JP2007200318A - 電空制御ループに対する初期条件が調整可能なリード・ラグ入力フィルタ装置 - Google Patents
電空制御ループに対する初期条件が調整可能なリード・ラグ入力フィルタ装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】制御ループの入力部と通信状態にあるリード・ラグフィルタの入力部への入力パラメータをユーザが選択する調節可能なものとすることにより、小さな振幅の入力が加えられた場合に、制御弁によるチューニング可能な応答を達成することが容易なものとなる。
【選択図】 図8
Description
弁体の弁開度の測定値または弁棒の位置を検出するために、少なくとも一つのセンサ(図示せず)が用いられる。
データ入力欄デフォルト値
公称設定値 50%
ステップサイズ 15%
ステップ保持時間 8秒
図5は、外部刺激または内部刺激の選択に応じてユーザインターフェイス上に実行および表示される結果を図解するフロー図である。外部刺激が選択される場合には弁が設定値を追従することおよび内部刺激が選択される場合には内部刺激により弁が移動されることをユーザに注意喚起するために、制御弁の動作開始まえに警告メッセージまたは他のアラートを表示うることが好ましい。内部刺激選択肢を選択する場合、設定値は、ステップシーケンスが開始されるまえに、公称設定値として入力された値に向かって毎秒10%で上昇していくことが好ましい。
//−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
//リード・ラグフィルタの開始
//−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
//−−−フィルタ前段階−−−
if((r>=フィルタ上限)||(r<=フィルタ下限)||(ラグ時間=0.0))
{
x=r; //カットオフ近傍にあるとき、フィルタをバイパス
}
else //−−−フィルタ段階−−−
{
x=a*(r_old−x_old)+x_old+b*(r−r_old);
//カットオフにならないことを確かめためにフィルタ出力をチェック
if(x>=フィルタ上限)
x=フィルタ上限;
else if(x<=フィルタ下限)
x=フィルタ下限;
}
//−−−フィルタ後段階−−−
x_old=x; //古い値の更新
r_old=r;
//−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
//リード・ラグフィルタの終了
//−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
一つの実施形態では、リード・ラグ入力フィルタ20は、フィルタ前段階、フィルタ段階、フィルタ後段階および初期化段階を含む4つの状態または段階で実行されうる。フィルタ前段階では、フィルタ20は、基準信号10が前もって定められた上限を上回っているか否か、前もって定められた下限を下回っているか否か、または、フィルタ20がすべてオフ状態になっているか否かを判定するためのチェックを行う。基準信号10が前もって定められた上限を上回るかまたは前もって定められた下限を下回るとき(または、フィルタ20がユーザインターフェイス107を通じてオフにされるかまたは係合されないとき)、リード・ラグ入力フィルタ20は、基準信号の処理をバイパスし、代わりに、サーボループの入力部30へ基準信号10を直接供給するようになっている。上述のように、前もって定められた上限および下限は、リード・ラグ入力フィルタ20の出力がカットオフを作動させないようにまたはアクチュエータを停止させないように、設定されることが好ましい。
フィルタ上限=min((ivp_cutoff_high−
high_cutoff_deadband)、(100%−high_cutoff_deadband))
フィルタ下限=max((ivp_cutoff_low+low_cutoff_deadband)、(0%+low_cutoff_deadband))
これらの限界値は、ファームウェアにより計算されうるし、入力特性値、下限開度カットオフ値または上限開度カットオフ値が変更される毎に計算される。さらに、カットオフ処理アルゴリズムが特性付け部(characterizer)の下流側にあるので、これらの限界値は、特性付けされた限界値がカットオフしきいを下回るように、特性を逆にして(x−データベクトルおよびy−データベクトルを逆にして)送られるようになっている。
(τ1s+1)/(τ2s+1)
