JPS6213522B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は閉ループ制御装置に係り、具体的に
は、或る部材に作用せしめられる速度、加速度、
力、トルクまたは圧力を制御するための閉ループ
電気―流体式制御装置に関する。

電気―流体式の閉ループ制御装置は、各種の異
る分野において多年使用されてきた。典型的に
は、現在使用されている先行技術に基く制御装置
は、一般的に、２種の異る種類のいずれか一つに
属していると考えることができる。第１の形式の
制御装置は、或る位置から別の位置へ周期的に割
出される、旋盤の刃物送り台のごとき可動部材の
位置または場所を制御するのに使用されているも
のである。そのような制御装置においては、刃物
送り台が移動せしめられるべき位置を示す位置指
令信号をプログラマまたはそれに似たものによつ
て発生させ、また、刃物送り台の実際の位置を監
視する位置変換器によつて位置フイードバツク信
号を発生させるようになつている。所望位置と実
際位置とを夫々示す信号は互いに比較され、所望
位置と実際位置との間の瞬間の差を示す位置誤差
信号が発生せしめられる。この位置誤差信号は、
次いで、所望位置へ向けて刃物送り台を駆動する
べく圧力流体を供給する電気―流体圧式サーボ弁
を制御するのに用いられる。可動部材である刃物
送り台が所望位置、即ち定常状態に達したとき、
指令位置信号と実際位置信号とは等しくなり、従
つて、位置誤差信号は零に戻る。定常状態に達す
ると、流体圧出力があらゆる時点で電気的入力に
対応せしめられている電気―流体圧式サーボ弁は
可動部材である刃物送り台へ圧力流体を供給する
ことを中止し、従つて、該刃物送り台は、それが
駆動された所望位置に止どまる。

典型的には、電気―流体圧式サーボ弁は第１の
段階、即ちパイロツト段階と、第２の段階、即ち
動力段階とを有している。パイロツト段階は、通
常、可動のジエツト管または可動のフラツパの類
である。何れの場合においても、パイロツト段階
への零でない誤差信号入力により、ジエツト管ま
たはフラツパはそれの中心位置、即ち零の位置誤
差信号が入力として供給されるときに占める位置
から、零でない位置誤差信号の大きさ並びに極性
の関数である方向に、或る距離だけ移動せしめら
れる。中心位置からのジエツト管またはフラツパ
の移動により、例えば三方弁のスプールのごとき
第２の段階、即ち動力段階の可動の弁部材に、正
味流体圧力が作用せしめられる。スプールの移動
によつて、ポンプ等からの圧力流体は、制御され
るべき部材即ち刃物送り台を駆動するように前記
弁を通じて作用せしめられる。駆動された刃物送
り台が所望の位置に達すると、実際位置と所望位
置とに対応せしめられている信号は互いに等しく
なり、従つて、位置誤差信号は零になる。これに
より、パイロツト段階のジエツト管またはフラツ
パはそれの中心位置へ復し、パイロツト段階によ
つて第２の段階のスプールに作用せしめられる正
味の力は零になる。

駆動されて所望位置に達した刃物送り台は、位
置指令信号に変化の無いかぎり、それ以上移動さ
れてはならないから、第２段階のスプールをその
中心位置に戻して、ポンプから第２段階の弁を通
じて刃物送り台へ圧力流体を供給するのを終らせ
る必要がある。このことを達成するため、先行技
術に基く諸提案によれば、典型的には、第２段階
のスプールとパイロツト段階のフラツパまたはジ
エツト管との間で前記サーボ弁内に何らかの形式
の機械式または流体圧式のフイード・バツク装置
を備えせしめている。サーボ弁内のこのフイー
ド・バツク装置は、位置誤差信号が零になつてジ
エツト管が中心位置へ戻り、所望位置と実際位置
とが同じであることを示すと、そのフイード・バ
ツク装置によつてパイロツト段階のジエツト管ま
たはフラツパから第２段階のスプールへ、該スプ
ールを中心位置へ戻す力が作用せしめられるよう
に構成されている。

典型的には電気―流体圧式サーボ弁を使用して
いる第２の形式の閉ループ電気―流体圧式制御装
置は或る部材へ作用せしめられる速度、加速度、
トルク、力または圧力を制御するのに用いられて
いる。この型式の制御装置は、例えば、速度、加
速度、トルク、力または圧力のごとき制御パラメ
ータが零でない所望のレベルに達したとき、圧力
流体給源から第２段階の弁を通じての圧力流体の
作用を、零でない所望の速度、加速度、トルク、
圧力または力のレベルに対応せしめられた零でな
い或る所定のレベルに維持しなくてはならないと
いう点で、前述した第１の形式の制御装置と異つ
ている。従来においては、第２段階のスプールと
パイロツト段階のフラツパまたはジエツト管との
間にフイード・バツク装置を備えた電気―流体圧
式サーボ弁を用いている閉ループ制御装置が速
度、加速度、トルク、圧力または力を制御するの
に用いられるときは、特別の修正が必要とされて
いる。即ち、速度、加速度などの零でないレベル
で定常状態に達し、そして、パイロツト段階への
誤差信号が零になつてジエツト管またはフラツパ
を中心に位置させる際に、制御された部材に対し
圧力流体を継続的に作用させて該部材を零でない
所望の速度、加速度などに維持するように第２段
階のスプールを中心からづれた位置に保持せしめ
るための修正が必要とされる。

例えば、そのような在来の提案においては、零
でないレベルで定常状態に達する際、即ち速度の
ごとき被制御パラメータの零でない所望の大きさ
が被制御パラメータの零でない実際値に一致する
とき、第２段階の弁スプールを中心からづれた位
置に保持するため、サーボ弁の第２段階のスプー
ルと第１段階のジエツト管またはフラツパとの間
の機械式フイード・バツク装置に対し反作用する
べく被制御パラメータの零でないレベルでの定常
状態の下で零でない誤差信号を生じさせるための
誤差信号オフセツトを提供する回路装置を設ける
ことが必要とされている。また、スプールを中心
位置へ押し戻すことなしに誤差信号が零に戻るの
を許すべくパイロツト段階と誤差信号発生回路と
の間に電気的積分回路を設けることが必要とされ
ている。

