JPS5814564B2 - サ−ボベンノデイザセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はサーボ弁のデイザ制御装置に係り、特に油圧装
置に用いられる直動型サーボ弁の制御に最適なサーボ弁
のデイザ制御装置に関する。

〔従来技術〕

第１図は従来のフォースモークによりスプールを駆動す
る直動型油圧サーボ弁の一例である。

第１図において、直動型サーボ弁はマグネットアツセン
ブリ−１、コイル２、スブール３、スリーブ４、ケーシ
ング５、コネクタ６、コイルバネ７ａ，７ｂ、ポンプポ
ート８、シリンダポート９、タンクポート１０、中立点
調整ネジ１１、変位計コア１２、変位計取付具１３、変
位計ステム１４とより構成される（ここでは変位計を取
扱ったが速度計でも可能である。

）。フォースモーク部はマグネットアツセンブリー１及
びコイル２とから構成される。

また、バルブボデイ部はスプール３、スリーブ４及びケ
ーシング５とから構成される。

仮に、コネクタ６からコイル２に正電圧が印加されたと
すると、スプール３はコイルバネ７ａに打ち勝って、第
１図の右方向に移動（コイルバネ５の縮む方向）し、作
動油はポンプポート８からシリンダポート９に流れる。

逆に負電圧がコイル２に印加されたとすると、作動油は
シリンダポート９からタンクポート１０へと戻る（ここ
では三方向弁型のものについて扱っているが、四方向弁
型の場合も基本的には同様である。

）。この場合のコイル２への印加電圧■とスプール３の
状態量（以下、変位量について扱う）Ｓの関係を示した
のが第２図ａ，ｂ，ｃである。

コイル２には低周波（０．０１〜０．０５Ｈｚ）の正弦
波状電圧−■ｏ〜＋■ｏを印加した時のスブール３の変
位をＸ−Ｙレコーダにより記録したものである。

第２図ａはスプール３とスリーブ４間の摩擦抵抗、その
他が無い場合の理想的な印加電圧■とスプール３の変位
量Ｓの関係を示している。

第２図ｂはデイザが無い場合のグラフである。

この場合、比較的大きなヒステリシス（又はｄｅａｄｂ
ａｎｄ）が存在している。

この値は場合によってはサーボ弁の定格の１０〜２０％
にも及ぶことがある。

第２図ｃは適当なデイザ（ｄｉｔｈｅｒ）量を付加した
場合の関係図であり、明らかにヒステリシス（又は、ｄ
ｅａｄ ｂａｎｄ）が減少していることがわかる。

ここでデイザ周波数は通常２００〜１０００Ｈｚの正弦
波、デイザ量は定格電圧の５〜２０％程度である。

以上を更に具体的に説明するために示したのが第３図ａ
＝ｄである。

第３図ａはコイル２に印加された正弦波状電圧、第３図
ｂはデイザが無い場合のスプール変位、第３図ｃはデイ
ザが有る場合のスプール変位、第３図ｄはデイザが有る
場合にコイル２に印加された電圧波形を各々示している
。

第３図ｃ及びｄでの高周波成分はデイザに起因するもの
であり、その比率が異なっているのはサーボ弁の応答性
に起因するゲイン（スプール変位）の低下によるもので
ある。

しかしながら従来技術であるサーボ弁に付与されるデイ
ザは、サーボ弁の寿命末期の際にもデイザが十分作用す
るような大きな値（例えばディザ周波数が約１０００Ｈ
ｚ、デイザ量がバルブの定格電圧の約２０％のデイザ量
）を予め固定して設定し、サーボ弁に与えられていた。

この理由は、サーボ弁の寿命末期においてはスプールと
スリーブとの摩耗が相当進行しているので付与されるデ
イザの値が小さ過ぎるとサーボ弁にデイザが作用せず、
この為にサーボ弁のスプールがスティックするという現
象を回避させていることによるものである。

従って、サーボ弁が新設間も無い場合であっても、その
寿命末期に相当する過大なディザ量（スプールの移動量
で約１０μ）がサーボ弁に常に付与されていることにな
り、過大なデイザ量に相当する分だけサーボ弁のスプー
ルとスリーブ間の摩耗の過度な促進を来たし、この為に
サーボ弁の寿命がより短命化していたという欠点があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、サーボ弁に与えられるデイザの値を経
時的に常に適正な値となるように付与して、サーボ弁の
スプールとスリーブとの異常な摩耗の進展を抑制し、も
ってサーボ弁の長寿命化を可能にしたサーボ弁のデイザ
制御装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の特徴は、デイザを付加して制御されるサーボ弁
と、該サーボ弁の少なくとも１つのスプール状態量を検
出するスプール状態量検出器と、該検出器の検出信号か
らデイザに起因するスプールのデイザ状態量のみを抽出
するデイザ状態量検出器と、前記デイザ状態量検出器に
よって抽出されてなるスプールのデイザ状態量と、あら
かじめ定められた設定値とを比較し、該比較結果に基づ
き上記付加或いは削減が必要なデイザ量を算出してデイ
ザの設定装置に入力させる演算装置とをもって構成した
サーボ弁のデイザ制御装置にある。

そして上記構成によればサーボ弁のスプール状態量検出
器により検知される検出信号の中からデイザ状態量検出
器によってサーボ弁のスプールに実際に付与されている
デイザ量のみが抽出され、そして抽出したデイザ量は演
算装置によって予め定められた所定値と比較されると共
にその比較結果に基づき付加或いは削減が必要なデイザ
量が算出され、この算出されたデイザ量をデイザの設定
装置に常時入力させるようにしたことから、サーボ弁に
経時的に常に適量のデイザ量を自動的に付与させること
が可能となるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、サーボ弁に付与されるデイザ量を経時
的に常に最適な値となるように保持するのでスプールと
スリーブとの異常な摩耗の進行が抑制され、この結果サ
ーボ弁の制御精度が向上するという効果を奏する。

〔発明の実施例〕

第４図は本発明の一実施例であるサーボ弁のデイザ制御
装置に用いられる状態量検出器として変位計の例を述べ
たブロック図である。

第４図において、位置サーボ弁はラム１５ａ及びシリン
ダ１５ｂよりなるジャッキ、その油量を制御するための
サーボ弁１６、及びそれを駆動するためのサーボ・パワ
ー・アンプ１７とサーボプリアンプ１８、位置決めのた
めのラム変位計１９とその位置を設定する設定器２０と
より構成される。

本発明の対象となるのはスプール変位計２１、フィルタ
ー２２、全波整流器２３、平滑回路２４、増幅器２５、
デイザ設定器２６、基準電源２７、演算増幅器２８、比
較演算器２９、表示器３０、比較演算器３１より構成さ
れる部分であり、デイザ量の制御が行われる。

上記構成における本発明の実施例の動作を以下に説明す
る。

通常の位置サーボ弁の構成された状態では、まず最初に
初期値としてサーボ弁１６の動作に必要なデイザレベル
を設定器２６により設定すれば、そのデイザレベル設定
値がサーボ弁１６にデイザを付与する演算増幅器２８に
入力され、該演算増幅器２８から前記デイザレベル設定
値に対応したデイザ量が基準電源２７の電圧によりサー
ボ・パワー・アンプ１７に加えられ、サーボ弁１６が往
復駆動されデイザが付与される。

尚、前記デイザ設定器２６において、デイザレベルの設
定は周波数と電圧レベルにより行なうが、通常周波数は
実験経験的にサーボ弁の応答周波数の３〜５倍（周波数
応答６０Ｈｚであればデイザ周波数は１８０〜３００Ｈ
ｚ）に設定し、電圧レベルは予めテスト等で確認した値
（通常、サーボ弁ではバルブの定格電圧或いは電流の５
〜１０％程度）に設定しておく。

そうすると新設問もないサーボ弁のスプールのデイザに
よる移動量は２〜３μ程度に留められ、異常な摩耗の促
進が防止される。

この時のスプール状態量である変位量を変位計２１によ
って電気信号として取り出される。

この電気信号はフィルター２２を介して、更に、全波整
流器２３、平滑回路２４、増幅器２５の各回路を介して
、そのデイザに起因するスプール変位量出力、即ち実際
にスプールに付与されているデイザ量を直流成分として
取り出す。

そして、この実測のデイザ量である直流成分の値とデイ
ザ設定器２６の値とを比較演算器３１にて比較し、両者
の偏差を算出する。

そしてこの演算後の偏差に応じたデイザ信号を演算増幅
器２８にデイザ量の修正信号として新たに付与、或いは
削減の為に入力させているものである。

つまり比較演算器３１の演算出力である偏差信号はデイ
ザ設定器２６からの設定信号とともに演算増幅器２８へ
入力される。

よって演算増幅器２８は比較演算器３１の演算結果であ
る偏差信号がプラスの時はデイザ設定器２６からのデイ
ザ設定信号と加算されるのでその出力を大きくし、マイ
ナスの時はデイザ設定信号より減算されるので出力が小
さくなるように構成されている。

