JPH0419401B2 - - Google Patents

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JPH0419401B2
JPH0419401B2 JP528086A JP528086A JPH0419401B2 JP H0419401 B2 JPH0419401 B2 JP H0419401B2 JP 528086 A JP528086 A JP 528086A JP 528086 A JP528086 A JP 528086A JP H0419401 B2 JPH0419401 B2 JP H0419401B2
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JP
Japan
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signal
actuator
difference
value
digital valve
Prior art date
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Expired
Application number
JP528086A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS62266202A (en
Inventor
Takahiko Takeuchi
Masao Ooba
Kioshi Hayashi
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
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Publication of JPS62266202A publication Critical patent/JPS62266202A/en
Publication of JPH0419401B2 publication Critical patent/JPH0419401B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、アクチユエータをデイジタル弁にて
駆動し、該アクチユエータの動作をフイードバツ
ク制御方式により制御するようにしたデイジタル
弁クローズドループ制御装置に関する。 (従来例) 従来のクローズドループ制御装置は、第6図に
示すようなものがある。 同図において、1は演算手段であり、制御すべ
きアクチユエータの動作を指示するための入力指
示信号Sの値と後述のフイードバツク信号Fの値
との差を検出し、その差に相当する差信号Vを出
力する。 2は一定の増幅率Aを有するサーボ増幅器であ
り、差信号VをA倍してなる駆動信号AVを出力
する。 3は電気・油圧式のサーボ弁、4は流体圧力
源、5はアクチユエータであり、サーボ弁3は駆
動信号Avに応じて内部のトルクモータが作動し、
ノズルとフラツパーの組み合せ機構を使つて液圧
の信号に変換し、その液圧信号でスプールを移動
して流体圧力源4からアクチユエータ5に供給す
る作動液圧を調節する。 6はアクチユエータ5の動作量を検出するセン
サであり、検出結果をフイードバツク信号Fとし
て演算手段1に供給する。 このようなフイードバツク制御方式は、入力指
示信号Sとフイードバツク信号Fとして電気的ア
ナログ信号を用い、これらの差信号Vをサーボ増
幅器2にてアナログ的に増幅してサーボ弁3のト
ルクモータに供給したり、又は、入力指示信号S
やフイードバツク信号F、差信号Vをデイジタル
信号で処理し、不図示のD/A変換器(digital
−analog converter)等によりアナログ信号に
変換してサーボ弁3のトルクモータに供給してい
る。 そして、アクチユエータ5に対し所定の作動を
行なわせるために供給した入力指示信号Sとアク
チユエータ5の実際の動作量を示すフイードバツ
ク信号Fとの差、すなわち差信号Vの値を零にす
るように制御が行なわれ、入力指示信号Sで指示
した動作をアクチユエータ5に行なわせる。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来のサーボ弁を用
いたクローズドループ制御装置にあつては、サー
ボ弁内のフラツパやスプール等の作動は微小な埃
塵によつてもステイツク等が発生するため保守管
理が煩雑で、しかもサーボ弁は装置が大きく高価
となる等の欠点があつた。 尚、上記第6図のサーボ弁に代えてゴミ等に強
く、特別な作動液の管理をする必要がなく且つコ
ストの安いデイジタル弁を使用することでこの問
題を改善しようとするものがあつたが、このよう
なデイジタル弁を使用するクローズドループ制御
装置にあつては、デイジタル弁の応答特性はパル
スモータの最高応答パルス周波数Fmaxで規定さ
れるため応答性が比較的悪く、第4図のサーボ増
幅器2の増幅率を高くするとアクチユエータ出力
の発振等を生じ、該増幅器2の増幅率を下げると
入力信号Sとアクチユエータ5の出力との差すな
わち定常偏差が大きくなり充分な性能を得ること
が出来なかつた。 即ち、この種類のデイジタル弁を使用したフイ
ードバツク制御の手法によれば、第6図における
演算手段1からの差信号Vを一定の増幅率を有す
るいわゆる線形増幅器であるサーボ増幅器2で増
幅しその指示値にしたがつてデイジタル弁を開閉
している。しかし、アクチユエータ5の出力Fと
入力指示値Sの定常偏差を少なくして更に出力の
応答時間の向上を図ろうとするためにこの増幅率
を上げ過ぎると、第7図に示すように、例えばス
テツプ状の入力指示信号Sに対し、デイジタル弁
の可変絞りの開度θとアクチユエータの動作ηが
不安定となり、いわゆるオーバーシユート及びア
ンダーシユートが大きくなつて、整定状態すなわ
ち入力指示信号Sで示した目標値H以上の出力を
発生して機器に悪影響を及ぼしたり、該目標値に
落ち着くのに時間を要したり、更に最悪の場合は
発振状態となる問題があつた。 一方、増幅率を下げることにより動作を安定さ
せオーバーシユート等をなくすようにした場合に
おいては、アクチユエータ5の出力Fと入力指示
値Sとの誤差すなわち定常偏差δが大きくなり満
足な性能を得ることが出来ないためフイードバツ
ク制御による充分な効果を得る事ができない問題
があつた。 (問題を解決するための手段) 本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたもに
であり、デイジタル弁にてアクチユエータを駆動
制御するものとし、該アクチユエータの動作量を
検出しフイードバツク信号を発生するセンサと、
該アクチユエータの動作を指示する入力指示信号
と該フイードバツク信号との差を検出して差信号
を発生する演算手段とを具備するデイジタル弁ク
ローズドループ制御装置である。 ここで、デイジタル弁の応答性能は該デイジタ
ル弁を駆動するパルスモーターの最高応答周波数
によつて規定される特徴を有し、大振幅時の応答
時間は遅いが小振幅時の応答時間は極めて速く、
例えば、パルスモーターの応答周波数が最大で
4000ppsとすれば200パルス分開閉するときは
50mSを必要とするが、10パルス分の開閉には
2.5mS、1パルス分には250μSとなり、開閉量に
よつて応答速度が極めて大きく変化する。 こうした特徴に着目した本発明は、上記のデイ
ジタル弁クローズドループ制御装置において更
に、上記差信号を対数特性や1/N乗特性等を有
する圧縮信号に変換する圧縮信号変換手段を備え
ると共に、上記演算手段からの差信号と該圧縮信
号変換手段からの圧縮信号とに基づき開度制御信
号を出力する開度信号発生手段と、該開度信号発
生手段からの開度制御信号に基づいてデイジタル
弁内のパルスモータを駆動し弁開度を指示するパ
ルスモータ駆動手段とを具備したことを技術的要
点とする。 即ち、前記圧縮信号変換手段は、前記差信号の
値が大きい場合にはこのクローズドループ装置の
動作の安定化を図るべく圧縮率の大きな圧縮信号
を発生し、該差信号が小さい場合には圧縮率の小
さな圧縮信号を発生することで制御系全体の応答
性を向上させるようにして定常偏差の少ないクロ
ーズドループ制御系を実現しようと作用するもの
であり、一方、上記演算手段から出力される差信
号を積分し、その積分値に対応するようパルスモ
ータを開閉する制御をおこなうと、応答速度は低
下するが定常偏差の向上が得られる。これら2者
の長所を利用すべく、上記演算手段から出力され
る差信号と圧縮信号変換手段からの圧縮信号とに
基づき安定性と応答性とを満足する開度制御信号
を上記開度信号発生手段より発生するようにした
ことを特徴とする。 (実施例) 第1図は本発明によるデイジタル弁クローズド
ループ制御装置の一実施例を示すブロツク図であ
る。 まず構成を説明すると、10は演算手段であ
り、アクチユエータに所定動作を指示するため外
部から供給された入力指示信号Sと後述するフイ
ードバツク信号Fとの差を検出しそれを差信号V
として出力する。 11は圧縮信号変換手段であり、差信号Vを増
幅して圧縮信号Wを出力する。 ここで、圧縮信号変換手段11の入出力特性を
差信号V=S−Fに対する圧縮信号Wで示せば、
次式(1),(2)または(3)のように差信号Vが大きいほ
ど圧縮率が大きく、差信号Vが小さいほど圧縮率
