JP2021156351A - Hydraulic drive position controller - Google Patents

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Abstract

To provide a hydraulic drive position controller capable of shortening a time from start of control for controlling a positioning target to start of actual movement.SOLUTION: A hydraulic actuator 11 generates a thrust for moving a positioning target. Hydraulic oil supply systems 21, 22 supply hydraulic oil to the hydraulic actuator. A controller 50 supplies the hydraulic oil to the hydraulic actuator from the hydraulic oil supply systems for each control cycle. During the period from a stationary state to the start of movement of the positioning target, the controller makes a supply amount of hydraulic oil in a first control cycle larger than a supply amount of hydraulic oil in second and subsequent control cycles.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、位置決め対象を指令位置まで移動させる油圧アクチュエータへの作動油の供給を制御する油圧駆動位置制御システムの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a hydraulic drive position control system that controls the supply of hydraulic oil to a hydraulic actuator that moves a positioning target to a command position.

油圧シリンダに作動油を供給して、ピストンの位置の微小な変位の精度を向上させることが可能な油圧駆動位置制御システムが、下記の特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された油圧駆動位置制御システムでは、油圧シリンダに間欠的に作動油を供給して、ピストン位置を目標位置に合わせる。 Patent Document 1 below discloses a hydraulic drive position control system capable of supplying hydraulic oil to a hydraulic cylinder to improve the accuracy of minute displacement of the piston position. In the hydraulic drive position control system disclosed in Patent Document 1, hydraulic oil is intermittently supplied to the hydraulic cylinder to adjust the piston position to the target position.

特開2018−173131号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-173131

油圧シリンダに制御周期毎に間欠的に作動油を供給して目標位置にステップ移動させるシステムに於いて、静止摩擦力の影響により、位置指令で指定される位置が階段状に変化した後に、油圧シリンダに固定された位置決め対象が直ぐに動き出さず無駄時間が発生して、位置決め応答を悪化させている。これは油圧シリンダの差圧が最大静止摩擦相当圧(以降、摩擦相当圧と呼ぶ)に達する迄に複数回の制御出力による作動油の供給を要するためである。位置決め対象が動き出す迄に要した制御出力回数×制御周期の時間は移動に寄与しない無駄時間である。位置決め対象が動き出すと差圧と摩擦相当圧が釣合うため、制御出力として供給した作動油が変位に寄与する。また、位置決め対象が動き出すと、摩擦状態が静止摩擦から動摩擦に遷移して負荷圧が下がるので更に変位し易くなる。無駄時間の発生は位置決め対象の運動方向が変化する場合も生じる。運動方向が逆転する際に静止摩擦力の方向も逆転するため、差圧と摩擦相当圧の釣合いが崩れ、差圧が摩擦相当圧に達する迄、制御出力回数×制御周期の無駄時間が発生し位置決め応答を悪化させる。 In a system that intermittently supplies hydraulic oil to a hydraulic cylinder at each control cycle and moves it step by step to a target position, the position specified by the position command changes stepwise due to the influence of static friction force, and then the hydraulic pressure The positioning target fixed to the cylinder does not start moving immediately, causing wasted time and deteriorating the positioning response. This is because the hydraulic oil needs to be supplied by the control output a plurality of times until the differential pressure of the hydraulic cylinder reaches the maximum static friction equivalent pressure (hereinafter referred to as friction equivalent pressure). The number of control outputs required for the positioning target to start moving × the time of the control cycle is a wasted time that does not contribute to the movement. When the positioning target starts to move, the differential pressure and the friction equivalent pressure are balanced, so the hydraulic oil supplied as the control output contributes to the displacement. Further, when the positioning target starts to move, the friction state changes from static friction to dynamic friction and the load pressure drops, so that the displacement becomes easier. Wasted time may occur when the direction of movement of the positioning target changes. When the direction of motion is reversed, the direction of static friction force is also reversed, so the balance between the differential pressure and the friction equivalent pressure is lost, and until the differential pressure reaches the friction equivalent pressure, the number of control outputs x the wasted time of the control cycle occurs. Deteriorate the positioning response.

本発明の目的は、油圧駆動される位置制御システムにおいて位置決め対象に働く静止摩擦の影響により生じる位置決め応答の無駄時間の短縮が可能な制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a control device capable of reducing the wasted time of a positioning response caused by the influence of static friction acting on a positioning target in a position control system driven by a flood control.

本発明の一観点によると、
位置決め対象を移動させる推力を発生する油圧アクチュエータに作動油を供給する作動油供給系を制御して前記油圧アクチュエータを駆動する制御装置であって、
制御周期ごとに前記作動油供給系から前記油圧アクチュエータに作動油を供給させ、
前記位置決め対象が静止状態から動き始めるまでの期間、1回目の制御周期における作動油の供給量を、2回目以降の制御周期における作動油の供給量より多くする制御装置が提供される。
According to one aspect of the invention
A control device that drives a hydraulic actuator by controlling a hydraulic oil supply system that supplies hydraulic oil to a hydraulic actuator that generates thrust to move a positioning object.
The hydraulic oil is supplied from the hydraulic oil supply system to the hydraulic actuator at each control cycle.
A control device is provided in which the supply amount of hydraulic oil in the first control cycle is larger than the supply amount of hydraulic oil in the second and subsequent control cycles during the period from the stationary state to the start of movement of the positioning target.

1回目の制御周期における作動油の供給量を多くすることにより、静止状態の位置決め対象が動き出すまでの時間を短縮することができる。 By increasing the supply amount of hydraulic oil in the first control cycle, it is possible to shorten the time until the positioning target in the stationary state starts to move.

図1は、実施例による制御装置が搭載された油圧駆動位置制御システムの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a hydraulic drive position control system equipped with a control device according to an embodiment. 図2Aは、実施例による制御装置が搭載された油圧駆動位置制御システムの位置決め対象と、それを支持する支持部材との摺動面の断面図であり、図2Bは、摺動面の移動時に発生する摩擦力と摩擦係数とを示すグラフである。FIG. 2A is a cross-sectional view of a sliding surface between a positioning target of a hydraulic drive position control system equipped with a control device according to an embodiment and a support member supporting the positioning target, and FIG. 2B is a cross-sectional view of a sliding surface when the sliding surface is moved. It is a graph which shows the generated friction force and friction coefficient. 図3Aは、本実施例による油圧駆動位置制御シスの制御系のブロック線図であり、図3Bは、位置指令で指令される位置(指令位置)Xrefの時間波形の一例を示すグラフである。FIG. 3A is a block diagram of the control system of the hydraulic drive position control system according to the present embodiment, and FIG. 3B is a graph showing an example of the time waveform of the position (command position) Xref commanded by the position command. 図4は、比較例による油圧駆動位置制御システムの位置指令で指令される指令位置Xref、パルス発生部(図3A)が出力する操作パルス、油圧シリンダの差圧P、及び位置決め対象の位置X、位置偏差eの時間波形を示すグラフである。FIG. 4 shows the command position Xref commanded by the position command of the hydraulic drive position control system according to the comparative example, the operation pulse output by the pulse generating unit (FIG. 3A), the differential pressure P of the hydraulic cylinder, and the position X of the positioning target. It is a graph which shows the time waveform of the position deviation e. 図5は、実施例による油圧駆動装置を用いて位置決め対象を位置制御したときの指令位置Xref、パルス発生部(図3A)が出力する操作パルス、油圧シリンダの差圧P、及び位置決め対象の位置X、位置偏差eの時間変化を示すグラフである。FIG. 5 shows the command position Xref when the position of the positioning target is controlled by using the hydraulic drive device according to the embodiment, the operation pulse output by the pulse generating unit (FIG. 3A), the differential pressure P of the hydraulic cylinder, and the position of the positioning target. It is a graph which shows the time change of X, the position deviation e.

図1〜図5を参照して、実施例におる油圧駆動位置制御システムについて説明する。
図1は、実施例による油圧駆動位置制御システムの概略図である。両ロッド型の油圧シリンダ11が、シリンダボディ11S、ピストン11P、第1ロッド11A、及び第2ロッド11Bを含む。第1ロッド11A、第2ロッド11B、及びピストン11Pが固定されており、シリンダボディ11Sが固定部に対して移動する。シリンダボディ11Sに位置決め対象10が取り付けられている。位置決め対象10は、例えば研削装置の移動テーブルである。
The hydraulic drive position control system according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
FIG. 1 is a schematic view of a hydraulic drive position control system according to an embodiment. Both rod type hydraulic cylinders 11 include a cylinder body 11S, a piston 11P, a first rod 11A, and a second rod 11B. The first rod 11A, the second rod 11B, and the piston 11P are fixed, and the cylinder body 11S moves with respect to the fixed portion. The positioning target 10 is attached to the cylinder body 11S. The positioning target 10 is, for example, a moving table of a grinding device.

図2Aは、位置決め対象10、及びそれを支持する支持部材18の断面図である。位置決め対象10の下面に油圧シリンダ11が取り付けられている。支持部材18が位置決め対象10を、シリンダボディ11Sの移動方向に移動可能に支持している。 FIG. 2A is a cross-sectional view of the positioning target 10 and the support member 18 that supports the positioning target 10. A hydraulic cylinder 11 is attached to the lower surface of the positioning target 10. The support member 18 movably supports the positioning target 10 in the moving direction of the cylinder body 11S.

位置決め対象10の下面に、断面が逆三角形の凸状のガイド摺動面(凸)10Aが2列設けられている。位置決め対象10は、支持部材18に設けられた凹状のV断面のガイド摺動面(凹)18Aにより支持され、油圧シリンダ11の軸方向の移動が可能にされている。勘合するガイド摺動面(凸)10Aとガイド摺動面(凹)18Aとの間に潤滑油の油膜が形成されている。静止状態から位置決め対象10を駆動する場合、図2Bに示したように、移動状態よりも摺動面に大きな静止摩擦力が作用し、位置決め応答や位置精度を悪化させている。 Two rows of convex guide sliding surfaces (convex) 10A having an inverted triangular cross section are provided on the lower surface of the positioning target 10. The positioning target 10 is supported by a guide sliding surface (concave) 18A having a concave V-section provided on the support member 18, and the hydraulic cylinder 11 can be moved in the axial direction. An oil film of lubricating oil is formed between the guide sliding surface (convex) 10A and the guide sliding surface (concave) 18A to be fitted. When the positioning target 10 is driven from the stationary state, as shown in FIG. 2B, a large static friction force acts on the sliding surface as compared with the moving state, which deteriorates the positioning response and the positioning accuracy.

図1に示したシリンダボディ11S内に、ピストン11Pによって隔離された第1ロッド11A側の第1油室13Aと、第2ロッド11B側の第2油室13Bとが設けられている。第1ロッド11A及び第2ロッド11Bの端部に、それぞれ第1ポート14A及び第2ポート14Bが設けられている。第1ポート14Aは、第1ロッド11A内に設けられた第1油路12Aを介して第1油室13Aに繋がっている。第2ポート14Bは、第2ロッド11B内に設けられた第2油路12Bを介して第2油室13Bに繋がっている。 In the cylinder body 11S shown in FIG. 1, a first oil chamber 13A on the first rod 11A side and a second oil chamber 13B on the second rod 11B side separated by the piston 11P are provided. A first port 14A and a second port 14B are provided at the ends of the first rod 11A and the second rod 11B, respectively. The first port 14A is connected to the first oil chamber 13A via a first oil passage 12A provided in the first rod 11A. The second port 14B is connected to the second oil chamber 13B via a second oil passage 12B provided in the second rod 11B.

作動油供給系20が、油圧シリンダ11への作動油の供給、及び油圧シリンダ11からの作動油の回収を行う。作動油供給系20は、油圧ポンプ21及び電動モータ22を含む。油圧ポンプ21は双方向油圧ポンプであり、電動モータ22によって正転、逆転の両方向に駆動される。 The hydraulic oil supply system 20 supplies the hydraulic oil to the hydraulic cylinder 11 and recovers the hydraulic oil from the hydraulic cylinder 11. The hydraulic oil supply system 20 includes a hydraulic pump 21 and an electric motor 22. The hydraulic pump 21 is a bidirectional hydraulic pump, and is driven by an electric motor 22 in both forward and reverse directions.

油圧ポンプ21と第1ポート14Aとの間の油路にリリーフ弁23Aが接続されている。同様に、油圧ポンプ21と第2ポート14Bとの間の油路に、リリーフ弁23Bが接続されている。リリーフ弁23A、23Bは、油路内の圧力が所定圧以上になったら油路内の作動油を作動油タンク30に逃がす。 A relief valve 23A is connected to an oil passage between the hydraulic pump 21 and the first port 14A. Similarly, the relief valve 23B is connected to the oil passage between the hydraulic pump 21 and the second port 14B. The relief valves 23A and 23B release the hydraulic oil in the oil passage to the hydraulic oil tank 30 when the pressure in the oil passage becomes equal to or higher than a predetermined pressure.

一方向油圧ポンプであるチャージポンプ26が電動モータ27によって駆動される。第1ポート14Aと油圧ポンプ21との間の油路内の圧力、及び第2ポート14Bと油圧ポンプ21との間の油路内の圧力が所定のチャージ圧より低くなると、シャトル弁24を介してチャージポンプ26から作動油が油路に導入される。チャージポンプ26の吐出側の油路内の圧力が所定の圧力以上になると、リリーフ弁28が油路内の作動油を作動油タンク30に逃がす。 The charge pump 26, which is a one-way hydraulic pump, is driven by the electric motor 27. When the pressure in the oil passage between the first port 14A and the hydraulic pump 21 and the pressure in the oil passage between the second port 14B and the hydraulic pump 21 become lower than the predetermined charge pressure, the pressure in the oil passage becomes lower than the predetermined charge pressure, via the shuttle valve 24. The hydraulic oil is introduced into the oil passage from the charge pump 26. When the pressure in the oil passage on the discharge side of the charge pump 26 becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the relief valve 28 releases the hydraulic oil in the oil passage to the hydraulic oil tank 30.

圧力センサ15A、15Bが、それぞれ第1ポート14A及び第2ポート14Bに繋がる油路内の圧力を測定する。圧力の測定値が制御装置50に入力される。圧力センサ15A、15Bの測定値の差、すなわち差圧と、ピストン11Pの受圧面積との積が、油圧シリンダ11が発生する推力である。すなわち、2つの圧力センサ15A、15Bは、油圧シリンダ11が発生する推力に関わる物理量を測定する推力センサとして機能する。位置センサ16が、シリンダボディ11S、すなわち位置決め対象10の位置を測定する。位置の測定値が制御装置50に入力される。 The pressure sensors 15A and 15B measure the pressure in the oil passage connected to the first port 14A and the second port 14B, respectively. The measured value of pressure is input to the control device 50. The difference between the measured values of the pressure sensors 15A and 15B, that is, the product of the differential pressure and the pressure receiving area of the piston 11P is the thrust generated by the hydraulic cylinder 11. That is, the two pressure sensors 15A and 15B function as thrust sensors for measuring the physical quantity related to the thrust generated by the hydraulic cylinder 11. The position sensor 16 measures the position of the cylinder body 11S, that is, the positioning target 10. The measured position is input to the control device 50.

制御装置50は、圧力センサ15A、15B、及び位置センサ16から入力された圧力及び位置の測定値に基づいて、作動油供給系20を制御して、位置決め対象10を指令位置まで移動させる。指令位置を指定する情報は、外部から制御装置50に位置指令として与えられる。 The control device 50 controls the hydraulic oil supply system 20 based on the pressure and position measured values input from the pressure sensors 15A and 15B, and the position sensor 16, and moves the positioning target 10 to the commanded position. Information for designating the command position is externally given to the control device 50 as a position command.

次に、油圧シリンダ11が位置決め対象10に与える推力を制御する方法について説明する。 Next, a method of controlling the thrust applied to the positioning target 10 by the hydraulic cylinder 11 will be described.

位置決め対象10を移動させる推力Fは、ピストン11Pの受圧面積Aと、第1油室13Aと第2油室13Bとの差圧Pを用いて以下の式で表される。差圧Pは、油圧シリンダ11の推力Fを油圧シリンダの受圧面積Aで除した値である。推力Fは、摩擦力や慣性抵抗等の負荷抵抗の反作用として発生するので、差圧Pを負荷圧ともよぶ。

Figure 2021156351
The thrust F for moving the positioning target 10 is expressed by the following equation using the pressure receiving area A of the piston 11P and the differential pressure P between the first oil chamber 13A and the second oil chamber 13B. The differential pressure P is a value obtained by dividing the thrust F of the hydraulic cylinder 11 by the pressure receiving area A of the hydraulic cylinder. Since the thrust F is generated as a reaction of the load resistance such as the frictional force and the inertial resistance, the differential pressure P is also called the load pressure.
Figure 2021156351

第1油室13Aと第2油室13Bとの差圧Pは、作動油の圧縮性の定義から、作動油の体積弾性係数Kv、油圧ポンプ21から油圧シリンダ11に吐出された作動油の体積ΔV、油圧シリンダ11、及び油圧シリンダ11に繋がる作動油の管路の容積Vを用いて、以下の式で表される。

Figure 2021156351
The differential pressure P between the first oil chamber 13A and the second oil chamber 13B is the volume elastic coefficient Kv of the hydraulic oil and the volume of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 21 to the hydraulic cylinder 11 from the definition of compressibility of the hydraulic oil. It is expressed by the following equation using ΔV, the hydraulic cylinder 11, and the volume V 0 of the hydraulic oil pipeline connected to the hydraulic cylinder 11.
Figure 2021156351

油圧ポンプ21から油圧シリンダ11に吐出された作動油の体積ΔVは、油圧ポンプ21の1回転当たりの押しのけ容積Dp、油圧ポンプ21の入力軸の回転角変位Δθ[rad]を用いて、以下の式で表される。

Figure 2021156351
The volume ΔV of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 21 to the hydraulic cylinder 11 is as follows, using the push-out volume Dp per rotation of the hydraulic pump 21 and the rotation angle displacement Δθ [rad] of the input shaft of the hydraulic pump 21. It is represented by an expression.
Figure 2021156351

油圧ポンプ21の入力軸の回転角変位Δθは、入力軸の角速度ωと電動モータ22の駆動時間Δtを用いて、以下の式で表される。角速度ωは、予め設定された固定値である。

Figure 2021156351
The rotation angle displacement Δθ of the input shaft of the hydraulic pump 21 is expressed by the following equation using the angular velocity ω of the input shaft and the drive time Δt of the electric motor 22. The angular velocity ω is a preset fixed value.
Figure 2021156351

式(1)〜式(4)から、油圧シリンダ11の差圧Pは以下の式(5)、発生する推力Fは以下の式(6)で表される。

Figure 2021156351

Figure 2021156351
From the formulas (1) to (4), the differential pressure P of the hydraulic cylinder 11 is represented by the following formula (5), and the generated thrust F is represented by the following formula (6).
Figure 2021156351

Figure 2021156351

式(6)は、電動モータ22及び油圧ポンプ21の駆動時間Δtを制御することにより、推力Fを変化させることができることを示している。本実施例では、予め規定されている制御周期ごとに、制御周期より短いパルス時間幅(以下、「パルス幅」という。)だけ油圧ポンプ21を駆動させ、残りの時間は油圧ポンプ21を停止させることにより、位置決め対象10を移動させる。すなわち、制御周期ごとに油圧シリンダ11に間欠的に作動油を供給して位置決め対象10を微小送りしながら、複数回の制御周期を実行することにより、位置決め対象10を目標位置まで移動させる。本明細書において、このような制御を「吐出容量制御」ということとする。 Equation (6) shows that the thrust F can be changed by controlling the drive time Δt of the electric motor 22 and the hydraulic pump 21. In this embodiment, the hydraulic pump 21 is driven by a pulse time width (hereinafter, referred to as “pulse width”) shorter than the control cycle for each predetermined control cycle, and the hydraulic pump 21 is stopped for the remaining time. As a result, the positioning target 10 is moved. That is, the positioning target 10 is moved to the target position by executing the control cycle a plurality of times while intermittently supplying hydraulic oil to the hydraulic cylinder 11 every control cycle to finely feed the positioning target 10. In the present specification, such control is referred to as "discharge capacity control".

吐出容量制御は、位置決め対象10の位置偏差が微小であり、結果的に位置決めを行う際の位置決め対象10の移動速度が微小な領域で採用される。例えば、スティックスリップ現象が発生するような微小な速度領域で採用される。 The discharge capacity control is adopted in a region where the positional deviation of the positioning target 10 is minute, and as a result, the moving speed of the positioning target 10 at the time of positioning is minute. For example, it is used in a minute velocity region where a stick-slip phenomenon occurs.

一方、位置決め対象10の位置偏差や速度が大きい領域、例えばスティックスリップ現象が発生しない速度領域では、吐出流量制御が採用される。吐出流量制御では、位置決め対象10の位置偏差に応じて、油圧ポンプ21の回転速度を制御する。 On the other hand, discharge flow rate control is adopted in a region where the position deviation or speed of the positioning target 10 is large, for example, in a speed region where the stick-slip phenomenon does not occur. In the discharge flow rate control, the rotation speed of the hydraulic pump 21 is controlled according to the position deviation of the positioning target 10.

スティックスリップ現象が発生するような微速領域では速度変動が生じやすくなるため、吐出流量制御によって速度を安定して制御することが困難である。このため、位置決め対象10の位置を安定して目標位置に合わせることが困難である。微速領域で、吐出流量制御に代えて吐出容量制御を採用することにより、位置決め対象10の位置を精度よく目標位置に合わせることができる。 Since speed fluctuations are likely to occur in a very low speed region where a stick-slip phenomenon occurs, it is difficult to stably control the speed by controlling the discharge flow rate. Therefore, it is difficult to stably align the position of the positioning target 10 with the target position. By adopting the discharge capacity control instead of the discharge flow rate control in the low speed region, the position of the positioning target 10 can be accurately aligned with the target position.

次に、図3A及び図3Bを参照して、本実施例による油圧駆動位置制御システムによる位置決め対象10の吐出容量制御を適用した位置制御について説明する。 Next, with reference to FIGS. 3A and 3B, position control to which the discharge capacity control of the positioning target 10 by the hydraulic drive position control system according to the present embodiment is applied will be described.

図3Aは、本実施例による油圧駆動位置制御システムの制御系のブロック線図である。制御装置50が、制御周期ごとにモータドライバ25に操作パルスを与える。モータドライバ25は、操作パルスで指令された情報に基づいて電動モータ22に駆動電力を供給する。油圧ポンプ21は、電動モータ22から与えられた動力によって油圧シリンダ11に作動油を供給する。油圧シリンダ11は、油圧ポンプ21から供給された作動油によって推力を発生し、位置決め対象10(図1)を移動させる。これにより、位置決め対象10の位置Xが変化する。位置センサ16(図1)が、位置決め対象10の位置Xを測定する。 FIG. 3A is a block diagram of the control system of the hydraulic drive position control system according to the present embodiment. The control device 50 gives an operation pulse to the motor driver 25 every control cycle. The motor driver 25 supplies driving power to the electric motor 22 based on the information commanded by the operation pulse. The hydraulic pump 21 supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder 11 by the power given from the electric motor 22. The hydraulic cylinder 11 generates thrust by the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 21 to move the positioning target 10 (FIG. 1). As a result, the position X of the positioning target 10 changes. The position sensor 16 (FIG. 1) measures the position X of the positioning target 10.

制御装置50は、偏差・パルス幅変換部51、摩擦力補償部52、及びパルス発生部53を含む。位置決め対象10の指令位置Xrefが制御装置50に入力される。制御装置50は、指令位置Xrefから位置Xを減じることにより、位置偏差eを算出する。 The control device 50 includes a deviation / pulse width conversion unit 51, a frictional force compensation unit 52, and a pulse generation unit 53. The command position Xref of the positioning target 10 is input to the control device 50. The control device 50 calculates the position deviation e by subtracting the position X from the command position Xref.

偏差・パルス幅変換部51は、位置偏差eに応じて、第1操作量として第1パルス幅Tw1を生成する。例えば、第1パルス幅Tw1は位置偏差eに比例する。なお、位置偏差eが所定の値を超えると第1パルス幅Tw1が一定になるようにしてもよい。 The deviation / pulse width conversion unit 51 generates the first pulse width Tw1 as the first manipulated variable according to the position deviation e. For example, the first pulse width Tw1 is proportional to the position deviation e. The first pulse width Tw1 may be made constant when the position deviation e exceeds a predetermined value.