本発明の目的は、本来はオフセツトが生じてし
まつて満足すべき制御がなされない筈の非積分回
路装置（積分回路を有しない演算回路）を用いて
いるにもかかわらず、オフセツト無しの定常状態
（所望値＝実際値）が得られる閉ループ電気―流
体式制御装置を提供することである。

本発明によれば、可動部材の速度、加速度、ト
ルク、力または圧力などの零でない値でなるパラ
メータの大きさを制御するための閉ループ電気―
流体式制御装置であつて、前記パラメータを零で
ない値に維持するためには前記可動部材に圧力流
体を連続して供給しておくことが必要となつてお
り、前記パラメータが所望値になつた時に零の誤
差信号が発生されるように構成されている閉ルー
プ電気―流体式制御装置にして、前記可動部材の
前記パラメータの所望値に対応する所望パラメー
タ信号を与える指令信号発生装置と、前記可動部
材の前記パラメータの実際値に対応する実際パラ
メータ信号を提供する変換器と、前記所望パラメ
ータ信号と前記実際パラメータ信号とを受けて両
信号間の差異に対応するパラメータ誤差信号を提
供するための、積分回路を有しない演算回路であ
つて、前記パラメータ誤差信号は前記所望パラメ
ータ信号と前記実際パラメータ信号とが相等しく
且つ零でない大きさを有する場合に零となるよう
になつている前記演算回路と、少なくとも２個の
ポートを有する弁であつて、該弁は前記可動部材
及び圧力流体給源に対し流体回路によつて接続さ
れており、前記弁は前記ポートのうちの少なくと
も一つのポートの寸法を変えるべく、また、それ
によつて前記圧力流体給源から前記可動部材に作
用せしめられる正味流体圧力を変えるべく移動可
能な弁閉鎖部材を有しており、該弁閉鎖部材は、
前記加圧流体給源により前記可動部材に対し実質
的に零の流体圧力が作用せしめられる少なくとも
一つの或る位置と、前記加圧流体給源から前記可
動部材に対して零でない正味流体圧力が作用せし
められる少なくとも一つの別の位置とを有するよ
う構成されている前記弁と、前記パラメータ誤差
信号に応答して該パラメータ誤差信号に対応した
大きさの力を前記弁閉鎖部材に作用せしめる弁制
御変換器であつて、該弁制御変換器は前記所望パ
ラメータ信号と前記実際パラメータ信号とが相等
しく且つ零でない値を有していて前記パラメータ
誤差信号の大きさが零である時前記弁閉鎖部材に
対して大きさ零の力を提供せしめるよう構成され
ている前記弁制御変換器と、を有し、前記弁閉鎖
部材と前記弁制御変換器とは、前記パラメータ誤
差信号が零である時前記弁閉鎖部材を或る位置へ
戻すような相互接続関係を何等有しておらず、前
記弁閉鎖部材は前記弁制御変換器からの力のみを
受けせしめられ、また、前記弁閉鎖部材は、前記
弁制御変換器に入力される零でない前記パラメー
タ誤差信号に応答して該弁制御変換器により該弁
閉鎖部材に作用せしめられる力によつて該弁閉鎖
部材が或る位置からひとたび変位されたならば、
その後該パラメータ誤差信号が零となつて前記弁
制御変換器により前記弁閉鎖部材に力が作用せし
められなくなつた時には、該弁閉鎖部材がその或
る位置から変位されたままに止どまつているよう
に構成されていることを特徴とする閉ループ電気
―流体式制御装置が提供される。

上記のごとく、本発明にあつては、パラメータ
誤差信号が零である時弁閉鎖部材を或る位置へ戻
すべく相互接続関係をその弁閉鎖部材と弁制御変
換器とがそれらの間に何等有していず、弁閉鎖部
材はその弁制御変換器からの力のみを受けせしめ
られ、また、弁制御変換器に入力される零でない
パラメータ誤差信号に応答してその弁制御変換器
により弁閉鎖部材に作用せしめられる力によつて
その弁閉鎖部材が或る位置からひとたび変位され
たならば、定常状態に達してそのパラメータ誤差
信号が零となつて弁制御変換器により弁閉鎖部材
に力が作用せしめられなくなつた時にはその弁閉
鎖部材がその或る位置から変位されたままに止ど
まつているよう構成されているので、換言すれ
ば、弁閉鎖部材がこのように弁制御変換器から一
方的に駆動され、その位置に止どまつてくれるよ
う構成されているので「積分回路」を持つていな
くとも、オフセツト無しの制御を行うことがで
き、構造が簡素化され且つ優れた経済性が得られ
るという効果が奏される。

本発明の以上の、並びにその他の利点、特色及
び諸目的は、添付図面を参照して以下の実施例に
就て述べる詳細な説明から容易に明らかになるで
あろう。

本発明の閉ループ制御装置は、流体、即ち液体
または気体によつて動力を供給される、または駆
動される可動部材であつて回転されうるもの、ま
たは直線方向に運動されうるものの制御に役立
つ。例えば、本発明の制御装置は、空気圧または
液圧式回転モータの出力軸の角加速度または角速
度の閉ループ制御を行うのに有効である。また、
本発明は空気圧または液圧式ピストンの如き直動
部材の線速度または線加速度の閉ループ制御を行
うのにも役立つ。また、本発明は運動しているピ
ストンに加えられる力を制御するのにも使用され
る。最後に、本発明は、それが実際に回転してい
るといないとにかかわらず、回転部材に作用せし
められるトルクの制御並びに運動中の、または休
止中の直動部材に作用せしめられる圧力の制御に
役立つ。しかし、本発明の制御装置は、可動部材
の位置の閉ループ制御には役立たない。例えば、
一特定位置から他位置への、または特定距離まで
の刃物送り台の割出しにおいてしばしば生じる如
き可動の刃物送り台の位置の閉ループ制御には役
立たない。そのような位置制御装置においては、
可動部材、例えば刃物送り台、が所望位置に達し
たとき、位置決めされる刃物送り台に対する一方
向または他方向への正味流体圧力の供給は終らな
くてはならない。そうでないと、刃物送り台は所
望位置を越えて運動を続けてしまう。

第１図は本発明の一実施例であつて、直線方向
に可動の部材、即ち、シリンダ１４内において運
動しうるピストン１２に固定された、直線方向に
移動しうる出力軸１０の速度の閉ループ制御を行
いうるものを図示している。第１図に示された実
施例は可動の出力軸１０の線速度の閉ループ制御
を行うが、本装置は出力軸１０の線加速度の制
御、または運動中の出力軸へ加えられる力（また
は圧力）の制御、または、もし軸が“デツド・ヘ
ツド”になつているならば、即ち運動していない
ならば、ピストン１２を介して出力軸１０へ供給
される力（または圧力）の制御にも使用され得
る。

