JP2024047362A - Cylinder Unit - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、第1可変絞り弁或いは第2可変絞り弁の絞り係数が変化しても目標推力に対する追従性能の悪化を抑制できるシリンダ装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明のシリンダ装置Aは、シリンダ2と、シリンダ2内に移動自在に挿入されてシリンダ2内を二つの作動室R1,R2に区画するピストン3と、互いに並列して作動室R1,R2同士を連通する第1流路4と第2流路5と、第1流路4に設けられた第1可変絞り弁6と、第2流路5に直列に設けられる第2可変絞り弁7およびモータ8によって駆動される双方向吐出型のポンプ9とを有する液圧シリンダ1と、第1可変絞り弁6、第2可変絞り弁7およびモータ8を制御するコントローラ11とを備え、PID制御部21と、比例ゲインを補正する比例ゲイン補正部24と、微分ゲインを補正する微分ゲイン補正部25とを備える。【選択図】図7[Problem] The present invention aims to provide a cylinder device that can suppress deterioration of the tracking performance for a target thrust even if the throttle coefficient of the first variable throttle valve or the second variable throttle valve changes. [Solution] The cylinder device A of the present invention includes a hydraulic cylinder 1 having a cylinder 2, a piston 3 that is movably inserted into the cylinder 2 and divides the inside of the cylinder 2 into two working chambers R1 and R2, a first flow path 4 and a second flow path 5 that are parallel to each other and communicate the working chambers R1 and R2, a first variable throttle valve 6 provided in the first flow path 4, a second variable throttle valve 7 provided in series in the second flow path 5, and a bidirectional discharge type pump 9 driven by a motor 8, a controller 11 that controls the first variable throttle valve 6, the second variable throttle valve 7, and the motor 8, a PID control unit 21, a proportional gain correction unit 24 that corrects the proportional gain, and a differential gain correction unit 25 that corrects the differential gain. [Selected Figure] Figure 7

Description

本発明は、シリンダ装置に関する。 The present invention relates to a cylinder device.

従来のシリンダ装置としては、たとえば、車両の車体と車軸との間に介装されるアクティブサスペンション等に適用され、具体的には、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されてシリンダ内を二つの作動室に区画するピストンと、ピストンに連結されるロッドと、並列して二つの作動室を連通する第1流路および第2流路と、第1流路に設けられた第1可変絞り弁と、第2流路に直列に設けられた第2可変絞り弁および双方向吐出型のポンプと、ポンプを駆動するモータとを有する油圧シリンダと、第1可変絞り弁、第2可変絞り弁およびモータを制御する制御装置とを備えて構成されている(たとえば、特許文献1参照)。 A conventional cylinder device is, for example, applied to an active suspension interposed between the body and axle of a vehicle, and is specifically configured to include a cylinder, a piston movably inserted into the cylinder to divide the inside of the cylinder into two working chambers, a rod connected to the piston, a first flow path and a second flow path that communicate the two working chambers in parallel, a first variable throttle valve provided in the first flow path, a second variable throttle valve and a bidirectional discharge pump provided in series in the second flow path, a hydraulic cylinder having a motor that drives the pump, and a control device that controls the first variable throttle valve, the second variable throttle valve, and the motor (for example, see Patent Document 1).

そして、従来のシリンダ装置は、アクティブサスペンションとして使用される場合、シリンダが車体と車軸の一方に連結されるとともに、ロッドが車体と車軸の他方に連結され、ポンプをモータによって駆動することによって推力を発生して、車体の振動を抑制できる。 When a conventional cylinder device is used as an active suspension, the cylinder is connected to one of the vehicle body and the axle, and the rod is connected to the other of the vehicle body and the axle. The pump is driven by a motor to generate thrust, thereby suppressing vibration of the vehicle body.

さらに、従来のシリンダ装置では、油圧シリンダが外力によって強制的に伸縮させられる場合、第2流路を流れる作動油によってポンプが回転させられるため、モータが制動領域で使用されて発電して回生電力が発生する。このようにモータが制動領域で使用される場合、モータが発生するトルクによってポンプが作動油の流れに抵抗を与える。そのため、油圧シリンダは、外力による油圧シリンダの伸縮を妨げる推力が発生する。 Furthermore, in conventional cylinder devices, when the hydraulic cylinder is forcibly extended or retracted by an external force, the hydraulic oil flowing through the second flow path rotates the pump, and the motor is used in the braking range to generate electricity and generate regenerative power. When the motor is used in the braking range in this way, the torque generated by the motor causes the pump to provide resistance to the flow of hydraulic oil. As a result, the hydraulic cylinder generates thrust that prevents the hydraulic cylinder from being extended or retracted by external forces.

特開2009-196597号公報JP 2009-196597 A

従来のシリンダ装置では、第1可変絞り弁の絞り係数と第2可変絞り弁の絞り係数の調整によって、ポンプを通過する作動油量の調整とモータが負担するトルクを調整できる。なお、絞り係数は、単位時間当たり流量を圧力で割った値であり、絞り係数を小さくすれば可変絞り弁における抵抗が大きくなることを示している。 In conventional cylinder devices, the amount of hydraulic oil passing through the pump and the torque borne by the motor can be adjusted by adjusting the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve. Note that the throttling coefficient is the flow rate per unit time divided by the pressure, and a smaller throttling coefficient indicates that the resistance in the variable throttle valve increases.

モータが制動状態にある場合、モータのトルクを縦軸に採り、モータの回転速度を横軸に採ったグラフ上で、原点を通ってモータを短絡した際のトルクと回転速度との関係を示す短絡曲線に接する直線の傾きの2分の1の傾きを持つ直線(回生効率最大直線)上に、モータが出力しているトルクとモータの回転速度との交点(モータの動作点)があると回生効率が最大となる。 When the motor is in a braking state, on a graph with motor torque on the vertical axis and motor rotation speed on the horizontal axis, the regenerative efficiency is maximized when the intersection of the torque output by the motor and the motor rotation speed (motor operating point) falls on a line (maximum regenerative efficiency line) that passes through the origin and has a slope half that of the line tangent to the short-circuit curve that shows the relationship between torque and rotation speed when the motor is short-circuited.

よって、従来のシリンダ装置では、モータが制動状態にある場合、モータが出力しているトルクとモータの回転速度との交点が回生効率最大直線上に配置されるように、第1可変絞り弁における絞り係数と第2可変絞り弁における絞り係数とを調整している。 Therefore, in conventional cylinder devices, when the motor is in a braking state, the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve are adjusted so that the intersection of the torque output by the motor and the rotational speed of the motor is located on the line that maximizes regenerative efficiency.

このように従来のシリンダ装置では、モータが制動状態にある場合にモータの回生効率を最大とすることを狙ってモータの動作点を回生効率最大直線上に配置するように第1可変絞り弁と第2可変絞り弁との絞り係数を制御するが、第1可変絞り弁と第2可変絞り弁との絞り係数を変化させると、シリンダ装置の特性が変化するためにシリンダ装置の目標推力に対するシリンダ装置の実推力の追従性能が悪化してしまう。 In this way, in conventional cylinder devices, the throttling coefficients of the first and second variable throttle valves are controlled to position the motor's operating point on the line of maximum regenerative efficiency when the motor is in a braking state, aiming to maximize the regenerative efficiency of the motor. However, changing the throttling coefficients of the first and second variable throttle valves changes the characteristics of the cylinder device, resulting in a deterioration in the ability of the cylinder device's actual thrust to track the target thrust of the cylinder device.

そこで、本発明は、第1可変絞り弁或いは第2可変絞り弁の絞り係数が変化しても目標推力に対する追従性能の悪化を抑制できるシリンダ装置の提供を目的とする。 The present invention aims to provide a cylinder device that can suppress deterioration of the tracking performance for the target thrust even if the throttling coefficient of the first variable throttle valve or the second variable throttle valve changes.

上記目的を達成するために、本発明の課題解決手段におけるシリンダ装置は、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されてシリンダ内を二つの作動室に区画するピストンと、互いに並列して作動室同士を連通する第1流路と第2流路と、第1流路に設けられた第1可変絞り弁と、第2流路に直列に設けられる第2可変絞り弁およびモータによって駆動される双方向吐出型のポンプとを有する液圧シリンダと、第1可変絞り弁、第2可変絞り弁およびモータを制御するコントローラとを備え、コントローラは、液圧シリンダの目標推力をPID補償してモータへ与える電流指令を生成するPID制御部と、PID制御部の比例ゲインを補正する比例ゲイン補正部と、PID制御部の微分ゲインを補正する微分ゲイン補正部とを有し、比例ゲイン補正部と微分ゲイン補正部は、第1可変絞り弁の絞り係数と第2可変絞り弁の絞り係数とに基づいてそれぞれ比例ゲインと微分ゲインを補正する。 In order to achieve the above object, the cylinder device in the problem-solving means of the present invention includes a hydraulic cylinder having a cylinder, a piston movably inserted into the cylinder to divide the inside of the cylinder into two working chambers, a first flow path and a second flow path that are parallel to each other and communicate the working chambers, a first variable throttle valve provided in the first flow path, a second variable throttle valve provided in series in the second flow path, and a bidirectional discharge pump driven by a motor, and a controller that controls the first variable throttle valve, the second variable throttle valve, and the motor, and the controller has a PID control unit that performs PID compensation on the target thrust of the hydraulic cylinder to generate a current command to be applied to the motor, a proportional gain correction unit that corrects the proportional gain of the PID control unit, and a differential gain correction unit that corrects the differential gain of the PID control unit, and the proportional gain correction unit and the differential gain correction unit correct the proportional gain and the differential gain based on the throttle coefficient of the first variable throttle valve and the throttle coefficient of the second variable throttle valve, respectively.

このように構成されたシリンダ装置よれば、第1可変絞り弁の絞り係数および第2可変絞り弁の絞り係数が変化しても、PID制御部で使用する比例ゲインと微分ゲインとがその時の第1可変絞り弁の絞り係数および第2可変絞り弁の絞り係数に最適化される。 With a cylinder device configured in this manner, even if the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve change, the proportional gain and differential gain used in the PID control unit are optimized to the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve at that time.

また、シリンダ装置におけるコントローラは、PID制御部の積分ゲインを液圧シリンダ内の液体の体積弾性係数に基づいて補正する積分ゲイン補正部を備えてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、液体の体積弾性係数が変化してシリンダ装置の特性が変化しても、目標推力に対する液圧シリンダの実推力の追従性の悪化を抑制できる。 The controller in the cylinder device may also include an integral gain correction unit that corrects the integral gain of the PID control unit based on the bulk modulus of the liquid in the hydraulic cylinder. With a cylinder device configured in this way, even if the bulk modulus of the liquid changes and the characteristics of the cylinder device change, it is possible to suppress deterioration in the ability of the actual thrust of the hydraulic cylinder to follow the target thrust.

さらに、シリンダ装置におけるコントローラは、比例ゲイン補正部が補正した比例ゲインの変化を緩和する比例ゲイン処理部と、微分ゲイン補正部が補正した微分ゲインの変化を緩和する微分ゲイン処理部とを有し、PID制御部は、比例ゲイン処理部で処理した比例ゲインと、微分ゲイン処理部で処理した微分ゲインとを用いて電流指令を生成してもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、第1可変絞り弁の絞り係数と第2可変絞り弁の絞り係数とが変化して比例ゲインと微分ゲインとが補正されても、PID制御部で使用する比例ゲインの値と微分ゲインの値とが急変するのが緩和されて、PID制御部が出力する電流指令の急変も緩和されるので、液圧シリンダの推力の急変も緩和できる。 Furthermore, the controller in the cylinder device may have a proportional gain processing section that mitigates the change in the proportional gain corrected by the proportional gain correction section, and a differential gain processing section that mitigates the change in the differential gain corrected by the differential gain correction section, and the PID control section may generate a current command using the proportional gain processed by the proportional gain processing section and the differential gain processed by the differential gain processing section. According to the cylinder device configured in this manner, even if the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve change and the proportional gain and the differential gain are corrected, the sudden change in the proportional gain value and the differential gain value used in the PID control section is mitigated, and the sudden change in the current command output by the PID control section is also mitigated, so that the sudden change in the thrust of the hydraulic cylinder can also be mitigated.

さらに、シリンダ装置におけるコントローラは、目標推力の入力を受けてフィードフォワード制御によってPID制御部が求める電流指令に加算する加算電流指令を求めるフィードフォワード制御部を備え、PID制御部が求めた電流指令とフィードフォワード制御部が求めた加算電流指令とを加算してモータに供給するべき目標電流を指示する最終電流指令を生成してもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、液圧シリンダの実推力をフィードバックしないフィードフォワード制御部が推力指令に対して液圧シリンダの応答遅れを考慮していち早く液圧シリンダの推力が推力指令に追従するような加算電流指令を求め、PID制御部の電流指令に加算電流指令を加算して最終電流指令を生成するので、目標推力に対する液圧シリンダの追従性に影響を与えずに目標推力に対する応答性を向上させ得る。 Furthermore, the controller in the cylinder device may include a feedforward control unit that receives the input of the target thrust and determines an additional current command to be added to the current command determined by the PID control unit through feedforward control, and may generate a final current command that indicates the target current to be supplied to the motor by adding the current command determined by the PID control unit and the additional current command determined by the feedforward control unit. With a cylinder device configured in this way, the feedforward control unit, which does not feed back the actual thrust of the hydraulic cylinder, determines an additional current command that allows the thrust of the hydraulic cylinder to quickly follow the thrust command, taking into account the response delay of the hydraulic cylinder to the thrust command, and adds the additional current command to the current command of the PID control unit to generate the final current command, thereby improving the responsiveness to the target thrust without affecting the ability of the hydraulic cylinder to follow the target thrust.

以上より、本発明のシリンダ装置によれば、第1可変絞り弁或いは第2可変絞り弁の絞り係数が変化しても目標推力に対する追従性能の悪化を抑制できる。 As described above, the cylinder device of the present invention can suppress deterioration of the tracking performance for the target thrust even if the throttling coefficient of the first variable throttle valve or the second variable throttle valve changes.

図1は、一実施の形態におけるシリンダ装置の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a cylinder device according to one embodiment. 図2は、一実施の形態におけるシリンダ装置の流量と差圧の関係を示したモデル図である。FIG. 2 is a model diagram showing the relationship between the flow rate and the differential pressure of the cylinder device in one embodiment. 図3は、モータの回転速度をポンプの通過流量に対応させるとともに、モータのトルクを液体がポンプを通過する際の差圧(圧力損失)に対応させたグラフである。FIG. 3 is a graph showing the rotational speed of the motor as a function of the flow rate through the pump, and the torque of the motor as a function of the pressure difference (pressure loss) as the liquid passes through the pump. 図4は、モータの回転速度と出力可能なトルクの範囲を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the range of the motor rotation speed and the torque that can be output. 図5は、コントローラの構成を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the controller. 図6は、絞り弁制御部の構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the throttle valve control section. 図7は、推力制御部の構成を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the thrust control unit.

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態におけるシリンダ装置Aは、図1に示すように、液圧シリンダ1と、コントローラ11とを備えて構成されている。 The present invention will be described below based on the embodiment shown in the figures. As shown in FIG. 1, the cylinder device A in one embodiment is configured with a hydraulic cylinder 1 and a controller 11.

以下、シリンダ装置Aの各部について詳細に説明する。液圧シリンダ1は、図1に示すように、シリンダ2と、シリンダ2内に移動自在に挿入されてシリンダ2内を二つの作動室R1,R2に区画するピストン3と、互いに並列して作動室R1,R2同士を連通する第1流路4と第2流路5と、第1流路4の途中に設けられた第1可変絞り弁6と、第2流路5の途中に直列に設けられる第2可変絞り弁7およびモータ8によって駆動される双方向吐出型のポンプ9とを備えて構成され、シリンダ2内には液体が充填され密閉されている。また、ピストン3はシリンダ2内に移動自在に挿通されるロッド10に連結されており、この液圧シリンダ1の場合、シリンダ2の両端からロッド10が突出する、いわゆる、両ロッド型のシリンダ装置とされている。 Each part of the cylinder device A will be described in detail below. As shown in FIG. 1, the hydraulic cylinder 1 is configured with a cylinder 2, a piston 3 movably inserted into the cylinder 2 to divide the cylinder 2 into two working chambers R1 and R2, a first flow path 4 and a second flow path 5 that are parallel to each other and communicate the working chambers R1 and R2, a first variable throttle valve 6 provided in the first flow path 4, a second variable throttle valve 7 provided in series in the second flow path 5, and a bidirectional discharge pump 9 driven by a motor 8, and the cylinder 2 is filled with liquid and sealed. The piston 3 is connected to a rod 10 that is movably inserted into the cylinder 2, and in the case of this hydraulic cylinder 1, the rod 10 protrudes from both ends of the cylinder 2, making it a so-called double-rod type cylinder device.

そして、液圧シリンダ1を車両に適用する場合、シリンダ2を車両のばね上部材およびばね下部材のうち一方に連結し、ロッド10をばね上部材およびばね下部材のうち他方に連結して、ばね上部材とばね下部材との間に介装すればよい。液圧シリンダ1は、車両に適用されて使用される場合、発揮する推力によってばね上部材である車両の車体とばね下部材である車両の車輪の振動を抑制する。
なお、本書では、ロッド10がピストン3とともにシリンダ2に対して図1中上方へ移動する場合に液圧シリンダ1が伸長作動すると言い、反対に、ロッド10がピストン3とともにシリンダ2に対して図1中下方へ移動する場合に液圧シリンダ1が収縮作動すると言う。なお、液圧シリンダ1は、図示したところでは、両ロッド型に設定されているが、片ロッド型に設定されてもよい。
When the hydraulic cylinder 1 is applied to a vehicle, the cylinder 2 is connected to one of the sprung and unsprung members of the vehicle, and the rod 10 is connected to the other of the sprung and unsprung members, and is interposed between the sprung and unsprung members. When the hydraulic cylinder 1 is applied to a vehicle and used, the thrust it exerts suppresses vibrations of the vehicle body, which is the sprung member, and the vehicle wheels, which are the unsprung members.
In this specification, the hydraulic cylinder 1 is said to extend when the rod 10 moves upward in Fig. 1 relative to the cylinder 2 together with the piston 3, and conversely, the hydraulic cylinder 1 is said to contract when the rod 10 moves downward in Fig. 1 relative to the cylinder 2 together with the piston 3. Note that although the hydraulic cylinder 1 is configured as a double rod type in the illustrated example, it may be configured as a single rod type.

シリンダ2内は、前述したようにピストン3によって図1中上方の伸側の作動室R1と図1中下方の圧側の作動室R2とに区画されており、各作動室R1,R2内には作動油等の液体が充填されている。液体は、作動油の他にも水や水溶液といった他の液体であってもよい。なお、液圧シリンダ1は、前述したように両ロッド型の液圧シリンダとされており、シリンダ2に対してロッド10がピストン3とともに図1中上下方向に移動してもシリンダ2内でロッド10が押し退ける容積が変化しないため、ロッド10がシリンダ2内に出入りする体積の補償をするリザーバを備えていないが、液体の温度変化による体積変化を補償するためにシリンダ2内に連通されるアキュムレータを備えていてもよい。 As described above, the cylinder 2 is divided by the piston 3 into an extension side working chamber R1 at the top in FIG. 1 and a compression side working chamber R2 at the bottom in FIG. 1, and each of the working chambers R1 and R2 is filled with a liquid such as hydraulic oil. The liquid may be other liquids such as water or an aqueous solution in addition to hydraulic oil. As described above, the hydraulic cylinder 1 is a double-rod type hydraulic cylinder, and even if the rod 10 moves up and down relative to the cylinder 2 together with the piston 3 in FIG. 1, the volume displaced by the rod 10 in the cylinder 2 does not change. Therefore, the hydraulic cylinder 1 does not have a reservoir to compensate for the volume of the rod 10 moving in and out of the cylinder 2, but may have an accumulator connected to the inside of the cylinder 2 to compensate for the volume change due to the temperature change of the liquid.

ポンプ9は、双方向吐出型に設定され、たとえば、ベーンポンプ、ギアポンプやアキシャルポンプ等、図示しない回転軸を備えて当該回転軸の回転によって流体を吸込んで吐出することができるとともに、逆に流体の流れによって回転軸を強制的に駆動することができるものであればよい。さらに、ポンプ9の回転軸は、モータ8に接続されており、モータ8は、通電によって駆動することができるとともに、ポンプ9側からの入力によって強制的に回転駆動させられると発電してポンプ9の回転を抑制するトルクを発生するモータであればよく、直流、交流を問わず、種々の形式のモータ、たとえば、ブラシレスモータ、誘導モータ、同期モータ等を採用することができる。 The pump 9 is set to a bidirectional discharge type, and may be, for example, a vane pump, gear pump, axial pump, or the like, equipped with a rotating shaft (not shown) that can suck in and discharge fluid by rotating the rotating shaft, and conversely, can forcibly drive the rotating shaft by the flow of fluid. Furthermore, the rotating shaft of the pump 9 is connected to the motor 8, which can be driven by electricity and can generate torque to suppress the rotation of the pump 9 when forcibly rotated by input from the pump 9 side. Various types of motors, whether DC or AC, such as brushless motors, induction motors, synchronous motors, etc., can be used.

液圧シリンダ1は、モータ8によってポンプ9を回転駆動して液体を伸側の作動室R1から圧側の作動室R2へ、あるいは、圧側の作動室R2から伸側の作動室R1へ第2流路5を介して送り込むことで、自発的に伸縮できるとともに、望む方向へ推力を発生することができる。また、液圧シリンダ1は、液圧シリンダ1が外部入力によって強制的に伸縮させられる場合、伸側の作動室R1から圧側の作動室R2へ、あるいは、圧側の作動室R2から伸側の作動室R1へ、第2流路5を介して移動する液体の流れにモータ8のトルクが伝達されるポンプ9で抵抗を与えて伸縮を妨げる方向に推力を発生することができる。 The hydraulic cylinder 1 can expand and contract spontaneously and generate thrust in a desired direction by driving the pump 9 with the motor 8 to rotate and send liquid from the extension side working chamber R1 to the compression side working chamber R2, or from the compression side working chamber R2 to the extension side working chamber R1 through the second flow path 5. In addition, when the hydraulic cylinder 1 is forcibly expanded or contracted by an external input, the pump 9, to which the torque of the motor 8 is transmitted, applies resistance to the flow of liquid moving through the second flow path 5 from the extension side working chamber R1 to the compression side working chamber R2, or from the compression side working chamber R2 to the extension side working chamber R1, generating thrust in a direction that prevents expansion or contraction.

さらに、液圧シリンダ1が強制的に伸縮させられる場合、第2流路5を行き来する液体の流れによってポンプ9を介してモータ8が強制的に駆動されるため、モータ8によって液体の運動エネルギが電気エネルギに変換されて電力回生できる。なお、モータ8によって回生した電力は、外部機器へ送電してもよいし、蓄電器に蓄電するようにしてもよい。 When the hydraulic cylinder 1 is forcibly extended or retracted, the motor 8 is forcibly driven via the pump 9 by the flow of liquid going back and forth through the second flow path 5, so that the kinetic energy of the liquid is converted into electrical energy by the motor 8, enabling power regeneration. The power regenerated by the motor 8 may be sent to an external device or stored in a storage battery.

転じて、第1可変絞り弁6は、ポンプ9を迂回して作動室R1,R2同士を連通する第1流路4に設けられており、第2可変絞り弁7は、ポンプ9とともに第2流路5に設けられている。よって、第1可変絞り弁6は、第2可変絞り弁7およびポンプ9に対して並列に配置されている。これら第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7は、開度や弁通路長を変更することで、圧力損失に対する通過流量の比である絞り係数を変更することができるようになっており、具体的にはたとえば、可変チョークや可変オリフィスといった種々の弁を使用することができ、また、図示しない弁体をソレノイドやモータ等の駆動源で駆動することによって絞り係数を変更できるようになっている。これら第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7における絞り係数を変更する駆動源はコントローラ11によって制御される。 In other words, the first variable throttle valve 6 is provided in the first flow path 4 that bypasses the pump 9 and communicates between the working chambers R1 and R2, and the second variable throttle valve 7 is provided in the second flow path 5 together with the pump 9. Therefore, the first variable throttle valve 6 is arranged in parallel with the second variable throttle valve 7 and the pump 9. The first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 are capable of changing the throttle coefficient, which is the ratio of the passing flow rate to the pressure loss, by changing the opening degree and the valve passage length. Specifically, for example, various valves such as a variable choke and a variable orifice can be used, and the throttle coefficient can be changed by driving the valve body (not shown) with a drive source such as a solenoid or a motor. The drive source that changes the throttle coefficient in the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 is controlled by the controller 11.

なお、ポンプ9と第2可変絞り弁7の配置関係であるが、ポンプ9は作動室R1と作動室R2のいずれに側に配置してもよい。また、シリンダ2内に充填される流体は、たとえば、油、水、水溶液、気体等、どのような流体を使用しても良い。 Regarding the relative positioning of the pump 9 and the second variable throttle valve 7, the pump 9 may be disposed on either the working chamber R1 or the working chamber R2 side. In addition, the fluid filled in the cylinder 2 may be any fluid, such as oil, water, an aqueous solution, or gas.

