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流量制御方法

国内特許コード P150011606
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2008-183752
公開番号 特開2010-026576
登録番号 特許第5037443号
出願日 平成20年7月15日(2008.7.15)
公開日 平成22年2月4日(2010.2.4)
登録日 平成24年7月13日(2012.7.13)
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の開度と流量の関係から得られる勾配の逆数と、制御弁2に付したロータリエンコーダ4で検出した最大開度での流量と、各開度の流量を最大開度の流量で正規化した正規化流量と、勾配を制御弁2の最大開度における流量により除して得られる正規化比例定数とを予め設定し、
オンラインにおいて、制御弁2の開度と流量を計測し、計測した開度に対応する正規化流量を記憶したデータから読み出し、計測した流量を読み出した正規化流量で除して、変動後の制御弁2の最大開度時の流量を求め、それに予め設定してあった正規化比例定数Kzを乗じて新たな比例勾配を算出し、その逆数から適切な比例ゲインを求めて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を利用する方法が数多く提案されている。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、制御システムに使われる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体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、前記勾配を前記制御弁の最大開度時の流量で除して得られる正規化比例定数と、前記制御弁の各開度に対応する前記流量計から得た各流量を前記制御弁の最大開度時の流量で除して求めた正規化流量を前記制御弁の開度と対応させたデータとを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、前記制御弁の運転中の開度とそれに対応する流量を計測する第1の工程と、
前記制御弁の運転中の開度に対応すべき正規化流量を、予め入力しておいた前記データから読み出す第2の工程と、
前記制御弁の運転中の開度に対応する実流量を流量計で計測して、得られた実流量を前記第2の工程で読み出した前記正規化流量で除して、運転中の環境に対応する前記制御弁の最大開度時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制御弁の開度と流量の関係から得られる前記勾配を算出し、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使う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】
流量計により流体の流量を測定しながら前記比例ゲインを使う比例動作により流体の流量制御を行う場合に、前記制御弁の複数の開度に対応する流量の関係を近似式に近似し、運転中の前記開度に対応する流量の微分係数及び流量の正規化微分係数を求めて前記制御弁の最大開度時の流量を算出し、これを用いて比例ゲインを得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】
前記開度に対応する前記制御弁の最大開度時の流量は、前記流量を使って求めた最大開度時の流量と前記流量の前記微分係数を使って求めた最大開度時の流量のそれぞれに重み係数を乗じ、平均化して求めることを特徴とする請求項2に記載の流量制御方法。

【請求項4】
前記制御弁の最大開度時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1~3の何れか1つの請求項に記載の流量制御方法。

【請求項5】
前記制御弁の開度はロータリエンコーダにより求めることを特徴とする請求項1~4の何れか1つの請求項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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JP2008183752thum.jpg
出願権利状態 登録
分野
  • 物理学
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