JP2002295404A - 気体圧アクチュエータ及びその制御方法 - Google Patents
気体圧アクチュエータ及びその制御方法Info
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
- F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
- F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
- F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スライダの位置による動特性変化を補償し、
スライダをストローク内で安定に制御することのできる
気体圧アクチュエータを提供する。 【解決手段】 制御演算装置２０は、位置センサ１５か
らの位置検出信号で示されるスライダ１３の位置を微分
してスライダの速度を算出すると共に、算出された速度
を微分して加速度を算出するステップと、スライダ目標
位置と、スライダ位置、スライダ速度、スライダ加速度
を用いてサーボアンプ２１Ａ、２１Ｂへ出力すべき位置
指令値を算出するステップと、算出されたそれぞれの位
置指令値に対して、スライダ内における受圧板１７´の
位置変化に起因する圧力室１６Ａ、１６Ｂの圧力変化分
を補償する演算を行って、それぞれ補償された位置指令
値を２つのサーボアンプへ出力するステップとを実行す
る。
スライダをストローク内で安定に制御することのできる
気体圧アクチュエータを提供する。 【解決手段】 制御演算装置２０は、位置センサ１５か
らの位置検出信号で示されるスライダ１３の位置を微分
してスライダの速度を算出すると共に、算出された速度
を微分して加速度を算出するステップと、スライダ目標
位置と、スライダ位置、スライダ速度、スライダ加速度
を用いてサーボアンプ２１Ａ、２１Ｂへ出力すべき位置
指令値を算出するステップと、算出されたそれぞれの位
置指令値に対して、スライダ内における受圧板１７´の
位置変化に起因する圧力室１６Ａ、１６Ｂの圧力変化分
を補償する演算を行って、それぞれ補償された位置指令
値を２つのサーボアンプへ出力するステップとを実行す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体圧アクチュエ
ータ、特に空気圧アクチュエータ及びその制御方法に関
する。
ータ、特に空気圧アクチュエータ及びその制御方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図２を参照して、気体圧アクチュエータ
の一例として、本発明者らにより提案されている空気圧
アクチュエータについて説明する。図２において、空気
圧アクチュエータは、両端部を支持体により固定されて
一軸方向に延びるガイド軸１４と、これに沿って移動可
能なスライダ１３とを含む。スライダ１３は、ガイド軸
１３の周囲を囲むことができるような筒状体であり、ガ
イド軸１４の外周との間にシリンダ空間ができるように
されている。このシリンダ空間は、圧力室として使用さ
れるものであり、このシリンダ空間を軸方向に関して２
つの圧力室１６Ａ、１６Ｂに区画する受圧板（隔壁）１
７をスライダ１３の内壁に固定している。受圧板１７も
スライダ１３と共にガイド軸１４に沿ってスライド可能
である。ガイド軸１４の両側にはそれぞれ、周方向に間
隔をおいて複数の静圧空気軸受１２を設け、これらの静
圧空気軸受１２にはレギュレータ１１Ａを介して空気圧
源１０を接続している。このために、ガイド軸１４には
静圧空気軸受１２に至る空気通路が形成されている。静
圧空気軸受自体は良く知られているので、詳細な構造に
ついては説明を省略する。ガイド軸１４の両側にはま
た、２つに区画された圧力室１６Ａ、１６Ｂにそれぞ
れ、圧縮空気を出入り可能にするための給気系を接続し
ている。このために、上記の静圧空気軸受用の空気通路
とは別に、ガイド軸１４にはその両端から圧力室１６
Ａ、１６Ｂに至る空気通路が形成されている。これらの
給気系はそれぞれ、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを備え、こ
れらのサーボ弁２２Ａ、２２Ｂもレギュレータ１１Ｂを
介して空気圧源１０に接続されている。
の一例として、本発明者らにより提案されている空気圧
アクチュエータについて説明する。図２において、空気
圧アクチュエータは、両端部を支持体により固定されて
一軸方向に延びるガイド軸１４と、これに沿って移動可
能なスライダ１３とを含む。スライダ１３は、ガイド軸
１３の周囲を囲むことができるような筒状体であり、ガ
イド軸１４の外周との間にシリンダ空間ができるように
されている。このシリンダ空間は、圧力室として使用さ
れるものであり、このシリンダ空間を軸方向に関して２
つの圧力室１６Ａ、１６Ｂに区画する受圧板（隔壁）１
７をスライダ１３の内壁に固定している。受圧板１７も
スライダ１３と共にガイド軸１４に沿ってスライド可能
である。ガイド軸１４の両側にはそれぞれ、周方向に間
隔をおいて複数の静圧空気軸受１２を設け、これらの静
圧空気軸受１２にはレギュレータ１１Ａを介して空気圧
源１０を接続している。このために、ガイド軸１４には
静圧空気軸受１２に至る空気通路が形成されている。静
圧空気軸受自体は良く知られているので、詳細な構造に
ついては説明を省略する。ガイド軸１４の両側にはま
た、２つに区画された圧力室１６Ａ、１６Ｂにそれぞ
れ、圧縮空気を出入り可能にするための給気系を接続し
ている。このために、上記の静圧空気軸受用の空気通路
とは別に、ガイド軸１４にはその両端から圧力室１６
Ａ、１６Ｂに至る空気通路が形成されている。これらの
給気系はそれぞれ、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを備え、こ
れらのサーボ弁２２Ａ、２２Ｂもレギュレータ１１Ｂを
介して空気圧源１０に接続されている。
【０００３】空気圧源１０からレギュレータ１１Ａで適
当な圧力に調節された空気が静圧空気軸受１２に供給さ
れる。この静圧空気軸受１２の空気によりスライダ１３
がガイド軸１４から浮上し、スライダ１３はガイド軸１
４に対して非接触で移動が可能となる。したがって、移
動に際しての摺動抵抗をもたない。また、リニアスケー
ル等による位置センサ１５によりスライダ１３の位置を
検出しその位置情報を電気信号により出力する。位置セ
ンサ１５からの位置検出信号は制御演算装置２０に入力
される。
当な圧力に調節された空気が静圧空気軸受１２に供給さ
れる。この静圧空気軸受１２の空気によりスライダ１３
がガイド軸１４から浮上し、スライダ１３はガイド軸１
４に対して非接触で移動が可能となる。したがって、移
動に際しての摺動抵抗をもたない。また、リニアスケー
ル等による位置センサ１５によりスライダ１３の位置を
検出しその位置情報を電気信号により出力する。位置セ
ンサ１５からの位置検出信号は制御演算装置２０に入力
される。
【０００４】制御演算装置２０では入力された位置情報
をもとに制御演算を行い、サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂ
に位置指令信号を出力する。この際、サーボアンプ２１
Ａ、２１Ｂへの指令値は、絶対値が同じで符号を反転さ
せた値を用いる。
をもとに制御演算を行い、サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂ
に位置指令信号を出力する。この際、サーボアンプ２１
Ａ、２１Ｂへの指令値は、絶対値が同じで符号を反転さ
せた値を用いる。
【０００５】サーボ弁２２Ａ、２２Ｂはレギュレータ１
１Ｂにより適当な圧力に調節された圧縮空気が供給され
ており、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂ内のスプール位置によ
り通過する流量が変動する。サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを
通過した空気はスライダ１３内に設けられた２つの圧力
室１６Ａ、１６Ｂに供給される。その結果、圧力室１６
Ａ、１６Ｂには差圧が生じ、この差圧がスライダ１３の
内壁に取り付けられた受圧板１７に作用し、スライダ１
３を移動させる。
１Ｂにより適当な圧力に調節された圧縮空気が供給され
ており、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂ内のスプール位置によ
り通過する流量が変動する。サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを
通過した空気はスライダ１３内に設けられた２つの圧力
室１６Ａ、１６Ｂに供給される。その結果、圧力室１６
Ａ、１６Ｂには差圧が生じ、この差圧がスライダ１３の
内壁に取り付けられた受圧板１７に作用し、スライダ１
３を移動させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような空気圧アク
チュエータは、コンパクトな構造で大きな出力を制御で
きるため２点間の位置決め用アクチュエータとしての利
用が期待されている。しかし、連続位置決めを行う場
合、このような空気圧アクチュエータは、受圧板の位置
による動特性変化等の非線形特性によって安定した制御
が難しく、スライダの機械的ストロークに対して有効ス
トロークを長く取ることが困難である。これは、シリン
ダ室内で受圧板の位置が変化すると圧力室の圧力も変化
し、これが安定制御に影響を及ぼすからである。
チュエータは、コンパクトな構造で大きな出力を制御で
きるため２点間の位置決め用アクチュエータとしての利
用が期待されている。しかし、連続位置決めを行う場
合、このような空気圧アクチュエータは、受圧板の位置
による動特性変化等の非線形特性によって安定した制御
が難しく、スライダの機械的ストロークに対して有効ス
トロークを長く取ることが困難である。これは、シリン
ダ室内で受圧板の位置が変化すると圧力室の圧力も変化
し、これが安定制御に影響を及ぼすからである。
【０００７】そこで、本発明の課題は、スライダを２つ
のサーボ弁を用いて気体圧により駆動する気体圧アクチ
ュエータにおいて、スライダの位置による動特性変化を
補償し、スライダをストローク内で安定に制御すること
のできる気体圧アクチュエータ及びその制御方法を提供
することにある。
のサーボ弁を用いて気体圧により駆動する気体圧アクチ
ュエータにおいて、スライダの位置による動特性変化を
補償し、スライダをストローク内で安定に制御すること
のできる気体圧アクチュエータ及びその制御方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガイド部とこ
れに沿って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部
と前記スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、
該シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画す
る受圧板を前記ガイド部、前記スライダの一方に設け、
２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して
圧縮気体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の
差圧で前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチ
ュエータであって、前記スライダの位置を検出するため
の位置センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御す
るための２つのサーボアンプと、前記位置センサからの
位置検出信号を受けて前記２つのサーボアンプに位置指
令値を出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュ
エータの制御方法において、前記制御演算装置は、前記
２つのサーボアンプに与える各位置指令値に対して、前
記シリンダ室内における前記受圧板の位置変化に起因す
る各圧力室の圧力変化分を補償する演算を行ったうえ
で、それぞれ補償された位置指令値を前記２つのサーボ
アンプへ出力することを特徴とする。
れに沿って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部
と前記スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、
該シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画す
る受圧板を前記ガイド部、前記スライダの一方に設け、
２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して
圧縮気体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の
差圧で前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチ
ュエータであって、前記スライダの位置を検出するため
の位置センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御す
るための２つのサーボアンプと、前記位置センサからの
位置検出信号を受けて前記２つのサーボアンプに位置指
令値を出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュ
エータの制御方法において、前記制御演算装置は、前記
２つのサーボアンプに与える各位置指令値に対して、前
記シリンダ室内における前記受圧板の位置変化に起因す
る各圧力室の圧力変化分を補償する演算を行ったうえ
で、それぞれ補償された位置指令値を前記２つのサーボ
アンプへ出力することを特徴とする。
【０００９】本発明によればまた、ガイド部とこれに沿
って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部と前記
スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、該シリ
ンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧
板を前記ガイド部、前記スライダの一方に設け、２つに
区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気
体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の差圧で
前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチュエー
タであって、前記スライダの位置を検出するための位置
センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御するため
の２つのサーボアンプと、前記位置センサからの位置検
出信号を受けて前記２つのサーボアンプに位置指令値を
出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュエータ
において、前記制御演算装置は、前記位置検出信号で示
されるスライダ位置を微分してスライダの速度を算出す
ると共に、算出された速度を更に微分して加速度を算出
するステップと、スライダ目標位置と、前記スライダ位
置、前記速度、前記加速度を用いて前記２つのサーボア
ンプへ出力すべき位置指令値を算出するステップと、算
出されたそれぞれの位置指令値に対して、前記シリンダ
室内における前記受圧板の位置変化に起因する各圧力室
の圧力変化分を補償する演算を行って、それぞれ補償さ
れた位置指令値を前記２つのサーボアンプへ出力するス
テップとを実行することを特徴とする気体圧アクチュエ
ータが提供される。
って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部と前記
スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、該シリ
ンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧
板を前記ガイド部、前記スライダの一方に設け、２つに
区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気
体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の差圧で
前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチュエー
タであって、前記スライダの位置を検出するための位置
センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御するため
の２つのサーボアンプと、前記位置センサからの位置検
出信号を受けて前記２つのサーボアンプに位置指令値を
出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュエータ
において、前記制御演算装置は、前記位置検出信号で示
されるスライダ位置を微分してスライダの速度を算出す
ると共に、算出された速度を更に微分して加速度を算出
するステップと、スライダ目標位置と、前記スライダ位
置、前記速度、前記加速度を用いて前記２つのサーボア
ンプへ出力すべき位置指令値を算出するステップと、算
出されたそれぞれの位置指令値に対して、前記シリンダ
室内における前記受圧板の位置変化に起因する各圧力室
の圧力変化分を補償する演算を行って、それぞれ補償さ
れた位置指令値を前記２つのサーボアンプへ出力するス
テップとを実行することを特徴とする気体圧アクチュエ
ータが提供される。
【００１０】本気体圧アクチュエータの１つの形態にお
いては、前記ガイド部は少なくとも一端側を固定した軸
体であり、前記スライダは、前記軸体が貫通したシリン
ダであり、前記スライダに前記受圧板が取り付けられ
る。
いては、前記ガイド部は少なくとも一端側を固定した軸
体であり、前記スライダは、前記軸体が貫通したシリン
ダであり、前記スライダに前記受圧板が取り付けられ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
１を参照して説明する。図１は、図２で説明した空気圧
アクチュエータを簡略化して示した図であり、図２と同
じ部分には同じ番号を付している。但し、ここでは、受
圧板１７´がガイド軸１４側に固定されているが、動作
原理は同じである。つまり、ここでは、スライダ１３内
全体を１つのシリンダ室とした場合、圧力室１６Ａ、１
６Ｂの差圧でスライダ１３が移動することによりスライ
ダ１３内で受圧板１７´の位置が変化することになる。
これは、本発明による気体圧アクチュエータは、受圧板
がガイド部側、スライダ側のいずれに固定される場合で
も適用可能であることを意味する。また、スライダ１３
を非接触で支持する静圧空気軸受については図示を省略
しているが、スライダ１３は図２と同様の構造で非接触
支持される。
１を参照して説明する。図１は、図２で説明した空気圧
アクチュエータを簡略化して示した図であり、図２と同
じ部分には同じ番号を付している。但し、ここでは、受
圧板１７´がガイド軸１４側に固定されているが、動作
原理は同じである。つまり、ここでは、スライダ１３内
全体を１つのシリンダ室とした場合、圧力室１６Ａ、１
６Ｂの差圧でスライダ１３が移動することによりスライ
ダ１３内で受圧板１７´の位置が変化することになる。
これは、本発明による気体圧アクチュエータは、受圧板
がガイド部側、スライダ側のいずれに固定される場合で
も適用可能であることを意味する。また、スライダ１３
を非接触で支持する静圧空気軸受については図示を省略
しているが、スライダ１３は図２と同様の構造で非接触
支持される。
【００１２】さて、以下に示す主な記号は、圧力Ｐ、体
積Ｖ、温度θ、気体定数Ｒ、受圧面積Ａであり、添え字
１は圧力室１６Ａ側、添え字２は圧力室１６Ｂ側の状態
量を示すものとする。また、以降で示される様々な式中
で、記号の上に１つの・（ドット）のついているものは
時間微分を示し、例えば記号ｘの上にドットが１つつい
ているものは便宜上、ｘドットと呼び、記号ｘの上にド
ットが２つついているものはｘダブルドットと呼ぶ。一
方、記号の上に−（バー）のついているもの、例えば記
号Ｐの上にバーのついているものはＰバーと呼ぶことに
する。
積Ｖ、温度θ、気体定数Ｒ、受圧面積Ａであり、添え字
１は圧力室１６Ａ側、添え字２は圧力室１６Ｂ側の状態
量を示すものとする。また、以降で示される様々な式中
で、記号の上に１つの・（ドット）のついているものは
時間微分を示し、例えば記号ｘの上にドットが１つつい
ているものは便宜上、ｘドットと呼び、記号ｘの上にド
ットが２つついているものはｘダブルドットと呼ぶ。一
方、記号の上に−（バー）のついているもの、例えば記
号Ｐの上にバーのついているものはＰバーと呼ぶことに
する。
【００１３】本空気圧アクチュエータは、前に述べたよ
うに２つのサーボ弁２２Ａ、２２Ｂ、２つのサーボアン
プ２１Ａ、２１Ｂ、制御演算装置２０を用いて圧力室１
６Ａ、１６Ｂへの圧縮空気流量を制御し、圧力室１６
Ａ、１６Ｂ間の差圧によりスライダ１３を駆動するアク
チュエータである。
うに２つのサーボ弁２２Ａ、２２Ｂ、２つのサーボアン
プ２１Ａ、２１Ｂ、制御演算装置２０を用いて圧力室１
６Ａ、１６Ｂへの圧縮空気流量を制御し、圧力室１６
Ａ、１６Ｂ間の差圧によりスライダ１３を駆動するアク
チュエータである。
【００１４】圧力室内の気体の状態変化を断熱変化（断
熱係数κ）と仮定した場合、状態変化は次の数１で表わ
される。
