JP2014177983A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２サーボバルブのアクチュエータ制御装置で、第１と第２のアクチュエータの間でのフォースファイティングをなくし、同期リンクの回転角度を精度良く制御できるようにする。
【解決手段】第１のアクチュエータ５に対して、ピストン７の変位を検出し、フィードバック制御により当該第１のアクチュエータ５を制御し、第２のアクチュエータ４に対しては、第１と第２のアクチュエータ４，５の両方に発生する力を計測し、その力のアンバランス量で位置制御指令値を補正し、当該補正指令値と、第２１のアクチュエータ５の変位位置のフィードバック値との差により第２のアクチュエータ５４を制御することにより、フォースファイティングを回避して同期リンク２の回転角度を精度良く制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明はジェットエンジンのファン、コンプレッサ、あるいはタービン等に用いられる可変静翼の角度を調整する２重制御アクチュエータに対するアクチュエータ制御装置に関する。

図４に示すように、ジェットエンジンのファン、コンプレッサ、あるいはタービンの可変静翼１０１は、負荷状況に応じて角度が可変となっており、可変静翼１０１の角度を変更するために回転軸１０２を挟んで相反対側においてリンク１０３に同一方向の回転力を付与するように第１、第２のアクチュエータとして第１（マスタ側）油圧シリンダ１０４、第２（スレーブ側）油圧シリンダ１０５が連結されている。尚、図４において、１０６，１０７は油圧シリンダ１０４，１０５それぞれのピストンであり、各ピストン１０６，１０７の先端にベルクランク１０８，１０９の一端が連結され、このベルクランク１０８，１０９の他端がリンク１０３に連結されている。ベルクランク１０８，１０９それぞれは固定部材に回転支持されており、そのため、ピストン１０６，１０７の進退の動作に連動してベルクランク１０８，１０９が回転し、このベルクランク１０８，１０９の他端に連結されたリンク１０３が回転する。その結果として、可変静翼１０１の回転角度が調整されることになる。尚、図４では、ピストン１０６，１０７が押し出される方向（伸長方向）に変位したときのベルクランク１０８，１０９、リンク１０３、可変静翼１０１の動きを矢印にて示している。

この可変静翼１０１に対するリンク機構をモデル化したものが、図５である。リンク１０３は棒状の同軸同期リンクとし、回転軸１０２にて中心部が軸支され、リンク１０３の一端に第１（マスタ側）の油圧シリンダ１０４のピストン１０６が連結され、リンク１０３の他端に第２（スレーブ側）の油圧シリンダ１０５のピストン１０７が逆向きに連結され、これら２本のピストン１０６，１０７が同時に押し出しあるいは引き込みされる時にリンク１０３に正方向あるいは逆方向の回転力が付与される。尚、図５では、ピストン１０６，１０７が押し出される方向（伸長方向）に変位したときのリンク１０３の動きを矢印にて示している。

図６は、この図５のようにモデル化した同期リンク２に対してその回転角度を制御する従来のアクチュエータ制御装置のブロック図である。この従来のアクチュエータ制御装置は、１サーボバルブ、アクティブ・スンタンバイ方式のものであり、アクチュエータとしての油圧シリンダ４，５は１台のサーボバルブ８を介して作動流体が同時に給排される。Ｐｓｕｐはサーボバルブ８に対する作動流体の供給路、Ｐｒｅｔは作動流体のリターン路、Ｑｈは油圧シリンダ４，５それぞれのピストンヘッド室Ｐｈへの作動流体の給排路、Ｑｒは油圧シリンダ４，５それぞれのピストンロッド室Ｐｒへの作動流体の給排路である。油圧シリンダ４，５のピストン６，７には変位センサＦ＿Ａ，Ｆ＿Ｂが設置され、ピストン６，７の変位位置を検出してフィードバックする。図６では、変位センサＦ＿Ａは同期リンク２の一端（Ａ端）を駆動する油圧シリンダ４のピストン６の変位位置ＸＶＳＶＦＢ＿Ａをフィードバックし、変位センサＦ＿Ｂは同期リンク２の他端（Ｂ端）を駆動する油圧シリンダ５のピストン７の変位位置ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂをフィードバックする構成である。

また図６のアクチュエータ制御装置において、１台のサーボバルブ８は、トルクモータの二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ａ，Ｔ／Ｍ＿Ｂにてスプール９を駆動し、供給・リターンの動作モードの切替と流量調整を行う。そしてこのサーボバルブ８の二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ａ，Ｔ／Ｍ＿Ｂに流す駆動電流の制御を制御部１０が行う。サーボバルブドライバ１５は、制御部１０からの制御電流指令を受けて、二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ａ，Ｔ／Ｍ＿Ｂのうち指令を受けた側の二重冗長コイルに対してトルクモータ駆動電流を流す制御をし、これによってトルクモータを所定角度だけ回転させ、サーボバルブ８のスプール９を所定移動量だけ駆動する。

