JPH0670381B2 - 液体動力制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液流制御システム、詳細には、複数のアクチ
ュエータが同数の電気的制御信号の強さに応じて正確に
位置決めする液流システムに関する。

従来の技術 上述のような制御システムは多数あり、本発明はそれら
に関連して卓越した利点を示す。上述のような制御の１
つの例であり、非常に重要な応用例は航空機システムに
あり、ここでは液流制御がジェット航空エンジンの機械
的変数を調節するために提供される。従来の大型ジェッ
ト航空機用のガスタービンエンジンは、エアバルブ、燃
料バルブ、可変エンジン配置の制御に、通常は液流アク
チュエータを使用してきた。エンジンの設計者はガスタ
ービンからもっと効率を引き出そうとするので、液流ア
クチュエータの数は増加し、17個にまで達成している。
もっと古い商業用航空機に使用されているガスタービン
エンジンでさえも、６個程度の液流アクチュエータを有
しているのが通常である。

多くの場合、アクチュエータが燃料供給のような重大な
諸機能を制御し、そのような重大な機能は、制御が失わ
れた場合は、エンジンの制御も失われる。

これまで、各液流アクチュエータには電気入力信号をア
クチュエータの機械的位置に変換する装置が備えられて
いる。最も通常には、これは液流サーボバルブに連結さ
れ、これを駆動するトルクモータにより行われる。次に
サーボバルブはアクチュエータへの液体の供給を制御す
る。トルクモータとサーボバルブは両方とも非常に高価
であり、両方ともかなり重量のあるコンポネントであ
り、特にポンドの水準での重量の節約が、その航空機の
耐用年数の間にかなりのランニングコストの節約になる
航空機に応用するには重いコンポネントである。

発明が解決しようとする課題 出願人は、そのようなシステムにおいて、重量と費用と
を減少させるため提案されてきたコンセプトを意識して
おり、複数のアクチュエータの間で多重化された１つの
パイロットバルブを使用する。実際には、このパイロッ
トバルブは多重化のために回転し、制御位置を確立する
ためにトルクモータにより垂直に位置決めされたスプー
ルを有している。このスプールとバルブとは、複数の角
度的に多重の位置と組合されたバルブの垂直の制御装置
が、複数のアクチュエータに順次に液体を供給するよう
に使用可能である。回転式多重化装置の位置センサは、
多重化装置のタイムスロットを伴うパイロットバルブ用
の多重化された電気信号を調節するために使用されるの
が常である。

出願人の信ずるところによれば、この形式のシステム
は、様々な制約があるため、最も基本的なシステム以外
には実用上減少は不可能であり、最も顕著な１例は、合
理的な範囲の寸法の任意のサーボバルブ用の任意の所与
のアクチュエータに対しては、流量は減少している。こ
の流量減少は２つの要素の結果、つまり(1)マルチプレ
クサとして形成されたパイロットバルブを通る減少した
流れ、及び(2)そのタイムスロットの間だけアクチュエ
ータを通って流れて行く減少した流れを多重化する事
実、である。３チャネルシステムに対しては、標準の多
重化されないパイロットバルブに対するサイクルごとの
流量は18のファクタについて減少する。かくて、原則と
して前記システムは、反応の速度と制御の精密さとが重
要な基準でないところ、例えばジェットエンジン制御で
の応用において作動するであろうが、前記コンセプトは
実用的には見えない。

液流回路の多重化はそれほど新しくない。それは例えば
ムーア他の米国特許第3,645,141号明細書のような、多
数の液流あるいは気圧チャネルの間にある１つのトラン
スジューサの分配に使用され得る。複数のアクチュエー
タの間で制御サーボバルブを分配する機会は文章内で示
唆されているが、出願人の知る限りでは同時の実時間を
基礎としていない。しかしながら出願人は、精密な位置
制御、制御可能なアクチュエータの速度の広い幅、少な
くとも数個のチャネルの必要、アクチュエータの制御さ
れた高速の動き、を要求するガスタービンエンジン制御
用のような高能率液流システムの制御にうまく使用され
ている多重化の実用例を知らない。かくて、圧力検知へ
の応用（例えばムーア）は、その応用に対しては実質的
流体の流れを必要としないため、複数のチャネルの間で
１つのトランスジューサを分配するように形成でき、一
方低速運転への応用においては選択的に異る液流回路へ
１つのサーボバルブを連結することが可能であるが、液
流式に多重化されたシステムにおいて、十分な力を発生
するかあるいは十分な動きを発生する実質的流量を要求
する、高速運転の複数のアクチュエータを正確に制御す
ることは今まで不可能であった。これは他の理由を含め
て、設計者が従来は、航空機のエンジンのような応用例
においては、１制御、１アクチュエータの意味で、複数
の該アクチュエータが同時に作動しなければならず、運
転要求に適合するために、比較的高い液体流量を必要と
する、と考えていた、ということがこれらの理由であ
る。

液流増幅のコンセプトも知られており、例えばアクチュ
エータにより要求される流量が連動するパイロットバル
ブの流量能力よりもずっと大きいところで使用されてい
る。

パイロットバルブからの流れが第２段階バルブを設定
し、次に第２段階バルブが、より高い流量率で第２段階
バルブを通ってアクチュエータへ液体を流すようなシス
テムにおいて、第２段階バルブが使用可能である。しか
しながら、このような装置の使用により、第２段階バル
ブ及びアクチュエータは双方が一体化され、直列に連結
され、その結果該システムは、使用されているループを
安定させるために、通常は第２段階バルブからパイロッ
トまで、ばねのような機械的連結の形態でフィードバッ
クができるようになる。申請人の知る限りでは、配置さ
れているループの中で機械的リンクがパイロット及び第
２段階バルブを単制御リンクの用に役立てるため、パイ
ロットフィードバックまでの第２段階は該システムの使
用を多重化されないシステムに限定してしまう。

課題を解決するための手段 前述のことを考慮すると、本発明の一般的目的は、高精
度サーボシステム用の実用的かつ信頼性ある多重液流制
御を提供することにある。

その観点からすれば、制御エレメントが位置決め速度あ
るいは正確さを犠牲にすることなく、複数のアクチュエ
ータの間で分配される、信頼性ある高度に正確な多重チ
ャネル液流制御を提供することが本発明の目的である。

本発明の１視点に従えば、１つの目的は近代ガスタービ
ンエンジンの制御要求に適合可能な制御を提供すること
である。

本発明のその視点に従えば、従来の個別のチャネル制御
からなるシステムよりも、信頼性があり、重量と費用と
を節約するような航空機エンジン用の多重チャネル液圧
制御を提供することが１つの目的である。

寸法と重量との減少が、パイロットバルブと第２段階バ
ルブとの間に第２段階バルブの性質を有する液圧サンプ
ルを介入させ、装置を保持することにより、アクチュエ
ータ反応時間あるいは正確性を犠牲にすることなく単パ
イロットバルブを多重化することにより達成すること
が、本発明の特徴である。第２段階バルブはアクチュエ
ータへの液体の連続的流れを制御するために、位置を変
更するアクチュエータの割合を変更する必要がある場合
だけ、必要なパイロットからの液圧信号を追加してパイ
ロットバルブからの液圧信号を積分する。

該システムのその他の利点は、所定のアクチュエータの
数が過去に必要とされたより少ない電力で制御可能だと
いうことである。多重化されていないシステムにおいて
は、電力は常に各パイロットバルブに対して必要であ
る。この要求は前述の従来の多重化されたサーボバルブ
概念により緩和されたが、アクチュエータに対する流れ
が不連続なために、実質的電力に対する要求はそのまま
である。従来のコンセプトにおいては、アクチュエータ
の迅速な動きの間に、多重化されたパイロットバルブか
ら追加して供給される流れがある場合だけにアクチュエ
ータが動くため、アクチュエータへの流れの各パルスは
パイロットバルブが全行程を動くことを要求し、該パル
スの多くがほぼ前部の動きに対して必要となる。これと
比較すると、本発明におけるシステムにおいては、電力
の必要は、パイロットバルブがアクチュエータの動きの
割合を変更する場合だけに必要となる。

本発明のその他の目的は、過去の多重化されていないシ
ステムよりも信頼性が高いことである。最初に見たとこ
ろでは、該多重アクチュエータは単パイロットバルブに
頼っているため、信頼性が低いようであるが、過去のシ
ステムにおいて、パイロットバルブが故障するとシステ
ム全体が故障することを考えると、本発明の多重化され
たシステムにおいて部品の数が減少することは全体とし
て信頼性が高まることに寄与することが理解されるであ
ろう。

本発明のその他の目的及び利点は、図面を参照した以下
の詳細な説明から明白となる。

実施例 本発明は特定の実施例に従い説明されるが、該実施例に
限定する意図はない。反対に、申請の特許請求により定
義された発明の精神及び範囲内に含まれるすべての代替
例、改良例、及び同等物をすべて含む意図である。

