JP2007205464A - Control method of variable displacement pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブリードオフ油圧システムを利用している建設機械等の機械に適用される可変容量ポンプの制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a variable displacement pump applied to a machine such as a construction machine using a bleed-off hydraulic system.
出願人は、油圧ショベルなどの建設機械の油圧システムにおいて、クローズドセンターの制御バルブを介して複数のアクチュエータに接続する場合の制御方法を特許文献1及び特許文献2において提案している。
しかしながら、実際にクローズドセンターの制御バルブを介して複数のアクチュエータを接続した場合に、下記の点において問題が生じていた。
The applicant has proposed a control method in
However, when a plurality of actuators are actually connected through the control valve of the closed center, problems have occurred in the following points.
まず、可変容量ポンプの吐出圧の制御は、コントローラと圧力センサーにより、電気的に閉ループを組んで制御するようにしている。具体的に特許文献2に示される制御を、図7のブロック図及び同図を機能別に整理した図8のブロック図を参照して説明すると、図8において点線内で囲まれたコントローラの演算により閉ループ圧力制御演算を行った場合には、可変リミッタの後のポンプ吐出量指令Qpcが電気的にポンプに対して出力されるので、電気系統に問題が生じる等指令がポンプに対して与えられない状況下では、一般的に吐出量がゼロのままとなり、システムを可動できなくなるという問題があった。
First, the discharge pressure of the variable displacement pump is controlled in an electrically closed loop by a controller and a pressure sensor. Specifically, the control disclosed in
また、図7に示されるように、仮想吐出圧Pideaは、仮想吐出量Qideaから制限付き仮想吐出量Q'ideaを引いて求められたブリードオフ流量Xaと、操作量に基づいて得られたアクチュエータの仮想ブリードオフ特性値Xbとを使用しており、操作量が大きくなると、仮想ブリードオフ特性値Xbとして求められる仮想のブリードオフ通路の開口面積Abは、通常0へと収束し、最終的には0となる。また、仮想吐出量Qideaに対して、制限付き仮想吐出量Q'ideaも増加してゆき、その差(即ち、仮想のブリードオフ流量Xa)も最終的には0になる。
しかしながら、吐出圧の算出には、下記式を使用するために、(Xa/Xb)2という演算を行う必要があり、結果が最高圧となるところ等、然るべき条件で打ち切るとしても限度があり、0に近い数値を0に近い数値で割ることがあり、演算誤差が大きくなるという問題があった。
Pidea={(Qmax-Qa)/(Kq×Ab)}2
尚、式中、Qmaxはポンプの最大吐出量であり、Kqは流量係数であり、Abはブリードオフ通路の開口面積である。
Further, as shown in FIG. 7, the virtual discharge pressure P idea is obtained based on the bleed-off flow rate Xa obtained by subtracting the limited virtual discharge amount Q ' idea from the virtual discharge amount Q idea and the operation amount. The virtual bleed-off characteristic value Xb of the actuator is used, and when the operation amount increases, the opening area Ab of the virtual bleed-off passage calculated as the virtual bleed-off characteristic value Xb normally converges to 0, and finally Thus, it becomes 0. Further, the limited virtual discharge amount Q ′ idea increases with respect to the virtual discharge amount Q idea , and the difference (that is, the virtual bleed-off flow rate Xa) finally becomes zero.
However, in order to calculate the discharge pressure, it is necessary to perform the calculation of (Xa / Xb) 2 in order to use the following formula, and there is a limit even if it is terminated under appropriate conditions, such as where the result is the maximum pressure, A numerical value close to 0 may be divided by a numerical value close to 0, resulting in a problem that calculation error increases.
P idea = {(Q max -Q a ) / (Kq × Ab)} 2
In the formula, Q max is the maximum discharge amount of the pump, Kq is a flow coefficient, and Ab is the opening area of the bleed-off passage.
また、複数のアクチュエータの操作量は合計され、所定のブリードオフ特性に相当するブリードオフ通路の開口面積を算出するようにしているが、アクチュエータ毎に異なるブリードオフ流量が必要とされる場合には、有効ではなかった。 In addition, the operation amounts of the plurality of actuators are summed up to calculate the opening area of the bleed-off passage corresponding to a predetermined bleed-off characteristic, but when a different bleed-off flow rate is required for each actuator, Was not effective.
