JP3490561B2 - Servo control system - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば機体剛性、
舵面剛性の低いなかで高応答が要求される航空機（例え
ば戦闘機）の舵面操作に適するサーボ制御システムに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a servo control system suitable for operating a control surface of an aircraft (for example, a fighter) that requires a high response while the control surface rigidity is low.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の航空機の舵面操作を制御するシス
テムとして、図７に示すようなものが知られている。2. Description of the Related Art A conventional system for controlling the control surface of an aircraft is shown in FIG.
【０００３】舵面４の舵角は機体５に取付けた油圧シリ
ンダ３により制御されるが、油圧シリンダ３には油圧源
１からの作動油がサーボ弁２を介して給排され、これに
より油圧シリンダ３が伸縮作動する。サーボ弁２、油圧
シリンダ３は２系統で構成され、いずれか一方が故障し
たとしても、舵面４の舵角制御を続行することが可能と
なっている。The rudder angle of the rudder face 4 is controlled by a hydraulic cylinder 3 attached to a body 5, and hydraulic oil from a hydraulic pressure source 1 is supplied to and discharged from the hydraulic cylinder 3 via a servo valve 2, whereby the hydraulic pressure is increased. The cylinder 3 expands and contracts. The servo valve 2 and the hydraulic cylinder 3 are composed of two systems, and it is possible to continue the control of the steering angle of the control surface 4 even if one of them fails.
【０００４】サーボ弁２を駆動するためのコントローラ
６に実装される制御系は、入力された目標信号ｒに油圧
シリンダ３のストロークｘp−ｘcを追従させるサーボ制
御系を構成し、コントローラ６からの制御電圧ｖmがモ
ータ駆動回路７に入力し、この出力である駆動電流によ
りサーボ弁２を作動させるスプール駆動モータ８を駆動
する。The control system mounted on the controller 6 for driving the servo valve 2 constitutes a servo control system which causes the stroke x p -x c of the hydraulic cylinder 3 to follow the input target signal r, and the controller 6 The control voltage v m from the input signal is input to the motor drive circuit 7, and the drive current that is the output drives the spool drive motor 8 that operates the servo valve 2.
【０００５】この場合、制御系を司るコントローラ６に
は目標信号ｒに加えて、ストローク検出器９を介して検
出された油圧シリンダ３のストロークｘp−ｘc、スプー
ル変位検出器１０を介して検出されたサーボ弁２のスプ
ール変位ｘs、さらにはモータ駆動回路７の出力を検出
する図示しない検出器からの検出電流ｉが入力し、目標
信号ｒと油圧シリンダ３のストロークｘp−ｘcが一致す
るようにフィードバック制御する、３重の制御ループが
構成される。In this case, in addition to the target signal r, the controller 6, which controls the control system, receives the stroke x p -x c of the hydraulic cylinder 3 detected by the stroke detector 9 and the spool displacement detector 10. The detected spool displacement x s of the servo valve 2 and the detection current i from a detector (not shown) that detects the output of the motor drive circuit 7 are input, and the target signal r and the stroke x p −x c of the hydraulic cylinder 3 are input. A triple control loop is configured to perform feedback control such that
【０００６】図８はこの制御系のブロック図であるが、
油圧シリンダストロークサーボ系３０は、モータ駆動回
路電流サーボ系３１と、サーボ弁スプール変位サーボ系
３２をマイナーループにもつ。そして、制御対象Ｐsvと
Ｐsysについて、ゲインＫsys，Ｋsvと位相進み補償器Ｈ
2，Ｈ3は、内側ループのサーボ系ほど高応答となるよう
に設定される。ノッチフィルタＨ1はシステムの固有振
動数にノッチ特性を合わせて設定され、固有振動数域で
のゲイン余裕を持たせ、制御の安定性を図っている。FIG. 8 is a block diagram of this control system.