第１図に示される閉ループ速度制御装置は、直
線方向に運動しうる出力軸１０を直動させるのに
希望される速度“Ｖ”に対して大きさにおいて対
応する電気指令信号の給源１６を有する。速度指
令信号の給源１６は可変タツプ１６Ｂを有する分
圧器１６Ａとして概略的に図示されており、可変
タツプ１６Ｂは、その位置に従つて可変の大きさ
の速度指令電気信号を線路１８を通じて供給す
る。あるいは、速度指令信号給源１６は、1973年
１月23日に特許されたハンカーの米国特許第
3712772号に開示されている型の速度プログラマ
の形式を取り得る。該速度プログラマにおいては
出力軸１０の如き直動しうる被動部材の直線位置
の関数として大きさにおいて選択的に自在に変更
される速度指令信号が提供される。

また、第１図の速度制御装置は速度変換器１９
を有する。速度変換器１９は出力軸１０の瞬間速
度に対し全ての時点において対応せしめられる電
気信号を出力線路２５を通じて提供するように出
力軸１０に連結されている。一形式において、速
度変換器１９は、出力軸１０にそれと一緒に運動
するように結合されたラツク２０及びラツク２０
と噛合い関係に組合されたピニオン２２であつて
静止した軸を中心として回転するように取付けら
れたものとを有する。出力軸１０の直線運動はピ
ニオン２２の回転運動に変換される。ピニオン２
２は回転速度計２４の入力部を構成する。回転速
度計２４は、出力線路２５に、出力軸１０の線速
度“Ｖ”の関数であり、速度帰還信号Ｆ_fbを構成
する大きさを有する電気信号を供給する。

計算ネツトワークの如き四則演算回路２６は出
力線路２５上の速度帰還信号と、線路１８上の速
度指令信号とを受領する。演算回路２６は、その
出力線路２８上に、速度指令信号、即ち駆動され
る出力軸１０の所望速度、と速度帰還信号、即ち
出力軸１０の実際速度、との差に対応せしめられ
る電気信号を供給する。任意の特定の時点におけ
る演算回路２６の出力線路２８上の出力は、指令
速度と実際速度との差に対応せしめられて、速度
誤差信号を構成する。

出力線路２８上の速度誤差信号は、利得K₁を
有する好適な増幅器３０を経て電気―流体式変換
器３２へ入力として供給される。変換器３２は中
心開放型の三方分流弁３６のスプール３４の如き
可動の弁閉鎖部材へ力Ｆ_Nを供給するように機能
する。該力Ｆ_Nは、圧力流体給源、即ちポンプ３
８、からの加圧された流体が三方分流弁３６を通
つて流体管路４０を経由してシリンダ１４へ流れ
るように、その大きさにおいて速度誤差信号の大
きさに対応せしめられている。この結果、流体管
路４０を経てシリンダ１４へ供給される流れは、
ピストン１２へ、出力軸１０の速度を増加させる
力を加える。速度指令信号の給源１６によつて設
定された所望レベルへ向つて出力軸１０の速度が
増加するに従つて、出力線路２５における速度帰
還信号の大きさは線路１８からの指令速度信号の
大きさに接近する。出力軸１０の実際速度が所望
速度に等しくなつたとき、線路２５と１８からの
演算回路２６に対する速度帰還信号入力と速度指
令信号入力とは等しくなり、従つて速度誤差信号
は零になる。零の速度誤差信号は、電気―流体圧
式変換器３２へ入力として供給されるとき、スプ
ール３４に対し、零の正味の力Ｆ_Nを提供する。
変換器３２によつて、もはや、スプール３４には
正味の力は供給されず、且つ、スプール３４はそ
の他の力（流体の力、機械的ばねの力など）も受
けないから、スプール３４は、出力軸１０を所望
の速度にするのに必要なシリンダ１４への流れを
管路４０に生じさせたまま、駆動された位置に止
どまる。

第１図に図示される形式の電気―流体式変換器
３２はジエツト管４４を有し、ジエツト管４４は
その下端４４Ａにおいて開かれており、その上端
４４Ｂにおいてパイロツト圧力ポンプ４６の如き
パイロツト圧力給源に接続されている。ジエツト
管４４は、その下端４４Ａを、流体管５２，５４
の入口ポート４８と５０に、夫々、整合された第
１と第２の行程限度間で運動させるようにその上
端において枢動自在に取付けられている。流体管
５２，５４の他端部５６，５８は三方分流弁３６
の弁端区域３６Ａと３６Ｂと、夫々、連通してい
る。電気―流体式変換器３２は、線路３１を通じ
て供給される誤差信号入力に応答してジエツト管
４４を枢動させるための好適な電気―機械式変換
器６０を有する。

電気―流体式変換器３２は、電気―機械式変換
器６０への誤差信号入力が零であるときは、第１
図に図示されるようにその中心位置に配されて、
その下端４４Ａが入口ポート４８と５０から等距
離に保たれている。そのような状態下において
は、弁端区域３６Ａと３６Ｂに生じる、流体管５
２，５４を通じて伝達される圧力は、それぞれ、
同じである。

