JPS6023365B2 - パルス幅変調形調節計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、入力信号と設定値との偏差とフィードバック
信号との偏差を演算する増幅器と、この増幅器の出力信
号の大きさに応じて一定振幅の出力信号を発生する跳躍
増幅器と、この跳躍増幅器の出力によって駆動される出
力スイッチング回路と、前記跳躍増幅器の出力に応じて
前記フィードバック信号を形成するフィードバック回路
とを備え、前記入力信号の大きさに比例したパルスの出
力信号を前記出力スイッチング回路から発生するパルス
幅変調形調節計に関する。

プロセスを制御する場合、パルス幅変調形調節計により
積分形操作機、例えば電動操作弁を操作することが多々
ある。

この場合、調節計の出力により、直接電動操作弁の電動
機を駆動することはできないので、一般に調節計と電動
機の間に補助リレーを数段設け接点増幅を行なう。この
ような補助リレーおよび電動機等は、第５図に示すよう
に、それぞれ個有の起動時間、すなわち駆動入力（たと
えば第５図Ａのステップ入力）を与えてから所定動作状
態に立上るまでの動作遅れ時間（第５図Ｂの出力特性の
時間ＴＩ）を有し、これらの総和の時間の間は電動操作
弁は駆動入力を与えてもこれに感応せず応答しない。こ
のような操作端の動作遅れ時間町１を不感応時間と呼ぶ
ことにする。このような不感応時間の発生する原因とし
ては前記の補助リレー、電動機の起動時間のほかに電動
操作弁の機械的な駆動系のガタ、バックラッシュおよび
摩擦抵抗等がある。なお、第５図Ｂ‘こおいて、縦軸は
操作端電動機の回転数Ｎを表わし、機軸は時間ｔを表わ
す。そして、動作遅れ時間ＴＩは約０．１秒、定格回転
数Ｎｏ．に達するまでの時間Ｔ２は約０．２秒である。
しかして、このような不感応時間を有する電動操作弁等
の操作端をパルス幅変調形調節計により駆動した場合、
調節計の入力に加わる制御偏差が小さくなると、出力の
パルス幅もこれに比例して小さくなり、操作端の不惑動
時間より小さくなることがある。

このため、調節計が制御偏差を零にすべ〈、出力パルス
を発生しているにもかかわらず、操作端がこれに応答せ
ず、制御偏差が残り、良好な制御結果が得られないこと
がある。第１図は一般的なパルス幅変調形調節計を使用
したプロセス制御系の１例を示すものである。

この図において、１はパルス幅変調形調節計である。こ
の調節計１は設定値ＳＶとプロセス７の制御量発信器８
を介して帰還された制御量（入力信号）ＰＶとの偏差量
を求め、この偏差量に応じた中の出力パルスを発生する
。この出力パルスにより補助リレー３ａ，３ｂが駆動さ
れ、その接点４ａまたは４ｂがオンする。これにより弁
６を駆動する電動機５が、正転または逆転し、弁６が関
または閉となる。弁６の開閉に応じてプロセス７が制御
され、その制御量ＰＶが発信器８を介して調節計１の入
力に帰還され、制御量ＰＶが設定値ＳＶに一致し制御偏
差が零になるまで同様の制御が行なわれる。第１図にお
ける２は補助リレー３ａ，３ｂの駆動用電源である。こ
のような制御系に使用されるパルス幅変調形調節計１の
例を第２図こ示す。

この第２図において、１ １は設定値ＳＶと制御量（入
力信号）ＰＶとの偏差Ｖ，を演算する増幅器、１２は偏
差Ｖ，とフィードバック信号Ｖ２との偏差を演算する増
幅器、１３ａおよび１３ｂは、増幅器１２の出力信号Ｖ
３の大きさおよび極性に応じて一定振幅の出力信号を発
生する跳躍増幅器、１４ａ′１‐４ｂは出力トランジス
タであり、このトランジスタ１４ａ，１４ｂに第１図に
おける補助リレー３ａ，３ｂが駆動される。

また１５ａ，１５ｂはフィードバック信号Ｖ２を形成す
るフィードバック回路１６を跳躍増幅器１３ａ，１３ｂ
の出力信号に応じて駆動するためのスイッチング素子で
ある。次に、第２図に示したパルス幅変調形調節計の動
作について説明する。

