JPH06337719A - サーボ式位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 応答性を損なうことなくハンチング現象の発
生を防げ、かつ定期的な保全作業を必要なくしたサーボ
式位置制御装置を提供する。 【構成】 位置検出器１４が回転駆動源１５に連動して
動かされ位置検出信号を発生する。この信号と目標位置
信号との偏差が０になるように回転駆動源をサーボ制御
する。制御方向検出手段１６が検出した方向に回転駆動
源を回転するように、信号変換手段２５が発生する偏差
の大きさに応じた周波数の一定幅のパルス信号によりス
イッチング手段２１をオン・オフさせる。位置検出器の
回転板１４ａにスリット１４ｂを同心円上に形成する。
受光素子１４ｄが発光素子１４ｃからの光をスリットを
通じて受光して位置検出信号を出力する。第２の受光素
子１４ｅからの信号により電源制御手段１４ｇが発光素
子の発光を一定に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサーボ式位置制御装置に
係り、特に、回転駆動源によって駆動される被動部材と
連動して動かされ被動部材の位置を検出する位置検出器
が発生する位置検出信号と、回転駆動源によって動かす
べき被動部材の目標位置を示すアナログ目標信号との偏
差を取り、この偏差が０になるように回転駆動源を正転
・逆転方向に回転制御するサーボ式位置制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として、図９に示す
ようなものが一般に使用されていた。同図において、１
は例えば１〜５Ｖ、４〜２０ｍＡの目標信号が入力され
る入力端子であり、該入力端子１に入力された目標信号
は差動増幅器２の一方の入力に印加される。差動増幅器
２の他方の入力には、信号変換器３の出力信号が印加さ
れている。信号変換器３はポテンショメータ４の抵抗値
を電圧信号に変換する。ポテンショメータ４は、回転駆
動源としての誘導電動機５により図示しない燃料調節弁
のような被動部材と連動して駆動され、被動部材の位置
に応じて抵抗値が変化する位置検出用のものである。よ
って、信号変換器３の出力信号は被動部材の位置を反映
したものとなっている。

【０００３】差動増幅器２は、目標信号と信号変換器３
の出力信号との差、すなわち、目標信号によって指示さ
れた位置と実際の被動部材の位置との差に応じ、任意の
電圧Ｖ₀ を中心にしてその大きさが増減する偏差信号を
出力する。この偏差信号は正転コンパレータ６ａ及び逆
転コンパレータ６ｂの一方の入力に印加されて他方の入
力に印加されている基準電圧Ｖ_REFa（＞Ｖ₀ ）及び基準
電圧Ｖ_REFb（＜Ｖ₀ ）とそれぞれ比較され、偏差信号が
基準電圧Ｖ_REFaより大きくなると正転コンパレータ６ａ
の出力に正転信号を、偏差信号が基準電圧Ｖ_REFbより小
さくなると逆転コンパレータ６ｂの出力に逆転信号をそ
れぞれ出力する。

【０００４】正転コンパレータ６ａ及び逆転コンパレー
タ６ｂがそれぞれ出力する正転信号及び逆転信号は、通
常ニュートラル位置にあるバランスシングリレー７の可
動接点７ｃを正転側及び逆転側にそれぞれ切り換える正
転コイル７ａ及び逆転コイル７ｂを付勢するために使用
される。正転コンパレータ６ａが正転信号を出力し、こ
れによりバランシングリレー７の可動接点７ｃが正転側
に切り換えられると、この可動接点７ｃを通じて商用電
源から誘導電動機５の正転駆動コイル５ａに電流が流れ
て誘導電動機５が正転して被動部材を一方向に駆動す
る。逆転コンパレータ６ｂが逆転信号を出力し、これに
よりバランシングリレー７の可動接点７ｃが逆転側に切
り換えられると、この可動接点７ｃを通じて商用電源８
から誘導電動機５の逆転駆動コイル５ｂに電流が流れて
誘導電動機５が逆転して被動部材を他方向に駆動する。
なお、９は移相コンデンサである。

【０００５】以上の構成により、目標信号の変更によっ
て被動部材の位置が目標信号によって指示された位置と
一致しなくなり、差動増幅器２に入力される目標信号と
信号変換器３の出力信号との間に差が生じて、差動増幅
器２の出力に電圧Ｖ₀ より例えば大きな偏差信号が出力
されると、正転コンパレータ６ａから正転信号が出力さ
れ、これによってバランシングリレー７の可動接点７ｃ
が正転側に切り換えられることによって、誘導電動機５
の正転駆動コイル５ａに電流が流されて誘導電動機５が
正転され、これによって被動部材が駆動されるようにな
る。この動作状態が、被動部材と連動して動かされるポ
テンショメータ４の抵抗値による信号変換器３の出力信
号が目標信号に略等しくなるまで継続することによっ
て、被動部材が目標信号によって指示された位置に位置
決めされるようになる。詳細な説明は省略するが、差動
増幅器２の出力に電圧Ｖ₀ より小さな偏差信号が出力さ
れるときには誘導電動機５が逆転されて、最終的には、
被動部材が目標信号によって指示された位置に位置決め
されるようになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置で
は、目標信号により指示された目標位置とポテンショメ
ータ４により検出された現在位置とのずれの大きさと方
向に応じた偏差信号に基づいて誘導電動機５を正逆転さ
せているだけであるので、誘導電動機５と被動部材との
間の回転伝達機構におけるギャ比を大きくし、誘導電動
機５の回転を大きく減速して被動部材に伝達するように
しなければ、ハンチング現象が起こってしまう。しか
し、このようにギャ比を大きくすると、それだけ応答性
が悪くなり、大きな偏差のときには制御性に問題を生じ
るようになる。

【０００７】また、上述した従来の装置では、被動部材
の位置を検出するために、スライド抵抗器からなるポテ
ンショメータを使用していたが、このスライド抵抗器は
機械的な摺動子が抵抗体上を摺動する機械的なもので寿
命が短く、摺動摩耗などによって時間と共に抵抗値が変
化するなどするため、定期的な保全作業が必要であると
いう問題があった。

【０００８】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、応答性を損なうことなくハンチング現象の発生を
防げるようにしたサーボ式位置制御装置を提供すること
を目的としている。

【０００９】本発明はまた、被動部材の位置検出を機械
的摺動動作を伴わない手段により行うことによって、定
期的な保全作業を必要なくしたサーボ式位置制御装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明により成されたサーボ式位置制御装置は、回転駆
動源によって駆動される被動部材と連動して動かされ被
動部材の位置を検出する位置検出器が発生する位置検出
信号と、回転駆動源によって動かすべき被動部材の目標
位置を示すアナログ目標信号との偏差を取り、該偏差が
０になるように回転駆動源を正転・逆転方向に回転制御
するサーボ式位置制御装置において、前記偏差の方向に
より前記回転駆動源を正転・逆転すべき制御方向を検出
する制御方向検出手段と、前記偏差の大きさの絶対値に
応じた周波数の一定幅のパルス信号を発生する信号変換
手段と、前記回転駆動源を正転・逆転させるように電源
をそれぞれ供給するスイッチング手段とを備え、前記制
御方向検出手段により検出した制御方向に前記回転駆動
源を回転するように前記スイッチング手段を前記信号変
換手段が発生するパルス信号によりオン・オフさせるよ
うにしたことを特徴としている。

【００１１】前記位置検出器が、幅が漸増するスリット
が同心円上に形成され前記回転駆動源により回転駆動さ
れる回転板と、前記スリットを通じて光結合するように
回転板を挟んで対向された発光素子及び受光素子とを有
し、前記発光素子からの光を前記スリットを通じて受光
する前記受光素子が発生する前記回転板の回転角度位置
に応じた大きさの電圧信号を前記位置検出信号として出
力するようにしたことを特徴としている。

【００１２】前記位置検出器が、前記発光素子からの光
を受光し受光した光に応じた大きさの信号を出力する第
２の受光素子と、該第２の受光素子からの信号により前
記発光素子が発生する光を一定に保持するように前記発
光素子の電源電圧を制御する電源制御手段とを更に有す
ることを特徴としている。

【００１３】

【作用】上記構成により、制御方向検出手段により検出
した制御方向に回転駆動源を回転するようにスイッチン
グ手段を信号変換手段が発生する偏差の大きさの絶対値
に応じた周波数の一定幅のパルス信号によりオン・オフ
させるようにしているので、偏差が大きなときには高速
で、偏差の小さなときには低速で回転駆動源を回転させ
ることができるようになる。

【００１４】また、被動部材の位置を検出する位置検出
器が回転板と発光素子及び受光素子とを有し、被動部材
を回転駆動する回転駆動源により回転駆動される回転板
に幅が漸増するスリットを同心円上に形成し、このスリ
ットを通じて発光素子からの光を受光素子が受光して発
生する回転板の回転角度位置に応じた大きさの電圧信号
を被動部材の位置を示す位置検出信号として利用し、被
動部材をサーボ制御により目標位置に駆動するようにな
る。従って、位置検出器に機械的な摺動部材が存在しな
い。

【００１５】更に、発光素子からの光を受光してその光
に応じた大きさの信号を第２の受光素子が出力し、この
信号により発光素子が発生する光を一定に保持するよう
に電源制御手段が発光素子の電源電圧を制御するので、
発光素子が発生する光が変化して被動部材の位置検出が
不正確になることはない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明によるサーボ式位置制御装置の一実
施例を示す回路図であり、同図において、１１は目標信
号が入力される入力端子であり、該入力端子１に入力さ
れた目標信号は差動増幅器１２の一方の入力に印加され
る。差動増幅器１２の他方の入力には、信号変換器３の
出力信号が印加されている。信号変換器１３は位置検出
器１４の出力信号を変換する。

【００１７】位置検出器１４は、回転駆動源としての誘
導電動機１５により図示しない燃料調節弁のような被動
部材と連動して駆動され、被動部材の位置に応じた回転
角度位置をとる円板状の回転板１４ａを有する。回転板
１４ａには、その回転中心を中心とした同心円上に、そ
の回転方向に沿って幅が漸増するスリット１４ｂが形成
されている。回転板１４ａの両側には、これを挟んで互
いに対向し、スリット１４ｂを通じて光結合するように
発光ダイオードのような第１の発光素子１４ｃ及びフォ
トダイオードのような受光素子１４ｄが配置されてお
り、発光素子１４ｃからの光をスリット１４ｂを通じて
受光素子１４ｄが受光し、受光した光量に応じた大きさ
の信号を出力する。

【００１８】受光素子１４ｄがスリット１４ｂを通じて
発光素子１４ｃからの光を受光する光量はスリット１４
ｂの幅に応じて変化する。また、受光素子１４ｄが発光
素子１４ｃからの光を受光するスリット１４ｂの幅は燃
料調節弁に連動して回転する回転板１４ａの回転角度位
置に応じて変化する。従って、受光素子１４ｃが出力す
る信号の大きさは回転板１４ａの回転角度位置、すなわ
ち、被動部材の位置である燃料調節弁の開度に応じたも
のとなる。入力端子１１に入力される電圧信号と燃料調
節弁の開度との関係を示すと図２のようになり、入力端
子１１に入力する電圧信号が１Ｖから５Ｖに順次増大す
るに従って、開度が０％から１００％に順次増大するよ
うになる。