ここで最初に注意を引くシステムは時間分割多重化と考
察可能である。というのはこれは、各チャネルに順次に
液圧信号を分配するための１つあるいは他の形態の回転
式コミュテータを使用しているからである。その結果、
コミュテータ回転運動がその各回転中にチャネルポート
のそれぞれを通過するため、個別のタイムスロットが各
チャネルに指定され、時間分割多重化システムの古典的
な定義に適合する。しかしながら、本発明はそのあらゆ
る視点において、必要とする時間分割多重化を、より広
く考察可能である。詳細には、多重化された圧力限を有
する選択バルブの列のような、非回転式分配手段を使用
して、各チャネルに対する各サイクルにおいて、タイム
スロットを使用することなく、多重化した複数の液圧チ
ャネルの成果を達成することが可能である。例えば、チ
ャネルは必要な場合にだけ選択可能であり、あるいはチ
ャネルの殆どが、時間分割を基礎として、必要に応じて
選択されたそれほど厳密でないチャネルのいくつかによ
り選択可能である。このようなシステムにおいては、チ
ャネルの一部あるいは全部が古典的な時間分割多重化の
定義に適合しない。時間多重化という用語はここではタ
イムスロットが特定のチャネルに使用される必要のない
ようなシステムを包含するが、該チャネルは多重化の成
果を達成するために適宜に異る地点で使用される。

事例的実施例においては、液圧タイプの流体動力制御シ
ステムに重点が置かれているが、これは特に航空機にお
いて、本発明の実施例の実施例として好ましいからであ
る。しかしながら、本発明の利点のいくつかは気圧変化
による流体動力システムにおいても達成可能である。該
気圧流体動力システムは、反応時間が遅いというその劣
等性を含んで、多くの理由により、より好ましいもので
はない。しかしながら、速度がそれほど要求されない実
用例においては、本発明を該システムにより実行するこ
とが可能であり、なお上述の寸法と重量の減少を達成す
ることが可能である。

図面に戻ると、第１図には部分的に図式的形態で、本発
明を実施している液圧多重化制御システムの大部分のエ
レメントが描かれている。より詳細には、第１図は液圧
制御システムを描いているが描かれている実施例におい
ては、複数のチャネルを有する時間分割多重化（TDM）
システムである。第１図は比較的簡単な、３つのチャネ
ル12、14、16のみを有するシステムを描いている。マイ
クロプロセッサ18として描かれている制御手段がシステ
ムのエレメントを調整し、各チャネルの位置決めアクチ
ュエータ用の制御設定点、及び制御信号を確立する。次
にアクチュエータが、燃料供給量、可変エンジン配置位
置等を確定するジェット航空機制御装置のような機械的
エレメントを制御するために使用される。

マイクロプロセッサ18が各チャネル用の電気入力信号を
入力ライン20、22、24において受領し、これら入力要求
信号をフィードバック信号と共に処理し、前記チャネル
内のアクチュエータの要求された位置決めに関連する各
チャネル用の制御信号を発生する。これら制御信号はそ
れぞれのタイムスロットにおけるTDMバス26上の出力で
あり、ここではバス26上をパイロットバルブとして示さ
れている液圧制御28へと伝達される。第１図にあるパイ
ロットバルブは図式的にのみ描かれているが、この時点
では、パイロットバルブが順次TDMバス26上の各電気信
号に反応し、管路30内の出力である液圧信号を順次発生
する。管路30内の液圧信号はバス26上の電気信号を示
し、同時に順番にシステム内のチャネルのそれぞれに１
つ対応している。

本発明を実施するにおいては、管路30内の液圧信号はそ
れぞれのチャネルに分配され各チャネル内のアクチュエ
ータを効率的に制御する。より詳細には、管路30は分配
手段に結合したそれの出力を有し、描かれている実施例
においては複数の出力32、34、36を有する回転式コミュ
テータ31として示されている。コミュテータは開いたセ
グメントあるいはスロット31aを有し、コミュテータ31
が回転すると順次、管路30内の液圧信号が開いたセグメ
ント31aを経て出力ポート32、34、36に連結する。位置
フィードバック装置38がコミュテータ31の位置を検知
し、ライン39上の位置信号をマイクロプロセッサ18に伝
え、マイクロプロセッサがバス26上の電気信号のタイム
スロットを制御し、コミュテータスロット31aとそれに
関連する出力ポート32、34、36との間の連絡に対応する
ようにされる。

上に指摘したように、殆どの実用的システムでは、パイ
ロットバルブポートの寸法に関する制約と、コミュテー
タの作動セグメント31aに関する寸法の制約と、更にパ
イロットバルブにより発生した液圧信号が連続的でな
く、多重化されるという事実のために、コミュテータか
らの各チャネル用の流量は通常は関連するアクチュエー
タを駆動するのに十分でない。本発明に従えば、第２段
階バルブの形態の増幅装置が多重化された各チャネルに
配置され、かつ制御エレメントと対応し、それにより第
２段階バルブから単体の多重化されたパイロットバルブ
への複数の機械的フィードバックリンク結合の必要なし
にループを安定させる。描かれている実施例において
は、第２段階バルブ42、44、46として増幅手段が示され
ており、それぞれが連結管路33、35、37により、コミュ
テータ31から液圧信号を供給される。次に第２段階バル
ブは、出力ポート62、64、66を通り、管路63、65、67を
経て関連するアクチュエータへ流体を供給する。各アク
チュエータは、連結ロッド71、73、75を有する内部ピス
トンを有し、その位置はピストンシリンダ内の流体の量
により制御される。中間圧力源PCRがアクチュエータピ
ストンの上部側面に結合し、一種の液圧ばねとして作用
し、流体が低部室から抜き取られた場合にピストンを下
方へ強制し、あるいは追加の流体が低部室へポンプ送り
された場合はピストンを上昇させる。アクセスアクチュ
エータはこれに連結されたフィードバック手段82、84、
86を有し、電線81、83、85によりマイクロプロセッサ18
へ電気フィードバック信号を供給する。

事例の第２段階バルブの詳細な構造は以下に説明され
る。ここでは、事例としてバルブ42を参照すると、各バ
ルブは、スプール52の位置を制御するためにパイロット
バルブからの多重化された出力を積分する室50を含むと
いうことで十分である。第２段階バルブ内の反対側の室
54は液体溜め（PB）へと通気され、室50内の圧力に抗し
てばね偏倚され得る。第２段階バルブは２つの入力を有
し、第１入力56は高圧液体源（PC）に連結され、第２入
力58は液体溜め（PB）に連結されていることがわかる。
上述のように、各第２段階バルブの出力ポートは関連す
るアクチュエータの入力に連結されている。かくて、第
２段階バルブ42が第１図に描かれている位置にある場合
には、出力ポート62は閉じ、アクチュエータ72は事前に
設定された位置に残っている。

パイロットバルブが室50に追加の液体を供給すると、ス
プールは、第２段階バルブ44つまりチャネル14内のバル
ブのより描かれている、高い位置へと強制されて上昇す
る。上昇下スプールは制御された量でバルブを開き、高
圧源PCからポート64を経てアクチュエータ74へと液体が
流れることを可能とすることがわかる。第２段階バルブ
を通る流量は前記スプールの上昇する程度に依存し、上
昇すればするほどポートが開き、大量の液体がアクチュ
エータへ流れる。かくて、アクチュエータ74は第２段階
バルブからの液体の流れを統合して、アクチュエータエ
レメント73の位置を制御する。

同様に、パイロットバルブからの液圧制御信号が負ある
いは液体溜め信号である場合は、液体は室50から排水さ
れスプールは下方へ移動する。スプールが、バルブ46に
対し描かれた位置のような、バルブ42の閉じた位置より
も低い位置にある場合は、出力ポート66は液体溜めPBに
連結され、それにより液体はポート66の開き程度により
制御された量でアクチュエータ76から排出される。アク
チュエータへの流量の差は、バルブ44よりも大きい程度
開いたバルブ46を示すことにより、第１図に描かれてい
る。

この点で本発明の特徴は明白である。第１に、パイロッ
トバルブを通る比較的少ない量の液体が関連する第２段
階バルブにより統合され、第２段階バルブ出力ポートを
通り液体源PCあるいは液体溜めPBから直接流れる大量の
液体を制御する。第２に、特定の時点でパイロットバル
ブが第２段階バルブに対し作用するかどうかに関係な
く、流れが連続している。より詳細には、追加の液体が
室50へと送られ、あるいは室50から除去される場合にだ
け第２段階バルブは位置を変更するが、第２段階バルブ
はその最後の位置でロックされ、その結果、パイロット
ば第２段階バルブに作用しない場合でも、アクチュエー
タへの液体供給が継続する。かくて、各第２段階バルブ
は、パイロットが作用している間、パイロットからの流
れを積分する液体サンプル採取及び保持装置と考えら
れ、その他の時間は常にそれの最後の位置にロックされ
る。アクチュエータへの液体の流量の増加は、コミュテ
ータを通る比較的少ない流量に比較して、ここでは明白
でない。

