JP2007146973A - 液圧アクチュエータ制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押側室又は引側室の加圧過程において、吐出量可変ポンプにより押側室又は引側室を加圧制御し、押側室又は引側室の減圧過程において、押側管路に接続された高速オンオフ弁又は引側管路に接続された高速オンオフ弁により減圧制御すると共に減圧制御している押側室又は引側室と反対側となる引側室又は押側室を引側切換弁又は押側切換弁を介して吐出量可変ポンプにより加圧制御することにより、制御の信頼性及び安定性を向上することができる。
【解決手段】液圧アクチュエータ１の押側室Ｓに押側切換弁２を接続すると共に引側室Ｌに引側切換弁３を接続し、押側及び引側の各切換弁に給液管路６を接続すると共に押側切換弁と押側室とを接続する押側管路７及び引側切換弁と引側室とを接続する引側管路８にそれぞれ戻液管路９を接続し、各戻液管路にそれぞれ高速オンオフ弁１１・１２を設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は例えば土木建築用構造部材の材料載荷試験機における試験体への負荷制御、油圧プレス機のシリンダ荷重制御やシリンダの変位制御に用いられる液圧アクチュエータ制御方法及びその装置に関するものである。

従来、この種の液圧アクチュエータ制御装置として、例えば、図１１に示す如く、載荷試験機に内蔵された液圧アクチュエータＫとしての、片側ロッド型の油圧シリンダのロッドＫ₁に取付部材Ｄに取り付けられた制御対象物Ｗとしての試験体を連結し、液圧アクチュエータＫ内の押側室Ｓ及び引側室Ｌに連通する切換弁Ｍ_S・Ｍ_Lを設け、切換弁Ｍ_S・Ｍ_Lに液圧発生源に接続される給液管路Ｎ及びタンクＴに接続される戻液管路Ｇを接続し、給液管路Ｎにインバータ駆動のモータからなる吐出量可変ポンプＰを配設すると共に戻液管路ＧとタンクＴとの間に高速オンオフ弁Ｅを配設し、かつ、上記ロッドＫ₁の変位を取り出すポテンションメーター等の位置センサＦ、荷重を測定するロードセル等の荷重センサＨ及び戻液管路Ｇ内の圧力を検出する圧力変換器としての圧力センサＪ並びにこれら主たる制御要素を演算制御する演算制御部Ｑを設けて構成した構造のものが知られている。

しかして、図１３の如く、制御対象物Ｗに対する図中右方向への押しの加圧過程及び押しの減圧過程、並びに制御対象物Ｗに対する図中左方向への引きの加圧過程及び引きの減圧過程において、液圧アクチュエータＫによる荷重、ロッドＫ₁の変位、戻液管路Ｇ内の圧力をそれぞれ荷重センサＨ、位置センサＦ、圧力センサＪからフィードバック信号としての実際値を得ながら、演算制御部Ｑによって、予め定めた荷重やロッドの変位等の制御目的の目標値に合致すべく制御信号を出力して液圧アクチュエータの作動状態をフィードバック制御するようにしている。

