JP2002188601A - 液圧駆動装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内部に漏れ流量や非線形性の存在する液圧駆動
装置の液圧シリンダの位置制御を正確に行う装置と方法
を提供する。 【解決手段】液圧駆動装置１はサーボモータ１１と、液
圧ポンプ１３と、液圧シリンダ１５で構成される。モー
タ駆動装置９は、位置指令発生器５からの位置指令Ｘｃ
ｍｄによって、液圧シリンダ１５を駆動する。位置指令
発生器５から位置指令が出力されてから液圧シリンダが
初期目標位置に達した後に、位置指令補正器７が位置セ
ンサ１７が検出した液圧シリンダ１５の位置Ｘｐを用い
て、位置指令ＸｃｍｄをＸｃｍｄ＊＝Ｘｃｍｄ＋（Ｘｃ
ｍｄ−Ｘｐ）のように補正する。この補正され対置指令
Ｘｃｍｄ＊を、加え合わせ点４１に入力すると、液圧シ
リンダ１５の移動位置は停止状態に達した時Ｘｐ＊＝Ｘ
ｃｍｄ＊−Ｅ＊＝（Ｘｃｍｄ＋Ｅ）−Ｅ＝Ｘｃｍｄのよ
うになって、所期の目標位置Ｘｃｍｄになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】液圧シリンダ、液圧ポンプ、
サーボモータを用いた液圧駆動装置の位置決め制御の高
精度化を容易に実現できる制御装置と制御方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】液圧駆動装置は液圧ポンプ、液圧シリン
ダ、サーボモータと、位置センサ及び位置制御ループ等
を含むモータ駆動装置から構成される。一般にこれらの
モータ駆動装置を制御する制御系は、速度制御系はセミ
クローズドループ構成とし、位置制御系はフルクローズ
ドループ構成として、速度制御ループまたは、位置制御
ループに積分動作を組み込み、位置指令に対して、液圧
シリンダのピストンロッドが位置偏差無く追従するよう
に構成されている。このような制御系ではモータ駆動装
置の制御性能は液圧ポンプや液圧シリンダ、サーボモー
タの特性に依存することが多く、結果として位置決め精
度を高めることができないという問題がある。これを補
償する目的で、特開平１０−１６９６０２号には、液圧
シリンダの位置誤差に基づいてサーボモータに与える電
圧指令を変えて、位置誤差を補償することによって位置
決め精度を上げるような液圧駆動装置が提案されてい
る。また特開平１０−３１４９９９号には、液圧シリン
ダ装置の目標加圧力と実際の加圧力との偏差が所定の値
より大きくなるとこれを解消するように液圧シリンダを
前進又は後退させるようなサーボモータを備えた液圧加
工装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液圧ポ
ンプとして比較的安価なギヤポンプを用いた液圧駆動装
置では液圧ポンプ内の漏れ流量を無視できない。また液
圧シリンダの往復運動に伴う液圧シリンダ内の圧力変動
を吸収するために、圧力制御弁が作動液タンクに接続さ
れており、この圧力制御弁によって圧力変動が解放され
る機構を備えている。しかし、この圧力制御弁は液圧と
シリンダの移動量との間に非線形性を生じさせる要因に
なっている。その結果、これらのポンプの内部漏れや非
線形性が位置決め精度の悪化をもたらしている。このよ
うな液圧ポンプ内部の漏れ流量や前述の液圧シリンダの
非線形性が存在すると、位置制御ループを用いた制御系
だけでは、無負荷時の位置決め偏差の補償効果は得られ
るものの、有負荷時には位置決め偏差の十分な補償効果
は得られないという問題があった。また位置指令と位置
センサで検出した位置との偏差に基づいてサーボモータ
に与える電圧指令のセットで偏差を補償する場合におい
ては偏差と変換値との対応が加工においてワーク毎に試
行錯誤で決める必要が生じるという問題があった。

【０００４】本発明の目的は液圧ポンプを用いても、無
負荷状態、または有負荷状態いずれにおいても、液圧シ
リンダのピストンロッドの位置決め精度を高めることが
できる液圧駆動装置の制御装置及び制御方法を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、サーボモー
タによって駆動される液圧ポンプ及び液圧ポンプからの
圧液によってピストンロッドを移動させる液圧シリンダ
を有する液圧駆動装置を制御するために、ピストンロッ
ドの位置を検出する位置センサと、サーボモータを制御
する少なくとも位置制御ループを備えたモータ駆動装置
と、モータ駆動装置の基準入力として、モータ駆動装置
にピストンロッドを所定の目標位置に移動させるための
位置指令を与える位置指令発生器とを具備し、サーボモ
ータを駆動制御して液圧シリンダのピストンロッドを所
定の位置に移動させる液圧駆動装置の制御装置を改良の
対象とする。

【０００６】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、位
置指令発生器とモータ駆動装置との間に位置指令補正器
を備え、位置指令補正器は、位置指令が出力されてから
液圧シリンダのピストンロッドが実質的に停止するまで
の間は、位置指令発生器の出力をモータ駆動装置の基準
入力として出力し、ピストンロッドが実質的に停止状態
になった後、またはシリンダ室内の圧力が定常状態にな
った後は、位置指令と位置センサの出力との偏差を位置
指令に加算し、その加算結果を基準入力として出力する
ように構成されている。

【０００７】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、位
置指令発生器とモータ駆動装置との間に位置指令補正器
を備え、位置指令補正器は、液圧シリンダのピストンロ
ッドが予め定めた初期目標位置に達するまでは位置指令
発生器の出力をモータ駆動装置の基準入力として出力
し、ピストンロッドが初期目標位置に達してから実質的
に停止するのに必要な所定の時間（位置補正待機時間）
が経過した後に、位置指令と位置センサの出力との偏差
を位置指令に加算し、その加算結果を基準入力として出
力するように構成されている。

【０００８】位置指令を基準入力としてピストンロッド
の位置を制御した場合でも、使用するポンプが内部に漏
れ流量を有する場合や圧力弁が非線形性を有する場合に
は、位置指令で指令した目標位置にピストンロッドを移
動させることが出来ない。そこで本発明においては、位
置指令により移動して実質的に停止状態になったピスト
ンロッドを目標位置に移動させるために、前述の構成に
より、実質的にピストンロッドが停止状態になった時
点、即ちシリンダ室内の圧力が定常状態になった時点か
ら、実際のピストンロッドの位置と位置指令で指令する
目標位置との偏差分をゼロに近づける補正動作を行う。
実際問題として、ピストンロッドが停止状態に達したか
どうかの判定が難しい場合があり、そのような場合に
は、ピストンロッドが初期目標位置から停止状態に達す
るのに必要と思われる時間を推定によって予め定めてお
き、その時間がきた時点から、実際のピストンロッドの
位置と位置指令で指令する目標位置との偏差分をゼロに
近づける補正動作を行う。補正動作をしないとピストン
ロッドの位置と位置指令との間に偏差が生じる場合で
も、位置指令と実質的な停止状態にあるピストンロッド
の位置との偏差は位置指令が変わっても一定のままに保
たれるので、本発明のように、位置指令の方を前述の偏
差値分だけずらしてやると、実質的な停止状態にあるピ
ストンロッドの位置を目標位置に一致させることが出来
る効果がある。

【０００９】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、位
置指令補正器は、ピストンロッドが初期目標位置に達し
たことを位置センサが検出するのに必要な時間（初期目
標位置到達時間）を計数するタイマを備えており、タイ
マはピストンロッドが初期目標位置に達したことを位置
センサが検出すると、ピストンロッドが初期目標位置に
達してから実質的に停止するのに必要な時間（位置補正
待機時間）の計数を開始するように構成されている。

【００１０】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、タ
イマはピストンロッドが初期目標位置に達してから実質
的に停止するまでに必要な時間（位置補正待機時間）を
変更可能に構成されている。

【００１１】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、位
置指令補正器はタイマを備えており、タイマは、位置指
令が出力されてからピストンロッドが初期目標位置に達
するまでに必要な時間（位置補正待機時間）を計数して
ピストンロッドが初期目標位置に達したこと決定し、そ
の後ピストンロッドが初期目標位置に達してから実質的
に停止するのに必要な時間（位置補正継続時間）を計数
するように構成されている。