さて、このように構成された液圧シリンダ1は、モータ8にコントローラ11側から電力供給してポンプ9を駆動させる場合には、自ら伸縮するアクチュエータとして機能することができるが、反対に、外力を受けて液圧シリンダ1が伸縮させられる場合、モータ8のトルクでポンプ9の回転を抑制する、すなわち、モータ8を制動領域で使用してモータ8にポンプ9の回転方向とは逆のトルクを発生させるようにし、モータ8、第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7とで協働して減衰力を発生できる。そして、モータ8を制動領域で使用する際、これら第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7の絞り係数を調節することによってモータ8の回転速度とトルクをコントロールすることが可能である。 Now, the hydraulic cylinder 1 configured in this way can function as an actuator that expands and contracts by itself when power is supplied from the controller 11 to the motor 8 to drive the pump 9, but conversely, when the hydraulic cylinder 1 is expanded or contracted by an external force, the torque of the motor 8 suppresses the rotation of the pump 9; that is, the motor 8 is used in the braking region to generate a torque in the opposite direction to the rotation direction of the pump 9, and the motor 8, the first variable throttle valve 6, and the second variable throttle valve 7 work together to generate a damping force. When the motor 8 is used in the braking region, the rotation speed and torque of the motor 8 can be controlled by adjusting the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7.

なお、モータ8に電流を与えてポンプ9を駆動する、つまり、モータ8を力行領域で使用して、液圧シリンダ1をアクチュエータとして機能させる場合、第1可変絞り弁6を全閉として第1流路4を介しての作動室R1,R2同士が連通されないようにしつつ、第2可変絞り弁7を全開として第2可変絞り弁7によって液体の流れに無用な抵抗を与えてエネルギ損失を生じないようにする。 When the motor 8 is supplied with current to drive the pump 9, that is, when the motor 8 is used in the powering region to cause the hydraulic cylinder 1 to function as an actuator, the first variable throttle valve 6 is fully closed to prevent communication between the working chambers R1 and R2 via the first flow path 4, while the second variable throttle valve 7 is fully opened to prevent unnecessary resistance to the flow of liquid caused by the second variable throttle valve 7, resulting in energy loss.

ここで、液圧シリンダ1が外力で伸縮させられる場合におけるモータ8の負荷(回転速度とトルク)のコントロールについて、図2に示すモデル図を使用して説明する。なお、ポンプ9は、モータ8から伝達されるトルクによって液体の流れに抵抗を与え、液体通過時に圧力損失を生じさせることから、可変絞り弁と同等に取り扱うことができるため、図2中では、モータ8およびポンプ9を一つの可変絞り弁Mとして記載している。 Here, we will use the model diagram shown in Figure 2 to explain how to control the load (rotational speed and torque) of the motor 8 when the hydraulic cylinder 1 is extended or retracted by an external force. Note that the pump 9 provides resistance to the flow of liquid by the torque transmitted from the motor 8, causing pressure loss when the liquid passes through, so it can be treated as equivalent to a variable throttle valve. Therefore, in Figure 2, the motor 8 and pump 9 are shown as one variable throttle valve M.

そして、液圧シリンダ1の伸縮時における一方の作動室R1と他方の作動室R2との差圧をΔPとし、一方の作動室R1から流出する流体の単位時間当たりの流量(以下、単に流量という)をQとし、第1可変絞り弁6を通過する流体の流量q1を第1可変絞り弁6で生じる差圧(圧力損失)ΔPで除した比である絞り係数をC1とし、第2可変絞り弁7を通過する流体の流量q2を第2可変絞り弁7で生じる差圧(圧力損失)Δp2で除した比である絞り係数をC2とし、モータ8とポンプ9でなる可変絞り弁Mを通過する流体の流量q2を可変絞り弁Mで生じる差圧(圧力損失)Δpmで除した比である絞り係数をC3とすると、下記(1)式が得られる。 Then, let ΔP be the pressure difference between one working chamber R1 and the other working chamber R2 when the hydraulic cylinder 1 is expanding or contracting, Q be the flow rate per unit time of the fluid flowing out of one working chamber R1 (hereinafter simply referred to as flow rate), C1 be the throttling coefficient which is the ratio of the flow rate q1 of the fluid passing through the first variable throttle valve 6 divided by the differential pressure (pressure loss) ΔP generated at the first variable throttle valve 6, C2 be the throttling coefficient which is the ratio of the flow rate q2 of the fluid passing through the second variable throttle valve 7 divided by the differential pressure (pressure loss) Δp2 generated at the second variable throttle valve 7, and C3 be the throttling coefficient which is the ratio of the flow rate q2 of the fluid passing through the variable throttle valve M consisting of the motor 8 and the pump 9 divided by the differential pressure (pressure loss) Δpm generated at the variable throttle valve M. Then, the following formula (1) is obtained.

Figure 2024047362000002
Figure 2024047362000002

ここで、C=C2×C3/(C2+C3)とおくと、(1)式は下記(2)式と書くことができる。 Here, if we set C = C2 x C3/(C2 + C3), equation (1) can be written as equation (2) below.

Figure 2024047362000003
Figure 2024047362000003

さらに、全体の流量Q=q1+q2が成り立ち、第1可変絞り弁6で生じる差圧ΔPは、第2可変絞り弁7とモータ8とポンプ9でなる可変絞り弁Mの全体で生じる差圧に等しいので、以下の(3)式が成立する。 Furthermore, since the total flow rate Q = q1 + q2 holds, and the pressure difference ΔP generated at the first variable throttle valve 6 is equal to the pressure difference generated across the entire variable throttle valve M consisting of the second variable throttle valve 7, motor 8, and pump 9, the following equation (3) holds.

Figure 2024047362000004
Figure 2024047362000004

(3)式を(2)式に代入してまとめると、以下の(4)式を得る。 Substituting equation (3) into equation (2) and summarizing, we get the following equation (4).

Figure 2024047362000005
Figure 2024047362000005

そして、上記(4)式から理解できるように、流量Qおよび差圧ΔPを変化させない場合、絞り係数C1を変更することで、流量q2を変更することができる。 And, as can be seen from the above equation (4), if the flow rate Q and the differential pressure ΔP are not changed, the flow rate q2 can be changed by changing the restriction coefficient C1.

つまり、絞り係数C1を変更することによってポンプ9を迂回する第1可変絞り弁6における流量q1を調整することで、可変絞り弁Mを通過する流量q2を変更することができ、たとえば、第1可変絞り弁6を全閉状態から全開状態に移行する場合、流量q2を増減させて、モータ8の回転速度を増減させることができる。 In other words, by adjusting the flow rate q1 in the first variable throttle valve 6 that bypasses the pump 9 by changing the throttle coefficient C1, the flow rate q2 passing through the variable throttle valve M can be changed. For example, when the first variable throttle valve 6 is shifted from a fully closed state to a fully open state, the flow rate q2 can be increased or decreased to increase or decrease the rotation speed of the motor 8.

また、第2可変絞り弁7と可変絞り弁Mにおける流量はq2であり、全体の差圧はΔPであり、可変絞り弁Mにおける差圧(圧力損失)はΔpmであり、第2可変絞り弁7と可変絞り弁Mの合成絞り係数Cは、上述のようにC=C2×C3/(C2+C3)となるため、第2可変絞り弁7と可変絞り弁Mにのみ着目して整理すると、下記(5)式を得る。 Furthermore, the flow rate at the second variable throttle valve 7 and the variable throttle valve M is q2, the overall differential pressure is ΔP, the differential pressure (pressure loss) at the variable throttle valve M is Δpm, and the composite throttle coefficient C of the second variable throttle valve 7 and the variable throttle valve M is C = C2 x C3 / (C2 + C3) as described above, so by focusing only on the second variable throttle valve 7 and the variable throttle valve M, the following equation (5) is obtained.

Figure 2024047362000006
Figure 2024047362000006

そして、上記(5)式から理解できるように、流量q2および差圧ΔPを変化させない場合、絞り係数C2を変更することで、可変絞り弁Mにおける差圧Δpmを変更することができる。 And, as can be seen from the above equation (5), if the flow rate q2 and the differential pressure ΔP are not changed, the differential pressure Δpm in the variable throttle valve M can be changed by changing the throttling coefficient C2.

つまり、絞り係数C2を変更することによってポンプ9を流体が通過する際に生じる差圧Δpmを変更することができ、たとえば、第2可変絞り弁7を全閉状態から全開状態に移行する場合、差圧Δpmを増減させて、モータ8で負担すべきトルクを増減させることができる。 In other words, by changing the throttling coefficient C2, it is possible to change the differential pressure Δpm that occurs when the fluid passes through the pump 9. For example, when the second variable throttling valve 7 is shifted from a fully closed state to a fully open state, the differential pressure Δpm can be increased or decreased to increase or decrease the torque that must be borne by the motor 8.

以上のことを、流量Qおよび差圧ΔPを一定にした状態において、モータ8の回転速度をポンプ9の通過流量に対応させるとともに、モータ8のトルクを流体がポンプ9を通過する際の差圧(圧力損失)に対応させた図3に示すグラフを参照して説明すると、第2可変絞り弁7の絞り係数C2を変更することでモータ8の負担すべきトルク(負担トルク)を縦軸に沿って調節でき、第1可変絞り弁6の絞り係数C1を変更することでモータ8の回転速度を横軸に沿って調節することができるということになる。モータ8の負担トルクは、モータ8とポンプ9との間で作用するトルクであり、シリンダ装置Aが所望の推力を出力するためにモータ8からポンプ9に加える必要があるトルクと看做すことができる。なお、本書では、液圧シリンダ1が自発的に伸縮している場合であっても負担トルクという名称を用いる。 The above will be explained with reference to the graph shown in FIG. 3, in which the rotation speed of the motor 8 corresponds to the flow rate of the pump 9 and the torque of the motor 8 corresponds to the differential pressure (pressure loss) when the fluid passes through the pump 9, with the flow rate Q and the differential pressure ΔP kept constant. By changing the throttling coefficient C2 of the second variable throttle valve 7, the torque to be borne by the motor 8 (burden torque) can be adjusted along the vertical axis, and by changing the throttling coefficient C1 of the first variable throttle valve 6, the rotation speed of the motor 8 can be adjusted along the horizontal axis. The burden torque of the motor 8 is the torque acting between the motor 8 and the pump 9, and can be regarded as the torque that needs to be applied from the motor 8 to the pump 9 in order for the cylinder device A to output the desired thrust. In this document, the term "burden torque" is used even when the hydraulic cylinder 1 is expanding and contracting spontaneously.

詳しくは、図3中の点aは、第2可変絞り弁7を全開にして絞り係数C2を最大にし、第1可変絞り弁6を全閉にして絞り係数C1を最小にした状態におけるモータ8の回転速度と負担トルクとの関係を示し、点bは、第2可変絞り弁7を全開にして絞り係数C2を最大にし、第1可変絞り弁6を全開にして絞り係数C1を最大にした状態におけるモータ8の回転速度と負担トルクとの関係を示し、点cは、第2可変絞り弁7を全閉にして絞り係数C2を最小にし、第1可変絞り弁6を全閉にして絞り係数C1を最小にした状態におけるモータ8の回転速度と負担トルクとの関係を示し、点dは、第2可変絞り弁7を全閉にして絞り係数C2を最小にし、第1可変絞り弁6を全開にして絞り係数C1を最大にした状態におけるモータ8の回転速度と負担トルクとの関係を示している。すなわち、第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7における絞り係数C1,C2を変更することで点a,b,c,dで囲まれる範囲でモータ8の回転速度と負担トルクを調節することができる。 In detail, point a in FIG. 3 shows the relationship between the rotation speed and the load torque of the motor 8 when the second variable throttle valve 7 is fully open to maximize the throttle coefficient C2 and the first variable throttle valve 6 is fully closed to minimize the throttle coefficient C1; point b shows the relationship between the rotation speed and the load torque of the motor 8 when the second variable throttle valve 7 is fully open to maximize the throttle coefficient C2 and the first variable throttle valve 6 is fully open to maximize the throttle coefficient C1; point c shows the relationship between the rotation speed and the load torque of the motor 8 when the second variable throttle valve 7 is fully closed to minimize the throttle coefficient C2 and the first variable throttle valve 6 is fully closed to minimize the throttle coefficient C1; and point d shows the relationship between the rotation speed and the load torque of the motor 8 when the second variable throttle valve 7 is fully closed to minimize the throttle coefficient C2 and the first variable throttle valve 6 is fully open to maximize the throttle coefficient C1. That is, by changing the throttle coefficients C1 and C2 of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, the rotation speed and load torque of the motor 8 can be adjusted within the range surrounded by points a, b, c, and d.