制御部１０は、２系統のうち１系統が故障した場合に正常な他方の系統に切り替えるために、あるいは正常でも当該制御系の起動毎にアクティブにする系統をＡ，Ｂ交互に切り替えるため、電流供給スイッチＳＷ＿Ａ，ＳＷ＿Ｂが交互にオン（導通）、オフ（開放）を切り替える。以下では、説明の便宜のため、Ａ系統をアクティブ（ＡＴＶ）にし、Ｂ系統をスタンバイ（ＳＴＢ）にした場合のフィードバック制御動作を説明する。減算器１１，１２のプラス側には制御位置目標値ＸＶＳＶＲＲＥＦ＿Ａ，ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ｂ（これらは通常、演算が独立した共通の値である）が入力され、減算器１１，１２のマイナス側には変位センサＦ＿Ａ，Ｆ＿Ｂの変位検出量ＸＶＳＶＦＢ＿Ａ，ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂがフィードバックされる。そして減算器１１，１２はこれらの入力量を減算し、差値を制御量として出力する。ＰＩＤ制御器１３，１４は減算器１１，１２からの差値に対してＰＩＤ演算し、演算結果を電流指令値として出力する。このＰＩＤ制御器１３，１４のゲインはＫである。

今、Ａ系統がアクティブ、Ｂ系統がスタンバイに設定され、電流供給スイッチＳＷ＿Ａがオン、電流供給スイッチＳＷ＿Ｂがオフなので、ＰＩＤ制御器１３からの電流指令値がサーボバルブドライバ１５に入力され、サーボバルブドライバ１５はＡ系統の二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ａに電流指令値に応じた電流を流してトルクモータを回転させる。スプール９はこのトルクモータの回転により駆動され、両油圧シリンダ４，５のピストンヘッド室Ｐｈへの作動流体の同時供給とピストンロッド室Ｐｒからの作動流体の同時引き抜き、若しくは両油圧シリンダ４，５のピストンロッド室Ｐｒへの作動流体の同時供給とピストンヘッド室Ｐｈからの作動流体の同時引き抜きを行う。これにより、理想的には両油圧シリンダ４，５のピストン６，７は同じ変位量だけ押し出されあるいは引き戻され、これを駆動力にして同期リンク２が正方向（図６では左回り）、あるいは逆方向（図６では右回り）に所定角度だけ回転する。これが、従来の１サーボバルブ、アクティブ・スタンバイ方式のアクチュエータ制御装置による同期リンク２のフィードバック制御である。

また、従来のアクチュエータ制御装置には、図７に示す構成の１サーボバルブ、アクティブ・アクティブ方式のものも知られている。図７のアクチュエータ制御装置において、図６に示した従来のアクチュエータ制御装置と共通し若しくは類似する構成要素については同一若しくは類似する符号を付して示してある。

図７に示す１サーボバルブ、アクティブ・アクティブ方式の従来のアクチュエータ制御装置は、制御部１０においてＡ系統、Ｂ系統の電流供給スイッチＳＷ＿Ａ，ＳＷ＿Ｂを同時にオンさせて共にアクティブにし、ＰＩＤ制御器１３，１４のフィードバックＰＩＤ制御演算結果によりトルクモータの二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ａ，Ｔ／Ｍ＿Ｂに同時に制御電流を流し、サーボバルブ８を制御する。ＰＩＤ制御器１３，１４の出力は共に有効とするので、図６の構成と同じ制御性能を得るために、この場合、それぞれのゲインはＫ／２にしている。

これらの従来の１サーボバルブ、アクティブ・スタンバイ方式、１サーボバルブ、アクティブ・アクティブ方式のいずれのアクチュエータ制御装置にあっても、１台のサーボバルブ８から作動流体給排路Ｑｈ，Ｑｒにより２台の油圧シリンダ４，５それぞれのピストンヘッド室Ｐｈ、ピストンロッド室Ｐｒに同時に作動流体を供給する動作又は引き抜く動作をするのであるが、油圧シリンダ４，５の個体差、また１台のサーボバルブ８から２台の別々の場所に設置されている油圧シリンダ４，５につながる作動流体給排路Ｑｈ，Ｑｒの配管長の差、給排路そのものの個体差、同期リンク２を含む構成要素及び接続部の摩擦やガタ等に起因して、両方の油圧シリンダ４，５のピストン６，７が厳密に同時に同一距離だけ同じ力で移動するように制御することはできない。そのため、同期リンク２の両端それぞれに加わる回転力が厳密に一致せず、アンバランスになることがあり、フォースファイティングが発生する問題点があった。