本発明は、可変容量ポンプとクローズドセンター型方向弁を使用して実用性と経済性に優れた油圧回路を構成することができ、更に、ブリードオフ制御方法が持つ良好な操作性を損なわずに、非常時であっても可動させることができ、操作量の全領域において制御することができ、更には、各アクチュエータ毎のブリードオフ特性に応じて制御することができる可変容量ポンプの制御方法を提供することを目的とするものである。 The present invention can configure a hydraulic circuit having excellent practicality and economy by using a variable displacement pump and a closed center type directional valve, and further, without damaging the good operability of the bleed-off control method. A variable displacement pump control method that can be moved even in an emergency, can be controlled over the entire operating range, and can be controlled according to the bleed-off characteristics of each actuator. It is intended to provide.
上記課題を解決すべく、下記の通り解決手段を見いだした。
即ち、本発明の可変容量ポンプの制御方法は、請求項1に記載の通り、エンジンで駆動され、且つ、外部からポンプ吐出量の調整可能な可変容量ポンプに、複数のクローズドセンター型方向制御弁に、それぞれアクチュエータを接続した油圧回路において、前記クローズドセンター型方向制御弁が、センターバイパス型の方向制御弁の代わりとなるように、電気的演算により前記可変容量ポンプを制御する方法であって、前記可変容量ポンプの吐出圧の制御を、電磁比例弁を介して行い、前記電磁比例弁への信号が得られない非常時に、前記可変容量ポンプの吐出圧を所定値とすることにより前記アクチュエータを動作できるようにしたことを特徴とする。
また、請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の可変容量ポンプの制御方法において、前記非常時において、前記可変容量ポンプの傾転駆動系をネガティブ型としたことを特徴とする。
また、請求項3に記載の本発明は、請求項2に記載の可変容量ポンプの制御方法において、前記可変容量ポンプの傾転駆動系をネガティブ型とするために、前記電磁比例弁をネガティブ型としたことを特徴とする。
また、請求項4に記載の本発明は、エンジンで駆動され、且つ、外部からポンプ吐出量の調整可能な可変容量ポンプに、複数のクローズドセンター型方向制御弁に、それぞれアクチュエータを接続した油圧回路において、前記クローズドセンター型方向制御弁が、センターバイパス型の方向制御弁の代わりとなるように、電気的演算により前記可変容量ポンプを制御する方法であって、前記可変容量ポンプの実ポンプ吐出量と、前記各方向制御弁の操作量とを検出し、前記実ポンプ吐出量を前記アクチュエータ流量とし、前記操作量に基づいてブリードオフ流量を算出し、前記可変容量ポンプの仮想ポンプ吐出量から、前記アクチュエータ流量及び前記ブリードオフ流量を減算した流量値を算出し、前記流量値に基づいて、前記可変容量ポンプの制御指令量を決定することを特徴とする。
また、請求項5に記載の本発明は、請求項4に記載の可変容量ポンプの制御方法において、前記可変容量ポンプは、斜板式可変容量ポンプであり、前記実ポンプ吐出量の検出を、傾転センサにより行うことを特徴とする。
また、請求項6に記載の本発明は、請求項4又は5に記載の可変容量ポンプの制御方法において、前記可変容量ポンプの制御指令量を、規範モデルとなる仮想配管系に基づいて算出された仮想ポンプ吐出圧指令とすることを特徴とする。
また、請求項7に記載の本発明は、請求項4乃至6の何れかに記載の可変容量ポンプの制御方法において、前記ブリードオフ流量を、前記吐出圧の平方根にオリフィスの流量係数を乗算することにより得ることを特徴とする。
また、請求項8に記載の本発明は、請求項6又は7に記載の可変容量ポンプの制御方法において、前記仮想吐出量は、前記エンジンの馬力を前記仮想吐出圧指令により除した値を上限として制限されることを特徴とする。
また、請求項9に記載の本発明は、エンジンで駆動され、且つ、外部からポンプ吐出量の調整可能な可変容量ポンプに、複数のクローズドセンター型方向制御弁に、それぞれアクチュエータを接続した油圧回路において、前記クローズドセンター型方向制御弁が、センターバイパス型の方向制御弁の代わりとなるように、電気的演算により前記可変容量ポンプを制御する方法であって、前記各方向制御弁の操作量に基づく操作量信号(Sk)に対する個別のブリードオフ特性に基づき、前記各方向制御弁の開口面積(Abk)を算出し、合計ブリードオフ面積値(Ab)を下記式に基づき算出し、前記合計ブリードオフ面積値(Ab)に基づいて、前記クローズドセンター型方向制御弁の仮想ブリードオフ流量を決定し、前記可変容量ポンプの仮想吐出量から前記仮想ブリードオフ流量を減算した値に基づいて、前記可変容量ポンプの制御量を決定することを特徴とする。
That is, the control method for a variable displacement pump according to the present invention includes a plurality of closed center type directional control valves in a variable displacement pump driven by an engine and having an adjustable pump discharge amount from the outside. In addition, in the hydraulic circuit to which each actuator is connected, the closed center type directional control valve is a method for controlling the variable displacement pump by electrical calculation so that it can replace the center bypass type directional control valve, Control of the discharge pressure of the variable displacement pump is performed via an electromagnetic proportional valve, and the actuator is controlled by setting the discharge pressure of the variable displacement pump to a predetermined value in an emergency when a signal to the electromagnetic proportional valve cannot be obtained. It is possible to operate.
Further, according to a second aspect of the present invention, in the variable displacement pump control method according to the first aspect, the tilt drive system of the variable displacement pump is a negative type in the emergency. .