増幅器１ １の設定値ＳＶと制御量ＰＶの偏差に応じた
出力信号Ｖ，が正であるとすると、最初はフィードバッ
ク信号Ｖ２は零であるので、増幅器１２の出力信号Ｖ３
も正となる。信号Ｖ３が正である場合には、跳躍増幅器
１３ａが動作し、Ｈレベルの出力信号Ｖｏａを発生する
。これに応じて、スイッチング素子１５ａがオンし、フ
ィードバック回路１６に正の一定電圧Ｅａが加わる。フ
ィードバック回路１６が１次遅れ回路であるとすれば、
このフィードバック回路１６は１次遅れ回路の時定数に
応じて、時間とともに増加するフィードバック信号Ｖ２
を発生する。したがって、増幅器１２の出力信号Ｖ３は
次第に減少し、Ｖ２がＶ，と等しい大きさになる時点で
Ｖ３は零となり、これにより跳躍増幅器１３ａの出力信
号ＶＱはＬレベルに戻り、スイッチング素１５ａがオフ
される。したがって跳躍増幅器１３ａのＨレベルの出力
信号Ｖｏａの継続時間は、設定値ＳＶと制御量ＰＶとの
偏差量Ｖ，の大きさに比例し、跳躍増幅器１３ａからは
正の偏差量Ｖ，の大きさに比例したパルス幅を有する出
力パルスが得られる。偏差量Ｖ，の極性が負となる場合
は、跳躍増幅器１３ｂが同様に動作し、これより負の偏
差量Ｖ，の大きさに比例したパルス幅を有する出力パル
スＶのが得られる。しかして、このような一般のパルス
幅変調形調節計であれば、偏差量Ｖ．が小さい場合には
、出力パルスのパルス幅がこれに応じて小さくなり、調
節計に接続された操作端の不感応時間よりも小さくなる
ことがある。

本発明はこのような操作端の不感応時間にもとづく不都
合を除くために、操作端の不感応時間を補償し、操作端
に不感応帯が発生しないようにしたパルス幅変調形調節
計を得ることを目的とする。

本発明は、このような目的の達成のため、冒頭で述べた
種類のパルス幅調節計において、この調節計の出力信号
のパルス幅の下限値が調節計の出力側に接続される操作
端の不感応時間より下回わらないようにするために、前
記跳躍増幅器の出力パルスの発信されている間クロック
パルスを計数して設定計数値に達すると計数出力を発生
する力ゥンタと、このカゥンタの計数出力によって駆動
される定パルス幅パルス発生回路とを設け、このパルス
発生回路の出力パルスの設定時間７を前記操作端の不感
応時間よりも大きく設定し、かつ、前記クロツクパルス
発生器のクロツクパルス周期をＴとした際に前記カゥン
タの設定計数値ＮをＮ＝７／Ｔにて設定し、そして、前
記パルス発生回路の出力パルスによって前記出力スイッ
チング回路を駆動することにより達成される。

次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第３図は本発明の一実施例の回路図を示す。

この第３図において、第２図の従来例と同一機能を有す
る部分には同一符号が付されている。従って、重複部分
の説明は省略する。しかして、この第３図において、２
２はクロツクパルス発生器、２１ａおよび２１ｂはクロ
ックパルス発生器２２のクロック出力および跳躍増幅器
１３ａ，１３ｂの出力が与えられるカウンタ、１９ａお
よび１９ｂはこのカウンタ２１ａおよび２１ｂによって
それぞれ駆動される単安定マルチパイプレータである。
これらの単安定マルチパイプレータ１９ａ，１９ｂ、カ
ウンタ２１ａ，２１ｂおよびクロツクパルス発生器２２
は、本発明にしたがって設けた出力パルス幅の下限値を
制限するためのパルス幅制御手段ＰＬを構成する。カウ
ンタ２１ａおよび２１ｂは入力に与えられる跳躍増幅器
１３ａおよび１３ｂの出力パルスが加わっている間、ク
ロツクパルス発生器２２からのクロックパルスを計数し
、所定計数値に達すると計数出力を発生し、単安定マル
チバイブレーター９ａおよび１９ｂを起動するとともに
自己をリセットするように動作する。したがって、カウ
ンタ２１ａ，２１ｂは、入力に加わる跳躍増幅器１３ａ
，１３ｂの出力パルスの継続時間を積算する作用を行な
う。ここで、カウンタ２１ａ，２１ｂの計数設定値Ｎを
時間↑に相当する値に設定し、単安定マルチパイプレー
タ１９ａ，１９ｂの設定時間を丁に設定したものとする
。