熱係数κ）と仮定した場合、状態変化は次の数１で表わ
される。
【００１５】
【数１】 但し、Ｇ1 はサーボ弁２２Ａから供給される気体の質量
流量を表わす。
流量を表わす。
【００１６】数１の状態方程式は非線形であるため、圧
力室の体積が変わると特性は変化する。
力室の体積が変わると特性は変化する。
【００１７】受圧板１７がスライダ１３の中央付近に位
置した状態でスライダ１３が停止している状態（圧力Ｐ
バー、体積Ｖバー、温度θバー）を基準状態として線形
化すると、以下の数２となる。
置した状態でスライダ１３が停止している状態（圧力Ｐ
バー、体積Ｖバー、温度θバー）を基準状態として線形
化すると、以下の数２となる。
【００１８】
【数２】
【００１９】このとき温度変化は非常に小さいとしてθ
1 ＝θバーとしている。数２は、スライダ中央を基準状
態として、体積をＶバー＝一定としているので特性変化
はない。
1 ＝θバーとしている。数２は、スライダ中央を基準状
態として、体積をＶバー＝一定としているので特性変化
はない。
【００２０】数１の入力Ｇ1 をＧ1 ´として以下の数３
とし、次の数４のような入力を考える。
とし、次の数４のような入力を考える。
【００２１】
【数３】
【数４】
【００２２】数４を数３に代入すると、数１の非線形方
程式が数２の線形方程式と等しくなる。
程式が数２の線形方程式と等しくなる。
【００２３】サーボ弁２２Ａの通過流量式を線形化した
式（サーボ弁２２Ａを給気、サーボ弁２２Ｂを排気の状
態としている）は、以下の数５で表される。
式（サーボ弁２２Ａを給気、サーボ弁２２Ｂを排気の状
態としている）は、以下の数５で表される。
【００２４】
【数５】
【００２５】但し、Ｋf 、δはサーボ弁の形状や供給圧
力で決まる係数、Ｋseはサーボ弁開度とサーボアンプへ
の指令とのゲイン、ｕ1 はサーボアンプ２１Ａへの位置
指令値である。
力で決まる係数、Ｋseはサーボ弁開度とサーボアンプへ
の指令とのゲイン、ｕ1 はサーボアンプ２１Ａへの位置
指令値である。
【００２６】数５で新たなサーボアンプ２１Ａへの入力
をｕ1 ´とし、数４、数５から以下の数６とすれば、
をｕ1 ´とし、数４、数５から以下の数６とすれば、
【数６】 数４の補償（質量流量の式）をサーボアンプ２１Ａへの
指令値の式に変換できる。この式は、制御演算装置２０
からサーボアンプ２１Ａへの指令を入出力としているの
で、数６の演算を制御演算装置２０で行い、新しい入力
ｕ1 ´をサーボアンプ２１Ａに出力する。
指令値の式に変換できる。この式は、制御演算装置２０
からサーボアンプ２１Ａへの指令を入出力としているの
で、数６の演算を制御演算装置２０で行い、新しい入力
ｕ1 ´をサーボアンプ２１Ａに出力する。
【００２７】圧力室１６Ｂについては、サーボ弁２２Ｂ
が排気側と仮定しているので、サーボ弁２２Ｂの通過流
量式は、以下の数７で表される。
が排気側と仮定しているので、サーボ弁２２Ｂの通過流
量式は、以下の数７で表される。
【００２８】
【数７】
【００２９】圧力室１６Ｂ側についても同様にして数６
に対応する式を導くと、以下の数８となる。
に対応する式を導くと、以下の数８となる。
【００３０】
【数８】
【００３１】数６、数８のような補償を制御演算装置２
０で行われる制御演算に入れることによって、スライダ
１３の位置、すなわちスライダ１３内での受圧板１７´
の位置変化による動特性変化は打ち消され、動特性はス
ライダ１３内での受圧板１７´の位置によらずスライダ
１３の中央にある場合の特性と一致する。
０で行われる制御演算に入れることによって、スライダ
１３の位置、すなわちスライダ１３内での受圧板１７´
の位置変化による動特性変化は打ち消され、動特性はス
ライダ１３内での受圧板１７´の位置によらずスライダ
１３の中央にある場合の特性と一致する。
【００３２】以下に、制御演算装置２０の作用を順に説
明する。
明する。
【００３３】（１）位置センサ１５によりスライダ１３
の位置が検出され、位置情報を示す電気信号が得られ
る。位置センサ１５からの位置検出信号は制御演算装置
２０に入力される。制御演算装置２０では以下のような
演算（２）〜（６）を行う。
の位置が検出され、位置情報を示す電気信号が得られ
る。位置センサ１５からの位置検出信号は制御演算装置
２０に入力される。制御演算装置２０では以下のような
演算（２）〜（６）を行う。
【００３４】（２）位置センサ１５から入力したスライ
ダ位置ｘを微分して速度ｘドット、更に微分して加速度
ｘダブルドットを計算する。
ダ位置ｘを微分して速度ｘドット、更に微分して加速度
ｘダブルドットを計算する。
【００３５】（３）スライダ目標位置Ｘref とスライダ
位置ｘ、速度ｘドット、加速度ｘダブルドットより、以
下の数９に基づいて位置指令値ｕを計算する。
位置ｘ、速度ｘドット、加速度ｘダブルドットより、以
下の数９に基づいて位置指令値ｕを計算する。
【００３６】
【数９】
【００３７】但し、Ｋp 、Ｋv 、Ｋa はそれぞれ適宜に
設計された比例ゲイン、速度ゲイン、加速度ゲインであ
る。
設計された比例ゲイン、速度ゲイン、加速度ゲインであ
る。
【００３８】（４）サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂへの位
置指令値ｕ1 、ｕ2 を次のように計算する。
置指令値ｕ1 、ｕ2 を次のように計算する。
【００３９】ｕ1 ＝ｕ ｕ2 ＝−ｕ （５）サーボアンプ２１Ａへの新たな位置指令値ｕ1 ´
を数６を用いて次の数１０のように計算する。
を数６を用いて次の数１０のように計算する。
【００４０】
【数１０】
【００４１】ここでは、数６の圧力Ｐ1 をスライダ停止
時の平衡圧Ｐバー（あらかじめ計測されている）、温度
θ1 を平衡温度θバー＝大気温度θa としている。ま
た、サーボアンプ２１Ｂへの位置指令値ｕ2 ´を数８を
用いて下記の数１１のように計算する。
時の平衡圧Ｐバー（あらかじめ計測されている）、温度
θ1 を平衡温度θバー＝大気温度θa としている。ま
た、サーボアンプ２１Ｂへの位置指令値ｕ2 ´を数８を
用いて下記の数１１のように計算する。
【００４２】
【数１１】
【００４３】ここでも、数８の圧力Ｐ2 をスライダ停止
時の平衡圧Ｐバー、温度θ2 を平衡温度θバー＝大気温
度θa としている。
時の平衡圧Ｐバー、温度θ2 を平衡温度θバー＝大気温
度θa としている。
【００４４】なお、数１０、数１１はサーボ弁２２Ａを
供給側、サーボ弁２２Ｂを排気側としている。
供給側、サーボ弁２２Ｂを排気側としている。
【００４５】供給側と排気側とが逆の場合は、以下の数
１２、数１３を用いる。
１２、数１３を用いる。
【００４６】
【数１２】
【数１３】
【００４７】なお、Ｖ1 、Ｖ2 はスライダ１３内の断面
積が軸方向に関して一定であり、既知であるので、スラ
イダ１３の位置を知ることで算出できる。
積が軸方向に関して一定であり、既知であるので、スラ
イダ１３の位置を知ることで算出できる。
【００４８】（６）位置指令値ｕ1 ´をサーボアンプ２
１Ａに、位置指令値ｕ2 ´をサーボアンプ２１Ｂに出力
する。
１Ａに、位置指令値ｕ2 ´をサーボアンプ２１Ｂに出力
する。
【００４９】（７）サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂは、位
置指令値に従いサーボ弁２２Ａ、２２Ｂのスプール位置
をそれぞれ制御する。サーボ弁２２Ａ、２２Ｂには適切
な圧力に調節された空気が供給されており、サーボ弁２
２Ａ、２２Ｂのスプール位置により通過する圧縮空気流
量が変動する。
置指令値に従いサーボ弁２２Ａ、２２Ｂのスプール位置
をそれぞれ制御する。サーボ弁２２Ａ、２２Ｂには適切
な圧力に調節された空気が供給されており、サーボ弁２
２Ａ、２２Ｂのスプール位置により通過する圧縮空気流
量が変動する。
【００５０】（８）サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを通過した
空気はスライダ１３内の２つの圧力室１６Ａ、１６Ｂに
供給される。そして、圧力室１６Ａ、１６Ｂの差圧がス
ライダ１３に作用しスライダ１３を駆動させる。
空気はスライダ１３内の２つの圧力室１６Ａ、１６Ｂに
供給される。そして、圧力室１６Ａ、１６Ｂの差圧がス
ライダ１３に作用しスライダ１３を駆動させる。
【００５１】（９）（１）から（８）を繰り返しスライ
ダ１３を目標位置Ｘref に位置制御する。
ダ１３を目標位置Ｘref に位置制御する。
【００５２】以上の説明で明らかなように、本発明は２
つのサーボ弁により２つの圧力室への圧縮空気流量を制
御し、スライダの位置制御を行う複動形空気圧アクチュ
エータにおいて、有効ストロークを長く取り安定した位
置決め制御を行うために、制御方式にスライダ位置変化
による動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行うよ
うにしたものである。
つのサーボ弁により２つの圧力室への圧縮空気流量を制
御し、スライダの位置制御を行う複動形空気圧アクチュ
エータにおいて、有効ストロークを長く取り安定した位
置決め制御を行うために、制御方式にスライダ位置変化
による動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行うよ
うにしたものである。
【００５３】ところで、上記の数６、数８は、気体の状
態変化を断熱変化として導出したが、断熱係数κをポリ
トロープ指数ｎに置き換えて導出しても同様の式が得ら
れるので、本発明は他の状態変化（等温変化など）の場
合も適用可能である。以下に、この場合について説明す
る。
態変化を断熱変化として導出したが、断熱係数κをポリ
トロープ指数ｎに置き換えて導出しても同様の式が得ら
れるので、本発明は他の状態変化（等温変化など）の場
合も適用可能である。以下に、この場合について説明す
る。
【００５４】圧力室の状態方程式は、気体の状態変化を
ポリトロープ変化と仮定すると、以下の数１４で表さ
れ、
ポリトロープ変化と仮定すると、以下の数１４で表さ
れ、
【数１４】 線形化モデルの状態方程式は、以下の数１５で表され
る。
る。
【００５５】
【数１５】 但し、ｎはポリトロープ指数である。
【００５６】数１５の線形化モデル式に対して決定され
るサーボ弁流量による圧力変化で、容積Ｖ、圧力Ｐ、温
度θが変化し線形化モデルとの間に差異が生じる。線形
化モデルにより決定された流量値と数１４の非線形モデ
ル式による圧力応答が同じになるようにするためには、
以下の数１６、数１７とすれば良い。
るサーボ弁流量による圧力変化で、容積Ｖ、圧力Ｐ、温
度θが変化し線形化モデルとの間に差異が生じる。線形
化モデルにより決定された流量値と数１４の非線形モデ
ル式による圧力応答が同じになるようにするためには、
以下の数１６、数１７とすれば良い。
【００５７】
【数１６】
【数１７】
【００５８】ここで、容積変化による影響のみを補償す
る。圧力、温度変化を無視すると、Ｐ1 ＝Ｐ2 ＝Ｐバ
ー、θ1 ＝θ2 ＝θa であるから、以下の数１８、数１
９のようになる。
る。圧力、温度変化を無視すると、Ｐ1 ＝Ｐ2 ＝Ｐバ
ー、θ1 ＝θ2 ＝θa であるから、以下の数１８、数１
９のようになる。
【００５９】
【数１８】
【数１９】 ここで、以下の数２０、数２１より、
【数２０】
【数２１】 但し、Ｓe1、Ｓe2はそれぞれ、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂ
を通過する流路の有効断面積で、有効断面積で表すと、
以下の数２２、２３であり、
を通過する流路の有効断面積で、有効断面積で表すと、
以下の数２２、２３であり、
【数２２】
【数２３】 更に、以下の式 Ｓe1＝Ｋseｕ1 Ｓe2＝Ｋseｕ2 により、位置指令値（電圧）で表すと、以下の数２４、
数２５となる。
数２５となる。
【００６０】
【数２４】
【数２５】
【００６１】以上のようにして、気体の状態変化が断熱
変化の場合と同様に、スライダ位置変化による動特性変
化の補償を加えた位置決め制御を行うことができる。
変化の場合と同様に、スライダ位置変化による動特性変
化の補償を加えた位置決め制御を行うことができる。
【００６２】
【発明の効果】２つのサーボ弁を用いてスライダの位置
制御を行う場合、スライダ位置による動特性変化の非線
形特性によって安定した制御が難しく、スライダの機械
的ストロークに対して有効ストロークを長く取ることが
困難であった。
制御を行う場合、スライダ位置による動特性変化の非線
形特性によって安定した制御が難しく、スライダの機械
的ストロークに対して有効ストロークを長く取ることが
困難であった。
【００６３】これに対し、本発明によれば上記の制御装
置により、スライダ位置による動特性変化の非線形性を
補償し、有効ストロークの拡張と安定した制御を実現す
ることができる。
置により、スライダ位置による動特性変化の非線形性を
補償し、有効ストロークの拡張と安定した制御を実現す
ることができる。
【図１】本発明による空気圧アクチュエータの構成を概
略的に示した図である。
略的に示した図である。
【図２】本発明者らにより提案されている空気圧アクチ
ュエータの構成を示した図である。
ュエータの構成を示した図である。
１０ 空気圧源 １１Ａ、１１Ｂ レギュレータ １２ 静圧空気軸受 １３ スライダ １４ ガイド軸 １５ 位置センサ １６Ａ、１６Ｂ 圧力室 １７、１７´ 受圧板 ２２Ａ、２２Ｂ サーボ弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H001 AA06 AB04 AC03 AD04 AE12 3H089 AA01 AA33 BB17 CC02 EE31 EE35 FF03 GG03 5H303 BB01 BB11 CC06 DD08 FF03 JJ10 KK11 KK29
Claims (3)
- 【請求項１】 ガイド部とこれに沿って移動可能なスラ
イダとを含み、前記ガイド部と前記スライダとの間にシ
リンダ室を形成すると共に、該シリンダ室を移動方向に
関して２つの圧力室に区画する受圧板を前記ガイド部、
前記スライダの一方に設け、２つに区画された圧力室に
それぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にす
ることで前記２つの圧力室の差圧で前記スライダを駆動
するようにした気体圧アクチュエータであって、前記ス
ライダの位置を検出するための位置センサと、前記２つ
のサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアン
プと、前記位置センサからの位置検出信号を受けて前記
２つのサーボアンプに位置指令値を出力する制御演算装
置とを備えた気体圧アクチュエータの制御方法におい
て、 前記制御演算装置は、前記２つのサーボアンプに与える
各位置指令値に対して、前記シリンダ室内における前記
受圧板の位置変化に起因する各圧力室の圧力変化分を補
償する演算を行ったうえで、それぞれ補償された位置指
令値を前記２つのサーボアンプへ出力することを特徴と
する気体圧アクチュエータの制御方法。 - 【請求項２】 ガイド部とこれに沿って移動可能なスラ
イダとを含み、前記ガイド部と前記スライダとの間にシ
リンダ室を形成すると共に、該シリンダ室を移動方向に
関して２つの圧力室に区画する受圧板を前記ガイド部、
前記スライダの一方に設け、２つに区画された圧力室に
それぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にす
ることで前記２つの圧力室の差圧で前記スライダを駆動
するようにした気体圧アクチュエータであって、前記ス
ライダの位置を検出するための位置センサと、前記２つ
のサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアン
プと、前記位置センサからの位置検出信号を受けて前記
２つのサーボアンプに位置指令値を出力する制御演算装
置とを備えた気体圧アクチュエータにおいて、 前記制御演算装置は、前記位置検出信号で示されるスラ
イダ位置を微分してスライダの速度を算出すると共に、
算出された速度を微分して加速度を算出するステップ
と、 スライダ目標位置と、前記スライダ位置、前記速度、前
記加速度を用いて前記２つのサーボアンプへ出力すべき
位置指令値を算出するステップと、 算出されたそれぞれの位置指令値に対して、前記シリン
ダ室内における前記受圧板の位置変化に起因する各圧力
室の圧力変化分を補償する演算を行って、それぞれ補償
された位置指令値を前記２つのサーボアンプへ出力する
ステップとを実行することを特徴とする気体圧アクチュ
エータ。 - 【請求項３】 請求項２記載の気体圧アクチュエータに
おいて、前記ガイド部は少なくとも一端側を固定した軸
体であり、前記スライダは、前記軸体が貫通したシリン
ダであり、前記スライダに前記受圧板が取り付けられて
いることを特徴とする気体圧アクチュエータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001098427A JP4629257B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 気体圧アクチュエータ及びその制御方法 |
| US10/241,761 US6789457B2 (en) | 2001-03-30 | 2002-09-12 | Gas pressure actuator capable of stably driving and controlling its slider, and method for controlling the gas pressure actuator |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001098427A JP4629257B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 気体圧アクチュエータ及びその制御方法 |
| US10/241,761 US6789457B2 (en) | 2001-03-30 | 2002-09-12 | Gas pressure actuator capable of stably driving and controlling its slider, and method for controlling the gas pressure actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002295404A true JP2002295404A (ja) | 2002-10-09 |
| JP4629257B2 JP4629257B2 (ja) | 2011-02-09 |
Family
ID=32715456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001098427A Expired - Lifetime JP4629257B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 気体圧アクチュエータ及びその制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6789457B2 (ja) |
| JP (1) | JP4629257B2 (ja) |
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| US7332228B2 (en) | 2003-02-25 | 2008-02-19 | A.L.M.T. Corporation | Coated refractory metal plate having oxide surface layer, and setter which uses the same and which is used in sintering |
| WO2013129398A1 (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | 三菱重工業株式会社 | 燃料噴射ポンプの噴射タイミング調整制御システムおよび内燃機関 |
| CN113467531A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 住友重机械工业株式会社 | 载物台装置及载物台控制装置 |
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| KR20220080698A (ko) | 2020-12-07 | 2022-06-14 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 기체압액추에이터의 제어방법 및 제어연산장치 |
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-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001098427A patent/JP4629257B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-09-12 US US10/241,761 patent/US6789457B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20040050244A1 (en) | 2004-03-18 |
| JP4629257B2 (ja) | 2011-02-09 |
| US6789457B2 (en) | 2004-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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