JP3244749B2 - 電油圧サーボシステム安定性補償機構 - Google Patents
電油圧サーボシステム安定性補償機構Info
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
- G05D3/12—Control of position or direction using feedback
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/0055—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements
- G05D1/0061—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements for transition from automatic pilot to manual pilot and vice versa
-
- G—PHYSICS
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
- G05D1/0816—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft to ensure stability
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- Remote Sensing (AREA)
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- Control Of Fluid Pressure (AREA)
- Servomotors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電油圧サーボシステム
安定性補償機構に関し、例えば航空機の舵面を制御する
システムに設けて効果的な安定性補償機構に関する。
安定性補償機構に関し、例えば航空機の舵面を制御する
システムに設けて効果的な安定性補償機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、デジタルクローズした離散系電油
圧サーボシステム、例えば航空機の操縦舵面を制御する
電油圧サーボシステムにおいては、舵面制御アクチュエ
ータのコントロールバルブの変位が電気的に取り出さ
れ、その変位信号およびコマンド信号に基づく離散制御
が行なわれている。また、舵面等の負荷部の慣性により
その系の中に振動成分（微分方程式中における２次振動
項）を含み、高応答を必要とする場合には安定性を確保
するのが容易でないことから、その制御ループ内に安定
性補償機構が付加されている。
圧サーボシステム、例えば航空機の操縦舵面を制御する
電油圧サーボシステムにおいては、舵面制御アクチュエ
ータのコントロールバルブの変位が電気的に取り出さ
れ、その変位信号およびコマンド信号に基づく離散制御
が行なわれている。また、舵面等の負荷部の慣性により
その系の中に振動成分（微分方程式中における２次振動
項）を含み、高応答を必要とする場合には安定性を確保
するのが容易でないことから、その制御ループ内に安定
性補償機構が付加されている。
【０００３】この種の安定性補償機構としては、例えば
ノッチフィルタを採用したものがある。この安定性補償
機構では、上記サーボシステムを、舵面をマスとする力
学系としてとらえ、その共振周波数に合致する固有値を
有するノッチフィルタを補償要素としてアクチュエータ
の制御ループ内に挿入し、このノッチフィルタにより前
記２次振動項のピークを打ち消して安定性を補償するよ
うになっている。
ノッチフィルタを採用したものがある。この安定性補償
機構では、上記サーボシステムを、舵面をマスとする力
学系としてとらえ、その共振周波数に合致する固有値を
有するノッチフィルタを補償要素としてアクチュエータ
の制御ループ内に挿入し、このノッチフィルタにより前
記２次振動項のピークを打ち消して安定性を補償するよ
うになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の安定性補償機構にあっては、ノッチフィルタ
の固有値が一定であるのに対して、サーボシステムの共
振周波数は、飛行環境の変化あるいは飛行速度、高度等
により変化し易く、その共振周波数は概略値しか分から
ないため、ノッチフィルタの固有値と制御対象であるサ
ーボシステムの共振周波数とを完全に一致させることが
困難であった。このため、様々な飛行条件に対して充分
な安定性補償効果を期待することはできなかった。ま
た、ノッチフィルタとサーボシステムとの減衰係数が完
全に一致しない場合にも、充分な安定性補償効果が期待
できなかった。
うな従来の安定性補償機構にあっては、ノッチフィルタ
の固有値が一定であるのに対して、サーボシステムの共
振周波数は、飛行環境の変化あるいは飛行速度、高度等
により変化し易く、その共振周波数は概略値しか分から
ないため、ノッチフィルタの固有値と制御対象であるサ
ーボシステムの共振周波数とを完全に一致させることが
困難であった。このため、様々な飛行条件に対して充分
な安定性補償効果を期待することはできなかった。ま
た、ノッチフィルタとサーボシステムとの減衰係数が完
全に一致しない場合にも、充分な安定性補償効果が期待
できなかった。
【０００５】これに対し、負荷変動によるシリンダ内の
一対の流体室間の差圧変動を圧力センサによってモニタ
し、この圧力センサ（所謂ΔＰセンサ）からコマンド信
号に負荷圧力信号をフィードバックすることにより安定
性補償効果を高めることが考えられるが、コスト高にな
るという問題が残る。そこで本発明は、共振周波数が概
略値しか分からないサーボシステムの安定性を確実に補
償することのできる低コストの安定性補償機構を提供す
ることを目的としている。
一対の流体室間の差圧変動を圧力センサによってモニタ
し、この圧力センサ（所謂ΔＰセンサ）からコマンド信
号に負荷圧力信号をフィードバックすることにより安定
性補償効果を高めることが考えられるが、コスト高にな
るという問題が残る。そこで本発明は、共振周波数が概
略値しか分からないサーボシステムの安定性を確実に補
償することのできる低コストの安定性補償機構を提供す
ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明は、アクチュエータの負荷駆動部又は該負荷駆動部
に連結された負荷の変位を検出する負荷変位検出手段
と、アクチュエータに作動油を給排し負荷を駆動させる
コントロールバルブとを有し、負荷変位検出手段の検出
信号を前向き回路にフィードバックしてそのフィードバ
ック信号とコマンド信号との偏差信号によりコントロー
ルバルブを作動させる電油圧サーボシステムに設けられ
る安定性補償機構であって、前記コントロールバルブの
バルブ変位を検出するバルブ変位検出手段と、負荷変位
検出手段の負荷変位検出信号およびバルブ変位検出手段
のバルブ変位検出信号に基づいて前記負荷により前記ア
クチュエータに作用する負荷圧力を算出し、その算出結
果に基づく負荷圧力信号を加算器を介して前向き回路に
フィードバックするとともに、前記バルブ変位検出信号
の所定の微少流量範囲内で該フィードバックする負荷圧
力信号を制限する負荷圧力算出手段と、を備えたことを
特徴とするものである。
発明は、アクチュエータの負荷駆動部又は該負荷駆動部
に連結された負荷の変位を検出する負荷変位検出手段
と、アクチュエータに作動油を給排し負荷を駆動させる
コントロールバルブとを有し、負荷変位検出手段の検出
信号を前向き回路にフィードバックしてそのフィードバ
ック信号とコマンド信号との偏差信号によりコントロー
ルバルブを作動させる電油圧サーボシステムに設けられ
る安定性補償機構であって、前記コントロールバルブの
バルブ変位を検出するバルブ変位検出手段と、負荷変位
検出手段の負荷変位検出信号およびバルブ変位検出手段
のバルブ変位検出信号に基づいて前記負荷により前記ア
クチュエータに作用する負荷圧力を算出し、その算出結
果に基づく負荷圧力信号を加算器を介して前向き回路に
フィードバックするとともに、前記バルブ変位検出信号
の所定の微少流量範囲内で該フィードバックする負荷圧
力信号を制限する負荷圧力算出手段と、を備えたことを
特徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明では、負荷圧力算出手段によって負荷変
位検出手段とバルブ変位検出手段の双方からの変位検出
信号に基づき、アクチュエータに作用する負荷圧力が算
出され、その算出結果に基づく負荷圧力信号が所定の微
少流量範囲内で制限されながら前記前向き回路に加算器
を介してフィードバックされる。したがって、他の圧力
センサ等を設けることなく負荷圧力信号のフィードバッ
クを行うことができ、低コストな安定性補償機構により
充分な安定性補償効果が得られる。
位検出手段とバルブ変位検出手段の双方からの変位検出
信号に基づき、アクチュエータに作用する負荷圧力が算
出され、その算出結果に基づく負荷圧力信号が所定の微
少流量範囲内で制限されながら前記前向き回路に加算器
を介してフィードバックされる。したがって、他の圧力
センサ等を設けることなく負荷圧力信号のフィードバッ
クを行うことができ、低コストな安定性補償機構により
充分な安定性補償効果が得られる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図３は本発明に係る電油圧サーボシステム安定性補
償機構の一実施例を示す図であり、図１はそのサーボシ
ステムのシステムブロック図、図２はその負荷圧力算出
／フィルタ要素のブロック図である。
１〜図３は本発明に係る電油圧サーボシステム安定性補
償機構の一実施例を示す図であり、図１はそのサーボシ
ステムのシステムブロック図、図２はその負荷圧力算出