According to a third aspect of the present invention, in the control method for the variable displacement pump according to the second aspect, in order to make the tilt drive system of the variable displacement pump a negative type, the electromagnetic proportional valve is a negative type. It is characterized by that.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hydraulic circuit in which an actuator is connected to a plurality of closed center type directional control valves to a variable displacement pump driven by an engine and capable of adjusting a pump discharge amount from the outside. The method of controlling the variable displacement pump by electrical calculation so that the closed center type directional control valve is substituted for a center bypass type directional control valve, the actual pump discharge amount of the variable displacement pump being And the operation amount of each directional control valve, the actual pump discharge amount as the actuator flow rate, a bleed-off flow rate is calculated based on the operation amount, and from the virtual pump discharge amount of the variable displacement pump, A flow rate value obtained by subtracting the actuator flow rate and the bleed-off flow rate is calculated, and the variable capacity pump is calculated based on the flow rate value. And determining a control command value.
According to a fifth aspect of the present invention, in the control method for the variable displacement pump according to the fourth aspect, the variable displacement pump is a swash plate type variable displacement pump, and the detection of the actual pump discharge amount is inclined. It is characterized by being performed by a rolling sensor.
According to a sixth aspect of the present invention, in the control method for a variable displacement pump according to the fourth or fifth aspect, the control command amount of the variable displacement pump is calculated based on a virtual piping system as a reference model. The virtual pump discharge pressure command is used.
According to a seventh aspect of the present invention, in the control method for a variable displacement pump according to any one of the fourth to sixth aspects, the bleed-off flow rate is multiplied by a square root of the discharge pressure by a flow coefficient of an orifice. It is characterized by obtaining by this.
The present invention described in
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a hydraulic circuit in which an actuator is connected to each of a plurality of closed center directional control valves to a variable displacement pump driven by an engine and capable of adjusting a pump discharge amount from the outside. The closed center type directional control valve is a method for controlling the variable displacement pump by electrical computation so that the closed center type directional control valve can replace the center bypass type directional control valve. Based on the individual bleed-off characteristics with respect to the manipulated variable signal (Sk), the opening area (Abk) of each directional control valve is calculated, the total bleed-off area value (Ab) is calculated based on the following formula, and the total bleed A virtual bleed-off flow rate of the closed center type directional control valve is determined based on an off area value (Ab), and a virtual discharge amount of the variable displacement pump Et on the basis of the virtual bleed-off flow rate value obtained by subtracting, and determines a control amount of the variable displacement pump.
以上のように本発明によるときは、電気系が不調となり、例えば、可変容量ポンプへ制御信号が入力されなくなった場合でも、ポンプは最大圧等の所定の圧力で可動することになるので、アクチュエータ側で要求される吐出流量を確保することが可能となる。また、負荷側に設置されている制御バルブによって要求流量を調節すれば、原動機のエンストも回避することができる。
また、可変容量ポンプの制御量を決定するための演算過程において、0に近い数値を0に近い数値で割り算することがなくなる。従って、たとえ、操作量が増大して、仮想吐出量に対して制限付きポンプ吐出量も増加してゆき、その差(即ち、仮想ブリードオフ流量)も最終的には0になっても、負荷圧に見合った吐出圧を出力できるので計算を途中で打ち切る等の追加演算の必要性がなくなる。即ち、実際に近い状態で油圧制御系を演算によりシミュレートするため、ブリードオフ制御状態から操作量が増大してブリードオフ制御状態が終了した後までをシームレスに演算し、ポンプの制御をすることができる。
更に、個別のアクチュエータの要求特性に合わせた操作性を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the electrical system is malfunctioning. For example, even when a control signal is not input to the variable displacement pump, the pump can be moved at a predetermined pressure such as the maximum pressure. It is possible to ensure the discharge flow rate required on the side. Further, if the required flow rate is adjusted by a control valve installed on the load side, engine stall can also be avoided.
Further, in the calculation process for determining the control amount of the variable displacement pump, a value close to 0 is not divided by a value close to 0. Therefore, even if the operation amount increases, the limited pump discharge amount increases with respect to the virtual discharge amount, and even if the difference (that is, the virtual bleed-off flow rate) finally becomes zero, the load Since the discharge pressure corresponding to the pressure can be output, there is no need for additional calculations such as aborting the calculation. In other words, since the hydraulic control system is simulated by calculation in a state close to the actual state, the pump is controlled by seamlessly calculating from the bleed-off control state until the operation amount increases until the bleed-off control state ends. Can do.
Furthermore, operability that matches the required characteristics of the individual actuators can be obtained.
本発明の一実施の形態を図1及び図2に基づき説明する。
図1は、複数の油圧アクチュエータ1、1の作動を制御する油圧ショベル等に適用される油圧回路を示し、これらのアクチュエータ1は駆動モータPMにより駆動される可変容量ポンプ2の吐出回路3にクローズドセンターの制御バルブ4、4を介して接続されている。
尚、可変容量ポンプ2は斜板等のポンプ容量制御機構を備えたアキシャルピストンポンプ等の公知のものである。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a hydraulic circuit applied to a hydraulic excavator or the like for controlling the operation of a plurality of
The
ポンプ圧力制御装置6の入力側には、指令入力としてのソレノイド駆動アンプ5の出力とフィードバック入力としてのポンプ2の吐出側圧力が接続され、ポンプ圧力制御装置6の出力側には、コントロールピストン7が接続される。
ポンプ圧力制御装置6は、コントロールバルブ6bと、ネガティブ型電磁比例弁6cとを備え、コントロールバルブ6bのスプールの両端にはポンプ2の実ポンプ吐出圧Prealと、バネ6dの弾性力と、ネガティブ型電磁比例弁6cにより制御される圧力信号P'cがかかるが、スプールの両端には適当なる面積差が与えられており、コントロールバルブ6bは然るべく、それらのバランスにより制御されている。
ネガティブ型電磁比例弁6cは、バネとこれに対向する入力側の圧力信号P'c、及びコントローラ12において、信号P'idea基いて入力される制御電流に比例して可変される比例ソレノイド6aが発生する力とのバランスで制御される。
