JPH073241B2 - 電気油圧サ−ボアクチユエ−タの動特性補償装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気油圧サーボアクチュエータの動特性補償
装置、特に圧力フィードバックを用いたものに関する。

〔従来の技術〕

一般に、サーボ機構は、目標値に対しては理想的な忠実
度で応答し、外乱に対しては無感覚であることが望まし
い。そこで、従来のサーボ機構においては、電気油圧サ
ーボアクチュエータを用いるとともに、外乱等に対する
系の安定化を図るべく、そのアクチュエータの油圧作動
室の圧力変動を検出し、これの微分値を入力信号に対応
する帰還信号とすることにより上記変動を相殺するよう
に制御する、いわゆる圧力フィードバック方式の動特性
補償装置を用いたものがある。

従来この種の動特性補償装置としては、例えば第３図に
示すように、アクチュエータ100に連通したクッション
室101と、アクチュエータ100とクッション室101を結ぶ
通路中にオリフィス102とを設け、このオリフィス102に
よりアクチュエータ100の油圧作動室103の圧力変動を油
圧的に微分化して、その微分化油圧信号によりリーケー
ジバルブ104あるいはフィードバックリンク（図示せ
ず）を作動せしめるようにした純油圧的なものがある。
また、第４図に示すように、アクチュエータ200の油圧
作動室201の圧力を歪ゲージ202等を用いて機電変換し、
これを復調器203、フィルタ204および微分器205を介し
て電気信号入力部（加算器206）に帰還するようにした
電気的なものとがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のような純油圧的な動特性補償装置
にあっては、オリフィス102を用いるため、作動油中に
不可避的に混入するエアーがオリフィス102に留まった
とき、極端に大きな誤差信号を発してしまうことで系の
不安定を招き易い。また、リーケージバルブ104あるい
は圧力フィードバックプランジャを必要とするため、構
造が複雑となるだけでなく、作動油混入物により直接あ
るいは間接的にそれらが作動不能となり易い。このよう
に、従来の純油圧的微分方式の動特性補償装置は、信頼
性を欠き、しかも構造が複雑なものとなっていた。

また、上述したような電気的補償装置では、歪ゲージ20
2等の機電変換による出力信号が微弱であるため、いわ
ゆるノイズの影響を受け易いばかりか、復調器203等の
付属電子装置およびこれらの駆動電源や電源ケーブル等
が必要であり、やはり信頼性に欠け、構造が複雑なもの
になっていた。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みてなされた
もので、構造が簡単で信頼性の高い電気油圧サーボアク
チュエータの動特性補償装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的達成のため、アクチュエータの主ピ
ストンにより仕切られた油圧作動室の差圧に比例して変
位する差圧検出ピストンと、該差圧検出ピストンの速度
を検出してこれを電気信号に変換する速度検出器と、を
備え、前記速度検出器の出力信号を前記油圧作動室の油
の給排を制御する電気油圧サーボ弁の制御信号入力側に
帰還するようにしたことを特徴とするものであり、 好ましくは、前記速度検出器に速度トランスジューサを
用い、これの出力信号を位相補償コイルを介して電気油
圧サーボ弁の制御信号入力回路側の補償制御コイルに直
接帰還するもの、 あるいは、前記速度検出器の出力信号を一次遅れ要素を
介して電気油圧サーボ弁の制御信号入力回路側の加算器
に帰還せしめるものである。

〔作用〕

本発明では、アクチュエータに外乱が作用したり振動が
生じたりすると、主ピストンの両側の油圧作動室の差圧
に変動が生じ、この差圧瞥動により生ずる差圧検出ピス
トンの速度変動が速度検出器によって電気信号に変換せ
られて電気油圧サーボ弁の電気信号入力側に帰還され
る。このとき、上記帰還信号は、差圧検出ピストンの速
度を速度検出器で検出することにより差圧信号を微分化
した信号として生成されるので、従来のオリフィスを用
いた油圧微分方式のもののように作動油中のエアの影響
で誤信号を発し系の不安定を招くといった不具合を生じ
ないとともに、リーケージバルブや圧力フィードバック
プランジャが必要ないことから、作動油中の異物の噛み
込みによる作動不能を招くこともなく、しかも、装置の
構造が簡素化されることになる。

また、油圧作動室間の差圧の変動を差圧検出ピストンを
介して速度検出器の電気信号出力とすることで、歪ゲー
ジ等による検出を行なうものに対して差圧変動の検出信
号出力を格段に大きくすることができ、従来の電気的微
分方式のものに比べてノイズの影響を受け難いものとな
る。さらに、速度検出器として速度トランスジューサを
用いることで、復調器や駆動電源を不要にすることがで
きる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例を参照しつつ本発明を説明する。

第１図は、補助制御コイルを持つ電気油圧サーボ弁（デ
ュアルコイルタイプと通称されている）を備えたシステ
ムに本発明を適用した実施例を示している。

同図において、１は制御対象となる負荷であり、この負
荷１油圧アクチュエータ２により駆動される。３はアク
チュエータ２への圧油の流量および方向（給排量とその
給排方向）を制御する電気油圧サーボ弁である。このサ
ーボ弁３はフラッパ（図示せず）を作動させる主制御コ
イル４と補助制御コイル５とを備えている。６はサーボ
弁に作動油を給排する油圧源、７はアクチュエータ２の
出力ピストン８（主ピストン）の変位を検出する位置検
出器としての差動変圧器（LVDT）、９は差動変圧器７か
らの位置信号を伝達する位置フィードバック回路であ
る。このフィードバック回路９には、復調器10およびフ
ィルタ11が設けられている。12は入力信号発生回路であ
り、この信号発生器12からの入力信号は信号回路13を通
じてサーボ弁３の主制御コイル４に伝達される。入力回
路13中には、入力信号発生器12からの信号と位置フィー
ドバック回路９からの信号との偏差を計算する加算器14
と、サーボ弁３の伝達遅れを補償するための応答補償要
素15と、サーボ増幅器16とが設けられている。

17は、アクチュエータ２の主力ピストン８により仕切ら
れた油圧作動室18,19の間の差圧に比例して変位できる
よう、シリンダ20内で液密的に摺動可能に収納された差
圧検出ピストンである。この差圧検出ピストン17には、
これを中立位置に保持するようスプリング21,22の力が
作用している。また、差圧検出ピストン17が上記差圧に
よって変位するとき、その差圧速度は速度トランスジュ
ーサ23によって上記差圧の微分化信号である電気信号に
変換され、圧力フィードバック回路24を通じてサーボ弁
３の制御信号入力回路側である補助コイル５に入力され
るようになっている。また、圧力フィードバック回路24
と補助コイル５とは、補助コイル５への入力により、入
力信号発生器12からの信号と位置フィードバック回路９
からの信号との偏差に対応する主制御コイル４の発生磁
束を調整するように結線されており、これによって油圧
作動室18,19間の上記外乱等による差圧変動を抑制する
ようサーボ弁３による圧油の給排が制御される。さら
に、圧力フィードバック回路24中には、所定の負荷周波
数領域での系の安定化を補償するため、位相補償コイル
25が設けられている。

次にこの実施例の作用を説明する。

入力信号発生器12からの指令信号がサーボ増幅器16を介
してサーボ弁３の主制御コイル４に入力されると、サー
ボ弁３が作動して油圧源６からアクチュエータ２への作
動油の給排（流入出）が制御され、アクチュエータ２が
作動する。そして、アクチュエータ２の出力ピストン８
の変位が差動変圧器７により検出され、電気信号である
その変位検出信号が加算器14に帰還される。このとき、
アクチュエータ２はこれに働く外乱や慣性力等に無関係
に上記指令信号に完全に追随することが理想であるが、
実際にはそれらの外乱等による影響を受ける。

アクチュエータ２に外乱等が働くと、出力ピストン８に
より仕切られた油圧作動室18,19間の差圧に急激に変動
するが、このとき、差圧検出ピストン17が差圧変動に対
応して変位し、その変位速度が速度トランスジューサ23
により検出され、その出力信号である上記差圧変動の微
分値に対応する信号が圧力フィードバック回路24の位相
補償コイル25を介して速度トランスジューサ23からサー
ボ弁３の補助コイル５に帰還される。そして、その帰還
信号に応じ補助コイル５により主制御コイル４の磁束が
調整されることで、前記差圧がある程度の安定状態を回
復し、速度トランスジューサ23の出力が減少するまで、
主制御コイル４による制御量が差圧変動を抑制するよう
に調整される。なお、本実施例でのこのような差圧変動
の抑制による動特性補償の効果自体は従来知られている
加速度フィードバックによる場合と等価なものであるか
ら、これ以上は言及しない。

本実施例では、油圧作動室18,19間の差圧を微分化した
信号を生成するに際し、上述のように差圧に比例して変
位する差圧検出ピストン17とその速度を検出する速度検
出器とを用いていることから、クッション室とオリフィ
スを用いる従来の油圧微分方式のように作動油中のエア
によって極端な誤信号を発生して系の不安定化を招くこ
とがない。また、微分化信号によって駆動されるリーケ
ージバルブや圧力フィードバックプランジャ等の被駆動
部材が必要ないので、作動油中の異物の噛み込みによっ
て作動不能を招くといった問題が解消され、しかも、装
置の構造が大幅に簡素化されることになる。したがっ
て、従来の油圧微分方式を用いた動特性補償装置に比べ
て構造が簡単な信頼性に優れたものとなる。