具体的には、モータ8の回転速度と負担トルクの交点(モータの動作点)が点aにあるときに、第1可変絞り弁6における絞り係数C1を大きくしていくと、点b側へシフトさせることができ、第2可変絞り弁7における絞り係数C2を小さくしていくと、点c側へシフトさせることができ、第1可変絞り弁6における絞り係数C1を大きくし第2可変絞り弁7における絞り係数C2を小さくしていくと点d側へシフトさせることができるのである。つまり、第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7の絞り係数を制御することで、モータ8の回転速度と負担トルクをコントロールすることができるのである。 Specifically, when the intersection of the rotation speed and the load torque of the motor 8 (the operating point of the motor) is at point a, increasing the throttling coefficient C1 of the first variable throttle valve 6 can shift it toward point b, decreasing the throttling coefficient C2 of the second variable throttle valve 7 can shift it toward point c, and increasing the throttling coefficient C1 of the first variable throttle valve 6 and decreasing the throttling coefficient C2 of the second variable throttle valve 7 can shift it toward point d. In other words, by controlling the throttling coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, it is possible to control the rotation speed and the load torque of the motor 8.

なお、図3の説明において流量Qおよび差圧ΔPを一定にした状態を仮定しているため、モータ8の負担トルクが0であるのに回転している状態や回転速度が0であるのに負担トルクがある状態は生じないので、点bと点dを結ぶ線および点dと点cを結ぶ線は、モータ8の動作点が採りえる範囲の境界を示しており、モータ8の動作点は、上記線上の値を採ることは無い。 In the explanation of Figure 3, we assume that the flow rate Q and the differential pressure ΔP are constant, so there is no state in which the motor 8 is rotating despite its burden torque being 0, or in which there is a burden torque even though the rotation speed is 0. Therefore, the line connecting points b and d and the line connecting points d and c indicate the boundaries of the range in which the operating point of motor 8 can be, and the operating point of motor 8 will never be a value on these lines.

ところで、モータ8の任意の回転速度に対して出力することが可能な負担トルク範囲は、図4に示すように、負担トルクを縦軸に採り回転速度を横軸に採った回転速度トルク座標系のグラフにおいて、第1象限および第2象限中で横軸に平行な直線とこの直線の両端に連なる曲線とでなる出力限界線z1と、第3象限および第4象限中で横軸に平行な直線とこの直線の両端に連なる曲線とでなる出力限界線z2とで囲まれたハッチングで示した領域となる。なお、出力限界線中の直線は、モータ8の負担トルクの上限を示しており、コントローラ11内に設けられる図示しない電流リミッタによって電流が制限されることに起因して生じる境界である。出力限界線中の曲線もまた、その時の回転速度において出力可能な負担トルク領域と出力不可能な負担トルク領域とを仕切る線であり、図示しない電源電圧、モータ8の誘起電力等の特性によって決せられる境界線である。モータ8が正転方向のトルクの符号を正とするとともに逆転方向のトルクの符号を負とし、モータ8が正転方向に回転する場合の回転速度の符号を正とするとともに逆転方向のトルクの符号を負としている。 The range of the burden torque that can be output for any rotation speed of the motor 8 is the area shown by hatching surrounded by an output limit line z1 consisting of a straight line parallel to the horizontal axis in the first and second quadrants and a curved line connected to both ends of this line in the graph of the rotation speed torque coordinate system, in which the vertical axis is the burden torque and the horizontal axis is the rotation speed, as shown in Figure 4, and an output limit line z2 consisting of a straight line parallel to the horizontal axis in the third and fourth quadrants and a curved line connected to both ends of this line. The straight line in the output limit line indicates the upper limit of the burden torque of the motor 8, and is a boundary that occurs due to the current being limited by a current limiter (not shown) provided in the controller 11. The curved line in the output limit line also divides the burden torque region that can be output at the rotation speed at that time and the burden torque region that cannot be output, and is a boundary line determined by the characteristics of the power supply voltage (not shown), the induced power of the motor 8, etc. The sign of the torque in the forward direction of the motor 8 is positive and the sign of the torque in the reverse direction is negative, and the sign of the rotation speed when the motor 8 rotates in the forward direction is positive and the sign of the torque in the reverse direction is negative.

この図4から理解できるように、モータ8は、各象限にて回転速度が高くなればなるほど出力可能な負担トルクの上限が小さくなる。すなわち、第1可変絞り弁6を閉弁して第1流路4を遮断して作動室R1,R2を行き交う液体の全流量をポンプ9に流す場合、液圧シリンダ1の伸縮速度が高くなればなるほど、モータ8の回転速度も高くなりモータ8の出力可能な負担トルクが小さくなることになる。なお、図4中に示した破線は、回生効率が最大となる回転速度と負担トルクとの関係を示す回生効率最大直線であり、当該回生効率最大直線上にモータ8の動作点がある場合に回生効率が最大となる。 As can be seen from FIG. 4, the higher the rotational speed of the motor 8 in each quadrant, the lower the upper limit of the load torque that can be output. In other words, when the first variable throttle valve 6 is closed to block the first flow path 4 and the entire flow rate of the liquid passing through the working chambers R1 and R2 is passed to the pump 9, the higher the extension/contraction speed of the hydraulic cylinder 1 becomes, and the higher the rotational speed of the motor 8 becomes, and the smaller the load torque that can be output by the motor 8 becomes. Note that the dashed line shown in FIG. 4 is the maximum regenerative efficiency line that shows the relationship between the rotational speed and the load torque at which the regenerative efficiency is maximized, and the regenerative efficiency is maximized when the operating point of the motor 8 is on the maximum regenerative efficiency line.

また、第2象限の回転速度が負で負担トルクが正である領域および第4象限の回転速度が正で負担トルクが負である領域では、モータ8は電力回生を行うことができる制動領域で動作しており、第1象限の回転速度が正で負担トルクが正である領域および第3象限の回転速度が負で負担トルクが負である領域では、モータ8は、電力を消費して力行する力行領域で動作していることを示している。よって、モータ8は、制動領域で動作している場合に制動状態にあり、力行領域で動作している場合に力行状態にある。 In addition, in the second quadrant, where the rotation speed is negative and the burden torque is positive, and in the fourth quadrant, where the rotation speed is positive and the burden torque is negative, the motor 8 is operating in the braking region where power regeneration is possible, and in the first quadrant, where the rotation speed is positive and the burden torque is positive, and in the third quadrant, where the rotation speed is negative and the burden torque is negative, the motor 8 is operating in the powering region where power is consumed. Thus, the motor 8 is in a braking state when operating in the braking region, and in a powering state when operating in the powering region.

そして、モータ8が制動領域で動作している場合であって、図4中であって回生効率最大直線よりも横軸側にある点gと点hとを比較すると、回転速度が高い点hの方がモータ8の回生電力が大きくなる。回生効率最大直線は、モータ8の回転速度と回生効率を最大とするトルクとの関係を示す直線であり、モータ8の動作点が回生効率最大直線上にあると、その時の回転速度において回生効率が最大となる。また、モータ8の回転速度をより高速にすれば回生電力をより大きくできる余地がある。 When motor 8 is operating in the braking region, and point g and point h in Figure 4 are compared, which are on the horizontal axis side of the maximum regenerative efficiency line, point h, which has a higher rotational speed, has a larger regenerative power of motor 8. The maximum regenerative efficiency line is a line that shows the relationship between the rotational speed of motor 8 and the torque that maximizes regenerative efficiency, and when the operating point of motor 8 is on the maximum regenerative efficiency line, the regenerative efficiency will be maximized at that rotational speed. Also, there is room to increase the regenerative power by increasing the rotational speed of motor 8.

よって、本実施の形態のコントローラ11は、図5に示すように、モータ8のトルクを制御して液圧シリンダ1の実推力を目標推力に追従させるための推力制御部20の他に、推力制御部20とは独立してモータ8の回生電力を高める絞り弁制御部30を備えている。 Therefore, as shown in FIG. 5, the controller 11 of this embodiment includes a thrust control unit 20 for controlling the torque of the motor 8 to make the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 follow the target thrust, as well as a throttle valve control unit 30 for increasing the regenerative power of the motor 8 independently of the thrust control unit 20.

まず、絞り弁制御部30について説明すると、絞り弁制御部30は、図6に示すように、モータ8の回転速度とトルクとを監視して、第1可変絞り弁6を制御する第1可変絞り弁制御部31と、第2可変絞り弁7を制御する第2可変絞り弁制御部32とを備えている。モータ8の回転速度については、モータ8が図示しないロータの回転位置を検知可能なレゾルバ等のセンサを備えている場合には、当該センサが検知するロータの回転位置情報から得ればよい。モータ8のトルクについてはモータ8をDCモータ或いはDCモータと等価なモータとする場合にはモータ8に流れる電流に比例するから電流をそのままトルクと看做すことができ、モータ8の電流を検知するセンサをモータ制御部40が備えているので、モータ制御部40から電流値を入手してモータ8のトルクとして利用すればよい。 First, the throttle valve control unit 30 will be described. As shown in FIG. 6, the throttle valve control unit 30 includes a first variable throttle valve control unit 31 that monitors the rotation speed and torque of the motor 8 and controls the first variable throttle valve 6, and a second variable throttle valve control unit 32 that controls the second variable throttle valve 7. If the motor 8 includes a sensor such as a resolver that can detect the rotation position of the rotor (not shown), the rotation speed of the motor 8 can be obtained from the rotation position information of the rotor detected by the sensor. If the motor 8 is a DC motor or a motor equivalent to a DC motor, the torque of the motor 8 is proportional to the current flowing through the motor 8, so the current can be regarded as the torque as it is. Since the motor control unit 40 includes a sensor that detects the current of the motor 8, the current value can be obtained from the motor control unit 40 and used as the torque of the motor 8.

なお、絞り弁制御部30は、モータ8の回転速度を検知するセンサと、モータ8のトルクを検知するセンサ或いはモータ8の電流を検知するセンサを個別に備えていてもよい。絞り弁制御部30は、モータ8の回転速度とトルクとを所定の演算周期で順次取り込み、取り込んだ回転速度とトルクとを第1可変絞り弁制御部31と第2可変絞り弁制御部32とによって処理する。絞り弁制御部30は、モータ8のトルクを処理するが、前述したように、モータ8に流れる電流をトルクと看做すことができるので、モータ8に流れる電流をトルクとして取り扱って処理すればよい。絞り弁制御部30は、モータ8の回転速度とトルクとを監視して、モータ8の動作点が回転速度とトルクのグラフ上のどの位置にあるか把握する。そして、絞り弁制御部30は、モータ8の動作状態に応じて、第1可変絞り弁6と第2可変絞り弁7の絞り係数を制御する。 The throttle valve control unit 30 may be provided with a sensor for detecting the rotation speed of the motor 8, and a sensor for detecting the torque of the motor 8 or a sensor for detecting the current of the motor 8. The throttle valve control unit 30 sequentially captures the rotation speed and torque of the motor 8 at a predetermined calculation period, and processes the captured rotation speed and torque by the first variable throttle valve control unit 31 and the second variable throttle valve control unit 32. The throttle valve control unit 30 processes the torque of the motor 8, but as described above, the current flowing through the motor 8 can be regarded as torque, so the current flowing through the motor 8 may be treated as torque and processed. The throttle valve control unit 30 monitors the rotation speed and torque of the motor 8 to grasp where the operating point of the motor 8 is located on the graph of the rotation speed and torque. The throttle valve control unit 30 then controls the throttling coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 according to the operating state of the motor 8.

第1可変絞り弁制御部31は、第1可変絞り弁6の駆動源へ通電するための駆動回路を含み、モータ8が制動状態で動作している場合、モータ8の回転速度を高くするように第1可変絞り弁6の絞り係数を小さくする回生制御を行うとともに、モータ8が力行状態で動作している場合には、第1可変絞り弁6の絞り係数を予め設定される初期値にするように制御する。初期値は、モータ8が力行状態で動作している際に、液圧シリンダ1の推力制御に適する値に設定されている。モータ8が力行状態で動作している場合、第1可変絞り弁6が流路を大きくしているとポンプ9から作動室R1或いは作動室R2へ供給される液体が第1流路4を通過して逃げてしまうので、初期値は、第1可変絞り弁6を閉弁或いは開度が極小さくするように最小値に設定されるとよい。 The first variable throttle valve control unit 31 includes a drive circuit for energizing the drive source of the first variable throttle valve 6, and when the motor 8 is operating in a braking state, performs regenerative control to reduce the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 so as to increase the rotation speed of the motor 8, and when the motor 8 is operating in a powered state, controls the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 to a preset initial value. The initial value is set to a value suitable for thrust control of the hydraulic cylinder 1 when the motor 8 is operating in a powered state. When the motor 8 is operating in a powered state, if the first variable throttle valve 6 has a large flow path, the liquid supplied from the pump 9 to the working chamber R1 or R2 will escape through the first flow path 4, so the initial value is preferably set to a minimum value so as to close the first variable throttle valve 6 or to minimize the opening.