The hydraulic cylinder stroke servo system 30 has a motor drive circuit current servo system 31 and a servo valve spool displacement servo system 32 in a minor loop. Then, for the controlled objects P sv and P sys , the gains K sys and K sv and the phase lead compensator H
2 and H 3 are set so that the servo system in the inner loop has a higher response. The notch filter H 1 is set by matching the notch characteristics with the natural frequency of the system, and has a gain margin in the natural frequency range to ensure control stability.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な制御系にあっては、内側にいくほど高応答の３重のル
ープが構成され、フィードバックにより変化した極のう
ち高応答の極ほど制御入力ｖmに表れ易いことから、図
９にも示すように、油圧シリンダストロークを変化させ
るときなど、ステップ応答時に制御入力が非常に大きな
ピークをもつという問題があった。However, in such a control system, a triple loop of high response is formed toward the inner side, and the higher response pole among the poles changed by feedback is the control input v. Since it is likely to appear in m , as shown in FIG. 9, there is a problem that the control input has a very large peak during step response such as when changing the hydraulic cylinder stroke.
【０００８】また、予めシステムの固有振動数に合わせ
たノッチフィルタにより、図１０に示すように、固有振
動数域でのゲインを下げ、制御の安定性を確保するよう
にしているが、このノッチフィルタでは非常に狭い周波
数帯域でしか共振などの抑制効果がないため、例えば油
圧シリンダの１系統に故障があり、システムの固有振動
数が変化したときなど、その固有振動数域でのゲイン余
裕がなくなり、制御が不安定になってしまう。なお、図
１１には油圧系の故障時のステップ応答例を示すが、シ
リンダストロークがステップ的に大きく変動している。Further, as shown in FIG. 10, the notch filter previously matched with the natural frequency of the system is used to reduce the gain in the natural frequency range to secure the control stability. Since the filter has the effect of suppressing resonance and the like only in a very narrow frequency band, for example, when one system of the hydraulic cylinder has a failure and the natural frequency of the system changes, the gain margin in that natural frequency range is increased. It will disappear and control will become unstable. Although FIG. 11 shows an example of step response when the hydraulic system fails, the cylinder stroke fluctuates greatly in steps.
【０００９】さらに、制御系は３重ループの最も内側に
高応答なモータ駆動回路電流サーボ系を構成している
が、ノイズを多く含むモータ駆動回路電流を検出してい
るため、それだけ制御システム全体の信頼性が相対的に
低下するという問題もある。Further, the control system constitutes a highly responsive motor drive circuit current servo system in the innermost part of the triple loop, but since the motor drive circuit current containing a lot of noise is detected, the whole control system is accordingly. There is also a problem that the reliability of the is relatively reduced.
【００１０】本発明はこのような問題に対して、ステッ
プ応答時に制御入力にピークがでないようにすると共
に、制御システムの固有振動数が変動しても制御が安定
し、かつ信頼性の高い航空機の舵面制御システムを提供
することを目的とする。In order to solve such a problem, the present invention prevents the control input from having a peak during step response, and the control is stable and highly reliable even if the natural frequency of the control system fluctuates. An object of the present invention is to provide a control surface control system.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、モータ駆動回
路を介して制御されるサーボ弁と、このサーボ弁により
制御される油圧に応動する油圧シリンダと、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モータ駆動回路
に制御入力を与えるコントローラとを備えたサーボ制御
システムにおいて、サーボ弁、油圧シリンダ、負荷を含
めてモデル化される制御対象と、この制御対象の状態量
をサーボ弁のスプール変位と油圧シリンダのストローク
変位に基づいて推定するオブザーバと、オブザーバによ
り推定した状態量をゼロとするように制御する状態フィ
ードバックによるサーボ系とを備える。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a servo valve controlled via a motor drive circuit, a hydraulic cylinder responsive to hydraulic pressure controlled by the servo valve, and a load operated by the hydraulic cylinder. In a servo control system including a controller that applies a control input to a motor drive circuit so as to eliminate a deviation between a hydraulic cylinder stroke displacement and a target signal, a controlled object modeled including a servo valve, a hydraulic cylinder, and a load An observer for estimating the state quantity of the controlled object based on the spool displacement of the servo valve and the stroke displacement of the hydraulic cylinder, and a servo system by state feedback for controlling the state quantity estimated by the observer to zero.
