(57)【要約】【課題】位置制御に適用されるサーボバルブの制御量を滑らかに、かつ安定した制御特性を得ることができるサーボバルブの制御装置を提供する。【解決手段】サーボバルブと、このサーボバルブに対する制御量の目標値が入力されて、この目標値から所定の基準入力信号を生成して出力する設定部と、前記サーボバルブに取り付けられて、このサーボバルブの制御量を検出して帰還量を出力する検出部と、前記設定部から出力された前記基準入力信号と前記検出部から出力された前記帰還量とを比較してその偏差を出力する比較部と、この比較部が出力した偏差を受けて、前記サーボバルブに与える操作量を出力する調節部とを具備したサーボバルブの制御装置であって、前記比較部が前記調節部に前記偏差を与える信号ラインに接続されて、前記比較部が出力した前記偏差を所定のレベル範囲に制限する振幅制限部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボバルブと、
このサーボバルブに対する制御量の目標値が入力されて、この目標値から所定の基準入力信号を生成して出力する設定部と、
前記サーボバルブに取り付けられて、このサーボバルブの制御量を検出して帰還量を出力する検出部と、
前記設定部から出力された前記基準入力信号と前記検出部から出力された前記帰還量とを比較してその偏差を出力する比較部と、
この比較部が出力した偏差を受けて、前記サーボバルブに与える操作量を出力する調節部と
を具備したサーボバルブの制御装置であって、
前記比較部が前記調節部に前記偏差を与える信号ラインに接続されて、前記比較部が出力した前記偏差を所定のレベル範囲に制限する振幅制限部を備えることを特徴とするサーボバルブの制御装置。
【請求項２】
前記調節部は、比例動作および積分動作を備えることを特徴とする請求項１に記載のサーボバルブの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のサーボバルブの制御装置であって、前記調節部は、更に微分動作を備えることを特徴とするサーボバルブの制御装置。
【請求項４】
前記サーボバルブは、油圧によって制御量を可変制御するものである請求項１乃至３のいずれかに記載のサーボバルブの制御装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーボバルブの制御装置に係り、特に油圧制御されてその制御量を可変制御するサーボバルブの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用装置等に広く用いられている油圧制御は、クローズドループ系（フィードバック制御系）によるサーボバルブ制御であり、このフィードバック制御系によってその駆動が制御される。サーボバルブ制御は、サーボバルブの出力流量を油圧シリンダに加えてピストンを作動させ、その位置を電気的に検出してフィードバック制御している。具体的にこの制御は、目標値に相当する指令信号と比較して偏差を求め、この偏差が少なくなるような信号を制御機構に与えてサーボバルブを制御し、流量を調整・制御して負荷の位置を調整するよう構成されている。
【０００３】
このような用途に用いられるフィードバック制御装置は、例えば図４に示すように、制御対象となる装置の全体あるいはその一部をなす制御対象１（例えば、サーボバルブ）、フィードバックループに直接入力されて制御対象１の制御量が設定した値をとるよう目標値として外部から設定される値によってフィードバック制御系を作動させる基準入力信号を生成する設定部２、制御対象１から制御に必要な信号を取り出し、目標値と同種類の物理量に変換して出力するセンサ等からなる検出部３、基準入力信号と検出部３から出力される信号とを比較して制御動作を生起させる動作信号たる偏差を生成する比較部４、この比較部４から出力される偏差を受けてフィードバック制御系が所要の働きをするのに必要な信号を生成して操作部へ送り出す調節部５、この調節部５から出力された信号を受けて制御対象を制御する操作量に変換して制御対象に与える操作部６を備えて構成される。
【０００４】
ちなみに比較部４、調節部５および操作部６は、例えばサーボアンプモジュールとして一体にしたユニット構成をとる装置が多い。
