JPH0628004A

JPH0628004A - 可動制御部材の制御方法及び装置

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Publication number: JPH0628004A
Application number: JP3348568A
Authority: JP
Inventors: Jonathan B Gamble; ブルースギャンブルジョナサン
Original assignee: Vickers Systems Ltd
Current assignee: Aeroquip Vickers Ltd
Priority date: 1990-12-08
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1994-02-04
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: DE69119562D1; CA2057237C; GB9026736D0; CA2057237A1; US5276387A; KR970002064B1; DE69119562T2; JP3076849B2; EP0490518B1; EP0490518A1; KR920013056A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的はｎの観察すべき状態を有する
可動制御部材の制御方法及び装置を得るにある。【構成】本発明のｎの観察すべき状態を有する可動制
御部材の制御方法及び装置は、所定のｎ−１次元超平面
上にｎの観察すべき状態を有する可動部材（１）の状態
点を維持するため操作される摺動モード制御装置を有す
ることを特徴とする。上記摺動モード制御装置は、最大
オーダー観察状態の所望値を設定するため上記所定の超
平面に対しｎ−１低オーダー観察状態を第１の周波数で
参照できるデジタル制御器（３，１７）を含み、更に最
大オーダー観察状態を上記所望値と上記第１の周波数よ
り高い第２の周波数で比較する比較器（２２）と、上記
比較器に応答し上記所定の超平面上に状態点を維持する
ために必要な制御動作を行なうため操作可能な機構（２
６）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可動制御部材の制御方法
及び装置、特に駆動信号の大きさが計算される可動制御
部材の制御方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】制御される装置の出力がたどる通路を出
力の位相面に沿ってえがくことによって、制御される装
置の出力のダイナミックレスポンスをあらかじめ定める
ことを含む摺動モード（ＳＬＭ）（ｓｌｉｄｉｎｇｍ
ｏｄｅ）制御技術は既知である。上記位相面は制御され
た状態（ｓｔａｔｅ）をその軸として有する２または３
次元の面である。制御動作は、所望の曲線又は超平面
（ｈｙｐｅｒｐｌａｎｅ）をえがく通路に比較された実
際の出力の位相面上の位置によって定められる。従って
摺動モード制御は、位相面上の所定の時刻における出力
の実際の位置の計算と、制御される装置及びその派生物
（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）の出力測定に依存する。摺
動モード制御のため、制御される装置によって要求され
る派生物の数は制御される装置の優先オーダー（ｐｒｅ
ｄｏｍｉｎａｎｔｏｒｄｅｒ）に等しい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】摺動モード制御は始め
ソ連で１９５０年代に研究，開発されたものである。然
しながら、好ましい高速スイッチ機構が開発されなかっ
たため、その後数年間でこの技術が低下した。１９７０
年代に入って主として米国で安い半導体パワートランジ
スタが手に入るようになって上記の問題が解消され関心
がもたれるようになった。現在では多くの国で研究がな
されているが工業的な需要は少ない。これは摺動モード
制御が作動しないからではなく、例えば従来の制御方法
に比べ多くの理由によって実施が困難であるためであ
る。

【０００４】摺動モード制御は可変構成制御（ＶＳＣ）
のサブクラスである。より実施可能なＶＳＣ装置はＳＬ
Ｍ制御器であるが、常にそうであるとは限らない。従来
の制御技術では閉ループシステムのレスポンスは制御さ
れる装置に組み合わされる制御装置の動力（ｄｙｎａｍ
ｉｃｓ）によって定められる。装置または装置に作用す
る妨害力の変更は共にシステムのダイナミックレスポン
スを変える。

【０００５】ＳＬＭ制御の利益は、閉ループシステムの
レスポンスが制御器のパラメータによって定められるが
制御される装置及びこれに作用する妨害の変更には無関
係なことである。このことは本発明が適用される比例ソ
レノイド弁を制御するときに特に好ましい。然しならが
これに限るものではない。これら弁の固有のレスポンス
は第３オーダー非直線であり、弁によって大きく変化す
る。更に弁を流れる油により大きな流体圧が誘起され、
これによりスプールが更に移動されるようになる。従っ
て良いレスポンスを従来の制御方法で得ることは困難で
ある。

【０００６】位相空間（ｐｈａｓｅｓｐａｃｅ）線図
を用いてＶＳＣまたはＳＬＭシステムを説明する。如何
なるシステムのレスポンスも位相空間線図又は位相画像
上に位相変数（ｐｈａｓｅｖａｒｉａｂｌｅ）を示す
ことによって完全に説明することができる。位相変数は
例えば弁スプール等の対象物の位置変数と、その派生物
であるスプール速度や加速度等の変数より成る。必要と
される状態やその派生物の数はプラントのオーダーによ
って定められる。第２オーダーの位置制御装置では制御
入力のステップが変化すれば加速度におけるステップが
変化し、プラントの動力が位置及び速度により完全に定
められる。従って位相空間は夫々Ｘ及びＹ軸となる位置
と速度の２つの次元を有する。第３オーダーの位置制御
装置では制御入力のステップ変化により加速度の変化率
におけるステップが変化する。かくして位相空間は位置
と速度と加速度の３つの次元を有する。

【０００７】位相空間内の点はある時刻における装置の
状態を完全に定める。これは代表点、描写点、状態点又
は単純に状態のような種々のものである。ここでは状態
点として説明する。時間と共に位相変数が変化したとき
状態点がたどる通路は位相軌道（ｐｈａｓｅｔｒａｊ
ｅｃｔｏｒｙ）として知られている。

【０００８】上記の説明はスプール位置が制御変数であ
ることを意味する。このような装置は調節器として作用
し、制御器はスプールを零位置に維持するよう作用す
る。スプールの移動を制御するため位相線図上の位置を
所望位置と実際の位置間の位置エラーによって補正しな
ければならない。これを以下単に“エラー”として示
す。速度，加速度等の代わりにエラーの派生物を用いて
プラントを不規則に変化する入力にエラーなしに追従せ
しめることができる。然しながら一般にエラー信号を区
別することは極めて困難である。特に位置指令信号が顧
客にとって発生され、十分な大きさのノイズが含まれて
いるような場合には弁制御器によって特別な問題とな
る。エラー派生物の代わりに速度及び加速度が使用され
たときは、位置変化指令が追従されたとき制御された装
置はエラーを示すが、このエラーは指令が一定値に達し
た時点で消滅する。従ってエラー信号を区別することの
問題は解消されるが、追従精度の問題は残る。

【０００９】位相線図上には時刻は明白には表れない
が、描画された変数には含まれている。

【００１０】ダイナミック動作の２以上の明白な型、即
ち２以上の異なる構成を示すため摺動モード制御が制御
された装置に実行される。装置内の可変構成を誘起せし
めるにはスイッチゲインを用いる方法と、制御信号を直
接切り替えることの２つの方法がある。

【００１１】ａ）スイッチゲインシステム

【００１２】図１に示す閉ループのスイッチゲインシス
テムにおいて前方通路ゲインＫが大きく、正であればシ
ステムの固有レスポンスは安定であるが大きく振動す
る。前方通路ゲインＫが大きく、負であればレスポンス
は不安定となる。これら２つの構成を図２〜図５に示
す。

【００１３】ｂ）制御信号の直接切り替え

【００１４】図６に示す直接オンオフシステムにおいて
は、制御されている装置に対する制御信号はリレー型素
子からの出力であり、“オン”及び“オフ”の２つの変
数のうちの１つのみを有する。然しながら先のシステム
とは異なり、両構成は不安定である。２つの制御入力の
レベルが符号でのみ異なる、即ちＵ_on＝−Ｕ_offであれ
ば２つの位相部分は図７〜図１０に示すように互に鏡像
関係となる。

【００１５】この２つの構成の唯一の要求は位相空間の
或る領域における状態点を反対の方向に進めることであ
る。図１のスイッチゲインシステムを考えると、図１１
の合成位相面線図及び図１２の過渡（ｔｒａｎｓｉｅｎ
ｔ）レスポンスの線図に示すように正のゲインが位相面
の領域Ｉ及びＩＩＩに加えられたとき、及び負のゲイン
が同じく領域ＩＩ及びＩＶに加えられたとき、領域Ｉと
ＩＩ及び領域ＩＩＩとＩＶ間の境界によって形成された
ラインの何れかの側で位相が互に反対の軌道とされる。
従って状態点が位相空間内の任意の原点からこの境界ま
たは“スイッチライン”上に進められる。このようにさ
れた場合、スイッチライン上に状態点を維持するため制
御器はシステム構成を切り替える。状態点はスイッチラ
インに沿った“摺動”と呼ばれ、高速切り替え動作は
“摺動モード”と呼ばれる。

【００１６】境界またはスイッチラインは数１によって
示される。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここでｃはラインの傾斜、εはエラーであ
る。この数１の解は数２となる。

【００１９】

【数２】

【００２０】ここでε₀は初期エラー、ｔは時間、ｅは
ユニバーサル定数である。

【００２１】従って上式から状態点がスイッチラインに
速やかに達したとき、制御された装置のレスポンス、即
ち閉ループレスポンスが第１オーダーシステムのもので
あり、更にこの第１オーダーシステムが制御器によって
定められたそのパラメータ（傾斜ｃ）を有し、装置の動
力とは独立であることが判る。実際にはこれはスイッチ
ラインの何れかの側で状態軌道が互に対向するようにす
る装置のパラメータの任意の値に対し、レスポンスが等
しく維持されることを意味する。

【００２２】図６に示すように制御信号の直接切り替え
によって同一のレスポンスの得られることは明らかであ
る。この例においては図１３に示すように位相空間は２
つの領域に分割されることが必要なのみである。制御入
力の直接切り替えの使用は最大の制御動作を総ての時間
で使用できるという大きな利益をもたらす。従って後述
のようにより速いレスポンスが可能となる。この方法の
明白な欠点は制御信号が不連続に切り替えられることで
ある。多くのシステムにおいて不連続制御入力は、これ
がより高いモード（例えばロボット腕におけるフレキシ
ブルモード）を生ぜしめるか、または入力装置に単純な
磨耗を生ぜしめるという理由で全く好ましくない。然し
ながら多くのシステムではこのような問題はなく、電気
的装置ではこれは最も効率の良い制御方法である。

【００２３】この概念は第３オーダープラントに容易に
適用できる。位相空間は３次元であり、スイッチライン
は図１４に示すようにスイッチ面となる。この面は数３
で示される。

【００２４】

【数３】

【００２５】数３は第２オーダーシステムの式であり、
数４で示される関係を有する。

【００２６】

【数４】

【００２７】ここでω_nは閉ループレスポンスの固有周
波数レスポンス（ラヂアン／秒）、ζは閉ループレスポ
ンスのダンピング比である。

【００２８】一般に、スイッチゲイン制御器ではスイッ
チ面全体に亘り確実に摺動モードとするためより高いオ
ーダーのシステムのための付加的機構が必要である。然
しながら、直接スイッチ制御器のためには“オン”と
“オフ”に対応する２つの機構で十分である。

【００２９】第２オーダーシステムについて以下説明す
る。既に述べたように傾斜ｃは閉ループレスポンスの時
定数を示す。主たる適用では速い過渡レスポンスが望ま
しく、大きな値の傾斜ｃ、従って大きな傾斜のスイッチ
ラインが望ましい。然しながら、傾斜ｃの選択が非常に
野心的な場合にはラインの小さな区域においてのみ摺動
運動が可能である。摺動が図１３に比べスイッチライン
の部分Ａ−Ｂでのみ可能となる直接オン／オフ制御器の
ための合成位相画像を図１５に示す。

【００３０】最大オーダー観察状態の変化の要求率が、
装置の得ることのできるものよりも大きいとき摺動モー
ド制御が破壊する。数１で示される微分方程式は数５で
示される。

【００３１】

【数５】

【００３２】数５は、加速度の大きさが速度と共に増大
するが、特にスイッチラインの傾斜を減少することによ
って減少できることを示す。従って摺動モードにおける
破壊の問題はスイッチ曲線を用いることによって解決す
ることができる。即ち位相面の原点近くの低速度で急な
傾斜の曲線を用い、原点から離れた部分で小さな傾斜の
曲線を用いる。好ましくはスイッチラインはその全長に
亘り摺動をなし得るように湾曲する。理論的には、上記
の要求を満足する任意の曲線を用い得る。然しながら、
放物線は一定の加速度で変化する線であり最も多く選択
され、位相面が供給できるものより常にその加速度が小
さいスイッチ曲線を定めるのは容易である。

【００３３】放物線スイッチラインの使用には１つの問
題がある。位相面の原点ではラインは無限の傾斜を有し
ている。このことは、制御されている装置は所定の加速
度値の大きさが減少したとき次第に速く移動可能となる
ことを示す。位置エラーが零に減少したとき放物線スイ
ッチラインによれば制御された装置は無限の速さで移動
可能となる。実際にはこのようにはならず原点において
摺動不能となる。この問題は原点に近い速い直線スイッ
チライン部分で“結合（ｓｐｌｉｃｉｎｇ）”すること
によって解決することができる。然しながらこのように
する時には注意が必要である。２次元空間で数６が得ら
れる。

【００３４】

【数６】

【００３５】数６はスイッチライン上の加速度がその傾
斜及び速度によって定めることを示す（実際上数６は数
５を単純に一般式化したものである）。直線部分と放物
線スイッチ曲線との交叉点における加速度の突然の予期
しないジャンプを阻止するため図１６に示すように２つ
の曲線を共に調和せしめる必要がある。この方法では交
叉点において確実に直線と放物線の傾斜を等しくし、従
って速度は共に等しく、加速度もまた共に等しくする。

【００３６】この概念は同様にして第３オーダーシステ
ムに適用できる。然しながら第３オーダープラントにお
ける摺動モード破壊は過剰な加速度によるものであると
いうよるはむしろ過剰な引張り（ｊｅｒｋ）によるもの
である。従って最も望ましい非直線スイッチ面は一定の
引張面である。

【００３７】非直線スイッチ面を設計する困難性のため
直線部分から作られた面を用いることができる。このよ
うな部分的直線面を図１７に示す。これは最大の引張り
を制御するための試みにおいて最大速度と加速度が制限
された直線面である。

【００３８】以上、位相変数、即ち、制御されている装
置及びその派生物の出力を用いた制御器のみを説明し
た。代わりに他の変数も用い得るがその場合には幾つか
の欠点を生ずる。図１８に示すソレノイド弁制御器を考
えると、摺動モードにおける運動は数３によって定める
ことができる。ここでｃ₁とｃ₂は負帰還多項式におけ
るものと同一である。数３においてスイッチ素子に対す
る入力は理想的には零である。このシステムの閉ループ
伝達関数が図１８においてσ＝０とすることによって得
られる。これによって数７が得られる。

【００３９】

【数７】

【００４０】図１９は同一のシステムであるが加速度帰
還よりも電流帰還によるものを示す。σ＝０とすれば数
８が得られる。

【００４１】

【数８】

【００４２】数７と数８の比較から明らかなように、数
７は制御器パラメータｃ₁とｃ₂のみを含むが、数８は
更にプラントパラメータｋ，ｆ及びｍを有する。従って
位相変数を用いることによって確実に閉ループレスポン
スを制御プラントにおける変化とは独立なものとなし得
る。

【００４３】直接オン／オフＳＬＭ制御は、一見非常に
単純ではあるが、実際には制御されている装置の所望の
動作を阻止せしめる多くの問題を有する。２つの目立つ
問題は、より高いオーダーの派生物の計算において変換
器のノイズが増幅されるため上記派生物の精度が低下す
るということ、及び派生物の実際の計算期間によって時
間おくれが生ずるということである。所望の動作の減少
は最大オーダー派生物を考慮したとき最大となり、この
派生物は最大の早さで変化でき、従ってその補正は粗制
御を維持するため出来るだけ早く行なう必要がある。勿
論、例えば強力なプロセッサーを用いることによって実
際の計算期間に関連する時間遅れを減少できるが、サン
プリング率が速いときは制御技術が変換器ノイズにより
大きく影響されるようになる。

【００４４】既に述べた摺動モードサーボシステムの過
渡レスポンス時間は６０ｍｓ程度であるが、従来のアナ
ログ制御器を用いてもレスポンス時間は大きさにより３
ｍｓと２０ｍｓの間である。速い過渡レスポンスを得る
ためには下記のような２つの反対のファクターを必要と
する。

【００４５】ａ）速い過渡レスポンスが、非直線スイッ
チ面の使用を指示する摺動モード破壊を生ずることなく
望まれる。引張り（ｊｅｒｋ）制限面がデジタル的にの
み得られる。

【００４６】ｂ）従来の制御アルゴリズムがデジタル的
になされる場合には２００回以上で所望の閉ループ帯域
幅が望まれる。これはデジタル信号プロセッサー（ＤＳ
Ｐ）を用いることによってのみ達成でき、これは現在の
マイクロプロセッサーを越えるものである。

【００４７】本発明の目的は可動部材の摺動モード制御
を得るにある。

【００４８】

【課題を解決するための手段】本発明におけるｎの観察
状態を有する可動制御部材のための制御装置は所定のｎ
−１次元超平面上にｎの観察状態を有する可動制御部材
（１）の状態点を維持するため操作可能な摺動モード制
御装置を有し、上記摺動モード制御装置は、最大オーダ
ー観察状態の所望の値を得るため所定の超平面に対しｎ
−１の低オーダー観察状態を第１の周波数で参照するよ
う操作可能なデジタルプロセッサ（３，１７）を有し、
更に上記所望の値を上記最大オーダー観察状態と上記第
１の周波数より高い第２の周波数で比較する比較機構
（２２）と、この比較機構（２２）に応答し、上記所定
の超平面上に上記状態点を維持するために必要な制御作
用をなすよう操作される機構（２６）とを有することを
特徴とする。

【００４９】本発明の可動制御部材の制御方法は

【００５０】ｉ）所定のｎ−１次元超平面上にｎの観察
状態を有する可動制御部材の状態点を維持するため操作
可能である摺動モード制御装置を形成する工程と、ｉ
ｉ）上記最大オーダー観察状態の所望の値を得るため上
記所定の超平面に対し上記可動制御部材のｎ−１の低オ
ーダー観察状態を第１の周波数で参照する工程と、ｉｉ
ｉ）上記所望の値を上記最大オーダー観察状態と上記第
１の周波数より高い第２の周波数で比較する工程と、及
びｉｖ）上記所定の超平面上に上記状態点を維持するた
めに必要な制御作用をなすよう上記比較の結果を使用す
る工程とより成ることを特徴とする。

【００５１】本発明は数３を数９のように構成すること
を基礎としている。

【００５２】

【数９】

【００５３】数９はスイッチ面上に維持されることが望
まれる加速度を定めるものである（即ちδ＝０に維持す
る）。この加速度値が得られない場合には状態点はスイ
ッチ面から離れ、δは零ではなくなり、数３はもはや適
用できない。

【００５４】図１８においてｘｄが所望の加速度、ｘが
実際の値であればδは加速度エラーとなる。これは、加
速度軸に平行に測定した場合のスイッチ面から状態点迄
の距離である。従って例えば比例制御弁のソレノイドで
ある加速度制御装置は所望の加速度値を維持するためオ
ンまたはオフに切り替えられる。

【００５５】アナログ制御器のシュミレーションによっ
て、ソレノイド弁の駆動電圧を切り替えることによる振
動が加速度信号を大きく制限し、位置及び速度信号が比
較的滑らかになることが判明している。従ってこれらの
信号は装置の性能を落とすことなく加速度信号よりも低
い周波数でサンプルできる。実際上、加速度信号をこの
ような高速度でサンプルする唯一の理由は、制御器が状
態点をスイッチ面に交差するように“抑制（ｃａｕｇｈ
ｔ）”することを確実ならしめるためである。弁切り替
えの遅れはソレノイド電流を増大し、その結果スプール
位置が振動する望ましくない結果を生ずるようになる。

【００５６】本発明のハイブリッド（二重周波数）制御
装置はこれらの研究によって達成されたものである。

【００５７】超平面またはスイッチ面はデジタル的に作
ることができ、マイクロプロセッサは摺動を維持するた
めに要求される加速度を示す信号を発生する。アナログ
加速度ループにより高速切り替え作用が生ずる。このよ
うな構成を用いることによって外側ループのため３ＫＨ
ｚのような低い好ましいサンプリング割合とすることが
できる。他の例としては全デジタル制御器を用いること
ができるが、この場合には最大オーダー派生物を得るた
め及び内側（加速度）ループ比較を行なうためより高い
サンプリング割合が要求されることになる。本発明にお
いてはこの全デジタル構成において内及び外のループの
ため異なる周波数のサンプリング割合が用いられる。

【００５８】既に述べたように超平面は直線である必要
はないが、上述のように低いサンプル割合においても実
行できるようにするため制御プログラムを速くする必要
がある。複雑なスイッチ面を実行する最も効果的な方法
はルップアップテーブルを用いることである。このテー
プルは制御されている装置の多くの速度値と既知のエラ
ーにおける望ましい加速度を示している。実際のエラー
と速度をこれら既知の値と比較することによって、この
テーブルから最も近い加速度値を得ることができる。ア
ナログループに対する出力としての加速度を推定するた
め補間を用いることができる。従って好ましくは制御プ
ログラムにより

【００５９】ａ）アナログデジタルコンバータから指令
位置と、スプール位置と、速度を読み取る工程と、

【００６０】ｂ）指令値と実際の値との間の位置エラー
を計算する工程と、

【００６１】ｃ）両方の側のエラーに近い値を見出し、
ルックアップテーブルから加速度値を与える工程と、

【００６２】ｄ）両方の側の速度に近い値を見出し、ル
ックアップテーブルから加速度値を与える工程と、

【００６３】ｅ）上記ｃ）項とｄ）項で見出された４つ
の加速度値を取り出し、２進補間を用いてエラーと速度
の実際の値における加速度を推定する工程と、及び

【００６４】ｆ）この加速度の所望値を出力する工程

【００６５】とを実行する。

【００６６】この制御方法は不連続時間（サンプルデー
タ）制御理論よりはむしろ連続時間を基礎としているの
で実際のサンプル割合はそれが上述した最小値より大き
い限り比較的重要ではない。従って主制御ループは時間
に関連づける必要はなく、できるだけ速く実行すること
ができるようになる。

【００６７】特に本発明のハイブリッド制御装置は制御
されている装置、例えばソレノイド電流がオン，オフさ
れるソレノイド比例弁のスプールの微細振動を検知でき
ることが望ましい。この結果高品質高帯域幅加速変換器
が要求される。スプール位置信号を微分することによっ
て速度と加速度を得ることの試みは、信号内のノイズレ
ベルが高く帯域幅が比較的に小さいため失敗した。

【００６８】他の測定方法は次の通りである。

【００６９】ａ）加速度計を用いて直接加速度を測定す
る。然しながら例えば弁スプールと弁体間の相対加速度
を測定するためには２つの加速度計が必要である。

【００７０】ｂ）速度を直接測定する。微分によって加
速度を得るために十分良好な信号を得るため速度変換器
を用いることが考えられる。

【００７１】ｃ）状態観察機構を用いて間接的に測定を
行なう。この方法を効率良く実施するため制御されてい
る装置の良好なモデルが望まれる。非直線で適合できる
観察方法を用いることができるが、これらはデジタル技
術であり速いサンプル割合が要求される。

【００７２】従って本発明においては制御されている装
置、例えばソレノイド比例弁のスプールの加速度を得る
ため速度変換器を採用し、速度信号を微分することによ
って加速度を得る。この微分はアナログフィルターを用
いて実行できる。サンプル割合が十分でない場合には加
速度信号の帯域幅は小さく切り替え周波数は減少しスプ
ールの例えば振動が増加する。従って微分フィルターに
は制御されている装置の最大帯域幅の約１５〜２０倍の
帯域幅を有せしめる。

【００７３】

【実施例】以下図面によって本発明におけるソレノイド
比例弁を制御するための摺動モード方法及び装置の実施
例を説明する。

【００７４】図２０はソレノイド２によって駆動される
比例ソレノイド弁１のための摺動モード制御装置を示
し、この制御装置はデジタル制御器３とアナログ制御器
４とより成る。比例ソレノイド弁は第３オーダー装置の
代表的なものであり、従ってスプールの３つの状態、即
ち位置と、速度と加速度を観察する必要があり、位置と
速度は低オーダー観察状態であり、加速度は最大オーダ
ー観察状態である。

【００７５】入力信号５がデジタル制御器３の、特にそ
の比較器６に加えられ、この比較器６にはスプール位置
を示すデジタル信号がライン７を介して加えられる。ラ
イン８上の比較器６よりの出力は所望のスプール位置
と、実際のスプール位置との差を示す。ライン１１上の
スプール位置を示すアナログ信号ｘは位置センサー９か
ら得られ、アナログデジタルコンバータ１２（ＡＤＣ）
に加えられ、これからのデジタル出力はライン７を介し
て比較器６に加えられる。

【００７６】速度センサーである速度変換器１３がスプ
ールの速度を検知するため弁１に設けられており、この
速度変換器１３からのアナログ信号外１

【００７７】

【外１】

【００７８】がライン１４、アナログデジタルコンバー
タ１５，ライン１６を介してデジタル制御器の一部１７
に加えられる。この一部１７は所定の超平面を含み、こ
れには比較器６よりの出力がライン８を介して加えられ
ている。超平面は直線でありｎ−１次元、即ち装置のオ
ーダーより−だけ少ない次元のものである。この例では
上記装置は第３オーダーであり、超平面は位置と速度の
２次元である。この直線超平面は数３を用いて数１０の
ように定められる。

【００７９】

【数１０】

【００８０】ライン８上のスプールのエラー信号とライ
ン１６上の速度信号は所定の超平面に参照されライン１
８上に所望のスプール加速度外２

【００８１】

【外２】

【００８２】を示すデジタル信号を発生する。この所望
の加速度信号はライン１８を介してデジタルアナログコ
ンバータ（ＤＡＣ）１９に加えられ、ライン２１上に所
望のアナログのスプール加速度信号を生じ、この信号は
比較器２２に加えられる。スプールの実際の加速度外３

【００８３】

【外３】

【００８４】を示す信号もライン２３を介して比較器２
２に加えられる。このスプールの“実際”の加速度は推
定加速度であり、速度変換器１３によって作られた速度
信号から微分装置２４によって作られる。このスプール
の“実際”の加速度は、加速度変換器を用いて実際の加
速度を測定することに反し十分信頼できる信号である。

【００８５】ライン２５上の比較器２２からの出力は、
所定の超平面上に弁スプールの状態点を維持するために
必要な制御動作を実行するために用いられる。比較器２
２からの出力信号はドライバ２６に加えられて増幅さ
れ、駆動信号が作られ、ライン２７を介してソレノイド
２に加えられる。

【００８６】本発明においては、位置と速度の低オーダ
ー観察状態はデジタル制御器３内で第１の周波数におい
て制御器の一部１７で超平面と参照され、比較器２２で
は最大オーダー観察状態（この例では加速度）が、観察
された最大オーダー状態と第１の周波数より高い第２の
周波数で比較され、この比較がアナログ制御器４内でな
される。従って超平面切り替えがデジタルで実行され、
マイクロプロセッサであるデジタルプロセッサが摺動モ
ード制御を維持するため要求される加速度を作る。加速
度ループに関連するアナログ制御器４は要求される高速
切り替え動作を達成する。この構成では３ＫＨｚ程度の
低いサンプリング割合を用いるのが効果的である。

【００８７】図２１はアナログ制御器４と共にデジタル
制御器３を用いた図２０の制御システムのレスポンスを
示し、図２２は完全デジタル制御器を用いたときのレス
ポンスを示し、何れの例でもサンプル割合は４ＫＨｚで
あり、切り替え超平面はω_n＝１００Ｈｚとζ＝１の直
線である。総てデジタル制御器の場合には、推定最大オ
ーダー状態に対する観察された最大オーダー状態の比較
の周波数は、所定の超平面に対する観察された低オーダ
ー状態の比較の周波数よりも依然として高い。

【００８８】

【発明の効果】本発明におけるハイブリッド制御装置に
より可動部材の運動は、処理されるべき超平面に対する
低オーダー観察状態のより複雑な参照を許容しながら制
御動作をできるだけ早く変えるため実際のまたは観察さ
れた最高オーダー状態を急速に変えることによって改良
される。二重レートアルゴリズムを用い、望まれる最高
オーダー状態を、新しい所望の最大オーダー状態が計算
される数よりも多い数だけ観察される最大オーダー状態
と比較する。この技術の利益は所望の及び観察された最
大オーダー状態間の比較の結果として弁または他の可動
部材の制御作用をその大きさよりもむしろその符号の比
較のみをベースとするオン／オフ制御として簡略化でき
ることである。この簡略化によって弁または他の可動部
材を駆動するため必要な電子装置のコストを減少でき、
電流帰還の必要性を除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スイッチゲインシステムのブロック図である。

【図２】スイッチゲイン構成の位相画像を示す線図であ
る。

【図３】スイッチゲイン構成の過渡レスポンスを示す線
図である。

【図４】スイッチゲイン構成の位相画像を示す線図であ
る。

【図５】スイッチゲイン構成の過渡レスポンスを示す線
図である。

【図６】直接オンオフシステムの説明図である。

【図７】直接オンオフ構成の位相画像を示す線図であ
る。

【図８】直接オンオフ構成の過渡レスポンスを示す線図
である。

【図９】直接オンオフ構成の位相画像を示す線図であ
る。

【図１０】直接オンオフ構成の過渡レスポンスを示す線
図である。

【図１１】合成位相面を示す線図である。

【図１２】過渡レスポンスを示す線図である。

【図１３】直接オン，オフ制御における合成位相画像を
示す線図である。

【図１４】第３オーダー直線スイッチ面の説明図であ
る。

【図１５】急なスイッチラインにおける合成位相画像を
示す線図である。

【図１６】第２オーダースイッチラインを示す線図であ
る。

【図１７】直線スイッチライン面の説明図である。

【図１８】第３オーダー摺動モードソレノイド弁制御装
置のブロック図である。

【図１９】加速度帰還ではなく電流帰還せしめたソレノ
イド弁制御装置のブロック図である。

【図２０】比例ソレノイド弁に適用した本発明制御装置
のブロック図である。

【図２１】本発明の制御装置の他の実施例におけるレス
ポンスを説明するグラフである。

【図２２】本発明の制御装置の他の実施例におけるレス
ポンスを説明するグラフである。

【符号の説明】

１比例ソレノイド弁２ソレノイド３デジタル制御器４アナログ制御器５入力信号６比較器９位置センサー１２アナログデジタルコンバータ１３速度変換器１５アナログデジタルコンバータ１７制御器の一部１９デジタルアナログコンバータ２２比較器２４微分装置２６ドライバ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】

【数６】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】

【数８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のｎ−１次元超平面上にｎの観察状
態を有する可動制御部材（１）の状態点を維持するため
操作可能な摺動モード制御装置を有し、上記摺動モード
制御装置は、最大オーダー観察状態の所望の値を得るた
め所定の超平面に対しｎ−１の低オーダー観察状態を第
１の周波数で参照するよう操作可能なデジタルプロセッ
サ（３，１７）を有し、更に上記所望の値を上記最大オ
ーダー観察状態と上記第１の周波数より高い第２の周波
数で比較する比較機構（２２）と、この比較機構（２
２）に応答し、上記所定の超平面上に上記状態点を維持
するために必要な制御作用をなすよう操作される機構
（２６）とを有することを特徴とする可動制御部材の制
御装置。
【請求項２】上記ｎ−１低オーダー観察状態の１つが
外部からの入力信号と可動制御部材（１）の出力間のエ
ラーである請求項１記載の装置。
【請求項３】デジタルプロセッサ（１７）の二重レー
トアルゴリズムを用いて最大オーダー派生物が観察され
る請求項１または２記載の装置。
【請求項４】上記最大オーダー派生物がアナログ制御
器（４）を用いて上記超平面に参照される請求項１また
は２記載の装置。
【請求項５】上記可動制御部材（１）の低オーダー観
察状態がデジタルプロセッサ（１７）内のデジタル計算
機構を用いて上記超平面に参照される請求項１，２，３
または４記載の装置。
【請求項６】上記デジタルプロセッサがデジタルマイ
クロプロセッサ機構（１７）を有する請求項１，２，
３，４または５記載の装置。
【請求項７】上記超平面が直線であり、数１０によっ
て定められ、【数１０】ここでεはエラーであり、ｃは超平面の傾斜である請求
項１，２，３，４，５または６記載の装置。
【請求項８】超平面が非直線である請求項１，２，
３，４，５，または６記載の装置。
【請求項９】上記可動制御部材（１）が加速度、速度
及び位置の３つの観察状態を有すること、速度と位置の
低オーダー状態を測定するための機構（１３，９）を有
すること、及び速度を測定するための機構（１３）に応
答し加速度である最大オーダー状態の測定のため操作可
能な微分機構（２４）を有することを特徴とする請求項
１，２，３，４，５，６，７または８記載の装置。
【請求項１０】ｉ）所定のｎ−１次元超平面上にｎの
観察状態を有する可動制御部材の状態点を維持するため
操作可能である摺動モード制御装置を形成する工程と、ｉｉ）上記最大オーダー観察状態の所望の値を得るため
上記所定の超平面に対し上記可動制御部材のｎ−１の低
オーダー観察状態を第１の周波数で参照する工程と、ｉｉｉ）上記所望の値を上記最大オーダー観察状態と上
記第１の周波数より高い第２の周波数で比較する工程
と、及びｉｖ）上記所定の超平面上に上記状態点を維持するため
に必要な制御作用をなすよう上記比較の結果を使用する
工程とより成ることを特徴とする可動制御部材の制御方
法。
【請求項１１】最大オーダー派生物を観察する工程が
摺動モード制御装置の一部を構成するデジタルプロセッ
サ内の二重レートアルゴリズムを用いてなされる請求項
１０記載の方法。
【請求項１２】最大オーダー派生物を観察する工程が
アナログ機構を用いてなされる請求項１０記載の方法。
【請求項１３】上記超平面に上記低オーダー観察状態
を参照する工程がデジタルプロセッサによってデジタル
的になされる請求項１０，１１または１２記載の方法。