JPH0737833B2 - 電磁比例制御弁のヒステリシス補償回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば舶用舵取機，クレーン，工作機械，…
等の制御対象に使用される電磁比例制御弁のヒステリシ
スを補償する電磁比例制御弁のヒステリシス補償回路に
関するものである。

尚、以下の説明としてここでは制御対象を舶用操舵機と
してこれに電磁比例制御弁を使用する場合を具体的例と
して取上げて説明するが、制御対象はこれには止どまら
ずに上記クレーン，工作機械，…等をも含むものとす
る。尚、電磁比例制御弁は、流量（例えばリリーフ圧，
減圧,4方向流量，…等）や圧力等を制御する弁等の一般
的な電磁比例の弁であり、ここでは電磁比例圧力制御弁
（以下「弁」と略称する）として以下に説明を行う。

［従来の技術］ 従来、この種の装置に関連する技術としては例えば、特
開昭51−113991号公報，特開昭51−141194号公報及び特
公昭61−35038号公報等が知られている。

一般にこの種の入出力の比例特性を利用した弁に関連す
る舶用操舵機の回路の構成にあっては、入力信号である
舵角信号（電流）は、オートパイロット・コントロール
スタンドからの取舵（PORT,左方向，以下「ｐ」で表わ
す）及び面舵（STRBOARD,右方向，以下「ｓ」で表わ
す）方向の信号を制御系統の変換回路手段を用いて弁の
入力となる制御出力に変換されて弁に伝達される。この
結果、弁の出力（圧力）は、レギュレータを介して舵取
機油圧ポンプの吐出量（＝操舵スピード）と、ｐ方向又
はｓ方向の操舵速度を制御する。

以下具体的な図面を用いて説明する。

第６図は従来の制御回路及び制御対象である舵取機迄の
電気系統結合状態を示す弁のブロック系統図、第７図及
び第８図は第６図の説明に供する図である。

第６図及び第８図において、１は信号入力回路である。
この信号入力回路１は、第７図（ａ）に示すような舵角
信号θを入力端子1aから入力して、ダイオードブリッジ
1bを介してオペアンプQ₁に導き第７図（ｂ）に示すよう
な信号を出力する構成から成る。２は方向判別回路であ
る。この方向判別回路２は、ここではp/s方向を判別す
る方向判別回路の構成となっており（以下「p/s方向判
別回路」という）、入力信号のｐ方向/s方向の判別をし
て判別方向信号（ここではＣ_ｓ及びＤ_ｓで表わす）を出
力する。３は比例帯調整回路であり、オペアンプQ₂に接
続された可変抵抗VR₁及びツェナーダイオードZ₁で構成
されて、入力信号回路１からの信号の比例帯を決定・調
整して第７図（ｃ）に示すような信号を出力する。４は
オペアンプQ₃から成る反転回路である。５は互いに並列
接続された一対の可変抵抗VR₂,VR₃から成るスパン調整
回路である。６はp/s方向判別回路２の判別方向信号Ｃ
_ｓ又はＤ_ｓで動作する一対の切替要素SW₁,SW₂から成
り、スパン調整された信号をp,s方向信号に基づいて選
別し出力するp/s選別回路である。７はオペアンプQ₄の
反転端子にp/s選別回路６の出力が供給され第７図
（ｄ）に示すような決定・調整された入力信号の比例帯
に基づくp/sスパン特性を指令信号δとして出力する指
令信号出力回路である。８は後述する弁の機構（例えば
スプール）的静止摩擦によるヒステリシス（誤差）を除
去するためのディザ信号を出力するディザ回路である。
Ｂ_ａは弁に供給される電流のバイアス値を調整してバイ
アス調整信号を出力するための可変抵抗VR₄,ツェナーダ
イオードZ₂から成るバイアス調整部である。９は制御回
路である。この制御回路９は、加減算器91と、ソレノイ
ド電流検出用の抵抗R₁やオペアンプQ₇を有するソレノイ
ド電流フィードバック回路92と、例えばFETから成るソ
レノイド電流出力素子（以下「FET」という）93とから
成る弁を駆動するための電流を制御する制御回路であ
る。ここで前記加減算器91は加減算用のオペアンプQ₆を
有し、このオペアンプQ₆の非反転端子に指令信号δとデ
ィザ信号とバイアス調整信号とが導かれ、反転端子にソ
レノイド電流フィードバック回路92からソレノイド電流
のフィードバック信号（抵抗R₁に流れる電流値）が供給
される。この時抵抗R₁の両端の特性は第７図（ｅ）に示
すようになり、この実線及び破線の特性はバイアス調整
部Ｂ_ａで調整される。10は例えばDC24VのDC電源であ
る。11a,11bはソレノイド駆動回路であり、トランジス
タTr_1a,Tr_2a（11bも同様で夫々、Tr_1b,Tr_2bとする）を
有する。ここではトランジスタTr_2aのベースに抵抗を介
して判別方向信号Ｃ_ｓ（11bにはＤ_ｓ）が供給される。1
2は上述した制御回路で加算した信号に基づき制御され
る弁（図ではサージキラー用ダイオードをつけた場合を
表わす）である。この弁12（個々には12a,12bで表わ
す）は、舵取機油圧ポンプＰを出力圧で方向（舵角）及
び流量（操舵スピード）等を制御する（第８図に示す弁
と可変吐出ポンプを組合せた一例からなる特性を有す
る）一対の電磁コイル（ソレノイド）SOL₁（ここではｐ
方向コイル）,SOL₂（ここではｓ方向コイル）を有す
る。第８図においてヒステリシスカーブの破線はディザ
無しで弁の機械的静摩擦を有する入出力特性を示す。こ
こで、機械的静摩擦によるものについては入力信号に重
畳させた100〜200Hz程度の交流成分で常に動摩擦をおお
よそゼロ状態にしておくことにより静摩擦によるヒステ
リシスを除去するディザを用いることにより実線のよう
に取除くことが可能であるが、この実線のディザ有のソ
レノイド部コアの磁気的ヒステリシスによる入出力特性
についてはコア材の物性によるものであるから一般には
除去不能である。又、弁12には、入力電流0mAからリニ
アに出力（圧力）が出ずに100〜300mA程度の不感帯を有
すること、及び、不感帯とヒステリシスはp,s方向で多
少異なるため両者共用の駆動回路では左右均等の特性が
得られない（この不均等性は弁によるものと舵取機ポン
プによるものとが含まれている。尚、不感帯を除去する
ために一定のバイアス電流を流してもこの不均等さの問
題は残る。この不平均等さの影響を成るべく小さくする
調整は面側であり、充分調整しきれない場合もあるため
制御性及び精度が劣る）こと等の問題もあるが、これに
かわるものがないために一般には広く使用されている。
一方、p,s方向の操舵速度は同じに調整する必要がある
が、第６図のように構成することでp,s方向各々のスパ
ン調整によりＱ_smax＝Ｑ_pmaxにすることができるので最
大圧力（流量）のp,sの差は問題とはならない。

この様な回路構成の動作は以下ようになる。

信号入力回路１に例えば1mA/degの舵角信号θが入力し
た場合を考える。舵角信号θはダイオードブリッジ1bを
介してオペアンプQ₁を通り、第７図（ｂ）に示すような
負の絶対値信号となる。この信号は、p/s方向判別回路
２においてオペアンプQ₁の前後の信号比較により入力信
号がｐ方向かｓ方向かの判別をして判別方向信号Ｃ_ｓ,D
_ｓに１（オン：例えば5V）又は０（オフ：例えば0V）の
信号を乗せる。一方信号入力回路１の出力は、比例帯調
整回路３で反転増幅及びクランプ（最大値の制限），及
び傾斜の調整等の比例帯の決定・調整がなされて第７図
（ｃ）に示すような信号となる。この信号は反転回路４
で反転され、スパン調整回路５で夫々ｐ方向及びｓ方向
のスパン調整が行われ、更に、p/s選別回路６で例えば
ｐ方向の時は判別方向信号のＣ_ｓ＝１によりSW₁がオン
となりスパン調整されたｐ方向の信号が指令信号出力回
路７に導かれ、スパン特性を有する指令信号δとして制
御回路９に出力される。制御回路９にはこの指令信号δ
の他にディザ信号とバイアス調整信号と導かれており、
加減算器91において、これ等の信号と弁12のコイルSOL₁
又はSOL₂に流れる電流のフィードバック信号（抵抗R₁に
流れる電流値）とに基づいて加減算が行われる。加減算
器91の出力はFET93に供給されてSOL₁又はSOL₂に流れる
電流値を制御する。SOL₁又はSOL₂への電流供給のオンオ
フはソレノイド駆動回路11a,11bで行われる。ソレノイ
ド駆動回路11a,11bの起動は判別方向信号Ｃ_ｓ又はＤ_ｓ
によるTr_2a（11bについてはTr_2b）のオン動作により行
われる。即ち、ｐ方向信号である時（Ｃ_ｓ＝１）Tr_2aが
オン状態となり、ソレノイド駆動回路11aからソレノイ
ドSOL₁（ｐ側コイル）に出力電流が供給される。第６図
においてはp,sの方向制（極性）のある舵角信号は、一
旦無極性化して各種調整を行った後に最終段で又極性が
与えられる回路構成から成る。

［発明が解決しようとする課題］ この従来の技術は下記のような問題点があった。

（ｉ）：特性がp/s対象でないため双方の差の影響をな
るべく小さくする値に調整する面倒。

（ii）：弁特有の磁気ヒステリシスがあるためヒステリ
シス幅（上昇時と下降時の差）を考慮して調整する必要
が有り、このために調整が面側である。

例えば第９図の従来の技術の問題点の説明に供する図
（Ａ）に示すように、始動電流（上昇側カーブ）ａ
_ｐ（ａ_ｓ）にバイアス電流を合せると、舵角としての不
感帯はゼロにできるが舵角入力がゼロになっても下降側
カーブによる出力が残り、言替えれば舵が追従して舵角
偏差入力が減少するとき下降線を辿り舵角偏差がゼロに
なってもまだ出力（出力電流）はｈ_ｐυ（ｈ_ｓυ）分残
っているから、ハンチングを起こすことになり、舵取機
の寿命を縮めることになり制御上好ましくない。逆に第
９図（Ｂ）に示すように、バイアス電流を停止電流（下
降側カーブ）ｂ_ｐ（ｂ_ｓ）に合せるとハンチングは起こ
らないが舵角偏差増加時すぐには追従しない、即ち不感
帯が出ることとなる。例えば、電流スパン:280mA、ａ_ｓ
＝250mA,b_ｓ＝210mA,設定比例帯:/舵角:2.5゜とした時
に不感帯は、 （xmA/280mA）×2.5゜ ……（１） （但しｘ＝ａ_ｓ−ｂ_ｓ）から、±0.36゜となり、舵角入
力が約±0.36゜以上なければ舵は動かないことになり、
小さい舵角の時には比例制御による高追従精度は実現で
きない。

（iii）：一方最適値と思われる条件に設定しても若干
の不感帯（±0.1゜〜±0.3゜）及びオーバーシュート
（０〜１回）は避けられず、理想（不感帯±0.1゜以下
でオーバーシュートゼロ）に対して劣る性能に甘んじな
ければならない。このことを、第10図の従来の技術の問
題点の説明に供する図（バイアス電流をｉ_ｏ（mA）とし
た時の調整及び問題点を説明するための図）を用いて更
に詳細に述べる。尚第10図の不感帯は（１）式で求めた
ものとする。

＠₁:第10図［Ａ］について 調整:i_ｏ＝ｂ_ｐ（＝230mA）， 問題点:p方向から偏差ゼロに向かう時は精度良く目標舵
角に一致するが、ｓ方向からの時は約0.2゜行き過ぎと
なる。又、０→ｐ又は０→ｓ方向の始動電流が幅で50mA
有り、不感帯幅が約0.5゜も有り、比例制御とは言えな
い。即ち、オンオフ制御に近い。

＠₂:第10図［Ｂ］について 調整:i_ｏ＝ｂ_ｓ（＝210mA）， 問題点:s方向から偏差ゼロに向かう時は精度良く目標舵
角に一致するが、ｐ方向からの時は一致せずに手前で止
まる。又、０→ｐ又は０→ｓ方向の始動電流が幅で90mA
有り、不感帯幅が約1.0゜も有り、＠_１項（後者の時）
の時より更に悪い。

＠₃:第10図［Ｃ］について 調整:i_ｏ＝ａ_ｐ（＝260mA）， 問題点:0→ｐ方向のみ立ち上がりが良く、不感帯はゼロ
であるが、ｐ→０又はｓ→０の両方向で目標舵角を中心
にハンチングが継続し、舵取機の耐久性，制御性，省エ
ネ性に欠ける。

＠₄:第10図［Ｄ］について 調整:i_ｏ＝ａ_ｓ（＝250mA）， 問題点:0→ｓ方向の立ち上がりが良く、０→ｐ方向の不
感帯も0.07゜で問題ないが、ｐ→０又はｓ→０の両方向
で目標舵角を中心にハンチングを継続し、舵取機の耐久
性，制御性，省エネ性に欠ける。

＠₅:第10図［Ｅ］について 調整:i_ｏ＝235mA（ａ_ｓ,a_ｐのうち小さい方から−15m
A））， 問題点：＠_１と同様に、行き過ぎ又はオーバーシュート
は１回となり、好ましくはないが許容される。又、０→
ｐ方向又は０→ｓ方向の始動電流は幅で40mAであり、不
感帯幅は0.37゜であり、±0.1゜より大きい。但し、±
0.2゜以下であり、許容される。結局のところ現在はこ
の調整手段に頼っている。

（iv）：第８図のｈ_ｓυ,h_ｐυに示すように、調整時等
に同じ入力電流値としても、ヒステリシスのためその電
流値に上昇方向で合せた場合と下降方向で合せた場合で
は約10％程度出力に差が有り、舵角換算では比例帯を2.
5゜とした場合約±0.25゜の差（誤差）が出る。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、弁の
磁気的なものを主とするヒステリシスを補償し、この弁
を使用せざるを得ない例えば船舶舵取機の舵角制御機構
やクレーン，工作機械等の制御対象を高精度で比例制御
できるようにした弁のヒステリシス補償回路を提供する
ものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、第１の発明は、入力信号の
比例帯に基づく指令信号，制御対象を比例制御する弁の
機械的静摩擦によるヒステリシスを除去するディザ信
号，及びバイアス調整部からのバイアス調整信号，の加
算した信号に基づき前記弁を制御する構成の電磁比例制
御弁のヒステリシス補償回路において、前記バイアス調
整部を、前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減
判別回路，該信号増減判別回路の出力を入力して前記入
力信号の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路，
及び該一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御
信号を出力するスイッチング回路制御信号出力回路から
成るスイッチング回路制御部と、少なくとも前記入力信
号の増加及び又は減少の方向に対応して調整・設定可能
なバイアス電流調整・設定回路と、該バイアス電流調整
・設定回路で調整・設定されたバイアス電流を前記スイ
ッチング回路制御信号により選択して出力するバイアス
電流選択スイッチング回路とで構成したことを特徴と
し、 第２の本発明は、前記１項のヒステリシス補償回路にお
いて、弁のメインコイルに並列に設けられたヒステリシ
ス補償用コイルと、前記入力信号の方向の判別をして判
別方向信号を出力する方向判別回路と、前記スイッチン
グ回路制御部と、前記判別方向信号を前記スイッチング
回路制御信号により選択動作して出力する判別方向信号
スイッチング回路と、該判別方向信号スイッチング回路
を介して入力する前記判別方向信号に基づき前記ヒステ
リシス補償用コイルにヒステリシス補償制御信号を出力
するヒステリシス補償用コイル用制御回路とを具備した
ことを特徴とし、 第３の本発明は、前記ヒステリシス補償用コイル、前記
方向判別回路、前記スイッチング回路制御部、前記判別
方向信号スイッチング回路、前記入力信号のバイアス電
流を調整・設定可能なバイアス電流調整・設定回路，該
バイアス電流調整・設定回路で調整・設定されたバイア
ス電流を少なくとも前記スイッチング回路制御信号によ
り選択して出力するバイアス電流選択スイッチング回路
から成り，一方をメインコイルの個別バイアス電流調整
・設定用として用い他方をヒステリシス補償用コイルの
個別バイアス電流調整・設定用とし用いる個別バイアス
調整・設定手段、及び、該個別バイアス調整・設定部か
らのヒステリシス補償用コイルのバイアス電流を用い，
前記判別方向信号スイッチング回路を介して入力する前
記判別方向信号に基づき前記ヒステリシス補償用コイル
にヒステリシス補償制御信号を出力する個別バイアス調
整・設定付きヒステリシス補償用コイル制御回路、から
成ることを特徴とするものである。

