(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブスプールを有した直接駆動型の電油圧サーボバルブと、
前記バルブスプールの変位に応じて変位するピストンを有した油圧アクチュエータと、
指令信号と前記ピストンの変位に対応するフィードバック信号との差を求める第１の減算器と、
前記第１の減算器の出力と前記バルブスプールの変位に対応する位置フィードバック信号との差を求める第２の減算器と、
前記第２の減算器と前記電油圧サーボバルブとの間に設けられた低域の一次遅れ要素と、を備え、
前記バルブスプールは、前記第２の減算器の出力に応じて変位することを特徴とするサーボ制御システム。
【請求項２】
前記低域の一次遅れ要素が、前記第２の減算器と前記電油圧サーボバルブの間の前向き回路に設けられた積分器若しくは一次遅れ、又は、前記第２の減算器の出力を積分する積分器および該積分器と前記電油圧サーボバルブの間に設けられた一次遅れ要素で構成された請求項１に記載のサーボ制御システム。
【請求項３】
前記低域の一次遅れ要素が、前記第２の減算器と前記電油圧サーボバルブの間の前向き回路に設けられた積分器若しくは一次遅れ要素と、該積分器又は一次遅れ要素を含む前向き回路に低域の一次遅れ特性を生じさせるよう前記位置フィードバック信号を所定の応答性を持って生成するフィードバック回路と、で構成された請求項１に記載のサーボ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接駆動型電油圧サーボバルブを用いるサーボ制御システム、特に定常偏差の低減を図ったサーボ制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直接駆動型電油圧サーボバルブを用いるサーボ制御システムは、例えば航空機のフライトコントロールシステムに採用されている。このシステムにおいては、舵面制御アクチュエータを電油圧サーボバルブ（電気・油圧サーボバルブ）で制御するとともに、そのサーボバルブのバルブ変位を作動変圧器等の位置検出器により電気的に取り出してフィードバック制御を行なっている。
【０００３】
この種のサーボ制御システムにおいては、優れた応答性能に加えて高度な信頼性および制御安定性が要求される。
【０００４】
そこで、例えばバルブスプールの移動速度を速度検出器により検出しこれをフィードバックして、定常偏差を抑制するとともに、応答性改善を図っている。
【０００５】
また、直接駆動型電油圧サーボバルブの電磁駆動部における渦電流損を増大させ、電油圧サーボバルブの二次遅れ特性の減衰係数を増加させることにより、直接駆動型電油圧サーボバルブのループ・ゲインを増大させ、これによって、直接駆動型電油圧サーボバルブの制御性（直線性、分解能等）並びに、システムの制御性（分解能）の改善が図られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサーボ制御システムにあっては、バルブスプールの速度を検出する場合には、そのための速度センサが必要になり、コスト高を招くという問題があった。また、渦電流損を増大させる場合には、十分な補償効果を得ることができなかった。
【０００７】
そこで本発明は、高い制御性の直接駆動型電油圧サーボバルブ、並びに、制御性（分解能）の優れた高信頼性、低コストのサーボ制御システムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、バルブスプールを有した直接駆動型の電油圧サーボバルブと、前記バルブスプールの変位に応じて変位するピストンを有した油圧アクチュエータと、指令信号と前記ピストンの変位に対応するフィードバック信号との差を求める第１の減算器と、前記第１の減算器の出力と前記バルブスプールの変位に対応する位置フィードバック信号との差を求める第２の減算器と、前記第２の減算器と前記電油圧サーボバルブとの間に設けられた低域の一次遅れ要素と、を備え、前記バルブスプールは、前記第２の減算器の出力に応じて変位するものである。
【０００９】
この発明では、第２の減算器と電油圧サーボバルブの間に低域の一次遅れ要素を介在させ、直接駆動型電油圧サーボバルブのループ・ゲインを増大させることにより、直接駆動型電油圧サーボバルブの制御性（直線性、分解能）並びにシステムの制御性（分解能）が改善される。
【００１０】
また、直接駆動型サーボバルブの基本伝達特性は、簡略化すると、略二次遅れで近似することができるが、上記一次遅れ要素の代わりに、積分器を設けたり、第２の減算器出力を積分する積分器およびこれと前記電油圧サーボバルブの間に直列に挿入される一次遅れ要素を設けたりすることによって、安定性を増強することができ、それによっても、直接駆動型電油圧サーボバルブのループ・ゲインを増大させ、直接駆動型電油圧サーボバルブの制御性（直線性、分解能等）を改善することができる。
【００１１】
さらに、前記第２の減算器と前記電油圧サーボバルブの間の前向き回路に設けられた積分器若しくは一次遅れ要素と、該積分器又は一次遅れ要素を含む前向き回路に低域の一次遅れ特性を生じさせるよう前記位置フィードバック信号を所定の応答性を持って生成するフィードバック回路と、を併用することができ、例えば、積分器を組み込むとともに、フィードバック回路中のフィルタの特性を最適化することができる。
