JP2002130202A - Servo valve control method and device - Google Patents
Servo valve control method and deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧回路に代表さ
れる流体回路に適用されるサーボバルブ制御に関する。
サーボバルブは、油圧圧下装置の位置制御に適用される
油圧シリンダ等のアクチュエータの制御に適用される。The present invention relates to servo valve control applied to a fluid circuit represented by a hydraulic circuit.
The servo valve is applied to control of an actuator such as a hydraulic cylinder applied to position control of a hydraulic pressure reduction device.
【０００２】なお、以下では、油圧回路に適用されるサ
ーボバルブを例示して説明するが、本発明がこれに限定
されないことは言うまでもなく、水圧、空圧等が適用さ
れる流体回路一般に適用される。In the following, a servo valve applied to a hydraulic circuit will be described by way of example. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this. You.
【０００３】[0003]
【従来の技術】サーボバルブの代表例として２段形サー
ボバルブを取り上げ、その構造を図２に基づいて説明す
る。２段形サーボバルブ１は、外部の制御対象（図示せ
ず）に接続されるメインバルブ３とそのメインバルブ３
を制御するパイロットバルブ２の２段で構成される。な
お、メインバルブ３とパイロットバルブ２は基本的には
同一構造である。2. Description of the Related Art A two-stage servo valve will be described as a typical example of a servo valve, and its structure will be described with reference to FIG. The two-stage servo valve 1 includes a main valve 3 connected to an external control object (not shown) and the main valve 3
And two stages of a pilot valve 2 for controlling the pressure. The main valve 3 and the pilot valve 2 have basically the same structure.
【０００４】メインバルブ３に具備されたメインスプー
ル31は、パイロットバルブ２からのパイロット流量によ
って制御され左右に移動することで大流量の制御を可能
としている。一方、パイロットバルブ２では、パイロッ
トスプール21に係着したムービングコイル23を、電磁石
22を用いて制御して左右に移動させ、パイロット流量の
制御を行う。The main spool 31 provided in the main valve 3 is controlled by a pilot flow from the pilot valve 2 and moves to the left and right to control a large flow. On the other hand, in the pilot valve 2, the moving coil 23 engaged with the pilot spool 21 is
The control is performed using 22 to move to the left and right to control the pilot flow rate.
【０００５】メインスプール31の開度は、変位検出器
（ＬＶＤＴ：Linear Variable Differential Transform
er、いわゆる差動トランス）32を用いてメインスプール
31の位置検出を行うことで検出される。すなわち、変位
検出器の信号がスプール開度として制御回路に出力さ
れ、フィードバック信号として用いられる。なお、33は
変位検出器の中立点調節器であり、メインバルブ３の中
立点をアジャストする機能を有する。また、24はパイロ
ットスプール中立点調節器であり、パイロットバルブ２
のアジャストに用いられる。25はダイアフラムである。The opening of the main spool 31 is determined by a displacement detector (LVDT: Linear Variable Differential Transform).
er, so-called differential transformer) 32 using the main spool
It is detected by performing position detection of 31. That is, the signal of the displacement detector is output to the control circuit as the spool opening and used as a feedback signal. Reference numeral 33 denotes a neutral point adjuster for the displacement detector, which has a function of adjusting the neutral point of the main valve 3. Reference numeral 24 denotes a pilot spool neutral point adjuster.
Used for adjustment. 25 is a diaphragm.
【０００６】次に、サーボバルブ１の制御を行うサーボ
バルブ制御方法を、図３の制御ブロック図に基づいて説
明する。サーボバルブ１には油圧ポンプ４から油圧が供
給され、制御対象５のアクチュエータ5aに対し油圧サー
ボ制御が行われる。ここで、アクチュエータとしては、
圧延機の油圧圧下装置に適用する油圧シリンダ等を代表
例としてあげることができる。Next, a servo valve control method for controlling the servo valve 1 will be described with reference to a control block diagram of FIG. A hydraulic pressure is supplied to the servo valve 1 from a hydraulic pump 4, and hydraulic servo control is performed on an actuator 5 a of a control target 5. Here, as the actuator,
A typical example is a hydraulic cylinder applied to a hydraulic rolling device of a rolling mill.
【０００７】サーボバルブ１の制御は、以下のように行
われる。アクチュエータ5aを制御するための制御指令
と、アクチュエータ5aから得られた制御実績とが制御偏
差演算部11で演算され、その偏差出力Ｅが比例積分制御
部12に入力される。比例積分制御部12では、比例制御部
12a で比例制御（Ｐゲイン）が行われて比例出力Ｐout
が出力され、積分制御部12b で積分制御（Ｉゲイン）が
行われて積分出力Ｉout が出力されて両者の制御出力Ｐ
out とＩout が合流点13で重畳される。そして、スプー
ル開度指令演算部14に入力される。The control of the servo valve 1 is performed as follows. A control command for controlling the actuator 5a and a control result obtained from the actuator 5a are calculated by a control deviation calculator 11, and the deviation output E is input to a proportional-integral controller 12. In the proportional integral control section 12, the proportional control section
Proportional control (P gain) is performed at 12a and proportional output P out
Are output, and the integral control section 12b performs integral control (I gain), outputs an integral output I out , and outputs a control output P of both.
out and I out are superimposed at the junction 13. Then, it is input to the spool opening command calculation unit 14.
【０００８】スプール開度指令演算部14では、サーボバ
ルブ１の中立点のサーボ弁開度としてあらかじめ与えら
れたオフセット固定値を基準としてスプール開度指令が
演算され、そのスプール開度指令がサーボアンプ10に入
力される。サーボアンプ10は、サーボバルブ１から得ら
れるスプール開度実績と前記スプール開度指令の偏差出
力をベースにサーボ電流（ＶＣ）を出力してサーボバル
ブ１の制御を行うものである。The spool opening command calculating section 14 calculates a spool opening command based on a fixed offset value given in advance as a servo valve opening at the neutral point of the servo valve 1, and converts the spool opening command into a servo amplifier. Entered in 10. The servo amplifier 10 controls the servo valve 1 by outputting a servo current (VC) based on a spool opening result obtained from the servo valve 1 and a deviation output of the spool opening command.
【０００９】ところで、比例積分制御部12では、比例制
御部12a において偏差出力Ｅの大きさに比例した制御を
行い、積分制御部12b において外乱によって発生する偏
差を吸収して打ち消す制御が行われている。すなわち、
いろいろな外乱に起因して発生するサーボバルブ中立点
のずれは、この積分制御部12b において補正することで
吸収されている。In the proportional-integral control unit 12, the proportional control unit 12a performs control in proportion to the magnitude of the deviation output E, and the integral control unit 12b controls to absorb and cancel the deviation generated by disturbance. I have. That is,
The deviation of the neutral point of the servo valve caused by various disturbances is absorbed by correcting in the integral control section 12b.
【００１０】また、例えば、特開昭51-14856号公報で
は、スプールの摩耗、周囲温度あるいは油温の変動によ
り発生するバルブの中立点のずれを補償するとして、ス
プールの変位あるいは速度を一定時間積分することで中
立点シフト量を求め、その結果を基にスプール開度指令
を補正する方法が開示されている。For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-14856, the displacement or speed of the spool is set for a certain period of time to compensate for the shift of the neutral point of the valve caused by the wear of the spool, fluctuation of the ambient temperature or oil temperature. A method is disclosed in which the neutral point shift amount is obtained by integration, and the spool opening command is corrected based on the result.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記の比例積分制御に
おける積分制御や特開昭51-14856号公報で開示の方法
は、いずれも中立点ずれの発生要因を一括して補正する
方法である。そのため、サーボバルブの制御そのものに
は有効であるが、サーボバルブの機械的な経年変化や、
突発異常で発生するスプール摩耗あるいは油圧シリンダ
のトラブルあるいは油温や雰囲気温度に起因する中立点
ずれも補正されてしまうため、サーボバルブの機械異常
を発見するのが遅れるという問題があった。The integral control in the above-mentioned proportional integral control and the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-14856 are all methods for collectively correcting the cause of the shift of the neutral point. Therefore, although it is effective for the servo valve control itself, mechanical aging of the servo valve,
Since the spool wear caused by the sudden abnormality, the trouble of the hydraulic cylinder, or the shift of the neutral point due to the oil temperature or the ambient temperature is also corrected, there is a problem that the detection of the mechanical abnormality of the servo valve is delayed.
【００１２】本発明は、上記問題を解消し、適正なサー
ボバルブ制御を行いつつ、サーボバルブの機械異常を監
視することを可能とするサーボバルブ制御方法及び装置
の提供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a servo valve control method and apparatus capable of solving the above problems and monitoring a mechanical abnormality of a servo valve while performing appropriate servo valve control.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明者は、サーボバル
ブの中立点ずれの発生要因として、スプールの摩耗等の
サーボバルブの機械的要因と、サーボバルブ周囲温度あ
るいは油温の変動に起因する温度要因の２つに大別でき
る点に着目し、比例積分制御を行う従来のサーボバルブ
制御系に温度補正項を組み込むことで、積分制御部から
温度変動の寄与分を排除し、機械変動に基づく寄与分だ
けが残るようにして、その積分制御の制御出力Ｉout の
トレンドと状態をモニタすることで機械異常の監視を可
能としたのである。The inventor of the present invention has found that the deviation of the neutral point of the servo valve is caused by mechanical factors of the servo valve such as abrasion of the spool, and fluctuations in the servo valve ambient temperature or oil temperature. Focusing on the fact that temperature factors can be roughly classified into two, the temperature correction term is incorporated into the conventional servo valve control system that performs proportional-integral control, thereby eliminating the contribution of temperature fluctuations from the integral control unit and reducing machine fluctuations. Based on this, only the contribution based on the remaining control remains, and by monitoring the trend and the state of the control output Iout of the integral control, the machine abnormality can be monitored.
【００１４】すなわち、本発明は、サーボバルブが制御
する制御対象の設定値としてあらかじめ与えられた制御
指令と前記制御対象からフィードバックされた制御実績
との偏差を入力として比例制御と積分制御を行い、サー
ボバルブ開度の中立点となるオフセット固定値を基準と
したサーボバルブのスプール開度指令を演算してサーボ
バルブのスプール開度制御を行うサーボバルブ制御方法
であって、サーボバルブ作動油の油温とサーボバルブ周
辺の雰囲気温度を測定し、測定した油温と雰囲気温度に
基づいて前記スプール開度指令を補正し、補正したスプ
ール開度指令に基づいてサーボバルブ制御を行うととも
に、前記積分制御の制御出力をモニタすることでサーボ
バルブの機械的異常の監視を行うことを特徴とするサー
ボバルブ制御方法によって上記課題を解決したのであ
る。また、本発明は、サーボバルブが制御する制御対象
の設定値としてあらかじめ与えられた制御指令と前記制
御対象からフィードバックされた制御実績との偏差を演
算する制御偏差演算部と、該制御偏差演算部で演算した
制御偏差を入力として比例出力を出力する比例制御部と
積分出力を出力する積分制御部とからなる比例積分制御
部と、サーボバルブ開度の中立点となるオフセット固定
値を基準として、前記の比例出力および積分出力からサ
ーボバルブのスプール開度指令を演算するスプール開度
指令演算部と、サーボバルブ作動油の油温を測定する油
温測定手段と、サーボバルブ周辺の雰囲気温度を測定す
る雰囲気温度測定手段と、前記スプール開度指令演算部
に、前記の油温と雰囲気温度に基づいて前記スプール開
度指令の補正分を入力するスプール開度指令補正手段
と、前記積分制御の制御出力を監視するモニタ手段と、
を有し、該モニタ手段でサーボバルブの機械的異常の監
視を行うことを特徴とするサーボバルブ制御装置によっ
て上記課題を解決したのである。That is, according to the present invention, a proportional control and an integral control are performed by inputting a deviation between a control command given in advance as a set value of a control target controlled by a servo valve and a control result fed back from the control target, A servo valve control method for calculating a servo valve spool opening command based on a fixed offset value serving as a neutral point of a servo valve opening to control a spool opening of the servo valve. Temperature and ambient temperature around the servo valve, correct the spool opening command based on the measured oil temperature and ambient temperature, perform servo valve control based on the corrected spool opening command, and perform the integral control. Control method for monitoring a mechanical abnormality of a servo valve by monitoring a control output of the servo valve Thus it had to solve the above problems. Further, the present invention provides a control deviation calculating unit that calculates a deviation between a control command given in advance as a set value of a control target controlled by a servo valve and a control result fed back from the control target, and a control deviation calculation unit. A proportional-integral control unit including a proportional control unit that outputs a proportional output with the control deviation calculated as an input and an integral control unit that outputs an integral output, and a fixed offset value serving as a neutral point of the servo valve opening, A spool opening command calculating unit for calculating a spool opening command of the servo valve from the proportional output and the integrated output; an oil temperature measuring means for measuring an oil temperature of the servo valve operating oil; and measuring an ambient temperature around the servo valve. Input the correction amount of the spool opening command to the spool opening command calculating section based on the oil temperature and the ambient temperature. A spool opening command correction means that, a monitor means for monitoring the control output of the integral control,
The above problem has been solved by a servo valve control device, wherein the monitoring means monitors the mechanical abnormality of the servo valve.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明のサーボバルブ制御の好適
な実施の形態を図１に基づき説明する。なお、ここで
は、図３ですでに説明した従来のサーボバルブ制御と同
一の制御ブロックには同一の番号を付し、その説明を省
略する。本発明は、図３で説明したサーボバルブ制御
に、温度変動に基づく補正を行う温度補正項６を付加
し、同時に、積分制御の制御出力Ｉout のトレンドと状
態をモニタするモニタ手段16を付加し、機械異常の監視
を可能としたことを特徴とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the servo valve control according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, the same control blocks as in the conventional servo valve control already described with reference to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the present invention, a temperature correction term 6 for performing correction based on temperature fluctuation is added to the servo valve control described with reference to FIG. 3, and at the same time, a monitoring means 16 for monitoring the trend and state of the control output I out of the integral control is added. In addition, it is possible to monitor machine abnormalities.
【００１６】ここで、温度補正項６では、次の２つの温
度補正を行う。 (1) 油圧配管に油温測定手段6aを付設し、該油温測定手
段6aで測温した油温実績に温度補正係数（α）7aを適用
し、油温変動に基づくサーボバルブの機械中立点の変動
を補正する。なお、油温実績の測定は、図１に示すよう
にサーボバルブの入側としても良く、また、出側として
も良いことは言うまでもない。 (2) サーボバルブ周辺での雰囲気温度を雰囲気温度測定
手段6bで測定し、サーボバルブの電気的特性が雰囲気温
度によって変化することで生じるスプール開度実績の変
化を補正する。In the temperature correction term 6, the following two temperature corrections are performed. (1) The oil temperature measuring means 6a is attached to the hydraulic piping, and the temperature correction coefficient (α) 7a is applied to the actual oil temperature measured by the oil temperature measuring means 6a, and the servo valve mechanical neutralization based on the oil temperature fluctuation is performed. Correct point variations. It is needless to say that the measurement of the actual oil temperature may be performed on the inlet side of the servo valve as shown in FIG. (2) The ambient temperature around the servo valve is measured by the ambient temperature measuring means 6b, and a change in the actual spool opening caused by a change in the electrical characteristics of the servo valve due to the ambient temperature is corrected.
【００１７】本発明では、以上の温度補正を実施するよ
うにしたことから、比例積分制御部12における積分制御
から温度変動分を完全に排除することが可能となる。そ
の結果、積分制御部における制御対象をサーボバルブの
機械的な変動要因のみとすることができるのである。こ
こで、サーボバルブの中立点ずれを引き起こす機械的な
変動要因としては、スプール摩耗以外にも、その他の部
材の機械摩耗や摺動抵抗の変化等があげられる。また、
経時的な変化以外にも、機械異常や破損等によっても中
立点ずれが引き起こされる。In the present invention, since the above-described temperature correction is performed, it is possible to completely eliminate the temperature fluctuation from the integral control in the proportional-integral control unit 12. As a result, it is possible to control only the mechanical fluctuation factor of the servo valve as a control target in the integration control unit. Here, the mechanical fluctuation factors that cause the deviation of the neutral point of the servo valve include, in addition to the spool wear, mechanical wear of other members and a change in sliding resistance. Also,
In addition to the change over time, the neutral point shift is caused by a mechanical abnormality or breakage.
【００１８】そのため、積分制御出力であるＩout のト
レンドと状態のモニタを行うモニタ手段16を配設するこ
とで、サーボバルブの機械的要因に起因するトラブルを
監視することができるのである。Therefore, by providing the monitoring means 16 for monitoring the trend and state of Iout , which is the integral control output, it is possible to monitor troubles caused by mechanical factors of the servo valve.
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明によって、適正なサーボバルブ制
御を行いつつ、サーボバルブの機械異常を監視すること
が可能となり、サーボバルブの機械的なトラブルの発見
をすばやく、かつ、的確に行うことができるようになっ
た。すなわち、本発明によって、サーボバルブの機械的
なトラブル発生を未然に防止できるようになり、トラブ
ル発生時においても、そのトラブルの早期発見ができる
ようになった。According to the present invention, it is possible to monitor a servo valve mechanical abnormality while performing proper servo valve control, and to quickly and accurately find a mechanical trouble of a servo valve. Now you can. That is, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of a mechanical trouble of the servo valve beforehand, and even when a trouble occurs, the trouble can be detected early.
【図１】本発明のサーボバルブの制御ブロック図であ
る。FIG. 1 is a control block diagram of a servo valve of the present invention.
【図２】サーボバルブの一例である２段形サーボバルブ
の構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a two-stage servo valve which is an example of a servo valve.
【図３】従来のサーボバルブの制御ブロック図である。FIG. 3 is a control block diagram of a conventional servo valve.
１ （２段形）サーボバルブ ２ パイロットバルブ ３ メインバルブ ４ 油圧ポンプ ５ 制御対象 5a アクチュエータ ６ 温度補正項 6a 油温測定手段 6b （サーボバルブ周辺の）雰囲気温度測定手段 7a 温度補正係数（α） 7b 温度補正係数（β） 10 サーボアンプ 11 制御偏差演算部 12 比例積分制御部 12a 比例制御部 12b 積分制御部 14 スプール開度指令演算部 15 スプール開度指令演算補正部 16 モニタ手段 21 パイロットスプール 22 電磁石 23 ムービングコイル 24 パイロットスプール中立点調節器 25 ダイアフラム 31 メインスプール 32 変位検出器（ＬＶＤＴ） 33 変位検出器の中立点調節器 Reference Signs List 1 (two-stage) servo valve 2 pilot valve 3 main valve 4 hydraulic pump 5 controlled object 5a actuator 6 temperature correction term 6a oil temperature measurement means 6b ambient temperature measurement means (around servo valve) 7a temperature correction coefficient (α) 7b Temperature correction coefficient (β) 10 Servo amplifier 11 Control deviation calculation unit 12 Proportional integral control unit 12a Proportional control unit 12b Integral control unit 14 Spool opening command calculation unit 15 Spool opening command calculation correction unit 16 Monitoring means 21 Pilot spool 22 Electromagnet 23 Moving coil 24 Pilot spool neutral point adjuster 25 Diaphragm 31 Main spool 32 Displacement detector (LVDT) 33 Displacement detector neutral point adjuster
Claims (2)
値としてあらかじめ与えられた制御指令と前記制御対象
からフィードバックされた制御実績との偏差を入力とし
て比例制御と積分制御を行い、サーボバルブ開度の中立
点となるオフセット固定値を基準としたサーボバルブの
スプール開度指令を演算してサーボバルブのスプール開
度制御を行うサーボバルブ制御方法であって、サーボバ
ルブ作動油の油温とサーボバルブ周辺の雰囲気温度を測
定し、測定した油温と雰囲気温度に基づいて前記スプー
ル開度指令を補正し、補正したスプール開度指令に基づ
いてサーボバルブ制御を行うとともに、前記積分制御の
制御出力をモニタすることでサーボバルブの機械的異常
の監視を行うことを特徴とするサーボバルブ制御方法。1. A proportional control and an integral control are performed by inputting a deviation between a control command given in advance as a set value of a control target controlled by a servo valve and a control result fed back from the control target, and performing a servo valve opening degree. A servo valve control method for calculating a servo valve spool opening command based on a fixed offset value serving as a neutral point of the servo valve and controlling the spool valve opening of the servo valve. Measure the ambient temperature of the surroundings, correct the spool opening command based on the measured oil temperature and the ambient temperature, perform servo valve control based on the corrected spool opening command, and output the control output of the integral control. A servo valve control method, wherein a mechanical abnormality of a servo valve is monitored by monitoring.
値としてあらかじめ与えられた制御指令と前記制御対象
からフィードバックされた制御実績との偏差を演算する
制御偏差演算部と、該制御偏差演算部で演算した制御偏
差を入力として比例出力を出力する比例制御部と積分出
力を出力する積分制御部とからなる比例積分制御部と、
サーボバルブ開度の中立点となるオフセット固定値を基
準として、前記の比例出力および積分出力からサーボバ
ルブのスプール開度指令を演算するスプール開度指令演
算部と、サーボバルブ作動油の油温を測定する油温測定
手段と、サーボバルブ周辺の雰囲気温度を測定する雰囲
気温度測定手段と、前記スプール開度指令演算部に、前
記の油温と雰囲気温度に基づいて前記スプール開度指令
の補正分を入力するスプール開度指令補正手段と、前記
積分制御の制御出力を監視するモニタ手段と、を有し、
該モニタ手段でサーボバルブの機械的異常の監視を行う
ことを特徴とするサーボバルブ制御装置。2. A control deviation calculation unit for calculating a deviation between a control command given in advance as a set value of a control target controlled by a servo valve and a control result fed back from the control target, and a control deviation calculation unit. A proportional integral control unit including a proportional control unit that outputs a proportional output with the calculated control deviation as an input, and an integral control unit that outputs an integral output;
A spool opening command calculation unit that calculates a spool opening command of the servo valve from the proportional output and the integral output with reference to a fixed offset value serving as a neutral point of the servo valve opening, and an oil temperature of the servo valve operating oil. An oil temperature measuring means for measuring, an ambient temperature measuring means for measuring an ambient temperature around the servo valve, and a correction unit for the spool opening command based on the oil temperature and the ambient temperature, wherein A spool opening command correction means for inputting a command, and a monitoring means for monitoring a control output of the integral control,
A servo valve control device, wherein the monitoring means monitors a mechanical abnormality of the servo valve.
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