JPS6366604A - 動的制限を有するサ−ボル−プ制御方式 - 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】 辣術分野 この発明は一般に制御方式、特に特定した負荷状態が達
成されるように出力装置を制御するための閉ループまた
はサーボループタイプの制御方式％式％ 所望の、すなわち指令された負荷状態が得られるように
制御装置が出力装置を作動する閉ループまたはサーボル
ープタイプの制御方式は公知である。このような制御装
置の一つの例がこの出願の譲渡人に譲渡されたブランド
他の米国特許第４゜４８７．１０９号明細書に開示され
ている。この特許に開示されている制御装置は、負荷０
例えば航空機の飛行制御方式の成分を順番に駆動する電
力駆動装置を作動する際使用するため特に適合されてい
る。電力装置は、その変位が電力装置の出力軸で発生さ
れるトルクを変えるためサーボ弁および制御シリンダに
よって調整できる回転斜板。

すなわちウブラーを含んでいる。この制御方式は出力軸
の速度、ウブラーの変位および負荷の位置を検出するた
めのトランスジューサを含んでいる。

これらのトランスジューサは、所望の状態からの実際の
出力状態の偏差を表す誤差信号を発生する一連の加算点
の第１の入力と結合される。もっと詳細に説明すると、
第１の加算点はその第２の入力で指令信号を受信する。

第１の加算点の出力は第２の加算点の第２の入力と結合
され、第２の加算点の出力は第３の加算点の第２の入力
と結合される。第３の加算点の出力はサーボ弁の入力に
信号を与えるために電流駆動器と結合される。

動作の際、ウブラーの変位は、負荷が所望の。

ずなわら指令された位置に駆動されるように指令信号に
従って制御される。

ウブラー変位は機械的止め、すなわち限界間で可変され
る。時々、指令信号は、ウブラーを機械的止めの一つと
接触して駆動されるようにすることが生じる。想像では
これによって、ウブラーおよび／または電力装置の他の
成分を傷つける。出来るなら、“機械的飽和”と呼ばれ
るこの状態は避けるべきである。

機械的飽和は制御方式に電気的飽和を導入することによ
って避けることができる。これは、ウブラーが止めの一
つと接触して駆′動されないことを確実にする値まで入
力指令信号を制限するリミタを使用することで達成でき
る。現存しているリミタの大低のタイプは静的である。

すなわちリミタに対する正負の飽和点は前辺て決められ
ていて。

装置の動作中、変更されない。一方、このようなリミタ
は前記の不所望の機械的飽和を防止し、それらは加算点
で発生される誤差信号の大きさ過度に制限しがちである
。これもまた、高速応答時間を必要とするある応用にお
いて制御方式もまた不適当にするウブラーの応答時間の
不所望の増加を導入する。

リミタが発明された。これはリミタへの制御入力として
動的可変電圧源を使用することによって達成される。こ
のようなリミタはベオデットの米国特許第３，９９９，
０８４号明細書に開示されている。しかしながら、べオ
デットは９例えばそれが増幅器を備えていることを注目
する以外可変電圧源の正確な構造を開示していない。可
変電圧源で発生される信号の性質に関する開示または示
唆は何もないし、このようなリミタはいかに使用され、
どのようなタイプの回路かの開示または示唆は何もない
。

さらに、ベオデットリミタは多重の演算増幅器の使用を
必要とする。したがって、それは比較的複雑な回路であ
る。

褒皿Ω１υ領 この発明によれば、特定の負荷状態が達成できるように
出力装置を制御するためのサーボループまたは閉ループ
制御方式は出力装置を傷つけないで高速応答を可能にす
る動的リミタを使用する。

１−−１−？’！ｔｎｌ＋−そｇＩＩＦＩ−ｉト２、Ｌ
、廿七Ａ、Ｉ−ｚＣＬ二ねｍａＪ−Ｚ；ｒ望の負荷状態
が達成されるように指令信号に応答して出力装置を制御
するためのサーボループ制御方式がここでは開示されて
いる。この方式は、その少なくとも一つが伝達関数で表
せるそのインピーダンスを含む所望の状態と順方向およ
びフィードバックパスからの負荷状態の偏差を表す誤差
信号を発生する手段を含んでいる。この方式は、さらに
指令信号を受信し、出力装置を傷つけないで高速応答を
可能にするためインピーダンスの伝達関数に従ってリミ
タの飽和点を制御するためリミタおよびインピーダンス
と結合される手段と共に指令信号を制御できるように制
限するための誤差信号発生手段と接続される可変飽和点
を有するリミタを備えている。