尚、この種のフィードバック制御装置は、各種プラント制御や一般の工業計測等に幅広く適用されている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。
ちなみにサーボバルブを利用してアクチュエータ等のシリンダの位置制御を行う場合、一般的には線形に近い動作を実行する。このような位置制御を行うフィードバック制御装置の設定信号は、主として時間的に徐々に変化する場合と、短時間でステップ状に変化する場合とがある。
【特許文献１】特開平９−２９１９０２号公報
【特許文献２】特開平８−１４４７０９号公報
【特許文献３】特開昭５７−１７６４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した位置制御を行うフィードバック制御装置において目標値が短時間でステップ状に変化したり、あるいは急変した場合、調節部５に与えられる偏差信号が急激に変化し、それゆえ操作部６から制御対象のサーボバルブ１に与えられる操作量も急激に変化する。その結果、サーボバルブ１の制御量にオーバシュート、アンダーシュートが生じ、アクチュエータ等のシリンダに、いわゆるハンチングが起こるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の実情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、特にアクチュエータ等のシリンダの位置制御に適用されるサーボバルブの制御量を滑らかに、かつ安定した制御特性を得ることができるサーボバルブの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成すべく本発明に係るサーボバルブの制御装置は、サーボバルブと、このサーボバルブに対する制御量の目標値が入力されて、この目標値から所定の基準入力信号を生成して出力する設定部と、前記サーボバルブに取り付けられて、このサーボバルブの制御量を検出して帰還量を出力する検出部と、前記設定部から出力された前記基準入力信号と前記検出部から出力された前記帰還量とを比較してその偏差を出力する比較部と、この比較部が出力した偏差を受けて、前記サーボバルブに与える操作量を出力する調節部とを具備したサーボバルブの制御装置であって、
前記比較部と前記調節部との間に接続されて、前記比較部が出力した前記偏差を所定のレベル範囲に制限する振幅制限部を備えることを特徴としている。
【０００８】
一般に前記調節部は、比例動作（Ｐ動作）および積分動作（Ｉ動作）を備える。必要に応じて、前記調節部は、更に微分動作（Ｄ動作）を備えて構成される。
また前記サーボバルブは、電流によって油圧の制御量を可変制御するものとして構成される。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明のサーボバルブの制御装置は、比較部から出力されて調節部に与えられる偏差（信号）の振幅を所定のレベル範囲内に収まるように振幅制限部でレベル制御しているので、たとえ目標値の急激な変化があったとしてもサーボバルブの制御量を滑らかに制御することができ、また安定した制御特性を得ることができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係るサーボバルブの制御装置について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るサーボバルブの制御装置の要部概略構成を示すブロック図である。この図において図４と同一の符号を付した部分は同一物を表し、基本的な構成は図４に示す従来のものと同様であるのでその説明を省略する。尚、図１〜図３は、本発明の一実施形態に係るサーボバルブの制御装置を説明するための図であって、これらの図によって本発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１において２０は、サーボバルブを制御するフィードバック制御装置（サーボアンプ）を構成する比較部４と調節部５との間（ｂ点）に接続されて、比較部４から出力される偏差（信号）のレベルを所定の範囲内のレベル信号にすべく、その振幅を制限する振幅制限部（リミッタ）である。このリミッタ２０は、設定部２から出力される信号が正弦波状に変化し、比較部４から出力される偏差（信号）が例えば図２の破線で示されるように０Ｖを基準として正弦波状に変化する信号となったとき、予め定めた正レベルの制限値（＋ΔＶ）と負レベルの制限値（−ΔＶ）を超えた偏差（信号）の振幅を制限し、図２の実線で示されるように抑える役割を担っている。