本発明の重要な視点に従えば、各アクチュエータ72、7
4、76はその内部に関連するフィードバック装置82、8
4、86を備え、システムを制御する位置フィードバック
のみならず、制御ループを安定させるためのマイクロプ
ロセッサ18への割合フィードバックをも提供する。制御
ループは２つの直列の積分装置、つりコミュテータから
の流れを積分する第２段階バルブと、第２段階バルブか
らの流れを積分するアクチュエータを備え、基本的制御
理論が、２つの直列の積分装置を含む制御ループが潜在
的に不安定であることを教えている点が評価される。こ
れが、多重化されていない第２段階バルブが、パイロッ
トと第２段階との間の機械的結合の形態でのフィードバ
ックを使用していたことの理由である。しかし本発明に
従えば、これら装置は、複数のチャネルの間に１つのパ
イロットバルブを分配するために、機械的に結合されて
いない。従って本発明に従えば、各チャネルにおけるア
クチュエータからの位置割合フィードバック、つまり比
例的差異のフィードバックは、制御装置にフィードバッ
クされ、該フィードバックの割合はループを安定させる
ための重要なエレメントである。

トランスジューサ82、84、86は、アクチュエータ部材の
位置（あるいは位置の変化）により電気出力信号を発生
する単純なポテンショメータである。各フィードバック
装置からの信号ライン81、83、85はマイクロプロセッサ
18へ戻し結合されている。かくて、前記信号はマイクロ
プロセッサにアクチュエータの絶対的位置の情報を提供
し、ライン20、22、24上の要求入力信号と比較させ、そ
れによりマイクロプロセッサはアクチュエータの移動割
合の変化を要求するための、バス26上の適当な出力信号
を発生し得る。更に、ライン81、83、85上の信号はマイ
クロプロセッサ18により翻訳され、アクチュエータ部材
71、73、75の移動の割合を決定し、各ループの安定性を
確保するような方式で出力信号を修正する後述の方法と
同様に、割合情報はフィードバックシステム内で使用さ
れる。

上述のようなシステムの基本的理解のもとに、第１図の
全体的システムを形成する個別のエレメントに注意を向
ける。詳細には、第２図に戻ると、部分的に図式的形態
で本発明を実施する多重化されたパイロットバルブの実
施例が示されている。描かれている実施例においては、
パイロットバルブ及びコミュテータが一体化した組立体
となっており、そこではパイロットバルブがスプールの
位置を制御してポートを開閉し、回転式コミュテータが
回転して複数の出力に対しポートが順次に作用するよう
に制御される。

第２図に示されているように、パイロットバルブ組立体
28は、複数のポートをその内部に有するバルブ本体101
を担持する基材100上に建設される。バルブ本体101内部
に取り付けられているのは102で示されているバルブ挿
入部であり、これはパイロット制御部材並びに多重化組
立体の両方を含む。駆動装置（driver）ハウジング103
がバルブ本体101上に取り付けられ、リニアアクチュエ
ータ104を担持して、バルブ挿入部102内部のスプールバ
ルブの位置を制御する。

本発明を実行するについては、アクチュエータ104は、
比較的精密に制御可能な位置を有し、多重化された液体
システムに通常の頻繁な位置復帰に比例した高いサイク
ルライフを有する方式の、高速、低質量リニア装置を備
えている。ボイスコイル、つまり音響スピーカニ通常使
用される磁気駆動装置（励振機）の形態のリニアアクチ
ュエータ104を使用することが好ましい。ボイルコイル1
04は、通常の磁石及び、通常の使用ではコイルとスピー
カコーンを含む低質量の可動アクチュエータ106を含む
ステータ組立体105を有している。しかしながら、描か
れている実施例においては、フランジのついた円盤108
が可動部材に結合し、バルブ102のスプール110に取り付
けられた拡大ヘッド109を固定している。ステータ105は
駆動装置のハウジングに固定され、一方でスプールコン
ポネントを取り付けられた可動ボイスコイル部材は弾性
ばね111により支持されている。必要がある場合は、パ
イロットバルブのゼロ位置を調節する偏倚機構がばね支
持部111に取り付け可能である。ボイスコイルを付勢す
るための可動部材106の垂直位置決めが112で示されてい
るバルブボア内のスプールを上下させるのに作用する。
ポートの配列の詳細に戻る前に、最初に注意すべきは、
一対のワイヤ113がボイスコイルのコイルに信号を運
び、その結果スプールの位置を制御することである。こ
のようにしてワイヤ113は第１図の（TDM）バス26の一部
と考察され、その結果システム内の第２段階バルブのそ
れぞれに対する要求調節に関連する時間分割多重化の方
法で信号を順次に運ぶ。

バルブ自体を参照すると、スプール110が拡大円筒形部
分114を有し、ボア112に密着嵌合し、同様にボア112内
部に密着嵌合している第２拡大計測ランド116内に密着
嵌合する。これら拡大部分の間に室117が形成され、こ
れが直列のポート118によりバルブ挿入部内の円筒形の
室119から入力ライン121へと連絡している。描かれてい
る実施例においては、液圧の正圧源である（PC）が入力
ポートに連結されている。同様に、液体溜め（PB）、が
内部ボア112に連結され、管路120を経て、スプールの上
部端に連結されてそこにかかる圧力を均等化する。

パイロットバルブ機構自体に戻ると、回転可能なスリー
ブ124内に配置されたポート122を閉じる位置に描かれた
計測ランド116が見える。上述に関連する液圧システム
に関し、正の液圧が計測ランド116の上部側面上の室117
に維持され、液体溜めが計測ランドの低部側面に維持さ
れている。従って、（TDM）バス上の信号が、ボイスコ
イル104がスプールを描かれている位置から上昇させる
ように作用すると、液体溜めがポート122を経て出力管
路125に連結する。管路125は制御された液体をその関連
するチャネル内にある第２段階バルブへと供給する。描
かれた位置まで上昇した計測ランドにより、液体溜めは
出力管路125へ連結され、その液圧信号に従い第２段階
バルブを移動させる。第２段階バルブが移動する割合
は、ポート122が開く割合により決定され、次にポート1
22がスプールの上昇の割合を決定し、次にスプールが
（TDM）バス113上の電気信号の強さを決定する。

同様の方式で、適当な強さ及び極性の（TDM）バス上の
信号が受信されると、スプール116が駆動されて下方へ
移動し、その結果出力管路125が高圧室117に対し開く。
かくて液体はポート122を通り第２段階バルブへ流れ、
その流れに従いバルブを移動させ、前述の場合のよう
に、流量がポート122の開く程度に応じて決定される。
これはスプールの垂直位置を決定し、次にバス113上の
電気信号の強さを決定する。

本発明を実行するにおいては、ポート122は複数の液体
出力の間で分配され、その１つだけが第２図に描かれて
いる。描かれている実施例におけるポートの多重化はポ
ート122を担持するスリーブ124を回転させ、バルブ挿入
部102の周囲に円形の列に分配されている複数の出力ポ
ートの間でポート122を順次に分配することにより達成
される。詳細に第３図を参照すると、計測ランド116及
びポート122を通る部分的断面図が見られる。描かれて
いる実施例にはバルブ挿入部102が３つのポート125、12
5′、125″が見える。計測ランド116がボア112内部に嵌
合し、回転可能なスリーブ124を形成しているのが見え
る。ポート122はスリーブから除去されたおよそ90度の
セグメントとして示され、それによりスプールが第２図
に描かれた位置にある場合に、ポート122は閉じて、そ
れに対しスプールがそれの休止位置から垂直に移動する
と、ポート122は制御された量だけ開く。第３図に描か
れた位置においては、コミュテータがポート125に関連
するチャネルを作用させる。スリーブ124が時計方向に
回転し、そのためポート122も回転すると、次にポート1
25が閉じ、それから計測ランド116が次のチャネルに関
連する新しい位置に位置決めされ、ポート122が継続し
て回転して第２出力ポート125′をパイロットバルブに
より制御された割合で液圧源に連結する。同様に、回転
が継続するとポート125′が閉じ、スプールが新しいチ
ャネルに位置決めされ、次にポート125″を開く。この
順番が連続して、ポート122の位置の回転に時間的に同
期してボイスコイル104に信号を反復して供給し、各液
圧チャネルに対し液圧信号を制御しながら連続して発生
させかつ分配する。

第２図に戻ると、スリーブ124の回転は描かれている実
施例においては、スリーブ124に固定され、駆動モータ1
34の軸133上で類似のギア132に係合するギア130により
達成される。前記スリーブは適当なベアリング及び、本
発明を理解するためにその詳細を説明する必要のない封
止部により取り付けられているように示されている。モ
ータが始動すると、係合しているギアにより、制御され
た割合でスリーブ124が回転するように作用し、多重化
された液圧源からそれぞれのチャネルに対し複数の制御
された液圧信号が供給される。同様に、独立の駆動モー
タは必要がなく、ある種の応用例においてはコミュテー
タは、制御されたガスタービンエンジンのような制御さ
れた装置から取られた駆動力により回転可能である、と
いうことにも注意すべきである。

更に本発明を実行するについては、ポート122の回転位
置を検知するために手段38が提供され、制御プロセッサ
により使用される信号を発生し、電気アクチュエータへ
供給される（TDM）電気信号がコミュテータの回転位置
と同調することを確保する。描かれている実施例におい
ては、検知手段38は電気式位置センサ135を含み、これ
は磁気的あるいは光電的にギアあるいは車輪136に面し
ており、前記ギアは位置情報が書き込まれ、スリーブ12
4と回転するように固定されている。かくて、センサ135
は車輪136から実際の位置情報を読み取ることができ
る。電気信号がセンサ135により発生し、ケーブル39に
よりマイクロプロセッサ18（第１図）へ連結され、正確
なコミュテータの位置情報をマイクロプロセッサへ提供
し、これにより同調機能を果たす。

