JP4169780B1 - 比例電磁弁の制御方法及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】比例電磁弁の制御装置1は、外部から入力された開度指令値をMPU3で開口量に補正するとともに、開口量に応じた弁開閉時に現れるヒステリシスを取り除くための可動鉄片に作用する静止摩擦力を阻止する力のディザ波形を生成し、開口量にディザ波形を重畳させて指示電流値を出力する。そして、定電流駆動器5は、指示電流値に相当する供給電流を比例電磁弁10のソレノイドコイル16に印加し、指示電流波形に供給電流波形を一致させた駆動電流でソレノイドコイル16を定電流駆動する。
【選択図】図1
Description
比例電磁弁が所定の開度で開いてそこで止まっている場合、可動鉄片は静止した状態であり、静止摩擦力が作用している。そのため、少ない開度変更を行う場合、一旦静止した可動鉄片を別の開度位置に移動させようとして新しい開度位置相当の力を可動鉄片に加えても、静止摩擦力を超える力を加えるまで可動鉄片が停止したまま動かず、正しい位置まで移動させることができない。したがって、可動鉄片を開度位置相当の力に比例した位置まで正確に移動させるため、常に可動鉄片がスムーズに移動できるように、以下の手順で可動鉄片に静止摩擦力が発生しない状態を保つようにする。
b.可動鉄片が静止摩擦力を振り切って移動し始めた瞬間に、加えている力を解放する。この時、可動鉄片にはその質量にかかる慣性モーメントが作用していることと、可動鉄片の周囲が流体で満たされていて粘性の抵抗力が働くことにより、急激な加速(移動)は起きず徐々に加速するため、加えている力を解放すると加速力が無くなって減速する。
c.可動鉄片が減速して停止する前に逆方向の力を新たに加える。可動鉄片は逆方向の力によって「減速」→「一瞬停止」→「逆方向に加速開始」するが、この時も慣性モーメントが作用するため急激な加速は起こらない。また「一瞬停止」といっても速度が一時的に0になるだけで速度が0になった時点では逆向きの加速力が既に作用しているので静止することはない。
d.可動鉄片が逆方向へと加速し始めた瞬間に、加えている力を解放し、再度方向を反転させた力を加える。
a.可動鉄片はソレノイドコイルに発生した電磁気力(磁力線)で吸引されるため、電磁気力の強さをディザ波形パターン量の大きさで正確に変化させれば、可動鉄片に加える力(吸引力)を生成することができる。
b.電磁気力(磁力線)の強さはソレノイドコイルに流れる電流値に比例するので、可動鉄片に加える力はソレノイドコイルに流れる電流の変化量に等しいものとして扱うことができる。ただし、磁力線の経路となる可動鉄片や固定鉄芯は強磁性体であるため、これらの強磁性体が磁界を受けると残留磁気や磁力線経路の変化による電磁気的ヒステリシスが発生する。この電磁気的ヒステリシスは、可動鉄片へ目的の力を正確に伝え難くする作用があるので、可動鉄片へ目的の力を正確に伝えるためには、電磁気的ヒステリシスのヒステリシス幅を超える磁気変動を考慮して、最終的に可動鉄片へ目的の力が伝わるようにディザ波形を調整する必要がある。そのための方法として次の2つの方法が考えられる。
可動鉄片に加える力はソレノイドコイルに流れる電流の変化量に等しいものとして扱うことができるが、実際には電磁気的ヒステリシスが存在する。この電磁気的ヒステリシスにより吸収されて失われる力を補わないと、最終的に目的の力が正確に可動鉄片へ伝わらない。したがって、事前にこの失われる力をディザ波形に補充し、ディザ波形を調整することによって目的の力を正確に可動鉄片へ伝えることができる。
可動鉄片が電磁気力を受けて移動する応答速度と、電磁気的ヒステリシスとなるソレノイドコイルに発生する磁界の変化に対する応答性(応答速度)との間には大きな差がある。つまり、可動鉄片にはその質量にかかる慣性モーメントと流体の粘性抵抗力が作用しているため、極めて低い周波数帯域を有しているが、電磁気的ヒステリシスは発生要因が磁界の変化によるところが大きく、その応答性は極めて速く高周波数帯域まで応答している。そこで、この応答速度の差を利用して、ディザ波形に可動鉄片の応答速度の最大周波数よりも高い高域周波数帯域で電磁気的ヒステリシスのヒステリシス幅を超える磁気的変動(振幅)を与える電流信号を合成すると良い。すなわち、静止摩擦力の発生を阻止する低周波数帯域の信号と、可動鉄片の応答速度の最大周波数を超えた電磁気的ヒステリシスの影響を除去する高周波数帯域の信号を合成した電流波形の信号を与えるようにする。これにより、可動鉄片の移動に影響を与えることなく電磁気的ヒステリシスの影響を取り除くことが可能になり、可動鉄片に加える力に影響を及ぼすことなく弁開閉時のヒステリシスを取り除くことができる。
「開度指令値」…外部から受ける弁開度値
「開口量」…開度指令値を補正(スケーリング及びリニアライズ)した値
「ヒステリシス量」…弁の開閉時に現れる応差
「ディザ波形」…可動鉄片へ常に静止摩擦力の発生を阻止する力を与えるための電流波形
「指示電流」…開度指令値に相当する弁開度を得るためにソレノイドコイルへ流す電流
「供給電流」…指示電流に従ってソレノイドコイルに供給した電流
「駆動電流」…ソレノイドコイルを駆動する電流であって、指示電流波形に供給電流波形を一致させた電流
「定電流」…指示された通りの電流を流すこと
2…A/D変換器
3…MPU
4…D/A変換器
5…定電流駆動器
6…開口量補正器
7…ディザ信号発生器
8…合成器
10…比例電磁弁
11…バルブ本体
12…ガイドチューブ
13…ケース
14…プランジャ(可動鉄片)
15…スプリング
16…ソレノイドコイル
17…ストッパコア(固定鉄芯)
18…吸入ポート
19…排出ポート
21…流通路
22…弁座
23…プランジャシール
31…第1のオペアンプ
32…第2のオペアンプ
33…加算器
34…バッファ
35…トランジスタ
36…電流検出器
37…微分倍率器
Claims (7)
- 比例電磁弁のソレノイドコイルに流す電流に比例した電磁気力で可動鉄片を吸引し、所定の開度で弁を開閉して流体の流量又は圧力を制御する比例電磁弁の制御方法であって、
入力された開度指令値を比例電磁弁の開口量に補正し、
開口量に応じた弁開閉時に現れるヒステリシスを取り除くための可動鉄片に作用する静止摩擦力を阻止する力のディザ波形を生成し、
開口量にディザ波形を重畳させて比例電磁弁の指示電流値を出力し、
指示電流値に相当する電流をソレノイドコイルへ印加し、ソレノイドコイルに流れる供給電流の波形を指示電流の波形に一致させた駆動電流によってソレノイドコイルに指示電流通りの定められた電流を流して定電流駆動するものであり、
定電流駆動は、
ディザ信号の最大周波数をTht、指示電流波形に対する駆動電流波形の追従の遅れをΔt、印加電圧に対する電流の傾斜角度をLv、ディザ信号の最大傾斜角度をΔv、とした場合に、
条件1:Tht>>Δt、及び、条件2:Lv>>Δvを満たす
ことを特徴とする比例電磁弁の制御方法。 - ディザ波形は、
可動鉄片に作用する静止摩擦力を超える力を弁の開閉両方向に反転させて加え、常に静止摩擦力の発生を阻止する力の集合体からなる波形である
ことを特徴とする請求項1に記載の比例電磁弁の制御方法。 - 更に、電磁気力の電磁気的ヒステリシスの影響を取り除くために、ディザ波形に対して電磁気的ヒステリシスにより吸収されて失われる力を予め補充してディザ波形を調整する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の比例電磁弁の制御方法。 - 更に、電磁気力の電磁気的ヒステリシスの影響を取り除くために、ディザ波形に対して可動鉄片の応答速度の最大周波数を超える高周波数帯域の信号を合成してディザ波形を調整する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の比例電磁弁の制御方法。 - 比例電磁弁のソレノイドコイルに流す電流に比例した電磁気力で可動鉄片を吸引し、所定の開度で弁を開閉して流体の流量又は圧力を制御する比例電磁弁の制御装置であって、
入力された開度指令値を比例電磁弁の開口量に補正する開口量補正手段と、
開口量に応じた弁開閉時に現れるヒステリシスを取り除くための可動鉄片に作用する静止摩擦力を阻止する力のディザ波形を生成するディザ波形生成手段と、
開口量にディザ波形を重畳させて比例電磁弁の指示電流値を出力する指示電流値出力手段と、
指示電流値に相当する電流をソレノイドコイルへ印加し、ソレノイドコイルに流れる供給電流の波形を指示電流の波形に一致させた駆動電流によってソレノイドコイルに指示電流通りの定められた電流を流して定電流駆動する定電流駆動手段と、
を備え、
定電流駆動手段は、
ディザ信号の最大周波数をTht、指示電流波形に対する駆動電流波形の追従の遅れをΔt、印加電圧に対する電流の傾斜角度をLv、ディザ信号の最大傾斜角度をΔv、とした場合に、
条件1:Tht>>Δt、及び、条件2:Lv>>Δvを満たす
ことを特徴とする比例電磁弁の制御装置。 - 定電流駆動手段は、
ディザ波形の最大周波数成分(高調波を除く)を超える周波数に応答する
ことを特徴とする請求項5に記載の比例電磁弁の制御装置。 - 定電流駆動手段は、
ソレノイドコイルに流れた供給電流の電流値を検出し、検出した供給電流の電流値と入力された指示電流値とを比較して、その偏差電位を増幅して供給電流にフィードバックする電流フィードバック手段を有する
ことを特徴とする請求項5または6に記載の比例電磁弁の制御装置。
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