【００１２】
すなわち、前記低域の一次遅れ要素は、前記第２の減算器の出力を積分する積分器と、該積分器を含む前向き回路に低域の一次遅れ特性を生じさせるよう前記電油圧サーボバルブのバルブ変位に対応する信号を通す際の応答性を所定値に設定したフィルタと、で構成されたもの、あるいは、前記第２の減算器と前記電油圧サーボバルブの間に設けられた一次遅れ要素と、前記第２の減算器および該一次遅れ要素を含む前向き回路に低域の一次遅れ特性を生じさせるよう前記電油圧サーボバルブのバルブ変位に対応する信号を通す際の応答性を所定値に設定したフィルタと、で構成されたものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１および図２は一実施形態に係るサーボ制御システムを示す図である。
【００１５】
同図において、１１は指令信号Ｖｃと後述するピストンの変位を示すフィードバック信号Ｖｆｂとの差を算出する第１の減算器としての減算器であり、減算器１１から出力される偏差信号は第２の減算器としての減算器４４にてバルブ変位信号との偏差が算出された後、積分器１２、一次遅れ補償器１３を介して電流アンプ１４に与えられる。
【００１６】
電流アンプ１４は、一次遅れ補償器１３からの指令信号に基づき、サーボバルブ１５（直接駆動型電油圧サーボバルブ）の電磁駆動コイルに供給する駆動電流を調整する。このサーボバルブ１５は、図２に示すように、電磁駆動部１６とこれによって直接駆動されるバルブスプール１７とを有する直接駆動型のサーボバルブであり、バルブスプール１７によって油圧アクチュエータ（例えば航空機の舵面制御用油圧シリンダ）１８の一対の油室１８ａ，１８ｂに連通する２つの制御圧室１５ａ，１５ｂが形成されている。これら制御圧室１５ａ，１５ｂには、バルブスプール１７の変位に応じて図外の油圧源からの圧油Ｐが導入され、又は図外のリザーバが連通し、これによって油室１８ａ，１８ｂへの作動油の給排が制御されるようになっている。そして、油圧アクチュエータ１８はこの作動油の給排制御、すなわちサーボバルブ１５の油室１８ａ，１８ｂへの流量制御によって油室１８ａ，１８ｂの間に差圧を生じさせ、ピストン１９（出力部材）を軸方向に変位させることができる。
【００１７】
ピストン１９の変位は、作動変圧器等の位置検出器２１によって電気信号として検出され、その検出信号が復調器２２により直流電圧に変換された後、フィルタ２３によって交流成分を除去され、減算器１１にフィードバックされる。
【００１８】
一方、バルブスプール１７の変位は、作動変圧器等の位置検出器４１によって電気信号として検出され、その検出信号が復調器４２により直流電圧に変換された後、フィルタ４３によって交流成分を除去され、減算器４４にフィードバックされる。
【００１９】
本実施形態においては、減算器１１の出力（サーボアンプ内の指令信号）とバルブスプール１７の位置フィードバック信号Ｖｆｃとの差を求める減算器４４の後段に、積分器１２（積分要素）を設けているので、減算器４４からの偏差信号がゼロでないときは、図３に示すように、積分器１２により入力の時間積分に比例する信号が出力される。したがって、定常偏差を無限小に減少させることができる。
【００２０】
また、直接駆動型サーボバルブ１５の基本伝達特性は、略二次遅れで近似することができ、図４のボード線図にように表わすことができる。したがって、補償なしでループを組んだ場合には、所要のゲインマージンおよびフェーズマージンを確保するために、図５に示すようにループゲインを極端に低下させざるを得ない。
【００２１】
そこで、積分器１２と一次遅れ補償器１３を組み込み、更に必要に応じてフィードバック回路中のフィルタ２３の特性を最適化すれば、図６に示すように、図５に示した無補償の場合に比べ、ループゲインを十分に確保することができ、安定性を補償することができる。
【００２２】
すなわち、本実施形態では、電油圧サーボバルブ１５の入力指令信号と位置フィードバック信号Ｖｆｃの差を算出する減算器４４の後段に定常偏差をなくす積分器１２を設け、更に、これと直列に接続する一次遅れ補償器１３を組み込んでいるので、直接駆動型電油圧サーボバルブにおけるループゲインの増大と、その直線性、分解能といった制御性の改善を図ることができ、しかも、サーボアクチュエータシステム全体の分解能を改善することができる。
【００２３】
なお、上述のように積分器１２と一次遅れ１３による補償を行う場合、安定性については電油圧サーボバルブ１５の位置検出情報のフィードバックポイント、すなわち、減算器４４への帰還入力部を切ったポイントにて評価する。また、安定性の観点からは、遅れ要素を前向きに入れてもフィードバック系に入れても同じであり、さらに、一般的な直接駆動型電油圧サーボバルブの固有振動数は略１００〜２００（Ｈｚ）程度、その補償に必要なフィルターは略５０〜１４０（Ｈｚ）程度となることから、一般的に必要なフィルタ定数と補償定数はほぼ同等であるということができる。したがって、前向き回路に挿入する遅れ要素の機能の一部又は全部をフィードバック用フィルタによって代用してもよい。