これを解消するものとして、図８に示すような２サーボバルブ、アクティブ・アクティブ方式のアクチュエータ制御装置も知られている。尚、図８のアクチュエータ制御装置において、図６、図７に示した従来のアクチュエータ制御装置と共通し若しくは類似する構成要素については同一若しくは類似する符号を付して示してある。

この図８に示した方式は、２台のサーボバルブ８１，８２をそれぞれ２台の油圧シリンダ４，５を個別に駆動するために用意し、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおいてフィードバック制御により同期リンク２の両端それぞれに与える回転力を同時に、かつ、個別に調整するものである。また、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおけるフィードバック制御は、アクティブ・スタンバイ方式を採用していて、各系統の故障時にＡ系統の電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２のうち正常なスイッチ側に切り替え、またＢ系統の電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１，ＳＷ＿Ｂ２でも正常なスイッチ側に切り替え、あるいは正常な場合でも起動毎にＡ系統の電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２、Ｂ系統の電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１，ＳＷ＿Ｂ２をそれぞれ交互にオン、オフ切り替える構成である。またＡ系統のＰＩＤ制御器１３Ａ，１４Ａ、Ｂ系統のＰＩＤ制御器１３Ｂ，１４Ｂのゲインは共にＫ／２である。

この方式の従来例の場合、サーボバルブ８１，８２に対するフィードバックループをＡ系統、Ｂ系統それぞれ個別に構成できるので、作動流体の給排路の配管長をＡ系統、Ｂ系統で揃えることができる。しかしながら、両系統を厳密に同時に作動させることは困難であり、同期リンク２のＡ端、Ｂ端両端に加える回転力の間のフォースファイティングは十分に解消されない問題点があった。

特開２０１１−１２７６３９号公報 特許第４２０９０３７号公報 特許第３９９４２０８号公報 特開２００８−０９０６９２号公報 再公表ＷＯ０７＿１４１８３９公報

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、２サーボバルブによって同期リンクの回転角度をフィードバック制御するアクチュエータ制御装置であって、第１と第２のアクチュエータの間でのフォースファイティングをなくし、同期リンクの回転角度を精度良く制御できるアクチュエータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、同軸同期リンクの回転中心を挟んで互いに反対側の作用点それぞれに連結され、各作用点を押し引き駆動する第１と第２の２個又はそれ以上のアクチュエータそれぞれを制御するアクチュエータ制御装置であって、前記第１と第２のアクチュエータそれぞれのピストンの出入りを個別に駆動する第１と第２の２個のサーボバルブと、前記第１、第２のアクチュエータそれぞれの前記ピストンの変位位置を検出する変位センサと、前記第１と第２のアクチュエータそれぞれに発生する力を計測する力センサと、前記第１、第２のサーボバルブの液流量を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１のアクチュエータに対しては、前記ピストンの変位位置を検出し、フィードバック制御により前記第１のサーボバルブを制御することによって当該第１のアクチュエータのピストンの位置を目標位置の指令値に一致するように制御し、前記第２のアクチュエータに対しては、前記第１と第２のアクチュエータの両方に発生する力を計測し、その力のアンバランス量で当該第２のアクチュエータのピストンの目標位置の指令値を補正し、当該補正指令値と、前記第２のアクチュエータのピストンの変位位置のフィードバック値との差により前記第２のサーボバルブを制御することによって当該第２のアクチュエータのピストンの位置を前記目標位置の補正指令値に一致するように制御するアクチュエータ制御装置を特徴とする。

上記発明のアクチュエータ制御装置において、前記制御部は、前記第２のアクチュエータの目標位置の指令値に代えて前記第１のアクチュエータのピストンの変位位置のフィードバック値を目標位置の指令値として用い、前記第１と第２のアクチュエータの両方に発生する力を計測し、その力のアンバランス量で当該第２のアクチュエータのピストンの目標位置の指令値を補正し、当該補正指令値と、前記第２のアクチュエータのピストンの変位位置のフィードバック値との差により前記第２のサーボバルブを制御することによって当該第２のアクチュエータのピストンの位置を前記目標位置の補正指令値に一致するように制御するものとすることができる。

本発明のアクチュエータ制御装置によれば、第１のアクチュエータに対しては、ピストンの変位を検出し、フィードバック制御により当該第１のアクチュエータを制御し、第２のアクチュエータに対しては、第１と第２のアクチュエータの両方に発生する力を計測し、その力のアンバランス量で位置制御指令値を補正し、当該補正指令値と、第２のアクチュエータの変位位置のフィードバック値との差により第２のアクチュエータを制御するので、フォースファイティングを回避して同期リンクの回転角度を精度良く制御できる。

