JP2024053184A - Cylinder Unit - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生可能なシリンダ装置の提供を目的とする。【解決手段】シリンダ装置Aは、シリンダ2と、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、並列して作動室同士R1,R2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、モータ8が制動状態であって電圧指令が飽和していると、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の一方または両方を制御する。【選択図】図5[Problem] The present invention aims to provide a cylinder device capable of generating a stable thrust by preventing the motor and the cylinder device from exciting each other's vibrations and oscillating. [Solution] The cylinder device A includes a hydraulic cylinder 1 having a cylinder 2, a piston 3 that 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 arranged in parallel to 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 a controller 11 that controls the first variable throttle valve 6, the second variable throttle valve 7, and the motor 8, and when the motor 8 is in a braking state and the voltage command is saturated, the controller 11 controls one or both of the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7. [Selected Figure] Figure 5

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、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。前述のように、従来のシリンダ装置では、モータを力行領域で使用して油圧シリンダを積極的に伸縮させる場合の他に、モータが制動領域で使用される場合もモータが発生するトルクを制御することによりシリンダ装置が発生する推力を調整できる。 Furthermore, in conventional cylinder devices, when the hydraulic cylinder is forcibly extended or retracted by an external force, the pump is rotated by the hydraulic oil flowing through the second flow path, so the motor is used in the braking region, and 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. As described above, in conventional cylinder devices, in addition to when the motor is used in the powering region to actively extend or retract the hydraulic cylinder, the thrust generated by the cylinder device can be adjusted by controlling the torque generated by the motor even when the motor is used in the braking region.

特開2009-196597号公報JP 2009-196597 A

ここで、シリンダ装置の機械的な共振周波数fmは、第1可変絞り弁の絞り係数をfv1、第2可変絞り弁の絞り係数をfv2、流体の体積弾性係数をKo、ポンプの押しのけ容積をVp、モータのロータの慣性モーメントをIm、上下室の初期体積をVとすると、以下の式1で表すことができる。 Here, the mechanical resonance frequency fm of the cylinder device can be expressed by the following Equation 1, where the throttling coefficient of the first variable throttle valve is fv1, the throttling coefficient of the second variable throttle valve is fv2, the bulk elasticity coefficient of the fluid is Ko, the displacement volume of the pump is Vp, the moment of inertia of the motor rotor is Im, and the initial volume of the upper and lower chambers is V0 .

Figure 2024053184000002
Figure 2024053184000002

他方、モータの電気的な共振周波数をfeとし、巻線の抵抗をRとし、巻線のインダクタンスをLとし、ロータの電気角速度をφとすると、共振周波数は以下の式2で表すことができる。式2からモータの電気的な共振周波数feは、ロータの電気角速度φに応じて変化し、モータの回転速度が高くなればなるほど共振周波数feの値も高くなることが解る。 On the other hand, if the motor's electrical resonant frequency is fe, the winding resistance is R, the winding inductance is L, and the rotor's electrical angular speed is φ, then the resonant frequency can be expressed by the following equation 2. From equation 2, it can be seen that the motor's electrical resonant frequency fe changes according to the rotor's electrical angular speed φ, and the higher the motor's rotational speed, the higher the value of the resonant frequency fe.

Figure 2024053184000003
Figure 2024053184000003

モータの回転速度が高速になって、電気的な共振周波数feの値が機械的な共振周波数fmの値に近づくと、互いの振動を励起して発振を引き起こすような振動モードが現れ、シリンダ装置が発生する推力が安定せずに振動的に変化する現象が生じる。なお、この現象は、特開2008-67581に開示されているように、モータが制動状態であること、モータの電圧指令が飽和状態であること、およびシリンダ装置の機械的な共振周波数とモータの電気的な共振周波数が近づくことという3つの条件がすべてそろった場合に発生することが知られている。 When the motor rotation speed increases and the electrical resonant frequency fe approaches the mechanical resonant frequency fm, a vibration mode appears in which the two frequencies excite each other and cause oscillation, resulting in a phenomenon in which the thrust generated by the cylinder device becomes unstable and changes in an oscillatory manner. As disclosed in JP 2008-67581, this phenomenon is known to occur when all three conditions are met: the motor is in a braking state, the motor voltage command is in a saturated state, and the mechanical resonant frequency of the cylinder device and the electrical resonant frequency of the motor are close to each other.