この発明の特定の実施例において、閉ループ制御方式は
油圧力装置のウブラーを制御するように使用される。こ
の場合、インピーダンスは実際の負荷状態を検出するた
めトランスジューサまたは他の手段を備えている。さら
に、リミタ制御は。

ウブラーが機械的飽和を生じないで高速に作動されるこ
とかできるように検出された負荷状態に従ってリミタ飽
和点を制御するようにトランスジューサまたは検出手段
に応動する。

この実施例において、ウブラーの応答時間はウブラーの
変位速度を検出し、指令信号を修正するためフィードバ
ックループのこの信号を使用することでさらにΔん少さ
れる。

介１剣叉貫−ｔａ−ｔｇ差ＬＡ退のモード−次に第１図
を説明する。第１図には、この発明によるサーボループ
制御方式！０を示す一般化されたブロック図が示されて
いる。制御方式ＩＯは負荷１２の所望の状態を表す信号
である入力指令信号Ｖｉに応動する。典型的には、負荷
１２の状態は出力装置１４で作用される。いくつかの閉
ループ方式では負荷は制御方式によって交互に駆動され
、従って出力装置は負荷およびその逆止して考えられる
。負荷状態は１例えば負荷位置、負荷速度またはいかな
る他の負荷パラメータである。

出力装置１４は、伝達関数Ｇ　（ｓ）で表されるインピ
ーダンス１８を有する制御方式ｌＯの順方向バス１６で
発生される信号Ｖｏｕｔを受信する。

インピーダンス１８は９人力指令信号と伝達関数ＩＩ（
ｓ）で表されるそのインピーダンス２４を有するフィー
ドバックバス２２で発生されるように負荷状態を表す信
号と比較する加算点２０で発生される誤差信号を受信す
る。

一方、フィードバックパス２２は、出力装置１４に供給
される電圧を表す信号Ｖｏｕ　ｔを受信するように図示
されている。フィードバックパス２２は、実際出力装置
１４の状態を検出するトランスジューサまたは負荷１２
の状態を検出するトランスジューサからの信号を受信す
る。これらの信号のいくつかは負荷１２の状態を表して
いると考えられる。

動的リミタは入力指令信号Ｖｉｎを受信し、それが加算
点２０の第１の入力に印加されないうちにこの信号を修
正する。リミタ３０は、出力信号Ｖｏｕｔおよびインピ
ーダンスＨ（ｓ　）の出力と結合されるライン３４に発
生される信号ＶＦＢの少ｆ−／）−１、−１１：　　Ｉ
ｆ、ｆｌｊｈ　＋　　７、−１１　　ミ　々　％１ｆ）
１１　３９　　は　　　動的制限が出力装置１４および
／または負荷１２の機械的飽和を防止する必要がある程
度までリミタ３０だけで与えられるように、インピーダ
ンスＧ（ｓ）およびＨ（ｓ　）の一つまたは両方の伝達
関数に対して補償する。もつと詳細に説明すると。

リミタ制御装置３２．出力装置１４および／または負荷
１２はその機械的限界の近くにある時、比較的高程度の
制限は、出力装置１４および／または負荷１２の機械的
飽和に帰するらしい指令が受信された時、リミタ３０で
与えられる。他方、指令信号と出力装置および／または
負荷状態が、指令された負荷状態を達成中、いかなる傷
も出力装置１４または負荷１２に生じないようである時
。

リミタ３０で与えられる制限は少しであるかまたは全熱
ない。

従って、前述の動作は必要とされるだけ制限を与え、よ
って出力装置１４および負荷１２の応答時間は実質的に
どちらに対する傷の最小限な危険と共に減少される。

続いて第２図を説明する。第２図には、この発明による
サーボループ制御方式の一つの実施例が図示されている
。サーボループ制御方式はコンピユータまたは池のプロ
セッサで実行されるソフトウェアで実施される。後者の
場合、適当なディジタル−アナログ変換器および増幅器
はこの方式で制御される出力装置および／または負荷を
作動するのに必要である。

