JP2015085751A - Steering gear, steering gear control method, and program - Google Patents
Steering gear, steering gear control method, and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015085751A JP2015085751A JP2013224344A JP2013224344A JP2015085751A JP 2015085751 A JP2015085751 A JP 2015085751A JP 2013224344 A JP2013224344 A JP 2013224344A JP 2013224344 A JP2013224344 A JP 2013224344A JP 2015085751 A JP2015085751 A JP 2015085751A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid pressure
- dead zone
- drive signal
- signal
- input
- 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
Links
Images
Landscapes
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、油圧ポンプを用いて船の操舵を可能とする操舵装置、操舵装置の制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a steering apparatus that enables a ship to be steered using a hydraulic pump, a control method for the steering apparatus, and a program.
船舶等の航走体に搭載される操舵装置は、油圧源(油圧ポンプ)から吐出する油の流量または圧力により舵柄を操作する仕組みのものがある。このような操舵装置は、油圧源に備えられる電動機(モーター)を常時運転し、配管に油を循環させる状態を維持しながら、斜板等を用いて所望する箇所に所望の流量または圧力を与える構成としているものが多い。しかしながら、この場合、舵の操作を要しない状態(待機中の状態)であっても、電動機が常に回転し続け、油が配管を循環し続けるため、消費電力の面、装置の摩耗等に基づく寿命の面で課題があった。 2. Description of the Related Art A steering device mounted on a traveling body such as a ship has a mechanism for operating a steering handle by a flow rate or pressure of oil discharged from a hydraulic source (hydraulic pump). Such a steering device always operates an electric motor (motor) provided in a hydraulic pressure source and applies a desired flow rate or pressure to a desired location using a swash plate or the like while maintaining a state in which oil is circulated through a pipe. There are many things that are configured. However, in this case, even in a state where no rudder operation is required (standby state), the electric motor continues to rotate and oil continues to circulate through the piping, which is based on power consumption, equipment wear, and the like. There was a problem in terms of life.
このような課題を解決するものして、電動機の回転量、回転方向に応じて油圧源の吐出量、吐出方向が変化する電油ハイブリッド機構を用いた操舵装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような電油ハイブリッド機構によれば、電気的な駆動信号(例えば、電圧、電流)の入力により電動機の回転量、回転方向を制御することで、油圧源の吐出量、吐出方向を制御することが可能となる。よって、電油ハイブリッド機構を搭載した操舵装置は、操舵が必要な時に必要な量だけ電動機を回転させ、油を循環させることで、消費電力、装置の寿命の改善を図ることができる。 In order to solve such problems, a steering device using an electro-hydraulic hybrid mechanism in which the discharge amount and discharge direction of a hydraulic pressure source change according to the rotation amount and rotation direction of an electric motor has been proposed (for example, a patent) Reference 1). According to such an electro-hydraulic hybrid mechanism, the discharge amount and discharge direction of the hydraulic source are controlled by controlling the rotation amount and rotation direction of the electric motor by the input of an electric drive signal (for example, voltage and current). It becomes possible. Therefore, a steering apparatus equipped with an electro-oil hybrid mechanism can improve power consumption and the life of the apparatus by rotating the motor by a necessary amount and circulating oil when steering is necessary.
しかしながら、上述の電油ハイブリッド機構には、入力する駆動信号に対して「不感帯」が存在し得る。ここで不感帯とは、入力する駆動信号(例えば電圧、電流)と、電動機の回転、ひいては油圧源による油の吐出と、の線形性が得られなくなる帯域のことで、電動機の回転方向が変化する領域(回転数ゼロ)の近傍に存在する。つまり、電油ハイブリッド機構においては、不感帯に属する駆動信号が入力されたとしても、その駆動信号に応じた油の吐出がなされない。
なお、不感帯は、電動機、油圧源における機械的な特性(静止摩擦係数等)に起因して生じ得る。
However, the above-described electro-oil hybrid mechanism may have a “dead zone” with respect to an input drive signal. Here, the dead zone is a zone in which the linearity of the input drive signal (for example, voltage, current) and the rotation of the motor, and hence the oil discharge from the hydraulic source, cannot be obtained, and the rotation direction of the motor changes. It exists in the vicinity of the region (rotation speed zero). That is, in the electric oil hybrid mechanism, even if a drive signal belonging to the dead zone is input, oil is not discharged according to the drive signal.
Note that the dead zone may be caused by mechanical characteristics (such as a static friction coefficient) in the electric motor and the hydraulic pressure source.
したがって、上述の操舵装置では、駆動信号が不感帯に属していた場合には、舵柄にはなんらの制御がなされないため、このような状態において舵柄に波などの負荷がかかると、舵柄が負け押され、走行が不安定になる等の問題が生じていた。 Therefore, in the above-described steering device, when the drive signal belongs to the dead zone, no control is performed on the steering wheel. Therefore, when a load such as a wave is applied to the steering wheel in such a state, the steering wheel There were problems such as being defeated and running unstable.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電油ハイブリッド機構における不感帯の影響を抑制し、電動機の回転方向が切り替わる際の応答特性を改善することができる操舵装置、操舵装置の制御方法及びプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to suppress the influence of the dead zone in the electro-hydraulic hybrid mechanism and to improve the response characteristics when the rotation direction of the motor is switched. It is another object of the present invention to provide a steering apparatus control method and program.
上記問題を解決するために、本発明に係る一態様は、回転することで舵を変向させる舵軸と、流体圧が供給されることで前記舵軸を回転させる流体圧回路と、入力される駆動信号に応じて駆動されることで前記流体圧回路に前記流体圧を供給する流体圧供給部と、入力される操作量信号に所定の出力ゲインを乗じて前記駆動信号を生成するとともに、当該生成した駆動信号を前記流体圧供給部に出力する出力変換部と、を備え、前記出力変換部は、前記駆動信号が入力されても前記流体圧供給部が駆動しない当該駆動信号の不感帯に対応する前記操作量信号の範囲を不感帯対応領域と定義した際に、入力された前記操作量信号の値が当該不感帯対応領域内にある場合に適用する出力ゲインを、当該不感帯対応領域を超えた場合に適用する出力ゲインよりも大きいものとすることを特徴とする操舵装置である。 In order to solve the above problem, an aspect of the present invention includes a rudder shaft that turns a rudder by rotating, a fluid pressure circuit that rotates the rudder shaft by supplying fluid pressure, and an input. A fluid pressure supply unit for supplying the fluid pressure to the fluid pressure circuit by being driven according to the drive signal, and generating the drive signal by multiplying the input operation amount signal by a predetermined output gain, An output conversion unit that outputs the generated drive signal to the fluid pressure supply unit, and the output conversion unit is in a dead zone of the drive signal that does not drive the fluid pressure supply unit even when the drive signal is input. When the range of the corresponding operation amount signal is defined as a dead zone corresponding region, the output gain applied when the input value of the operation amount signal is within the dead zone corresponding region exceeds the dead zone corresponding region. Output to apply to A steering apparatus characterized by a greater than in.
また、本発明に係る一態様は、上述の操舵装置において、前記出力変換部が、入力された前記操作量信号の値が前記不感帯対応領域を超えた場合に、前記操作量信号に第1係数を乗じた第1駆動信号を出力するとともに、入力された前記操作量信号の値が前記不感帯対応領域内にある場合に、当該操作量信号に前記第1係数よりも大きい第2係数を乗じた第2駆動信号を出力することを特徴とする。 Further, according to an aspect of the present invention, in the steering apparatus described above, the output conversion unit may include a first coefficient in the operation amount signal when the input value of the operation amount signal exceeds the dead zone corresponding region. When the value of the input operation amount signal is within the dead zone corresponding region, the operation amount signal is multiplied by a second coefficient larger than the first coefficient. The second drive signal is output.
また、本発明に係る一態様は、上述の操舵装置において、前記流体圧回路に、前記舵軸の回転には寄与しない一定のオフセット流体圧を供給する補助流体圧供給部を更に備えることを特徴とする。 Further, according to an aspect of the present invention, in the above-described steering apparatus, the fluid pressure circuit further includes an auxiliary fluid pressure supply unit that supplies a constant offset fluid pressure that does not contribute to the rotation of the rudder shaft. And
また、本発明に係る一態様は、回転することで舵を変向させる舵軸と、流体圧が供給されることで前記舵軸を回転させる流体圧回路と、入力される駆動信号に応じて駆動されることで前記流体圧回路に前記流体圧を供給する流体圧供給部と、を備える操舵装置の制御方法であって、出力変換部が、前記駆動信号が入力されても前記流体圧供給部が駆動しない当該駆動信号の不感帯に対応する操作量信号の範囲を不感帯対応領域と定義した際に、入力された前記操作量信号の値が当該不感帯対応領域内にある場合に適用する出力ゲインを、当該不感帯対応領域を超えた場合に適用する出力ゲインよりも大きいものとし、入力される前記操作量信号に、当該操作量信号の値が前記不感帯対応領域に属するか否かに応じて設定した前記出力ゲインを乗じて前記駆動信号を生成するとともに、当該生成した駆動信号を前記流体圧供給部に出力することを特徴とする操舵装置の制御方法である。 Further, according to one aspect of the present invention, a rudder shaft that turns the rudder by rotating, a fluid pressure circuit that rotates the rudder shaft by supplying fluid pressure, and an input drive signal And a fluid pressure supply unit for supplying the fluid pressure to the fluid pressure circuit by being driven, wherein the output conversion unit supplies the fluid pressure even when the drive signal is input. Output gain applied when the value of the input operation amount signal is within the dead zone corresponding area when the range of the operation amount signal corresponding to the dead zone of the drive signal that is not driven is defined as the dead zone corresponding region Is set to be larger than the output gain applied when the dead zone corresponding region is exceeded, and is set in the input manipulated variable signal according to whether or not the value of the manipulated variable signal belongs to the dead zone corresponding region. The output gain Flip and generates the drive signal is a control method of the drive signals thus generated steering system and outputs to the fluid pressure supply unit.
また、本発明に係る一態様は、回転することで舵を変向させる舵軸と、流体圧が供給されることで前記舵軸を回転させる流体圧回路と、入力される駆動信号に応じて駆動されることで前記流体圧回路に前記流体圧を供給する流体圧供給部と、を備える操舵装置のコンピュータを、前記駆動信号が入力されても前記流体圧供給部が駆動しない当該駆動信号の不感帯に対応する操作量信号の範囲を不感帯対応領域と定義した際に、入力された前記操作量信号の値が当該不感帯対応領域内にある場合に適用する出力ゲインを、当該不感帯対応領域を超えた場合に適用する出力ゲインよりも大きいものとし、入力される前記操作量信号に、当該操作量信号の値が前記不感帯対応領域に属するか否かに応じて設定した前記出力ゲインを乗じて前記駆動信号を生成するとともに、当該生成した駆動信号を前記流体圧供給部に出力する出力変換手段として機能させることを特徴とするプログラムである。 Further, according to one aspect of the present invention, a rudder shaft that turns the rudder by rotating, a fluid pressure circuit that rotates the rudder shaft by supplying fluid pressure, and an input drive signal A fluid pressure supply unit that is driven to supply the fluid pressure to the fluid pressure circuit; and a computer of the steering apparatus includes: a drive signal that does not drive the fluid pressure supply unit even when the drive signal is input. When the range of the operation amount signal corresponding to the dead zone is defined as the dead zone corresponding region, the output gain to be applied when the input value of the operation amount signal is within the dead zone corresponding region exceeds the dead zone corresponding region. The output gain to be applied in the case where the value of the operation amount signal is multiplied by the output gain set according to whether or not the value of the operation amount signal belongs to the dead zone corresponding region. Driving signal To generate a is a program for causing to function as an output converting means for outputting a drive signal thus generated to the fluid pressure supply unit.
以上の操舵装置によれば、電油ハイブリッド機構における不感帯の影響を抑制し、電動機の回転方向が切り替わる際の応答特性を改善することができる。 According to the above steering device, it is possible to suppress the influence of the dead zone in the electric oil hybrid mechanism and improve the response characteristics when the rotation direction of the electric motor is switched.
<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態に係る操舵装置の一例について図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施形態に係る操舵装置の機能構成を示す概略図である。
操舵装置1は、舵軸20、チラー21、ラム221、222、油圧シリンダー23A〜23Dを備えている。
舵軸20は、走航体に備えられ、チラー21と一体となって回転することで舵を変向させる。
チラー21は、ラム221、222の移動と連動して回動可能とする。
ラム221及びラム222は、その両端がそれぞれ油圧シリンダー23A、23B、及び、油圧シリンダー23C、23Dに収容され、各油圧シリンダー23A〜23Dからの加圧に応じて、左右方向(図1の±X方向)に移動可能とする。
油圧シリンダー23A〜23Dは、油圧回路5を介して供給される油の油圧によりラム221、222を左右方向に移動させる。
このように、操舵装置1は、油圧シリンダー23A〜23Dに所望の油圧を与えることで、チラー21及び舵軸20を所望する角度だけ回転させ、走航体の走行制御を行う。
<First Embodiment>
Hereinafter, an example of the steering apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of the steering apparatus according to the first embodiment.
The
The
The
Both ends of the
The hydraulic cylinders 23 </ b> A to 23 </ b> D move the
As described above, the
また、操舵装置1は、図1に示すように、主油圧ポンプ30、電動機31、圧力制御弁32a、32b、及び逆止弁33a、33bを備えている。
また、油圧回路5は、図1に示すように、主油圧ポンプ30、圧力制御弁32a、32b、逆止弁33a、33b、及び、油圧シリンダー23A〜23Dを接続する配管である。なお、図1において図示を省略しているが、油圧回路5は、油圧シリンダー23Aとの接続点Paから分岐して、さらに油圧シリンダー23Dとの接続点Pdと接続している。また、油圧回路5は、油圧シリンダー23Bとの接続点Pbから分岐して、さらに油圧シリンダー23Cとの接続点Pcと接続している。
油圧回路5を構成する配管5aは、ポート30aから吐出される油を、接続点Pa、Pdを介して油圧シリンダー23A、23Dに導くとともに、その一部を圧力制御弁32aに導く。配管5aは、圧力制御弁32aを通過する分の油を逆止弁33aに導く。これにより、配管5aは、油圧シリンダー23A、23Dに対し、ポート30aからの油の吐出量に応じた所望の油圧を供給する。
同様に、配管5bは、ポート30bから吐出される油を、接続点Pb、Pcを介して油圧シリンダー23B、23Cに導くとともに、その一部を圧力制御弁32bに導く。これにより、配管5bは、油圧シリンダー23B、23Cに対し、ポート30bからの油の吐出量に応じた所望の油圧を供給する。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 1, the hydraulic circuit 5 is a pipe that connects the main
The
Similarly, the
主油圧ポンプ30は、流体(本実施形態においては油)の圧力を油圧回路5に供給する流体圧供給部として機能する。具体的には、主油圧ポンプ30は、電動機31から供給される回転力に応じて、2つのポート30a、30bの何れか一方側から油を吐出し、他方側から油を吸入する。また、吐出量、吸入量は、電動機31における単位時間当たりの回転量(回転速度)に応じて増減する。さらに、電動機31における回転方向に応じて、2つのポート30a、30bにおける吐出側、吸入側が入れ替わる仕組みとなっている。例えば、電動機31における回転が“右回転”の場合、主油圧ポンプ30は、油をポート30aから吐出し、ポート30bから吸入する。一方、電動機31における回転が“左回転”の場合、主油圧ポンプ30は、油をポート30bから吐出し、ポート30aから吸入する。
The main
電動機31は、後述するコントローラ10から供給される電気的な駆動信号Eに応じた回転力を生成し、主油圧ポンプ30に伝達させる。ここで駆動信号Eは例えば電圧値であって、電動機31は、駆動信号Eとして正の電圧が印加されることにより“右回転”し、負の電圧が印加されることにより“左回転”する。また、電動機31は、例えば、その電圧値に比例するように回転量が増減する。
なお、電動機31は、駆動信号Eとして、入力される所定の電流値に応じて回転量及び回転方向を制御可能とするものであってもよい。
上記主油圧ポンプ30及び電動機31は、一体として、いわゆる電油ハイブリッド機構を構成する。
The
In addition, the
The main
圧力制御弁32a、32bは、それぞれ油圧回路5の設置位置に対応する圧力を一定に保つ。また、逆止弁33a、33bは、油の流れを一方向に整流する。
The
コントローラ10は、入力される操作量信号Sに応じて主油圧ポンプ30に駆動信号Eを出力する。コントローラ10は、ステアリング11が示す目標方位に応じた信号と、角度センサ12から検出される角度情報を示す信号に基づいて、PI(Proportional Integral)制御を行う。具体的には、ステアリング11は、舵手の操作に応じた舵軸20が達成すべき目標角度をコントローラ10に出力し、舵角センサ12は、現時点における現在角度をコントローラ10に出力する。そして、コントローラ10は、現在角度が目標角度と一致するように適切な駆動信号Eを出力してPI制御を行う。
コントローラ10の他の機能については後述する。
The
Other functions of the
図1に示す操舵装置1の動作について簡単に説明する。
まず、コントローラ10は、舵手の操作に基づくステアリング11及び舵角センサ12からの各種信号に基づいて、PI制御に基づく駆動信号Eを出力する。そうすると、電動機31は、駆動信号Eの応じた回転方向及び回転数で回転力を生成し、主油圧ポンプ30に伝達する。主油圧ポンプ30は、この回転力に応じて、ポート30a、30bを通じた油の吐出、吸入を行う。
ここで、電動機31からの回転力に応じて、例えばポート30aから所定流量の油が吐出されている場合、その油は、配管5aを通じて油圧シリンダー23A、23Dとの接続点Pa、Pdを介して油圧シリンダー23A及び油圧シリンダー23Dに所定量の圧力(油圧)を与える。そうすると、ラム221は、油圧シリンダー23Aから与えられる圧力により紙面左方向(−X方向)に移動し、同時に、ラム222は、油圧シリンダー23Dから与えられる圧力により紙面右方向(+X方向)に移動する。よって、これらと連動して回動可能なチラー21は、舵軸20を中心に紙面時計回りに回動して舵軸20を回転させる。
なお、ポート30aから配管5aを通じて供給される油の一部は、圧力制御弁32aに達する。そして、圧力制御弁32aにおける油圧が一定値に達した場合には、油が圧力制御弁32aを通過し、さらに逆止弁33aを介してポート30bから吸入される。
一方、ポート30bから油が吐出されている場合、その油は、配管5bを通じて油圧シリンダー23B、23Cとの接続点Pb、Pcを介して油圧シリンダー23B及び油圧シリンダー23Cに所定量の油圧を与える。そうすると、ラム221は、油圧シリンダー23Bから与えられる圧力により紙面右方向(+X方向)に移動する。同時に、ラム222は、油圧シリンダー23Cから与えられる圧力により紙面左方向(−X方向)に移動する。よって、これらと連動して回動可能なチラー21は、紙面反時計回りに回動して舵軸20を回転させる。
なお、ポート30bから配管5bを通じて供給される油の一部は、圧力制御弁32bに達する。そして、圧力制御弁32bにおける油圧が一定値に達した場合には、油が圧力制御弁32bを通過し、さらに逆止弁33bを介してポート30aから吸入される。
The operation of the
First, the
Here, according to the rotational force from the
Part of the oil supplied from the
On the other hand, when oil is discharged from the
Part of the oil supplied from the
以上のようにして、主油圧ポンプ30は、駆動信号Eに応じた油圧を油圧回路5に供給するとともに、油圧回路5は、主油圧ポンプ30から油圧が供給されることで油圧シリンダー23A〜23D、ラム221、222、チラー21を介して舵軸20を回転させる。
As described above, the main
図2は、第1の実施形態に係る主油圧ポンプ及び電動機の特性を説明する図である。
次に、図2を参照しながら、電油ハイブリッド機構をなす主油圧ポンプ30及び電動機31の特性について説明する。
図2に示すように、主油圧ポンプ30は、電動機31を介することで、駆動信号E(例えば電圧値)に応じて吐出する流量を増減させる。例えば、図2に示すグラフの第1象限では、ポート30aから吐出してポート30bに吸入する際の駆動信号Eに対する流量の変化を示している。また、第2象限では、ポート30bから吐出してポート30aに吸入する際の駆動信号Eに対する流量の変化を示している。このように、電動機31及び主油圧ポンプ30からなる電油ハイブリッド機構は、入力される駆動信号E(電圧値)の増減に応じて、油を循環させる向き及びその流量が変化する特性を有している。
FIG. 2 is a diagram illustrating characteristics of the main hydraulic pump and the electric motor according to the first embodiment.
Next, characteristics of the main
As shown in FIG. 2, the main
しかしながら、図2に示すように、主油圧ポンプ30及び電動機31には、駆動信号Eが入力されても駆動しない不感帯Nが存在する。この不感帯Nは、電動機31、主油圧ポンプ30における機械的な特性(静止摩擦係数等)に起因して、油の循環方向(すなわち、電動機31の回転方向)が切り替わる領域に生じる。よって、電動機31に不感帯Nに属する駆動信号E(例えば、Vth1からVth2の範囲内の電圧値(図2))が入力されたとしても、主油圧ポンプ30においてその駆動信号Eに応じた油の吐出がなされない。したがって、コントローラ10が単に通常のPI制御のみを行うものであったとすると、この不感帯Nにおいて舵柄になんらの制御がなされなくなり、このような状態において舵柄に波などの負荷がかかると、走行が不安定になる可能性が有る。
よって、本実施形態に係るコントローラ10は、通常のPI制御に応じて得られる駆動信号を操作量信号Sとして入力し、入力される当該操作量信号Sに所定の出力ゲインを乗じて、電動機31に新たな駆動信号Eを出力する出力変換部103(後述)を有している。
However, as shown in FIG. 2, the main
Therefore, the
図3は、第1の実施形態に係るコントローラの機能構成を示す図である。
図3に示すように、コントローラ10は、比例制御部100、積分制御部101、積分リミット部102、及び、出力変換部103を備えている。
上述したように、コントローラ10は、信号として、舵手の操作に基づくステアリング11の状態から特定される目標角度と、舵角センサ12から取得される現在角度と、を入力する。
比例制御部100は、入力される目標角度、現在角度に基づいて比例制御(P制御)を行う。同様に、積分制御部101は、入力される目標角度、現在角度に基づいて積分制御(I制御)を行う。また、積分リミット部102は、積分制御部101が出力した操作量信号Sが所定範囲外となった場合には、当該所定範囲内に収まるように出力を制限する。これにより、I制御の応答速度が増大して生じ得るハンチングを防止することができる。
コントローラ10においては、以上の比例制御部100、積分制御部101及び積分リミット部102を介した出力信号(操作量信号S)に応じて通常のPI制御が実現される。
FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration of the controller according to the first embodiment.
As shown in FIG. 3, the
As described above, the
The
In the
また、図3に示すように、コントローラ10は、比例制御部100、積分制御部101及び積分リミット部102を介して得た通常の駆動信号である操作量信号Sを入力し、当該操作量信号Sに応じて、電動機31に新たな駆動信号Eを出力する出力変換部103を有している。出力変換部103は、当該駆動信号Eを電動機31に出力する。
As shown in FIG. 3, the
図4は、第1の実施形態に係る出力変換部の特性を説明する図である。
上述したように、出力変換部103は、入力する操作量信号Sに所定の出力ゲイン(係数)を乗じて変換し、これに応じた所定の駆動信号Eを出力する。ここで、出力変換部103は、例えば図4に示すような変換特性を有する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the characteristics of the output conversion unit according to the first embodiment.
As described above, the
図4に示すように、出力変換部103は、予め駆動信号Eの不感帯N(Vth2〜Vth1(図2参照))に対応する操作量信号Sの範囲(Vth2’〜Vth1’)である不感帯対応領域Mが設定されている。そして、入力される操作量信号Sの値がこの不感帯対応領域を超えた場合には、出力変換部103は、その操作量信号Sに第1係数αを乗じて得る第1駆動信号E1を電動機31に出力する。一方、入力された操作量信号Sの値が不感帯対応領域M内にある場合には、当該操作量信号Sに第1係数αよりも大きい第2係数β(β>α)を乗じた第2駆動信号E2を出力する。
このように、出力変換部103は、入力された操作量信号Sの値が不感帯対応領域M内にある場合に適用する出力ゲインを、不感帯対応領域Mを超えた場合に適用する出力ゲインよりも大きく設定する。
As shown in FIG. 4, the
As described above, the
図4に示す変換特性を有する出力変換部103によれば、操作量信号Sの不感帯対応領域Mに限り、出力ゲインが大きくなるように設定されている。すなわち、操作量信号Sが不感帯Nに属する駆動信号Eを出力しようとする場合には、出力変換部103は、その操作量信号Sに大きい出力ゲイン(第2係数β)を乗じて、駆動信号Eが急速に閾値Vth1を上回る(または、閾値Vth2を下回る)ように制御する。これにより、出力変換部103は、操作量信号Sの不感帯Nに対応する範囲を実質的に狭めることができるので、操舵装置1は、操作量信号Sに対する電動機31の回転方向切り替えの応答特性を改善させ、さらに主油圧ポンプ30の吐出方向切り替えの応答特性を改善させることができる。
また、出力変換部103は、不感帯対応領域Mの範囲外においては、操作量信号Sがそのまま駆動信号Eとして出力されて通常のPI制御がなされるように出力ゲイン(第1係数α)が調整されている。これにより、舵手は、従来と同じ感覚でステアリング操作をして走航体を運転することができる。
According to the
Further, the
以上、第1の実施形態に係る操舵装置1によれば、電油ハイブリッド機構における不感帯の影響を抑制し、電動機の回転方向(油の循環方向)が切り替わる際の応答特性を改善することができる。
As described above, according to the
なお、本実施形態に係る操舵装置1において、出力変換部103は、操作量信号Sに対する駆動信号Eの関係は、図4に示すように、2種類の係数(第1係数α、第2係数β)に基づいて定められていることを説明したが、他の実施形態に係る操舵装置1においては、これに限定されない。例えば、本実施形態の変形例に係る操舵装置1においては、不感帯対応領域Mを超えた場合における出力ゲインよりも、不感帯対応領域M内における出力ゲインの方が大きくなる条件を満たしつつ、3種類以上の係数に基づいて定められるものであってもよいし、所定の非線形関数により定められるものであってもよい。
In the
<第2の実施形態>
図5は、第2の実施形態に係る操舵装置の機能構成を示す概略図である。なお、図5に示す第2の実施形態に係る操舵装置の各機能構成のうち、第1の実施形態に係る操舵装置と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように、第2の実施形態に係る操舵装置1Aは、第1の実施形態に係る操舵装置1の機能構成(図1)に加え、さらに補助油圧ポンプ30c、圧力制御弁32c、逆止弁33cを備えている。また、図5に示すように、操舵装置1Aでは、油圧回路5においてさらに配管6a、6b、6cが配されている。
<Second Embodiment>
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a functional configuration of the steering apparatus according to the second embodiment. Note that, among the functional configurations of the steering apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 5, the same functional configurations as those of the steering apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. To do.
As shown in FIG. 5, in addition to the functional configuration of the
補助油圧ポンプ30cは、逆止弁33cを介して配管6a、6bに向けて油を吐出する。逆止弁33cを通過した油は、分岐して配管6a及び配管6bを流れる。配管6aは、補助油圧ポンプ30cから供給された油を、逆止弁33bを介して配管5aに供給する。同時に、配管6bは、補助油圧ポンプ30cから供給された油を、逆止弁33aを介して配管5bに供給する(図5参照)。
配管5aは、配管6a及び逆止弁33bを通じて補助油圧ポンプ30cから供給される油を、油圧シリンダー23A、23Dに導く。同様に、配管5bは、配管6b及び逆止弁33aを通じて補助油圧ポンプ30cから供給される油を油圧シリンダー23B、23Cに導く。これにより、補助油圧ポンプ30cは、油圧シリンダー23A〜23Dに対し、常時一定のオフセット油圧を印加させる。
例えば、主油圧ポンプ30がポート30aから油を吐出している場合、補助油圧ポンプ30cは、制御信号Eに応じた油圧が印加されている油圧シリンダー23A、23Dに対し、配管6aを介してオフセット油圧をさらに印加する。また、この場合において、主油圧ポンプ30により油圧が印加されない油圧シリンダー23B、23Cにも、配管6bを介してオフセット油圧を印加する。このように、補助油圧ポンプ30cは、ラム221、222の両側の油圧シリンダー23A〜23Dに、均等にオフセット油圧を加えるので、これらは互いに打ち消し合って舵軸20の回転には寄与せず、駆動信号Eによる制御そのものには影響を与えない。しかしながら、補助油圧ポンプ30cは、主油圧ポンプ30により油圧が印加されない側において最低限のオフセット油圧を印加する。
なお、必要以上のオフセット油圧が印加されることを防ぐため、補助油圧ポンプ30cが吐出する油の一部は、圧力制御弁32cを介して補助油圧ポンプ30cに帰還する仕組みとなっている(図5参照)。
The auxiliary
The
For example, when the main
In order to prevent the offset hydraulic pressure from being applied more than necessary, a part of the oil discharged from the auxiliary
ここで、主油圧ポンプ30によって油圧が印加されていない系統(例えば、ポート30aから油を吐出している場合において低圧側となる油圧シリンダー23B、23C、配管5b等)においては、空気が混入しやすいという問題がある。圧力の伝達媒体(流体)である油に空気が混入すると、油圧システム全体として体積弾性率が低下し、これにより油圧シリンダー23A〜23Dの応答特性が低下するとともに、駆動信号Eに応じて主油圧ポンプ30が動作しない不感帯の幅も変化する。
第1の実施形態においては、予め不感帯Nの幅を把握しておき、出力変換部103は、当該不感帯Nに基づいて不感帯対応領域Mを設定するものとして説明した。しかしながら、操舵装置1の駆動に伴って空気が混入し、事後的に不感帯Nの幅が変化した場合、出力変換部103において設定される不感帯対応領域Mと、その不感帯Nとの対応関係がずれてしまい、応答特性の改善効果が低減する。
Here, in a system in which no hydraulic pressure is applied by the main hydraulic pump 30 (for example, the
In the first embodiment, the width of the dead zone N is grasped in advance, and the
この問題に対し、本実施形態に係る操舵装置1Aは、主油圧ポンプ30によって油圧が印加されていない系統においても、最低限、補助油圧ポンプ30cによるオフセット油圧が印加される状態が維持される。例えば、上述したように、主油圧ポンプ30がポート30aから油を吐出している場合では、主油圧ポンプ30は、油圧シリンダー23B、23C、配管5bには油圧を印加しないが、補助油圧ポンプ30cが配管6bを介して最低限のオフセット油圧を油圧シリンダー23B、23Cに印加し続ける。これにより、補助油圧ポンプ30cは、低圧側の油圧シリンダー23B、23C、配管5bにおいて、空気の混入を抑制することができる。
With respect to this problem, the steering apparatus 1A according to the present embodiment maintains a state in which the offset hydraulic pressure from the auxiliary
以上、第2の実施形態に係る操舵装置1Aによれば、主油圧ポンプ30の吐出方向に応じて低圧側となる系統においても常に一定のオフセット油圧が与えられるため、油圧系統への空気の混入を抑制することができる。これにより、主油圧ポンプ30、電動機31における駆動信号Eの不感帯Nの幅を安定化させることができる。そうすると、出力変換部103において予め設定した不感帯対応領域Mと、不感帯Nとのずれを抑制でき、出力変換部103により得られる主油圧ポンプ30、電動機31の応答特性の改善効果を維持することができる。
また、補助油圧ポンプ30cにより系統全体の油に一定の圧力が印加されるので、圧力の伝送媒体である油のバネ定数を全体的に低下させ、操舵装置の制御を一層高応答化させることができる。
As described above, according to the steering device 1A according to the second embodiment, a constant offset hydraulic pressure is always applied even in the system on the low pressure side according to the discharge direction of the main
In addition, since a constant pressure is applied to the oil of the entire system by the auxiliary
なお、本実施形態に係る操舵装置1Aは、補助流体圧供給部の例として、補助油圧ポンプ30cを用いることとして上述の通り説明したが、他の実施形態に係る操舵装置においては、この態様に限定されない。例えば、本実施形態の変形例に係る操舵装置1Aは、補助流体圧供給部として、配管5a、5bに所定の一定油圧(オフセット油圧)の印加を維持するアキュムレータを採用してもよい。
Note that the steering apparatus 1A according to the present embodiment has been described as using the auxiliary
また上述の実施形態においては、圧力の伝達媒体である流体を「油」として説明したが、他の実施形態においては、流体は「油」ではなく、水やその他の液体若しくは気体であってもよい。 In the above-described embodiment, the fluid that is a pressure transmission medium is described as “oil”. However, in other embodiments, the fluid is not “oil” but may be water, other liquids, or gases. Good.
また、上述のコントローラ10は、内部にコンピュータシステムを有している態様であってもよい。そして、上述したコントローラ10の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
Further, the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.
1、1A・・・操舵装置
10・・・コントローラ
100・・・比例制御部
101・・・積分制御部
102・・・積分リミット部
103・・・出力変換部
11・・・ステアリング
12・・・舵角センサ
20・・・舵軸
21・・・チラー
221、222・・・ラム
23A、23B、23C、23D・・・油圧シリンダー
30・・・主油圧ポンプ
30a、30b・・・ポート
30c・・・補助油圧ポンプ
31・・・電動機
32a、32b、32c・・・圧力制御弁
33a、33b、33c・・・逆止弁
5・・・油圧回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
流体圧が供給されることで前記舵軸を回転させる流体圧回路と、
入力される駆動信号に応じて駆動されることで前記流体圧回路に前記流体圧を供給する流体圧供給部と、
入力される操作量信号に所定の出力ゲインを乗じて前記駆動信号を生成するとともに、当該生成した駆動信号を前記流体圧供給部に出力する出力変換部と、
を備え、
前記出力変換部は、
前記駆動信号が入力されても前記流体圧供給部が駆動しない当該駆動信号の不感帯に対応する前記操作量信号の範囲を不感帯対応領域と定義した際に、入力された前記操作量信号の値が当該不感帯対応領域内にある場合に適用する出力ゲインを、当該不感帯対応領域を超えた場合に適用する出力ゲインよりも大きいものとする
ことを特徴とする操舵装置。 A rudder axle that turns the rudder by rotating;
A fluid pressure circuit for rotating the rudder shaft by being supplied with fluid pressure;
A fluid pressure supply unit configured to supply the fluid pressure to the fluid pressure circuit by being driven according to an input drive signal;
An output conversion unit that multiplies an input operation amount signal by a predetermined output gain to generate the drive signal, and outputs the generated drive signal to the fluid pressure supply unit;
With
The output converter is
When the range of the operation amount signal corresponding to the dead zone of the drive signal that is not driven by the fluid pressure supply unit even when the drive signal is input is defined as a dead zone corresponding region, the value of the input operation amount signal is A steering apparatus, wherein an output gain applied when the dead zone is in the dead zone corresponding region is larger than an output gain applied when the dead zone corresponding region is exceeded.
入力された前記操作量信号の値が前記不感帯対応領域を超えた場合に、前記操作量信号に第1係数を乗じた第1駆動信号を出力するとともに、入力された前記操作量信号の値が前記不感帯対応領域内にある場合に、当該操作量信号に前記第1係数よりも大きい第2係数を乗じた第2駆動信号を出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の操舵装置。 The output converter is
When the input value of the manipulated variable signal exceeds the dead zone corresponding area, the first drive signal obtained by multiplying the manipulated variable signal by a first coefficient is output, and the input value of the manipulated variable signal is 2. The steering apparatus according to claim 1, wherein, when in the dead zone corresponding region, a second drive signal obtained by multiplying the operation amount signal by a second coefficient larger than the first coefficient is output.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1 or 2, further comprising an auxiliary fluid pressure supply unit that supplies a constant offset fluid pressure that does not contribute to the rotation of the rudder shaft to the fluid pressure circuit.
出力変換部が、前記駆動信号が入力されても前記流体圧供給部が駆動しない当該駆動信号の不感帯に対応する操作量信号の範囲を不感帯対応領域と定義した際に、入力された前記操作量信号の値が当該不感帯対応領域内にある場合に適用する出力ゲインを、当該不感帯対応領域を超えた場合に適用する出力ゲインよりも大きいものとし、入力される前記操作量信号に、当該操作量信号の値が前記不感帯対応領域に属するか否かに応じて設定した前記出力ゲインを乗じて前記駆動信号を生成するとともに、当該生成した駆動信号を前記流体圧供給部に出力する
ことを特徴とする操舵装置の制御方法。 A rudder shaft that turns the rudder by rotating, a fluid pressure circuit that rotates the rudder shaft by supplying fluid pressure, and a fluid pressure circuit that is driven according to an input drive signal. A control method of a steering apparatus comprising: a fluid pressure supply unit that supplies the fluid pressure;
The input operation amount when the output conversion unit defines the range of the operation amount signal corresponding to the dead zone of the drive signal that is not driven by the fluid pressure supply unit even when the drive signal is input as the dead zone corresponding region. The output gain to be applied when the value of the signal is within the dead zone corresponding region is set to be larger than the output gain to be applied when the dead zone corresponding region is exceeded, and the input operation amount signal includes the operation amount. The drive signal is generated by multiplying the output gain set in accordance with whether or not the value of the signal belongs to the dead zone corresponding region, and the generated drive signal is output to the fluid pressure supply unit. A control method for a steering device.
前記駆動信号が入力されても前記流体圧供給部が駆動しない当該駆動信号の不感帯に対応する操作量信号の範囲を不感帯対応領域と定義した際に、入力された前記操作量信号の値が当該不感帯対応領域内にある場合に適用する出力ゲインを、当該不感帯対応領域を超えた場合に適用する出力ゲインよりも大きいものとし、入力される前記操作量信号に、当該操作量信号の値が前記不感帯対応領域に属するか否かに応じて設定した前記出力ゲインを乗じて前記駆動信号を生成するとともに、当該生成した駆動信号を前記流体圧供給部に出力する出力変換手段
として機能させることを特徴とするプログラム。 A rudder shaft that turns the rudder by rotating, a fluid pressure circuit that rotates the rudder shaft by supplying fluid pressure, and a fluid pressure circuit that is driven according to an input drive signal. A fluid pressure supply unit for supplying the fluid pressure;
When the range of the operation amount signal corresponding to the dead zone of the drive signal that is not driven by the fluid pressure supply unit even if the drive signal is input is defined as the dead zone corresponding region, the value of the input operation amount signal is The output gain to be applied when the dead zone corresponds region is larger than the output gain to be applied when the dead zone corresponding region is exceeded, and the value of the manipulated variable signal is included in the input manipulated variable signal. The drive signal is generated by multiplying the output gain set in accordance with whether or not it belongs to the dead zone corresponding region, and the generated drive signal is functioned as an output conversion unit that outputs the fluid pressure supply unit. Program.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013224344A JP6148153B2 (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Steering device, steering device control method, and program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013224344A JP6148153B2 (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Steering device, steering device control method, and program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015085751A true JP2015085751A (en) | 2015-05-07 |
JP6148153B2 JP6148153B2 (en) | 2017-06-14 |
Family
ID=53049019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013224344A Active JP6148153B2 (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Steering device, steering device control method, and program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6148153B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020121594A (en) * | 2019-01-29 | 2020-08-13 | 川崎重工業株式会社 | Steering gear for vessel |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02221702A (en) * | 1989-02-22 | 1990-09-04 | Nireco Corp | Electric hydraulic servomotor |
JPH03239801A (en) * | 1990-02-15 | 1991-10-25 | Nireco Corp | Electric hydraulic servo device |
JP2001114195A (en) * | 1999-10-15 | 2001-04-24 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Steering system for ship |
WO2010052777A1 (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-14 | 三菱重工業株式会社 | Ship steering device |
-
2013
- 2013-10-29 JP JP2013224344A patent/JP6148153B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02221702A (en) * | 1989-02-22 | 1990-09-04 | Nireco Corp | Electric hydraulic servomotor |
JPH03239801A (en) * | 1990-02-15 | 1991-10-25 | Nireco Corp | Electric hydraulic servo device |
JP2001114195A (en) * | 1999-10-15 | 2001-04-24 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Steering system for ship |
WO2010052777A1 (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-14 | 三菱重工業株式会社 | Ship steering device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020121594A (en) * | 2019-01-29 | 2020-08-13 | 川崎重工業株式会社 | Steering gear for vessel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6148153B2 (en) | 2017-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5668259B2 (en) | Hydraulic drive circuit | |
JP5232870B2 (en) | Steering machine | |
US9228599B2 (en) | Hydraulic circuit for construction equipment | |
WO2012117750A1 (en) | Control device for construction machine | |
CN100414103C (en) | Pump unit | |
JP2008249024A (en) | Hydraulic actuator | |
US9677579B2 (en) | Actuator unit | |
JP5707538B1 (en) | FORKLIFT AND FORKLIFT CONTROL METHOD | |
JP2010133469A (en) | Working vehicle | |
JP2006336805A (en) | Control device of work machine | |
US9120658B2 (en) | Forklift and control method of forklift | |
US8429907B2 (en) | Active hydraulic regeneration for motion control | |
JP4446822B2 (en) | Hydraulic drive device for work vehicle | |
JP6148153B2 (en) | Steering device, steering device control method, and program | |
KR101210754B1 (en) | An apparatus for controlling the angle of a swash plate of a hydraulic pump | |
US10150488B2 (en) | Actuator unit | |
WO2016006454A1 (en) | Hydraulic drive system | |
JP2013119872A (en) | Hydraulic energy regenerative device | |
JP2015113039A (en) | Steering system for industrial vehicle | |
US9248997B2 (en) | Hydraulic system and crane | |
US10767345B2 (en) | Device and method for controlling work machine | |
JP2007177798A (en) | Hydraulic traveling device of working vehicle | |
JP2010047125A (en) | Traveling control circuit of hybrid construction machine | |
JP2007333111A (en) | Control method and control device for pump flow rate | |
US9725885B2 (en) | Hydraulic construction machinery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160224 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160927 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161014 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161205 |
|
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: 20170508 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170518 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6148153 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |