JPH01266378A - 電磁比例制御弁のヒステリシス補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば舶用舵取機、クレーン、工作機械、・
・・等の制御対象に使用される電磁比例制御弁のヒステ
リシスを補償する電磁比例制御弁のヒステリシス補償回
路に関するものである。

尚、以下の説明としてここでは制御対象を舶用操舵機と
してこれに電磁比例制御弁を使用する場合を具体的例と
して取上げて説明するが、制御対象はこれには止どまら
ずに上記クレーン、工作機械、・・・等をも含むものと
する。尚、電磁比例制御弁は、流量（例えばリリーフ圧
、減圧、４方向流量、・・・等）や圧力等を制御する弁
等の一般的な電磁比例の弁であり、ここでは電磁比例圧
力制御弁（以下「弁」と略称する）として以下に説明を
行う。

［従来の技術］ 従来、この種の装置に関連する技術としては例えば、特
開昭５１−１１３９９１号公報、特開昭一般にこの種の
入出力の比例特性を利用した（に関連す、る舶用操舵機
の回路の構成にあっては、入力信号である舵角信号（電
流）は、オートパイロット・コントロールスタンドから
の取舵（ＰＯＲＴ、左方向、以下「Ｐ」で表わす）及び
面舵（ＳＴＲＢＯＡＲＤ、右方向、以下「ｓ」で表わす
）方向の信号を制御系統の変換回路手段を用いて弁の入
力となる制御出力に変換されて弁に伝達される。この結
果、弁の出力（圧力）は、レギュレータを介して舵取機
油圧ポンプの吐出量（＝操舵スピード）と、Ｐ方向又は
Ｓ方向の操舵速度を制御する。

以下具体的な図面を用いて説明する。

第６図は従来の制御回路及び制御対象である舵取機迄の
電気系統結合状態を示す弁のブロック系統図、第７図及
び第８図は第６図の説明に供する図である。

第６図及び第８図において、１は信号入力回路である。

この信号入力回路１は、第７図（ａ）に示すような舵角
信号θを入力端子１ａから入力して、ダイオードブリッ
ジ１ｂを介してオペアンプＱ、に導き第７図（ｂ）に示
すような信号を出力する構成から成る。２は方向判別回
路である。この方向判別回路２は、ここではＰ／Ｓ方向
を判別する方向判別回路の構成となっており（以、下「
Ｐ／Ｓ方向判別回路」という）、入力信号のＰ方向／Ｓ
方向の判別をして判別方向信号（ここではＣ９及びＤｓ
で表わす）を出力する。３は比例帯調整回路であり、オ
ペアンプＱ２に接続された可変抵抗ＶＲ，及びツェナー
ダイオードＺ、で構成されて、入力信号回路１からの信
号の比例帯を決定・調整して第７図（Ｃ）に示すような
信号を出力する。４はオペアンプＱ３から成る反転回路
である。５は互いに並列接続された一対の可変抵抗ＶＲ
２，ＶＲ，から成るスパン調整回路である。６はＰ／Ｓ
方向判別回路２の判別方向信号Ｃｓ又はＤＳで動作する
一対の切替要素ｓｗ、、ｓｗ、から成り、スパン調整さ
れた信号をＰ、Ｓ方向信号に基づいて選別し出力するＰ
／Ｓ選別回路である。

７はオペアンプＱ４の反転端子にＰ／Ｓ選別回路６の出
力が供給され第７図（ｄ）に示すような決定・調整され
た入力信号の比例帯に基づ＜Ｐ／Ｓスパン特性を指令信
号δとして出力する指令信号出力回路である。８は後述
する弁の機構（例えばスプール）的静止摩擦によるヒス
テリシス（誤差）を除去するためのディザ信号を出力す
るディザ回路である。Ｂａは弁に供給される電流のバイ
アス値を調整してバイアス調整信号を出力するための可
変抵抗ＶＲ４，ツェナーダイオードＺ２から成るバイア
ス調整部である。９は制御回路である。

この制御回路９は、加減算器９１と、ソレノイド電流検
出用の抵抗Ｒ１やオペアンプＱ７を有するソレノイド電
流フィードバック回路９２と、例えばＦＥＴから成るソ
レノイド電流出力素子（以下「ＦＥＴＪという）９３と
から成る弁を駆動するための電流を制御する制御回路で
ある。ここで前記加減算器９１は加減算用のオペアンプ
Ｑ６を有し、このオペアンプＱｓの非反転端子に指令信
号δとディザ信号とバイアス調整信号とが導かれ、反転
端子にソレノイド電流フィードバック回路９２からソレ
ノイド電流のフィードバック信号（抵抗Ｒ１に流れる電
流値）が供給される。この時抵抗Ｒ１の両端の特性は第
７図（ｅ）に示すようになり、この実線及び破線の特性
はバイアス調整部Ｂ、で調整される。１０は例えばＤＣ
２４ＶのＤＣ電源である。

