JP5953261B2 - 電空レギュレータ - Google Patents

Description

本発明は、電空レギュレータに関する。

特許文献１に記載される電空レギュレータでは、供給ポートに所定の圧力を有する圧縮エアが供給されると、入力信号をもとに給気側電磁弁と排気側電磁弁とが開閉制御され、給気側電磁弁を通じてブースタに供給される圧縮エアの流量と、排気側電磁弁を通じて排出ポートから大気に排出される圧縮エアの流量とが調整される。これによりブースタのパイロット室の圧力が制御され、このパイロット圧に応じた制御圧力を有する圧縮エアを出力ポートから出力するようにしている。また、この電空レギュレータでは、制御圧力が圧力センサによって検出され、該圧力センサの検出圧に応じたフィードバック信号と入力信号との偏差を小さくして、同センサの検出圧が入力信号に応じた目標値となるように各電磁弁を開閉するパルス幅をフィードバック制御している。

特開平９−１０１８２６号公報

しかしながら、各電磁弁は、例えば、経年変化に伴ってバルブ性能が低下する。すると、圧力センサの検出圧が入力信号に応じた目標値となるように各電磁弁を開閉するパルス幅をフィードバック制御しても、圧力センサの検出圧と入力信号に応じた目標値とにずれが生じてしまい、入力信号に応じた目標値に対してずれた制御圧力を有する圧縮エアが、出力ポートから出力されてしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、給気側電磁弁及び排気側電磁弁においてバルブ性能の低下が生じても、出力ポートから出力される流体の制御圧力を、入力信号に応じた目標値に近づけることができる電空レギュレータを提供することにある。

上記課題を解決する電空レギュレータは、供給ポートから供給される所定圧力の流体を導入する給気側電磁弁と、前記給気側電磁弁を介して導入される前記流体を排出ポートから排出する排気側電磁弁と、前記給気側電磁弁と前記排気側電磁弁との開閉に基づき出力ポートから出力される流体の制御圧力を検出する圧力センサと、入力信号と前記圧力センサの検出圧に応じたフィードバック信号とに基づき、前記圧力センサの検出圧が前記入力信号に応じた目標値となるように前記給気側電磁弁と前記排気側電磁弁との開閉を制御する制御部と、を有する電空レギュレータであって、前記制御部は、前記入力信号と前記フィードバック信号とに基づき、前記圧力センサの検出圧を利用して前記目標値を変更する変更信号を生成する変更信号生成部と、前記変更信号と前記フィードバック信号とに基づき、前記給気側電磁弁と前記排気側電磁弁との開閉を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、を有する。

上記電空レギュレータにおいて、前記変更信号生成部は、前記圧力センサの検出圧と前記目標値とのずれに基づき前記変更信号を生成することが好ましい。

この発明によれば、給気側電磁弁及び排気側電磁弁においてバルブ性能の低下が生じても、出力ポートから出力される流体の制御圧力を、入力信号に応じた目標値に近づけることができる。

第１の実施形態における電空レギュレータの電気的構成を示す模式図。 第２の実施形態における電空レギュレータの電気的構成を示す模式図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、この電空レギュレータの本体内には、基板に実装される制御部としての制御回路１０と、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２と、ダイアフラム作動式の三方切換弁からなるブースタ１３とが収容されている。また、電空レギュレータの本体内には、基板に実装される圧力センサ１５が収容されている。

さらに、この電空レギュレータには、流体（本実施形態では、圧縮エア）が供給される供給ポート１６と、大気に開放される排出ポート１７と、外部の負荷としての空圧機器１９と接続される出力ポート１８とが形成されている。

給気側電磁弁１１には、供給ポート１６を通じて流体が導入され、給気側電磁弁１１が開弁するとブースタ１３のパイロット室に流体が導入される。さらに、排気側電磁弁１２が開弁するとブースタ１３のパイロット室の流体が排出ポート１７を通じて大気に排出される。

また、ブースタ１３では、供給ポート１６を通じて流体がフィードバック室に導入され、パイロット室の室圧に応じた制御圧力を有する流体が出力ポート１８を通じて外部の空圧機器１９に出力される。この出力ポート１８には、圧力センサ１５が設けられており、圧力センサ１５により制御圧力が検出される。