【００１２】
このリミッタ２０は、詳しくは図３に示すように四つの演算増幅器（オペアンプ）ＯＰ１〜ＯＰ４で構成される。第一のオペアンプＯＰ１および第二のオペアンプＯＰ２は、それぞれ非反転増幅回路を構成し、正レベルの制限値（＋ΔＶ）を超えた正レベルの偏差（信号）を抑えるレベル制限回路の役割を担う。また第三のオペアンプＯＰ３および第四のオペアンプＯＰ４は、それぞれ反転増幅回路と非反転増幅回路を構成し、負レベルの制限値（−ΔＶ）を超えた負レベルの偏差（信号）を抑えるレベル制限回路の役割を担う。
【００１３】
直列に接続された二つの抵抗器Ｒ１，Ｒ２の両端が図示しない定電圧直流電源に接続され、これらの抵抗器Ｒ１，Ｒ２の接続部から第一のオペアンプＯＰ１の正入力端子に、抵抗器Ｒｉ１を介して所定の電圧が与えられる。また、第一のオペアンプＯＰ１の出力と負入力端子には、帰還抵抗器Ｒｆ１が接続されてオペアンプＯＰ１の増幅度を決定している。この第一のオペアンプＯＰ１の出力端子は、直列に接続された固定抵抗器ＲＧ１と可変抵抗器ＲＧ２を介して接地される。第一のオペアンプＯＰ１による非反転増幅器は、次段の第二のオペアンプＯＰ２を作動させるための基準電圧（正電圧）を生成する。
【００１４】
一方、第二のオペアンプＯＰ２の正入力端子は、抵抗器Ｒｉ３を介して可変抵抗器ＲＧ２の摺動端子に接続される。また第二のオペアンプＯＰ２の出力端子と負入力端子には、コンデンサＣ１およびダイオードＤ１とが並列に接続される。このダイオードＤ１のアノードは、第二のオペアンプＯＰ２の負入力端子に、カソードが第二のオペアンプＯＰ２の出力端子にそれぞれ接続される。
【００１５】
オペアンプＯＰ２で構成される非反転増幅器は、比較部４から出力される偏差のレベルが所定のレベルを超えたとき第二のオペアンプＯＰ２がダイオードＤ１を介してその超えたレベルの信号（正の電圧信号）を吸収するリミッタの役割を担う。
そして第二のオペアンプＯＰ２の正入力端子に与えられる電圧は、第一のオペアンプＯＰ１から出力された電圧が可変抵抗器ＲＧ２を調整することによって分圧調整されて［＋ΔＶ］として抵抗器Ｒｉ３を介して与えられる。したがって第二のオペアンプＯＰ２の正入力端子に与えられている電圧を超えた電圧が第二のオペアンプＯＰ２の負入力端子に与えられると、ダイオードＤ１を介して［＋ΔＶ］を超える正の電圧レベルの偏差（信号）を第二のオペアンプＯＰ２の出力端子から吸収して一定レベルに制限する。
【００１６】
一方、第三のオペアンプＯＰ３の負入力端子には、直列に接続された二つの抵抗器Ｒ１，Ｒ２の接続部から抵抗器Ｒｉ２を介して所定の電圧が与えられ、正入力端子が接地される。また第三のオペアンプＯＰ３の負入力端子と出力端子との間には、帰還抵抗器Ｒｆ２が接続されて第三のオペアンプＯＰ３の増幅度を決定する。この第三のオペアンプＯＰ３の出力端子は、直列に接続された固定抵抗器ＲＧ３と可変抵抗器ＲＧ４を介して接地される。
【００１７】
第三のオペアンプＯＰ３による反転増幅器は、次段の第四のオペアンプＯＰ４を作動させるための基準電圧（負電圧）を生成する。
また第四のオペアンプＯＰ４の正入力端子は、抵抗器Ｒｉ４を介して可変抵抗器ＲＧ4の摺動端子に接続される。この第四のオペアンプＯＰ４の出力端子と負入力端子には、コンデンサＣ２およびダイオードＤ２とが並列に接続される。ダイオードＤ２のアノードは、第四のオペアンプＯＰ４の出力端子に、カソードが第四のオペアンプＯＰ４の負入力端子にそれぞれ接続される。この第四のオペアンプＯＰ４で構成される非反転増幅器は、比較部４から出力される偏差のレベルが所定のレベルを超えたとき第四のオペアンプＯＰ４がダイオードＤ２を介してその超えたレベルの信号（負の電圧信号）を吸収するリミッタの役割を担う。