【００１２】第２の発明は、第１の発明において、前記
オブザーバは、サーボ弁スプール変位、油圧シリンダス
トローク変位に基づいて制御対象の状態量を推定する。In a second aspect based on the first aspect, the observer estimates the state quantity of the controlled object based on the servo valve spool displacement and the hydraulic cylinder stroke displacement.
【００１３】[0013]
【作用】第１の発明においては、制御対象の状態量をオ
ブザーバにより推定する状態フィードバックをマイナー
ループにして、油圧シリンダストロークを制御するサー
ボ系を構成したので、モータ駆動回路電流の動特性とサ
ーボ弁スプール変位の動特性を表す極がフィードバック
により変化せず、制御入力には比較的応答の低い油圧シ
リンダストロークの動特性のみが表れ、このためステッ
プ応答時に制御入力に大きなピークを生じなくなる。In the first aspect of the invention, since the servo feedback system for controlling the hydraulic cylinder stroke is constructed by using the state feedback for estimating the state quantity of the controlled object by the observer as a minor loop, the dynamic characteristic of the motor drive circuit current and the servo are controlled. The pole representing the dynamic characteristic of the valve spool displacement does not change due to the feedback, and only the dynamic characteristic of the hydraulic cylinder stroke, which has a relatively low response, appears in the control input, so that a large peak does not occur in the control input during the step response.
【００１４】また制御対象の状態量をオブザーバで推定
して状態フィードバックを行うので、システムの振動励
起に対して状態フィードバックが積極的に振動を抑制す
るので、コントローラゲインにノッチ特性がなく、油圧
系統の故障等により固有振動数が変動しても常に制御の
安定性が確保できる。Further, since the state quantity of the controlled object is estimated by the observer and the state feedback is performed, the state feedback positively suppresses the vibration in response to the vibration excitation of the system, so that the controller gain has no notch characteristic and the hydraulic system Even if the natural frequency fluctuates due to a failure or the like, the stability of control can always be secured.
【００１５】第２の発明では、制御対象の状態量を推定
するのに、サーボ弁スプール変位、油圧シリンダストロ
ーク変位を検出して状態フィードバックするので、油圧
系統に故障が生じたときに固有振動数が大きく変化して
も、制御系の安定を維持することができる。In the second aspect of the invention, in estimating the state quantity of the controlled object, the servo valve spool displacement and the hydraulic cylinder stroke displacement are detected and the state is fed back. Therefore, the natural frequency is generated when a failure occurs in the hydraulic system. It is possible to maintain the stability of the control system even if the value changes significantly.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の態様につい
て説明すると、基本的なシステムの構成については、図
７と同じであり、舵面４の舵角を操作する油圧シリンダ
３はサーボ弁２により制御され、サーボ弁２は油圧源１
からの作動油を油圧シリンダ３に給排することにより、
その作動を制御する。サーボ弁２と油圧シリンダ３とは
２系統で構成され、いずれか一方が故障しても制御を続
行することが可能となっている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described. The basic system configuration is the same as that shown in FIG. 7, and the hydraulic cylinder 3 for operating the rudder angle of the control surface 4 is a servo valve. 2, the servo valve 2 is controlled by the hydraulic source 1.
By supplying and discharging hydraulic oil from the hydraulic cylinder 3,
Control its operation. The servo valve 2 and the hydraulic cylinder 3 are composed of two systems, and the control can be continued even if one of them fails.
【００１７】このようなシステムの制御系は、図１に示
すように、サーボ弁２を含む制御対象Ｐ1と、油圧シリ
ンダ３を含む制御対象Ｐ2からなるモデル化した制御対
象に対し、これらの状態量をオブザーバ１４により推定
し、この推定値を用いた状態フィードバック１２と、こ
の状態フィードバック１２をマイナーループにもつ油圧
シリンダストロークサーボ系１３から構成される。The control system of such a system, as shown in FIG. 1, the control object P 1 comprising a servo valve 2, with respect to the modeled controlled object and a control target P 2 including a hydraulic cylinder 3, these Is estimated by the observer 14, and the state feedback 12 using this estimated value and the hydraulic cylinder stroke servo system 13 having this state feedback 12 in a minor loop are configured.
