JP2014534381A - パイロット作動型電気油圧バルブ向けの位置制御装置 - Google Patents

Abstract

流量制御バルブは、流入口と、流出口と、第１のワークポート及び第２のワークポートとを含むハウジングを備えている。このハウジングは、スプール孔と導入スプール孔とを有している。スプール孔には、主要段階スプールが配置されている。導入スプール孔には、導入段階スプールが配置されている。導入段階スプールは、主要段階スプールと選択的に流体連通状態になる。マイクロプロセッサは、位置制御機構、速度変換機構、及び、動的オフセット機構を含む、制御装置を備えている。この制御装置は、試験処理を実行するように、かつ、作動油内で変化する粘度を、試験処理中に獲得したデータに基づいて補完するように構成されている。制御装置の出力は、導入段階スプールへ伝達される。

Description

本出願は、米国国内企業であり、米国を除く全ての指定国についての出願人である、イートン コーポレーション、及び、米国国民であり、米国のみの指定についての出願人である、ロブ ゲーリー アンダーソンの名称で、ＰＣＴ国際特許出願として２０１２年９月１４日に出願されており、その全ての開示内容が参照によって本出願に組み込まれる、２０１１年９月１５日出願の米国特許出願番号第６１／５３５，０９７号に対する優先権を主張するものである。

本発明は、電気油圧バルブのアプリケーションに利用するための制御装置及び方法に関するものである。

電気油圧バルブは、多くの産業及び移動式アプリケーションに利用されている。多くの場合、電気油圧バルブは、システム内で利用できるように、システム制御装置によって調整及び試験される必要がある。このような試験は、生産及び設備の休止時間を実質的に引き延ばすこととなる、反復処理に費やす時間を伴うことがある。更に、電気油圧バルブの動作は、時として制御システムにより不十分に補われることのある、作動流体内で変化する粘度の影響を受ける。

（発明の態様）
本発明は、導入段階（pilot stage）スプールからの作動油により駆動される少なくとも１つの主要段階（main stage）スプールを有する油圧バルブ機構を制御するための、システム及び方法に向けられたものであり、前記導入段階スプールは、制御装置からＰＷＭ出力電圧の指令を受信する、コイルにより駆動される。

ある形態では、作動油の試験温度を検知することにより、動作や試験に合わせて前記機構を構成してもよく、試験温度で、導入段階スプールコイルの複数のＰＷＭ出力電圧と、結果として生じる主要段階スプールの複数の速度とを相互に関連付け、少なくとも１方向に主要段階スプールの移動を開始するために、ＰＷＭの最小の出力電圧を規定し、その後、試験温度、ＰＷＭの最小の出力電圧、及び、相互関連値を、制御パラメータとして制御装置へ格納する。

又、ある形態の方法は、主要段階スプールの位置指令を受信して、フィードフォワードループで遅延させた比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御といった構造化制御（structured control）を用いて速度指令に変換すること、及び、作動油の温度の測定を含んでいる。又、ある形態の方法は、試験温度での作動油と、作動中の温度における作動油との間の、運動学的又は動的な粘度差といった粘度差を特定する工程、その粘度差を補うように速度指令を温度補完する工程、及び、制御パラメータを参照することでＰＷＭの初期の出力電圧を決定する工程を含む、速度指令をＰＷＭの初期の出力電圧へ変換することを含んでいる。

ある形態の方法は、ＰＷＭの初期出力に対して、ＰＷＭ電圧のオフセット値（少なくとも制御パラメータの一部に基づいている）を加算することで、ＰＷＭの初期の出力電圧を、ＰＷＭの出力電圧指令に変換すること、及び、導入段階スプールのコイルへＰＷＭ出力電圧の指令を出力することを含んでいる。

更に、試験流体の温度を検出及び記録する工程、ループインデックスの最大値を設定する工程、ループインデックスを初期値へ初期化する工程、ＰＷＭの所定の出力電圧を導入段階スプールのコイルへ出力する工程、主要段階スプールが所定距離間を移動する時間を付加的に測定する工程、主要段階スプールの固有の速度（例えば平均速度）を算出する工程、ＰＷＭの出力電圧に応じたスプールの平均速度を格納する工程、主要段階スプールを中立位置へ戻す工程、ループインデックスを増加する工程、及び、ループインデックスがループインデックスの最大値に等しくなるまで上記工程を繰り返す工程を含む、バルブ制御機構の試験方法を開示している。

上述した方法は、後に説明する位置制御機構、速度変換機構、及び、動的オフセット機構を有する制御装置を利用して実行することができる。

この要約は、以下の「発明を実施するための形態」でより一層説明している概念を選択的に紹介するために、単純な形式で提供したものである。この要約は、本発明の請求範囲を制限する如何なる方法で利用されることも意図したものではない。より正確には、本発明の請求は、本発明のクレームで明らかにされる文言により規定される。

本発明の形態は、付随の図面に関連する以下の様々な実施形態の詳細な説明を以って、より完全に理解することができる。

本発明の本旨に沿った形態例の特徴を有する油圧装置の概略図である。 図１の油圧装置での利用に好適な流量制御バルブ機構の概略図である。 図１の油圧装置を制御するための工程図である。 図１の油圧装置に用いる制御装置を試験するための工程図である。 図４に示した工程に更なる細部を付加した工程図である。 図４に示した工程に更なる細部を付加した工程図である。 図４に示した工程に更なる細部を付加した工程図である。 図４〜図６に示した工程に更なる細部を付加した工程図である。 図４及び図７に示した工程に更なる細部を付加した工程図である。 図４及び図７に示した工程に更なる細部を付加した工程図である。 図４〜図７に示した試験工程の結果の一例を示すグラフである。 図１１のグラフの拡大図である。 図２の流量制御バルブ機構での利用に好適な制御装置の概略図である。 図１３の制御装置での利用に好適な位置制御機構のための工程図である。 図１３の制御装置での利用に好適な速度変換機構のための工程図である。 図１３の制御装置での利用に好適な動的オフセット機構の前半部のための工程図である。 図１３の制御装置での利用に好適な動的オフセット機構の後半部のための工程図である。 図１３の制御装置の模式図である。 図１３の速度変換機構の模式図である。 図１３、図１６、図１７の動的オフセット機構の模式図である。 図４〜図１２の試験方法への利用に好適なデータ配列の模式図である。