また、この電空レギュレータには、入力信号及び制御回路１０、給気側電磁弁１１、排気側電磁弁１２、圧力センサ１５を作動させるための電源電圧が外部から入力される。入力信号は、制御圧力の目標値を指令するためのもので、制御回路１０は入力信号を基に各電磁弁１１，１２を開閉制御する。

制御回路１０は、演算器２０，２２，フィードバック回路３０、ＰＩＤ回路３１、ＰＷＭ回路３２及び比較回路３３，３４を備えて構成されている。
圧力センサ１５は、フィードバック回路３０に信号接続されている。フィードバック回路３０は、圧力センサ１５の検出圧に応じたフィードバック信号を生成する。フィードバック回路３０は、演算器２０に信号接続されている。演算器２０は、ＰＩＤ制御を行うＰＩＤ回路３１に信号接続されるとともに、圧力センサ１５の検出圧と入力信号に応じた目標値とのずれに基づき演算された偏差信号をＰＩＤ回路３１に出力する。

ＰＩＤ回路３１は、演算器２０に信号接続される比例回路３１ａ、積分回路３１ｂ及び微分回路３１ｃと、比例回路３１ａ、積分回路３１ｂ及び微分回路３１ｃに信号接続される演算器２１とを有する。比例回路３１ａは、演算器２０から出力された偏差信号に基づいて比例信号を生成する。積分回路３１ｂは、演算器２０から出力された偏差信号に基づいて積分信号を生成する。微分回路３１ｃは、演算器２０から出力された偏差信号に基づいて微分信号を生成する。演算器２１は、比例信号、積分信号及び微分信号に基づき、入力信号に応じた目標値を変更（補正）する変更信号を生成する。

よって、本実施形態では、演算器２０及びＰＩＤ回路３１によって、圧力センサ１５の検出圧を利用して入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成する変更信号生成部４０が構成されている。

ＰＩＤ回路３１の演算器２１は、演算器２２に信号接続されている。また、演算器２２はフィードバック回路３０及びＰＷＭ回路３２に信号接続されている。そして、演算器２２は、変更信号とフィードバック信号とに基づいて演算された偏差信号をＰＷＭ回路３２に出力する。

ＰＷＭ回路３２は、図示しない三角波回路、バイアス回路及び反転回路等を備えて構成されている。そして、ＰＷＭ回路３２は、演算器２２から出力された偏差信号に基づいて、ＰＷＭ信号Ａ１及びＰＷＭ信号Ａ２を生成する。ＰＷＭ回路３２は、比較回路３３，３４に信号接続されている。比較回路３３にはＰＷＭ信号Ａ１がＰＷＭ回路３２から出力される。比較回路３４にはＰＷＭ信号Ａ２がＰＷＭ回路３２から出力される。

比較回路３３，３４は、各ＰＷＭ信号Ａ１，Ａ２と基準信号となる閾値とを比較することにより、パルス幅ｔ、パルス周期Ｔのデューティー比ｔ／Ｔを有する制御信号としてのパルス信号Ｐ１，Ｐ２を生成して各電磁弁１１，１２に出力する。そして、制御回路１０は、このように比較回路３３，３４から出力されるパルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス幅ｔを変更させることで、各電磁弁１１，１２をオン（開弁）／オフ（閉弁）させる周期を変更させるようにしている。すなわち、各電磁弁１１，１２の開閉動作頻度を変化させることにより制御圧力を調整するようになっている。

よって、本実施形態では、演算器２２、ＰＷＭ回路３２及び比較回路３３，３４によって、変更信号とフィードバック信号とに基づき、給気側電磁弁１１と排気側電磁弁１２との開閉を制御する制御信号を生成する制御信号生成部５０が構成されている。すなわち、本実施形態では、制御回路１０は、変更信号生成部４０及び制御信号生成部５０を有する。

この電空レギュレータは、所定の条件で所定の流量の流体が給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２でバランスよく流れるようにする初期設定が工場からの出荷前に行われるようになっている。所定の条件として、所定の供給圧力、所定のデューティー比ｔ／Ｔの条件で流量の調整が行われる。

次に、第１の実施形態の作用について説明する。
制御回路１０において、フィードバック回路３０は、圧力センサ１５の検出圧に応じたフィードバック信号を生成するとともに、演算器２０は、フィードバック回路３０により生成されたフィードバック信号と入力信号に応じた目標値とのずれに基づき演算された偏差信号をＰＩＤ回路３１に出力する。ＰＩＤ回路３１の比例回路３１ａ、積分回路３１ｂ及び微分回路３１ｃは、演算器２０から出力された偏差信号に基づいて比例信号、積分信号、及び微分信号をそれぞれ生成する。そして、演算器２１は、比例信号、積分信号及び微分信号に基づき、入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成する。

ここで、例えば、圧力センサ１５の検出圧が、入力信号に応じた目標値（例えば０．５０ＭＰａ）を下回る値（例えば０．４５ＭＰａ）であった場合、演算器２１においては、圧力センサ１５の検出圧と入力信号に応じた目標値とのずれに基づき、入力信号に応じた目標値が増大した値（例えば０．５５ＭＰａ）になるように、目標値を変更する変更信号が生成される。なお、変更信号は、圧力センサ１５の検出圧と入力信号に応じた目標値とのずれに基づき演算された偏差信号に関連付けられている。そして、圧力センサ１５の検出圧と入力信号に応じた目標値とのずれ度合に基づいた目標値からの変更度合が予め決められている。

そして、演算器２２は、当該変更信号とフィードバック信号とに基づいて演算された偏差信号をＰＷＭ回路３２に出力するとともに、ＰＷＭ回路３２は、演算器２２から出力された偏差信号に基づいて、ＰＷＭ信号Ａ１及びＰＷＭ信号Ａ２を生成する。さらに、比較回路３３，３４にＰＷＭ信号Ａ１，Ａ２がＰＷＭ回路３２から出力されるとともに、比較回路３３，３４によりパルス信号Ｐ１，Ｐ２が生成され、パルス信号Ｐ１，Ｐ２が各電磁弁１１，１２に出力される。そして、制御回路１０は、パルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス幅ｔを変更させることで、圧力センサ１５の検出圧が、変更された目標値（例えば０．５５ＭＰａ）となるように、各電磁弁１１，１２の開閉動作頻度を変化させる。

このとき、例えば、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２が、経年変化に伴ってバルブ性能が低下していると、実際に圧力センサ１５により検出される検出圧は、変更された目標値を下回る値となる。すなわち、圧力センサ１５の検出圧は入力信号に応じた目標値に近づいた値となる。その結果、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２において、経年変化に伴うバルブ性能の低下が生じても、出力ポート１８から出力される流体の制御圧力が、入力信号に応じた目標値に近づき、入力信号に応じた目標値に対してずれた制御圧力を有する圧縮エアが、出力ポート１８から出力されてしまうことが抑制される。

第１の実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）制御回路１０は、圧力センサ１５の検出圧を利用して入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成する変更信号生成部４０と、変更信号とフィードバック信号とに基づき、給気側電磁弁１１と排気側電磁弁１２との開閉を制御するパルス信号Ｐ１，Ｐ２を生成する制御信号生成部５０とを有する。例えば、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２において、経年変化に伴ってバルブ性能が低下して、圧力センサ１５の検出圧と入力信号に応じた目標値とにずれが生じた場合、変更信号生成部４０は、圧力センサ１５の検出圧を利用して目標値を変更する変更信号を生成する。そして、制御信号生成部５０は、変更信号とフィードバック信号とに基づき、給気側電磁弁１１と排気側電磁弁１２との開閉を制御するパルス信号Ｐ１，Ｐ２を生成する。そして、制御回路１０は、制御信号生成部５０により生成されたパルス信号Ｐ１，Ｐ２を利用して給気側電磁弁１１と排気側電磁弁１２との開閉を制御する。このとき、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２は、経年変化に伴ってバルブ性能が低下しているため、実際に圧力センサ１５により検出される検出圧は、制御信号生成部５０により生成されたパルス信号Ｐ１，Ｐ２に応じた値から入力信号に応じた目標値に近づいた値となる。その結果、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２においてバルブ性能の低下が生じても、出力ポート１８から出力される流体の制御圧力を、入力信号に応じた目標値に近づけることができる。

（２）変更信号生成部４０は、圧力センサ１５の検出圧と入力信号に応じた目標値とのずれに基づき変更信号を生成する。これによれば、変更信号を精度良く生成することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図２にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

図２に示すように、圧力センサ１５は、フィードバック回路３０Ａに信号接続されている。フィードバック回路３０Ａは、圧力センサ１５の検出圧に応じたフィードバック信号を生成する。さらに、フィードバック回路３０Ａは、演算器２２に信号接続されている。

また、制御回路１０は、空圧機器１９の荷重を検出するロードセル等の荷重センサ１９ａの検出値に応じたフィードバック信号を生成するフィードバック回路３０Ｂを有する。フィードバック回路３０Ｂは、演算器２０に信号接続されている。演算器２０は、荷重センサ１９ａの検出値と入力信号に応じた目標値とに基づき演算された偏差信号をＰＩＤ回路３１に出力する。

次に、第２の実施形態の作用について説明する。
制御回路１０において、フィードバック回路３０Ｂは、荷重センサ１９ａの検出値に応じたフィードバック信号を生成するとともに、演算器２０は、フィードバック回路３０Ｂにより生成されたフィードバック信号と入力信号に応じた目標値とに基づき演算された偏差信号をＰＩＤ回路３１に出力する。ＰＩＤ回路３１の比例回路３１ａ、積分回路３１ｂ及び微分回路３１ｃは、演算器２０から出力された偏差信号に基づいて比例信号、積分信号、及び微分信号をそれぞれ生成する。そして、演算器２１は、比例信号、積分信号及び微分信号に基づき、入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成する。

ここで、例えば、荷重センサ１９ａの検出値が、所望値（例えば５０Ｎ）を下回る値（例えば２５Ｎ）であった場合、演算器２１においては、荷重センサ１９ａの検出値と入力信号に応じた目標値（例えば０．５０ＭＰａ）とに基づき、入力信号に応じた目標値が増大した値（例えば０．５５ＭＰａ）になるように、目標値を変更する変更信号が生成される。なお、変更信号は、荷重センサ１９ａの検出値と入力信号に応じた目標値とに基づき演算された偏差信号に関連付けられている。そして、荷重センサ１９ａの検出値と入力信号に応じた目標値とに基づいた目標値からの変更度合が予め決められている。

そして、演算器２２は、当該変更信号と、フィードバック回路３０Ａにより生成されたフィードバック信号とに基づいて演算された偏差信号をＰＷＭ回路３２に出力するとともに、ＰＷＭ回路３２は、演算器２２から出力された偏差信号に基づいて、ＰＷＭ信号Ａ１及びＰＷＭ信号Ａ２を生成する。さらに、比較回路３３，３４にＰＷＭ信号Ａ１，Ａ２がＰＷＭ回路３２から出力されるとともに、比較回路３３，３４によりパルス信号Ｐ１，Ｐ２が生成され、パルス信号Ｐ１，Ｐ２が各電磁弁１１，１２に出力される。そして、制御回路１０は、パルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス幅ｔを変更させることで、圧力センサ１５の検出圧が、変更された目標値となるように、各電磁弁１１，１２の開閉動作頻度を変化させる。

このとき、例えば、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２が、経年変化に伴ってバルブ性能が低下していると、実際に圧力センサ１５により検出される検出圧は、変更された目標値を下回る値となる。すなわち、圧力センサ１５の検出圧は入力信号に応じた目標値に近づいた値となる。その結果、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２において、経年変化に伴うバルブ性能の低下が生じても、出力ポート１８から出力される流体の制御圧力が、入力信号に応じた目標値に近づき、入力信号に応じた目標値に対してずれた制御圧力を有する圧縮エアが、出力ポート１８から出力されてしまうことが抑制される。

また、例えば、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２のバルブ性能が低下しておらず、正常に動作している場合、実際に圧力センサ１５により検出される検出圧は、変更された目標値（例えば０．５５ＭＰａ）となる。その結果、出力ポート１８から出力される流体の制御圧力が、変更された目標値となる。このため、空圧機器１９において動作不良が生じていても、荷重センサ１９ａの検出値が所望値（例えば５０Ｎ）に近づき、空圧機器１９において所望値に近い荷重が得られる。

したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
（３）変更信号生成部４０は、空圧機器１９の荷重を検出する荷重センサ１９ａの検出値を利用して入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成する。これによれば、制御回路１０において、従来から行われている圧力センサ１５を用いたフィードバック制御の構成を維持することができるため、安定したフィードバック制御を実現することができる。

（４）例えば、給気側電磁弁１１及び排気側電磁弁１２のバルブ性能が低下しておらず、正常に動作している場合、実際に圧力センサ１５により検出される検出圧は、変更された目標値となる。その結果、出力ポート１８から出力される流体の制御圧力が、変更された目標値となる。このため、空圧機器１９において動作不良が生じていても、荷重センサ１９ａの検出値が所望値に近づき、空圧機器１９において所望値に近い荷重を得ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 第１の実施形態において、例えば、供給圧力を検出する圧力センサを供給ポート１６に設けてもよい。そして、変更信号生成部４０は、供給ポート１６に設けられた圧力センサの検出圧と圧力センサ１５の検出圧との差圧に基づき、入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成するようにしてもよい。

・ 第１の実施形態において、排出ポート１７は、大気に開放されるようにしたが、例えば真空に開放されるようにするとともに、排出ポート１７の開放先に圧力センサを設けてもよい。そして、変更信号生成部４０は、排出ポート１７の開放先に設けられた圧力センサの検出圧と圧力センサ１５の検出圧との差圧に基づき、入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成するようにしてもよい。

・ 第２の実施形態において、変更信号生成部４０は、空圧機器１９の荷重以外の検出値を利用して入力信号に応じた目標値を変更する変更信号を生成してもよい。空圧機器１９に関する検出値としては、例えば空圧機器１９から出力される流体の流量や圧力等の値が挙げられる。

・ 上記各実施形態において、給気側電磁弁及び排気側電磁弁として、電磁比例弁を適用してもよい。電磁比例弁としては、例えばポペット弁構造の電磁比例弁が用いられる。この場合、演算器２２から出力された偏差信号にバイアス回路から出力されるバイアス信号を加算することにより、一方の電磁比例弁の開閉を制御する制御信号を生成するとともに、偏差信号を反転回路を通じて反転出力させた信号に加算することにより、他方の電磁比例弁の開閉を制御する制御信号を生成する制御信号生成部を設けてもよい。

・ 上記各実施形態において、ＰＩＤ回路３１に代えて、例えば、ＰＩ制御を行うＰＩ回路を設けてもよい。
・ 上記各実施形態において、流体としては、エアに限らず、圧縮された流体であれば他の流体でもよい。

１０…制御部としての制御回路、１１…給気側電磁弁、１２…排気側電磁弁、１５…圧力センサ、１６…供給ポート、１７…排出ポート、１８…出力ポート、１９…負荷としての空圧機器、４０…変更信号生成部、５０…制御信号生成部。

Claims (2)

1. 供給ポートから供給される所定圧力の流体を導入する給気側電磁弁と、
   前記給気側電磁弁を介して導入される前記流体を排出ポートから排出する排気側電磁弁と、
   前記給気側電磁弁と前記排気側電磁弁との開閉に基づき出力ポートから出力される流体の制御圧力を検出する圧力センサと、
   入力信号と前記圧力センサの検出圧に応じたフィードバック信号とに基づき、前記圧力センサの検出圧が前記入力信号に応じた目標値となるように前記給気側電磁弁と前記排気側電磁弁との開閉を制御する制御部と、を有する電空レギュレータであって、
   前記制御部は、
   前記入力信号と前記フィードバック信号とに基づき、前記圧力センサの検出圧を利用して前記目標値を変更する変更信号を生成する変更信号生成部と、
   前記変更信号と前記フィードバック信号とに基づき、前記給気側電磁弁と前記排気側電磁弁との開閉を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、を有することを特徴とする電空レギュレータ。
2. 前記変更信号生成部は、前記圧力センサの検出圧と前記目標値とのずれに基づき前記変更信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電空レギュレータ。