JP2013121244A - Apparatus and method for actuator control - Google Patents

Apparatus and method for actuator control Download PDF

Info

Publication number
JP2013121244A
JP2013121244A JP2011267936A JP2011267936A JP2013121244A JP 2013121244 A JP2013121244 A JP 2013121244A JP 2011267936 A JP2011267936 A JP 2011267936A JP 2011267936 A JP2011267936 A JP 2011267936A JP 2013121244 A JP2013121244 A JP 2013121244A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actuator
hydraulic cylinder
thrust
command value
feedback
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011267936A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5927879B2 (en
Inventor
Yasuhiro Arata
康弘 荒田
Masahiro Tanida
真裕 谷田
Mitsuaki Hayashi
林  光昭
Yuji Shiga
裕二 志賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2011267936A priority Critical patent/JP5927879B2/en
Publication of JP2013121244A publication Critical patent/JP2013121244A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5927879B2 publication Critical patent/JP5927879B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Servomotors (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve stable thrust control without being affected by a change in an actuator displacement in controlling a hybrid actuator.SOLUTION: In controlling a hybrid actuator, the thrust of the actuator is controlled in a combination of feedback control and feed forward control, and a feedback gain is set based on at least one of the displacement, speed and acceleration of the actuator.

Description

本発明は、アクチュエータ制御装置及び方法に関する。  The present invention relates to an actuator control apparatus and method.

近年では、次世代のアクチュエータとして、大推力を得られながら消費電力が小さく、且つ高精度な制御が可能な油圧式と電動式を組み合わせたハイブリッド方式のアクチュエータ(ハイブリッドアクチュエータ)が注目されている。例えば、下記特許文献1には、制御の安定性等の既存利点を損なうことなく、迅速な応答を実現するハイブリッドアクチュエータの制御手法が開示されている。また、下記特許文献2には、高周波領域での慣性抵抗の低減、省エネルギー化及びエネルギー回生を実現するハイブリッドアクチュエータの構成が開示されている。   In recent years, as a next-generation actuator, a hybrid type actuator (hybrid actuator) combining a hydraulic type and an electric type capable of high power control while obtaining a large thrust is drawing attention. For example, Patent Document 1 below discloses a hybrid actuator control method that realizes a quick response without impairing existing advantages such as control stability. Patent Document 2 below discloses a configuration of a hybrid actuator that realizes reduction of inertial resistance, energy saving, and energy regeneration in a high-frequency region.

特開2001−241381号公報JP 2001-241381 A 特開2009−255785号公報JP 2009-255785 A

ハイブリッドアクチュエータを推力制御状態で作動させる場合、アクチュエータ推力を作用させるべき対象物の特性(弾性、粘性等)によって、アクチュエータ変位がその発生推力状態に応じて任意に変化する。従来では、このようなアクチュエータ変位が任意に変化する状態において、その推力制御を安定的に実現する手法が確立されていなかった。   When the hybrid actuator is operated in the thrust control state, the actuator displacement is arbitrarily changed according to the generated thrust state depending on the characteristics (elasticity, viscosity, etc.) of the object on which the actuator thrust is to be applied. Conventionally, a method for stably realizing the thrust control in a state in which the actuator displacement changes arbitrarily has not been established.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド方式のアクチュエータを制御するに当たって、アクチュエータ変位の変化に影響されずに安定的な推力制御を実現することを目的とする。  The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to realize stable thrust control without being affected by changes in actuator displacement when controlling a hybrid actuator.

上記目的を達成するために、本発明では、アクチュエータ制御装置に係る第1の解決手段として、ハイブリッド方式のアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置であって、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて前記アクチュエータの推力を制御すると共に、前記アクチュエータの変位、速度或いは加速度の少なくとも1つに基づいてフィードバックゲインを設定する、という手段を採用する。  In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solving means related to an actuator control apparatus, an actuator control apparatus for controlling a hybrid actuator, wherein the actuator is a combination of feedback control and feedforward control. And a means for setting a feedback gain based on at least one of the displacement, velocity or acceleration of the actuator.

また、本発明では、アクチュエータ制御装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記アクチュエータが油圧シリンダ、油圧ポンプ及びサーボモータを備える場合、前記油圧シリンダの圧力検出結果に基づいて前記油圧シリンダの発生推力を算出し、前記油圧シリンダの発生推力と推力指令値との偏差に前記フィードバックゲインを乗算することでフィードバック指令値を算出し、前記油圧シリンダの速度に基づいてフィードフォワード指令値を算出し、前記フィードバック指令値と前記フィードフォワード指令値とを加算した値を最終的な要求指令値として算出し、前記要求指令値を前記油圧シリンダに発生させるためのモータ指令信号を前記サーボモータのドライバに出力する、という手段を採用する。  Further, in the present invention, as a second solving means related to the actuator control device, in the first solving means, when the actuator includes a hydraulic cylinder, a hydraulic pump, and a servo motor, based on a pressure detection result of the hydraulic cylinder. Calculating a thrust generated by the hydraulic cylinder, multiplying a deviation between the thrust generated by the hydraulic cylinder and the thrust command value by the feedback gain to calculate a feedback command value, and feedforward based on the speed of the hydraulic cylinder A command value is calculated, a value obtained by adding the feedback command value and the feedforward command value is calculated as a final request command value, and a motor command signal for causing the hydraulic cylinder to generate the request command value A method of outputting to the servo motor driver is adopted.