ここで、添付の図面に示されている本発明の好適な形態について、詳細に言及する。可能な限り、図面の全体にわたって、同様又は類似の構造を参照する際には、同じ参照符号を用いることとする。

さて、図１を参照すると、全般的に符号１０で示される油圧装置の概略図が示されている。類似の装置が、米国特許出願公開第２００９／０３１２８５２ Ａ１号（名称「自動調整式電気油圧バルブ（Auto-Tuning Electro-Hydraulic Valve）」）に開示されており、その全てが、本出願への参照によって本明細書へ組み込まれる。本実施形態において、油圧装置１０は、リザーブタンク１２と、ここでは固定ポンプとして図示されている流体ポンプ１４と、全般的に符号１６で示される第１機構と、全般的に符号１８で示される第２機構とを含んでいる。本発明のある形態では、第１機構１６が流量制御バルブ機構であると共に、第２機構１８が、ここではリニアアクチュエータ又はシリンダとして示されているアクチュエータである。

本実施形態において、アクチュエータ１８は、アクチュエータ１８の内部孔２１を第１チャンバ２５と第２チャンバ２６とに分ける、ピストン２０を含んでいる。本明細書において、アクチュエータ１８はリニアアクチュエータとして記載されているが、アクチュエータ１８を選択的に回転式のアクチュエータ（例えばモータ等）にしてもよい等、本油圧装置１０のアクチュエータ１８が、リニアアクチュエータに限定されないことは理解されるであろう。

本実施形態において、流量制御バルブ機構１６は、電気式油圧制御バルブである。この流量制御バルブ機構１６は、流体ポンプ１４と流体連通状態になるための供給ポート２８、リザーブタンク１２と流体連通状態になるためのタンクポート３０、第１のワークポート３２ａ、及び、第２のワークポート３２ｂを含む、複数のポートを有している。第１のワークポート３２ａは、アクチュエータ１８の第１チャンバ２５と流体連通状態にあり、更に、第２のワークポート３２ｂは、アクチュエータ１８の第２チャンバ２６と流体連通状態にある。

本実施形態において、流量制御バルブ機構１６が、供給ポート２８と第１のワークポート３２ａとの間、及び、タンクポート３０と第２のワークポート３２ｂとの間を、流体連通状態にした場合に、流体ポンプ１４からの加圧された流体は、流量制御バルブ機構１６を通って、アクチュエータ１８の第１チャンバ２５へ流れ込み、同時に、アクチュエータ１８の第２チャンバ２６からの流体が、リザーブタンク１２へ流れる。この流体連通状態は、アクチュエータ１８を伸長させることとなる。他方、流量制御バルブ機構１６が、タンクポート３０と第１のワークポート３２ａとの間、及び、供給ポート２８と第２のワークポート３２ｂとの間を、流体連通状態にした場合に、流体ポンプ１４からの加圧された流体は、流量制御バルブ機構１６を通って、アクチュエータ１８の第２チャンバ２６へ流れ込み、同時に、アクチュエータ１８の第１チャンバ２５からの流体が、リザーブタンク１２へ流れる。この流体連通状態は、アクチュエータ１８を収縮させることとなる。

さて、図２を参照すると、流量制御バルブ機構１６の好適な実施形態の概略図が示されている。図２に示された実施形態では、流量制御バルブ機構１６が、２軸２段式バルブ（twin spool two-stage valve）として設置されている。しかしながら、本発明の範囲が、流量制御バルブ機構１６が２軸２段式バルブであることに限定されないことは、理解されるであろう。

流量制御バルブ機構１６は、第１の導入段階スプール２２ａと流体連通状態にある第１の主要段階スプール２０ａ、及び、第２の導入段階スプール２２ｂと流体連通状態にある第２の主要段階スプール２０ｂを含んでいる。第１及び第２の導入段階スプール２２ａ、２２ｂの切替位置は、夫々、電磁式アクチュエータ２４ａ、２４ｂにより制御される。本実施形態では、電磁式アクチュエータ２４ａ、２４ｂはボイスコイルである。

本実施形態において、第１及び第２の主要段階スプール２０ａ、２０ｂが実質的に同類である場合には、第１及び第２の主要段階スプール２０ａ、２０ｂを、状況に応じて単数形態又は複数形態の何れかの主要段階スプール２０として、まとめて言及している。同様に、第１及び第２の導入段階スプール２２ａ、２２ｂと、第１及び第２の電磁式アクチュエータ２４ａ、２４ｂとを、夫々、状況に応じて単数形態又は複数形態の何れかの、導入段階スプール２２及び電磁式アクチュエータ２４として、まとめて言及している。しかしながら、第１及び第２の主要段階スプール２０ａ、２０ｂ、第１及び第２の導入段階スプール２２ａ、２２ｂ、及び、第１及び第２の電磁式アクチュエータ２４ａ、２４ｂが、実質的に同類であることに、本発明の範囲が限定されないことは、理解されるであろう。

主要段階スプール２０は、誘導的に駆動される。加圧された流体が主要段階スプール２０の第１端部３４へ供給されると、主要段階スプール２０は、第１の切替位置３６へ駆動される。加圧された流体が主要段階スプール２０の反対側の第２端部３５へ供給されると、主要段階スプール２０は、第２の切替位置３８へ駆動される。第１の切替位置３６では、供給ポート２８からワークポート３２へ流体が連通される。第２の切替位置３８では、ワークポート３２からタンクポート３０へ流体が連通される。本実施形態において、主要段階スプール２０は、主要段階スプール２０の各端部３４、３５に配置されたばね４０ａ、４１ａによって、中立位置Ｎへ付勢されている。