従って、演算の結果に応じた出力信号が演算増幅器２８
によって得られることになる。

この出力信号はサーボ・ブリ・アンプ１８の出力信号と
加算されてサーボ・パワー・アンプ１７に入力される。

この入力信号に応じたサーボ弁駆動出力がサーボ・パワ
ー・アンプ１７に取り出され、サーボ弁１６を制御する
。

尚、デイザ設定器２６におけるデイザ量の設定値は、サ
ーボ弁の経年変化に合わせて順次その周波数、電圧を大
きくなる様に再設定しておく。

以上の演算はサーボ弁１６の動作中に常時行われ、必要
なデイザ量の制御が自動的に行われる。

また、演算増幅器２８の出力電圧と基準信号Ｄａとの偏
差を比較演算器２９により演算し、その結果が所定値以
上になれば表示器３０により警報を発するようにしても
良い。

以上の具体的な制御例を示したのが第５図ａ〜ｄである
。

これについて更に説明を加える。第５図ａはスプールが
正弦波で動作している場合に、ある任意のデイザ量が付
加されているときのスプール変位計２１の出力電圧を示
すグラフである。

第５図ｂは第５図ａの出力グラフをデイザ周波数成分の
みをフィルター２２により抽出した結果を示すグラフで
ある。

第５図ｃは全波整流器２３の通過後を示す波形である。

第５図ｄは平滑回路２４を通過後の結果を示している。

本発明は、この場合の実際に付与されているデイザ量を
表わす平均電圧ＤＭを常時検知して常に適正量のデイザ
が付与されるように設定値との比較に基づいて該デイザ
量を制御するものである。

以上の如く上述したサーボ弁のデイザ制御装置によれば
サーボ弁の正常なる動作に必要なるデイザ量を経時的に
常に最適値に自動的に制御することにより、スプール及
びスリーブ摩耗減少に基づく寿命の長期化、かじりによ
る突発的な故障の防止、を図ることが可能となる。

尚、本発明の実施例においては、デイザ効果を検出する
ために状態量検出器として変位計を用いたが、変位計の
ほかに速度計を用いることも可能である。

この場合、変位計として差動トランスを用いて構成して
いたときであって、応答性及びノイズが問題となるよう
な場合に速度計を用いれば特に有効である。

また、本発明の実施例においてはデイザ周波数を固定し
てその量（電圧）を制御した場合を扱ったが、逆に量を
固定してデイザ周波数を制御するようにすることも可能
である。

勿論、制御過程は若干複雑になるが量と周波数との両者
のとり込みによって制御するようにすることもできる。

この場合には、量や周波数のみでは正確に追従できない
ようなときにおいても、より高精度にデイザ量の決定が
可能となる。

尚、かかる夫々の実施例を実現するには量を処理する構
成部分を周波数処理するようにし、或いは付加し両者の
関係を処理するような構成とするだけでよい。

本発明の実施例では直動型油圧サーボ弁のみを取扱った
が、これに限らずスプールにその状態量として変位又は
速度としてデイザ効果が表われる形式のものであれば、
いずれのサーボ弁及び制御弁にも適用することが可能で
ある（例えば、ノズルフラッパ及びジェットパイプ方式
等のサーボ弁の主スプール又はパイロットスプール方式
のサーボ弁のパイロット又は主スプールのデイザを制御
する場合等である。

）。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直動型サーボ弁を示す断面図、第２図ａ
はコイル印加電圧とスプールの変位量との関係を示す図
、第２図ｂはデイザの無い場合のコイル印加電圧とスプ
ールの変位量との関係を示す図、第２図ｃはデイザ量を
付加した場合のコイル印加電圧とスプールの変位量との
関係を示す図、第３図ａはコイルに付加される印加電圧
の一例を示す波形図、第３図ｂはデイザが無い場合のス
プール変位を示す図、第３図ｃはデイザが有る場合のス
プール変位を示す図、第３図ｄはデイザを付加してコイ
ルに印加した場合の電圧波形図、第４図は本発明の一実
施例であるサーボ弁のデイザ制御装置を示すブロック図
、第５図ａ〜ｄは第４図の実施例の各部の動作波形を示
す図である。 １６・・・・・・サーボ弁、１７・・・・・・サーボパ
ワーアンプ、２１・・・・・・スプール状態量検出器、
２２・・・・・・フィルター、２３・・・・・・全波整
流器、２４・・・・・・平滑回路、２５・・・・・・増
幅器、２６・・・・・・デイザ設定器、２７・・・・・
・基準電源、２８・・・・・・演算増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ デイザを付加して制御されるサーボ弁と、該サーボ
   弁の少なくとも１つのスプール状態量を検出するスプー
   ル状態量検出器と、該検出器の検出信号からデイザに起
   因するスプールのデイザ状態量のみを抽出するデイザ状
   態量検出器と、前記デイザ状態量検出器によって抽出さ
   れてなるスプールのデイザ状態量と、あらかじめ定めら
   れた設定値とを比較し、該比較結果に基づき上記付加或
   いは削減が必要なデイザ量を算出してデイザの設定装置
   に入力させる演算装置とをもって構成したことを特徴と
   するサーボ弁のデイザ制御装置。