JPH02297604A - 適応制御システム - Google Patents
適応制御システムInfo
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- JPH02297604A JPH02297604A JP1272745A JP27274589A JPH02297604A JP H02297604 A JPH02297604 A JP H02297604A JP 1272745 A JP1272745 A JP 1272745A JP 27274589 A JP27274589 A JP 27274589A JP H02297604 A JPH02297604 A JP H02297604A
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- JP
- Japan
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- control system
- adaptive control
- rod
- response
- feedback
- Prior art date
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- Pending
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N35/00—Magnetostrictive devices
- H10N35/80—Constructional details
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
- G10K2210/10—Applications
- G10K2210/117—Nonlinear
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
- G10K2210/10—Applications
- G10K2210/129—Vibration, e.g. instead of, or in addition to, acoustic noise
- G10K2210/1291—Anti-Vibration-Control, e.g. reducing vibrations in panels or beams
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
- G10K2210/30—Means
- G10K2210/301—Computational
- G10K2210/3035—Models, e.g. of the acoustic system
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
- G10K2210/30—Means
- G10K2210/301—Computational
- G10K2210/3039—Nonlinear, e.g. clipping, numerical truncation, thresholding or variable input and output gain
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- Artificial Intelligence (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
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- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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、プロセス(又はプラント)の制御のための適
応制御システムに関し、特に磁歪アクチュエータの運転
及び制御に適用することが出来る。
応制御システムに関し、特に磁歪アクチュエータの運転
及び制御に適用することが出来る。
磁歪材料から作られたアクチュエータは荷重が加わると
有益な歪みを表わすが、荷重が変化すると大幅に変動す
るという問題のあることが知られている。これは、これ
らの材料の歪み対磁界強度曲線にヒステリシスが存在す
ることと相まって、線形帰還デザインを有するシステム
等の通常の適応制御システムを目的達成には全く不十分
なものとしている。
有益な歪みを表わすが、荷重が変化すると大幅に変動す
るという問題のあることが知られている。これは、これ
らの材料の歪み対磁界強度曲線にヒステリシスが存在す
ることと相まって、線形帰還デザインを有するシステム
等の通常の適応制御システムを目的達成には全く不十分
なものとしている。
(発明の概要)
本発明の目的は、通常動作の全過程を通じてプロセス応
答の変化を調整することの出来る適応制御システムを提
供することである。従って、使用する制御方式はシステ
ムの利得の変動に対して強く、且つ運転力学の変化に適
応することが出来なければならない。
答の変化を調整することの出来る適応制御システムを提
供することである。従って、使用する制御方式はシステ
ムの利得の変動に対して強く、且つ運転力学の変化に適
応することが出来なければならない。
本発明の他の目的は、磁歪アクチュエータと関連させて
使用することの出来る適応制御システムを提供すること
である。この組み合わせには、油圧バルブの制御や防振
設備での使用等の多数の用途がある。
使用することの出来る適応制御システムを提供すること
である。この組み合わせには、油圧バルブの制御や防振
設備での使用等の多数の用途がある。
従って1本発明は、外部で生成された要求信号に応じて
プロセスを制御する適応制御システムから成り、その特
徴とするところは、 外部の影響に対する該プロセスの応答のモデルを提供す
る推定手段と。
プロセスを制御する適応制御システムから成り、その特
徴とするところは、 外部の影響に対する該プロセスの応答のモデルを提供す
る推定手段と。
該応答モデルを格納されているモデルと比較して、前記
比較の結果として、二つの転換されるフィルターの一方
を介して該プロセスに適用される正及び負の帰還制御信
号を生成する制御設計手段と、 前記フィルター間の前記転換は、該要求信号に応じて可
変構造コントローラにより行なわれることとを含むこと
にある。
比較の結果として、二つの転換されるフィルターの一方
を介して該プロセスに適用される正及び負の帰還制御信
号を生成する制御設計手段と、 前記フィルター間の前記転換は、該要求信号に応じて可
変構造コントローラにより行なわれることとを含むこと
にある。
本発明の適応制御システム(可変構造技術と組み合わせ
て自己同調技術を使用する)は、制御されるべきプロセ
スに影響を与える観測可能な擾乱を精密に相殺する。こ
の発明の可変構造コントローラは、もっと良く知られて
いる連続モードに較べて、離散的モードで作動させられ
る。線形帰還設計とは異なって、該可変構造コントロー
ラは、極端なモデリング・エラーの条件下でも安定した
閉0ループシステム応答を生み出させることが出来る。
て自己同調技術を使用する)は、制御されるべきプロセ
スに影響を与える観測可能な擾乱を精密に相殺する。こ
の発明の可変構造コントローラは、もっと良く知られて
いる連続モードに較べて、離散的モードで作動させられ
る。線形帰還設計とは異なって、該可変構造コントロー
ラは、極端なモデリング・エラーの条件下でも安定した
閉0ループシステム応答を生み出させることが出来る。
本発明の有益な特徴は、制御されるプロセス入力の性質
により、プロセスモデル推定の収束速度が速いことであ
る。これは、プロセスモデルがその当初の値から変化す
る環境において特に有用である。この種の制御方式は、
可変構造制御設計では計算時間が極僅かで済むので、実
時間プロセス制御アプリケーションに最も適している。
により、プロセスモデル推定の収束速度が速いことであ
る。これは、プロセスモデルがその当初の値から変化す
る環境において特に有用である。この種の制御方式は、
可変構造制御設計では計算時間が極僅かで済むので、実
時間プロセス制御アプリケーションに最も適している。
プロセスに加えられる帰還制御信号は、実時間制御シス
テムでは危険であり、高価で繊細なアクチュエータを急
速に損傷させる可能性を持っている。しかし、磁歪アク
チュエータは、固体であり、従って頑丈であるので、こ
の種の活発な制御信号に感応しない。
テムでは危険であり、高価で繊細なアクチュエータを急
速に損傷させる可能性を持っている。しかし、磁歪アク
チュエータは、固体であり、従って頑丈であるので、こ
の種の活発な制御信号に感応しない。
従って、この種のアクチュエータは、本発明のシステム
による制御に良く適している。
による制御に良く適している。
可変構造コントローラの作動に必要な離散的滑り基準は
、[デルタオペレーター」から得られる離散的な差オペ
レーターを使って定式化される、これらのオペレーター
については後に詳しく説明する。
、[デルタオペレーター」から得られる離散的な差オペ
レーターを使って定式化される、これらのオペレーター
については後に詳しく説明する。
次に、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施例につ
いて説明をする。
いて説明をする。
(実施例)
可変構造制御システムにおいて、該システムの帰還構造
は一方の帰還コントローラから他方の帰還コントローラ
へと殆ど瞬間的に転換される。
は一方の帰還コントローラから他方の帰還コントローラ
へと殆ど瞬間的に転換される。
本発明に使用される2種の帰還コントローラ(正及び不
)についての典型的システムエラー軌跡が第1図及び第
2図にそれぞれ示されている。典型的転換制御信号が第
3図に示されており、これは第4図のエラー軌跡と第5
図のステップ応答とを生じさせる。
)についての典型的システムエラー軌跡が第1図及び第
2図にそれぞれ示されている。典型的転換制御信号が第
3図に示されており、これは第4図のエラー軌跡と第5
図のステップ応答とを生じさせる。
第6図は、適応制御されるべきプロセス(又はプラント
)1を示す、推定手段2は、該プロセスの状況又は運転
状態に関する情報を受は取る。
)1を示す、推定手段2は、該プロセスの状況又は運転
状態に関する情報を受は取る。
その情報は、モニター3により検出された、プロセスl
に影響を与える外部擾乱と、プロセスl自体の出力状況
とに関するものである。推定手段2は、制御されるプロ
セスの応答を最も良く示すプロセスモデルパラメータを
生成する一換言すれば、受は取った情報に従って該プロ
セスのシミュレーションを生成する。
に影響を与える外部擾乱と、プロセスl自体の出力状況
とに関するものである。推定手段2は、制御されるプロ
セスの応答を最も良く示すプロセスモデルパラメータを
生成する一換言すれば、受は取った情報に従って該プロ
セスのシミュレーションを生成する。
推定手段から出力されるプロセスモデルパラメータは制
御設計手段4に入力され、該制御設計手段はこれらのパ
ラメータを該プロセスの所要のパラメータと比較する。
御設計手段4に入力され、該制御設計手段はこれらのパ
ラメータを該プロセスの所要のパラメータと比較する。
その所要のパラメータは、第1図及び第2図に示されて
いる特性を表わす、該制御設計手段に格納されているア
ルゴリズムから得られる。制御設計手段は、最近に得ら
れたプロセスモデルパラメータから正及び負の帰還信号
を計算する。
いる特性を表わす、該制御設計手段に格納されているア
ルゴリズムから得られる。制御設計手段は、最近に得ら
れたプロセスモデルパラメータから正及び負の帰還信号
を計算する。
前記帰還信号は正帰還コントローラ5及び負帰還コント
ローラ6に加えられる。これらのコントローラはフィル
ターとして働いてプロセス制御入力をライン7上に生成
する。帰還コントローラ5及び6間の転換は、制御設計
手段4の出力、プロセスlの出力及び設定点信号から情
報を受は取る可変構造コントローラ8からの出力により
行なわれる。該設定点信号は、所望のプロセス出力であ
り、例えば手動式ポテンショメータ9がら得られる。該
設定点信号も、プロセス出力と共に各帰還コントローラ
5及び6に加えられる。
ローラ6に加えられる。これらのコントローラはフィル
ターとして働いてプロセス制御入力をライン7上に生成
する。帰還コントローラ5及び6間の転換は、制御設計
手段4の出力、プロセスlの出力及び設定点信号から情
報を受は取る可変構造コントローラ8からの出力により
行なわれる。該設定点信号は、所望のプロセス出力であ
り、例えば手動式ポテンショメータ9がら得られる。該
設定点信号も、プロセス出力と共に各帰還コントローラ
5及び6に加えられる。
2個の帰還コントローラを有する第6図の実施例は単純
な二次制御システムである。転換される帰還コントロー
ラを追加することによって、より高次のシステムを作る
ことが出来る。推定手段、制御設計手段及び可変構造コ
ントローラについてのアルゴリズムを得るには、Goo
dwi n氏の「頑丈な推定及び制御に関する成る考察
」という論文(”Some 0bservations
on RobustEstimation and
Control°’−IFACIdentificat
ionand System Parameter
Estimation 1985 pp、85
1−859)において提案したデルタオペレーターを使
うのが好都合である。
な二次制御システムである。転換される帰還コントロー
ラを追加することによって、より高次のシステムを作る
ことが出来る。推定手段、制御設計手段及び可変構造コ
ントローラについてのアルゴリズムを得るには、Goo
dwi n氏の「頑丈な推定及び制御に関する成る考察
」という論文(”Some 0bservations
on RobustEstimation and
Control°’−IFACIdentificat
ionand System Parameter
Estimation 1985 pp、85
1−859)において提案したデルタオペレーターを使
うのが好都合である。
この例では、前進差分オペレーター即ちデルタオペレー
ターrDJを D”; Z−1〜 A (1) と表わすことが出来、ここでZはZ変換を表わし、離散
的システム解析における標準的前進シフトオペレーター
と看做すことの出来るものであり、八はサンプリング周
期である。
ターrDJを D”; Z−1〜 A (1) と表わすことが出来、ここでZはZ変換を表わし、離散
的システム解析における標準的前進シフトオペレーター
と看做すことの出来るものであり、八はサンプリング周
期である。
従って、1サンプル将来への予測が必要であるが、差分
オペレーターを1サンプルだけ遅延させれば、これを除
去することが出来る。即ち、である、従って、△→0の
時、ZDオペレーターは連続導関数のより良い近似を提
供する。2変換と直接に比較することの出来る離散的シ
ステム解析については、差分オペレーター(2)を正規
化(Δ=1)して Z−I D= Z−1(Z −1) (
3)の形の離散的差分オペレーターを与えることが出来
る。この離散的オペレーターは単位ディスクに極とゼロ
とを持った差分形式の離散的プロセスを表わす優雅な方
法を提供する。以下の類推では、離散的滑り基準を定式
化するために離、数的差分オペレーターを使う。
オペレーターを1サンプルだけ遅延させれば、これを除
去することが出来る。即ち、である、従って、△→0の
時、ZDオペレーターは連続導関数のより良い近似を提
供する。2変換と直接に比較することの出来る離散的シ
ステム解析については、差分オペレーター(2)を正規
化(Δ=1)して Z−I D= Z−1(Z −1) (
3)の形の離散的差分オペレーターを与えることが出来
る。この離散的オペレーターは単位ディスクに極とゼロ
とを持った差分形式の離散的プロセスを表わす優雅な方
法を提供する。以下の類推では、離散的滑り基準を定式
化するために離、数的差分オペレーターを使う。
aCt、)が位相面における滑り多様体(或は転換信号
:可変構造コントローラ8により生成される)を表わす
ならば、次の不等式: %式%(4) により滑り運動の存在が保証される。ここでa (t)
=Xa+CX+ (5)C=滑り多
様体勾配(第4図)、 x+=プロセス出力又はエラー、 X * = X tの変化率である。。
:可変構造コントローラ8により生成される)を表わす
ならば、次の不等式: %式%(4) により滑り運動の存在が保証される。ここでa (t)
=Xa+CX+ (5)C=滑り多
様体勾配(第4図)、 x+=プロセス出力又はエラー、 X * = X tの変化率である。。
Z−10オペレーターを使って滑り基準の離散を
Z−1(σ(七)、Dσ(t))
と書くことが出来る。そこで、
σ(【戸Z”((xl (t+1)−x、ω)+Cxl
(t))=(D+C)x、(ト1)
(7)dσω=Zj
(σ(t+1)−σ(【バー■ mZ’(D+C)−2−’CD+C)1%+(t)であ
る、従って、滑り基準(4)を と表わすことが出来る。これは、 (D)+CD)x、(t−2)σ(t−1)<O(9)
となる、不等式(9)は、差分形式による基本的な所要
の滑り基準であるが、準滑り運動の存在には充分ではな
い、充分であるためには、離散的状態の収束が滑りモー
ドで保証されなければならない、充分であることを保証
するために、以下の不等式 %式%(0 と言うことが出来る。
(t))=(D+C)x、(ト1)
(7)dσω=Zj
(σ(t+1)−σ(【バー■ mZ’(D+C)−2−’CD+C)1%+(t)であ
る、従って、滑り基準(4)を と表わすことが出来る。これは、 (D)+CD)x、(t−2)σ(t−1)<O(9)
となる、不等式(9)は、差分形式による基本的な所要
の滑り基準であるが、準滑り運動の存在には充分ではな
い、充分であるためには、離散的状態の収束が滑りモー
ドで保証されなければならない、充分であることを保証
するために、以下の不等式 %式%(0 と言うことが出来る。
制御方式、従って離散的可変構造アルゴリズムは、磁歪
装置を含むプロセスの制御に特に有益である。
装置を含むプロセスの制御に特に有益である。
強磁性材料の分野における最近の研究から、いわゆる「
ジャイアント」磁歪材料が開発された、現在、出願人の
知る限りでは、テルビウムを使ったジャイアント磁歪材
料には2種類の組成、即ち: 1− Tbo−30yo・y Fe1−*、pes+
t、 Tb147Dy□、73Fe1.g、1.g5が
あり、ここでTb=テルビウム、Dy=ジスプロシウム
、Fe=鉄であり、数字は原子比を示す両方の組成が、
材料に加えられたプレストレスのレベルと、該材料の置
がれた磁界の強度とに応じて11000ppと2000
ppmとの間の線形歪みを生じさせることが出来る。こ
れら二つの組成の各々についての歪み、プレストレス及
び磁界強度の相互の関係が第7図及び第8図に示されて
いる。これら二つの既知の組成の、外部磁界の供給する
磁気エネルギーを歪みエネルギー即ち変位に変換する効
率は50%以上であり(0,27テルビウム組成は0.
3組成より僅かに大きな効率を有する)、ジャイアント
磁歪材料の棒は、勿論その直径が最大耐荷重能力を決め
るが、l。
ジャイアント」磁歪材料が開発された、現在、出願人の
知る限りでは、テルビウムを使ったジャイアント磁歪材
料には2種類の組成、即ち: 1− Tbo−30yo・y Fe1−*、pes+
t、 Tb147Dy□、73Fe1.g、1.g5が
あり、ここでTb=テルビウム、Dy=ジスプロシウム
、Fe=鉄であり、数字は原子比を示す両方の組成が、
材料に加えられたプレストレスのレベルと、該材料の置
がれた磁界の強度とに応じて11000ppと2000
ppmとの間の線形歪みを生じさせることが出来る。こ
れら二つの組成の各々についての歪み、プレストレス及
び磁界強度の相互の関係が第7図及び第8図に示されて
いる。これら二つの既知の組成の、外部磁界の供給する
磁気エネルギーを歪みエネルギー即ち変位に変換する効
率は50%以上であり(0,27テルビウム組成は0.
3組成より僅かに大きな効率を有する)、ジャイアント
磁歪材料の棒は、勿論その直径が最大耐荷重能力を決め
るが、l。
O・MPaに及ぶ外部単軸圧力の下で作動させることの
出来る物である。
出来る物である。
磁歪材料、特にテルビウムから成るジャイアント磁歪材
料の性質は上記の段落に記載した様に探究され確かめら
れているが、それらの有益な用途はまだ多数発見されて
いるわけではない、その理由は、歪み対磁界強度曲線に
非線形挙動とヒステリシスが存在することである。しか
し、第7図及び第8図に示されている非線形のヒステリ
シス挙動は、上記の適応制御システムによって充分に対
処することの出来るものである。推定手段2は特性曲線
の勾配の如何なる変化にも追従することが出来、可変構
造コントローラ8は如何なるヒステリシスにも対処する
。
料の性質は上記の段落に記載した様に探究され確かめら
れているが、それらの有益な用途はまだ多数発見されて
いるわけではない、その理由は、歪み対磁界強度曲線に
非線形挙動とヒステリシスが存在することである。しか
し、第7図及び第8図に示されている非線形のヒステリ
シス挙動は、上記の適応制御システムによって充分に対
処することの出来るものである。推定手段2は特性曲線
の勾配の如何なる変化にも追従することが出来、可変構
造コントローラ8は如何なるヒステリシスにも対処する
。
本発明の適応制御システムにより制御される磁歪アクチ
ュエータについて、第9図及び第1O図を参照して説明
する。
ュエータについて、第9図及び第1O図を参照して説明
する。
第9図は中空の筒状ハウジングlOから成る磁歪アクチ
ュエータの縦断面を示し、このハウジング内には、筒状
磁荷コイル11が配置され、コイル11と同軸に磁歪材
料のロッド12が配置されている。ロッド12の長さは
ハウジングlOの長さより長(、従ってロッド12の一
端部はハウジングlOの端面に設けられた開口から突出
している。ハウジングIOの反対側端面14は閉じてい
て、ロッド12の他端部はこれに衝合しているローディ
ングヘッド15は、ハウジングlOの端面13に固着さ
れ、その全長に延在する縦方向ボア内にロッド12の自
由端部を受は入れている。縦方向ボア内には、スプリン
グ16、作動部材17及び螺子山付き閉塞部材18が収
容されている。螺子山付き閉塞部材18はローディング
ヘッド15の通しボアの外側端部に螺合されている、通
しボアのこの端部には、閉塞部材18を収容するために
雌螺子が切られている。スプリング16及び作動部材1
7は磁歪ロッド12の端部と閉塞部材18との間でロー
ディングヘッド15の通しボア内に納められており、閉
塞部材18を該通しボアに更に深く又は浅く螺合させる
ことによってスプリング16の緊張度を変えてロッド1
2に加わるプレストレスを調整することが出来る。この
様にプレストレスの程度を調整することが出来る様にな
っているので、このアクチュエータを色々な作動条件で
使用することが出来る。プレストレスの程度はスプリン
グ16の圧縮の程度に従って変わるので、アクチュエー
タをスプリング作動能力の中間で作動させることが望ま
しい、スプリング16は、ロッド12が膨張する時にプ
レストレスの程度が約1%に保たれることが保証される
こととなる様に選ばれる。プレストレスは、ロッド12
が方向性粒子材料から成る場合に特に有益である。また
、スプリング16は、アクチュエータが高周波数で作動
することを可能にするために高い速度定数を有する様に
選ばれる。
ュエータの縦断面を示し、このハウジング内には、筒状
磁荷コイル11が配置され、コイル11と同軸に磁歪材
料のロッド12が配置されている。ロッド12の長さは
ハウジングlOの長さより長(、従ってロッド12の一
端部はハウジングlOの端面に設けられた開口から突出
している。ハウジングIOの反対側端面14は閉じてい
て、ロッド12の他端部はこれに衝合しているローディ
ングヘッド15は、ハウジングlOの端面13に固着さ
れ、その全長に延在する縦方向ボア内にロッド12の自
由端部を受は入れている。縦方向ボア内には、スプリン
グ16、作動部材17及び螺子山付き閉塞部材18が収
容されている。螺子山付き閉塞部材18はローディング
ヘッド15の通しボアの外側端部に螺合されている、通
しボアのこの端部には、閉塞部材18を収容するために
雌螺子が切られている。スプリング16及び作動部材1
7は磁歪ロッド12の端部と閉塞部材18との間でロー
ディングヘッド15の通しボア内に納められており、閉
塞部材18を該通しボアに更に深く又は浅く螺合させる
ことによってスプリング16の緊張度を変えてロッド1
2に加わるプレストレスを調整することが出来る。この
様にプレストレスの程度を調整することが出来る様にな
っているので、このアクチュエータを色々な作動条件で
使用することが出来る。プレストレスの程度はスプリン
グ16の圧縮の程度に従って変わるので、アクチュエー
タをスプリング作動能力の中間で作動させることが望ま
しい、スプリング16は、ロッド12が膨張する時にプ
レストレスの程度が約1%に保たれることが保証される
こととなる様に選ばれる。プレストレスは、ロッド12
が方向性粒子材料から成る場合に特に有益である。また
、スプリング16は、アクチュエータが高周波数で作動
することを可能にするために高い速度定数を有する様に
選ばれる。
作動部材17の一端部は磁歪ロッド12の、ハウジング
10の端面13を越えて突出した端部に衝合し、作動部
材17の他端部は閉塞部材18のボアを通して、ローデ
ィングヘッド15の外側端部を越えて伸びている。使用
の際には、作動部材17は、第6図の適応制御システム
の生成したプロセス制御信号に従って変位させられるべ
き素子に結合される。前記信号は磁化コイル11に加え
られる。
10の端面13を越えて突出した端部に衝合し、作動部
材17の他端部は閉塞部材18のボアを通して、ローデ
ィングヘッド15の外側端部を越えて伸びている。使用
の際には、作動部材17は、第6図の適応制御システム
の生成したプロセス制御信号に従って変位させられるべ
き素子に結合される。前記信号は磁化コイル11に加え
られる。
プレストレスを加えられた場合、磁歪ロッド12をその
歪み曲線の線形領域で作動させる必要があるならば、バ
イアスを加太なければならない、特定のバイアス点につ
いての磁歪ロッドの作動特性が第10図に示されている
。
歪み曲線の線形領域で作動させる必要があるならば、バ
イアスを加太なければならない、特定のバイアス点につ
いての磁歪ロッドの作動特性が第10図に示されている
。
ハウジング10に取り付けた永久磁石19によりロッド
12に静的(dc)67i気バイアスを加えることが出
来る。
12に静的(dc)67i気バイアスを加えることが出
来る。
また、電流を通すコイルも同様に役立つ、該磁気バイア
スは、ロッド12と同じ磁気回路の一部を形成しなけれ
ばならない、永久磁石によって磁気バイアスが加えられ
る場合、バイアスの実効レベルは、高透磁率材料片を該
磁石を横切って移動させ、又は該磁石の一部を磁気回路
から除去することによって変化させることが出来、この
様にして、作動状態を保ちながら調整を行なうことが出
来る。dciifi化コイルの化合イルえる電流を変え
ることにより磁気バイアスを変化させる。
スは、ロッド12と同じ磁気回路の一部を形成しなけれ
ばならない、永久磁石によって磁気バイアスが加えられ
る場合、バイアスの実効レベルは、高透磁率材料片を該
磁石を横切って移動させ、又は該磁石の一部を磁気回路
から除去することによって変化させることが出来、この
様にして、作動状態を保ちながら調整を行なうことが出
来る。dciifi化コイルの化合イルえる電流を変え
ることにより磁気バイアスを変化させる。
磁気バイアスがコイル又は永久磁石のいずれから提供さ
れるとしても、磁化コイル11及び磁気バイアスから提
供される磁束の大半がロッド12を通る様にロッド12
を磁気回路内に納めることが好ましい、この目的のため
に、ハウジングlOは、連続的低抵抗磁束復帰経路を提
供する高透磁率材料から成る。ハウジングの提供する磁
束復帰経路は永久磁石19又はロッド12より高い透磁
率を持たなければならないが、磁束復帰経路の断面積は
、使用された材料が飽和することもなく、且つロッド1
2についての磁束を確立するのに過大な磁気エネルギー
を必要とすることもない様な断面積でなければならない
。
れるとしても、磁化コイル11及び磁気バイアスから提
供される磁束の大半がロッド12を通る様にロッド12
を磁気回路内に納めることが好ましい、この目的のため
に、ハウジングlOは、連続的低抵抗磁束復帰経路を提
供する高透磁率材料から成る。ハウジングの提供する磁
束復帰経路は永久磁石19又はロッド12より高い透磁
率を持たなければならないが、磁束復帰経路の断面積は
、使用された材料が飽和することもなく、且つロッド1
2についての磁束を確立するのに過大な磁気エネルギー
を必要とすることもない様な断面積でなければならない
。
使用の際には、制御信号がコイル11に加えられた時、
磁界が生成され、磁束がロッド12に流入する。これに
よりロッド12は、永久磁石の提供するバイアス点を中
心として収縮又は膨張して、その長さが変化する。勿論
、ロッド12の長さが変化すると、作動部材17の端部
の位置も変化する。そこで、該アクチェエータを使って
変位により他の装置又は機構を動かすことが出来る。
磁界が生成され、磁束がロッド12に流入する。これに
よりロッド12は、永久磁石の提供するバイアス点を中
心として収縮又は膨張して、その長さが変化する。勿論
、ロッド12の長さが変化すると、作動部材17の端部
の位置も変化する。そこで、該アクチェエータを使って
変位により他の装置又は機構を動かすことが出来る。
前述の2種類の組成のいずれかを持った典型的磁歪ロッ
ドは、該材料に加えられた適切な最適のプレストレスに
応じて1000ないし2000ppmの間の歪みを生じ
させることが出来、約100MPaの圧力の外部荷重で
作動することが出来る。普通は、これは、約142mm
の長さのロッドについては約0.12mmの長さの変化
を生じさせ、この長さの変化は1.00MPaに及ぶ高
圧下でも生じる0作動させられるべき機構の装置の充分
な変位を確保するために、アクチュエータの出力をレバ
ーやギヤ等の機械的増幅システムによって増幅すること
が出来る。
ドは、該材料に加えられた適切な最適のプレストレスに
応じて1000ないし2000ppmの間の歪みを生じ
させることが出来、約100MPaの圧力の外部荷重で
作動することが出来る。普通は、これは、約142mm
の長さのロッドについては約0.12mmの長さの変化
を生じさせ、この長さの変化は1.00MPaに及ぶ高
圧下でも生じる0作動させられるべき機構の装置の充分
な変位を確保するために、アクチュエータの出力をレバ
ーやギヤ等の機械的増幅システムによって増幅すること
が出来る。
第6図の適応制御システムを第9図の磁歪アクチュエー
タと組み合わせて油圧バルブの制御に使用することが出
来る。
タと組み合わせて油圧バルブの制御に使用することが出
来る。
ソレノイドにより引き込まれるバルブは制御が出来ない
という欠点を持っており(即ち、該バルブは開放状態又
は閉塞状態のいずれかである)、該バルブを作動させる
のに要する動力が大きいほど、その運動の制御がますま
す困難になる。ソレノイドを電動モーターと置換すれば
制御が可能となるが、その場合には作動速度が犠牲とな
る。
という欠点を持っており(即ち、該バルブは開放状態又
は閉塞状態のいずれかである)、該バルブを作動させる
のに要する動力が大きいほど、その運動の制御がますま
す困難になる。ソレノイドを電動モーターと置換すれば
制御が可能となるが、その場合には作動速度が犠牲とな
る。
本発明の適応制御システムにより制御される磁歪アクチ
ュエータを使ってバルブを作動させれば、高速と、動作
の制御とを達成することが出来る。その場合、該バルブ
は、要求に応じて所定の流量を提供することが出来、モ
ーター駆動式バルブとは異なって、フェイルセーフであ
る。
ュエータを使ってバルブを作動させれば、高速と、動作
の制御とを達成することが出来る。その場合、該バルブ
は、要求に応じて所定の流量を提供することが出来、モ
ーター駆動式バルブとは異なって、フェイルセーフであ
る。
第11図において、第9図を参照して説明した種類の磁
歪アクチュエータ21の作動部材20は機械的変位増幅
レバーシステム23を介して5ボート−2位置・リバー
シングバルブ装置22に結合されている。バルブ装置2
2は普通の設計のものであり、従ってここで詳しく説明
することは不要であると思われるが、このバルブは、各
端部に設けられたリターンスプリング26に抗して弁体
25内で軸方向に変位して入りロボート及び出口ボート
27−31の間の液体の流れを制御するスプール24を
有する。
歪アクチュエータ21の作動部材20は機械的変位増幅
レバーシステム23を介して5ボート−2位置・リバー
シングバルブ装置22に結合されている。バルブ装置2
2は普通の設計のものであり、従ってここで詳しく説明
することは不要であると思われるが、このバルブは、各
端部に設けられたリターンスプリング26に抗して弁体
25内で軸方向に変位して入りロボート及び出口ボート
27−31の間の液体の流れを制御するスプール24を
有する。
該バルブの作動状態に関する情報を得る手段が設けられ
ている。この情報は、スプール位置、該バルブを横断す
る差圧及び/又はユーザーの要求(即ち設定点入力)を
含む、この情報は、アクチュエータ21への適切な入力
制御信号を生成して作動部材20を正しい方向へ所要量
だけ移動させて所要の作動状態を達成するために、第6
図の適応制御システムにより使われる。
ている。この情報は、スプール位置、該バルブを横断す
る差圧及び/又はユーザーの要求(即ち設定点入力)を
含む、この情報は、アクチュエータ21への適切な入力
制御信号を生成して作動部材20を正しい方向へ所要量
だけ移動させて所要の作動状態を達成するために、第6
図の適応制御システムにより使われる。
作動部材20の端部が動く実際の距離は小さく、0.1
2mmの程度であるので、バルブスプール24と作動部
材20との間に増幅システム23が設けられている。こ
れは約70=1の割合で運動を増幅するので、スプール
24の最大変位は8mmとなる。1mS或はそれより短
い応答時間を達成することが出来、約8kgの最小力が
スプールリターンスプリング26に作用する。
2mmの程度であるので、バルブスプール24と作動部
材20との間に増幅システム23が設けられている。こ
れは約70=1の割合で運動を増幅するので、スプール
24の最大変位は8mmとなる。1mS或はそれより短
い応答時間を達成することが出来、約8kgの最小力が
スプールリターンスプリング26に作用する。
ここで第12図を参照する。差圧センサー32、スプー
ル位置センサー33及び設定点トランスデユーサ34か
らの信号が本発明の適応制御システム35に入力される
。制御システム35は。
ル位置センサー33及び設定点トランスデユーサ34か
らの信号が本発明の適応制御システム35に入力される
。制御システム35は。
作動部材20の与えられた変位を得、それによりバルブ
装置22内に設けられたバルブスプールの与えられた変
位を得るために磁歪アクチュエータ21の磁化コイルの
ための入力制御信号を生成する。
装置22内に設けられたバルブスプールの与えられた変
位を得るために磁歪アクチュエータ21の磁化コイルの
ための入力制御信号を生成する。
第6図の適応制御システム及び磁歪アクチュエータの別
の用途例について、第13図に示されている防振テーブ
ルを参照する。該テーブルは平らな水平部材36から成
り、この部材は、テーブルの上面を形成すると共に、そ
の各隅が、直進型ベアリング38に取り付けられた案内
脚37により支えられている。該テーブルの中央底面に
磁歪アクチュエータが配置されている。該アクチュエー
タは、lin歪ロッド40と磁化コイル(図示せず)と
を内蔵したハウジング29から成る。該ハウジングは床
41上にあり、ロッド40は該テーブルの中央部分を支
えている。勿論、唯一のアクチュエータを第13図に示
したが、1個では防振テーブルにかかる作業荷重を支え
るのに不十分であるならば、もっと多数のアクチュエー
タを設けることも出来る。
の用途例について、第13図に示されている防振テーブ
ルを参照する。該テーブルは平らな水平部材36から成
り、この部材は、テーブルの上面を形成すると共に、そ
の各隅が、直進型ベアリング38に取り付けられた案内
脚37により支えられている。該テーブルの中央底面に
磁歪アクチュエータが配置されている。該アクチュエー
タは、lin歪ロッド40と磁化コイル(図示せず)と
を内蔵したハウジング29から成る。該ハウジングは床
41上にあり、ロッド40は該テーブルの中央部分を支
えている。勿論、唯一のアクチュエータを第13図に示
したが、1個では防振テーブルにかかる作業荷重を支え
るのに不十分であるならば、もっと多数のアクチュエー
タを設けることも出来る。
振動センサー(図示せず)が該テーブルの案内脚又は床
に設けられ、それらのセンサーの各々の出力が本発明の
適応制御システム(図示せず)に入力される。該制御シ
ステムは、磁歪アクチュエータの磁化コイルに加えられ
てロッド40を床に対して反対方向に同量だけ移動させ
る制御信号を生成する。換言すると、例えば、床が0.
1mmの振幅で10Hzの周波数で振動すると、磁歪ロ
ッドは同じ周波数及び振幅で、けれども入ってくる信号
とは逆の位相で、上下に振動して、テーブル上面を静止
させる。
に設けられ、それらのセンサーの各々の出力が本発明の
適応制御システム(図示せず)に入力される。該制御シ
ステムは、磁歪アクチュエータの磁化コイルに加えられ
てロッド40を床に対して反対方向に同量だけ移動させ
る制御信号を生成する。換言すると、例えば、床が0.
1mmの振幅で10Hzの周波数で振動すると、磁歪ロ
ッドは同じ周波数及び振幅で、けれども入ってくる信号
とは逆の位相で、上下に振動して、テーブル上面を静止
させる。
以上から明らかに、テーブル上面36は床に対して上下
に動くことが出来るが(案内脚は直進型ベアリング38
に滑動可能に支持されている)、それは実際には空間内
で一定の位置を維持し、従って不動である。床の如何な
る運動も、テーブル上面を支持するアクチュエータ装置
によって補償される。
に動くことが出来るが(案内脚は直進型ベアリング38
に滑動可能に支持されている)、それは実際には空間内
で一定の位置を維持し、従って不動である。床の如何な
る運動も、テーブル上面を支持するアクチュエータ装置
によって補償される。
本書に記載した防振技術は、曳航式ソナー・アレイにお
ける振動制御の問題にも適用することが出来る。しかし
、典型的引き綱に生じる使用荷重は単一の磁歪アクチュ
エータでは不十分である程の大きさであることが分かっ
ている。この問題に対する解決策は、複数のアクチュエ
ータを並列させて、それを1個の適応制御システムから
並列に作動させることである。
ける振動制御の問題にも適用することが出来る。しかし
、典型的引き綱に生じる使用荷重は単一の磁歪アクチュ
エータでは不十分である程の大きさであることが分かっ
ている。この問題に対する解決策は、複数のアクチュエ
ータを並列させて、それを1個の適応制御システムから
並列に作動させることである。
第1図及び第2図は、それぞれ、正及び負の帰還制御シ
ステムについての典型的システムエラー軌跡を示す。 第3図は、本発明の可変構造コントローラの生成する転
換制御信号を示す。 第4図は、第3図の転換制御信号について得られるエラ
ー軌跡を示す。 第5図は、ステップ入力についての本発明の適応制御シ
ステムの出力を示す。 第6図は、本発明の適応制御システムのブロック図を示
す。 第7図は、色々なレベルのプレストレス下で作動する組
成 Too2yDYo73Fepq−1,s につ
いて歪みと磁界強度との関係を示すグラフである。 第8図は、色々なレベルのプレストレス下で作動する組
成 Th03Dy07Fe1・9−195ニツイテ歪ミ
と磁界強度との関係を示すグラフである。 第9図は、磁歪アクチュエータの縦断面図である。 第1O図は、磁気バイアスが第9図の磁歪アクチュエー
タに加えられた時の歪みと磁界強度との関係を示すグラ
フである。 第11図は、本発明の適応制御システムにより制御され
る磁歪アクチュエータにより作動させられる5ポート−
2位置油圧リバーシングバルブの略図である。 第12図は、第11図のアクチュエータ作動バルブの制
御システムを示すブロック図である。 第13図は、本発明の適応制御システムにより作動させ
られる磁歪アクチュエータを含む防振テーブルの略断面
図である。 図面の浄書に内容に変更なしン Ft’g、 7゜ 轟ツステムエラーの変化羊 Fig、2゜ システムエラーの変イし率 Ft’g、3゜ Fig、5゜ Ft’g、6 Ft’g、9゜ Ft’g、 70゜ 歪か
ステムについての典型的システムエラー軌跡を示す。 第3図は、本発明の可変構造コントローラの生成する転
換制御信号を示す。 第4図は、第3図の転換制御信号について得られるエラ
ー軌跡を示す。 第5図は、ステップ入力についての本発明の適応制御シ
ステムの出力を示す。 第6図は、本発明の適応制御システムのブロック図を示
す。 第7図は、色々なレベルのプレストレス下で作動する組
成 Too2yDYo73Fepq−1,s につ
いて歪みと磁界強度との関係を示すグラフである。 第8図は、色々なレベルのプレストレス下で作動する組
成 Th03Dy07Fe1・9−195ニツイテ歪ミ
と磁界強度との関係を示すグラフである。 第9図は、磁歪アクチュエータの縦断面図である。 第1O図は、磁気バイアスが第9図の磁歪アクチュエー
タに加えられた時の歪みと磁界強度との関係を示すグラ
フである。 第11図は、本発明の適応制御システムにより制御され
る磁歪アクチュエータにより作動させられる5ポート−
2位置油圧リバーシングバルブの略図である。 第12図は、第11図のアクチュエータ作動バルブの制
御システムを示すブロック図である。 第13図は、本発明の適応制御システムにより作動させ
られる磁歪アクチュエータを含む防振テーブルの略断面
図である。 図面の浄書に内容に変更なしン Ft’g、 7゜ 轟ツステムエラーの変化羊 Fig、2゜ システムエラーの変イし率 Ft’g、3゜ Fig、5゜ Ft’g、6 Ft’g、9゜ Ft’g、 70゜ 歪か
Claims (7)
- (1) 外部で生成された要求信号に応じてプロセスを
制御する適応制御システムであって、外部の影響に対す
る該プロセス(1)の応答のモデルを提供する推定手段
(2)と、 該応答モデルを格納されているモデルと比較して、前記
比較の結果として、二つの転換されるフィルター(5、
6)の一方を介して該プロセスに適用される正及び負の
帰還制御信号を生成する制御設計手段(4)と、 前記フィルター間の前記転換は、該要求信号に応じて可
変構造コントローラ(8)により行なわれることとを含
むことを特徴とする適応制御システム。 - (2) 磁歪材料(12)のロッドと、該ロッド(12
)と同軸の磁化コイルとを含むプロセス(1)と組み合
わされ、該制御信号は前記アクチュエータの磁化コイル
(11)に加えられて、該ロッド(12)の対応する運
動を生じさせることを特徴とする請求項1に記載の適応
制御システム。 - (3) 該プロセス(1)は、該制御信号に応じて該ロ
ッド(12)の運動によりその動作が制御されるバルブ
(22)を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の
適応制御システム。 - (4) 該ロッド(12)の運動は機械的増幅装置(2
3)により増幅されることを特徴とする請求項2又は3
に記載の適応制御システム。 - (5) 該プロセス(1)は、防振テーブルと、これに
伝わった有害な振動の測定値を取って該測定値を該適応
制御システムに送る手段とを更に含んでおり、該テーブ
ルの脚(37)はベアリング(38)に支持されてその
中で自由に動くことが出来、テーブル上面(36)はロ
ッド(12)に支持され、該ロッドは、該制御信号に応
答して、前記の伝わった振動と逆位相で動くので、該テ
ーブル上面(36)は空間内で不動に保たれることを特
徴とする請求項2に記載の適応制御システム。 - (6) 該磁歪材料は Tb_0_._3Dy_0_._7 Fe_1_._9
_−_1_._9_5の組成を有することを特徴とする
請求項2ないし5のいずれかに記載の適応制御システム
。 - (7) 該磁歪材料は Tb_0_._2_7Dy_0_._7_3Fe_1_
._9_−_1_._9_5の組成を有することを特徴
とする請求項2ないし5のいずれかに記載の適応制御シ
ステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8909483.3 | 1989-04-26 | ||
| GB898909483A GB8909483D0 (en) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Magnetostrictive actuator devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02297604A true JPH02297604A (ja) | 1990-12-10 |
Family
ID=10655724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1272745A Pending JPH02297604A (ja) | 1989-04-26 | 1989-10-19 | 適応制御システム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0394582B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02297604A (ja) |
| CA (1) | CA2005660C (ja) |
| DE (1) | DE68925200T2 (ja) |
| GB (1) | GB8909483D0 (ja) |
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1989
- 1989-04-26 GB GB898909483A patent/GB8909483D0/en active Pending
- 1989-10-09 DE DE68925200T patent/DE68925200T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-09 EP EP89310286A patent/EP0394582B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-19 JP JP1272745A patent/JPH02297604A/ja active Pending
- 1989-12-15 CA CA002005660A patent/CA2005660C/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| EP0394582A2 (en) | 1990-10-31 |
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| GB8909483D0 (en) | 1989-06-14 |
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