JPH01248211A

JPH01248211A - 安定性補償回路

Info

Publication number: JPH01248211A
Application number: JP63077549A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Takagi; 高木　重行
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-03
Also published as: US4937512A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、安定性補償回路に係り、特に電気・油圧サー
ボ系に適用される安定性補償回路に関する。

（従来の技術） −ＩＣに、電気・油圧サーボ機構（以下、サーボ機構と
略称する）は物体の位置、方位姿勢などを制御量とし、
目標値の任意の変化に追従するように構成された制御で
ある。サーボ機構は船や飛行機、人工衛星の位置や姿勢
の制御、工作機械のならい制御における工具位置の制御
など広範囲の制御に用いられている。

このようなサーボ機構の動作は比較的高速のものが多（
、動力学的特性に考慮しつつ、静的状態の負荷系への影
響にも注意を払う必要がある。

従来のこの種のサーボ機構に適用される安定性補償回路
としては、例えば第４図に示すようなものがある。同図
において、油圧源１の油圧はサーボ弁２を介して油圧ア
クチュエータ３に供給され、油圧アクチュエータ３はサ
ーボ弁２によって制御される流量を受けて、例えば直線
運動に変換し、負荷４を駆動する。サーボ弁２は微弱な
電気的入力、例えば数ｍＡ程度の電気信号によって数馬
力〜数十馬力に相当する油圧動力を制御することのでき
る一種の電気・油圧変換器である。

油圧アクチュエータ３としては、一般に応答の速いもの
が用いられる。負荷４は、例えば飛行機の姿勢制御など
に用いられるラダー等である。油圧アクチュエータ３の
位置は位置検出器５により検出されており、位置検出器
５は、例えば差動変圧器などにより構成され、油圧アク
チュエータ３のピストン位置等を検出して電気信号に変
換し、適当な補償要素を付加して油圧アクチュエータ３
への指令信号にフィードバックさせるためのセンサとし
ての機能を有している。位置検出器５の出力は復調器６
を介して減算器７に人力されており、復調器６は位置検
出器５の出力信号のうちノイズ成分等を除去するフィル
タ部を有し、減算器７には入力信号発生器８からの信号
も入力されており、入力信号発生器８は、例えば負荷４
の目標位置を指令するための入力信号（いわゆる基準入
力信号に相当）を発生させるもので、この入力信号と実
際の位置に相当する位置検出器５の出力信号との誤差に
応じてサーボ制御が行われる。減算器７は入力信号発生
器８の出力信号と復調器６の出力信号との偏差を求めて
減算器９に出力し、減算器９にはさらに電子モデル回路
１０からの信号が入力される。電子モデル回路１０は２
つ以上のサーボ機構を並列に接続したシステムについて
、理想のサーボ機構を電子的にモデル化して電気信号と
して減算器９に与える回路である。そのため、減算器７
と電子モデル回路１０の出力の減算が減算器９により行
われて補償回路１１に出力される。補償回路１１はサー
ボ系全体として安定な制御を構成するように減算器９の
出力信号を信号処理してサーボ弁２に出力するもので、
例えばサーボアンプに二次進み回路を用いたり、あるい
は−次遅れ回路を用いたりして構成される。なお、本例
では他のサーボ系として第２のサーボ機構１２が並列に
配置され、２台のサーボ系で、例えば飛行機のラダー等
を制御するようになっている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の安定性補償回路にあっ
ては、二次進み補償や一次遅れ補償を行う構成となって
はいるものの、次のような問題点があった。

（■）２台以上のサーボ系を並列に接続したシステムの
場合、２系統の誤差信号によるフォースファイト量を減
少させることが不可能である。

ここで、フォースファイト量とは次のような概念である
。例えば、前述した従来例のように飛行機のラダー等を
操作するような場合、安全上の面からサーボ系は必ず２
台以上のものが用意される。

この場合、負荷への駆動力は２台以上の各県が均等に分
担し、その反作用としてラダー等にこれを支える力が必
要となる。ところが、各サーボ系では精度誤差等により
完全に均等に分担することは実際難しく、互いの力（フ
ォース）が衝突し合う（ファイト）こととなってサーボ
系のアクチュエータ庵支える構造部材に必要以上の荷重
が加わり、疲労破壊を起こす等の不具合が発生する。こ
のようなフォースファイｌ−ｆｆ１は、いわゆるサーボ
機構を構成する各コンポーネントの誤差によって生じ、
特に、各サーボ機構の剛性によって決定されるため、剛
性が低い方が好ましい。したがって、フォースファイト
量を減少させることが必要となる。

一方、電子モデル回路との誤差信号を帰還する方法では
、次のような問題点がある。

（ｎ）負荷系を含めた正確なモデル化を計ろうとすると
、回路が極めて複雑となり、コスト高等を招く。

（Ｉ）サーボシステムのコンポーネント定数、１、？に
負荷系固有振動数のバラツキに対する安定性への影客度
が極めて高く、安定したサーボ制御という点で改善の余
地がある。