ところが、従来のシリンダ装置では、前述したように、外力によって伸縮してモータが制動領域で使用される場面が多くある。よって、従来のシリンダ装置では、外力の作用で非常に高速で伸縮する場合にモータが制動状態で動作し、かつ、モータの回転速度が高くなって、電気的な共振周波数feの値が機械的な共振周波数fmの値に接近してモータが発振する振動モードが発生して発生推力が振動的に変動する可能性がある。 However, as mentioned above, in conventional cylinder devices, there are many situations where the motor is used in the braking region due to expansion and contraction caused by external force. Therefore, in conventional cylinder devices, when the motor expands and contracts very quickly due to the action of an external force, the motor operates in a braking state, and the motor rotation speed increases, causing the value of the electrical resonance frequency fe to approach the value of the mechanical resonance frequency fm, creating a vibration mode in which the motor oscillates, and the generated thrust may fluctuate in an oscillatory manner.

そこで、本発明は、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生可能な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 generate a stable thrust force by preventing the motor and cylinder device from exciting each other's vibrations and oscillating.

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、モータが制動状態であって、モータの電圧指令が飽和していると判定すると、モータの回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置の機械的な共振周波数を変更するか、或いは、モータの回転速度或いはトルクの一方または両方を低下させるように第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一方または両方を制御する。 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. When the controller determines that the motor is in a braking state and the voltage command of the motor is saturated, it either reduces the rotational speed of the motor to reduce the electrical resonance frequency and simultaneously changes the mechanical resonance frequency of the cylinder device, or controls one or both of the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve so as to reduce one or both of the rotational speed and torque of the motor.

このように構成されたシリンダ装置によれば、モータが制動状態であり、かつ、モータの電圧指令が飽和していると判定することで、モータが発振する可能性があることを把握でき、モータの回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置の機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータの回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータを制御可能な状態に復帰させることで、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生させることができる。 With a cylinder device configured in this way, by determining that the motor is in a braking state and that the motor voltage command is saturated, it is possible to determine that the motor may oscillate, and by lowering the motor rotation speed to lower the electrical resonance frequency while simultaneously changing the mechanical resonance frequency of the cylinder device, or by lowering one or both of the motor rotation speed and torque to return the motor to a controllable state, it is possible to prevent the motor and cylinder device from exciting each other's vibrations and causing oscillation, and generate a stable thrust.

また、シリンダ装置におけるコントローラは、モータの回転速度とトルクとに基づいてモータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部と、モータのq軸の電圧指令とd軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータの電圧指令の飽和を判定する飽和判定部とを備えてもよい。このように構成されたシリンダ装置によれば、モータの回転速度とトルクとに基づいて回転速度トルク座標系においてモータの動作点が制動状態となる第2象限と第4象限に存在していることを精度よく判定でき、また、q軸の電圧指令とd軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータの電圧指令の飽和を判定しているのでモータの電圧指令が飽和しているか否かを容易に判定でき、発振防止制御を実行する条件の見極めを正確かつ容易に行える。 The controller in the cylinder device may also include a braking state determination unit that determines whether the motor is in a braking state based on the motor's rotation speed and torque, and a saturation determination unit that determines whether the motor's voltage command is saturated based on the resultant vector length of the motor's q-axis voltage command and d-axis voltage command. With this cylinder device configured in this way, it is possible to accurately determine whether the motor's operating point is in the second or fourth quadrant in the braking state in the rotation speed torque coordinate system based on the motor's rotation speed and torque, and since the saturation of the motor's voltage command is determined based on the resultant vector length of the q-axis voltage command and the d-axis voltage command, it is possible to easily determine whether the motor's voltage command is saturated, and the conditions for executing oscillation prevention control can be accurately and easily determined.

以上より、本発明のシリンダ装置によれば、モータとシリンダ装置が互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生できる。 As described above, the cylinder device of the present invention can prevent the motor and cylinder device from exciting each other's vibrations and oscillating, and generate a stable thrust.

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、発振防止制御部の構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the oscillation prevention control section.

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 that is movably inserted into the cylinder 2 and divides 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 together with the piston 3 relative to the cylinder 2 upward in Fig. 1, and conversely, the hydraulic cylinder 1 is said to contract when the rod 10 moves together with the piston 3 relative to the cylinder 2 downward in Fig. 1. Note that although the hydraulic cylinder 1 is configured as a double rod type in the illustrated example, it may also 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、本実施の形態では3相ブラシレスDCモータとされており、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できる。 The pump 9 is set to be a bidirectional discharge type, and may be, for example, a vane pump, gear pump, axial pump, or the like, that has a rotating shaft (not shown) and 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 in this embodiment is a three-phase brushless DC motor that can be driven by passing electricity, and when forcibly rotated by input from the pump 9 side, can generate electricity and generate torque that suppresses the rotation of the pump 9.