一方、本発明では、アクチュエータ制御方法に係る第1の解決手段として、ハイブリッド方式のアクチュエータを制御するアクチュエータ制御方法であって、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて前記アクチュエータの推力を制御すると共に、前記アクチュエータの変位、速度或いは加速度の少なくとも1つに基づいてフィードバックゲインを設定する、という手段を採用する。  On the other hand, in the present invention, as a first solving means related to the actuator control method, there is an actuator control method for controlling a hybrid actuator, which controls the thrust of the actuator by combining feedback control and feedforward control. The feedback gain is set based on at least one of the displacement, speed or acceleration of the actuator.

本発明によれば、ハイブリッド方式のアクチュエータを制御するに当たって、アクチュエータ変位の変化に影響されずに安定的な推力制御を実現することができる。  According to the present invention, when controlling a hybrid actuator, stable thrust control can be realized without being affected by changes in actuator displacement.

本実施形態に係るアクチュエータ制御システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the actuator control system which concerns on this embodiment. アクチュエータ制御装置4の推力制御動作を表すフローチャートである。3 is a flowchart showing a thrust control operation of the actuator control device 4. アクチュエータ制御装置4の推力制御動作に関する補足説明図である。FIG. 6 is a supplementary explanatory diagram regarding thrust control operation of the actuator control device 4.

図1は、本実施形態に係るアクチュエータ制御システムの概略構成図である。この図1に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ制御システムは、油圧式と電動式を組み合わせたハイブリッド方式のアクチュエータ(以下、ハイブリッドアクチュエータと称す)1と、モータドライバ2と、信号変換・増幅器3と、アクチュエータ制御装置4とから構成されている。  FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an actuator control system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, an actuator control system according to the present embodiment includes a hybrid actuator (hereinafter referred to as a hybrid actuator) 1 combining a hydraulic type and an electric type, a motor driver 2, and a signal conversion / amplifier. 3 and the actuator control device 4.

ハイブリッドアクチュエータ1は、油圧シリンダ11と、油圧ポンプ12と、サーボモータ13と、シャトル弁14と、貯油タンク15と、第1圧力センサ16と、第2圧力センサ17と、直線型センサ18とから構成されている。さらに、上記の油圧シリンダ11は、シリンダ11a、ピストン11b及びロッド11cから構成されている。  The hybrid actuator 1 includes a hydraulic cylinder 11, a hydraulic pump 12, a servo motor 13, a shuttle valve 14, an oil storage tank 15, a first pressure sensor 16, a second pressure sensor 17, and a linear sensor 18. It is configured. Further, the hydraulic cylinder 11 includes a cylinder 11a, a piston 11b, and a rod 11c.

シリンダ11aは、作動流体として油を内部に収容する円筒状の部品である。ピストン11bは、シリンダ11aの内部空間を2つの部屋(第1室R1、第2室R2)に分割すると共にシリンダ11aの内壁に沿って往復移動自在に収容された円盤状の部品である。ロッド11cは、自身の中心軸線とピストン11bの中心軸線とが一致するように一端がピストン11bに固定された棒状の部品である。なお、ロッド11cの他端は、シリンダ11aの第1室R1側から外側に貫通して、油圧シリンダ11で発生する推力を作用させるべき対象物(図示省略)と連結されている。  The cylinder 11a is a cylindrical part that contains oil inside as a working fluid. The piston 11b is a disk-shaped component that divides the internal space of the cylinder 11a into two chambers (first chamber R1 and second chamber R2) and is reciprocally moved along the inner wall of the cylinder 11a. The rod 11c is a rod-like component having one end fixed to the piston 11b so that its own central axis coincides with the central axis of the piston 11b. The other end of the rod 11c penetrates outward from the first chamber R1 side of the cylinder 11a, and is connected to an object (not shown) to which a thrust generated in the hydraulic cylinder 11 is to be applied.

油圧ポンプ12は、例えば二方向吐出型の可変容量ポンプであり、入力軸がサーボモータ13の回転軸に接続されていると共に、一方の吐出口が第1流路L1を介して油圧シリンダ11の第1室R1に接続され、他方の吐出口が第2流路L2を介して油圧シリンダ11の第2室R2に接続されている。なお、このような二方向吐出型の油圧ポンプ12においては、入力軸の回転方向によって油の吐出方向(言い換えれば、どちらの吐出口から油が吐出されるか)が決定され、入力軸の回転数によって吐出流量が決定される。  The hydraulic pump 12 is, for example, a two-way discharge type variable displacement pump. The input shaft is connected to the rotation shaft of the servo motor 13 and one discharge port of the hydraulic cylinder 11 is connected via the first flow path L1. The other discharge port is connected to the first chamber R1, and the other discharge port is connected to the second chamber R2 of the hydraulic cylinder 11 via the second flow path L2. In such a two-way discharge type hydraulic pump 12, the oil discharge direction (in other words, from which discharge port oil is discharged) is determined by the rotation direction of the input shaft, and the rotation of the input shaft is determined. The discharge flow rate is determined by the number.