油圧シリンダ11(図1)の第1油室13Aと第2油室13Bとの差圧Pの計測値が、制御装置50の摩擦力補償部52に入力される。差圧Pは、一方の圧力センサ15Aの測定値から他方の圧力センサ15Bの測定値を減算することにより算出される。この差圧Pは、油圧シリンダ11が発生している推力に応じた物理量である。摩擦力補償部52は、位置偏差eと差圧Pとに基づいて、第2操作量として第2パルス幅Tw2を生成する。摩擦力補償部52の詳細な処理については後述する。 The measured value of the differential pressure P between the first oil chamber 13A and the second oil chamber 13B of the hydraulic cylinder 11 (FIG. 1) is input to the friction force compensating unit 52 of the control device 50. The differential pressure P is calculated by subtracting the measured value of the other pressure sensor 15B from the measured value of one pressure sensor 15A. This differential pressure P is a physical quantity corresponding to the thrust generated by the hydraulic cylinder 11. The frictional force compensating unit 52 generates a second pulse width Tw2 as a second manipulated variable based on the position deviation e and the differential pressure P. The detailed processing of the frictional force compensating unit 52 will be described later.

制御装置50は、第1パルス幅Tw1に第2パルス幅Tw2を加算して、第3操作量として第3パルス幅Tw3を生成する。第3パルス幅Tw3がパルス発生部53に入力される。パルス発生部53は、予め設定されている固定の回転速度設定値ωと第3パルス幅Tw3とに基づいて、モータドライバ25に操作パルスを与える。操作パルスのパルス幅は第3パルス幅Tw3に等しく、パルスの波高は、回転速度設定値ωに等しい。このように、操作パルスは、電動モータ22を駆動する時間の情報、及び電動モータ22の回転数の情報を含んでいる。 The control device 50 adds the second pulse width Tw2 to the first pulse width Tw1 to generate the third pulse width Tw3 as the third manipulated variable. The third pulse width Tw3 is input to the pulse generation unit 53. The pulse generation unit 53 gives an operation pulse to the motor driver 25 based on a preset fixed rotation speed set value ω and a third pulse width Tw3. The pulse width of the operation pulse is equal to the third pulse width Tw3, and the wave height of the pulse is equal to the rotation speed set value ω. As described above, the operation pulse includes information on the time for driving the electric motor 22 and information on the rotation speed of the electric motor 22.

モータドライバ25は、電動モータ22を、回転速度設定値ωに等しい回転数で、第3パルス幅Tw3に等しい時間だけ駆動する。 The motor driver 25 drives the electric motor 22 at a rotation speed equal to the rotation speed set value ω for a time equal to the third pulse width Tw3.

図3Bは、制御装置50に与えられる指令位置Xrefの時間変化の一例を示すグラフである。横軸が時間を表し、縦軸が指令位置Xrefを表す。指令位置Xrefを変化させる周期(以下、ステップ周期という。)をTstpと表記し、指令位置Xrefの変化量(以下、ステップ量という。)をΔXstpと表記する。 FIG. 3B is a graph showing an example of the time change of the command position Xref given to the control device 50. The horizontal axis represents time and the vertical axis represents command position Xref. The cycle for changing the command position Xref (hereinafter referred to as the step cycle) is referred to as Tstp, and the amount of change in the command position Xref (hereinafter referred to as the step amount) is referred to as ΔXstp.

次に、摩擦力補償部52の処理について説明する。
位置決め対象10には重量に比例した摩擦抵抗が作用し、摩擦力以上の力を加えなければ位置決め対象10は動かない。静止状態から動き出す瞬間の摩擦力が最大静止摩擦力Ffrcである。油圧シリンダ11の推力Fが位置決め対象10に作用する最大静止摩擦力を超えると位置決め対象10が動き始める。油圧シリンダ11の推力Fはピストン11Pで仕切られた第1油室13Aと第2油室13Bとの圧力の差(差圧P)と受圧面積Aとの積である。最大静止摩擦力Ffrcを受圧面積Aで除した値を、摩擦相当圧Pfrcということとする。すなわち、摩擦相当圧Pfrcは、位置決め対象10に作用する最大静止摩擦力Ffrcを、油圧シリンダ11の負荷圧力に換算したものである。油圧シリンダ11の差圧Pが摩擦相当圧Pfrcを超えると位置決め対象10が動き出す。一方で油圧シリンダ11の差圧Pは式(5)に示したように油圧ポンプ21の駆動時間Δtで調節できる。
Next, the processing of the frictional force compensating unit 52 will be described.
A frictional resistance proportional to the weight acts on the positioning target 10, and the positioning target 10 does not move unless a force equal to or greater than the frictional force is applied. The maximum static friction force Ffrc is the frictional force at the moment when the vehicle starts to move from the stationary state. When the thrust F of the hydraulic cylinder 11 exceeds the maximum static friction force acting on the positioning target 10, the positioning target 10 starts to move. The thrust F of the hydraulic cylinder 11 is the product of the pressure difference (differential pressure P) between the first oil chamber 13A and the second oil chamber 13B partitioned by the piston 11P and the pressure receiving area A. The value obtained by dividing the maximum static friction force Ffrc by the pressure receiving area A is referred to as the friction equivalent pressure Pfrc. That is, the friction equivalent pressure Pfrc is obtained by converting the maximum static friction force Ffrc acting on the positioning target 10 into the load pressure of the hydraulic cylinder 11. When the differential pressure P of the hydraulic cylinder 11 exceeds the friction equivalent pressure Pfrc, the positioning target 10 starts to move. On the other hand, the differential pressure P of the hydraulic cylinder 11 can be adjusted by the drive time Δt of the hydraulic pump 21 as shown in the equation (5).

摩擦力補償部52は、位置偏差e及び差圧Pに基づいて、以下の式(7)を用いて第2パルス幅Tw2を生成する。ここで油圧シリンダ11の差圧Pが正で位置決め対象10が正方向に移動するものとする。

Figure 2021156351
The frictional force compensating unit 52 generates the second pulse width Tw2 using the following equation (7) based on the position deviation e and the differential pressure P. Here, it is assumed that the differential pressure P of the hydraulic cylinder 11 is positive and the positioning target 10 moves in the positive direction.
Figure 2021156351

ここで、Tfrcは比例定数である。Tfrcは差圧Pがゼロの状態から摩擦相当圧Pfrcを発生させるために必要なパルス幅である。sgn(e)は符号関数を示し、位置偏差eが正(e>0)のときに+1であり、位置偏差eが負(e<0)のとき−1である。第2パルス幅Tw2は摩擦相当圧Pfrcと差圧Pとの差及び位置偏差eに比例する。圧力偏差Pfrc−PはPfrcで除し、位置偏差eはΔXstpで除して正規化している。指令位置Xrefが変化するステップの立上り(又は立下り)のタイミングで、位置偏差eが最大のΔXstpとなり、差圧Pがゼロの場合、Tw2は以下の式(8)に示すように比例定数のTfrcと一致する。

Figure 2021156351
Here, Tfrc is a constant of proportionality. Tfrc is the pulse width required to generate the friction equivalent pressure Pfrc from the state where the differential pressure P is zero. sgn (e) indicates a sign function, which is +1 when the position deviation e is positive (e> 0) and -1 when the position deviation e is negative (e <0). The second pulse width Tw2 is proportional to the difference between the friction equivalent pressure Pfrc and the differential pressure P and the position deviation e. The pressure deviation Pfrc-P is divided by Pfrc, and the position deviation e is divided by ΔXstp for normalization. When the position deviation e becomes the maximum ΔXstp and the differential pressure P is zero at the rising (or falling) timing of the step in which the command position Xref changes, Tw2 is a proportional constant as shown in the following equation (8). Consistent with Tfrc.
Figure 2021156351

式(7)の第2パルス幅Tw2は、式(8)に示すように、指令位置Xrefの立上りのタイミングでTw2が最大の値、すなわちTfrcになる。また、位置偏差eが一定である条件下で、第2パルス幅Tw2は、摩擦相当圧Pfrcと、油圧シリンダ11の差圧Pとの差に比例する。 In the second pulse width Tw2 of the equation (7), as shown in the equation (8), Tw2 becomes the maximum value, that is, Tfrc at the rising timing of the command position Xref. Further, under the condition that the position deviation e is constant, the second pulse width Tw2 is proportional to the difference between the friction equivalent pressure Pfrc and the differential pressure P of the hydraulic cylinder 11.

式(7)において、摩擦相当圧Pfrcに符号関数sgn(e)を付加しているのは、最大静止摩擦力が運動方向と逆方向に働くので、運動方向に合った補正がなされるようにPfrcの符号を考慮する必要があるためである。例えばステップ量ΔXstpが正から負に切換わった場合を考えると、位置偏差eが負になるため、符号関数sgn(e)が−1になる。このときの差圧Pは正(反転前の+方向の圧が残っているため)である。このとき、式(7)は以下の式(9)のように変形することができ、第2パルス幅Tw2はTfrcより大きくなる。このように差圧Pが静止摩擦力の方向と逆に働く場合はTfrcよりも第2パルス幅Tw2を広げて、ステップ量ΔXstpが正から負に切換わった後の初回パルスで差圧Pが摩擦相当圧に達するようにしている。

Figure 2021156351
In the equation (7), the sign function sgn (e) is added to the friction equivalent pressure Pfrc because the maximum static friction force acts in the direction opposite to the movement direction, so that the correction is made according to the movement direction. This is because it is necessary to consider the sign of Pfrc. For example, considering the case where the step amount ΔXstp is switched from positive to negative, the position deviation e becomes negative, so that the sign function sgn (e) becomes -1. The differential pressure P at this time is positive (because the pressure in the + direction before inversion remains). At this time, the equation (7) can be modified as in the following equation (9), and the second pulse width Tw2 becomes larger than Tfrc. When the differential pressure P works in the direction opposite to the direction of the static friction force in this way, the second pulse width Tw2 is wider than Tfrc, and the differential pressure P is increased in the first pulse after the step amount ΔXstp is switched from positive to negative. The pressure equivalent to friction is reached.
Figure 2021156351

次に、式(7)の物理的な意義について説明する。
位置決め対象10が静止状態から動き出すまでの期間は、差圧Pが摩擦相当圧Pfrcより小さいため、モータドライバ25に操作パルスを与えて油圧シリンダ11に作動油を供給しても油圧シリンダ11のシリンダボディ11Sは変位できず、供給した作動油は加圧に使用され、パルスを与える毎に差圧Pが上昇する。すなわち、差圧Pは、ステップ周期Tstp(図3B)の開始時点の直後(すなわち、指令位置Xrefがステップ状に変化した直後)の第1回目の制御周期の場合が最も低く、制御周期回数が増すごとに上昇し、摩擦相当圧Pfrcと差圧Pとの差が小さくなる。式(7)が示すように、摩擦相当圧Pfrcと差圧Pとの差に比例して第2パルス幅Tw2も増加するため、差圧Pが最も低い1回目の制御周期の第2パルス幅Tw2が最も大きくなる。このため、1回目の制御周期において、2回目以降の制御周期に比べてより多くの作動油を供給することができる。これにより、差圧Pの上昇を速めることが可能になり、その結果、差圧Pが摩擦相当圧Pfrcに到達するまでの制御周期の回数を削減することができる。差圧Pが摩擦相当圧Pfrcを超えると位置決め対象10が動き出し、摩擦力補償が不要な状態になる。このときの摩擦相当圧Pfrcと差圧Pは釣り合い、両者の差はゼロに近づくため、第2パルス幅Tw2も小さな値となり、摩擦補償の効果は減少する。
Next, the physical significance of the equation (7) will be described.
Since the differential pressure P is smaller than the friction equivalent pressure Pfrc during the period from the stationary state to the start of movement of the positioning target 10, even if an operation pulse is given to the motor driver 25 to supply hydraulic oil to the hydraulic cylinder 11, the cylinder of the hydraulic cylinder 11 The body 11S cannot be displaced, the supplied hydraulic oil is used for pressurization, and the differential pressure P increases each time a pulse is applied. That is, the differential pressure P is the lowest in the case of the first control cycle immediately after the start time of the step cycle Tstp (FIG. 3B) (that is, immediately after the command position Xref changes in a step shape), and the number of control cycles is the lowest. It increases as it increases, and the difference between the friction equivalent pressure Pfrc and the differential pressure P becomes smaller. As shown by the equation (7), the second pulse width Tw2 also increases in proportion to the difference between the friction equivalent pressure Pfrc and the differential pressure P, so that the second pulse width of the first control cycle having the lowest differential pressure P Tw2 is the largest. Therefore, in the first control cycle, more hydraulic oil can be supplied as compared with the second and subsequent control cycles. As a result, the rise of the differential pressure P can be accelerated, and as a result, the number of control cycles until the differential pressure P reaches the friction equivalent pressure Pfrc can be reduced. When the differential pressure P exceeds the friction equivalent pressure Pfrc, the positioning target 10 starts to move, and frictional force compensation becomes unnecessary. At this time, the friction equivalent pressure Pfrc and the differential pressure P are balanced, and the difference between the two approaches zero, so that the second pulse width Tw2 also becomes a small value, and the effect of friction compensation decreases.

また、式(7)は、第2パルス幅Tw2を位置偏差eにも比例させている。その意図を次に述べる。摩擦補償が必要な期間は、ステップ周期Tstp(図3B)の開始時点から位置決め対象10が動き出すまでの期間である。この期間の位置偏差eはステップ量ΔXstp(図3B)と等しい。式(7)の位置偏差に関する項e/ΔXstpは1となり、第2パルス幅Tw2は摩擦相当圧Pfrcと差圧Pとの関係のみで決定される。位置決め対象10が指令位置Xrefに向かって動き出すと位置偏差eは減少していく。このときの位置偏差に関する項は1未満になる。例えば、位置偏差eがステップ量ΔXstpの10%の場合は、位置偏差に関する項が0.1になる。この値が圧力に関する項に掛け合わされるため、圧力に関する項の効果が1/10に減殺される。これは、位置決め対象10が指令位置Xrefni近づくほど摩擦力補償の効果を弱めることを意味する。 Further, in the equation (7), the second pulse width Tw2 is also proportional to the position deviation e. The intention is described below. The period in which friction compensation is required is the period from the start of the step cycle Tstp (FIG. 3B) to the start of movement of the positioning target 10. The position deviation e in this period is equal to the step amount ΔXstp (FIG. 3B). The term e / ΔXstp relating to the position deviation of the equation (7) is 1, and the second pulse width Tw2 is determined only by the relationship between the friction equivalent pressure Pfrc and the differential pressure P. When the positioning target 10 starts to move toward the command position Xref, the position deviation e decreases. The term related to the position deviation at this time is less than 1. For example, when the position deviation e is 10% of the step amount ΔXstp, the term related to the position deviation becomes 0.1. Since this value is multiplied by the pressure term, the effect of the pressure term is diminished by a factor of 10. This means that the effect of frictional force compensation weakens as the positioning target 10 approaches the command position Xrefni.

次に、図4及び図5を参照して、上記実施例の優れた効果について説明する。 Next, the excellent effects of the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4は、比較例による油圧駆動位置制御システムの位置指令で指令される指令位置Xref、パルス発生部(図3A)が発生する操作パルス、差圧P、及び位置決め対象10の位置X、位置偏差eの時間変化を示すグラフである。4段目のグラフにおいて、位置決め対象10の位置Xを実線で示し、位置偏差eを破線で示している。制御周期Tcは操作パルスを与える周期である。 FIG. 4 shows the command position Xref commanded by the position command of the hydraulic drive position control system according to the comparative example, the operation pulse generated by the pulse generating unit (FIG. 3A), the differential pressure P, the position X of the positioning target 10, and the position deviation. It is a graph which shows the time change of e. In the fourth graph, the position X of the positioning target 10 is shown by a solid line, and the position deviation e is shown by a broken line. The control cycle Tc is a cycle in which an operation pulse is given.

図4に示す比較例では、時刻t0において指令位置Xrefをステップ量ΔXstpだけ変化させる位置指令を与え、10回の操作パルスによる位置補正動作を行った。比較例による油圧駆動位置制御システムの制御装置50は、摩擦力補償部52(図3A)を備えていない。このため、位置偏差eに応じた第1パルス幅Tw1のみがパルス発生部53に入力される。電動モータ22は、制御周期Tc毎に第1パルス幅Tw1に相当する時間だけ駆動される。時刻t0でステップ量ΔXstpだけ指令位置Xrefが変化すると位置偏差eはゼロからΔXstpに変化する。 In the comparative example shown in FIG. 4, a position command for changing the command position Xref by the step amount ΔXstp was given at time t0, and the position correction operation was performed by 10 operation pulses. The control device 50 of the hydraulic drive position control system according to the comparative example does not include the friction force compensating unit 52 (FIG. 3A). Therefore, only the first pulse width Tw1 corresponding to the position deviation e is input to the pulse generation unit 53. The electric motor 22 is driven for a time corresponding to the first pulse width Tw1 for each control cycle Tc. When the command position Xref changes by the step amount ΔXstp at time t0, the position deviation e changes from zero to ΔXstp.