また、第２のアクチュエータの制御においては、位置制御指令値として第１のアクチュエータの変位位置のフィードバック値を用い、第１と第２のアクチュエータの両方に発生する力のアンバランス量で位置制御指令値を補正し、当該補正指令値と、第２のアクチュエータの変位位置のフィードバック値との差により第２のアクチュエータを制御することによっても、フォースファイティングを回避して同期リンクの回転角度を精度良く制御できる。

本発明の第１の実施の形態のアクチュエータ制御装置の制御ブロック図。 本発明の第２の実施の形態のアクチュエータ制御装置の制御ブロック図。 従来例のアクチュエータ制御装置の制御特性と上記第２の実施の形態のアクチュエータ制御装置の制御特性とを示すグラフ。 ジェットエンジンのファンの可変静翼の駆動機構の説明図。 上記の可変静翼の駆動機構をモデル化した説明図。 従来の１サーボバルブ、アクティブ・スタンバイ方式のアクチュエータ制御装置の制御ブロック図。 従来の１サーババルブ、アクティブ・アクティブ方式のアクチュエータ制御装置の制御ブロック図。 従来の２サーボバルブ、アクティブ・アクティブ方式のアクチュエータ制御装置の制御ブロック図。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

［第１の実施の形態］
図１に示す第１の実施の形態のアクチュエータ制御装置について説明する。本実施の形態のアクチュエータ制御装置は、２サーボバルブ、アクティブ・アクティブ方式のアクチュエータ制御装置であり、２台のアクチュエータである油圧シリンダ４，５を個別に駆動するために２台のサーボバルブ８１，８２それぞれを用意し、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおいてフィードバック制御により同期リンク２の両端それぞれに与える回転力を同時に、かつ、個別に調整するものである。また、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおけるフィードバック制御は、アクティブ・スタンバイ方式を採用していて、各系統の故障時にＡ系統の故障であればそのＡ系統の電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２のうち正常なスイッチ側に切り替え、あるいはＢ系統の故障であればそのＢ系統の電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１，ＳＷ＿Ｂ２うち正常なスイッチ側に切り替え、また正常の場合でも起動毎にＡ系統、Ｂ系統それぞれにおいて電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２、また電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１，ＳＷ＿Ｂ２をそれぞれ交互にオン、オフ切り替える構成である。ここで、Ａ系統のＰＩＤ制御器１３Ａ，１４Ａ、Ｂ系統のＰＩＤ制御器１３Ｂ，１４Ｂのゲインは共にＫ／２である。尚、図１において、図８のアクチュエータ制御装置と共通し、若しくは類似する構成要素については共通の若しくは類似する符号を付して示してある。

本実施の形態のアクチュエータ制御装置の特徴は、図８に示した従来例に対して、Ｂ系統のフィードバック制御は共通であるが、Ａ系統ではフィードバック制御の制御指令値に対して油圧シリンダ４，５間の力のアンバランス量で補正を掛け、補正後の制御指令値に対してＢ系統と同様にフィードバック制御する点にある。したがって、本実施の形態においては、Ｂ系統の油圧シリンダ５が第１のアクチュエータ、Ａ系統の油圧シリンダ４が第２のアクチュエータに相当する。

本実施の形態のアクチュエータ制御装置では、Ａ系統における力のアンバランス量の補正値の算出のため、油圧シリンダ４のピストンヘッド室Ｐｈ、またピストンロッド室Ｐｒに圧力センサ２１Ａ，２２Ａそれぞれを設置し、他方の油圧シリンダ５のピストンヘッド室Ｐｈ、またピストンロッド室Ｐｒに圧力センサ２１Ｂ，２２Ｂを設置している。また、力演算器２３，２４それぞれを設置している。尚、圧力センサは各油圧ピストンシリンダのピストンヘッド室Ｐｈ及びピストンロッド室Ｐｒの差を計測する差圧センサであってもよい。