サーボモータ13は、例えばACサーボモータであり、モータドライバ2から供給されるモータ駆動信号に応じて回転する回転軸を有している。前述のように、サーボモータ13の回転軸は油圧ポンプ12の入力軸に接続されているので、サーボモータ13の回転方向及び回転数(回転速度)を制御することにより、油圧ポンプ12による油の吐出方向及び吐出流量を任意に制御できる。  The servo motor 13 is an AC servo motor, for example, and has a rotating shaft that rotates in accordance with a motor drive signal supplied from the motor driver 2. As described above, since the rotation shaft of the servo motor 13 is connected to the input shaft of the hydraulic pump 12, by controlling the rotation direction and the rotation speed (rotation speed) of the servo motor 13, The discharge direction and the discharge flow rate can be arbitrarily controlled.

つまり、サーボモータ13の回転方向及び回転数を制御することにより、油圧シリンダ11の第1室R1と第2室R2の間に任意の圧力差を生じさせることができ、その結果、油圧シリンダ11の推力を任意に制御できるようになる。なお、周知のように、サーボモータ13にはエンコーダが内蔵されており、そのエンコーダの出力パルス信号はモータドライバ2にフィードバックされている。  That is, by controlling the rotation direction and the rotation speed of the servo motor 13, an arbitrary pressure difference can be generated between the first chamber R1 and the second chamber R2 of the hydraulic cylinder 11, and as a result, the hydraulic cylinder 11 The thrust of can be controlled arbitrarily. As is well known, an encoder is built in the servo motor 13, and an output pulse signal of the encoder is fed back to the motor driver 2.

シャトル弁14は、一方が第1流路L1に接続され、他方が第2流路L2に接続された2つの入力ポートと、貯油タンク15に連通する1つの出力ポートと、2つの入力ポートの圧力差に応じて入力ポート間を移動する弁体とを有しており、2つの入力ポートの圧力差が規定値以上となった場合に上記の弁体が低圧側に移動することで、高圧側の入力ポートと出力ポートとが連通し、高圧側の入力ポートに導入された油が出力ポートから貯油タンク15へ排出される構成となっている。貯油タンク15は、シャトル弁14から排出される油を貯留するための容器である。  The shuttle valve 14 has two input ports, one connected to the first flow path L1 and the other connected to the second flow path L2, one output port communicating with the oil storage tank 15, and two input ports. The valve body moves between the input ports according to the pressure difference. When the pressure difference between the two input ports exceeds the specified value, the above valve body moves to the low pressure side to The input port on the side communicates with the output port, and the oil introduced into the input port on the high pressure side is discharged from the output port to the oil storage tank 15. The oil storage tank 15 is a container for storing oil discharged from the shuttle valve 14.

第1圧力センサ16は、油圧シリンダ11の第1室R1の内部圧力Prを検出し、その検出結果に応じた信号を信号変換・増幅器3に出力する。第2圧力センサ17は、油圧シリンダ11の第2室R2の内部圧力Phを検出し、その検出結果に応じた信号を信号変換・増幅器3に出力する。直線型センサ18は、油圧シリンダ11のピストン11bの変位xを検出し、その検出結果に応じた信号を信号変換・増幅器3に出力する。  The first pressure sensor 16 detects the internal pressure Pr of the first chamber R1 of the hydraulic cylinder 11, and outputs a signal corresponding to the detection result to the signal conversion / amplifier 3. The second pressure sensor 17 detects the internal pressure Ph in the second chamber R2 of the hydraulic cylinder 11, and outputs a signal corresponding to the detection result to the signal conversion / amplifier 3. The linear sensor 18 detects the displacement x of the piston 11 b of the hydraulic cylinder 11 and outputs a signal corresponding to the detection result to the signal conversion / amplifier 3.

モータドライバ2は、アクチュエータ制御装置4から入力されるモータ指令信号(PWM変調されたパルス信号)に応じてサーボモータ13を駆動するためのモータ駆動信号(駆動電流)を生成してサーボモータ13に出力する。なお、前述のように、モータドライバ2には、サーボモータ13のエンコーダ出力がフィードバックされており、モータドライバ2において、モータ指令信号とエンコーダ出力との偏差がゼロとなるようにフィードバック制御が行われる。  The motor driver 2 generates a motor driving signal (driving current) for driving the servo motor 13 in accordance with a motor command signal (PWM modulated pulse signal) input from the actuator control device 4 and supplies the servo motor 13 with the motor driving signal. Output. As described above, the encoder output of the servo motor 13 is fed back to the motor driver 2, and feedback control is performed in the motor driver 2 so that the deviation between the motor command signal and the encoder output becomes zero. .

信号変換・増幅器3は、第1圧力センサ16、第2圧力センサ17及び直線型センサ18から入力される信号の変換及び増幅を行った後、それらの信号をアクチュエータ制御装置4に出力する。  The signal conversion / amplifier 3 converts and amplifies signals input from the first pressure sensor 16, the second pressure sensor 17, and the linear sensor 18, and then outputs these signals to the actuator control device 4.

