KR0184787B1

KR0184787B1 - Control device for electronic proportional valve

Info

Publication number: KR0184787B1
Application number: KR1019940017186A
Authority: KR
Inventors: 홍만호
Original assignee: 석진철; 대우중공업주식회사
Priority date: 1994-07-16
Filing date: 1994-07-16
Publication date: 1999-04-15

Abstract

본 발명은 유압제어, 공압제어, 유량제어밸브 등과 같은 비례전자석을 사용하는 전자비례 제어밸브의 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 유압 또는 유량의 맥동과 소음이 디더(DITHER)파형에 수반됨을 방지하여 전자비례 제어밸브에 스풀의 떨림 및 소음을 억제시키고, 전자비례 제어밸브의 출력특성을 향상시키도록 함은 물론 전자비례 제어밸브의 기계적인 특성의 차이에 따른 적용범위의 확대가 가능토록 하게 하기 위한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for controlling an electromagnetic proportional control valve using a proportional electromagnet such as hydraulic control, pneumatic control, flow control valve, and the like, to prevent pulsation and noise of hydraulic pressure or flow rate from being accompanied by a dither waveform. By suppressing spool vibration and noise in the electromagnetic proportional control valve, improving the output characteristics of the electromagnetic proportional control valve, and expanding the application range according to the difference in the mechanical characteristics of the electromagnetic proportional control valve. It is for.

즉, 본 발명은 비례전자석에 흐르는 전류를 디더 콘트롤회로에서 검출케 하고, 이 검출된 전류의 크기에 따라 디더의 주파수와 진폭을 변화시켜 전자비례 제어밸브를 제어토록 하므로써 전자비례 제어밸브 출력의 진선성, 히스테리시스 특성 등을 증진시키게 하고, 제어전류의 최적조정에 따라 전자비례 제어밸브의 소음감소 및 출력의 불필요한 맥동감소를 가져오도록 하는 것이다.That is, the present invention allows the dither control circuit to detect the current flowing in the proportional electromagnet, and changes the frequency and amplitude of the dither according to the magnitude of the detected current so as to control the electromagnetic proportional control valve. It is to improve the characteristics, hysteresis characteristics, etc., and to reduce noise and unnecessary pulsation of the output of the proportional control valve according to the optimum adjustment of the control current.

Description

Electronic proportional control valve controller

제1도는 본 발명을 설명하기 위한 전류 드라이버의 블록도.1 is a block diagram of a current driver for explaining the present invention.

제2도는 본 발명을 적용하여 얻어진 제어전류에 따른 디더 파형 예시도.2 is a diagram illustrating a dither waveform according to a control current obtained by applying the present invention.

제3도 및 제4도는 본 발명을 적요하여 얻어진 또 다른 디더 파형 예시도.3 and 4 illustrate another dither waveform diagram obtained by applying the present invention.

제5도는 본 발명의 구체적 회로예시도.5 is a specific circuit diagram of the present invention.

제6도는 종래 전자비례제어밸브 전류 드라이버의 블럭도.6 is a block diagram of a conventional electronic proportional control valve current driver.

제7도 (가)(나)(다)는 제6도에서 얻어지는 디더 파형 양태를 나타낸 것이다.7 (a) and (b) show the dither waveforms obtained in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : PWM정전류 증폭회로 2 : 전자비례제어밸브1: PWM constant current amplifier circuit 2: Electronic proportional control valve

3 : 디더 콘트롤회로 A : 전류드라이버3: Dither Control Circuit A: Current Driver

B : 삼각파 발생기 C : 차동증폭기B: triangle wave generator C: differential amplifier

D : 디더 발진기D: Dither Oscillator

본 발명은 전자비례제어밸브(ELECTROMAGNETIC PROPORTIONAL CONTROL VALVE)제어장치에 관한 것으로, 비례전자석(ELECTRO MAGNETIC SOLENOID)을 이용하여 제어전류의 크기에 따라 유압이나 유량을 제어하는 전자비례제어밸브의 제어특성을 향상시키기 위한 전자비례제어밸브의 디더 콘트롤(DITHER CONTROL)기술에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic proportional control valve (ELECTROMAGNETIC PROPORTIONAL CONTROL VALVE) control device, using a proportional electromagnet (ELECTRO MAGNETIC SOLENOID) to improve the control characteristics of the electronic proportional control valve for controlling the hydraulic pressure or flow rate according to the magnitude of the control current DITHER CONTROL technology of the electronic proportional control valve.