１１ａ、１１ｂはソレノイド駆動回路であり、トランジ
スタＴｒ＋　ａ　、Ｔｒ２　Ｎ　（１１ｂも同様で夫々
、’Ｔ”ｒｔ　ｂ　、　Ｔｒ２　ｂとする）を有する。

ここではトランジスタＴ　ｒ　２　ａのベースに抵抗を
介して判別方向信号Ｃｓ　（１１ｂにはＤｓ）が供給さ
れる。

１２は上述した制御回路で加算した信号に基づき制御さ
れる弁（図ではサージキラー用ダイオードをつけた場合
を表わす）である、この弁１２（個々には１２ａ　、　
１２ｂで表わす）は、舵取機油圧ポンプＰを出力圧で方
向（舵角）及び流量（操舵スピード）等を制御する（第
８図に示す弁と可変吐出ポンプを組合せた一例からなる
特性を有する）一対の電磁コイル（ソレノイド）ＳＱＬ
、（ここではＰ方向コイル）、５ＯＬ２（ここではＳ方
向コイル）を有する。第８図においてヒステリシスカー
ブの破線はディザ無しで弁の機械的静摩擦を有する入出
力特性を示す、ここで、機械的静摩擦によるものについ
ては入力信号に重畳させた１００〜２００Ｈ，程度の交
流成分で常に動摩擦をおおよそゼロ状態にしておくこと
により静摩擦によるしステリシスを除去するディザを用
いることにより実線のように取除くことが可能であるが
、この実線のディザ有のソレノイド部コアの磁気的ヒス
テリシスによる入出力特性についてはコア材の物性によ
るものであるから一般には除去不能である。又、弁１２
には、入力電流ＯｍＡからリニアに出力（圧力）が出す
に１００〜３００ｍＡ程度の不感帯を有すること、及び
、不感帯とヒステリシスはＰ。

Ｓ方向で多少異なるため両者共用の駆動回路では左右均
等の特性が得られない（この不均等性は弁によるものと
舵取機ポンプによるものとが含まれている、尚、不感帯
を除去するなめに一定のバイアス電流を流してもこの不
均等さの問題は残る。

この不平均等さの影響を成るべく小さくする調整は面倒
であり、充分調整しきれない場合もあるなめ制御性及び
精度が劣る）こと等の問題もあるが、これにかわるもの
がないために一般には広く使用されている。一方、Ｐ、
Ｓ方向の操舵速度は同じに調整する必要があるが、第６
図のように構成することでＰ、Ｓ方向各々のスパン調整
によりＱｓｍ、ａχ＝Ｑｐｍａχにすることができるの
で最大圧力（流量）のＰ、Ｓの差は問題とはならない。

この様な回路構成の動作は以下ようになる。

信号入力回路１に例えば１ｍＡ／ｄｅｇの舵角信号θが
入力した場合を考える。舵角信号θはダイオードブリッ
ジ１ｂを介してオペアンプＱ１を通り、第７図（ｂ）に
示すような負の絶対値信号となる。この信号は、Ｐ／Ｓ
方向判別回路２においてオペアンプＱ１の前後の信号比
較により入力信号がＰ方向かＳ方向かの判別をして判別
方向信号ＣＳ　＋　Ｄ　Ｂに１（オン：例えば５Ｖ）又
は０（オフ：例えばＯｖ）の信号を乗せる。−力信号入
力回路１の出力は、比例帯調整回路３で反転増幅及びク
ランプ（最大値の制限）、及び傾斜の調整等の比例帯の
決定・調整がなされて第７図（Ｃ）に示すような信号と
なる。この信号は反転回路４で反転され、スパン調整回
路５で夫々Ｐ方向及びＳ方向のスパン調整が行われ、更
に、Ｐ／Ｓ選別回路６で例えばＰ方向の時は判別方向信
号Ｃ９＝１によりＳＷｌがオンとなりスパン調整された
Ｐ方向の信号が指令信号出力回路７に導かれ、スパン特
性を有する指令信号δとして制御回路９に出力される。

制御回路９にはこの指令信号δの他にディザ信号とバイ
アス調整信号と導かれており、加減算器９１において、
これ等の信号と弁１２のコイルＳＱＬ、又は５ＯＬ２に
流れる電流のフィードバック信号（抵抗Ｒ１に流れる電
流値）とに基づいて加減算が行われる。加減算器９１の
出力はＦＥＴ９３に供給されて５ＯＬＩ又は５ＯＬ２に
流れる電流値を制御する。ＳＱＬ、又は５ＯＬ２への電
流供給のオンオフはソレノイド駆動回路１１ａ、　１１
ｂで行われる。ソレノイド駆動回路１１ａ　、　１１ｂ
の起動は判別方向信号Ｃｓ又はＤｓによるＴｒ２Ｈ（１
１ｂについてはＴｒ２１．）のオン動作により行われる
。即ち、Ｐ方向信号である時（Ｃｓ　＝　１　）Ｔｒ２
ａがオン状態となり、ソレノイド駆動回路１１ａからソ
レノイド５ＯＬ１　（Ｐ側コイル）に出力電流が供給さ
れる。第６図においてはＰ、Ｓの方向側（極性）のある
舵角信号は、−旦無極性化して各種調整を行った後に最
終段で又極性が与えられる回路構成から成る。

［発明が解決しようとする課題］ この従来の技術は下記のような問題点があった。

（Ｉ）：特性がＰ／Ｓ対象でないため双方の差の影響を
なるべく小さくする値に調整する面倒。

（Ｉ＋）　：弁特有の磁気ヒステリシスがあるなめヒス
テリシス幅（上昇時と下降時の差）を考慮して調整する
必要が有り、このために調整が面倒である。

例えば第９図の従来の技術の問題点の説明に供する図（
Ａ）に示すように、始動電流（上昇側カーブ）ａｐ（ａ
ｓ）にバイアス電流を合せると、舵角としての不感帯は
ゼロにできるが舵角入力がゼロになっても下降側カーブ
による出力が残り、言替えれば舵が追従して舵角偏差入
力が減少するとき下降線を辿り舵角偏差がゼロになって
もまだ出力（出力電流）はｈｐυ　（ｈｓυ）分残って
いるから、ハンチングを起こすことになり、舵取機の特
命を縮めることになり制御上好ましくない。

逆に第９図（Ｂ）に示すように、バイアス電流を停止電
流（下降側カーブ）ｂｐ（ｂｓ）に合せるとハンチング
は起こらないが舵角偏差増加時すぐには追従しない、即
ち不感帯が出ることとなる。