アクチュエータ制御装置4は、CPU(Central Processing Unit)やメモリ、入出力インターフェイス等が一体的に組み込まれたマイクロコントローラであり、第1圧力センサ16、第2圧力センサ17及び直線型センサ18から信号変換・増幅器3を介して入力される信号に基づいて、ハイブリッドアクチュエータ1の推力(油圧シリンダ11の推力)を推力指令値と一致させるためのモータ指令信号を生成してモータドライバ2に出力する。  The actuator control device 4 is a microcontroller in which a CPU (Central Processing Unit), a memory, an input / output interface, and the like are integrated, and converts signals from the first pressure sensor 16, the second pressure sensor 17, and the linear sensor 18. Based on a signal input through the amplifier 3, a motor command signal for making the thrust of the hybrid actuator 1 (thrust of the hydraulic cylinder 11) coincide with the thrust command value is generated and output to the motor driver 2.

次に、上記のように構成されたアクチュエータ制御システムの動作について、図2及び図3を参照しながら詳細に説明する。
アクチュエータ制御装置4は、図2(a)に示すメインルーチンに従ってハイブリッドアクチュエータ1の推力制御を実施する。この図2(a)に示すように、アクチュエータ制御装置4は、まず、ステップS1の処理として、第1圧力センサ16、第2圧力センサ17及び直線型センサ18から信号変換・増幅器3を介して入力される信号を基に、油圧シリンダ11(ピストン11b)の変位x、油圧シリンダ11の第1室R1の内部圧力Pr及び第2室R2の内部圧力Phの各検出値を取得する。
Next, the operation of the actuator control system configured as described above will be described in detail with reference to FIGS.
The actuator control device 4 performs thrust control of the hybrid actuator 1 according to the main routine shown in FIG. As shown in FIG. 2 (a), the actuator control device 4 first performs the processing of step S1 from the first pressure sensor 16, the second pressure sensor 17, and the linear sensor 18 via the signal conversion / amplifier 3. Based on the input signal, the detected values of the displacement x of the hydraulic cylinder 11 (piston 11b), the internal pressure Pr of the first chamber R1 and the internal pressure Ph of the second chamber R2 of the hydraulic cylinder 11 are acquired.

そして、アクチュエータ制御装置4は、ステップS2の処理であるフィードバック演算処理と、ステップS3の処理であるフィードフォワード演算処理とを並列的に実施する。具体的には、アクチュエータ制御装置4は、図2(b)に示すサブルーチンに従ってフィードバック演算処理を実施し、図2(c)に示すサブルーチンに従ってフィードフォワード演算処理を実施する。  And the actuator control apparatus 4 performs in parallel the feedback calculation process which is the process of step S2, and the feedforward calculation process which is the process of step S3. Specifically, the actuator control device 4 performs feedback calculation processing according to the subroutine shown in FIG. 2B, and performs feedforward calculation processing according to the subroutine shown in FIG.

図2(b)に示すように、アクチュエータ制御装置4は、フィードバック演算処理におけるステップS21の処理として、油圧シリンダ11の変位xに基づいてフィードバックゲインGを設定する。ここで、フィードバックゲインGは、図3(a)に示すように、油圧シリンダ11の変位xに比例する値で設定しても良い。  As shown in FIG. 2B, the actuator control device 4 sets the feedback gain G based on the displacement x of the hydraulic cylinder 11 as the process of step S21 in the feedback calculation process. Here, the feedback gain G may be set to a value proportional to the displacement x of the hydraulic cylinder 11 as shown in FIG.

なお、図3(b)に示すように、油圧シリンダ11の変位xがx1からx2に変化する時、油圧シリンダ11の第2室R2の圧力変化量ΔPは、下記(1)式で表される。
ΔP=K・ΔV/Vp=K・Q/Vp ・・・(1)
上記(1)式において、Kは体積弾性係数、ΔVは第2室R2の体積変化量、Vpは油圧ポンプ12の押し退け容積、Qは油圧ポンプ12の吐出流量(Q=Vp・n=ΔV;nはサーボモータ13の回転数)である。ここで、圧力P1=P2=一定とすると、V→Qの場合、P1=K・Q/Vpとなり、2V→2Qの場合、P2=K・2Q/Vp=2P1となる。
As shown in FIG. 3B, when the displacement x of the hydraulic cylinder 11 changes from x1 to x2, the pressure change amount ΔP in the second chamber R2 of the hydraulic cylinder 11 is expressed by the following equation (1). The
ΔP = K · ΔV / Vp = K · Q / Vp (1)
In the above equation (1), K is the bulk modulus, ΔV is the volume change amount of the second chamber R2, Vp is the displacement volume of the hydraulic pump 12, and Q is the discharge flow rate of the hydraulic pump 12 (Q = Vp · n = ΔV; n is the number of rotations of the servomotor 13). Assuming that the pressure P1 = P2 = constant, when V → Q, P1 = K · Q / Vp, and when 2V → 2Q, P2 = K · 2Q / Vp = 2P1.

