JP3095755B2 - Proportional valve with closed loop control amplifier - Google Patents
Proportional valve with closed loop control amplifierInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、閉ループ制御増幅器を有する比例弁であっ
て、前記閉ループ制御増幅器が速度フィードバック及び
加速度フィードバックを有しているPI−制御器として形
成されており、さらに閉ループ制御増幅器に、比例弁の
位置値のための距離検出器の信号及び目標値が供給され
るようになっている形式のものに関する。The present invention relates to a proportional valve having a closed-loop control amplifier, wherein the closed-loop control amplifier is formed as a PI-controller having speed feedback and acceleration feedback. And a type in which the closed-loop control amplifier is supplied with a distance detector signal and a target value for the position value of the proportional valve.
［従来の技術］ ドイツ連邦共和国特許出願公開第3418969号明細書に
より公知の閉ループ制御増幅器を有するこのような比例
弁においては、閉ループ制御増幅器はPID−制御器とし
て形成されており、このPID−制御器が電流段を介して
制御弁の比例マグネットを制御する。このように形成さ
れた制御器によれば、弁部材における固有減衰が小さい
にもかかわらず、ダイナミック特性及び精度に関して比
較的高い要求が満たされる。特に、工作機械、プラスチ
ック射出成形機、プラスチックブロー成形機などにおい
てはしばしば液圧式駆動装置の位置決め精度に関して特
に高い要求が課せられている。つまり、駆動装置は、目
標値に、できるだけ遅延せずに、迅速かつ正確に追従し
なければならない。この場合、所定の位置への過渡特性
が特に重要である。この場合、閉ループ制御増幅器のた
めには、目標値に近づくと小さくなる制御偏差が使用さ
れる。しかし、PID−特性及び並列構造を有するこのよ
うな制御器の場合、積分作用成分によって積分時間が不
都合に長くなり、駆動装置が終端位置内にクリープして
しまうという欠点が生じる。BACKGROUND OF THE INVENTION In such a proportional valve having a closed-loop control amplifier known from DE-A-3418969, the closed-loop control amplifier is formed as a PID-controller, A heater controls the proportional magnet of the control valve via the current stage. According to the controller formed in this way, relatively high requirements regarding dynamic characteristics and accuracy are satisfied, despite the low intrinsic damping of the valve member. Particularly in machine tools, plastic injection molding machines, plastic blow molding machines, etc., particularly high requirements are often imposed on the positioning accuracy of the hydraulic drive. That is, the drive must follow the target value quickly and accurately with as little delay as possible. In this case, a transient characteristic to a predetermined position is particularly important. In this case, for the closed-loop control amplifier, a control deviation is used which decreases as it approaches the target value. However, such a controller having a PID characteristic and a parallel structure has the disadvantage that the integration time is undesirably long due to the integral action component and the drive creeps into the end position.
さらに、定期刊行物Ｏ＋Ｐ「Oelhydraulik und Pneum
atik」32（1988）、Nr.7、511〜515頁に示すように、液
圧式駆動装置のための今日の制御構想に関連してPI−制
御器を使用することが公知である。積分器は制御器に残
されている制御偏差をゼロにするがその反面、積分器は
振動傾向を高めかつダイナミック特性を減少する。そこ
で、精度、ダイナミック特性及び振動傾向を最適化する
ために、積分器を付加接続可能に形成することがすでに
提案されている。しかしこのような制御器における欠点
はとりわけ、極めて高い費用が必要となることである。
このことは、制御器が旧式の制御器として形成されてい
ない場合に特に当てはまる。In addition, the periodicals O + P "Oelhydraulik und Pneum
Atik, 32 (1988), Nr. 7, pages 511-515, it is known to use PI-controllers in connection with today's control schemes for hydraulic drives. The integrator reduces the control deviation left in the controller to zero, while the integrator increases the tendency to vibrate and reduces the dynamic characteristics. In order to optimize the accuracy, dynamic characteristics and vibration tendency, it has already been proposed to form an integrator so as to be additionally connectable. However, a disadvantage of such controllers is, inter alia, that they are very expensive.