第2可変絞り弁制御部32は、第2可変絞り弁7の駆動源へ通電するための駆動回路を含み、基本的には、第2可変絞り弁7の絞り係数を最大として第2可変絞り弁7の流路面積を制御上最大とする。第2可変絞り弁7は、ポンプ9が吐出する液体の通過を妨げ、液圧シリンダ1がアクチュエータとして動作する際には抵抗となってしまうので、第2可変絞り弁制御部32は、モータ8の動作点が力行領域にあってモータ8が力行状態で動作中は、第2可変絞り弁7の絞り係数を最大とする。なお、第2可変絞り弁7は、第2流路5を通過する液体の流れに抵抗を与えるため、絞り係数の増減によってモータ8が負担するトルクを増減させ得る。第2可変絞り弁制御部32は、モータ8の動作点が制動領域にあってモータ8の動作状態が制動状態である場合も基本的には第2可変絞り弁7の絞り係数を最大として第2可変絞り弁7の流路面積を制御上最大とするが、モータ8の動作点が出力不可能な負担トルク領域にならないように、第2可変絞り弁7の絞り係数を増加させてモータ8の動作点で負担するトルクを減少させる。簡単には、モータ8を駆動する電源電圧によってモータ8の回転速度において出力可能なトルクの上限(トルク上限)が一義的に決まるので、第2可変絞り弁制御部32は、モータ8のトルクがその時の回転速度におけるトルク上限から所定値を差し引いた値以上になると、第2可変絞り弁7の絞り係数を小さくして、モータ8が負担するトルクを減少させるようにすればよい。なお、第2可変絞り弁7の絞り係数を前述の回生効率最大直線上に乗せて回生効率を最大化したい場合、第2可変絞り弁7の絞り係数を求める際に、液圧シリンダ1の実推力の情報が必要となるので、絞り弁制御部30は、実推力検知部41から実推力を得て、回転速度とトルクに加えて実推力に基づいて前記絞り係数を求めてもよい。 The second variable throttle valve control section 32 includes a drive circuit for energizing the drive source of the second variable throttle valve 7, and basically maximizes the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 to control the flow area of the second variable throttle valve 7 to the maximum. The second variable throttle valve 7 prevents the passage of liquid discharged by the pump 9 and becomes a resistance when the hydraulic cylinder 1 operates as an actuator, so the second variable throttle valve control section 32 maximizes the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 when the operating point of the motor 8 is in the powering region and the motor 8 is operating in a powering state. Since the second variable throttle valve 7 provides resistance to the flow of liquid passing through the second flow path 5, the torque borne by the motor 8 can be increased or decreased by increasing or decreasing the throttling coefficient. Even when the operating point of the motor 8 is in the braking region and the operating state of the motor 8 is in the braking state, the second variable throttle valve control section 32 basically maximizes the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 and controls the flow path area of the second variable throttle valve 7 to the maximum, but increases the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to reduce the torque borne by the motor 8 at the operating point so that the operating point of the motor 8 does not fall into a burden torque region that cannot be output. Simply put, since the upper limit of the torque that can be output at the rotational speed of the motor 8 (upper torque limit) is uniquely determined by the power supply voltage that drives the motor 8, the second variable throttle valve control section 32 may reduce the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to reduce the torque borne by the motor 8 when the torque of the motor 8 reaches or exceeds a value obtained by subtracting a predetermined value from the upper torque limit at the rotational speed at that time. If you want to maximize the regenerative efficiency by placing the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 on the aforementioned maximum regenerative efficiency line, information on the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 is required when calculating the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7. Therefore, the throttle valve control unit 30 may obtain the actual thrust from the actual thrust detection unit 41 and calculate the throttling coefficient based on the actual thrust in addition to the rotation speed and torque.

以上のように、絞り弁制御部30は、モータ8の回転速度とトルクとを監視し、モータ8の動作点が出力不可能な負担トルク領域にならないように、第2可変絞り弁7の絞り係数を制御するとともに、モータ8の動作状態が制動状態である場合には、回生電力を高めるために、第1可変絞り弁6の絞り係数を小さくして、第1流路4を通過する液体の流量を小さくてポンプ9が設置される第2流路5を流れる液体の流量を多くして、モータ8の回転速度を高める。なお、絞り弁制御部30は、前述したところでは、モータ8が制動状態にある場合に、モータ8の回転速度を高めて、モータ8の回生電力を向上させる回生制御を行っているが、モータ8の動作点が回生効率最大直線に配置されるように、第1可変絞り弁制御部31および第2可変絞り弁制御部32で第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7の絞り係数を制御するようにして、回生効率を高める回生制御を行ってもよい。 As described above, the throttle valve control unit 30 monitors the rotation speed and torque of the motor 8, and controls the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 so that the operating point of the motor 8 does not fall into the burden torque region where output is not possible. When the operating state of the motor 8 is in a braking state, in order to increase the regenerative power, the throttle valve control unit 30 reduces the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6, reduces the flow rate of the liquid passing through the first flow path 4, and increases the flow rate of the liquid flowing through the second flow path 5 in which the pump 9 is installed, thereby increasing the rotation speed of the motor 8. Note that, as described above, when the motor 8 is in a braking state, the throttle valve control unit 30 performs regenerative control to increase the regenerative power of the motor 8 by increasing the rotation speed of the motor 8, but regenerative control to increase the regenerative efficiency may also be performed by controlling the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 by the first variable throttle valve control unit 31 and the second variable throttle valve control unit 32 so that the operating point of the motor 8 is located on the regenerative efficiency maximum line.

つづいて、推力制御部20は、図7に示すように、上位の制御装置からの液圧シリンダ1の目標推力を指示する推力指令を受けてモータ8に供給すべき目標電流をPID制御に基づいて求めるPID制御部21およびフィードフォワード制御部22と、PID制御部21とフィードフォワード制御部22とが出力する各電流指令を加算してモータ8の目標電流を指示する最終電流指令を生成する加算部23と、PID制御部21がPID補償(比例積分微分補償)時に使用する比例ゲイン、微分ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ補正する比例ゲイン補正部24、微分ゲイン補正部25および積分ゲイン補正部26と、比例ゲイン補正部24が補正した比例ゲインを処理する比例ゲイン処理部27と、微分ゲイン補正部25が補正した微分ゲインを処理する微分ゲイン処理部28と、積分ゲイン補正部26が補正した積分ゲインを処理する積分ゲイン処理部29と、加算部23が生成した最終電流指令を受け取るとモータ8に流れる電流をフィードバックしてモータ8に流れる電流を目標電流通りに制御するモータ制御部40とを備えている。 Next, as shown in FIG. 7, the thrust control unit 20 includes a PID control unit 21 and a feedforward control unit 22 that receive a thrust command indicating the target thrust of the hydraulic cylinder 1 from a higher-level control device and obtain a target current to be supplied to the motor 8 based on PID control, an adder unit 23 that adds the current commands output by the PID control unit 21 and the feedforward control unit 22 to generate a final current command indicating the target current of the motor 8, a proportional gain correction unit 24, a differential gain correction unit 25, and an integral gain correction unit 26 that respectively correct the proportional gain, differential gain, and integral gain used by the PID control unit 21 during PID compensation (proportional, integral, and differential compensation), a proportional gain processing unit 27 that processes the proportional gain corrected by the proportional gain correction unit 24, a differential gain processing unit 28 that processes the differential gain corrected by the differential gain correction unit 25, an integral gain processing unit 29 that processes the integral gain corrected by the integral gain correction unit 26, and a motor control unit 40 that receives the final current command generated by the adder unit 23, and feeds back the current flowing through the motor 8 to control the current flowing through the motor 8 to the target current.

なお、推力指令は、本実施の形態では、液圧シリンダ1を車両に適用して、上位の制御装置は、主としてばね上部材としての車体の振動の抑制を目的して液圧シリンダ1に発生するべき推力を求める。推力指令は、車体の振動の低減のみならずばね下部材としての車輪の振動の抑制の低減も可能となるように求められてもよい。また、推力制御部20は、上位の制御装置から推力指令を入手するのではなく、車両における車体、或いは車体および車輪の振動情報を検知するか、或いはこれらの振動情報を車両から受け取って、自ら推力指令を求めてもよい。 In this embodiment, the hydraulic cylinder 1 is applied to a vehicle, and the upper control device determines the thrust to be generated in the hydraulic cylinder 1 primarily for the purpose of suppressing vibration of the vehicle body as a sprung member. The thrust command may be determined so as to enable not only reduction in vibration of the vehicle body but also reduction in vibration of the wheels as unsprung members. Furthermore, the thrust control unit 20 may detect vibration information of the vehicle body, or the vehicle body and wheels, in the vehicle, or receive this vibration information from the vehicle and determine the thrust command itself, rather than obtaining the thrust command from the upper control device.

PID制御部21は、詳しくは図示しないが、目標推力と液圧シリンダ1の実推力との制御偏差を求めて、当該制御偏差に比例ゲインを乗じて比例補償する比例パスと、当該制御偏差を微分するとともに微分ゲインを乗じて微分補償する比例パスと、当該制御偏差を積分するとともに積分ゲインを乗じて積分補償する比例パスとを備えて、3つの各パスで処理した値を加算した値を電流指令として出力する。なお、コントローラ11は、液圧シリンダ1の実推力を検知する実推力検知部41を備えており、実推力検知部41が検知する液圧シリンダ1の実推力が推力制御部20に目標推力とともに入力される。実推力検知部41は、図7に示すように、たとえば、作動室R1の圧力を検知する圧力センサ41aと、作動室R2の圧力を検知する圧力センサ41bと、作動室R1の圧力と作動室R2の圧力との差にピストン3の受圧面積を乗じて液圧シリンダ1が発生している実推力を求める演算部41cとを備えて構成される。また、液圧シリンダ1が発生する実推力は、ロッド10に設けられれる荷重の検知によって把握できるので、実推力検知部41はロッド10に作用する荷重を検知するセンサとされてもよい。また、推力制御部20は、図示はしないが、実推力検知部41に代えて、実際に液圧シリンダ1が出力している推力を検知するのではなく液圧シリンダ1の実推力を推定する実推力推定部を備えていてもよい。実推力推定部は、前述の圧力や荷重の検知に代えて、たとえば、第1可変絞り弁6、第2可変絞り弁7における絞り係数、モータ8の回転速度、トルクといった液圧シリンダ1の状態量を検知して、当該状態量から液圧シリンダ1の実推力を推定するオブザーバ、或いは、車体の変位と速度といったシリンダ装置Aが搭載されたシステムの状態量を検知して当該状態量から液圧シリンダ1の実推力を推定するオブザーバとされてもよい。また、実推力推定部は、車体と車軸とに取り付けられた加速度センサの情報から液圧シリンダ1の実推力を推定してもよく、このように実推力推定部は、シリンダ装置Aの制御以外の用途に使用されているセンサ情報から実推力を推定してもよい。 Although not shown in detail, the PID control unit 21 has a proportional path that obtains a control deviation between the target thrust and the actual thrust of the hydraulic cylinder 1, and multiplies the control deviation by a proportional gain to perform proportional compensation, a proportional path that differentiates the control deviation and multiplies it by a differential gain to perform differential compensation, and a proportional path that integrates the control deviation and multiplies it by an integral gain to perform integral compensation, and outputs a value obtained by adding up the values processed in each of the three paths as a current command. The controller 11 has an actual thrust detection unit 41 that detects the actual thrust of the hydraulic cylinder 1, and the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 detected by the actual thrust detection unit 41 is input to the thrust control unit 20 together with the target thrust. 7, the actual thrust detection unit 41 is configured to include, for example, a pressure sensor 41a that detects the pressure in the working chamber R1, a pressure sensor 41b that detects the pressure in the working chamber R2, and a calculation unit 41c that calculates the actual thrust generated by the hydraulic cylinder 1 by multiplying the difference between the pressures in the working chambers R1 and R2 by the pressure-receiving area of the piston 3. Since the actual thrust generated by the hydraulic cylinder 1 can be grasped by detecting the load applied to the rod 10, the actual thrust detection unit 41 may be a sensor that detects the load acting on the rod 10. Although not shown, the thrust control unit 20 may include, instead of the actual thrust detection unit 41, an actual thrust estimation unit that estimates the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 rather than detecting the thrust actually output by the hydraulic cylinder 1. Instead of detecting the pressure and load described above, the actual thrust estimating unit may be an observer that detects state quantities of the hydraulic cylinder 1, such as the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, the rotational speed of the motor 8, and torque, and estimates the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 from the state quantities, or an observer that detects state quantities of a system in which the cylinder device A is mounted, such as the displacement and speed of the vehicle body, and estimates the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 from the state quantities. The actual thrust estimating unit may also estimate the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 from information from acceleration sensors attached to the vehicle body and the axles. In this way, the actual thrust estimating unit may estimate the actual thrust from sensor information used for purposes other than the control of the cylinder device A.