が小さくなるように設定されている。 W=K・|V|1/n=K・|S−F|1/n ……(1) W=K・S・(|S=F|/S)1/n ……(2) W=L・loga{|S−F|/S} ……(3) ただし、上記式(1),(2)において、定数S−F≧
OならばKは正の係数、S−F<OならばKは負
の係数、nは実定数であり、上記式(3)において、
Lは負の係数、aは実定数であり、これらの係数
を適宜に変更することにより特性を設定する事が
できる。 そしてこの特性を実現するために、圧縮信号変
換手段11はマイクロコンピユータ等の演算機能
を有する装置を備えて上記式(1)ないし(3)のいずれ
かの式に基づいて演算を行つたり、又は、上記式
(1)ないし(3)のいずれかの式に基づく演算を行つた
のと同様の結果を得るために、予め上記の一つの
式の演算結果に等しいデータを記憶するROM
(read only memory)を備え、差信号Vの大き
さに応じて該ROMの記憶アドレスを指定して該
データを得るようにする。 尚、マイクロコンピユータやROM等のデイジ
タル信号を扱うものにおいては、差信号VをA/
D変換器等でデイジタル信号に変換し、圧縮信号
Wもデイジタル信号である。 第2図は積分手段12の具体的構成を示し、周
波数変換器12aとアツプダウンカウンタ12b
を備えている。 周波数変換器12aは差信号Vの正負極性を判
別すると共に、差信号の絶対値の大きさ|V|に
応じた周波数の周波数信号を発生し、差信号Vが
正の値ならば周波数信号fw、負ならば周波数信
号fcwとして出力する。即ち、差信号Vの値が+
φならば、単位時間当たりφパルスの周波数信号
fwを発生し、差信号Vの値が−φならば単位時
間当たりφパルスの周波数信号fcwを発生する。
尚、この周波数信号fw,fcwの最大周波数は、後
述するデイジタル弁17に内蔵されたパルスモー
タPMの最大応答速度に等しいか又はそれ以下に
設定されている。 アツプダウンカウンタ12bは、周波数変換器
12aからのパルス列fw、fcwを計数し、パルス
列fwが供給されるとアツプカウントを、パルス
列fcwが供給されるとダウンカウントを行い、計
数結果を積分値信号Rとして出力する。 13は開度信号発生手段であり、積分値信号R
と圧縮信号Wを加算演算し、その加算結果に基づ
いて開度制御信号SVを発生する。即ち次式(4)に
従つた演算を実行する。 SV=K・(W+R) ……(4) 尚、kは適宜に設定する計数値である。 14はパルスモータ駆動手段で3あり、励磁信
号発生回路15と駆動回路16とを備え、デイジ
タル弁17のパルスモータPMの動作を制御して
可変絞り18の開度を調節する。 励磁信号発生回路15は開度制御信号SVの大
小を判定を行い、現在のパルスモータ位置すなわ
ちバルブ開度が指示値より大きい場合は閉じる方
向に、その反対なら開ける方向に正逆転させるべ
く励磁信号φ1〜φ4を出力する。 第3図は励磁信号発生回路15の構成を示すブ
ロツク図であり、比較器15a,判別器15b、
発振器15c、位置カウンタ15d、パルスモー
タ励磁相変換回路15eを備え、比較器15aに
圧縮信号wを入力し、パルスモータ励磁相変換回
路15eからはパルスモータの各励磁コイルを制
御する励磁信号φ1〜φ4が発生するようになつ
ている。 尚、詳細は先に本願発明者が出願した「昭和58
年特許願第207207号」に記載しているが、ここで
概要を説明すると、発振器15cはパルス列から
なる基準クロツク信号CLを発生し、パルスモー
タPMを最大応答速度で駆動することのできる周
波数に等しく設定されている。 比較器15aは、加減算カウンタを用いた位置
カウンタ15dから供給されたパルスモータPM
の現在位置信号Aと開度制御信号SVとの大小を
検出し、現在位置信号Aが開度制御信号SVより
大きいとき即ちA>SVの時は出力Q1を発生し、
現在位置信号Aが開度制御信号SVより小さいと
き即ちA<SVの時は出力Q2を発生する。 判別回路15bは出力Q1,Q2に基づいて位
置カウンタ15dの加減算動作を指定する。 出力Q1が入力された場合には、位置カウンタ
15dに対し発振器15cよりの基準クロツク信
号CLを減算パルスDOWNとして供給し、位置カ
ウンタ15dはA=SVとなるまで計数動作し、
この減算結果|A−SV|個のパルスからなる差
修正信号cwをパルスモータ励磁相変換回路15
eに出力する。パルスモータ励磁相変換回路15
eは差修正信号cwを4相パルスモータのときは
φ1〜φ4の励磁信号に変換し、駆動回路16を
介して、デイジタル弁17の可変絞り18を閉じ
る方向にパルスモータを回転駆動する。 一方、出力Q2が入力された場合には、位置カ
ウンタ15dに対し発振器15cよりの基準クロ
ツク信号CLを加算パルスUPとして供給し、位置
カウンタ15dはA=SVとなるまで計数動作し、
この加算結果|SV−A|個のパルスからなる差
修正信号ccwをパルスモータ励磁相変換回路15
eに出力する。パルスモータ励磁相変換回路15
eは4相パルスモータの時は差修正信号ccwをφ
1〜φ4の励磁信号に変換し、駆動回路16を介
して、デイジタル弁17の可変絞り18の開度を
増加する方向にパルスモータPMを回転駆動す
る。 更に、判別回路15bは比較器15aからの信
号Q1,Q2が供給されないとき、即ち現在位置
信号Aと開度制御信号SVが等しい場合、発振器
15cの基準パルスCLを位置カウンタ15dに
供給するのを停止する。 したがつて、位置カウンタ15dは加減算動作
せず、パルスモータ励磁相変換回路15eへの励
磁信号cw,ccwの供給が行なわれず、パルスモ
ータPMは駆動されない。 尚、第1図において、駆動回路14は駆動信号
φ1〜φ4を電流増幅してパルスモータの各励磁
コイルに供給する。 この様に、パルスモータPMは、現在位置信号
Aと開度制御信号SVとの差だけ駆動するように
制御されるので、常に開度制御信号SVによつて
指示される開度位置に追従する。 19は流体圧力源、20はアクチユエータであ
り、可変絞り18の開度に応じた作動流圧が流体
圧力源19からアクチユエータ20に供給され、
駆動される。 21はアクチユエータ20の動作量を検出し、
該検出値をフイードバツク信号Fとして演算手段
10に供給する。 かかる構成のデイジタル弁クローズドループ制
御装置の作動を説明する。 演算手段10において、入力指示信号Sと実際
のアクチユエータ20の動作量を示すセンサ21
からのフイードバツク信号Fとの差が検出され、
その差信号Vは圧縮信号変換手段11により上記
式第(1)、(2)または(3)のいずれかの式、例えば第(1)
式に基づいて処理され、圧縮信号wとなつて出力
される。 一方、差信号Vは別途積分手段12により処理
され、積分値信号Rが出力される。 開度信号発生手段13では、積分値信号Rと圧
縮信号wを上記式(4)に基づいて加算演算し、開度
制御信号SVを発生する。 開度制御信号SVは励磁信号発生回路15によ
り、パルスモータPMの現在位置と比較され、パ
ルスモータPMを現在位置と開度制御信号SVと
の差だけ駆動する為の励磁信号φ1〜φ4が駆動
回路14で電流増幅されてパルスモータPMに供
給され、パルスモータPMを開度制御信号SVに
等しく追従させる。 パルスモータPMは励磁信号φ1〜φ4にした
がつて正転または逆転して可変絞り18の開度を
調節し、流体圧力源19からアクチユエータ20
へ供給する作動液圧を調整する。 第4図はこのフイードバツク制御によつて、入
力指示信号Sに対するアクチユエータ20の定常
偏差及び応答性が向上したことを示す。 ここで、第4図はこの実施例の特性を示し、第
7図と比較すると、第7図は圧縮信号変換手段1
1及び開度信号発生手段13を用いず一定の増幅
率を有するサーボ増幅器を用いて演算手段1から
の差信号Vを増幅し、パルスモータPMの動作を
制御する従来のフイードバツク制御手段による特
性を示しているが、該増幅器の増幅率Gを2000、
入力指示信号Sを0.4m/secとし、該入力指示信
号Sをステツプ状に供給してた場合である。 第7図では、入力指示信号Sに対するデイジタ
ル弁17の可変絞り18の開度θには、大きなオ
ーバーシユートとアンダーシユートが発生し、一
定値に安定するのに長時間を必要としている。
又、この開度θの不安定に伴ないアクチユエータ
20の動作η不安定で安定するまでに長時間を必
要とし、しかも、アクチユエータ20が安定した
状態(整定状態)の値と入力指示信号Sで指示さ
れた目標値Hとの差δが極めて大きい。 したがつて、アクチユエータ20に速く目的の
動作を行なわせることができず制御性能が悪いと
言える。 これに対し、第4図は第7図と同一条件のデイ
ジタル弁17、流体圧力源19、アクチユエータ
20等を使用し、上記式(2)を適応した圧縮信号変
換手段11及び開度信号発生手段13を使用して
いる。尚、上記式(2)において、n=8、K=400、
入力指示信号Sを0.4m/secとし、最低の増幅率
でも400となるように設定してあり、この時の圧
縮信号変換手段11の増幅率G*=W/Vは一例