変換器３２への誤差信号の大きさが零から増す
に従つて、ジエツト管４４は誤差信号の極性に応
じて入口ポート４８または５０のどちらかへ枢動
する。もし誤差信号が、例えば出力軸１０の速度
を零から、または、比較的小さい零でない値から
増すことが希望されるときの如く、ジエツト管４
４を反時計方向へ枢動させてその下端を入口ポー
ト４８に対するよりも入口ポート５０へより近く
接近させる場合であるならば、流体管５４を介し
て弁端区域３６Ｂへ伝達される圧力は、流体管５
２を介して弁端区域３６Ａへ伝達される圧力を超
える。そのような状況下においては、スプール３
４の表面３４Ｂに加えられる力Ｆ_Lはスプール３
４の表面３４Ａに加えられる力Ｆ_Rを超え、スプ
ール３４を左方向へ指向される正味の力Ｆ_Nを生
じる。スプール３４は、左の方向へ指向される正
味の力Ｆ_Nを応動して、左方へ移転し、弁ポート
６８を閉じると同時に弁ポート６６を開く。弁ポ
ート６８は管路７２を介してリザーバ即ちタンク
７０に連絡されている。スプール３４が左方へ移
転するときの弁ポート６６と６８の寸法の変化は
逆関係に在り、寸法差は変換器３２への誤差信号
入力の大きさに依存する。スプール３４が左方へ
移転するにしたがつて、開口７１を介して弁キヤ
ビテイ３６Ｃに入る、ポンプ３８からの圧力流体
のより小さい流れが管路７２を通じて弁ポート６
８によつてタンク７０へ分流され、従つて管路４
０を通じて弁ポート６６を介してシリンダ室１４
Ａへ伝達される流体の圧力を増す。これに加えて
弁スプール３４が左方へ転するにつれて、弁ポー
ト６６がスプール３４の左ランド３４′によつて
制限される程度は、より小さくなり、圧力流体の
給源即ちポンプ３８と連絡している弁キヤビテイ
３６Ｃと管路４０との間の流れの絞りの程度は、
より小さくされる。スプール３４の左方運動の以
上の諸作用の結果として、ピストン１２、従つて
出力軸１０、に加えられる力は増し、出力軸１０
の速度が増加される。

出力軸１０の速度が速度指令信号の給源１６に
よつて設定された所望の零でない増加レベルに達
し且つ変換器３２への誤差信号入力が零に減じた
とき、ジエツト管４４は第１図に示される中心位
置へ復し、スプール３４の表面３４Ａと３４Ｂと
に作用する力Ｆ_Rと力Ｆ_Lを釣合わせ、スプール３
４に対する正味の力Ｆ_Nを零に減じる。スプール
３４は、出力軸１０の速度が新らしい、より大き
い所望指令速度に達したときに占めた新らしい、
より左方の位置に止どまり、出力軸１０の速度
は、異なる指令速度が速度指令信号の給源１６に
よつて設定される迄は、前記所望の、より大きい
値に維持される。

いま、もし、出力軸１０の実際速度を、速度指
令信号の給源１６によつて設定された現在の或る
実際速度から、より小さい零でない値まで減じる
ことが希望されるならば、線路１８における指令
速度信号は、所望の、より小さい値に減じられ、
誤差信号が演算回路２６によつて作られる。誤差
信号の大きさは速度の所望の減速度に比例し、そ
の極性は、実際速度の増加が希望されるとき生じ
るそれとは反対である。この誤差信号は電気―流
体式変換器３２へ入力として供給され、ジエツト
管４４を時計方向に枢動し、その下端４４Ａを入
口ポート５０に対するよりも入口ポート４８に対
しより近く接近させる。この結果として、流体管
５４を通じて弁端区域３６Ｂに伝達される圧力よ
りも大きい圧力が流体管５２を通じて弁端区域３
６Ａに伝達される。従つて、右方への力Ｆ_Rは左
方への力Ｆ_Lよりも大きくなり、右方向への正味
の力Ｆ_Nをスプール３４に生じ、これによつてス
プール３４は右方へ移転される。

スプール３４の右方移動は、同時に、弁ポート
６６の寸法を減じ、一方、弁ポート６８の寸法を
増す。弁ポート６６と６８の寸法の、かくの如き
同時増減によつて、弁ポート６８と管路７２とを
介してタンク７０へ、より多くの圧力流体がポン
ポ３８から分流され、これによつて、弁ポート６
６と管路４０とを介するシリンダ室１４Ａへの圧
力流体の流れが減じ、従つて、出力軸１０の速度
が減じられる。出力軸１０の実際速度が、所望
の、新らしい、より小さい値に達したとき、線路
２５における速度帰還信号と線路１８における速
度指令信号とは等しくなり、電気―流体式変換器
３２に供給される速度誤差信号は零になる。ジエ
ツト管４４は入口ポート４８と５０から等距離に
在るその中心位置へ復し、弁端区域３６Ａと３６
Ｂとにおける圧力は均衡し、従つて、スプール３
４における正味の力Ｆ_Nは零に減じられる。スプ
ール３４は、新らしい、所望の、より小さい速度
に対応する、より右寄りの位置に止どまる。

以上は、出力軸１０の実際速度を、より大きい
値に増すことが希望されるとき、及び出力軸１０
の実際速度を、より小さい値に減じることが希望
されるときにおける第１図の実施例の作動を説明
したものである。どちらの場合でも、スプール３
４は新らしい定常状態位置に移動され、誤差信号
は、新らしい所望の速度（それが前の実際速度に
比べ増加であれ、または減小であれ）が得られた
とき零に復する。

第１図の装置は、また、より大きい、または、
より小さい値への速度指令信号の変化を生じさせ
ることなしに、スプール３４を新しい位置へ移動
させるための誤差信号を作り得る。例えば、出力
軸１０の実際速度が出力軸１０における負荷の増
加または減少に因つて変化（即ち減小または増
加）するとき速度指令信号の変更をともなうこと
なしにスプール３４を新しい位置に移動させる誤
差信号が作られる。例えば、もし出力軸１０の実
際速度が速度指令信号の給源１６によつて設定さ
れた所望速度に達し、スプール３４が誤差信号が
零となつた結果としてある位置において休止して
いる場合、そのあと指令速度の変更は無いが出力
軸１０の負荷が増加する時には、出力軸１０の速
度は一時的に減小する。出力軸１０の実際速度の
かくの如き減小は、指令速度と実際速度との間の
差に等しい大きさを有し、且つ、ジエツト管４４
が左方向への正味の力Ｆ_Nをスプールに生じさせ
るように反時計方向に枢動して弁ポート６６の寸
法を増加すると同時に弁ポート６８の寸法を減小
させ、以て、シリンダ室１４Ａに対してはより多
くの圧力流体を、タンク７０に対しては管路７２
を介してより少ない圧力流体を、夫々、分流する
如き極性を有する誤差信号を生じる。かくて、出
力軸１０の速度は増加する。出力軸１０の実際速
度が再び所望の指令速度に復帰するとき、誤差信
号は零に復し、ジエツト管４４はその中心位置に
復し、スプール３４における正味の力Ｆ_Nは零に
復し、スプール３４は、その新らしい、一そう左
寄りの位置に止どまり、出力軸１０の運動に対し
て抵抗が増加されたにもかかわらず、出力軸１０
の実際速度を不変の所望指令値に維持する。

もし出力軸１０の運動に対する抵抗が、速度指
令信号の給源１６からの指令速度の変更が無い場
合に減じるならば、出力軸１０の速度と線路２５
における速度帰還信号は一時的に増加し、前述し
たときとは反対の極性の速度誤差信号を線路２８
に生じる。該誤差信号の大きさは、不変の指令速
度と増加した実際速度との間の差の大きさに対応
せしめられる。電気―流体式変換器３２への速度
誤差信号入力は、ジエツト管４４を時計方向へ回
動し、スプール３４を右方へ移転させる右方向へ
の正味の力Ｆ_Nを生じさせる。これによつて、弁
ポート６６の寸法は減じられ、弁ポート６８の寸
法は増加され、ポンプ３８からタンク７０へ管路
７２を介してより多くの圧力が分流され、従つ
て、出力軸１０の速度は減じられる。出力軸１０
の実際速度がその所望指令値にまで減じたとき、
誤差信号は零に復し、ジエツト管４４はその中心
位置に復され、スプール３４における正味の力Ｆ
_Nは零に復し、スプール３４はその新らしい、一
そう右寄りの位置に休止している。

シリンダ１４の右側室１４Ｂは、ピストン１２
が第１図の実施例に関連して前述された各種の制
御過程の間右方へ運動するにしたがつて、リザー
バまたはタンクへ流体を吐出す。

第２図に示される実施例においては、本発明の
閉ループ制御装置は、例えば回転油圧モータ１１
２の出力軸１１０の如き回転部材を制御するのに
使用される。制御は、出力軸１１０の角速度また
は角加速度またはトルクに関連する。説明のた
め、第２図の実施例においては、本発明の閉ルー
プ制御装置によつてトルクが制御される。

第２図に図示される装置は、スロツトル型のク
ローズド・センタ式三方弁１３６であつて左ラン
ド１３４′と右ランド１３４″とを設けられた軸線
方向に移動され得るスプール１３４を有するもの
を備えている。スプール１３４は、その中心位置
に於て、管路１３９を通じて圧力流体源１３８に
接続される弁ポート１３７と、管路１７２を通じ
てタンク１７０すなわちリザーバに接続する弁ポ
ート１４１とを通る漏れを除く、事実上全ての流
れを塞止する。スプール１３４の反対両端には、
弁キヤビテイ１３６Ａと１３６Ｂとに夫々組合わ
された端面１３４Ａと１３４Ｂが位置されてい
る。弁１３６は管路１４５を介して回転油圧モー
タ１１２の入力側に接続されたポート１４３を有
する。管路１０９を通じて流体をタンク１０７に
排出させている回転油圧モータ１１２は在来形式
のものであり、その出力軸１１０は管路１４５を
通じて油圧モータの入力側に供給される流体の流
量に対応する速度を以て回転する。監視される回
転油圧モータ１１２の出力パラメータは、それが
速度、加速度またはトルクであれ、好適な変換器
によつて監視される。出力軸１１０の出力トルク
が制御されている第２図の実施例においては、好
適なトルク変換器１４６が使用され、トルク変換
器１４６はその出力線路１４８に出力軸１１０の
出力トルクに対応する電気信号を供給する。分流
弁１３６には好適な電気―流体式変換器１３２が
組合わされている。変換器１３２は、演算回路１
３０によつて発生されて線路１３１を通じてそれ
に供給される増幅された電気的誤差信号入力に応
動する。この誤差信号はトルク変換器１４６によ
つて監視される出力軸１１０の実際トルクと、プ
ログラマなどの如き好適なトルク指令信号の給源
１１６によつて提供される所望トルクとの間の差
に対応しており、流体管路１５２と１５４を介し
てスプール１３４に正味の力Ｆ_Nが供給される。
力Ｆ_Nの大きさと方向は、線路１３１を通じて電
気―流体式変換器１３２に供給されるトルク誤差
信号入力の大きさと極性とに対応せしめられる。
電気―流体式変換器１３２はパイロツト圧力給源
１４４を有する。圧力給源１４４はその出力側１
４７を、好適な圧力降下オリフイス１４９，１５
１を介して流体管路１５２，１５４に接続されて
いる。流体管路１５２，１５４は弁キヤビテイ１
３６Ａ，１３６Ｂと連絡している。弁キヤビテイ
１３６Ａ，１３６Ｂは、互いに反対の位置のスプ
ール端面１３４Ａ，１３４Ｂと組合わされてい
る。さらに、電気―流体式変換器１３２は１対の
流体排出オリフイス１５５，１５６を有する。こ
れら排出オリフイス１５５，１５６は管路１５
７，１５９を介して管路１５２，１５４に接続さ
れている。可動部材、即ちフラツパ１６１が軸１
６３によつて枢動自在に取付けられており、従つ
て、その下端１６１Ａは、流体排出オリフイス１
５５，１５６に隣接する反対制限位置間を運動し
うる。線路１３１を通じて供給されるトルク誤差
信号に応動する電気―機械式変換器１６０によつ
て、フラツパ１６１は、一方向に、線路１３１か
らのトルク誤差入力信号の極性と大きさとに対応
する限度まで枢動される。

トルク誤差信号が零に等しい（即ち、ともに零
でない値であつて実際トルクと所望トルクが等し
い）ときは、電気―機械式変換器１６０はフラツ
パ１６１に対して何らの力も供給せず、従つて、
フラツパ１６１は流体排出オリフイス１５５と１
５６との間においてそれらから等距離の中心位置
に止どまる。もし、出力軸１１０の実際出力トル
クと所望トルクとの間に差があるならば、実際ト
ルクと所望トルクとの間の大きさ並びに向きにお
ける差に対して大きさ及び極性の点で対応せしめ
られる誤差信号が、線路１３１を通じて電気―流
体式変換器１３２へ入力として供給される。この
誤差信号によつて、電気―機械式変換器１６０
は、所望トルクと実際トルクとの間の差の大きさ
と向きに対して対応せしめられた限度まで一方向
にフラツパ１６１を枢動せしめる。

