JP2021124981A - 油圧サーボバルブの制御装置、油圧サーボバルブの制御方法、油圧サーボバルブの制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】パイロットバルブの劣化の影響を受けにくい油圧サーボバルブの制御装置を提供する。【解決手段】バルブ制御装置１００は、スプール制御部３０ｃと、取得部１４、２４と、推定部３４とを備える。スプール制御部３０ｃは、メインバルブのスプールの目標位置と実位置ＭＶｘとの差に応じてメインバルブのスプールを駆動するパイロットバルブのスプールの位置ＰＶｘをフィードバック制御する。取得部１４、２４、３０ａは、パイロットバルブのスプールの位置ＰＶｘとメインバルブのスプールの実位置ＭＶｘおよび目標位置の少なくとも一方の位置と、又は、パイロットバルブのスプールの位置とパイロットバルブのスプールを駆動する駆動電流Ｉｄと、を取得する。推定部３４は、取得部が取得した情報に基づいてパイロットバルブの状態を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧サーボバルブの制御装置、油圧サーボバルブの制御方法および油圧サーボバルブの制御プログラムに関する。

特許文献１には、フィードバックを用いたサーボ系を備えるサーボ制御システムが記載されている。このサーボ制御システムは、サーボ弁により制御される油圧シリンダと、この油圧シリンダにより操作される負荷と、油圧シリンダストローク変位と目標信号との偏差を解消するように制御入力を与えるコントローラとを備える。また、このシステムは、制御対象の状態量を推定するオブザーバと、このオブザーバの推定結果をゼロとする状態フィードバックを行うサーボ系とを備える。

特許第３４９０５６２号公報

本発明者らは、パイロットバルブを介してメインバルブを制御する油圧サーボシステムについて以下の認識を得た。
エンジン制御装置などの上位制御システムの指令情報に基づいてパイロットバルブを介してメインバルブを制御する油圧サーボシステムについて、メインバルブのスプールの位置をフィードバックして閉ループ制御する構成が考えられる。この場合、制御システムのパラメータは、劣化前のパイロットバルブの特性に基づいて設定される。

しかし、このようなシステムでは、メインバルブのスプールの位置が一定となるように制御している場合、メインバルブのスプールの位置の変化は検知できない。このため、パイロットバルブの劣化状態を把握できず、パイロットバルブが突発的に壊れるという課題がある。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パイロットバルブの劣化状態を推定できる油圧サーボバルブの制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の油圧サーボバルブの制御装置は、メインバルブのスプールの目標位置と実位置との差に応じてメインバルブのスプールを駆動するパイロットバルブのスプールの位置をフィードバック制御する制御部と、パイロットバルブのスプールの位置とメインバルブのスプールの実位置および目標位置の少なくとも一方の位置と、又は、パイロットバルブのスプールの位置とパイロットバルブのスプールを駆動する駆動電流と、を取得する取得部と、取得部が取得した情報に基づいてパイロットバルブの状態を推定する推定部とを備える。

この態様によると、フィードバック制御と並行してパイロットバルブの劣化状態を推定することによりパイロットバルブの寿命を把握できる。これにより、パイロットバルブがいきなり壊れることを回避できる。

なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、パイロットバルブの劣化状態を推定できる油圧サーボバルブの制御装置を提供できる。

第１実施形態に係る油圧サーボバルブの制御装置を概略的に示す構成図である。 図１の制御装置を示すブロック図である。 図１の制御装置を含む制御ループを示すブロック線図である。 図１の制御装置の劣化状態を推定する動作を示すフローチャートである。 図１の制御装置の制御パラメータを補正する動作を示すフローチャートである。 図１の制御装置の推定モデルを生成するニューラルネットワークを模式的に示す図である。 図１の制御装置の補正モデルを生成するニューラルネットワークを模式的に示す図である。 第３実施形態に係る油圧サーボバルブの制御装置を概略的に示す構成図である。 図８の制御装置を示すブロック図である。 図８の制御装置の制御ループを示すブロック線図である。 第４実施形態に係る制御方法を示すフローチャートである。 フィードバック制御のオフセットを説明する図である。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［第１実施形態］
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る油圧サーボバルブのバルブ制御装置１００を説明する。本発明に係る制御装置は、各種の油圧サーボバルブに使用できるが、第１実施形態では、アクチュエータ８０を油圧により駆動する油圧サーボバルブ１０、２０を制御するバルブ制御装置１００によって例示される。アクチュエータ８０は船舶エンジンに燃料を供給する。

先ず、油圧サーボバルブ１０、２０およびその周辺構成を説明する。図１は、油圧サーボバルブ１０、２０とバルブ制御装置１００とを概略的に示す構成図である。図２は、油圧サーボバルブ１０、２０とバルブ制御装置１００とを示すブロック図である。この図では、説明に重要でない構成要素の記載を省いている。本実施形態では、油圧サーボバルブ１０、２０は、アクチュエータ８０に油圧を供給するメインバルブ２０と、メインバルブ２０の動作を油圧により制御するパイロットバルブ１０とを含む。パイロットバルブ１０およびメインバルブ２０に限定はないが、本実施形態では、入力信号に対して出力流体の圧力または流量を比例的に制御する比例制御弁である。この場合、弁は制御量に比例して動作するので、安定したフィードバック制御を実現できる。

パイロットバルブ１０は、スプール（以下、「パイロットスプール１２」という）を有する。パイロットスプール１２は、エンジン制御装置８２（上位制御装置）およびバルブ制御装置１００の指令に基づいて移動しその位置が変化する。パイロットバルブ１０は、パイロットスプール１２の位置に応じてメインバルブ２０への作動油４８の送出状態を変化させる。