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、下記式3が得られる。 Then, the differential pressure between one working chamber R1 and the other working chamber R2 when the hydraulic cylinder 1 is expanding or contracting is ΔP, the flow rate per unit time of the fluid flowing out from one working chamber R1 (hereinafter simply referred to as flow rate) is Q, the throttling coefficient 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, the throttling coefficient is C1, 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 is C2, and the throttling coefficient is the ratio of the flow rate q2 of the fluid passing through the variable throttle valve M consisting of the motor 8 and pump 9 divided by the differential pressure (pressure loss) Δpm generated at the variable throttle valve M, the following formula 3 is obtained.

Figure 2024053184000004
Figure 2024053184000004

ここで、C=C2×C3/(C2+C3)とおくと、式3は下記式4と書くことができる。 Here, if we set C = C2 x C3/(C2 + C3), equation 3 can be written as equation 4 below.

Figure 2024053184000005
Figure 2024053184000005

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、以下の式5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 5 holds.

Figure 2024053184000006
Figure 2024053184000006

式5を式4に代入してまとめると、以下の式6を得る。 Substituting Equation 5 into Equation 4 and summarizing, we get Equation 6 below.

Figure 2024053184000007
Figure 2024053184000007

そして、上記式6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 6, 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、下記式7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 7 is obtained.

Figure 2024053184000008
Figure 2024053184000008

そして、上記式7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 7, 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において、第1象限および第2象限における横軸に平行な直線j1と、直線j1に連なる曲線k1,k2と、第3象限および第4象限における横軸に平行な直線j2と、直線j2に連なる曲線k3,k4と、で囲まれた領域となる。なお、直線j1,j2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。曲線k1,k2,k3,k4もまた、その時の回転速度においてモータ8が出力可能な負担トルクの領域と出力不可能な負担トルクの領域とを仕切る線であり、図外の電源の電圧、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。なお、図4では、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 load torque that can be output for any rotation speed of the motor 8 is the area surrounded by a straight line j1 parallel to the horizontal axis in the first and second quadrants, curves k1 and k2 connected to the line j1, a straight line j2 parallel to the horizontal axis in the third and fourth quadrants, and curves k3 and k4 connected to the line j2 in the rotation speed torque coordinate system with the load torque on the vertical axis and the rotation speed on the horizontal axis, as shown in Figure 4. The straight lines j1 and j2 indicate the upper limit of the load torque of the motor 8, and are boundaries that arise due to the current being limited by a current limiter (not shown) provided in the controller 11. The curves k1, k2, k3, and k4 are also lines that separate the area of the load torque that the motor 8 can output at the rotation speed at that time from the area of the load torque that cannot be output, and are boundary lines determined by the characteristics of the voltage of the power supply not shown, the induced electromotive force of the motor 8, and the like. In FIG. 4, the torque of the motor 8 in the forward direction is positive and the torque in the reverse direction is negative, and the rotational speed of the motor 8 when rotating in the forward direction is positive and 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出力可能な負担トルクが小さくなることになる。 As can be seen from Figure 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/retraction speed of the hydraulic cylinder 1, the higher the rotational speed of the motor 8 will be, and the smaller the load torque that can be output will be.

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, 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 it consumes power to power itself. Thus, the motor 8 is in a braking state when it is operating in the braking region, and in a powering state when it is operating in the powering region.

そして、直線j1と直線j1に連なる曲線k1,k2とでなる線と、直線j2と直線j2に連なる曲線k3,k4とでなる線とは、回転速度トルク座標系においてモータ8の出力限界を示しており、第2象限および第4象限の制動領域においてモータ8の回転速度とトルクの交点である動作点が出力限界を超える領域Xにあると、モータ8が制御不能な状態となっていることを示している。また、モータ8の動作点が制動領域であって出力限界内の領域Yにある場合には、モータ8がその時の回転速度において所望のトルクを発生可能であるので、モータ8は制御可能な状態となっていることを示している。 The line formed by the straight line j1 and the curves k1 and k2 connected to the straight line j1, and the line formed by the straight line j2 and the curves k3 and k4 connected to the straight line j2 indicate the output limit of the motor 8 in the rotational speed torque coordinate system, and indicate that the motor 8 is in an uncontrollable state when the operating point of the intersection of the rotational speed and torque of the motor 8 in the braking region of the second and fourth quadrants is in region X, which exceeds the output limit. Also, when the operating point of the motor 8 is in region Y, which is in the braking region and within the output limit, the motor 8 can generate the desired torque at the rotational speed at that time, and therefore indicates that the motor 8 is in a controllable state.