線路１３１を通じて供給されるトルク誤差信号
入力の結果として前記フラツパ１６１が軸１６３
を中心として時計方向に枢動される如き差が所望
トルクと実際トルクとの間にあるならば、フラツ
パ１６１の下端１６１Ａは排出オリフイス１５５
に一そう近く接近するとともに排出オリフイス１
５６から一そう遠ざかるように運動する。その結
果として、管路１５７における、したがつて、管
路１５２における圧力は管路１５９と１５４にお
けるそれに比べ増加し、以て弁キヤビテイ１３６
Ａ内の圧力を弁キヤビテイ１３６Ｂ内の圧力より
も大きくさせる。弁キヤビテイ１３６Ａと１３６
Ｂとに存在する差圧がスプール１３４の反対端面
１３４Ａと１３４Ｂとに加えられるとき、スプー
ル１３４は右方へ移転される。スプール１３４が
右方へ運動するに従つて、弁ポート１３７の寸法
は増し、一方、弁ポート１４１の寸法は減じ、以
て弁ポート１３７における絞り度を減じる。これ
によつて、弁キヤビテイ１３６Ｃからの増加され
た圧力の流体が、ポート１３７、弁キヤビテイ１
３６Ｃ、ポート１４３、管路１４５を通じて回転
油圧モータ１１２へ入力として供給される。スプ
ール１３４の右運動に依る回転油圧モータ１１２
の入力部における圧力の増加は、より大きいトル
クを出力軸１１０へ供給する。回転油圧モータ１
１２の実際出力トルクが所望トルクと等しくなる
とき、線路１３１における誤差信号は零に復し、
フラツパ１６１をその中心位置へ復帰させ、これ
によつて弁キヤビテイ１３６Ａと１３６Ｂとにお
ける圧力が平衡され、従つて、スプール１３４に
零の正味の力Ｆ_Nを生じさせる。スプール１３４
はその位置に止どまり、ポート１４３は部分的に
開放状態に保たれて所望トルクに対応せしめられ
た圧力を以て流体を回転油圧モータ１１２に提供
する。

もし実際出力トルクを、より低い零でないレベ
ルに減じることが希望されるならば、トルク指令
信号が減じられる。これによつて、実際出力トル
クと所望出力トルクとの間の差に対応せしめられ
た大きさの誤差信号であつて、フラツパ１６１を
時計方向に回動させるとともにスプール１３４を
左方へ移転させて弁ポート１３７の絞りを増すよ
うな極性を有する誤差信号が生ぜしめられる。実
際トルクが、より小さい、所望のレベルに達した
とき、線路１３１からのトルク誤差信号は零に復
し、フラツパ１６１はその中心位置に復し、スプ
ール１３４は、新らしい、一そう左寄りの位置に
おいて休止するにいたる。

第１図の実施例において、もし出力軸１０が
“デツド・ヘツド”にされているならば、即ち不
動ならば、ピストン１２に、予め定められた選択
的に変更されうる圧力を維持するために本発明の
閉ループ制御装置を使用することが可能である。
これは、圧力指令信号として給源１６から電気信
号出力を与えることと、第１図において点線によ
つて示される如く、速度変換器１９に代えて、シ
リンダ室１４Ａ内の流体圧力に反応するダイヤフ
ラム、ひずみ計装置の如き圧力変換器１９′を設
けることとによつて達成されうる。該圧力変換器
１９′は、演算回路２６に線路２６′を介して電気
的出力を供給し、演算回路２６は、その出力線路
２８に、圧力指令信号の給源によつて設定される
圧力と実際圧力との間の差の大きさと向きに対
し、大きさ並びに極性において、対応せしめられ
る圧力誤差信号を供給する。この圧力誤差信号
は、シリンダ室１４Ａ内に実際圧力を維持するよ
うに機能し、この実際圧力は、所望の速度が既に
説明されたように維持される態様に似た態様で所
望レベルを以てピストン１２と出力軸１０に供給
される。同様の態様で、第２図の実施例は、利用
される装置に対して管路１４５を通じて供給され
る圧力を所望指令レベルに維持するのに使用され
得る。

第１図の実施例において、零でない速度におけ
る定常状態での誤差信号は零である、即ち出力軸
１０の速度が速度指令信号の給源１６によつて設
定される所望の零でないレベルに達したとき、電
気―流体式変換器３２に供給される誤差信号は零
であることは重要な点である。かつまた、制御さ
れたパラメータ、例えば、速度、の零でないレベ
ルにおける定常状態誤差信号が零となることが、
第２段弁スプールと第１段ジエツト管（またはフ
ラツパ）との間にフイード・バツクを有するサー
ボ弁を使用する閉ループ制御装置において必要と
される如き電気的積分回路を演算回路２６と電気
―流体式変換器３２との間に設ける必要無しに得
られる。第１位近似で、零でない制御されたパラ
メータ（例えば速度）の大きさの条件下で誤差信
号が零になつたときに応動する、電気―流体式変
換器３２によつてスプール３４へ供給される正味
の力Ｆ_Nも零の大きさである。スプール３４は変
換器３２からの零の正味の力の作用下にあり、そ
れを中心位置へ戻そうとする他のいかなる力（流
体による力、機械的な力など）の作用も受けない
から、該スプール３４はそのままの位置に止どま
り、たとい誤差信号が零であつても速度指令信号
の給源１６により設定された所望のレベルに出力
軸１０の被制御パラメータ、例えば速度、を維持
するのに充分なレベルにおいてポンプ３８から弁
３６を通つて管路４０を介してシリンダ１４へ至
る流体の流れを促進する。既述の如く、制御され
たパラメータの零でない大きさにおける定常状態
誤差信号が零という前記状態は、電気的積分回路
及び、または、誤差信号オフセツト無しに得られ
る。

さらに注目に価することは、所望の速度に達し
たときスプール３４をその中心位置へ戻す作用を
するようなジエツト管とスプール３４との間の、
機械的、流体的またはその他方式のフイード・バ
ツクが無く、ジエツト管４４は、所望の速度と実
際の速度とが等しくなる結果として速度誤差信号
が零に減小すると同時にその中心位置へ復するこ
とである。

