【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可動制御部材の制御方法及び装置、特に駆動信号の大きさが計算される可動制御部材の制御方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】制御される装置の出力がたどる通路を出力の位相面に沿ってえがくことによって、制御される装置の出力のダイナミックレスポンスをあらかじめ定めることを含む摺動モード（ＳＬＭ）（ｓｌｉｄｉｎｇ ｍ
ｏｄｅ）制御技術は既知である。 上記位相面は制御された状態（ｓｔａｔｅ）をその軸として有する２または３
次元の面である。 制御動作は、所望の曲線又は超平面（ｈｙｐｅｒｐｌａｎｅ）をえがく通路に比較された実際の出力の位相面上の位置によって定められる。 従って摺動モード制御は、位相面上の所定の時刻における出力の実際の位置の計算と、制御される装置及びその派生物（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）の出力測定に依存する。 摺動モード制御のため、制御される装置によって要求される派生物の数は制御される装置の優先オーダー（ｐｒｅ
ｄｏｍｉｎａｎｔ ｏｒｄｅｒ）に等しい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】摺動モード制御は始めソ連で１９５０年代に研究，開発されたものである。 然しながら、好ましい高速スイッチ機構が開発されなかったため、その後数年間でこの技術が低下した。 １９７０
年代に入って主として米国で安い半導体パワートランジスタが手に入るようになって上記の問題が解消され関心がもたれるようになった。 現在では多くの国で研究がなされているが工業的な需要は少ない。 これは摺動モード制御が作動しないからではなく、例えば従来の制御方法に比べ多くの理由によって実施が困難であるためである。

【０００４】摺動モード制御は可変構成制御（ＶＳＣ）
のサブクラスである。 より実施可能なＶＳＣ装置はＳＬ
Ｍ制御器であるが、常にそうであるとは限らない。 従来の制御技術では閉ループシステムのレスポンスは制御される装置に組み合わされる制御装置の動力（ｄｙｎａｍ
ｉｃｓ）によって定められる。 装置または装置に作用する妨害力の変更は共にシステムのダイナミックレスポンスを変える。

【０００５】ＳＬＭ制御の利益は、閉ループシステムのレスポンスが制御器のパラメータによって定められるが制御される装置及びこれに作用する妨害の変更には無関係なことである。 このことは本発明が適用される比例ソレノイド弁を制御するときに特に好ましい。 然しならがこれに限るものではない。 これら弁の固有のレスポンスは第３オーダー非直線であり、弁によって大きく変化する。 更に弁を流れる油により大きな流体圧が誘起され、
これによりスプールが更に移動されるようになる。 従って良いレスポンスを従来の制御方法で得ることは困難である。

【０００６】位相空間（ｐｈａｓｅ ｓｐａｃｅ）線図を用いてＶＳＣまたはＳＬＭシステムを説明する。 如何なるシステムのレスポンスも位相空間線図又は位相画像上に位相変数（ｐｈａｓｅ ｖａｒｉａｂｌｅ）を示すことによって完全に説明することができる。 位相変数は例えば弁スプール等の対象物の位置変数と、その派生物であるスプール速度や加速度等の変数より成る。 必要とされる状態やその派生物の数はプラントのオーダーによって定められる。 第２オーダーの位置制御装置では制御入力のステップが変化すれば加速度におけるステップが変化し、プラントの動力が位置及び速度により完全に定められる。 従って位相空間は夫々Ｘ及びＹ軸となる位置と速度の２つの次元を有する。 第３オーダーの位置制御装置では制御入力のステップ変化により加速度の変化率におけるステップが変化する。 かくして位相空間は位置と速度と加速度の３つの次元を有する。

【０００７】位相空間内の点はある時刻における装置の状態を完全に定める。 これは代表点、描写点、状態点又は単純に状態のような種々のものである。 ここでは状態点として説明する。 時間と共に位相変数が変化したとき状態点がたどる通路は位相軌道（ｐｈａｓｅ ｔｒａｊ
ｅｃｔｏｒｙ）として知られている。

【０００８】上記の説明はスプール位置が制御変数であることを意味する。 このような装置は調節器として作用し、制御器はスプールを零位置に維持するよう作用する。 スプールの移動を制御するため位相線図上の位置を所望位置と実際の位置間の位置エラーによって補正しなければならない。 これを以下単に“エラー”として示す。 速度，加速度等の代わりにエラーの派生物を用いてプラントを不規則に変化する入力にエラーなしに追従せしめることができる。 然しながら一般にエラー信号を区別することは極めて困難である。 特に位置指令信号が顧客にとって発生され、十分な大きさのノイズが含まれているような場合には弁制御器によって特別な問題となる。 エラー派生物の代わりに速度及び加速度が使用されたときは、位置変化指令が追従されたとき制御された装置はエラーを示すが、このエラーは指令が一定値に達した時点で消滅する。 従ってエラー信号を区別することの問題は解消されるが、追従精度の問題は残る。

【０００９】位相線図上には時刻は明白には表れないが、描画された変数には含まれている。

【００１０】ダイナミック動作の２以上の明白な型、即ち２以上の異なる構成を示すため摺動モード制御が制御された装置に実行される。 装置内の可変構成を誘起せしめるにはスイッチゲインを用いる方法と、制御信号を直接切り替えることの２つの方法がある。

【００１１】ａ）スイッチゲインシステム

【００１２】図１に示す閉ループのスイッチゲインシステムにおいて前方通路ゲインＫが大きく、正であればシステムの固有レスポンスは安定であるが大きく振動する。 前方通路ゲインＫが大きく、負であればレスポンスは不安定となる。 これら２つの構成を図２〜図５に示す。

【００１３】ｂ）制御信号の直接切り替え

【００１４】図６に示す直接オンオフシステムにおいては、制御されている装置に対する制御信号はリレー型素子からの出力であり、“オン”及び“オフ”の２つの変数のうちの１つのみを有する。 然しながら先のシステムとは異なり、両構成は不安定である。 ２つの制御入力のレベルが符号でのみ異なる、即ちＵ _on ＝−Ｕ _offであれば２つの位相部分は図７〜図１０に示すように互に鏡像関係となる。

【００１５】この２つの構成の唯一の要求は位相空間の或る領域における状態点を反対の方向に進めることである。 図１のスイッチゲインシステムを考えると、図１１
の合成位相面線図及び図１２の過渡（ｔｒａｎｓｉｅｎ
ｔ）レスポンスの線図に示すように正のゲインが位相面の領域Ｉ及びＩＩＩに加えられたとき、及び負のゲインが同じく領域ＩＩ及びＩＶに加えられたとき、領域ＩとＩＩ及び領域ＩＩＩとＩＶ間の境界によって形成されたラインの何れかの側で位相が互に反対の軌道とされる。
従って状態点が位相空間内の任意の原点からこの境界または“スイッチライン”上に進められる。 このようにされた場合、スイッチライン上に状態点を維持するため制御器はシステム構成を切り替える。 状態点はスイッチラインに沿った“摺動”と呼ばれ、高速切り替え動作は“摺動モード”と呼ばれる。

【００１６】境界またはスイッチラインは数１によって示される。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここでｃはラインの傾斜、εはエラーである。 この数１の解は数２となる。

【００１９】

【数２】

【００２０】ここでｔ ₀は初期エラー、ｔは時間、ｅはユニバーサル定数である。

【００２１】従って上式から状態点がスイッチラインに速やかに達したとき、制御された装置のレスポンス、即ち閉ループレスポンスが第１オーダーシステムのものであり、更にこの第１オーダーシステムが制御器によって定められたそのパラメータ（傾斜ｃ）を有し、装置の動力とは独立であることが判る。 実際にはこれはスイッチラインの何れかの側で状態軌道が互に対向するようにする装置のパラメータの任意の値に対し、レスポンスが等しく維持されることを意味する。

【００２２】図６に示すように制御信号の直接切り替えによって同一のレスポンスの得られることは明らかである。 この例においては図１３に示すように位相空間は２
つの領域に分割されることが必要なのみである。 制御入力の直接切り替えの使用は最大の制御動作を総ての時間で使用できるという大きな利益をもたらす。 従って後述のようにより速いレスポンスが可能となる。 この方法の明白な欠点は制御信号が不連続に切り替えられることである。 多くのシステムにおいて不連続制御入力は、これがより高いモード（例えばロボット腕におけるフレキシブルモード）を生ぜしめるか、または入力装置に単純な磨耗を生ぜしめるという理由で全く好ましくない。 然しながら多くのシステムではこのような問題はなく、電気的装置ではこれは最も効率の良い制御方法である。

【００２３】この概念は第３オーダープラントに容易に適用できる。 位相空間は３次元であり、スイッチラインは図１４に示すようにスイッチ面となる。 この面は数３
で示される。

【００２４】

【数３】

【００２５】数３は第２オーダーシステムの式であり、
数４で示される関係を有する。

【００２６】

【数４】

【００２７】ここでω _nは閉ループレスポンスの固有周波数レスポンス（ラヂアン／秒）、ζは閉ループレスポンスのダンピング比である。

【００２８】一般に、スイッチゲイン制御器ではスイッチ面全体に亘り確実に摺動モードとするためより高いオーダーのシステムのための付加的機構が必要である。 然しながら、直接スイッチ制御器のためには“オン”と“オフ”に対応する２つの機構で十分である。

【００２９】第２オーダーシステムについて以下説明する。 既に述べたように傾斜ｃは閉ループレスポンスの時定数を示す。 主たる適用では速い過渡レスポンスが望ましく、大きな値の傾斜ｃ、従って大きな傾斜のスイッチラインが望ましい。 然しながら、傾斜ｃの選択が非常に野心的な場合にはラインの小さな区域においてのみ摺動運動が可能である。 摺動が図１３に比べスイッチラインの部分Ａ−Ｂでのみ可能となる直接オン／オフ制御器のための合成位相画像を図１５に示す。

【００３０】以上、位相変数、即ち、制御されている装置及びその派生物の出力を用いた制御器のみを説明した。 代わりに他の変数も用い得るがその場合には幾つかの欠点を生ずる。 図１８に示すソレノイド弁制御器を考えると、摺動モードにおける運動は数３によって定めることができる。 ここでｃ ₁とｃ ₂は負帰還多項式におけるものと同一である。 数３においてスイッチ素子に対する入力は理想的には零である。 このシステムの閉ループ伝達関数が図１８においてσ＝０とすることによって得られる。 これによって数５が得られる。

【００３１】

【数５】

【００３２】図１９は同一のシステムであるが加速度帰還よりも電流帰還によるものを示す。 σ＝０とすれば数６が得られる。

【００３３】

【数６】

【００３４】数５と数６の比較から明らかなように、数５は制御器パラメータｃ ₁とｃ ₂のみを含むが、数６は更にプラントパラメータｋ，ｆ及びｍを有する。 従って位相変数を用いることによって確実に閉ループレスポンスを制御プラントにおける変化とは独立なものとなし得る。

【００３５】直接オン／オフＳＬＭ制御は、一見非常に単純ではあるが、実際には制御されている装置の所望の動作を阻止せしめる多くの問題を有する。 ２つの目立つ問題は、より高いオーダーの派生物の計算において変換器のノイズが増幅されるため上記派生物の精度が低下するということ、及び派生物の実際の計算期間によって時間おくれが生ずるということである。 所望の動作の減少は最大オーダー派生物を考慮したとき最大となり、この派生物は最大の早さで変化でき、従ってその補正は粗（ｒｏｂｕｓｔ）またはダイナミック制御を維持するため出来るだけ早く行なう必要がある。 勿論、例えば強力なプロセッサーを用いることによって実際の計算期間に関連する時間遅れを減少できるが、サンプリング率が速いときは制御技術が変換器ノイズにより大きく影響されるようになる。

【００３６】既に述べた摺動モードサーボシステムの過渡レスポンス時間は６０ｍｓ程度であるが、従来のアナログ制御器を用いてもレスポンス時間は大きさにより３
ｍｓと２０ｍｓの間である。 速い過渡レスポンスを得るためには下記のような２つの反対のファクターを必要とする。

【００３７】ａ）速い過渡レスポンスが、非直線スイッチ面の使用を指示する摺動モード破壊を生ずることなく望まれる。 引張り（ｊｅｒｋ）制限面がデジタル的にのみ得られる。

【００３８】ｂ）従来の制御アルゴリズムがデジタル的になされる場合には２００回以上で所望の閉ループ帯域幅が望まれる。 これはデジタル信号プロセッサー（ＤＳ
Ｐ）を用いることによってのみ達成でき、これは現在のマイクロプロセッサーを越えるものである。

【００３９】本発明の目的は可動部材の摺動モード制御を得るにある。

【００４０】

【課題を解決するための手段】本発明におけるｎの観察状態を有する可動制御部材のための制御装置は所定のｎ
−１次元非直線超平面（ここでｎ≧３）上に可動制御部材（１）の状態点を維持するため操作可能な摺動モード制御装置を有し、上記超平面は上記状態点がその上に維持されたとき最大オーダー観察状態の最大変化率が制御装置のなし得る変化率を越えないような面であり、上記摺動モード制御装置は、最大オーダー観察状態の所望の値を得るため所定の超平面に対しｎ−１の低オーダー観察状態を参照するよう操作可能なデジタルプロセッサ（３，１７）を有し、更に上記所望の値を上記最大オーダー観察状態と比較する比較機構（２２）と、この比較機構（２２）に応答し、上記所定の超平面上に上記状態点を維持するために必要な制御作用をなすよう操作される機構（２６）とを有することを特徴とする。

