JPS6283503A - デイジタル弁クロ−ズドル−プ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、アクチュエータをディジタル弁にて駆動し、
該アクチュエータの動作をフィードバック制御方式によ
り制御するようにしたディ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４図に示すよう
なものがある。

同図において、１は演算器でおり、制御すべきアクチュ
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
述のフィードバック信号Ｆの値との差を検出し、その差
に相当する差信号■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をへ倍した駆動信号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
クチュエータであり、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、ノズルとフラッパーの
組み合せ機構を使っ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からアクチュエー
タ５に供給する作動液圧を調節する。

６はアクチュエータ５の動作量を検出するセンサであり
、これをフィードバック信号Ｆとして演算器１に供給す
る。

このフィードバック制御方式は、入力指示信号Ｓとフィ
ードバック信号Ｆに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、
サーボ弁３のトルクモータに供給したり、入力指示信号
Ｓやフィードバック信号Ｆ、差信号■をディジタル信号
で処理し、不図示のＤ／Ａ変換器（ｄｉｇｉｔａｌ−ａ
ｎａｌｏｇ　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、アクチュエータ５に目的の作動を行なわせるた
めに供給した入力指示信号Ｓとアクチュエータ５の実際
の動作量を示すフィードバック信号Ｆとの差、すなわち
差信号■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ュエータ５に行なわせ
る。　　゛しかしながら、このようなサーボ弁を用いた
クローズドループ制御装置におっては、サーボ弁内のス
プールやノズルフラッパー等の作動は微小な埃塵によっ
てもスティッ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問題があっ
た。

そこで、上記第４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
ディジタル弁を使用することでこの問題を改善しようと
するものがあった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ディジタル弁を使用するクローズドルー
プ制御装置にあっては、ディ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Ｆ　ｍａｘで規定され
るため応答性が比較的悪く、サーボ増幅器２の増幅率を
高くするとアクチュ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とアクチュエータ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
を得ることか出来なかった。

即ち、従来のフィードバック制御の手法によれば、第４
図における演算器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ってディジタル弁を開閉する。しか
し、アクチュエータ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５図に示すよう
に、例えばステップ状の入力指示信号Ｓに対し、ディジ
タル弁の可変絞りの開度θとアクチュエータの動作ηが
不安定となり、いわゆるオーバーシュート及びアンダー
シュートが大きくなって、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おった。

一方、増幅率を下げることにより動作を安定させオーバ
ーシュート等をなくした場合においては、アクチュエー
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１ｑることが出来ないため
フィードバック制御による充分な効果を得る事ができな
い問題がめった。

（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ちにでおり、
ディジタル弁の応答性能はパルスモータ−の最高応答周
波数によって規定されてしまい、大概幅時の応答時間は
遅いが小娠幅時の応答時間は極めて速く、例えば、パル
スモータ−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５０ｍ５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、開閉量によって応答速度が極めて
大きく変化する。この点に着目し、定常偏差が少なく安
定性の高いディジタル弁クローズドループ制御装置を提
供することを目的とし、この目的を達成するため、ディ
ジタル弁にてアクチュエータを駆動する構成とし、該ア
クチュエータの動作量を検出してフェードバック信号を
発生するセンサと、アクチュエータに動作を指示する入
力指示信号と該フィードバック信号との差を検出し差信
号を出力する演算器と、該差信号を対数特性や１／Ｎ乗
特性等を有する圧縮増幅率で増幅する圧縮増幅器と、該
圧縮増幅器から出力された信号に基づいてディジタル弁
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
タ制御回路とを具備し、前記差信号の値が大きい場合に
は増幅率を抑制してこのクローズドループ装置の動作の
安定化を図り、差信号が小さい場合には増幅率を上げて
制御系全体の応答安定性を充分に確保した上で極めて定
常偏差の少ないクローズドループ制御系を構成したこと
を技術的要点とする。

（実施例） 第１図は本発明によるディ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ック図である。

まず構成を説明すると、１０は演算器であり、アクチュ
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１麦述するフィードバック信号Ｆとの差
を検出しそれを差信号■として出力する。

１１は圧縮増幅器であり、差信号Ｖを増幅して開度指示
信号Ｗを出力する。

ここで、圧縮増幅器１１の入出力特性を差信号ｖ＝Ｓ−
Ｆに対する開度指示信号Ｗで示せば、次式（１）、（２
）または（３）のように差信号Ｖが大きいほど増幅率が
抑制されるように設定されている。

ｗ＝Ｋ・Ｉｖｌ”’＝Ｋ・ｌ５−Ｆｌ”’・・・・（１
） Ｗ＝に−８・（ｌ　Ｓ−Ｆ　ｌ　／Ｓ）　”’　　・・
・・（２）ｗ＝Ｌ・ｌｏｇ　（ｌ５−Ｆｌ／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＜０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事ができる。

そしてこの特性を実現するために、圧縮増幅器１１はマ
イクロコンピュータ等の演算機能を有する装置を備えて
上記式（１）ないしく３）のいずれかの式に基づいて演
算を行ったり、又は、上記式（１）ないしく３）のいず
れかの式に基づく演算を行っ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Ｒ　ＯＭ　（ｒｅａｄ　ｏｎｌｙ　ｍｅｍｏｒ
ｙ）を備え、差信号Ｖの大きざに応じて該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。

１２はパルスモータ制御回路であり、励磁信号発生回路
１３と駆動回路１４とを備え、ディジタル弁１５のパル
スモータＰＭの動作を制御して可変絞り１５ａの開度を
調節する。

励磁信号発生回路１３は開度指示信号Ｗ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２図は励磁信号発生回路１３の構成を示すブロック図
であり、比較器１３ａ、判別器１３ｂ、発振器１３Ｃ１
位置カウンタ１３ｄ、パルスモータ励磁相変換回路１３
ｅを備え、比較器１３ａに開度指示信号Ｗを入力し、パ
ルスモータ励磁相変換回路１３ｅ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
ようになっている。

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１３Ｇはパルス列からなる基準クロ
ック信号Ｃ「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１３ａは、加減算カウンタを用いた位置カウンタ
１３ｄから供給されたパルスモータＰＭの現在位置信号
Ａと開度指示信号Ｗとの大小を検出し、現在位置信＠Ａ
が開度指示信号Ｗより大きいとき即ちＡ＞Ｗの時は出力
Ｑ１を発生し、現在位置信号△が開度指示信号Ｗより小
さいとき即ちＡ＜Ｗの時は出力Ｑ２を発生する。

判別回路１３ｂは出力Ｑｌ　、Ｑ２に基づいて位置カウ
ンタ１３ｄ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１３ｄに
対し発振器１３Ｇよりの基準クロック信号ＣＬを減算パ
ルスＤＯＷＮとして供給し、位置カウンタ１３ｄはＡ＝
Ｗとなるまで計数動作し、この減算結果ｌ　Ａ−ｗ　１
個のパルスからなる差修正信＠ＣＷをパルスモータ励磁
相変換回路１３ｅに出力する。パルスモータ励磁相変換
回路１３ｅ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、ディジタル弁１５の
可変絞り１５ａ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１
３ｄに対し発振器１３Ｇよりの基準クロック信号Ｃ［を
加算パルスＵＰとして供給し、位置カウンタ１３ｄはＡ
＝Ｗとなるまで計数動作し、この加算結果１　ｗ−Ａ　
１例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１３ｅに出力する。パルスモータ励磁相
変換回路１３ｅは４相パルスモータの時は差修正信号Ｃ
ＣＷをφ１〜φ４の励磁信号に変換し、ディジタル弁１
５の可変絞り１５ａ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１３ｂは比較器１３ａからの信号Ｑｌ　
、Ｑ２が供給されないとき、即ち、現在位置信号Ａと開
度指示信号Ｗが等しい場合、発（辰器１３ｃの基準パル
スＣＬを位置カウンタ１３ｄに供給するのを停止する。

したがって、位置カウンタ１３ｄは加減算動作せず、パ
ルスモータ励磁相変換回路１３ｅへの励磁信号ｃｗ、ｃ
ｃｗの供給が行なわれず、パルスモータＰＭは駆動され
ない。

次に、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
指示信号Ｗとの差だけ駆動するように制御されるので、
常に開度指示信号Ｗによって指示される開度位置に追従
する。

よって１６は流体圧力源、１７はアクチュエータであり
、可変絞り１５ａの開度に応じた作動流圧が流体圧力源
１６からアクチュエータ１７に供給され、アクチュエー
タ１７が駆動される。

１８はアクチュエータ１７の動作量を検出し、該検出値
をフィードバック信号Ｆとして演算器１０に供給する。

かかる構成のディジタル弁クローズドループ制御装置の
作動を説明する。

演算器１０において、アクチュエータ１７に所定の動作
を指令する入力指示信号Ｓと実際のアクチュエータ１７
の動作量を示すセンサ１８からのフィードバック信号Ｆ
との差が検出され、その差信号Ｖは圧縮増幅器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）式に基づいて増幅演算され、開度指示
信号Ｗとなって出力される。

励磁信号発生回路１３では、開度指示信号Ｗとパルスモ
ータＰＭの現在位置とを比較し、パルスモータＰＭを現
在位置と開度指示信号Ｗとの差だけ駆動する為の励磁信
号φ１〜φ４を発生し、駆動回路１４で電流増幅して、
パルスモータＰＭに供給し、パルスモータＰＭを開度指
示信号Ｗに等しく追従させる。

パルスモータＰＭは励磁信号φ１〜φ４にしたがって正
転または逆転して可変絞り１５ａの開度を調節し、流体
圧力源１６からアクチュエータ１７へ供給する作動液圧
を調整する。

第３図はこのフィードバック制御によって、入力指示信
号Ｓに対するアクチュエータ１７の定常偏差及び応答ｉ
生が向上したことを示す。

ここで、第５図と比較すると、第５図は圧縮増幅器１１
を用いず一定の増幅率を有する増幅器を用いて演算器１
０からの差信号■を増幅し、パルスモータＰＭの動作を
制御する従来のフィードバック制御手段による結果を示
し、該増幅器の増幅率Ｇを２０００、入力指示信号Ｓを
０．４　ｍ／ｓｅｃとし、該入力指示信号Ｓをステップ
状に供給してた場合である。

第５図に示すように、入力指示信号Ｓに対するディジタ
ル弁１５の可変絞り１５ａの開度θには、大きなオーバ
ーシュートとアンダーシュートが発生し、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ュエータ１７の動作ηも不安定で安
定するまでに長時間を必要とし、しかも、アクチュエー
タ１７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。

したがって、アクチュエータ１７に速く目的の動作を行
なわせることができず応答性が悪いと言える。

これに対し、第３図は第４図と同一条件のディジタル弁
１５、流体圧力源１６、アクチュエータ１７等を使用し
、上記式（２）を適応した圧縮増幅器１１を使用してい
る。尚、上記式（２）において、ｎ＝３、Ｋ＝４００．
入力指示信号ＳをＱ、４　ｍ／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
増幅器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。

第３図に示すように、入力指示信号Ｓに対するディジタ
ル弁１５の可変絞り１５ａの開度θ１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
らアクチュエータ１７の動作η　も短時間で安定する。

しかも、アクチュエータ１７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　が極めて小ざい。

このように、従来の増幅器に比べて増幅率を全体的に上
昇することができることから、目標（１ｆＨとアクチュ
エータの整定値との差δ“を極めて小さくする事ができ
る効果が得られ、又、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、アクチュエータ１７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、この実施例の圧縮増幅器１１では、上記式（１）な
いしく３〉を用いたが、これに限らず、入力される差信
号の値が小さくなるにしたがい増幅率が上昇し、該差信
号の値が大きくなるにしたがい増幅率が低下するような
特性を有しているものであれば適用することが出来る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、入力指示信号とフ
ィードバック信号との差の差信号を圧縮増幅器で増幅し
てアクチュエータをフィードバック副面するので、従来
の増幅器に比べて増幅率を全体的に上昇することができ
ることがら、アクチュエータを入力指示信号で示された
所定値に極めて安定りり精度よく駆動制御することがで
き、応答性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるディ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ック図、第２図は第１図の
実施例におけるパルスモータ制御回路の構成を示すブロ
ック図、第３図は第１図の実施例による作動特性を示す
説明図、第４図は従来のクローズドループ制御装置の一
例を示すブロック図、第５図は従来のクローズドループ
制御装置の問題点を説明するための説明図である。 １０：演算器 １１：圧縮増幅器 １２：パルスモータ制御回路 １３：励磁信号発生回路 １４：駆動回路 １５：ディジョイタル弁 １６二流体圧力源 １７：アクチュエータ １８：センサ 第８図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   体を制御するディジタル弁を具備し、該ディジタル弁に
   よつて制御される作動液体により駆動されるアクチュエ
   ータの動作量を検出して該アクチュエータをフィードバ
   ック制御するディジタル弁クローズドループ制御装置に
   おいて、前記アクチュエータの動作量を検出しフィード
   バック信号を発生するセンサと、 前記アクチュエータの動作を指示する入力指示信号と該
   フィードバック信号との差を検出し差信号を発生する演
   算器と、該差信号の値が小さくなるにしたがい増幅率が
   上昇し該差信号の値が大きくなるにしたがい増幅率が低
   下する特性の増幅率で該差信号を増幅する圧縮増幅器と
   、該圧縮増幅器から出力された信号に基づいてディジタ
   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
   モータ制御回路とを具備したことを特徴とするディジタ
   ル弁クローズドループ制御装置。