【００１２】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、タ
イマはピストンロッドが初期目標位置に達してから実質
的に停止するのに必要な時間（位置補正待機時間）が変
更可能に構成されている。

【００１３】位置補正動作を開始する時点で、ピストン
ロッドが停止状態に到達してないと、位置補正を行って
もピストンロッドの位置を目標位置に一致させることが
出来ない。位置補正の動作開始が早すぎると、一般にこ
のときのピストンロッドの位置と目標位置との偏差値は
ピストンロッドが実質的に停止状態に到達した後の偏差
値に比べて大きくなる可能性がある。このような偏差値
を用いて位置指令補正を行うと位置指令補正値が、大き
くなりすぎて最終的な位置が目標位置から大きくはずれ
てしまう可能性がある。本発明では、初期目標位置を決
めておき、ピストンロッドがそこに到達後更に一定の時
間（位置補正待機時間）をおいて、ピストンロッドを停
止状態に到達させて後に、補正動作を開始することによ
ってピストンロッドの位置を正しい目標値に収束させる
ことができる効果がある。しかも初期目標位置に到達
後、位置補正開始までの時間（位置補正待機時間）を調
整可能にすることによって、ピストンロッドの停止の条
件が整うための必要にして十分な時間を設定することが
出来る効果がある。

【００１４】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、位
置指令補正器は、ピストンロッドが初期目標位置に達し
てから実質的に停止するのに必要な時間（位置補正待機
時間）が経過した後、予め定めた時間（位置補正継続時
間）が経過するまで加算結果を基準入力として維持す
る。

【００１５】一般に本発明の液圧駆動装置の制御装置の
ようなサーボシステムでは機械系を含めた全システムの
整定時間以上の時間が経過して始めて、システムが定常
状態に到達する。従って本発明のように正しい偏差値を
用いて位置補正動作を開始した場合に、整定時間以上の
時間だけ位置補正の条件を維持すると、システムが定常
状態に到達してピストンロッドの位置を目標位置と一致
するようにさせることが出来る効果がある。

【００１６】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、位
置指令補正器は、ピストンロッドが初期目標位置に達し
てから実質的に停止するのに必要な時間（位置補正待機
時間）が経過した後、予め定めた時間（位置補正継続時
間）が経過するまでの間、所定のサンプリング周期で位
置センサの出力と位置指令との偏差を位置指令に加算す
る演算動作を繰り返し、基準入力値を変更する。

【００１７】本発明の液圧駆動装置の制御装置では、サ
ンプリング周期は、外乱により発生するピストンロッド
の位置の変動を低減できる値に定められている。

【００１８】ピストンロッドの目標位置からの偏差が、
外乱によって時間的に変動し続けている場合には、本発
明のように、偏差値の時間変動に合わせて、位置補正を
周期的に、或いは一定時間間隔毎に繰り返すと、ピスト
ンロッドの位置の変動を低減し、目標位置に近い値に保
持することが出来る効果がある。システムの遮断周波数
に対して、外乱の時間的な変動が十分に緩やかなもので
あれば、変動の時間的な尺度に比べてサンプリングの周
期を短く取ることによってピストンロッドの位置が目標
位置にほぼ近いところまで到達することができる効果が
ある。

【００１９】本発明は、サーボモータによって駆動され
る液圧ポンプ及び液圧ポンプからの圧液によってピスト
ンロッドを移動させる液圧シリンダを有する液圧駆動装
置を制御するために、ピストンロッドの位置を検出する
位置センサと、サーボモータを制御する少なくとも位置
制御ループを備えたモータ駆動装置と、モータ駆動装置
の基準入力として、モータ駆動装置にピストンロッドを
所定の目標位置に移動させるための位置指令を与える位
置指令発生器とを具備し、サーボモータを駆動制御して
液圧シリンダの前記ピストンロッドを所定の位置に移動
させる液圧駆動装置の制御装置の制御方法を改良の対象
とする。

【００２０】本発明の液圧駆動装置の制御方法では、位
置指令が出力されてから液圧シリンダのピストンロッド
が実質的に停止するまでの間は、位置指令発生器の出力
をモータ駆動装置の前記基準入力として使用し、ピスト
ンロッドが実質的に停止状態になった後、またはシリン
ダ室内の圧力が定常状態になった後は、位置指令と位置
センサの出力との偏差を位置指令に加算し、その加算結
果を基準入力として使用する。

【００２１】位置指令を基準入力としてピストンロッド
の位置を制御した場合でも、使用するポンプが内部に漏
れ流量を有する場合や圧力弁が非線形性を有する場合に
は、位置指令で指令した目標位置にピストンロッドを移
動させることが出来ない。そこで本発明においては、位
置指令により移動して実質的に停止状態になったピスト
ンロッドを目標位置に移動させるために、前述の方法に
より、実質的にピストンロッドが停止状態になった時
点、即ちシリンダ室内の圧力が定常状態になった時点か
ら、実際のピストンロッドの位置と位置指令で指令する
目標位置との偏差分をゼロに近づける補正動作を行う。
補正動作をしない場合にピストンロッドの位置と位置指
令との間に偏差が生じた場合、位置指令とピストンロッ
ドの位置との偏差は位置指令が変わっても一定のままに
保たれるので、本発明のように、位置指令の方を前述の
偏差値分だけずらしてやると、ピストンロッドの位置を
目標位置に一致させることが出来る効果がある。

【００２２】本発明の液圧駆動装置の制御装置の制御方
法では、位置指令発生ステップで位置指令が出力されて
から、液圧シリンダが初期目標位置に達した後に、位置
指令ステップからの指令値と位置検出ステップからの出
力との偏差を位置指令に加算し、基準入力とする位置指
令補正ステップを備え、位置検出器からの出力の時間的
変化に対応して、それを解消するように位置指令補正の
値を一定時間間隔毎に更新していく。

【００２３】ピストンロッドの目標位置からの偏差が、
外乱によって時間的に変動し続けている場合には、本発
明の前述の方法のように、偏差値の時間変動に合わせ
て、位置補正を周期的に、或いは一定時間間隔毎に繰り
返すと、ピストンロッドの位置の変動を低減し、目標位
置に近い値に保持することが出来る効果がある。システ
ムの遮断周波数に対して、外乱の時間的な変動が十分に
緩やかなものであれば、変動の時間的な尺度に比べてサ
ンプリングの周期を短く取ることによってピストンロッ
ドの位置が目標位置にほぼ近いところまで到達すること
ができる効果がある。

【００２４】本発明の方法は、ハードウエアによる実現
のみならず、ソフトウエアによっても容易に実現が可能
になる利点がある。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の液
圧駆動装置１の制御装置３の実施の形態の一例について
説明する。図１は本発明の方法の実施の形態の一例の基
本思想を示すブロック図である。制御装置３は位置指令
発生器５と、位置指令補正器７と、モータ駆動装置９で
構成されている。位置指令発生器５は位置指令Ｘｃｍｄ
を発生する。これが装置全体を動かすための目標位置に
なる。位置指令発生器５から出力される位置指令Ｘｃｍ
ｄは、動作開始初期には、位置指令補正器７で補正を受
けずにモータ駆動装置９への基準入力としてモータ駆動
装置９に直接伝達される。そして一定の条件が整うと位
置指令Ｘｃｍｄは位置指令補正器７で後で述べる補正を
受けて、モータ駆動装置９に伝達される。モータ駆動装
置９はこのような位置指令によって液圧駆動装置１を制
御する制御系を内蔵している。モータ駆動装置９の制御
系の内部構造については後で詳しく説明する。

【００２６】液圧駆動装置１はサーボモータ１１、液圧
ポンプ１３、液圧シリンダ１５で構成されている。サー
ボモータ１１は両方向に回転が可能なモータである。位
置指令発生器５で発生される位置指令Ｘｃｍｄによって
サーボモータの回転方向、回転速度、回転角などが決ま
る。サーボモータ１１の回転に従って液圧ポンプ１３が
回転する。液圧ポンプ１３は両方向の回転が可能なポン
プで、液圧ポンプ１３によって液圧シリンダ１５のピス
トンロッドが軸方向へ移動する。位置指令発生器５は液
圧シリンダ１５のピストンロッドを所定の目標位置に移
動させるための位置指令Ｘｃｍｄをモータ駆動装置９へ
の基準入力としてモータ駆動装置９に与える。液圧シリ
ンダ１５は、液圧ポンプ１３と２本のパイプで接続され
ている。液圧シリンダ１５のピストンロッドは液圧ポン
プ１３の回転方向によって前進又は後退方向に移動する
ようになっている。

【００２７】液圧シリンダ１５が移動すると、ピストン
ロッドが移動した位置Ｘｐが位置センサ１７で検出され
る。液圧シリンダ１５のピストンロッドが初期目標位置
に達するまでは、位置指令発生器５の位置指令Ｘｃｍｄ
が位置指令補正器７で補正を受けずに、そのまま位置指
令補正器７からモータ駆動装置９への加え合わせ点４１
に基準入力として出力される。ピストンロッドの位置Ｘ
ｐが位置センサ１７の出力信号として位置フィードバッ
クループ１９を通して、加え合わせ点２１にネガティブ
フィードバックされる。このようにして位置制御ループ
はフルクローズドループ構成になっている。液圧駆動装
置１が理想的な特性を持つ場合は、このような位置制御
ループによって、液圧シリンダ１５のピストンロッドの
位置Ｘｐは、後で述べるように、位置指令Ｘｃｍｄに収
束する。ピストンロッドの位置が位置指令Ｘｃｍｄに収
束するために要する時間は、機械系を含めた全システム
の遮断周波数が尺度になる。このことからモータ駆動装
置９の制御系は、システムのバンド幅内の周波数帯域で
発生する外乱に対して、ピストンロッドの位置Ｘｐが位
置指令Ｘｃｍｄが指定する目標位置から乱されないよう
に外乱抑制効果を備えていることになる。

【００２８】しかし一般的には従来の技術で述べたよう
な理由で、液圧駆動装置１に位置指令Ｘｃｍｄに基づい
て目標位置を与えても、液圧シリンダ１５のピストンロ
ッドの位置Ｘｐは位置指令Ｘｃｍｄにならない場合があ
る。目標位置判定器２２が、液圧シリンダ１５のピスト
ンロッドの位置、つまり位置センサ１７からの出力信号
Ｘｐが位置フィードバックループ１９からの帰還信号に
よって目標位置に十分に近づいたと判定したとする。判
定の基準は、液圧シリンダ１５のピストンロッドが実質
的に停止状態に到達しピストンロッドの位置Ｘｐが定常
位置Ｘｐｆに達した時点（この時シリンダ室内の圧力が
定常状態になっている）を目標位置に近づいたと判断す
る。位置指令補正器７は、位置指令Ｘｃｍｄが出力され
てから液圧シリンダ１５のピストンロッドが実質的に停
止するまでの間は、位置指令発生器５の出力Ｘｃｍｄを
モータ駆動装置９の基準入力として出力し続けている。
しかしながらピストンロッドの位置Ｘｐが実質的に停止
状態になり、この時の定常位置Ｘｐｆが目標位置Ｘｃｍ
ｄに到達していないときには、このままの状態を続けて
もピストンロッドの位置Ｘｐが目標位置Ｘｃｍｄに到達
することは出来ない。

【００２９】このような場合でも、以下に説明するよう
に、位置指令補正器７により位置指令の補正を行い、補
正された位置指令を基準入力として加え合わせ点４１に
出力することで、液圧シリンダ１５のピストンロッドの
位置Ｘｐが位置指令Ｘｃｍｄになるようにすることがで
きる。ここで位置指令Ｘｃｍｄと位置センサ１７から出
力されるピストンロッドの位置Ｘｐとの位置偏差ＥをＥ
＝Ｘｃｍｄ−Ｘｐと定義する。液圧シリンダ１５のピス
トンロッドが実質的に停止状態になった時点、またはシ
リンダ室内の圧力が定常状態になった後で、次の位置指
令に対する補正の動作を開始する。ピストンロッドが実
質的に停止状態に達したと目標位置判定器２２が判定し
た時点で、位置指令補正器７は、位置指令発生器５の出
力である位置指令Ｘｃｍｄに位置偏差Ｅを加算した次の
加算値 Ｘｃｍｄ＊＝Ｘｃｍｄ＋Ｅ ＝Ｘｃｍｄ＋（Ｘｃｍｄ−Ｘｐ） （１） をモータ駆動装置９への基準入力として出力する。この
加算結果Ｘｃｍｄ＊を以下で補正された位置指令と呼
ぶ。但しこの時の位置偏差としては定常位置Ｘｐｆに対
する位置偏差Ｅ＝Ｘｃｍｄ−Ｘｐｆを用いるものとす
る。このようにして、補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊が
基準入力として、加え合わせ点４１に入力される。この
補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊を基準入力としてモータ
駆動装置９に与えた場合の液圧シリンダ１５のピストン
ロッドの位置をＸｐ＊とすると、この場合の位置偏差Ｅ
＊は、Ｅ＊＝Ｘｃｍｄ＊−Ｘｐ＊となる。位置指令Ｘｃ
ｍｄとそれに応答するピストンロッドの定常位置Ｘｐｆ
との位置偏差は位置指令が変わっても変わらないので、
このように基準入力を位置指令Ｘｃｍｄから補正された
位置指令Ｘｃｍｄ＊に変更したとしても、それに対応す
る定常位置Ｘｐｆ＊に対する位置偏差Ｅ＊はＥと等し
い。つまりＥ＊＝Ｅである。よって補正された位置指令
が作用している状態で液圧シリンダ１５のピストンロッ
ドが実質的に停止状態に達した時点でのピストンロッド
の定常位置は、 Ｘｐ＊＝Ｘｐｆ＊＝Ｘｃｍｄ＊−Ｅ＊ ＝（Ｘｃｍｄ＋Ｅ）−Ｅ＝Ｘｃｍｄ （２） となり、この時のピストンロッドの位置Ｘｐｆ＊を位置
指令Ｘｃｍｄに一致させることができる。具体的な数値
例をあげると、例えばＸｃｍｄ＝５００００μｍの時
に、Ｘｐｆ＝５０００５μｍに収束するような制御系で
あったとすると、この時、補正された位置指令をＸｃｍ
ｄ＊＝５００００＋（５００００−５０００５）＝４９
９９５のように補正してやると、補正後の液圧シリンダ
１５のシリンダロッドの定常位置Ｘｐｆ＊は、Ｘｐｆ＊
＝Ｘｃｍｄ＊−Ｅ＝Ｘｃｍｄ＊−（Ｘｃｍｄ−Ｘｐｆ）
＝４９９９５−（５００００−５０００５）＝５０００
０μｍとなる。つまり位置指令Ｘｃｍｄに等しい値にな
る。

【００３０】モータ駆動装置９の制御系の内部構成は以
下のとおりである。位置指令補正器７の出力である基準
入力は、位置フィードフォワード演算器２３に入力され
る。これは位置指令Ｘｃｍｄの時間変化を早く次段の制
御系に伝達するための信号経路である。ｓは時間微分演
算子のラプラス変換を表す。ＫｆはｓＫｆが位置を速度
に変換する次元を持つ定数である。位置フィードバック
ループ１９と位置指令補正器７の出力との加え合わせ点
２１の出力は位置制御比例積分器２５に伝達される。位
置フィードバックループはフルクローズドループを形成
している。位置制御比例積分器２５は定数のみの増幅器
と積分器１／ｓを含む２つの伝達ループが並列に配置さ
れている。１／ｓは時間積分のラプラス変換を表し、そ
れぞれの定数は入出力変数の変換前後の次元が合うよう
に決められる。積分項の経路にはスイッチがあって、こ
の経路は使用される場合とされない場合がある。位置制
御比例積分器２５の出力と位置フィードフォワード演算
器２３の出力とが加算されて、速度指令値となる。サー
ボモータ１１の回転速度は、サーボモータ１１の後部に
取り付けられた速度センサの出力を速度フィードバック
ループ２９を介して速度指令値との加え合わせ点３０に
帰還される。速度フィードバックループはセミクローズ
ドループを形成する。速度制御比例積分器２７は比例項
の経路と積分項の経路が並列しており、積分項の経路に
はスイッチがあって、この経路は使用される場合とされ
ない場合がある。積分器は位置制御ループのみ、または
速度制御ループのみ、或いは両方のループに存在するよ
うにするかは前述のスイッチの切り替えによって選択可
能である。これらの制御ループの役割はそれぞれ位置と
速度を目標値に収束させる働きをする。理想的な制御対
象においては、位置指令Ｘｃｍｄに対するピストンロッ
ドの位置Ｘｐが位置指令Ｘｃｍｄに一致する。しかし、
実際は液圧駆動装置１における位置指令Ｘｃｍｄと機械
的な動力の伝達が理想的に行われないため、位置フィー
ドバックループ１９を用いても液圧シリンダのピストン
ロッドの位置Ｘｐと位置指令Ｘｃｍｄとの一致が得られ
ない場合には、位置指令補正器７が先にも説明したよう
に位置指令Ｘｃｍｄに収束しきれない偏差分を位置指令
Ｘｃｍｄに対する補正値としてＸｃｍｄに加算すること
で位置偏差を補償することにより、位置指令Ｘｃｍｄと
ピストンロッドの位置Ｘｐとの一致を図るのである。液
圧シリンダ１５を作動させるために液圧ポンプ１３を駆
動するのに必要なトルクは、力学的な反作用のループ３
１を介して負荷トルクとしてサーボモータ１１の加え合
わせ点３３に作用する。Ｋｔはサーボモータ１１のトル
ク定数、Ｊｍはサーボモータの慣性モーメントである。
図１のモータ駆動装置９と液圧駆動装置１のブロック図
に示す定数によってサーボシステムとしての遮断周波数
と整定時間が決まる。これらの応答に関する尺度で位置
指令に対するピストンロッドの移動が行われる。

【００３１】図２に図１に示した本発明に係る液圧駆動
装置１の制御装置３の実施形態における位置指令補正器
７の内部構造の一例を示す。図１に示した第１の実施の
形態を構成する部分と同様の部分には、図１に付した符
号と同じ符号を付して説明を省略する。位置指令補正器
７は、液圧シリンダ１５のピストンロッドが予め定めた
初期目標位置Ｘｐｉに達するまでは位置指令発生器５の
出力Ｘｃｍｄをモータ駆動装置９への基準入力として出
力する。Ｘｐｉとしては例えば目標位置Ｘｃｍｄの５０
μｍ手前の位置をとっても良い。ピストンロッドが初期
目標位置に到達したかどうかは目標位置判定器２２が判
定する。以下ではピストンロッドが初期目標位置に到達
する時間Ｔ１までの時間を初期目標位置到達時間と呼ぶ
ことにする。時刻Ｔ１のタイミング信号はタイマ１０５
が目標位置判定器２２が液圧シリンダ１５のピストンロ
ッドの位置Ｘｐが初期目標位置に到達したと判断した時
点で出力する。或いは、初期目標位置Ｘｐｉを定めてお
く替わりに、時間Ｔ１を予め定めておくこともできる。
時刻Ｔ１以後、ピストンロッドは後で述べるように移動
を続け、最終的にピストンロッドの位置Ｘｐが実質的に
停止状態に到達する。この時のピストンロッドの位置Ｘ
ｐは定常位置Ｘｐｆになっている。目標位置判定器２２
がピストンロッドの位置が実質的に停止状態になった
（ピストンロッドのシリンダ室内の圧力が定常状態にな
った）かどうかをを判定する。このような判定がなされ
る時刻をＴ２とする。或いは、実際的にはピストンロッ
ドが実質的に停止状態に達したかどうかを判定するのが
難しい場合がある。このような場合には、時間Ｔ２をピ
ストンロッドが実質的に停止状態に達したと予想される
時間を予め決めておいてもよい。時間Ｔ２の決定はタイ
マ１０５が出力するタイミング信号によってなされる。
図２において、位置指令発生器５から出力された位置指
令Ｘｃｍｄと位置フィードバックループ１９からの位置
Ｘｐが加え合わせ点１０１に入力され出力として、位置
指令Ｘｃｍｄとピストンロッドの位置Ｘｐとの偏差 Ｅ
＝Ｘｃｍｄ−Ｘｐが出力される。ラッチ１０３がこれを
一時的に保持する。このラッチ１０３への保持は、時刻
Ｔ２に、タイマ１０５が出力するタイミング信号によっ
てなされる。この時の位置偏差はＥ＝Ｘｃｍｄ−Ｘｐｆ
になっている。ラッチ１０３への保持と同時にラッチの
出力Ｅがスイッチ１０７を通して、加え合わせ点１０９
に出力され、加え合わせ点１０９で位置指令Ｘｃｍｄと
位置偏差Ｅが加算されて、補正された位置指令Ｘｃｍｄ
＊が加え合わせ点１０９から出力される。スイッチ１０
７がオンの時はこの補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊が基
準入力として加え合わせ点４１に出力される。スイッチ
１０７がオフの時はもとの位置指令Ｘｃｍｄが加え合わ
せ点４１に基準入力として出力される。つまりこれらの
信号のいずれかがスイッチ１０７の選択によって加え合
わせ点４１に基準入力として入力される。位置指令補正
器７の出力は、時間Ｔ２以前はスイッチ１０７はオフの
ためもとの位置指令Ｘｃｍｄであり、Ｔ２以後はスイッ
チ１０７はオンとなり補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊に
なる。Ｔ２以後から位置指令補正器７の補正動作が開始
される。位置指令がＸｃｍｄからＸｃｍｄ＊に切り替え
られると、液圧シリンダ１５のピストンロッドの位置Ｘ
ｐは、ピストンロッドが実質的に停止状態にあった場合
は、再び移動を始め最終的には再び実質的に停止状態に
至る。また位置補正動作の開始時間Ｔ２を予め定めた時
間とした場合には、その時点でのピストンロッドの位置
から移動を始め最終的には再び実質的に停止状態に至
る。この時の定常位置Ｘｐｆ＊は先にも述べたように目
標位置Ｘｃｍｄに一致する。

【００３２】タイマ１０５は２つの時間Ｔ１、Ｔ２を計
数する。Ｔ１は初期目標位置到達時間である。また、時
間経過Ｔ２−Ｔ１を位置補正待機時間と呼ぶ。タイマ１
０５は、液圧シリンダ１５のピストンロッドが初期目標
位置に達したことを目標位置判定器２２が判定すると、
位置補正待機時間の計数を開始するように構成されてい
る。タイマ１０５は位置補正待機時間を変更可能に構成
されている。またタイマ１０５は、初期目標位置到達時
間Ｔ１を計数してピストンロッドが初期目標位置に達し
たこと決定し、その後位置補正待機時間を計数するよう
に構成されている。タイマ１０５は初期目標位置到達時
間Ｔ１及び位置補正待機時間Ｔ２−Ｔ１が変更可能に構
成されている。

【００３３】図３は本発明に係る液圧駆動装置１の制御
装置３の図１の実施の形態において、無負荷或いは一定
負荷の条件下で液圧シリンダ１５のピストンロッドの位
置を制御するためのタイミングを説明するための図であ
る。具体的には図２に示す位置指令補正器７を構成する
タイマ１０５によってタイミングが取られる。図３は液
圧シリンダ１５のピストンロッドの位置Ｘｐと時間ｔと
の関係を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）は、ピス
トンロッドが停止状態に達したときの位置が目標位置よ
り小さい場合、図３（Ｃ）と図３（Ｄ）は、ピストンロ
ッドが停止状態に達したときの位置が目標位置より大き
い場合を示す。以下では、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の場
合について詳しく説明する。図３（Ａ）は位置指令Ｘｃ
ｍｄが一定値を保ったままで位置指令の補正を行わなか
った場合のピストンロッドＸｐの応答を示している。ｔ
＝０で位置指令発生器５から位置指令Ｘｃｍｄが出力さ
れ、システムの動作が開始したとする。モータ駆動装置
９の制御系の既に説明した動作によって、時間ｔの経過
とともに、位置センサ１７で検出するピストンロッドの
位置Ｘｐは位置指令Ｘｃｍｄに接近していく。時間Ｔ１
で初期目標位置Ｘｐｉを通過し、その後定常位置Ｘｐｆ
に漸近していく。この時、ピストンロッドの位置Ｘｐは
一定の定常位置Ｘｐｆを保った状態にあり、ピストンロ
ッドは実質的には停止状態にある。この時のピストンロ
ッドの位置Ｘｐ＝Ｘｐｆと位置指令Ｘｃｍｄとの偏差Ｅ
は図に示すようにゼロより大である。この状態ではピス
トンロッドの位置Ｘｐ＝Ｘｐｆは位置指令が指定する目
標位置Ｘｃｍｄに一致していない。無負荷の場合は、定
常位置Ｘｐｆと位置指令Ｘｃｍｄとの差が装置のオフセ
ットとなる。一定負荷の場合は、動作状態でピストンロ
ッドが実質的に停止状態に達したときの偏差となる。図
３（Ｂ）は位置指令Ｘｃｍｄへの補正を行った場合のピ
ストンロッドの位置Ｘｐの時間変化である。当初の位置
指令Ｘｃｍｄに対して、液圧シリンダのピストンロッド
の位置Ｘｐが時間とともに増加し、時間Ｔ１の初期目標
位置Ｘｐｉに到達した後、Ｘｐが一定の定常位置Ｘｐｆ
に達している。その後の時間Ｔ２に基準入力を位置指令
Ｘｃｍｄから補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊に切り替え
る。そうするとピストンロッドの位置Ｘｐは再び移動し
始め、目標位置Ｘｃｍｄに漸近し、最終的にはピストン
ロッドの位置Ｘｐは再び実質的に停止状態になる。この
時のピストンロッドの定常位置Ｘｐｆ＊は目標位置Ｘｃ
ｍｄに一致する。タイマ１０５がこれらの時間Ｔ１，Ｔ
２を計時する。ピストンロッドの位置Ｘｐが、初期目標
位置Ｘｐｉに到達したかどうかの判定は、目標位置判定
器２２が行い、これをタイマ１０５に知らせる。補正動
作への切り替えは位置指令Ｘｃｍｄが出力された後、液
圧シリンダ１５のピストンロッドが初期目標位置Ｘｐｉ
に達した時点以後に行う必要がある。現実にはピストン
ロッドの位置Ｘｐが定常位置Ｘｐｆに達したかどうかの
判定が難しいので、Ｔ１からすこし経過した時間Ｔ２を
計時した時点でピストンロッドの位置が定常位置Ｘｐｆ
に達したものとする。時間Ｔ２で位置指令Ｘｃｍｄを補
正された位置指令Ｘｃｍｄ＊に切り替えると、液圧シリ
ンダ１５のピストンロッドの位置Ｘｐは先に述べたシス
テムの整定時間を経過して位置指令Ｘｃｍｄに漸近して
いく。液圧シリンダ１５のピストンロッドの位置Ｘｐが
初期目標位置Ｘｐｉに到達する時間Ｔ１以前に、定常位
置Ｘｐｆに到達しないＸｐの値を用いて補正された位置
指令Ｘｃｍｄ＊を計算し、モータ駆動装置９への基準入
力を、この補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊に切り替える
と、ピストンロッドの位置Ｘｐにオーバーシュートが生
じ、液圧シリンダ１５のピストンロッドの動作特性を悪
化させてしまう場合がある。従って切り替えのタイミン
グＴ２はＴ１より後、または同時でなければならない。
先ず時間Ｔ１の現実的な取り方として、ピストンロッド
の位置Ｘｐ、つまり位置センサ１７の出力を実時間でモ
ニタして決定することが有効である。一例では、ピスト
ンロッドが目標位置Ｘｃｍｄの５０μｍ手前に到達した
と目標位置判定器２２が判定した時間（初期目標位置到
達時間）とすることができる。或いは、目標位置Ｘｃｍ
ｄの５０μｍ手前にピストンロッドが到達する時間Ｔ１
を予め予想して決めておいてもよい。補正された位置指
令Ｘｃｍｄ＊への切り替えのタイミングＴ２の取り方と
しては、例えばＴ２−Ｔ１＝２００ｍｓとなるようにし
ている。この時間間隔（位置補正待機時間）はシステム
が時間Ｔ１の状態からピストンロッドの位置が実質的に
停止状態に達するまでの最小限の時間以上とする必要が
あり、システムの整定時間よりも十分に長い時間をとっ
ておく。Ｔ２−Ｔ１の時間幅は予め十分な時間を予想し
て決めておくか、或いはＴ２を目標位置判定器２２が位
置センサ１７からの帰還値によって液圧シリンダ１５の
ピストンロッドが実質的に停止状態に達したと判断した
時間をとっても良い。時刻Ｔ３は液圧シリンダ１５のピ
ストンロッドが一方向に移動後停止し、後退する時間で
あり、液圧駆動装置１を搭載した機械のタクトタイムよ
り決定される。この時刻で位置指令の補正動作を終了す
る。

【００３４】位置指令補正器７は、初期目標位置到達時
間Ｔ１及び位置補正待機時間Ｔ２−Ｔ１が経過した後、
予め定めた位置補正継続時間Ｔ３−Ｔ２が経過するまで
補正された位置指令を基準入力として維持するように構
成されている。タイマ１０５は位置補正継続時間を変更
可能なように構成されている。

【００３５】図２に示すブロック図は、液圧シリンダ１
５のピストンロッドの位置が初期位置目標に到達後も経
時的に変動する場合に、これを除去するため、位置偏差
を周期的にサンプリングするための構成の一例をも示し
ている。図２には、タイマ１０５を利用して、ピストン
ロッドの位置がシステムの遮断周波数帯域（バンド幅）
内の周波数で変動する成分を除去する構成をも示してい
る。時刻ｔにおけるピストンロッドの位置をＸｐ（ｔ）
とする。目標位置判定器２２が位置Ｘｐはピストンロッ
ドが実質的に停止状態になった時点での定常位置Ｘｐｆ
に到達したと判定した時刻Ｔ２の後、以下のサンプリン
グ時間毎の位置補正に移行する。但し、ピストンロッド
の位置Ｘｐが初期位置目標位置に到達後も経時的に変動
する場合には、停止状態の判定は難しいが、現実的には
ピストンロッドの位置が増加から減少に転ずる最初の極
大点の時間、或いは予め定めた時間をＴ２とする。或い
は更に単純化を行えば、Ｔ２＝Ｔ１として、ピストンロ
ッドが初期目標位置に到達した時点をＴ２と見なして動
的な位置補正を開始しても良い。時間Ｔ２の後、加え合
わせ点１０１はピストンロッドの位置Ｘｐ（ｔ）と位置
指令Ｘｃｍｄとの偏差Ｅ（ｔ）＝Ｘｃｍｄ−Ｘｐ（ｔ）
を出力する。これをタイマ１０５が指示するタイミング
に従って例えばＴ２以後のサンプリング時間ｔｓの間、
偏差Ｅ（ｔ）をラッチ１０３に保持する。ラッチ１０３
は、これをスイッチ１０７を通して加え合わせ点１０９
に出力する。加え合わせ点１０９は時刻ｔ−ｔｓに保持
された位置の偏差Ｅ（ｔ−ｔｓ）を用いて、式（１）と
同様に、時間ｔにおける補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊
（ｔ）＝Ｘｃｍｄ（ｔ）＋Ｅ（ｔ−ｔｓ）＝Ｘｃｍｄ
（ｔ）＋（Ｘｃｍｄ（ｔ−ｔｓ）−Ｘｐ（ｔ−ｔｓ））
を加え合わせ点４１に出力する。これを動的位置指令補
正値と呼ぶことにする。そしてこれがモータ駆動装置９
への基準入力となる。このようにすると液圧シリンダ１
５のピストンロッドの位置Ｘｐ（ｔ）は、式（２）と同
様のメカニズムにより目標位置Ｘｃｍｄに漸近する。タ
イマ１０５は位置センサ１７が検出したピストンロッド
の位置Ｘｐ（ｔ）の変動時間よりも短い時間間隔でサン
プリングを繰り返すようにする信号を発生する。

【００３６】以上のように位置指令補正器７は、初期目
標位置到達時間Ｔ１及び位置補正待機時間Ｔ２−Ｔ１が
経過した後、予め定めた位置補正継続時間が経過するま
での間、所定のサンプリング周期で位置センサ１７の出
力と位置指令との偏差を位置指令に加算する演算動作を
繰り返し、基準入力値を変更している。また、サンプリ
ング周期は、外乱により発生するピストンロッドの位置
の変動を低減できる値に定められている。

【００３７】図４は本発明の方法の実施の形態の一例の
基本思想のアルゴリズムを示すフローチャートである。
液圧シリンダ１５が無負荷の場合、或いは一定負荷の作
用を受けている場合において、図３に示したような液圧
シリンダ１５のピストンロッドの位置決め精度の向上を
実現するためのフローチャートの一例である。図４に示
すフローチャートは大きく分けて、初期目標位置接近ス
テップ、位置補正ステップ、終了時判定ステップの３ス
テップからなる。初期目標位置接近ステップは図３に示
した、ｔ＝０〜Ｔ２までの時間に行われる処理に相当す
る。これは図３で説明した、初期目標位置到達時間、位
置補正待機時間を合わせた時間に相当する。位置指令発
生器５が位置指令Ｘｃｍｄを基準入力として、モータ駆
動装置９に出力し、サーボモータ１１を駆動制御して液
圧シリンダ１５のピストンロッドを所定の目標位置Ｘｃ
ｍｄ付近の初期目標位置Ｘｐｉにまで接近させる。目標
位置判定器２２がピストンロッドの位置Ｘｐが実質的に
停止状態に到達したかどうかを判定する。位置補正ステ
ップは図３で、ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３までの時間に行われる処
理に相当する。この間の時間は位置補正継続時間に相当
する。この間に、位置指令補正器７が基準入力を補正さ
れた位置指令Ｘｃｍｄ＊に切り替えた後、ピストンロッ
ドの位置Ｘｐが目標位置Ｘｃｍｄに漸近するステップで
ある。終了時判定ステップは図３で、位置指令Ｘｃｍｄ
を０に切り替える時間ｔ＝Ｔ３以後の時間に行われる処
理に相当する。Ｔ２からＴ３までの時間は液圧駆動装置
１を搭載した機械のタクトタイムより決定され、Ｔ３の
時刻で位置指令の補正動作を終了する。

【００３８】以下のステップＳ１からステップＳ５まで
が初期目標位置接近ステップである。

【００３９】ステップＳ０：初期状態。時間の始まりを
ｔ＝０、液圧シリンダ１５のピストンロッドの初期の位
置をＸｐ＝０とする。

【００４０】ステップＳ１：位置指令発生ステップ。

【００４１】位置指令発生器５で液圧シリンダ１５のピ
ストンロッドの位置を指令する位置指令Ｘｃｍｄを発生
する。

【００４２】ステップＳ２：モータ駆動ステップ。

【００４３】位置指令Ｘｃｍｄが基準入力として加え合
わせ点４１を経由してモータ駆動装置９に伝達される。
これが図１のブロック図の矢印で示した制御の流れの経
路にそって伝達され、液圧シリンダ１５のピストンロッ
ドを移動させる。この間の制御の進行を図１のブロック
図から決まる数学的モデルを用いてコンピュータのプロ
グラムに書くことができて、ここでこの部分の動作を実
行する。時間ｔをこの間に経過した時間Δｔだけ進め、
ｔ＝ｔ＋Δｔとする。

【００４４】ステップＳ３：位置検出ステップ。液圧シ
リンダ１５のピストンロッドの位置Ｘｐを位置センサ１
７で検出する。

【００４５】ステップＳ４：初期目標位置接近判定ステ
ップ。

【００４６】目標位置判定器２２が、ピストンロッドの
位置が初期目標位置Ｘｐｉに到達したかどうかを判定す
る。初期目標位置Ｘｐｉとしては例えばピストンロッド
の位置Ｘｐが目標位置Ｘｃｍｄより５０μｍ手前まで到
達した位置をとることができる。ピストンロッドの位置
が初期目標位置に到達しなければステップＳ２に戻る。
このピストンロッドの位置Ｘｐが位置センサ１７で検出
され、位置フィードバックループ１９を経由してモータ
駆動装置９内の加え合わせ点２１に帰還される。更にＸ
ｐは目標位置判定器２２および位置指令補正器７にも帰
還される。モータ駆動装置９の制御系はステップＳ２か
らステップＳ４までのステップに示すような帰還ループ
を自動的に繰り返す。その結果、液圧シリンダ１５の位
置Ｘｐは次第に位置指令Ｘｃｍｄ付近の初期目標位置Ｘ
ｐｉに接近する。ピストンロッドの位置Ｘｐがこの値を
越えれば、目標位置判定器２２がピストンロッドの位置
が初期目標位置に到達したと判定し、次のステップに進
む。

【００４７】ステップＳ５：位置指令補正待機ステッ
プ。

【００４８】基準入力としてモータ駆動装置９に位置指
令Ｘｃｍｄを入力している状態で、位置制御ループを繰
り返すことを２００ｍｓ継続する。この時間は以下のス
テップで位置指令補正を開始するのを待機するための位
置指令待機時間である。これは、図３で説明したＴ１、
Ｔ２を用いると、Ｔ２−Ｔ１＝２００ｍｓとしたことに
相当する。この間に、位置センサ１７で検出されたピス
トンロッドの位置Ｘｐが実質的に停止状態に到達し、こ
の時のピストンロッドの位置は定常位置Ｘｐｆになって
いる。位置指令待機時間２００ｍｓが経過すると次のス
テップに進む。

【００４９】以下のステップＳ６からステップＳ９まで
が位置補正ステップである。

【００５０】ステップＳ６：位置指令補正ステップ。

【００５１】このステップは時間Ｔ２から始まる。位置
指令補正器７は先のステップＳ５で位置センサ１７で検
出されたピストンロッドの位置Ｘｐが実質的に停止状態
に達した時点で位置センサ１７で検出されたピストンロ
ッドの定常位置Ｘｐｆと、ステップＳ１の位置指令発生
ステップで位置指令発生器５が出力した位置指令Ｘｃｍ
ｄとの偏差Ｅ＝Ｘｃｍｄ−Ｘｐｆを位置指令Ｘｃｍｄに
加算する。この加算値Ｘｃｍｄ＊＝Ｘｃｍｄ＋（Ｘｃｍ
ｄ−Ｘｐｆ）が補正された位置指令になる。位置指令補
正器７はこの補正された位置指令をモータ駆動装置９へ
の基準入力として加え合わせ点４１に出力する。

【００５２】ステップＳ７：モータ駆動ステップ。

【００５３】補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊がモータ駆
動装置９に伝達される。これが図１のブロック図で加え
合わせ点４１から液圧シリンダ１５までの経路にそって
伝達され、ピストンロッドを移動させる。時間ｔをこの
間に経過した時間Δｔだけ進め、ｔ＝ｔ＋Δｔとする。

【００５４】ステップＳ８：位置検出ステップである。
位置センサ１７で位置Ｘｐ（ｔ）を検出する。

【００５５】ステップＳ９：終了判定ステップ。

【００５６】Ｘｐ（ｔ）＝Ｘｃｍｄになったか、または
所定の時間３秒が経過したかどうかを判定する。判定条
件を満足しなければ再びステップＳ７に戻る。以後、ス
テップＳ７〜ステップＳ９が繰り返され、ピストンロッ
ドの位置Ｘｐが実質的に停止状態になり、ピストンロッ
ドの位置Ｘｐ（ｔ）は位置指令Ｘｃｍｄに接近する。終
了判定条件を満足すれば、動作を終了する。時間Ｔ２か
ら終了時間Ｔ３までの時間が位置補正継続時間である。
今の場合、位置補正継続時間は最大３秒とした。

【００５７】図５は本発明の方法の実施の形態の一例の
基本思想の他の例のアルゴリズムを示すフローチャート
である。図５は、図２で示した実施の形態の構成におい
て、液圧シリンダ１５に時間的に変動する外乱が作用す
る場合に、そのピストンロッドの位置決め精度を向上さ
せるためのシステムの動作のフローチャートの一例を示
している。例えば、図３（Ｂ）、（Ｄ）において時間ｔ
がｔ≧Ｔ２以降に、ピストンロッドの位置Ｘｐが外乱の
作用により時間的に変動させられる場合に対処するため
のフローチャートを示している。図５に示すフロチャー
トは大きく分けて、初期目標位置接近ステップ、動的位
置補正ステップ、終了時判定ステップの３ステップから
なる。初期目標位置接近ステップは図３で、ｔ＝０〜Ｔ
２までの時間に相当する。この時間は所期目標位置到達
時間と位置補正待機時間とを合わせたものである。この
間に位置指令発生器７が位置指令Ｘｃｍｄを出力して、
サーボモータ１１を駆動制御する。すると液圧シリンダ
１５のピストンロッドが目標位置Ｘｃｍｄ付近の定常位
置Ｘｐｆにまで接近する。目標位置判定器２２がピスト
ンロッドが定常位置Ｘｐｆに到達したかどうかを判定す
る。目標位置判定器２２が位置Ｘｐはピストンロッドが
実質的に停止状態になった時点での定常位置Ｘｐｆに到
達したと判定した時刻Ｔ２の後、以下のサンプリング時
間毎の位置補正ステップに移行する。但し、ピストンロ
ッドの位置Ｘｐが初期位置目標位置に到達後も経時的に
変動する場合には、停止状態の判定は難しいが、現実的
にはピストンロッドの位置が増加から減少に転ずる最初
の極大点の時間、或いは予め定めた時間をＴ２とする。
或いは更に単純化を行えば、Ｔ２＝Ｔ１として、ピスト
ンロッドが初期目標位置に到達した時点をＴ２と見なし
て以下の動的な位置補正ステップに進んでも良い。動的
位置補正ステップは図３で、ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３までの時間
に相当する。これは位置補正待機時間である。この間に
位置指令補正器７が補正された位置指令Ｘｃｍｄ＊を動
的に生成した後、ピストンロッドの位置Ｘｐに動的変動
がある場合でも常時目標位置Ｘｃｍｄに近い値を保持し
ようとするステップである。終了時判定ステップは図３
で、ｔ＝Ｔ３以後の時間に相当する。

【００５８】最初のステップＳＳ１〜ステップＳＳ５ま
では図４のフローチャートのステップＳ１〜ステップＳ
５までと同じステップなので説明を省略する。以下のス
テップＳＳ６からステップＳＳ１１までが動的位置補正
ステップである。目標位置判定器２２が、ピストンロッ
ドが定常位置Ｘｐｆに接近したと判定した時刻をｔ＝Ｔ
２として、ステップＳＳ６に入る。

【００５９】ステップＳＳ６：動的位置指令補正ステッ
プ。

【００６０】位置指令補正器７はピストンロッドの時刻
ｔにおける位置Ｘｐ（ｔ）と、ステップＳＳ１の位置指
令発生ステップで生成した位置指令Ｘｃｍｄを用いて、
時刻ｔにおけるこれらの値の間の動的位置指令補正値Ｘ
ｃｍｄ＊（ｔ）＝Ｘｃｍｄ＋（Ｘｃｍｄ−Ｘｐ（ｔ））
を計算する。位置指令補正器７は補正された動的位置指
令補正値Ｘｃｍｄ＊（ｔ）をモータ駆動装置９への基準
入力として加え合わせ点４１に伝達する。

【００６１】ステップＳＳ７：モータ駆動ステップ。

【００６２】時間ｔにおける動的位置指令補正値Ｘｃｍ
ｄ＊（ｔ）が加え合わせ点４１からモータ駆動装置９に
伝達される。これが図１のブロック図で加え合わせ点４
１から液圧シリンダ１５までの経路にそって伝達され、
ピストンロッドを移動させる。この間の制御の進行を図
１のブロック図から決まる数学的モデルに従ってコンピ
ュータプログラムを書くことができて、ここでこのプロ
グラムの動作が実行される。時間ｔをこの間に経過した
時間Δｔだけ進め、ｔ＝ｔ＋Δｔとする。

【００６３】ステップＳＳ８：位置検出ステップ。

【００６４】位置センサ１７で実時間ｔにおける位置Ｘ
ｐ（ｔ）を検出する。

【００６５】ステップＳＳ９：動的位置指令継続判定ス
テップ。

【００６６】ステップＳＳ６で動的位置指令補正値Ｘｃ
ｍｄ＊（ｔ）を最後に決定してから、この実行を予め定
めたサンプリングの時間間隔１０ｍｓ継続したかどうか
を判定する。判定条件を満足しなければステップＳＳ７
に戻る。以後、ステップＳＳ７〜ステップＳＳ９が繰り
返され、ピストンロッドの位置Ｘｐ（ｔ）は目標位置Ｘ
ｃｍｄに接近する。

【００６７】ステップＳＳ１０：終了判定ステップ。ス
テップＳＳ６で動的位置指令補正値Ｘｃｍｄ＊（ｔ）を
最初に決定してから、例えば３秒経過したかどうかを判
定する。判定条件を満足しなければステップＳＳ６に戻
る。この場合、Ｘｃｍｄ＊（ｔ）が新しい動的位置指令
補正値に設定される。以後、ステップＳＳ６〜ステップ
ＳＳ９が繰り返され、その結果Ｘｐ（ｔ）が外乱で変動
しても目標位置Ｘｃｍｄの付近に保たれる。この動作を
繰り返しながら３秒経過するまでこのような運転状態を
継続する。それが過ぎれば、ステップＳＳ１１で動作を
終了する。

【００６８】図６は動的補正の効果を示す一例である。
図６（Ａ）は速度制御ループのみに積分器がある場合
で、本発明の補償を用いてない場合に液圧シリンダ１５
に外力を正弦波状に与え、位置の変動を計測した結果で
ある。図６（Ｂ）はこれに対して、本発明の図５のフロ
ーチャートに基づく補償を行った場合の液圧シリンダ１
５の位置の時間変動を示す。補正がない場合に比べてＸ
ｐの正弦波状の変動振幅が半分に低減され、外乱の抑制
効果が得られていることが分かる。

【００６９】

【発明の効果】本発明によって、位置フィードバックル
ープのみでは位置補正が十分に行うことが困難だった、
内部に漏れ流量のあるポンプや非線形特性が存在する圧
力制御弁を有する液圧駆動装置において、液圧シリンダ
のピストンロッドの位置決め精度を高めることができる
効果がある。そして液圧シリンダのピストンロッドの位
置が外乱によって時間的に変動する場合でも本発明によ
って、外乱抑制効果により、位置決め精度を高めること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液圧駆動装置の制御装置の実施の形態
の一例を示す構造である。

【図２】本発明の位置指令補正器の実施の形態の一例を
示す構造である。

【図３】本発明の液圧駆動装置のピストンロッドの位置
の時間変化を示す図である。

【図４】本発明の液圧駆動装置の制御方法の実施の形態
の一例の基本思想のアルゴリズムを示すフローチャート
である。

【図５】本発明の液圧駆動装置の制御方法の実施の形態
の他の例の基本思想のアルゴリズムを示すフローチャー
トである。

【図６】本発明の液圧駆動装置の制御効果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 液圧駆動装置 ３ 制御装置 ５ 位置指令発生器 ７ 位置指令補正器 ９ モータ駆動装置 １１ サーボモータ １３ 液圧ポンプ １５ 液圧シリンダ １７ 位置センサ １９ 位置フィードバックループ ２１ 位置制御ループの加え合わせ点 ２３ 位置フィードフォワード演算器 ２５ 位置制御比例積分器 ２７ 速度制御比例積分器 ２９ 速度フィードバックループ ３０ 速度制御ループの加え合わせ点 ３１ 力学的反作用のループ ３３ 加え合わせ点 ４１ モータ駆動装置への入力点としての加え合わせ点 １０１，１０９ 加え合わせ点 １０３ ラッチ １０５ タイマ １０７ スイッチ

フロントページの続き (71)出願人 000241267 豊興工業株式会社 愛知県岡崎市鉢地町字開山45番地 (72)発明者 伊藤 昌彦 東京都豊島区北大塚一丁目15番１号 山洋 電気株式会社内 (72)発明者 吉川 紘 東京都豊島区北大塚一丁目15番１号 山洋 電気株式会社内 (72)発明者 谷口 孝夫 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 長濱 貴也 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 長坂 哲勇 愛知県刈谷市野田町場割28番地 株式会社 シイエヌケイ内 (72)発明者 山路 晃三 愛知県刈谷市野田町場割28番地 株式会社 シイエヌケイ内 (72)発明者 坂井 光雄 愛知県岡崎市鉢地町字開山45番地 豊興工 業株式会社内 (72)発明者 小椋 教正 愛知県岡崎市鉢地町字開山45番地 豊興工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 3H001 AA01 AC03 AD04 AE12 AE23

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータによって駆動される液圧ポ
   ンプ及び前記液圧ポンプからの圧液によってピストンロ
   ッドを移動させる液圧シリンダを有する液圧駆動装置を
   制御するために、前記ピストンロッドの位置を検出する
   位置センサと、 前記サーボモータを制御する少なくとも位置制御ループ
   を備えたモータ駆動装置と、 前記モータ駆動装置の基準入力として、前記モータ駆動
   装置に前記ピストンロッドを所定の目標位置に移動させ
   るための位置指令を与える位置指令発生器とを具備し、
   前記サーボモータを駆動制御して前記液圧シリンダの前
   記ピストンロッドを所定の位置に移動させる液圧駆動装
   置の制御装置であって、 前記位置指令発生器と前記モータ駆動装置との間に位置
   指令補正器を備え、 前記位置指令補正器は、前記位置指令が出力されてから
   前記液圧シリンダの前記ピストンロッドが実質的に停止
   するまでの間は、前記位置指令発生器の出力を前記モー
   タ駆動装置の前記基準入力として出力し、前記ピストン
   ロッドが実質的に停止状態になった後、または前記シリ
   ンダ室内の圧力が定常状態になった後は、前記位置指令
   と前記位置センサの出力との偏差を前記位置指令に加算
   し、その加算結果を前記基準入力として出力するように
   構成されていることを特徴とする液圧駆動装置の制御装
   置。
2. 【請求項２】 サーボモータによって駆動される液圧ポ
   ンプ及び前記液圧ポンプからの圧液によってピストンロ
   ッドを移動させる液圧シリンダを有する液圧駆動装置を
   制御するために、前記ピストンロッドの位置を検出する
   位置センサと、 前記サーボモータを制御する少なくとも位置制御ループ
   を備えたモータ駆動装置と、 前記モータ駆動装置の基準入力として、前記モータ駆動
   装置に前記ピストンロッドを所定の目標位置に移動させ
   るための位置指令を与える位置指令発生器とを具備し、
   前記サーボモータを駆動制御して前記液圧シリンダの前
   記ピストンロッドを所定の位置に移動させる液圧駆動装
   置の制御装置であって、 前記位置指令発生器と前記モータ駆動装置との間に位置
   指令補正器を備え、 前記位置指令補正器は、前記液圧シリンダの前記ピスト
   ンロッドが予め定めた初期目標位置に達するまでは前記
   位置指令発生器の出力を前記モータ駆動装置の前記基準
   入力として出力し、前記ピストンロッドが前記初期目標
   位置に達してから実質的に停止するのに必要な所定の位
   置補正待機時間が経過した後に、前記位置指令と前記位
   置センサの出力との偏差を前記位置指令に加算し、その
   加算結果を前記基準入力として出力するように構成され
   ていることを特徴とする液圧駆動装置の制御装置。
3. 【請求項３】 前記位置指令補正器は、前記位置補正待
   機時間を計数するタイマを備えており、 前記タイマは前記ピストンロッドが前記初期目標位置に
   達したことを前記位置センサが検出すると、前記位置補
   正待機時間の計数を開始するように構成されている請求
   項２に記載の液圧駆動装置の制御装置。
4. 【請求項４】 前記タイマは前記位置補正待機時間を変
   更可能に構成されている請求項３に記載の液圧駆動装置
   の制御装置。
5. 【請求項５】 前記位置指令補正器はタイマを備えてお
   り、 前記タイマは、前記位置指令が出力されてから前記ピス
   トンロッドが前記初期目標位置に達するまでに必要な初
   期目標位置到達時間を計数して前記ピストンロッドが前
   記初期目標位置に達したこと決定し、その後前記位置補
   正待機時間を計数するように構成されている請求項２に
   記載の液圧駆動装置の制御装置。
6. 【請求項６】 前記タイマは前記初期目標位置到達時間
   及び前記位置補正待機時間が変更可能に構成されている
   請求項５に記載の液圧駆動装置の制御装置。
7. 【請求項７】 前記位置指令補正器は、前記初期目標位
   置到達時間及び位置補正待機時間が経過した後、予め定
   めた位置補正継続時間が経過するまで前記加算結果を前
   記基準入力として維持することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の液圧駆動装置の制御装置。
8. 【請求項８】 前記位置指令補正器は、前記初期目標位
   置到達時間及び位置補正待機時間が経過した後、予め定
   めた位置補正継続時間が経過するまでの間、所定のサン
   プリング周期で前記位置センサの出力と前記位置指令と
   の偏差を前記位置指令に加算する演算動作を繰り返し、
   前記基準入力値を変更することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の液圧駆動装置の制御装置。
9. 【請求項９】 前記サンプリング周期は、外乱により発
   生する前記ピストンロッドの位置の変動を低減できる値
   に定められている請求項８に記載の液圧駆動装置の制御
   装置。
10. 【請求項１０】 サーボモータによって駆動される液圧
    ポンプ及び前記液圧ポンプからの圧液によってピストン
    ロッドを移動させる液圧シリンダを有する液圧駆動装置
    を制御するために、前記ピストンロッドの位置を検出す
    る位置センサと、 前記サーボモータを制御する少なくとも位置制御ループ
    を備えたモータ駆動装置と、 前記モータ駆動装置の基準入力として、前記モータ駆動
    装置に前記ピストンロッドを所定の目標位置に移動させ
    るための位置指令を与える位置指令発生器とを具備し、
    前記サーボモータを駆動制御して前記液圧シリンダの前
    記ピストンロッドを所定の位置に移動させる液圧駆動装
    置の制御装置の制御方法であって、 前記位置指令が出力されてから前記液圧シリンダの前記
    ピストンロッドが実質的に停止するまでの間は、前記位
    置指令発生器の出力を前記モータ駆動装置の前記基準入
    力として使用し、 前記ピストンロッドが実質的に停止状態になった後、ま
    たは前記シリンダ室内の圧力が定常状態になった後は、
    前記位置指令と前記位置センサの出力との偏差を前記位
    置指令に加算し、その加算結果を前記基準入力として使
    用することを特徴とする液圧駆動装置の制御装置の制御
    方法。
11. 【請求項１１】 前記位置指令発生器が前記位置指令を
    出力してから、前記液圧シリンダのピストンロッドが前
    記初期目標位置に達した後に、前記位置指令補正器が前
    記位置指令発生器からの前記位置指令と前記位置センサ
    からの出力との偏差を前記位置指令に加算し、前記基準
    入力とする位置指令補正を行い、前記位置センサからの
    出力の時間的変化に対応して、前記偏差を解消するよう
    に前記位置指令補正の値を一定時間間隔毎に更新してい
    くことを特徴とする請求項１０に記載の液圧駆動装置の
    制御方法。