τ1とτ2の値を調節することにより、比率が変更されて、純粋なラグ、純粋なリードまたはリードとラグとを組み合わせたものが実現される。制御弁に適用される場合、結果として得られる比率は、リード・ラグフィルタが提供するオーバシュート量と相関関係を有している。したがって、弁性能が異なるシナリオでは、オペレータは、所望の変更を達成するために、ユーザインターフェイス107を用いて比率を調節しうる。たとえば、リード・ラグ入力フィルタ20が純粋なラグを生成することが所望される場合、τ1がゼロにセットされ、1/(τ2s+1)の効果が得られる。制御ループでは、純粋なラグがリード・ラグ入力フィルタ20により生成される場合、誤差がゼロに向かって導かれる。その結果、リード・ラグ入力フィルタ20が用いられている制御弁棒の位置または制御されている他のプロセス変数が開度設定値50に徐々に近づく。
x[k]=a*x[k−1]+b*r[k]+(1−b−a)*r[k−1]
ここで、
x[k]=インデックスkにおけるフィルタ出力
r[k]=インデックスkにおけるフィルタ入力
a=exp(Ts/tau_lag)
b=tau_lead/tau_lag
Ts=サーボのサンプル時間
tau_lag=ラグ時間定数(ユーザにより定義されうる)
tau_lead=リード時間定数(ユーザにより定義されうる)
弁が弁座上にあるとき、x[k−1]の値は0%に設定されることが一般的であり、r[k−1]の値も0%に設定される。弁がカットオフであるとき、r[k−1]の値を、−10%の如きゼロ%未満の人為的に低い初期条件に手動で設定することにより、r[k](すなわち、フィルタ入力)とr[k−1]との間の差は、正常よりも大きくなる。すなわち、r[k−1]が0%であり、リード・ラグフィルタの初期条件が−10%に設定されている場合、2%のステップ変化によって、フィルタの出力部には+12%の相対的な変化量が生成されることになる。この差の増加により、フィルタの出力、(x[k])がオーバドライブされる。または、x[k−1]の値が100%である場合、r[k−1]の値は110%の如き人為的に高い初期条件にセットされても良く、その結果、98%までステップ変化がフィルタの出力部に−12%の変更を生じる。基本的に、動的なカットオフの場合、リード・ラグフィルタは、コマンド信号の小さな変化を出力の大きな一時的な変化として解釈されるように初期化され、これにより、電流−圧力駆動信号内にスパイクを引き起こす効果を奏する。このスパイクは、スイッチ機能の場合と同一の方法で、弁座から弁を離脱させ、設定点の方向に向かって弁を移動させる。
20 リード・ラグ入力フィルタ
40 制御ループ
55 空気式アクチュエータ
60 制御弁
80 電流−圧力トランスデューサ
Claims (20)
- 制御弁の弁座から弁体を移動させるためのシステムであって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループと、
前記制御ループへの入力部と通信状態にあるリード・ラグフィルタと、
前記制御ループのフォワード利得パスおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの一つへの入力制御信号をオーバドライブし、前記弁体の移動を促すように構成されている出力信号を生成するために、前記制御ループの入力部に送られる一時的な基準制御信号と
を備えてなる、システム。 - 前記リード・ラグフィルタが、前記リード・ラグフィルタの初期条件を操作するように構成されているプログラムを含んでなる、請求項1記載のシステム。
- 前記一時的な基準制御信号が、前もって定められた期間にわたって人為的な駆動信号を提供するように構成されているスイッチ機能により生成されるよう構成されてなる、請求項1記載のシステム。
- 前記リード・ラグフィルタの前記プログラむが、少なくとも一つの人為的な初期条件を受け取り、該少なくとも一つの人為的な初期条件に応答して出力信号を出し、該出力信号が、前記人為的な初期条件と期待初期条件との間の差を、該出力信号を大きくすることにより、補償するように構成されてなる、請求項1記載のシステム。
- 制御弁の応答をチューニングするためのシステムであって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループと、
前記制御ループへの入力部と通信状態にあるリード・ラグフィルタと、
前記リード・ラグフィルタの入力部に基準制御信号を供給するプロセスコントローラと、
前記リード・ラグフィルタと作用可能な通信状態にあるとともに、少なくとも一つの調節可能なインターフェイス制御部を有しているユーザインターフェイスとを備えており、
前記少なくとも一つの調節可能なインターフェイス制御部の調節が、前記リード・ラグフィルタに関連する少なくとも一つのチューニング係数を変更し、