尚、本実施の形態では、図2にブロック図を示すようにブリードオフ特性演算から得られた仮想ポンプ吐出圧指令Pideaは、ネガティブ型の制御をするために、ポンプの最大吐出圧から減算して反転させた信号P'ideaとしてネガティブ型電磁比例弁の比例ソレノイド6cに伝達するようにしている。
上記構成により、仮想ポンプ吐出圧指令Pideaは、ネガティブ型に反転された後、ソレノイド駆動アンプ5介してポンプ圧力制御装置6の比例ソレノイド6aを励磁し、ネガティブ型電磁比例弁を介してその励磁の大きさに反比例して(従って、仮想ポンプ吐出圧指令Pideaに比例的に)コントロールバルブ6bを操作し、その結果、コントロールピストン7がポンプ容量制御機構を動かし、ポンプ容量、即ち、ポンプ吐出量を大小に制御する。
そして、電気系が不調となり、例えば、可変容量ポンプ2への指令が入力されなくなった場合でも、ネガティブ型の圧力の閉ループ制御ができるため、ポンプ2は最大圧等の所定の圧力で可動することになるので、アクチュエータ1、1側で要求される吐出流量を確保することが可能となる。また、負荷側に設置されている制御バルブ4、4によって要求流量を調節すれば、原動機PMのエンストも回避することができる。
尚、本明細書において、「ネガティブ型」とは、入力値に対して出力値が漸次減少するものをいう。
An output of the solenoid drive amplifier 5 as a command input and a discharge side pressure of the
The pump
Negative solenoid proportional valve 6c the pressure signal P 'c, and the
In this embodiment, as shown in the block diagram of FIG. 2, the virtual pump discharge pressure command P idea obtained from the bleed-off characteristic calculation is subtracted from the maximum discharge pressure of the pump in order to perform negative control. The inverted signal P ′ idea is transmitted to the proportional solenoid 6c of the negative electromagnetic proportional valve.
With the above configuration, the virtual pump discharge pressure command P idea is inverted to the negative type, and then the
Then, even when the electrical system is malfunctioning, for example, even when a command to the
In the present specification, the “negative type” means that the output value gradually decreases with respect to the input value.
尚、説明した例では、ネガティブ型の電磁比例弁6cとして、比例リリーフ弁を使用したが、図3(a)に示す減圧弁16c又は同図(b)に示す流量制御弁16d及び可変絞り弁16eによっても同様の目的を達成することができる。また、図3(c)に示すようなネガティブ型傾転駆動系によっても同様の達成することができる。尚、本発明において、ネガティブ型傾転駆動系とは、信号が得られない時に最大圧等の所定でポンプを可動することができ、信号が入力されると出力値が漸次減少するものをいう。
In the example described, a proportional relief valve is used as the negative electromagnetic proportional valve 6c. However, the
前記制御バルブ4は、スプールを移動させる比例ソレノイド8を備えたもので、電気ジョイスティック9により、コントローラ12を介してソレノイド駆動アンプ13を作動させると、電気ジョイスティック9の傾角に応じて比例ソレノイド8が励磁され、所望の位置に制御バルブ4のスプールが移動し、アクチュエータポート10、10をその移動距離に応じた開口面積Ab1、Ab2に制御する。
The control valve 4 includes a
各制御バルブ4を操作するための操作レバーの傾角などの指令量又は各制御バルブ4のスプールの移動量は、センサーで電気的に検出され、その指令量又は移動量を各制御バルブ4の操作量に基づく操作量信号Sとし、図1の例では、電気ジョイスティック9から、コントローラ12を介して、ソレノイド駆動アンプ13への指令電気信号を操作量信号として使用するようにした。
A command amount such as an inclination angle of an operation lever for operating each control valve 4 or a movement amount of a spool of each control valve 4 is electrically detected by a sensor, and the command amount or movement amount is determined by operating each control valve 4. The operation amount signal S based on the amount is used, and in the example of FIG. 1, a command electric signal from the electric joystick 9 to the solenoid drive amplifier 13 via the