そして、アクチュエータ制御装置4は、フィードバック演算処理におけるステップS22の処理として、油圧シリンダ11の変位x、油圧シリンダ11の第1室R1の内部圧力Pr及び第2室R2の内部圧力Ph、ピストン11bの第1室R1側の受圧面積Ar及び第2室R2側の受圧面積Ahに基づいて、現在、油圧シリンダ11に発生している推力(シリンダ発生推力)faを算出する(図3(c)参照)。  Then, the actuator control device 4 performs the process of step S22 in the feedback calculation process, such as the displacement x of the hydraulic cylinder 11, the internal pressure Pr of the first chamber R1 of the hydraulic cylinder 11, the internal pressure Ph of the second chamber R2, and the piston 11b. Based on the pressure receiving area Ar on the first chamber R1 side and the pressure receiving area Ah on the second chamber R2 side, the thrust (cylinder generated thrust) fa currently generated in the hydraulic cylinder 11 is calculated (see FIG. 3C). ).

具体的には、アクチュエータ制御装置4は、例えば変位x>0の場合、ピストン11bの第1室R1側の受圧面積Ar(m)及び第1室R1の内部圧力Pr(MPa)を含む下記(2)式に基づいて、シリンダ発生推力fa(kN)を算出する。
fa=−Ar・Pr・10/1000 ・・・(2)
また、アクチュエータ制御装置4は、例えば変位x<0の場合、ピストン11bの第2室R2側の受圧面積Ah(m)及び第2室R2の内部圧力Ph(MPa)を含む下記(3)式に基づいて、シリンダ発生推力fa(kN)を算出する。
fa=Ah・Ph・10/1000 ・・・(3)
Specifically, for example, when the displacement x> 0, the actuator control device 4 includes the pressure receiving area Ar (m 2 ) on the first chamber R1 side of the piston 11b and the internal pressure Pr (MPa) of the first chamber R1 below. Based on the equation (2), the cylinder generated thrust fa (kN) is calculated.
fa = -Ar · Pr · 10 6 /1000 ··· (2)
For example, when the displacement x <0, the actuator control device 4 includes the pressure receiving area Ah (m 2 ) on the second chamber R2 side of the piston 11b and the internal pressure Ph (MPa) of the second chamber R2 (3) Based on the equation, cylinder generated thrust fa (kN) is calculated.
fa = Ah · Ph · 10 6 /1000 ··· (3)

そして、アクチュエータ制御装置4は、フィードバック演算処理におけるステップS23の処理として、推力指令値fc(kN)と上記ステップS22にて算出したシリンダ発生推力faとの偏差Δf(=fc−fa)を算出する。なお、推力指令値fcは、予めアクチュエータ制御装置4に設定されている値でも良いし、或いは外部の上位制御装置から指示される値でも良い。  Then, the actuator control device 4 calculates a deviation Δf (= fc−fa) between the thrust command value fc (kN) and the cylinder generated thrust fa calculated in step S22 as the process of step S23 in the feedback calculation process. . The thrust command value fc may be a value set in advance in the actuator control device 4 or may be a value instructed from an external host control device.

そして、アクチュエータ制御装置4は、フィードバック演算処理におけるステップS24の処理として、上記ステップS21にて設定したフィードバックゲインGと、上記ステップS23にて算出した推力偏差Δfとからフィードバック指令値Fbを算出する。例えば、変位x>0の場合に設定したフィードバックゲインGをG1とすると、Fb=G1・Δfとなり、変位x<0の場合に設定したフィードバックゲインGをG2とすると、Fb=G2・Δfとなる。  Then, the actuator control device 4 calculates a feedback command value Fb from the feedback gain G set in step S21 and the thrust deviation Δf calculated in step S23 as the process of step S24 in the feedback calculation process. For example, when the feedback gain G set when the displacement x> 0 is G1, Fb = G1 · Δf, and when the feedback gain G set when the displacement x <0 is G2, Fb = G2 · Δf. .

一方、図2(c)に示すように、アクチュエータ制御装置4は、フィードフォワード演算処理におけるステップS31の処理として、油圧シリンダ11の変位xを微分することにより、油圧シリンダ11の速度(ピストン11bの移動速度)を算出する。  On the other hand, as shown in FIG. 2 (c), the actuator control device 4 differentiates the displacement x of the hydraulic cylinder 11 as the process of step S31 in the feedforward calculation process, whereby the speed of the hydraulic cylinder 11 (the piston 11b) (Movement speed) is calculated.

そして、アクチュエータ制御装置4は、フィードフォワード演算処理におけるステップS32の処理として、油圧シリンダ11の変位x、上記ステップS31にて算出したシリンダ速度(dx/dt)、ピストン11bの第1室R1側の受圧面積Ar及び第2室R2側の受圧面積Ah、油圧ポンプ12の押し退け容積Vp、サーボモータ13の最大回転数Nmaxに基づいて、フィードフォワード指令値(速度偏差)Ffを算出する(図3(c)参照)。  Then, the actuator control device 4 performs the processing in step S32 in the feedforward calculation processing, such as the displacement x of the hydraulic cylinder 11, the cylinder speed (dx / dt) calculated in step S31, and the first chamber R1 side of the piston 11b. Based on the pressure receiving area Ar, the pressure receiving area Ah on the second chamber R2 side, the displacement volume Vp of the hydraulic pump 12, and the maximum rotation speed Nmax of the servo motor 13, a feedforward command value (speed deviation) Ff is calculated (FIG. 3 ( c)).