メインバルブ２０は、スプール（以下、「メインスプール２２」という）を有する。メインスプール２２は、パイロットバルブ１０からの作動油４８の送出状態に応じて移動しその位置が変化する。メインバルブ２０は、メインスプール２２の位置に応じてアクチュエータ８０に供給する油圧を制御する。つまり、エンジン制御装置８２は、パイロットバルブ１０、メインバルブ２０およびバルブ制御装置１００を介してアクチュエータ８０を制御する。パイロットバルブ１０とメインバルブ２０のセットは、エンジンの複数（例えば、６つ）の気筒それぞれに対応するアクチュエータ８０に設けられている。

図１のメインバルブ２０の油圧系統は、作動油４８を貯留するドレインタンク４４と、ドレインタンク４４の作動油４８を加圧して送出する油圧ポンプ４２とを含む。油圧ポンプ４２から送出された作動油４８は、メインバルブ２０内のポンプ側配管部２８ｐを通じて、メインバルブ２０の内部とパイロットバルブ１０とに供給される。パイロットバルブ１０とメインバルブ２０の内部から排出される作動油４８は、メインバルブ２０内のタンク側配管部２８ｔを通じてドレインタンク４４に戻される。

パイロットバルブ１０は、パイロットスプール１２と、第１位置センサ１４ｓと、ポート１６と、スプール駆動部１８とを主に含む。パイロットスプール１２は、複数の弁体１２ｇを有する。スプール駆動部１８は、パイロットスプール１２を移動させるソレノイド（不図示）を含み、バルブ制御装置１００からの指令に基づいてパイロットスプール１２を移動させて弁体１２ｇの位置を制御する。この例では、３つの弁体１２ｇは、３つのポート１６を開閉可能な位置に配置されており、パイロットスプール１２の位置に応じて複数のポート１６の間の連通状態を変化させる。

本実施形態のポート１６は、ポート１６ｐと、ポート１６ａと、ポート１６ｔとを含む。ポート１６ｐは、メインバルブ２０のポンプ側配管部２８ｐに接続され、油圧ポンプ４２から加圧された作動油４８の供給を受ける。ポート１６ａは、メインバルブ２０の作動油受入部２８ａに接続される。ポート１６ｔは、タンク側配管部２８ｔに接続され、パイロットバルブ１０に流れた作動油４８をタンク側配管部２８ｔを通じてドレインタンク４４に排出する。

第１位置センサ１４ｓは、パイロットスプール１２の位置を検知し、その検知結果（以下、「検知位置ＰＶｘ」、「位置ＰＶｘ」という）をバルブ制御装置１００に送信する。

本実施形態のメインバルブ２０は、メインスプール２２と、メインスプール２２の位置を取得する第２位置センサ２４ｓとを主に含む。メインスプール２２は、パイロットバルブ１０から作動油受入部２８ａに供給された作動油４８の圧力に基づいて移動し、アクチュエータ８０を介してエンジンへの燃料供給量を変化させる。つまり、エンジンへの燃料供給量は、メインスプール２２の位置に応じて変化する。

第２位置センサ２４ｓは、メインスプール２２の位置を検知し、その検知結果（以下、「検知位置ＭＶｘ」、「位置ＭＶｘ」という）をエンジン制御装置８２およびバルブ制御装置１００に送信する。

エンジン制御装置８２は、目標位置特定部８２ａと、制御演算部８２ｂとを有し、メインスプール２２の目標位置ＭＶｓとメインスプール２２の実位置（検知位置ＭＶｘ）とに基づいてフィードバック制御を行う。目標位置特定部８２ａは、目的のエンジン出力Ｈｓに対応するメインスプール２２の目標位置ＭＶｓを特定する。制御演算部８２ｂは、第２取得部２４の検知位置ＭＶｘをフィードバック情報として受信し、演算処理により、目標位置ＭＶｓと検知位置ＭＶｘとの偏差に応じてパイロットスプール１２の目標位置ＰＶｓを得る。エンジン制御装置８２は、制御演算部８２ｂの演算結果を指令情報（パイロットスプール１２の目標位置ＰＶｓ）としてバルブ制御装置１００に送信する。

エンジン制御装置８２およびバルブ制御装置１００のフィードバック制御の制御ループを説明する。図３は、油圧サーボバルブ１０、２０とバルブ制御装置１００とを含む制御ループを示すブロック線図である。バルブ制御装置１００は、エンジン制御装置８２の制御ループを構成する制御要素として第１の動作を行うとともに、制御パラメータを補正する第２の動作を行う。

まず、バルブ制御装置１００の第１の動作を説明する。エンジン制御装置８２は、メインスプール２２の目標位置ＭＶｓと検知位置ＭＶｘとの偏差に基づいて、パイロットスプール１２の位置を変化させるフィードバック制御を行う。この結果、メインスプール２２の検知位置ＭＶｘが、目標位置ＭＶｓに追従するように制御される。

第１の動作において、バルブ制御装置１００は、エンジン制御装置８２の制御ループにおいて、パイロットスプール１２の目標位置ＰＶｓ（指令値）と検知位置ＰＶｘ（実位置）との偏差に基づいて、フィードバック制御を行う。バルブ制御装置１００のフィードバック制御の制御パラメータは、後述するパラメータ記憶部３２ｐに記憶されている。この制御フィードバックは、ＰＩＤ制御を含んでいる。この結果、パイロットスプール１２の検知位置ＰＶｘが、パイロットスプール１２の目標位置ＰＶｓに追従するように制御される。バルブ制御装置１００の制御パラメータには、ゲインＪｇとオフセットＪｓとが含まれる。

オフセットＪｓを説明する。図１２は、フィードバック制御におけるオフセットを説明する図である。この図は、フィードバック制御のステップ応答を示している。この制御では、制御量は設定値に向かって立ち上がり、設定値の上下でオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し、やがて定常値に収束して定常状態に至る。オフセットＪｓは、定常状態における制御量の設定値に対する偏差である。オフセットＪｓは、例えば、負荷の変動、センサの検出誤差、制御対象の中立位置の変化などによって変化する。オフセットＪｓは、センサの検出値など帰還ループの途中に補正信号を加えることで調整できる。

