JPH0257702A - サーボ制御装置 - 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、サーボ制御装置に係り、詳しくは電気・油圧
サーボシステム（以下、電油圧サーボシステムという）
における制御精度を簡単な構成で向上させるサーボ制御
装置に関する。

（従来の技術） 一般に、サーボ機構は物体の位置、方位姿勢などを制御
量とし、目標値の任意の変化に追随するように構成され
た制御である。サーボ機構は船や飛行機、人工衛星の位
置や姿勢の制御、工作機械のならい制御における工具位
置の制御など広範囲の制御に用いられている。このよう
なサーボ機構の動作には高い制御精度が要求される傾向
にあり、近時はいわゆるソフトウェアサーボも開発され
ている。

従来この種のサーボ機構に適用されるサーボ制御装置と
しては、例えば６図に示すようなものがある。同図に示
すものはディジタルクローズした電油圧サーボループを
構成する制御装置である。

第６図において、油圧源１の油圧はサーボ弁２を介して
油圧アクチュエータ３に供給され、油圧アクチュエータ
３は油圧サーボ弁２によって制御される流量を受けて、
例えば直線運動に変換し、負荷としてのエレベータ（舵
面）４を駆動する。油圧サーボ弁２は微弱な電気的入力
、例えば数ｍＷ程度の電気信号によって数馬力〜数十馬
力に相当する油圧動力を制御することのできる一種の電
気・油圧変換器である。

油圧アクチュエータ３としては、一般に応答の速いもの
が用いられる。エレベータ４は飛行機の姿勢などを制御
するもので、支点４ａを中心として矢印で示すように回
動し、舵角θが変化する。

油圧アクチュエータ３の位置はＬ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　（Ｌｉ
ｎｅａｒＶｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　
Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　）５　　により検出されており
、ＬＶＤＴ５は、例えば差動変圧器により構成され、油
圧アクチュエータ３のピストン位置を直線的に検出して
電気信号に変換しデモシュレータ（復調器）６に出力す
る。デモシュレータ６はＬＶＤＴ５の出力信号のうちノ
イズ成分等を除去するフィルタ部を有し、該出力信号を
制御系の回路信号と同様なものに復調してＡ／Ｄ変換器
７に出力し、Ａ／Ｄ変換器７はデモシュレータ６からの
アナログ信号をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換
器７はパスライン８を介してメモリ９、ＣＰＵｌ０、リ
モートターミナル（ＲＴ）回路１１およびＤ／Ａ変換器
１２に接続されており、パスライン８に接続される各部
分はディジタル信号を扱う回路である。リモートターミ
ナル回路１１は制御目標を受けるものであり、制御目標
はフライトコンピュータ（図示略）からの舵面角度制御
命令に対応し、例えばコックピットから信号伝達系を介
して伝達され、この信号をモデム等によりディジタル信
号に変換してパスライン８に乗せる。

ＣＰＵｌ０はメモリ９に格納されているプログラムに従
ってディジタル信号に変換されたデモシュレータ６出力
と制御目標との偏差を演算し、エレベータ４の舵角θが
制御目標と一致するようなサーボ制御の制御値を演算し
、Ｄ／Ａ変換器１２によりＤ／Ａ変換してアンプ１３に
出力する。アンプ１３はＤ／Ａ変換器１２からのアナロ
グ出力を電流増幅して油圧サーボ弁２に供給する。油圧
サーボ弁２はアンプ１３からの電流信号に応答して油圧
動力を発生させ、これにより、電油圧サーボシステムが
実現する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のサーボ制御装置にあっ
ては、ソフトウェアサーボで高い制御精度を自損してい
るものの、油圧アクチュエータ３の変位を検出している
ＬＶＤＴ５やデモシュレータ６、Ａ／Ｄ変換器７におけ
るゲインエラー、ナルバイアスにより制御目標命令に対
する実際の出力にエラーが生じ、制御精度を高めるとい
う点で問題点があった。

上記エラーを極小にすることは、特に高い精度が要求さ
れる飛行機のフライトマントロールでは重要である。一
方、エラーを極小にするために、例えばＬＶＤＴ５やデ
モシュレータ６等のエレクトロニクス構成部品に極めて
高精度のものを使用することも考えられるが、コストの
上昇や重量の増加を招き実用的でない。