アクチュエータ流量Qaは、制御バルブ4が実際にはブリードオフ通路のないオールポートクローズドのバルブであるから、回路上のわずかな漏れを無視すれば、可変容量ポンプ2の実吐出量Qrealをアクチュエータ流量Qaと代替することができる。
このアクチュエータ流量Qaを、本実施の形態では、可変容量ポンプ2に、吐出量検出センサ11を設け、吐出量検出センサ11で検出した傾転量にポンプ2の回転数を乗ずることにより、前記アクチュエータ流量Qaを算出するようにしている。
尚、前記吐出量検出センサとしては、例えば、可変容量ポンプ2が斜板式可変容量ポンプやラジアルポンプである場合には、ポテンショメータ等を使用することができる。
Since the control valve 4 is an all-port closed valve that does not actually have a bleed-off passage, the actuator flow rate Q a is the actual discharge amount Q real of the
In this embodiment, the actuator flow rate Q a is obtained by providing the
As the discharge amount detection sensor, for example, when the
これら電気信号は、A/D変換器12a、演算器12b、D/A変換器12cで構成されたコントローラ12に於いて演算され、演算器12bは、図2のブロック線図に示す演算を自動制御的に実行する。
These electric signals are calculated by a
コントローラ12に於いては、仮想ポンプ吐出圧指令Pideaを、特許文献1において説明されている下記式、
Pidea={(Qmax-Qa)/(Kq×Ab)}2
により算出する。 尚、式中、Qmaxはポンプの最大吐出量であり、Kqは流量係数であり、Abはブリードオフ通路の開口面積である。
In the
P idea = {(Q max -Q a ) / (Kq × Ab)} 2
Calculated by In the formula, Q max is the maximum discharge amount of the pump, Kq is a flow coefficient, and Ab is the opening area of the bleed-off passage.
演算器(CPU)12bは、図2の点線内をシミュレートするものであり、図4を参照して以下に説明する。
まず、図4(a)に示すように、複数の制御バルブ4の操作量Skの入力を受け付け、それらの総和S1+S2+・・・Snをとり、その合計の操作量信号Sとする。この際、個々の入力に重み付けを行ったり、適当な計算処理も行っても良い。次いで操作量信号Sより予定のブリードオフ特性に相当する制御バルブのブリードオフ通路の開口面積Abを求めると共にこれにKq(流量係数)を乗じてブリードオフ特性値Xbを求める。勿論、実際の制御バルブ4はブリードオフ通路のないクローズドセンターのものであり、この開口面積Abは演算上の値である。ブリードオフ特性は、開口面積Abと操作量Sとの関係を予め決定しておくことにより定められる。
The computing unit (CPU) 12b simulates the inside of the dotted line in FIG. 2, and will be described below with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 4 (a), receiving an input of an operation amount S k of the plurality of control valves 4, their sum S 1 + S 2 + ··· take S n, the operation amount signal of the sum S. At this time, each input may be weighted or an appropriate calculation process may be performed. Next, the opening area Ab of the bleed-off passage of the control valve corresponding to the scheduled bleed-off characteristic is obtained from the manipulated variable signal S, and the bleed-off characteristic value Xb is obtained by multiplying it by Kq (flow rate coefficient). Of course, the actual control valve 4 has a closed center without a bleed-off passage, and the opening area Ab is a value in calculation. The bleed-off characteristic is determined by determining in advance the relationship between the opening area Ab and the operation amount S.