具体的には、アクチュエータ制御装置4は、例えば変位x>0の場合、ピストン11bの第1室R1側の受圧面積Ar(m)、シリンダ速度dx/dt、油圧ポンプ12の押し退け容積Vp(m/rev)及びサーボモータ13の最大回転数Nmax(rpm)を含む下記(4)式に基づいて、フィードフォワード指令値Ffを算出する。
Ff=Ar・(dx/dt)/Vp・60/Nmax ・・・(4)
また、アクチュエータ制御装置4は、例えば変位x<0の場合、ピストン11bの第2室R2側の受圧面積Ah(m)、シリンダ速度dx/dt、油圧ポンプ12の押し退け容積Vp(m/rev)及びサーボモータ13の最大回転数Nmax(rpm)を含む下記(5)式に基づいて、フィードフォワード指令値Ffを算出する。
Ff=Ah・(dx/dt)/Vp・60/Nmax ・・・(5)
Specifically, for example, when the displacement x> 0, the actuator control device 4 determines the pressure receiving area Ar (m 2 ) of the piston 11b on the first chamber R1 side, the cylinder speed dx / dt, and the displacement volume Vp ( The feedforward command value Ff is calculated based on the following equation (4) including m 3 / rev) and the maximum rotation speed Nmax (rpm) of the servo motor 13.
Ff = Ar · (dx / dt) / Vp · 60 / Nmax (4)
Further, for example, when the displacement x <0, the actuator control device 4 determines the pressure receiving area Ah (m 2 ) of the piston 11b on the second chamber R2 side, the cylinder speed dx / dt, and the displacement volume Vp (m 3 / The feedforward command value Ff is calculated based on the following equation (5) including rev) and the maximum rotational speed Nmax (rpm) of the servo motor 13.
Ff = Ah · (dx / dt) / Vp · 60 / Nmax (5)

アクチュエータ制御装置4は、上記のようなサブルーチンの実施によってフィードバック指令値Fbとフィードフォワード指令値Ffを算出すると、図2(a)のメインルーチンに戻り、メインルーチンにおけるステップS4の処理として、フィードバック指令値Fbとフィードフォワード指令値Ffとを加算することにより、最終的な要求指令値F(=Fb+Ff)を算出する。なお、要求指令値Fを算出するには、フィードフォワード指令値Ffが無次元であるので、フィードバック指令値Fbも無次元とする必要がある。フィードバック指令値Fbの推力偏差Δfの単位は「kN」であるので、この単位を無次元化するようにフィードバックゲインGの単位を設定すれば良い。  When the actuator control device 4 calculates the feedback command value Fb and the feedforward command value Ff by executing the above subroutine, the actuator control device 4 returns to the main routine of FIG. The final request command value F (= Fb + Ff) is calculated by adding the value Fb and the feedforward command value Ff. In order to calculate the request command value F, the feedforward command value Ff is dimensionless, and therefore the feedback command value Fb must also be dimensionless. Since the unit of the thrust deviation Δf of the feedback command value Fb is “kN”, the unit of the feedback gain G may be set so as to make this unit dimensionless.

そして、アクチュエータ制御装置4は、メインルーチンにおけるステップS5の処理として、上記ステップS4にて算出した要求指令値Fを油圧シリンダ11に発生させるためのモータ指令信号(つまり、油圧シリンダ11の発生推力を推力指令値と一致させるためのモータ指令信号)を生成してモータドライバ2に出力する。以上のようなメインルーチンの各処理をアクチュエータ制御装置4が一定周期で繰り返し実施することにより、油圧シリンダ11の発生推力は推力指令値に維持されることになる。  Then, the actuator control device 4 performs a motor command signal (that is, a generated thrust of the hydraulic cylinder 11) for causing the hydraulic cylinder 11 to generate the request command value F calculated in step S4 as the process of step S5 in the main routine. A motor command signal for matching with the thrust command value is generated and output to the motor driver 2. When the actuator control device 4 repeatedly performs the processing of the main routine as described above at a constant period, the thrust generated by the hydraulic cylinder 11 is maintained at the thrust command value.

油圧シリンダ11の発生推力(圧力)の変化は、油圧シリンダ11の動作(速度)に相当する油圧シリンダ11の吐出流量(シリンダ吐出流量)と、サーボモータ13の回転状態から決定される油圧ポンプ12の吐出流量(ポンプ吐出流量)とのバランスにより決定される。すなわち、シリンダ吐出流量>ポンプ吐出流量の場合にはシリンダ発生推力(圧力)が上昇し、シリンダ吐出流量<ポンプ吐出流量の場合にはシリンダ発生推力(圧力)が低下し、シリンダ吐出流量=ポンプ吐出流量の場合にはシリンダ発生推力(圧力)が現状に維持される、という動作となるため、シリンダ発生推力のフィードバック制御の演算出力は、シリンダ吐出流量と同等のポンプ吐出流量を発生させるモータ回転速度を基準とするのが望ましい。  The change in thrust (pressure) generated by the hydraulic cylinder 11 is determined from the discharge flow rate (cylinder discharge flow rate) of the hydraulic cylinder 11 corresponding to the operation (speed) of the hydraulic cylinder 11 and the rotation state of the servo motor 13. It is determined by the balance with the discharge flow rate (pump discharge flow rate). That is, when the cylinder discharge flow rate> pump discharge flow rate, the cylinder generated thrust (pressure) increases, and when the cylinder discharge flow rate <pump discharge flow rate, the cylinder generated thrust (pressure) decreases, and the cylinder discharge flow rate = pump discharge In the case of flow rate, the cylinder generated thrust (pressure) is maintained at the current level, so the calculation output of the feedback control of the cylinder generated thrust is the motor rotation speed that generates the pump discharge flow rate equivalent to the cylinder discharge flow rate. It is desirable to use

従って、制御演算出力であるモータ回転速度指令値は、シリンダ推力偏差に基づくフィードバック制御演算出力に、シリンダ速度からシリンダ吐出流量を推定して、その流量と同等のポンプ吐出流量を発生させるモータ回転速度を加えた値とする。また、フィードバックゲインGの最適値は、油圧シリンダ11の変位xに応じて異なるため、その値を油圧シリンダ11の変位xに応じて設定する機能を持たせることにより、アクチュエータ変位の変化に影響されずに安定的な推力制御を実現することができる。  Therefore, the motor rotation speed command value that is the control calculation output is the motor rotation speed that estimates the cylinder discharge flow rate from the cylinder speed to the feedback control calculation output based on the cylinder thrust deviation and generates a pump discharge flow rate equivalent to the flow rate. The value is added. Further, since the optimum value of the feedback gain G differs depending on the displacement x of the hydraulic cylinder 11, by providing a function for setting the value according to the displacement x of the hydraulic cylinder 11, it is influenced by changes in the actuator displacement. And stable thrust control can be realized.

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
例えば、上記実施形態では、油圧シリンダ11、油圧ポンプ12及びサーボモータ13を備えるハイブリッドアクチュエータ1を例示したが、作動流体として油以外の流体の圧力にて作動する液圧或いは気圧シリンダとサーボモータ13とのハイブリッド方式としても良い。また、サーボモータ13の代わりに他方式のモータを使用しても良い。
また、上記実施形態では、油圧シリンダ11の変位に基づいてフィードバックゲインを設定する場合を例示したが、システムに要求される性能に応じて、油圧シリンダ11の変位、速度或いは加速度のどの値に基づいてフィードバックゲインを設定すれば最適なのかが変化するため、システムに要求される性能に応じて、油圧シリンダ11の変位、速度或いは加速度の少なくとも1つに基づいてフィードバックゲインを設定することが望ましい。
Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the hybrid actuator 1 including the hydraulic cylinder 11, the hydraulic pump 12, and the servo motor 13 is illustrated. However, the hydraulic or pneumatic cylinder that operates with the pressure of fluid other than oil as the working fluid and the servo motor 13. It may be a hybrid system. Also, other types of motors may be used instead of the servo motor 13.
In the above-described embodiment, the case where the feedback gain is set based on the displacement of the hydraulic cylinder 11 is exemplified. However, based on the value required for the system, any value of the displacement, speed, or acceleration of the hydraulic cylinder 11 is used. Therefore, it is desirable to set the feedback gain based on at least one of the displacement, speed or acceleration of the hydraulic cylinder 11 according to the performance required for the system.

1…ハイブリッドアクチュエータ、2…モータドライバ、3…信号変換・増幅器、4…アクチュエータ制御装置、11…油圧シリンダ、12…油圧ポンプ、13…サーボモータ、14…シャトル弁、15…貯油タンク、16…第1圧力センサ、17…第2圧力センサ、18…直線型センサ、11a…シリンダ、11b…ピストン、11c…ロッド   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hybrid actuator, 2 ... Motor driver, 3 ... Signal conversion and amplifier, 4 ... Actuator control apparatus, 11 ... Hydraulic cylinder, 12 ... Hydraulic pump, 13 ... Servo motor, 14 ... Shuttle valve, 15 ... Oil storage tank, 16 ... 1st pressure sensor, 17 ... 2nd pressure sensor, 18 ... Linear sensor, 11a ... Cylinder, 11b ... Piston, 11c ... Rod

Claims (3)