導入段階スプール２２は、その切替位置により、主要段階スプール２０の端部３４、３５へ作用する流体圧力を調整することによって、主要段階スプール２０の切替位置を制御する。ワークポート３２の流体連通先を、供給ポート２８にするのか、或いは、タンクポート３０にするのかの制御に加えて、主要段階スプール２０は、その切替位置により、ワークポート３２に対する流体の流量を制御する。導入段階スプール２２は、電磁式アクチュエータ２４が受信する電気信号に応じて駆動される。導入段階スプール２２は、アクチュエータ２４に動力が送られないときは、ばね２５により中立位置に保たれる。単一のばね２５を利用してもよい。本実施形態において、電磁式アクチュエータ２４が受信する電気信号は、パルス幅変調式（ＰＷＭ）の電圧信号である。このパルス幅変調式信号は、波形の値（すなわち、ＰＷＭの値）を変化させるように変調可能なパルス幅を有する矩形波である（時としてデューティサイクルと呼ばれる）。ＰＷＭの値を変化させることで、導入段階スプール２２の位置切替及び制御を、より正確に行うことが可能となる。別の例では、電流を監視かつ／又は制御してもよい。このような例では、ＰＷＭの代わりに、閉ループの電流に基づく電流指令を利用可能である。ＰＷＭの出力電圧指令と電流指令と（双方がコイルの力を制御する）は、ボイスコイル指令又はボイスコイル基準（reference）と呼ぶことができる。

更に、流量制御バルブ機構１６は、マイクロプロセッサ１００を有している。このマイクロプロセッサ１００は、ＥＥＰＲＯＭ等の記録媒体１０１ａを少なくとも１つ有する制御装置１０１を含んでいる。この実施形態では、マイクロプロセッサ１００により実行可能な命令が、記録媒体１０１ａにコード化されている。例えば、マイクロプロセッサ１００は、記録媒体１０１ａに格納されている命令を実行して、本明細書に記載されている方法の工程を１つ以上実行することができる。

本実施形態において、制御装置１００は、導入段階スプール２２に対して、指令信号１０２ａ、１０２ｂを選択的に送信する。本発明のある形態では、指令信号１０２ａ、１０２ｂが電気信号である。又、本発明の別の形態では、指令信号１０２ａ、１０２ｂがＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号１０２ａ、１０２ｂに応じて、導入段階スプール２２は、加圧された流体が主要段階スプール２０の各々の一方の端部３４へ連通するように駆動される。本実施形態において、第１及び第２の信号１０２ａ、１０２ｂが実質的に同類である場合には、第１及び第２の信号１０２ａ、１０２ｂを、状況に応じて単数形態又は複数形態の何れかの信号１０２として、まとめて言及している。

本実施形態において、制御装置１００は、油圧装置１０から、かつ／又は、油圧装置１０のオペレータから受ける情報に応じて、ＰＷＭ信号１０２を送信する。制御装置１００は、所望の装置出力に対応する所望の装置パラメータに関する情報（例えば、アクチュエータ１８の切替位置、アクチュエータ１８への流量等）と、現状の装置パラメータに関する情報とを受信する。対応する所望の装置出力（又は設定値）は、オペレータに使用されるジョイスティックやキーボードを介することを含むが、これらに限定されない様々な方法で、オペレータにより入力することが可能である。現状の装置パラメータは、流量制御バルブ機構１６内の何れかのセンサから、又は、油圧装置１０内の任意のセンサから受信することができる。

例えば、ある実施形態において、制御装置１００は、第１及び第２の主要段階スプール２０ａ、２０ｂの夫々の切替位置に関しての、第１及び第２のスプール位置センサ１０６ａ、１０６ｂから情報を受信する。この実施形態では、第１及び第２の位置センサ１０６ａ、１０６ｂが、これに限定されるものではないが、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴｓ）であってもよい。又、この実施形態では、制御装置１００がスプール位置の制御装置に特化していることもある。別の実施形態において、制御装置１００は、第１及び第２の圧力センサ５０ａ、５０ｂから情報を受信する。この実施形態では、圧力センサ５０ａ、５０ｂがワークポート３２内に設置される。又、この実施形態では、制御装置１００が圧力の制御装置に特化していることもある。他の実施形態では、制御装置１００がスプール位置及び圧力の制御装置に特化していてもよい。更に、位置及び圧力の制御とは別に、或いは、これらと組み合わせて、流量制御を利用してもよい。

図３に示しているように方法２００を開示しており、この方法では、機構１６等の流量制御機構を、油圧装置１０等の油圧装置に付与して（工程２００ａ）、工程２００ｂの自動試験プロトコルにかけることができる。この試験工程は、流量制御機構を実際に油圧装置１０内に設置する前でも実行することができる。制御装置１００の制御パラメータは、流量制御バルブ機構１６の製造上の誤差、流量制御バルブ機構１６の組立偏差、及び、流量制御バルブ機構１６への負荷状況を含むが、これらに限定されない多数の要素の影響を受けるため、自動試験プロトコル工程が必要となる。結果として、所望の制御応答を成すための最適な値へ、制御パラメータを調整又は調節する必要がある。しかしながら、制御パラメータが誤って選択された場合は、流量制御バルブ機構１６が不安定になる。

試験が完了したら、実際の作動油の状態と、試験中に現れた状態との間の粘度差を補完するように、工程２００ｃ（202c）で制御パラメータに温度を補完する。作業工程２００ｄ（202d）では、試験中に確認された制御パラメータを、温度及び粘度を補完した形態で、制御装置１００により利用して実行することができる。

図４〜図１０を参照すると、自動試験プロトコル工程２００ｂがより詳細に示されている。最も一般的な期間（terms）では、試験プロトコル工程２００ｂは、工程２０２で始まり、スプール位置決定工程２１０、スプールＰＷＭのオフセット決定工程２３０、及び、ＰＷＭのスプール速度決定工程２５０を含んでいてもよい。試験プロトコル工程２００ｂの間の任意の時点で、流体の温度を測定し、工程２０３で記録する。或いは、工程２００ｂを通して連続的に温度を監視し、工程２０３で平均値又は中央値として記録してもよい。この試験プロトコルは、終了工程２０６で完了となる。

スプール位置決定工程２１０の際、図４、図５、図８に示しているように、中立位置決定工程２１０ａ、タンク側端停止位置決定工程２１０ｂ、及び、圧力側端停止位置決定工程２１０ｃにおいて、流量制御バルブ機構１６のセンサにより、マイクロプロセッサ１０１へ測定値を提供する。これらの測定位置は、バルブスプール２０の最大動作範囲を規定するものである。中立位置を決定するために、工程２１２、２１４に示しているように、０のＰＷＭ出力をバルブアクチュエータ２４へ送信し、そして、タイマーの終了を確認する。バルブアクチュエータに電圧が印加されないため、バルブスプール２０が中立位置で中央に維持される。そして、この位置を、工程２１６で、制御装置１００のＥＥＰＲＯＭといった記録媒体１０１ａに記録する。

タンク側端停止位置を決定するために、工程２１８、２２０に示しているように、負の電圧出力（例えば最大ＰＷＭの−２５％）を、バルブアクチュエータ２４へ送信し、そして、タイマーの終了を確認する。タンク側端停止位置は、バルブスプール２０がタンク側位置へ移動する最大範囲と相互に関連するものである。タイマーの継続時間は、バルブスプール２０がタンク側端停止位置へ完全に移動することが保証されるように設定する。そして、この位置を、工程２２２で、制御装置１００のＥＥＰＲＯＭといった記録媒体１０１ａに記録する。

圧力側端停止位置を決定するために、工程２２４、２２６に示しているように、正の電圧出力（例えば最大ＰＷＭの＋２５％）を、バルブアクチュエータ２４へ送信し、そして、タイマーの終了を確認する。タイマーの継続時間は、バルブスプール２０が圧力側端停止位置へ完全に移動することが保証されるように設定する。圧力側端停止位置は、バルブスプール２０が圧力側位置へ移動する最大範囲と相互に関連するものである。そして、この位置を、工程２２８で、制御装置１００のＥＥＰＲＯＭといった記録媒体１０１ａに記録する。これら３つの位置を決定及び記録すれば、スプール位置決定工程２１０が完了となる。

スプールＰＷＭのオフセット決定工程２３０の際、図４、図６、図８に示しているように、圧力側ＰＷＭのオフセット決定工程２３０ａ、及び、タンク側ＰＷＭのオフセット決定工程２３０ｂにおいて、流量制御バルブ機構１６のセンサにより、マイクロプロセッサ１０１へ測定値を提供する。これらのオフセットの決定により、どちらか一方へのバルブスプール２０の移動に最低限必要な電圧を、制御装置が特定することができる。圧力側ＰＷＭのオフセット決定工程２３０ａでは、設定値として中立スプール位置に小距離（例えば＋５０マイクロメ−トル（μｍ））を加えたものを用いる、閉ループ比例積分位置制御（a closed loop proportional- integral position control）２３２を利用する。

その後、工程２３４において、マイクロプロセッサ１００により、その位置が所定期間（例えば１５０ミリ秒（ｍｓ））にわたり設定値から所定の許容範囲（例えば±１０μｍ）内になるまで、様々なＰＷＭ出力に関するスプール位置を観測する。この必要条件が満たされるまで、工程２３２及び２３４を繰り返す。スプール位置が上記の位置に達したら、工程２３６において、対応する圧力側ＰＷＭのオフセット電圧を、ＥＥＰＲＯＭ等の記録媒体１０１ａに記録する。図示のように、タンク側ＰＷＭのオフセット決定工程２３０ｂは、工程２３８において、位置の設定値に関して負の位置（例えば−５０μｍ）を利用する点を除き、工程２３０ａと同様である。工程２４０において、所定期間にわたりスプール位置が上記の位置に達したら、工程２４２において、対応するタンク側ＰＷＭのオフセット電圧を、ＥＥＰＲＯＭ等の記録媒体１０１ａに記録する。

ＰＷＭのスプール速度決定工程２５０の際に、ＰＷＭの出力電圧をバルブスプール２０の固有の移動速度（characteristic travel velocity）に関連させる配列を作成する。これは、工程２５０ａ（図８、図９参照（FIG.6,9））では、タンク方向に移動するバルブスプール２０について、工程２５０ｂ（図８、図１０参照（FIG.7,10））では、圧力方向に移動するバルブスプール２０について実行する。

通常、工程２５０ａにおける制御ループは、使用時に印加されるＰＷＭの負の最大電圧から、使用時に印加されるＰＷＭの負の最低電圧へ及ぶ、一連の所定のＰＷＭ出力値を通して、インデックスを付与する（index）。工程２５４において印加するＰＷＭの出力電圧は、ＰＷＭのオフセット決定工程２３０ａで見出したオフセット値を組み込んだものである。図示のように、初期設定工程２５２において、このループに初期インデックスとして値０を付与する。各インデックス工程についての分散型（discrete）の各ＰＷＭ出力値で、バルブスプール２０が中立位置から開始及び終了位置まで移動することを、監視工程２５６において監視する。バルブスプール２０が開始位置に達したときに、バルブスプール２０が終了位置に達すると停止するカウンタをスタートさせる。

ある実施形態では、開始及び終了位置が、中立位置から夫々−５００μｍ及び−３，０００μｍである。図示の実施形態では、１．５ｍｓ毎にカウンタにカウントが加えられる。スプール２０が終了位置に達したら、計算工程２５８に示しているように、終了位置から開始位置を減じ、その結果を、この距離の移動に要したカウント数に応じた時間で割ることで、スプール２０についての固有の速度を計算することができる。選択的に、算出した固有の速度を、移動距離を通しての、最大スプール速度、スプール速度の中央値、或いは、全体の速度プロファイルとしてもよい。図示の実施形態では、記録工程２６０において、この値をＴｒａｉｎ＿Ｖｅｌ_ｉとして、ＥＥＰＲＯＭ等の記録媒体１０１ａに記録している。そして、位置復帰工程２６２において、工程２５４のＰＷＭ電圧の出力を終了し、又、付加的に、スプールが開始位置の先に達するまで、ＰＷＭ出力の＋２５％の逆電圧を印加することにより、スプール２０を中立位置へ戻す。その後、工程２６４において、増方向に増加したインデックスをループへ付与する。工程２６６において、ループインデックスの最大設定を介してデータ要素の所望数に達するまで、工程２５４から２６４を繰り返す。図示の実施形態では、読み取りが合計で５回行われる（ループインデックス値が０から４へ増加する）まで、このループが繰り返される。

工程２５０ａが完了したら、図８（FIG.7）に示されているように、類似の処理工程２５０ｂをバルブスプール２０に適用して、圧力方向へ移動させる。工程２５０ｂにおいて、制御ループは、使用時に印加されるＰＷＭの正の最小電圧から、使用時に印加されるＰＷＭの正の最大電圧へ及ぶ、一連のＰＷＭ出力値を通して、インデックスを付与する。工程２７０において印加するＰＷＭの出力電圧は、ＰＷＭのオフセット決定工程２３０ｂで見出したオフセット値を組み込んだものである。

図示のように、初期設定工程２６８において、このループに初期インデックスとして値６を付与する。各インデックス工程についての分散型の各ＰＷＭ出力値で、バルブスプール２０が中立位置から開始及び終了位置まで移動することを、監視工程２７２において監視する。バルブスプール２０が開始位置に達したときに、バルブスプールが終了位置に達すると停止するカウンタをスタートさせる。ある実施形態では、開始及び終了位置が、中立位置から夫々＋５００μｍ及び＋３，０００μｍである。図示の実施形態では、１．５ｍｓ毎にカウンタにカウントが加えられる。

スプール２０が終了位置に達したら、計算工程２７４に示しているように、終了位置から開始位置を減じ、その結果を、この距離の移動に要したカウント数に応じた時間で割ることで、スプール２０についての平均速度を計算することができる。選択的に、工程２７４で算出した固有の速度を、移動距離を通しての、最大スプール速度、スプール速度の中央値、或いは、全体の速度プロファイルとしてもよい。図示の実施形態では、記録工程２７６において、この値をＴｒａｉｎ＿Ｖｅｌ_ｉとして、ＥＥＰＲＯＭ等の記録媒体１０１ａに記録している。そして、位置復帰工程２７８において、工程２７０のＰＷＭ電圧の出力を終了し、又、付加的に、スプールが開始位置の先に移動するまで、ＰＷＭ出力の−２５％の逆電圧を印加することにより、スプール２０を中立位置へ戻す。その後、インデックス工程２８０において、増方向に増加したインデックスをループへ付与する。２８２において、ループインデックスの最大設定値を介してデータ要素の所望数に達するまで、工程２７０から２８０を繰り返す。図示の実施形態では、読み取りが合計で５回行われる（ループインデックス値が６から１０へ増加する）まで、このループが繰り返される。図２１は、リアルタイムで使用するために、試験データをどのように記録し、実行し、組み合わせることができるかを、より詳しく示している。

工程２０６でループが終了したら、試験プロトコル工程２００ｂが完了となる。インデックス値５では、格納した配列が、ゼロのＰＷＭ電圧に応じたゼロの速度中央値をもたらすことに注意する。当業者は、ＰＷＭ速度決定工程２５０が、反復工程に費やす時間を必要とせず、従って、いくつかの従来技術のシステムと比較して、より単純でより速い方法で完了できることを理解するであろう。試験結果の例を図１１に示しており、その一部を更に拡大して図１２に示している。これらの図で容易に確認できるように、スプール速度は、全印加電圧（特にゼロ電圧付近）に対して、線形の応答性を有していないことが分かる。

さて、図１３を参照すると、マイクロプロセッサ１００及び制御装置１０１が、より詳細に図式的に示されている。制御装置１００は、最終のＰＷＭ信号１０２が流量制御バルブ機構１６の所望の性能特性に対応するように、最終のＰＷＭ信号１０２を生成することに適合している。例えば、流量制御バルブ機構１６の応答性が正確性より重要であると、オペレータや製造業者が考えている場合は、その結果を達成するように、制御装置１００の制御パラメータを最適化することができる。しかしながら、正確性がより重要である場合は、センサにより測定した実際のシステムパラメータ（例えば、主要段階スプールの実際の位置等）と、所望のシステムパラメータ（例えば、主要段階スプールの所望の位置等）との間の誤差を最小限にするように、制御装置１００の制御パラメータを最適化することができる。

ある実施形態において、制御装置１０１は、位置制御機構３００、速度変換機構４００、及び、動的オフセット機構５００を含んでいる。概略的に、位置制御機構３００は、初期の位置指令１０４から、速度指令１１０を決定するためのものであり、構造化制御を用いて、位置信号を速度信号へ変換する。図示の実施形態では、構造化制御には、フィードバック（ＰＩＤ）形態、遅延形態、フィードフォワード（速度）形態の状態がある。しかしながら、特定の動作環境を満たすために、この構造化制御が、フィードバック値（比例値、積分値、微分値）、フィードフォワード値、かつ／又は、システム遅延値の、任意の個数や組み合わせを含み得ることを、当業者は認識するであろう。単純な構造化制御は、閉ループ比例制御になると考えられる。速度指令１１０は、温度補完機能を実行して、実際の作動油を試験プロトコル中の流体の状態と比較した際の、粘度の差を補完する、速度変換機構４００により受信される。速度変換機構４００は、動的オフセット機構５００により受信される初期のＰＷＭ電圧の出力指令を、試験パラメータに基づいて出力する。動的オフセット機構５００は、ボイスコイル２４に送信する最終のＰＷＭ指令を算出するために、別の項目である、バルブスプール２０の位置とＰＷＭオフセットとを計算に入れることで、初期のＰＷＭ指令を修正する。位置制御機構３００、速度変換機構４００、及び、動的オフセット機構５００の、各々へ用いる処理工程を、図１４〜図１７に示している。

制御装置の典型的な概略図を図１８に示すと共に、位置制御機構３００の処理工程を図１４に示している。１番目の処理工程３０２では、位置制御機構３００により、マイクロプロセッサ１００から位置指令を受信する。上述したように、位置指令は、使用者に操作されるジョイスティックを介する等により、オペレータから入力可能である。２番目の工程３０４では、サンプル遅延量（sample delay increment）だけ、制御ループを遅延させる。ある実施形態において、サンプル遅延量は、任意のサンプル長を用いることができるが、少なくともサンプル長を４（例えばｚ^−４）に設定する。サンプル遅延量は、送信されている位置指令と、バルブスプール２０が実際に移動を開始する位置との間の、タイムラグを考慮に入れて、制御装置の必須部位がむやみに停止する（winding up）ことを防止するためのものである。移動のこの遅延は、温度、バルブの構造、及び、制御装置から主要スプールへ送信される信号がもたらす固有の遅延により、影響を受ける。従って、遅延は、バルブ及び状態に特有のものである。ある実施形態では、位置制御機構３００により、モデル化を経た入力や実験的試験からの数値等の、作動油の温度や粘度を利用して、サンプル遅延量を設定してもよい。更に、サンプル遅延量は、制御ループのフィードフォワード部を考慮に入れて、後述するように工程３０８で位置の誤差を算出する前の、初期制御を行うためのものである。

サンプル遅延の工程３０４の後に、工程３０８において、工程３０６で受信する位置のフィードバック入力１０６と、遅延された位置指令との間の、位置の誤差を算出する。その後、工程３１０において、位置の誤差に比例ゲインを乗じて、第１の速度出力を得る。更に、工程３１２において、位置の誤差を使用して、変換機能における誤差（例えば（１−ｚ^−１））を算出し、その後、工程３１４において、位置の誤差に微分ゲインを乗じて、第２の速度出力を得る。工程３１６では、工程３０４からのサンプル遅延なしで、変換機能で、位置指令の差分（例えば（１−ｚ^−１））を算出する。そして、工程３２０において、この結果にフィードフォワードゲインを乗じて、第３の速度出力を得る。更に、工程３２０において、速度指令３０２ａを受信してもよい。速度指令３０２ａは、位置指令の１つ目の差分（１−ｚ^−１）の計算や、位置と速度とが積分関係にある際に、指令発行部といった別の情報源から入手可能である。更に、速度指令３０２ａを、位置の差分に代えて速度差を利用する、微分ゲインブロック３１４で受信してもよいことに注目する。工程３２２では、第１の速度出力、第２の速度出力、そして第３の速度出力を合計する。

積分ループでは、工程３２４において、位置の誤差に対して、後に工程３２６で範囲制限される積分ゲインを乗じる。工程３２６では、試験中に取得したバルブの最小及び最大速度（Ｖｅｌ＿Ｍｉｎ１１４及びＶｅｌ＿Ｍａｘ１１６）により、工程３２２からの合計結果とこれらの速度値との差分を調整するように、積分速度（integration speed）を制限する。利用した試験の速度が、更に後で説明するように、流体粘度の変化を補完するための、速度変換機構４００における補完した温度であってもよいことに注目する。この方法で積分を制限することによって、制御装置がバルブスプール２０の性能を超えた速度を出力することを防止している間に不要な超過状態を引き起こすことなく、積分ゲインをかなり高めに設定することができる。

積分ループの出力は、工程３２６で算出するように、第４の速度出力となる。工程３２８では、第４の速度出力と、工程３２２の結果とを合計して、速度指令１１０を出力する。その後、速度変換機構４００により、速度指令１１０が受信可能となる。

速度変換機構４００は、試験中の流体と実際の作動油との間の温度差を介して、粘度の任意の変化を補完するように、速度指令１１０を基準化（scaling）するためのものである。この補完により、機構４００は、温度補完された初期のＰＷＭ指令１１２を出力することができる。速度変換機能を、温度補完した試験データと組み合わせて利用することで、システムがより線形の応答性能を有することとなる。更に、速度変換機構４００は、試験処理中に獲得した最小及び最大のスプールバルブ速度についても、温度を補完する。

温度補完処理の１番目の工程４０２では、現在の作動油の温度を受信する。続いて、工程４０４では、制御装置１００に格納した粘度のルックアップ表から、対応する流体粘度を取得する。このルックアップ表は、運動学的かつ／又は動的な粘度値を含んでいてもよい。工程４０６では、試験流体の温度を受信し、工程４０８において、粘度表から対応する試験流体の粘度を取得する。要望があれば、単一の粘度表の代わりに、同一又は異なる流体についてのデータを含む別個の表を利用してもよい。工程４１０では、作動油の粘度から、試験流体の粘度を減じて、粘度差を算出する。

工程４１２では、粘度差に粘度ゲインを乗じ、又、ユニット当たりの基準値が得られるように、数値１を加算する。工程４１４で速度指令を受信した後、工程４１６で基準値を乗じる。工程４１８では、尺度調整された速度指令と、ＰＷＭ出力（ＰＷＭ＿ＴＬＵ＿Ａｒｒａｙ）及びスプール速度（Ｖｅｌ＿ＴＬＵ＿Ａｒｒａｙ）を制御パラメータとして互いに関連付ける、制御装置に格納した試験データのルックアップ表とから、初期のＰＷＭ指令を決定する。制御パラメータは、例えば、単一試験の温度についての単一のルックアップ表、複数試験の温度かつ／又は複数の流体種類についての、複数のルックアップ表、及び、粘度変化に基づく多項式の計算といった、様々な方法で格納及び利用してよい。試験流体が作動油と種類が異なる場合、制御装置により利用する内部温度を、適切な度合いにオフセットできるように、ユーザが制御装置へ流体種類の入力を提供してもよい。この種のバルブ装置で使用される流体は、一般的に、温度変化に関して類似の粘度特性プロファイルを有しているため、多くの適用形態において上記のようなアプローチが可能である。

工程４２０及び４２２では、試験中に記録した最大及び最小スプール速度（例えば、図２１のｔｒａｉｎ＿ｖｅｌ＿１０、ｔｒａｉｎ＿ｖｅｌ＿０）を、工程４１２からの基準値で割ることにより、スプールの粘度補正した最大速度及び最小速度を算出する。上述したように、これらの補正した速度は、積分の制御ループを制限するために、位置制御機構３００で利用可能である。

図１６及び図１７を参照すると、動的オフセット機構５００に関する処理が示されている。動的オフセット機構５００は、全てのオフセットが特定の状況下で使用されないように、試験処理中に初めの最終ＰＷＭ指令１０２に対して決定されたＰＷＭのオフセット値を、修正及び適用するものである。例えば、バルブスプール２０が指定された位置のごく近くを辿っている場合、バルブの超過や乱調を防止するように、動的オフセット機構５００により、オフセット値を調整することができる。このようなアプローチにより、指定位置に対する実際のスプール位置と、中立位置に対する実際のスプール位置とに基づいて適用されるオフセットを、線形にすることができる。

工程５０２及び５０４では、位置指令信号と位置フィードバック信号との夫々を受信する。次の工程５０６では、位置指令信号から位置フィードバック信号を減じることで、誤差を算出する。工程５０８では、この誤差に基づいて、例えば、後にＰＷＭ＿Ｏｆｆｓｅｔ＿Ｔａｎｋ及びＰＷＭ＿Ｏｆｆｓｅｔ＿Ｐｒｅｓｓｕｒｅとして夫々出力する、タンク側及び圧力側への試験ＰＷＭオフセットを修正する。工程５１２では、この誤差に基づいて、修正したＰＷＭオフセットの調整値を算出し、例えば、ＰＷＭ＿Ｏｆｆｓｅｔ＿Ａｄｊｕｓｔとして出力する。工程５１０では、スプールの中心位置の上限及び下限を算出して、ＰＷＭのオフセット値を適用することとなる所望の中立域の境界を規定する（例えば、Ｆｌａｇ＿Ａｂｏｖｅ＿Ｃｅｎｔｅｒ及びＦｌａｇ＿Ｂｅｌｏｗ＿Ｃｅｎｔｅｒ）。

図１７を参照すると、作動油の温度を工程５１４で、試験の流体温度を工程５１６で受信して、動的オフセット機構５００の処理作業が続いている。或いは、その工程で直接粘度値を受信してもよい。次の工程５１８において、作動温度から試験温度を減じた後、工程５２０で温度ゲインを乗じる。その後、工程５２２において、この結果をＰＷＭ＿Ｏｆｆｓｅｔ＿Ｐｒｅｓｓｕｒｅ及びＦｌａｇ＿Ａｂｏｖｅ＿Ｃｅｎｔｅｒの値と共に使用して、上側のＰＷＭオフセット値を算出する。更に、工程５２４において、前記の結果をＰＷＭ＿Ｏｆｆｓｅｔ＿Ｔａｎｋ及びＦｌａｇ＿Ｂｅｌｏｗ＿Ｃｅｎｔｅｒの値と共に使用して、下側のＰＷＭオフセット値を算出する。これらの計算を実行したら、工程５２６において、工程５１２、５２２、５２４の出力、及び、初期のＰＷＭ指令１１２を合計して、後に制御装置１００によってバルブアクチュエータ２４へ送信する、最終のＰＷＭ指令１０２を得ることができる。動的オフセット機構５００の概略図の例は、図２０に見つけることができることを述べておく。

位置制御機構３００、速度変換機構４００、及び、動的オフセット機構５００の処理作業に併せて、試験プロトコル２００ｂにより獲得したデータを用いることで、類似の制御バルブ構成に典型的に関連しているよりも、優れた線形応答プロファイルを制御バルブ機構１６に付与する、温度補完したＰＷＭ出力信号を提供するものである。

本明細書で述べた実施形態の例は、ネットワーク接続されたコンピュータシステム環境中のコンピュータ装置において、論理演算として実行することができる。論理演算は、（ｉ）コンピュータ装置上で実行される、一連のコンピュータ実行命令、処理工程、又は、プログラムモジュール、及び、（ｉｉ）コンピュータ装置内部で実行される、相互接続された論理的モジュールやハードウェアモジュールとして、実行可能である。

通常、論理演算は、本発明の範囲から逸脱することなく、ソフトウェア、ファームウェア、アナログ／デジタル回路、かつ／又は、それらの任意の組み合わせにおける、アルゴリズムとして実行可能である。ソフトウェア、ファームウェア、又は、類似の一連のコンピュータ命令は、コード化してコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することができ、更に、コンピュータ装置間の通信のための搬送波信号内にコード化することもできる。発明内容について、構造上の特徴かつ／又は方法論的な行為に特有の文言で説明してきたが、添付のクレーム内の発明内容が、上述した特定の特徴や行為に必ずしも限定されないことは、理解されるであろう。むしろ、上述した特定の特徴や行為は、クレームの実施形態の一例として開示したものである。

１６：流量制御バルブ機構、２０ａ、２０ｂ：主要段階スプール、２２ａ、２２ｂ：導入段階スプール、２４ａ、２４ｂ：コイル、１００：制御装置、１０２：最終の出力指令、１１０：速度指令、１１２：初期の出力指令、Ｎ：中立位置

Claims (15)