また、第２の問題点として航空機の運用上アクチュエー
タ（油圧アクチュエータ３やＬＶＤＴ５等）とコントロ
ールエレクトロニクス（デモシュレータ６、Ａ／Ｄ変換
器７、ＣＰＵｌ０等）とはそれぞれ別々に調達され、か
つ別々に搭載されるが、対をなすアクチュエータとコン
トロールエレクトロニクスのマツチング（チューニング
）も十分行われているとはいい難く、この点で精度の高
い実用的なマツチングが望まれる。

（発明の目的） そこで本発明は、コストの上昇や重量の増加を招くこと
なく制御精度の向上を図るとともに、アクチュエータと
コントロールエレクトロニクスとの実用的なマツチング
を行うことのできるサーボ制御装置を提供することを目
的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明によるサーボ制御装置は上記目的達成のため、目
標値に対応するコマンド信号と、位置検出手段により検
出したサーボ系のアクチュエータの変位に基づき制御手
段によチ前記目標値の任意の変化に追随するように負荷
を制御する制御値を演算し、アクチュエータを操作して
負荷を制御するサーボ制御装置において、前記アクチュ
エータを両方向に最大限に移動させ、そのときの位置検
出手段の出力を最大変位、最小変位として読み取るとと
もに、該最大変位、最小変位に基づいて制御目標又は位
置検出手段の出力のうち少な（とも１つ以上を補正する
補正手段を設け、前記制御手段は、補正手段の出力に基
づいて負荷を制御する制御値を演算するようにしている
。

（作用） 本発明では、アクチュエータを両方向に最大限に移動さ
せたときの位置検出手段の出力が最大変位、最小変位と
して読み取られ、該最大変位、最小変位に基づいて制御
目標又は位置検出手段の出力のうち少なくとも１つ以上
が補正手段により補正される。そして、補正手段の出力
に基づいて負荷をサーボ制御する制御値が演算される。

したがって、位置検出手段やデモシュレータ等のゲイン
エラー、ナルバイアスが適切に較正されてコスト上昇や
重量の増加を招（ことなく制御のエラーが極小となり、
また、アクチュエータとコントロールエレクトロニクス
のマツチンクモ十分に精度良（行われて実用的なものと
なる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜４図は本発明に係るサーボ制御装置の一実施例を
示す図である。本実施例は従来例と同様に本発明を飛行
機のフライトコントロールに適用した例である。本実施
例のハード的構成は従来例と共通する部分が多いので、
第６図と同様の図面を用い、機能が異なる部分について
のみ異なる符号を付してその内容を説明する。

第１図において、従来例と異なるのはＣＰＵ２１および
メモリ２２の機能である。すなわち、ＣＰＵ２１は制御
手段および補正手段としての機能を有し、油圧アクチュ
エータ３を両方向に最大限に移動させ、そのときのＬＶ
ＤＴ５の出力を最大変位、最小変位としてメモリ２２に
記憶させるとともに、これらの最大、最小変位に基づい
て制御目標を補正し、補正後の制御目標によってフラッ
プ４を制御する制御値を演算する。また、メモリ２２に
は従来例と異なるプログラムが格納されており、ＣＰＵ
２１はこのプログラムに従ってサーボ制御に必要な処理
値を演算する。なお、ＬＶＤＴ５は位置検出手段に対応
する。

次に、作用を説明する。

本実施例では、サーボループに介在するゲインエラー、
ナルバイアスを相殺するために１、制御目標をそのまま
サーボコマンドとするのではなく、ＣＰＵ２１の演算に
より制御目標値を調整（補正）してサーボコマンドとし
ている。かかる演算に用いる定数は油圧アクチュエータ
３のいわゆる底付きを利用して求めており、第２図のプ
ログラムで示される。また、その定数を利用して制御目
標値を調整し、サーボ入力とする通常作動モードは第３
図のプログラムで示される。

第２図において、キャリブレーション（本来、較正とい
う意味であるが、上述の調整に相当する）は外部からの
キャリブレーション開始命令によりスタートする。プロ
グラムがスタートすると、まず、Ｐｔでサーボループに
対してアクチュエータハードオーバコマンドを出力する
。これは、フラップ４をアップ側に最大限移動させた状
態を実現するものであり、いわ°ゆる油圧アクチエエー
タ３の庭付位置に相当し、舵面のアップ方向最大舵角に
対応する。次いで、Ｐ２では油圧アクチュエータ３が舵
面アップ側に確実に底付くようにしたときのデモシュレ
ータ６の出力（フィードバック信号）をＳ　ｍａｘとし
て読み込む。同様に、Ｐ、で舵面のダウン方向最大舵角
に対応するアクチュエータハードオーバコマンドを出力
し、Ｐ４でそのときのデモシュレータ６の出力をＳ　ｌ
ｌｌ１ｎとして読み込む。次いで、Ｐｓでメモリ２２か
ら制御目標の最大値ＣＩＩＩａｘと最小値Ｃｍ１ｎを読
み出す。Ｃｍａｘ、Ｃａ１ｎは設計上においてそれぞれ
舵面のアップ方向最大舵角、ダウン方向最大舵角に相当
するもので、油圧アクチュエータ３に対しては両方向の
庭付位置に対応するものである。次いで、Ｐ、で次式に
従って係数ａ、ｂを算出する。