【００２４】
前記一次遅れの挿入ポイントとしては、減算器１１とする場合、その後段（減算器４４の前）に設けた図示しないプリアンプとする場合、減算器４４とする場合、減算器４４から電流アンプ１４までを含む閉ループ（以下、ループＡという）の全体とする場合、電流アンプ１４とする場合が考えられる。ループＡを挿入ポイントとする場合には、そのループゲインと一次遅れ特性によってこのループを一次遅れとする。また、電流アンプ１４とする場合には、その電流アンプ１４に遅れを持たせ、ループＡのループゲインを適宜設定する。
【００２５】
図７は他の実施形態に係る直接駆動型サーボバルブを示す図である。
【００２６】
なお、この実施形態は、上述の実施形態における積分器及び一次遅れを、これらと同様な機能を有する積分器又は一次遅れ要素に置き換えたものであり、他の構成は上述とほぼ同様であるので、上述の実施形態との相違点についてのみ詳述する。
【００２７】
図７において、減算器４４から出力される偏差信号は、上述の積分器１２及び一遅れ補償器１３と同程度の低域の一次遅れとして機能する積分器又は一次遅れ回路３２に入力される。そして、この積分器又は一次遅れ回路３２の出力が、電流アンプ１４に与えられる。
【００２８】
本実施形態においては、減算器１１からの信号とバルブスプール１７の位置フィードバック信号Ｖｆｃとの差を求める減算器４４の後段に、積分器又は一次遅れ回路３２を設けているので、積分器１２及び一遅れ補償器１３を設ける場合に比べると、定常偏差の抑制効果は若干低下するが、従来と比べると、十分な定常偏差抑制効果があるといえる。
【００２９】
なお、積分器と一次遅れ回路を代用できるのは、図８に積分器の伝達特性を、図９に一次遅れの伝達特性を示すように、一次遅れのカットオフ周波数を超低域に設定すれば、高周波数域の周波数特性は一次遅れと積分器とでほぼ同等となるという理由による。一次遅れ要素の方が若干定常偏差の抑制という点で不利であるが、積分に近い効果が得られる。
【００３０】
また、電流アンプ１４の応答性を低下させ、これに、上述した低域の一次遅れ要素の機能の一部又は全部を持たせることも考えられる。
【００３１】
なお、本実施形態における補償は、アナログ制御のみならずデジタル制御にも適用することができることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、サーボアンプ内の減算器と電油圧サーボバルブの間に低域の一次遅れ要素を介在させているので、直接駆動型電油圧サーボバルブのループ・ゲインを増大させることができ、その制御性改善を図ることができる。
【００３３】
また、上記一次遅れ要素に代わる積分器を設けたり、前記減算器の出力を積分する積分器およびこれと直列接続する一次遅れ要素を設けたりすることにより、安定性を増強することができるとともに、速度センサ等を使用することなく定常偏差を抑えることができ、サーボ制御システムのヒステリシスや分解能の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るサーボ制御システムの概略構成を示すブロック線図である。
【図２】  一実施形態における直接駆動型電油圧サーボバルブの概略構成図である。
【図３】  一実施形態における積分器出力の時間的変化を示すグラフである。
【図４】  一般的な直接駆動型電油圧サーボバルブのオープンループ伝達特性を示すボード線図である。
【図５】  図４の特性を有する電油圧サーボバルブを用いて補償をかけずにループを組んだ比較例の伝達特性を示すボード線図である。
【図６】  図４の特性を有する電油圧サーボバルブを用い、積分器を挿入し補償をかけてループを組んだ比較例の伝達特性を示すボード線図である。
【図７】  本発明の他の実施形態に係る直接駆動型電油圧サーボバルブの概略構成を示すブロック線図である。
【図８】  他の実施形態における減算器後段の積分器の伝達特性を示すボード線図である。
【図９】  他の実施形態における減算器後段の一次遅れの伝達特性を示すボード線図である。
【符号の説明】
１１  減算器（第１の減算器）
１２  積分器
１３  一次遅れ補償器
１４  電流アンプ
１５  直接駆動型サーボバルブ
１５ａ，１５ｂ  制御圧室
１６  電磁駆動部
１７  バルブスプール
１８  油圧アクチュエータ（液圧アクチュエータ）
１８ａ，１８ｂ  油室
１９  ピストン（出力部材）
２１  位置検出器
２２  復調器
２３  フィルタ
４４  減算器（第２の減算器）
Ｖｃ  指令信号入力
Ｖｆｂ  フィードバック信号
Ｖｆｃ  位置フィードバック信号
【図１】
0003640823.tif 000002
【図２】
0003640823.tif 000003
【図３】
0003640823.tif 000004
【図４】
0003640823.tif 000005
【図５】
0003640823.tif 000006
【図６】
0003640823.tif 000007
【図７】
0003640823.tif 000008
【図８】
0003640823.tif 000009
【図９】
0003640823.tif 000010