This is especially true if the controller is not formed as an outdated controller.
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、前記の欠点を排除すると共に、比例
弁及びその駆動装置を費用をかけずに改善することであ
る。The problem to be solved by the invention is to eliminate the disadvantages mentioned above and to improve the proportional valve and its drive without cost.
［課題を解決するための手段］ 前述の課題を解決するために講じた手段は、比例器
が、制御偏差の大きさに関連する可変の増幅度を有して
おり、該比例器および微分器の共通の出力信号が第１の
加算増幅器によって増幅され、該第１の加算増幅器の出
力信号が抵抗に供給されるようになっており、該抵抗に
対して積分器が並列に接続されていて、該積分器が前記
比例器に対する追従制御器として形成されており、この
積分器の出力信号が、前記抵抗の出力信号と一緒に、第
２の加算増幅器に供給されることにある。[Means for solving the problem] A means taken to solve the above problem is that the proportional device has a variable amplification degree related to the magnitude of the control deviation, and the proportional device and the differentiator Are amplified by a first summing amplifier, and the output signal of the first summing amplifier is supplied to a resistor, and an integrator is connected in parallel to the resistor. , The integrator being formed as a follow-up controller for the proportionality device, the output signal of this integrator being supplied together with the output signal of the resistor to a second summing amplifier.
［発明の効果］ 本発明によって得られる利点は、極めて安い費用で、
かつ制御弁を変更することなしに、弁及び駆動装置の著
しく迅速な過渡が、特に低信号範囲で得られることであ
る。さらに、ダイナミック特性の他に、直接制御される
比例弁及び制御弁の精度及び振動傾向が安い費用で改善
される。制御器から積分成分を引出すことによって、さ
らに追従制御器の形式で積分器を比例器の後方に配置す
ることによって、積分時間を著しく短縮することができ
る。さらに、後接続された積分器の入力信号は、前置さ
れた制御器の単数又は複数の信号から成っていることも
できる。[Effect of the Invention] The advantage obtained by the present invention is very low cost,
And without changing the control valve, a very rapid transient of the valve and the drive is obtained, especially in the low signal range. Furthermore, besides the dynamic characteristics, the accuracy and the tendency to vibrate of the directly controlled proportional and control valves are improved at low cost. By deriving the integral component from the controller, and further by arranging the integrator behind the proportioner in the form of a tracking controller, the integration time can be significantly reduced. Furthermore, the input signal of the downstream integrator can also consist of one or more signals of the preceding controller.
請求項２以下に記載された構成によって、本発明の閉
ループ制御増幅器を有する比例弁を改善することもでき
る。請求項４に記載されているように、積分器が抵抗に
よってバイパスされていると有利である。この際、後接
続された制御器は、一次の遅延素子の特性を有してお
り、しかも後接続された制御器の出力値はこの場合制限
されている。With the arrangement according to the second aspect, it is also possible to improve the proportional valve with the closed-loop control amplifier according to the invention. Advantageously, the integrator is bypassed by a resistor. In this case, the downstream controller has the characteristics of a primary delay element, and the output value of the downstream controller is limited in this case.
［実施例］ 第１図には比例弁10として形成されている定常弁が示
されている。この比例弁10は、電流段11によって与えら
れる電流によって制御される。電流段11はそれ自体公知
であり、例えばタイミング制御式に作動しかつ比例弁10
の比例弁マグネットを励磁させる。電流変化は、比例弁
10の比例マグネットにおいて力の変化を生ぜしめ、かつ
戻しばねと関連して弁ケーシング内の制御スライダ（図
示せず）の変位を生ぜしめる。制御スライダは同時に、
例えば誘導形の距離センサとして形成することのできる
距離センサ12を移動することができる。距離センサ12の
出力側には制御スライダの位置に対して比例する電圧が
提供され、この電圧は閉ループ制御増幅器13に供給され
る。FIG. 1 shows a stationary valve formed as a proportional valve 10. This proportional valve 10 is controlled by the current provided by the current stage 11. The current stage 11 is known per se, for example, it operates in a timing-controlled manner and
Energize the proportional valve magnet. Current change is proportional valve
It produces a force change in the ten proportional magnets and, in conjunction with the return spring, a displacement of a control slider (not shown) in the valve housing. The control slider simultaneously
For example, a distance sensor 12, which can be formed as an inductive distance sensor, can be moved. The output of the distance sensor 12 is provided with a voltage proportional to the position of the control slider, which voltage is supplied to a closed loop control amplifier 13.
距離センサ12のこのような電圧は、微分器14及び比例
器15のそれぞれ入力側に印加される。比例器15の別の入
力側は目標値入力側16と接続されており、この目標値入
力側には、比例弁10の目標調節ひいては制御スライダの
その都度の位置に相応する電圧が印加されている。比例
器15は、制御偏差の大きさに関連する可変の増幅度を有
する制御器として形成されている。Such a voltage of the distance sensor 12 is applied to input terminals of a differentiator 14 and a proportional unit 15, respectively. The other input of the proportionality device 15 is connected to a target value input 16 to which a voltage corresponding to the target adjustment of the proportional valve 10 and thus the respective position of the control slider is applied. I have. The proportional unit 15 is formed as a controller having a variable amplification degree related to the magnitude of the control deviation.
比例器15の出力信号は、一方では抵抗17を介して第１
の加算増幅器18に供給され、他方ではこの第１の加算増
加器に対して並列に抵抗19を介して積分器21に入力され
る。微分器14の出力信号は、付加的な微分段22及び該微
分段に対して並列に位置する抵抗23を介して、第１の加
算増幅器18の入力側に供給される。積分器21及び第１の
加算増幅器18の各出力信号はそれぞれ抵抗25もしくは24
を介して第２の加算増幅器26に供給され、該第２の加算
増幅器の出力信号が電流段11を制御する。比例器15、微
分器14及び積分器21のための適当な回路は公知であり、
それ故に詳しくは説明しない。The output signal of the proportional unit 15 is, on the one hand,
Is supplied to an integrator 21 via a resistor 19 in parallel with the first adder. The output signal of the differentiator 14 is supplied to the input of the first summing amplifier 18 via an additional differentiating stage 22 and a resistor 23 located in parallel with the differentiating stage. Each output signal of the integrator 21 and the first summing amplifier 18 is connected to a resistor 25 or 24, respectively.
To the second summing amplifier 26, the output signal of which controls the current stage 11. Suitable circuits for the proportioner 15, the differentiator 14 and the integrator 21 are known,
Therefore, it will not be described in detail.
直接制御式の比例弁10は閉ループ制御増幅器13によっ
てダイナミック特性を改善され、しかも精度及び振動傾
向のような他の特性に関する欠点を甘受せずにすむ。こ
の場合、微分器14において実際値の微分が行われること
によって、速度フィードバック値が形成され、微分段22
において微分が繰返されることにより加速度フィードバ
ック値が形成され、次いで、この加速度フィードバック
値は、比例器15からの比例成分を適当な重みづけした値
と一緒に、第１の加算増幅器18において加算される。同
時に、比例器15の出力信号が積分器21に供給され、積分
器の出力信号は第１の加算増幅器18の出力信号と一緒に
第２の加算増幅器26において加算される。次いで、初め
て第２の加算増幅器26の出力信号が電流段11を制御す
る。制御器から積分成分を引出すことによって、及び制
御器を比例器15に後接続することによって、従来一般的
な積分時間が著しく短縮され、しかも１オーダの減小が
達成できる。このことによって、高い精度及び低い振動
傾向のような従来の利点を維持しつつ制御のダイナミッ
ク特性が高められ、従って駆動装置は迅速かつ正確に終
端位置内に制御することができる。積分成分に関する追
従制御の形式に基づく閉ループ制御増幅器13の構造は、
比較的簡単な形式で電子部材によって実現される。この
場合、積分器21は常に作動していて、遮断されることは
ない。The direct control proportional valve 10 is improved in dynamic characteristics by the closed loop control amplifier 13 and does not suffer from disadvantages related to other characteristics such as accuracy and vibration tendency. In this case, the actual value is differentiated in the differentiator 14 to form a speed feedback value, and the differentiation stage 22
Is repeated to form an acceleration feedback value, which is then added in a first summing amplifier 18 together with an appropriately weighted value of the proportional component from the proportional unit 15. . At the same time, the output signal of the proportional unit 15 is supplied to the integrator 21, and the output signal of the integrator is added together with the output signal of the first summing amplifier 18 in the second summing amplifier 26. Then, for the first time, the output signal of the second summing amplifier 26 controls the current stage 11. By deriving the integral component from the controller and by connecting the controller to the proportional unit 15, the conventional integration time can be significantly reduced and a reduction of an order of magnitude can be achieved. This enhances the dynamics of the control while maintaining the conventional advantages such as high accuracy and low vibration tendency, so that the drive can be quickly and accurately controlled into the end position. The structure of the closed-loop control amplifier 13 based on the form of tracking control on the integral component is as follows.
It is realized by electronic components in a relatively simple manner. In this case, the integrator 21 is always operating and will not be shut off.
第２図に示された別の実施例には第２の閉ループ制御
増幅器30が示されており、この閉ループ制御増幅器は第
１図に示す第１の閉ループ制御増幅器13とは以下の点で
異なっているが、同一構成部材には同一の符号が付けら
れている。Another embodiment shown in FIG. 2 shows a second closed-loop control amplifier 30 which differs from the first closed-loop control amplifier 13 shown in FIG. However, the same components are denoted by the same reference numerals.
第２の閉ループ制御増幅器30においては、積分器21の
ための入力信号として第１の加算増幅器18の出力信号が
使用される。さらに積分器21は抵抗31によってバイパス
されている。第２の閉ループ制御増幅器30の作用形式
は、積分器21においては、前接続された複数の制御器素
子の成分が有効となることによって、第１の閉ループ制
御増幅器13の作用形式とは異なっている。このため、比
例成分の他に速度フィードバック値及び加速度フィード
バック値も十分に作用することができる。積分器21が抵
抗31によってバイパスされ、このことによって積分器21
が一次の遅延素子の特性を有していると付加的に改善が
得られる。後接続された制御器つまり積分器21の出力値
はこの場合制限されている。さらに、この実施例におい
ても、前接続又は後接続された制御器の出力信号が加算
されて、一緒に電流段11に作用し、この電流段を介して
比例弁10が制御される。In the second closed-loop control amplifier 30, the output signal of the first summing amplifier 18 is used as the input signal for the integrator 21. Further, the integrator 21 is bypassed by a resistor 31. The mode of operation of the second closed-loop control amplifier 30 differs from the mode of operation of the first closed-loop control amplifier 13 in the integrator 21 because the components of a plurality of previously connected controller elements are enabled. I have. Therefore, in addition to the proportional component, the speed feedback value and the acceleration feedback value can sufficiently act. The integrator 21 is bypassed by the resistor 31, which causes
Has an additional improvement if it has the characteristics of a primary delay element. The output value of the downstream controller or integrator 21 is limited in this case. Furthermore, in this embodiment as well, the output signals of the upstream or downstream controller are added together and act on the current stage 11 via which the proportional valve 10 is controlled.
本発明は図示の実施例に限定されるものではない。 The invention is not limited to the illustrated embodiment.
第１図は閉ループ制御増幅器を有する比例弁の第１実施
例を示す概略図、第２図は第２実施例を示す概略図であ
る。 10……比例弁、11……電流段、12……距離センサ、13…
…閉ループ制御増幅器、14……微分器、15……比例器、
16……目標値入力側、17……抵抗、18……第１の加算増
幅器、19……抵抗、21……積分器、22……微分段、23・
24・25……抵抗、26……第２の加算増幅器、30……閉ル
ープ制御増幅器、31……抵抗FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a proportional valve having a closed loop control amplifier, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment. 10… Proportional valve, 11… Current stage, 12… Distance sensor, 13…
... closed loop control amplifier, 14 ... differentiator, 15 ... proportional unit,
16 ... target value input side, 17 ... resistance, 18 ... first addition amplifier, 19 ... resistance, 21 ... integrator, 22 ... differentiation stage, 23
24 · 25 ···· Resistance, 26 ···· Second summing amplifier, 30 ···· Closed loop control amplifier, 31 ···· Resistance
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツエーナー・フリートヘル ドイツ連邦共和国ルートヴイヒスブル ク・フアイヒンガー・シユトラーセ 35 (56)参考文献 特開 昭61−208505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−194205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−167707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−65468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−237103（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 11/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Tsener Friedchel Ludwigsburg Huaichinger Schutlase 35 Germany (56) References JP-A-61-208505 (JP, A) JP-A-59-194205 (JP, a) JP Akira 59-167707 (JP, a) JP Akira 49-65468 (JP, a) JP Akira 61-237103 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7 , DB name) G05B 11/06
Claims (4)
て、前記閉ループ制御増幅器が速度フィードバック及び
加速度フィードバックを有しているPI−制御器として形
成されており、さらに閉ループ制御増幅器に、比例弁の
位置値のための距離検出器の信号及び目標値が供給され
るようになっている形式のものにおいて、 比例器（15）が、制御偏差の大きさに関連する可変の増
幅度を有しており、該比例器（15）及び微分器（14,2
2）の共通の出力信号が第１の加算増幅器（18）によっ
て増幅され、該第１の加算増幅器（18）の出力信号が抵
抗（24）に供給されるようになっており、該抵抗（24）
に対して積分器（21）が並列に接続されていて、該積分
器（21）が前記比例器（15）に対する追従制御器として
形成されており、この積分器（21）の出力信号が、前記
抵抗（24）の出力信号と一緒に、第２の加算増幅器（2
6）に供給されるようになっていることを特徴とする、
閉ループ制御増幅器を有する比例弁。1. A proportional valve having a closed-loop control amplifier, said closed-loop control amplifier being formed as a PI-controller having speed feedback and acceleration feedback. In the type in which a distance detector signal and a target value for the position value are provided, a proportionality device (15) has a variable amplification related to the magnitude of the control deviation. The proportionalizer (15) and the differentiator (14,2
The common output signal of 2) is amplified by a first summing amplifier (18), and the output signal of the first summing amplifier (18) is supplied to a resistor (24). twenty four)
, An integrator (21) is connected in parallel, and the integrator (21) is formed as a tracking controller for the proportional unit (15). An output signal of the integrator (21) is Together with the output signal of the resistor (24), a second summing amplifier (2
6) is characterized by being supplied to
Proportional valve with closed loop control amplifier.
の入力側に供給されるようになっている、請求項１記載
の比例弁。An output signal of the proportional unit (15) is supplied to an integrator (21).
2. The proportional valve according to claim 1, wherein the proportional valve is supplied to an input side of the proportional valve.
4,22）との共通の出力信号によって負荷されるようにな
っている、請求項１記載の比例弁。3. An integrator (21) includes a proportional unit (15) and a differentiator (1).
4. A proportional valve according to claim 1, wherein the proportional valve is adapted to be loaded by a common output signal with said output signal.
スされている、請求項１から３までのいずれか１項記載
の比例弁。4. Proportional valve according to claim 1, wherein the integrator (21) is bypassed by a resistor (31).
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