ここで、図3に示すように、第1可変絞り弁6の絞り係数を大きくすることによりモータ8の回転速度を低下させることができ、第2可変絞り弁7の絞り係数を小さくすることによりモータ8が負担するトルクを低下させることができる。よって、モータ8が第2象限および第4象限にあってモータ8が制動状態であって、モータ8の動作点が出力限界を超えて領域Xにあってモータ8を正常に制御できない場合、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の一方または両方を調整することで、モータ8の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Aの機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータ8の回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータ8を制御可能な状態に復帰させることで、モータ8とシリンダ装置Aが互いの振動を励起して発振することを防止し、シリンダ装置Aに安定した推力を発生させ得る。このことは、式1中でシリンダ装置Aの機械的な共振周波数fmが第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数をパラメータして変更できるので、前述したように、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の一方または両方を調整することで、モータ8の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Aの機械的な共振周波数を変更することによってモータ8とシリンダ装置Aが互いの振動を励起して発振することを防止できることが理解できよう。また、詳細には説明しないが、モータ8の電流入力からシリンダ装置Aの推力までの伝達関数から、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の組み合わせよってシリンダ装置Aの減衰比を変更可能である。 Here, as shown in FIG. 3, the rotation speed of the motor 8 can be reduced by increasing the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6, and the torque borne by the motor 8 can be reduced by decreasing the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7. Therefore, when the motor 8 is in the second and fourth quadrants and the motor 8 is in a braking state, and the operating point of the motor 8 exceeds the output limit and is in region X, the motor 8 cannot be controlled normally. By adjusting one or both of the throttling coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, the rotation speed of the motor 8 is reduced to reduce the electrical resonance frequency and at the same time change the mechanical resonance frequency of the cylinder device A, or by reducing one or both of the rotation speed and torque of the motor 8 to return the motor 8 to a controllable state, it is possible to prevent the motor 8 and the cylinder device A from exciting each other's vibrations and oscillating, and generate a stable thrust in the cylinder device A. This means that in Equation 1, the mechanical resonance frequency fm of the cylinder device A can be changed by using the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 as parameters. As described above, by adjusting one or both of the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, the rotation speed of the motor 8 can be reduced to reduce the electrical resonance frequency, and at the same time, the mechanical resonance frequency of the cylinder device A can be changed to prevent the motor 8 and the cylinder device A from exciting each other's vibration and oscillating. Also, although not described in detail, the damping ratio of the cylinder device A can be changed by combining the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 from the transfer function from the current input of the motor 8 to the thrust of the cylinder device A.

そこで、コントローラ11は、図5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を制御する推力制御部20の他に、第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数を制御してモータ8の発振を防止する発振防止制御部30を備えている。 As shown in FIG. 5, the controller 11 includes a thrust control unit 20 that receives a thrust command indicating the target thrust of the hydraulic cylinder 1 from a higher-level control device and controls the motor 8, as well as an oscillation prevention control unit 30 that controls the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 to prevent oscillation of the motor 8.

推力制御部20は、上位の制御装置から液圧シリンダ1の目標推力を指示する推力指令を受けるとモータ8に供給すべき目標電流を求めて当該目標電流を指示する電流指令を出力する電流指令生成部21と、電流指令生成部21が生成した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べく電圧指令を生成する電流ループ22と、電流ループ22からの電圧指令の入力によってモータ8に電力供給する駆動回路23とを備えている。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と目的して液圧シリンダ1に発生するべき推力を求める。なお、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。 The thrust control unit 20 includes a current command generating unit 21 that, upon receiving a thrust command indicating the target thrust of the hydraulic cylinder 1 from a higher-level control device, determines a target current to be supplied to the motor 8 and outputs a current command indicating the target current, a current loop 22 that, upon receiving the current command generated by the current command generating unit 21, generates a voltage command to control the current flowing through the motor 8 according to the target current by feeding back the current flowing through the motor 8, and a drive circuit 23 that supplies power to the motor 8 by inputting the voltage command from the current loop 22. In this embodiment, the hydraulic cylinder 1 is applied to a vehicle, and the higher-level control device determines the thrust to be generated in the hydraulic cylinder 1 mainly for the purpose of suppressing the vibration of the vehicle body as a sprung member. The thrust command may be determined so as to enable not only the reduction of the vibration of the vehicle body but also the reduction of the vibration of the wheels as unsprung members. The thrust control unit 20 may also determine a thrust command by itself, rather than obtaining a thrust command from a higher-level control device, by detecting vibration information of the vehicle body, or the vehicle body and wheels in the vehicle, or by receiving such vibration information from the vehicle.