ここで、絞り弁制御部30によって第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7の絞り係数が変化して、液圧シリンダ1の目標推力から液圧シリンダ1の推力までの特性が変化してしまう。よって、液圧シリンダ1の実推力をフィードバックして単にPID制御部21がPID補償して電流指令を生成してモータ8を制御する場合、第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7の前後で圧力変動が生じて液圧シリンダ1の推力が急変し、液圧シリンダ1の実推力の推力指令に対する追従性能が悪化してしまう。 The throttle valve control unit 30 changes the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, causing a change in the characteristics from the target thrust of the hydraulic cylinder 1 to the thrust of the hydraulic cylinder 1. Therefore, if the PID control unit 21 simply performs PID compensation by feeding back the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 to generate a current command to control the motor 8, pressure fluctuations will occur before and after the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, causing the thrust of the hydraulic cylinder 1 to change suddenly, and the ability of the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 to follow the thrust command will deteriorate.

そこで、本実施の形態のコントローラ11では、絞り弁制御部30によって第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7の絞り係数が変化すると、当該変化に応じて、比例ゲインを補正する比例ゲイン補正部24と、微分ゲインを補正する微分ゲイン補正部25とを備えている。 The controller 11 of this embodiment is therefore equipped with a proportional gain correction unit 24 that corrects the proportional gain and a differential gain correction unit 25 that corrects the differential gain in response to changes in the throttling coefficients of the first variable throttling valve 6 and the second variable throttling valve 7 caused by the throttling valve control unit 30.

ここで、液圧シリンダ1のピストン3の受圧面積をAとし、モータ8の粘性抵抗をCmとし、モータ8のロータにおける慣性モーメントをImとし、モータ8のトルク定数をKtとし、第1可変絞り弁6の絞り係数をfv1とし、第2可変絞り弁7の絞り係数をfv2とし、液圧シリンダ1内の液体の体積弾性係数をKとし、ポンプ9の押し退け容積をVpとし、液圧シリンダ1の作動室R1,R2の初期容積をVとし、ラプラス演算子sとすると、液圧シリンダ1のモータ8に与える電流imから液圧シリンダ1が発生する実推力faまでの伝達関数G(s)は、以下の式6で表すことができる。 Here, assuming that the pressure receiving area of the piston 3 of the hydraulic cylinder 1 is A0 , the viscous resistance of the motor 8 is Cm, the moment of inertia of the rotor of the motor 8 is Im, the torque constant of the motor 8 is Kt, the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 is fv1, the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 is fv2, the bulk elasticity coefficient of the liquid in the hydraulic cylinder 1 is K0 , the displacement volume of the pump 9 is Vp, the initial volume of the working chambers R1, R2 of the hydraulic cylinder 1 is V0 , and the Laplace operator is s, a transfer function G(s) from the current im given to the motor 8 of the hydraulic cylinder 1 to the actual thrust fa generated by the hydraulic cylinder 1 can be expressed by the following Equation 6.

Figure 2024047362000007
Figure 2024047362000007

また、PID制御部21における比例ゲインをKpとし、PID制御部21における微分ゲインをKdとし、PID制御部21における積分ゲインをKiとすると、PID制御部21の伝達関数C(s)は、以下の式7で表すことができる。 Furthermore, if the proportional gain in the PID control unit 21 is Kp, the differential gain in the PID control unit 21 is Kd, and the integral gain in the PID control unit 21 is Ki, the transfer function C(s) of the PID control unit 21 can be expressed by the following equation 7.

Figure 2024047362000008
Figure 2024047362000008

モータ制御部40によって制御されるモータ8の電流が電流指令に対して遅れ無く追従すると仮定すれば、目標推力fa,cmdから液圧シリンダ1の実推力faまでの伝達関数は、以下の式8で表される。 Assuming that the current of the motor 8 controlled by the motor control unit 40 follows the current command without delay, the transfer function from the target thrust fa, cmd to the actual thrust fa of the hydraulic cylinder 1 is expressed by the following equation 8.

Figure 2024047362000009
Figure 2024047362000009

式8から分母のsとsの係数が第1可変絞り弁6の絞り係数fv1と第2可変絞り弁7の絞り係数fv2をパラメータとして変化することが理解できる。よって、式8から、絞り弁制御部30の制御によって、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数が変化すると、シリンダ装置Aにおけるシステムの伝達関数が変化し、目標推力に対する液圧シリンダ1の推力の応答性が変化するのを確認できる。 It can be seen from Equation 8 that the coefficients s2 and s in the denominator change with the throttle coefficient fv1 of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient fv2 of the second variable throttle valve 7 as parameters. Therefore, it can be confirmed from Equation 8 that when the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 change under the control of the throttle valve control section 30, the transfer function of the system in the cylinder device A changes, and the responsiveness of the thrust of the hydraulic cylinder 1 to the target thrust changes.

他方、式8の分母におけるsの係数には、微分ゲインKdが含まれており、sの係数には比例ゲインKpが含まれている。よって、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数の変化に応じて、比例ゲインKpと微分ゲインKdの値を変更すれば、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数の変化による液圧シリンダ1の推力の目標推力に対する追従性能の悪化を抑制できる。 On the other hand, the coefficient of s2 in the denominator of Equation 8 includes the derivative gain Kd, and the coefficient of s includes the proportional gain Kp. Therefore, by changing the values of the proportional gain Kp and the derivative gain Kd in accordance with changes in the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, it is possible to suppress deterioration in the ability of the thrust of the hydraulic cylinder 1 to follow the target thrust, which is caused by changes in the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7.

そこで、比例ゲイン補正部24は、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の情報を得て、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数との値からPID制御部21がその時の第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数との値に最適な比例ゲインを求め、PID制御部21の比例ゲインを求めた値に補正する。また、微分ゲイン補正部25は、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の情報を得て、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数との値からPID制御部21がその時の第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数との値に最適な微分ゲインを求め、PID制御部21の微分ゲインを求めた値に補正する。 The proportional gain correction unit 24 obtains information on the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, and the PID control unit 21 obtains an optimal proportional gain for the values of the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 at that time from the values of the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, and corrects the proportional gain of the PID control unit 21 to the obtained value. The differential gain correction unit 25 obtains information on the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, and the PID control unit 21 obtains an optimal differential gain for the values of the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 at that time from the values of the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, and corrects the differential gain of the PID control unit 21 to the obtained value.

このように、PID制御部21で使用する比例ゲインと微分ゲインとが、その時の第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とに適した比例ゲインと微分ゲインとに補正されるので、PID制御部21が目標推力と実推力とから電流指令を求めると、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とが変化しても、目標推力に対する液圧シリンダ1の実推力の追従性の悪化を抑制できる。なお、絞り弁制御部30は、第1可変絞り弁6と第2可変絞り弁7を制御しており、第1可変絞り弁6と第2可変絞り弁7の各絞り係数を調整するための指令を生成して第1可変絞り弁6と第2可変絞り弁7の駆動源へ与えるので、第1可変絞り弁6と第2可変絞り弁7の各絞り係数を把握できる。よって、比例ゲイン補正部24および微分ゲイン補正部25は、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の情報を絞り弁制御部30から得ればよい。また、比例ゲイン補正部24および微分ゲイン補正部25は、第1可変絞り弁6の駆動源と第2可変絞り弁の駆動源へ供給される電流を検知して各絞り係数の情報を得てもよい。 In this way, the proportional gain and differential gain used by the PID control unit 21 are corrected to proportional gain and differential gain appropriate for the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 at that time, so when the PID control unit 21 obtains a current command from the target thrust and the actual thrust, even if the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 change, deterioration of the tracking ability of the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 to the target thrust can be suppressed. Note that the throttle valve control unit 30 controls the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, and generates commands for adjusting the respective throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 and provides them to the drive sources of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, so that the respective throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 can be grasped. Therefore, the proportional gain correction unit 24 and the differential gain correction unit 25 may obtain information on the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 from the throttle valve control unit 30. The proportional gain correction unit 24 and the differential gain correction unit 25 may also obtain information on each throttling coefficient by detecting the current supplied to the drive source of the first variable throttle valve 6 and the drive source of the second variable throttle valve.

比例ゲイン補正部24は、具体的には、たとえば、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数から比例ゲインを求めるマップを利用してその時の、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数に最適となる比例ゲインを求める。また、微分ゲイン補正部25は、具体的には、たとえば、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数から微分ゲインを求めるマップを利用してその時の、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数に最適となる微分ゲインを求める。 The proportional gain correction unit 24 specifically uses a map for determining the proportional gain from the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to determine the proportional gain that is optimal for the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 at that time. The differential gain correction unit 25 specifically uses a map for determining the differential gain from the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to determine the differential gain that is optimal for the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 at that time.

詳細には、まず、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数を予め定めた所定値に設定しておき、液圧シリンダ1に対してPID制御部21の比例ゲイン、微分ゲインおよび積分ゲインを目標推力に対して液圧シリンダ1の実推力が追従するように調整して、基準となる比例ゲイン、微分ゲインおよび積分ゲインを求める。 In detail, first, the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 are set to predetermined values, and the proportional gain, differential gain, and integral gain of the PID control unit 21 for the hydraulic cylinder 1 are adjusted so that the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 follows the target thrust, and the reference proportional gain, differential gain, and integral gain are obtained.

このようにして基準となる比例ゲイン、微分ゲインおよび積分ゲインに設定されたPID制御部21で液圧シリンダ1を制御するようにし、種々の周波数の目標推力と、徐々に周波数が変化する目標推力をPID制御部21に与えて液圧シリンダ1を制御させて、実推力の出力を計測して、シリンダ装置Aの目標推力から実推力までの伝達関数を求め、当該伝達関数の分母のsとsの係数の値を算出する。 In this manner, the hydraulic cylinder 1 is controlled by the PID control unit 21 set to the reference proportional gain, differential gain, and integral gain, and target thrusts of various frequencies and a target thrust whose frequency gradually changes are provided to the PID control unit 21 to control the hydraulic cylinder 1. The actual thrust output is measured, a transfer function from the target thrust to the actual thrust of the cylinder device A is obtained, and the values of the coefficients s2 and s in the denominator of the transfer function are calculated.

そして、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数を変化させてシリンダ装置Aの伝達関数の変化を把握して、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数に対して最適となる比例ゲインを得るための比例ゲインマップと、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数に対して最適となる微分ゲインを得るための微分ゲインマップを得る。 Then, the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 are changed to grasp the change in the transfer function of the cylinder device A, and a proportional gain map is obtained for obtaining a proportional gain that is optimal for the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7, and a differential gain map is obtained for obtaining a differential gain that is optimal for the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7.

このようにして得られた比例ゲインマップを利用して、比例ゲイン補正部24は、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とからPID制御部21に最適となる比例ゲインを求める。また、微分ゲイン補正部25も微分ゲインマップを利用して、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とからPID制御部21に最適となる微分ゲインを求める。 Using the proportional gain map obtained in this manner, the proportional gain correction unit 24 determines the optimal proportional gain for the PID control unit 21 from the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7. The differential gain correction unit 25 also uses the differential gain map to determine the optimal differential gain for the PID control unit 21 from the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7.

そして、PID制御部21における比例ゲインと微分ゲインは、比例ゲイン補正部24が求めた比例ゲインと微分ゲイン補正部25が求めた微分ゲインとに補正されるので、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数が変化しても、比例ゲインと微分ゲインが各絞り係数の変化に応じて最適化されるので、液圧シリンダ1の実推力が応答性よく目標推力に追従するようになる。 The proportional gain and differential gain in the PID control unit 21 are corrected to the proportional gain calculated by the proportional gain correction unit 24 and the differential gain calculated by the differential gain correction unit 25. Therefore, even if the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 change, the proportional gain and differential gain are optimized according to the change in each throttling coefficient, so that the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 follows the target thrust with good responsiveness.

比例ゲイン補正部24が求めた比例ゲインと微分ゲイン補正部25が求めた微分ゲインを直ちにPID制御部21で利用してもよいが、比例ゲインと微分ゲインとの値が急変すると、PID制御部21が生成する電流指令も急変する可能性がある。そこで、推力制御部20は、比例ゲイン補正部24が求めた比例ゲインをローパスフィルタ処理して比例ゲインの変化を緩和する比例ゲイン処理部27と、微分ゲイン補正部25が求めた微分ゲインをローパスフィルタ処理して微分ゲインの変化を緩和する微分ゲイン処理部28とを備えている。 The proportional gain calculated by the proportional gain correction unit 24 and the differential gain calculated by the differential gain correction unit 25 may be immediately used by the PID control unit 21, but if the values of the proportional gain and the differential gain change suddenly, the current command generated by the PID control unit 21 may also change suddenly. Therefore, the thrust control unit 20 includes a proportional gain processing unit 27 that performs low-pass filter processing on the proportional gain calculated by the proportional gain correction unit 24 to mitigate the change in the proportional gain, and a differential gain processing unit 28 that performs low-pass filter processing on the differential gain calculated by the differential gain correction unit 25 to mitigate the change in the differential gain.

