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JPH10306801A - 自動制御空気圧装置の制御方法 - Google Patents

自動制御空気圧装置の制御方法

Info

Publication number
JPH10306801A
JPH10306801A JP9113277A JP11327797A JPH10306801A JP H10306801 A JPH10306801 A JP H10306801A JP 9113277 A JP9113277 A JP 9113277A JP 11327797 A JP11327797 A JP 11327797A JP H10306801 A JPH10306801 A JP H10306801A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
value
amount
pneumatic device
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9113277A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Irokawa
賢治 色川
Tomohiko Aki
智彦 阿木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMC Corp
Original Assignee
SMC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMC Corp filed Critical SMC Corp
Priority to JP9113277A priority Critical patent/JPH10306801A/ja
Priority to US09/069,986 priority patent/US6148837A/en
Priority to EP98108081A priority patent/EP0875811A3/en
Publication of JPH10306801A publication Critical patent/JPH10306801A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
    • F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • G05D16/2026—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means with a plurality of throttling means
    • G05D16/2046—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means with a plurality of throttling means the plurality of throttling means being arranged for the control of a single pressure from a plurality of converging pressures
    • G05D16/2053—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means with a plurality of throttling means the plurality of throttling means being arranged for the control of a single pressure from a plurality of converging pressures the plurality of throttling means comprising only a first throttling means acting on a higher pressure and a second throttling means acting on a lower pressure, e.g. the atmosphere
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2093—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power
    • G05D16/2095—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power using membranes within the main valve
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
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Abstract

(57)【要約】 【課題】むだ時間を有する空気圧装置のオーバーシュー
ト等を抑制する。 【解決手段】基準信号Ｓｒが階段状に変化したとき、ス
イッチ２０８が開状態とされているので、むだ時間を有
する空気圧機器１５の駆動をＰＤ制御により開始する。
むだ時間経過後に、制御量が変化して位置検出器２０の
出力が発生したとき、フィードバック信号Ｓｆの微分値
である速度信号Ｓｖの値がゼロ値から変化する。速度検
出部２１４により、この速度信号Ｓｖの値が所定の値Ｓ
ｖｒ以上の値になったことを検出したとき、切換信号Ｓ
ｂによりスイッチ２０８を開状態から閉状態に切り換え
る。したがって、この切換時点以降では空気圧機器１５
がＰＩＤ制御により駆動される。このため、むだ時間を
Ｉ制御により積分することによる制御量におけるオーバ
ーシュート等を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、電空変
換器およびこの電空変換器を用いた空気圧アクチュエー
タに適用して好適な自動制御空気圧装置の制御方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】電空変換器は、自動制御における操作量
（操作量信号ともいう。）が電気信号である入力信号と
して供給されて駆動される自動制御空気圧装置の一種で
あり、入力信号（操作量）に対応する出力信号（制御量
または制御量信号ともいう。）としての空気圧に対応す
る電気信号がフィードバック制御される装置である。
【０００３】また、この電空変換器の出力側に流量制御
弁等が接続されて自動制御空気圧装置としての空気圧ア
クチュエータが構成される。この電空変換器を用いた空
気圧アクチュエータでは、電空変換器への入力信号（操
作量）である電気信号に応じて、例えば、前記流量制御
弁の弁体の開度等が出力信号（制御量）とされ、フィー
ドバック制御される。
【０００４】このような自動制御空気圧装置の装置例と
しては、例えば、この出願人の出願による特開平７−４
４０１号公報に公表された「電−空変換装置およびこれ
を用いたアクチュエータシステム」を挙げることができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、自
動制御空気圧装置では、ＰＩＤ（Ｐは比例、Ｉは積分、
Ｄは微分）制御が採用される。このＰＩＤ制御によれ
ば、基準信号（基準入力または入力信号ともいう。）と
して、例えば、ステップ信号（ステップ入力）のよう
に、値０から値１に階段状に変化する信号が供給された
場合に、オフセットがなく安定で精度のよい応答を実現
することができるとされているからである。
【０００６】しかしながら、空気圧装置の場合には、操
作量を供給してから制御対象の制御量が実際に作動する
までに、むだ時間が存在する。このむだ時間が大きい場
合には、このむだ時間中のＩ制御のために、いわゆるオ
ーバーシュートや大きな振動が発生する場合がある。
【０００７】これを解決するために、この出願人の発明
者等は、むだ時間が存在する空気圧装置をＰＩＤ制御に
よりステップ入力に対する自動制御を行う場合には、制
御開始時点ではＰＤ制御により制御を開始し、基準信号
とフィードバック信号との差である偏差を検出し、この
偏差が所定の値以下の値となった場合に、換言すれば、
むだ時間の経過後にＰＤ制御をＰＩＤ制御に変更するこ
とで、オーバーシュートや振動のほとんど発生しない自
動制御空気圧装置を開発している。
【０００８】この発明は、このような技術に関連してな
されたものであり、オーバーシュートや振動のほとんど
発生しない自動制御空気圧装置の制御方法を提供し、さ
らに、自動制御空気圧装置の伝達特性等が変化した場合
においても、より柔軟に対応することを可能とする自動
制御空気圧装置の制御方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、操作量が電
気信号として供給されて駆動される空気圧装置の出力制
御量を検出部により検出して電気信号としてのフィード
バック量に変換し、このフィードバック量と基準信号と
に基づく偏差に応じて自動制御を行い前記操作量として
の電気信号を生成する自動制御空気圧装置の制御方法に
おいて、前記基準信号を第１の値から第２の値へ階段状
に変化させて、前記空気圧装置の出力制御量を、ある値
から所望の値まで変化させようとする際、前記基準信号
が第１の値から第２の値へ階段状に変化するときには、
Ｐ制御（またはＰＤ制御）による操作量を前記空気圧装
置に供給し、前記基準信号が第１の値から第２の値へ階
段状に変化した後、前記出力制御量の微分値が所定の値
になった時に前記Ｐ制御（またはＰＤ制御）をＰＩＤ制
御に切り換えてＰＩＤ制御による操作量を前記空気圧装
置に供給するように制御することを特徴とする。
【００１０】この発明によれば、出力制御量の微分値の
変化を検出してＰ制御（またはＰＤ制御）をＰＩＤ制御
に切り換えるようにしているので、むだ時間を有する空
気圧装置において、オーバーシュートや振動を低減する
ことはもちろんのこと、万一、出力制御量が変化しなく
なった場合（例えば、摺動摩擦を原因とする弁体の停
止、あるいはアクチュエータの停止）等の伝達関数が変
化した場合においても、このような場合には、停止以前
に、Ｉ制御が開始されるようにしているので、たとえ、
停止した場合においても、再度移動させるようにするこ
とができる。
【００１１】なお、空気圧装置が電空変換器である場合
には、前記出力制御量は、圧力量とされ、空気圧装置が
電空変換器とこの電空変換器の出力圧力により制御され
るアクチュエータである場合には、出力制御量は、アク
チュエータの作動量とされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。
【００１３】図１は、この発明を、電空変換器１２とこ
の電空変換器１２により制御されるアクチュエータ１４
からなる空気圧機器（空気圧装置）１５に適用したこの
実施の形態の自動制御空気圧装置１０の構成を示してい
る。
【００１４】図１において、自動制御空気圧装置１０
は、基本的には、入力端子１３を通じて目標値に対応す
る基準信号Ｓｒが供給されるマイクロコンピュータ１６
と、このマイクロコンピュータ１６の出力信号である操
作量信号によって作動する電空変換器１２と、この電空
変換器１２の出力信号（空気圧）により作動するアクチ
ュエータ１４と、このアクチュエータ１４を構成するス
テム１８の移動量を制御量信号として検出し、これを電
気信号（フィードバック信号）Ｓｆに変換してマイクロ
コンピュータ１６に送出する位置検出器２０とから構成
される。
【００１５】図１例中の電空変換器１２は、２つの同一
の電空変換器単体３０ａ、３０ｂから構成され、電空変
換器単体３０ａの入力ポートには、図示しない空圧源Ｓ
ＵＰに接続される吸気ポート３４から圧縮空気が供給さ
れ、また、電空変換器単体３０ａの出力ポートと電空変
換器単体３０ｂの入力ポートとが連通され、電空変換器
単体３０ｂの出力ポートが排気ポート３５に連通されて
いる。排気ポート３５は大気に開放されている。
【００１６】電空変換器単体３０ａ、３０ｂの後述する
各ノズルフラッパ機構３２ａ、３２ｂには、マイクロコ
ンピュータ１６から操作量信号が供給される。
【００１７】電空変換器単体３０ａの出力ポートと電空
変換器単体３０ｂの入力ポートが連通しているパイプ３
３には、流量制御弁であるアクチュエータ１４を構成す
るダイヤフラム室３６が接続されている。
【００１８】パイプ３３を通じてダイヤフラム室３６に
供給される空気圧圧力により、ステム１８が圧縮ばね３
８の圧縮力に対抗して矢印Ｚ２方向に移動したとき、調
整弁（制御弁）４０が開く方向とされ、一方、ダイヤフ
ラム室３６の空気圧力が少なくなったときには、調整弁
４０を閉じるようにステム１８が矢印Ｚ１方向に移動す
る。このようにして、調整弁４０の開度が調整される。
【００１９】なお、供給側の電空変換器単体３０ａが閉
塞状態にあり、排気側の電圧変換器単体３０ｂが開放状
態にあってダイヤフラム室３６が大気に連通していると
きには、圧縮ばね３８の作用によりステム１８は矢印Ｚ
１方向端のホーム位置とされ、調整弁４０は全閉状態と
される。
【００２０】ステム１８の移動量、換言すれば、調整弁
４０の開度、あるいは調整弁４０の内部を流れる流体の
流量が制御量であり、この制御量に比例する位置検出器
２０の出力電気信号がフィードバック信号Ｓｆとしてマ
イクロコンピュータ１６に供給される。
【００２１】結局、図１例の自動制御空気圧装置１０に
おいて、基準信号Ｓｒは、調整弁４０の開度を決める信
号であると考えることができる。
【００２２】マイクロコンピュータ１６は、駆動・制御
・処理・判断手段等として機能し、周知のように、中央
処理装置（ＣＰＵ）に対応するマイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）と、このマイクロプロセッサに接続される入出力
装置としてのＡＤ変換回路やＤＡ変換回路、Ｉ／Ｏポー
ト、制御プログラム・システムプログラム・ルックアッ
プテーブル等が予め書き込まれる読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）、処理データを一時的に保存等するランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭであり、書き込み・読み出しメ
モリ）、タイマ回路および割り込み処理回路等を１チッ
プに集積したＬＳＩデバイスとして提供される。このマ
イクロコンピュータ１６の機能を表す機能ブロック図に
ついては後に説明する。
【００２３】図２は、電空変換器単体３０ａ、３０ｂ
（同一の構成であるので、区別する必要がない場合に
は、電空変換器単体３０という。）の構成を示してい
る。また、以下の説明において、電空変換器単体３０と
して説明するときには、繁雑さを避けるために、図１例
の電空変換器単体３０ａ、３０ｂを構成する各要素（部
品）の添字ａ、ｂをも削除して説明する。
【００２４】図２例の電空変換器単体３０は、この出願
の出願人による特開平７−４４０１号公報に開示された
ものである。以下、この電空変換器単体３０の構成およ
び作用を説明する。
【００２５】電空変換器単体３０は、ノズルフラッパ機
構３２と弁機構１２２とから構成されている。
【００２６】弁機構１２２は、本体１２６に孔部１２８
を介して連通する第１室１３０と第２室１３２が画成さ
れている。前記第１室１３０には、ダイヤフラム１３４
が設けられており、これにより、前記第１室１３０の上
半分がノズル背圧室１３６となる。前記ノズル背圧室１
３６には、図示しない圧縮空気供給源と連通する供給通
路１３８が連通されており、前記供給通路１３８の途上
には、減圧弁１４０と固定絞り１４１が設けられてい
る。前記減圧弁１４０は、摘み１４２を螺回することに
より、ピストン部材１４４を付勢する第１スプリング部
材１４６の圧縮力を調整する。ピストン部材１４４と弁
座１４８の間には、第２スプリング部材１５０が設けら
れるとともに、弁体１５２は、弁座１４８の下部に設け
られた第３スプリング部材１５４によってピストン部材
１４４の軸部分に当接されている。
【００２７】したがって、減圧弁１４０においてノズル
背圧室１３６の圧力が圧縮空気供給側の圧力よりも高い
場合には、前記ピストン部材１４４の断面積が弁体１５
２の断面積よりも大きいため、上向きにピストン部材１
４４が付勢され、これにより第３スプリング部材１５４
によって付勢される弁体１５２が追従して変位され、弁
座１４８に着座し、圧縮空気供給側との連通を遮断す
る。一方、ノズル背圧室１３６の圧力が圧縮空気供給源
側の圧力よりも低い場合には、第１スプリング部材１４
６の圧縮力により、弁体１５２を弁座１４８から離間さ
せ、ノズル背圧室１３６は圧縮空気供給源側と連通する
に至る。
【００２８】次に、第１室１３０および第２室１３２に
配設される弁本体１５６は、フランジ部１５８と円柱部
（弁体）６０とからなり、前記円柱部６０が孔部１２８
内で軸方向に変位自在に挿通されるとともに、フランジ
部１５８はスプリング部材１６２の圧縮力によりダイヤ
フラム１３４に当接されている。したがって、ダイヤフ
ラム１３４の変位により、弁本体１５６の円柱部６０が
弁座１６４に着座、あるいは離間し、第２室１３２に連
通する供給通路１６６と排気通路１６８の連通制御を円
柱部６０で行っている。
【００２９】一方、ノズルフラッパ機構３２は、ノズル
背圧室１３６に連通して設けられたノズル１７２と、ノ
ズル１７２の端部に当接するフラッパ１７４と、フラッ
パ１７４を変位自在に支持する支持体１７６と、前記支
持体１７６に装着され、前記フラッパ１７４の下面に形
成された突部１７８から所定距離離間されているバイモ
ルフ型圧電素子１８０と、前記フラッパ１７４をノズル
１７２側に常時付勢しているスプリング部材１８２とか
ら構成されている。バイモルフ型圧電素子１８０は、マ
イクロコンピュータ１６から正電圧が印加されることに
より、フラッパ１７４側に湾曲し、負電圧が印加される
ことにより、反対側に湾曲される。
【００３０】すなわち、前記バイモルフ型圧電素子１８
０に正のパルスが印加された場合、図３に示すように、
当該バイモルフ型圧電素子１８０がフラッパ１７４の突
部１７８に当接して上部に押圧するため、フラッパ１７
４がスプリング部材１８２の圧縮力に抗してフラッパ１
７４をノズル１７２から離間させる。したがって、ノズ
ル背圧室１３６では圧力が低下し、ダイヤフラム１３４
を矢印Ｚ１方向に変位させる。これにより、スプリング
部材１６２によって矢印Ｚ１方向に付勢されているフラ
ンジ部１５８を有する弁本体１５６も矢印Ｚ１方向に変
位する。その結果、弁本体１５６の円柱部６０が弁座１
６４から離間し、供給通路１６６と排気通路１６８が連
通される。
【００３１】また、バイモルフ型圧電素子１８０に負の
パルスが印加された場合には、図２に示すように、フラ
ッパ１７４の突部１７８に対してバイモルフ型圧電素子
１８０が離間しているため、フラッパ１７４がスプリン
グ部材１８２の圧縮力によってノズル１７２に当接す
る。したがって、ノズル背圧室１３６の圧力が上昇し、
ダイヤフラム１３４および弁本体１５６のフランジ部１
５８がスプリング部材１６２の圧縮力に抗して矢印Ｚ２
方向に変位される。この結果、弁本体１５６の円柱部６
０によって供給通路１６６と排気通路１６８の連通が遮
断される。
【００３２】以上の説明が、電空変換器単体３０の構成
と作用の説明である。
【００３３】再び、図１において、調整弁４０の開度を
所望の値にするためにステム１８の位置を所望の位置に
調整しようとするとき、基準信号Ｓｒを例えば、値０か
ら前記所望の位置に対応する値１まで階段状に変化させ
る。
【００３４】このとき、マイクロコンピュータ１６の出
力信号により排気側の電空変換器単体３０ｂのノズルフ
ラッパ機構３２ｂは付勢しない。したがって、電空変換
器単体３０ｂの弁体６０ｂは遮断状態になっている。一
方、吸気側の電空変換器単体３０ａのノズルフラッパ機
構３２ａをマイクロコンピュータ１６の出力信号により
パルス幅変調方式（特開平７−４４０１号公報参照：こ
の発明の要旨ではないので、詳しくは説明しないが、各
サイクルのパルス幅を最初は広げて、以下徐々に狭める
方式）により駆動する。このとき、ステム１８が滑らか
に矢印Ｚ２方向に進行して基準信号Ｓｒの値１に対応す
る所望の位置で正確に停止するように、フィードバック
制御がなされる。
【００３５】次いで、ステム１８の位置をもとに戻す場
合には、前記基準信号Ｓｒの値を値１から値０に階段状
に戻す。このとき、マイクロコンピュータ１６の制御に
より吸気側のノズルフラッパ機構３２ａの付勢を解除し
て、弁体６０ａを遮断状態とする。その直後に、排気側
の電空変換器単体３０ｂのノズルフラッパ機構３２ｂを
マイクロコンピュータ１６の出力信号により前記と同じ
パルス幅変調方式により駆動することで、ステム１８が
滑らかに矢印Ｚ１方向に進行して基準信号Ｓｒの値０に
対応して所望の位置で正確に停止するように、フィード
バック制御がなされる。
【００３６】図４に、この実施の形態の要部の構成をブ
ロック線図として示す。図４において、符号１５は、図
１に示した電空変換器１２とアクチュエータ１４とから
構成される空気圧機器１５を表しており、その伝達関数
をＧ（ｐ）としている。符号２０は、図１に示したステ
ム１８の位置（したがって、調整弁４０の開度）を検出
する位置検出器２０であり、制御量としてのステム１８
の位置を電気信号であるフィードバック信号Ｓｆに変換
する機能を有する。また、図４中、１点鎖線で囲んだ要
素は、マイクロコンピュータ１６により構成される機能
のブロックを描いている。
【００３７】すなわち、入力端子１３を通じて供給され
る基準信号Ｓｒとフィードバック信号Ｓｆが供給される
加え合わせ点２００を有し、この加え合わせ点２００の
出力である偏差信号ｅの発生側に比例ゲインがＫｐであ
る比例要素２０２が接続される。比例要素２０２には、
周知のように動作信号である偏差信号ｅ（ｅ＝Ｓｒ−Ｓ
ｆ）が供給される。比例要素２０２の出力側は、加算器
２０４の第１の入力と、演算子「Ｓ」で表される微分要
素（速度要素）２０６と、スイッチ２０８の可動端子２
０８ａ側に接続される。
【００３８】スイッチ２０８の固定端子２０８ｂ側は、
演算子「１／Ｓ」で表される積分要素２１０および積分
の比例係数Ｋｉである比例要素２１２を介して加算器２
０４の第２の入力に供給される。
【００３９】前記微分要素２０６の出力である速度信号
Ｓｖは、速度検出部２１４に供給されるとともに、微分
の比例係数Ｋｄである比例要素２１６に供給され、その
比例要素２１６を介して加算器２０４の第３の入力に供
給される。
【００４０】微分要素２０６と比例要素２１６の接続点
に速度検出部２１４の入力が接続され、微分要素２０６
の出力信号である速度信号Ｓｖが供給される。速度検出
部２１４は、この速度信号Ｓｖと所定の値（閾値速度信
号、基準信号、基準速度または基準値ともいう。）Ｓｖ
ｒとを比較し、その比較結果による２値信号（オンオフ
信号）である切換信号Ｓｂをスイッチ２０８の制御端子
２０８ｃに供給する。これにより、スイッチ２０８の開
閉が制御される。切換信号Ｓｂの値がローレベルである
ときにスイッチ２０８は開状態にされ、ハイレベルであ
るときに閉状態にされるものとする。
【００４１】加算器２０４の出力信号、すなわちＰＤ制
御による操作量信号またはＰＩＤ制御による操作量信号
がＰＷＭ信号発生器２１８を介して制御対象としての空
気圧機器１５を構成する電空変換器１２に供給される。
【００４２】なお、この実施の形態においては、この発
明の理解の容易化のために、電空変換器単体３０ａまた
は電空変換器単体３０ｂのいずれか一方がマイクロコン
ピュータ１６により切り換えられて、いわゆるトグル動
作で駆動されるものとする。
【００４３】すなわち、マイクロコンピュータ１６を構
成するＰＷＭ信号発生器２１８から一方のノズルフラッ
パ機構３２ａに操作量としての駆動信号が供給されると
きには、他方のノズルフラッパ機構３２ｂには操作量と
しての駆動信号が供給されないものとされる。この場
合、駆動信号の供給されないノズルフラッパ機構３２ｂ
は、図２に示すように、弁体６０（６０ｂ）が遮断状態
側にあるものとされる。
【００４４】次に、上記図１〜図４例の要部の動作につ
いて、図５に示す波形図をも参照して説明する。この場
合、制御系の動作を理解するうえでは、図４中、ＰＷＭ
信号発生器２１８と位置検出器２０とは、入出力端が短
絡されていると考える。
【００４５】まず、図５に示すように、時点ｔ０におい
て、ローレベルからハイレベルに階段状に変化する基準
信号Ｓｒが入力端子１３を通じて加え合わせ点２００に
供給されるものとする。このとき、スイッチ２０８は、
切換信号Ｓｂがローレベルになっているので、図に示す
開状態になっているものとする。したがって、制御の切
換（図５参照）は、比例要素２０２と微分要素２０６に
よるＰＤ制御となり、この時点ｔ０において、ＰＤ制御
により電空変換器単体３０ａに対する駆動が開始され
る。
【００４６】このとき、図１に示す排気側の電空変換器
単体３０ｂはマイクロコンピュータ１６から駆動信号が
供給されずに弁体６０ｂが遮断状態側とされ、一方、吸
気側の電空変換器単体３０ａのノズルフラッパ機構３２
ａが駆動されて、弁体６０ａが連通状態側とされる。
【００４７】弁体６０ａが連通状態とされるまでの動作
について説明すると、図２において、バイモルフ型圧電
素子１８０に正のパルスが印加されることで、ノズルフ
ラッパ機構３２が駆動されてフラッパ１７４が開放し、
ノズル背圧室１３６が大気に連通する。この場合、厳密
な意味では、バイモルフ型圧電素子１８０にパルスが印
加されてフラッパ１７４がスプリング部材１８２の圧縮
力に対抗して開くまでにむだ時間が発生する。また、ノ
ズル背圧室１３６が大気に連通した後、第１スプリング
部材１４６の圧縮力によりピストン部材１４４の弁体１
５２を弁座１４８から離間させるまでに、むだ時間が発
生する。さらに、ダイヤフラム１３４が矢印Ｚ１方向に
移動するまでにむだ時間が存在する。
【００４８】このようにして弁体６０ａが連通状態にさ
れ、圧縮空気が吸気ポート３４、電空変換器単体３０ａ
およびパイプ３３を通じてダイヤフラム室３６に供給さ
れる。
【００４９】圧縮空気がアクチュエータ１４を構成する
ダイヤフラム室３６に流入してから、圧縮ばね３８の圧
縮力に対抗してステム１８が矢印Ｚ２方向に移動を開始
するまでにもむだ時間が発生する。
【００５０】このように、電空変換器単体３０ａのノズ
ルフラッパ機構３２ａが駆動されてから、実際に調整弁
４０の開度を決定するステム１８が移動を開始するまで
の時間、すなわち、時点ｔ０から時点ｔ１までの時間が
むだ時間Ｌとされる。この時点ｔ１〜ｔ０までの間では
積分制御（Ｉ制御ともいう。）が行われない。
【００５１】時点ｔ１でステム１８が矢印Ｚ１方向に移
動を開始すると、図５に示すように、速度信号Ｓｖがゼ
ロ値から上昇し、その絶対値｜Ｓｖ｜が所定の値Ｓｖｒ
を超えたときの時点ｔ２において、速度検出部２１４の
出力信号である切換信号Ｓｂがローレベルからハイレベ
ルに遷移して、スイッチ２０８が開状態から閉状態に切
り換えられる。
【００５２】この時点ｔ２以降では、比例要素２０２と
微分要素２０６とによるＰＤ制御から比例要素２０２と
微分要素２０６と積分要素２１０とによるＰＩＤ制御に
切り換えられる。
【００５３】なお、時点ｔ２までは、実質的に速度信号
Ｓｖがゼロ値であるので、ＰＤ制御期間は、このＰＤ制
御に代替してＰ制御期間にしてもほぼ同等である。
【００５４】時点ｔ２以降においてフィードバック信号
Ｓｆの値が基準信号Ｓｒのハイレベルの値に近づいてく
ると、速度信号Ｓｆの絶対値｜Ｓｆ｜の値が基準値Ｓｖ
ｒよりも小さい値となるが、このときには、スイッチ２
０８が切り換わらないように制御している。すなわち、
上述の実施の形態では、速度信号Ｓｖの絶対値｜Ｓｖ｜
が増加するときに基準値Ｓｖｒを超えたとき、ＰＤ制御
をＰＩＤ制御に切り換え、速度信号Ｓｖの絶対値｜Ｓｖ
｜が減少するときに基準値Ｓｖｒを逆に超えたときに
は、ＰＩＤ制御を保持するようにしている。
【００５５】なお、時点ｔ３において、基準信号Ｓｒが
階段状に増加または減少したときに、スイッチ２０８が
リセットされて図６に示す開放状態とされ、ＰＩＤ制御
からＰＤ制御に切り換えられるようになっている。
【００５６】このように上述の実施の形態によれば、基
準信号Ｓｒが階段状に変化したとき、スイッチ２０８が
開状態とされているので、むだ時間Ｌを有する空気圧機
器１５の駆動をＰ制御またはＰＤ制御により開始する。
むだ時間Ｌの経過後に、制御量が変化して位置検出器２
０の出力が発生したとき、このフィードバック信号Ｓｆ
の微分値である速度信号Ｓｖの値がゼロ値から変化す
る。速度検出部２１４により、この速度信号Ｓｖの値の
絶対値｜Ｓｖ｜が、所定の値Ｓｖｒ以上の値になったこ
とを検出したとき、ローレベルからハイレベルに遷移す
る切換信号Ｓｂによりスイッチ２０８を開状態から閉状
態に切り換える。したがって、この切換時点ｔ２以降で
は空気圧機器１５がＰＩＤ制御により駆動される。この
ため、この実施の形態では、むだ時間Ｌを積分すること
による制御量におけるオーバーシュートまたは振動を抑
制することができるという効果が達成される。
【００５７】また、一旦、ステム１８が動きだしてから
出力制御量が変化しなくなった場合｛例えば、ステム１
８の動きが緩慢になる時点（時点ｔ２以降の時点で時点
ｔ３に近い時点｝において摺動摩擦によりステム１８が
停止するような場合等、伝達関数が変化した場合におい
ても、停止以前に時点ｔ２においてＩ制御が開始されて
いるので、たとえ、その後にステム１８が停止した場合
においても、Ｉ制御により再度移動させるようにするこ
とができるという効果が達成される。
【００５８】なお、速度信号Ｓｖは、図４に示す自動制
御空気圧装置１０とは異なり、図６に示すように、フィ
ードバック信号Ｓｆが微分要素２０６に供給されるよう
にするとともに、伝達ゲインＫｐの比例要素２２０を比
例要素２１６と加算器２０４との間に挿入する自動制御
空気圧装置１０Ａの構成として、微分要素２０６の出力
側から得るようにしてもよい。図６例の残りの構成要素
は、図４例に示したものと対応するものである。
【００５９】図７は、この発明を空気圧機器としての電
空変換器１２に適用した他の実施の形態の自動制御空気
圧装置１０Ｂの構成を示している。この図７例では、図
１例の空気圧のアクチュエータ１４を空気圧タンク３０
１に置換し、その空気圧タンク３０１の圧力を圧力計３
０２で測定し、圧力計３０２から出力される電気信号を
フィードバック信号Ｓｆとして、マイクロコンピュータ
１６に供給する構成としている。
【００６０】この図７例においても、図４例、図６例と
回路接続構成を変えずに、比例係数、比例ゲインの値あ
るいは、基準速度Ｓｖｒの値を変えたもので駆動するこ
とができる。
【００６１】なお、この発明は上述の実施の形態に限ら
ず、この発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採
り得ることはもちろんである。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、出力制御量の速度変化が発生したときに、Ｐ制御
（またはＰＤ制御）をＰＩＤ制御に切り換えるようにし
ているので、例えば、動作の開始等にむだ時間を発生す
る空気圧装置に適用した場合、オーバーシュートや振動
を低減することができるという効果が達成される。
【００６３】また、自動制御空気圧装置の伝達特性等が
変化した場合においても、偏差ではなく速度を検出して
制御を切り換えるようにしているので、制御対象に対し
てより柔軟に対応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用された自動制御
空気圧装置の構成を示す線図である。
【図２】電空変換器の構成を示す一部断面図である。
【図３】電空変換器の作用説明に供される一部断面図で
ある。
【図４】図１例の装置の構成を示すブロック線図であ
る。
【図５】図１例、図４例の動作説明に供される波形図で
ある。
【図６】図４のブロック線図の変形例の構成を示すブロ
ック線図である。
【図７】この発明の他の実施の形態が適用された自動制
御空気圧装置の構成を示す線図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ…自動制御空気圧装置 １２…電空変換器 １４…アクチュ
エータ １５…空気圧機器 １６…マイクロ
コンピュータ １８…ステム ２０…位置検出
器 ３０、３０ａ、３０ｂ…電空変換器単体 ３２、３２ａ、３２ｂ…ノズルフラッパ機構 ３３…パイプ ３６…ダイヤフ
ラム室 ４０…調整弁 ６０、６０ａ、
６０ｂ…弁体 ２０２、２１２、２２０…比例要素 ２０６…微分要
素 ２１０…積分要素 ２１４…速度検
出部 Ｓｆ…フィードバック信号 Ｓｒ…基準信号

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】操作量が電気信号として供給されて駆動さ
    れる空気圧装置の出力制御量を検出部により検出して電
    気信号としてのフィードバック量に変換し、このフィー
    ドバック量と基準信号とに基づく偏差に応じて自動制御
    を行い前記操作量としての電気信号を生成する自動制御
    空気圧装置の制御方法において、 前記基準信号を第１の値から第２の値へ階段状に変化さ
    せて、前記空気圧装置の出力制御量を、ある値から所望
    の値まで変化させようとする際、 前記基準信号が第１の値から第２の値へ階段状に変化す
    るときには、Ｐ制御による操作量を前記空気圧装置に供
    給し、 前記基準信号が第１の値から第２の値へ階段状に変化し
    た後、前記出力制御量の微分値が所定の値になった時に
    前記Ｐ制御をＰＩＤ制御に切り換えてＰＩＤ制御による
    操作量を前記空気圧装置に供給するように制御すること
    を特徴とする自動制御空気圧装置の制御方法。
  2. 【請求項２】操作量が電気信号として供給されて駆動さ
    れる空気圧装置の出力制御量を検出部により検出して電
    気信号としてのフィードバック量に変換し、このフィー
    ドバック量と基準信号とに基づく偏差に応じて自動制御
    を行い前記操作量としての電気信号を生成する自動制御
    空気圧装置の制御方法において、 前記基準信号を第１の値から第２の値へ階段状に変化さ
    せて、前記空気圧装置の出力制御量を、ある値から所望
    の値まで変化させようとする際、 前記基準信号が第１の値から第２の値へ階段状に変化す
    るときには、ＰＤ制御による操作量を前記空気圧装置に
    供給し、 前記基準信号が第１の値から第２の値へ階段状に変化し
    た後、前記出力制御量の微分値が所定の値になった時に
    前記ＰＤ制御をＰＩＤ制御に切り換えてＰＩＤ制御によ
    る操作量を前記空気圧装置に供給するように制御するこ
    とを特徴とする自動制御空気圧装置の制御方法。
  3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、前
    記空気圧装置は電空変換器であり、前記出力制御量は、
    圧力量であることを特徴とする自動制御空気圧装置の制
    御方法。
  4. 【請求項４】請求項１または２記載の方法において、前
    記空気圧装置は電空変換器とこの電空変換器の出力圧力
    により制御されるアクチュエータであり、前記出力制御
    量は、前記アクチュエータの作動量であることを特徴と
    する自動制御空気圧装置の制御方法。
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