電流指令生成部21は、たとえば、液圧シリンダ1が発生している実推力をフィードバックして、推力指令が指示する目標推力と実推力との制御偏差をPID(比例積分微分)補償して、モータ8に出力させるべきトルクに応じた目標電流を求める演算処理を行う。また、電流指令生成部21は、3相を2相に変換して固定座標を回転座標に変換することでロータの電気角に無関係にトルクを発生するためのq軸電流と磁束を発生するためのd軸電流に分解してモータ8を制御するベクトル制御を行って、モータ8のq軸電流指令iqとd軸電流指令idとを求める。 The current command generating unit 21 performs a calculation process to, for example, feed back the actual thrust generated by the hydraulic cylinder 1, and perform PID (proportional integral differential) compensation for the control deviation between the target thrust commanded by the thrust command and the actual thrust, thereby determining a target current according to the torque to be output from the motor 8. In addition, the current command generating unit 21 performs vector control to control the motor 8 by decomposing into a q-axis current for generating torque and a d-axis current for generating magnetic flux regardless of the electrical angle of the rotor by converting three phases to two phases and converting fixed coordinates to rotating coordinates, thereby determining the q-axis current command iq * and the d-axis current command id * of the motor 8.

なお、液圧シリンダ1の実推力は、作動室R1の圧力を検知する圧力センサ25aと、作動室R2の圧力を検知する圧力センサ25b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が発生している推力を求める演算部25cとを備えた実推力検知部25から電流指令生成部20aに入力される。電流指令生成部21は、推力指令から目標電流を求めてq軸電流指令iqとd軸電流指令idとを生成できる限りにおいて、どのように構成されてもよい。また、液圧シリンダ1が発生する推力は、ロッド10に設けられる荷重の検知によって把握できるので、実推力検知部25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。 The actual thrust of the hydraulic cylinder 1 is input to the current command generating unit 20a from an actual thrust detecting unit 25 including a pressure sensor 25a for detecting the pressure in the working chamber R1, a pressure sensor 25b for detecting the pressure in the working chamber R2, and a calculation unit 25c for calculating the 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. The current command generating unit 21 may be configured in any manner as long as it can calculate a target current from the thrust command and generate a q-axis current command iq * and a d-axis current command id * . Since the thrust generated by the hydraulic cylinder 1 can be grasped by detecting the load applied to the rod 10, the actual thrust detecting unit 25 may be a sensor for detecting the load acting on the rod 10.

また、推力制御部20は、図示はしないが、実推力検知部25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。そして、電流指令生成部21は実推力推定部が推定した実推力をフィードバックして目標電流を求めてもよい。 In addition, the thrust control unit 20 may be provided with an actual thrust estimation unit (not shown) that estimates the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 instead of detecting the thrust actually output by the hydraulic cylinder 1, instead of the actual thrust detection unit 25. Instead of detecting the pressure and load described above, the actual thrust estimation unit may be an observer that detects state quantities of the hydraulic cylinder 1, such as the throttling coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7, the rotational speed of the motor 8, and the torque, and estimates the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 from the state quantities, or an observer that detects state quantities of the 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. In addition, the actual thrust estimation unit may estimate the actual thrust of the hydraulic cylinder 1 from information from acceleration sensors attached to the vehicle body and the axle. In this way, the actual thrust estimation unit may estimate the actual thrust from sensor information used for purposes other than the control of the cylinder device A. The current command generation unit 21 may then feed back the actual thrust force estimated by the actual thrust force estimation unit to determine the target current.