簡単に第１図に戻ると、説明されてきたのは、パイロッ
トバルブ28及びそれに関連する回転コミュテータ31、並
びに位置センサ38の関係、及びマイクロプロセッサ18を
通しての制御を含む、システムの共通エレメントの事例
的実施例であることがわかる。これらエレメントは各チ
ャネルに対し１つの独立の制御信号を発生し、これらは
各チャネル用の管路32、34、36によりこれらチャネル内
に配置された第２段階バルブへ運ばれる。

ここで第４図に注目すると、部分的かつ図式的形態で、
第１図のシステムに使用する第２段階バルブの事例が描
かれている。第２段階バルブの事例もスプール152がそ
の内部に乗り上げているバルブ本体150を有するスプー
ルバルブである。描かれているバルブは室154に供給さ
れる液体により制御されるピストン153を有する単作用
方式のものであり、戻しストロークはスプール152上の
ランドに作用する戻しばね155により制御される。

第２段階バルブが前記システム内に連結されると、それ
はポート160内の液圧入力信号を受信し、ここで評価さ
れるように、ポート160は例えば第３図にある出力管路1
25、125′の１つに連結される。正の液圧源（PC）が中
央ポート162に連結され、これに対して液体溜め（PB）
が上部ポート163及び低部ポート164に連結される。前記
液体溜めはポート163に連結され、ピストン153が下方へ
異動するにつれてピストン153の下にある室内の圧力を
解放する。液圧源（PC）はポート162を経由し、液体溜
め（PB）はポート164を経由してそれぞれスプール上の
計測ランド167により分離されている室166、168に連絡
している。液体溜めも更にポート169を経て戻し組立体
に連絡し、ピストン156が下方へ移動するにつれてその
内部の圧力を解放する。出力ポート170は関連するチャ
ネル内にあるアクチュエータに連絡している。

第２段階バルブが第４図に描かれている位置にある場
合、出力ポート170は正の液圧源（PC）と液体溜め（P
B）との両方に対し閉じている。アクチュエータに対し
液体の流れがない場合の休止位置及びアクチュエータが
その以前に確立された位置に残っている場合の休止位置
が考察可能であることが評価される。正の液圧信号が入
力ポート160にかかった場合、ピストン153及びそれに関
連するスプールは下方へ強制される。計測ランド167が
下方へ移動すると、室166内の液圧源（PC）が出力ポー
ト170に連結される。前記ポートを通る流量は前記スプ
ールの垂直位置により制御される。前記スプールが下方
へ強制されるほど、出力ポートは開き、アクチュエータ
への流量は大きくなる。同様に、負の液圧信号が液体を
室154から除去すると、スプールは上方へ移動する。ス
プールが第４図に示されている位置より上に上昇する
と、液体溜めが室168を通って出力ポート170に連結さ
れ、アクチュエータから液体を送り出し、それにより上
述と反対の方向へ戻る。再び、アクチュエータの移動量
はスプールの位置及び関連する出力ポートの開きの程度
により決定される。

本発明の重要な特徴に従えば、液圧入力として第２段階
バルブ、つまりポート160にかかる信号は液圧の多重化
のせいで不連続であるが、第２段階バルブは液圧サンプ
ルとして作用し、第２段階バルブが調節サイクルの間に
あるそれの以前の設定位置にロックされているという事
実のせいで連続である出力信号を発生する装置を保持す
る。

例えば、第１図のマイクロプロセッサ18が、前進方向に
比較的速い速度で特定のチャネルに関連するアクチュエ
ータを移動させたい場合を考察する。そのチャネルに関
連するポートにコミュテータが切り替わる直前に、パイ
ロットバルブスプールが位置決めされて比較的強い正の
液圧信号を関連する第２段階バルブにかける。その液圧
信号及びそのチャネルに対するそれぞれの、より長いタ
イムスロットの間に順次発生する液圧信号は室154内に
蓄積（積分）され、第２段階バルブのスプールを下方へ
移動させる。かくて、第１信号が第２段階バルブのスプ
ールを下方へ移動させ、これによりアクチュエータへ正
の流れが供給されて、アクチュエータピストンが前進す
る。アクチュエータのフィードバック装置が信号をマイ
クロプロセッサへ戻し連結し、それによりマイクロプロ
セッサがどの程度の速さでアクチュエータが移動するか
を決定できることを思い出すであろう。所望の条件で十
分迅速に移動しない場合は、問題となっているチャネル
に関連する次のサイクルで、更に正の信号が第２段階バ
ルブに送られ、スプールを更に速く下方へ駆動する。他
のチャネルが使用されている間はそのピストンはその位
置にロックされ、その時間中のアクチュエータへの流れ
は前のサイクルのそれを越えて増加する。更に追加の正
のパルスが第２段階バルブへ連結され、それによりマイ
クロプロセッサにより要求された割合に適合する、フィ
ードバックにより決定されたアクチュエータの移動があ
るまで常に流量が増加する。マイクロプロセッサがアク
チュエータの前進を減速させ、あるいはそれを停止ある
いは留保したい場合は、反対の極性の液圧信号がそのチ
ャネル用の第２段階バルブへ送られ、室154からの液体
を緩め、それによりスプールを上昇させてアクチュエー
タへの流量を減少、停止、あるいは留保する。

システムの各チャネルは直列の２つの積分装置からなる
こと、及び該システムは潜在的に不安定である、という
事実は認識済である。まずなによりも、時間多重化を基
礎とするパイロットバルブからの液圧信号は第２段階バ
ルブの作動室154内に蓄積されあるいは積分される。こ
れら液圧信号の蓄積により第２段階バルブのスプールの
ための位置が確立され、次にこれがアクチュエータの流
量を決定する。次にアクチュエータは第２段階バルブか
らの流量を蓄積しあるいは積分する。基本的な制御理論
は、この方式で２つの直列の積分装置を作動させること
は潜在的に不安定であることを示す。しかしながら、こ
の積分装置の１つ、つまり第２段階バルブを除去する
と、システムは反応時間を受け付けなくなる。本発明に
従えば、２つの直列に連結されたアキュムレータが使用
されるが、システムの安定性を確保するための多重化さ
れたコンポネントを含む、ループの周囲にフィードバッ
クが提供される。第１図に描かれて実施例においては、
位置変換器（トランスジューサ）が各チャネルにある各
アクチュエータに連結され、信号が各アクチュエータか
ら送信され、マイクロプロセッサへ戻し連結される。以
下に詳細が説明されているように、リード／ラグ制御装
置がマイクロプロセッサに連動している。該制御装置は
要求された位置が実際の位置と適合していることを確保
するために制御回路内で使用するための実際の位置情報
を提供するだけでなく、アクチュエータの移動の割合に
関連する割合フィードバックをも提供する。割合フィー
ドバックは制御ループ内で使用され、アクチュエータの
移動割合に関する信号を供給し、次にシステムを安定さ
せるために使用される。アクチュエータの移動割合が直
接第２段階バルブの位置に関連し（というのは第２段階
バルブがアクチュエータを規定するため）、そのため、
アクチュエータからの割合フィードバックが、システム
の制御の安定性のために使用される第２段階バルブの関
節的測定値を供給する。これは、システムの共通のエレ
メント、つまりパイロットバルブ及びコミュテータが時
間分配を基礎とする多重化制御ループのそれぞれのエレ
メントであるにもかかわらず達成される。アクチュエー
タからのこの間接の電気的フィードバックのおかげで、
第２段階バルブ及びパイロットバルブは１対１対応で連
係する必要はなく、同じ組立体に取り付けられる必要は
なく、過去において通常であったように、直接の機械的
フィードバックを必要としない。

第５図に戻ると、上述のそれに類似の３チャネルシステ
ム用の制御ループが示されているが、チャネルの１つの
構造が異っている。詳細には、チャネルの２つはサーボ
アクチュエータとそれに関連する位置及び割合フィード
バック手段を含むが、３つ目のチャネルは、アクチュエ
ータが単純なオン／オフ装置であり、フィードバックを
必要としないという点でいくらか異る制御方法を示して
いる。このシステムは１つあるいは数個のオン／オフ装
置が多重化された制御方式で制御される位置アクチュエ
ータと相互に混合され得る、ということを示している。

第５図を詳細に参照すると、ライン201−203に連結され
た３つの入力信号を有する入力バッファ回路200が示さ
れている。そのうちの２つは第１図に関して説明された
それに類似した入力信号であり、関連するアクチュエー
タのために要求される位置に関するレベル（通常は電流
レベル）を有する。ライン203上の３つ目の信号は単純
なオン／オフ信号で、関連するチャネル内のアクチュエ
ータがオン又はオフされることを要求するだけである。
これら信号はバッファ200を通り、関連するループ205、
206、207へ連結される。ループ205及び206は、バッファ
からの関連する入力信号をライン208、209上のフィード
バック信号とそれぞれ比較し、次のサイクルで関連する
第２段階バルブに送られるべき流れに比例する出力信号
を決定する、という点で類似している。上述にように、
フィードバック信号は位置信号と割合信号の両方である
ことが好ましく、以下に説明されるように、入力要求信
号と組合された場合に、関連するアクチュエータを制御
するために出力信号を発生する。

第３チャネルからのオン／オフ信号はオン／オフレベル
設定制御装置207へと連結され、この場合は関連するア
クチュエータからのフィードバックは必要ない。３つの
制御装置からの３つの信号は、各信号に対するタイムス
ロットを有する信号出力バス211を有する信号多重化装
置210への入力として連結される。従来の方式の信号多
重化装置はそれの入力ライン上の入力信号をサンプル採
取し、サンプルをTDMバス211上の出力用の関連するタイ
ムスロット内に配置する。これら信号は駆動装置回路21
3内で増幅され、TDMバス26上でパイロットバルブ／多重
化装置の組み合せのボイスコイル104と連結される。

第５図は、多重化装置31に関連する垂直に位置決め可能
なスプール114を含む多重化されたパイロットバルブを
図式的にのみ示している。３つの液圧出力がライン33、
35、及び37に供給され、それぞれが関連する第２段階バ
ルブ42、44、46へ連結されている。前の実施例におい
て、第２段階バルブ42及び44は制御ループに連結された
フィードバック手段82、84を有するサーボアクチュエー
タ72、74を駆動する。アクチュエータ76aは、第２段階
バルブ46の出力により駆動されるオン／オフアクチュエ
ータである。第５図に示されているように、一対のフィ
ードバックセンサを各サーボアクチュエータ用に設ける
ことができる。最初のものにはポテンショメータ214及
び215が含まれ、これがフィルタ及び利得回路216を通過
する信号を有し、ライン208及び209上のフィードバック
信号として使用される。加えて、フィードバックエレメ
ント82、84は、マスタ制御装置へのフィードバックとし
て戻し連結されるラインを有するLVDTセンサ217、218と
して描かれている第２センサを含むことができる。マス
タ制御装置は、フィードバック手段を通してサーボの位
置を検知し、ライン201及び202上の要求信号を修正し、
マスタ基板コンピュータにより演算されるアクチュエー
タの位置を決定する。

再び多重化装置31を参照すると、これは駆動装置回路22
0に反応するモータ219により駆動され、前記モータは前
記多重化装置に連結されて順次に液圧出力信号を出力チ
ャネル33、35、37にかける。位置検知装置38も回転する
組立体に関連し、多重化装置の回転位置を検知し、検知
制御回路221及び位置検知回路22を経て作用し、信号多
重化装置210を制御する信号を供給する。かくて、回転
多重化装置の実際の位置、及びそれによる出力チャネル
に関する出力ポートの実際の位置は、多重化装置210に
作用する信号入力として使用され、各電気信号が配置さ
れるタイムスロットを制御する。その結果、制御回路内
での遅れは補正され、それによりボイスコイル104は、
パイロットバルブを特定のチャネルに連結するポートを
多重化装置が開く直前に、前記特定のチャネルに関連す
る位置にスプール114を駆動する。

システムのタイミングは第６図を参照するとよくわか
る。そこには、多重化装置の１サイクルに対する時間関
数としての、多重化装置のポートの連結と、ボイスコイ
ルの位置とのプロットが示されている。第６図は、多重
化装置が回転式であり、およそ毎秒20回転しているとし
ている。３チャネルシステムでは、各タイムスロットは
およそ17ミリ秒であろう。第６図のスケールにおいて
は、例えばt₀からt₁までは17ミリ秒、t₂からt₃までは又
17ミリ秒である。各タイムスロットは２つの部分に分解
される。第１はポートが開き始める前の休止時間、次は
ポートが開きそして閉じるサイクルの時間である。フイ
ルタ６図の休止時間は例えばt₀からｔ′_０の間の時間で
あり。ポートが開きそして閉じるサイクルは例えばｔ′
_０からt₁の間である。第１ポートを例に取ると、休止時
間の経過の後、時間ｔ′_０において、ポートは開き始
め、完全に開いた位置に到達し、次に閉じ始め、そして
t₁の時間にポートが完全に閉じる。ポートは次のサイク
ルでそれのタイムスロットが再び生ずるまで閉じたまま
である。多重化装置が回転を継続するにつれて、休止時
間がt₁とt′₂の間に生じ、次にポート２が開きそして閉
じるサイクルを通過する。次に、ポート２が閉じた後、
そしてt₂からt₂′までの休止時間の経過後、ポート３が
開きそして閉じるサイクルを通過し、これに続いて全体
のサイクルが反復される。

第６図の最も下のプロットはボイスコイルの作動が多重
化装置の回転と同調する方式を描いている。第６図はボ
イスコイルの３つの位置を描いている。第１は第１タイ
ムスロットの最少の強さの位置230、第２は第２タイム
スロットの大きい強さの位置231、そして第３は第３タ
イムスロットの中間の強さの位置232である。レベルは
任意であるが、ボイスコイルを制御するため、かくてパ
イロットバルブの開きを制御するために使用されるTDM
バス上の入力信号の強さに依存するということがわか
る。

t₁からt₁′までの休止時間において、ポート１は完全に
閉じており、ポート２が開き始める前に、ボイスコイル
が第１チャネルに関連する位置から第２チャネルに関連
する位置へと駆動される。描かれているシステムにおい
ては、およそ４ミリ秒の休止時間がボイスコイルの位置
を変更するために許されており、これは該装置の性能の
範囲内で十分可能である。そしてその時間の長さでも、
休止時間の間のボイスコイルの復帰が可能であり、タイ
ムスロットの大部分（つまり17ミリ秒の可能な時間のう
ちの13ミリ秒）が液体の流れをタイムスロット装置を通
って選択されたチャネル内の第２段階バルブへ向けるこ
とに使用可能である。

第６図を参照すると、ポート２はおよそ４ミリ秒の休止
時間の後、そしてボイスコイルがそれの位置を時２チャ
ネルが関連するレベル231に確定した後に開く。かく
て、パイロットバルブを通過する液体の流れはレベル23
1により決定されるレベルに関連し、ポートは、第２ポ
ートが閉じる時点である時間t₂まで、第２段階バルブへ
の前記流量で前記液体を流すために開くことがわかる。
その時点で、ボイスコイルはレベル232へ復帰し、およ
そ4mm秒の休止時間の経過の後、第３ポートが開いてレ
ベル232により決定される割合の流量を流すように開
く。

かくて、描かれているパイロットバルブと多重化装置の
組み合せは、比較的迅速な多重化の割合で各チャネルの
要求に適合する十分な制御流体の量を流すために、チャ
ネルからチャネルへの迅速な復帰を可能とする。更にそ
の上、各チャネルは、多重化装置を通って連結された一
連の制御液体パルスを統合する第２段階バルブを含むた
め、第２段階バルブを通ってアクチュエータへ流れる流
れは制御されないだけでなく、かなりの流量となる。

実際に、多重化することによりパイロットの各チャネル
に対する流れが、システム内の多数のチャネルに関連す
る要素により減少するように流れ、第７図にあるよう
に、アクチュエータへの流れ及び結果として生ずるアク
チュエータの位置の速度は実質的に犠牲にならない。第
７図は４チャネルシステム用の一連のタイムスロットを
示している。各タイムスロットt₀‐t₁、t₁‐t₂等は４チ
ャネルのそれぞれが使用される完全なサイクルを描いて
いる。MI-MIVと表示されている最初の４プロットは、４
チャネルのそれぞれに対するパイロットバルブに関連す
ることが望まれている信号を描いている。例えば、チャ
ネルＩに対しては、正の強さの制御信号を伝達すること
が望まれ、これに対してチャネルIIはおよそ同じ強さで
あるが反対の方向の信号を望む。Ｍの表示のプロットは
各サイクルにおいて順次に多重化された時間を描き、例
えば、t₀‐t₁は４つのタイムスロットに分割され、各チ
ャネル用の信号はそのチャネルに関連するスプールに挿
入される。かくて、t₀で始まり、t₁で終わる、サイクル
の最初の４分の１はチャネルM_Iに対する信号レベルに関
連し、第２タイムスロットはチャネルM_IIに関連する。

Y_Iと表示されたプロットはチャネルＩに対する第２段階
バルブを描いており、類似のプロットがその他のチャネ
ルのそれぞれに形成され得ることがわかる。t₀における
開始において、第２段階バルブがそれのその時の休止位
置からチャネルＩに対する入力信号MIの強さに関連する
新しい位置へ前進する。チャネルＩに関連するタイムス
ロットの終了において、バルブは次のサイクルにおいて
タイムスロットが再び現れるまでその位置にロックされ
る。時間t₁において、第２サイクルの第１タイムスロッ
トの間に類似量だけバルブが前進するように、類似の信
号がかかり、次にそのサイクルの残りに対し位置がロッ
クされる。時間t₂において類似の調節が生じ、更に第２
段階バルブの開く位置へ前進する。時間t₃、t₄におい
て、チャネルＩに対する信号はゼロであり、かくてバル
ブは、時間t₃の位置にロックされたまま残る。