【００１８】
そして第四のオペアンプＯＰ４の正入力端子に与えられる電圧は、第三のオペアンプＯＰ３から出力された電圧が可変抵抗器ＲＧ４を調整することによって分圧調整されて［−ΔＶ］として抵抗器Ｒｉ４を介して与えられる。したがって第四のオペアンプＯＰ４の正入力端子に与えられている［−ΔＶ］を超える負の電圧レベルの偏差（信号）が第四のオペアンプＯＰ４の負入力端子に与えられると、ダイオードＤ２を介して大きな負の電圧レベルの偏差（信号）を第二のオペアンプＯＰ４の出力端子から吸収して一定レベルに制限する。
【００１９】
そうして第二のオペアンプＯＰ２および第四のオペアンプＯＰ４のそれぞれの出力端子同士が接続されて比較部４から調節部５に偏差（信号）を与える信号ライン（ｂ点）に接続される。そして偏差（信号）のレベルは、可変抵抗器ＲＧ２，ＲＧ４をそれぞれ調整することによって所定の範囲内（＋ΔＶ〜−ΔＶ）の電圧信号として設定することができる。
【００２０】
かくして本発明のサーボバルブの制御装置によれば、フィードバック制御装置（サーボアンプ）を構成する比較部４が調節部５に偏差を与える信号ラインに振幅制限部２０を接続しているので、目標値の急激な変化があった場合、偏差を所定レベル内に収まるように制限することができる。
より具体的にサーボバルブ１を用いた変位制御にあっては、サーボバルブ１から変位を制御するシリンダに変位に必要な油量を送油する。この送油量は、サーボバルブ１の開度によって時間当たりの送油量が定まる。したがって、シリンダに与える圧力は、このシリンダを変位させるのに必要な力に比例させればよい。
【００２１】
しかして本発明のサーボバルブの制御装置は、比較部４から大きな偏差が出力されたとしても振幅制限部２０によって偏差が所定のレベルを超えないように制御している。したがって上述のサーボバルブの制御装置は、サーボバルブ１の時間当たりの開度を一定内に制限しつつ、シリンダに送油する油送速度を所定内に抑えることができる。このため、シリンダの慣性を抑えることが可能となり、いわゆるハンチングを抑えることができる。
【００２２】
このように上述した本発明のサーボバルブの制御装置は、振幅制限部２０によって比較部４から出力されて調節部５に与えられる偏差（信号）の振幅を所定のレベル範囲内に収まるように制限しているので、たとえ目標値の急激な変化があったとしてもサーボバルブ１の制御量を滑らかに制御することができ、また安定した制御特性を得ることができる。
また本発明のサーボバルブの制御装置は、調節部５にプロセス制御として一般に用いられている比例動作および積分動作、更には微分動作を備えて構成したＰＩ調節計やＰＩＤ調節計が適用された制御システムであっても、比較部４から調節部５に偏差を与える信号ラインに振幅制限部２０を接続するだけでよく、既存のサーボアンプに変更を加えることなくサーボバルブ１の制御量を滑らかに制御することができ、また安定した制御特性を得ることが可能になるという優れた効果が得られる。このため本発明のサーボバルブの制御装置は、特に油圧によってシリンダを変位制御する油圧サーボバルブの制御装置として好適である。
【００２３】
尚、本発明のサーボバルブの制御装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーボバルブの制御装置の要部概略構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す偏差信号の変化と振幅制限部による偏差の振幅を制限した偏差信号の一例を示すグラフ。
【図３】図１に示す振幅制限部を構成する回路の一例を示す図。
【図４】従来のサーボバルブの制御装置における要部概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００２５】
１    制御対象
２    設定部
３    検出部
４    比較部
５    調節部
６    操作部
２０  振幅制限部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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