電動アクチュエータの振動の原因と対策

A生産現場では、制御システムが稼働した後、さまざまな振動が発生します。電動アクチュエータ頻繁に遭遇します。電動アクチュエータや調整弁は振動状態で動作しており、寿命に影響を与えます。したがって、制御系では発振現象を排除する必要があります。電動アクチュエータが振動する原因はさまざまです。この記事では、電動アクチュエータが振動する原因とその解決方法を詳しく分析します。

発振は、測定パラメータの変動による送信機の出力の変動によって引き起こされます。

測定パラメータ自体は、ボイラードラム水位や往復圧縮機の出口圧力など、振動を引き起こす可能性のある脈動信号です。このような脈動変動により、送信機の出力が連続的に変化し、移行過程で制御システム全体が安定状態を保たずに発振してしまいます。このとき、導圧管に緩衝部品を設置して機械的に濾過したり、電気ダンパーを設置したり、送信機や受信機のフィルター定数を調整して大きくしたり、根元のバルブを閉めて振動をなくすなどの対策が考えられます。

レギュレータの不適切なPIDパラメータ調整による発振

制御システムの PID パラメータの不適切な調整も、制御システムにさまざまな程度の発振を発生させる原因になります。単ループ PID レギュレータの比例ゲインが大きすぎる、積分時間が短すぎる、微分時間および微分ゲインが大きすぎる場合、システムが発振してアクチュエータが発振する可能性があります。マルチループ制御システムの場合、上記の理由に加えて、ループ間の相互影響、不適切なパラメータ調整による共振の問題も発生します。既存の問題を考慮して、PID パラメータを再調整することで、生産に影響を与えることなく、プロセス制御の要件を満たすことなく、制御ループに一定の安定性マージンを持たせることができます。

調整弁の流量特性に起因するシステムの発振
コントロールバルブの流量特性は無視できません。コントロールバルブの流量特性が急峻すぎます。調整量の偏差が小さい限り、調整された媒体の変化は大きくなります。コントローラの出力が非常に小さい場合でも、バルブにより媒体流量が大きく変化し、過調整となりシステム全体が定振幅発振を起こします。上記のような場合、バルブの特性を変更できない場合には、コントローラの比例ゲインを下げることで制御品質を向上させることができます。

機械的な組み立てによって生じる振動電動アクチュエータと調整弁

過剰な機械的クリアランスなど、電動アクチュエータと調整バルブ間の機械的接続が不十分な場合も、アクチュエータが振動する原因になります。したがって、品質の良いものを購入する必要があります。アクチュエータと制御バルブは製造元から供給されることが望ましく、設置品質が保証されている必要があります。

制御系の外乱による発振

制御システムの外乱によって引き起こされる振動は不規則であることが多く、散発的な場合もあります。制御系や自身の発振とは異なります。判断するのは簡単ですが、排除するのは困難です。対策としては、アース線の接続、信号線のシールド対策、シールド層の接地は1点のみとすることが考えられます。

電動アクチュエータの故障による発振

電動アクチュエータのブレーキ機構が故障すると、電動アクチュエータの落下や発振の原因となります。ブレーキ機構の後は、電動アクチュエータ失敗すると、ブレーキが適切に閉じられず、モーターが長時間アイドリング状態になります。サーボアンプの偏差がゼロであっても、バルブ位置の過調整によりサーボアンプの偏差はゼロにはなりません。モーターを前後に回転させ、振動させます。