例えば、電流スパン：　２８０ｍＡ、ａｓ−２５０ｍＡ
、ｂＢ　＝２１０ｍＡ、設定比例帯：／舵角：２．５°
とした時に不感帯は、 （χｍＡ／２８０ｍＡ）ｘ２．５°　　　・（＋）（但
しχ＝ａｓ　　ｂｓ）から、±０．３６゛となり、舵角
入力が約±０．３６°以上なければ舵は動かないことに
なり、小さい舵角の時には比例制御による高追従精度は
実現できない。

ＧＩＤニ一方最適値と思われる条件に設定しても若干の
不感帯（±０．１゛〜±０．３°）及びオーバーシュー
ト（０〜１回）は避けられず、理想（不感帯±０．１°
以下でオーバーシュートゼロ）に対して劣る性能に甘ん
じなければならない、このことを、第１０図の従来の技
術の問題点の説明に供する図（バイアス電流を１゜（ｍ
Ａ）とした時の調整及び問題点を説明するための図）を
用いて更に詳細に述べる。尚第１０図の不感帯は（１）
式で求めたものとする。

＠１　：第１０図［Ａ］について 調整：　ｉｏ　＝６ｐ　（＝２３０　ｍＡ）　。

問題点：Ｐ方向から偏差ゼロに向かう時は精度良く目標
舵角に一致するが、Ｓ方向からの時は約０．２°行き過
ぎとなる。又、０→Ｐ又は０→Ｓ方向の始動電流が幅で
５０ｍＡ有り、不感帯幅が約０，５°も有り、比例制御
とは言えない、即ち、オンオフ制御に近い。

＠２：第１０図［Ｂ］について 調Ｉｉ：　１ｏ　＝６ｓ　（＝２１０　ｍＡ）　。

問題点：Ｓ方向から偏差ゼロに向かう時は精度良く目標
舵角に一致するが、Ｐ・方向からの時は一致せずに手前
で止まる。又、０→Ｐ又は０→Ｓ方向の始動電流が幅で
９０ｍＡ有り、不感帯幅が約１．０°も有り、０１項（
後者の時）の時より更に悪い。

＠コニ第１０図［Ｃ］について 調整：　ｉｏ　＝ａｐ　　（＝２６０　ｍＡ）　。

問題点：０→Ｐ方向のみ立ち上がりが良く、不感帯はゼ
ロであるが、Ｐ→０又はＳ→０の両方向で目標舵角を中
心にハンチングが継続し、舵取機の耐久性、制御性、省
エネ性に欠ける。

＠４：第１０図［Ｄ］について 調整：　ｉｏ　＝ａｓ　　（＝２５０　ｍＡ）　。

問題点：０→Ｓ方向の立ち上がりが良く、０→Ｐ方向の
不感帯も０．０７°で問題ないが、Ｐ→０又はＳ−〇の
両方向で目標舵角を中心にハンチングを継続し、舵取機
の耐久性、制御性。

省エネ性に欠ける。

＠５：第１０図［Ｅ］について 調整：　ｉｏ　＝　２３５ｍＡ　（ａｓ　、ａｐのうち
小さい方から一１５ｍＡ））。

問題点：＠、と同様に、行き過ぎ又はオーバーシュート
は１回となり、好ましくはないが許容される。又、０→
Ｐ方向又は０→Ｓ方向の始動電流は幅で４０ｍＡであり
、不感帯幅は０．３７°であり、±０．１°より大きい
、但し、±０．２°以下であり、許容される。結局のと
ころ現在はこの調整手段に頼っている。

（メ：第８図のｈｓυ、ｈｐυに示ずように、調整時等
に同じ入力電流値としても、ヒステリシスのなめその電
流値に上昇方向で合せた場合と下降方向で合せた場合で
は約１０％程度出力に差が有り、舵角換算では比例帯を
２．５°とした場合的±０゜２５°の差（誤差）が出る
。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、弁の
磁気的なものを主とするヒステリシスを補償し、この弁
を使用せざるを得ない例えば船舶舵取機の舵角制御機構
やクレーン、工作機械等の制御対象を高精度で比例制御
できるようにした弁のしステリシス補償回路を提供する
ものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、第１の発明は、入力信号の
比例帯に基づく指令信号、制御対象を比例制御する弁の
機械的静摩擦によるヒステリシスを除去するディザ信号
、及びバイアス調整部からのバイアス調整信号、の加算
した信号に基づき前記弁を制御する構成の電磁比例制御
弁のヒステリシス補償回路において、前記バイアス調整
部を、前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減判
別回路、該信号増減判別回路の出力を入力して前記入力
信号の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路、及
び該一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御信
号を出力するスイッチング回路制御信号出力回路から成
るスイッチング回路制御部と、少なくとも前記入力信号
の増加及び又は減少の方向に対応して調整・設定可能な
バイアス電流調整・設定回路と、該バイアス電流調整・
設定回路で調整・設定されたバイアス電流を前記スイツ
チング回路制御信号により選択して出力するバイアス電
流選択スイッチング回路とで構成したことを特徴とし、 第２の本発明は、前記１項のヒステリシス補償回路にお
いて、弁のメインコイルに並列に設けられたヒステリシ
ス補償用コイルと、前記入力信号の方向の判別をして判
別方向信号を出力する方向判別回路と、前記スイッチン
グ回路制御部と、前記判別方向信号を前記スイッチング
回路制御信号により選択動作して出力する判別方向信号
スイッチング回路と、該判別方向信号スイッチング回路
を介して入力する前記判別方向信号に基づき前記ヒステ
リシス補償用コイルにヒステリシス補償制御信号を出力
するヒステリシス補償用コイル用制御回路とを具備した
ことを特徴とし、 第３の本発明は、前記しステリシス補償用コイル、前記
方向判別回路、前記スイッチング回路制御部、前記判別
方向信号スイッチング回路、前記入力信号のバイアス電
流を調整・設定可能なバイアス電流調整・設定回路、該
バイアス電流調整・設定回路で調整・設定されたバイア
ス電流を少なくとも敗記スイッチング回路制御信号によ
り選択して出力するバイアス電流選択スイッチング回路
から成り、一方をメインコイルの個別バイアス電流調整
・設定用として用い他方をヒステリシス補償用コイルの
個別バイアス電流調整・設定用とし用いる個別バイアス
調整・設定手段、及び、該個別バイアス調整・設定部が
らのヒスプリシス補償用コイルのバイアス電流を用い、
前記判別方向信号スイッチング回路を介して入力する前
記判別方向信号に基づき前記ヒステリシス補償用コイル
にヒステリシス補償制御信号を出力する個別バイアス調
整・設定付きヒステリシス補償用コイル制御回路、から
成ることを特徴とするものである。