前記ユーザインターフェイスが、小さな振幅の入力に応答して前記リード・ラグフィルタの出力を上昇させるよう設定の初期条件をセットするためのユーザ変更可能入力パラメータを有してなる、システム。 - 前記ユーザインターフェイスの前記少なくとも一つの調整可能なインターフェイス制御部のうちの一つの調節により人為的な初期条件が供給され、前記リード・ラグフィルタが、前記人為的な初期条件と期待初期条件との間の差を前記出力信号を大きくすることによって出力信号に補償させるプログラムを有してなる、請求項5記載のシステム。
- 前記人為的な初期条件が負の値である、請求項6記載のシステム。
- 前記ユーザ変更可能入力パラメータが、複数の前もって定められた入力パラメータの中から選択されてなる、請求項6記載のシステム。
- 制御弁の弁座から弁体を移動させるための方法であって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループへの入力部へ基準制御信号を提供することと、
前記制御信号と通信状態にあるリード・ラグフィルタを提供することと、
前記リード・ラグフィルタと作用可能な通信状態にあるとともに、前記リード・ラグフィルタにより生成されるラグに対するリードの比率を遠隔で操作することを容易にするユーザインターフェイスを提供することと、
小さな振幅の入力に応答して、前記弁体を、前記制御弁の弁座に対して所望のレベルへ移動するために、前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作することと
を含んでいる、方法。 - 前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作するに当たって、前記ユーザインターフェイスの調整可能インターフェイス制御部が、前記リード・ラグフィルタの入力部に人為的な初期条件を与える、請求項9記載の方法。
- 前記調整可能なインターフェイス制御部により、複数の利用可能な前もって定められた人為的な初期条件のうちから前記リード・ラグフィルタの前記入力部に供給される一つを選択することができる、請求項10記載の方法。
- 前記リード・ラグフィルタに関連するプログラムが、前記リード・ラグフィルタの前記入力部へ前記人為的な初期条件を加えるときに実行され、前記プログラムが、前記人為的な初期条件と期待初期条件との間の差を前記リード・ラグフィルタの出力信号を上昇させることにより補償するように、前記出力信号を生成する、請求項10記載の方法。
- 前記人為的な初期条件を加えるに当たって、前記人為的な初期条件が負の値に対応する、請求項10記載の方法。
- 前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作するに当たって、スイッチ機能が、前もって定められた期間にわたって、前記制御弁に関連するサーボ設定値に初期条件を加える、請求項9記載の方法。
- 前記前もって定められた期間が1秒未満である、請求項14記載の方法。
- 前記スイッチ機能が、前記制御弁に関連する前記サーボ設定値に相当する最大駆動力を提供する、請求項14記載の方法。
- 前記リード・ラグフィルタおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの少なくとも一つの出力を操作するに当たって、前記電流−圧力トランスデューサが、前もって定められた期間にわたって0%に初期化され、次いで、公称動作レベルの電力が加えられる、請求項9記載の方法。
- 制御弁の弁座から弁体を移動させるためのシステムであって、
弁コントローラ、電流−圧力トランスデューサ、制御弁および該制御弁の弁体と作用可能な通信状態にある弁アクチュエータを含んでいる制御ループと、
前記制御ループのフォワード利得パスおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの一つと作用可能に接続されているスイッチとを備えており、
前記スイッチが、前記弁体の移動を促すように構成されている出力信号を生成するために人為的な基準信号を操作するように構成されているプログラムを有してなる、システム。 - 前記スイッチの前記プログラムが、前もって定められた期間にわたって前記人為的な制御信号を提供するように構成されているスイッチ機能を有してなる、請求項18記載のシステム。
- 前記スイッチが、前記制御ループの前記フォワード利得パスおよび前記電流−圧力トランスデューサのうちの一つに関連する加算器に設けられてなる、請求項18記載のシステム。
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