【００１８】状態フィードバック１２は、サーボ弁２、
油圧シリンダ３、舵面４等を含む制御対象をモデル化
し、オブザーバ１４はこの制御対象のシステム全体の動
特性を表す後述するモデル式（１）を内部にもち、油圧
シリンダ３のシリンダストロークｘp−ｘcとサーボ弁ス
プール変位ｘsからシステムの状態量ｘを推定し、コン
トローラＣ1を介してシステムの状態量ｘが速やかにゼ
ロとなるように作用する。The state feedback 12 is the servo valve 2,
A control target including the hydraulic cylinder 3, the control surface 4, etc. is modeled, and the observer 14 has a model equation (1) described later that represents the dynamic characteristics of the entire system of this control target, and the cylinder stroke x p of the hydraulic cylinder 3 The state quantity x of the system is estimated from −x c and the servo valve spool displacement x s, and acts so that the state quantity x of the system quickly becomes zero via the controller C 1 .
【００１９】また油圧シリンダストロークサーボ系１３
は、この状態フィードバック１２をマイナーループにし
て、コントローラＣ2により、目標信号ｒに油圧シリン
ダストロークｘp−ｘcが一致するようにフィードバック
制御する。The hydraulic cylinder stroke servo system 13
Makes the state feedback 12 a minor loop and performs feedback control by the controller C 2 so that the hydraulic cylinder stroke x p −x c matches the target signal r.
【００２０】図２に詳細な制御系のブロック図を示す
が、制御対象をモデル化するにあたり、サーボ弁２、油
圧シリンダ３、舵面４、機体５の動特性をまとめて以下
のような微分方程式で表現する。A detailed block diagram of the control system is shown in FIG. 2. In modeling the controlled object, the dynamic characteristics of the servo valve 2, the hydraulic cylinder 3, the control surface 4, and the machine body 5 are summarized as follows. Express with an equation.
【００２１】[0021]
【数１】 [Equation 1]
【００２２】ただし、Ａ，Ｂ，Ｂv，Ｃ，Ｃzは、サーボ
弁２、油圧シリンダ３、機体５、舵面４の緒元に基づい
て定まる定数行列であり、このうち、状態量ｘ、制御入
力ｕ、検出信号ｙ、制御量ｚ、システム外乱ｖ、検出ノ
イズｗは、次の式（２）〜（７）に示すようにして求め
られる。However, A, B, B v , C and C z are constant matrices determined based on the specifications of the servo valve 2, the hydraulic cylinder 3, the machine body 5 and the control surface 4, of which the state quantity x , Control input u, detection signal y, control amount z, system disturbance v, and detection noise w are obtained as shown in the following equations (2) to (7).
【００２３】[0023]
【数２】 [Equation 2]
【００２４】図２の制御系には、これらをあてはめて記
載してあり、［Ｋ1 Ｋ2］はフィードバックゲイン行
列、Ｌはオブザーバゲイン行列であり、これらについて
はＬＱＧ制御理論に基づいて求められる。なお、このＬ
ＱＧ制御理論に関しては、既に周知であり、例えば小郷
寛，美多勉共著「システム制御理論入門」実教出版株式
会社１５６〜１７７頁などに詳しく説明されている。The control system of FIG. 2 is described by applying these, [K 1 K 2 ] is a feedback gain matrix, L is an observer gain matrix, and these are obtained based on the LQG control theory. . In addition, this L
The QG control theory is already well known, and is described in detail, for example, in "Introduction to System Control Theory" written by Hiroshi Kogo and Tsutomu Mita, Practical Publishing Co., Ltd., pages 156 to 177.
【００２５】フィードバックゲイン［Ｋ1 Ｋ2］は、制
御量ｚと目標信号ｒとの偏差ｅと、制御入力ｕを用いた
以下に記載した式（８）を最小とするときの式（９）で
求められる。The feedback gain [K 1 K 2 ] is the equation (9) when the equation (8) described below using the deviation e between the control amount z and the target signal r and the control input u is minimized. Required by.
【００２６】[0026]
【数３】 [Equation 3]
【００２７】ただし、この式（９）におけるＰkは、次
に示す式（１０）の行列方程式の解である。However, P k in this equation (9) is a solution of the matrix equation of the following equation (10).
【００２８】[0028]
【数４】 [Equation 4]
【００２９】このようにして、状態量ｘを式（１）のよ
うに定義し、制御対象をモデル化し、この入出力特性の
変化から状態量をオブザーバ１４により推定し、状態フ
ィードバックしているが、本発明の特徴的な点は、モー
タ駆動回路電流ｉとサーボ弁スプール変位ｘsをひとつ
の状態量と見なして、ＬＱＧ制御理論を適用し、システ
ム全体で最適性を保証していることにある。つまり、オ
ブザーバ１４にはサーボ弁スプール変位ｘsと油圧シリ
ンダストロークｘp−ｘcとを入力し、これらに基づいて
状態量を推定し、この推定された状態量に基づいて状態
フィードバックをしていることにより、モータ駆動回路
電流とサーボ弁スプール変位の動特性がフィードバック
により変化せず、制御入力ｕにこれらの動特性が表れに
くくなるのである。In this way, the state quantity x is defined as in equation (1), the controlled object is modeled, the state quantity is estimated by the observer 14 from the change in the input / output characteristics, and the state feedback is performed. The characteristic point of the present invention is that the motor drive circuit current i and the servo valve spool displacement x s are regarded as one state quantity, and the LQG control theory is applied to guarantee the optimality in the entire system. is there. That is, the servo valve spool displacement x s and the hydraulic cylinder stroke x p −x c are input to the observer 14, the state quantity is estimated based on these, and the state feedback is performed based on the estimated state quantity. As a result, the dynamic characteristics of the motor drive circuit current and the servo valve spool displacement do not change due to feedback, and these dynamic characteristics are less likely to appear in the control input u.
【００３０】以上の制御により次のような作用を生じ
る。The above-described control produces the following operation.
【００３１】図２において、油圧シリンダストロークサ
ーボ系１３は、状態フィードバック１２をマイナールー
プにもち、目標信号ｒにシリンダストロークｘp−ｘcを
追従させるように、その偏差ｅを解消する制御入力ｕを
出力する。In FIG. 2, the hydraulic cylinder stroke servo system 13 has a state feedback 12 in a minor loop, and a control input u for eliminating the deviation e so that the cylinder stroke x p -x c follows the target signal r. Is output.
【００３２】他方、状態フィードバック１２はオブザー
バ１４が演算する状態量ｘの推定値を用いて状態量を速
やかにゼロに収束させるように作用するのであるが、こ
の場合オブザーバ１４はシステム全体の動特性を表すモ
デル式として前記した式（１）を内部にもち、油圧シリ
ンダ３のシリンダストロークｘp−ｘcとサーボ弁２のス
プール変位ｘｓからシステムの状態量ｘを推定し、この
推定した状態量を速やかにゼロに収束させる。On the other hand, the state feedback 12 acts to quickly converge the state quantity to zero by using the estimated value of the state quantity x calculated by the observer 14. In this case, the observer 14 has the dynamic characteristics of the entire system. inside has a formula (1) described above as a model expression representing the estimates cylinder stroke x p -x c and the servo valve 2 spool displacement xs from the system state quantity x of the hydraulic cylinder 3, a state amount this that estimated Quickly converges to zero.
【００３３】油圧シリンダストロークサーボ系１３は、
前述した式（８）で規定する評価式を最小化するフィー
ドバックゲイン行列［Ｋ1 Ｋ2］の設定により、希望す
る応答性能を最小の制御入力ｕにより実現する。The hydraulic cylinder stroke servo system 13 is
By setting the feedback gain matrix [K 1 K 2 ] that minimizes the evaluation formula defined by the above-mentioned formula (8), desired response performance is realized by the minimum control input u.
【００３４】このことを複素平面上の極で考えると、フ
ィードバック制御とは制御入力を制御対象に加えること
により希望の応答が得られるように極を変化させること
であるが、一般的に制御入力は、もともと制御対象がも
つ極に対して極の変化が大きいほど、また変化する極の
数が多いほど大きな値になる傾向がある。したがって式
（８）として示す評価式において、希望の応答性能が必
要最小限の制御入力で実現されているとき、油圧シリン
ダストロークの動特性を表す極を除いて、モータ駆動回
路電流とサーボ弁スプール変位の動特性を表す極はフィ
ードバックによりほとんど変化しない。Considering this with the poles on the complex plane, the feedback control is to change the poles so that a desired response can be obtained by adding the control input to the controlled object. Tends to have a large value as the number of poles changes with respect to the pole originally possessed by the controlled object and as the number of changing poles increases. Therefore, in the evaluation formula shown as the formula (8), when the desired response performance is realized with the minimum required control input, the motor drive circuit current and the servo valve spool are excluded, except for the pole representing the dynamic characteristic of the hydraulic cylinder stroke. The pole, which represents the dynamic characteristics of displacement, hardly changes due to feedback.
【００３５】制御入力にはフィードバックにより変化し
た極の応答が表れやすい反面、フィードバックにより変
化しない極の応答はほとんど表れないため、制御入力に
は比較的応答の低い油圧シリンダストロークの動特性を
表す極の応答しか表れず、したがってステップ応答時に
も制御入力にピークが出にくくなるのである。While the response of the pole changed by the feedback is apt to appear in the control input, the response of the pole not changed by the feedback hardly appears. Therefore, the pole showing the dynamic characteristic of the hydraulic cylinder stroke having a relatively low response is shown in the control input. Therefore, the peak does not easily appear in the control input even during the step response.
【００３６】この点、従来の制御系では、モータ駆動回
路電流とサーボ弁スプール変位の動特性を表す極は、フ
ィードバックにより高応答となるように変化しているの
で、制御入力にこれら応答性の高い極の影響が表れやす
く、このためステップ応答時にピークが発生していたの
である。In this respect, in the conventional control system, the poles representing the dynamic characteristics of the motor drive circuit current and the servo valve spool displacement are changed by feedback so as to have a high response. The effect of high poles was likely to appear, and as a result, a peak was generated during the step response.
【００３７】なお、オブザーバ１４は式（１１）で示す
評価式を最小化するオブザーバゲイン行列Ｌの設定によ
り、システム外乱と検出ノイズの元でも、推定誤差が最
小となるように状態量ｘを推定することができる。The observer 14 estimates the state quantity x so that the estimation error is minimized even under the system disturbance and the detection noise by setting the observer gain matrix L that minimizes the evaluation formula (11). can do.
【００３８】このように、状態フィードバック１２をマ
イナーループにして油圧シリンダストロークサーボ系１
３を構成したので、モータ駆動回路電流の動特性とサー
ボ弁スプール変位の動特性を表す極がフィードバックに
より変化せず、ステップ応答時にも制御入力ｕにこれら
高応答の極が表れず、図３にも示すように、制御入力に
大きなピークを生じなくなる。As described above, the state feedback 12 is used as a minor loop to control the hydraulic cylinder stroke servo system 1.
3, the poles representing the dynamic characteristics of the motor drive circuit current and the dynamic characteristics of the servo valve spool displacement do not change due to feedback, and these high response poles do not appear in the control input u even during the step response. As also shown, a large peak does not occur in the control input.
【００３９】また、制御対象の状態量をオブザーバ１４
で推定して状態フィードバックを行うので、システムの
固有振動が励起されると状態フィードバックが積極的に
固有振動を抑制するので、図４にも示すように、コント
ローラゲインにノッチフィルタを用いたときのようなノ
ッチ特性がないため、油圧系統の故障等により固有振動
数が変動しても安定性が確保できる。Further, the state quantity of the controlled object is displayed by the observer 14
Since the state feedback is performed by estimating with, the state feedback positively suppresses the natural vibration when the natural vibration of the system is excited. Therefore, as shown in FIG. 4, when the notch filter is used for the controller gain, Since there is no such notch characteristic, stability can be secured even if the natural frequency fluctuates due to a hydraulic system failure or the like.
【００４０】なお図５に、油圧系統の１系統が故障し、
制御対象の固有振動数が変化したときなどのシリンダス
トロークのステップ応答特性を示すが、従来例のように
大きく変動することがない。In addition, in FIG. 5, one hydraulic system fails,
The step response characteristic of the cylinder stroke when the natural frequency of the controlled object changes is shown, but it does not fluctuate significantly as in the conventional example.
【００４１】さらにオブザーバ１４により、モータ駆動
回路電流を推定するので、モータ駆動回路の電流を検出
する必要がなく、かつノイズの多いこの電流に基づいて
のフィードバック制御も行わないため、システムの信頼
性がそれだけ向上する。Furthermore, since the observer 14 estimates the motor drive circuit current, it is not necessary to detect the current of the motor drive circuit, and the feedback control based on this noisy current is not performed. Will improve that much.
【００４２】次に、本発明の他の実施の態様について、
図６によって説明すると、これは制御対象の検出信号ｙ
について、前記した（３）式を、以下のように変更し
た。Next, regarding another embodiment of the present invention,
Explaining with reference to FIG. 6, this is the detection signal y of the controlled object.
The above-mentioned equation (3) was changed as follows.
【００４３】ｙ＝［ｘp−ｘc ｘs ｐ］T （３）’
これにより、オブザーバ１４への入力として、シリンダ
ストロークｘp−ｘc、サーボ弁スプール変位ｘsに加え
て、油圧シリンダ３の差圧ｐを検出するようにしたもの
である。油圧シリンダ３の左右の油室の差圧ｐは、油圧
系統が故障したときなど、固有振動数の変化に大きく関
与するので、予め検出信号ｙに差圧ｐを加えることによ
り、固有振動数がさらに大きく変化したときでも、制御
系の安定を維持できる。Y = [x p −x c x sp p] T (3) ′ As a result, as an input to the observer 14, in addition to the cylinder stroke x p −x c and the servo valve spool displacement x s , the hydraulic cylinder The differential pressure p of 3 is detected. Since the differential pressure p between the left and right oil chambers of the hydraulic cylinder 3 has a great influence on the change in the natural frequency when the hydraulic system fails, the natural frequency can be changed by adding the differential pressure p to the detection signal y in advance. The stability of the control system can be maintained even when there is a large change.
【００４４】[0044]
【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、状態
フィードバックをマイナーループにして油圧シリンダス
トロークサーボ系を構成したので、モータ駆動回路電流
の動特性とサーボ弁スプール変位の動特性を表す極がフ
ィードバックにより変化せず、制御入力には比較的応答
の低い油圧シリンダストロークの動特性のみが表れ、こ
のためステップ応答時に制御入力に大きなピークを生じ
なくなり、また制御対象の状態量をオブザーバで推定し
て状態フィードバックを行うので、システムの共振に対
して状態フィードバックが積極的に振動を抑制するの
で、コントローラゲインにノッチ特性がなく、油圧系統
の故障等により固有振動数が変動しても制御の安定性が
確保できる一方、ノイズの多いモータ駆動回路電流を検
出しての制御を行わないので、システムの信頼性もそれ
だけ向上する。As described above, according to the first aspect of the invention, since the hydraulic cylinder stroke servo system is configured by using the state feedback as a minor loop, the dynamic characteristics of the motor drive circuit current and the dynamic characteristics of the servo valve spool displacement are determined. The poles shown do not change due to feedback, and the control input shows only the dynamic characteristics of the hydraulic cylinder stroke, which has a relatively low response.Therefore, a large peak does not occur in the control input during step response, and the state quantity of the control target is observed Since the state feedback is performed by estimating with, the state feedback positively suppresses the vibration with respect to the system resonance.Therefore, there is no notch characteristic in the controller gain, and even if the natural frequency fluctuates due to a failure of the hydraulic system, Control stability can be ensured, but control is performed by detecting noisy motor drive circuit current. In prayer, also much it improved reliability of the system.
【００４５】第２の発明では、制御対象の状態量を推定
するのに、サーボ弁スプール変位、油圧シリンダストロ
ーク変位を検出するので、油圧系統に故障が生じたとき
に固有振動数が大きく変化しても、制御系の安定を維持
することが可能となる。In the second aspect of the invention, the servo valve spool displacement and the hydraulic cylinder stroke displacement are detected in order to estimate the state quantity of the controlled object. Therefore, when a failure occurs in the hydraulic system, the natural frequency greatly changes. However, it is possible to maintain the stability of the control system.
【図１】本発明の実施の態様を示す概略ブロック図であ
る。FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】同じく制御系のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a control system of the same.
【図３】同じく制御入力とシリンダストロークの関係を
示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram similarly showing a relationship between a control input and a cylinder stroke.
【図４】同じくコントローラゲインの特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of controller gain.
【図５】同じく油圧系統故障時のシリンダストロークを
示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a cylinder stroke when the hydraulic system fails.
【図６】他の実施の態様を示す制御系のブロック図であ
る。FIG. 6 is a block diagram of a control system showing another embodiment.
【図７】従来の制御システムの構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional control system.
【図８】従来の制御系のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a conventional control system.
【図９】同じく制御入力とシリンダストロークの関係を
示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between control input and cylinder stroke.
【図１０】同じくコントローラゲインの特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram of the controller gain.
【図１１】同じく油圧系統故障時のシリンダストローク
を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a cylinder stroke when the hydraulic system fails.
２ サーボ弁 ３ 油圧シリンダ ４ 舵面 ９ 油圧シリンダストローク検出器 １０ サーボ弁スプール変位検出器 １２ 状態フィードバックサーボ系 １３ 油圧シリンダストロークサーボ系 １４ オブザーバ 2 servo valve 3 hydraulic cylinder 4 control surfaces 9 Hydraulic cylinder stroke detector 10 Servo valve spool displacement detector 12 Status feedback servo system 13 Hydraulic cylinder stroke servo system 14 Observer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−149601（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231001（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−301948（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−89961（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138906（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 13/02 B64C 13/40 F15B 9/09 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A 61-149601 (JP, A) JP-A 63-231001 (JP, A) JP-A 6-301948 (JP, A) JP-A 61- 89961 (JP, A) JP-A-6-138906 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G05B 13/02 B64C 13/40 F15B 9/09
Claims (2)
弁と、 このサーボ弁により制御される油圧に応動する油圧シリ
ンダと、 油圧シリンダにより操作される負荷と、 前記油圧シリンダストローク変位と目標信号との偏差を
解消するようにモータ駆動回路に制御入力を与えるコン
トローラとを備えたサーボ制御システムにおいて、 サーボ弁、油圧シリンダ、負荷を含めてモデル化される
制御対象と、 この制御対象の状態量をサーボ弁のスプール変位と油圧
シリンダのストローク変位に基づいて推定するオブザー
バと、 オブザーバにより推定した状態量をゼロとするように制
御する状態フィードバックを用いたサーボ系とを備えた
ことを特徴とするサーボ制御システム。1. A servo valve controlled via a motor drive circuit, a hydraulic cylinder responding to a hydraulic pressure controlled by the servo valve, a load operated by the hydraulic cylinder, the hydraulic cylinder stroke displacement and a target signal. In a servo control system equipped with a controller that gives a control input to the motor drive circuit so as to eliminate the deviation between the control target modeled including the servo valve, hydraulic cylinder, and load, and the state quantity of this control target. Is equipped with an observer that estimates the displacement based on the spool displacement of the servo valve and the stroke displacement of the hydraulic cylinder, and a servo system that uses state feedback to control the state quantity estimated by the observer to zero. Servo control system.
位、油圧シリンダストローク変位に基づいて制御対象の
状態量を推定する請求項１に記載のサーボ制御システ
ム。2. The servo control system according to claim 1, wherein the observer estimates the state quantity of the controlled object based on the servo valve spool displacement and the hydraulic cylinder stroke displacement.
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- 1995-11-27 JP JP30773895A patent/JP3490561B2/en not_active Expired - Fee Related
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