第７図の最終プロットは、第２段階バルブに応用される
比較的小さい修正により達成されるアクチュエータの実
質的移動を描いている。時間t₀においては、アクチュエ
ータは所定の位置にあり、最初の修正を時間t₀′におい
て第２段階にバルブに実行することにより、第１サイク
ルの第１タイムスロットの間に第２段階バルブへ通過す
る制御流体の量により決定される割合で移動を開始す
る。前記アクチュエータの移動は、第２段階バルブが所
定の位置にロックされているため、第１タイムスロット
の間に決定された割合で前記サイクルを通して継続す
る。時間t₁′においては、第２の正の増分の修正が第２
段階バルブに与えられ、これにより、アクチュエータが
同じ方向に移動するだけでなく、より高い割合で移動を
継続するのを示しつつ、位置プロットZIの傾斜が増加す
る。時間t₂においては、更に正の増分の前進が第２段階
バルブに対し実行され、再びアクチュエータの移動割合
が増加する。時間t₃及び時間t₄における場合を思い出す
と、第２段階バルブに対して行なわれる増分の修正はな
く、アクチュエータは時間t₂で決定された割合で移動を
継続し、アクチュエータの移動の割合を増加しあるいは
増減するように第２段階バルブに対して実行される追加
の信号が生ずるまではその移動が継続することがわか
る。そのため、様々なチャネルに対する多重化された信
号が多重化により制約されることはあっても、アクチュ
エータの制御可能な流量によれば、高効率の作動の要求
に対し、該制御システムが実質的に実用的なものである
ことがわかる。

第８図は制御ループの追加の視点を描いている。第５図
は、複数のチャネル及び制御ループの多重化の視点に焦
点を合わせるのに対し、第８図は伝達機能に焦点を合わ
せ、フィードバックの位置及び割合の性質をより良く描
かれている。指摘されるように、第８図のエレメントの
あるものは実際に１つごとに１チャネルに分配されてい
るのに対し、制御ループにある他のエレメントは多重化
されたエレメントに分配されている。命令入力信号V
_commandが加算増幅器250に対しかかり、前記加算増幅器
もライン251上にこれにかかるアクチュエータ位置フィ
ードバック信号V_FBを有する。増幅器250内での信号の加
算によりエラー信号V_eが出力ライン252に生じる。前記
エラー信号は、他の信号と同様に必要がある場合はリミ
ッタを通過可能であるが、次にリード／ラグ制御装置25
3にかかる。前記リード／ラグ制御装置は使用されてい
る実際のシステムの伝達機能特性を含む。しかしなが
ら、すべての場合において、アクチュエータの変化の割
合に依存して位置フィードバックだけでなく、割合フィ
ードバックを与えることを意味するのは、リード／ラグ
制御装置であろう。エラー信号を微分して次にループを
安定化させるために使用されるこの割合情報を発生する
のは、ネットワークのリード部分（lead portion）であ
る。他の例としては、独立のセンサがアクチュエータに
連結可能であり、変更の割合の情報は実際の位置情報か
ら独立に測定される。しかしながら、ここではリード／
ラグ制御装置による方法がここでは好ましい。

チャネルごとに１つのフィードバック信号があるよう
に、各チャネルに１つの加算増幅器250及び１つのリー
ド／ラグ制御装置253がある。リード／ラグ制御装置は
各チャネルに対し１つ使用されているアナログ回路に使
用可能であり、あるいは各チャネルに対し独立に蓄積さ
れた情報を有するマイクロプロセッサに使用される。い
ずれの場合も、第８図に描かれているように制御ループ
を描く場合には、チャネルごとに１つのリード／ラグ制
御装置があることが重要である。なぜなら、前記制御装
置は歴史的情報の経路を保持し、前記歴史的情報を割合
フィードバックを決定する時に使用するからである。各
リード／ラグ制御装置の出力は制御電圧VC₁、VC₂等であ
り、これらは関連するタイムスロット内にある制御信号
を有する単時間分割多重化バス26（single time divisi
on multiplexed bus）へ多重化される。TDM上の信号は
次に段階254にかかり、前記該段階は電気的出力段階の
性質を有し、入力電圧の強さと極性とに依存して出力電
流を発生する。次に出力電流はパイロットバルブを駆動
するために使用される。アクチュエータに連結された前
記電流は、伝達関数255により描かれているように、リ
ニアアクチュエータに所定の力を発生させる。この力が
スプールバルブ及び、パイロットバルブを位置決めする
ために関連するエレメントに作用する。伝達関数256は
パイロット段階のための、ばね質量システム伝達関数を
示す。前記物理的エレメントにかかっている力Ｆはスプ
ールバルブのために所定の位置X_pを生ずる。伝達関数25
7は多重化ポートの幅を示し、垂直位置X_pは、ポートの
幅W_pにより多重化された場合は、ポート領域を生じ、こ
れが、問題となっているチャネルのためのタイムスロッ
トに指定されたサイクルの部分に対し開かれる。

多重化ポートは瞬間的には開閉せず、伝達関数258は各
ポートに対する開閉サイクルを表示することが思い出さ
れる。伝達関数259はサイクル伝達関数258及び実際のポ
ート開放A_Pを計算に入れ、サイクルA_e1A_e2等ごとのポー
トの実効計測領域を表示する。実効計測領域は、実効計
測領域に対し出力流れを関係させる伝達関数260のせい
で、チャネルQ₁Q₂他ごとの所定の液体の流れを発生させ
る。

伝達関数261、262は第２段階バルブにより達成された増
幅を表示する。伝達関数においてはオペレータ1/sはパ
イロットの流れQ₁の積分を意味し、要素a₂は第２段階バ
ルブのピストン領域を意味する。第２段階バルブへの流
れQ₁伝達関数261により第２段階バルブ位置Y₁へ伝達さ
れる。伝達関数262は第２段階バルブにより達成された
利得を示し、該利得k₄により増幅された場合のバルブの
位置は関連するアクチュエータに対する出力流量Q₂を発
生する。流れQ₂が統合されるという事実は、1/sオペレ
ータ263により示され、統合がアクチュエータ内で完成
するという事実は、アクチュエータのピストンの領域を
表示する1/a_s伝達関数により示される。これらの操作の
結果はアクチュエータのための位置Ｚである。図面に描
かれているＺ出力は、該Ｚがシステムにより発生した実
際の出力作業であることを示している。アクチュエータ
に取り付けられたフィードバックエレメントは伝達関数
166により示され、アクチュエータの位置に関する電圧
信号V_FB1（チャネルごとに１つ）を発生する。上述のフ
ィードバック信号はフィルタを通り増幅され、該フィル
タリング及び増幅は伝達関数267により示され、アクチ
ュエータの位置に関するフィードバック信号V_FBを発生
する。加算増幅器250において命令信号と組合されて制
御装置を駆動するエラー信号を発生するのは、信号であ
ることが思い出される。

前述の実施例に描かれている機械的エレメントは、該詳
細が描かれた場合は、単作動液圧エレメントである。二
重作動第２段階バルブ及び二重作動アクチュエータを含
む二重作動エレメントを使用することはもちろん可能で
あり、好ましいことが多い。前述の実施例に描かれてい
る制御エレメントは単作動システム及び二重作動システ
ムの両方に使用可能である。

図解のため、二重作動機械的エレメントがそのようなシ
ステムとして構成されている方式においては、第９図が
二重作動第２段階バルブ301を駆動し、次に二重作動サ
ーボアクチュエータ302を駆動する電気的に作動する多
重化パイロットバルブ300を描いている。従来の実施例
にあるように、パイロットバルブ300は直線的に位置決
め可能なスプール304を有し、これの位置がボイスコイ
ル305により制御される。一対のワイヤリード306が多重
化された信号をボイスコイルへと通過させる。

単体の計測ランドのみを有する単作動パイロットバルブ
と対象的にパイロットバルブ300は一対の計測ランド31
0、311を有しこれがボア312内部で密接嵌合しているが
往復運動するように取り付けられている。ランド310、3
11の間にあるスプールのセクションはボア312内部に室3
14を形成する。ポート315は高圧液体源（PC）に対する
連結点として作用する。液体溜めは計測ランド310の上
部にある上部室316と計測ランド311の下部にある低部室
318とに連結されている。バルブは又、回転可能なスリ
ーブ322のセグメントの上のみに形成された一対の回転
するコミュテータポート320、321を有している。スリー
ブ322は第２図にある実施例と同様にモータ324により回
転し、第２図と同様に、ポート320、321の角度位置を検
知するための位置センサ（示されていない）を有してい
る。コミュテータポート320、321はそれぞれ出力管路32
6、327へ連結している。管路326、327は一対のシリン
ダ、二重作動第２段階バルブの上部シリンダ330と低部
シリンダ331とを供給する。かくて、パイロットバルブ3
00のボイスコイル305が付勢されてスプール304を上昇さ
せると、計測ランド310、311が上昇し、ポート320を高
圧液体源（PC）へ、そしてポート321を液体溜め（PB）
へと開く。この状態で、第２段階バルブ301はそれのス
プールを下方へ駆動する。液体源（PC）は第２段階バル
ブの入力ポート332に連結され、一方で液体溜め（PB）
は一対の入力ポート333、334へ連結されるため、第２段
階バルブのスプール335が下方へ駆動されると、高圧液
体が上部出力管路340へと通過し、液体溜めが低部出力
管路341へ連結される。この状態でサーボアクチュエー
タ302内のピストン342は下方へ駆動されてピストンロッ
ド343を引き込ませる。実際の移動の位置及び割合を検
知するためにピストンに連結されているポテンショメー
タのような電気的フィードバック装置も示されている。

サーボアクチュエータは同様の方式で前進する。信号は
バス306を経て、スプールを下方へ駆動するポイスコイ
ル305へ送信される。その結果、入力ポート315の高圧源
はポート321を通り出力管路327へ連結され、これに対し
て液体溜め（PB）はポート320を通り出力管路326へ連結
される。その結果、第２段階バルブのスプール335は下
方へ駆動され、これによりポート332の高圧源が低部管
路341へ連結され、ポート333にかかる液体溜めは出力ポ
ート340に連結される。その結果、サーボアクチュエー
タのピストン342上方へ駆動され、ピストンロッド343を
前進させ、この前進が電気的フィードバック装置344に
より検知される。

前述の説明により以下のことが明白である。実際のシス
テムに使用された場合に、そこには複数のチャネルがあ
り、各チャネルは第２段階バルブ301、及びサーボアク
チュエータ302を含み、これらすべてが、パイロットバ
ルブ／コミュテータ300により発生する液圧信号により
駆動される。しかし液圧動力により一方方向に移動し、
ばねあるいはその他の類似の手段により戻る、従来のシ
ステムと対象的に、本発明においては、第２段階バルブ
301とサーボアクチュエータ302の両方とも両方向液圧駆
動である。もちろん、二重作動サーボを有する単作動第
２段階バルブを使用することも、その逆も可能である。

多数のチャネルを有するシステムのように、もっと複雑
なシステムにおいては、寸法が拡大し、そのためボイス
コイルにより頻繁に所望の作動状態で便利に駆動するに
は大きすぎるスプールの質量となる可能性がある。その
ような場合は、本発明を実効するために、電気多重化装
置と、第２段階バルブに分配するための液圧信号を発生
するパイロットバルブのスプールとの間に、パイロット
バルブを有する液圧増幅手段を備えることが好ましい。
そのような液圧増幅手段の例は第10図に描かれている。

より詳細には、第10図は概略的に高圧入力ポート121を
有するパイロットバルブ、液体溜めポート126、スプー
ル110、回転スリーブ124、計測ランド116、及び多重化
出力ポート122を示し、これらは一般的に第２図に関連
して描かれている。しかしながら、第２図に描かれてい
るようにボイスコイルから直接スプール110を駆動する
よりも、第10図の使用方法では、パイロットバルブ28と
電気アクチュエータ181との間に液圧増幅手段180が介在
するようにされている。第10図にある実施例において
は、液圧増幅手段はジェットパイプ構成183を駆動する
トルクモータ182として描かれている。電気的入力ライ
ン184はTDM電気信号をトルクモータ182へと伝達する。
次にトルクモータは機械的にジェットパイプ組立体183
に連結される。ジェットパイプ組立体183は一対の圧力
検知オリフィス187、188の中間に配置されたパイプ185
の端にオリフィス186を有している。ジェットパイプ185
は高圧液体源（PC）に連結された液体入力190を有して
いる。かくて、液体は連続して入力190内にポンプ送り
され、ノズル186を通過する。トルクモータに信号がか
からなくとも、ジェットパイプ185はノズル186と共にオ
リフィス187、188の間の中途に配置される。かくて、入
力190を通って連結された液体は均等にオリフィス187、
188の間に分割され、増幅スプールバルブ194の上部室19
2と低部室193とに均等な圧力を発生させる。その結果、
スプールバルブはそれの中間位置におさまる。電気信号
が入力ライン184を経てトルクモータに連結されると、
ジェットパイプ185が上方あるいは下方に変位し、オリ
フィス187、188の間で異る液体の流れの分割が生ずる。
かくて、ジェットパイプが下方へ変位すると、低部オリ
フィス188内の圧力が上部オリフィス187内の圧力に比較
して増加し、スプール194を上方へ駆動する。同様に、
ジェットパイプが上方へ変位すると、前記２つのオリフ
ィスの間の圧力分割の差異によりスプール194が下方へ
駆動される。フィードバックばね189がスプール194をジ
ェットパイプ185へ連結し、それによりスプール194の移
動はジェットパイプの位置に影響する。同様に、機械的
連結197がスプール194をパイロットバルブスプール110
へと連結し、それによりパイロットバルブスプール110
はトルクモータ182にかかる信号に反応して位置決めさ
れることがわかる。ジェットパイプ185内の比較的小さ
い変位により比較的大きい移動がスプール194に生ずる
ため、かつスプール194の移動がパイロットバルブスプ
ール110に連結されているため、同じ寸法のトルクモー
タあるいはボイスコイルにより、所定の強さの電気信号
がより大きな変位をパイロットバルブスプール110内に
生じて、所望の増幅高価を達成する。

ある取付け方法においては、第２段階バルブをパイロッ
トバルブから離して、関連するアクチュエータの近くの
位置に配置することが便利である。このような取り付け
方法においては、第２段階バルブ及び出力を含む大流量
配管がすべて前記アクチュエータの近くに配置可能とな
る。しかしながら多くの取付け方法において、重量と寸
法とを縮小することが望まれるところでは、第２段階バ
ルブをパイロットバルブの非常に近いところに取り付け
ることが望まれる。

ここで容易にかわるその他の要素は、本発明により達成
された寸法と重量の縮小であり、特に航空機に応用する
場合の使用についてそうである。例えば、従来技術によ
り製造された６チャネルシステムは６パイロットバル
ブ、そしておそらく６第２段階バルブ及び６アクチュエ
ータを必要とする。これと比較すると、本発明の方法で
は、比較的小さい第２段階バルブとこれに直接関連する
パイロットバルブを有する１つのパイロットバルブのみ
が使用され、これが同じマニフォルド内にあることが好
ましい。

簡略化のために、前述の説明は大部分は小さいシステ
ム、つまり３チャネルシステムに焦点を合わせてある。
しかしながら、駆動可能なチャネルの数はすべての場合
にこれに限定されるわけではない。所定のシステム内で
単パイロットバルブにより駆動可能なチャネルの数を考
察するについて重要なことは、システムにより要求され
る反応の回数（頻度）である。システムの反応頻度要求
に関するナイキスト（Nyquist）の基準の応用により、
最も迅速に信号を変化させる波形を所望の公差内で発生
させるために、チャネルごとの１秒ごとのサンプルの数
がどれだけ要求されるかが決定される。換言すれば、チ
ャネルの数は基本的に所望の制御反応の方式により制約
され、基本となる原理が同じであっても、ここに描かれ
ているシステムよりもずっと大きくすることができる。

提供されているものは、連続する液圧信号を発生するた
めに、電気−液圧アクチュエータが電気信号のTDMシー
ケンスにより駆動される、液圧制御の新しい手段である
ことは明白である。これら液圧信号はチャネル内の液流
を制御するために複数のチャネルに配分される。各チャ
ネル内の適当な液体流量を達成するために、各チャネル
は第２段階バルブを含み、これがそのチャネルに受信さ
れた液圧信号を積分し、関連するアクチュエータへの積
分された液圧信号の関数である流れを独立に発生させ
る。第２段階バルブからの流れを積分するアクチュエー
タは、それと関連するフィードバックエレメントを有
し、アクチュエータからとられた割合フィードバックは
ループを安定させるために全体的な制御システムで使用
される。ループの安定性に加えて、マイクロプロセッサ
が、液圧信号を分配する機械的コミュテータと同調する
多重化された液体バルブへと通過する電気信号を保持
し、それにより非常にコンパクトであるが非常に効率的
な多重チャネル液圧制御システムを提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施した３アクチュエータの多重化
システムを示す図式図、 第２図は、第１図のシステムの多重化パイロットバルブ
の詳細な図、 第３図は、回転コミュテータ及び関連の多重パイロット
バルブの排出口配列（porting）を示す、第２図の３−
３の線に沿った断面図、 第４図は、第１図のシステムの第２段階バルブの構造の
詳細を描いた図、 第５図は、制御回路の事例に関する液圧多重化システム
の事例を示すブロックダイヤグラム、 第６図は、３アクチュエータ液圧多重化システム用のタ
イミングダイヤグラムの事例、 第７図は、３チャネルシステムにおける第２段階バルブ
への液圧信号を描いたタイミングダイヤグラム、及び１
チャネルの場合における、第２段階バルブの反応及び関
連するアクチュエータの反応を描いたタイミングダイヤ
グラム。 第８図は、多重化された液圧システム用の制御ループの
事例を描いたブロックダイヤグラム、 第９図は、パイロットバルブ、第２段階バルブ及びアク
チュエータの間の関係を示す、二重作用液圧多重化シス
テムの図式図、 第10図は、多重化された電気信号により達成されるスプ
ールバルブ上の力を増幅するための、入力側にある液圧
増幅手段を有するパイロットバルブのダイヤグラム図。 10……液圧制御システム、12、14、16……チャネル、 18……マイクロプロセッサ、 20、22、24……ライン、 26……TDMバス、28……液圧制御、 30……管路、31……回転コミュテータ、 31a……スロット、32、34、36……出力、 33、35、37……連結管路、39……ライン、 42、44、46……第２段階バルブ、 50……室、52……スプール、 54……室、 62、64、66……取り出しポート、 63、65、67……管路、 72、74、76……アクチュエータ、 71、73、75……ロッド、 82、84、86……フィードバック手段、 81、83、85……電気連結、100……基本部材、 101……バルブ本体、102……バルブ挿入部、 103……駆動装置ハウジング、 104……リニアアクチュエータ（ボイスコイル）、 105……ステータ組立体、 106……低質量可動アクチュエータ、 108……フランジ付きディスク、 109……拡大ヘッド、110……スプール、 102……バルブ、111……弾性ばね、 112……バルブボア、113……ワイヤ、 114……拡大円筒形部分、116……計測ランド、 117……室、118……ポート、 119……円筒形室、120……管路、 121……取り入れライン、122……ポート、 124……回転可能なスリーブ、 125……取り出し管路、130、132……ギア、 133……軸、134……駆動モータ、 135……位置センサ、136……ギア、 150……バルブ本体、152……スプール、 153……ピストン、154……室、 155……戻しばね、156……ピストン、 160……ポート、162……中央ポート、 163……上部ポート、164……低部ポート、 166、168……室、167……計測ランド、 168……室、169……ポート、 170……取り出しポート、 200……入力バッファ回路、 201−203……ライン、 205、206、207……制御ループ、 208、209……ライン、210……信号多重化装置、 211……TDMバス、213……駆動装置回路、 214、215……ポテンショメータ、 216……利得回路、 217、218……LVDTセンサ、 219……モータ、220……駆動装置回路、 221……検知制御回路、222……位置検知回路、 230……最低の強さの位置、 231……２番目の大きい強さの位置、 232……中間の強さの位置、 250……加算増幅装置、251……ライン、 252……出力ライン、 253……リード／ラグ制御装置、 255−262……伝達関数、263……o/sオペレータ、 266、267……伝達関数、 300……パイロットバルブ、 301……二重作動式第２段階バルブ、 302……二重作動式サーボアクチュエータ、 304……直線的に位置決め可能なスプール、 305……ボイスコイル、306……ワイヤリード、 310、311……計測ランド、 312……ボア、314……室、 315……ポート、316……上部室、 318……低部室、 320、321……回転コミュテータポート、 322……回転可能なスリーブ、 324……モータ、 326、327……取り出し管路、 330……上部シリンダ、331……低部シリンダ、 332−334……取り入れポート、 335……スプール、340……上部取り出し管路、 341……低部取り出し管路、 342……ピストン、343……ピストンロッド、 344……電気式フィードバック装置。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対応する複数の電気制御信号に従い各チャ
   ネル内にある複数のアクチュエータの位置を個別に制御
   するための複数のチャネルを有する時間多重化液体動力
   制御システムであって、前記制御システムが、 前記電気信号の強さに関連する強さを有する複数の液体
   動力信号を発生するために、複数の電気制御信号に対し
   反応するパイロット手段と、 関連するチャネルに液体動力信号を分配する多重化手段
   と、 関連するチャネルに対し多重化手段からの液体の流れの
   時間積分により、所定の液体の流量の出力を発生する、
   関連する液体動力信号に反応するチャネル内の積分手段
   と、そして 各チャネルに対して関連する電気的信号に従い、各アク
   チュエータの位置を制御するため、前記チャネルの内部
   にある積分手段の出力を受信するために連結されている
   各チャネル内のアクチュエータとの組み合せを備えてな
   ることを特徴とする制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の組み合せにおいて、前記
   アクチュエータの移動の割合に関する信号を発生し、そ
   れに従い電気制御信号を修正するフィードバック手段を
   更に備えてなることを特徴とする制御装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の組み合せにおいて、時間
   多重化液体動力制御システムが液圧制御システムであっ
   て、パイロット手段、多重化手段、積分手段、及びアク
   チュエータが液圧装置であることを特徴とする制御装
   置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の組み合せにおいて、前記
   液体パイロット手段が、前記パイロット出力信号の流量
   を決定するための制御可能かつ位置決め可能なスプール
   を含み、そして 前記スプールに連結され、複数の電気信号を受信し、そ
   れにより前記スプールの位置を制御するボイスコイルを
   含むことを特徴とする制御装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の組み合せにおいて、前記
   パイロット手段が、前記電気信号に反応して前記スプー
   ルにかかる力を増幅するため、前記ボイスコイルと前記
   スプールとの間に配置される、複数の電気信号に反応す
   る液圧増幅手段を含むことを特徴とする装置。
6. 【請求項６】請求項３に記載の組み合せにおいて、各ア
   クチュエータに付随する位置検知手段と、各アクチュエ
   ータのために設定点を決定する制御手段とを更に備え、
   前記制御手段は、前記設定点と実際のアクチュエータの
   位置との間の差異に関するエラー信号を発生するための
   位置検知手段に反応し、前記エラー信号に従い各チャネ
   ルに対する電気制御信号を変更する手段を備えてなるこ
   とを特徴とする制御装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載の組み合せにおいて、前記
   制御手段が、アクチュエータの位置変更割合に従い各チ
   ャネルのための電気制御信号を変更するための手段を含
   むことを特徴とする制御手段。
8. 【請求項８】請求項３に記載の組み合せにおいて、時間
   多重化液圧制御システムが時間分割多重化システムであ
   り、そして 前記多重化手段が関連するチャネルに対し液圧信号を順
   次に分配する手段を備えていることを特徴とする制御装
   置。
9. 【請求項９】対応する複数の電気制御信号に従い、それ
   ぞれのチャネル内で複数のアクチュエータの位置を個別
   に制御するようにされた複数のチャネルを有する時間分
   割多重化液体動力制御システムにおいて、 電気入力と複数の液体動力出力とを有する多重化パイロ
   ットバルブと、 順次に多重化された電気信号をパイロットバルブの電気
   入力に送信し、それにより各液体動力出力の強さを決定
   する、複数の電気制御信号に反応する制御手段と、 対応する液体動力出力を受信するために連結された複数
   の第２段階バルブであって、受信された液体動力制御信
   号に従い、出力液体流量を発生するため液体動力制御信
   号としての関連する液体動力出力を受信するためのサン
   プル採取及び保持装置として連結され、多重化パイロッ
   トバルブに対し機械的フィードバック連結を有しない第
   ２段階バルブと、 前記第２段階バルブに連結され、前記第２段階バルブか
   らの出力液体流により制御される位置を有するアクチュ
   エータと、 それぞれのアクチュエータの位置に関するフィードバッ
   ク信号を発生するためのアクチュエータに連結された位
   置検知手段と、を備え、 前記制御手段は、パイロットバルブに使用する前にそれ
   ぞれのチャネルに対する多重化された電気信号を修正す
   るための、各チャネル内にあるアクチュエータの位置に
   関するフィードバック信号に反応するフィードバック手
   段と、 多重化された電気信号を前記多重化パイロットバルブへ
   の位置と同調させる手段を更に含むことを特徴とする時
   間分割多重化液体動力制御装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の液体動力制御システム
    において、多重化パイロットバルブの角度位置を検知
    し、前記角度位置に関する信号を発生する手段と、多重
    化された電気信号を多重化パイロットバルブの位置と同
    調させる制御手段に前記信号をフィードバックする手段
    とを備えてなることを特徴とする制御装置。
11. 【請求項１１】請求項９に記載の液体動力制御システム
    において、前記フィードバック手段が前記制御ループを
    安定させるために前記位置検知手段からの割合フィード
    バックを含むことを特徴とする制御装置。
12. 【請求項１２】請求項11に記載の液体動力制御システム
    において、前記制御手段が、前記位置検知手段からの割
    合フィードバックを供給するためのリード／ラグ制御装
    置を含むことを特徴とする制御装置。
13. 【請求項１３】請求項11に記載の液体動力制御システム
    において、所望のアクチュエータ位置を要求するための
    複数の入力要求信号を更に含み、前記フィードバック手
    段が更に実際のアクチュエータの位置を要求されたアク
    チュエータの位置に適合させるための前記位置検知手段
    からの位置フィードバックを含むことを特徴とする制御
    装置。
14. 【請求項１４】請求項11に記載の液体動力制御システム
    において、前記多重化パイロットバルブが制御可能に位
    置決め可能なスプールを有するスプールバルブであり、
    前記スプールを位置決めするために前記電気制御信号に
    反応するための前記スプールに連結されたボイスコイル
    手段を含み、それによりそれぞれの液圧出力の強さを決
    定することを特徴とする制御装置。
15. 【請求項１５】請求項14に記載の液体動力制御システム
    において、多重化パイロットバルブが、前記電気制御信
    号に反応して前記スプールバルブにかかる力を増幅する
    ために前記ボイスコイルと前記スプールバルブとの間に
    配置された液圧増幅手段を更に含むことを特徴とする制
    御装置。
16. 【請求項１６】請求項14に記載の液体動力制御システム
    において、多重化パイロットバルブが、中央ボアを有す
    る回転可能なスリーブと、前記ボア内部に配置された前
    記スプールと、複数の液圧出力を発生するために停止及
    び回転する前記スリーブとを含むことを特徴とする制御
    装置。