規化比例定数とを基に前記勾配を算出し、その逆数から新たな前記比例ゲインを求めて前記演算制御装置に設定する第4の工程と、
前記流量計により流量を測定しながら前記比例ゲインを用いた比例制御動作により前記制御弁を駆動して前記流量をフィードバック制御する第5の工程とから成り、
前記第1~第5の工程を繰り返すことを特徴とする流量制御方法。

【請求項2】
前記制御弁を最大開度にしたときに前記制御弁、前記配管、前記流量計に発生する前記全抵抗から前記制御弁の固有抵抗を除いた抵抗により生ずる圧力損失を前記第2の圧力損失から差し引いた値と、前記第1の圧力損失との差が所定の閾値よりも小さい場合には、前記第4の工程を省略して前記第5の工程を実行することを特徴とする請求項1に記載の流量制御方法。

【請求項3】
前記最大開度での流量は前記制御弁を使用する開度範囲での最大開度における最大流量であることを特徴とする請求項1に記載の流量制御方法。

【請求項4】
前記第1の圧力損失は差圧センサによって求めることを特徴とする請求項1に記載の流量制御方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008135106thum.jpg
出願権利状態 公開
分野
  • 物理学
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