JP2021152377A - 液圧駆動制御システム、液圧駆動装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作動圧力を長時間保持する能力を有し、高精度かつ安定した液圧制御が可能な液圧駆動制御システム及び液圧駆動装置の制御方法を提供する。【解決手段】ピストン位置を調整することにより、システムの液圧を制御するシリンダ３と、シリンダ３のピストン位置を検出するエンコーダ４６と、システムの圧力状態を測定する圧力センサ５と、エンコーダ４６および圧力センサ５の検出値に基づき、ピストン４３３が所定の閾値を超えたか否かを検出することによりシリンダ３のストロークエンド条件を判定し、ピストン４３３が所定の閾値を超えたことを検出した場合、圧力センサ５により測定した圧力値を記録し、アクチュエータ弁２を閉じ、供給弁１を開き、ピストン４３３を初期位置に移動させた後、供給弁１を閉じ、記録した圧力値になるまでピストン４３３を戻し、アクチュエータ弁２を開いてアクチュエータ９の作動を継続する。【選択図】図１

Description

本発明は、液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動装置の構成とその制御方法に係り、特に、高精度かつ安定した液圧制御が可能な液圧駆動装置に関する。

空気圧（空気または気体）及び液圧（水または油）などの流体によって駆動される動力伝達機構は、比較的簡単な制御で高出力特性が得られるため、土木建設機械や産業機械、農業機械等、様々な分野で広く利用されている。これらの用途の１つに、重い物体を安全に持ち上げることができるロボットマニピュレータがある。

しかしながら、複雑な内部流体運動問題のために、流体駆動アクチュエータを使用して滑らかな運動を実現することは困難である。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、高精度な流体圧力制御のために、サーボモータ駆動空気圧シリンダにより空気圧アクチュエータを制御する技術が提案されている。サーボモータはシリンダのピストン位置を正確に制御することができ、その結果、流体特性を非常に安定して調整することができる。この構成を使用することによって、流体特性の高精度な制御を達成することができる。従来、シリンダ制御部はピストン位置を調整することにより、容易かつ確実に流体圧力の加圧及び減圧を制御することができる。

特開２０１１−１６９４２５号公報

ところで、一般的なシリンダでは、高い液圧を加えた際に、可動部品（ピストン）による漏れ特性を完全に封止することができない。また、低圧作動時にもシリンダ内の可動部品（ピストン）に小さな漏れの存在が想定され、シリンダの出力低下に繋がることが懸念される。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、シリンダが連続的にピストンを押したり引いたりするため、ピストンのストロークエンドにおいて、シリンダ内の可動部品（ピストン）に小さな漏れが生じ、長い作動期間にわたって高圧を保持する（一定の力を維持する）ことができない。

そこで、本発明の目的は、液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動装置において、作動圧力を長時間保持する能力を有し、高精度かつ安定した液圧制御が可能な液圧駆動制御システム及び液圧駆動装置の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動制御システムであって、供給される液体の量に応じて作動するアクチュエータと、タンクからシステムへ液体を供給するポンプと、前記ポンプから供給される液圧を調整するリリーフ弁と、前記ポンプから前記システムへの液体の流れを制御する供給弁と、ピストン位置を調整することにより、前記システムの液圧を制御するシリンダと、前記シリンダのピストン位置を制御するモータと、前記シリンダのピストン位置を検出するエンコーダと、前記シリンダの底部側に接続され、前記供給弁から前記シリンダへ液体を供給するシステムホースと、前記リリーフ弁に接続され、前記ポンプから前記供給弁へ液体を供給する供給ホースと、前記システムの圧力状態を測定する圧力センサと、前記システムと前記アクチュエータ間の液体の流れを制御するアクチュエータ弁と、前記エンコーダおよび前記圧力センサの検出値に基づき、前記ポンプ、前記供給弁、前記モータ、前記アクチュエータ弁を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記ピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、前記圧力センサにより測定した圧力値を記録し、前記アクチュエータ弁を閉じ、前記供給弁を開き、前記ピストンを初期位置に移動させた後、前記供給弁を閉じ、前記記録した圧力値になるまで前記ピストンを戻し、前記アクチュエータ弁を開いて前記アクチュエータの作動を継続することを特徴とする。

また、本発明は、液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動装置の制御方法であって、液圧を制御するシリンダのピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、圧力センサにより測定した液圧を記録し、前記アクチュエータへの液体の流れを制御するアクチュエータ弁を閉じ、前記シリンダへの液体の流れを制御する供給弁を開き、前記ピストンを初期位置に移動させた後、前記供給弁を閉じ、前記記録した液圧になるまで前記ピストンを戻し、前記アクチュエータ弁を開いてアクチュエータの作動を継続することを特徴とする。

本発明によれば、液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動装置において、作動圧力を長時間保持する能力を有し、高精度かつ安定した液圧制御が可能な液圧駆動制御システム及び液圧駆動装置の制御方法を実現することができる。

これにより、液圧駆動アクチュエータの高精度かつ安定した駆動制御が可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る液圧駆動制御システムの概略構成を示す図である。 実施例１（図１）の変形例を示す図である。 本発明の実施例１に係る液圧駆動装置の制御方法を示すフローチャートである。 リニア型アクチュエータにおけるピストン位置と圧力の関係を示す図である。 ゴム型アクチュエータにおけるピストン位置と圧力の関係を示す図である。 本発明の実施例１に係る液圧駆動制御システムにおける漏れ補償制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る液圧駆動制御システムの概略構成を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

また、以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではなく、あくまでも実施形態の例示である。また、制御システムの動作原理は、当業者が本発明の方法を実施することを可能にするために提供される例示的なものであり、特許請求の範囲に限定されるものではない。

図１から図６を参照して、本発明の実施例１に係る液圧駆動制御システム及び液圧駆動装置の制御方法について説明する。

図１に、本実施例の液圧駆動制御システムの概略構成を示す。本実施例の液圧駆動制御システムは、図１に示すように、流体の量に応じて作動する流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９と、流体を駆動するシリンダ３と、スクリュー（ねじ）４３０を回転させるサーボモータ４と、ピストン４３３の位置を制御するようにシリンダロッド４３２に取り付けられた回転運動を直線運動に変換するカップリング（機械的動力コンバータ）４３１と、回転距離を測定するエンコーダ４６と、供給ホース７８とシステムホース３５との間の流体経路を制御する供給弁１と、システムホース３５と出力ホース２９との間の流体経路を制御するアクチュエータ弁２と、システムホース３５と出力ホース２９との間の流体圧力を測定する圧力センサ５と、各種ユニットを制御するコントローラ１０と、オペレータ（操作者）とのインターフェース２０と、を備えて構成されている。

また、コントローラ１０は、少なくとも、バルブ制御部１０４と、モータ制御部１０３と、圧力制御部１０２と、ピストン４３３の初期位置を保存する位置レジスタ（メモリ）１０５と、シリンダ３のストロークエンド時の出力ホース２９の圧力状態を保存する圧力レジスタ（メモリ）１０６と、漏れ補償部１０１と、を有している。

流体をシステムに供給するために、モータポンプ（供給ポンプ）７が流体をタンク６から引き出し、それを供給ホース７８に移送する。モータポンプ（供給ポンプ）７は一般に、流体を供給するために使用されるが、手動ハンドポンプのような他の構成要素を使用することも可能である。リリーフ弁８は、供給弁１及び供給ホース７８を介してシステムホース３５に正確な所望の初期圧力を供給するために任意のポンプを使用するときにも必要とされる。また、モータポンプ（供給ポンプ）７の使用をより効率的にするために、モータポンプ（供給ポンプ）７の後で供給弁１の前にアキュムレータを追加することも可能である。

スクリュー４３０に取り付けられたカップリング４３１は、モータ４によりスクリュー４３０を回転させることによって直線的に移動することができる。ピストン４３３の位置や速度等の直線運動は、エンコーダ４６からのフィードバックに応じてモータ制御部１０３によって制御することができる。

なお、図１のエンコーダ４６は、ロータリエンコーダ４６に限らず、センサ本体をシリンダ３本体に取り付け、センサワイヤをカップリング４３１に取り付けたリニアエンコーダを用いてもよい。スクリュー４３０、カップリング４３１、及びロッド４３２の構成は必ずしも直線的な構成である必要はないが、回転エネルギーを直線的なエネルギーに変換することを目的とするギア及びクランクシステムのような組み合わせを利用してもよい。

システムホース３５は、ロッド４３２側の反対側である、シリンダ３の底部側のポートに接続されている。ロッド４３２側のシリンダ３のポートは、タンク６へのドレインホース３６に接続されており、大気圧に解放される。この構成は、シリンダ３の底部側のポートにおけるピストン４３３による流体の押出し量が多くなるため、より大きな流体量、より大きな出力を可能にする。しかしながら、シリンダ３のロッド４３２側のポートをシステムホース３５に接続してシステム圧力として利用し、シリンダ３の底部側をドレインホース３６に接続することも可能である。

この基本的な構成によれば、サーボモータ４で制御されるシリンダ３を用いて流体を駆動し、漏れ補償能力を付加したアクチュエータ弁２を用いて長時間の圧力保持能力を持たせることで、高精度な圧力制御を実現することができる。

［変形例］
図２に、図１の変形例を示す。図２は、ロッド４３２側のシリンダ３のポートをドレインホース３６に結合する代わりに、供給ホース７８を介してタンク６に予め接続されたロッド４３２側のシリンダポートを有する実施形態である。

ここで、リリーフ弁８によって設定されたモータポンプ（供給ポンプ）７からシリンダ３への充填圧力は、シリンダ３の底部側（下側）とロッド４３２側の両方に与えられる。この構成はリリーフ弁８によって設定された充填圧力に起因するロッド４３２側での流体の漏れ速度をより小さくすることを可能にし、図１の構成よりも長期間にわたって圧力を保持することが可能になる。

なお、モータポンプ（供給ポンプ）７が停止されると、モータポンプ（供給ポンプ）７からタンク６の方向へ流体が漏れるので、シリンダ３のロッド４３２側の圧力を保持し、漏洩速度を更に減少させるために、モータポンプ（供給ポンプ）７とリリーフ弁８との間に追加のソレノイド弁を設置することもできる。

次に、図３を用いて、本実施例の液圧駆動制御システムによる液圧駆動装置の制御方法を説明する。先ず、制御ブロック（ステップ）１２において、コントローラ１０はモータ制御部１０３からモータポンプ（供給ポンプ）７にＯＮ信号を与えることにより、シリンダ３内への初期流体充填を行い、一方、バルブ制御部１０４は供給弁１を開弁制御し、アクチュエータ弁２を閉弁制御する。

モータポンプ（供給ポンプ）７がオンである間、流体は供給ホース７８を通ってシステムホース３５に入る。流体はシリンダ３の底部側（及び図２の構成ではロッド４３２側）を満たし、シリンダ３に供給される流体の圧力はリリーフ弁８によって調整される。

この状態で、モータ制御部１０３はサーボモータ４に、インターフェース２０によって設定された所望の初期位置までピストン４３３の位置を制御するように指示し、その後、エンコーダ４６によって測定された初期位置Ｓ_ｉｎｉｔが初期位置レジスタ（メモリ）１０５に保存される。

その後、バルブ制御部１０４は供給弁１を閉じ、モータ制御部１０３はモータポンプ（供給ポンプ）７をＯＦＦにして省エネを図り、バルブ制御部１０４はアクチュエータ弁２を開いて制御ブロック（ステップ）１３で通常制御モードを開始する。

通常制御モード（ステップ）１３は、サーボモータ４の回転により駆動されるピストン４３３の位置を調節することによってアクチュエータ弁２が開いている時に、システムホース３５を介してアクチュエータホース２９に作用する主流体圧力制御である。

実際の状態では、通常制御モードを用いて流体の圧力を制御している間、シリンダ３の部分に漏れがあり、これにより、ピストン４３３はシステムホース３５の圧力値を維持しながら、位置を連続的に調整する。シリンダ３のストローク長が制限されているので、コントローラ１０は、ピストン４３３の位置がある閾値を超えると、漏れ補償モード１２０に入る。漏れ補償モード１２０はストロークエンドの問題を解決することができるように、出力ホース２９の圧力（アクチュエータ圧力）を常に保持しながらピストン４３３の位置をリセットするために使用される。

コントローラ１０は、あるサンプリング周波数でアルゴリズムを実行する。通常制御モード１３では、１回のサンプリングで、モータ制御部１０３から指示されたサーボモータ４を回転させてピストン４３３の位置を調整することにより、流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９の圧力を制御する。ピストン４３３の位置は、圧力センサ５のデータを考慮してコントローラ１０により決定される。

サーボモータ４を回転させた後の制御ステップ毎に、コントローラ１０は、エンコーダ４６のデータから計算されたピストン４３３の位置を制御ブロック（ステップ）１１０において予め設定された閾値と比較することによって、ストロークエンドに近い状態であるか否かの確認状態に入る。

制御ブロック（ステップ）１１０において、算出された位置がストロークエンド閾値を超えておらず、制御ブロック（ステップ）１１１において制御状態が終了していない場合、コントローラ１０は制御ブロック（ステップ）１３の通常制御モード（次の周波数サンプリング）に戻り、システムホース３５及び出力ホース２９にかかる圧力がインターフェース２０によって設定された所望の圧力１４に達するまでピストン４３３を押すようにモータ制御部１０３においてモータ指令の別のステップを与える。

出力ホース２９における圧力が所望の圧力に達した後、コントローラ１０は流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９において未知の負荷によって影響を受ける動的圧力制御を可能にするために、アクチュエータ弁２を開状態に保つことができ、または、コントローラ１０がアクチュエータ弁２を閉じ、流体量を用途に応じて一定に保つことができる。

なお、インターフェース２０はオペレータによって命令されるコントローラボードに限定されるものではなく、別の計算アルゴリズムを実行し、コントローラ１０を制御するための入力コマンドを生成することができる別のコントローラに接続することも可能である。

通常、システムの圧力範囲はＰ_maxと表され、シリンダ３、システムホース３５、出力ホース２９、流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９の最大許容圧力の限界内にある。また、Ｐ_maxより大きな圧力を発生させる能力、言い換えれば、システム仕様に由来する過剰な圧力がＣであるＰ_max+Ｃまでのシステム圧力に対して、ハードウエア設計そのものが許容する能力をハードウエアに設定することも一般的である。

システムは一般的に機械的に（システムホース３５及びタンク６に接続された追加のリリーフバルブなど）、またはプログラム上、ピストンのストロークに沿ってＰ_maxを超えないように設定されている。従って、漏れはごくわずかな量の流体でのみ発生するため、通常の制御モード中及び短時間でピストン４３３がストロークエンド状態に到達することはない。

しかしながら、長期間の作動制御の間、または負荷が非常に大きいとき、ピストン４３３がストロークエンド状態に達する可能性が高く、したがって、制御ブロック（ステップ）１２０における漏れ補償モードが必要となる。漏れ補償モード１２０の詳細については後述する。

制御ブロック（ステップ）１１０におけるストロークエンドに近い状態か否かの通常の確認状態では、エンコーダ４６によって測定された現在のピストン４３３の位置がある一定の閾値を超える場合にのみ、ストロークエンドはＹＥＳ値を返す。制御プロセスの間、圧力センサ５の状態が所望の圧力１４に達していないが、ピストン４３３の位置が既にストロークエンド閾値を超えている場合、制御プロセスはシステムが制御ブロック（ステップ）１２０において漏れ補償モードを実行している間、一時的に保持され、次いで、所望の圧力１４までシステムを加圧するように戻される。この確認方法は単純であるが、制御処理中の一時的な遅延が好ましくない場合がある。

なお、エンコーダ４６のデータのみで判定される制御ブロック（ステップ）１１０におけるストロークエンドに近いか否かの正常な確認状態に加えて、エンコーダ４６で測定されたピストン４３３の位置と圧力センサ５の値とから判断してストロークエンドに近い状態か否かを確認することも可能である。

ここで、ストロークエンドに近い位置をそれぞれＳ_Ｅ１，Ｓ_Ｅ２，Ｓ_Ｅ３で定義し、Ｓ_Ｅ１＜Ｓ_Ｅ２＜Ｓ_Ｅ３＜Ｓ_Ｅ４及びＳ_Ｅ４はストロークエンドそのものであると仮定する。漏れのない通常の加圧では、システム圧力は、ストロークＳ_Ｅ４でＰ_max+Ｃに達した。長期間の加圧中に、現在のピストン４３３の位置がＳ_ｔであり、Ｓ_Ｅ１＜Ｓ_ｔ＜Ｓ_Ｅ２またはＳ_Ｅ２＜Ｓ_ｔ＜Ｓ_Ｅ３である場合、制御ブロック（ステップ）１１０におけるストロークエンドに近い状態は圧力センサ５からの現在の圧力Ｐ_tがＰ_t＜Ｐ_max−２ＣまたはＰ_t＜Ｐ_max−Ｃである場合にのみ、ＹＥＳ値を返す。

これらのサンプルパラメータは、上記の定数値に限定されず、実際のシステム自体に基づいて調整されてもよい。この確認方法は、作動制御プロセスを一時的に遅延させることなく、より早期の漏れ補償性能を可能にする。

さらに、エンコーダ４６のデータから算出された現在のピストン４３３の位置、現在の圧力センサ５の値、及び所望の作動圧力１４に基づいて、漏れ補償モードに入る決定が判断されるように、制御ブロック（ステップ）１１０におけるストロークエンドに近い状態か否かの確認の効率を改善する。

図４及び図５は、リニア型アクチュエータ（図４）またはゴム型アクチュエータ（図５）に対するピストン４３３の位置、現在の圧力５、及び所望の作動圧力１４の関係のルックアップテーブル（参照テーブル）を示すグラフである。

図４において、直線は、漏れがない間のピストン４３３の位置に関するシステムホース３５内の圧力の特性に対する基準として示す。点線では、システムにＰ₁として所望の圧力１４が与えられ、アクチュエータ弁２が開いている間、それをある時間保持したと仮定する。シリンダ３部分で流体（液）の漏れが発生し、ピストン４３３の位置が次の指令で位置Ｓ₁に達するまで押し続けることが予想される。

このとき、コントローラ１０は所望の圧力１４がＰ_m1よりも大きい場合にのみ、制御ブロック（ステップ）１２０において漏れ補償モードに入る。一点鎖線では、コントローラ１０がＳ₂まで圧力Ｐ₂を保持するときと同じようになり、コントローラ１０は次に所望される圧力１４がＰ_m2よりも大きい場合にのみ、制御ブロック（ステップ）１２０において漏れ補償モードに入る。

図５において、制御ブロック（ステップ）１１０におけるストロークエンドに近い状態か否かの確認の挙動は図４と同様であるが、この場合、アクチュエータはゴム型アクチュエータ（例えば、ＭｃＫｉｂｂｅｎアクチュエータ）である。アクチュエータ自体の基本特性を指数関数として有する限り、Ｐ_ｍ１またはＰ_ｍ２の値を推定することが可能であり、ストローク位置のシフトは、指数関数のシフト特性と同様である。

図６は、漏れ補償部１０１の制御処理を説明するための図である。制御ブロック（ステップ）１１０においてストロークエンドに近い状態か否かの確認がＹＥＳ値を返すと、制御ブロック（ステップ）１２０において漏れ補償モードが処理される。

先ず、制御ブロック（ステップ）２０１において圧力センサ５の現在の圧力を読み取り、それを圧力レジスタ（メモリ）Ｐ_reg１０６に保存してアクチュエータの状態を後に戻す。

そして、制御ブロック（ステップ）２０２においてバルブ制御部１０４にアクチュエータ弁２を閉じるように指示し、モータ制御部１０３にモータポンプ７をＯＮするように指示し、バルブ制御部１０４に供給弁１を開くように指示する。この制御ブロック（ステップ）２０２においては、システム圧力をリリーフ弁８の設定圧力値まで低下させる。その後、ピストン４３３を初期位置Ｓ_ｉｎｉｔ１０５に戻す。

制御ブロック（ステップ）２０３においてエンコーダ４６の現在の値Ｓ_ｔを読み出し、それを制御ブロック（ステップ）２０４において初期位置Ｓ_ｉｎｉｔ１０５と比較する。これらの差が小さな正のデルタ値よりも大きい場合（Ｎｏ）、制御ブロック（ステップ）２０５においてモータ制御部１０３にＣＣＷ方向（反時計回り）に回転させるように命令し、スクリュー４３０の回転はカップリング４３１をロッド４３２側の方向に直線的に移動させ、ピストン４３３を初期位置方向に引っ張る。

制御ブロック（ステップ）２０３におけるエンコーダ状態の読み取り、制御ブロック（ステップ）２０４における差の確認、及び制御ブロック（ステップ）２０５におけるモータをＣＣＷ方向（反時計回り）に回転させるプロセスは、現在位置と初期位置との差が所定のデルタ値より小さくなるまで繰り返される。その後、エンコーダ４６の現在値Ｓ_ｔと初期位置Ｓ_ｉｎｉｔの差異が小さい正のデルタ値以上でなくなった場合（Ｙｅｓ）、制御ブロック（ステップ）２０６においてバルブ制御部１０４を通して供給弁１を閉じ、モータポンプ７をＯＦＦにする指令を送る。

ピストン４３３が初期位置Ｓ_ｉｎｉｔに戻り、システム圧力がリリーフ圧力に戻った後、ストロークエンドの状態を超えることなくピストン４３３を底部側に押すことによって、システム圧力を圧力レジスタ（メモリ）１０６の圧力に戻すことが可能となる。これを行うために、制御ブロック（ステップ）２０７において圧力センサ５を使用して現在のシステム圧力Ｐ_ｔを読み取り、現在の圧力Ｐ_ｔが既に圧力レジスタ（メモリ）１０６の圧力に達したかどうかを制御ブロック（ステップ）２０８で確認する。

制御ブロック（ステップ）２０８において現在の圧力Ｐ_ｔが圧力レジスタ（メモリ）１０６の圧力Ｐ_ｒｅｇよりも小さい場合、サーボモータ４はＣＷ方向（時計回り）に回転し、制御ブロック（ステップ）２０７において現在の圧力Ｐ_ｔを読み取るために戻る。このプロセスは現在の圧力Ｐ_ｔがアクチュエータの圧力レジスタ（メモリ）１０６の圧力に達するまで、言い換えれば、現在の圧力Ｐ_ｔと圧力レジスタ（メモリ）１０６の圧力との間の差圧が、小さなデルタ値のプラスマイナスの範囲内になるまで繰り返される。

この圧力差がモータ回転誤差によるデルタ値を超える場合には、サーボモータ４は逆方向に回転し、制御ブロック（ステップ）２０９において圧力を減少させる。システム圧力（システムホース３５の圧力）及びアクチュエータ圧力（出力ホース２９の圧力）が（ほぼ）等しい値になった後、制御ブロック（ステップ）２１１においてアクチュエータ弁２を開く。

上述したように、ピストン４３３の位置を戻すためには、ピストン４３３がロッド４３２側の方向に移動するようにサーボモータ４をＣＣＷ方向（反時計回り）に回転させなければならない。これは、ピストン４３３を機械的構成に依存する初期位置Ｓ_ｉｎｉｔに移動させるためにサーボモータ４をＣＷ方向（時計回り）に回転させることで可能であり、必ずしも上記の方向に限定されない。この場合、制御ブロック（ステップ）２１５においてはＣＣＷ方向（反時計回り）になり、制御ブロック（ステップ）２１０は反対の回転になる。