を示せば次表のように差信号に対し変化する。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a digital valve closed loop control device in which an actuator is driven by a digital valve and the operation of the actuator is controlled by a feedback control method. (Conventional Example) A conventional closed loop control device is shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a calculation means, which detects a difference between the value of an input instruction signal S for instructing the operation of the actuator to be controlled and the value of a feedback signal F, which will be described later, and generates a difference signal corresponding to the difference. Outputs V. A servo amplifier 2 has a constant amplification factor A, and outputs a drive signal AV obtained by multiplying the difference signal V by A. 3 is an electric/hydraulic servo valve, 4 is a fluid pressure source, and 5 is an actuator. The servo valve 3 has an internal torque motor that operates in response to a drive signal Av.
A combination mechanism of a nozzle and a flapper is used to convert it into a hydraulic pressure signal, and the hydraulic pressure signal is used to move the spool to adjust the hydraulic pressure supplied from the fluid pressure source 4 to the actuator 5. A sensor 6 detects the amount of operation of the actuator 5, and supplies the detection result to the calculation means 1 as a feedback signal F. Such a feedback control method uses electrical analog signals as the input instruction signal S and the feedback signal F, and amplifies the difference signal V between them in an analog manner with a servo amplifier 2 and supplies it to the torque motor of the servo valve 3. or input instruction signal S
, the feedback signal F, and the difference signal V are processed using digital signals, and a D/A converter (not shown) is used.
-analog converter) etc., the signal is converted into an analog signal and supplied to the torque motor of the servo valve 3. Then, the control is performed so that the difference between the input instruction signal S supplied to the actuator 5 to perform a predetermined operation and the feedback signal F indicating the actual amount of operation of the actuator 5, that is, the value of the difference signal V, is made zero. is performed, causing the actuator 5 to perform the operation instructed by the input instruction signal S. (Problem to be Solved by the Invention) However, in a closed loop control device using such a conventional servo valve, the flapper, spool, etc. inside the servo valve cannot be operated even by minute dust particles. Maintenance and management are complicated due to the occurrence of stagnation, and servo valves have drawbacks such as being large and expensive. Incidentally, there has been an attempt to improve this problem by using a digital valve that is resistant to dust, does not require special management of hydraulic fluid, and is inexpensive, instead of the servo valve shown in Fig. 6 above. However, in a closed-loop control device that uses such a digital valve, the response characteristic of the digital valve is determined by the maximum response pulse frequency Fmax of the pulse motor, so the response is relatively poor, and the servo control device shown in Figure 4 When the amplification factor of the amplifier 2 is increased, oscillations occur in the actuator output, and when the amplification factor of the amplifier 2 is decreased, the difference between the input signal S and the output of the actuator 5, that is, the steady-state deviation becomes large, making it impossible to obtain sufficient performance. Nakatsuta. That is, according to the feedback control method using this type of digital valve, the difference signal V from the calculation means 1 in FIG. The digital valve is opened and closed according to the value. However, if this amplification factor is increased too much in order to reduce the steady-state deviation between the output F of the actuator 5 and the input instruction value S and further improve the output response time, as shown in FIG. In response to the input instruction signal S, the opening degree θ of the variable throttle of the digital valve and the operation η of the actuator become