その場合に、カウンタ２１ａ，２１ｂの計数設定値Ｎは
、クロックパルス発生器２２のクロックパルス周期をＴ
とすると、Ｎ＝丁／Ｔにて設定される。

次に、第４図に基づいて、パルス幅制限回路ＰＬの動作
を説明する。

第４図において、Ａはたとえば跳躍増幅器１３ａの出力
パルスの波形図、Ｂはクロツクパルス発生器２２の出力
クロツクパルスの波形図、Ｃはたとえばカウンタ２１ａ
の計数状態を説明するための波形図、Ｄはカゥンタ２１
ａの計数出力を示す波形図、Ｅはたとえば単安定マルチ
パイプレータ１９ａの出力パルスの波形図である。しか
して、跳躍増幅器１３ａの出力パルスの時間中が、第４
図Ａに示すように丁より小さい間は、カウンタ２１ａは
１個の出力パルスでは設定計数値Ｎに達しないので、計
数出力は発生しない。しかして、このような出力パルス
が複素個７１、丁２、７３加わり、その合計のパルス継
続時間が７＝７１十？２十丁３に達すると、カウンタ２
１ａが計数出力Ｄを発生するので、これにより単安定マ
ルチパイプレータ１９ａが起動される。このため、単安
定マルチバイブレータ１９ａから出力トランジスタ１４
ａに第４図Ｅに示すように時間幅↑のパルスが与えられ
る。このように、カウンタ２１ａは跳躍増幅器１３ａの
出力パルスの持続時間を計時し、その計時時間がクロッ
クパルスを計数設定値Ｎに達するまで計数するに要する
時間７に等しくなったら、計数出力を発生する。よって
、跳躍増幅器１３ａの出力パルスの３つの持続時間（丁
１十丁２十丁３）が時間丁に等しくなったら計数出力を
発生し、４つ目のパルスの持続時間７４についてはカウ
ンタ２１ａの蓄積内容として蓄積しておく。そして、次
に５つ目のパルスが与えられたら、その蓄積内容をベー
スとして５つ目のパルス持続時間を計時し始め、計時時
間が時間７になったら計数出力を発生する。このような
動作を繰返して行うことにより、長期的に見た場合には
、単安定マルチバイブレーター９ａの出力パルスの時間
幅の合計は、跳躍増幅器２１ａの出力パルスの時間幅の
合計と等しくなる。このことは、跳躍増幅器１３ｂ、カ
ウン夕２１ｂ、単安定マルチバイブレータ１９ｂについ
てもあてはまることである。しかして、本発明によれば
、カウンタ２１ａ，２１ｂおよび単安定マルチバイブレ
ータ１９ａ，１９ｂの設定時間７より小さい時間幅のパ
ルスは発生されないので、設定時間７を操作端の不感応
時間より大きく設定すれば、操作端の不感応時間を完全
に補償することができる。

したがって、本発明の調節計によれば、操作端が不感応
時間を有するものであっても、この不感応時間がもとで
残る制御差を除くことができプロセスを良好に制御する
ことができる。

以上説明したように、本発明のパルス幅変調形調節計に
よれば、操作端の起動時間、機械的ガ夕およびバックラ
ッシュ等にもとづく不感応時間を補償することができる
ので、この調節計を使用することによりプロセス制御系
に操作端の不感応時間にもとづく制御偏差が残るような
ことがなく′なり、プロセス制御系を安定にかつ良好に
制御できるようになる。

したがって、本発明の実用上の利用価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はパルス幅変調形調節計を使用するプロセス制御
系の例を示すブロック構成図、第２図は従来のパルス幅
変調調節計の回路構成図、第３図は本発明の一実施例を
示す回路構成図、第４図は本発明の作用解説に用いる信
号波形図、第５図は操作端電動機の入出力特性図である
。 １：パルス幅変調形調節計、５：酸作電動機、６：弁、
７：プロセス、８：制御量発信器、１１，１２：増幅器
、１３ａ，１３ｂ：跳躍増幅器、１５ａ，１５ｂ：スイ
ッチング素子、１６：フィードバック回路、１９ａ，１
９ｂ：単安定マルチパイプレータ、２１ａ，２１ｂ：力
ウンタ、２２：クロツクパルス発生器、ＰＬ：パルス幅
制限手段。 多１図 ゲＺ図 が３凶 才４楓 夕５凶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力信号と設定値との偏差とフイードバツク信号と
   の偏差を演算する増幅器と、この増幅器の出力信号の大
   きさに応じて一定振幅の出力信号を発生する跳躍増幅器
   と、この跳躍増幅器の出力によつて駆動される出力スイ
   ツチング回路と、前記跳躍増幅器に出力の応じて前記フ
   イードバツク信号を形成するフイードバツク回路とを備
   え、前記入力信号の大きさに比例したパルスの出力信号
   を前記出力スイツチング回路から発生するパルス幅変調
   形調節計において、この調節計の出力信号のパルス幅の
   下限値が調節計の出力側に接続される操作端の不感応時
   間より下回らないようにするために、クロツクパルス発
   生器と、前記跳躍増幅器の出力パルスの発信されている
   間前記クロツクパルス発生器から発生されたクロツクパ
   ルスを計数して設定計数値Ｎに達すると計数出力を発生
   すると共に自己リセツトするカウンタと、このカウンタ
   の計数出力によつて駆動される定パルス幅パルス発生回
   路とを設け、このパルス発生回路の出力パルスの設定時
   間γを前記操作端の不感応時間よりも大きく設定し、か
   つ、前記クロツクパルス発生器のクロツクパルス周期を
   Ｔとした際に前記カウンタの設定計数値ＮをＮ＝γ／Ｔ
   にて設定し、そして、前記パルス発生回路の出力パルス
   によつて前記出力スイツチング回路を駆動することを特
   徴とするパルス幅変調形調節計。