JPH031524B2 - - Google Patents

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JPH031524B2
JPH031524B2 JP58068997A JP6899783A JPH031524B2 JP H031524 B2 JPH031524 B2 JP H031524B2 JP 58068997 A JP58068997 A JP 58068997A JP 6899783 A JP6899783 A JP 6899783A JP H031524 B2 JPH031524 B2 JP H031524B2
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Toshiro Matsushita
Hideaki Kaguma
Teruaki Motomya
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Akashi Seisakusho KK
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IHI Corp
Akashi Seisakusho KK
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Priority to FR8406444A priority patent/FR2544836B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/044—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by electrically-controlled means, e.g. solenoids, torque-motors
    • F15B13/0446—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by electrically-controlled means, e.g. solenoids, torque-motors with moving coil, e.g. voice coil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86622—Motor-operated

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固定型永久磁石とスプールに固定され
た可動型コイルによりスプールを直接駆動する直
動型電気・流体圧サーボ弁に関する。
［従来の技術］ 従来の直動型電気・流体圧サーボ弁を第１図に
より説明する。
バルブ・ボデイ１内に嵌装したスリーブ２内に
スプール３が摺動自由に収められ、その一端には
コイル５の巻かれたボビン４が固着されている。
又、バルブ・ボデイ１には前記コイル５に対して
磁気回路を形成する様に永久磁石６が取付けられ
ており、コイル５に通電することにより、スプー
ル３を摺動させ、バルブ・ボデイ１内に設けられ
た油路７，８，９を所望の状態に連通するように
なつている。
更に、スリーブ２に対するスプール３の位置決
めを行う為、スプール３の他端にはスプール３の
位置を検出する変位検出器１０が設けられ、該変
位検出器１０からの信号は、コイル５に駆動電流
を供給する電力増幅器（図示せず）の入力側に負
帰還され、スプール３の定位性を保つ様にフイー
ドバツク制御系が構成されている。
上記従来のサーボ弁で切換作動を行つた時のス
プール３の動きについて考察してみる。コイル５
に通電するとコイル５には磁界が発生し、その磁
界と永久磁石６の作る磁界との関係で、スプール
３には電流の大きさと方向に応じた駆動力が発生
する。従つて、スプール３は変位し、又、変位検
出器１０からの信号が負帰還されているので、所
定の位置でスプール３は停止し、前記電力増幅器
への入力（図示せず）に比例した流量の流体を所
望の箇所へ供給できる。
然し、斯かるスプール３の駆動方式では、スプ
ール３の停止時に第２図ａで示す様なスプールの
振動が持続する。これは第１図で明らかな様に、
スプール３にスリーブ２内に充満している作動流
体の中に浸つているので、スプール３が停止する
時、ブレーキとして働く減衰作用が構成上殆んど
存在しないからである。このスプールの振動はサ
ーボ弁により駆動されるアクチユエータの振動の
原因となり、制御上大きな問題となる。
スプール３の振動の持続を防止する為にサーボ
弁の応答を落して振動を止める方法もある第２図
ｂ）が、直動型電気・流体圧サーボ弁をの持つ高
応答性が損われてしまう。
従つて、速度検出器１１をスプール３のボビン
４取付け側に設け、スプール３の速度を検出し、
該検出結果を前記電力増幅器に負帰還させ、スプ
ール３にダンピングを与えていた。
第３図に於いて、該ダンピング制御について詳
述する。
Ｒはスプール３の移動量の設定値（開度指令）
で一般にはサーボ弁の上位の制御系からの指令値
として与えられる。KAは電気ゲインで、これを
調節してサーボ弁の応答性を決める。KXは変位
検出器１０の電気ゲインで通常は一度設定すると
固定化される。KBはスプール３が動くことによ
つてコイル５に発生する逆起電圧の係数、KFは
電流ｉが発生した時コイル５に働く力の係数、
KQはスプール３の変位Ｘに応じて変わる供給流
体の出力流量Ｑの係数で、これらはサーボ弁の仕
様から自ずから決まるものである。Ｔはコイル５
の時定数、ｍはスプール３の質量、ｂはスプール
３へ働く粘性減衰係数、Ｆはスプール３の駆動
力、ｖはスプール３の速度、ｓはラプラス演算子
を表わす。
スプール３へ働くダンピング力は、粘性減衰係
数ｂ、逆起電圧係数KBの大きさによつて決まる
が、一般にはこれでは不足し、スプール速度ｖを
速度検出器１１で検知し、これに適当なゲイン
Kvを掛けて負帰還する構成となつている。
今、コイル５の応答が充分に速いとすると（時
定数Ｔ→０）、速度ｖの負帰還ループのｖからＦ
までの係数は、KV・KFとなり、これは粘性減衰
係数ｂと同次元を持つことがわかる。即ち、ｖを
負帰還してKVを適当に調整することにより、ス
プール３の動きにダンピングを与えることができ
る。
［発明が解決しようとする問題点］ 然し、上記構成のサーボ弁では、ダンピング制
御を行うのに必要な速度検出器１１を精密機器で
あるサーボ弁の狭いスペースに組込んでおり、速
度検出器１１を内蔵することによる組立時の作業
性の悪さ、コストの上昇、速度検出器等部品点数
が増えたことによる可動部重量の増大と信頼性の
低下があり、更に速度検出器が故障するとサーボ
弁全体を取替えなければならない等の問題があつ
た。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は斯かる問題点を解除すべくなしたもの
であり、スプールに結合したコイルとバルブ・ボ
デイに設けた永久磁石とを備え該コイルに通電す
ることによりスプールを直接駆動する電気・流体
圧サーボ弁に於いて、前記スプールの実際の変位
を検出する変位検出器と、スプール特性を模擬し
たモデルとを具備し、該モデルは、前記コイルへ
の供給電流に所定の第１のゲインを乗じて前記ス
プールの移動加速度を出力する第１の演算部と、
該加速度推定値の補正された値を積分して前記ス
プールの速度推定値を出力する第１の積分器と、
該速度推定値の補正された値を積分して前記スプ
ールの変位推定値を出力する第２の積分器と、前
記変位検出器の出力と前記変位推定値とを比較演
算して偏差を求める第２の演算部と、この偏差に
所定の第２のゲインを乗りる第３の演算部と、該
第３の演算部出力を前記加速度推定値に加算して
該加速度推定値の補正された値を求める第４の演
算部と、前記偏差に所定の第３のゲインを乗じる
第５の演算部と、該第５の演算部出力を前記速度
推定値に加算して該速度推定値の補正された値を
求める第６の演算部とを有し、前記第１の積分器
から出力されるスプール速度に相当する速度推定
値をサーボアンプへ負帰還するよう構成している
ことを特徴とするものである。
［作用］ スプールの動特性を電子回路等により模擬した
モデルで前記コイルへの供給電流に適正なゲイン
を乗じてスプールの移動加速度の推定値を演算
し、該加速度を順次積分して、スプールの速度お
よび変位の推定値を演算すると共に実際のスプー
ルの変位を検出して実際の変位と推定変位とを比
較演算して偏差を求め、該偏差に適当なゲインを
乗じて前記加速度および速度の推定値を補正さ
せ、この補正推定速度をサーボアンプへ負帰還し
てスプールにダンピングをかける。従つて、速度
検出器をサーボ本体に設けることなく、サーボ弁
へダンピングを与えることができ、サーボ弁の小
型軽量化、信頼性の向上を図り得ることができ
る。
［実施例］ 以下図面を参照しつつ本発明の実施例を説明す
る。
第４図は本発明に係る直動型電気・流体圧サー
ボ弁の構造の一例を示す断面図であり、該サーボ
弁の機械的構造は第１図で示した従来のサーボ弁
のものと略同様であるので詳細は省略する。
尚、図中第３図と同一構成物には同一符号を付
してあり、PTはタンクポート、PSは元圧ポート、
PA，PBは負荷ポートを示す。
第４図に示すサーボ弁には速度検出器が組込ま
れておらず、スプール３の速度はモデルによつて
検出する構成となつている。
以下、第５図、第６図によりスプール３の速度
検出について説明する。
第５図は本発明の構成を模式的に表わしたもの
であり、１２はサーボアンプ、１３はサーボ弁機
械系、１４はスプール速度演算器を示す。
スプール速度演算器１４には、サーボ弁のコイ
ル５への入力電流ｉとスプール３の変位ｘが入力
され、それ等に基づいて、スプール３の推定速度
ｖが演算される。該推定速度信号ｖをサーボアン
プ１２へ負帰還することにより、第３図で説明し
たと同様にスプール３の動きにダンピングを与え
ることができる。
第６図により更に詳述する。
第６図は第５図で示したものをブロツク線図で
表わしたものであり、図中１５はコイル５への供
給電流ｉに所定の第１のゲインＫ（サーボ弁の
KF／ｍに相当する量）を乗じて前記スプールの
移動加速度の推定値ａを出力する第１の演算部、
１６は該加速度推定値の補正された値を積分して
前記スプールの速度推定値ｖを出力する第１の積
分器、１７は該速度推定値の補正された値を積分
して前記スプールの変位推定値ｘを出力する第２
の積分器、１８は前記変位検出器の出力と前記変
位推定値とを比較演算して偏差を求める第２の演
算部、１９はこの偏差に所定の第２のゲインk2を
乗じる第３の演算部、２０は該第３の演算部出力
を前記加速度推定値ａに加算して該加速度推定値
の補正された値を求める第４の演算部、２１は前
記偏差に所定の第３のゲインk1を乗じる第５の演
算部、２２は該第５の演算部出力を前記速度推定
値ｖに加算して該速度推定値の補正された値を求
める第６の演算部を表わしている。
コイル５からの電流ｉにゲインＫが乗じられ、
スプール３へ作用する駆動力、更に推定加速度信
号ａが求められ、該推定加速度信号ａは積分器１
６，１７によつて順次積分され、推定速度信号
ｖ、推定変位信号ｘがそれぞれ求められる。
推定変位信号ｘはスプール３の実際の変位ｘと
比較され、その偏差にゲインk1，k2を掛けて推定
加速度信号ａ、推定速度信号ｖの部分に負帰還さ
せている。これにより、実際のスプール変位ｘと
推定変位信号ｘとの差が零となる様に推定加速度
信号ａ、推定速度信号ｖが同時に調節されるの
で、その結果常に正しいスプール３の推定速度信
号ｖが得られる。
すなわち、本発明はサーボ弁の外部で移動速度
を演算で求めるというだけではなく、サーボ弁の
外部でスプール３の動特性を模擬したモデルを作
り、そのモデルの中からスプール速度に相当する
信号を取出してサーボアンプ１２へフイードバツ
クし、スプール３へダンピングをかけるものであ
る。
この模擬したモデルとは、コイル５への入力電
流ｉに適正なゲインＫを乗算することにある。こ
れによつてスプール３の移動加速度の推定値ａを
演算するのである。従つて、この演算で求められ
るものは実際の加速度ではなく、モデルとしての
加速度の推定値である点で従来の技術とは大幅に
異なる。
加速度がモデルとしての推定値であるから、該
加速度の推定値ａを積分して求められた速度信号
も推定値ｖとなる。
この推定速度信号ｖをそのままサーボアンプ１
２へ負帰還してもよいのだが、それでは適正な補
正値であるか否かは分からない。そこで該推定速
度信号ｖを更に積分した推定変位信号ｘと実際の
変位信号ｘとを比較してみることによつて、適正
な補正値であるかどうかが分かる。
推定変位信号ｘと実際の変位信号ｘが同じであ
れば模擬したモデルとしての推定値のとおりに補
正されたスプール３が変位しているのであり、偏
差があればその偏差に応じて推定速度信号ｖを補
正してサーボアンプ１２へ負帰還してダンピング
制御を行うものである。
このため、偏差があればそれに応じて推定加速
度信号ａ及び推定速度信号ｖが実際の変位と比較
してどうかを時々刻々と正確に演算して求めなが
らスプール５へダンピングを掛けるものである。
以上述べた様に、本発明ではサーボ弁の狭いス
ペース内に速度検出器を置かず、サーボ弁本体の
外側に設けられた簡単な回路で実際のスプール速
度を時々刻々正確に知り得、ダンピングをかける
ことができる。
尚、上記実施例では電子回路で構成した例を示
したが、コンピユータによるソフトウエアで構成
し得ることは勿論であり、又該実施例では定電圧