力演算器２３はＡ系統の油圧シリンダ４のピストンヘッドに掛かる力（Ｐｈａ＊Ａｈ−Ｐｒａ＊Ａｒ）を演算し、力演算器２４はＢ系統の油圧シリンダ５のピストンヘッドに掛かる力（Ｐｈｂ＊Ａｈ−Ｐｒｂ＊Ａｒ）を演算して出力するようにしている。そして、減算器２５を設けて、Ａ系統の力からＢ系統の力を減算し、力のアンバランス量ΔＦＰを出力する。この力のアンバランス量ΔＦＰは減衰器２６により減衰させ、積分器２７によって時間積分して距離の単位に変換した後、力のアンバランス量の補正値ΔＦｔとして、Ａ系統のフィードバックループに新たに設置した減算器２８，２９のマイナス側にフィードバックするようにしている。この減算器２８，２９のプラス側には、サーボバルブ８１に対する制御位置目標値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａが入力される。したがって、減算器２８，２９の出力は、（制御位置目標値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａ−補正量ΔＦｔ）の値となり、これがＡ系統のフィードバック減算器１１Ａ，１２Ａのプラス側に渡される。Ａ系統の減算器１１Ａ，１２Ａそれぞれのマイナス側、またＢ系統の減算器１１Ｂ，１２Ｂのマイナス側には、変位センサＦ＿Ａ，Ｆ＿Ｂそれぞれの検出するピストンの変位位置ＸＶＳＶＦＢ＿Ａ，ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂがフィードバックされる。

次に、上記構成のアクチュエータ制御装置によるサーボバルブ８１，８２の制御動作、同期リンク２の回転角度の制御動作について説明する。今回の起動時に、Ａ系統では電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１がオン、電流供給スイッチＳＷ＿Ａ２がオフ、Ｂ系統では電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１がオン、電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ２がオフに設定されたとして説明する。尚、次回の起動時にはスイッチのオン／オフは逆の状態に切り替えられる。また、このフィードバック制御ループは、短い所定周期毎μｓｅｃあるいはｍｓｅｃオーダーにて繰り返し行われる。したがって、積分器２７による時間積分は、この制御周期と等しい。

図１に示す状態において、外部からＡ系統、Ｂ系統それぞれに制御位置目標値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａ，ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ｂが入力される。

まず第１のアクチュエータである油圧シリンダ５を制御するＢ系統の制御から説明する。油圧シリンダ５のピストン位置の変位センサＦ＿Ｂはピストン位置の変位位置ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂを検出し、制御部１０Ｂの減算器１１Ｂ，１２Ｂにフィードバックする。減算器１１Ｂ，１２Ｂは制御位置目標値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ｂからフィードバック量ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂを減算し、差値ΔＳＶ＿ＢをＰＩＤ制御器１３Ｂ，１４Ｂに入力する。ＰＩＤ制御器１３Ｂ，１４Ｂは入力される差値ΔＳＶ＿Ｂに対してＰＩＤ制御演算を行い、電流操作値ΔＳＶＩ＿Ｂとして出力する。今、電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１，ＳＷ＿Ｂ２のうち、ＳＷ＿Ｂ１の方がオンなので、以下、この電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１を通じてサーボバルブドライバ１５Ｂに電流操作値ΔＳＶＩ＿Ｂが入力される。

サーボバルブドライバ１５Ｂはこの電流操作値入力を受けて、二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ｂ１側に電流操作値ΔＳＶＩ＿Ｂの電流を流し、トルクモータを電流に見合った所定の方向に所定角度だけ回転させ、これによってスプール９２を所定量だけ移動させ、油圧シリンダ５のピストンヘッド室Ｐｈに作動流体を所定量だけ供給し、あるいはピストンロッド室Ｐｒに作動流体を所定量だけ供給してピストン７を正又は逆方向に必要量だけ移動させ、ピストン位置を制御目標位置ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ｂに一致させようとする。そしてこの制御は、制御周期毎に繰り返される。この制御により、ピストン７に連結された同期リンク２の一端（Ｂ端）は押されあるいは引かれて所定角度になるまで回転する。

一方、第２のアクチュエータである油圧シリンダ４を制御するＡ系統においては、位置ベース力補正制御が行われる。油圧シリンダ４のピストンヘッド室Ｐｈの圧力センサ２１Ａ、ピストンロッド室Ｐｒの圧力センサ２２Ａが圧力検出値Ｐｈａ，Ｐｒａを力演算器２３に出力し、力演算器２３では油圧シリンダ４内のピストンヘッド室Ｐｈとピストンロッド室Ｐｒとの圧力差を演算して減算器２５のプラス側に出力する。ここで圧力差は、油圧シリンダ４のピストンヘッド室Ｐｈの断面積Ａｈ、ピストンロッド室Ｐｒの断面積Ａｒとして、（Ｐｈａ＊Ａｈ−Ｐｒａ＊Ａｒ）の式によって求めている。

