JP7240083B2

JP7240083B2 - サーボ弁制御装置

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Publication number: JP7240083B2
Application number: JP2017054167A
Authority: JP
Inventors: 悠太中村
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2023-03-15
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: JP2018156519A

Description

本発明は、サーボ弁制御装置に関する。

サーボ弁制御装置は、たとえば、アクチュエータへ作動油を供給するサーボ弁を制御して、アクチュエータを狙い通りに伸縮させる。他方、サーボ弁は、アクチュエータの伸側室と圧側室との各々に接続される制御ポートを備え、選択したポートへサーボ弁が指示する流量を供給するようになっている。

このようなサーボ弁は、制御ポートを切換える際に遮断したり、非常に流量が少なくなる状況となり、このような状況では弁体の位置に対する流量の特性が非線形の特性となってしまって、弁体位置の変化に対する流量変化が大きくなる。

したがって、単一のサーボ弁を利用したシステムでは、制御ポートが切換えられるアクチュエータの伸縮の切換わり時において、アクチュエータの伸縮加速度波形にスパイク状の大きな歪が生じるため、精度が求められる機器には不向きとなる。

この問題を解決するため、小流量の特性に優れる小容量サーボ弁と大流量の特性に優れる大容量サーボ弁の二つの流量特性の異なるサーボ弁を制御するサーボ弁制御装置が開発されている。このようなサーボ弁制御装置では、たとえば、目標流量が小容量サーボ弁で制御可能な範囲であれば小容量サーボ弁のみで流量制御を行い、目標流量が大容量サーボ弁で制御可能な範囲であれば大容量サーボ弁のみで流量制御を行うものがある（たとえば、特許文献１参照）。

また、他のサーボ弁制御装置では、大容量サーボ弁に制御ポートの切換時にオーバーラップして閉じきりとなるサーボ弁を利用し、目標流量が小容量サーボ弁で制御可能な範囲では大容量サーボ弁を閉じきって小容量サーボ弁で流量制御行うものがある（たとえば、特許文献２参照）。

特開平５－５２２０２号公報特開平９－２９１９０５号公報

このように、サーボ弁制御装置は、アクチュエータを高速で動作させたい場合には大容量サーボ弁を選択し、アクチュエータを高精度に変位させたい場合には小容量サーボ弁を選択する。小容量サーボ弁における制御ポート切換時や小流量を通過させる場合の弁体の位置の変化に対する流量変化は、大容量サーボ弁のそれよりも小さいので、加速度波形における歪を小さく改善できるのであるが、いまだ歪は残ってしまう。

そこで、本発明は、アクチュエータの加速度波形の歪を抑制できるサーボ弁制御装置の提供を目的としている。

上記した目的を達成するため、本発明のサーボ弁制御装置は、同じ流量特性又は同じ容量を有する第一サーボ弁と第二サーボ弁とを制御するサーボ弁制御装置であって、流量が合成される第一サーボ弁と第二サーボ弁とが等しい流量を出力する制御指令に対し、第一オフセット値を加えた値に基づいて第一サーボ弁への第一指令値を求め、第二オフセット値を加えた値に基づいて第二サーボ弁へ与える第二指令値を求めて、第一サーボ弁と第二サーボ弁とを制御する。このようにサーボ弁制御装置が構成されると、第一サーボ弁と第二サーボ弁の合計流量を確保しつつも、アクチュエータの伸縮時における加速度波形における歪を抑制できる。

また、サーボ弁制御装置は、第一サーボ弁と前記第二サーボ弁を閉弁させないように前記第一指令値と前記第二指令値を求めるようにしてもよい。このようにサーボ弁制御装置が構成されると、第一サーボ弁と第二サーボ弁が非線形な特性となる状況に到らずに済むので、アクチュエータの伸縮時における加速度波形における歪を効果的に抑制できる。