【００１９】上述した位置検出器１４では、被動部材と
連動して回転板１４ａが回転され、この回転板１４ａの
回転によって受光素子１４ｄが発光素子１４ｃからの光
を受光するスリット１４ｂの幅が変わり、これによって
大きさが変化する受光素子１４ｄからの信号によって被
動部材の位置を検出するようになっていて、機械的な手
動部材が存在しないので、摺動摩耗などによって時間と
共に信号が変化するようなことがなく、定期的な保全作
業を必要としなくなっている。

【００２０】位置検出器１４は、発光素子１４ｃが発生
する光をスリット１４ｂを通じず直接受光するように配
置され、受光した光量に応じた大きさの信号を出力する
発光ダイオードのような第２の受光素子１４ｅと、第２
の発光素子１４ｅが出力する信号の電圧と基準電圧源１
４ｆからの基準電圧Ｖ_REF1とが入力され、これらの偏差
をとってその大きさと極性に応じて任意の電圧を中心に
して増減する電圧を出力する差動増幅器１４ｇとからな
る電源制御部を有する。電源制御部は差動増幅器１４ｇ
の出力電圧を第１の発光素子１４ｃに印加し、基準電圧
Ｖ_REF1に応じた一定の光量を常に発光させるように制御
する。

【００２１】位置検出器１４は、入力端子１１への１Ｖ
〜５Ｖの目標信号の入力に応じて燃料調節弁の開度が０
％から１００％に増大するに従って任意の範囲で増大す
る電圧信号を出力し、これを信号変換回路１３に入力す
る。信号変換回路１３は位置検出器１４からの任意の範
囲で増大する電圧信号を１Ｖ〜５Ｖの範囲で増大する電
圧信号に変換するためのもので、動作電源として±Ｅの
正負電源が供給されると共に、一方の入力に位置検出器
１４からの電圧信号が、他方の入力に基準電圧源１３ｂ
からの基準電圧Ｖ_REF2がそれぞれ印加される信号変換用
差動増幅器１３ａにより構成されている。

【００２２】差動増幅器１２は動作電源として図示しな
いが±Ｅの正負電源が供給され、入力端子１１に入力さ
れた目標信号と信号変換器１３から出力される電圧信号
との差、すなわち、目標信号によって指示された位置と
実際の被動部材の位置と大小関係とその差の大きさに応
じ、図３に示すように、０Ｖを中心にして極性と大きさ
が±Ｅの範囲で変化する偏差信号を出力する。

【００２３】この偏差信号は正転コンパレータ１６ａ及
び逆転コンパレータ１６ｂの一方の入力に印加されて他
方の入力に印加されている正の基準電圧Ｖ_REFa（＋Ｘ
Ｖ）及び負の基準電圧Ｖ_REFb（−ＸＶ）とそれぞれ比較
され、図４に示すように、偏差信号が基準電圧Ｖ_REFaよ
り大きくなると正転コンパレータ１６ａが、偏差信号が
基準電圧Ｖ_REFbより大きくなると逆転コンパレータ１６
ｂがＨレベルである正転信号及び逆転信号をそれぞれ出
力する。正転コンパレータ１６ａ及び逆転コンパレータ
１６ｂがそれぞれ出力する正転信号及び逆転信号は、ア
ンドゲート１７ａ及び１７ｂの一方の入力に印加されて
これらのアンドゲートを開にする。コンパレータ１６
ａ，１６ｂは、偏差の方向により誘導電動機１５を正転
・逆転すべき制御方向を検出する制御方向検出手段１６
を構成している。

【００２４】差動増幅器１２の出力の偏差信号は、ダイ
オードブリッジ１８ａと直流増幅回路１８ｂからなる全
波整流回路１８によって全波整流され、図３に示した偏
差信号は図５に示すような絶対値信号に変換される。こ
の絶対値信号は電圧−周波数（Ｖ−Ｆ）変換器１９に入
力され、この絶対値信号の入力に応じてＶ−Ｆ変換器１
９は、図６に示すような関係で入力された絶対値信号の
大きさに応じて周波数が増大する図７に示すような矩形
波信号を出力する。この矩形波信号はワンショットマル
チバイブレータ（ワンショット）２０に入力され、その
立ち上がりによってトリガしてワンショット２０に図８
に示すように一定時間持続する矩形波を出力させる。上
記全波整流回路１８、電圧−周波数（Ｖ−Ｆ）変換器１
９及びワンショットマルチバイブレータ（ワンショッ
ト）２０は、偏差の大きさの絶対値に応じた周波数の一
定幅のパルス信号を発生する信号変換手段２５を構成し
ている。

【００２５】なお、図８（ａ）は、偏差信号の絶対値が
大きくＶ−Ｆ変換器１９の出力の周波数信号の周波数が
図７（ａ）に示すように高く、ワンショット２０の出力
の矩形波が立ち下がる前に矩形波信号が立ち上がるよう
な場合のワンショット２０の出力を示し、ワンショット
２０の出力は連続してＨレベルに保持されている。図８
（ｂ）及び（ｃ）は、偏差信号の絶対値が小さく図７
（ｂ）及び（ｃ）に示すように周波数が低い場合のワン
ショット２０の出力をそれぞれ示し、偏差信号の絶対値
が小さくなるに従って、ワンショット２０の出力がＨレ
ベルになっている時間が短くなることが判る。

【００２６】ワンショット２０の出力は、上記アンドゲ
ート１７ａ及び１７ｂの他方の入力に印加され、一方の
入力が正転信号及び逆転信号の印加によって開にされて
いるアンドゲート１７ａ及び１７ｂをそれぞれ介してス
イッチングトランジスタ２１ａ及び２１ｂのベースに印
加される。スイッチングトランジスタ２１ａ及び２１ｂ
はそのベースにＨレベルの信号が印加されることによっ
てその間オンし、スイッチングトランジスタ２１ａ及び
２１ｂを介して電源Ｖ_CCとアース間に接続したリレー２
２ａ及び２２ｂのリレーコイル２２ａ₁ 及び２２ｂ₁ に
通電させる。リレー２２ａ₁ 及び２２ｂ₁ がそれぞれ通
電されるとその常開接点２２ａ₂ 及び２２ｂ₂ がそれぞ
れ閉じる。トランジスタ２１ａ，２１ｂは、誘導電動機
１５を正転・逆転させるように電源をそれぞれ供給する
スイッチング手段２１を構成している。

【００２７】常開接点２２ａ₂ が閉じると、この接点２
２ａ₂ を通じて商用電源２３から誘導電動機１５の正転
駆動コイル１５ａに電流が流れて誘導電動機５が正転し
て被動部材を一方向に駆動する。常開接点２２ｂ₂ が閉
じると、この接点２２ａ₂ を通じて商用電源２３から誘
導電動機１５の逆転駆動コイル１５ｂに電流が流れて誘
導電動機１５が逆転して被動部材を他方向に駆動する。
なお、２４は移相コンデンサである。

【００２８】上述した説明から明らかなように、正転駆
動コイル１５ａ及び逆転駆動コイル１５ｂに電流が流さ
れ誘導電動機１５が正転及び逆転させられる時間は、常
開接点２２ａ₂ 及び２２ｂ₂ がそれぞれ閉じる時間に比
例し、常開接点２２ａ₂ 及び２２ｂ₂ の閉時間は偏差信
号の絶対値の大きさに比例している。従って、被動部材
である燃料調節弁の位置が目標信号によって指示された
位置から大きくずれているときには誘導電動機１５が早
く回転され、ずれが小さいときには遅く回転されるよう
になる。よって、誘導電動機１５の慣性動作により被動
部材が目標位置を大きく越えて駆動されることがなくな
り、ハンチング動作を防ぐために大きな不感帯域を設け
る必要がなくなるので、それだけ被動部材を目標位置に
対して正確に位置決めすることが可能になる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、検
出した制御方向に回転するように偏差の大きさの絶対値
に応じた周波数の一定幅のパルス信号により回転駆動源
を回転させるようにしているので、偏差が大きなときに
は高速で、偏差の小さなときには低速で回転駆動源を回
転させることができるようになり、応答性を損なうこと
なくハンチング現象の発生を防ぐことができる。

【００３０】また、被動部材と連動して回転駆動される
回転板に同心円上に幅が漸増するスリットを形成し、こ
のスリットを通じて発光素子からの光を受光素子が受光
して回転板の回転角度位置に応じた大きさの電圧信号を
発生させ、この電圧信号を被動部材の位置を示す位置検
出信号として利用し、被動部材をサーボ制御により目標
位置に駆動するようにし、位置検出器に機械的な摺動部
材が存在せず機械的な摩耗によって位置検出が不正確と
なることがないので、定期的な保全作業がほとんど必要
なくなる。

【００３１】更に、発光素子が発生する光を一定に保持
するようにしているので、発光素子が発生する光が経時
変化して被動部材の位置検出が不正確になることもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーボ式位置制御装置の一実施例
を示す回路図である。

【図２】目標信号と開度との関係を示すグラフである。

【図３】偏差と偏差信号との関係を示すグラフである。

【図４】偏差信号と正転及び逆転との関係を示すグラフ
である。

【図５】図３の偏差信号を絶対値変換したものを示すグ
ラフである。

【図６】Ｖ−Ｆ変換器による電圧と周波数の関係を示す
グラフである。

【図７】Ｖ−Ｆ変換器の各種の矩形波信号を示す波形図
である。

【図８】図７の矩形波信号の各々に対するワンショット
の出力波形を示す図である。

【図９】従来のサーボ式位置制御装置の一例を示す回路
図である。

【符号の説明】

１４ 位置検出器 １４ａ 回転板 １４ｂ スリット １４ｃ 発光素子 １４ｄ 受光素子 １４ｅ 第２の受光素子 １４ｇ 電源制御手段（差動増幅器） １５ 回転駆動源 １６ 制御方向検出手段 ２１ スイッチング手段 ２５ 信号変換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 孝行 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動源によって駆動される被動部材
   と連動して動かされ被動部材の位置を検出する位置検出
   器が発生する位置検出信号と、回転駆動源によって動か
   すべき被動部材の目標位置を示すアナログ目標信号との
   偏差を取り、該偏差が０になるように回転駆動源を正転
   ・逆転方向に回転制御するサーボ式位置制御装置におい
   て、 前記偏差の方向により前記回転駆動源を正転・逆転すべ
   き制御方向を検出する制御方向検出手段と、 前記偏差の大きさの絶対値に応じた周波数の一定幅のパ
   ルス信号を発生する信号変換手段と、 前記回転駆動源を正転・逆転させるように電源をそれぞ
   れ供給するスイッチング手段とを備え、 前記制御方向検出手段により検出した制御方向に前記回
   転駆動源を回転するように前記スイッチング手段を前記
   信号変換手段が発生するパルス信号によりオン・オフさ
   せるようにしたことを特徴とするサーボ式位置制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記位置検出器が、幅が漸増するスリッ
   トが同心円上に形成され前記回転駆動源により回転駆動
   される回転板と、前記スリットを通じて光結合するよう
   に回転板を挟んで対向された発光素子及び受光素子とを
   有し、前記発光素子からの光を前記スリットを通じて受
   光する前記受光素子が発生する前記回転板の回転角度位
   置に応じた大きさの電圧信号を前記位置検出信号として
   出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載のサ
   ーボ式位置制御装置。
3. 【請求項３】 前記位置検出器が、前記発光素子からの
   光を受光し受光した光に応じた大きさの信号を出力する
   第２の受光素子と、該第２の受光素子からの信号により
   前記発光素子が発生する光を一定に保持するように前記
   発光素子の電源電圧を制御する電源制御手段とを更に有
   することを特徴とする請求項２記載のサーボ式位置制御
   装置。