ハイブリッド方式のアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置であって、
フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて前記アクチュエータの推力を制御すると共に、前記アクチュエータの変位、速度或いは加速度の少なくとも1つに基づいてフィードバックゲインを設定することを特徴とするアクチュエータ制御装置。
An actuator control device for controlling a hybrid actuator,
An actuator control apparatus characterized by controlling the thrust of the actuator by combining feedback control and feedforward control, and setting a feedback gain based on at least one of displacement, speed or acceleration of the actuator.
前記アクチュエータが油圧シリンダ、油圧ポンプ及びサーボモータを備える場合、
前記油圧シリンダの圧力検出結果に基づいて前記油圧シリンダの発生推力を算出し、
前記油圧シリンダの発生推力と推力指令値との偏差に前記フィードバックゲインを乗算することでフィードバック指令値を算出し、
前記油圧シリンダの速度に基づいてフィードフォワード指令値を算出し、
前記フィードバック指令値と前記フィードフォワード指令値とを加算した値を最終的な要求指令値として算出し、
前記要求指令値を前記油圧シリンダに発生させるためのモータ指令信号を前記サーボモータのドライバに出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ制御装置。
When the actuator includes a hydraulic cylinder, a hydraulic pump and a servo motor,
Calculate the generated thrust of the hydraulic cylinder based on the pressure detection result of the hydraulic cylinder,
A feedback command value is calculated by multiplying the deviation between the generated thrust of the hydraulic cylinder and the thrust command value by the feedback gain,
Calculate a feedforward command value based on the speed of the hydraulic cylinder,
A value obtained by adding the feedback command value and the feedforward command value is calculated as a final request command value,
Outputting a motor command signal for causing the hydraulic cylinder to generate the required command value to the servo motor driver;
The actuator control apparatus according to claim 1.
ハイブリッド方式のアクチュエータを制御するアクチュエータ制御方法であって、
フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて前記アクチュエータの推力を制御すると共に、前記アクチュエータの変位、速度或いは加速度の少なくとも1つに基づいてフィードバックゲインを設定することを特徴とするアクチュエータ制御方法。
An actuator control method for controlling a hybrid actuator,
An actuator control method characterized by controlling the thrust of the actuator by combining feedback control and feedforward control, and setting a feedback gain based on at least one of displacement, speed, or acceleration of the actuator.
JP2011267936A 2011-12-07 2011-12-07 Actuator control device Expired - Fee Related JP5927879B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011267936A JP5927879B2 (en) 2011-12-07 2011-12-07 Actuator control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011267936A JP5927879B2 (en) 2011-12-07 2011-12-07 Actuator control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013121244A true JP2013121244A (en) 2013-06-17
JP5927879B2 JP5927879B2 (en) 2016-06-01

Family

ID=48773657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011267936A Expired - Fee Related JP5927879B2 (en) 2011-12-07 2011-12-07 Actuator control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5927879B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016111205A1 (en) * 2015-01-06 2016-07-14 住友重機械工業株式会社 Construction apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05106607A (en) * 1991-10-21 1993-04-27 Tokimec Inc Speed/thrust control device for hydraulic actuator
JPH10183670A (en) * 1996-12-20 1998-07-14 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd Control device for construction machine
JP2002188601A (en) * 2000-12-22 2002-07-05 Sanyo Denki Co Ltd Apparatus and method for controlling hydraulic driving device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05106607A (en) * 1991-10-21 1993-04-27 Tokimec Inc Speed/thrust control device for hydraulic actuator
JPH10183670A (en) * 1996-12-20 1998-07-14 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd Control device for construction machine
JP2002188601A (en) * 2000-12-22 2002-07-05 Sanyo Denki Co Ltd Apparatus and method for controlling hydraulic driving device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016111205A1 (en) * 2015-01-06 2016-07-14 住友重機械工業株式会社 Construction apparatus
CN107002715A (en) * 2015-01-06 2017-08-01 住友重机械工业株式会社 Construction machinery
JPWO2016111205A1 (en) * 2015-01-06 2017-10-19 住友重機械工業株式会社 Construction machinery
EP3244069A4 (en) * 2015-01-06 2017-12-27 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Construction apparatus
CN107002715B (en) * 2015-01-06 2019-08-13 住友重机械工业株式会社 Excavator
US10550542B2 (en) 2015-01-06 2020-02-04 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Construction machine

Also Published As

Publication number Publication date
JP5927879B2 (en) 2016-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2868931B1 (en) Actuator
US9695841B2 (en) Hydraulic closed circuit system
WO2008026544A1 (en) Hydraulic unit and method of controlling speed of motor in hydraulic unit
JP2008249024A (en) Hydraulic actuator
US9677579B2 (en) Actuator unit
EP3158205A1 (en) Method of controlling velocity of a hydraulic actuator in over-center linkage systems
JP5486367B2 (en) Actuator unit
JP5927879B2 (en) Actuator control device
JP5840681B2 (en) Method and apparatus for operating a driven shaft in a machine tool
JP5929628B2 (en) Active damper
JP2004301188A (en) Hydraulic control system
JP2006029366A (en) Position control method and device for hydraulic closed circuit
WO2024070205A1 (en) Cylinder device
JP2015209000A (en) Hydraulic power steering device
WO2018159511A1 (en) Railroad car vibration damping device
JP5907843B2 (en) Fin stabilizer hydraulic drive circuit and fin stabilizer fin angle control method
JP2024053184A (en) Cylinder Unit
CA2847487A1 (en) Delay-minimized detection of an auxiliary control variable
JP2024047608A (en) Cylinder Unit
JP2024047362A (en) Cylinder Unit
WO2016027465A1 (en) Hydraulic pump drive system
JP2024047991A (en) Cylinder Unit
JP2008232445A (en) Hydraulic unit, and speed control method of motor of hydraulic unit
JP2015101259A (en) Suspension device
JP2023059526A (en) Vibration control device for railway vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141029

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150901

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151102

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20151104

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160329

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160411

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5927879

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees