サーボ弁のステップ応答/周波数応答測定について教えて下さい。

ステップ応答のイメージは大体できています。サーボ弁のアンプに位置指令出力を出して、出力がどのような応答速度で反応するか(無駄時間、時定数等で良否を判定できる)。というイメージを持っています。

周波数応答測定の良否のイメージが全く分かりません。
どなたご教示下さい。

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A 回答 (2件)

周波数応答は、正弦波状の位置指令をいれたときに、どれくらいの周波数まで追従できるか(出力の振幅が指令値と一致するか、位相がどれくらいずれるか)、という代物です。


周波数特性が高い周波数までフラットに延びている程、高い周波数の変化にも追従できます。(ステップ応答の立上りが速いのに対応します。)

この回答への補足

早速の御回答ありがとうございます。

具体的に正弦波状の位置指令とは、どのような装置を使って与えるのですか??

また、判定基準としては、出力の振幅が指令値と一致したら応答性が良いということなのでしょうか??

また、位相のずれの良否はどのように判定するのですか??

「周波数特性が高い周波数までフラットに延びている程」とはどういう意味でしょうか??

補足日時:2009/05/14 21:26
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サーボ弁には大別すると2種類有ります


1 バタフライバルブやボールバルブ、グローブバルブ等を電動やエアで駆動するもの
  http://www.kitz.co.jp/kiso/hajimete_03.html
  http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_ac …
  概ね水や燃料配管等プラントの流量、圧力制御用です
  バルブの全閉-全開時間が高速型でも数秒以上になります

2 比例弁
  http://www.juntsu.co.jp/qa/qa0508.html
  http://ww1.koganei.co.jp/jp/shop/goods/series.as …
  http://www.nachi-fujikoshi.co.jp/yua/valve/index …
  プレス、成形機等の油圧制御に使われます
  こちらはミリセカンド単位の応答性を持ってます


本質問のサーボ弁は上記のどちらを想定してるのでしょう?
プラント用制御弁は一般的にステップ応答は問題にしない
(応答が遅過ぎて考慮外)

蛇足ながら2の比例弁は現代では絶滅危惧種に近い
ほとんどが電動プレス等(サーボモータ式)になってあまり使われなくなりました
油圧比例弁は高価(バルブ単体では無くて油圧ポンプを含めてシステム一式で)
サーボモータは安価、更に油圧より高速で精密な制御が可能
と、言う事情があります
(サーボモータでは逆に高価になる特殊な事例を除けば)

プラント用制御弁は代用が無い為、将来に渡って存続すると思う

この回答への補足

早速の御回答ありがとうございます。

比例弁タイプになります。スッテプ応答では時定数が10ミリセカンドを実現しています。
油圧ポンプも含めてサーボアンプなどシステム一式での場合です。

補足日時:2009/05/14 21:32
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Aベストアンサー

こんにちは。かつて私も同じような疑問を持ったことがありました。次のような回答ではいかがでしょう。
ポイントは、「制御に関する”時間遅れ”の問題。それを解くために制御工学という学問にもなっている」

まず、サーボの基本的考え方についてはご理解のようですね。例えば、「エスカレータを一定の速度に保つ場合、乗った人が多ければ速度が落ちるのでセンサーで速度を検知してモーターにさらに強い電圧を加えよう」というもので、”フィードバック制御”とも呼ばれますね。

さて、このエスカレータに突然、多くの人が乗ったことを考えましょう。もし、空荷なら50vで動いているエスカレータでも、たくさんの人が乗った状態で同じ速度を維持するためには100vを印加する必要があります。
では、100vを印加すればそれで良いかというと、例えば(不自然ながら)「もし、多くの人が一斉に飛び乗った」場合には速度はどうしてもいちど大きく下がってしまい、そこから徐々に加速することになります。これが「制御の時間遅れ」(制御系の時定数)です。
この問題(速度の一時的低下を最小限とし、また、定常速度への復帰時間を短縮する)のためには、例えば「速度が下がったとき一時的に極端な電圧(200vなど)を加える」方法もあれば、「あらかじめエスカレータを極端に重く作っておく方法」(慣性力があるため、乗客の荷重の影響による速度低下が少ない)等があります。
ここでもうお気づきでしょう。もし、速度低下を迅速に回復するために一時的な印加電圧を極端に強くしたならば、極めて多くのお客さんが同時に飛び乗った場合には速度の制御を適切に行うことができるものの、中途半端な数のお客さんが乗った場合や、多くのお客さんが一斉に飛び乗ったあと短時間で一斉に飛び降りた場合には「速度を上げようと急加速したが、加速しすぎて速度超過、これを下げようと大きく電圧を下げたら、過剰に速度が下がってしまい、あわててまた急加速して速度超過・・・」という「自己振動」が起きてしまいます。(これを「ハンチング」や「ポーポイズ」と言います。)

特に後者の「一斉に飛び乗った後に一斉に飛び降りる・・さらにそれを繰り返す」は、「振動性の負荷」と言ってサーボ装置の最も苦手なものであり、どの程度の短時間の変動なら自己振動等を起こさずに短時間で適切に追従でき、逆にどのくらいの周波数で振動する負荷が苦手なのかは、”サーボ装置”の能力を示す重大な要素なのです。
もちろん、余裕のある強大なモータや強力なブレーキがあれば設計は簡単になりますが、制限された大きさやコスト等の面から最適(サーボ機器単体だけでなくこれを使用したシステム全体に取っての最適)な特性を持つように設計することは難しく、もし、バルブなどとして実際に使用される現場での負荷が周期的に振動する場合にその振動周波数がサーボ機器の苦手とする振動周波数に近い場合は制御結果が安定しないばかりでなく、恐るべき「共振」が生じてこのバルブなどのサーボ装置やそれを使用したシステムの思わぬ部分の破壊につながる可能性さえあります。
 しかし、他方で、その追従特性は、負荷の変動波形に加えてモータやブレーキの能力、装置の慣性力、制御の際の印加電圧の波形などをもとにした方程式を解く(変形させる)ことによりある程度予測が可能でもあり、工科系大学の「制御工学」「サーボ工学」などの授業ではそのような予測法とこれにもとづく適切な印加電圧波形を提案する方法を学ぶことが定番となっています。

さてさて、ご質問の趣旨にあっていたでしょうか。
お役に立てば幸です。

(なお、「サーボバルブの周波数応答」の意味については、この場合の”サーボ制御”の意味が「入口で流体の圧力変動等によらずに出口での流量や圧力を一定にする制御」なのか、「流体が弁体に加える圧力分布の変動等によらずバルブ開度(蝶弁の角度等)を一定にする制御」なのか等で少々異なりますので注意が必要です)

こんにちは。かつて私も同じような疑問を持ったことがありました。次のような回答ではいかがでしょう。
ポイントは、「制御に関する”時間遅れ”の問題。それを解くために制御工学という学問にもなっている」

まず、サーボの基本的考え方についてはご理解のようですね。例えば、「エスカレータを一定の速度に保つ場合、乗った人が多ければ速度が落ちるのでセンサーで速度を検知してモーターにさらに強い電圧を加えよう」というもので、”フィードバック制御”とも呼ばれますね。

さて、このエスカレータに突然、...続きを読む

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詳しくは、以下のURLを参照のこと。

参考URL:http://www.compoclub.com/products/knowledge/jidou_seigyo/jidou_seigyo4.html


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