【００４１】本発明の可動制御部材の制御方法は

【００４２】ｉ）所定のｎ−１次元非直線超平面（ここでｎ≧３）上にｎの観察状態を有する可動制御部材の状態点を維持するため操作可能である摺動モード制御装置を形成する工程と、ｉｉ）その上に上記状態点が維持されたとき最大オーダー観察状態の最大変化率が上記制御装置のなし得る変化率を越えないような超平面を定める工程と、ｉｉｉ）上記最大オーダー観察状態の所望の値を得るため上記所定の超平面に対し上記可動制御部材のｎ−１の低オーダー観察状態を参照する工程と、ｉｖ）
上記所望の値を上記最大オーダー観察状態と比較する工程と、及びｖ）上記所定の超平面上に上記状態点を維持するために必要な制御作用をなすよう上記比較の結果を使用する工程とより成ることを特徴とする。

【００４３】最大オーダー観察状態の変化の要求率が、
装置が大きな速度で得ることのできるものよりも大きいとき摺動モード制御が破壊する。 数１で示される微分方程式は数７で示される。

【００４４】

【数７】

【００４５】数７は、加速度の大きさが速度と共に増大するが、特にスイッチラインの傾斜を減少することによって減少できることを示す。 従って摺動モードにおける破壊の問題はスイッチ曲線を用いることによって解決することができる。 即ち位相面の原点近くの低速度で急な傾斜の曲線を用い、原点から離れた部分で小さな傾斜の曲線を用いる。 好ましくはスイッチラインはその全長に亘り摺動をなし得るように湾曲する。 理論的には、上記の要求を満足する任意の曲線を用い得る。 然しながら、
放物線は一定の加速度で変化する線であり好ましく、位相面が供給できるものより常にその加速度が小さいスイッチ曲線を定めるのは容易である。

【００４６】放物線スイッチラインの使用には１つの問題がある。 位相面の原点ではラインは無限の傾斜を有している。 このことは、制御されている装置は所定の加速度値の大きさが減少したとき次第に速く移動可能となることを示す。 位置エラーが零に減少したとき放物線スイッチラインによれば制御された装置は無限の速さで移動可能となる。 実際にはこのようにはならず原点において摺動不能となる。 この問題は原点に近い速い直線スイッチライン部分で“結合（ｓｐｌｉｃｉｎｇ）”することによって解決することができる。 然しながらこのようにする時には注意が必要である。 ２次元空間で数８が得られる。

【００４７】

【数８】

【００４８】数８はスイッチライン上の加速度がその傾斜及び速度によって定めることを示す（実際上数８は数７を単純に一般式化したものである）。 直線部分と放物線スイッチ曲線との交叉点における加速度の突然の予期しないジャンプを阻止するため図１６に示すように２つの曲線を共に調和せしめる必要がある。 この方法では交叉点において確実に直線と放物線の傾斜を等しくし、従って速度は共に等しく、加速度もまた共に等しくする。

【００４９】この概念は同様にして第３オーダーシステムに適用できる。 然しながら第３オーダープラントにおける摺動モード破壊は過剰な加速度によるものであるというよるはむしろ過剰な引張り（ｊｅｒｋ）によるものである。 従って最も望ましい非直線スイッチ面は一定の引張面であり、このようなものの使用は本発明の好ましい特徴である。

【００５０】非直線スイッチ面を設計する困難性のため直線部分から作られた面を用いることができる。 このような部分的直線面を図１７に示す。 これは最大の引張りを制御するための試みにおいて最大速度と加速度が制限された直線面である。

【００５１】超平面またはスイッチ面はデジタル的に作ることができ、マイクロプロセッサは摺動を維持するために要求される加速度を示す信号を発生する。 アナログ加速度ループにより高速切り替え作用が生ずる。 このような構成を用いることによって３ＫＨｚのような低い好ましいサンプリング割合とすることができる。 他の例としては全デジタル制御器を用いることができるが、この場合には加速度制御ループのためのものより微分と弁切り替えのためのより高いサンプリング割合が要求されることになる。 この全デジタル構成において内及び外のループのため異なる周波数のサンプリング割合が用いられる。

【００５２】超平面は非直線であるから上述のように低いサンプル割合においても実行できるようにするため制御プログラムを速くする必要がある。 複雑なスイッチ面を実行する最も効果的な方法はルップアップテーブルを用いることである。 このテープルは制御されている装置の多くの速度値と既知のエラーにおける望ましい加速度を示している。 実際のエラーと速度をこれら既知の値と比較することによって、このテーブルから最も近い加速度値を得ることができる。 アナログループに対する出力としての加速度を推定するため補間を用いることができる。 従って好ましくは制御プログラムにより

【００５３】ａ）アナログデジタルコンバータから指令位置と、スプール位置と、速度を読み取る工程と、

【００５４】ｂ）指令値と実際の値との間の位置エラーを計算する工程と、

【００５５】ｃ）両方の側のエラーに近い値を見出し、
ルックアップテーブルから加速度値を与える工程と、

【００５６】ｄ）両方の側の速度に近い値を見出し、ルックアップテーブルから加速度値を与える工程と、

【００５７】ｅ）上記ｃ）項とｄ）項で見出された４つの加速度値を取り出し、２進補間を用いてエラーと速度の実際の値における加速度を推定する工程と、及び

【００５８】ｆ）この加速度の所望値を出力する工程

【００５９】とを実行する。

【００６０】この制御方法は不連続時間（サンプルデータ）制御理論よりはむしろ連続時間を基礎としているので実際のサンプル割合はそれが上述した最小値より大きい限り比較的重要ではない。 従って主制御ループは時間に関連づける必要はなく、できるだけ速く実行することができるようになる。

【００６１】特に本発明の制御装置は制御されている装置、例えばソレノイド電流がオン，オフされるソレノイド比例弁のスプールの微細振動を検知できることが望ましい。 この結果高品質高帯域幅加速変換器が要求される。 スプール位置信号を微分することによって速度と加速度を得ることの試みは、信号内のノイズレベルが高く帯域幅が比較的に小さいため失敗した。

【００６２】他の測定方法は次の通りである。

【００６３】ａ）加速度計を用いて直接加速度を測定する。 然しながら例えば弁スプールと弁体間の相対加速度を測定するためには２つの加速度計が必要である。

【００６４】ｂ）速度を直接測定する。 微分によって加速度を得るために十分良好な信号を得るため速度変換器を用いることが考えられる。

【００６５】ｃ）状態観察機構を用いて間接的に測定を行なう。 この方法を効率良く実施するため制御されている装置の良好なモデルが望まれる。 非直線で適合できる観察方法を用いることができるが、これらはデジタル技術であり速いサンプル割合が要求される。

【００６６】従って本発明においては制御されている装置、例えばソレノイド比例弁のスプールの加速度を得るため速度変換器を採用し、速度信号を微分することによって加速度を得る。 この微分はアナログフィルターを用いて実行できる。 サンプル割合が十分でない場合には加速度信号の帯域幅は小さく切り替え周波数は減少しスプールの例えば振動が増加する。 従って微分フィルターには制御されている装置の最大帯域幅の約１５〜２０倍の帯域幅を有せしめる。

【００６７】好ましくは最大オーダー観察状態の最大変化率を本質的に一定に維持する。 また最大オーダー観察状態の大きさを制限される。

【００６８】良好な摺動モード制御を達成するため、観察された最大オーダー状態に対する所望の最大オーダー観察状態の比較周波数は公知例である英国特許出願第９
０２６７３６．０号明細書に記載されているような超平面に対するｎ−１低オーダー観察状態のそれよりも大きいことが好ましい。

【００６９】

【実施例】以下図面によって本発明におけるソレノイド比例弁を制御するための摺動モード方法及び装置の実施例を説明する。

【００７０】図２３は所望の第２オーダー定張力（ｊｅ
ｒｋ）レスポンスを示し、ｔ ₀からｔ ₁迄の加速度は外１

【００７１】

【外１】

【００７２】の変化率を有する。

【００７３】数９を積分して数１０が得られる。

【００７４】

【数９】

【００７５】

【数１０】

【００７６】更に積分して数１１が得られる。

【００７７】

【数１１】

【００７８】数９から数１２が得られる。

【００７９】

【数１２】

【００８０】数１１におけるｔに数１２を代入して数１
３が得られる。 この式は変位の式となる。

【００８１】

【数１３】

【００８２】位置エラーは数１４で示される。

【００８３】

【数１４】

【００８４】数１４は２つの未知数外２

【００８５】

【外２】

【００８６】とｘ _fを有し、これは消去する必要がある。 ｘ _fを始めに考える。 ｔ ₀からｔ ₁迄の加速度カーブによる面積は数１５となる。

【００８７】

【数１５】

【００８８】ｔ ₁からｔ _fでは数１６となる。

【００８９】

【数１６】

【００９０】ｔ＝ｔ _fで静止している制御されている可動部材のためｔ ₀からｔ ₁迄の加速度カーブによる面積はｔ ₁からｔ _f迄の加速度カーブによる面積に等しい必要がある。 従って数１７が得られる。

【００９１】

【数１７】

【００９２】外３

【００９３】

【外３】

【００９４】の項におけるｘ _fのための式は数１８のようになる。

【００９５】

【数１８】

【００９６】数１６から数１９が得られる。

【００９７】

【数１９】

【００９８】数１３からのｘ ₂を置換して数２０が得られる。

【００９９】

【数２０】

【０１００】数１７からの外４

【０１０１】

【外４】

【０１０２】を置換してｘ _fと外５

【０１０３】

【外５】

【０１０４】間の所望の関係が得られる。 これを数１６
に代入して１つの未知数に１つの式の問題を減少できる。 外６

【０１０５】

【外６】

【０１０６】を消去するため初めに数１１内のｔを置換して数２１と数２２を得る。

【０１０７】

【数２１】

【０１０８】

【数２２】

【０１０９】数１２から数２３が得られる。

【０１１０】

【数２３】

【０１１１】最後に数２２内の外７

【０１１２】

【外７】

【０１１３】を置換して数２４が得られる。

【０１１４】

【数２４】

【０１１５】これは張力の制限された切り替え面又は超平面の式である。

【０１１６】図２０はソレノイド２によって駆動される比例ソレノイド弁１のための摺動モード制御装置を示し、この制御装置はデジタル制御器３とアナログ制御器４とより成る。 比例ソレノイド弁は第３オーダー装置の代表的なものであり、従ってスプールの３つの状態、即ち位置と、速度と加速度を観察する必要があり、位置と速度は低オーダー観察状態であり、加速度は最大オーダー観察状態である。

【０１１７】入力信号５がデジタル制御器３の、特にその比較器６に加えられ、この比較器６にはスプール位置を示すデジタル信号がライン７を介して加えられる。 ライン８上の比較器６よりの出力は所望のスプール位置と、実際のスプール位置との差を示す。 ライン１１上のスプール位置を示すアナログ信号ｘは位置センサー９から得られ、アナログデジタルコンバータ１２（ＡＤＣ）
に加えられ、これからのデジタル出力はライン７を介して比較器６に加えられる。

【０１１８】速度センサーである速度変換器１３がスプールの速度を検知するため弁１に設けられており、この速度変換器１３からのアナログ信号外８

【０１１９】

【外８】

【０１２０】がライン１４、アナログデジタルコンバータ１５，ライン１６を介してデジタル制御器の一部１７
に加えられる。 この一部１７は所定の非直線超平面を含み、これには比較器６よりの出力がライン８を介して加えられている。 超平面はｎ−１次元、即ち装置のオーダーより−だけ少ない次元のものである。 この例では上記装置は第３オーダーであり、超平面は位置と速度の２次元である。 この超平面は数２４に応じて上述した方法でデジタルプロセッサの一部１７で定められ。

【０１２１】ライン８上のスプールのエラー信号とライン１６上の速度信号は所定の超平面に参照されライン１
８上に所望のスプール加速度外９

【０１２２】

【外９】

【０１２３】を示すデジタル信号を発生する。 この所望の加速度信号はライン１８を介してデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１９に加えられ、ライン２１上に所望のアナログのスプール加速度信号を生じ、この信号は比較器２２に加えられる。 スプールの実際の加速度外１
０

【０１２４】

【外１０】

【０１２５】を示す信号もライン２３を介して比較器２
２に加えられる。 このスプールの“実際”の加速度は推定加速度であり、速度変換器１３によって作られた速度信号から微分装置２４によって作られる。 このスプールの“実際”の加速度は、加速度変換器を用いて実際の加速度を測定することに反し十分信頼できる信号である。

【０１２６】ライン２５上の比較器２２からの出力は、
所定の超平面上に弁スプールの状態点を維持するために必要な制御動作を実行するために用いられる。 比較器２
２からの出力信号はドライバ２６に加えられて増幅され、駆動信号が作られ、ライン２７を介してソレノイド２に加えられる。

【０１２７】位置と速度の低オーダー観察状態はデジタル制御器３内で第１の周波数において制御器の一部１７
で超平面と参照され、比較器２２では最大オーダー観察状態（この例では加速度）が、観察された最大オーダー状態と第１の周波数より高い第２の周波数で比較され、
この比較がアナログ制御器４内でなされる。 従って超平面切り替えがデジタルで実行され、マイクロプロセッサであるデジタルプロセッサが摺動モード制御を維持するため要求される加速度を作る。 加速度ループに関連するアナログ制御器４は要求される高速切り替え動作を達成する。 この構成では３ＫＨｚ程度の低いサンプリング割合を用いるのが効果的である。

【０１２８】図２１はアナログ制御器４と共にデジタル制御器３を用いた図２０の制御システムのレスポンスを示し、図２２は完全デジタル制御器を用いたときのレスポンスを示し、何れの例でもサンプル割合は４ＫＨｚであり、切り替え超平面はω _n ＝１００Ｈｚとζ＝１の直線である。 総てデジタル制御器の場合には、推定最大オーダー状態に対する観察された最大オーダー状態の比較の周波数は、所定の超平面に対する観察された低オーダー状態の比較の周波数よりも依然として高い。 既に述べたように摺動モードを破壊することなしに過渡レスポンスを最良ならしめるため制御器によって要求される加速度の変化率は、制御されている装置が作り得るものよりは小さくする必要がある。 所望の第２オーダー定張力レスポンスを図２３に示す。 一般に装置の最大張力（加速度の変化率）は位置と速度と加速度に依存する。 この依存性を弁モデルのフルパワー周波数レスポンスを示す図２４で説明する。 正弦波のため、張力は振幅に比例し、
振幅が大きくなればなるほど最大張力が大きくなる。 これは弁モデルの周波数レスポンスに対してのみであって実際の弁に対するものではなく、弁の最大パワーレスポンスを正確に測定することは極めて困難である。 図２４
より明らかなように一定の張力の線が弁の周波数レスポンスエンベロープ内にある。 従って上述のように一定の張力を定めることができ（数２４）、この張力は常時弁が提供できる値よりも小さくする。

【０１２９】弁から得られる張力に正確に合致するスイッチ面を設計する試みは２つの理由により望ましくない。 その第１は困難性であり、第２は弁の動力の差を許容するため安全率が常に要求されることである。

【０１３０】数２４による第１の問題は加速度と速度の関数として位置エラーが与えられることである。 スイッチ面として使用するため制御器はエラーと速度の関数として加速度を要求する。 この式は解析的に逆転することはできないため数値的方法を用いる必要がある。 実際には最も簡単な逆転方法が求められる。 このことは一定の速度における加速度の範囲に対応するエラー値のリストを計算することを含み、次いでエラー値の所定のリストのための加速度を定めるため直線補間が用いられる。 異なる速度の範囲のためこれを繰り返すことにより完全な面が定められる。 この張力制限スイッチ面を図２５に示す。 より正確な面を作るため、より複雑な補間方法を用いるか、または位相空間の原点により近くにおいてより小さいグリッドを使用する。

【０１３１】第２の問題は第２オーダー定加速度ラインに対し正しくアナログ的なことである。 第２オーダー装置としては、定張力面が位相空間の原点において無限に速いレスポンスを要求することである。 更にこの面は原点の両側に延びるライン上で過剰な傾斜を有する。 従ってこれら２つの領域内の面を滑らかにするため調和方法を使用する必要がある。 部分微分によって数２５が得られる。

【０１３２】

【数２５】

【０１３３】ここで外１１

【０１３４】

【外１１】

【０１３５】はＸとＹ軸におけるスイッチ面の傾斜である。 従って効果的な調和のため面をＸとＹ方向の両面において等しい傾斜とする必要がある。 この調和は上述のように補間によってカーブが反転する前に最良に遂行される。 多数の方法が試みられるがその成功率は異なる。
その１つを図２６に示す。 速度零のための加速度／エラーカーブの計算の後定数Δεが計算される。 これは原点において傾斜ω _n ² （最大所望帯域幅）のラインを調和するため総ての加速度／エラーカーブを離間するための量である。 残存する加速度／エラーカーブの夫々が画かれ、図２６に示すように互に分離してカーブの間を横切る直線によって結合される。

【０１３６】スイッチ面が定められたとき、これがルックアップテーブルの形のデジタル制御器３の部分１７のための制御プログラムに加えられる。 既に述べたようにこのテーブルは多数の既知のエラーにおける望ましい加速度及び弁または制御されている他の装置の速度値を示している。 実際のエラーと速度をこれら既知の値と比較することによって、このテーブルから最も近い加速度値を得ることができる。 アナログループに対する出力としての加速度を推定するため補間を用いることができる。
従って好ましくは制御プログラムにより

【０１３７】ａ）アナログデジタルコンバータから指令位置と、スプール位置と、速度を読み取る工程と、

【０１３８】ｂ）指令値と実際の値との間の位置エラーを計算する工程と、

【０１３９】ｃ）両方の側のエラーに近い値を見出し、
ルックアップテーブルから加速度値を与える工程と、

【０１４０】ｄ）両方の側の速度に近い値を見出し、ルックアップテーブルから加速度値を与える工程と、

【０１４１】ｅ）上記ｃ）項とｄ）項で見出された４つの加速度値を取り出し、２進補間を用いてエラーと速度の実際の値における加速度を推定する工程と、及び

【０１４２】ｆ）この加速度の所望値を出力する工程

【０１４３】とを実行する。

【０１４４】この制御方法は不連続時間（サンプルデータ）制御理論よりはむしろ連続時間を基礎としているので実際のサンプル割合はそれが上述した最小値より大きい限り比較的重要ではない。 従って主制御ループは時間に関連づける必要はなく、できるだけ速く実行することができるようになる。

【０１４５】以上、実質的に一定な張力超平面またはスイッチ面を使用することによって可動部材を極端に安定に制御できることは明らかである。

【０１４６】最大オーダー観察状態（例えば第３オーダー装置にける加速度）は制限される。 図１８に示すようにｘｄの大きさを制限するためプロセッサがプログラムされる。 ここで

【０１４７】ｘｄ _dot ＞ｘｄ _maxであればｘｄ _dot ＝ｘ
ｄ _maxであり、

【０１４８】ｘｄ _dot ＜−ｘｄ _maxであればｘｄ _dot ＝
−ｘｄ _maxである。

【０１４９】ルックアップテーブルにメモリされている所望の加速度の大きさを制限する（超平面の頂部を削除する）ことによって、または完全な超平面をメモリ内に貯蔵し、所望の加速度をこれが制御器のアナログ部分４
に出力する直前に制限することによって加速度が制限される。 前者の方法は実時間で実行すべき計算の数を減少するという理由で好ましい。

【０１５０】最低オーダーを除いて低オーダー観察状態も制限される。 第３オーダー装置では図２７に示すようにスイッチ超平面、加速度及び速度プロフィルを再設計することによって速度が制限される。

【０１５１】

【発明の効果】上述したハイブリッド制御装置により可動部材の運動は、処理されるべき超平面に対する低オーダー観察状態のより複雑な参照を許容しながら制御動作をできるだけ早く変えるため実際のまたは観察された最高オーダー状態を急速に変えることによって改良される。 二重レートアルゴリズムを用い、望まれる最高オーダー状態を、新しい所望の最大オーダー状態が計算される数よりも多い数だけ観察される最大オーダー状態と比較する。 この技術の利益は所望の及び観察された最大オーダー状態間の比較の結果として弁または他の可動部材の制御作用をその大きさよりもむしろその符号の比較のみをベースとするオン／オフ制御として簡略化できることである。 この簡略化によって弁または他の可動部材を駆動するため必要な電子装置のコストを減少でき、電流帰還の必要性を除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スイッチゲインシステムのブロック図である。

【図２】スイッチゲイン構成の位相画像を示す線図である。

【図３】スイッチゲイン構成の過渡レスポンスを示す線図である。

【図４】スイッチゲイン構成の位相画像を示す線図である。

【図５】スイッチゲイン構成の過渡レスポンスを示す線図である。

【図６】直接オンオフシステムの説明図である。

【図７】直接オンオフ構成の位相画像を示す線図である。

【図８】直接オンオフ構成の過渡レスポンスを示す線図である。

【図９】直接オンオフ構成の位相画像を示す線図である。

【図１０】直接オンオフ構成の過渡レスポンスを示す線図である。

【図１１】合成位相面を示す線図である。

【図１２】過渡レスポンスを示す線図である。

【図１３】直接オン，オフ制御における合成位相画像を示す線図である。

【図１４】第３オーダー直線スイッチ面の説明図である。

【図１５】急なスイッチラインにおける合成位相画像を示す線図である。

【図１６】第２オーダースイッチラインを示す線図である。

【図１７】直線スイッチライン面の説明図である。

【図１８】第３オーダー摺動モードソレノイド弁制御装置のブロック図である。

【図１９】加速度帰還ではなく電流帰還せしめたソレノイド弁制御装置のブロック図である。

【図２０】比例ソレノイド弁に適用した本発明制御装置のブロック図である。

【図２１】本発明の制御装置の他の実施例におけるレスポンスを説明するグラフである。

【図２２】本発明の制御装置の他の実施例におけるレスポンスを説明するグラフである。

【図２３】図２０の実施例のための所望の第２オーダー定張力（加速度変化率）レスポンスを示すグラフである。

【図２４】図２０の弁モデルのフルパワー周波数レスポンスを示すグラフである。

【図２５】定張力超平面を示す説明図である。

【図２６】平滑にされた超平面を区劃する方法の説明図である。

【図２７】超平面の他の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１ 比例ソレノイド弁 ２ ソレノイド ３ デジタル制御器 ４ アナログ制御器 ５ 入力信号 ６ 比較器 ９ 位置センサー １２ アナログデジタルコンバータ １３ 速度変換器 １５ アナログデジタルコンバータ １７ 制御器の一部 １９ デジタルアナログコンバータ ２２ 比較器 ２４ 微分装置 ２６ ドライバ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】

【数６】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】

【数８】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７４】

【数９】

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７５】

【数１０】

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】

【数１１】

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７９】

【数１２】

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８１】

【数１３】

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８３】

【数１４】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８７】

【数１５】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８９】

【数１６】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９１】

【数１７】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９５】

【数１８】

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９７】

【数１９】

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９９】

【数２０】

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０７】

【数２１】

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０８】

【数２２】

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１０】

【数２３】

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１４】

【数２４】

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７１】

【外１】