／フィルタ要素のブロック図である。
【０００９】図１において、11はサンプラであり、サン
プラ11は所定のサンプリング周期毎にループを切って指
令信号（コマンド信号）と後述するフィードバック信号
との偏差信号をサンプリングする。サンプリングされた
データは、Ｄ／Ａ変換器12によってアナログ信号に変換
され、公知の電油圧サーボ弁13（コントロールバルブ）
に供給される。この電油圧サーボ弁13は、詳細は図示し
ないが、所定形状のスプール（弁体）と、油圧シリンダ
14（アクチュエータ）の一対の油室に連通する一対のシ
リンダポートと、油圧源に連通する供給圧ポートと、タ
ンクに連通するリターンポートとを有しており、この電
油圧サーボ弁13により油圧シリンダ14に作動油を給排し
てこれを適宜駆動し、油圧シリンダ14の図示しないピス
トンに連結された負荷15、例えば航空機の操縦舵面をコ
ントロールするようになっている。
プラ11は所定のサンプリング周期毎にループを切って指
令信号（コマンド信号）と後述するフィードバック信号
との偏差信号をサンプリングする。サンプリングされた
データは、Ｄ／Ａ変換器12によってアナログ信号に変換
され、公知の電油圧サーボ弁13（コントロールバルブ）
に供給される。この電油圧サーボ弁13は、詳細は図示し
ないが、所定形状のスプール（弁体）と、油圧シリンダ
14（アクチュエータ）の一対の油室に連通する一対のシ
リンダポートと、油圧源に連通する供給圧ポートと、タ
ンクに連通するリターンポートとを有しており、この電
油圧サーボ弁13により油圧シリンダ14に作動油を給排し
てこれを適宜駆動し、油圧シリンダ14の図示しないピス
トンに連結された負荷15、例えば航空機の操縦舵面をコ
ントロールするようになっている。
【００１０】同図において、ｑは電油圧サーボ弁13から
油圧シリンダ14への作動油の供給を表す状態量、Ｘv は
電油圧サーボ弁13の前記スプールのストローク（バルブ
変位）を検出する図示しない差動変圧器又はディジタル
変位計（バルブ変位検出手段）の出力信号、Ｘp は油圧
シリンダ14の前記ピストン（負荷駆動部）の変位を検出
する差動変圧器又はディジタル変位計（負荷変位検出手
段）の出力信号である。ここで、出力信号Ｘv はバルブ
変位信号（バルブ変位検出信号）として、出力信号Ｘp
はピストン変位信号（負荷変位検出信号）として、それ
ぞれ前向き回路（コマンド信号側回路）にフィードバッ
クされるとともに、負荷圧力算出／フィルタ要素20に入
力されている。
油圧シリンダ14への作動油の供給を表す状態量、Ｘv は
電油圧サーボ弁13の前記スプールのストローク（バルブ
変位）を検出する図示しない差動変圧器又はディジタル
変位計（バルブ変位検出手段）の出力信号、Ｘp は油圧
シリンダ14の前記ピストン（負荷駆動部）の変位を検出
する差動変圧器又はディジタル変位計（負荷変位検出手
段）の出力信号である。ここで、出力信号Ｘv はバルブ
変位信号（バルブ変位検出信号）として、出力信号Ｘp
はピストン変位信号（負荷変位検出信号）として、それ
ぞれ前向き回路（コマンド信号側回路）にフィードバッ
クされるとともに、負荷圧力算出／フィルタ要素20に入
力されている。
【００１１】負荷圧力算出／フィルタ要素20は、図２に
示す解析モデルについて解を出し負荷圧力信号ΔＰを求
める負荷圧力算出手段であり、その計算結果を、後述す
る比例又は微分要素と一次遅れ又は一次進み要素とを介
して前記バルブ変位検出手段の出力信号Ｘv に加算し、
前向き回路にフィードバックするようになっている。具
体的には、図２において、バルブ変位信号Ｘv は電油圧
サーボ弁13のバルブフローゲインｋv を掛けて乗算器21
に入力され、乗算器21は、このバルブ変位信号Ｘv と平
方根計算器22からの有効圧相当の計算出力とを取り込ん
でバルブ流量に対応する信号を積分回路23に出力する。
この積分回路23は入力したバルブ流量とピストン受圧面
積Ａp に基づいて理想状態（負荷の作用しない状態）で
のピストン変位信号を算出する。次に、ここで算出され
た理想状態のピストン変位信号と実際のピストン変位信
号Ｘp との偏差が求められ、その偏差信号に作動油剛性
Ｋ hydが掛けられて発生加重が算出された後、その算出
値をピストン受圧面積Ａpで割ることによって負荷圧力
信号ΔＰが生成される。この負荷圧力信号ΔＰは絶対値
計算器24を介してシステム動作圧信号（供給圧Ｐs −背
圧Ｐr）にフィードバックされ、平方根計算器22に取り
込まれる有効圧が求められる。
示す解析モデルについて解を出し負荷圧力信号ΔＰを求
める負荷圧力算出手段であり、その計算結果を、後述す
る比例又は微分要素と一次遅れ又は一次進み要素とを介
して前記バルブ変位検出手段の出力信号Ｘv に加算し、
前向き回路にフィードバックするようになっている。具
体的には、図２において、バルブ変位信号Ｘv は電油圧
サーボ弁13のバルブフローゲインｋv を掛けて乗算器21
に入力され、乗算器21は、このバルブ変位信号Ｘv と平
