JP2021148161A - 制御装置、及びそれを備える液圧システム - Google Patents

制御装置、及びそれを備える液圧システム Download PDF

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Abstract

【課題】過渡流れ状態の流量制御における安定性を高めることができる制御装置を提供する。【解決手段】弁装置の弁体の動きを制御する制御装置１７であって、前記弁装置の流量を取得する流量取得部３２と入力される流量目標値と前記流量取得部で推定される流量推定値とに基づいて、前記弁装置における作動液の流れが過渡流れ状態か否かを判定する流れ状態判定部と、前記流量目標値及び前記弁装置の前後の差圧に基づいて開口指令を演算する開口指令演算部３１と、前記弁体の動きを制御する弁体制御部３４と、を有し、前記弁体制御部は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態でないと判定すると前記開口指令に基づいて前記弁体の動きを制御し、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定すると前記流量目標値に基づいて前記弁体の動きを制御するものである。【選択図】図２

Description

本発明は、液圧システムに備わる弁装置の弁体の動きを制御する制御装置、及びそれを備える液圧システムに関する。
液圧システムは、制御装置を備えている。制御装置は、液圧システムにおける弁装置の弁体、例えばスプール弁のスプールの動きを制御する。このような制御装置としては、例えば特許文献１のような制御装置が知られている。特許文献１の制御装置では、センサ回路によって検出されるスプール位置に基づいて位置制御信号をフィードバック制御している。
特開２００３−１６７６０４号公報
特許文献１の制御装置では、スプール位置を制御しているが、弁装置の流量を制御する制御装置もある。このような制御装置の場合、目標流量値及び実際の流量に基づいて弁体の開口、即ちスプール位置指令を演算する。例えば、スプール位置指令は流量と圧力損失との関係式に基づいて演算される。流量と圧力損失の関係式は、弁装置における作動液の流れの状態が定常流れ状態又は準定常流れ状態において成立する関係式である。それ故、従来の制御装置は、主に定常流れ状態又は準定常流れ状態において流量制御における安定性を発揮する。
そこで本発明は、過渡流れ状態の流量制御における安定性を向上させることができる制御装置を提供することを目的としている。
本発明の制御装置は、弁装置の弁体の動きを制御するものであって、前記弁装置の流量を取得する流量取得部と、入力される流量目標値と前記流量取得部で推定される流量推定値とに基づいて、前記弁装置における作動液の流れが過渡流れ状態か否かを判定する流れ状態判定部と、前記流量目標値及び前記弁装置の前後の差圧に基づいて開口指令を演算する開口指令演算部と、前記弁体の動きを制御する弁体制御部と、を有し、前記弁体制御部は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態でないと判定すると前記開口指令に基づいて前記弁体の動きを制御し、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定すると前記流量目標値に基づいて前記弁体の動きを制御するものである。
本発明に従えば、過渡流れ状態と、過渡流れ状態でない状態、即ち定常流れ又は準定常流れの状態とで弁体の制御方法を切り分けることによって、過渡流れ状態における流量制御の安定性を向上させることができる。
本発明の液圧システムは、前述する制御装置と、前記弁装置は、少なくとも１つの電磁比例弁と、スプール弁とを備え、前記スプール弁は、前記弁体であるスプールを有し、前記スプールは、前記スプールに作用するパイロット圧に応じてストロークし、前記電磁比例弁は、前記スプールに作用するパイロット圧を出力し、前記弁体制御部は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態でないと判定すると開口指令に応じたパイロット圧を前記電磁比例弁から出力させて前記弁体の動きを制御し、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定すると流量目標値に応じたパイロット圧を前記電磁比例弁から出力させて前記弁体の動きを制御するものである。
本発明に従えば、過渡流れ状態における流量制御の安定性を向上させた液圧システムを提供することができる。
本発明によれば、過渡流れ状態の流量制御における安定性を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る液圧システムを示す液圧回路図である。 図１の液圧システムに備わる制御装置のブロック図である。 図２の開口指令制限値演算部を更に詳しく示すブロック図である。 （ａ）は、流量目標値及び流量推定値の経時変化を示すグラフであり、（ｂ）は、従来技術の開口指令と本発明の開口指令の経時変化を示すグラフである。 従来術における流量と本発明の流量の経時変化を示すグラフである。
