JPS6343002A - 流体の流れ特性を測定するための方法及び装置 - 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】 〔発明の要約〕 電気油圧式サーボ弁及びアクチュエータシステムの流れ
特性、特に速度特性を遠隔的に測定しまた線形化するた
めのシステム及び方法である。複数の生コマンド信号が
連続的に生成されて、これらに対応する動作のデータが
弁及び負荷（アクチュエータを含む）において測定され
格納される。線形化された特性が、測定された動作の範
囲に対応して次に生成され、参照用テーブルが作成され
る。これは生コマンド信号を、所望とする線形動作特性
を得るために必要なコマント信号へと関連付けるもので
ある。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電気油圧式サーボ弁／アクチュエータシステ
ムにおけるサーボ弁の流れ特性を測定することに関し、
より特定的にはアクチュエータの出力速度を効率的に線
形化するための方法及びシステムに関する。

〔従来の技術〕

これまでの電気油圧式サーボ弁組立体および弁／アクチ
ュエータシステムは、出力−弁制御信号特性において、
多くの非線形性を体現したものであった。例えば、幾つ
かの弁は所謂オーバーラツプを体現しているが、これは
流れ一制御信号曲線の始点の付近において平坦な地点と
して現れるものである。この曲線の始点の付近における
弁の零シフトは、エラーの別の発生源である。始点から
離れた個所での弁の非線形性は、最初からの又は一定期
間の作動の後における弁のボールの緩みの如き作動不良
の結果であることがある。また大きな非線形性が、差動
領域にあるアクチュエータの如き、弁が結合されている
負荷によって、或いは限定されたポンプ出力による流れ
の飽和によっても生じ得る。

補足的な電子的補正によって、オーバーラツプや零シフ
トの如き設計上の非線形性を克服しようとする試みは、
従来からの慣行である。それ故、特定の弁又は特定の弁
／アクチュエータシステムを補正するために、特定のア
ナログ弁制御回路を設計することができる。

〔発明の解決しようとする問題点〕

しかしこのような制御回路は所望とする多様性を有して
おらず、また現場において調節するのが困難である。さ
らに、環境或いは作動不良に基づき弁又は負荷において
作動特性が変化することが、エラーを導き及び／又は再
調節を必要とする。弁の作動不良、例えばスプールの曲
がり又は「ボールグリフチ」として知られる弁のサーボ
スプールボール孔内でのボールの緩みといった問題の如
きは、エレクトロニクスによって容易に補正しうるちの
ではなく、従って通常は弁の修理又は取替を必要とする
。

別の技術的な問題は、弁又は弁／アクチエエータの問題
についての診断が、通常は熟練した技術者の手によって
試験を行うことを必要とするという点にある。従って、
修理を行うためには技術者が使用場所まで派遣されねば
ならないか、あるいは弁が交換されて技術者の元まで輸
送されねばならない。これらの何れの選択肢も費用がか
かり、また時間を浪費する。

そこで本発明の一般的な目的は、上述の技術的な不具合
を回避し又は克服することのできる、弁の流れ特性を測
定し及び／又は補正するためのシステム及び方法を提供
することにある。本発明のより特定的な目的は、容易且
つ経済的で電子的に実施することができ、弁及び／又は
アクチュエータの切り離しを必要とせずに使用場所から
離れた所から実行することのできる、弁／アクチュエー
タシステム内のサーボ弁の流れ特性を引き出すためのシ
ステム及び方法を提供することにある０本発明のさらに
特定的な目的は、上述のような特色を有すると共に、線
形のアクチュエータ速度−コマンド信号特性を生み出す
ために非線形性を自動的に補正するシステム及び方法を
提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による電気油圧式サーボ／アクチュエータシステ
ムは、流体を源からアクチュエータへと選択的に供給し
てアクチュエータでの動作を得るために、アクチュエー
タへと連結され且つ電子的弁制御信号に応答するサーボ
弁を含んでいる。好ましくは位置センサーである検出器
が、アクチュエータでの実際の動作を示す信号を供給す
るためにアクチュエータへと連結されている。この動作
は勿論、他の要素に加えて、サーボ弁を通る流体の流れ
の直接的な関数である。使用個所からは離れて位置する
主制御器又はコマンド制御器が、アクチュエータにおけ
る所望の動作の関数としてコマンド信号を発生する。サ
ーボ制御器がこのコマンド信号と、位置センサーからの
動作信号に応答するようにされていて、サーボ弁へと制
御信号を発生する。

最も好ましくは、サーボ制御器はマイクロプロセッサを
ベースとしたデジタル制御器を含んでおり、これがサー
ボ弁パッケージの一部を形成している。サーボ制御器は
コマンド制御器からのコマンドに応じて作動するよう構
成されており、コマンド信号と動作信号の間の差の関数
として弁制御信号が変化する閉ループモードと、弁制御
信号が実際の動作とは無関係にコマンド信号と共に変化
する開ループモードの何れかにおいて選択的に動作する
。

本発明によれば、コマンド制御器は、好ましくはサーボ
制御器が開ループモードにおいて作動している場合につ
いて、複数の連続的な流れコマンド信号を生成し、また
その結果対応する負荷の動作信号の関数として生じた弁
／アクチュエータ速度を読み取るための装備を有してい
る。結果として得られたこの速度のデータは、対応する
コマンド信号の関数として格納され及び／又は表示され
る。非線形性は作動不良を示し、技術者によって判断さ
れることができる。

全体的な作動は、設置場所から離れた所において実行さ
れるであろう。

本発明の別の重要な特徴によれば、些少な作動不良に基
づく定常的な（一時的でない）非線形性をも含む、速度
−コマンド特性中における非線形性は自動的に補正され
て、線形な速度−コマンド信号が得られるが、これは制
御を行うという目的のためには望ましいことである。こ
のことは、事前に得られ且つ格納された生データに基づ
いて、先ず所望とする線形の速度特性を生成することに
よって達成される。補正された即ち線形化された流れコ
マンド信号が、次いでこの線形の特性から、複数の別々
の動作（速度）値の各々について得られる。この線形化
されたコマンド信号は対応する生コマンド信号の関数と
して、好ましくはコマンド制御器内のテーブルとして格
納され、或いはサーボ制御器へと送り込まれる。このテ
ーブルは次いで、生コマンド信号を線形化されたコマン
ド信号へと変換するために採用され、それにより弁／ア
クチュエータ組立体における線形速度特性を得る。

〔実施例〕

本発明はその付加的な目的、特徴及び利点と共に、以下
の説明、特許請求の範囲及び添付図面から最も良く理解
されるであろう。

第１図は本発明によるサーボシステム１０を示している
。これは源１６からアクチュエータ（線形又は回転形）
１４へと、弁のトルクモーター１８に対するパルス幅変
調制御信号の関数として油圧流体を供給するために該ア
クチュエータへと接続されたサーボ弁１２を含んでいる
。アクチュエータ１４は負荷（図示せず）へと連結され
た軸２２を有するピストン２０を含んでおり、該負荷を
正（右）方向又は負（左）方向へと移動させるが、この
方向の指定は任意のものである。−船釣に云って、技術
的に周知であるように、アクチュエータ１４における速
度は弁１２からの流体の流れの直接的な関数として変化
する。しかしながら図示した例においては、ピストン２
０の右手の側の面積は左側よりも大きくなっており、従
って正方向と負方向との間においては面積の相違による
所謂速度エラーを招くことが注目される。

システム１０はまたサーボ制御マイクロプロセッサ３０
を含んでおり、これは増幅器３２を介してトルクモータ
ー１８へと弁制御信号Ｉを供給する。

センサー３４がアクチュエータ１４における動作に応答
するようになっており、これにより信号調節回路３６を
介してサーボ制御マイクロプロセッサ３０へと位置帰還
信号Ｙを供給する。サーボ制御マイクロプロセッサ３０
はプログラム及びデータ格納メモリ３８へと結合されて
おり、遠隔の即ち主制御器４０からコマンド信号Ｒ又は
Ｕを受け、またこれに対して負荷速度信号９を供給する
。

主制御器４０は好ましくはデジタルコンピュータであり
、テーブル格納メモリ４２及びスクリーン又はプリンタ
の如き表示装置４４へと接続されている。

本発明の現在のところ好ましい実施例においては、サー
ボ弁１２、サーボ制御マイクロプロセッサ３０、増幅器
３２、帰還信号調節回路３６及びメモリ３８は単一のユ
ニットとしてパッケージにされている。このことは１９
８６年４月８日に出願され本出願人に譲渡された米国特
許出願第８４９５４０号（特願昭筒６２−８６７２４号
）に開示されている。

信号Ｒ及び９（及び他のコマンド信号及び状態信号）を
連続データバスに沿って遠隔通信するための現在のとこ
ろ好ましい技術は、この技術を実施するための構造と共
に、１９８６年４月８日に出願され本出願人に譲渡され
た米国特許出願第８４９５４２号（特願昭筒６２−８６
７２５号）に開示されている。これらの出願の開示事項
は、上記した技術的な教示事項について、本明細書に参
照事項として取り込むこととする。

第２図は開ループモードにおけるサーボ制御マイクロプ
ロセッサ３０の作動を示す流れ図であり、第３図は閉ル
ープモードにおける作動を示している。これらのモード
は遠隔の主制御器４０から制御情報を伝送することによ
って選択可能であり、その制御パラメータ及びプログラ
ムはメモリ３８内に予め格納しである。開ループモード
（第２図）においては、負荷における所望の動作（速度
）を示すコマンド信号Ｕが、弁制御信号即ちコマンド信
号Ｉとして、パルス幅変調増幅器３２を介してトルクモ
ーター１８（第１図）へと供給される。しかしながら閉
ループモード即ち位置制御モード（第３図）においては
、アクチュエータ及び負荷における所望の位置を示すコ
マンド信号Ｒが比較器４６へと供給される。

この比較器４６は、アクチュエータの位置を示す第二の
入力Ｙを受ける。その結果としての差即ちエラー信号Ｅ
は定数Ｋによって乗算されて、増幅器３２へと供給され
る。

サーボ弁１２及びアクチュエータ１４　（第１図）の速
度特性を測定しまた表（テーブル）に作成するための本
発明の実際においては、サーボ制御マイクロプロセッサ
３０は閉ループモード（第３図）において工程の中間位
ｗＹＯ（第４図）へと作動される。（回転アクチュエー
タではこのような工程の中間での位置決めは必要でない
ことに注意。）作動モードは開ループモードへと切り替
えられ（第２図）、時間ｔ０において流れコマンドＵ１
が伝送される。コマンドＵ１は一定に保たれ、弁とアク
チュエータの組合せが慣性の影響を克服し一定の速度に
達するのに充分なだけの遅延りの後に、速度ｔ１が測定
される。このことは、時間ｔ、及びｔ２における位置Ｙ
１及びＹ２を読み取り、その差を微分する（線速度であ
ることを仮定して）ことによって達成される。コマンド
Ｕ１及び結果的に生ずる速度シ１はメモリに格納される
。この過程は次いで、複数の他のコマンドＵ２やＵ３そ
の他について繰り返され、それらの結果は同様に表にさ
れる。（勿論、結果としての速度９のみをこの段階で格
納すれば済むように、コマンドＵを既知の増分をもって
増加又は減少させることが望ましい。） 上記した過程の結果は、第５図及び第６図においてグラ
フ的に図示されている。始点における曲線５０のオーバ
ーラツプ５２及び零シフト５４に注意されたい。これら
は技術的に云って、サーボ弁にとって典型的なものであ
る。アンダーラップもまた典型的なものであるが、しか
し第５図及び第６図には図示されていない。不連続性５
６は、弁のボールが緩んでいることを示す。また注意す
べきことは、コマンドＯＮについての正方向への速度れ
１は、対応する負のコマンド−ＯＮについての負方向へ
の速度−シ。よりも大きいということである。これは先
に説明したように、アクチュエータの面積の異なりに基
づくものである。

本発明の第二の重要な側面によれば、かくして得られ且
つ格納された速度−コマンド信号は曲線６０の如くに線
形化される（第５図及び第６図）。このことは、先ず所
望とする線形特性の曲線６０がより少ない（正又は負の
）速度限界と交差するようにし−即ち第５図及び第６図
の例では−ＯＮ及び−礼２の点であるーかつこれが原点
を通るようにすることによって行われる。曲線６０の勾
配はに’　（第２図及び第３図）に等しい。

所望とする複数の速度汁の各々について、対応して線形
化されたコマンド信号υ゛は９゛／に゛　に等しい。事
前に格納された生データのテーブルが走査されて、所望
とする速度？゛に最も近接した値を生ずるコマンド信号
Ｕが見出される０例えば第５図においては、線形化され
たコマンドυｉ′ではなくて、実際のコマンドＵＭが速
度輌°を生ずるのである。この過程は多数の９′の値に
ついて繰り返される。こうして、線形化されたコマンド
Ｕ°と対応する生コマンドＵを関連付ける第二のテーブ
ル６２（第７図）が生成される。この第二のテーブルは
４２において（或いは第１図の３８において）調査用テ
ーブルとして格納され、所望の時に線形化されたアクチ
ュエータ速度を得るために用いられる。これらのデータ
は、弁の摩耗をチエツクするために使用することもでき
る。線形化されたアクチュエータ速度を利用している閉
ループの位置制御の例が、第７図に示されている。

勿論、上述した過程は、適切にプログラムしたデジタル
コンピュータの自動制御の下に、全体的又は部分的に実
行することができる。遠隔の主制御器４０は多数のサー
ボ制御マイクロプロセッサ３０へと接続されたホストコ
ンピュータであることができ、作動特性の変化に関して
幾つかの弁を周期的に試験するようにプログラムされる
ことができる０本発明の特に重要な適用例においては、
遠隔の主制御器４０は専門家の研究所に配置され、要請
に応じて遠（のサーボ制御器に対して電話回線を介して
連結される。このようにして、専門家は研究所から弁の
問題点を診断できるばかりでなく、適当な場合にはサー
ボ制御器に対して補正用データを送り込むことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の例示的な、しかし好ましい実施例によ
る電気油圧式サーボ制御システムの機能ブロックダイヤ
グラムであり； 第２図及び第３図はそれぞれ開ループ及び閉ループモー
ドにおいて作動しているサーボ制御器のブロックダイヤ
グラムであり； 第４図は本発明の好ましい実施例の作動を説明するのに
有用なタイミングダイヤグラムであり； 第５図は本発明による生の及び線形化されたサーボ弁速
度特性をグラフ的に表示した図であり； 第６図は第５図のｒＦＩＧ、６Ｊという円内の部分を拡
大して示した図であり；　　　′第７図は本発明に従い
補正された閉ループモードにおいて作動しているサーボ
制御器の機能ブロックダイヤグラムである。 １０・・・電気油圧式サーボシステム １２・・・サーボ弁　　１４・・・アクチュエータ１６
・・・源　　１８・・・トルクモーター２０・・・ピス
トン　　２２・・・軸 ３０・・・サーボ制御マイクロプロセッサ３２・・・増
幅器　　３４・・・センサー３６・・・信号調節回路 ３８・・・プログラム及びデータ格納メモリ４０・・・
主制御器　　４２・・・データ格納メモリ４４・・・表
示装置　　４６・・・比較器５０・・・化コマンドー動
作信号曲線 ５２・・・オーバーラツプ　　５４・・・弁零シフト５
６・・・不連続性 ６０・・・線形化された動作−コマンド信号Ｕ、Ｒ・・
・コマンド信号　　■・・・弁制御信号Ｙ・・・位置信
号　　？・・・速度信号Ｅ・・・エラー信号 出願人代理人　　　古　谷　　　馨 同　　　溝部孝彦 同　　　古谷　聡 ＦＩＧ、２ Ｆ　Ｉ　Ｇ、４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　源から負荷へと油圧流体を可変的に供給するための
   サーボ弁と、負荷における動作の関数として信号を供給
   するために負荷に結合された手段と、コマンド信号を選
   択的に供給するための手段と、及び前記弁における流体
   の流れを制御するために前記コマンド信号及び前記動作
   信号に応答するサーボ制御手段とを含む電気油圧式サー
   ボシステムにおいて、 （ａ）予め選択された生コマンド信号を発生し、該生コ
   マンド信号を前記サーボ制御手段へと供給し、 （ｂ）前記予め選択された生コマンド信号に応答して前
   記負荷における動作を示す前記動作信号を測定し、 （ｃ）複数の異なる生コマンド信号について前記段階（
   ａ）及び（ｂ）を繰り返し、 （ｄ）前記動作信号を前記生コマンド信号の関数として
   格納すること からなる、前記弁における流体の流れ特性を測定するた
   めの方法。 ２（ｅ）線形化された動作−コマンド特性を生成し、（
   ｆ）前記段階（ｄ）において格納された前記動作及び生
   コマンド信号から、前記線形化された動作−コマンド特
   性上における予め選択された動作信号に対応する、線形
   化されたコマンド信号を得、 （ｇ）前記線形化された動作−コマンド特性上において
   、複数の予め選択された動作信号の各々について前記段
   階（ｆ）を繰り返し、 （ｈ）前記段階（ｆ）及び（ｇ）において得られた線形
   化されたコマンド信号を前記生コマンド信号の関数とし
   て格納すること によって前記流体の流れ特性を前記コマンド信号の関数
   として線形化する付加的な段階を含む、特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３　前記サーボ制御手段は開ループモードで選択的に作
   動するよう構成された手段を含み、前記サーボ制御手段
   は開ループモードにおいて前記動作信号とは無関係に前
   記コマンド信号に応答し、閉ループモードにおいて前記
   サーボ制御手段は前記動作信号とコマンド信号の間の差
   の関数として前記弁を制御し、及び 前記段階（ａ）−（ｃ）は前記開ループモードにおいて
   実行される、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４　負荷における慣性の影響を克服するために、前記段
   階（ａ）に続いて予め選択された時間だけ前記段階（ｂ
   ）を遅延させる付加的な段階を前記段階（ａ）及び（ｂ
   ）の間に含む、特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５　源から負荷へと油圧流体を選択的に供給するために
   弁信号に応答するサーボ弁と、前記負荷における実際の
   動作の関数として動作信号を提供するために前記負荷に
   結合された検知手段と、前記負荷における前記実際の動
   作は前記サーボ弁における流体の流れの関数であること
   と、前記負荷における所望の動作の関数としてコマンド
   信号を選択的に供給するための手段と、前記弁へと前記
   弁信号を発生するために前記コマンド信号及び前記動作
   信号に応答するためのサーボ制御手段とを含む、電気油
   圧式サーボシステムにおいて、 複数の予め選択された生コマンド信号を連続的に生成す
   るための手段を含み、コマンド信号の関数として前記弁
   における流れ特性を測定するための手段と、前記複数の
   生コマンド信号の各々に応答して前記動作信号を測定す
   るための手段と、及び対応する生コマンド信号の関数と
   して前記動作信号を格納するための手段とをさらに含む
   ことを特徴とする前記システム。 ６　前記格納手段を含め、前記コマンド信号供給手段は
   、前記動作信号を前記生コマンド信号の関数としてテー
   ブル内に格納するためのマイクロプロセッサをベースと
   した制御手段を含んでいる、特許請求の範囲第５項記載
   のシステム。 ７　前記サーボ制御手段は、前記コマンド信号及び動作
   信号の間の差の関数として前記弁信号を供給するための
   閉ループモードと、前記弁信号が前記動作信号とは無関
   係に前記コマンド信号の関数として供給される開ループ
   モードにおいて選択的に作動されるよう構成された手段
   を含み、 前記流れ特性を測定するための手段は前記生コマンド信
   号に応答して前記開ループモードにおいて前記サーボ制
   御手段を作動するための手段を含む、特許請求の範囲第
   ６項記載のシステム。 ８　前記流れ特性を測定するための手段は、前記生コマ
   ンド信号の各々に応答して前記サーボ弁及び負荷におけ
   る慣性の影響を克服するのに充分な時間だけ前記動作信
   号の測定を遅延させるための手段をさらに含む、特許請
   求の範囲第７項記載のシステム。 ９　線形化された動作−コマンド特性を生成するための
   手段を有し前記コマンド信号の関数として前記流れ特性
   を線形化するための手段と、前記線形化された動作−コ
   マンド特性上において選択された複数の動作信号の各々
   に対応する線形化されたコマンド信号を前記テーブルか
   ら得るための手段と、及び前記線形化されたコマンド信
   号を前記生コマンド信号の関数として第二のテーブルに
   格納するための手段とをさらに含む、特許請求の範囲第
   ８項記載のシステム。