また、差圧検出ピストン17の変位量は、該ピストン17の
受圧面積とスプリング21,22の押圧力等を適当に選択す
ることで、同じ差圧に対する歪ゲージ等の変形量に比べ
て格段に大きくすることができるから、速度検出器から
の差圧変動の検出信号出力を格段に大きくすることがで
き、従来の電気的微分方式を用いるものに比べてノイズ
の影響をきわめて受け難いものとなる。さらに、速度検
出器として電源や電源用ケーブルが不要な速度トランス
ジューサ23を用い、その速度トランスジューサ23は直流
電圧信号を出力するものであることから、従来の電気微
分方式を用いるもののように圧力検出部の電源や電源ケ
ーブル、復調器、フィルタ等が必要でない。したがっ
て、従来の電気的微分方式を用いた動特性補償装置に比
べても構造が簡単で信頼性に優れたものとなる。

さらに、上述のように速度トランスジューサ23の出力は
大きくでき、その出力信号はサーボ弁３の駆動電流と同
程度の数ミリアンペアとすることができ、この出力信号
をサーボ弁３の補助コイル５に直接帰還させることがで
きるから、このことによっても構成を簡素化して信頼性
を向上させることができる。

第２図は本発明の第２実施例の構成を示すものである。

なお、本実施例において第１図に示す構成と同一の構成
については同じ符合を付してその説明を省略する。

この実施例のサーボ弁３には、第１実施例における補助
コイル５のようなものを設けず、速度トランスジューサ
23からの出力信号をサーボ弁３の制御信号入力回路側で
ある加算器14に入力するようにしている。また、圧力フ
ィードバック回路24中には、所定の負荷周波数領域での
系の安定性を補償するため一次遅れ回路26が設けられて
いる。

本実施例においても、第１実施例とほぼ同様な作用によ
って、構造が簡単で信頼性に優れた電気油圧サーボアク
チュエータの動特性補償装置となる。

〔効果〕

以上説明したように、本発明によれば、アクチュエータ
の主ピストンにより仕切られた油圧差動室の差圧の微分
値検出を、差圧検出ピストンの変位速度検出で行なうよ
うにしているので、作動油中のエアの影響で誤信号を発
生して系の不安定を招くといった不具合を解消すること
ができ、リーケージバルブや圧力フィードバックプラン
ジャ等の微分化信号に対する機械的被駆動部を不要にす
ることで、作動油中の異物の噛み込みにより作動不能を
招くといった問題を解消し、しかも、装置の構造を大幅
に簡素化することができる。また、油圧作動室間の差圧
の微分化信号を速度検出器の電気信号出力として得るこ
とで、歪ゲージ等による検出を行なうものに対しその出
力を格段に大きくすることができ、従来の電気的微分方
式を用いるものに比べてノイズの影響をきわめて受け難
いものにすることができる。さらに、前記速度検出器と
して速度トランスジューサを用いることで、復調器や差
圧検出部の駆動電源をも不要にすることができる。その
結果、動特性補償装置の構造を簡単にし、しかもその信
頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す構成図、第２図は本
発明の第２実施例を示す構成図、第３図および第４図は
従来の動特性補償装置の要部の概略構成図である。 １……負荷、２……油圧アクチュエータ、３……電気油
圧サーボ弁、４……主制御コイル、５……補助コイル
（制御信号入力回路側）、７……差動変圧器（位置検出
器）、８……出力ピストン（主ピストン）、９……フィ
ードバック回路、12……入力信号発生器、13……入力回
路、14……加算器（制御信号入力回路側）、15……応答
性補償要素、16……サーボ増幅器、17……差圧検出ピス
トン、18,19……油圧作動室、21,22……スプリング、23
……速度トランスジューサ（速度検出器）、24……圧力
フィードバック回路、25……位相補償コイル、26……一
次遅れ回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクチュエータの主ピストンにより仕切ら
   れた油圧作動室の差圧に比例して変位する差圧検出ピス
   トンと、該差圧検出ピストンの速度を検出してこれを電
   気信号に変換する速度検出器と、を備え、前記速度検出
   器の出力信号を、前記油圧作動室への油の給排を制御す
   る電気油圧サーボ弁の制御信号入力回路側に帰還するよ
   うにしたことを特徴とする電気油圧サーボアクチュエー
   タの動特性補償装置。
2. 【請求項２】速度検出器に速度トランスジューサを用
   い、これの出力信号を位相補償コイルを介して電気油圧
   サーボ弁の制御信号入力回路側の補助制御コイルに直接
   帰還するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電気油圧サーボアクチュエータの動特性補償
   装置。
3. 【請求項３】速度検出器の出力信号を一次遅れ要素を介
   して電気油圧サーボ弁の制御信号入力回路側の加算器に
   帰還せしめたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電気油圧サーボアクチュエータの動特性補償装置。