また、可変容量ポンプ2の仮想吐出量Qideaは、所定値に定められる。
この際、可変容量ポンプ2の最大吐出量は既知数であるので、この値を使用することもできる。
より好ましくは、図4(b)に示すように、馬力演算を行い、エンジンの馬力Heを仮想ポンプ吐出圧指令Pideaでもって除した値を使用するようにすれば、可変容量ポンプ2の吸収馬力がエンジンの馬力を超えてもエンストを回避することができる。
Further, the virtual discharge amount Q idea of the
At this time, since the maximum discharge amount of the
More preferably, as shown in FIG. 4 (b), it performs horsepower calculation, if to use a value obtained by dividing with the horsepower H e of the engine in virtual pump discharge pressure command P idea, the
アクチュエータ流量は、前記のように、例えば、実ポンプ吐出量Qrealから流量信号として入力されるから、仮想ポンプ吐出量Qideaから実ポンプ吐出量Qrealを減算して求めた流量値Xaはブリードオフ流量に相当する。このXaをXbで除し、その値を2乗する演算を行い、仮想ポンプ吐出圧指令Pideaを算出する。そして、この仮想ポンプ吐出圧指令Pideaに基づき、吐出圧をクローズドループ制御する。即ち、ソレノイド駆動アンプ5は仮想ポンプ吐出圧指令Pideaに基づく制御信号を受けて電磁比例弁6aの励磁を強弱し、仮想ポンプ吐出圧Pideaと実ポンプ吐出圧Prealとのつき合わせ減算をネガティブ型電磁比例弁6cとコントロールバルブ6bとで行って、コントロールピストン7がポンプ吐出量をコントロールバルブ6bの指令に従って制御する。
The actuator flow rate, as described above, for example, from inputted as a flow rate signal from the actual pump discharge quantity Q real, flow rate value Xa calculated by subtracting the actual pump discharge quantity Q real virtual pump discharge quantity Q idea bleed Corresponds to off flow rate. Dividing this Xa by Xb and calculating the square of the value, the virtual pump discharge pressure command P idea is calculated. Then, based on the virtual pump discharge pressure command P idea , the discharge pressure is closed-loop controlled. That is, the solenoid drive amplifier 5 receives the control signal based on the virtual pump discharge pressure command P idea and increases or decreases the excitation of the electromagnetic
電気ジョイスティック9が操作されていないときは、制御バルブ4は中立位置にあり、コントローラ12には操作量信号Sとしてゼロが入力される。この場合、コントローラ12で計算されるブリードオフ通路の開口面積は最大になるから、仮想ポンプ吐出圧Pideaは小さな値になる。仮想ポンプ吐出圧Pideaに基づきポンプ2は吐出を行なうが、ポンプ配管系の吐出回路の実ポンプ吐出圧Prealを仮想ポンプ吐出圧Pideaにまで圧縮し、昇圧させたのちは、実際のポンプ吐出量は回路のわずかな漏れ分しか必要とせず、アクチュエータ速度、即ち、アクチュエータ流量は殆どゼロと入力され、このときXa=Qmaxで仮想ポンプ吐出圧Pidea=(Qmax/(Kq×Ab))2となっている。
When the electric joystick 9 is not operated, the control valve 4 is in the neutral position, and zero is input to the
電気ジョイスティック9が操作されて制御バルブ4が切換位置方向に操作されると、コントローラ12で計算されるブリードオフ通路の開口面積は小さくなり、仮想ポンプ吐出圧Pideaは、一旦、ポンプ吐出量の全量が面積の狭い絞られたブリードオフ通路からタンクへ戻るときの値に設定される。ポンプ吐出圧は、クローズドループ制御されているから実ポンプ吐出圧Prealは仮想ポンプ吐出圧Pideaの値に略等しくなる。もし、実ポンプ吐出圧Prealが負荷圧よりも高ければ、アクチュエータ1を加速し、油が流れ始めるので、実ポンプ吐出圧Prealを仮想ポンプ吐出圧Pideaに保持すべくポンプ吐出量が増大し、アクチュエータ速度が増すため、ブリードオフ流量は小さくなり、そのため、仮想ポンプ吐出圧Pideaひいては実ポンプ吐出圧Prealが下がってアクチュエータの加速度が低下し、徐々に操作量に見合ったアクチュエータ速度を維持するポンプ吐出量、吐出圧に収束し、平衡する。この間、ブリードオフ動作は、コントローラ内で計算のみでなされ、実ポンプ吐出量Qrealは、回路上の漏れを無視すれば、アクチュエータ1に供給された分に限られる。従って、ブリードオフ流量が流れないからエネルギーの無駄がなく、制御バルブにブリードオフ通路が不要であるからその構成も簡単で安価になり、操作性も良くなる。
When the electric joystick 9 is operated and the control valve 4 is operated in the switching position direction, the opening area of the bleed-off passage calculated by the
次に、図5のブロック線図を使用して、本発明の他の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図1と同じ油圧回路の構成で、コントローラ12における演算を、図5の点線で囲まれた範囲内に示すブロック図にしたがって行うものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described using the block diagram of FIG.