以下、本発明を夫々具体的な実施例を示す図面を用いて
説明する。

尚、以下の図面において、第６図乃至第１０図図と重複
する部分は同一番号を付してその説明は省略する。

［第１の発明の実施例］ 第１図は第１の本発明の具体的実施例である弁のヒステ
リシス補償回路のブロック系統図である。

第１図において、１３は信号増減判別回路１３ａ。

一対の回路１３ｂ＋　、　１３ｂ２及びスイッチング回
路制御信号出力部１３ｃからなるスイッチング回路制御
部である。このスイッチング回路制御部１３は、入力信
号の増加・減少（上昇・下降）を判別する信号の増加・
減少を判別した信号に基づきスイッチング回路制御信号
を出力する。ここで、信号増減判別回路１３ａは、入力
信号の増減を判別できる回路であり、例えば、抵抗Ｒ２
，Ｒ３，コンデンサＣ１及びオペアンプＱａから成る微
分回路から成る（但し、信号の増減の判別は、例えばオ
ペアンプの反転端子側に抵抗が接続され、非反転側に抵
抗の一端と他方が接地されたコンデンサの一端とが結合
されて接続される回路構成等でもできるので上記微分回
路に回路構成限定されないが、ここでは以下微分回路で
説明を続ける）、又、一対の回路１３ｂ、　、　１３ｂ
２は、舵角信号θの変化が超微速で前段の微分回路１３
ａの出力で直接後段のスイッチング回路制御信号出力部
１３ｃを駆動できない場合も想定されるため、微分回路
１３ａの出力変化を確実に判別するために設けられたも
のであり、微分回＃１１３ａの出力を入力制限用ダイオ
ードＤＩ＋Ｄ２を入力段に設けたオペアンプＱ９から成
る比較回路に入力した後にこの比較回路の出力をダイオ
ードＤ、を介して抵抗Ｒ４，Ｒ，から成る分圧回路で分
圧して出力する構成となっている（尚、この回路構成に
おいて、入力制限用ダイオードＤ１．Ｄ２や抵抗Ｒ，，
Ｒ，から成る分圧回路は必ずしも必要なものではない、
即ち、各素子のインターフェイスが素子仕様内であれば
不要であり、又分圧回路に相当する回路は他の既知の技
術で後段のスイッチング回路制御信号出力部１３ｃの適
性入力レベルにすることができるからそのような構成と
してもよい）、更に又、スイッチング回路制御信号出力
部１３ｃは、例えば、一対の回路１３ｂ、。

１３ｂ２の出力がＲ，Ｓ端子に供給されてフリップフロ
ッグ（以下ｒＦＦＪと略称する）非反転出力“ＱＦＦ”
、ＦＦ反転出力“可Ｆ”をスイッチング回路制御信号と
して出力するＲ３−ＦＦｒＭ成することができる（この
Ｒ３−ＦＦ以外に同等の機能を有するディスクリートな
デジタル素子を用いても構成できるがここでは以下ｒＲ
３−ＦＦＪで説明を行う）、１４は少なくとも入力信号
の増加。

減少の度合を調整・設定するために多段に配置されたバ
イアス電流調整・設定回路である。このバイアス電流調
整・設定回路１４は、夫々可変抵抗ＶＲ５〜ＶＲ，及び
これ等に並列接続され定電圧を与える抵抗とツェナーダ
イオードの直列回路を組込んだＰ側バイアス電流調整・
設定部１４ａ、可変抵抗ＶＲ，〜ＶＲ８及びこれ等に並
列接続され定電圧を与える抵抗とツェナーダイオードの
直列回路を組込んだＳ側六イアス電流調整・設定部１４
ｂとから成る多段構成で、各々順に、Ｐ方向上昇カーブ
用の回路１４ａ、、Ｐ方向下降カーブ用の回路１４ａ２
　、Ｓ方向上昇カーブ用の回路１４ｂ、、Ｓ方向下降カ
ーブ用の回路１４ｂ２でバイアス電流を調整・設定する
。１５はバイアス電流調整・設定回路で調整・設定され
たバイアス電流＜ｆｉ適値）を少なくともスイッチング
回路副信号によりオンオフ動作（なぜならば後述するよ
うなＰ／Ｓ方向判別回路２が無い一方向のみの場合はス
イッチング回路制御信号のみとなるから）して選択出力
する複数の接点（切替要素９例えばアナログスイッチや
これと同等或は同等以上の機能を有するスイッチング素
子から成る。勿論有接点リレーでもよく、この場合は判
別方向信号ｃｓ　、Ｄｓをリレー駆動信号にする必要が
あることはいうまでもない、以下はアナログスイッチで
説明をする）から成るバイアス電流選択スイッチング回
路部である。このバイアス電流選択スイッチング回路部
１５は、バイアス電流調整・設定回路１４で調整・設定
された最適値を夫々スイッチング回路制御信号により動
作する接点ＳＷ３　、ＳＷ５　、ＳＷ７　、ＳＷｇと、
これ等接点に直列に配置して方向判別信号によりＰ。

Ｓ方向独立に制御されるＳＷ４　、ＳＷ６　＜判別方向
信号ｃｓにより、動作）、ｓｗ８．ｓｗ、。

（判別方向信号Ｄｓにより動作）とからなる。この結果
、バイアス電流調整・設定回路１４で調整・設定された
夫々の最適値は、８ｗ３．ｓｗ５．ｓＷ、、ＳＷ、で選
択され、更にｓｗ４．ｓｗａ　。

ｓｗａ、３ｖｙ、　０で選択されてこれにに夫々直列接
続される抵抗Ｒ６〜Ｒ９の内の１つを通って加減ユ器９
１に導かれる。

以下この様な構成の動作説明をする。

信号入力回路１からの信号を入力したスイッチング回路
制御部１３において、微分回路１３ａで舵角信号θか上
昇中か下降中か（増・減）をプラス側出力かマイナス側
出力かで初段として判別する。

回路１３ｂ、（１３ｂ２）で入力した信号を比較回路で
処理し、更に上昇か下降かを分離して正の信号とするた
めにダイオードを介して分圧回路で分圧してＲ３−ＦＦ
１３ｃの適性入力レベルとする。Ｒ３−Ｆ　Ｆ’１３ｃ
からのスイッチング回路制御信号（ＦＦ非反転出力“Ｑ
ＦＦ”）でＳＷ：Ｉ　、ＳＷ。

をオンオフし、又はもう一方のスイッチング回路制御信
号（ＦＦ反転出力“ＱＦＦ”）でＳＷ５゜ＳＷ９をオン
オフする０例えば、舵角信号が上昇中の場合は、ＲＳ　
−Ｆ　Ｆ　１３ｃの入力は、Ｒ端子が“０”でＳ端子が
“１”であるため、“ＱＦＦ＝１”ＱＦＦ＝Ｏ”となっ
て、ＳＷａ、ＳＷ、がオンとなってＰ、Ｓの上昇側バイ
アス値（回路１４ａ、の出力９回路１４ｂ、の出力）が
選択される。

この時、方向判別信号（Ｐ方向の場合はＣ５＝１゜Ｄｓ
＝Ｏ）により、ｓｗ４．３Ｗｓがオンとなるとする。こ
の結果、舵角信号θがＰ方向で上昇中の場合は、直列に
配置されたＳＷが両方とも閉になるのはＳＷ３　、ＳＷ
ａのラインのみであり、故にＰ方向バイアス電流調整・
設定部１４ａの上昇カーブ側回路（１４ａ、）からの信
号のみが選択されて抵抗Ｒ６を通って加減算器９１に導
かれる。

又、例えば舵角信号θがＳ方向で下降中の場合は、Ｒ３
−ＦＦ１３ｃはＲ端子が１″でＳ端子が０′であるため
、“ＱＦＦ＝Ｏ″　”ＱＦＦ＝１”となって、ｓｗ５．
ｓｗ、がオンとなってＰ、Ｓの下降側バイアス値（回路
１４ａ２の出力１回路１４ｂ２の出力）が選択され、こ
の時、方向判別信号（Ｃｓ　＝０．　Ｄｓ　＝１　）に
より、ｓｗ８．ＳＷｌ。がオンとなる。この結果、直列
に配置されたＳＷが両方ともオンになるのはｓｗ、、ｓ
ｗ、。のラインのみであり、故にＳ方向バイアス電流調
整・設定部１４ｂの下降カーブ側回路（１４ｂ２）から
の信号のみが選択されて抵抗Ｒ９を通って加減算器９１
に導かれる。

今、例えば、Ｐ方向上昇カーブ側回路１４ａ、のバイア
ス電流（第８図に示す“ａｐ”以下同様）を２６０ｍＡ
、Ｐ方向下降カーブ側回路１４ａ２のバイアス電流（６
ｐ）を２３０ｍＡ、Ｓ方向上昇カーブ側回路１４ｂ、の
バイアス電流（ａＳ　）を２５０ｍＡ、Ｓ方向下降カー
ブ側回路１４ｂ２のバイアス電流（６６）を２１０ｍＡ
に夫々調整・設定すると、第２図の第１図の説明に供す
る図に示すようにノンヒステリシス特性を得ることがで
きる。

この第２図かられかるように、バイアス電流を個々に最
適値に選択することにより、ヒステリシスは（はとんど
）なくなり、Ｐ、Ｓ方向ともに上昇時も下降時も一直線
と見なすことができるようになる。仮に、調整時の誤差
が±５ｍＡあったとしても、仮に電流スパン＝２８０ｍ
Ａ、設定比例帯＝２．５°として、不感帯を求めた時に
（１）式から、±０．０５’の舵角精度となり、目標精
度の±０゜１°以下を充分満足することができることが
わかる。

ところで、第１図に示す第１の本発明は以上説明した内
容に限定されるものではない（尚、後述節２．第３の発
明における実施例についても第１図の共通部分に付いて
は以下に述べることは適用されることはいうまでもない
）。

例えば、第１図の第６図と相違する回路構成部分におい
て、第１図ではアナログ回路構成としているが、第８図
のようなヒステリシス特性をＲＯＭ等を用いて記憶し、
入力に対する出力をこのＲＯＭから読み出して電流変換
して制御するような構成（これは−例）とする等のデジ
タル回路構成としてもよい。

又、バイアス電流調整・設定回路１４は４系統として説
明したが、Ｐ、ｓの特性をほぼ同じと見なせば、或は、
Ｐ方向かＳ方向の特性しか使用しない制御対象であれば
、上昇側と下降側の２系統としても充分に効果があるこ
とはいうまでもない。

この２系統とした時は“ＱＦＦ”と“ＱＦＦ”で夫々動
作する接点からなるスイッチング回路構成となることは
いうまでもない、即ち、Ｐ、Ｓ方向いずれの特性しか使
用しないような構成（１方向のみ）の弁を用いたブリー
ドオフ式油圧回路の場合、当然Ｐ／Ｓ方向判別回路２は
無いからＳＷ４゜ＳＷｓ　、５Ｗ１３　、ＳＷ＋　ｏは
必要なく、従って前記した様に、上昇側と下降側の２系
統のバイアス電流調整・設定回路のみの構成となる。

この第１の発明の目的は以下のように構成しても同様の
目的を達成することができる。

［第２の発明の実施例］ 第３図は第２の本発明の具体的実施例である弁のヒステ
リシス補償回路のブロック系統図である。

第１図と相違する部分を重点的に説明する。

第３図において、１２０はＰ、Ｓ方向用の一対のコイル
を有する個々には弁１２０　ａ、　１２０　ｂから成る
弁である。弁１２０　ａ　（カッコ内は１２０ｂを表わ
す）のメインコイルＳＱＬ、（Ｓｏｌ−２）にはヒステ
リシス補償用コイルＨＳ　ＯＬ　＋　　（ＨＳ　ＯＬ　
２）が並列に設けられている。そして弁１２０の下降時
の入力（電流）出力（圧、流量）特性を基にして上昇時
のみ補償電流をヒステリシス補償用コイルに流してヒス
テリシスを補償する場合のヒステリシス補償用コイルＨ
Ｓ　ＯＬ　、（ＨＳ　ＯＬ　２　）の巻方向はメインコ
イルＳＱＬ＋　　（Ｓｏｌ２　）の巻方向に対して同方
向（ヒステリシス補償用コイル分の磁束を加えて強める
）となる、１６はスイッチング回路制御信号ＱＦＦ（又
はＱＦＦ）に基づいて選択動作して判別方向信号ＣＳ　
＋　Ｄ　Ｓを選択する一対の接点（切替要素、説明は前
記と同様にはアナログスイッチとする）ｓｗ、、、ｓｗ
、　２がら成る判別方向信号スイッチング回路部である
。１７はスイッチング回路制御信号により判別方向信号
スイッチング回路部１６を介して選択された判別方向信
号を入力し、この入力した信号に基づきヒステリシス補
償用コイルＨ３ＯＬ＋　　（又はＨ８０Ｌ２）にヒステ
リシス補償制御信号を出力するヒステリシス補償用コイ
ル用制御回路である。このヒステリシス補償用コイル用
制御回路１７は、ディザ回路１７ａとバイアス調整部Ｂ
ａｂと制御回路１７ｂと補助ソレノイド駆動回路１７ｃ
　、　１７ｄとから成る。

ここでディザ回路１７ａはしステリシス補償用コイルＨ
Ｓ　ＯＬ　＋　　（ＨＳ　ＯＬ　２　）にディザ信号を
出力する（但しディザ回路８があればこの回路の有無に
よる特性の差異はほとんど無いので必ずしも必要ではな
い）。バイアス調整部Ｆ３ａｂは、バイアス調整部Ｂａ
と同じ回路構成のバイアス値を調整するための可変抵抗
ＶＲ，，ツェナーダイオードから成る。制御回路１７ｂ
は制御回路９と同じ回路構成から成り、例えば加減算用
のオペアンプＱ１０を有する加減算器１７ｂ１と、例え
ばしステリシス補償用ソレノイド電流検出用の抵抗Ｒ１
゜やオペアンプ（ｈ＋を有するソレノイド電流フィード
バック回路１７ｂ２と、例えばＦＦ、Ｔから成るソレノ
イド電流出力素子１７ｂ３から成る。尚、加減算器１７
ｂ、のオペアンプＱ＋ｏの非反転端子にバイアス調整部
１３ａｂからのヒステリシス補正のための信号とディザ
信号が供給され、反転端子に補助ソレノイド電流フィー
ドバック回路１７ｂ２から抵抗Ｒ１゜に流れる補助ソレ
ノイド電流のフィードバック値が供給される。補助ソレ
ノイド駆動回路１７ｃ　、　１７ｄはソレノイド駆動回
路１１ａ、１１ｂと同じ回路構成から成り、トランジス
タＴｒ３ａ、Ｔｒ３ｂ（１７ｄは構成が同様なので説明
は省略）を有し、該トランジスタＴｒ：Ｉｂ側のベース
に判別方向信号スイッチング回路１６を介しての判別方
向信号Ｃ８＊　Ｄ　Ｓが供給される。

以下本発明に関わる部分の動作を説明する。

今、例えば、舵角信号θが上昇中の場合、第１図の時と
同様に、ＲＳ　−Ｆ　Ｆ　１３ｃの入力は、Ｒ端子が“
０”でＳ端子が“１”であり、ＱＦＦ＝１（ＱＦＦ＝Ｏ
）となって、ｓｗ、、、ｓｗ、　２がオンとなってＳ方
向で判別方向信号Ｃ５＝Ｏ，Ｄｓ＝ｌによりＴｒ３ｂオ
ンとなり、補助ソレノイド駆動回路１７ｃがオン状態と
なる。この結果バイアス調整部Ｂａｂにより決められた
バイアス電流値（例えばメインコイルで４０ｍＡ相当分
）が加減算器１７ｂ、を経由してヒステリシス補償用コ
イルＨＳ　ＯＬ　１に加わり、下降時に対する上昇時の
ヒステリシス分が補償される。一方、舵角信号θが下降
中（減少）の場合は、“ＱｐＦ＝Ｏ”（“互ｐｐ＝ｌ”
）となって、ｓｗ、、、ｓｗ。

２がオフとなって補助ソレノイド駆動回路１７　ｃはオ
フ状態となりバイアス調整部はヒステリシス補償用コイ
ルＨＳ　ＯＬ　＋に加わらず、従ってメインコイルＳＯ
Ｌ、のみの作動となる。この様な回路において、例えば
メインコイルに２１０ｍＡ、ヒステリシス補償用コイル
にメインコイルで４０ｍＡ相当分の電流を上昇時のみ印
加することで第２図のような特性を得ることができる。

ところで第３図においては、上述したのとは逆に、上昇
時をバイアス電流を基にして下降時のみ補償電流をヒス
テリシス補償用コイルに流して補償してもよい、この時
の判別方向信号スイッチング回路１６のＳＷ、＋　、Ｓ
Ｗ、２をオンオフさせるのは“ＱＦＦ”によって行う、
この時のヒステリシス補償用コイルの巻方向はメインコ
イルの巻方向に対して逆方向（ヒステリシス補償用コイ
ル分の磁束を減じて弱める）となる、この様な回路にお
いては、例えばメインコイルに２５０ｍＡ、ヒステリシ
ス補償用コイルにメインコイルで４０ｍＡ相当分の電流
を下降時のみ印加することで第２図のような特性を得る
ことができる。

ところで、バイアス補償部１３ａ、［３ａｂはヒステリ
シス補償用コイルへのバイアス電流を決めているが、電
流をフィードバックして一定に保つ機能を有しており、
補ｒａ電流用としては少し高級過ぎるという場合がある
。そこでで余り追従精度を必要としない場合（第６図の
構成ではしステリシス補償がないので精度は劣り、一方
第３図では高級過ぎるという場合）には、ヒステリシス
補償用コイル用制御回路を第４図の第２の発明のその他
の実施例の説明に供する図に示すようにしてもよい。

第４図において、１７０はヒステリシス補償用コイル用
制御回路であり、電源１０と、固定又は可変の電流制限
用抵抗（又は同目的用可変抵抗）Ｒｓ（但しＤＣ電源電
圧値がこの抵抗無しに補償するのに適性なレベルにでき
ればこの抵抗は不要である）と、トランジスタやＳＣＲ
や有接点リレー等で構成できるスイッチング素子１７０
ｃ１からのみ構成される。この様な制御回路でもヒステ
リシス補償効果はある。

［第３の発明の実施例］ ところで第３図において、磁気的不感帯はＰ方向かｈｐ
ｈ、Ｓ方向がｈｓｈであり、第３図においてはｈｐｈ　
＝ｈＳ　ｈ　”４０ｍＡとした場合で説明したが、図か
らも明らかなように、バイアス調整部Ｂ　ａ　＋　Ｂ　
ａ　ｂは１つしかないので、ｈＰｈとｈｓｈが大幅に異
なる特性の弁の場合、どちらを基準にして調整しても片
側に不感帯がでなり、オーバーシュート、ハンチング気
味となったりする。

この様な時には第２の発明の回路構成に第１の発明の回
路構成の一部を活用して、第５図の第３の発明の具体的
実施例である電磁比例制御弁のヒステリシス補償回路の
ブロック系統図に示すに、Ｐ。

Ｓ方向に夫々独立のバイアス調整機能を持たせることで
更に良い結果を得ることができる。

第５図において、ＴＢａは個別バイアス調整・設定手段
である。この個別バイアス調整・設定手段ＴＢａは、入
力信号のバイアス電流を調整・設定可能なバイアス電流
調整・設定回路１４０と、このバイアス電流調整・設定
回路１４０で調整・設定されたバイアス電流を少なくと
もスイッチング回路制御信号により選択して出力するバ
イアス電流選択スイッチング回路１５０から成り、バイ
アス電流調整・設定回路１４０とバイアス電流選択スイ
ッチング回路１５０との組合せを一対の構成に分離して
この一方をメインコイルの個別バイアス電流調整・設定
用として用い、他方をヒステリシス補償用コイルの個別
バイアス電流調整・設定用とし用いる。１７０は個別バ
イアス調整・設定手段ＴＢａからのヒステリシス補償用
コイル側へのバイアス電流を用い、判別方向信号スイッ
チング回路１６を介して入力する判別方向信号に基づき
ヒステリシス補償用コイルＨ８０Ｌ、、Ｈ３ＯＬ２にヒ
ステリシス補償制御信号を出力する個別バイアス調整・
設定付きヒステリシス補償用コイル制御回路である。こ
こでＢａＣはこの個別バイアス調整・設定付きヒステリ
シス補償用コイル制御回路１７０内に第３図のバイアス
調整部Ｂａｂに代るバイアス調整部である。又、Ｂａｃ
ｃは第３図のバイアス調整部Ｂａに代るバイアス調整部
である。

ここでバイアス調整部Ｂａα＋ＢａＣの結線構造及び動
作機能は、第１図のバイアス電流調整・設定回路１４．
スイッチング回路部１５とその結線構造に相違はあるも
のの、基本的な動作等は第１図において説明したことと
重複するので以下省略する。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、次
に記載するような効果を奏する。

請求項１の発明においては以下のようになる。

■：入力信号の増加・減少の変化に対して弁への出力電
流をバイアス電流を変えることでヒステリシス補償する
ので、入出力特性がヒステリシス特性に無関係となる。

このため、入力電流に対する弁の出力精度が向上し、且
つ調整が容易になる。

■：弁が左右（正負）の方向性を持つ場合は、左右の特
性の違いに対応して夫々独立に左右の入力に対応して弁
を制御できるので、夫々の出力精度が向上する。この場
合も前記０項と同様に調整が容易となる。

■：舶用操舵システムの比例制御等に本発明を用いた場
合は、ヒステリシスによる不感帯、オーバーシュート、
ハンチング等の悪影響をなくすことができ、無駄舵をと
ることがなくなるので、操舵精度（追従精度）が向上し
、応答性も良くなる。

結果的に、船舶運航の省エネ化等に大きく寄与し、間接
的に制御対象である舵取機の寿命向上にも貢献する。

請求項２の発明においては以下のようになる。

■：回路入力に対する弁の出力特性は磁気的ヒステリシ
ス特性の無い特性（又は極少ない特性）に改善されるた
め、入力に対する出力精度が向上し、ヒステリシス幅の
中間を狙って調整するような小細工をしなくてすむので
調整が容易となる。

■：これを操舵システムの比例制御等に用いた場合、前
記０項と同様の効果がある。

請求項３の発明においては以下のようになる。

■：第３図に第１の発明の良いところが更に用いられる
ので、Ｐ、Ｓのヒステリシス特性、即ちヒステリシス幅
が異なってもそれに合せて各々調整でき、Ｐ、Ｓのヒス
テリシス特性の違いによる不感帯やオーバーシュート、
ハンチングを完全になくすことができ、第２図の効果を
更に確実にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の本発明の具体的実施例である電磁比例制
御弁のヒステリシス補償回路のブロック系統図、第２図
は第１図の説明に供する図、第３図は第２の本発明の具
体的実施例である電磁比例制御弁のヒステリシス補償回
路のブロック系統図、第４図は第２の発明のその他の実
施例の説明に供する図、第５図は第３の発明の具体的実
施例である電磁比例制御弁のしステリシス補償回路のブ
ロック系統図、第６図は従来の制御回路及び制御対象で
ある舵取機迄の電気系統結合状態を示す弁のブロック系
統図、第７図乃至第８図は第６図の説明に供する図、第
９図乃至第１０図は従来の技術の問題点の説明に供する
図である。 １・・・信号入力回路、８・・・ディザ回路、１２．１
２０・・・弁（電磁比例圧力制御弁）、１３・・・スイ
ッチング回路制御部、１４・・・バイアス電流調整・設
定回路、１５・・・バイアス電流選択スイッチング回路
、１６・・・判別方向信号スイッチング回路、１７・・
・ヒステリシス補償用コイル用制御回路、１７０・・・
個別バイアス調整・設定付きヒステリシス補償用コイル
制御回路。 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）．入力信号の比例帯に基づく指令信号，制御対象
   を比例制御する電磁比例制御弁の機械的静摩擦によるヒ
   ステリシスを除去するディザ信号，及びバイアス調整部
   からのバイアス調整信号，の加算した信号に基づき前記
   電磁比例制御弁を制御する構成の電磁比例制御弁のヒス
   テリシス補償回路において、前記バイアス調整部を、 Ａ：前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減判別
   回路，該信号増減判別回路の出力を入力して前記入力信
   号の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路，及び
   該一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御信号
   を出力するスイッチング回路制御信号出力回路から成る
   スイッチング回路制御部と、 Ｂ：少なくとも前記入力信号の増加及び又は減少の度合
   を調整・設定可能なバイアス電流調整・設定回路と、 Ｃ：該バイアス電流調整・設定回路で調整・設定された
   バイアス電流を前記スイッチング回路制御信号により選
   択して出力するバイアス電流選択スイッチング回路と、 から成ることを特徴とする電磁比例制御弁のヒステリシ
   ス補償回路。
2. （２）．請求項１の電磁比例制御弁のヒステリシス補償
   回路において、 Ａ：記電磁比例制御弁のメインコイルに並列に設けられ
   たヒステリシス補償用コイルと、 Ｂ：前記入力信号の方向の判別をして判別方向信号を出
   力する方向判別回路と、 Ｃ：前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減判別
   回路，該信号増減判別回路の出力を入力して前記入力信
   号の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路，及び
   該一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御信号
   を出力するスイッチング回路制御信号出力回路から成る
   スイッチング回路制御部と、 Ｄ：前記判別方向信号を前記スイッチング回路制御信号
   により選択動作して出力する判別方向信号スイッチング
   回路と、 Ｅ：該判別方向信号スイッチング回路を介して入力する
   前記判別方向信号に基づき前記ヒステリシス補償用コイ
   ルにヒステリシス補償制御信号を出力するヒステリシス
   補償用コイル用制御回路と、から成ることを特徴とする
   電磁比例制御弁のヒステリシス補償回路。
3. （３）．請求項２の電磁比例制御弁のヒステリシス補償
   回路において、 Ａ：記電磁比例制御弁のメインコイルに並列に設けられ
   たヒステリシス補償用コイルと、 Ｂ：前記入力信号の方向の判別をして判別方向信号を出
   力する方向判別回路と、 Ｃ：前記入力信号の増加・減少を判別する信号増減判別
   回路，該信号増減判別回路の出力を入力して前記入力信
   号の微妙な増加・減少変化を判別する一対の回路，及び
   該一対の回路の出力に基づきスイッチング回路制御信号
   を出力するスイッチング回路制御信号出力回路から成る
   スイッチング回路制御部と、 Ｄ：前記判別方向信号を前記スイッチング回路制御信号
   により選択動作して出力する判別方向信号スイッチング
   回路と、 Ｅ：前記入力信号のバイアス電流を調整・設定可能なバ
   イアス電流調整・設定回路と、該バイアス電流調整・設
   定回路で調整・設定されたバイアス電流を少なくとも前
   記スイッチング回路制御信号により選択して出力するバ
   イアス電流選択スイッチング回路から成り、一方をメイ
   ンコイルの個別バイアス電流調整・設定用として用い他
   方をヒステリシス補償用コイルの個別バイアス電流調整
   ・設定用とし用いる個別バイアス調整・設定手段と、Ｆ
   ：該個別バイアス調整・設定部からのヒステリシス補償
   用コイルのバイアス電流を用い、前記判別方向信号スイ
   ッチング回路を介して入力する前記判別方向信号に基づ
   き前記ヒステリシス補償用コイルにヒステリシス補償制
   御信号を出力する個別バイアス調整・設定付きヒステリ
   シス補償用コイル制御回路と、 から成ることを特徴とする電磁比例制御弁のヒステリシ
   ス補償回路。