unstable, and so-called overshoot and undershoot become large, resulting in a stable state, which is indicated by the input instruction signal S. There are problems in that the output exceeds the set target value H, which adversely affects the equipment, it takes time to settle down to the target value, and in the worst case, an oscillation state occurs. On the other hand, when the operation is stabilized and overshoot etc. are eliminated by lowering the amplification factor, the error between the output F of the actuator 5 and the input instruction value S, that is, the steady-state deviation δ increases, and satisfactory performance is obtained. Therefore, there was a problem in that the sufficient effect of feedback control could not be obtained. (Means for Solving the Problem) The present invention has been made in view of the above problems, and uses a digital valve to drive and control an actuator, detects the amount of movement of the actuator, and sends a feedback signal. The sensor that generates
The present invention is a digital valve closed loop control device comprising calculation means for detecting a difference between an input instruction signal instructing the operation of the actuator and the feedback signal to generate a difference signal. Here, the response performance of a digital valve has a characteristic determined by the highest response frequency of the pulse motor that drives the digital valve, and the response time at large amplitudes is slow, but the response time at small amplitudes is extremely fast. ,
For example, the maximum response frequency of a pulse motor is
If it is 4000pps, when opening and closing for 200 pulses,
50mS is required, but opening/closing for 10 pulses requires
2.5mS, 250μS for one pulse, and the response speed changes extremely depending on the amount of opening/closing. The present invention, which focuses on these characteristics, further includes a compression signal conversion means for converting the difference signal into a compression signal having logarithmic characteristics, 1/N power characteristics, etc. in the digital valve closed-loop control device, and an opening signal generating means for outputting an opening control signal based on the difference signal from the compression signal converting means and the compression signal from the compression signal converting means; The technical point is that the valve is provided with a pulse motor driving means for driving the pulse motor of the valve and instructing the valve opening degree. That is, the compressed signal converting means generates a compressed signal with a high compression rate in order to stabilize the operation of the closed loop device when the value of the difference signal is large, and generates a compressed signal with a high compression ratio when the difference signal is small. By generating a compression signal with a small ratio, the response of the entire control system is improved to realize a closed-loop control system with low steady-state deviation.On the other hand, the difference output from the calculation means is If the signal is integrated and the pulse motor is controlled to open and close in accordance with the integrated value, the steady-state deviation can be improved, although the response speed will be reduced. In order to utilize the advantages of these two, the opening control signal that satisfies stability and responsiveness is generated based on the difference signal output from the calculation means and the compression signal from the compression signal conversion means. It is characterized by being generated by means. (Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a digital valve closed loop control device according to the present invention. First, to explain the configuration, numeral 10 denotes a calculation means, which detects the difference between an input instruction signal S supplied from the outside to instruct the actuator to perform a predetermined operation and a feedback signal F, which will be described later, and converts it into a difference signal V.