同様に、もう一方のＢ系統の油圧シリンダ５のピストンヘッド室Ｐｈの圧力センサ２１Ｂ、ピストンロッド室Ｐｒの圧力センサ２２Ｂが圧力検出値Ｐｈｂ，Ｐｒｂを力演算器２４に出力し、力演算器２４では、油圧シリンダ５内のピストンヘッド室Ｐｈとピストンロッド室Ｐｒとの圧力差を演算して減算器２５のマイナス側に出力する。ここでも圧力差は、油圧シリンダ５のピストンヘッド室Ｐｈの断面積Ａｈとし、ピストンロッド室Ｐｒの断面積Ａｒとして、（Ｐｈｂ＊Ａｈ−Ｐｒｂ＊Ａｒ）の式によって求めている。ただし、２本の油圧シリンダ４，５は仕様が同じであるので、断面積Ａｈ，Ａｒは共通の値を用いている。

減算器２５は油圧シリンダ４内のピストン６のピストンヘッド、油圧シリンダ５内のピストン７のピストンヘッドそれぞれに掛かっている力の偏差ΔＦＰ（力のアンバランス量となる）を求めて出力する。そして油圧シリンダ４，５の出力する力のアンバランス量ΔＦＰは減衰器２６を通して減衰させた後に積分器２７によって時間積分して積分結果ΔＦｔを出力する。積分器２７による時間積分は、力×時間により距離の単位に変換するためである。積分器２７の出力ΔＦｔは減算器２８，２９それぞれのマイナス側に入力される。

減算器２８，２９では、制御位置目標値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａに対する力のアンバランス量の補正値ΔＦＰｓを減算し、補正後の位置指令値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａ′を減算器１１Ａ，１２Ａに出力する。これら減算器１１Ａ，１２Ａでは、Ｂ系統のフィードバック制御と同様に、補正後の制御位置目標値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａ′から変位センサＦ＿Ａによるフィードバック量ＸＶＳＶＦＢ＿Ａを減算し、差値ΔＳＶ＿ＡをＰＩＤ制御器１３Ａ，１４Ａに入力する。ＰＩＤ制御器１３Ａ，１４Ａは入力される差値ΔＳＶ＿Ａに対してＰＩＤ制御演算を行い、電流操作値ΔＳＶＩ＿Ａとして出力する。ここでも、電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２のうち、ＳＷ＿Ａ１の方がオンなので、この電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１を通じてサーボバルブドライバ１５Ａに電流操作値ΔＳＶＩ＿Ａが入力される。

サーボバルブドライバ１５Ａはこの電流操作値入力を受けて、二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ａ１側に電流操作値ΔＳＶＩ＿Ａの電流を流し、トルクモータを正方向又は逆方向に所定角度だけ回転させ、これによってスプール９１を所定量だけ移動させ、油圧シリンダ４のピストンヘッド室Ｐｈに作動流体を所定量だけ供給し、あるいはピストンロッド室Ｐｒに作動流体を所定量だけ供給してピストン６を正又は逆方向に必要量だけ移動させ、ピストン位置を力のアンバランス量により補正した後の制御目標位置ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａ′に一致させようとする。そしてこの制御は、制御周期毎に繰り返される。この制御により、ピストン６に連結された同期リンク２の他端（Ａ端）は押されあるいは引かれて所定角度になるまで回転する。

そして本実施の形態の場合、油圧シリンダ４，５におけるピストン６，７の押し出す力あるいは引き出す力のアンバランスを予めＡ系統のフィードバック制御によって吸収しているので、Ａ系統、Ｂ系統で個別に油圧シリンダ４，５を制御するとしても、両者間の力のアンバランスが発生せず、結果的に同期リンク２の両端に加えられる力は一致し、フォースファイティングを起こさない態様にて同期リンク２の回転角度を制御できることになる。

尚、この第１の実施の形態にあっては、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおいては、電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２、電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１，ＳＷ＿Ｂ２については片系統の故障又は起動の度に交互にオン／オフするアクティブ・スタンバイ方式にしているが、これに代えて、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおいて図７に示したようにアクティブ・アクティブ方式にすることもできる。その場合には、ＰＩＤ制御器１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４ＢそれぞれのゲインはＫ／４に設定される。さらに、ＰＩＤ制御器１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４ＢのＰ制御に代えて、制御性能の良いＰＩ制御方式を採用することも可能である。また、減衰器２６及び積分器２７で構成される力補正制御器もＩ制御に代えて、応答性が速いＰ制御方式を採用することも可能である。

［第２の実施の形態］
図２は第２の実施の形態のアクチュエータ制御装置を示している。本実施の形態は、図１の第１の実施の形態のアクチュエータ制御装置に対して、第２のアクチュエータに相当する油圧シリンダ４を制御するＡ系統の制御指令値として外部からの制御指令値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａに代えて、第１のアクチュエータに相当する油圧シリンダ５を制御するＢ系統の変位センサＦ＿Ｂの検出量ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂを減算器２８，２９のプラス側に与えるようにした点が特徴である。その他の構成については第１の実施の形態と共通する。