Ｓ＝ａ　−ｃ十ｂ　　・・・・・・■ 但し、Ｓ：ナルバイアス、ゲインエラーを含むサーボル
ープのフィードバック 信号 Ｃ：制御目標値 係数ａ、ｂは点（Ｃｍａｘ　ＳＳｍａｘ　）と（Ｃｍ１
ｎ　。

Ｓｍ１ｎ　）を結ぶ直線方程式の係数であり、制御目標
に対する油圧アクチュエータ３の実際の作動状態を表わ
すパラメータとして捉えられる。次いで、Ｐ、で係数ａ
、ｂの値をメモリ２２に格納してキャリブレーションを
終了する。

次に、通常作動モードのプログラム（第３図）において
、まず、Ｐ　ＩＩでメモリ２２から係数ａＳｂを読み出
し、ｐＨで制御目標命令を入力する。次いで、ＰＩ３で
制御目標の補正計算を次式に従って実行する。

Ｃ’　＝ａ　−ｃ十ｂ・・・・・・■ 但し、Ｃ′　：制御目標の補正値 これにより、制御目標値Ｃは係数ａ、ｂに基づいて補正
されることになり、この０式と前記０式とを比較すると
、 ｃ’　＝ｓ となる。これは、エラーを含んだフィードバック値にサ
ーボコマンドが一致するように補正されたことを意味す
る。次いで、ＰＩ４でデモシュレータ６の出力（フィー
ドバック値の入力）を読み込み、ＰＩ５で制御目標の補
正値Ｃ′とサミングしくすなわち、目標に対する偏差か
らサーボ制御の処理値を演算し）、その演算結果をＤ／
Ａ変換器１２へ出力してアンプ１３、油圧サーボ弁２を
介して油圧アクチュエータ３を駆動する。これにより、
エレベータ４が目標に追随するように変位する。その後
、ＰＩ６で通常作動についての停止命令があるか否かを
判別し、停止命令がなければＰｌｇに戻ってサーボルー
プを操り返し、停止命令があるときは本プログラムを終
了する。

このように、本実施例では最初に油圧アクチュエータ３
の底付き位置を基準として制御目標に対する実際の油圧
アクチュエータ３の作動状態についてのキャリブレーシ
ョンを行い、飛行中である通常作動モードではエラーを
含んだフィードバック値にサーボコマンドが一致するよ
うな補正を実行する。このときの演算の処理は第４図の
ようなブロックダイアグラムで示され、ＣＰＵ２１は係
数ａ、ｂに基づいて制御目標値Ｃを補正してＣ′とし、
その後デモシュレータ６からの出力とサミングしてＤ／
Ａ変換器１２から出力する。その結果、実際の油圧アク
チュエータ３の動きは制御目標に一致することになり、
ゲインエラー、ナルバイアスによるエラーを解消するこ
とができる。

なお、実際上はゲインエラー、ナルバイアス以外にも非
線形性が存在し、これに対する補正は前述の直線方程式
による方法では必ずしも有効ではない。しかし、従来例
、本実施例共この種のアクチュエータサーボループにお
けるコンポーネントの非線形性はゲインエラー、ナルバ
イアスに比べてかなり小さ（、それがそのまま残っても
制御上特に問題となることはない。

また、本実施例ではエラーを解消するに際して特別の高
精度のエレクトロニクスコンポーネントを使う必要はな
く、単にＣＰＵ２１のアルゴリズムとメモリ２２のデー
タを改良しているに過ぎず、コストの上昇は最小限で殆
どないといってもよ（、かつ重量の増加は全くない。し
たがって、経済的でかつ高精度のアクチュエータサーボ
ループが得られる。

因に、ディジタルクローズされたアクチュエータサーボ
ループにおいて経済的な（高精度に対する通常のものと
いう概念）コンポーネントを使用すると、エラーが太き
（なるが、その一方でアクチュエータ３の底付き精度は
比較的確保し易い。