Output as . 11 is a compressed signal converting means, which amplifies the difference signal V and outputs a compressed signal W. Here, if the input/output characteristics of the compressed signal converting means 11 are expressed by the compressed signal W for the difference signal V=SF, then
As shown in the following equations (1), (2), or (3), the compression ratio is set so that the larger the difference signal V is, the higher the compression ratio is, and the smaller the difference signal V is, the smaller the compression ratio is. W=K・|V| 1/n =K・|S−F| 1/n …(1) W=K・S・(|S=F|/S) 1/n …(2) W =L・log a {|S−F|/S} …(3) However, in the above formulas (1) and (2), the constant S−F≧
If O, K is a positive coefficient; if SF<O, K is a negative coefficient, n is a real constant, and in the above equation (3),
L is a negative coefficient and a is a real constant, and the characteristics can be set by appropriately changing these coefficients. In order to realize this characteristic, the compressed signal converting means 11 is equipped with a device having an arithmetic function such as a microcomputer, and performs an arithmetic operation based on any one of the above equations (1) to (3). Or the above formula
A ROM that stores in advance data equivalent to the calculation result of one of the above formulas in order to obtain the same result as the calculation based on any of the formulas (1) to (3).
(read only memory), and the storage address of the ROM is designated according to the magnitude of the difference signal V to obtain the data. In addition, in devices that handle digital signals such as microcomputers and ROM, the difference signal V is converted into A/
The compressed signal W is converted into a digital signal by a D converter or the like, and the compressed signal W is also a digital signal. FIG. 2 shows a specific configuration of the integrating means 12, which includes a frequency converter 12a and an up/down counter 12b.
It is equipped with The frequency converter 12a determines the positive or negative polarity of the difference signal V, and generates a frequency signal with a frequency according to the magnitude |V| of the absolute value of the difference signal, and if the difference signal V has a positive value, the frequency signal fw , if it is negative, it is output as a frequency signal fcw. That is, the value of the difference signal V is +
If φ, the frequency signal of φ pulses per unit time
If the value of the difference signal V is -φ, a frequency signal fcw of φ pulses per unit time is generated.
The maximum frequency of the frequency signals fw and fcw is set to be equal to or lower than the maximum response speed of a pulse motor PM built in the digital valve 17, which will be described later. The up-down counter 12b counts the pulse trains fw and fcw from the frequency converter 12a, performs an up count when the pulse train fw is supplied, performs a down count when the pulse train fcw is supplied, and sends the counting result to the integral value signal R. Output as . 13 is an opening signal generating means, which generates an integral value signal R.
and the compression signal W, and generate the opening control signal SV based on the addition result. That is, the calculation according to the following equation (4) is executed. SV=K・(W+R)...(4) Note that k is a count value set as appropriate. Reference numeral 14 denotes a pulse motor drive means 3, which includes an excitation signal generation circuit 15 and a drive circuit 16, and controls the operation of the pulse motor PM of the digital valve 17 to adjust the opening degree of the variable diaphragm 18. The excitation signal generation circuit 15 determines the magnitude of the opening control signal SV, and generates an excitation signal to rotate the pulse motor in the closing direction if the current pulse motor position, that is, the valve opening is larger than the command value, and in the opening direction if the opposite is true. Outputs φ1 to φ4. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the excitation signal generation circuit 15, including a comparator 15a, a discriminator 15b,
It is equipped with an oscillator 15c, a position counter 15d, and a pulse motor excitation phase conversion circuit 15e. A compression signal w is input to the comparator 15a, and the pulse motor excitation phase conversion circuit 15e outputs excitation signals φ1 to 1 to control each excitation coil of the pulse motor. φ4 is now occurring. The details are in the ``1982'' application previously filed by the inventor of the present application.