第１図の実施例の構造並びに作用につき以上説
明されたことは、第２図の実施例にもあてはま
る。第２図の実施例において、定常状態誤差信号
は、零でないトルクの場合、零である。即ち、出
力軸１１０のトルクがトルク指令信号の給源によ
つて設定される所望の零でないレベルに達したと
き、変換器１３２へのトルク誤差信号は零であ
る。また、電気―油圧式サーボ弁を用いる閉ルー
プ制御システムにおいて必要とされる如き電気的
積分回路を、零でない定常状態トルク・レベルに
おいて零である定常状態誤差信号を供給するため
に演算回路と電気―流体式変換器１３２との間に
設けることを要しない。零となる定常状態誤差信
号によつて、零でない定常状態トルク・レベルに
達するとき、フラツパ１６１は中心位置に復され
る。フラツパ１６１が中心位置に復されていると
き、零である誤差信号に応動する、変換器１３２
によつてスプール１３４に供給される正味の力Ｆ
_Nの大きさも零である。スプール１３４は変換器
１３２からの零の正味の力の作用下に在り、それ
を中心位置に戻そうとする他のいかなる力（流体
による力、機械的な力、その他の形式の力）の作
用をも受けないから、スプール１３４はそのまま
の位置に止どまり、たとい定常状態誤差信号が零
であつても、トルク指令信号の給源によつて設定
される所望定常状態レベルに出力軸１１０のトル
クを維持するのに充分なレベルにおいて、圧力流
体がポンプ１３８から弁ポート１３７、弁キヤビ
テイ１３６Ｃ、ポート１４３及び管路１４５を通
つて回転油圧モータ１１２へ流れるのを促進す
る。既に述べた如く、零でない定常状態トルク・
レベルにおける零である定常状態誤差信号の前記
した状態は、電気的積分回路を設けることなしに
得られる。さらに、注目に価することは、トルク
が所望の定常状態レベルに達したときスプール１
３４をその中心位置に戻す作用をするフラツパ１
６１とスプール１３４との間に、機械的、流体的
またはその他の方式のフイード・バツクが無く、
フラツパ１６１は所望及び実際トルクの大きさの
平衡の結果としてトルク誤差信号が零である定常
状態値まで減じると同時にその中心位置に復する
ことである。

スプール３４と１３４とを位置決めするため電
気―流体式変換器３２，１３２を用いることに加
えて、電気―機械式変換器が使用されうる。例え
ば、可動の電機子をスプールに機械的に結合する
とともに誤差信号を受けるように電気入力端子が
接続された直線ソレノイドが使用され得る。

第３図には、従来のオープン・センタ型の四方
流体弁であつて２個のランドを有するスプールＳ
を具えたものが使用される本発明の別実施例が図
示されている。前記スプールＳの位置は弁制御変
換器VCTによつて制御され、変換器VCTは演算
回路SNによつて生じるパラメータ誤差信号PEC
（例えば、速度誤差信号）に反応する。演算回路
SNは指令信号発生装置CSGからのパラメータ指
令信号PCSと、制御されている可動部材Ｍのパラ
メータを監視するパラメータ変換器PTからのパ
ラメータ変換器信号PTSとを入力として受取る。
第３図の実施例においては、圧力流体給源Ｐとタ
ンクＴとにスプール弁Ｖのポートは互いに入れ替
わらせられ得る。

第４図には、弁が２個のランドを有するスプー
ルを配されたクローズド・センタ型の四方弁であ
ることを除き、第３図に似た電気―流体式制御装
置の構造が示されている。

第５図と第６図には、クローズド・センタ型と
オープン・センタ型の三ランド・スプール付き四
方弁を用いた本発明の一形式が図示されている。
この場合も、圧力流体給源とタンクとに接続され
たスプール弁のポートは互いに入れ替わらせられ
得る。

第７図には、圧力流体給源Ｐと直線運動可能の
負荷部材Ｍとの間に接続された二方弁であつて、
パラメータ誤差信号PECの大きさに従つて、圧
力流体給源Ｐから負荷部材Ｍへ供給される圧力流
体を異る諸程度に絞ることを目的とするものを使
用された本発明の一形式が図示されている。

第８図の電気―流体式制御装置においては、二
方弁ＶはタンクＴと、圧力流体給源Ｐと直線運動
され得る負荷部材Ｍとを互いに接続する流体管と
の間に接続されている。第８図の実施例の二方弁
Ｖは、パラメータ誤差信号PECの大きさに従つ
て負荷部材Ｍに対し供給される圧力を変更するた
めに、圧力流体給源ＰからタンクＴへ異る各種の
量を以て圧力流体の流れを分流する。