以下、本発明に係る実施形態の液圧システム１及び制御装置１７を前述する図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等を記載される方向に限定するものではない。また、以下に説明する液圧システム１及び制御装置１７は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
建設機械は、各構成を動かすべく液圧アクチュエータ及び液圧システム１を備えている。液圧アクチュエータは、例えば図１に示すような液圧シリンダ２である。液圧シリンダ２は、建設機械の各構成に対応付けて取り付けられている。液圧シリンダ２は、伸縮することによって対応する構成を作動させることができる。更に詳細に説明すると、液圧シリンダ２は、ロッド側ポート２ａ及びヘッド側ポート２ｂを有している。液圧シリンダ２では、各ポート２ａ，２ｂに作動液が供給されることによって伸縮する。
液圧システム１は、液圧シリンダ２に作動液を供給することができる。そして、液圧システム１は、液圧シリンダ２に作動液を供給することによって液圧シリンダ２を伸縮させることができる。このような機能を有する液圧システム１は、例えば液圧ポンプ１１と、弁装置１２と、３つの圧力センサ１３〜１５と、操作装置１６と、制御装置１７とを備えている。
液圧ポンプ１１は、作動液を吐出することができる。更に詳細に説明すると、液圧ポンプ１１には、駆動源に接続されている。駆動源は、エンジンＥ及び電気モータである。本実施形態において、駆動源はエンジンＥである。液圧ポンプ１１は、エンジンＥによって回転駆動されることによって作動液を吐出する。なお、液圧ポンプ１１は、本実施形態において斜板ポンプ又は斜軸ポンプである。
弁装置１２は、液圧ポンプ１１と液圧シリンダ２との間に介在する。そして、弁装置１２は、入力される動作指令に応じて、液圧ポンプ１１から液圧シリンダ２に流れる作動液の流れる方向及び作動液の流量を制御することができる。即ち、弁装置１２は、作動液の流れる方向を液圧シリンダ２の２つのポート２ａ，２ｂの何れかの方向へと切替え、また２つのポート２ａ，２ｂへの作動液の流れを遮断することができる。更に詳細に説明すると、弁装置１２は、電子制御式のスプール弁である。弁装置１２は、方向制御弁２１と、２つの電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒを有している。
方向制御弁２１は、液圧ポンプ１１、液圧シリンダ２のロッド側ポート２ａ及びヘッド側ポート２ｂ、並びにタンク３に接続されている。そして、方向制御弁２１は、液圧ポンプ１１、液圧シリンダ２のロッド側ポート２ａ及びヘッド側ポート２ｂ、並びにタンク３の接続状態を切替える（即ち、各々を連通したり遮断したりする）ことができる。これにより、液圧ポンプ１１から液圧シリンダ２への流れが切替わる。このように流れを変えることによって、方向制御弁２１は液圧シリンダ２を伸縮することができる。また、方向制御弁２１は、液圧ポンプ１１と液圧シリンダ２とを連通する際の開口の大きさ、即ち開度を調節することができる。これにより、液圧シリンダ２に流れる作動液の流量を調整することができる。即ち、液圧シリンダ２の伸縮する速度を調整することができる。
更に詳細に説明すると、方向制御弁２１は、スプール２１ａを有している。スプール２１ａは、位置（即ち、ストローク量）を変えることによって、接続状態を切替えことができる。即ち、スプール２１ａは、位置に応じて液圧ポンプ１１をロッド側ポート２ａ及びヘッド側ポート２ｂの各々に接続することができる。また、スプール２１ａは、スプール２１ａのストローク量（又は位置）に応じて開度を調整することができる。これにより、液圧シリンダ２に流れる作動液の流量を調整することができる。このような機能を有するスプール２１ａは、互いに抗するパイロット圧Ｐ１，Ｐ２を受圧しており、２つのパイロット圧Ｐ１，Ｐ２の差圧に応じた位置に移動する。
電磁比例弁の一例である第１及び第２電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒは、入力される信号（本実施形態では電流又は電圧）に応じた圧力の第１パイロット圧Ｐ１及び第２パイロット圧Ｐ２を夫々出力する。出力される第１パイロット圧Ｐ１及び第２パイロット圧Ｐ２は、スプール２１ａに導かれる。更に詳細に説明すると、第１及び第２電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒは、図示しないパイロットポンプに接続されている。第１及び第２電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒは、パイロットポンプから吐出される作動液を信号に応じた圧力に調圧してスプール２１ａに出力する。
３つの圧力センサ１３〜１５は、方向制御弁２１の前後の液圧を検出する。更に詳細に説明すると、第１圧力センサ１３は、方向制御弁２１と液圧ポンプ１１とを繋ぐ流路に対応付けて設けられている。また、第２圧力センサ１４は、方向制御弁２１と液圧シリンダ２のロッド側ポート２ａとを繋ぐ流路に対応付けて設けられている。更に、第３圧力センサ１５は、方向制御弁２１とヘッド側ポート２ｂとを繋ぐ流路に対応付けて設けられている。各圧力センサ１３〜１５は、対応する流路の液圧を検出する。そして、各圧力センサ１３〜１５は、検出された液圧を制御装置１７に出力する。
操作装置１６は、液圧シリンダ２を作動させるべく操作指令を制御装置１７に出力する。操作装置１６は、例えば操作弁又は電気ジョイスティック等である。更に詳細に説明すると、操作装置１６は操作具の一例である操作レバー１６ａを有している。操作レバー１６ａは、操作者が操作可能に構成されている。例えば、操作レバー１６ａは、揺動可能に構成されている。操作装置１６、操作レバー１６ａの操作量（本実施形態において揺動量）に応じた操作指令を制御装置１７に出力する。
制御装置１７は、圧力センサ１３〜１５、２つの電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒ、及び操作装置１６に接続されている。制御装置１７は、操作装置１６からの操作指令に応じて弁装置１２のスプール２１ａの動作を制御する。更に詳細に説明すると、制御装置１７は、圧力センサ１３〜１５の検出結果、及び操作装置１６からの操作指令に基づいて動作指令を演算する。動作指令は、弁装置１２のスプール２１ａの動作を制御するための圧力指令である。本実施形態において、動作指令は、後述する圧力指令である。制御装置１７は、圧力指令に応じた信号を電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒに出力する。そうすると、電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒから圧力指令に応じたパイロット圧Ｐ１，Ｐ２が出力される。これにより、弁装置１２のスプール２１ａの動作が操作指令に応じて制御される。
更に詳細に説明すると、制御装置１７は、動作指令を演算すべく流量目標値及び弁装置１２の前後差圧を取得する。流量目標値は、液圧シリンダ２に流す作動液の流量の目標値である。本実施形態において、制御装置１７は、操作装置１６からの操作指令に基づいて流量目標値を設定する。他方、弁装置１２の前後差圧（即ち、方向制御弁２１の前後差圧）は、弁装置１２を介して液圧ポンプ１１と液圧シリンダ２とを繋ぐ流路において、弁装置１２（より詳しくは方向制御弁２１）の上流側及び下流側の圧力の差である。制御装置１７は、３つの圧力センサ１３〜１５からの信号に基づいて方向制御弁２１の前後差圧を演算する。また、制御装置１７は、動作指令を演算すべく、開口指令演算部３１と、流量推定演算部３２と、開口指令制限値演算部３３と、弁体制御部３４と、開口推定演算部３５と、とを有している。
開口指令演算部３１は、演算される流量目標値及び方向制御弁２１の前後圧に基づいて方向制御弁２１に対する開口指令を演算する。開口指令は、方向制御弁２１が開くべき開度である。本実施形態において、開口指令演算部３１は、流量目標値の流量の作動液を方向制御弁２１から液圧シリンダ２に流すことができる開度を演算する。
流量取得部の一例である流量推定演算部３２は、演算される方向制御弁２１の前後圧、及び後述する推定開度に基づいて方向制御弁２１を流れる作動液の流量を推定値、即ち流量推定値を演算する。
開口指令制限値演算部３３は、演算される流量推定値及び流量目標値に基づいて方向制御弁２１における作動液の流れ状態を判定する。なお、判定される作動液の流れ状態には、定常流れ状態、準定常流れ状態、及び過渡流れ状態がある。また、開口指令制限値演算部３３は、判定する流れ状態に応じて開口指令制限値を演算する。なお、開口指令制限値は、後で詳述する弁体制御部３４で開口指令を制限する際の制限値（上限値）である。更に、開口指令制限値演算部３３は、過渡流れ状態から定常流れ状態又は準定常流れ状態（以下、「定常流れ状態等」という）に推移する際に制限値を滑らかに変化させる。
開口指令制限値演算部３３は、流れ状態判定部３６と、制限値選択部３７と、変化率制限部３８とを有している。なお、流れ状態判定部３６は、必ずしも開口指令制限値演算部３３に含まれている必要はない。即ち、流れ状態判定部３６は、開口指令制限値演算部３３と独立していてもよい。
流れ状態判定部３６は、演算される流量推定値及び流量目標値に基づいて方向制御弁２１における作動液の流れ状態を判定する。本実施形態においては、流れ状態判定部３６が演算される流量推定値及び流量目標値の差分が所定範囲内か所定範囲外かによって流れ状態を判定する。更に詳細に説明すると、流れ状態判定部３６は、差分の絶対値（以下、「差分絶対値」という）が所定の差分流量ΔＱ未満か否かで過渡流れ状態か否かを判定する。このような機能を有する流れ状態判定部３６は、本実施形態において減算器４１、絶対値演算器４２、及び第１比較器４３を有する。
減算器４１は、流量目標値と流量推定値との差分を演算する。絶対値演算器４２は、演算される差分に基づいて差分絶対値を演算する。そして、第１比較器４３は、演算される差分絶対値が所定の差分流量ΔＱ未満か否かを判定する。そして、第１比較器４３において差分絶対値が差分流量ΔＱ未満であると判定された場合、流れ状態が定常流れ状態又は準定常流れ状態であると判定される。逆に、第１比較器４３において差分絶対値が差分流量ΔＱ以上であると判定された場合、流れ状態が過渡流れ状態であると判定される。このように流れ状態判定部３６は、差分絶対値を用いることによって流れ状態を容易に判断することができる。
制限値選択部３７は、流れ状態判定部３６の判定に基づいて開口指令制限値を選択する。更に詳細に説明すると、制限値選択部３７は、流れ状態が定常流れ状態等であると判定されると、制限値を無効にする。本実施形態において、制限値選択部３７は、制限値を最大開口値にすることによって制限値を無効にする。他方、流れ状態が過渡流れ状態であると判定されると、制限値選択部３７は、流量目標値に基づいて制限値（＜最大開口値）を設定する。このような機能を有する制限値選択部３７は、本実施形態において制限無効器４５と、制限値演算器４６と、選択器４７とを有している。
制限無効器４５は、制限値（即ち、上限値及び下限値）を最大開口値（無効制限値）に設定する。他方、制限値演算器４６は、演算される流量目標値に基づいて演算制限値を演算する。本実施形態において、制限値演算器４６には流量目標値と制限値の対応関係が予め設定されている。制限値演算器４６は、前述する対応関係に基づいて制限値（演算設定値）を演算する。そして、選択器４７は、流れ状態判定部３６で判定される流れ状態に基づいて、無効制限値及び演算制限値の何れかを選択制限値として選択する。例えば、選択器４７は、流れ状態が定常流れ状態等であると判定された場合、無効制限値を選択制限値として選択する。他方、流れ状態が過渡流れ状態であると判定された場合、選択器４７は、演算制限値を選択制限値として選択する。
変化率制限部３８は、過渡流れ状態から定常流れ状態又は準定常流れ状態（以下、「定常流れ状態等」という）に推移する際に開口指令の変化を滑らかにするように制限値を調整する。本実施形態において、変化率制限部３８は、前述するように流れ状態が切換った後の所定時間Ｔｓの間、制限値の変化率を所定の制限変化率以下に制限する。このような機能を有する変化率制限部３８は、本実施形態においてタイマー５１と、第２比較器５２と、変化率制限器５３とを有している。
タイマー５１は、流れ状態判定部３６によって判定される流れ状態が切替わった時点からの経過時間を測定する。更に詳細に説明すると、タイマー５１は、第１比較器４３の出力に基づいて経過時間の測定を開始する。即ち、第１比較器４３が差分絶対値が差分流量ΔＱ以上であると判定された後に差分流量ΔＱ以下であると判定された時に経過時間の測定を開始する。第２比較器５２は、タイマー５１で測定される経過時間が所定時間Ｔｓ未満か否かを判定する。
変化率制限器５３は、第２比較器５２において経過時間が所定時間Ｔｓ未満であると判定されると、制限値の変化率を制限変化率未満に制限する。変化率制限器５３は、制限された制限値を新たに制限値（設定制限値）として設定する。他方、変化率制限器５３は、第２比較器５２において経過時間が所定時間Ｔｓ以上であると判定されると、制限値の変化率に関する制限を無効にする。つまり、変化率制限器５３は、選択制限値をそのまま設定制限値として設定する。
更に詳細に説明すると、変化率制限器５３は、直前の設定制限値に対する選択制限値の変化率が制限変化率以下になるように次の設定制限値を設定する。即ち、変化率制限器５３は、少なくとも直前の設定制限値を記憶している。そして、変化率制限器５３は、直前の設定制限値に対する演算制限値の変化率を演算する。変化率が制限変化率以上の場合、変化率制限器５３は、制限変化率にΔｔを乗算した値を直前の設定制限値に加えた値を次の設定制限値として設定する（例えば、後述する図４（ｂ）の時刻ｔ０〜ｔ３の実線及び時刻ｔ３以降の３点鎖線参照）。本実施形態において、制限変化率は、単位時間当たりの変化量であり、Δｔ秒は設定制限値を演算する演算間隔である。他方、変化率が制限変化率未満の場合、選択制限値を設定制限値として設定する。なお、経過時間が所定時間Ｔｓ以上になった場合、前述の通り、変化率制限器５３は、選択制限値をそのまま設定制限値として設定する。
弁体制御部３４は、開口指令制限値演算部３３の流れ状態判定部３６で判定される流れ状態に応じて弁体の動きを制御する。即ち、弁体制御部３４は、過渡流れ状態ではない、即ち定常流れ状態などであると判定されると、開口指令演算部３１で演算される開口指令に基づいてスプール２１ａの動きを制御する。他方、過渡流れ状態であると判定されると、弁体制御部３４は、流量目標値に基づいてスプール２１ａの動きを制御する。なお本実施形態において、弁体制御部３４は、流れ状態に応じて開口指令を制限することによって各状態において開口指令及び流量目標値の何れかに基づいてスプール２１ａの動きを制御する。このような機能を有する弁体制御部３４は、本実施形態において開口指令制限部分５５と、圧力指令演算部分５６とを有している。
開口指令制限部分５５は、開口指令制限値演算部３３で設定される設定制限値に基づいて開口指令を制限する。即ち、開口指令制限値演算部３３は、流れ状態が定常流れ状態等であり且つ経過時間が所定時間Ｔｓ以上であると判定された場合、制限無効値である開口最大値が設定制限値として設定する。そうすると、開口指令演算部３１で演算される開口指令が設定制限値以下となるので、開口指令制限部分５５は開口指令をそのまま出力指令として出力する。なお、判定条件には、必ずしも経過時間が含まれる必要はない。他方、開口指令制限値演算部３３は、過渡流れ状態の場合、選択制限値である演算制限値を設定制限値として設定する。流量目標値に基づいて演算される演算制限値は、例えば開口指令より小さくなる。そうすると、開口指令制限部分５５によって開口指令が設定制限値に制限される。即ち、開口指令制限部分５５は、流量目標値に応じた出力指令を出力する。なお、経過時間が所定時間Ｔｓに達する前の間では、設定制限値が制限変化率に基づいて増加する。それ故、出力指令は、その変化率が制限変化率以下に抑えられた状態で開口指令制限部分５５から出力される（図４（ｂ）の時刻ｔ２〜ｔ４参照）。
圧力指令演算部分５６は、開口指令制限部分５５から出力される出力指令に基づいて圧力指令を算出する。動作指令の一例である圧力指令は、出力指令に応じた開度に方向制御弁２１の開度を調整するための指令である。本実施形態において、圧力指令は、開度を調整すべく電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒからパイロット圧Ｐ１，Ｐ２を出力させるための指令値である。即ち、圧力指令演算部分５６は、出力指令に応じてパイロット圧Ｐ１，Ｐ２の指令値を演算する。これにより、スプール２１ａの動きが圧力指令に応じて制御される。
更に詳細に説明すると、流れ状態が定常流れ状態等である場合、開口指令がそのまま出力指令として出力される。それ故、圧力指令演算部分５６は、開口指令に基づいて第１圧力指令（第１動作指令）を演算する。そして、圧力指令演算部分５６は、第１圧力指令に応じた信号を電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒに出力する。これにより、流れ状態が定常流れ状態等である場合、スプール２１ａの動作が開口指令に基づいて制御される。他方、流れ状態が過渡流れである場合、演算制限値に応じた出力指令が出力される。それ故、圧力指令演算部分５６は、演算制限値に基づいて第２圧力指令（第２動作指令）を演算する。演算制限値は、流量目標値に基づいて設定される値である。それ故、圧力指令演算部分５６は、流量目標値に基づいて圧力指令を演算することになる。そして、圧力指令演算部分５６は、第２圧力指令に応じた信号を電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒに出力する。従って、過渡流れ状態である場合、スプール２１ａの動作は流量目標値に基づいて制御される。
また、経過時間が所定時間Ｔｓ未満において、設定制限値の変化率が制限変化率以下になっている。これにより、圧力指令が第１圧力指令から第２圧力指令に切替わる際、制限変化率以下の変化率にて圧力指令を推移させることができる。
開度取得部の一例である開口推定演算部３５は、開口指令制限部分５５からの出力値に基づいて方向制御弁２１の開度、即ち推定開度を推定する。更に詳細に説明すると、開口推定演算部３５は、開口指令制限部分５５からの出力指令に基づいてスプール２１ａのストローク量を推定する。更に、開口推定演算部３５は、ストローク量から推定開度を推定する。推定された推定開度は、流量推定演算部３２が流量推定値を演算する際に用いられる。なお、開口推定演算部３５は、オブザーバであってもよい。
このように構成されている制御装置１７は、操作装置１６の操作レバー１６ａが操作されると、以下のような制御を実行する。即ち、制御装置１７は、操作レバー１６ａの操作量に基づいて流量目標値を演算する。制御装置１７は、３つの圧力センサ１３〜１５で検出される圧力に基づいて方向制御弁２１の前後差圧を演算する。次に、制御装置１７は、開口指令演算部３１が流量目標値及び方向制御弁２１の前後差圧に基づいて開口指令を演算する。また、流量推定演算部３２は、推定開口値及び方向制御弁２１の前後差圧に基づいて流量推定値を演算する。更に、開口指令制限値演算部３３は、演算される流量推定値及び流量目標値に基づいて流れ状態を判定する。更に、開口指令制限値演算部３３は、流れ状態及び経過時間に応じて設定制限値を設定する。弁体制御部３４は、設定制限値に応じて開口指令を制限する。また、弁体制御部３４は、制限された開口指令である出力指令に基づいて圧力指令を演算する。そして、弁体制御部３４は、圧力指令に応じたパイロット圧Ｐ１，Ｐ２を電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒから出力させる。これにより、制御装置１７は、圧力指令に応じてスプール２１ａの動きを制御することができる。
更に詳細に説明すると、例えば、操作レバー１６ａが図４のグラフの二点鎖線に示す流量の経時変化で液圧ポンプ１１から液圧シリンダ２に作動液が供給されるように操作される。即ち、制御装置１７は、操作装置１６からの操作指令に基づいて図４の二点鎖線に示すような流量目標値を設定する。操作レバー１６ａが中立位置から操作される際に流量目標値が大きく増加している（図４（ａ）の二点鎖線の時刻ｔ０〜ｔ１参照）。それ故、流量推定演算部３２で推定される流量推定値と流量目標値との差分絶対値が所定の差分流量ΔＱを超えている。開口指令制限値演算部３３の流れ状態判定部３６は、流れ状態が過渡流れ状態であると判断される。そうすると、制限値選択部３７が流量目標値に基づいて演算される演算制限値を選択する。更に、変化率制限部３８が演算制限値を設定制限値として設定する。設定制限値は、過渡流れ状態において開口指令より小さい値である（図４（ｂ）の時刻ｔ０〜ｔ３の実線及び一点鎖線参照）。それ故、弁体制御部３４は、開口指令を設定制限値に制限した出力指令に基づいて圧力指令を演算する。前述の通り、過渡流れ状態と判定される場合、設定制限値が流量目標値に基づいて演算されているので、圧力指令は流量目標値に基づいて演算されることになる。それ故、弁体制御部３４は、流量目標値に基づいてスプール２１ａの動きを制御する（図４（ｂ）の時刻ｔ０〜ｔ３の実線参照）。
その後、操作レバー１６ａが所望の角度に止められると、流量目標値が一定流量にて保持される（図４（ａ）の二点鎖線の時刻ｔ１以降参照）。保持後の暫くの間、差分絶対値が所定の差分流量ΔＱ以上である（図４（ａ）の時刻ｔ１以降の二点鎖線参照）。これにより、流れ状態判定部３６が過渡流れ状態で続いていると判定する。そうすると、出力指令は設定制限値以下に制限され、圧力指令が流量目標値に基づいて設定されることになる（図４（ｂ）の時刻ｔ１〜ｔ２の実線参照）。
その後、差分絶対値が所定の差分流量ΔＱ未満になるとに、流れ状態判定部３６は、流れ状態が定常流れ状態等に切替わったと判断する（図４（ａ）の時刻ｔ２参照）。そうすると、タイマー５１によって経過時間の測定が開始される。そして、経過時間が所定時間Ｔｓに至るまで、設定制限値の変化率が制限変化率以下に制限されながら設定制限値が増加していく。弁体制御部３４は、設定制限値の制限に応じて出力指令を滑らかに増加させることができる、即ち圧力指令を滑らかに増加させることができる。これにより、流れ状態に関する判定が切換った際にスプール２１ａが急に動いて開口が急変することを抑制することができる（図４（ｂ）の時刻ｔ２〜ｔ３の実線参照）。即ち、流れ状態に関する判定が切換った際に急な流量の変化が生じることを抑制することができる。これにより、急な流量変化によって方向制御弁２１に生じる衝撃を抑制することができる。
流れ状態が切換った後も操作レバー１６ａの角度を一定に保ち続けると、定常流れ状態が続く。そうすると、圧力指令が所定の変化率にて増加するので、やがて開口指令が設定制限値を下回ることなる（図４（ｂ）の時刻ｔ３参照）。そうすると、弁体制御部３４は、開口指令をそのまま出力指令とする。即ち、弁体制御部３４は、開口指令に基づいて圧力指令を演算する。これにより、弁体制御部３４は、開口指令に基づいてスプール２１ａの動きを制御している（図４（ｂ）の時刻ｔ３以降の実線参照）。
また、制御装置１７は、詳しくは説明しないが操作レバー１６ａが中立位置の方に戻される際にも同様の制御を実行する。即ち、制御装置１７は、判定する流れ状態に応じて、開口指令及び流量目標値の何れかに基づいてスプール２１ａの動きを制御する。これにより、流量を減少させる際にも、前述する流量を増加させる際と同様の作用効果を得ることができる。
このように構成されている液圧システム１の制御装置１７では、過渡流れ状態と過渡流れ状態でない定常流れ状態等とでスプール２１ａの制御方法を切り分けている。これにより、過渡流れ状態の流量制御において安定性を高めることができる。即ち、図５に示すように、流量目標値（図５の二点鎖線参照）に対して従来の制御では、流量においてオーバーシュート等が生じている（図５の一点鎖線参照）。他方、本発明の制御装置１７による制御では、オーバーシュート等が発生することを抑制することができる（図５の実線参照）。即ち、制御装置１７は、過渡流れ状態における流量制御の安定性を向上させることができる。
また、制御装置１７では、開口推定演算部３５によって取得される推定開度に基づいて流量推定値を推定する。そして、制御装置１７は、推定される流量推定値に基づいて流れ状態を判定している。それ故、制御装置１７は、流れ状態を精度よく判定することができる。これにより、過渡流れ状態における作動液の流れをより安定して制御することができる。
更に、制御装置１７では、弁体制御部３４が以下のように機能する。即ち、弁体制御部３４は、定常流れ状態等である場合、開口指令に基づいてスプール２１ａの動きの制御している。開口指令は、方向制御弁２１の前後圧と流量目標値に基づいて演算される。即ち、弁体制御部３４は、スプール２１ａの動きの制御に関して開口指令に基づくフィードバック制御を実行している。他方、弁体制御部３４は、過渡流れ状態である場合、流量目標値に基づいてスプール２１ａの動きを制御する。流量目標値は、操作装置１６からの操作指令に応じて演算される。即ち、弁体制御部３４は、流れ状態が過渡流れである場合、スプール２１ａの動きの制御に関して流量目標値に基づくオープンループ制御（フィードフォワード制御）を実行している。定常流れ状態等においてフィードバック制御を実行することによって、定常流れ状態等において流量精度を向上させることができる。他方、過渡流れ状態においてオープンループ制御を実行することによって、過渡流れ状態の流量制御において安定性を高めることができる。
また、制御装置１７では、弁体制御部３４の開口指令制限部分５５が開口指令を制限する。そして圧力指令演算部分５６が第２圧力指令に基づいてスプール２１ａの動きを制御する。このように制御装置１７は、制限された開口指令によって第２圧力指令を演算することによって、流量目標値に基づいてスプール２１ａの動きを制御することができる。これにより、過渡流れ状態において、作動液の流れを安定して制御することができる。
＜その他の実施形態＞
本実施形態の液圧システム１は、建設機械に適用されているが、フォークリフト等の産業車両やプレス機械等の産業機械に適用されてもよい。また、本実施形態の液圧システム１では、液圧ポンプ１１に対して１つの方向制御弁２１だけが接続されているが、複数の方向制御弁２１が並列的又は直列的に接続されていてもよい。また、方向制御弁２１に接続される液圧アクチュエータもまた液圧シリンダ２に限定されず、液圧モータであってもよい。
また、本実施形態の液圧システム１において、液圧アクチュエータの一例が液圧シリンダ２であるが、液圧アクチュエータは液圧モータであってもよい。また、液圧シリンダ２の種類も片ロッドの複動式のシリンダに限定されず、両ロッドのシリンダ及び単動式のシリンダであってもよい。また、弁装置１２に含まれる構成は方向制御弁２１に限定されず、弁体によって開口の大きさを調整可能なものであればよい。動作指令は、必ずしも圧力指令に限定されず、電流指令であってもよい。
更に、制御装置１７は、必ずしも流量推定演算部３２を有する必要はない。制御装置１７は、例えば流量取得部を有してもよい。この場合、液圧システム１には、方向制御弁２１と液圧ポンプ１１とを繋ぐ流路に流量センサが設けられる。そして、流量取得部は、流量センサの出力結果に基づいて計測流量を取得する。開口指令制限値演算部３３は、取得する計測流量に基づいて流れ状態を判断する。同様に、開口推定演算部３５もまた開口取得部であってもよい。この場合、液圧システム１には、スプール２１ａにストロークセンサが設けられる。そして、開口取得部は、ストロークセンサの出力結果に基づいて推定開度を取得する。
また、制御装置１７の弁体制御部３４は、過渡流れ状態において開口指令を制限することによって流量目標値に基づくスプール２１ａの動きの制御を実現している。しかし、弁体制御部３４が実行する制御は必ずしもこれに限定されない。例えば、流れ状態に応じて弁体制御部３４が演算する圧力指令が基づく対象を開口指令と流量目標値の何れかに切替えるようにしてもよい。また、スプール２１ａを以下のように制御してもよい。即ち、制御装置１７は、開口指令及び流量目標値の両方に基づいて第１及び第２圧力指令を演算する。判定される流れ状態に応じて弁体制御部３４が第１及び第２圧力指令の何れかを第１及び第２電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒに出力する。何れの制御であっても、弁体制御部３４は、定常流れ状態等において開口指令に基づいてスプール２１ａの動きを制御し、且つ過渡流れ状態において流量目標値に基づいてスプール２１ａの動きを制御することができる。
更に、本実施形態の液圧システム１では、方向制御弁２１のスプール２１ａが電磁比例制御弁２２Ｌ，２２Ｒからのパイロット圧に応じて動いている。しかし、方向制御弁２１のスプール２１ａの駆動方式は、必ずしもこのように方式に限定されない。例えば、方向制御弁２１のスプール２１ａを直動機構を介して電気モータで駆動してもよい。この場合、制御装置１７は、電気モータを介してスプール２１ａの動きを制御する。
１ 液圧システム
１２ 弁装置
１７ 制御装置
２１ 方向制御弁（スプール弁）
２１ａ スプール
２２Ｌ 第１電磁比例制御弁
２２Ｒ 第２電磁比例制御弁
３１ 開口指令演算部
３２ 流量推定演算部（流量取得部）
３４ 弁体制御部
３５ 開口推定演算部（開度取得部）
３６ 流れ状態判定部
５５ 開口指令制限部分
５６ 圧力指令演算部分（指令演算部分）

Claims (8)

  1. 弁装置の弁体の動きを制御する制御装置であって、
    前記弁装置の流量を取得する流量取得部と、
    入力される流量目標値と前記流量取得部で推定される流量推定値とに基づいて、前記弁装置における作動液の流れが過渡流れ状態か否かを判定する流れ状態判定部と、
    前記流量目標値及び前記弁装置の前後の差圧に基づいて開口指令を演算する開口指令演算部と、
    前記弁体の動きを制御する弁体制御部と、を有し、
    前記弁体制御部は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態でないと判定すると前記開口指令に基づいて前記弁体の動きを制御し、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定すると前記流量目標値に基づいて前記弁体の動きを制御する、制御装置。
  2. 前記弁装置の開度を取得する開度取得部を更に有し、
    前記流量取得部は、前記開度取得部によって取得される前記開度と前記差圧とに基づいて、前記流量推定値を推定する、請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記弁体制御部は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態でないと判定する場合における前記弁体の動きの制御に関して前記開口指令に基づくフィードバック制御を実行し、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定する場合における前記弁体の動きに関して前記流量目標値に基づくオープンループ制御を実行する、請求項１又は２に記載の制御装置。
  4. 前記弁体制御部は、前記弁体の動きを制御する動作指令を演算し、前記動作指令を前記弁装置に出力することによって前記弁体の動きを制御し、
    前記弁体制御部は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態でないと判定すると前記開口指令に基づいて前記動作指令である第１動作指令を演算し、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定すると前記流量目標値に基づいて前記動作指令である第２動作指令を演算する、請求項１乃至３の何れか１つに記載の制御装置。
  5. 前記弁体制御部は、開口指令制限部分と、指令演算部分とを有し、
    前記開口指令制限部分は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定すると前記流量目標値に応じて設定される制限値に前記開口指令を制限し、
    前記指令演算部分は、前記開口指令制限部分によって制限される前記開口指令に基づいて前記第２動作指令を演算する、請求項４に記載の制御装置。
  6. 前記弁体制御部は、前記動作指令が前記第１動作指令から前記第２動作指令に切替わる際、所定の制限変化率以下の変化率にて前記動作指令を推移させる、請求項４又は５に記載の制御装置。
  7. 前記流れ状態判定部は、前記流量目標値と前記流量推定値とを差分を演算し、差分が所定範囲外である場合において前記弁装置における作動液の流れが過渡流れ状態であると判定する、請求項１乃至６の何れか１つに記載の制御装置。
  8. 請求項１乃至７の何れか１つに記載の制御装置と、
    前記弁装置は、少なくとも１つの電磁比例弁と、スプール弁とを備え、
    前記スプール弁は、前記弁体であるスプールを有し、
    前記スプールは、前記スプールに作用するパイロット圧に応じてストロークし、
    前記電磁比例弁は、前記スプールに作用するパイロット圧を出力し、
    前記弁体制御部は、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態でないと判定すると開口指令に応じたパイロット圧を前記電磁比例弁から出力させて前記弁体の動きを制御し、前記流れ状態判定部が過渡流れ状態であると判定すると流量目標値に応じたパイロット圧を前記電磁比例弁から出力させて前記弁体の動きを制御する、液圧システム。
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