本発明ではこの点に着目し、底付き精度を確保しておき
、この高精度のデータを基準としてエラーを解消するア
ルゴリズムを低コストで達成している。

次に、油圧アクチュエータ３とコントロールエレクトロ
ニクスとのマツチングについて考察する。

本実施例でも従来と同様に油圧アクチュエータ３とコン
トロールエレクトロニクスは別々に機体に装着されるが
、本実施例の場合、例えば定期的にフライト前に舵面を
油圧アクチュエータ３の底付き位置まで動かし、それぞ
れの底付き位置を基準位置として最大制御目標値と一致
するように設定する。この場合、使用する油圧アクチュ
エータ３は前述のように高い底付き寸法精度を有してお
り、−殻内にも経済的な工作方法で数１０ミクロンオー
ダの底付き寸法精度は十分に達成できるものである。一
方、サーボループコンポーネントのゲインエラー、ナル
バイアスによるばらつきはフルスケールの１％以上はあ
るため、例えば油圧アクチュエータ３のストロークが１
００ｍｍの場合は１ｍｍ以上のエラーが生じることにな
る。本実施例では寸法精度の高い油圧アクチュエータ３
の底付き位置を基準として制御目標を補正しているから
、この補正がそのまま油圧アクチュエータ３とコントロ
ールエレクトロニクスとのマツチングを行うこととなり
、極めて簡単にかつ精度良くマツチングを実行すること
ができる。

上記実施例は制御目標を補正するものであるが、本発明
との実施態様はこれに限るものではなく、第５図に示す
ようにデモシュレータ６の出力を補正するようにしても
同様の効果を得ることができる。すなわち、第５図に示
すブロックダイアグラムにおいて、ＣＰ　Ｕ２１はデモ
シュレータ６の出力から係数すをも引いた後　　　倍し
、これを制御目標値Ｃとサミングし、その後３倍してサ
ーボ出力とする。このように、デモシュレータ６の出力
を補正するものであっても第１実施例と同様の効果が達
成される。

なお、本発明の適用は飛行機のフライトコントロールに
限らず、他のサーボ制御を行う装置にも全て適用が可能
であることは勿論である。

（効果） 本発明によれば、アクチュエータの底付き位置を基準と
して制御目標又は位置検出手段のうち少なくとも１つ以
上を補正しているので、サーボループに介在するゲイン
エラー、ナルバイアスを適切に相殺してコストの上昇や
重量の増加を招くことなく制御精度を向上させることが
できるとともに、アクチュエータとコントロールエレク
トロニクスとの実用的なマツチングを実行することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明に係るサーボ制御装置の一実施例を
示す図であり、第１図はそのハード的構成図、第２図は
そのキャリブレーションのプログラムを示すフローチャ
ート、第３図はその通常作動のプログラムを示すフロー
チャート、第４図はその要部のブロックダイアグラムを
示す図、第５図は本発明に係るサーボ制御装置の他の実
施例の要部のブロックダイアグラムを示す図、第６図は
従来のサーボ制御装置を示すハード的構成図である。 ２・・・・・・油圧サーボ弁、 ３・・・・・・油圧アクチュエータ、 ４・・・・・・エレベータＣ負荷＞、 ５・・・・・・ＬＶＤＴ　（位置検出手段）、６・・・
・・・デモシュレータ、 ７・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、 ８・・・・・・パスライン、 １１・・・・・・リモートターミナル回路、１２・・・
・・・Ｄ／Ａ変換器、 １３・・・・・・アンプ、 ２１・・・・・・ＣＰＵ　（制御手段、補正手段）、２
２・・・・・・メモリ。 代　理　人　弁理士 有我軍一部 １・・・・・・油圧源、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　目標値に対応するコマンド信号と、位置検出手段によ
   り検出したサーボ系のアクチュエータの変位に基づき制
   御手段により前記目標値の任意の変化に追随するように
   負荷を制御する制御値を演算し、アクチュエータを操作
   して負荷を制御するサーボ制御装置において、前記アク
   チュエータを両方向に最大限に移動させ、そのときの位
   置検出手段の出力を最大変位、最小変位として読み取る
   とともに、該最大変位、最小変位に基づいて制御目標又
   は位置検出手段の出力のうち少なくとも１つ以上を補正
   する補正手段を設け、前記制御手段は、補正手段の出力
   に基づいて負荷を制御する制御値を演算するようにした
   ことを特徴とするサーボ制御装置。