本実施の形態のアクチュエータ制御装置は、次のように動作する。ここでも、片系統が故障又は起動時に、Ａ系統では電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１がオン、電流供給スイッチＳＷ＿Ａ２がオフ、Ｂ系統では電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１がオン、電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ２がオフに設定されたとして説明する。

図２に示す状態において、外部からＢ系統には制御位置目標値ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ｂが減算器１１Ｂ，１２Ｂのプラス側に入力され、Ａ系統にはＢ系統のフィードバック値である変位センサＦ＿Ｂの変位検出値ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂが制御位置目標値として減算器２８，２９のプラス側に入力される。

Ｂ系統の制御は、図１に示した第１の実施の形態におけるＢ系統のフィードバック制御と同様であり、この制御により、ピストン７に連結された同期リンク２の一端（Ｂ端）は押されあるいは引かれて所定角度になるまで回転する。

Ａ系統においては、Ｂ系統のフィードバック値に対して位置ベース力補正制御が行われる。減算器２８，２９のマイナス側に入力される力のアンバランスに対する補正量ΔＦｔは、第１の実施の形態と同様に演算される。

減算器２８，２９では、制御位置目標値ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂに対して力のアンバランス量の補正値ΔＦｔを減算し、補正後の位置指令値ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂ′を減算器１１Ａ，１２Ａに出力する。これら減算器１１Ａ，１２Ａでは、Ｂ系統のフィードバック制御と同様に、補正後の制御位置目標値ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂ′から変位センサＦ＿Ａによるフィードバック量ＸＶＳＶＦＢ＿Ａを減算し、差値ΔＳＶ＿ＡをＰＩＤ制御器１３Ａ，１４Ａに入力する。ＰＩＤ制御器１３Ａ，１４Ａは入力される差値ΔＳＶ＿Ａに対してＰＩＤ制御演算を行い、電流操作値ΔＳＶＩ＿Ａとして出力する。ここでも、電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２のうち、ＳＷ＿Ａ１の方がオンなので、この電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１を通じてサーボバルブドライバ１５Ａに電流操作値ΔＳＶＩ＿Ａが入力される。

サーボバルブドライバ１５Ａはこの電流操作値入力を受けて、二重冗長コイルＴ／Ｍ＿Ａ１側に電流操作値ΔＳＶＩ＿Ａの電流を流し、トルクモータを正方向又は逆方向に所定角度だけ回転させ、これによってスプール９１を所定量だけ移動させ、油圧シリンダ４のピストンヘッド室Ｐｈに作動流体を所定量だけ供給し、あるいはピストンロッド室Ｐｒに作動流体を所定量だけ供給してピストン６を正又は逆方向に必要量だけ移動させ、ピストン位置を力のアンバランス量により補正した後の制御目標位置ＸＶＳＶＲＥＦ＿Ａ′に一致させようとする。そしてこの制御は、制御周期毎に繰り返される。この制御により、ピストン６に連結された同期リンク２の他端（Ａ端）は押されあるいは引かれて所定角度になるまで回転する。

本実施の形態の場合、第１の実施の形態と同様に、油圧シリンダ４，５におけるピストン６，７の押し出す力あるいは引き出す力のアンバランスを予めＡ系統のフィードバック制御によって吸収しているので、Ａ系統、Ｂ系統で個別に油圧シリンダ４，５を制御するとしても、両者間の力のアンバランスが発生せず、結果的に同期リンク２の両端に加えられる力は一致し、フォースファイティングを起こさない態様にて同期リンク２の回転角度を制御できることになる。加えて、Ａ系統の制御目標値としてＢ系統のフィードバック値ＸＶＳＶＦＢ＿Ｂを利用することから、力のアンバランス量の補正と共に、Ａ系統とＢ系統のフィードバック値間の差に基づくフィードバック制御ができるので、第１の実施の形態の場合よりも同期リンク２の両端に加える力と移動量をより一致させることができ、フォースファイティングの抑制をいっそう効果的に行える。

尚、この第２の実施の形態にあっても、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおいては、電流供給スイッチＳＷ＿Ａ１，ＳＷ＿Ａ２、電流供給スイッチＳＷ＿Ｂ１，ＳＷ＿Ｂ２については起動の度に交互にオン／オフするアクティブ・スタンバイ方式にしているが、これに代えて、Ａ系統、Ｂ系統それぞれにおいて図７に示したようにアクティブ・アクティブ方式にすることもできる。その場合には、ＰＩＤ制御器１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４ＢそれぞれのゲインはＫ／４に設定される。さらに、ＰＩＤ制御器１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４ＢのＰ制御に代えて、制御性能の良いＰＩ制御方式を採用することも可能である。また、減衰器２６及び積分器２７で構成される力補正制御器もＩ制御に代えて、応答性が速いＰ制御方式を採用することも可能である。

図３（ａ）は、図８に示した従来の２サーボバルブ、アクティブ・アクティブ方式のアクチュエータ制御装置による応答特性を示し、図３（ｂ）は図２に示した第２の実施の形態の２サーボバルブ、アクティブ・アクティブ、位置ベース力制御方式のアクチュエータ制御装置による応答特性を示している。両グラフにおいて、曲線ＡはＡ系統による同期リンク２の回転角度、曲線ＢはＢ系統による同期リンク２の回転角度を示してあり、両曲線が重なる場合には両アクチュエータの位置が同期していることを示す。これにより、従来例の場合、Ａ系統とＢ系統とで回転角度に差があるので同期リンク２にたわみが発生しているが、本実施の形態の場合にはＡ系統とＢ系統とでその回転させようとする角度がほぼ一致するので、同期リンク２に作用する油圧シリンダ４，５の力に差がなく、フォースファイティングがほとんど発生していないことが理解できる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の技術的範囲の中での変更、変形が可能である。たとえば、力センサとして、歪ゲージをアクチュエータに設けてもよい。

２ 同期リンク
４，５ 油圧シリンダ（アクチュエータ）
６，７ ピストン
８１，８２ サーボバルブ
９１，９２ スプール
１０Ａ，１０Ｂ 制御部
１１Ａ，１１Ｂ 減算器
１２Ａ，１２Ｂ 減算器
１３Ａ，１３Ｂ ＰＩＤ制御器
１４Ａ，１４Ｂ ＰＩＤ制御器
１５Ａ，１５Ｂ サーボバルブドライバ
２１Ａ，２１Ｂ ピストンヘッド室圧力センサ
２２Ａ，２２Ｂ ピストンロッド室圧力センサ
２３，２４ 力演算器
２５ 減算器
２６ 減衰器
２７ 積分器
２８，２９ 減算器
Ｆ＿Ａ，Ｆ＿Ｂ 変位センサ

Claims (4)

1. 同軸同期リンクの回転中心を挟んで互いに反対側の作用点それぞれに連結され、各作用点を押し引き駆動する第１と第２の２個又はそれ以上のアクチュエータそれぞれを制御するアクチュエータ制御装置であって、
   前記第１と第２のアクチュエータそれぞれのピストンの出入りを個別に駆動する第１と第２の２個のサーボバルブと、
   前記第１、第２のアクチュエータそれぞれの前記ピストンの変位位置を検出する変位センサと、
   前記第１と第２のアクチュエータそれぞれに発生する力を計測する力センサと、
   前記第１、第２のサーボバルブの液流量を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記第１のアクチュエータに対しては、前記ピストンの変位位置を検出し、フィードバック制御により前記第１のサーボバルブを制御することによって当該第１のアクチュエータのピストンの位置を目標位置の指令値に一致するように制御し、
   前記第２のアクチュエータに対しては、前記第１と第２のアクチュエータの両方に発生する力を計測し、その力のアンバランス量で当該第２のアクチュエータのピストンの目標位置の指令値を補正し、当該補正指令値と、前記第２のアクチュエータのピストンの変位位置のフィードバック値との差により前記第２のサーボバルブを制御することによって当該第２のアクチュエータのピストンの位置を前記目標位置の補正指令値に一致するように制御することを特徴とするアクチュエータ制御装置。
2. 前記制御部は、前記第２のアクチュエータの目標位置の指令値に代えて前記第１のアクチュエータのピストンの変位位置のフィードバック値を目標位置の指令値として用い、前記第１と第２のアクチュエータの両方に発生する力を計測し、その力のアンバランス量で当該第２のアクチュエータのピストンの目標位置の指令値を補正し、当該補正指令値と、前記第２のアクチュエータのピストンの変位位置のフィードバック値との差により前記第２のサーボバルブを制御することによって当該第２のアクチュエータのピストンの位置を前記目標位置の補正指令値に一致するように制御することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
3. 前記制御部は、前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータそれぞれをアクティブ・スタンバイ方式にて制御し、起動時又は各系統の故障時に交互にアクティブを切り替えることを特徴と請求項１又は２に記載のアクチュエータ制御装置。
4. 前記制御部は、前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータそれぞれをアクティブ・アクティブ方式にて制御し、起動時又は各系統の故障時に交互にアクティブを切り替えることを特徴と請求項１又は２に記載のアクチュエータ制御装置。

Images