型の特性を持つ電力増幅器を使つた構成例を示し
ているが、電流ｉがマイナーに負帰還される定電
流型の増幅器を使つても良い。このときには、コ
イル５の時定数Ｔ、逆起電圧係数KBの影響がな
くなるので、ダンピング効果は更に向上する。
［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、速度検出器を
サーボ弁に組込むことなく、スプールを含む可動
部重量を軽減できるから、サーボ弁は小型軽量と
なる。従つて生産コストを低減させると共にスプ
ールの動特性およびサーボ弁の信頼性を大幅に向
上させることができる。また、高速かつ安定な応
答特性を持つサーボ弁が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のサーボ弁の構造を示す断面図、
第２図ａ，ｂはスプールのダンピングが不足して
いる場合のスプールの動きを示す図、第３図は速
度検出器を用いてダンピング制御を行う場合のブ
ロツク線図、第４図は本発明のサーボ弁の構造の
一例を示す断面図、第５図は本発明の概略を示す
模式図、第６図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク線図である。 １はバルブ・ボデイ、３はスプール、５はコイ
ル、６は永久磁石、１０は変位検出器、１１は速
度検出器、１２はサーボアンプ、１４は速度演算
器、１５は第１の演算部、１６は第１の積分器、
１７は第２の積分器、１８は第２の演算部、１９
は第３の演算部、２０は第４の演算部、２１は第
５の演算部、２２は第６の演算部を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ スプールに結合したコイルとバルブ・ボデイ
    に設けた永久磁石とを備え該コイルに通電するこ
    とによりスプールを直接駆動する電気・流体圧サ
    ーボ弁に於いて、前記スプールの実際の変位を検
    出する変位検出器と、スプール特性を模擬したモ
    デルとを具備し、該モデルは、前記コイルへの供
    給電流に所定の第１のゲインを乗じて前記スプー
    ルの移動加速度を出力する第１の演算部と、該加
    速度推定値の補正された値を積分して前記スプー
    ルの速度推定値を出力する第１の積分器と、該速
    度推定値の補正された値を積分して前記スプール
    の変位推定値を出力する第２の積分器と、前記変
    位検出器の出力と前記変位推定値とを比較演算し
    て偏差を求める第２の演算部と、この偏差に所定
    の第２のゲインを乗じる第３の演算部と、該第３
    の演算部出力を前記加速度推定値に加算して該加
    速度推定値の補正された値を求める第４の演算部
    と、前記偏差に所定の第３のゲインを乗じる第５
    の演算部と、該第５の演算部出力を前記速度推定
    値に加算して該速度推定値の補正された値を求め
    る第６の演算部とを有し、前記第１の積分器から
    出力されるスプール速度に相当する速度推定値を
    サーボアンプへ負帰還するよう構成していること
    を特徴とする直動型電気・流体圧サーボ弁。
JP58068997A 1983-04-19 1983-04-19 直動型電気・流体圧サ−ボ弁 Granted JPS59194106A (ja)

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FR8406444A FR2544836B1 (fr) 1983-04-19 1984-04-19 Dispositif d'amortissement d'une servovalve electro-hydraulique
US06/842,079 US4648580A (en) 1983-04-19 1986-03-20 Direct-drive type electro-hydraulic servo valve

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JPS59194106A JPS59194106A (ja) 1984-11-02
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FR (1) FR2544836B1 (ja)
GB (1) GB2138969B (ja)

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