（ＩＶ）上記理由により、安定性を補償した場合には、
その反面、応答性限界値が低い、また、２系統誤差信号
によるフォースファイト量の減少効果が少ない。

（発明の目的）そこで本発明は、簡単な電子回路により低コストで安定
性を補償しつつ、フォースファイト減少効果向上を図る
ことのできる安定性補償回路を提供することを目的とし
ている。

（課題を解決するための手段）本発明による安定性補償回路は上記目的達成のため、目
標値に対応する基準入力信号と、電気・油圧サーボ系の
アクチュエータの変位を検出した信号に基づき前記目標
値の任意の変化に追随して電気・油圧サーボ系の制御の
安定性補償を行う安定性補償回路において、前記基準入
力信号を２段増幅するとともに、基準入力信号の１段増
幅後の信号を１次遅れさせる遅れ手段と、前記アクチュ
エータの変位を検出した信号を微分する微分手段とを設
け、各手段の出力信号の差をとり、この差信号と基準入
力信号の２段増幅後の信号との差に基づいて電気・油圧
サーボ系の制御の安定性補償とフォースファイト補償と
同時に達成している。

（本発明の原理）実施例の説明に先立ち、最初に第１図を参照して本発明
の詳細な説明する。

第１図はサーボアンプの原理図である。同図において、
２１．２２．２３は入力の加・減算を行うサミングアン
プである。２４は初段アンプ、２５は２段目アンプ、２
６．２７はフィードバックアンプであり、ゲイン定数は
それぞれＫａ、、Ｋａ２．’Ｋｂ。

Ｋｆｂｚである。また、２８は一次遅れ回路（遅れ手段
） ■ であり、伝達関数は、□である。

１＋τｌ５２９は微分回路（微分手段）であり、伝達関数は１＋τ
２Ｓ対象領域は図中破線で囲む部分の補償回路３１である。

信号の流れを述べると基準入力信号（目標位置に相当）
とフィードバックアンプ２７の出力信号とはサミングア
ンプ２１で減算され、初段アンプ２４および２段目アン
プ２５を介して増幅され、サミングアンプ２２に送られ
る。また、初段アンプ２４の出力は一次遅れ回路２８に
よって一次遅れの処理がなされてサミングアンプ２３に
供給され、サミングアンプ２３にはさらにフィルタ回路
３０の出力を微分回路２９によって微分したものが供給
される。そして、サミングアンプ２３は一次遅れ回路２
８と微分回路２９の出力を減算しフィードバックアンプ
２６を介してサミングアンプ２２に送り、サミングアン
プ２２の出力は、例えば第４図に示した補償回路１１に
送られる。

したがって、静的な状態では、微分回路２９の出力はＯ
となるためサーボアンプゲインはＫａ＋　Ｘ　（Ｋａ２
−Ｋｂ）となり、減少する。この場合、フォースファイト量は静
的な状態で特にその影響が大きく、動的状態では’３Ｊ
’ｌが小さい。然るに、上記の場合、サーボアンプゲイ
ンが減少しており、これに伴ってサーボ系のｇ＋＋性も
減少することになる。したがって、剛性によって決定さ
れるフォースファイト量も必然的に小さくなり、その不
具合が解消される。

一方、動的条件下（特に、低周波帯域）においては、負
荷系の影響が少ないため、−次遅れ回路２８の出力と微
分回路２９の出力とは同等の信号となるため、サミング
アンプ２３の出力は略ゼロとなる。

そのため、サーボアンプゲインはＫａ、ＸＫａ。

となり、上記静的状態より高ゲインとなって高い応答性
が得られる。

また、動的条件下のうち高周波帯域（例えば、負荷系固
有振動数近辺）では、−次遅れ回路２８の出力に対して
微分回路２９の出力の方が作動油剛性等により遅れるた
め、これがダンピング作用となって安定性が増大する。

すなわち、高ゲインのままであると、ハンチングを引き
起こしたりする。

このように、本発明の安定性補償回路は簡単な電子回路
で安定性を補償しつつ、応答性も高めてフォースファイ
ト減少効果も向上する。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２．３図は本発明に係る安定性補償回路をザー；Ｊζ
機構に適用した一実施例を示す図である。本実施例の説
明にあたり、従来例と同一構成部分には同一番号を付し
てその説明を省略する。

第２図において、入力信号発生器８の後段には減算器４
１、補償回路４２、減算器４３および補償回路１１が順
次配設され、減算器４１にはフィードバンクアンプ４４
からの信号が入力され、減算器４３には補償回路４５か
らの信号が入力されている。これらの各回路図は第１図
に示した原理図のものと、次のように対応する回路機能
を有している。

・滅ｎ　器４１・・・・・・サミングアンプ２１・補償
回路４２・・・・・・初段アンプ２４および２段目アン
プ２５、−次遅れ回路２８、アンプ２６、サミングアンプ２２・減算器４３・・・・・・サミングアンプ２２・フィー
ドバックアンプ４４・・・・・・フィードバンクアンプ２７・補償回路４５
・・・・・・微分回路２９、サミングアンプ２３、フィ
ードバンクアンプ２６、サミングアンプ２２・復調器６　・・・・・・フィルタ回路３０したがって
、各機能説明は省略する。

次に、作用を説明する。

入力信号発生器８からの信号は減算器４１、アンプ４２
、減算器４３を順次通してサーボ弁２を駆動する信号が
生成される。また、サーボ弁２によって駆動されアクチ
ュエータ３の変位は位置検出器５によって検出され、復
調器６を介した後フィードハックアンプ４４を通して減
算器４１に供給されて油圧アクチュエータ３におけるピ
ストン変位の帰還が行われる。一方、復調器６の出力は
補償回路４５を介して減算器４３で加算され、正帰還が
行われる。

ここで、補償回路４２の伝達関数Ｃ，（Ｓ）は次のよう
に表される。

τ１１”　　で　１ τ１１　＋Ｋ　ａ２　Ｋ　ｂＳ：微分演算子一方、補償回路４５の伝達関数Ｃ２（Ｓ）は、次のよう
に表される。

τＣ２τ皿Ｓ：微分演算子このような本実施例においても、前述した本発明の原理
に基づいて同様の効果を得ることができ、特に動特性に
ついては第３図のボード線図で従来（未補償系）と本実
施例（補償系）との効果が明らかとなっている。

また、２系統以上のサーボ機構を並列配置した場合のフ
ォースファイトは各コンポーネントの誤差によって生じ
るが、本実施例におけるフォースファイトｉの低Ｍｌを
具体的に表すと次のようになる。フォースファイト量は
サーボ機構の剛性によって決定されるものであるが、本
実施例の場合、従来例に比して岡り性がどのように変化
するかは次式で示される。

（イ）未補償系（従来）Ｋｓｔｒ　　　　Ｋｏｕｔ　　　Ｋａｃｔ但し、ＫＬ、
：サーボ機構剛性Ｋｓｔｒ　　：アクチュエータ取付部剛性Ｋｏｕｔ　　
：アクチュエータ出力部剛性Ｋａｃｔ　　：アクチュエ
ータ剛性この中で、未補償のフォースファイト量Ｋａｃｔは、Ｋａｃｔ、＝Ａｐ　ＨＫｐｏ・Ｋａ＋　　ＨＫａｚ　　
ＨＫｆｂｚ　　・Ｋ「ｂ１但し、Ａｐ：ピストン受圧面
積Ｋｐｏ：サーボバルブプレノシャゲインとなる。

（ロ）補償系（本実施例）本実施例のフォースファイｈＡＪＫａｃＬｚはＫａｃｔ
、−Ａｐ−Ｋｐｏ−Ｋａ、（Ｋａｚ　−Ｋｂ）・Ｋ　ｆ
ｂ２　　・Ｋｆｂ。

となる。したがって、本実施例におけるサーボループに
基づきアクチュエータ剛性）（ａｃｔｚは未補償−ボ機
措剛性が減少し、フォースファイｌ−ｆｆｌが格段と低
減する。

（効果）以上説明したように、本発明によれば、次の効果を得る
ことができる。

（Ｉ）２台以上のサーボ系を並列に接続した場合であっ
ても、フォースファイト盪を格段と減少させることがで
きる。その結果１、アクチュエータ取付部の剛性を低（
することができる他、該取付部の疲労破壊を抑制できる
。

（ＩＴ）並列接続の場合の電子回路モデルを作る必要が
な（、低コストとなる。

（ＩＩＩ）また、従来の電子回路モデルによるフォース
ファイト減少対策よりも各種コンポーネント定数のばら
つきによる影響が少なく、フォースファイｔ４Ｆを低減
しつつ安定した制御が行える。

（ＴＶ）安定性を補償しつつ、応答性の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を示す回路図、第２．３図は
本発明に係る安定性補償回路をサーボ機構に適用した一
実施例を示す図であり、第２図はそのブロック構成図、
第３図はそのボード線図を示すグラフ、第４図は従来の
サーボ機構を示すブロック構成図である。２１〜２３・・・・・・サミングアンプ、２４・・・・
・・初段アンプ、２５・・・・・・２段目アンフ゛、２６．２７・・・・・・フィードバンクアンプ、２８・
・・・・・−次遅れ回路（遅れ手段）、２９・・・・・
・微分回路（微分手段）、３０・・・・・・フィルタ回
路、３１・・・・・・補償回路、４１・・・・・・減算器、４２・・・・・・アンプ、４３・・・・・・減算器、４４・・・・・・フィードハックアンプ、４５・・・・
・・補償回路。

Claims

【特許請求の範囲】

目標値に対応する基準入力信号と、電気・油圧サーボ系
のアクチュエータの変位を検出した信号に基づき前記目
標値の任意の変化に追随して電気・油圧サーボ系の制御
の安定性補償を行う安定性補償回路において、前記基準
入力信号を２段増幅するとともに、基準入力信号の１段
増幅後の信号を１次遅れさせる遅れ手段と、前記アクチ
ュエータの変位を検出した信号を微分する微分手段とを
設け、各手段の出力信号の差をとり、この差信号と基準
入力信号の２段増幅後の信号との差に基づいて電気・油
圧サーボ系の制御の安定性補償を行うようにしたことを
特徴とする安定性補償回路。