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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)	G05D 7/06 電気的手段の使用によって特徴づけられたもの G01F 1/00 流体が連続流で計器を通過するときの流体もしくは流動性固体の体積流量または質量流量の測定（体積流量の比例の測定Ｇ０１Ｆ５／００
Fターム	2F030CA04 圧力型 2F030CF05 弁（関連ターム、フリーワード同時付与）＊ 2F030CF08 流量制御手段 5H307DD04 オーバーシュートの防止 5H307EE02 開度が連続的に制御できるもの 5H307FF13 差圧を検出するもの 5H307GG01 流量設定値が基本的に一定値であるもの 5H307JJ03 差圧制御によるもの
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出願権利状態	公開
分野	物理学

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発明の名称	FLOW CONTROL METHOD
発明の概要	PROBLEM TO BE SOLVED: To perform good control by automatically updating proportional gains in performing proportional control action compatible with changes of state such as pressure occurring in a line. SOLUTION: Inverse numbers of the opening and the flow gradient of a control valve 2, a normalized proportionality factor Kz obtained by dividing the gradient by the maximum flow rate of the control valve 2 at its maximum opening, and the characteristic resistance R0 of the control valve 2 at the maximum opening are preset as initial values in an off-line state. A plurality of data consisting of a first pressure loss ΔP between the entrance 4 and the exit 5 of the control valve 2 and a flow rate F measured by a flowmeter 3 are measured as necessary in an on-line state. Based on the first pressure loss ΔP and the flow rate F, a second pressure loss ΔE occurring between the control valve 2 and the flowmeter 3 and total resistance (r) at the maximum opening of the control valve 2 are computed, and a new proportionality gradient Ke is calculated from them and the preset normalized proportionality factor Kz. An appropriate proportionality gain (1/Ke) is calculated from its inverse number and used in proportionality control action.

発明の名称

FLOW CONTROL METHOD

発明の概要

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform good control by automatically updating proportional gains in performing proportional control action compatible with changes of state such as pressure occurring in a line.
SOLUTION: Inverse numbers of the opening and the flow gradient of a control valve 2, a normalized proportionality factor Kz obtained by dividing the gradient by the maximum flow rate of the control valve 2 at its maximum opening, and the characteristic resistance R0 of the control valve 2 at the maximum opening are preset as initial values in an off-line state. A plurality of data consisting of a first pressure loss ΔP between the entrance 4 and the exit 5 of the control valve 2 and a flow rate F measured by a flowmeter 3 are measured as necessary in an on-line state. Based on the first pressure loss ΔP and the flow rate F, a second pressure loss ΔE occurring between the control valve 2 and the flowmeter 3 and total resistance (r) at the maximum opening of the control valve 2 are computed, and a new proportionality gradient Ke is calculated from them and the preset normalized proportionality factor Kz. An appropriate proportionality gain (1/Ke) is calculated from its inverse number and used in proportionality control action.

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