電流ループ22は、モータ8の3相の巻線に流れる電流のうち、少なくとも2相の電流の情報からモータ8のq軸電流iqとd軸電流idとの情報を得て、q軸電流指令iqとq軸電流iqとのq軸電流偏差をPID補償してq軸電圧指令Vqを生成するとともに、d軸電流指令idとd軸電流idとのd軸電流偏差をPID補償してd軸電圧指令Vdを生成する。そして、本実施の形態の電流ループ22は、電流指令としてq軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdとを求めて、これらの2相の各電圧指令Vq,Vdをモータ8の実際のU相、V相およびW相の3相の電圧指令Vu,Vv,Vwへ変換して駆動回路23へ入力する。また、電流ループ22は、求めたq軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdとを後述する発振防止制御部30へ入力する。なお、電流ループ22は、q軸電流指令iqからq軸電圧指令Vqを求める制御パスと、q軸電流指令idからq軸電圧指令Vdを求める制御パスとにおいて、PID補償ではなくPI補償を行ってもよい。 The current loop 22 obtains information on the q-axis current iq and the d-axis current id of the motor 8 from information on at least two phases of the current flowing through the three-phase windings of the motor 8, and generates a q-axis voltage command Vq* by PID compensation of the q-axis current deviation between the q-axis current command iq * and the q-axis current iq, and generates a d-axis voltage command Vd * by PID compensation of the d-axis current deviation between the d-axis current command id * and the d-axis current id. The current loop 22 of this embodiment obtains the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * as current commands, and converts these two-phase voltage commands Vq * and Vd * into three-phase voltage commands Vu, Vv, and Vw of the actual U-phase, V-phase, and W-phase of the motor 8, and inputs them to the drive circuit 23. The current loop 22 also inputs the obtained q-axis voltage command Vq * and d-axis voltage command Vd * to the oscillation prevention control unit 30, which will be described later. In addition, the current loop 22 may perform PI compensation instead of PID compensation in the control path for obtaining the q-axis voltage command Vq * from the q-axis current command iq * and the control path for obtaining the q-axis voltage command Vd * from the q-axis current command id * .

なお、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をベクトル制御するので、最大トルク制御や弱め界磁制御といった回転速度トルク特性を向上させる制御を行ってもよい。 In addition, since the controller 11 in the cylinder device A of this embodiment performs vector control of the motor 8, it may also perform control to improve the rotational speed torque characteristics, such as maximum torque control or field weakening control.

駆動回路23は、3相の電圧指令Vu,Vv,Vwを受け取ると、電圧指令Vu,Vv,Vwが指示するデューティ比にしたがってモータ8の3相の巻線に電圧を印可してモータ8をPWM駆動する。なお、駆動回路23は、モータ8の3相の巻線に流れる電流を検知するセンサを備えており、電流ループ22の処理で必要となるモータ8の巻線に流れる電流の情報を電流ループ22へフィードバックとして入力する。なお、電流ループ22は、駆動回路23からモータ8の巻線に流れる電流の情報を得ているが、別途、モータ8の巻線に流れる電流を検知するセンサを備えていてもよい。 When the drive circuit 23 receives the three-phase voltage commands Vu, Vv, and Vw, it applies voltages to the three-phase windings of the motor 8 according to the duty ratios indicated by the voltage commands Vu, Vv, and Vw to PWM-drive the motor 8. The drive circuit 23 is equipped with a sensor that detects the current flowing through the three-phase windings of the motor 8, and inputs information on the current flowing through the windings of the motor 8, which is required for the processing of the current loop 22, to the current loop 22 as feedback. The current loop 22 obtains information on the current flowing through the windings of the motor 8 from the drive circuit 23, but may also be equipped with a separate sensor that detects the current flowing through the windings of the motor 8.

つづいて、発振防止制御部30は、モータ8の回転速度、トルクおよび推力制御部20における電圧指令を監視しつつ第1可変絞り弁6および第2可変絞り弁7を制御する。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。また、モータ8の回転速度をサスペンションのストローク変位の情報から推定してもよい。モータ8のトルクについてはモータ8が3相ブラシレスDCモータとなっているので、d軸電流を0にした場合はモータ8のトルクがq軸電流iqに比例するからq軸電流iqをそのままトルクと看做すことができ、電流ループ22からq軸電流iqを入手してモータ8のトルクとして利用すればよい。なお、発振防止制御部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。発振防止制御部30は、モータ8の回転速度、トルクおよび電圧指令を所定の演算周期で順次取り込み、取り込んだ回転速度、トルクおよび電圧指令を処理する。発振防止制御部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q軸電流iqをトルクと看做すことができるので、モータ8のq軸電流iqをトルクとして取り扱って処理すればよい。 Next, the oscillation prevention control unit 30 controls the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 while monitoring the rotation speed, torque, and voltage command in the thrust control unit 20 of the motor 8. Regarding the rotation speed of the motor 8, if the motor 8 is equipped with a sensor such as a resolver capable of detecting the rotation position of the rotor (not shown), the rotation speed can be obtained from the rotation position information of the rotor detected by the sensor. The rotation speed of the motor 8 may also be estimated from the stroke displacement information of the suspension. Regarding the torque of the motor 8, since the motor 8 is a three-phase brushless DC motor, when the d-axis current is set to 0, the torque of the motor 8 is proportional to the q-axis current iq, so the q-axis current iq can be regarded as the torque as it is, and the q-axis current iq can be obtained from the current loop 22 and used as the torque of the motor 8. Note that the oscillation prevention control unit 30 may be equipped with a sensor that detects the rotation speed of the motor 8 and a sensor that detects the torque of the motor 8 or a sensor that detects the current of the motor 8 separately. The oscillation prevention control unit 30 sequentially takes in the rotation speed, torque, and voltage command of the motor 8 at a predetermined calculation cycle, and processes the taken-in rotation speed, torque, and voltage command. The oscillation prevention control unit 30 processes the torque of the motor 8, but as described above, the q-axis current iq flowing through the motor 8 can be regarded as torque, so the q-axis current iq of the motor 8 can be treated and processed as torque.

発振防止制御部30は、モータ8の動作状態が制動状態であり、電流ループ22が生成する電流指令が飽和状態となっていることを条件として、モータ8の回転速度或いはトルク或いは回転速度とトルクを低下させてモータ8の発振を防止する発振防止制御を行う。他方、モータ8が力行状態であるか或いは制動状態でも電流ループ22が生成する電流指令が飽和しておらず発振防止制御を行う条件が整っていない場合、モータ8を正常に制御可能な状態であるにもかかわらず、第1可変絞り弁6の流路面積が大きいと作動室R1と作動室R2の圧力差が小さくなって液圧シリンダ1が発生する推力が小さくなるとともにモータ8で消費するエネルギも高くなってしまう。よって、発振防止制御を行う条件が整っていない場合、発振防止制御部30は、基本的には、モータ8の動作状態によらず第1可変絞り弁6の絞り係数を最小の値或いは極小さな値である第1初期値に固定して、第1可変絞り弁6を閉弁或いは流路面積を小さくするように制御して、第1流路4を通過する液体の流量を0或いはごく少量に制限させる。また、第2可変絞り弁7は、ポンプ9と直列に第2流路5に設けられておりポンプ9の動作に対して抵抗となってしまうため、発振防止制御を行う条件が整っていない場合には、発振防止制御部30は、ポンプ9が吐出する液体の通過を第2可変絞り弁7が妨げないように、第2可変絞り弁7の絞り係数を最大の値である第2初期値とする。 The oscillation prevention control unit 30 performs oscillation prevention control to prevent oscillation of the motor 8 by reducing the rotation speed or torque, or the rotation speed and torque, of the motor 8, on the condition that the operating state of the motor 8 is in a braking state and the current command generated by the current loop 22 is in a saturated state. On the other hand, when the motor 8 is in a powering state or in a braking state but the current command generated by the current loop 22 is not saturated and the conditions for performing oscillation prevention control are not met, even if the motor 8 is in a state where it can be normally controlled, if the flow path area of the first variable throttle valve 6 is large, the pressure difference between the working chamber R1 and the working chamber R2 becomes small, the thrust generated by the hydraulic cylinder 1 becomes small, and the energy consumed by the motor 8 becomes high. Therefore, when the conditions for performing oscillation prevention control are not met, the oscillation prevention control unit 30 basically fixes the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 to a first initial value, which is a minimum value or a very small value, regardless of the operating state of the motor 8, and controls the first variable throttle valve 6 to close or reduce the flow path area, thereby limiting the flow rate of the liquid passing through the first flow path 4 to zero or a very small amount. In addition, since the second variable throttle valve 7 is provided in series with the pump 9 in the second flow path 5 and acts as a resistance to the operation of the pump 9, when the conditions for performing oscillation prevention control are not met, the oscillation prevention control unit 30 sets the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 to the second initial value, which is the maximum value, so that the second variable throttle valve 7 does not obstruct the passage of the liquid discharged by the pump 9.