即ち、制御対象物Ｗに対する押しの加圧過程においては、図１１において、上記液圧アクチュエータＫの押側室Ｓに消磁状態の切換弁Ｍ_Sを介して給液管路Ｎが接続され、切換弁Ｍ_Lは励磁されて引側室ＬはタンクＴに接続され、高速オンオフ弁Ｅはオフ状態とし、この状態で液圧アクチュエータＫの押側室Ｓに吐出量可変ポンプＰから作動油たる作動液体を供給し、この制御圧力は目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりインバータモーター駆動される吐出量可変ポンプＰにより制御され、実際値が目標値に到達した後、押しの減圧過程に移り、押しの減圧過程においては、高速オンオフ弁Ｅをオンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに押しの圧力はゼロに至り、そして、引きの加圧過程に移ることになり、この引きの加圧過程においては、高速オンオフ弁Ｅのオフ状態において、切換弁Ｍ_Sを励磁すると共に切換弁Ｍ_Lを消磁し、この切換弁Ｍ_Lを介して引側室Ｌを給液管路Ｎに接続すると共に押側室ＳをタンクＴに接続し、液圧アクチュエータＫの引側室Ｌに給液管路Ｎから作動液体を供給し、この制御圧力は上記押しの加圧過程と同様に、目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりインバーターモーター駆動される吐出量可変ポンプＰにより制御され、実際値が目標値に到達した後、引きの減圧過程に移り、この引きの減圧過程においては、高速オンオフ弁Ｅをオンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに引きの圧力はゼロに至り、そして、必要に応じ、再び、押しの加圧過程に移り、このような液圧アクチュエータの作動状態の制御により制御対象物Ｗである試験体の載荷試験がなされることになる。
特公平５−９６４１号公報

しかしながらこの従来構造の場合、押しの減圧過程から引きの加圧過程に移行する際の荷重（圧力）と時間との関係を示した図１２のＰ領域のとおり、押側室の圧力が低い状態になると高速オンオフ弁の開度を上げても押側室内の圧力の抜けが鈍くなり、速やかな減圧ができず、また、目標値Ｂと実際値Ｃとの差が大きくなった時点で切換弁Ｍ_Sを励磁位置に切り替えると、圧力は瞬時に抜けて円滑な制御を行うことができず、また、切換弁Ｍ_Sを遅く切り替えたとすると吐出量可変ポンプＰによる引きの加圧力の遅れが生じ、それだけ、目標値Ｂに対する実際値Ｃの制御性が低下することがあり、このことは引きの減圧過程から押しの加圧過程に移行するときにも生じ易く、このため、制御対象物や制御内容によっては、制御の信頼性及び安定性に劣ることがあるという不都合を有している。

本発明はこれらの不都合を解決することを目的とするもので、本発明のうちで、請求項１記載の方法の発明は、液圧アクチュエータの作動状態を吐出量可変ポンプによる給液管路内の給液量及び高速オンオフ弁による戻液管路内の戻液量の各制御により荷重や変位等の目標値と実際値との差を比較しつつ制御するに際し、上記液圧アクチュエータの押側室に押側切換弁を接続すると共に引側室に引側切換弁を接続し、押側及び引側の各切換弁に給液管路を接続すると共に押側切換弁と押側室とを接続する押側管路及び引側切換弁と引側室とを接続する引側管路にそれぞれ戻液管路を接続し、各戻液管路にそれぞれ高速オンオフ弁を設け、押側室又は引側室の加圧過程において、吐出量可変ポンプにより押側室又は引側室を加圧制御し、押側室又は引側室の減圧過程において、押側管路に接続された高速オンオフ弁又は引側管路に接続された高速オンオフ弁により減圧制御すると共に当該減圧制御している押側室又は引側室と反対側となる引側室又は押側室を引側切換弁又は押側切換弁を介して吐出量可変ポンプにより加圧制御することを特徴とする液圧アクチュエータ制御方法にある。

又、請求項２記載の方法の発明は、上記各戻液管路を開放切換弁によりタンクに開放することを特徴とするものであり、又、請求項３記載の方法の発明は、上記押側室又は引側室の圧力を押側圧力センサ及び引側圧力センサにより検出することを特徴とするものであり、又、請求項４記載の方法の発明は、上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とするものである。

