JPS6313307A

JPS6313307A - ソノレイドのストロ−ク制御方法

Info

Publication number: JPS6313307A
Application number: JP15741886A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakayama; 徹矢中山
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-07-04
Filing date: 1986-07-04
Publication date: 1988-01-20

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］この発明は、ソレノイドのプランジャストロークをその
目標量に応じて適正に制御するソレノイドのストローク
制御方法に関する。

［従来の技術］従来行なわれていたこうしなストローク制御のための方
法は、次に示す２通りの方法に大別される。

（イ）上記プランジャのストローク量を同プランジャに
取り付けたポテンショメータあるいは差動トランス等の
位置センサにより検出するようにして、この検出出力を
ストローク指令にフィードバックする位置サーボ系を構
成する。

（ロ）ソレノイドコイルの励磁電流を調節して同ソレノ
イドのプランジャ推力をコントロールすることにより、
この推力と負荷スプリングとをバランスさせつつ同プラ
ンジャのストローク量を目標量に応じて変化させる。

［発明が解決しようとする問題点］上記（イ）の方法の場合、位置サーボ系を構成している
ことで、比較的応答性が良く自由度にも優れたストロー
ク制御を実現することはできるものの、上記位置センサ
を別個必要とする都合上、自ずとコスト高を招き、また
構造的にも複雑とならざるを得ない。信頼性の面でも問
題が残る。

また、上記（ロ）の方法の場合、系の応答性は可動部で
あるプランジャの１ｆｆｌと上記負荷スプリングのバネ
定数とによって定まる固有振動数によって制限されるた
め、応答性の良い系を実現することが難しい。しかも、
こうしたバネ−マス系の振動を抑制するための制動機構
を別個設ける必要がある。またこの（ロ）の方法は完全
なオーブンループ制御であるため、例えばソレノイド自
身のプランジャ推力対励磁電流特性や負荷スプリングの
バネ定数、可動部の摩擦定数等に関してのバラツキや経
時変化、あるいは負荷の外乱等に対して全く無防備であ
る。

［問題点を解決するための手段および作用］この発明で
は、ソレノイドのプランジャが運動するときそのストロ
ークの量に応じて同ソレノイドコイルの自己インダクタ
ンス等磁気抵抗特性も変化することに着目して、この随
時の磁気抵抗特性に基づき同ソレノイドのプランジャス
トローク量に対応したストローク信号を形成し、さらに
この形成したストローク信号と外部から与えられるスト
ローク指令等のプランジャストＯ−り目標値を示す信号
との偏差に対応して同ソレノイドのプランジャストロー
ク吊を制御するようにする。

これにより、前述したような特別な位置センサを設ける
ことなく、位置サーボ系が構成されることとなり、安価
で応答性や自由度にも優れ、さらに精度や信頼性の面で
も申し分のないストローク制御が実現されるようになる
。

［実施例］はじめに、この発明の原理について説明する。

いま、ソレノイドのコイルに流れる電流を１１同コイル
の巻数をＮ１磁路を通る磁束をφとすると、同コイルの
鎖交磁束数は、これをψとして ψ＝Ｎ・φ　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
１）また同コイルの自己インダクタンスは、これをＬと
してと表わされることは周知の通りである。

ところで、こうしたソレノイドは、プランジャが運動す
るとその７トロークに応じて磁路の磁気抵抗が変化し、
起磁力Ｎｉに対する磁束φも、第３図に示すように同プ
ランジャストロークに応じて変化する。ずなわち、同第
３図に示す特性曲線の勾配を一般的にθとすると、この
勾配θはとして表わされるが、この勾配θが、ある特定
の起磁力Ｎｉに注目した場合に、例えば同図に示すθ１
→θ２のように上記プランジャストロークに応じて変化
する。

ここで、上記（２）式より・・・　（２）′ であるから、これに上記（３）式を代入するとＬ＝Ｎ２
　・θ　　　　　　　　・・・（４）ただし、Ｎ＝ｃｏ
ｎＳｔ。

となり、同ソレノイドのコイルの自己インダクタンスし
も上記勾配θに比例して変化することがわかる。

以上総括するに、ソレノイドコイルの自己インダクタン
スＬは、同ソレノイドのプランジャストロークに応じて
変化することとなり、該ストローク量をΔＸとすると、Ｌ＝ｆ（ΔＸ）　　　　　　　　　・・・（５）といっ
た関数形で表わされることがわかる。換言すれば、この
随時の自己インダクタンスＬの値が・　わかれば、同ソ
レノイドの随時の実ストローク吊もわかる。

そこで次に、稼働しているソレノイドの随時の自己イン
ダクタンスを求める方法について説明する。

上述したようにこのインダクタンスをし、また同コイル
の巻線抵抗（ソレノイド内部抵抗）をＲとすると、稼働
しているソレノイドの印加電圧■に対する電流（コイル
に流れる電流）ｉの伝達間・・・（６）ただし、Ｓニラプラス演算子 τ：時定数（τ＝　Ｌ／Ｒ）したがって、Ｖ（ｔ）　、ｉ　（ｔ）を知ることができ
れば、上記ＲおよびＬの値も同定することができること
がわかる。こうした電圧値Ｖおよび電流値ｉにより抵抗
値Ｒおよびインダクタンス値りを求める方法は、一般的
なパラメータ同定方法として種々知られているが、ここ
では比較的簡単な方法を例にとって以下に列記する。

■　上記ソレノイドコイルの両端電圧（印加電圧）■お
よび同コイルを流れる電流ｉを適宜に検出する。

■　これら検出した電圧■および電流ｉの直流信号成分
、あるいは上記時定数τによって定まるカットオフ周波
数よりも十分に低いとみられる周波数成分（すなわち上
記ソレノイドコイルが直流抵抗とみなせる程度の低周波
数成分）抽出のためのフィルタリングまたは平均化操作
によって得た電圧Ｖおよび電流ｉの値によるＲ＝Ｖ／ｉの関係に基づいて同コイルの巻線抵抗（ソレノイド内部
抵抗）Ｒを求める。

■　同じく上記検出した電圧■および電流ｉの今度は上
記時定数τによって定まるカットオフ周波数よりも高い
とみられる周波数成分（すなわち上記ソレノイドコイル
が交流抵抗とみなせる程度の高周波数成分）における入
力電圧■に対する電流ｉの挙０（例えば振幅比、位相遅
れ、あるいは電流振幅値一定とするための入力周波数等
々）に基づいて該時定数での値を求める。

■　最後に、これら求めた抵抗値Ｒおよび時定数値τに
よりＬ＝Ｒ・τ の関係に基づいて同コイルの自己インダクタンスＬの値
を求める。

こうして当該時点でのソレノイドコイルの自己インダク
タンスＬの値がわかれば、先の（５）式の関係から同ソ
レノイドの当該時点でのプランジャストローク吊△Ｘも
知ることができる。

なお、以上の説明では、ソレノイドコイルに加わる電圧
Ｖおよびこれに流される電流ｉの値が決まれば、同コイ
ルの自己インダクタンスＬの値も前記（５）式の関係だ
けで一義的に決定されるとしたが、現実には、該インダ
クタンスＬの値は、磁性体材料の磁気特性等により前記
起磁力Ｎｉによっても変化し、さらにはこうした磁性体
材料によっては上記コイルの温度によっても変化するこ
とがある。すなわち、このコイル温度をｔａで表わりと
すると、該インダクタンスしは、実際にはＬ　−ｆ　（
△　ｙ、、　　Ｎ　　ｉ、　　　ｔａ）　　　　　　−
（７）といった関係に基づいて決定されることとなる。

Ｄｓすれば、上記求めたインダクタンスＬの値に加えて
、これら起磁力Ｎｉおよびコイル温度ｔａについての値
をも考慮するようにすれば、上記ストローク吊ΔＸにつ
いてのより正確な値を得ることができるようになる。因
みに、上記起磁力Ｎ１の値は、予めわかっている同コイ
ルの巻数Ｎに上記検出した電流ｉの値を乗算することで
求められ、また上記コイル温度ｔａの値は、これも既知
である基準温度における同コイルの巻線抵抗とその温度
係数、および上記求めた稼ｆｉｊ時における同コイルの
巻線抵抗Ｒの関係に基づいて求めることができる。

第１図に、こうした原理に基づいて構成したストローク
制御ｌ装置の一例を示す。

この第１図において、ＳＤは当の制御対象となるソレノ
イドであり、該ソレノイドＳＤは、駆動回路２を通じて
加えられるプランジャ（図示せず）のストローク目標値
に対応した駆動信号ｄによって駆動される。このストロ
ーク目標値は外部から適宜加えられるストローク指令Ｘ
によって与えられ、駆動回路２はこのストローク指令Ｘ
と後述する実際のストローク値ΔＸとの加算点１９を介
した偏差値（Ｘ−ΔＸ）の誤差アンプ１による所定の増
幅値（×−Δｘ）′に応じてその随時の上記ソレノイド
ＳＤに印加すべぎ電圧を決定する。また同図において、
３は上記ソレノイドＳＤのコイル、４は該コイル３に流
れる電流を検出するためのシャント抵抗である。

さて、このストローク制御装置では、電圧検出部１１に
よりその都度のコイル３の両端電圧（ソレノイドＳＤの
入力電圧）■を検出し、電流検出部１２によりその都度
コイル３に流れる電流ｉを検出した後、内部抵抗演算−
１３によるこれら検出された電圧Ｖおよび電流ｉに基づ
く前記■の処理によりソレノイドＳＤの内部抵抗（コイ
ル３の巻線抵抗）Ｒを求め、時定数演舞部１４による同
電圧■および電流ｉに基づく前記■の処理によりソレノ
イドＳＤの時定数τを求め、さらにインダクタンス演算
部１５によるこれら求められた内部抵抗Ｒおよび時定数
τに基づく前記■の処理により同ソレノイドＳＤの（コ
イル３の）当該時点における自己インダクタンスＬを求
めてこれをストローク演算部１８に加える。また、起磁
力演算部１６は、前述したように予めわかっている上記
コイル３の巻数Ｎに上記検出された電流１を乗算して当
該時点における起磁力Ｎｉを求める回路、温度演算部１
７は、これも前述したように既知である基準温度におけ
るコイル３の巻線抵抗値とその温度係数、および上記求
めた内部抵抗Ｒに基づいて同コイル３の°当該時点にお
けるコイル温度ｔａを求める回路であり、これら求めら
れた起磁力Ｎｉおよびコイル温度ｔａに関する値もそれ
ぞれ上記求められたインダクタンスＬの値と共にストロ
ーク演算部１８に加えられる。

ストローク演算部１８は、これら加えられた６値による
前記（７）式の関数関係に基づいてソレノイドＳＤの図
示しないプランジャの実ストローク量ΔＸを′ｔ４ｇし
、これを加算点１９に加える回路である。こうしたＰｆ
４算部１８は、例えば上記インダクタンス上１起磁力Ｎ
ｉ、コイル温度ｔａの６値に対応するプランジャストロ
ーク量ΔＸを予めテーブル状に記憶したＲＯＭ（リード
オンリメモリ）等によって実現することができる。すな
わち、こうした６値の関係は予めの実験等に基づいて経
験的に得られるものであることから、例えばインダクタ
ンスＬとストローク量ΔＸとの関係をコイル温度ｔａの
ある１つの値について起磁力Ｎｉの各値毎に求めたグラ
フをコイル温度ｔａのとり得る各領分だけ複数用意して
これをテーブル化したり、あるいは同インダクタンスＬ
とストローク量△Ｘとの関係を起磁力Ｎｉのある１つの
値についてコイル４　Ｉ！Ｊ　ｔ　ａの６１Ｕｍに求め
たグラフを起磁力Ｎｉのとり得る各領分だけ複数用意し
てこれをテーブル化したりしておけば、これらインダク
タンス上１起磁力Ｎ；およびコイル温度ｔａの６値をア
ドレス信号として該テーブルをアクセスするようにする
ことでこれに対応するプランジャストローク量△Ｘは容
易に得ることができる。勿論こうした場合、該ストロー
ク演算部１８は、上記インダクタンスし、起磁力Ｎ１、
コイル温度ｔａをＡ／Ｄ　（アナログ／ディジタル）変
換するための手段、および得られたストローク量ΔＸを
Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換するための手段等
を併せ有するとする。

このように、このストローク制御装置では、ソレノイド
ＳＯのプランジャストロークについての位置サーボ系を
構成していることから、応答性に良く自由度にも優れた
高精度、高信頼性のストローク制御ｐを実現することが
できる。

なお、同第１図に示すように、上記温度演算部１７で求
めたコイル温度ｔａを比較器２１の一方入力に入力して
許容温度設定器２２に予設定したコイル許容上限温度と
逐次比較するようにし、この比較の結果上記コイル温度
ｔａがこのコイル許容上限温度に達したとき同比較器２
１から前記駆動回路２に対してソレノイドＳＤのコイル
３に流す電流の吊を低減せしめる旨指令する電流低減指
令を出力させるようにすれば、上述したストローク制御
をより安全なものとすることができるようになる。この
場合勿論、電流ではなくコイル３に印加する電圧を低減
するようにしてもよい。

また、上記の例ではソレノイドＳＤの実際の駆動信号ｄ
に基づいて上述したストローク量△を求めるための各種
＠算を行なうようにしたが、他に同第１図に示すような
試験信号発生器３１を設けて、ここから加算点３２を介
してソレノイドＳＤの実際の駆動には影響のない高周波
信号等の試験信号を同ソレノイドＳＤに印加するように
し、この試験信号に基づいて上述した演算を行なうよう
にしてもよい。

ところで、この第１図に示した￥ｃ置では、先に説明し
た原理に基づいてストローク量ΔＸを求めた後、これを
加算点１９を介してストＯ−り指令Ｘにフィードバック
するようにしたが、この変形例として、閉ループ内の演
算処理を極力低減して制御系の安定性等を向上せしめる
第２図に示すような構成とすることもできる。

すなわちこの第２図に示す装置は、ストローク指令Ｘを
、前述の如く演算したソレノイドＳＤの内部抵抗（コイ
ル３の巻線抵抗）Ｒ１起磁力Ｎｉ、およびコイル温度ｔ
ａに基づいて予め目標とするストローク量に対応したコ
イル３のインダクタンス相当１ｉｆｉ＜正確にはこのと
きの時定数τ。の代用値）に変換してこれをストローク
目標値信号として誤差アンプ１に加えるようにするとと
もに、前記検出した電圧■および電流ｉに基づいて演算
した随時のインダクタンス相当値（正確には随時の時定
数τの代用値）をこの誤差アンプ１に加えるストローク
目標値信号（目標時定数で。の代用Ｕｆｉ＞にフィード
バックするようにしたものである。この第２図の装置で
は、目標時定数演算回路４０にてストローク指令Ｘを上
記目標時定数τ。の代用値τ。′に変換するための演算
を行ない、時定数代用特性演算部４１にて手記随時の時
定数τの代用値τ′を求める演算を行ない、加算点４２
でこれら代用値で。′およびτ′を加算する。なお、こ
れら代用値τ。′およびτ′はそれぞれ時定数の比較に
都合のよい値が選ばれるものであり、例えばある特定の
周波数におけるゲインとが位相とかいった値がこれら代
用値として選ばれる。またこの第２図において、先の第
１図に示した各要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符
号を付して示した。勿論この第２図の装置にも、先の第
１図の装置と同様比較器２１および許容温度設定器２２
を設けてコイル３の温度過昇に対する対策を施すことが
できる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、何ら特別な位
置センサを設けることなく位置サーボ系を構成すること
ができる。したがって、応答性や精度、信頼性等に優れ
たストローク制御を比較的安価に実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるソレノイドのストローク制御
方法の一実施例を適用したストローク制ｔＩＩ装置の一
例を示すブロック図、第２図は他の装置構成例を示すブ
ロック図、第３図はソレノイドの起磁カー磁束特性を示
す線図である。１・・・誤差アンプ、２・・・駆動回路、３・・・ソレ
ノイドコイル、４・・・シャント抵抗、１１・・・電圧
検出部、１２・・・電流検出部、１３・・・内部抵抗演
算部、１４・・・時定数演算部、１５・・・インダクタ
ンス演算部、１６・・・起磁力演算部、１７・・・温度
演算部、１８・・・ストローク演算部、２１・・・比較
器、２２・・・許容温度設定器、３１・・・試験信号発
生器、４０・・・目標時定数演算回路、４１・・・時定
数代用特性演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ソレノイドコイルに印加される電圧と電流との関
係に基づいて同ソレノイドのプランジャストローク量を
検出するとともに、該検出値とプランジャのストローク
目標値との偏差に対応して前記ソレノイドのプランジャ
ストローク量を制御するようにしたソレノイドのストロ
ーク制御方法。
（２）前記ストローク量は、前記ソレノイドコイルの両
端に加わる電圧と同コイルを流れる電流とに基づいて演
算した同コイルの自己インダクタンスに対応して検出す
る特許請求の範囲第（１）項記載のソレノイドのストロ
ーク制御方法。
（３）前記ストローク量は、前記ソレノイドコイルの両
端に加わる電圧と同コイルを流れる電流とに基づいて演
算した同コイルの自己インダクタンスを、前記電流と同
コイルの回巻数とに基づいて演算した起磁力によって補
正した値に対応して検出する特許請求の範囲第（１）項
記載のソレノイドのストローク制御方法。
（４）前記ストローク量は、前記ソレノイドコイルの両
端に加わる電圧と同コイルを流れる電流とに基づいて演
算した同コイルの自己インダクタンスを、同じくこれら
電圧と電流とに基づいて演算した同コイルの内部抵抗と
既知である基準温度における同コイルの巻線抵抗値並び
にその温度係数とに基づいて演算したコイル温度によっ
て補正した値に対応して検出する特許請求の範囲第（１
）項記載のソレノイドのストローク制御方法。
（５）前記ストローク量は、前記ソレノイドコイルの両
端に加わる電圧と同コイルを流れる電流とに基づいて演
算した同コイルの自己インダクタンスを、同じくこれら
電圧と電流とに基づいて演算した同コイルの内部抵抗と
既知である基準湿度における同コイルの巻線抵抗値並び
にその温度係数とに基づいて演算したコイル温度、およ
び前記電流と同コイルの回巻線とに基づいて演算した起
磁力によって補正した値に対応して検出する特許請求の
範囲第（１）項記載のソレノイドのストローク制御方法
。
（６）前記プランジャのストローク目標値は、該ストロ
ーク目標値に関して予め与えられた値を、前記ソレノイ
ドコイルの両端に加わる電圧と同コイルを流れる電流と
に基づいて演算した同コイルの内部抵抗、および該内部
抵抗と既知である基準温度における同コイルの巻線抵抗
値並びにその温度係数とに基づいて演算したコイル温度
、および前記電流と同コイルの回巻線とに基づいて演算
した起磁力によって、該ストローク目標値に対応した同
コイルの目標時定数に予め変換した値であり、前記スト
ローク量は、前記コイルの両端に加わる電圧と同コイル
を流れる電流とに基づいて演算した同コイルの当該時定
数に対応して検出した値である特許請求の範囲第（１）
項記載のソレノイドのストローク制御方法。
（７）ソレノイドコイルに印加される電圧と電流との関
係に基づいて同ソレノイドのプランジャストローク量を
検出するとともに、該検出値とプランジャのストローク
目標値との偏差に対応して前記ソレノイドのプランジャ
ストローク量を制御しかつ、前記ソレノイドコイルに印
加される電圧と電流とに基づいて演算した同コイルの内
部抵抗と既知である基準温度における同コイルの巻線抵
抗値並びにその温度係数とに基づいて演算したコイル温
度を予設定したコイル許容上限温度と比較して、該演算
したコイル温度がコイル許容上限温度に達したとき前記
ソレノイドに印加する電流若しくは電圧を低減するよう
にしたソレノイドのストローク制御方法。