以上説明したように、本実施例の液圧駆動制御システムは、供給される液体の量に応じて移動する流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９と、タンク６からシステムへ液体を供給するモータポンプ（供給ポンプ）７と、モータポンプ（供給ポンプ）７から供給される液圧を調整するリリーフ弁８と、モータポンプ（供給ポンプ）７からシステムへの液体の流れを制御する供給弁１と、ピストン４３３の位置を調整することにより、システムの液圧を制御するシリンダ３と、シリンダ３のピストン位置を制御するサーボモータ４と、シリンダ３のピストン位置を検出するエンコーダ４６と、シリンダ３の底部側に接続され、供給弁１からシリンダ３へ液体を供給するシステムホース３５と、シリンダ３のロッド４３２側に接続され、シリンダ３から液体を排出するドレインホース３６（図１）またはシリンダ３からモータポンプ（供給ポンプ）７側へ液体を戻す供給ホース７８（図２）と、システムの圧力状態を測定する圧力センサ５と、システムと流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９間の液体の流れを制御するアクチュエータ弁２と、エンコーダ４６および圧力センサ５の検出値に基づき、モータポンプ（供給ポンプ）７、供給弁１、サーボモータ４、アクチュエータ弁２を制御するコントローラ１０を備えており、コントローラ１０は、ピストン４３３が所定の閾値を超えたか否かを検出することによりシリンダ３のストロークエンド条件を判定し、ピストン４３３が所定の閾値を超えたことを検出した場合、圧力センサ５により測定した圧力値を記録し、アクチュエータ弁２を閉じ、供給弁１を開き、ピストン４３３を初期位置に移動させた後、供給弁１を閉じ、記録した圧力値になるまでピストン４３３を戻し、アクチュエータ弁２を開いて流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９の作動を継続する。

これにより、作動圧力を長時間保持する能力を有し、高精度かつ安定した液圧制御が可能となり、液圧駆動アクチュエータの高精度かつ安定した駆動制御が可能となる。

図７を参照して、本発明の実施例２に係る液圧駆動制御システム及び液圧駆動装置の制御方法について説明する。

図７は、図２の構成に少しの構成要素を追加して構成した多重アクチュエータの例である。この構成では、システムホース３５が出力ホース（アクチュエータホース）２９によって第１の流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９と接続されたアクチュエータ弁（電磁弁）２と、出力ホース（アクチュエータホース）２９１によって第２の流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９１と接続されたアクチュエータ弁（電磁弁）２１との分岐接続を有する。出力ホース（アクチュエータホース）２９及び２９１内の圧力状態は、それぞれ圧力レジスタ（メモリ）１０６及び１０７に保存される。圧力レジスタ（メモリ）１０７にはアクチュエータ弁２１の圧力が登録される。

この構成では、アクチュエータ弁２，２１がセレクタとして作用し、アクチュエータを順次加圧することにより、各アクチュエータの動作を制御することができる。アクチュエータを順次加圧することは、全順次圧力制御または部分順次圧力制御として説明することができる。

全順次圧力制御とは、アクチュエータ弁２が開いている間にアクチュエータ弁２１が閉じ、次いで、所望の圧力１４に達するまでシリンダ３による圧力制御を実行し、圧力レジスタ（メモリ）１０６上の圧力状態を保存し、次いで、アクチュエータ弁２を閉じ、シリンダ３を初期位置Ｓ_ｉｎｉｔに戻し、アクチュエータ弁２１を開き、次いで、第２の流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ９１に対して通常制御モードを実行し、最後に、圧力レジスタ（メモリ）１０７上の圧力状態を保存することを意味する。

また、部分順次圧力制御は、両方のアクチュエータ弁２，２１が開き、次いで、シリンダ３は所望の圧力１４の最小入力（例えば、第１のアクチュエータ９への所望の入力）に達するまで、両方のアクチュエータ９，９１に対する圧力を制御し、次に、圧力レジスタ（この場合１０６）上の圧力状態を保存し、供給弁（この場合アクチュエータ弁２）の１つを閉じ、次いでシリンダ３は、第２のアクチュエータ９１の圧力が所望の圧力１４に達するまで通常の圧力制御モードを継続することを意味する。

制御ブロック（ステップ）１１０におけるストロークエンドに近い状態か否かの確認状態では制御ブロック（ステップ）１２０において、コントローラ１０はアクチュエータ状態の１つがストロークエンド状態のためのＹＥＳ値を返す状態であるか、または両方のアクチュエータがストロークエンド状態のためのＹＥＳ値を返す状態である場合にのみ、制御ブロック（ステップ）１２０において漏れ補償モードに入ることができる。

さらに、条件は、１つのアクチュエータが２つのアクチュエータ９，９１のうちの別の１つの前／後に移動しなければならない動作シーケンスにさらに依存する。この場合、ストロークエンド条件の１つがＹＥＳ値に戻ったときに、漏れ補償を行わなければならない。

制御ブロック（ステップ）１２０のプロセスにおける漏れ補償モードは複数のアクチュエータによってあまり影響されず、むしろ、各アクチュエータ及びアクチュエータ弁２，２１の両方に対する現在の圧力センサ５の追加の読み取り状態のみが、補償中に閉じられなければならない。コントローラ１０がシステムホース３５における圧力を補正前に戻すと、圧力レジスタ（メモリ）Ｐ_reg１０６または１０７の最小値に戻り、その後、制御ブロック（ステップ）１３における通常（圧力）制御モードを継続する。

本実施例において、漏れは、リリーフ弁８によって設定された圧力がシステムホース３５上の作動圧力よりも低いと仮定することによって、シリンダ３の底部側からロッド４３２側に常に移動する。リリーフ弁８に設定された圧力がシステムホース３５の作動圧力よりも僅かに高い場合には、シリンダ３の底部側に流体が漏れてシステムホース３５内の圧力が低下し、圧力制御部１０２が負の演算を行った後、モータ制御部１０３を逆回転させてピストン４３３をロッド４３２側方向に移動させる。ストロークエンド位置もロッド４３２側に設定される。

以上説明したように、本実施例の液圧駆動制御システムでは、流体駆動（液圧駆動）アクチュエータは、少なくとも第１のアクチュエータ９と第２のアクチュエータ９１の２つ以上のアクチュエータから構成され、アクチュエータ弁は、少なくとも第１のアクチュエータ９に接続される第１のアクチュエータ弁２と第２のアクチュエータ９１に接続される第２のアクチュエータ弁２１の２つ以上のアクチュエータ弁から構成され、第１のアクチュエータ９を駆動する際、第２のアクチュエータ弁２１を閉じて、第１のアクチュエータ弁２を開放し、第２のアクチュエータ９１を駆動する際、第１のアクチュエータ弁２を閉じて、第２のアクチュエータ弁２１を開放し、コントローラ１０は、第１のアクチュエータ弁２および第２のアクチュエータ弁２１のいずれか一方が開から閉に状態を変化させる度に圧力センサ５により測定した圧力値を記録し、ピストン４３３が所定の閾値を超えたか否かを検出することによりシリンダ３のストロークエンド条件を判定し、ピストン４３３が所定の閾値を超えたことを検出した場合、圧力センサ５により測定した圧力値を記録し、ピストン４３３が所定の閾値を超えたか否かを検出することによりシリンダ３のストロークエンド条件を判定し、ピストン４３３が所定の閾値を超えたことを検出した場合、第１のアクチュエータ弁２または第２のアクチュエータ弁２１を閉じ、供給弁１を開き、ピストン４３３を初期位置に移動させた後、供給弁１を閉じ、記録した圧力値になるまでピストン４３３を戻し、閉じた第１のアクチュエータ弁２または第２のアクチュエータ弁２１を開いてアクチュエータの作動を継続する。

これにより、作動圧力を長時間保持する能力を有し、高精度かつ安定した液圧制御が可能となり、液圧駆動アクチュエータの高精度かつ安定した駆動制御が可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…供給弁（電磁弁）
２，２１…アクチュエータ弁（電磁弁）
３…シリンダ
４…（サーボ）モータ
５…圧力センサ
６…タンク
７…モータポンプ（供給ポンプ）
８…リリーフ弁
９,９１…流体駆動（液圧駆動）アクチュエータ
１０…コントローラ
１１…メインプログラムの開始
１２…初期流体充填（機能）
１３…通常制御モード（機能）
１４…所望の（作動）圧力
２０…インターフェース
２９,２９１…出力ホース（アクチュエータホース）
３５…システムホース
３６…ドレインホース
４６…エンコーダ
７８…供給ホース
１０１…漏れ補償部
１０２…圧力制御部
１０３…モータ制御部
１０４…バルブ制御部
１０５…（初期）位置レジスタ（メモリ）
１０６，１０７…圧力レジスタ（メモリ）
１１０…ストローク状態の判定モード（機能）
１１１…制御終了の確認
１１２…メインプログラムの終了
１２０…漏れ補償モード（機能）
２０１…圧力センサの読み取り及び圧力レジスタへの保存
２０２,２０６,２１１…バルブ及びポンプの状態の制御（ブロック）
２０３…エンコーダを読み取る制御ブロック
２０４…ピストン位置状態の確認
２０５, ２１０…モータ制御（ブロック）
２０７…圧力センサの読み取り指令（ブロック）
２０８, ２０９…現在の圧力状態の確認
２１２…漏れ補償モードアルゴリズムの終了
４３０…スクリュー（ねじ）
４３１…カップリング（機械的動力コンバータ）
４３２…（シリンダ）ロッド
４３３…ピストン

Claims (10)

1. 液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動制御システムであって、
   供給される液体の量に応じて作動するアクチュエータと、
   タンクからシステムへ液体を供給するポンプと、
   前記ポンプから供給される液圧を調整するリリーフ弁と、
   前記ポンプから前記システムへの液体の流れを制御する供給弁と、
   ピストン位置を調整することにより、前記システムの液圧を制御するシリンダと、
   前記シリンダのピストン位置を制御するモータと、
   前記シリンダのピストン位置を検出するエンコーダと、
   前記シリンダの底部側に接続され、前記供給弁から前記シリンダへ液体を供給するシステムホースと、
   前記リリーフ弁に接続され、前記ポンプから前記供給弁へ液体を供給する供給ホースと、
   前記システムの圧力状態を測定する圧力センサと、
   前記システムと前記アクチュエータ間の液体の流れを制御するアクチュエータ弁と、
   前記エンコーダおよび前記圧力センサの検出値に基づき、前記ポンプ、前記供給弁、前記モータ、前記アクチュエータ弁を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記ピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、
   前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、前記圧力センサにより測定した圧力値を記録し、
   前記アクチュエータ弁を閉じ、前記供給弁を開き、前記ピストンを初期位置に移動させた後、前記供給弁を閉じ、前記記録した圧力値になるまで前記ピストンを戻し、前記アクチュエータ弁を開いて前記アクチュエータの作動を継続することを特徴とする液圧駆動制御システム。
2. 請求項１に記載の液圧駆動制御システムであって、
   前記供給ホースは、前記シリンダのロッド側に接続されることを特徴とする液圧駆動制御システム。
3. 請求項１に記載の液圧駆動制御システムであって、
   前記所定の閾値は、前記液体の液圧と前記ピストン位置との関係に応じて決定されることを特徴とする液圧駆動制御システム。
4. 請求項３に記載の液圧駆動制御システムであって、
   前記コントローラは、さらに入力された所望の圧力値に従って前記所定の閾値を決定することを特徴とする液圧駆動制御システム。
5. 請求項１に記載の液圧駆動制御システムであって、
   前記アクチュエータは、少なくとも第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの２つ以上のアクチュエータから構成され、
   前記アクチュエータ弁は、少なくとも前記第１のアクチュエータに接続される第１のアクチュエータ弁と前記第２のアクチュエータに接続される第２のアクチュエータ弁の２つ以上のアクチュエータ弁から構成され、
   前記第１のアクチュエータを駆動する際、前記第２のアクチュエータ弁を閉じて、前記第１のアクチュエータ弁を開放し、
   前記第２のアクチュエータを駆動する際、前記第１のアクチュエータ弁を閉じて、前記第２のアクチュエータ弁を開放し、
   前記コントローラは、前記第１のアクチュエータ弁および前記第２のアクチュエータ弁のいずれか一方が開から閉に状態を変化させる度に前記圧力センサにより測定した圧力値を記録し、
   前記ピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、
   前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、前記圧力センサにより測定した圧力値を記録し、
   前記ピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、
   前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、前記第１のアクチュエータ弁または前記第２のアクチュエータ弁を閉じ、前記供給弁を開き、前記ピストンを初期位置に移動させた後、前記供給弁を閉じ、前記記録した圧力値になるまで前記ピストンを戻し、前記閉じた前記第１のアクチュエータ弁または前記第２のアクチュエータ弁を開いて前記アクチュエータの作動を継続することを特徴とする液圧駆動制御システム。
6. 液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動装置の制御方法であって、
   液圧を制御するシリンダのピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、
   前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、圧力センサにより測定した液圧を記録し、
   前記アクチュエータへの液体の流れを制御するアクチュエータ弁を閉じ、前記シリンダへの液体の流れを制御する供給弁を開き、前記ピストンを初期位置に移動させた後、前記供給弁を閉じ、前記記録した液圧になるまで前記ピストンを戻し、前記アクチュエータ弁を開いてアクチュエータの作動を継続することを特徴とする液圧駆動装置の制御方法。
7. 請求項６に記載の液圧駆動装置の制御方法であって、
   前記供給弁の上流側にシリンダが接続されることを特徴とする液圧駆動装置の制御方法。
8. 請求項６に記載の液圧駆動装置の制御方法であって、
   前記所定の閾値は、前記液体の液圧と前記ピストン位置との関係に応じて決定されることを特徴とする液圧駆動装置の制御方法。
9. 請求項８に記載の液圧駆動装置の制御方法であって、
   さらに入力された所望の圧力値に従って前記所定の閾値を決定することを特徴とする液圧駆動装置の制御方法。
10. 請求項６に記載の液圧駆動装置の制御方法であって、
    前記アクチュエータは、少なくとも第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの２つ以上のアクチュエータから構成され、
    前記アクチュエータ弁は、少なくとも前記第１のアクチュエータに接続される第１のアクチュエータ弁と前記第２のアクチュエータに接続される第２のアクチュエータ弁の２つ以上のアクチュエータ弁から構成され、
    前記第１のアクチュエータを駆動する際、前記第２のアクチュエータ弁を閉じて、前記第１のアクチュエータ弁を開放し、
    前記第２のアクチュエータを駆動する際、前記第１のアクチュエータ弁を閉じて、前記第２のアクチュエータ弁を開放し、
    前記第１のアクチュエータ弁および前記第２のアクチュエータ弁のいずれか一方が開から閉に状態を変化させる度に前記圧力センサにより測定した液圧を記録し、
    前記ピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、
    前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、前記圧力センサにより測定した液圧を記録し、
    前記ピストンが所定の閾値を超えたか否かを検出することにより前記シリンダのストロークエンド条件を判定し、
    前記ピストンが所定の閾値を超えたことを検出した場合、前記第１のアクチュエータ弁または前記第２のアクチュエータ弁を閉じ、前記供給弁を開き、前記ピストンを初期位置に移動させた後、前記供給弁を閉じ、前記記録した液圧になるまで前記ピストンを戻し、前記閉じた前記第１のアクチュエータ弁または前記第２のアクチュエータ弁を開いて前記アクチュエータの作動を継続することを特徴とする液圧駆動装置の制御方法。

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