第１図と第２図間の共通の要素は同一の参照番号が付け
られている。第２図のサーボループ方式において、伝達
関数Ｇ　（ｓ）は積分器１８ａおよび変数に、で表せる
静的または動的関数１８ｂで置き換えられる。さらに、
フィードバックバス２２のインピーダンスＨ（ｓ）は変
数に、で表せる静的または動的関数２４ａで表される。

さらに第３Ａ図および第３Ｂ図を説明する。図には第２
図に示されたサーボループを実施するため実行されるプ
ログラミングが示されている。プログラミングは、出力
電圧Ｖｏｕｔが動的リミタ３０の正の遮断またはｖｔと
表示される飽和限界以上である時だけ、入力指令信号Ｖ
ｉｎの制限を与える簡略化した制御機構を実施する。下
記に詳細に説明されるように、これは、大抵の実際の応
用がリミタ３０のより精巧な制御を必要とするので、リ
ミタ制御装置３２に対する簡略化した制御機ｈ’４であ
る。

第３Ａ図をより詳細に説明すると、プログラミングは制
御プログラムに使用される定数および変数の値を初期設
定するブロック４０で開始する。

次にブロック４２は、変数Ｅの値をブロック４０で０と
等しいように設定される値ＥＯに設定する。

次にブロック４４は９人力指令をブロック４０でＯにま
た確定される値ｖＯに等しいように設定する。ブロック
４４はサーボループ１０に対するステップ関数入力をシ
ミュレートするため下記で詳細に説明される方法で使用
される。

続いてブロック４６は、変数Ｔの値が０．５以トかどう
かを判定するためチェックする。変数Ｔはブロック４０
で０に等しいように設定され、第４Ａ図および第４Ｂ図
に示された波形における経過時間を表す。ブロック４６
に続いて、ブロック４８は、入力指令信号Ｖｉｎをブロ
ック４０で値２と等しいように設定される値ＶＣに等し
いように確立する。ブロック４４−４８の結合機能は１
期間０．５秒まではＯであるステップ入力指令信号をシ
ミュレートし、その後は人力指令が値２であるステップ
をシミュレートすることである。

ブロック４８に続いて、ブロック５０は、入力指令信号
が動的リミタ３０の上限遮断限界Ｖ１以上かどうかを判
定するためチェックする。これが以上である場合、動的
リミタ３０の出力Ｒは値■ｌに等しいように設定される
。他方、入力指令■ｉｎが遮断Ｖ１以上でない時、ブロ
ック５２は人力指令がリミタ３０の負の限界、すなわち
下限限界Ｖ２以下かどうかを判定するためチェックする
。

もしそうであるならば、リミタ３θの出力Ｒは値■２に
等しいように設定される。入力指令信号がレベルＶｌお
よびＶ２の間にあるかまたはそのいずれかの一つに等し
いことが生じるならば、プロブ等しいように設定され゛
る。実際、こればリミタの利得を１に確立する。

一部、Ｒの値がブロック５２．５６．５８で確立される
と、ブロック６０および６２は静的または動的プロセス
に、およびに、を実施する。次に。

第３Ｂ図のブロック６４は、信号Ｖｏｕｔが動的リミタ
３０の上限限界ｖ１以下かどうかを判定するためチェッ
クする。次に、らしそうであるならば１人力指令信号Ｖ
ｉｎの制限が要求されないで。

動的リミタ３０の出力Ｒがブロック６６で入力指令Ｖｉ
ｎに等しいように設定されることが決定される。他方、
信号Ｖｏｕｔが上限遮断限界Ｖ１以下でないならば、ブ
ロック６６はバイパスされ。

制御はブロック６８に直接渡される。

ブロック６４および６６の目的は、出力信号Ｖｏｕｔが
上限限界すなわち正の限界Ｖｌ以下であり、入力指令信
号が」二限限界■１以上または下限限界ｖ２以下の時だ
け制限が達成されるリミタ制御装置３まための制御法を
実施することである。

ブロック６８はリミタの出カーフイーＦバック信号ＶＦ
ＥＩに等しい信号ＥＤを発生する。従って、ブロック６
８は第２図に示された加算点２０の機能を達成する。

次に、ブロック７０は、ブロック４０で１に初期設定さ
れたループカウンタ■の値が１以上であるかどうかを判
定するためチェックする。ループカウンタＩは制御プロ
グラムが実行される回数を指示する。もしこれがプログ
ラムによる最初のパスであるならば、変数ＥＥは加算点
２０からの信号ＥＤの値に等しいように設定される。

他方、もしＩが１以上であれば、ブロック７２はバイパ
スされ、制御は直接ブロック７４に渡される。

ブロック７４は台形の近似制御式を用いて信号ＥＤを積
分する。本質においては、制御式は、制御プログラムに
よる最後のパスの際ブロック６８で計算された値ＥＤで
ある値ＥＥを使用する。制御プログラムによる最初のパ
スの際、値ＥＢはブロック４０で０の値に初期設定され
る値ＥＯと等しい。従って、ブロック７４は積分器１８
λの出力で信号Ｅを発生する。

ブロック７６は制御プログラムによる次のパスで台形の
積分に使用するため値ＥＤを値ＥＥに割り当てる。次に
、制御は、増分値Ｈだけ時間変数Ｔを更新し、Ｉだけル
ープカウンタＩを増分する一対のブロック７８．８０に
渡される。

第４Ｂ図で詳細に説明されているように、第２図のサー
ボループ方式で発生された信号Ｖｏｕｔが時間１＝１．
で最終値に到達する。第４Ａ図の波形は、実際動的制限
機能を取り除く制御プログラムから削除されるブロック
６４および６６と同じ方式の応答を示している。信号Ｖ
ｏｕＬは時間１＝１．より後である時間１＝１．でその
最終値に到達する。従って、第４Ａおよび第４Ｂ図は動
的制限で与えられる改良された応答時間を示している。

第４Ｂ図は、それがその最終値を越える信号Ｖｏｕｔの
オーバーシュートを示していないことで簡略化されてい
る。小さいけれども、このオーバーシュートはある環境
では好ましくないと考えられている。この場合、このオ
ーバーシュートは動的リミタ３０ためより複雑な制御法
を使用することで減少または除去される。

前述のように第２図に示されているサーボループはソフ
トウェアで実施される。この方式はまた。

動的リミタ３０がこの出願の譲渡人に譲渡された発明の
名称が「制御可能なリミタ」である同時出願中の出願第
　　　　号に開示され、クレームされたタイプのもので
ある場合、ハードウェアで実施される。リミタは、抵抗
Ｒ３を通して接地電位を受信する非反転入力および抵抗
Ｒ２およびＲ３を通して人力指令信号Ｖｉを受信する反
転入力を有する単一の演算増幅器Ｕｌを備えているもの
として第５図に示されている。抵抗Ｒ２およびＲ３の接
続点はダイオードＤＩおよびＤ２を通して第１および第
２の電位差計ＶＲＩおよびＶＲ２とそれぞれ結合される
。電位差計ＶＲＩは抵抗Ｒ４を通して制御電圧源＋ＶＦ
、ＥＦと結合され、さらに抵抗Ｒ５を通して接地電位と
結合される。

−Ｍ　　Ｉｈ　　ｉ　　÷ル　ｔＦ　　Ｄ　Ｑ　　Ｉ！
　　＋Ｃ竹　ｒ）　（！　　ｆ−ｒｇ　　Ｉ　　　ザ・
　／？Ｊｌ　　伽４ｆ”　　ｎゴ　ン−ＶＩＩＥＦと結
合され、付加的に抵抗Ｒ７を通して接地電位と結合され
る。

第３の電位差計ＶＲ３はそのオフセットバイアスの調整
ができるように演算増幅器Ｕｌの制御入力と結合される
。第４の電位差計ＶＲ４はこの演算増幅器の出力と反転
入力間に結合され、ｉ９形の増幅レンジで動作する時、
リミタの利得の手動調整を与える。