方根計算器22からの有効圧相当の計算出力とを取り込ん
でバルブ流量に対応する信号を積分回路23に出力する。
この積分回路23は入力したバルブ流量とピストン受圧面
積Ａp に基づいて理想状態（負荷の作用しない状態）で
のピストン変位信号を算出する。次に、ここで算出され
た理想状態のピストン変位信号と実際のピストン変位信
号Ｘp との偏差が求められ、その偏差信号に作動油剛性
Ｋ hydが掛けられて発生加重が算出された後、その算出
値をピストン受圧面積Ａpで割ることによって負荷圧力
信号ΔＰが生成される。この負荷圧力信号ΔＰは絶対値
計算器24を介してシステム動作圧信号（供給圧Ｐs −背
圧Ｐr）にフィードバックされ、平方根計算器22に取り
込まれる有効圧が求められる。
【００１２】一方、バルブ変位信号Ｘv は、所定の微小
流量範囲δx 内で出力がゼロとなる特殊関数31を介して
乗算器32にも入力する。この乗算器32は、この特殊関数
31からの信号に基づき前向き回路へフィードバックする
負荷圧力信号ΔＰを微少流量範囲δx 内において制限
し、出力の不感帯領域を形成するようになっている。す
なわち、特殊関数31および乗算器32は、負荷圧力信号出
力に対する非線形性の処理を行なう非線形処理回路33を
構成している。
流量範囲δx 内で出力がゼロとなる特殊関数31を介して
乗算器32にも入力する。この乗算器32は、この特殊関数
31からの信号に基づき前向き回路へフィードバックする
負荷圧力信号ΔＰを微少流量範囲δx 内において制限
し、出力の不感帯領域を形成するようになっている。す
なわち、特殊関数31および乗算器32は、負荷圧力信号出
力に対する非線形性の処理を行なう非線形処理回路33を
構成している。
【００１３】なお、40はフィルタであり、このフィルタ
40はシステム要求に合わせて比例要素41、微分要素42又
は比例微分要素43を適宜選択可能になっている。このフ
ィルタ40は、負荷圧力算出／フィルタ要素20の出力部を
構成している。なお、図中の各要素の特性を示す式にお
いてｓは微分演算子である。このように構成された本実
施例の安定性補償機構では、ピストン変位信号Ｘpとバ
ルブ変位信号Ｘv との双方を利用して負荷圧力が算出さ
れ、その算出信号がバルブ変位信号Ｘv に加算されてコ
マンド信号側にフィードバックされる。したがって、従
来のようにシリンダ内の油室間の差圧を圧力センサでモ
ニタする必要が無く、ソフトウェアによりコマンド信号
側に正確な負荷圧信号をフィードバックして負荷変動に
応じた最適な制御を行うことができ、制御精度を格段に
向上させることができる。この結果、共振周波数が概略
値しか分からないサーボシステムにあっても、負荷圧セ
ンサ（ΔＰセンサ）回路を無くした低コストの安定性補
償機構によって充分な安定性補償効果を得ることがで
き、応答性の良い電油圧サーボシステムとなる。
40はシステム要求に合わせて比例要素41、微分要素42又
は比例微分要素43を適宜選択可能になっている。このフ
ィルタ40は、負荷圧力算出／フィルタ要素20の出力部を
構成している。なお、図中の各要素の特性を示す式にお
いてｓは微分演算子である。このように構成された本実
施例の安定性補償機構では、ピストン変位信号Ｘpとバ
ルブ変位信号Ｘv との双方を利用して負荷圧力が算出さ
れ、その算出信号がバルブ変位信号Ｘv に加算されてコ
マンド信号側にフィードバックされる。したがって、従
来のようにシリンダ内の油室間の差圧を圧力センサでモ
ニタする必要が無く、ソフトウェアによりコマンド信号
側に正確な負荷圧信号をフィードバックして負荷変動に
応じた最適な制御を行うことができ、制御精度を格段に
向上させることができる。この結果、共振周波数が概略
値しか分からないサーボシステムにあっても、負荷圧セ
ンサ（ΔＰセンサ）回路を無くした低コストの安定性補
償機構によって充分な安定性補償効果を得ることがで
き、応答性の良い電油圧サーボシステムとなる。
【００１４】なお、図３に本実施例の電油圧サーボシス
テムにおけるステップ応答特性を、図４にこの補償機構
を外した比較例のステップ応答特性を示しており、両図
から明らかなように、本実施例では充分な安定性補償効
果が得られている。
テムにおけるステップ応答特性を、図４にこの補償機構
を外した比較例のステップ応答特性を示しており、両図
から明らかなように、本実施例では充分な安定性補償効
果が得られている。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、負荷圧力算出手段によ
って、負荷変位検出手段とバルブ変位検出手段の双方か
らの変位検出信号に基づき、アクチュエータに作用する
負荷圧力を算出し、その算出結果に基づく負荷圧力信号
を前向き回路にフィードバックするようにしているの
で、他の圧力センサ等を設けることなくソフトウェアに
より負荷圧力信号を生成してこれを前向き回路にフィー
ドバックすることができ、共振周波数が概略値しか分か