즉, 본 발명은 PWM(PLUSE WIDTH MODULATION)정전류 증폭회로(CONSTANT CURRENT AMP)뿐 만 아니라 디더 콘트롤회로(DITHER CONTROL CIRCUIT)에서도 비례 전자석의 통전전류를 검출하여 제어전류의 크기에 따라 디더특성 즉, 주파수와 진폭을 변화시키도록 하므로써 전자비례제어밸브의 제어특성의 향상은 물론 각각의 전자비례제어밸브의 기계적인 차이에 따른 적용범위의 확대가 가능하도록 하는 것이다.That is, the present invention detects the conduction current of the proportional electromagnet not only in PWM (PLUSE WIDTH MODULATION) constant current amplifier circuit but also in dither control circuit. By varying the amplitude and the amplitude, the control characteristics of the electromagnetic proportional control valve can be improved, and the range of application can be extended according to the mechanical difference of each electromagnetic proportional control valve.

종래 제 6 도에 도시한 전자비례제어밸브 전류 드라이버의 블록도에서 디더 콘트롤회로는, 주지하는 바와 같이 전자비례제어밸브의 제어특성 향상 특히 출력의 직선성, 히스테리시스특성의 향상 및 데드밴드(DEAD BAND : 불감대)의 축소 등을 위한 것인데, 이는 전류 신호에 떨림을 주어 전자비례제어밸브에 있어 스풀(SPOOL)의 정적 마찰을 줄이기 위한 것으로, 제 7 도의 (가) 내지 (다)에 도시된 바와 같은 삼각파, 구행파, 사인파 파형을 제어전류에 중첩시켜 출력케 하고 있다.In the block diagram of the conventional electronic proportional control valve current driver shown in FIG. 6, the dither control circuit improves the control characteristics of the electromagnetic proportional control valve, in particular, the linearity of the output, the improvement of the hysteresis characteristic, and the dead band. : It is to reduce dead band, etc., to reduce the static friction of the spool (SPOOL) in the electromagnetic proportional control valve by giving a vibration to the current signal, as shown in (a) to (c) of FIG. The same triangular wave, square wave, and sinusoidal wave are superimposed on the control current for output.

통상, 디더전류의 진폭은 수십∼수백 밀리암페어(Peak to peak), 주파수는 수십∼수백 Hertz가 사용되며, 제 7 도의 (가) 내지 (다)에 도시된 바와 같은 삼각파, 구형파, 사인파 이외에 톱니파를 사용하기도 한다.Usually, the amplitude of the dither current is several tens to hundreds of milliampere (Peak to peak), the frequency is tens to hundreds of Hertz, and sawtooth wave other than triangular wave, square wave and sine wave as shown in (a) to (c) of FIG. Also used.

그러나 디더파는 원하지 않는 출력(유압 또는 유량)의 맥동과 소음을 수반하게 되는데, 종래에는 제어밸브의 비례 전자석을 흐르는 제어전류의 크기와 관계없이 독립되게 디더의 주파수와 진폭이 고정되어 있기 때문에 적용하고자 하는 전자비례제어밸브의 전 사용 영역에서 그 출력 특성의 최적 조정이 불가능한 문제점이 있다.However, dither waves are accompanied by pulsations and noise of undesired outputs (hydraulic or flow), and they are conventionally applied because the frequency and amplitude of dither are fixed independently regardless of the magnitude of the control current flowing through the proportional electromagnet of the control valve. There is a problem that it is impossible to optimally adjust the output characteristics in all areas of the electromagnetic proportional control valve.

실제로 비례 전자석을 사용한 전자비례제어밸브의 스풀(spool)의 한 쪽 끝은 스프링 등에 의해 지지되어 있기 때문에 사용되는 영역중 초기 시동영역(즉, 제어전류가 작고 전자력이 약한 영역)에서의 제어특성이 더욱 불안하고, 제어전류의 크기가 증가함에 따라 제어특성이 점차 개선되는 경향을 보이고 있다.In fact, one end of the spool of the proportional solenoid control valve using a proportional electromagnet is supported by a spring or the like, so that the control characteristics in the initial starting region (that is, the region where the control current is small and the electromagnetic force is weak) among the used regions More unstable, the control characteristic is gradually improved as the size of the control current increases.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로, 전자비례제어밸브에 흐르는 제어전류의 크기를 검출하여 이 전류의 크기에 따라 디더 신호의 주파수와 진폭을 변화시키므로써 전자비례제어밸브의 제어특성(출력의 직선성, 히스테리시스 특성의 향상, 데드밴드의 축소 등)을 향상시키도록 된 전자비례제어밸브 제어장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was created to solve the above problems, and detects the magnitude of the control current flowing through the electronic proportional control valve and changes the frequency and amplitude of the dither signal according to the magnitude of the current. It is an object of the present invention to provide an electronic proportional control valve control device designed to improve control characteristics (linearity of output, improvement of hysteresis characteristics, reduction of dead band, etc.).

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전자비례제어밸브를 제어하기 위한 제어전류에 디더신호를 중첩하여 전자비례제어밸브의 스풀에 미세 진동을 발생시킴으로써 제어특성을 향상시키도록 된 전자비례제어밸브 제어장치에 있어서, 상기 제어전류에 상기 디더신호를 중첩하기 위한 가산기, 소정의 삼각파신호를 발생하는 삼각파 발생기, 상기 가산기의 출력을 상기 삼각파신호와 비교하여 펄스폭변조(PWM)된 제어전류를 상기 전자비례제어밸브에 제공하는 펄스폭변조기, 상기 전자비례제어밸브를 통해 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출수단, 상기 전류검출수단에서 검출된 전류값에 대응하는 궤환신호를 상기 펄스폭변조기에 제공하는 궤환수단, 상기 전류검출수단에서 검출된 전류값을 차동 증폭하는 차동증폭기, 상기 차동증폭기의 출력에 따라 주파수와 진폭이 조절되는 디더신호를 발생하는 디더 발진기를 구비하여 상기 제어전류가 커짐에 따라 주파수는 증가하고, 진폭이 감소되는 디더신호를 상기 제어전류에 중첩하여 제공하도록 된 것을 특정으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is to superimpose the dither signal to the control current for controlling the electronic proportional control valve to generate a fine vibration in the spool of the electromagnetic proportional control valve to improve the control characteristics In the valve control apparatus, an adder for superimposing the dither signal on the control current, a triangular wave generator for generating a predetermined triangular wave signal, and a pulse width modulated (PWM) control current by comparing the output of the adder with the triangular wave signal A pulse width modulator provided to the electromagnetic proportional control valve, current detecting means for detecting a current flowing through the electromagnetic proportional control valve, and a feedback signal corresponding to the current value detected by the current detecting means is provided to the pulse width modulator. A feedback amplifier which differentially amplifies the current value detected by the current detection means, and the differential amplifier A dither oscillator for generating a dither signal whose frequency and amplitude is adjusted in accordance with the output includes a dither oscillator for increasing the frequency as the control current increases and providing a dither signal having a reduced amplitude superimposed on the control current. do.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제 1 도는 본 발명을 설명하기 위한 전류 드라이버(A)의 블록도로서, PWM 정전류 증폭회로(1)에서 전자비례제어밸브(2)에 흐르는 전류(I)를 검출하도록 할 뿐 아니라 디더 콘트롤회로(3)에서도 상기 전자비례제어밸브(2)에 흐르는 통전전류(I)를 검출하여 상기 검출전류에 따라 디더 주파수와 진폭을 변화시키도록 하는 것이다. 도면중 참조번호 4는 전원공급부이다.FIG. 1 is a block diagram of a current driver A for explaining the present invention, in which the PWM constant current amplifier circuit 1 detects the current I flowing through the electromagnetic proportional control valve 2, as well as the dither control circuit ( Also in 3), the energization current I flowing through the electromagnetic proportional control valve 2 is detected so as to change the dither frequency and amplitude according to the detection current. Reference numeral 4 in the drawings is a power supply.

이와 같이 진자비례제어밸브(2)를 제어토록 함으로써 제 2 도에서 도시한 바와 같이 제어전류가 작은 영역에서는 전자비례제어밸브(2)에 있어 스풀의 떨림을 크게 하기 위하여 디더신호의 주파수를 낮게 하고, 진폭은 크게 취하고 있다. 그러나 제어전류가 커짐에 따라 이에 반하여 점차 디더신호의 주파수는 커지고 진폭은 작아져서 스풀의 떨림을 작게 하며, 따라서 제어전류의 변화에 따라 적절한 디더신호가 중첩되므로 소음감소 효과도 얻을 수 있고, 전자비례제어밸브의 기계적인 특성의 차이에 따른 적용범위의 확대가 가능하다.By controlling the pendulum proportional control valve 2 in this manner, the frequency of the dither signal is lowered in order to increase the spool of the spool in the electromagnetic proportional control valve 2 in the region where the control current is small as shown in FIG. , Amplitude is taken large. However, as the control current increases, the frequency of the dither signal gradually increases and the amplitude decreases, so that the spool vibration is reduced. Therefore, the appropriate dither signal is superimposed according to the change of the control current, so that the noise reduction effect can be obtained. It is possible to expand the scope of application due to the difference in mechanical characteristics of the control valve.

또한 제 3 도는 제 2 도와 다른 변형된 적용예로서, 제어전류의 크기가 대략중간범위의 값일 때를 절점으로 하여 2개의 직선 특성으로 제어하는 방법이며, 제4 도는 제 3 도와 유사한 또다른 변형을 나타내고 있다.3 is a modified application different from that of FIG. 2, in which the control current is controlled by two linear characteristics when the magnitude of the control current is approximately in the middle range, and FIG. 4 is another modification similar to that of FIG. It is shown.

한편, 제 5 도는 본 발명의 구체적 회로를 예시한 것으로 즉, 출력(제어)전류에 비례한 디더 주파수를 발생시키는 진류 드라이버 구성의 일예를 보인 것이다.Meanwhile, FIG. 5 illustrates a specific circuit of the present invention, i.e., an example of the configuration of a real current driver generating a dither frequency in proportion to the output (control) current.

도면중 오피앰프(U2)(U3)로 구성된 'B'는 삼각파 발생기이고, 오피앰프(U10)(U11)로 구성된 'C'는 차동증폭기이며, 오피앰프(U5)(U6)로 구성된 'D'는 디더 발진기이다. 상기 차동증폭기(C)와 디더발진기(D)는 디더 콘트롤회로(3)이고, 'Rf'는 디더신호의 기본 주파수를 설정하기 위한 가변저항이다.In the figure, 'B' composed of op amps U2 and U3 is a triangular wave generator, and 'C' composed of op amps U10 and U11 is a differential amplifier and 'D' composed of op amps U5 and U6. 'Is a dither oscillator. The differential amplifier C and the dither oscillator D are dither control circuits 3, and Rf is a variable resistor for setting the fundamental frequency of the dither signal.

제 5 도에 있어서, 삼각파 발생기(B)는 연산증폭기(U2, U3)로 구현된 히스테리시스 비교기와 적분기의 결합에 의해 PWM변조에 필요한 삼각파를 발생하고 있고, 가산기(U1)는 출력전류 조정용 가변저항(VR)에 의해 설정된 제어신호에 디더발진기(D)에서 제공되는 디더신호를 중첩한다. 연산증폭기(U4)와 구동 트랜지스터(Q1) 및 스위칭 트랜지스터(02)로 이루어진 PWM변조회로는 가산기(U1)의 출력을 삼각파 발생기(B)에서 제공되는 삼각파와 비교하여 전자비례제어밸브(2)에 PWM변조된 제어 전류(즉, 출력전류 Io)를 제공한다.In FIG. 5, the triangular wave generator B generates triangular waves necessary for PWM modulation by combining a hysteresis comparator and an integrator implemented with operational amplifiers U2 and U3, and the adder U1 is a variable resistor for output current adjustment. The dither signal provided from the dither oscillator D is superimposed on the control signal set by the VR. The PWM modulator circuit composed of the operational amplifier U4, the driving transistor Q1, and the switching transistor 02 compares the output of the adder U1 with the triangular wave provided by the triangular wave generator B to the electromagnetic proportional control valve 2. It provides a PWM modulated control current (ie output current Io).

한편, 전류검출용 저항(RS)에 의해 검출된 전압은 차동증폭기(U7)를 거쳐 피드백되어 오피앰프(U4)의 반전입력단자(-)에 가해져 정전류 구동을 제어하기 위한 클로즈드 루프(closed loop)가 구성되도록 하고 있다. 이와 같은 구성에 있어 오피앰프(U11)(U10)로 구성된 차동증폭기(C)를 거쳐 반전된 출력전류(Io)에 관계되는 전압이 디더 발진기(D)의 오피앰프(U6) 반전(-)단자에 인가된다. 따라서 상기 오피앰프(U6)의 출력 주파수(즉, 디더신호의 주파수)는 전자비례제어밸브의 제어전류(Io)에 따라 변화되고, 실제 이 회로상에서의 디더 발진기의 출력 파형은 삼각파가 된다.On the other hand, the voltage detected by the current detecting resistor RS is fed back through the differential amplifier U7 and applied to the inverting input terminal (-) of the op amp U4 to control the constant current driving (closed loop). To be configured. In this configuration, the voltage related to the output current Io inverted through the differential amplifier C composed of the op amps U11 and U10 is inverted (-) terminal of the op amp U6 of the dither oscillator D. Is applied to. Therefore, the output frequency of the op amp U6 (that is, the frequency of the dither signal) is changed in accordance with the control current Io of the electromagnetic proportional control valve, and the output waveform of the dither oscillator on this circuit is actually a triangular wave.

상기와 같은 변화된 디더발진기(D)의 출력신호는 출력전류 설정용 가변저항(VR)의 설정된 전압과 중첩되어 오피앰프(U1)의 비반전단자(+)에 가하여지고, 이의 출력신호은 오피앰프(U4)의 반전단자(-)에 가하여져 트랜지스터(Q1)(Q2)를 제어(ON/OFF) 함으로써 전자비례제어밸브(2)를 제어하게 된다. 결국, 전자비례제어밸브(2)의 비례 전자석에 흐르는 전류(Io)의 크기에 따라 디더신호의 주파수와 진폭이 변하게 되고, 이와 같이 변화된 디더신호가 제어전류에 중첩되어 전자비례제어밸브(2)의 제어특성(즉, 직선성)을 향상시키게 된다. 이때 제어전류의 크기에 따라 변화되는 디더신호의 주파수 및 진폭 특성은 제 2 도에 도시된 바와 같이, 진폭은 제어전류가 증가함에 따라 작아지고 주파수는 높아지는 특성을 나타낸다.The output signal of the changed dither oscillator D is applied to the non-inverting terminal (+) of the operational amplifier U1 by overlapping the set voltage of the variable resistor VR for output current setting, and the output signal thereof is an operational amplifier. The electromagnetic proportional control valve 2 is controlled by being applied to the inverting terminal (-) of U4 to control (ON / OFF) the transistors Q1 and Q2. As a result, the frequency and amplitude of the dither signal are changed according to the magnitude of the current Io flowing in the proportional electromagnet of the electromagnetic proportional control valve 2, and the dither signal thus changed is superimposed on the control current so that the electromagnetic proportional control valve 2 This improves the control characteristics (ie, linearity) of the. At this time, the frequency and amplitude characteristics of the dither signal that changes according to the magnitude of the control current, as shown in Figure 2, the amplitude is smaller as the control current increases and the frequency is higher.

이상과 같은 실시예의 회로도에서 보는 바와 같이, 출력전류의 파형은 출력전류에 따라 변화하는 주파수를 발생하는 디더발진기(D)의 주파수 및 파형을 따르게 됨을 알 수 있어 제어전류의 크기에 따라 디더특성을 변화시키게 되고, 이에 따라 전자비례제어밸브의 제어특성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.As shown in the circuit diagram of the above embodiment, it can be seen that the waveform of the output current follows the frequency and waveform of the dither oscillator (D) generating a frequency varying according to the output current. It is possible to change, thereby improving the control characteristics of the electromagnetic proportional control valve.

이상과 같이 본 발명은 유압제어, 공압제어, 유량제어에 이용되는 전자비례제어밸브에 흐르는 제어전류의 크기를 검출하여 이 전류의 크기에 따라 디더신호의 주파수와 진폭을 변화시키므로써 전자비례제어밸브의 제어특성을 향상시킴은 물론, 디더 주파수와 진폭을 최적으로 조정하여 스풀의 떨림을 작게 하므로써 소음을 감소시키는 효과가 있고, 전자비례제어밸브의 기계적인 특성의 차이에 따른 적용범위의 확대가 가능한 잇점이 있다.As described above, the present invention detects the magnitude of the control current flowing through the electromagnetic proportional control valve used for hydraulic control, pneumatic control, and flow rate control, and changes the frequency and amplitude of the dither signal according to the magnitude of the electric proportional control valve. In addition to improving the control characteristics of the spool, the dither frequency and amplitude are optimally adjusted to reduce the spool vibration, thereby reducing noise, and the application range can be expanded due to the difference in mechanical properties of the electronic proportional control valve. There is an advantage.

Claims

An electronic proportional control valve control device configured to improve a control characteristic by generating a fine vibration in a spool of an electromagnetic proportional control valve by superimposing a dither signal on a control current for controlling the electromagnetic proportional control valve. An adder for superimposing signals, a triangular wave generator for generating a predetermined triangular wave preference, and a pulse width modulator for providing a pulse width modulated (PWM) control current to the electromagnetic proportional control valve by comparing the output of the adder with the severe wave signal. Current detection means for detecting a current flowing through the electromagnetic proportional control valve, feedback means for providing a feedback signal corresponding to the current value detected by the current detection means to the pulse width modulator, detected by the current detection means. A differential amplifier that differentially amplifies the current value, and a frequency and amplitude of which are adjusted according to the output of the differential amplifier. Frequency is increased with the provided with a dither oscillator, which generates a signal controlling the current becomes larger, and that the dither signal amplitude is reduced, wherein the service that is superimposed on the control jinryu electro-proportional control valve control unit.