さらに、サーボ弁制御装置は、第一指令値と第二指令値との両方が同時に０クロスしないように制御指令に対してオフセットしつつ、第一サーボ弁が閉弁する際に第二サーボ弁に第一サーボ弁が出力すべき流量を肩代わりさせて出力させるように第二指令値を求め、第二サーボ弁が閉弁する際に第一サーボ弁に第二サーボ弁が出力すべき流量を肩代わりさせて出力させるように第一指令値を求めるように構成されてもよい。このようにサーボ弁制御装置が構成されると、第一サーボ弁と第二サーボ弁の一方が非線形の特性となる状況になっても、合計流量に与える影響が軽微となって、合計流量を制御指令が指示する通りに確保しつつ、アクチュエータの伸縮時における加速度波形における歪を効果的に抑制できる。

また、サーボ弁制御装置は、目標指令をｕとし、第一指令値をｕ１とし、第二指令値をｕ２とし、第一オフセット値をｖｏｓ１とし、第二オフセット値をｖｏｓ２とし、以下の式（１）を用いて前記第一指令値を求め、以下の式（２）を用いて前記第二指令値を求めてもよい。

このようにサーボ弁制御装置が構成されると、第一サーボ弁と第二サーボ弁の一方が非線形の特性となる状況になっても、合計流量に与える影響が軽微となって、合計流量を制御指令が指示する通りに確保しつつ、アクチュエータの伸縮時における加速度波形における歪を効果的に抑制できる。

さらに、サーボ弁制御装置は、目標指令をｕとし、第一指令値をｕ１とし、第二指令値をｕ２とし、第一オフセット値をｖｏｓ１とし、第二オフセット値をｖｏｓ２とし、以下の式（３）を用いて前記第一指令値を求め、以下の式（４）を用いて前記第二指令値を求めてもよい。

そしてさらに、サーボ弁制御装置は、第一サーボ弁と第二サーボ弁とから流量の供給を受けて伸縮駆動するアクチュエータの変位、速度或いは加速度の一つをフィードバックして、制御指令を求めるようにしてもよい。このようにサーボ弁制御装置が構成されると、第一オフセット値と第二オフセット値の数値を実機の第一サーボ弁と第二サーボ弁毎に高精度にチューニングせずとも、アクチュエータの出力が目標出力に追従するようになる。よって、チューニング作業が容易となるとともに、アクチュエータを狙い通りに制御可能となる。

本発明のサーボ弁制御装置によれば、アクチュエータの加速度波形の歪を抑制できる。

一実施の形態における制御装置における制御ブロック図である。一実施の形態における制御装置が適用されるアクチュエータの構成図である。制御指令を示した図である。制御指令に対する第一指令値および第二指令値を示した図である。第一指令値および第二指令値を求めるための関数Ｆ（ｘ）の一例を示した図である。第一指令値および第二指令値を求めるための関数Ｆ（ｘ）の他例を示した図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１および図２に示すように、一実施の形態におけるサーボ弁制御装置１は、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３を制御してアクチュエータＡへ供給する流量を調節し、アクチュエータＡを伸縮制御する。

サーボ弁制御装置１は、図１に示すように、アクチュエータＡに対する目標変位Ｘ^＊とアクチュエータＡの出力としてのストロークの変位Ｘとの偏差ｅから第一サーボ弁２および第二サーボ弁３へ与える第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２を求め、アクチュエータＡを目標変位Ｘ^＊通りに伸縮させるよう制御する。

他方、サーボ弁制御装置１によって制御されるアクチュエータＡは、図２に示すように、シリンダ１１と、シリンダ１１内に移動自在に挿入されるとともにシリンダ１１内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン１２と、シリンダ１１内に移動自在に挿入されるとともにピストン１２に連結されるピストンロッド１３と、ポンプ１４と、タンク１５と、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２をポンプ１４とタンク１５に通じて、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とへ選択的にサーボ弁制御装置１が指示する流量の圧油を供給する第一サーボ弁２および第二サーボ弁３とを備えており、直動型のシリンダ装置として構成されている。なお、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２およびタンク１５には、本例では、作動流体として作動油が充填されている。