このように、推力制御部20は、比例ゲイン補正部24が求めた比例ゲインの変化を緩和する比例ゲイン処理部27と、微分ゲイン補正部25が求めた微分ゲインの変化を緩和する微分ゲイン処理部28とを備えており、PID制御部21における比例ゲインの値と微分ゲインの値とが比例ゲイン処理部27で処理した比例ゲインの値と微分ゲイン処理部28で処理した微分ゲインの値とに変更される。よって、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とが変化して比例ゲインと微分ゲインとが補正されても、PID制御部21で使用する比例ゲインの値と微分ゲインの値とが急変するのが緩和されて、PID制御部21が出力する電流指令の急変も緩和されるので、液圧シリンダ1の推力の急変も緩和できる。 Thus, the thrust control unit 20 includes a proportional gain processing unit 27 that mitigates the change in the proportional gain calculated by the proportional gain correction unit 24, and a differential gain processing unit 28 that mitigates the change in the differential gain calculated by the differential gain correction unit 25, and the proportional gain value and the differential gain value in the PID control unit 21 are changed to the proportional gain value processed by the proportional gain processing unit 27 and the differential gain value processed by the differential gain processing unit 28. Therefore, even if the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 change and the proportional gain and the differential gain are corrected, the sudden change in the proportional gain value and the differential gain value used in the PID control unit 21 is mitigated, and the sudden change in the current command output by the PID control unit 21 is also mitigated, so that the sudden change in the thrust of the hydraulic cylinder 1 can also be mitigated.

なお、本実施の形態の推力制御部20は、積分ゲイン補正部26を備えている。前述した式8中で積分ゲインKfの係数eのパラメータとして液圧シリンダ1の液体の体積弾性係数Kが含まれている。液体の体積弾性係数Kは、液体の圧力によって変化する。よって、積分ゲイン補正部26は、実推力検知部41からシリンダ2内の圧力の情報を得て体積弾性係数Kを推定して、推定した体積弾性係数Kに最適となる積分ゲインを求めて、PID制御部21における積分ゲインを求めた積分ゲインに補正する。積分ゲイン補正部26は、たとえば、シリンダ装置Aを使用した際における温度の平均値において、圧力から体積弾性係数Kを求める数式を用いて体積弾性係数Kを求めればよい。また、液体の温度と圧力と体積弾性係数Kとの関係をマップ化しておき、積分ゲイン補正部26は、シリンダ2内の液体の温度を検知する温度センサを用いて液体の温度を検知し、検知した温度と圧力とからマップ演算によって体積弾性係数Kを求めてもよい。 The thrust control unit 20 of this embodiment includes an integral gain correction unit 26. In the above-mentioned formula 8, the bulk modulus K0 of the liquid in the hydraulic cylinder 1 is included as a parameter of the coefficient e of the integral gain Kf. The bulk modulus K0 of the liquid changes depending on the pressure of the liquid. Therefore, the integral gain correction unit 26 obtains information on the pressure in the cylinder 2 from the actual thrust detection unit 41, estimates the bulk modulus K0 , obtains an integral gain that is optimal for the estimated bulk modulus K0 , and corrects the integral gain in the PID control unit 21 to the obtained integral gain. For example, the integral gain correction unit 26 may obtain the bulk modulus K0 using a formula for obtaining the bulk modulus K0 from the pressure at the average temperature when the cylinder device A is used. In addition, the relationship between the temperature, pressure, and bulk modulus K0 of the liquid may be mapped, and the integral gain correction unit 26 may detect the temperature of the liquid using a temperature sensor that detects the temperature of the liquid in the cylinder 2, and obtain the bulk modulus K0 from the detected temperature and pressure by map calculation.

そして、PID制御部21における積分ゲインは、積分ゲイン補正部26が求めた積分ゲインに補正されるので、液体の体積弾性係数Kが変化してシリンダ装置Aの特性が変化しても、積分ゲインと微分ゲインが体積弾性係数Kの変化に応じて最適化されるので、液圧シリンダ1の実推力が応答性よく目標推力に追従するようになる。 Then, the integral gain in the PID control unit 21 is corrected to the integral gain calculated by the integral gain correction unit 26. Therefore, even if the bulk modulus K0 of the liquid changes and the characteristics of the cylinder device A change, the integral gain and the differential gain are optimized according to the change in the bulk modulus K0 , so that the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 follows the target thrust with good responsiveness.

積分ゲイン補正部26が求めた積分ゲインを直ちにPID制御部21で利用してもよいが、比例ゲインと微分ゲインとの値が急変すると、PID制御部21が生成する電流指令も急変する可能性がある。そこで、推力制御部20は、積分ゲイン補正部26が求めた積分ゲインをローパスフィルタ処理して積分ゲインの変化を緩和する積分ゲイン処理部29を備えている。 The integral gain calculated by the integral gain correction unit 26 may be immediately used by the PID control unit 21, but if the values of the proportional gain and the differential gain suddenly change, the current command generated by the PID control unit 21 may also suddenly change. Therefore, the thrust control unit 20 is provided with an integral gain processing unit 29 that performs low-pass filter processing on the integral gain calculated by the integral gain correction unit 26 to mitigate the change in the integral gain.

このように、推力制御部20は、積分ゲイン補正部26が求めた積分ゲインの変化を緩和する積分ゲイン処理部29を備えており、PID制御部21における積分ゲインの値が積分ゲイン処理部29で処理した積分ゲインの値に変更される。よって、液体の体積弾性係数Kが変化して積分ゲインが補正されても、PID制御部21で使用する積分ゲインの値が急変するのが緩和されて、PID制御部21が出力する電流指令の急変も緩和されるので、液圧シリンダ1の推力の急変も緩和できる。 In this way, the thrust control unit 20 includes an integral gain processing unit 29 that alleviates the change in the integral gain calculated by the integral gain correction unit 26, and the value of the integral gain in the PID control unit 21 is changed to the value of the integral gain processed by the integral gain processing unit 29. Therefore, even if the bulk modulus K0 of the liquid changes and the integral gain is corrected, a sudden change in the value of the integral gain used in the PID control unit 21 is alleviated, and a sudden change in the current command output by the PID control unit 21 is also alleviated, so that a sudden change in the thrust of the hydraulic cylinder 1 can also be alleviated.

なお、体積弾性係数Kは、式8における分母のsとsの係数のパラメータとして含まれている。よって、比例ゲイン補正部24と微分ゲイン補正部25においても、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数のみならず体積弾性係数Kの変化にも対応して最適な比例ゲインと微分ゲインを求めて比例ゲインと微分ゲインとを補正してもよい。体積弾性係数Kの変化に対してどのように比例ゲインと微分ゲインとを求めるかについては、体積弾性係数Kの値を変化させた際の伝達関数の変化を計測して比例ゲインと微分ゲインを最適に設定できるマップを作成すればよい。 The bulk modulus K0 is included as a parameter of the coefficients s2 and s in the denominator in Equation 8. Therefore, the proportional gain correction unit 24 and the differential gain correction unit 25 may also obtain optimal proportional gains and differential gains in response to changes in the bulk modulus K0 as well as the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, and correct the proportional gains and differential gains. How to obtain the proportional gain and differential gain in response to changes in the bulk modulus K0 may be determined by measuring changes in the transfer function when the value of the bulk modulus K0 is changed, and creating a map that allows the proportional gain and differential gain to be optimally set.

以上の通り、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、PID制御によってコントローラ11が目標推力の入力を受けてモータ8に出力させるべき電流指令を求めるPID制御部21を備える他に、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とに基づいて比例ゲインを補正する比例ゲイン補正部24と微分ゲインを補正する微分ゲイン補正部25とを備えているので、絞り弁制御部30によって第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7の絞り係数が変更されても、液圧シリンダ1の目標推力に対する追従性の悪化を抑制できる。 As described above, in the cylinder device A of this embodiment, in addition to the PID control unit 21 in which the controller 11 receives the input of the target thrust and determines the current command to be output to the motor 8 through PID control, the cylinder device A also includes a proportional gain correction unit 24 that corrects the proportional gain based on the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7, and a differential gain correction unit 25 that corrects the differential gain. Therefore, even if the throttling coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 are changed by the throttling valve control unit 30, deterioration of the tracking ability of the hydraulic cylinder 1 to the target thrust can be suppressed.

フィードフォワード制御部22は、上位の制御装置から入力される推力指令から液圧シリンダ1の応答性を向上させるために、PID制御部21が求めた電流指令に加算すべき加算電流を求める。フィードフォワード制御部22は、推力指令に対して液圧シリンダ1の応答遅れを考慮していち早く液圧シリンダ1の推力が推力指令に追従するような加算電流を求める。フィードフォワード制御部22は、液圧シリンダ1の実推力をフィードバックしないので、目標推力に対する追従性に影響を与えずに液圧シリンダ1の目標推力に対する応答性を向上させる。 The feedforward control unit 22 determines an additional current to be added to the current command determined by the PID control unit 21 in order to improve the responsiveness of the hydraulic cylinder 1 to the thrust command input from the upper control device. The feedforward control unit 22 determines an additional current that allows the thrust of the hydraulic cylinder 1 to quickly track the thrust command, taking into account the response delay of the hydraulic cylinder 1 to the thrust command. The feedforward control unit 22 does not feed back the actual thrust of the hydraulic cylinder 1, and therefore improves the responsiveness of the hydraulic cylinder 1 to the target thrust without affecting the tracking ability to the target thrust.

加算部23は、PID制御部21が目標推力から求めた電流指令とフィードフォワード制御部22が目標推力から求めた加算電流指令とを加算して、モータ8に供給すべき目標電流を指示する最終電流指令を生成して、モータ制御部40へ電流指令を入力する。 The adder 23 adds the current command calculated by the PID control unit 21 from the target thrust and the added current command calculated by the feedforward control unit 22 from the target thrust to generate a final current command indicating the target current to be supplied to the motor 8, and inputs the current command to the motor control unit 40.

モータ制御部40は、詳しくは図示しないが、モータ8を駆動する駆動回路と、モータ8の実電流をフィードバックして加算部23から入力される電流指令が指示する目標電流とモータ8に流れる実電流との制御偏差に基づいて駆動回路を駆動してモータ8をPWM制御する制御器とを備えている。モータ制御部40は、加算部23から入力される電流指令にしたがって、電流指令が指示する目標電流にモータ8の電流が追従するように制御する。なお、モータ制御部40は、モータ8の形式によってモータ8の電流制御に適した駆動回路を備えて、電流指令にしたがってモータ8の電流を制御可能であればよい。 The motor control unit 40, not shown in detail, includes a drive circuit that drives the motor 8, and a controller that feeds back the actual current of the motor 8 and drives the drive circuit based on the control deviation between the target current indicated by the current command input from the adder 23 and the actual current flowing through the motor 8 to perform PWM control of the motor 8. The motor control unit 40 controls the current of the motor 8 so that it follows the target current indicated by the current command according to the current command input from the adder 23. Note that the motor control unit 40 only needs to be provided with a drive circuit suitable for current control of the motor 8 depending on the type of the motor 8, and be able to control the current of the motor 8 according to the current command.

なお、コントローラ11は、実推力検知部41における圧力センサ41a,41b、モータ制御部40における駆動回路および絞り弁制御部30における駆動回路を除き、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、推力指令、モータ8の回転速度およびトルク(電流)およびシリンダ2内の圧力の信号を取り込むためのインターフェースと、モータ8、第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7を制御するのに必要な処理に使用されるプログラムが格納されるROM(Read Only Memory)等の記憶装置と、前記プログラムに基づいた処理を実行するCPU(Central Processing Unit)等の演算装置と、前記CPUに記憶領域を提供するRAM(Random Access Memory)等の記憶装置とを備えて構成されればよく、コントローラ11における推力制御部20および絞り弁制御部30の各部は、CPUの前記プログラムの実行により実現できる。また、コントローラ11は、CPUの前記プログラムの実行による実現にかえて、アナログの電子回路によって実現されてもよい。 In addition, except for the pressure sensors 41a, 41b in the actual thrust detection unit 41, the drive circuit in the motor control unit 40, and the drive circuit in the throttle valve control unit 30, the hardware resources of the controller 11 include, although not shown in the figure, an interface for inputting signals of thrust commands, the rotational speed and torque (current) of the motor 8, and the pressure in the cylinder 2, a storage device such as a ROM (Read Only Memory) in which programs used for processing required to control the motor 8, the first variable throttle valve 6, and the second variable throttle valve 7 are stored, an arithmetic unit such as a CPU (Central Processing Unit) that executes processing based on the programs, and a storage device such as a RAM (Random Access Memory) that provides memory space for the CPU. Each part of the thrust control unit 20 and the throttle valve control unit 30 in the controller 11 can be realized by the execution of the programs by the CPU. Additionally, the controller 11 may be realized by an analog electronic circuit, instead of by a CPU executing the program.