1. 導入段階スプールからの作動油により駆動される主要段階スプールを１つ以上有するバルブ制御機構を制御するための方法であって、
   前記導入段階スプールは、制御装置からの出力指令により駆動されるものであり、
   ａ．前記制御装置からの複数の出力指令と、結果として生じる前記主要段階スプールの複数の速度とを相互に関連付けることで、試験温度の作動油を用いて前記バルブ制御機構を試験する工程と、
   ｂ．主要段階スプールの位置指令を受信して、構造化制御を用いて速度指令に変換する工程と、
   ｃ．作動中の温度での作動油と試験温度での作動油との間の、粘度差を補うことにより、前記速度指令を初期の出力指令へ変換する工程と、
   ｄ．前記初期の出力指令に指令オフセット値を加えることにより、前記初期の出力指令を最終の出力指令へ変換する工程と、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記導入段階スプールが、コイルにより駆動されることを特徴とする請求項１記載のバルブ制御機構の試験方法。
3. 前記コイルの出力指令が、前記コイルへのＰＷＭの出力電圧であることを特徴とする請求項２記載のバルブ制御機構を制御するための方法。
4. 前記コイルの初期の出力指令が、初期のＰＷＭの出力電圧であり、前記コイルの最終の出力指令が、最終のＰＷＭの出力電圧であることを特徴とする請求項３記載のバルブ制御機構を制御するための方法。
5. 前記バルブ制御機構を試験する工程は、
   ａ．作動油の温度を検出する工程と、
   ｂ．前記試験温度において、前記導入段階スプールのコイルの、ＰＷＭの複数の出力電圧と、結果として生じる前記主要段階スプールの複数の速度とを、相互に関連付ける工程と、
   ｃ．前記主要段階スプールに少なくとも１方向への移動を開始させるための、ＰＷＭの最小の出力電圧を決定する工程と、
   ｄ．前記試験温度、ＰＷＭの出力電圧、及び、関連付けした速度の値を、制御パラメータとして前記制御装置に格納する工程と、を含むことを特徴とする請求項４記載のバルブ制御機構を制御するための方法。
6. 更に、作動中の作動油の温度を測定する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のバルブ制御機構を制御するための方法。
7. 更に、前記コイルの最終の出力指令を、前記導入段階スプールのコイルへ送信する工程を含むことを特徴とする請求項３記載のバルブ制御機構を制御するための方法。
8. 前記速度指令を前記コイルの初期の出力指令へ変換する工程は、
   ａ．前記試験温度での作動油と作動中の温度での作動油との間の、粘度差を特定する工程と、
   ｂ．前記粘度差を補うために、前記速度指令を温度補完する工程と、
   ｃ．制御パラメータを参照して、初期のＰＷＭの出力電圧を決定する工程と、を含むことを特徴とする請求項６記載のバルブ制御機構を制御するための方法。
9. 前記コイルの初期の出力指令に指令オフセット値を加えることにより、前記コイルの初期の出力指令を前記コイルの最終の出力指令へ変換する工程において、前記指令オフセット値が、前記制御パラメータの少なくとも一部に基づくものであることを特徴とする請求項５記載のバルブ制御機構を制御するための方法。
10. 導入段階スプールからの作動油により駆動される主要段階スプールを１つ以上有するバルブ制御機構を制御するための方法であって、
    前記導入段階スプールは、制御装置からＰＷＭの出力電圧の指令を受信するコイルにより駆動されるものであり、
    ａ．ｉ．作動油の試験温度を検出する工程、
    ｉｉ．前記試験温度において、前記導入段階スプールのコイルの、ＰＷＭの複数の出力電圧と、結果として生じる前記主要段階スプールの複数の速度とを、相互に関連付ける工程、
    ｉｉｉ．前記主要段階スプールに少なくとも１方向への移動を開始させるための、ＰＷＭの最小の出力電圧を決定する工程、及び、
    ｉｖ．前記試験温度、ＰＷＭの出力電圧、及び、関連付けした速度の値を、制御パラメータとして前記制御装置に格納する工程、を含む前記バルブ制御機構を試験する工程と、
    ｂ．主要段階スプールの位置指令を受信して、構造化制御を用いて速度指令に変換する工程と、
    ｃ．作動中の作動油の温度を測定する工程と、
    ｄ．ｉ．前記試験温度での作動油と作動中の温度での作動油との間の、粘度差を特定する工程、
    ｉｉ．前記粘度差を補うために、前記速度指令を温度補完する工程、及び、
    ｉｉｉ．前記制御パラメータを参照して、初期のＰＷＭの出力電圧を決定する工程、を含む前記速度指令を初期のＰＷＭの出力電圧へ変換する工程と、
    ｅ．前記初期のＰＷＭの出力にＰＷＭのオフセット値を加えることにより、前記初期のＰＷＭの出力電圧を最終指令のＰＷＭの出力電圧へ変換し、この際、前記オフセット値が前記制御パラメータの少なくとも一部に基づいている工程と、
    ｆ．前記最終指令のＰＷＭの出力電圧を前記導入段階スプールへ送信する工程と、を含むことを特徴とする方法。
11. 導入段階スプールからの作動油により駆動される主要段階スプールを１つ以上有するバルブ制御機構の試験方法であって、
    前記導入段階スプールは、制御装置からの出力指令により駆動されるものであり、
    ａ．試験流体の温度を検出及び記録する工程と、
    ｂ．ループインデックスの最大値を設定する工程と、
    ｃ．ループインデックスを初期値へ初期化する工程と、
    ｄ．所定の出力指令を前記導入段階スプールへ出力する工程と、
    ｅ．前記主要段階スプールの速度特性を算出する工程と、
    ｆ．前記制御装置からの出力指令に応じたスプールの速度特性を格納する工程と、
    ｇ．前記主要段階スプールを中立位置へ戻す工程と、
    ｈ．前記ループインデックスを増加する工程と、
    ｉ．前記ループインデックスが前記ループインデックスの最大値に等しくなるまで、前記ｄ〜ｈの工程を繰り返す工程と、を含むことを特徴とする試験方法。
12. 前記導入段階スプールが、コイルにより駆動されることを特徴とする請求項１１記載のバルブ制御機構の試験方法。
13. 前記制御装置からの出力指令が、ＰＷＭの出力電圧であることを特徴とする請求項１２記載のバルブ制御機構の試験方法。
14. 所定の出力指令を前記導入段階スプールへ出力する工程において、ＰＷＭの所定の出力電圧を前記コイルへ出力することを特徴とする請求項１３記載のバルブ制御機構の試験方法。
15. 導入段階スプールからの作動油により駆動される主要段階スプールを１つ以上有するバルブ制御機構の試験方法であって、
    前記導入段階スプールは、制御装置からＰＷＭの出力電圧の指令を受信するコイルにより駆動されるものであり、
    ａ．試験流体の温度を検出及び記録する工程と、
    ｂ．ループインデックスの最大値を設定する工程と、
    ｃ．ループインデックスを初期値へ初期化する工程と、
    ｄ．ＰＷＭの所定の出力電圧を前記導入段階スプールのコイルへ出力する工程と、
    ｅ．前記主要段階スプールの速度特性を算出する工程と、
    ｆ．前記ＰＷＭの出力電圧に応じたスプールの速度特性を格納する工程と、
    ｇ．前記主要段階スプールを中立位置へ戻す工程と、
    ｈ．前記ループインデックスを増加する工程と、
    ｉ．前記ループインデックスが前記ループインデックスの最大値に等しくなるまで、前記ｄ〜ｈの工程を繰り返す工程と、を含むことを特徴とする試験方法。