In the present embodiment, with the same hydraulic circuit configuration as in FIG. 1, the calculation in the
図示されるものでは、ブリードオフ流量Qbを、仮想ポンプ吐出圧指令Pideaの平方根に、アクチュエータの操作量Sから求められたブリードオフ面積値Abを乗算し、更に、流量係数Kqを乗算することにより得る。また、仮想ポンプ吐出量Qideaから、アクチュエータ流量Qa及びブリードオフ流量Qbを減算した流量値ΔQ(ΔQ=Qidea-Qa-Qb)を求め、ΔQをディジタルフィルタ等を使用して積分して、仮想ポンプ配管系の配管圧縮係数C'pにより除算することにより、仮想ポンプ吐出圧指令Pideaを算出する。
尚、仮想ポンプ吐出圧指令Pideaは、上記例に制限されるものではなく、規範として実現すべき配管系をモデルとした制御演算関数を使用し、前記流量値ΔQをその関数に入力して、出力として得られるものであればよく、制御演算関数のモデルとしては、例えば、実際のポンプ配管系にフィードバック要素として働くコントロールバルブ、アクチュエータ、及び負荷系を考慮した高次のモデルや、安定化補償器を挿入したモデル等を適用することがあげられる。
In the illustrated example, the bleed-off flow rate Q b is multiplied by the square root of the virtual pump discharge pressure command P idea by the bleed-off area value Ab obtained from the operation amount S of the actuator, and further multiplied by the flow coefficient Kq. By getting. The flow rate value ΔQ (ΔQ = Q idea -Q a -Q b ) is obtained by subtracting the actuator flow rate Q a and the bleed-off flow rate Q b from the virtual pump discharge amount Q idea , and ΔQ is obtained using a digital filter or the like. The virtual pump discharge pressure command P idea is calculated by integrating and dividing by the pipe compression coefficient C ′ p of the virtual pump piping system.
Note that the virtual pump discharge pressure command P idea is not limited to the above example, and uses a control calculation function modeled on a piping system to be realized as a model, and inputs the flow rate value ΔQ into the function. Any model that can be obtained as an output can be used as a model of a control operation function, for example, a higher-order model that takes into account a control valve, an actuator, and a load system that act as feedback elements in an actual pump piping system, For example, a model in which a compensator is inserted may be applied.
上記構成により可変容量ポンプの制御を行えば、ブリードオフ制御状態から操作量が増大してブリードオフ制御状態が終了した後までをシームレスに演算し、ポンプの制御をすることができる。
また、上記例では、説明の便宜上、配管系に漏れがないことを前提に演算するようにしているが、漏れがあっても当然使用することは可能である。
If the variable displacement pump is controlled with the above configuration, the pump can be controlled by seamlessly calculating from the bleed-off control state until the operation amount increases and the bleed-off control state ends.
In the above example, for convenience of explanation, the calculation is made on the assumption that there is no leakage in the piping system. However, even if there is a leakage, it can be used as a matter of course.
次に、図6のブロック線図を使用して、本発明の他の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図1と同じ油圧回路の構成で、コントローラ12における演算を、図6に示すブロック図にしたがって行うものである。
図示されるものでは、複数のクローズドセンター型方向制御弁4の操作量S1,S2,・・・,Sk,・・・,Snの入力を受け付ける。それらについて、予定のブリードオフ特性に相当する制御バルブのブリードオフ通路の開口面積Abを下記式により求める。尚、式中Abkは、Skに対応する。
In the present embodiment, the operation of the
In the illustrated example, input of operation amounts S1, S2,..., Sk,..., Sn of the plurality of closed center type directional control valves 4 is received. For these, the opening area Ab of the bleed-off passage of the control valve corresponding to the planned bleed-off characteristic is obtained by the following equation. In the formula, Abk corresponds to Sk.
この点以外は、上記図5で示した演算と同じことを行う。
上記構成により可変容量ポンプの制御を行えば、個別のアクチュエータの要求特性に合わせた操作性を得ることができる。
Except this point, the same operation as that shown in FIG. 5 is performed.
If the variable displacement pump is controlled by the above configuration, operability in accordance with the required characteristics of the individual actuators can be obtained.
1 アクチュエータ
2 可変容量ポンプ
3 吐出回路
4 制御バルブ
7 コントロールバルブ
11 圧力センサー
12 コントローラ、
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