以下、本発明を夫々具体的な実施例を示す図面を用いて
説明する。

尚、以下の図面において、第６図乃至第10図図と重視す
る部分は同一番号を付してその説明は省略する。

［第１の発明の実施例］ 第１図は第１の本発明の具体的実施例である弁のヒステ
リシス補償回路のブロック系統図である。

第１図において、13は信号増減判別回路13a,一対の回路
13b₁,13b₂及びスイッチング回路制御信号出力部13cから
なるスイッチング回路制御部である。このスイッチング
回路制御部13は、入力信号の増加・減少（上昇・下降）
を判別する信号の増加・減少を判別した信号に基づきス
イッチング回路制御信号を出力する。ここで、信号増減
判別回路13aは、入力信号の増減を判別できる回路であ
り、例えば、抵抗R₂,R₃,コンデンサC₁及びオペアンプQ₈
から成る微分回路から成る（但し、信号の増減の判別
は、例えばオペアンプの反転端子側に抵抗が接続され、
非反転側に抵抗の一端と他方が接地されたコンデンサの
一端とが結合されて接続される回路構成等でもできるの
で上記微分回路に回路構成限定されないが、ここでは以
下微分回路で説明を続ける）。又、一対の回路13b₁,13b
₂は、舵角信号θの変化が超微速で前段の微分回路13aの
出力で直接後段のスイッチング回路制御信号出力部13c
を駆動できない場合も想定されるため、微分回路13aの
出力変化を確実に判別するために設けられたものであ
り、微分回路13aの出力を入力制限用ダイオードD₁,D₂を
入力段に設けたオペアンプQ₉から成る比較回路に入力し
た後にこの比較回路の出力をダイオードD₃を介して抵抗
R₄,R₅から成る分圧回路で分圧して出力する構成となっ
ている（尚、この回路構成において、入力制限用ダイオ
ードD₁,D₂や抵抗R₄,R₅から成る分圧回路は必ずしも必要
なものではない。即ち、各素子のインターフェイスが素
子仕様内であれば不要であり、又分圧回路に相当する回
路は他の既知の技術で後段のスイッチング回路制御信号
出力部13cの適性入力レベルにすることができるからそ
のような構成としてもよい）。更に又、スイッチング回
路制御信号出力部13cは、例えば、一対の回路13b₁,13b₂
の出力がR,S端子に供給されてフリップフロップ（以下
「FF」と略称する）非反転出力“Ｑ_FF",FF反転出力 をスイッチング回路制御信号として出力するRS−FFで構
成することができる（このRS−FF以外に同等の機能を有
するディスクリートなデジタル素子を用いても構成でき
るがここでは以下「RS−FF」で説明を行う）。14は少な
くとも入力信号の増加，減少の度合を調整・設定するた
めに多段に配置されたバイアス電流調整・設定回路であ
る。このバイアス電流調整・設定回路14は、夫々可変抵
抗VR₅〜VR₆及びこれ等に並列接続され定電圧を与える抵
抗とツェナーダイオードの直列回路を組込んだｐ側バイ
アス電流調整・設定部14a,可変抵抗VR₇〜VR₈及びこれ等
に並列接続され定電圧を与える抵抗とツェナーダイオー
ドの直列回路を組込んだｓ側バイアス電流調整・設定部
14bとから成る多段構成で、各々順に、ｐ方向上昇カー
ブ用の回路14a₁,p方向下降カーブ用の回路14a₂,s方向上
昇カーブ用の回路14b₁,S方向下降カーブ用の回路14b₂で
バイアス電流を調整・設定する。15はバイアス電流調整
・設定回路で調整・設定されたバイアス電流（最適値）
を少なくともスイッチング回路制信号によりオンオフ動
作（なぜならば後述するようなp/s方向判別回路２が無
い一方向のみの場合はスイッチング回路制御信号のみと
なるから）して選択出力する複数の接点（切換要素，例
えばアナログスイッチやこれと同等或は同等以上の機能
を有するスイッチング素子から成る。勿論有接点リレー
でもよく、この場合は判別方向信号Ｃ_ｓ,D_ｓをリレー駆
動信号にする必要があることはいうまでもない。以下は
アナログスイッチで説明をする）から成るバイアス電流
選択スイッチング回路部である。このバイアス電流選択
スイッチング回路部15は、バイアス電流調整・設定回路
14で調整・設定された最適値を夫々スイッチング回路制
御信号により動作する接点SW₃,SW₅,SW₇,SW₉と、これ等
接点に直列に配置して方向判別信号によりp,s方向独立
に制御されるSW₄,SW₆（判別方向信号Ｃ_ｓにより、動
作）,SW₈,SW₁₀（判別方向信号Ｄ_ｓにより動作）とから
なる。この結果、バイアス電流調整・設定回路14で調整
・設定された夫々の最適値は、SW₃,SW₅,SW₇,SW₉で選択
され、更にSW₄,SW₆,SW₈,SW₁₀で選択されてこれにに夫々
直列接続される抵抗R₆〜R₉の内の１つを通って加減算器
91に導かれる。

以下この様な構成の動作説明をする。

信号入力回路１からの信号を入力したスイッチング回路
制御部13において、微分回路13aで舵角信号θが上昇中
か下降中か（増・減）をプラス側出力かマイナス側出力
かで初段として判別する。回路13b₁（13b₂）で入力した
信号を比較回路で処理し、更に上昇か下降かを分離して
正の信号とするためにダイオードを介して分圧回路で分
圧してRS−FF13cの適性入力レベルとする。RS−FF13cか
らのスイッチング回路制御信号（FF非反転出力
“Ｑ_FF”）でSW₃,SW₇をオンオフし、又はもう一方のス
イッチング回路制御信号 でSW₅,SW₉をオンオフする。例えば、舵角信号が上昇中
の場合は、RS−FF13cの入力は、Ｒ端子が“0"でＳ端子
が“1"であるため、“Ｑ_FF＝1" となって、SW₃,SW₇がオンとなってp,sの上昇側バイアス
値（回路14a₁の出力，回路14b₁の出力）が選択される。
この時、方向判別信号（ｐ方向の場合はＣ_ｓ＝1,D_ｓ＝
０）により、SW₄,SW₆がオンとなるとする。この結果、
舵角信号θがｐ方向で上昇中の場合は、直列に配置され
たSWが両方とも閉になるのはSW₃,SW₄のラインのみであ
り、故にｐ方向バイアス電流調整・設定部14aの上昇カ
ーブ側回路（14a₁）からの信号のみが選択されて抵抗R₆
を通って加減算器91に導かれる。

又、例えば舵角信号θがｓ方向で下降中の場合は、RS−
FF13cはＲ端子が“1"でＳ端子が“0"であるため、“Ｑ
_FF＝0" となって、SW₅,SW₉がオンとなってp,sの下降側バイアス
値（回路14a₂の出力，回路14b₂の出力）が選択され、こ
の時、方向判別信号（Ｃ_ｓ＝0,D_ｓ＝１）により、SW₈,S
W₁₀がオンとなる。この結果、直列に配置されたSWが両
方ともオンになるのはSW₉,SW₁₀のラインのみであり、故
にｓ方向バイアス電流調整・設定部14bの下降カーブ側
回路（14b₂）からの信号のみが選択されて抵抗R₉を通っ
て加減算器91に導かれる。

今、例えば、ｐ方向上昇カーブ側回路14a₁のバイアス電
流（第８図に示す“ａ_ｐ”以下同様）を260mA,p方向下
降カーブ側回路14a₂のバイアス電流（ｂ_ｐ）を230mA,s
方向上昇カーブ側回路14b₁のバイアス電流（ａ_ｓ）を25
0mA,s方向下降カーブ側回路14b₂のバイアス電流
（ｂ_ｓ）を210mAに夫々調整・設定すると、第２図の第
１図の説明に供する図に示すようにノンヒステリシス特
性を得ることができる。この第２図からわかるように、
バイアス電流を個々に最適値に選択することにより、ヒ
ステリシスは（ほとんど）なくなり、p,s方向ともに上
昇時も下降時も一直線と見なすことができるようにな
る。仮に、調整時の誤差が±5mAあったとしても、仮に
電流スパン＝280mA、設定比例帯＝2.5゜として、不感帯
を求めた時に（１）式から、±0.05゜の舵角精度とな
り、目標精度の±0.1゜以下を充分満足することができ
ることがわかる。

ところで、第１図に示す第１の本発明は以上説明した内
容に限定されるものではない（尚、後述第2,第３の発明
における実施例についても第１図の共通部分に付いては
以下に述べることは適用されることはいうまでもな
い）。

例えば、第１図の第６図と相違する回路構成部分におい
て、第１図ではアナログ回路構成としているが、第８図
のようなヒステリシス特性をROM等を用いて記憶し、入
力に対する出力をこのROMから読み出して電流変換して
制御するような構成（これは一例）とする等のデジタル
回路構成としてもよい。

又、バイアス電流調整・設定回路14は４系統として説明
したが、p,sの特性をほぼ同じと見なせば、或は、ｐ方
向かｓ方向の特性しか使用しない制御対象であれば、上
昇側と下降側の２系統としても充分に効果があることは
いうまでもない。この２系統とした時は“Ｑ_FF”と で夫々動作する接点からなるスイッチング回路構成とな
ることはいうまでもない。即ち、p,s方向いずれの特性
しか使用しないような構成（１方向のみ）の弁を用いた
ブリードオフ式油圧回路の場合、当然p/s方向判別回路
２は無いからSW₄,SW₆,SW₈,SW₁₀は必要なく、従って前記
した様に、上昇側と下降側の２系統のバイアス電流調整
・設定回路のみの構成となる。

この第１の発明の目的は以下のように構成しても同様の
目的を達成することができる。

［第２の発明の実施例］ 第３図は第２の本発明の具体的実施例である弁のヒステ
リシス補償回路のブロック系統図である。第１図と相違
する部分を重点的に説明する。

第３図において、120はp,s方向用の一対のコイルを有す
る個々には弁120a,120bから成る弁である。弁120a（カ
ッコ内は120bを表わす）のメインコイルSOL₁（SOL₂）に
はヒステリシス補償用コイルHSOL₁（HSOL₂）が並列に設
けられている。そして弁120の下降時の入力（電流）出
力（圧・流量）特性を基にして上昇時のみ補償電流をヒ
ステリシス補償用コイルに流してヒステリシスを補償す
る場合のヒステリシス補償用コイルHSOL₁（HSOL₂）の巻
方向はメインコイルSOL₁（SOL₂）の巻方向に対して同方
向（ヒステリシス補償用コイル分の磁束を加えて強め
る）となる。16はスイッチング回路制御信号Ｑ_FF に基づいて選択動作して判別方向信号Ｃ_ｓ,D_ｓを選択す
る一対の接点（切替要素，説明は前記と同様にはアナロ
グスイッチとする）SW₁₁,SW₁₂から成る判別方向信号ス
イッチング回路部である。17はスイッチング回路制御信
号により判別方向信号スイッチング回路部16を介して選
択された判別方向信号を入力し、この入力した信号に基
づきヒステリシス補償用コイルHSOL₁（又はHSOL₂）にヒ
ステリシス補償制御信号を出力するヒステリシス補償用
コイル用制御回路である。このヒステリシス補償用コイ
ル用制御回路17は、ディザ回路17aとバイアス調整部Ｂ
_abと制御回路17bと補助ソレノイド駆動回路17c,17dとか
ら成る。ここでディザ回路17aはヒステリシス補償用コ
イルHSOL₁（HSOL₂）にディザ信号を出力する（但しディ
ザ回路８があればこの回路の有無による特性の差異はほ
とんど無いので必ずしも必要ではない）。バイアス調整
部Ｂ_abは、バイアス調整部Ｂ_ａと同じ回路構成のバイア
ス値を調整するための可変抵抗VR₉,ツェナーダイオード
から成る。制御回路17bは制御回路９と同じ回路構成か
ら成り、例えば加減算用のオペアンプQ₁₀を有する加減
算器17b₁と、例えばヒステリシス補償用ソレノイド電流
検出用の抵抗R₁₀やオペアンプQ₁₁を有するソレノイド電
流フィードバック回路17b₂と、例えばFETから成るソレ
ノイド電流出力素子17b₃から成る。尚、加減算器17b₁の
オペアンプQ₁₀の非反転端子にバイアス調整部Ｂ_abから
のヒステリシス補正のための信号とディザ信号が供給さ
れ、反転端子に補助ソレノイド電流フィードバック回路
17b₂から抵抗R₁₀に流れる補助ソレノイド電流のフィー
ドバック値が供給される。補助ソレノイド駆動回路17c,
17dはソレノイド駆動回路11a,11bと同じ回路構成から成
り、トランジスタTr_3a,Tr_3b（17dは構成が同様なので説
明は省略）を有し、該トランジスタTr_3b側のベースに判
別方向信号スイッチング回路16を介しての判別方向信号
Ｃ_ｓ,D_ｓが供給される。

以下本発明に関わる部分の動作を説明する。

今、例えば、舵角信号θが上昇中の場合、第１図の時と
同様に、RS−FF13cの入力は、Ｒ端子が“0"でＳ端子が
“1"であり、Ｑ_FF＝１ となって、SW₁₁,SW₁₂がオンとなってｓ方向で判別方向
信号Ｃ_ｓ＝0,D_ｓ＝１によりTr_3bオンとなり、補助ソレ
ノイド駆動回路17cがオン状態となる。この結果バイア
ス調整部Ｂ_abにより決められたバイアス電流値（例えば
メインコイルで40mA相当分）が加減算器17b₁を経由して
ヒステリシス補償用コイルHSOL₁に加わり、下降時に対
する上昇時のヒステリシス分が補償される。一方、舵角
信号θが下降中（減少）の場合は、“Ｑ_FF＝0" となって、SW₁₁,SW₁₂がオフとなって補助ソレノイド駆
動回路17cはオフ状態となりバイアス電流値はヒステリ
シス補償用コイルHSOL₁に加わらず、従ってメインコイ
ルSOL₁のみ作動となる。この様な回路において、例えば
メインコイルに210mA,ヒステリシス補償用コイルにメイ
ンコイルで40mA相当分の電流を上昇時のみ印加すること
で第２図のような特性を得ることができる。

ところで第３図においては、上述したのとは逆に、上昇
時をバイアス電流を基にして下降時のみ補償電流をヒス
テリシス補償用コイルに流して補償してもよい。この時
の判別方向信号スイッチング回路16のSW₁₁,SW₁₂をオン
オフさせるのは によって行う。この時のヒステリシス補償用コイルの巻
方向はメインコイルの巻方向に対して逆方向（ヒステリ
シス補償用コイル分の磁束を減じて弱める）となる。こ
の様な回路においては、例えばメインコイルに250mA,ヒ
ステリシス補償用コイルにメインコイルで40mA相当分の
電流を下降時のみ印加することで第２図のような特性を
得ることができる。

ところで、バイアス補償部Ｂ_ａ,B_abはヒステリシス補償
用コイルへのバイアス電流を決めているが、電流をフィ
ードバックして一定に保つ機能を有しており、補償電流
用としては少し高級過ぎるという場合がある。そこでで
余り追従精度を必要としない場合（第６図の構成ではヒ
ステリシス補償がないので精度は劣り、一方第３図では
高級過ぎるという場合）には、ヒステリシス補償用コイ
ル用制御回路を第４図の第２の発明のその他の実施例の
説明に供する図に示すようにしてもよい。

第４図において、170はヒステリシス補償用コイル用制
御回路であり、電源10と、固定又は可変の電流制限用抵
抗（又は同目的用可変抵抗）Ｒ_ｓ（但しDC電源電圧値が
この抵抗無しに補償するのに適性なレベルにできればこ
の抵抗は不要である）と、トランジスタやSCRや有接点
リレー等で構成できるスイッチング素子170c₁からのみ
構成される。この様な制御回路でもヒステリシス補償効
果はある。

［第３の発明の実施例］ ところで第３図において、磁気的不感帯はｐ方向が
ｈ_ph,s方向がｈ_shであり、第３図においてはｈ_ph＝ｈ_sh
＝40mAとした場合で説明したが、図からも明らかなよう
に、バイアス調整部Ｂ_ａ,B_abは１つしかないので、ｈ_ph
とｈ_shが大幅に異なる特性の弁の場合、どちらを基準に
して調整しても片側に不感帯がでたり、オーバーシュー
ト，ハンチング気味となったりする。この様な時には第
２の発明の回路構成に第１の発明の回路構成の一部を活
用して、第５図の第３の発明の具体的実施例である電磁
比例制御弁のヒステリシス補償回路のブロック系統図に
示すに、p,s方向に夫々独立のバイアス調整機能を持た
せることで更に良い結果を得ることができる。

第５図において、TB_ａは個別バイアス調整・設定手段で
ある。この個別バイアス調整・設定手段TB_ａは、入力信
号のバイアス電流を調整・設定可能なバイアス電流調整
・設定回路140と、このバイアス電流調整・設定回路140
で調整・設定されたバイアス電流を少なくともスイッチ
ング回路制御信号により選択して出力するバイアス電流
選択スイッチング回路150から成り、バイアス電流調整
・設定回路140とバイアス電流選択スイッチング回路150
との組合せを一対の構成に分離してこの一方をメインコ
イルの個別バイアス電流調整・設定用として用い、他方
をヒステリシス補償用コイルの個別バイアス電流調整・
設定用とし用いる。170は個別バイアス調整・設定手段T
B_ａからのヒステリシス補償用コイル側へのバイアス電
流を用い、判別方向信号スイッチング回路16を介して入
力する判別方向信号に基づきヒステリシス補償用コイル
HSOL₁,HSOL₂にヒステリシス補償制御信号を出力する個
別バイアス調整・設定付きヒステリシス補償用コイル制
御回路である。ここでＢ_acはこの個別バイアス調整・設
定付きヒステリシス補償用コイル制御回路170内に第３
図のバイアス調整部Ｂ_abに代るバイアス調整部である。
又、Ｂ_ａαは第３図のバイアス調整部Ｂ_ａに代るバイア
ス調整部である。

ここでバイアス調整部Ｂ_ａα,B_acの結線構造及び動作機
能は、第１図のバイアス電流調整・設定回路14,スイッ
チング回路部15とその結線構造に相違はあるものの、基
本的な動作等は第１図において説明したことと重複する
ので以下省略する。

［発明の効果］ 本発明は、以下説明したように構成されているので、次
に記載するような効果を奏する。

請求項１の発明においては以下のようになる。

：入力信号の増加・減少の変化に対して弁への出力電
流をバイアス電流を変えることでヒステリシス補償する
ので、入出力特性がヒステリシス特性に無関係となる。
このため、入力電流に対する弁の出力精度が向上し、且
つ調整が容易になる。

：弁が左右（正負）の方向性を持つ場合は、左右の特
性の違いに対応して夫々独立に左右の入力に対応して弁
を制御できるので、夫々の出力精度が向上する。この場
合も前記項と同様に調整が容易となる。

：舶用操舵システムの比例制御等に本発明を用いた場
合は、ヒステリシスによる不感帯，オーバーシュート，
ハンチング等の悪影響をなくすことができ、無駄舵をと
ることがなくなるので、操舵精度（追従精度）が向上
し、応答性も良くなる。結果的に、船舶運航の省エネ化
等に大きく寄与し、間接的に制御対象である舵取機の寿
命向上にも貢献する。

請求項２の発明においては以下のようになる。

：回路入力に対する弁の出力特性は磁気的ヒステリシ
ス特性の無い特性（又は極少ない特性）に改善されるた
め、入力に対する出力精度が向上し、ヒステリシス幅の
中間を狙って調整するような小細工をしなくてすむので
調整が容易となる。

：これを操舵システムの比例制御等に用いた場合、前
記項と同様の効果がある。

請求項３の発明においては以下のようになる。

：第３図に第１の発明の良いところが更に用いられる
ので、p,sのヒステリシス特性、即ちヒステリシス幅が
異なってもそれに合せて各々調整でき、p,sのヒステリ
シス特性の違いによる不感帯やオーバーシュート、ハン
チングを完全になくすことができ、第２図の効果を更に
確実にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の本発明の具体的実施例である電磁比例制
御弁のヒステリシス補償回路のブロック系統図、第２図
は第１図の説明に供する図、第３図は第２の本発明の具
体的実施例である電磁比例制御弁のヒステリシス補償回
路のブロック系統図、第４図は第２の発明のその他の実
施例の説明に供する図、第５図は第３の発明の具体的実
施例である電磁比例制御弁のヒステリシス補償回路のブ
ロック系統図、第６図は従来の制御回路及び制御対象で
ある舵取機迄の電気系統結合状態を示す弁のブロック系
統図、第７図乃至第８図は第６図の説明に供する図、第
９図乃至第10図は従来の技術の問題点の説明に供する図
である。 １……信号入力回路、８……ディザ回路、12,120……弁
（電磁比例圧力制御弁）、13……スイッチング回路制御
部、14……バイアス電流調整・設定回路、15……バイア
ス電流選択スイッチング回路、16……判別方向信号スイ
ッチング回路、17……ヒステリシス補償用コイル用制御
回路、170……個別バイアス調整・設定付きヒステリシ
ス補償用コイル制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号の比例帯に基づく指令信号，制御
   対象を比例制御する電磁比例制御弁の機械的静摩擦によ
   るヒステリシスを除去するディザ信号，及びバイアス調
   整部からのバイアス調整信号，の加算した信号に基づき
   前記電磁比例制御弁を制御する構成の電磁比例制御弁の
   ヒステリシス補償回路において、前記バイアス調整部
   を、 A:前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減判別回
   路，該信号増減判別回路の出力を入力して前記入力信号
   の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路，及び該
   一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御信号を
   出力するスイッチング回路制御信号出力回路から成るス
   イッチング回路制御部と、 B:少なくとも前記入力信号の増加及び又は減少の度合を
   調整・設定可能なバイアス電流調整・設定回路と、 C:該バイアス電流調整・設定回路で調整・設定されたバ
   イアス電流を前記スイッチング回路制御信号により選択
   して出力するバイアス電流選択スイッチング回路と、 から成ることを特徴とする電磁比例制御弁のヒステリシ
   ス補償回路。
2. 【請求項２】請求項１の電磁比例制御弁のヒステリシス
   補償回路において、 A:記電磁比例制御弁のメインコイルに並列に設けられた
   ヒステリシス補償用コイルと、 B:前記入力信号の方向の判別をして判別方向信号を出力
   する方向判別回路と、 C:前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減判別回
   路，該信号増減判別回路の出力を入力して前記入力信号
   の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路，及び該
   一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御信号を
   出力するスイッチング回路制御信号出力回路から成るス
   イッチング回路制御部と、 D:前記判別方向信号を前記スイッチング回路制御信号に
   より選択動作して出力する判別方向信号スイッチング回
   路と、 E:該判別方向信号スイッチング回路を介して入力する前
   記判別方向信号に基づき前記ヒステリシス補償用コイル
   にヒステリシス補償制御信号を出力するヒステリシス補
   償用コイル用制御回路と、 から成ることを特徴とする電磁比例制御弁のヒステリシ
   ス補償回路。
3. 【請求項３】請求項２の電磁比例制御弁のヒステリシス
   補償回路において、 A:記電磁比例制御弁のメインコイルに並列に設けられた
   ヒステリシス補償用コイルと、 B:前記入力信号の方向の判別をして判別方向信号を出力
   する方向判別回路と、 C:前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減判別回
   路，該信号増減判別回路の出力を入力して前記入力信号
   の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路，及び該
   一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御信号を
   出力するスイッチング回路制御信号出力回路から成るス
   イッチング回路制御部と、 D:前記判別方向信号を前記スイッチング回路制御信号に
   より選択動作して出力する判別方向信号スイッチング回
   路と、 E:前記入力信号のバイアス電流を調整・設定可能なバイ
   アス電流調整・設定回路と、該バイアス電流調整・設定
   回路で調整・設定されたバイアス電流を少なくとも前記
   スイッチング回路制御信号により選択して出力するバイ
   アス電流選択スイッチング回路から成り、一方をメイン
   コイルの個別バイアス電流調整・設定用として用い他方
   をヒステリシス補償用コイルの個別バイアス電流調整・
   設定用とし用いる個別バイアス調整・設定手段と、 F:該個別バイアス調整・設定部からのヒステリシス補償
   用コイルのバイアス電流を用い、前記判別方向信号スイ
   ッチング回路を介して入力する前記判別方向信号に基づ
   き前記ヒステリシス補償用コイルにヒステリシス補償制
   御信号を出力する個別バイアス調整・設定付きヒステリ
   シス補償用コイル制御回路と、 から成ることを特徴とする電磁比例制御弁のヒステリシ
   ス補償回路。