偏差・パルス幅変換部51(図3A)は、位置偏差eに対応する第1パルス幅Tw1を出力し、油圧ポンプ21は第1パルス幅Tw1に相当する時間だけ駆動される。第1パルス幅Tw1に相当する作動油が油圧シリンダ11の第1油室13Aに流れ込み、第1油室13Aの圧力が上昇する。第2油室13Bの作動油は油圧ポンプ21により吸い出されて圧力が降下する。このように第1油室13A及び第2油室13Bの圧力差(差圧P)が発生する。油圧ポンプ21が停止すると油圧ポンプ21から油圧シリンダ11への作動油の供給が止まり、第1油室13Aの圧力上昇も停止する。また油圧ポンプ21からの漏れにより第1油室13A、第2油室13Bや配管内の作動油の一部が漏れ出し、圧力が徐々に降下する。結果として差圧Pも緩やかに降下する。ただし、パルス駆動の昇圧量に比べ漏れによる降圧量が小さいのでパルス駆動を繰り返す度に差圧Pはのこぎり波状に上昇する。 The deviation / pulse width conversion unit 51 (FIG. 3A) outputs the first pulse width Tw1 corresponding to the position deviation e, and the hydraulic pump 21 is driven for a time corresponding to the first pulse width Tw1. The hydraulic oil corresponding to the first pulse width Tw1 flows into the first oil chamber 13A of the hydraulic cylinder 11, and the pressure in the first oil chamber 13A rises. The hydraulic oil in the second oil chamber 13B is sucked out by the hydraulic pump 21 and the pressure drops. In this way, a pressure difference (differential pressure P) between the first oil chamber 13A and the second oil chamber 13B is generated. When the hydraulic pump 21 stops, the supply of hydraulic oil from the hydraulic pump 21 to the hydraulic cylinder 11 stops, and the pressure rise in the first oil chamber 13A also stops. Further, due to the leakage from the hydraulic pump 21, a part of the hydraulic oil in the first oil chamber 13A, the second oil chamber 13B and the piping leaks, and the pressure gradually drops. As a result, the differential pressure P also gradually drops. However, since the amount of step-down due to leakage is smaller than the amount of step-up of pulse drive, the differential pressure P rises in a sawtooth shape each time the pulse drive is repeated.

油圧シリンダ11の差圧Pが摩擦相当圧Pfrcに達する迄は、位置決め対象10は動かず、位置偏差eもステップ量ΔXstpのまま変化しない。したがって、第1パルス幅Tw1は初回パルス幅と等しく、油圧ポンプ21から油圧シリンダ11に供給される作動油の量も一定である。操作パルス数が増加するにしたがって、油圧シリンダ11に供給された作動油の総量が増加し、差圧Pが徐々に高くなる。 Until the differential pressure P of the hydraulic cylinder 11 reaches the friction equivalent pressure Pfrc, the positioning target 10 does not move, and the position deviation e does not change with the step amount ΔXstp. Therefore, the first pulse width Tw1 is equal to the initial pulse width, and the amount of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 21 to the hydraulic cylinder 11 is also constant. As the number of operation pulses increases, the total amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 11 increases, and the differential pressure P gradually increases.

差圧Pのピーク値が摩擦相当圧Pfrcを超えた時点で、位置決め対象10が移動し始める。図4に示した例では、時刻t1で差圧Pのピーク値が摩擦相当圧Pfrcを超え、位置決め対象10が移動を開始する。 When the peak value of the differential pressure P exceeds the friction equivalent pressure Pfrc, the positioning target 10 starts to move. In the example shown in FIG. 4, the peak value of the differential pressure P exceeds the friction equivalent pressure Pfrc at time t1, and the positioning target 10 starts moving.

位置決め対象10が移動を開始した後は、位置Xが指令位置Xrefに近づくため、位置偏差eは徐々に減少する。位置偏差eの減少に応じて、第1パルス幅Tw1が短くなる。図4に示した例では、時刻t2で位置Xが指令位置Xrefに一致し、位置偏差eがゼロになっている。 After the positioning target 10 starts moving, the position X approaches the command position Xref, so that the position deviation e gradually decreases. The first pulse width Tw1 becomes shorter as the position deviation e decreases. In the example shown in FIG. 4, the position X coincides with the command position Xref at time t2, and the position deviation e becomes zero.

図4に示した比較例では、時刻t1で位置決め対象10が動き始める。時刻t0からt1までの時間が、位置決め対象10が全く移動しない無駄時間Tdである。 In the comparative example shown in FIG. 4, the positioning target 10 starts moving at time t1. The time from time t0 to t1 is the wasted time Td in which the positioning target 10 does not move at all.

図5は、実施例による油圧駆動位置制御システムを用いて位置決め対象10(図1)を指令位置Xrefへ移動させるときの位置指令、パルス発生部(図3A)が発生する操作パルス、差圧P、及び位置決め対象10の位置X、位置偏差eの時間変化を示すグラフである。4段目のグラフにおいて、位置決め対象10の位置Xを実線で示し、位置偏差eを破線で示している。 FIG. 5 shows a position command when the positioning target 10 (FIG. 1) is moved to the command position Xref using the hydraulic drive position control system according to the embodiment, an operation pulse generated by the pulse generating unit (FIG. 3A), and a differential pressure P. , And the time change of the position X and the position deviation e of the positioning target 10. In the fourth graph, the position X of the positioning target 10 is shown by a solid line, and the position deviation e is shown by a broken line.

図5に示した実施例では、時刻t0において指令位置Xrefがステップ量ΔXstpだけ変化し、6回のパルス出力による位置補正動作を行った応答波形を示している。時刻t0においてステップ量ΔXstpの位置指令を与えると位置偏差eはステップ量ΔXstpに等しくなり、式(7)より第2パルス幅TW2はTfrcに等しくなる。但し差圧Pをゼロと仮定している。 In the embodiment shown in FIG. 5, the command position Xref changes by the step amount ΔXstp at time t0, and the response waveform obtained by performing the position correction operation by the pulse output six times is shown. When the position command of the step amount ΔXstp is given at the time t0, the position deviation e becomes equal to the step amount ΔXstp, and the second pulse width TW2 becomes equal to Tfrc from the equation (7). However, it is assumed that the differential pressure P is zero.

第1パルス幅Tw1に第2パルス幅Tw2を加算した第3パルス幅Tw3がパルス発生部53(図3A)に入力され、油圧シリンダ11に供給される作動油の量は、図4の比較例の場合より第2パルス幅TW2に相当する量だけ増加する。これにより時刻t0の1回目のパルス出力で発生する差圧Pのピーク値も図4の比較例に示したピーク値より高くなる。 The third pulse width Tw3 obtained by adding the second pulse width Tw2 to the first pulse width Tw1 is input to the pulse generation unit 53 (FIG. 3A), and the amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 11 is a comparative example of FIG. From the case of, the amount is increased by the amount corresponding to the second pulse width TW2. As a result, the peak value of the differential pressure P generated at the first pulse output at time t0 also becomes higher than the peak value shown in the comparative example of FIG.

時刻t3の2回目の制御周期の開始時点で、差圧Pが直前の時刻t0の制御周期の開始時点における差圧Pより大きくなっているため、式(7)から求まる第2パルス幅Tw2は、直前の制御周期において求められた第2パルス幅Tw2より短くなる。ただし、Pfrc−Pが正の値であるため、第2パルス幅Tw2は正の値を持つ。このため、時刻t3の制御周期で油圧シリンダ11に供給される作動油の量は、図4の比較例における時刻t0の制御周期の次の制御周期で油圧シリンダ11に供給される作動油の量より多い。 Since the differential pressure P is larger than the differential pressure P at the start of the control cycle at the immediately preceding time t0 at the start of the second control cycle at time t3, the second pulse width Tw2 obtained from the equation (7) is , It becomes shorter than the second pulse width Tw2 obtained in the immediately preceding control cycle. However, since Pfrc-P is a positive value, the second pulse width Tw2 has a positive value. Therefore, the amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 11 in the control cycle at time t3 is the amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic cylinder 11 in the control cycle next to the control cycle at time t0 in the comparative example of FIG. is more than.

図5に示した例では、2回目の制御周期と3回目の周期との間の時刻t4のタイミングで差圧Pのピーク値が摩擦相当圧Pfrcを超え、位置決め対象10が移動し始める。 In the example shown in FIG. 5, the peak value of the differential pressure P exceeds the friction equivalent pressure Pfrc at the timing of time t4 between the second control cycle and the third cycle, and the positioning target 10 starts to move.

位置決め対象10が移動を開始した後、位置Xは指令位置Xrefに近づき、位置偏差eはゼロに近づく。差圧Pが大きくなり、位置偏差eが小さくなると式(7)から求まる第2パルス幅Tw2は急激に小さくなり摩擦補償の効果は弱まり、実質的に、位置偏差eに応じた第1パルス幅Tw1に基づいて電動モータ22が駆動されるようになる。時刻t5において、位置偏差eがゼロになる。 After the positioning target 10 starts moving, the position X approaches the command position Xref, and the position deviation e approaches zero. When the differential pressure P becomes large and the position deviation e becomes small, the second pulse width Tw2 obtained from the equation (7) suddenly becomes small and the effect of friction compensation weakens, and the first pulse width corresponding to the position deviation e is substantially obtained. The electric motor 22 is driven based on Tw1. At time t5, the position deviation e becomes zero.

上述のように、本実施例では、図4に示した比較例と比べて、指令位置Xrefが変化した後の1回目の制御周期の開始時点における操作パルスである第3パルス幅Tw3が大きくなるため、位置決め対象10が静止状態から実際に動き始めるまでの無駄な時間Tdを短縮することができる。 As described above, in this embodiment, the third pulse width Tw3, which is the operation pulse at the start of the first control cycle after the command position Xref is changed, is larger than that in the comparative example shown in FIG. Therefore, it is possible to reduce the wasted time Td from the stationary state to the actual start of the positioning target 10.

差圧Pが摩擦相当圧Pfrcを超えて位置決め対象10が移動を開始した後は、摩擦力補償部52による補償機能は働かないことが好ましい。位置決め対象10が動き始めると、式(7)の差圧Pと摩擦相当圧Pfrcとの差、及び位置偏差eが漸減する。このため、摩擦力補償部52が生成する第2パルス幅Tw2が短くなる。したがって、位置決め対象10が動き始めると、摩擦力補償部52が位置制御に与える影響は小さくなる。このように、摩擦力補償部52は、静止状態の摩擦の影響が高い時、すなわち指令位置Xrefがステップ状に変化した時に効果を発揮し、位置決め対象10が動き始めると、自動的に出力(第2パルス幅Tw2)を小さくし、指令位置Xref付近では摩擦力補償の影響がなくなる機能を有している。 After the differential pressure P exceeds the friction equivalent pressure Pfrc and the positioning target 10 starts moving, it is preferable that the compensation function by the friction force compensating unit 52 does not work. When the positioning target 10 starts to move, the difference between the differential pressure P and the friction equivalent pressure Pfrc in the equation (7) and the position deviation e gradually decrease. Therefore, the second pulse width Tw2 generated by the frictional force compensating unit 52 is shortened. Therefore, when the positioning target 10 starts to move, the influence of the frictional force compensating unit 52 on the position control becomes small. In this way, the frictional force compensating unit 52 exerts its effect when the influence of friction in the stationary state is high, that is, when the command position Xref changes in a stepped manner, and automatically outputs (when the positioning target 10 starts to move). It has a function of reducing the second pulse width Tw2) and eliminating the influence of frictional force compensation in the vicinity of the command position Xref.

なお、位置決め対象10が静止状態のときに、摩擦相当圧Pfrcに相当する差圧Pを発生させるように油圧ポンプ21の駆動時間を決定することによっても、位置決め対象10の静止から移動開始までの無駄時間を短縮することができる。しかしこの方法は、静止状態の油圧シリンダの差圧がゼロの場合は成り立つが差圧がゼロではなく正または負に偏っていた場合問題となる。例えば差圧Pが正に偏っていた場合、摩擦相当圧Pfrcと差圧Pとの差が小さくなり、Tfrcのパルス幅では作動油の量が多過ぎて差圧Pが摩擦相当圧Pfrcを超えて動いてしまう。Tfrcのパルス幅は第1パルス幅Tw1の範囲より大きい為、場合によっては指令位置Xrefを飛び越えて、指令位置Xrefに位置決めが出来なくなる可能性がある。逆に差圧Pが負に偏っていた場合は作動油の量が足りず、差圧Pが摩擦相当圧Pfrcに到達できず、2パルス目以降で昇圧させることになり無駄時間の発生を招く結果になる。このように油圧シリンダ11の圧力状態と摩擦相当圧Pfrcの差に応じた適正なパルス幅の出力は重要である。 By determining the drive time of the hydraulic pump 21 so as to generate the differential pressure P corresponding to the friction equivalent pressure Pfrc when the positioning target 10 is in a stationary state, the positioning target 10 is from stationary to the start of movement. Wasted time can be reduced. However, this method is valid when the differential pressure of the stationary hydraulic cylinder is zero, but becomes a problem when the differential pressure is not zero and is biased to positive or negative. For example, when the differential pressure P is positively biased, the difference between the friction equivalent pressure Pfrc and the differential pressure P becomes small, and the amount of hydraulic oil is too large at the pulse width of Tfrc, and the differential pressure P exceeds the friction equivalent pressure Pfrc. Will move. Since the pulse width of Tfrc is larger than the range of the first pulse width Tw1, there is a possibility that the command position Xref may be jumped over and positioning at the command position Xref may not be possible in some cases. On the contrary, when the differential pressure P is negatively biased, the amount of hydraulic oil is insufficient, the differential pressure P cannot reach the friction equivalent pressure Pfrc, and the pressure is increased after the second pulse, resulting in wasted time. The result is. As described above, it is important to output an appropriate pulse width according to the difference between the pressure state of the hydraulic cylinder 11 and the friction equivalent pressure Pfrc.

位置決め対象10が静止状態のときに、摩擦相当圧Pfrcに相当する差圧Pを発生させる方法では、位置決め対象10の移動中は、摩擦相当圧Pfrcを考慮せず、位置偏差eに基づいて、油圧ポンプ21の駆動時間を決定することになる。このため、位置決め対象10に作用する摩擦力が、静止摩擦力なのか、極微小な速度で移動しているときの動摩擦力なのかを正確に判別する必要がある。ところが、この2つの状態を正確に判別することは困難である。両者の判別を間違うと、制御が不安定になってしまう。 In the method of generating the differential pressure P corresponding to the friction equivalent pressure Pfrc when the positioning target 10 is in a stationary state, the friction equivalent pressure Pfrc is not considered during the movement of the positioning target 10 and is based on the position deviation e. The drive time of the hydraulic pump 21 will be determined. Therefore, it is necessary to accurately determine whether the frictional force acting on the positioning target 10 is a static frictional force or a dynamic frictional force when moving at a very small speed. However, it is difficult to accurately distinguish between these two states. If you make a mistake in distinguishing between the two, control will become unstable.

本実施例では、位置決め対象10が静止状態のときと、移動中のときとで、同じ制御を行えばよい。したがって、位置決め対象10に作用する摩擦力が、静止摩擦力なのか、極微小な速度で移動しているときの動摩擦力なのかを判別する必要がない。このため、安定した制御を行うことが可能である。 In this embodiment, the same control may be performed when the positioning target 10 is stationary and when it is moving. Therefore, it is not necessary to determine whether the frictional force acting on the positioning target 10 is a static frictional force or a dynamic frictional force when moving at a very small speed. Therefore, stable control can be performed.

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、油圧シリンダ11(図1)のピストン11P、第1ロッド11A、及び第2ロッド11Bを固定し、シリンダボディ11Sを移動させているが、逆にシリンダボディ11Sを固定して、ピストン11P、第1ロッド11A、及び第2ロッド11Bを位置決め対象10とともに移動させてもよい。また、上記実施例では、油圧シリンダ11として両ロッド油圧シリンダを用いているが、その他の油圧シリンダ、例えば複動型単ロッド油圧シリンダ、単動型単ロッド油圧シリンダ等を用いてもよい。
Next, a modified example of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the piston 11P, the first rod 11A, and the second rod 11B of the hydraulic cylinder 11 (FIG. 1) are fixed and the cylinder body 11S is moved, but conversely, the cylinder body 11S is fixed. The piston 11P, the first rod 11A, and the second rod 11B may be moved together with the positioning target 10. Further, in the above embodiment, the double-rod hydraulic cylinder is used as the hydraulic cylinder 11, but other hydraulic cylinders such as a double-acting single-rod hydraulic cylinder and a single-acting single-rod hydraulic cylinder may be used.

上記実施例では、位置決め対象10を直線に沿って移動させる油圧シリンダ11を用いているが、油圧シリンダ11に代えて、その他の油圧アクチュエータを用いてもよい。例えば、油圧アクチュエータとして油圧モータを用いてもよい。この場合には、油圧モータの回転方向の位置制御を行う油圧駆動位置制御システムに、上記実施例の制御装置50を適用するとよい。 In the above embodiment, the hydraulic cylinder 11 that moves the positioning target 10 along a straight line is used, but other hydraulic actuators may be used instead of the hydraulic cylinder 11. For example, a hydraulic motor may be used as the hydraulic actuator. In this case, the control device 50 of the above embodiment may be applied to the hydraulic drive position control system that controls the position of the hydraulic motor in the rotational direction.

上記実施例では、制御装置50が操作パルスにより、式(4)の角速度ωと駆動時間Δtとをモータドライバ25に与えている。その変形例として、制御装置50がモータドライバ25に、式(4)の回転角Δθを指定する情報を与えるようにしてもよい。このとき、モータドライバ25は、与えられた回転角Δθだけ電動モータ22を回転させる。 In the above embodiment, the control device 50 gives the angular velocity ω and the drive time Δt of the equation (4) to the motor driver 25 by the operation pulse. As a modification thereof, the control device 50 may give the motor driver 25 information for designating the rotation angle Δθ of the equation (4). At this time, the motor driver 25 rotates the electric motor 22 by a given rotation angle Δθ.

上述の実施例及び変形例は例示であり、異なる実施例及び変形例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例及び変形例の同様の構成による同様の作用効果については実施例及び変形例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例及び変形例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 It goes without saying that the above-described examples and modifications are examples, and partial replacement or combination of the configurations shown in different examples and modifications is possible. Similar effects and effects due to the same configuration of the plurality of examples and modifications will not be mentioned sequentially for each of the examples and modifications. Furthermore, the present invention is not limited to the above-mentioned examples and modifications. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

10 位置決め対象
10A ガイド摺動面(凸)
11 油圧シリンダ
11A 第1ロッド
11B 第2ロッド
11P ピストン
11S シリンダボディ
12A 第1油路
12B 第2油路
13A 第1油室
13B 第2油室
14A 第1ポート
14B 第2ポート
15A、15B 圧力センサ
16 位置センサ
18 支持部材
18A ガイド摺動面(凹)
20 作動油供給系
21 油圧ポンプ
22 電動モータ
23A、23B リリーフ弁
24 シャトル弁
25 モータドライバ
26 チャージポンプ
27 電動モータ
28 リリーフ弁
30 作動油タンク
50 制御装置
51 偏差・パルス幅変換部
52 摩擦力補償部
53 パルス発生部

10 Positioning target 10A Guide sliding surface (convex)
11 Hydraulic cylinder 11A 1st rod 11B 2nd rod 11P Piston 11S Cylinder body 12A 1st oil passage 12B 2nd oil passage 13A 1st oil chamber 13B 2nd oil chamber 14A 1st port 14B 2nd port 15A, 15B Pressure sensor 16 Position sensor 18 Support member 18A Guide sliding surface (concave)
20 Hydraulic oil supply system 21 Hydraulic pump 22 Electric motor 23A, 23B Relief valve 24 Shuttle valve 25 Motor driver 26 Charge pump 27 Electric motor 28 Relief valve 30 Hydraulic oil tank 50 Control device 51 Deviation / pulse width conversion unit 52 Friction force compensation unit 53 Pulse generator

Claims (7)

位置決め対象を移動させる推力を発生する油圧アクチュエータに作動油を供給する作動油供給系を制御して前記油圧アクチュエータを駆動する制御装置であって、
制御周期ごとに前記作動油供給系から前記油圧アクチュエータに作動油を供給させ、
前記位置決め対象が静止状態から動き始めるまでの期間、1回目の制御周期における作動油の供給量を、2回目以降の制御周期における作動油の供給量より多くする油圧駆動位置制御装置。
A control device that drives a hydraulic actuator by controlling a hydraulic oil supply system that supplies hydraulic oil to a hydraulic actuator that generates thrust to move a positioning object.
The hydraulic oil is supplied from the hydraulic oil supply system to the hydraulic actuator at each control cycle.
A hydraulic drive position control device that increases the supply amount of hydraulic oil in the first control cycle to be larger than the supply amount of hydraulic oil in the second and subsequent control cycles during the period from the stationary state to the start of movement of the positioning target.
制御周期ごとに前記作動油供給系から前記油圧アクチュエータに作動油を供給する時間を調整することにより、作動油の供給量を変化させる請求項1に記載の油圧駆動位置制御装置。 The hydraulic drive position control device according to claim 1, wherein the supply amount of the hydraulic oil is changed by adjusting the time for supplying the hydraulic oil from the hydraulic oil supply system to the hydraulic actuator for each control cycle. 前記位置決め対象の位置の測定値に基づいて、前記位置決め対象が指令位置に到達するまで複数回の制御周期を実行する請求項1または2に記載の油圧駆動位置制御装置。 The hydraulic drive position control device according to claim 1 or 2, wherein a plurality of control cycles are executed until the positioning target reaches a command position based on a measured value of the position of the positioning target. 前記位置決め対象の指令位置と、前記位置決め対象の位置の測定値との偏差に応じて第1操作量を生成し、
前記油圧アクチュエータが発生している推力に応じた物理量の計測値と、予め設定されている推力を規定する物理量の設定値との差に応じて第2操作量を生成し、
前記第1操作量に前記第2操作量を加算した第3操作量に基づいて前記作動油供給系を制御する請求項3に記載の油圧駆動位置制御装置。
The first operation amount is generated according to the deviation between the command position of the positioning target and the measured value of the positioning target position.
A second manipulated variable is generated according to the difference between the measured value of the physical quantity according to the thrust generated by the hydraulic actuator and the set value of the physical quantity that defines the preset thrust.
The hydraulic drive position control device according to claim 3, wherein the hydraulic oil supply system is controlled based on the third operation amount obtained by adding the second operation amount to the first operation amount.
前記位置決め対象の指令位置が変化したとき、指令位置の直近の変化量に対する前記偏差の比に基づいて、前記第2操作量を生成する請求項4に記載の油圧駆動位置制御装置。 The hydraulic drive position control device according to claim 4, wherein when the command position of the positioning target changes, the second operation amount is generated based on the ratio of the deviation to the latest change amount of the command position. 位置決め対象を移動させる推力を発生する油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプを制御して前記油圧アクチュエータを駆動する制御装置であって、
制御周期ごとに前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに作動油を供給させ、
前記位置決め対象が静止状態から動き始めるまでの期間、前記位置決め対象の指令位置と現在位置との位置偏差に対応した第1パルス幅に、前記油圧アクチュエータの受圧面に作用している負荷圧力に基づく第2パルス幅を加算した第3パルス幅に相当する時間だけ前記油圧ポンプを駆動して前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧駆動位置制御装置。
A control device that drives a hydraulic actuator by controlling a hydraulic pump that supplies hydraulic oil to a hydraulic actuator that generates thrust to move a positioning target.
Hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump to the hydraulic actuator at each control cycle.
The period from the stationary state to the start of movement of the positioning target is based on the load pressure acting on the pressure receiving surface of the hydraulic actuator in the first pulse width corresponding to the position deviation between the command position of the positioning target and the current position. A hydraulic drive position control device that drives the hydraulic pump for a time corresponding to the third pulse width to which the second pulse width is added and supplies hydraulic oil to the hydraulic actuator.
前記位置決め対象に作用する最大静止摩擦力を負荷圧力に換算した摩擦相当圧と、前記油圧アクチュエータの受圧面に作用している負荷圧力との差に基づいて、前記第2パルス幅を決定する請求項6に記載の油圧駆動位置制御装置。
A claim for determining the second pulse width based on the difference between the friction equivalent pressure in which the maximum static friction force acting on the positioning target is converted into a load pressure and the load pressure acting on the pressure receiving surface of the hydraulic actuator. Item 6. The hydraulic drive position control device according to Item 6.
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