又、請求項５記載の装置の発明は、液圧アクチュエータの作動状態を吐出量可変ポンプによる給液管路内の給液量及び高速オンオフ弁による戻液管路内の戻液量の各制御により荷重や変位等の目標値と実際値との差を比較しつつ制御する装置において、上記液圧アクチュエータの押側室に押側切換弁を接続すると共に引側室に引側切換弁を接続し、押側及び引側の各切換弁に給液管路を接続すると共に押側切換弁と押側室とを接続する押側管路及び引側切換弁と引側室とを接続する引側管路にそれぞれ戻液管路を接続し、各戻液管路にそれぞれ高速オンオフ弁を設け、押側室又は引側室の加圧過程において、吐出量可変ポンプにより押側室又は引側室を加圧制御し、押側室又は引側室の減圧過程において、押側管路に接続された高速オンオフ弁又は引側管路に接続された高速オンオフ弁により減圧制御すると共に当該減圧制御している押側室又は引側室と反対側となる引側室又は押側室を引側切換弁又は押側切換弁を介して吐出量可変ポンプにより加圧制御する演算制御装置を設けてなることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置にある。

又、請求項６記載の装置の発明は、上記各戻液管路をタンクに開放する開放切換弁を設けてなることを特徴とするものであり、又、請求項７記載の装置の発明は、上記押側室又は上記引側室の圧力を検出する押側圧力センサ及び引側圧力センサを設けてなることを特徴とするものであり、又、請求項８記載の装置の発明は、上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とするものである。

本発明は上述の如く、請求項１又は５記載の発明にあっては、押側室又は引側室の加圧過程において、吐出量可変ポンプにより押側室又は引側室を加圧制御し、押側室又は引側室の減圧過程において、押側管路に接続された高速オンオフ弁又は引側管路に接続された高速オンオフ弁により減圧制御すると共に当該減圧制御している押側室又は引側室と反対側となる引側室又は押側室を引側切換弁又は押側切換弁を介して吐出量可変ポンプにより加圧制御することにより、各高速オンオフ弁による減圧制御と吐出量可変ポンプによる加圧制御とを同時に行うことができ、減圧制御と加圧制御の同時制御により、一方の室の圧力の抜けが悪い分を反対側の室に給液することで、目標値に対する追従性を高めることができ、制御の信頼性及び安定性を向上することができる。

又、請求項２又は６記載の発明にあっては、上記各戻液管路を開放切換弁によりタンクに開放するようにしているので、押側室又は引側室の低い圧力領域での減圧過程における圧抜きを速やかに行うことができ、それだけ、制御の信頼性及び安定性を向上することができ、又、請求項３又は７記載の発明にあっては、上記押側室又は引側室の圧力を押側圧力センサ及び引側圧力センサにより検出するようにしているので、各高速オンオフ弁並びに吐出量可変ポンプの制御を確実に行うことができ、又、請求項４又は８記載の発明にあっては、上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されるので、押側室又は引側室への給液量を確実に制御することができ、制御の信頼性及び安定性を一層向上することができる。

図１乃至図１０は本発明の実施の形態例を示し、１は液圧アクチュエータ１であって、片側ロッド型の油圧シリンダが用いられ、このロッド１ａに取付部材Ｄに取り付けられた制御対象物Ｗとしての試験体を連結し、液圧アクチュエータ１内の押側室Ｓに押側切換弁２を接続すると共に引側室Ｌに引側切換弁３を接続し、押側及び引側の各切換弁２・３にサーボモーター４により駆動される吐出量可変ポンプ５に連なる給液管路６を接続すると共に押側切換弁２と押側室Ｓとを接続する押側管路７及び引側切換弁３と引側室Ｌとを接続する引側管路８にそれぞれ戻液管路９・１０を接続し、各戻液管路９・１０にそれぞれ２ポート２位置スプリングリターン電磁高速切換弁からなる高速オンオフ弁１１・１２を設け、かつ、上記各戻液管路９・１０にタンクＴに開放する開放切換弁１３・１４を設けて構成している。

１５は演算制御装置であって、上記ロッド１ａの変位を取り出すポテンションメーター等の位置センサ１６、荷重を測定するロードセル等の荷重センサ１７及び各戻液管路９・１０内の圧力を検出する圧力変換器としての押側圧力センサ１８及び引側圧力センサ１９並びにこれら主たる制御要素を演算制御する演算回路により構成され、上記押側室Ｓ又は引側室Ｌの加圧過程において、吐出量可変ポンプ５により押側室Ｓ又は引側室Ｌを加圧制御し、押側室Ｓ又は引側室Ｌの減圧過程において、押側管路７に接続された高速オンオフ弁１１又は引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２により減圧制御すると共に当該減圧制御している押側室Ｓ又は引側室Ｌと反対側となる引側室Ｌ又は押側室Ｓを引側切換弁３又は押側切換弁２を介して吐出量可変ポンプ５により加圧制御するように設けられている。

この実施の形態例は上記構成であるから、例えば、載荷試験機に内蔵された液圧アクチュエータ１としての片側ロッド型の油圧シリンダのロッド１ａに取付部材Ｄに取り付けられた制御対象物Ｗとしての試験体を連結し、制御対象物Ｗに対する図中右方向への押しの加圧過程及び押しの減圧過程並びに制御対象物Ｗに対する図中左方向への引きの加圧過程及び引きの減圧過程において、液圧アクチュエータ１による荷重、ロッド１ａの変位及び各戻液管路９・１０内の圧力をそれぞれ荷重センサＨ、位置センサＦ、押側及び引側の各圧力センサ１８・１９からフィードバック信号としての実際値を得ながら、演算制御装置１５によって、予め定めた荷重やロッドの変位等の制御目的の目標値Ｂに合致すべく制御信号を出力して液圧アクチュエータ１の作動状態をフィードバック制御することになる。

この際、例えば、制御対象物Ｗに対する押しの加圧過程においては、図２において、上記液圧アクチュエータ１の押側室Ｓに励磁状態の押側切換弁２を介して給液管路６が接続され、引側切換弁３は消磁され、押側管路７に接続された高速オンオフ弁１１及びこれに並列する開放切換弁１３を消磁状態として引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２及び又はこれに並列する開放切換弁１４を励磁状態として引側室ＬをタンクＴに接続し、この状態で液圧アクチュエータＫの押側室Ｓに吐出量可変ポンプ５から作動油たる作動液体を供給し、この制御圧力は目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりインバータモーター駆動される吐出量可変ポンプ５により制御される。

そして、実際値が目標値に到達した後、押しの減圧過程に移り、図３及び図１０の如く、押しの減圧過程においては、押側管路７に接続された高速オンオフ弁１１をオンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、この高速オンオフ弁１１のオンオフ制御により実際値が所定の低圧力になったことを押側管路７に接続された押側圧力センサ１８が検出すると、図４及び図１０のＰ₁点のごとく、押側管路７に接続された高速オンオフ弁１１がオンオフ動作を継続した状態で引側切換弁３が励磁されると共に引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２及びこれに並列する開放切換弁１４は消磁状態とし、この状態で引側室Ｌに吐出量可変ポンプ５から作動油たる作動液体を供給し、即ち、押側管路７に接続された高速オンオフ弁１１による押側室Ｓ内の減圧制御と吐出量可変ポンプ５による引側室Ｌの加圧制御とを同時に行うことになり、この押側室Ｓ内の減圧制御と引側室Ｌの加圧制御の同時制御により押側室Ｓ内の戻液の抜けが速やかに行われ、そして、この場合、図５及び図１０のＰ₂の如く、押しの圧力がゼロになる手前の圧力を押側管路７に接続された押側圧力センサ１８が検出すると、開放切換弁１３を励磁して開放作動させ、図１０のＰ₃において、押しの圧力はゼロに至り、そして、引きの加圧過程に移ることになる。尚、図３、図４の高速オンオフ弁１１及び図７、図８の高速オンオフ弁１２が開放表示されているが、実際は高速オンオフ動作、つまり、一定周期でオンオフし、オンとオフ時間は目標値と実際値の差に比例するパルス幅制御を行っており、これを各図中の両方向矢印で表示している。

この引きの加圧過程においては、図６の如く、上記液圧アクチュエータ１の引側室Ｌに励磁状態の引側切換弁３を介して給液管路６が接続され、押側切換弁２は消磁され、引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２及びこれに並列する開放切換弁１４を消磁状態として押側管路７に接続された高速オンオフ弁１１及び又はこれに並列する開放切換弁１３を励磁状態として押側室ＳをタンクＴに接続し、この状態で液圧アクチュエータＫの引側室Ｌに吐出量可変ポンプ５から作動油たる作動液体を供給し、この制御圧力は目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりインバータモーター駆動される吐出量可変ポンプ５により制御される。

そして、実際値が目標値に到達した後、引きの減圧過程に移り、図７の如く、引きの減圧過程においては、引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２をオンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、この高速オンオフ弁１２のオンオフ制御により実際値が所定の低圧力になったことを引側管路７に接続された引側圧力センサ１９が検出すると、図８の如く、引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２がオンオフ動作を継続した状態で押側切換弁２が励磁されると共に押側管路７に接続された高速オンオフ弁１１及びこれに並列する開放切換弁１３は消磁状態とし、この状態で、押側室Ｓに吐出量可変ポンプ５から作動油たる作動液体を供給し、即ち、引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２による引側室Ｌ内の減圧制御と吐出量可変ポンプ５による押側室Ｓの加圧制御とを同時に行うことになり、この引側室Ｌ内の減圧制御と押側室Ｓの加圧制御の同時制御により引側室Ｌ内の戻液の抜けが速やかに行われ、そして、この場合、引きの圧力がゼロになる手前の圧力を引側管路８に接続された引側圧力センサ１９が検出すると、図９の如く、引きの圧力がゼロになる手前で開放切換弁１４を励磁して開放作動させ、引きの圧力はゼロに至り、そして、押しの加圧過程に移ることになり、このような液圧アクチュエータの作動状態の制御により制御対象物Ｗである試験体の載荷試験がなされることになる。

従って、上記演算制御装置１５により、押側室Ｓ又は引側室Ｌの加圧過程において、吐出量可変ポンプ５により押側室Ｓ又は引側室Ｌを加圧制御し、押側室Ｓ又は引側室Ｌの減圧過程において、押側管路Ｓに接続された高速オンオフ弁１１又は引側管路８に接続された高速オンオフ弁１２により減圧制御すると共に当該減圧制御している押側室Ｓ又は引側室Ｌと反対側となる引側室Ｌ又は押側室Ｓを引側切換弁３又は押側切換弁２を介して吐出量可変ポンプ５により加圧制御することにより、各高速オンオフ弁１１・１２による減圧制御と吐出量可変ポンプ５による加圧制御とを同時に行うことができ、減圧制御と加圧制御の同時制御により、一方の室の圧力の抜けが悪い分を反対側の室に給液することで、目標値に対する追従性を高めることができ、このため、制御の信頼性及び安定性を向上することができる。

又、この場合、上記各戻液管路９・１０を開放切換弁１３・１４によりタンクに開放するようにしているので、押側室Ｓ又は引側室Ｌの低い圧力領域での減圧過程における圧抜きを速やかに行うことができ、それだけ、制御の信頼性及び安定性を向上することができ、又、この場合、上記押側室Ｓ又は引側室Ｌの圧力を押側圧力センサ１８及び引側圧力センサ１９により検出するようにしているので、各高速オンオフ弁１１・１２並びに吐出量可変ポンプ５の制御を確実に行うことができ、又、この場合、上記吐出量可変ポンプ５はサーボモータ４により駆動されるので、押側室Ｓ又は引側室Ｌへの給液量を確実に制御することができ、制御の信頼性及び安定性を一層向上することができる。

尚、本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、液圧アクチュエータ１、切換弁２・３、吐出量可変ポンプ５、高速オンオフ弁１１・１２の形態や回路要素等は適宜変更して設計される。

以上、所期の目的を充分達成することができる。

本発明の実施の形態例の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の実施の形態例の作動過程の油圧回路図である。 本発明の制御過程における荷重と時間の関係図である。 従来構造の油圧回路図である。 従来構造の制御過程における荷重と時間の関係図である。 全体の制御過程ブロック図である。

符号の説明

１ 液圧アクチュエータ
２ 押側切換弁
３ 引側切換弁
５ 吐出量可変ポンプ
６ 給液管路
７ 押側管路
８ 引側管路
９ 戻液管路
１０ 戻液管路
１１ 高速オンオフ弁
１２ 高速オンオフ弁
１３ 開放切換弁
１４ 開放切換弁
１５ 演算制御装置
１６ 位置センサ
１７ 荷重センサ
１８ 押側圧力センサ
１９ 引側圧力センサ

Claims (8)

1. 液圧アクチュエータの作動状態を吐出量可変ポンプによる給液管路内の給液量及び高速オンオフ弁による戻液管路内の戻液量の各制御により荷重や変位等の目標値と実際値との差を比較しつつ制御するに際し、上記液圧アクチュエータの押側室に押側切換弁を接続すると共に引側室に引側切換弁を接続し、押側及び引側の各切換弁に給液管路を接続すると共に押側切換弁と押側室とを接続する押側管路及び引側切換弁と引側室とを接続する引側管路にそれぞれ戻液管路を接続し、各戻液管路にそれぞれ高速オンオフ弁を設け、押側室又は引側室の加圧過程において、吐出量可変ポンプにより押側室又は引側室を加圧制御し、押側室又は引側室の減圧過程において、押側管路に接続された高速オンオフ弁又は引側管路に接続された高速オンオフ弁により減圧制御すると共に当該減圧制御している押側室又は引側室と反対側となる引側室又は押側室を引側切換弁又は押側切換弁を介して吐出量可変ポンプにより加圧制御することを特徴とする液圧アクチュエータ制御方法。
2. 上記各戻液管路を開放切換弁によりタンクに開放することを特徴とする請求項１記載の液圧アクチュエータ制御方法。
3. 上記押側室又は引側室の圧力を押側圧力センサ及び引側圧力センサにより検出することを特徴とする請求項１又は２記載の液圧アクチュエータ制御方法。
4. 上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御方法。
5. 液圧アクチュエータの作動状態を吐出量可変ポンプによる給液管路内の給液量及び高速オンオフ弁による戻液管路内の戻液量の各制御により荷重や変位等の目標値と実際値との差を比較しつつ制御する装置において、上記液圧アクチュエータの押側室に押側切換弁を接続すると共に引側室に引側切換弁を接続し、押側及び引側の各切換弁に給液管路を接続すると共に押側切換弁と押側室とを接続する押側管路及び引側切換弁と引側室とを接続する引側管路にそれぞれ戻液管路を接続し、各戻液管路にそれぞれ高速オンオフ弁を設け、押側室又は引側室の加圧過程において、吐出量可変ポンプにより押側室又は引側室を加圧制御し、押側室又は引側室の減圧過程において、押側管路に接続された高速オンオフ弁又は引側管路に接続された高速オンオフ弁により減圧制御すると共に当該減圧制御している押側室又は引側室と反対側となる引側室又は押側室を引側切換弁又は押側切換弁を介して吐出量可変ポンプにより加圧制御する演算制御装置を設けてなることを特徴とする液圧アクチュエータ制御装置。
6. 上記各戻液管路をタンクに開放する開放切換弁を設けてなることを特徴とする請求項５記載の液圧アクチュエータ制御装置。
7. 上記押側室又は上記引側室の圧力を検出する押側圧力センサ及び引側圧力センサを設けてなることを特徴とする請求項５又は６記載の液圧アクチュエータ制御装置。
8. 上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とする請求項５〜７記載のいずれか１項に記載の液圧アクチュエータ制御装置。
   

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