However, to give an overview here, the oscillator 15c generates a reference clock signal CL consisting of a pulse train, and adjusts the frequency to drive the pulse motor PM at the maximum response speed. are set equal. The comparator 15a is connected to a pulse motor PM supplied from a position counter 15d using an addition/subtraction counter.
detects the magnitude of the current position signal A and the opening control signal SV, and when the current position signal A is larger than the opening control signal SV, that is, when A>SV, generates an output Q1,
When the current position signal A is smaller than the opening degree control signal SV, that is, when A<SV, an output Q2 is generated. The determination circuit 15b specifies the addition/subtraction operation of the position counter 15d based on the outputs Q1 and Q2. When the output Q1 is input, the reference clock signal CL from the oscillator 15c is supplied to the position counter 15d as a subtraction pulse DOWN, and the position counter 15d performs a counting operation until A=SV.
The difference correction signal cw consisting of the subtraction result |A-SV| pulses is sent to the pulse motor excitation phase conversion circuit 15.
Output to e. Pulse motor excitation phase conversion circuit 15
e converts the difference correction signal CW into an excitation signal of φ1 to φ4 in the case of a four-phase pulse motor, and drives the pulse motor to rotate in a direction to close the variable diaphragm 18 of the digital valve 17 via the drive circuit 16. On the other hand, when the output Q2 is input, the reference clock signal CL from the oscillator 15c is supplied to the position counter 15d as an addition pulse UP, and the position counter 15d performs a counting operation until A=SV.
The difference correction signal ccw consisting of the addition result |SV-A| pulses is sent to the pulse motor excitation phase conversion circuit 15.
Output to e. Pulse motor excitation phase conversion circuit 15
When e is a 4-phase pulse motor, the difference correction signal ccw is φ
The signal is converted into an excitation signal of 1 to φ4, and the pulse motor PM is rotationally driven in a direction to increase the opening degree of the variable throttle 18 of the digital valve 17 via the drive circuit 16. Furthermore, when the signals Q1 and Q2 from the comparator 15a are not supplied, that is, when the current position signal A and the opening degree control signal SV are equal, the discrimination circuit 15b stops supplying the reference pulse CL of the oscillator 15c to the position counter 15d. Stop. Therefore, the position counter 15d does not perform addition/subtraction operations, the excitation signals cw and cw are not supplied to the pulse motor excitation phase conversion circuit 15e, and the pulse motor PM is not driven. In FIG. 1, the drive circuit 14 amplifies the drive signals φ1 to φ4 and supplies them to each excitation coil of the pulse motor. In this way, the pulse motor PM is controlled to drive by the difference between the current position signal A and the opening control signal SV, so it always follows the opening position instructed by the opening control signal SV. . 19 is a fluid pressure source, 20 is an actuator, and working fluid pressure according to the opening degree of the variable throttle 18 is supplied from the fluid pressure source 19 to the actuator 20;
Driven. 21 detects the amount of movement of the actuator 20;
The detected value is supplied to the calculation means 10 as a feedback signal F. The operation of the digital valve closed loop control device having such a configuration will be explained. In the calculation means 10, a sensor 21 indicating the input instruction signal S and the actual operation amount of the actuator 20 is provided.
The difference with the feedback signal F from is detected,
The difference signal V is converted by the compressed signal converting means 11 into any one of the above equations (1), (2), or (3), for example, the equation (1).
It is processed based on the formula and output as a compressed signal w. On the other hand, the difference signal V is separately processed by an integrating means 12, and an integral value signal R is output. The opening signal generating means 13 performs an addition operation on the integral value signal R and the compression signal w based on the above equation (4), and generates an opening control signal SV. The opening control signal SV is compared with the current position of the pulse motor PM by the excitation signal generation circuit 15, and excitation signals φ1 to φ4 are driven to drive the pulse motor PM by the difference between the current position and the opening control signal SV. The current is amplified by the circuit 14 and supplied to the pulse motor PM, causing the pulse motor PM to equally follow the opening control signal SV. The pulse motor PM adjusts the opening degree of the variable throttle 18 by rotating forward or reverse according to the excitation signals φ1 to φ4, and operates the actuator 20 from the fluid pressure source 19.
Adjust the hydraulic pressure supplied to the FIG. 4 shows that this feedback control improves the steady-state deviation and responsiveness of the actuator 20 to the input instruction signal S. Here, FIG. 4 shows the characteristics of this embodiment, and when compared with FIG. 7, FIG.
1 and the opening signal generating means 13 are not used, but the difference signal V from the calculation means 1 is amplified using a servo amplifier having a constant amplification factor to control the operation of the pulse motor PM. As shown in the figure, the amplification factor G of the amplifier is 2000,
This is a case where the input instruction signal S is set at 0.4 m/sec and the input instruction signal S is supplied in a stepwise manner. In FIG. 7, large overshoot and undershoot occur in the opening degree θ of the variable throttle 18 of the digital valve 17 in response to the input instruction signal S, and it takes a long time to stabilize at a constant value.
Furthermore, the operation η of the actuator 20 is unstable due to the instability of the opening degree θ, and it takes a long time to stabilize. The difference δ from the instructed target value H is extremely large. Therefore, it can be said that the actuator 20 cannot be made to quickly perform the desired operation, resulting in poor control performance. On the other hand, FIG. 4 uses the digital valve 17, fluid pressure source 19, actuator 20, etc. under the same conditions as in FIG. 13 is used. In addition, in the above formula (2), n=8, K=400,
The input instruction signal S is set to 0.4 m/sec, and the lowest amplification factor is set to 400.The amplification factor G * =W/V of the compressed signal converting means 11 at this time is shown in the following table as an example. It changes with respect to the difference signal as follows.

【表】 第3図に示すように、入力指示信号Sに対する
デイジタル弁17の可変絞り18の開度θ*は、極
めて短時間で一定値に安定し、また、この開度θ*
も安定なことからアクチユエータ20の動作η*
も短時間で安定する。しかも、アクチユエータ2
0が安定した状態(整定状態)の値と入力指示信
号Sで指示された目標値Hとの差すなわち定常偏
差δ*が極めて小さい。 このように、従来の増幅器に比べて、差信号V
に対する開度制御信号SVの増幅率を全体的に上
昇することができることから、目標値Hとアクチ
ユエータ20の整定値との差δ*を極めて小さくす
る事ができる効果が得られ、又、該増幅率を上昇
しても発振等の不安定な状態とならないので、ア
クチユエータ20に速く目的の動作を行なわせる
ことができ、応答性が改善されている。 尚、この実施例の圧縮信号変換手段11では、
上記式(1)ないし(3)を用いたが、これに限らず、入
力される差信号の値が大きくなるにしたがい圧縮
率が大きく、該差信号の値が小さくなるにしたが
い圧縮率が小さくなるような特性を有しているも
のであれば適用することが出来る。 第5図は他の実施例を示すブロツク図である。 まず、構成を第1図のブロツク図に対応して示
せば、相違する点は、センサ21からの検出信号
をA/D変換器22を通してデイジタル信号より
なるフイードバツク信号FDに変換し、これを演
算手段10Aに供給し、デイジタル信号よりなる
入力指示信号SDとの差である差信号Vをデイジ
タル信号で発生させている。そして、圧縮信号発
生手段11Aは第1図の圧縮信号発生手段11
に、開度信号発生手段13Aは第1図の開度信号
発生手段13に相当し、共に、ROM(Read
Only Memory)等の記憶素子にて構成されてい
る。 圧縮信号変換手段11Aは差信号Vの値(数
値)にて指定される所謂アドレス領域に上記式(1)
等で演算された結果の圧縮信号wに相当する数値
データが予め記憶されている。差信号vが供給さ
れると該差信号vは所謂アドレス信号となり、該
アドレス領域からは差信号vの大きさに対応した
圧縮信号(数値)wが出力される。 開度信号発生手段13Aも同様に、マトリツク
ス状に配列された記憶領域を有するROM等で構
成され、圧縮信号変換手段11Aからの圧縮信号
wが記憶領域の列アドレスを、積分手段12から
の積分値信号Rが記憶領域の行アドレスとなる構
成となつている。 圧縮信号wと積分信号Rとで指定されるアドレ
ス領域には、第1図の開度信号発生手段13で求
められる所定の開度制御信号SVが圧縮信号wと
積分値信号Rに対応して予め記憶されており、圧
縮信号wと積分値信号Rに応じた開度制御信号
SVを出力するようになつている。 この実施例によつても上記第1の実施例と同様
の効果が得られ併せて、回路構成の簡素化及び小
形化が実現出来る。 (発明の効果) 以上説明したようにこの発明例によれば、圧縮
信号変換手段は、フイードバツク信号と入力指示
信号との差による差信号の値が大きい場合にはク
ローズドループ装置の動作の安定化を図るべく圧
縮率の大きな圧縮信号を発生し、該差信号が小さ
い場合には圧縮率の小さな圧縮信号を発生するこ
とで制御系全体の応答性を向上させるようにして
定常偏差の少ないクローズドループ制御系を実現
しようと作用するものであり、一方、上記差信号
はそのまま制御信号としてパルスモータに供給す
ると安定性等における問題があるものの応答速度
は速ことから、開度信号発生手段によりこれら2
者の長所を利用すべく最適となる開度制御信号を
発生させ、この開度制御信号に基づきデイジタル
弁を駆動制御するので、安定性と応答性とを満足
するデイジタル弁クローズドループ制御装置を提
供することができる。
[Table] As shown in FIG. 3, the opening degree θ * of the variable throttle 18 of the digital valve 17 in response to the input instruction signal S stabilizes at a constant value in a very short time, and this opening degree θ *
Since the operation of the actuator 20 is also stable, η *
will stabilize in a short period of time. Moreover, actuator 2
The difference between the value in a state where 0 is stable (stable state) and the target value H indicated by the input instruction signal S, that is, the steady-state deviation δ *, is extremely small. Thus, compared to conventional amplifiers, the difference signal V
Since the amplification factor of the opening control signal SV can be increased overall, the difference δ * between the target value H and the set value of the actuator 20 can be made extremely small. Even if the rate is increased, an unstable state such as oscillation does not occur, so the actuator 20 can quickly perform the desired operation, and responsiveness is improved. Incidentally, in the compressed signal converting means 11 of this embodiment,
Although the above formulas (1) to (3) are used, the present invention is not limited to this. As the value of the input difference signal increases, the compression ratio increases, and as the value of the difference signal decreases, the compression ratio decreases. Any material having such characteristics can be applied. FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment. First, if the configuration is shown corresponding to the block diagram of FIG. 1, the difference is that the detection signal from the sensor 21 is converted to a feedback signal FD consisting of a digital signal through the A/D converter 22, and this is calculated. The signal is supplied to the means 10A, and a difference signal V, which is the difference between the signal and the input instruction signal SD, which is a digital signal, is generated as a digital signal. The compressed signal generating means 11A is the compressed signal generating means 11 of FIG.
The opening signal generating means 13A corresponds to the opening signal generating means 13 in FIG.
It is made up of memory elements such as (Only Memory). The compressed signal conversion means 11A converts the above formula (1) into the so-called address area specified by the value (numerical value) of the difference signal V.
Numerical data corresponding to the compressed signal w resulting from the calculation is stored in advance. When the difference signal v is supplied, the difference signal v becomes a so-called address signal, and a compressed signal (numerical value) w corresponding to the magnitude of the difference signal v is output from the address area. Similarly, the opening signal generating means 13A is composed of a ROM or the like having a storage area arranged in a matrix, and the compressed signal w from the compressed signal converting means 11A converts the column address of the storage area into the integral from the integrating means 12. The configuration is such that the value signal R becomes the row address of the storage area. In the address area specified by the compression signal w and the integral signal R, a predetermined opening control signal SV obtained by the opening signal generating means 13 in FIG. An opening control signal that is stored in advance and corresponds to the compression signal w and the integral value signal R.
It is designed to output SV. This embodiment also achieves the same effects as the first embodiment, and also simplifies and downsizes the circuit configuration. (Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the compression signal conversion means stabilizes the operation of the closed loop device when the value of the difference signal due to the difference between the feedback signal and the input instruction signal is large. A compressed signal with a large compression ratio is generated in order to improve the response of the entire control system by generating a compression signal with a large compression ratio when the difference signal is small, thereby creating a closed loop with small steady-state deviation. On the other hand, if the above-mentioned difference signal is supplied as a control signal to the pulse motor as it is, there will be problems with stability, etc., but the response speed is fast, so the opening signal generating means is used to generate these two signals.
The system generates an optimal opening control signal to take advantage of the strengths of the operator, and drives and controls the digital valve based on this opening control signal, thereby providing a digital valve closed-loop control device that satisfies stability and responsiveness. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による一実施例を示すブロツク
図、第2図は第1図の増幅手段の構成を示すブロ
ツク図、第3図は第1図の励磁信号発生手段の構
成を示すブロツク図、第4図は本発明による効果
を示す特性図、第5図は本発明による他の実施例
をを示すブロツク図、第6図は従来例を示すブロ
ツク図、第7図は従来例の欠点を説明する特性図
である。 10,10A……演算手段、11,11A……
圧縮信号変換手段、12……積分手段、13,1
3A……開度信号発生手段、14……パルスモー
タ駆動手段、15……励磁信号発生回路、16…
…駆動回路、17……デイジタル弁、18……可
変絞り、19……液体圧力源、20……アクチユ
エータ、21……センサ、22……A/D変換
器。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the amplification means in FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the excitation signal generating means in FIG. 1. , FIG. 4 is a characteristic diagram showing the effects of the present invention, FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram showing a conventional example, and FIG. 7 is a drawback of the conventional example. FIG. 10, 10A... calculation means, 11, 11A...
Compressed signal conversion means, 12... Integration means, 13, 1
3A...Opening degree signal generation means, 14...Pulse motor drive means, 15...Excitation signal generation circuit, 16...
... Drive circuit, 17 ... Digital valve, 18 ... Variable throttle, 19 ... Liquid pressure source, 20 ... Actuator, 21 ... Sensor, 22 ... A/D converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 パルスモータにより駆動される流体液圧源か
らの作動液体を制御し該作動液体にてアクチユエ
ータを駆動するデイジタル弁と、 該アクチユエータの動作量を検出しフイードバ
ツク信号を発生するセンサと、 該アクチユエータの動作を指示する入力指示信
号と該フイードバツク信号との差を検出し差信号
を発生する演算手段とを具備し、 該デイジタル弁によつて制御される作動液体に
より駆動されるアクチユエータの動作量を検出し
て該アクチユエータをフイードバツク制御するデ
イジタル弁クローズドループ制御装置において、 前記差信号の値が大きくなるにしたがい圧縮率
が大きく、該差信号の値が小さくなるにしたがい
圧縮率が小さい圧縮信号を発生する圧縮信号変換
手段と、 前記演算手段からの差信号の時間積分演算を行
い積分値信号を出力する積分手段と、 該圧縮信号と積分値信号とに基づく加算演算を
行い開度制御信号値を発生する開度信号発生手段
と、 該開度信号発生手段からの開度制御信号に基づ
いてデイジタル弁内のパルスモータを駆動し弁開
度を設定するパルスモータ駆動手段とを具備した
ことを特徴とするデイジタル弁クローズドループ
制御装置。
[Scope of Claims] 1. A digital valve that controls a working fluid from a fluid pressure source driven by a pulse motor and drives an actuator with the working fluid, and a digital valve that detects the amount of operation of the actuator and generates a feedback signal. comprising a sensor and a calculation means for detecting a difference between an input instruction signal instructing the operation of the actuator and the feedback signal and generating a difference signal, and is driven by a working fluid controlled by the digital valve. In a digital valve closed loop control device that detects the operating amount of an actuator and performs feedback control of the actuator, the compression ratio increases as the value of the difference signal increases, and the compression ratio decreases as the value of the difference signal decreases. Compressed signal converting means for generating a small compressed signal; Integrating means for performing time integral calculation of the difference signal from the calculating means and outputting an integral value signal; and performing an addition operation based on the compressed signal and the integral value signal. an opening signal generating means for generating a degree control signal value; and a pulse motor driving means for driving a pulse motor in the digital valve to set the valve opening degree based on the opening degree control signal from the opening degree signal generating means. A digital valve closed loop control device characterized by comprising:
JP528086A 1986-01-14 1986-01-14 Closed loop controlling device for digital valve Granted JPS62266202A (en)

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JPS62266202A JPS62266202A (en) 1987-11-19
JPH0419401B2 true JPH0419401B2 (en) 1992-03-30

Family

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