ゲインＪｇを説明する。ゲインＪｇは、フィードバック制御の閉ループを切った場合にその閉ループを一巡する一巡伝達関数のループゲインである。したがって、ゲインＪｇは、フィードバック制御を構成する各要素の局所的な伝達ゲイン（以下、「局所ゲイン」いう）の積である。一巡伝達関数のループゲインが大きいと、オーバーシュートとアンダーシュートが増えてこれらが収束するまでの時間が長くなり、さらに大きくなるとオーバーシュートとアンダーシュートが集束しない不安定状態になる。一巡伝達関数のループゲインが小さいと、オーバーシュートとアンダーシュートは減るが、立ち上がりが遅くなり、設定値に達するまでの時間が長くなり、定常偏差が増えていわゆる応答が悪い状態になる。したがって、フィードバック制御の応答性は、一巡伝達関数のループゲインによって変化する。

一巡伝達関数は複素関数であり、フィードバック制御の安定性は、ループゲインの周波数特性（ゲイン曲線）と、位相遅れの周波数特性（位相曲線）とにより示される。ループゲインが０ｄＢ（１倍）になる周波数（ゲインゼロクロス周波数）で位相遅れが１８０°に達すると、オーバーシュートとアンダーシュートとが収束しない不安定状態（発振状態）になる。

したがって、ゲインゼロクロス周波数で、位相遅れが１８０°未満であることが安定条件であり、この周波数における、位相遅れが１８０°までどの程度の余有（位相余有）があるかによって、制御の安定性を判断できる。つまり、位相余有が小さいと制御は不安定であり、位相余有が大きいと安定し、位相余有が大きすぎると応答性が悪くなる。位相余有は、一巡伝達関数のループゲインを上げると減少し、下げると増大する。したがって、位相余有は、ループゲインにより調整できる。また、位相余有は、一巡伝達関数の位相遅れ要素が変化すると変化する。

ここで、比較のために、第２の動作を用いない場合（推定部３４および補正部３６を用いない場合）を説明する。

パイロットバルブ１０の劣化は、主に弁体１２ｇの摩耗（以下、単に「摩耗」ということがある）によって進行する。摩耗により中立位置のシフト（以下、「中立シフト」という）が発生する。中立位置は、作動油４８が送出されない弁体１２ｇの位置であり、摩耗が増加すると、中立位置が摩耗がない初期位置から変化し、中立シフトを生じる。中立シフト量が大きくなると、パイロットバルブ１０に制御されるメインスプール２２の位置がシフトし、フィードバック制御のオフセットＪｓが増加する。オフセットＪｓが増加すると、定常状態で設定値からの偏差が大きくなり制御精度が低下する。

また、摩耗により、パイロットバルブ１０の内部油漏れ量が増大し、パイロットスプール１２の位置変化に対する作動油４８の送出量の変化の割合が大きくなる。つまり、摩耗により、パイロットバルブ１０の局所ゲインが高くなる。パイロットバルブ１０の局所ゲインが高くなると、フィードバック制御のループゲインであるゲインＪｇも高くなり、位相余有が減少し、オーバーシュートなどが増加し、制御の安定性が低下する。

フィードバック制御の安定性や制御精度が低下すると、エンジンの燃料消費量の増大および性能の低下を招くため、制御の安定性や制御精度の低下は抑制されることが望ましい。また、作動油４８の漏れ量が許容範囲を超えると、パイロットバルブ１０が正常に機能しなくなる。このため、パイロットバルブ１０の劣化状態を正確に推定し、摩耗が許容範囲を超える前にパイロットバルブ１０を交換または修理することが望ましい。本明細書において、パイロットバルブ１０の劣化状態は、スプール１２が摩耗した状態、スプール１２を駆動するソレノイドの劣化、鉄粉による作動油４８の粘度上昇、及び、スプール１２を収容するスリーブやスプール１２の変形を含む。

上述の説明を踏まえて、バルブ制御装置１００の第２の動作を説明する。バルブ制御装置１００の第２の動作は、摩耗による局所ゲインの変化および中立シフト量の変化による影響を抑制するために行われる。第２の動作において、バルブ制御装置１００は、パイロットスプール１２の位置ＰＶｘとメインスプール２２の位置ＭＶｘとを取得し、その取得結果に基づいてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する。

本実施形態では、パイロットバルブ１０に、スプール駆動部１８のソレノイドのコイルに流れる駆動電流の値を検知して検知結果（以下、「駆動電流Ｉｄ」という）を送信する電流センサ１８ｓが設けられる。バルブ制御装置１００は、駆動電流Ｉｄを取得し、その取得結果も用いてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定している。この場合、駆動電流Ｉｄからパイロットスプール１２の摩擦抵抗を推定できるため推定精度を向上できる。

また、バルブ制御装置１００は、劣化状態の推定結果に基づいて、劣化に伴うパイロットバルブ１０の中立シフトおよび局所ゲインの変化を打ち消す方向に、制御パラメータのゲインＪｇおよびオフセットＪｓを補正する。この場合、ゲインＪｇの補正によりオーバーシュートを抑制でき、オフセットＪｓの補正により中立シフト量の影響を低減できる。

バルブ制御装置１００を説明する。図２を含む各図に示す各機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

図２に示すように、本実施形態のバルブ制御装置１００は、複数の機能ブロックを集約した情報処理部３０と、複数の記憶ブロックを集約した記憶部３２とを含む。情報処理部３０は、電流取得部３０ａと、第１取得部１４と、第２取得部２４と、指令取得部３０ｊと、スプール制御部３０ｃと、試験動作制御部３０ｄと、推定部３４と、補正部３６と、無線通信部３８と、推定モデル生成部３４ｇと、補正モデル生成部３６ｇと、操作取得部３０ｈとを含む。記憶部３２は、推定モデル３４ｍと、補正モデル３６ｍと、パラメータ記憶部３２ｐとを含む。本実施形態では、情報処理部３０と記憶部３２とは一体的なモジュールとして構成されている。

電流取得部３０ａは、電流センサ１８ｓから駆動電流Ｉｄを取得する。第１取得部１４は、パイロットバルブ１０に設けられた第１位置センサ１４ｓから、パイロットスプール１２の検知位置ＰＶｘを取得する。第２取得部２４は、メインバルブ２０に設けられた第２位置センサ２４ｓから、メインスプール２２の検知位置ＭＶｘを取得する。指令取得部３０ｊは、エンジン制御装置８２からパイロットスプール１２の目標位置ＰＶｓを取得する。

スプール制御部３０ｃは、上述の第１の動作を制御する。スプール制御部３０ｃは制御部を例示する。具体的には、スプール制御部３０ｃは、パイロットスプール１２の目標位置ＰＶｓと、第１取得部１４で取得した検知位置ＰＶｘとを比較し、その差を比較結果として得る。検知位置ＰＶｘは実位置を例示する。また、スプール制御部３０ｃは、制御パラメータを用いて、この比較結果に対して演算処理を行い、その演算結果をスプール駆動部１８に送信する。本実施形態のスプール制御部３０ｃは、ＰＩＤ制御を含むフィードバック制御を行う。

推定部３４は、取得部１４、２４で取得した検知位置ＰＶｘ、ＭＶｘおよび電流取得部３０ａの取得結果Ｉｄに基づいてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する。補正部３６は、推定部３４の推定結果に基づいて制御パラメータの補正量を決定する。

操作取得部３０ｈは、パイロットバルブ１０に設けられた操作入力部１７から、その操作結果を取得する。試験動作制御部３０ｄは、パイロットバルブ１０およびメインバルブ２０の試験動作を制御する。推定モデル生成部３４ｇは、推定モデル３４ｍを生成する。補正モデル生成部３６ｇは、補正モデル３６ｍを生成する。無線通信部３８は、外部と無線通信を行う。パラメータ記憶部３２ｐは、バルブ制御装置１００のフィードバック制御の制御パラメータを記憶する。

このように構成されたバルブ制御装置１００の動作（第２の動作）を説明する。バルブ制御装置１００の動作には、パイロットバルブ１０の劣化状態を推定する動作と、その推定結果に基づいて制御パラメータを補正する動作とが含まれる。図４は、パイロットバルブ１０の劣化状態を推定する動作Ｓ６０を示すフローチャートである。

本実施形態は、試験用の制御パラメータを用いてパイロットバルブ１０およびメインバルブ２０に試験動作をさせたときに状態を推定する。特に、本実施形態の推定部３４は、予め設定された試験用の制御パラメータによってパイロットバルブ１０およびメインバルブ２０を試験動作Ｍｐをするように制御したときに、推定部３４は、取得部１４、２４で取得した検知位置ＰＶｘ、ＭＶｘおよび電流取得部３０ａの取得結果Ｉｄに基づいてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する。この場合、試験用の制御パラメータを用いるので、推定結果の相対比較が容易になる。試験用の制御パラメータは、パラメータ記憶部３２ｐに記憶されている。本実施形態の試験用の制御パラメータは、バルブ制御装置１００の初期設定時の制御パラメータである。

フローチャートに戻る。状態推定のタイミングに至ったら（ステップＳ６１のＹ）、情報処理部３０の試験動作制御部３０ｄは、スプール制御部３０ｃを介してパイロットバルブ１０およびメインバルブ２０に試験動作Ｍｐをさせる（ステップＳ６２）。

試験動作Ｍｐを説明する。エンジンが動作している状態で試験を行うと、動作状況によって検知データ（ＰＶｘ、ＭＶｘ、Ｉｄ）の誤差が大きくなる。このため、本実施形態では、試験動作Ｍｐは、メインバルブ２０が制御するエンジンが停止しているときの動作である。この場合、エンジンが停止しているので検知データの誤差を抑制できる。本実施形態の試験動作Ｍｐは、メインバルブ２０のスプールを所定の振幅だけステップ的に移動させる動作（以下「ステップ動作」という）またはメインバルブ２０のスプールの小振幅の繰り返し動作（以下「繰返動作」という）である。この場合、メインバルブにステップ動作または繰返動作させたときの応答を観察することができる。

メインバルブ２０またはパイロットバルブ１０では、流体の固化による可動部の固着を防止するために固着防止動作が行われる。本実施形態の固着防止動作では、バルブが開閉を繰り返すように、スプールが周期的に往復運動する。本実施形態の試験動作Ｍｐは、メインバルブ２０またはパイロットバルブ１０の固着防止動作を用いている。この場合、固着防止動作を兼用するので推定動作の簡素化を図れる。固着防止動作は、ディザ動作と称されることがある。

試験動作Ｍｐをさせている間、試験動作制御部３０ｄは、パイロットスプール１２の位置ＰＶｘと、メインスプール２２の位置ＭＶｘと、スプール駆動部１８の駆動電流Ｉｄとを時系列的に取得する（ステップＳ６３）。このステップで、位置ＰＶｘは第１取得部１４を介して、位置ＭＶｘは第２取得部２４を介して、駆動電流Ｉｄは電流取得部３０ａを介して取得する。取得されたこれらのデータは時系列データＤｘとして記憶部３２に記憶される。

ステップＳ６２を実行したら、推定部３４は、時系列データＤｘに基づいてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する（ステップＳ６４）。このステップでは、メインバルブ２０に繰返動作させた時の検知位置ＭＶｘ、ＰＶｘの応答から、パイロットバルブ１０の中立シフトおよび局所ゲインの初期状態に対する変化を特定する。これらの変化からパイロットバルブ１０の劣化状態（内部油漏れ量および中立シフト量）を推定できる。