第３図〜第８図に示される実施例並びに第１図
及び第２図に示される実施例のおのおのにおい
て、弁制御変換器（例えば、ジエツト管、フラツ
パ等）と、流体弁の可動弁閉鎖部材（例えば、ス
プール）との間には機械的、流体的またはその他
の形式のフイード・バツクは存在しない。さら
に、パラメータ誤差信号を作る演算回路と弁制御
変換器との間には電気的積分回路は無い。さら
に、第３図〜第８図の諸実施例のおのおのにおい
ては、制御されたパラメータの零でない定常状態
値において、第１位近似で、零である定常状態誤
差信号が存在する。また、各実施例は、少くとも
２個のポートと１個の可動の弁閉鎖部材とを有す
る弁であつて、弁閉鎖部材が、運動されるとき前
記ポートの少くとも１個の寸法を変更し以て負荷
部材に対して供給される圧力を変えるための弁制
御変換器に対して応動するようにされたものを有
し、前記弁閉鎖部材は、事実上正味の圧力が負荷
部材に供給されない一位置と、正味の圧力が負荷
部材に供給される他の一位置とを有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線方向に運動されうる流体駆動され
るピストンの閉ループ速度制御を行うための本発
明の一実施例の、概略的形式を以て示した構成
図；第２図は流体駆動されるモータの回転速度の
閉ループ制御を行うための本発明の別の実施例の
概略的形式を以て示した構成図；第３図は２個の
ランドを有するスプールを配されたオープン・セ
ンタ四方弁を使用する本発明の概略構成図；第４
図は２個のランドを有するスプールを配されたク
ローズド・センタ四方弁を用いた本発明の概略構
成図；第５図は３個のランドを有するスプールを
配されたクローズド・センタ四方弁を用いた本発
明の概略構成図；第６図は３個のランドを有する
スプールを配されたオープン・センタ四方弁を使
用する本発明の概略構成図；第７図は圧力流体給
源と直動されうる負荷部材との間に接続された二
方弁を用いる本発明の概略構成図；第８図は圧力
流体給源と直動され得る負荷部材とを互いに接続
する流体管路とタンクとの間に接続された二方弁
を用いた本発明の概略構成図である。 １０は『出力軸』；１２は『ピストン』；１４
は『シリンダ』；１４Ａは『シリンダ室』；１４
Ｃは『タンク』；１６は『速度指令信号の給
源』；１６Ａは『分圧器』；１８は『線路』；１
９は『速度変換器』；２０は『ラツク』；２４は
『回転速度計』；２６は『演算回路』；２５は
『出力線路』；２８は『出力線路』；３１は『線
路』；３２は『電気―流体式変換器』；３４は
『スプール』；３４Ａ，３４Ｂは『表面』；３６
は『三方分流弁』；３６Ａ，３６Ｂは『弁端区
域』；Ｐは『ポンプ』；４６は『パイロツト圧力
ポンプ』；４４は『ジエツト管』；４４Ａは『下
端』；４８，５０は『入口ポート』；５２，５４
は『流体管』；５６，５８は『端部』；６６，６
８は『弁ポート』；４０は『流体管路』；７２は
『管路』を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動部材Ｍの速度、加速度、トルク、力また
   は圧力などの零でない値でなるパラメータの大き
   さを制御するための閉ループ電気―流体式制御装
   置であつて、前記パラメータを零でない値に維持
   するためには前記可動部材Ｍに圧力流体を連続し
   て供給しておくことが必要となつており、前記パ
   ラメータが所望値になつた時に零の誤差信号が発
   生されるように構成されている閉ループ電気―流
   体式制御装置にして、 前記可動部材Ｍの前記パラメータの所望値に対
   応する所望パラメータ信号PCSを与える指令信号
   発生装置CSGと、 前記可動部材Ｍの前記パラメータの実際値に対
   応する実際パラメータ信号PTSを提供する変換器
   PTと、 前記所望パラメータ信号PCSと前記実際パラメ
   ータ信号PTSとを受けて両信号間の差異に対応す
   るパラメータ誤差信号PECを提供するための積
   分回路を有しない演算回路SNであつて、前記パ
   ラメータ誤差信号PECは前記所望パラメータ信
   号PCSと前記実際パラメータ信号PTSとが相等し
   く且つ零でない大きさを有する場合に零となるよ
   うになつている前記演算回路SNと、 少なくとも２個のポートを有する弁Ｖであつ
   て、該弁Ｖは前記可動部材Ｍ及び圧力流体給源Ｐ
   に対し流体回路によつて接続されており、前記弁
   Ｖは前記ポートのうちの少なくとも一つのポート
   の寸法を変えるべく、また、それによつて前記圧
   力流体給源Ｐから前記可動部材Ｍに作用せしめら
   れる正味流体圧力を変えるべく移動可能な弁閉鎖
   部材Ｓを有しており、該弁閉鎖部材Ｓは、前記加
   圧流体給源Ｐにより前記可動部材Ｍに対し実質的
   に零の流体圧力が作用せしめられる少なくとも一
   つの或る位置と、前記加圧流体給源Ｐから前記可
   動部材Ｍに対して零でない正味流体圧力が作用せ
   しめられる少なくとも１つの別の位置とを有する
   よう構成されている前記弁Ｖと、 前記パラメータ誤差信号PECに応答して該パ
   ラメータ誤差信号PECに対応した大きさの力を
   前記弁閉鎖部材Ｓに作用せしめる弁制御変換器
   VCTであつて、該弁制御変換器VCTは、前記所
   望パラメータ信号PCSと前記実際パラメータ信号
   PTSとが相等しく且つ零でない値を有していて前
   記パラメータ誤差信号PECの大きさが零である
   時前記弁閉鎖部材Ｓに対して大きさ零の力を提供
   せしめるよう構成されている前記弁制御変換器
   VCTと、を有し、 前記弁閉鎖部材Ｓと前記弁制御変換器VCTと
   は、前記パラメータ誤差信号PECが零である時
   前記弁閉鎖部材Ｓを或る位置へ戻すような相互接
   続関係を何等有しておらず、前記弁閉鎖部材Ｓは
   前記弁制御変換器VCTからの力のみを受けせし
   められ、また、前記弁閉鎖部材Ｓは、前記弁制御
   変換器VCTに入力される零でない前記パラメー
   タ誤差信号PECに応答して該弁制御変換器VCT
   により該弁閉鎖部材Ｓに作用せしめられる力によ
   つて該弁閉鎖部材Ｓが或る位置からひとたび変位
   されたならば、その後該パラメータ誤差信号
   PECが零となつて前記弁制御変換器VCTにより
   前記弁閉鎖部材Ｓに力が作用せしめられなくなつ
   た時には、該弁閉鎖部材Ｓがその或る位置から変
   位されたままに止どまつているよう構成されてい
   ることを特徴とする閉ループ電気―流体式制御装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の閉ループ電気―
   流体式制御装置において、前記弁Ｖは、前記加圧
   流体給源Ｐ、リザーバＴ及び前記可動部材Ｍに対
   して夫々流体回路で接続された少なくとも３個の
   ポートを有しており、前記弁Ｖの移動可能な前記
   弁閉鎖部材Ｓは、前記ポートのうちの少なくとも
   ２個のポートの寸法を変えるべく、また、それに
   よつて前記加圧流体給源Ｐから該弁閉鎖部材Ｓに
   作用せしめられる正味流体圧力を変えるべく該弁
   閉鎖部材Ｓが力を受けせしめられる際第１及び第
   ２の位置間で移動可能にされており、前記弁制御
   変換器VCTは前記パラメータ誤差信号PECに応
   答して該パラメータ誤差信号PECに対応せしめ
   られた大きさの力を前記弁閉鎖部材Ｓに作用せし
   めるよう構成されており、前記弁制御変換器
   VCTは、前記所望パラメータ信号PCSと前記実
   際パラメータ信号PTSとが相等しく且つ零でない
   値を有していて前記パラメータ誤差信号PECの
   大きさが零の時前記弁閉鎖部材Ｓに対して大きさ
   零の力を提供するよう構成されており、前記弁閉
   鎖部材Ｓは前記第１の位置と前記第２の位置との
   間の所定の中間位置を有しており、該中間位置で
   は前記加圧流体給源Ｐから前記可動部材Ｍに対し
   て実質的に零の正味流体圧力が作用せしめられる
   ようになつていることを特徴とする閉ループ電気
   ―流体式制御装置。