第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、本例では、構造も流量特性も同一の同容量の４ポート３位置のサーボ弁であって、供給ポートｐがポンプ１４に、排出ポートｔがタンク１５に、制御ポートａがアクチュエータＡの伸側室Ｒ１に、制御ポートｂがアクチュエータＡの圧側室Ｒ２にそれぞれ連通されている。そして、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、伸側室Ｒ１をポンプ１４へ連通するとともに圧側室Ｒ２をタンク１５へ連通する伸側供給ポジションと、伸側室Ｒ１をタンク１５へ連通するとともに圧側室Ｒ２をポンプ１４へ連通する圧側供給ポジションと、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２をポンプ１４とタンク１５の双方への連通を阻止する遮断ポジションとを備えソレノイドで切換駆動する電磁弁とされている。また、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、伸側供給ポジションと圧側供給ポジションとのそれぞれで通過流量の調整が可能とされている。よって、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３を通過した流量は、合成されてアクチュエータＡに供給され、その合成された流量を第一サーボ弁２および第二サーボ弁３によって調節できるようになっている。

そして、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、ソレノイドに与えられる電流量に応じて、伸側供給ポジション、圧側供給ポジションおよび遮断ポジションに切換わる。具体的には、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、非通電時、つまり、供給電流が０の場合に遮断ポジションを採り、供給電流が順方向で与えられる場合に伸側供給ポジションを採り、供給電流が逆方向で与えられる場合に圧側供給ポジションを採る。よって、サーボ弁制御装置１が求める第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２が指示する電流が供給されると、電流に応じて前述の各ポジションに切換わる。また、ポンプ１４は、本例では、サーボ弁制御装置１によって、一定回転数で駆動されており、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３による圧油を供給する室の選択と流量調整により、アクチュエータＡのストロークの変位が制御される。

本例では、サーボ弁制御装置１は、本例では、振動試験機に適用されて、図外の試験体に予め決められた振幅で加振するために、アクチュエータＡのストロークにおける変位ＸをフィードバックしてアクチュエータＡを制御する。このように、本例では、アクチュエータＡの変位Ｘをフィードバックして制御するので、目標指令を目標変位Ｘ^＊とし、アクチュエータＡの出力をストローク変位Ｘとしている。

本例のサーボ弁制御装置１は、変位Ｘをフィードバックするので、アクチュエータＡのストローク変位Ｘを検知する変位検知部５と制御部６を備えている。変位検知部５は、本例ではストロークセンサとされていて、アクチュエータＡに内蔵されている。なお、変位検知部５には、磁歪式等、種々のストロークセンサを利用できる。変位検知部５は、検知したアクチュエータＡのストローク変位Ｘを制御部６へ入力する。

制御部６は、図示しない上位の装置から繰り返し入力される目標変位Ｘ^＊と変位Ｘとに基づいて、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３を駆動するための第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２を生成する。具体的には、制御部６は、図１に示すように、目標変位Ｘ^＊とストローク変位Ｘとの偏差ｅを求める偏差演算部６１と、偏差演算部６１が求めた偏差ｅをＰＩＤ補償して制御指令ｕを求める補償部６２と、制御指令ｕから第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２とを求める指令値演算部６３と、第一指令値ｕ１を受けて第一サーボ弁２を駆動する第一サーボ弁駆動部６４と、第二指令値ｕ２を受けて第二サーボ弁３を駆動する第二サーボ弁駆動部６５とを備えている。

偏差演算部６１は、目標変位Ｘ^＊と変位Ｘとの偏差ｅを求めて補償部６２へ入力する。補償部６２は、本例では偏差ｅを比例積分微分補償して制御指令ｕを求めて指令値演算部６３に入力する。つまり、補償部６２は、ＰＩＤ補償するＰＩＤ補償器とされているが、ＰＩ補償器とされてもよい。このように、制御部６は、変位Ｘをフィードバックして、アクチュエータＡを制御するようになっている。

第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２は、制御指令ｕをオフセットして求める指令であって、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３へ与える電流を指示する指令である。また、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の流量とアクチュエータＡの伸縮方向を指示する指令となる。

なお、第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２が０の場合には、第一サーボ弁駆動部６４と第二サーボ弁駆動部６５は、それぞれ、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３を遮断ポジションとする。また、第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２が正の値の場合、第一サーボ弁駆動部６４と第二サーボ弁駆動部６５は、それぞれ、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３を伸側供給ポジションとする。また、第一指令値ｕ１および第二指令値ｕ２が負の値の場合、第一サーボ弁駆動部６４と第二サーボ弁駆動部６５は、それぞれ、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３を圧側供給ポジションとする。また、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２の符号を除いた数値の大きさは、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の流量を指示しており、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２の前記数値が大きければ大きい程、第一サーボ弁駆動部６４と第二サーボ弁駆動部６５は、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の流量を大きくする。

戻って、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、同じ流量特性を備えているので、補償部６２は、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の各々へ等しい流量をアクチュエータＡの伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２のうち選択される室へ供給する制御指令ｕを生成する。よって、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２の代わりに、制御指令ｕをそのままそれぞれ第一サーボ弁駆動部６４と第二サーボ弁駆動部６５へ入力して第一サーボ弁２と第二サーボ弁３を駆動すると、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３は、等しい流量を選択される室へ供給する。つまり、制御指令ｕは、アクチュエータＡの変位Ｘを目標変位Ｘ^＊とするのに必要な流量の１／２をそれぞれ第一サーボ弁２と第二サーボ弁３へ指示する指令となっている。このように制御指令ｕを生成すれば、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の合計流量は、アクチュエータＡの変位Ｘを目標変位Ｘ^＊とするのに必要な流量に一致する。

たとえば、図３に示すように、制御指令ｕが０を中心として振幅する指令（図３中の実線）である場合、この制御指令ｕを直接に第一サーボ弁２および第二サーボ弁３へ与えて駆動すると、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、遮断ポジションを跨いで伸側供給ポジションと圧側供給ポジションとを行き来するように切換わる。第一サーボ弁２および第二サーボ弁３は、制御指令ｕが指示する流量を等しく出力するから、合計流量は、制御指令ｕが指示する流量の２倍となる。したがって、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の合計流量に相当する制御指令としては、図３中の破線で示す波形となる。制御指令ｕは、０を跨いで振幅するので、このまま、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３へ与えると遮断ポジションを採らざるを得ない。

そこで、指令値演算部６３は、制御指令ｕに第一オフセット値ｖｏｓ１を加算して第一指令値ｕ１と求め、制御指令ｕに第二オフセット値ｖｏｓ２を加算して第二指令値ｕ２と求める。そして、指令値演算部６３は、求めた第一指令値ｕ１を第一サーボ弁駆動部６４へ入力し、第二指令値ｕ２を第二サーボ弁駆動部６６へ入力する。本例では、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２とが０を跨がないように第一オフセット値ｖｏｓ１を正の値に、第二オフセット値ｖｏｓ２を負の値に設定してある。具体的には、第一オフセット値ｖｏｓ１と第二オフセット値ｖｏｓ２は、数値を同じにして符号のみ異なる値（絶対値は同じ値）に設定されていて、その数値は制御指令ｕの最大振幅の１／２より大きな値に設定されている。よって、図４に示すように、実線で示した制御指令ｕに対して、第一指令値ｕ１は破線で示すように図４中上方の正方向へ第一オフセット値ｖｏｓ１だけ０クロスしないようにオフセットされる。また、実線で示した制御指令ｕに対して、第二指令値ｕ２は一点鎖線で示すように図４中下方の負方向へ第二オフセット値ｖｏｓ２だけ０クロスしないようにオフセットされる。このように第一指令値ｕ１を求めて第一サーボ弁２へ与え、第二指令値ｕ２を求めて第二サーボ弁３へ与えると、第一サーボ弁２も第二サーボ弁３も遮断ポジションを採らず、アクチュエータＡへ供給される合計流量は、制御指令ｕが指示する流量の２倍の流量に等しくなる。よって、合計流量は、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３へ直接に制御指令ｕを与えた場合に等しくなるものの、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３は遮断ポジションを採らず、流量が非常に少なくなるような流量が非線形な特性となる状況に到らずに済む。このように、本発明のサーボ弁制御装置１によれば、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の合計流量を制御指令ｕが指示する通りに確保しつつも、第一サーボ弁２も第二サーボ弁３も流量特性が非線形な特性とならない。よって、本発明のサーボ弁制御装置１によれば、アクチュエータＡの伸縮時における加速度波形における歪を効果的に抑制できる。

また、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３に同じ容量のサーボ弁を利用できるので、小容量と大容量のサーボ弁を利用する場合に比較して、大流量の上限を大きくでき、小流量から大流量までの流量調整幅が従来のものに比較して大きくなる。よって、本発明のサーボ弁制御装置１によれば、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３を効率よく利用でき、アクチュエータＡの伸縮変位を高精度に制御したい場合だけでなく、より高応答の制御が可能となる。なお、本発明のサーボ弁制御装置１は、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３が異なる容量のサーボ弁であってもアクチュエータＡの伸縮時における加速度波形における歪を抑制できる効果を発揮できる。

なお、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の合計流量を制御指令ｕが指示する２倍の流量となるようにでき、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２が０クロスしないように制御指令ｕからオフセットできればよい。この条件を満たすように第一オフセット値ｖｏｓ１と第二オフセット値ｖｏｓ２の数値を設定すればよいので、第一オフセット値ｖｏｓ１と第二オフセット値ｖｏｓ２の数値は、必ずしも同一でなくとも良い。

また、本例のサーボ弁制御装置１は、アクチュエータＡの変位Ｘをフィードバックして制御しているので、第一オフセット値ｖｏｓ１と第二オフセット値ｖｏｓ２の数値を実機の第一サーボ弁２と第二サーボ弁３毎に高精度にチューニングせずとも、アクチュエータＡの出力である変位Ｘが目標である目標変位Ｘ^＊に追従するようになる。よって、チューニング作業が容易となるとともに、アクチュエータＡを狙い通りに制御可能となる。なお、アクチュエータＡのストロークにおける加速度或いは速度をフィードバックしてもよく、その場合には、目標指令をフィードバックする状態量に対応させて目標加速度或いは目標速度とすればよい。

理想的には、前述したように、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３における流量が非線形な特性となる状況とならないように、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２を得ればよい。しかしながら、制御指令ｕの振幅が大きくなると、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２が０クロスしないように設定すると、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２が第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の最大流量を超える流量を指示する指令となる場合がある。つまり、制御指令ｕの振幅が大きくなると、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２を０クロスさせざるを得ず、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の流量が非線形の特性とならないようにできない場合がある。

そこで、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２のいずれか一方が０クロスして対応する第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の一方の流量特性が非線形になってしまうような状況となる場合、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３のその一方の流量を他方に肩代わりさせて出力させるようにする。また、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２については、両方が同時に０クロスしないように制御指令ｕに対してオフセットする。

たとえば、第一サーボ弁２の流量が非線形の特性になる場合、第一サーボ弁２の流量を非常に小さくするようにし、第一サーボ弁２の流量を小さくした分を非線形特性の状況にない第二サーボ弁３の流量で補填する。第二サーボ弁３の流量が非線形の特性になる場合、逆に、第二サーボ弁３の流量を非常に小さくするようにし、第二サーボ弁３の流量を小さくした分を非線形特性の状況にない第一サーボ弁２の流量で補填する。このように、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２を制御指令ｕに対してオフセットしつつ、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３のうち一方が非線形特性となる場合、非線形特性の状況にない他方で流量を肩代わりするように第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２を生成する。

具体的には、第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２の一方が０クロスする際に、その一方の値を非常に小さくし、一方の値を小さくした分を他方の値に転嫁すればよい。そこで、先程では、制御指令ｕを第一オフセット値ｖｏｓ１でオフセットして得た値をそのまま第一指令値ｕ１とし、制御指令ｕを第二オフセット値ｖｏｓ２でオフセットして得た値をそのまま第二指令値ｕ２としていたが、制御指令ｕを第一オフセット値ｖｏｓ１でオフセットして得た値を暫定第一指令値ｕ１’とし、制御指令ｕを第二オフセット値ｖｏｓ２でオフセットして得た値を暫定第二指令値ｕ２’とする。

暫定第二指令値ｕ２’が０クロスする場合、暫定第二指令値ｕ２’が０クロスする前後で、暫定第二指令値ｕ２’を０或いは０近傍の値となるように小さくするように補正する。補正によって第二サーボ弁３の流量が少なくなる分を第一サーボ弁２で負担するため、暫定第一指令値ｕ１’と、暫定第二指令値ｕ２’から補正後の暫定第二指令値ｕ２”を差し引きした差分とを加えた値を第一指令値ｕ１とする。

他方、暫定第一指令値ｕ１’が０クロスする場合、暫定第一指令値ｕ１’が０クロスする前後で、暫定第一指令値ｕ１’を０或いは０近傍の値となるように小さくするように補正する。補正によって第一サーボ弁２の流量が少なくなる分を第二サーボ弁３で負担するため、暫定第二指令値ｕ２’と、暫定第一指令値ｕ１’から補正後の暫定第一指令値ｕ１”を差し引きした差分とを加えた値を第二指令値ｕ２とする。

ここで、暫定第一指令値ｕ１’と暫定第二指令値ｕ２’の補正の演算について、本例では、シグモイド関数を利用するようにしている。シグモイド関数は、ｙ＝１／｛１＋ｅｘｐ（－ｘ）｝で表現され、パラメータのｘが∞になると１に収束し、パラメータのｘが－∞になると０に収束する。このシグモイド関数を利用し、Ｆ（ｘ）＝２／｛１＋ｅｘｐ（－ｘ）｝－１という関数を考えると、図５に示すように、パラメータのｘが値０を採るとＦ（０）＝０となり、ｘが－∞になるとＦ（－∞）＝－１に、ｘが∞になるとＦ（∞）＝１にそれぞれ収束する。

この関数Ｆ（ｘ）のパラメータｘに制御指令ｕに第一オフセット値ｖｏｓ１を加算した値、つまり、ｕ＋ｖｏｓ１を代入することを考える。ｕ＋ｖｏｓ１の値は、前述の暫定第一指令値ｕ１’に他ならない。関数Ｆ（ｕ＋ｖｏｓ１）は、パラメータのｕ＋ｖｏｓ１が値０を採るとＦ（０）＝０となり、ｕ＋ｖｏｓ１が－∞になるとＦ（－∞）＝－１に、ｕ＋ｖｏｓ１が∞になるとＦ（∞）＝１にそれぞれ収束する。よって、関数Ｆ（ｕ＋ｖｏｓ１）の絶対値｜Ｆ（ｕ＋ｖｏｓ１）｜は、暫定第一指令値ｕ１’が０近傍の値を採ると、０に急激に近づく関数となる。よって、この絶対値｜Ｆ（ｕ＋ｖｏｓ１）｜をゲインとして考え、暫定第一指令値ｕ１’に絶対値｜Ｆ（ｕ＋ｖｏｓ１）｜を乗じれば、暫定第一指令値ｕ１’が０近傍の値を採ると暫定第一指令値ｕ１’を非常に小さくする補正を実行できる。

この関数Ｆ（ｘ）のパラメータｘに制御指令ｕに第二オフセット値ｖｏｓ２を加算した値を代入し、同様に、暫定第二指令値ｕ２’に絶対値｜Ｆ（ｕ＋ｖｏｓ２）｜を乗じれば、暫定第二指令値ｕ２’が０近傍の値を採ると暫定第二指令値ｕ２’を非常に小さくする前述の補正を実行できる。

前述したように、暫定第二指令値ｕ２’を補正して小さくした分を第一指令値ｕ１で補填する必要があるから、先程の関数を利用して、第一指令値ｕ１は、以下の式（５）を演算すればよい。

また、暫定第一指令値ｕ１’を補正して小さくした分を第二指令値ｕ２で補填する必要があるから、先程の関数を利用して、第二指令値ｕ２は、以下の式（６）を演算すればよい。

このように、式（５）、式（６）を用いて第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２を求めるようにすれば、第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の一方の流量特性が非線形特性となる状況なると、その弁の流量をごく少量或いは０として、代わりに流量特性がリニアな特性となる状況の第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の他方で一方の弁の流量を肩代わりできる。すると、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の一方が非線形の特性となる状況になっても、合計流量に与える影響が軽微となる。

よって、このように第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の一方が非線形の特性となる状況になっても、本例のサーボ弁制御装置１によれば、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の合計流量を制御指令ｕが指示する通りに確保しつつ、アクチュエータＡの伸縮時における加速度波形における歪を効果的に抑制できる。

また、暫定第一指令値ｕ１’および暫定第二指令値ｕ２’に乗じるゲインを得るための関数Ｆ（ｘ）は、以下の式（７）としてもよい。

式（７）に示した関数Ｆ（ｘ）は、図６中の実線で示すように、ｘの値が変化すると、原点を通り－１から１へ値を変化させる。そして、係数αを大きくすればするほど、図６中破線で示すように、ｘの変化に対して－１から０への変化率、０から１への変化率が大きくなる。また、定数βを大きくすると、図６中の一点鎖線で示すように関数Ｆ（ｘ）が０の値を採る幅を調整できる。定数βの調整でこの式（７）の値の絶対値が０となる幅を設定でき、係数αを非常に大きくすれば、図７に示したような値の変化を見せる。

よって、この式（７）に示した関数Ｆ（ｘ）のパラメータに前述のようにｕ＋ｖｏｓ１とｕ＋ｖｏｓ２を代入した値の絶対値をゲインとして、それぞれ暫定第一指令値ｕ１’と暫定第二指令値ｕ２’へ乗じる。すると、前述と同様に、暫定第一指令値ｕ１’が０近傍の値を採ると暫定第一指令値ｕ１’を非常に小さくする補正と、暫定第二指令値ｕ２’が０近傍の値を採ると暫定第二指令値ｕ２’を非常に小さくする補正とを実行でき、暫定第一指令値ｕ１’と暫定第二指令値ｕ２’に不感帯域を設けるような効果が得られる。

式（７）を利用する場合、前述したように、暫定第二指令値ｕ２’を補正して小さくした分を第一指令値ｕ１で補填する必要があるから、先程の関数を利用して、第一指令値ｕ１は、以下の式（８）を演算すればよい。

また、式（７）を利用する場合、暫定第一指令値ｕ１’を補正して小さくした分を第二指令値ｕ２で補填する必要があるから、先程の関数を利用して、第二指令値ｕ２は、以下の式（９）を演算すればよい。

このように、式（８）、式（９）を用いて第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の一方の流量特性が非線形特性となる状況なると、第一サーボその弁の流量をごく少量或いは０として、代わりに流量特性がリニアな特性となる状況の第一サーボ弁２および第二サーボ弁３の他方で一方の弁の流量を肩代わりできる。

すると、第一サーボ弁２と第二サーボ弁３の一方が非線形の特性となる状況になっても、合計流量に与える影響が軽微となる。

また、式（８）、式（９）を用いて第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２を求めるようにすれば、定数βの設定で第一指令値ｕ１と第二指令値ｕ２に任意に不感帯域を設定でき、係数αの設定で暫定第一指令値ｕ１’と暫定第二指令値ｕ２’に対する補正後の暫定第一指令値ｕ１’と暫定第二指令値ｕ２’の変化量を設定できる。さらに、係数αを大きくするとシステムの応答が速くなり制御性が向上し、係数αを小さくすれば前述の変化量が小さくなるのでシステムが安定化する。よって、係数αの設定によって、システムの制御性と安定性のチューニングが可能となる。なお、係数αを大きくすると第一指令値ｕ１或いは第二指令値ｕ２が急峻に変化するため、アクチュエータＡが発揮する推力が急変により振動が発生する場合がある。このような場合には、アクチュエータＡの加速度をフィードバックするようにすれば、このようなアクチュエータＡの振動の発生を抑制できる。なお、加速度をフィードバックする際に、ネガティブフィードバックするとサーボ弁２，３の周波数特性において指令値の位相が９０度以上遅れてしまい、制御が発散する場合があるので、その場合には、ポジティブフィードバックとして対応すればよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、及び変更が可能である。

１・・・サーボ弁制御装置、２・・・第一サーボ弁、３・・・第二サーボ弁、Ａ・・・アクチュエータ

Claims

同じ流量特性又は同じ容量を有する第一サーボ弁と第二サーボ弁とを制御するサーボ弁制御装置であって、
流量が合成される前記第一サーボ弁と前記第二サーボ弁とが等しい流量を出力する制御指令に対し、第一オフセット値を加えた値に基づいて前記第一サーボ弁を閉弁させないように前記第一サーボ弁への第一指令値を求め、第二オフセット値を加えた値に基づいて前記第二サーボ弁を閉弁させないように前記第二サーボ弁へ与える第二指令値を求めて、前記第一サーボ弁と前記第二サーボ弁とを制御する
ことを特徴とするサーボ弁制御装置。
同じ流量特性又は同じ容量を有する第一サーボ弁と第二サーボ弁とを制御するサーボ弁制御装置であって、
流量が合成される前記第一サーボ弁と前記第二サーボ弁とが等しい流量を出力する制御指令に対し、第一オフセット値を加えた値に基づいて前記第一サーボ弁への第一指令値を求め、第二オフセット値を加えた値に基づいて前記第二サーボ弁へ与える第二指令値を求めて、
前記第一指令値と前記第二指令値との両方が同時に０クロスしないように前記制御指令に対してオフセットしつつ、
前記第一サーボ弁が閉弁する際に前記第二サーボ弁に前記第一サーボ弁が出力すべき流量を肩代わりさせて出力させるように前記第二指令値を求め、
前記第二サーボ弁が閉弁する際に前記第一サーボ弁に前記第二サーボ弁が出力すべき流量を肩代わりさせて出力させるように前記第一指令値を求めて、
前記第一サーボ弁と前記第二サーボ弁とを制御する
ことを特徴とするサーボ弁制御装置。
前記目標指令をｕとし、前記第一指令値をｕ１とし、前記第二指令値をｕ２とし、前記第一オフセット値をｖｏｓ１とし、前記第二オフセット値をｖｏｓ２とし、以下の式（１０）を用いて前記第一指令値を求め、以下の式（１１）を用いて前記第二指令値を求める
ことを特徴とする請求項２に記載のサーボ弁制御装置。
前記目標指令をｕとし、前記第一指令値をｕ１とし、前記第二指令値をｕ２とし、前記第一オフセット値をｖｏｓ１とし、前記第二オフセット値をｖｏｓ２とし、以下の式（１２）を用いて前記第一指令値を求め、以下の式（１３）を用いて前記第二指令値を求める
ことを特徴とする請求項２に記載のサーボ弁制御装置。
前記第一サーボ弁と前記第二サーボ弁とから流量の供給を受けて伸縮駆動するアクチュエータの変位、速度或いは加速度の一つをフィードバックして、前記制御指令を求める
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のサーボ弁制御装置。