以上、本実施の形態のシリンダ装置Aは、シリンダ2と、シリンダ2内に移動自在に挿入されてシリンダ2内を二つの作動室R1,R2に区画するピストン3と、互いに並列して作動室R1,R2同士を連通する第1流路4と第2流路5と、第1流路4に設けられた第1可変絞り弁6と、第2流路5に直列に設けられる第2可変絞り弁7およびモータ8によって駆動される双方向吐出型のポンプ9とを有する液圧シリンダ1と、第1可変絞り弁6、第2可変絞り弁7およびモータ8を制御するコントローラ11とを備え、コントローラ11は、液圧シリンダ1の目標推力をPID補償してモータ8へ与える電流指令を生成するPID制御部21と、PID制御部21の比例ゲインを補正する比例ゲイン補正部24と、PID制御部21の微分ゲインを補正する微分ゲイン補正部25とを有し、比例ゲイン補正部24と微分ゲイン補正部25は、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とに基づいてそれぞれ比例ゲインと微分ゲインを補正する。このように構成されたシリンダ装置Aによれば、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数が変化しても、PID制御部21で使用する比例ゲインと微分ゲインとがその時の第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数に最適化される。よって、本実施の形態のシリンダ装置Aによれば、第1可変絞り弁6或いは第2可変絞り弁7の絞り係数が変化しても目標推力に対する追従性能の悪化を抑制できる。 As described above, the cylinder device A of this embodiment includes a hydraulic cylinder 1 having a cylinder 2, a piston 3 that is movably inserted into the cylinder 2 and divides the inside of the cylinder 2 into two working chambers R1 and R2, a first flow path 4 and a second flow path 5 that are parallel to each other and communicate the working chambers R1 and R2, a first variable throttle valve 6 provided in the first flow path 4, a second variable throttle valve 7 provided in series in the second flow path 5, and a bidirectional discharge type pump 9 driven by a motor 8, and the first variable throttle valve 6, the second variable throttle valve 7, and the motor 8. The controller 11 includes a PID control unit 21 that generates a current command to be given to the motor 8 by PID compensation of the target thrust of the hydraulic cylinder 1, a proportional gain correction unit 24 that corrects the proportional gain of the PID control unit 21, and a differential gain correction unit 25 that corrects the differential gain of the PID control unit 21. The proportional gain correction unit 24 and the differential gain correction unit 25 correct the proportional gain and the differential gain based on the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, respectively. According to the cylinder device A configured in this manner, even if the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 change, the proportional gain and the differential gain used in the PID control unit 21 are optimized to the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 at that time. Therefore, according to the cylinder device A of this embodiment, even if the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 or the second variable throttle valve 7 changes, the deterioration of the tracking performance for the target thrust can be suppressed.

また、本実施の形態のシリンダ装置Aにおけるコントローラ11は、PID制御部21の積分ゲインを液圧シリンダ1内の液体の体積弾性係数Kに基づいて補正する積分ゲイン補正部26を備えている。このように構成されたシリンダ装置Aによれば、液体の体積弾性係数Kが変化してシリンダ装置Aの特性が変化しても、目標推力に対する液圧シリンダ1の実推力の追従性の悪化を抑制できる。 Furthermore, the controller 11 in the cylinder device A of this embodiment is equipped with an integral gain correction unit 26 that corrects the integral gain of the PID control unit 21 based on the bulk modulus K0 of the liquid in the hydraulic cylinder 1. With the cylinder device A configured in this manner, even if the bulk modulus K0 of the liquid changes and the characteristics of the cylinder device A change, it is possible to suppress deterioration in the ability of the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 to follow the target thrust.

さらに、本実施の形態のシリンダ装置Aにおけるコントローラ11は、比例ゲイン補正部24が補正した比例ゲインの変化を緩和する比例ゲイン処理部27と、微分ゲイン補正部25が補正した微分ゲインの変化を緩和する微分ゲイン処理部28とを有し、PID制御部21は、比例ゲイン処理部27で処理した比例ゲインと、微分ゲイン処理部28で処理した微分ゲインとを用いて電流指令を生成する。このように構成されたシリンダ装置Aによれば、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とが変化して比例ゲインと微分ゲインとが補正されても、PID制御部21で使用する比例ゲインの値と微分ゲインの値とが急変するのが緩和されて、PID制御部21が出力する電流指令の急変も緩和されるので、液圧シリンダ1の推力の急変も緩和できる。 Furthermore, the controller 11 in the cylinder device A of this embodiment has a proportional gain processing unit 27 that mitigates the change in the proportional gain corrected by the proportional gain correction unit 24, and a differential gain processing unit 28 that mitigates the change in the differential gain corrected by the differential gain correction unit 25, and the PID control unit 21 generates a current command using the proportional gain processed by the proportional gain processing unit 27 and the differential gain processed by the differential gain processing unit 28. According to the cylinder device A configured in this manner, even if the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 change and the proportional gain and differential gain are corrected, the sudden change in the value of the proportional gain and the value of the differential gain used in the PID control unit 21 is mitigated, and the sudden change in the current command output by the PID control unit 21 is also mitigated, so that the sudden change in the thrust of the hydraulic cylinder 1 can also be mitigated.

また、本実施の形態のシリンダ装置Aにおけるコントローラ11は、モータ8が制動状態の場合に、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数のいずれか一方または両方をモータ8の回生電力を高くするように制御する絞り弁制御部30を備えている。このように構成されたシリンダ装置Aによれば、第1可変絞り弁6或いは第2可変絞り弁7の絞り係数を変化させてもPID制御部21による制御によって目標推力に対する液圧シリンダ1の応答性の悪化を抑制できるので、液圧シリンダ1の追従性の抑制と、絞り弁制御部30により回生電力の向上とを両立できる。 The controller 11 in the cylinder device A of this embodiment is also equipped with a throttle valve control unit 30 that controls either or both of the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 so as to increase the regenerative power of the motor 8 when the motor 8 is in a braking state. With the cylinder device A configured in this manner, even if the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 or the second variable throttle valve 7 is changed, the control by the PID control unit 21 can suppress deterioration of the responsiveness of the hydraulic cylinder 1 to the target thrust, so that it is possible to both suppress the tracking ability of the hydraulic cylinder 1 and increase the regenerative power by the throttle valve control unit 30.

さらに、本実施の形態のシリンダ装置Aにおけるコントローラ11は、目標推力の入力を受けてフィードフォワード制御によってPID制御部21が求める電流指令に加算する加算電流指令を求めるフィードフォワード制御部22を備え、PID制御部21が求めた電流指令とフィードフォワード制御部22が求めた加算電流指令とを加算してモータ8に供給するべき目標電流を指示する最終電流指令を生成する。このように構成されたシリンダ装置Aによれば、液圧シリンダ1の実推力をフィードバックしないフィードフォワード制御部22が推力指令に対して液圧シリンダ1の応答遅れを考慮していち早く液圧シリンダ1の推力が推力指令に追従するような加算電流指令を求め、PID制御部21の電流指令に加算電流指令を加算して最終電流指令を生成するので、目標推力に対する液圧シリンダ1の追従性に影響を与えずに目標推力に対する応答性を向上させ得る。 Furthermore, the controller 11 in the cylinder device A of this embodiment includes a feedforward control unit 22 that receives the input of the target thrust and determines an additional current command to be added to the current command determined by the PID control unit 21 through feedforward control, and generates a final current command that indicates the target current to be supplied to the motor 8 by adding the current command determined by the PID control unit 21 and the additional current command determined by the feedforward control unit 22. According to the cylinder device A configured in this manner, the feedforward control unit 22, which does not feed back the actual thrust of the hydraulic cylinder 1, determines an additional current command that allows the thrust of the hydraulic cylinder 1 to quickly follow the thrust command, taking into account the response delay of the hydraulic cylinder 1 to the thrust command, and adds the additional current command to the current command of the PID control unit 21 to generate a final current command, so that the responsiveness to the target thrust can be improved without affecting the ability of the hydraulic cylinder 1 to follow the target thrust.

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, modifications, variations, and changes are possible without departing from the scope of the claims.

1・・・液圧シリンダ、2・・・シリンダ、3・・・ピストン、4・・・第1流路、5・・・第2流路、6・・・第1可変絞り弁、7・・・第2可変絞り弁、8・・・モータ、9・・・ポンプ、11・・・コントローラ、21・・・PID制御部、22・・・フィードフォワード制御部、24・・・比例ゲイン補正部、25・・・微分ゲイン補正部、26・・・積分ゲイン補正部、27・・・比例ゲイン処理部、28・・・微分ゲイン処理部、30・・・絞り弁制御部、A・・・シリンダ装置、R1,R2・・・作動室 1: hydraulic cylinder, 2: cylinder, 3: piston, 4: first flow path, 5: second flow path, 6: first variable throttle valve, 7: second variable throttle valve, 8: motor, 9: pump, 11: controller, 21: PID control section, 22: feedforward control section, 24: proportional gain correction section, 25: differential gain correction section, 26: integral gain correction section, 27: proportional gain processing section, 28: differential gain processing section, 30: throttle valve control section, A: cylinder device, R1, R2: working chamber

Claims (4)

シリンダと、前記シリンダ内に移動自在に挿入されて前記シリンダ内を二つの作動室に区画するピストンと、互いに並列して前記作動室同士を連通する第1流路と第2流路と、前記第1流路に設けられた第1可変絞り弁と、前記第2流路に直列に設けられる第2可変絞り弁およびモータによって駆動される双方向吐出型のポンプとを有する液圧シリンダと、
前記第1可変絞り弁、前記第2可変絞り弁および前記モータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記液圧シリンダの目標推力をPID補償して前記モータへ与える電流指令を生成するPID制御部と、前記PID制御部の比例ゲインを補正する比例ゲイン補正部と、前記PID制御部の微分ゲインを補正する微分ゲイン補正部とを有し、
前記比例ゲイン補正部と前記微分ゲイン補正部は、前記第1可変絞り弁の絞り係数と前記第2可変絞り弁の絞り係数とに基づいて、それぞれ前記比例ゲインと前記微分ゲインを補正する
ことを特徴とするシリンダ装置。
a hydraulic cylinder having a cylinder, a piston movably inserted into the cylinder to divide the inside of the cylinder into two working chambers, a first flow passage and a second flow passage arranged in parallel with each other and communicating the working chambers with each other, a first variable throttle valve provided in the first flow passage, a second variable throttle valve provided in series in the second flow passage, and a two-way discharge pump driven by a motor;
a controller for controlling the first variable throttle valve, the second variable throttle valve, and the motor,
the controller has a PID control unit that performs PID compensation on a target thrust of the hydraulic cylinder to generate a current command to be applied to the motor, a proportional gain correction unit that corrects a proportional gain of the PID control unit, and a differential gain correction unit that corrects a differential gain of the PID control unit,
the proportional gain correction unit and the differential gain correction unit respectively correct the proportional gain and the differential gain based on a throttle coefficient of the first variable throttle valve and a throttle coefficient of the second variable throttle valve.
前記コントローラは、
前記PID制御部の積分ゲインを前記液圧シリンダ内の液体の体積弾性係数に基づいて補正する積分ゲイン補正部を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。
The controller:
2. The cylinder device according to claim 1, further comprising an integral gain correction unit that corrects an integral gain of the PID control unit based on a bulk modulus of the liquid in the hydraulic cylinder.
前記コントローラは、
前記比例ゲイン補正部が補正した前記比例ゲインの変化を緩和する比例ゲイン処理部と、
前記微分ゲイン補正部が補正した前記微分ゲインの変化を緩和する微分ゲイン処理部とを有し、
前記PID制御部は、前記比例ゲイン処理部で処理した比例ゲインと、前記微分ゲイン処理部で処理した微分ゲインとを用いて前記電流指令を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。
The controller:
a proportional gain processing unit that reduces a change in the proportional gain corrected by the proportional gain correction unit;
a differential gain processing unit that reduces a change in the differential gain corrected by the differential gain correction unit,
The cylinder device according to claim 1 , wherein the PID control unit generates the current command by using a proportional gain processed by the proportional gain processing unit and a differential gain processed by the differential gain processing unit.
前記コントローラは、前記目標推力の入力を受けてフィードフォワード制御によって前記PID制御部が求める電流指令に加算する加算電流指令を求めるフィードフォワード制御部を有し、前記推力制御部が求めた前記電流指令と前記フィードフォワード制御部が求めた前記加算電流指令とを加算して前記モータに供給すべき目標電流を指示する最終電流指令を生成する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のシリンダ装置。
3. The cylinder device according to claim 1, wherein the controller has a feedforward control unit that receives an input of the target thrust and determines an additional current command to be added to a current command determined by the PID control unit through feedforward control, and generates a final current command that indicates a target current to be supplied to the motor by adding the current command determined by the thrust control unit and the additional current command determined by the feedforward control unit.
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