実際、リミタの正負の飽和点は電位差計ｖＲ１およびＶ
Ｒ２の適当な手動調整で変更することができる。さらに
、好ましい実施例では、リミタは抵抗Ｒ４およびＲ６に
それぞれ加えられる電圧子Ｖ　Ｒｉｐおよび−Ｖ同Ｆを
変調することによって動的モードで作動される。この場
合、リミタ制御装置３２は抵抗Ｒ４およびＲ６にそれぞ
れ結合される第！および第２の出力を発生ずるので、適
当な動的制限がリミタ３０で与えられる。

第５図に示されるリミタに関する付加的詳細は前記の特
許出願を参照することによって得られる。

次に、第６図を説【Ｉｌｌする。、濱６調には　この企
明の特定の実施例が示され鈴る。第６図に示されている
サーボループ制御方式は、出力軸で発生されるトルクを
順番に変えるために可変変位が可能である回転斜板すな
わちウブラーを有する油圧力装置９０を制御する際使用
するため特に適合される。軸９４もまた。航空機の飛行
制御方式の構成要素のような負荷９６と結合され、負荷
９６を駆動する。ウブラー９２の変位は通路１００，１
０２を通して圧縮された液体のアドミッタンスに順番に
応動する制御ピストン９８で制御される。

この通路１００．．１０２は従来のように通路１００．
１０２を通して圧縮された液体の流れを制御するように
軸方向に可動するスプール１０６を有するサーボ弁１０
４と結合される。

一般的な意味で、サーボ弁１０４はフラッパ１１０およ
びスプール１０６の位置を制御する信号を受信する制御
巻線１０８を含んでいる。

面述され、第６図に示された特定のサーボ弁のタイプは
この発明には決定的ではなく、実際、所望ならば、直接
駆動サーボ弁のような他の弁のタイプで置き換えられる
。また、ウブラータイプの油圧限界は、所望ならば、異
なる油圧モータで置き換えられる。

負荷位置のような負荷９６の所望の状態を表す人力指令
信号はライン１１２に発生され、第５図に示される第１
のリミタ１１４と結合される。このリミタは第１図に示
されるリミタ制御装置３２と類似しているリミタ制御回
路１１６で制御される。リミタ１１４の出力は第１の加
算点１１８の人力と結合されている。加算点１１８の別
の入力は１位置トランスジューサ１２２で発生されるよ
うな負荷位置のような負荷状態を表す信号をライン１２
０で受信する。

第１の加算器１１８は、負荷９６の指令された速度を表
すものとして考えられている誤差信号を発生ずるためそ
の入力で信号を減算する。この信号はリミタ１１４と同
一であり、制限制御回路１１６で制御される第２のリミ
タ１２４で制限される。リミタ１２４の出力、は、速度
トランスジューサ１３０で発生されるような出力軸９４
の速度を表す信号を受信する別の入力を有する第２の加
算器１２６の人力と結合される。その結果得られる速度
誤差信号は動的リミタ１１４とまた同一であり、限界制
御回路１１６で制御される第３のリミタ１３２で制限さ
れる。この制限された速度誤差信号は、ウブラー９２の
所望の変位を表すものとして考えられ、第３の加算器１
３８によってウブラー９２の実際の位置または変位を表
す位置トランスジューサ１３６で発生されるライン＋３
４上の信号と結合される。その結果得られる信号は。

所望ならば、サーボ弁１０４の巻′６１０８に制御信号
を与えるために電流駆動器１・１０と直接結合されるウ
ブラー変位誤差信号である。

リミタ制御回路１１６は、負荷位置トランスジューサ１
２２．速度トランスジューサ１３０１位置トランスジュ
ーサ１３６の内の−っ以上のようなサーボ方式の一つ以
上のインピーダンスに応動し。

下記に詳細に説明４されるのと同じ乙のの正負飽和制限
を調整するためリミタ１１’）、１２４および好ましい
実施例において、別のフィー　ドパツクループが加算器
１３８と電流駆動器１４０間に含まれる。この別のフィ
ードバックループは、一つの実施例において、ウブラー
９２の変位を表す信号を共に発生する微分器１４２と利
得および補償回路１４４を備えている。この信号は、こ
のような信号が電流駆動器１４０に加えられないうちに
加算器＋３８の出力と第４の加算器１４６で加算される
。さらに、これはこのフィードバラクイ３号を用いない
方式と比べてウブラーの応答時間を改良する。

ウブラーの変位信号の速度を発生するための回路は速度
トランスジューサで置き換えられる。しかしながら、こ
れは、ある応用で不所望である制御方式に別のトランス
ジューサを加える必要がある。らしこの速度トランスジ
ューサが使用されるならば、リミタ制御装置＋１６は、
他のトランスジューサ１２２，１３０および１３６の内
の−っ以」二と同もρにこのトランスジューサの出力に
応動ｆるー 所望ならば、リミタ１１４，１２４．１３２の内の一つ
以上が静的リミタである。この場合、リミタ制御回路１
１６は、それが一つまたは二つのリミタを制御するだけ
が必要であるので、簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるサーボループまたは閉ループ制
御方式のブロック図である。 第２図はこの発明によるサーボループまたは閉ループ制
御方式の一実施例のブロック図である。 第３Ａ図および第３Ｂ図は第２図に示されるサーボルー
プ制御方式を実施するためコンピュータまたは他のプロ
セッサで実行されることができるプログラミングのフロ
ーチャート図である。 第４Ａ図および第４Ｂ図はそこに示されているリミタで
与えられる動的制限がない場合とある場合のそれぞれの
第２図のサーボループ制御方式の応答を示す波形図であ
る。 第５図は第１図および第６図に示すリミタのアナログの
実施例の概略図である。 第６図はいくつかの電力装置の構成要素が断面で示され
ているサーボループ制御油圧力装置の結合概略図および
ブロック図である。 図において、（１０）・・・サーボループ制御方式、（
１２）・・・負荷、（１４）・・・出力装置、（１８）
・・・インピーダンス、（２０）・・・加Ｗ点、　　（
２２）・・・フィードバックバス。 （２４）・・・インピーダンス、（３０）・・・動的リ
ミタ、（３２）・・・リミタ制御装置である。 ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　４Ａ ＦＩＧ、　４８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、指令信号を受信し、前記指令信号を制御できるよう
   に制限するための誤差信号発生手段と接続され、可変飽
   和点を有するリミタと、出力装置を傷つけないでインピ
   ーダンスの伝達関数に従って前記リミタの前記飽和点が
   高速応答できるように制御するため前記リミタおよび前
   記インピーダンスと結合される手段とを備え、指令信号
   で表せる所望の負荷状態が、その少なくとも一つが伝達
   関数で表せるインピーダンスを含む所望の状態と順方向
   および帰還パスからの負荷状態の偏差を表す誤差信号を
   発生するための包含手段を獲得されるように指令信号に
   応答して出力装置を制御するためのサーボループ制御方
   式。 ２、出力装置は油圧力装置のウブラーを備え、前記ウブ
   ラーは、負荷を駆動する出力軸の速度を順番に変えるよ
   うに可変変位ができ、インピーダンスは、ウブラー位置
   、ウブラー変位速度、負荷位置および出力軸速度の少な
   くとも一つで検出するための少なくとも一つのトランス
   ジューサを備えている特許請求の範囲第１項記載のサー
   ボループ制御方式。 ３、リミタは制御手段と結合される第１および第２の入
   力を含んでいる特許請求の範囲第１項記載のサーボルー
   プ制御方式。 ４、負荷の所望の状態を表す指令信号を発生する手段と
   、前記指令信号を受信し、前記指令信号を制御可能な制
   限をするための可変飽和点を有するリミタと、前記負荷
   の実際の状態を検出する手段と、前記所望の負荷状態か
   らの前記実際の負荷状態の偏差を表し、前記実際の負荷
   状態が前記所望の負荷状態に接近するようにウブラーの
   変位を制御するように使用される誤差信号を発生するた
   めの前記発生手段および検出手段とに結合される加算器
   と、前記ウブラーが傷つけないで迅速に制御することが
   できるように検出された負荷状態に従ってリミタ飽和点
   を制御するための検出手段に応動するリミタ制御装置と
   を備えた負荷と結合される出力軸の速度を変えるように
   可変変位可能であるウブラーを有する油圧力装置ための
   閉ループ制御方式。