らないサーボシステムにあっても安定性を確実に補償す
ることのできる低コストの安定性補償機構を提供するこ
とができる。
って、負荷変位検出手段とバルブ変位検出手段の双方か
らの変位検出信号に基づき、アクチュエータに作用する
負荷圧力を算出し、その算出結果に基づく負荷圧力信号
を前向き回路にフィードバックするようにしているの
で、他の圧力センサ等を設けることなくソフトウェアに
より負荷圧力信号を生成してこれを前向き回路にフィー
ドバックすることができ、共振周波数が概略値しか分か
らないサーボシステムにあっても安定性を確実に補償す
ることのできる低コストの安定性補償機構を提供するこ
とができる。
【図１】本発明に係る電油圧サーボシステム安定性補償
機構の一実施例のブロック図である。
機構の一実施例のブロック図である。
【図２】一実施例の負荷圧力算出手段のブロック図であ
る。
る。
【図３】一実施例のステップ応答特性を示すグラフであ
る。
る。
【図４】比較例のステップ応答特性を示すグラフであ
る。
る。
13 電油圧サーボ弁（コントロールバルブ） 14 油圧シリンダ（アクチュエータ） 15 負荷 20 負荷圧力算出／フィルタ要素（負荷圧力算出手
段） 33 非線形処理回路 Ｘv 油圧サーボ弁のスプールストローク（バルブ変
位）の検出信号 Ｘp 油圧シリンダのピストンの変位（負荷変位）の
検出信号 Ｑ 油圧サーボ弁の流量
段） 33 非線形処理回路 Ｘv 油圧サーボ弁のスプールストローク（バルブ変
位）の検出信号 Ｘp 油圧シリンダのピストンの変位（負荷変位）の
検出信号 Ｑ 油圧サーボ弁の流量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 16/00 - 16/20 G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04
Claims (1)
- 【請求項１】アクチュエータの負荷駆動部又は該負荷駆
動部に連結された負荷の変位を検出する負荷変位検出手
段と、アクチュエータに作動油を給排し負荷を駆動させ
るコントロールバルブとを有し、負荷変位検出手段の検
出信号を前向き回路にフィードバックしてそのフィード
バック信号とコマンド信号との偏差信号によりコントロ
ールバルブを作動させる電油圧サーボシステムに設けら
れる安定性補償機構であって、 前記コントロールバルブのバルブ変位を検出するバルブ
変位検出手段と、負荷 変位検出手段の負荷変位検出信号およびバルブ変位
検出手段のバルブ変位検出信号に基づいて前記負荷によ
り前記アクチュエータに作用する負荷圧力を算出し、そ
の算出結果に基づく負荷圧力信号を加算器を介して前向
き回路にフィードバックするとともに、前記バルブ変位
検出信号の所定の微少流量範囲内で該フィードバックす
る負荷圧力信号を制限する負荷圧力算出手段と、を備え
たことを特徴とする電油圧サーボシステム安定性補償機
構。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02418992A JP3244749B2 (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 電油圧サーボシステム安定性補償機構 |
| US08/012,912 US5409188A (en) | 1992-02-12 | 1993-02-03 | Stability compensating mechanism of electro-hydraulic servo system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02418992A JP3244749B2 (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 電油圧サーボシステム安定性補償機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05224755A JPH05224755A (ja) | 1993-09-03 |
| JP3244749B2 true JP3244749B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=12131383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02418992A Expired - Fee Related JP3244749B2 (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 電油圧サーボシステム安定性補償機構 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5409188A (ja) |
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