本実施形態では、推定部３４は、予め機械学習により生成された推定モデル３４ｍを用いてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する。この場合、推定モデル３４ｍを用いることにより、短い処理時間で的確な推定結果を得られる。本実施形態では、時系列データＤｘを推定モデル３４ｍに入力することにより、その結果として、推定モデル３４ｍから推定結果が出力される。本実施形態の推定結果には、内部油漏れ量の推定値および中立シフト量の推定値が含まれる。

劣化状態を推定したら、記憶部３２は、推定結果を記憶する（ステップＳ６５）。ステップＳ６５を実行したら、動作Ｓ６０は終了する。動作Ｓ６０は、繰り返し実行されてもよい。状態推定のタイミングに至らなければ（ステップＳ６１のＮ）、Ｓ６２〜Ｓ６４をスキップする。この動作Ｓ６０は、あくまでも一例であって、ステップの順序を入れ替えたり、一部のステップを追加・削除・変更したりしてもよい。

次に、制御パラメータを補正する動作を説明する。なお、本明細書おいて、制御パラメータを補正することには、制御パラメータを書き換えることと、複数の制御パラメータの間で使用する制御パラメータを切り換えることとが含まれる。

図５は、制御パラメータを補正する動作Ｓ７０を示すフローチャートである。本実施形態の補正部３６は、予め生成された補正モデル３６ｍを用いて制御パラメータを補正する。この場合、短い処理時間で的確に制御パラメータを補正できる。補正モデル３６ｍを生成する方法は後述する。

図２も参照する。制御パラメータは自動的に補正されてもよいが、本実施形態の補正部３６は、ユーザによって所定の操作部が操作されたときに制御パラメータを補正するように構成されている。この場合、ユーザが希望するタイミングで制御パラメータを補正できる。本実施形態のパイロットバルブ１０には、ユーザによる所定操作を入力するための操作入力部１７（例えば、操作ボタン）が設けられている。操作入力部１７は、所定の操作部を例示する。この構成では、ユーザによる所定操作は、操作入力部１７の操作ボタンを押し下げる操作を含んでいる。操作取得部３０ｈは、操作入力部１７の操作ボタンの状態を取得して、その取得結果を補正部３６に提供する。この場合、パイロットバルブ１０からユーザの操作により制御パラメータを補正できる。

本実施形態では、バルブ制御装置１００を外部から遠隔操作するためのリモートコントローラ４０が備えられている。バルブ制御装置１００は、リモートコントローラ４０に入力されたユーザによる所定操作を無線通信を介して受信するための無線通信部３８を備えている。この構成では、ユーザによる所定操作は、リモートコントローラ４０に入力された操作を含んでいる。リモートコントローラ４０は所定の操作部を例示している。リモートコントローラ４０は、操作結果を無線通信を通じて無線通信部３８に提供する。この場合、パイロットバルブ１０から離れた位置からユーザの操作により制御パラメータを補正できる。

このように、本実施形態では、操作入力部１７またはリモートコントローラ４０のいずれか一方が操作された場合に、制御パラメータが補正される。本実施形態の補正部３６は、ゲインＪｇとオフセットＪｓの両方を補正する。この場合、オーバーシュートの抑制と、中立シフトの影響の低減とを実現できる。

本実施形態の補正部３６は、推定部３４の推定結果が閾値を超えた場合に制御パラメータを補正する。この場合、推定結果が閾値以下の場合の補正を回避し、補正の頻度を減らせる。本実施形態では、推定結果は、許容限界とされる量を１００％としたときの比率に変換された後に閾値と比較される。内部油漏れ量の推定値は、許容限界とされる内部油漏れ量を１００％としたときの比率に変換される。また、中立シフト量の推定値は、許容限界とされる中立シフト量を１００％としたときの比率に変換される。

フローチャートに戻る。制御パラメータを補正するタイミングに至ったら（ステップＳ７１のＹ）、情報処理部３０の補正部３６は、推定結果が閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ７２）。このステップの閾値は、所望の制御特性に対応してシミュレーションにより設定できる。この例では、閾値は８０％に設定されており、推定結果が８０％を超えた場合に、制御パラメータを補正する。この例では、内部油漏れ量の推定値または中立シフト量の推定値が８０％を超えた場合に、制御パラメータを補正する。

推定結果が閾値を超えていない場合（ステップＳ７２のＮ）、情報処理部３０は処理をステップＳ７２の先頭に戻す。

推定結果が閾値を超えている場合（ステップＳ７２のＹ）、情報処理部３０は、推定結果が閾値を超えていることを外部に報知する（ステップＳ７３）。例えば、リモートコントローラ４０に設けた表示部（不図示）に所定の表示をしてもよし、無線通信部３８を介して外部の携帯端末などの情報端末に所定の情報を送信してもよい。

ステップＳ７３を実行したら、情報処理部３０の操作取得部３０ｈは、操作入力部１７から操作結果を取得して、ユーザ操作があったか否かを判定する（ステップＳ７４）。ユーザ操作があった場合（ステップＳ７４のＹ）、情報処理部３０は、処理をステップＳ７６に進める。

ユーザ操作がなかった場合（ステップＳ７４のＮ）、情報処理部３０は、処理をステップＳ７５に進める。ステップＳ７５では、情報処理部３０の無線通信部３８は、リモートコントローラ４０から操作結果を取得して、ユーザ操作があったか否かを判定する（ステップＳ７５）。ユーザ操作がなかった場合（ステップＳ７５のＮ）、情報処理部３０は、ステップＳ７４の先頭に戻す。

ユーザ操作があった場合（ステップＳ７５のＹ）、補正部３６は、推定モデル３４ｍの推定結果に基づいて制御パラメータの補正量を決定する（ステップＳ７６）。制御パラメータの補正量には、ゲインの補正量とオフセットの補正量とが含まれる。補正部３６は、補正モデル３６ｍに推定結果を入力することによって、ゲインの補正量とオフセットの補正量を決定する。補正モデル３６ｍを用いることにより、短い処理時間で的確な補正量を得ることができる。

ステップＳ７６を実行したら、補正部３６は、ゲインの補正量およびオフセットの補正量によってゲインＪｇおよびオフセットＪｓを補正する（ステップＳ７７）。補正後のゲインＪｇおよびオフセットＪｓは、パラメータ記憶部３２ｐに記憶される。

ステップＳ７７を実行したら、動作Ｓ７０は終了する。動作Ｓ７０は、繰り返し実行されてもよい。制御パラメータを補正するタイミングに至らなければ（ステップＳ７１のＮ）、Ｓ７２〜Ｓ７７をスキップする。この動作Ｓ７０は、あくまでも一例であって、ステップの順序を入れ替えたり、一部のステップを追加・削除・変更したりしてもよい。

劣化推定と制御パラメータの補正とは、別々のタイミングで実行されてもよいが、本実施形態では同じタイミングに連続して実行される。劣化推定および制御パラメータの補正は、１日、１週間、１月などの所定の間隔で実行されてもよい。また、劣化推定および制御パラメータの補正は、ユーザ操作、上位または別のシステムからの指令、固着防止動作時の各部の移動状態などをトリガにして実行されてもよい。

推定モデル３４ｍを生成する方法を説明する。図６は、推定モデル３４ｍを生成するニューラルネットワークの一例を模式的に示す図である。推定モデル生成部３４ｇは、パイロットバルブ１０の劣化状態を推定するために、実測により得た複数のデータセットを基に、予め機械学習によって推定モデル３４ｍを生成する。本実施形態のデータセットの入力データは、パイロットスプール１２の位置、メインスプール２２の位置および駆動電流の過去の実測値群であり、出力データ（ラベル）は、内部油漏れ量および中立シフト量の過去の実測値群である。

推定モデル生成部３４ｇは、データセットを教師データとして機械学習（教師有り学習）により推定モデル３４ｍを生成する。推定モデル生成部３４ｇは、サポートベクターマシン、ニューラルネットワーク（ディープラーニングを含む）、ランダムフォレスト等、公知の機械学習手法を用いて推定モデル３４ｍを生成できる。推定モデル生成部３４ｇは、生成後の推定モデル３４ｍを記憶部３２に格納する。

補正モデル３６ｍを生成する方法を説明する。図７は、補正モデル３６ｍを生成するニューラルネットワークの一例を模式的に示す図である。補正モデル生成部３６ｇは、制御パラメータの補正量を決定するために、過去の実測により得た複数のデータセットを基に、予め機械学習によって補正モデル３６ｍを生成する。本実施形態のデータセットの入力データは、内部油漏れ量および中立シフト量の過去の実測値群であり、出力データ（ラベル）は、ゲインの補正量およびオフセットの補正量の過去の実測値群である。

補正モデル生成部３６ｇは、データセットを教師データとして機械学習（教師有り学習）により補正モデル３６ｍを生成する。補正モデル生成部３６ｇは、サポートベクターマシン、ニューラルネットワーク（ディープラーニングを含む）、ランダムフォレスト等、公知の機械学習手法を用いて補正モデル３６ｍを生成してもよい。補正モデル生成部３６ｇは、生成後の補正モデル３６ｍを記憶部３２に格納する。

推定モデル３４ｍおよび補正モデル３６ｍは、パイロットバルブ１０およびメインバルブ２０が最初に設置されたタイミング、パイロットバルブ１０またはメインバルブ２０がメンテナンスされたタイミング、または、所定の期間毎のタイミングで生成されてもよい。モデルを生成するタイミングに至ったら、複数のバルブ制御装置１００について、モデル生成用のデータセットに対応する過去の実測値を多数収集し、各生成部は、収集された過去の実測値をデータセットとして機械学習して各モデルを生成する。また、このデータセットには、このバルブ制御装置１００だけでなく他のバルブ制御装置の実測値が含まれてもよい。

本実施形態の構成によれば、パイロットバルブ１０が劣化して特性が変化した場合に、パイロットバルブ１０の劣化状態を推定できる。これにより、劣化状態の推定結果に応じて制御パラメータを補正できるため、劣化に伴う制御特性の変化を抑制することが可能となる。この結果、劣化の影響を受けにくいバルブ制御装置を提供できる。

次に、本発明の第２〜第５実施形態を説明する。第２〜第５実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

［第２実施形態］
第２実施形態のバルブ制御装置１００を説明する。第１実施形態の説明では、補正部３６を備え、制御パラメータを自律的に補正する例を示したが、本発明はこれに限定されない。第２実施形態は補正部３６を備えない点で第１実施形態と異なり、他の構成は同様である。

本実施形態のバルブ制御装置１００は、スプール制御部３０ｃと、取得部１４、２４と、推定部３４とを備える。スプール制御部３０ｃは、メインバルブ２０のスプール２２の位置Ｍｖｘに応じてメインバルブ２０に油圧を供給するパイロットバルブ１０のスプール１２の位置ＰＶｘを変更するフィードバック制御を実行する。取得部１４、２４は、パイロットバルブ１０のスプール１２の位置ＰＶｘとメインバルブ２０のスプール２２の位置Ｍｖｘと、又は、パイロットバルブ１０のスプール１２の位置ＰＶｘとパイロットバルブ１０のスプール１２を駆動する駆動電流Ｉｄとを取得する。

推定部３４は、取得部１４、２４、３０ａの取得結果に基づいてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する。ユーザは、パイロットバルブ１０の推定部３４の推定結果に応じて制御パラメータを補正できる。

本実施形態によれば、フィードバック制御と並行してパイロットバルブの劣化状態を推定してパイロットバルブの寿命を把握できる。このことにより、パイロットバルブがいきなり壊れることを回避できる。また、自律的に補正する機能が無くても、劣化状態の推定結果に合わせて、ユーザがフィードバック制御のゲインやオフセットを補正できる。

［第３実施形態］
第３実施形態のバルブ制御装置１００を説明する。図８は、第３実施形態のバルブ制御装置１００を概略的に示す構成図であり、図１に対応する。図９は、第３実施形態のバルブ制御装置１００を示すブロック図であり、図２に対応する。図１０は、第３実施形態のバルブ制御装置１００の制御ループを示すブロック線図であり、図３に対応する。

第１実施形態の説明では、エンジン制御装置８２がメインバルブ２０をフィードバック制御する例を示したが、本発明はこれに限定されない。本実施形態のエンジン制御装置８２は、フィードバック制御を行わず、バルブ制御装置１００がメインバルブ２０をフィードバック制御する点で、第１実施形態と異なる。このため、エンジン制御装置８２は、図８、図９に示すように、メインスプール２２の目標位置ＭＶｓを指令情報としてバルブ制御装置１００に送信する。この制御形態は、セットポイント制御と称されることがある。

本実施形態のエンジン制御装置８２は、図１０に示すように、目標位置特定部８２ａと、モニタリング部８２ｃとを有する。目標位置特定部８２ａは、メインスプール２２の目標位置ＭＶｓを指令情報としてバルブ制御装置１００に送信する。モニタリング部８２ｃは、メインスプール２２の実位置（検知位置ＭＶｘ）を監視して異常な偏差が生じたときに外部に報知する。

本実施形態では、バルブ制御装置１００は、エンジン制御装置８２に代わって、目標位置ＭＶｓと検知位置ＭＶｘとの偏差に応じてメインバルブ２０のフィードバック制御を行うための制御演算部３０ｋをさらに備える。指令取得部３０ｊは、エンジン制御装置８２からメインスプール２２の目標位置ＭＶｓを指令情報として取得する。制御演算部３０ｋは、演算処理により、目標位置ＭＶｓと検知位置ＭＶｘとの偏差からパイロットスプール１２の目標位置ＰＶｓを特定し、スプール制御部３０ｃに提供する。スプール制御部３０ｃは、制御パラメータを用いて、目標位置ＰＶｓと検知位置ＰＶｘとの偏差に対して演算処理を行い、その演算結果をスプール駆動部１８に送信する。

本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。加えて、本実施形態では、エンジン制御装置８２の処理負荷が軽くなるため、エンジン制御装置８２を簡素化できる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態は、油圧サーボバルブの制御方法である。本発明に係る制御方法は、各種の油圧サーボバルブに使用できるが、本実施形態では、アクチュエータ８０を油圧により駆動する油圧サーボバルブ１０、２０を制御する制御方法Ｓ８０によって例示される。図１１は、制御方法Ｓ８０を示すフローチャートである。

制御方法Ｓ８０は、パイロットバルブ１０のスプールの位置ＰＶｘとメインバルブ２０のスプールの位置ＭＶｘとを取得する取得ステップＳ８１と、取得ステップＳ８１で取得された取得結果に基づいてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する推定ステップＳ８２と、推定ステップＳ８２で推定された推定結果に基づいてパイロットバルブ１０を制御するための制御パラメータを補正する補正ステップＳ８３とを含む。制御方法Ｓ８０は、バルブ制御装置１００によって実現できる。

第４実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態は、油圧サーボバルブの制御プログラム（コンピュータプログラム）である。本発明に係る制御プログラムは、各種の油圧サーボバルブに使用できるが、本実施形態では、アクチュエータ８０を油圧により駆動する油圧サーボバルブ１０、２０を制御するコンピュータプログラムＰ１００によって例示される。

コンピュータプログラムＰ１００は、パイロットバルブ１０のスプールの位置ＰＶｘとメインバルブ２０のスプールの位置ＭＶｘとを取得する取得ステップＳ８１と、取得ステップＳ８１で取得された取得結果に基づいてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する推定ステップＳ８２と、推定ステップＳ８２で推定された推定結果に基づいてパイロットバルブ１０を制御するための制御パラメータを補正する補正ステップＳ８３とをコンピュータに実行させる。

コンピュータプログラムＰ１００では、これらの機能はバルブ制御装置１００の機能ブロックに対応する複数のモジュールが実装されたアプリケーションプログラムとしてバルブ制御装置１００のストレージ（例えば記憶部３２）にインストールされてもよい。コンピュータプログラムＰ１００はバルブ制御装置１００のプロセッサ（例えばＣＰＵ）のメインメモリに読み出しされて実行されてもよい。

第５実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施形態の説明では、推定部３４が、パイロットスプール１２の位置と、メインスプール２２の位置と、駆動電流とに基づいて劣化状態を推定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。劣化状態の推定に駆動電流を用いることは必須でなく、またこれらに加えて別の要素を用いてもよい。

実施形態の説明では、推定部３４が、推定モデル３４ｍを用いてパイロットバルブ１０の劣化状態を推定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、推定部３４は、パイロットスプール１２の位置と、メインスプール２２の位置と、駆動電流とに対応する内部油漏れ量と中立シフト量とを含む推定テーブルを用いてもよい。この場合、パイロットスプール１２の位置と、メインスプール２２の位置と、駆動電流とをキーにしてテーブル処理によって内部油漏れ量と中立シフト量とを得ることができる。推定テーブルは、過去のデータセットから、実験またはシミュレーションに基づいて作成できる。

実施形態の説明では、補正部３６が、補正モデル３６ｍを用いて制御パラメータの補正量を決定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、補正部３６は、推定結果に対応する制御パラメータの補正量を含む補正量テーブルを用いてもよい。この場合、推定結果をキーにしてテーブル処理によって制御パラメータの補正量を得ることができる。補正量テーブルは、過去の推定結果および適切な制御パラメータから、実験またはシミュレーション結果に基づいて作成できる。

実施形態の説明では、情報処理部３０と記憶部３２とが一体的に構成される例を示したが、これらは別々に構成されてもよい。また、情報処理部３０内の各ブロック、記憶部３２内の各ブロックはそれぞれ一体的に構成されてもよいし、別々に構成されてもよい。

実施形態の説明では、補正部３６は、制御パラメータのゲインＪｇとオフセットＪｓの両方を補正する例を示したが、制御パラメータの補正内容は限定されない。補正部は、ゲインＪｇおよびオフセットＪｓの一方のみを補正してもよいし、他の制御パラメータを補正してもよい。

実施形態の説明では、試験用の制御パラメータを用いてパイロットバルブ１０およびメインバルブ２０に試験動作をさせたときに状態を推定する例を示したが、パイロットバルブ１０の劣化状態の推定方法は限定されない。この推定は、試験用とは別の制御パラメータを用いて実行されてもよいし、試験動作とは別の動作をさせたときに実行されてもよい。

上述の変形例は、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０ パイロットバルブ、 １７ 操作入力部、 ２０ メインバルブ、 ３０ａ 電流取得部、 ３２ 記憶部、 ３４ 推定部、 ３４ｇ 推定モデル生成部、 ３４ｍ 推定モデル、 ３６ 補正部、 ３６ｇ 補正モデル生成部、 ３６ｍ 補正モデル、 ３８ 無線通信部、 ４０ リモートコントローラ、 ８２ エンジン制御装置、 １００ バルブ制御装置。

Claims (14)

1. メインバルブのスプールの目標位置と実位置との差に応じて前記メインバルブのスプールを駆動するパイロットバルブのスプールの位置をフィードバック制御する制御部と、
   前記パイロットバルブのスプールの位置と前記メインバルブのスプールの実位置および目標位置の少なくとも一方の位置と、又は、前記パイロットバルブのスプールの位置と前記パイロットバルブのスプールを駆動する駆動電流と、を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した情報に基づいて前記パイロットバルブの状態を推定する推定部と
   を備える油圧サーボバルブの制御装置。
2. 前記推定部の推定結果に基づいて前記フィードバック制御の制御パラメータを補正する補正部を備える
   請求項１に記載の油圧サーボバルブの制御装置。
3. 前記推定部は、所定の制御パラメータによって前記パイロットバルブおよび前記メインバルブに所定動作をさせるように制御しているときの前記取得部が取得した情報に基づいて前記パイロットバルブの劣化状態を推定する
   請求項２に記載の油圧サーボバルブの制御装置。
4. 前記所定動作は前記メインバルブのステップ動作または繰返動作である
   請求項３に記載の油圧サーボバルブの制御装置。
5. 前記所定動作は前記メインバルブまたはパイロットバルブの固着防止動作である
   請求項３に記載の油圧サーボバルブの制御装置。
6. 前記所定動作は前記メインバルブのスプールの位置に応じて燃料供給量が制御されるエンジンが停止しているときの動作である
   請求項３から５のいずれかに記載の油圧サーボバルブの制御装置。
7. 前記補正部はユーザによって所定の操作部が操作されたときに前記制御パラメータを補正する
   請求項２から６のいずれかに記載の油圧サーボバルブの制御装置。
8. 前記所定の操作部は前記パイロットバルブに設けられる
   請求項７に記載の油圧サーボバルブの制御装置。
9. 前記所定の操作部はリモートコントローラに設けられ、
   前記リモートコントローラに設けられた前記所定の操作部がユーザによって操作されたことを示す信号を無線通信を介して受信するための無線通信部を備える
   請求項７に記載の油圧サーボバルブの制御装置。
10. 前記パイロットバルブおよび前記メインバルブは入力に対して出力流体の流量を比例的に制御する比例制御弁であり、
    前記補正部は前記制御パラメータのゲインまたはオフセットを補正する
    請求項２から９のいずれかに記載の油圧サーボバルブの制御装置。
11. 前記推定部は予め機械学習により生成された劣化推定モデルを用いて前記パイロットバルブの劣化状態を推定し、
    前記補正部は前記推定部の推定結果を予め機械学習により生成されたパラメータ補正モデルに入力して前記制御パラメータを補正する
    請求項２から１０のいずれかに記載の油圧サーボバルブの制御装置。
12. 前記補正部は前記推定部の推定結果が閾値を超えた場合に前記制御パラメータを補正する
    請求項２から１１のいずれかに記載の油圧サーボバルブの制御装置。
13. メインバルブのスプールの位置に応じて前記メインバルブに油圧を供給するパイロットバルブのスプールの位置を変更するフィードバック制御を実行するステップと、
    前記パイロットバルブのスプールの位置と前記メインバルブのスプールの位置と、又は、前記パイロットバルブのスプールの位置と前記パイロットバルブのスプールを駆動する駆動電流と、を取得する取得ステップと、
    前記取得ステップで取得された取得結果に基づいて前記パイロットバルブの劣化状態を推定する推定ステップと、
    前記推定ステップの推定結果に基づいて前記フィードバック制御の制御パラメータを補正する補正ステップと
    を含む油圧サーボバルブの制御方法。
14. メインバルブのスプールの位置に応じて前記メインバルブに油圧を供給するパイロットバルブのスプールの位置を変更するフィードバック制御を実行するステップと、
    前記パイロットバルブのスプールの位置と前記メインバルブのスプールの位置と、又は、前記パイロットバルブのスプールの位置と前記パイロットバルブのスプールを駆動する駆動電流と、を取得する取得ステップと、
    前記取得ステップで取得された取得結果に基づいて前記パイロットバルブの劣化状態を推定する推定ステップと、
    前記推定ステップの推定結果に基づいて前記フィードバック制御の制御パラメータを補正する補正ステップと
    をコンピュータに実行させるための油圧サーボバルブの制御プログラム。

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