以下、発振防止制御部30について詳細に説明する。発振防止制御部30は、モータ8の回転速度からばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後回転速度を出力する第1フィルタ31aとモータ8のトルクからばね下共振周波数以上の成分を除去してフィルタ処理後トルクを出力する第2フィルタ31bとを備えたフィルタ処理部31と、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ8が制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部32と、モータ8の電圧指令が飽和状態であるか否かを判定する飽和判定部33と、制動状態判定部32の判定結果と飽和判定部33の判定結果とに基づいて第1可変絞り弁6の目標絞り係数と第2可変絞り弁7の目標絞り係数とを求める目標絞り係数設定部34と、目標絞り係数設定部34が求めた目標絞り係数を指示する指令を受けて第1可変絞り弁6における図外の駆動源と第2可変絞り弁7における図外の駆動源に供給する電流を制御する駆動回路35とを備えて構成されている。 The oscillation prevention control unit 30 will be described in detail below. The oscillation prevention control unit 30 includes a filter processing unit 31 including a first filter 31a that removes components equal to or higher than the unsprung resonance frequency from the rotation speed of the motor 8 to output a filtered rotation speed, and a second filter 31b that removes components equal to or higher than the unsprung resonance frequency from the torque of the motor 8 to output a filtered torque, a braking state determination unit 32 that determines whether the motor 8 is in a braking state based on the filtered rotation speed and the filtered torque, a saturation determination unit 33 that determines whether the voltage command of the motor 8 is in a saturated state, a target throttle coefficient setting unit 34 that determines the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 based on the determination results of the braking state determination unit 32 and the saturation determination unit 33, and a drive circuit 35 that controls the current supplied to the drive source (not shown) of the first variable throttle valve 6 and the drive source (not shown) of the second variable throttle valve 7 upon receiving a command indicating the target throttle coefficient determined by the target throttle coefficient setting unit 34.

フィルタ処理部31は、モータ8の回転速度のばね下共振周波数帯以上の成分を除去してフィルタ処理後回転速度を出力する第1フィルタ31aと、モータ8のトルクのばね下共振周波数帯以上の成分を除去してフィルタ処理後トルクを出力する第2フィルタ31bとを備えている。フィルタ処理部31は、順次入力されるモータ8の回転速度とトルクを処理してフィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクの信号を出力する。 The filter processing unit 31 includes a first filter 31a that removes components of the rotation speed of the motor 8 that are equal to or higher than the unsprung resonance frequency band and outputs a filtered rotation speed, and a second filter 31b that removes components of the torque of the motor 8 that are equal to or higher than the unsprung resonance frequency band and outputs a filtered torque. The filter processing unit 31 processes the rotation speed and torque of the motor 8 that are input sequentially, and outputs signals of the filtered rotation speed and the filtered torque.

ここで、液圧シリンダ1が車両におけるばね上部材である車体とばね下部材である車輪との間に介装されて使用される場合、液圧シリンダ1は、車体と車輪との相対移動によって伸縮するため、液圧シリンダ1には車体および車輪の振動が入力される。液圧シリンダ1に入力される振動によって、第2流路5におけるポンプ9を通過する液体の流量も変化するので、モータ8の回転速度およびトルクも変動する。よって、フィルタ処理部31で処理する前のモータ8の回転速度およびトルクには、車輪の共振周波数帯の高周波成分や高周波ノイズが重畳している。 When the hydraulic cylinder 1 is used by being interposed between the vehicle body, which is the sprung member of the vehicle, and the wheels, which are the unsprung members, the hydraulic cylinder 1 expands and contracts due to the relative movement between the vehicle body and the wheels, and vibrations of the vehicle body and wheels are input to the hydraulic cylinder 1. The vibrations input to the hydraulic cylinder 1 also change the flow rate of liquid passing through the pump 9 in the second flow path 5, and the rotation speed and torque of the motor 8 also fluctuate. Therefore, high-frequency components in the resonant frequency band of the wheels and high-frequency noise are superimposed on the rotation speed and torque of the motor 8 before processing by the filter processing unit 31.

そのため、フィルタ処理部31による処理を行わない場合、モータ8の動作点は、高周波で振動的に推移するので、後に続く、モータ8の動作状態の判定等の処理でハンチングが生じる可能性がある。そのため、第1フィルタ31aおよび第2フィルタ31bは、本実施の形態では、ばね上部材の共振周波数成分の抽出が可能なようにバンドパスフィルタとされている。ばね上部材の共振周波数帯は、1Hz~2Hz程度であるので、第1フィルタ31aおよび第2フィルタ31bは、1Hz~2Hzの成分を抽出できる特性となるように設定される。 Therefore, if processing by the filter processing unit 31 is not performed, the operating point of the motor 8 will shift in an oscillatory manner at high frequencies, and hunting may occur in subsequent processing such as determining the operating state of the motor 8. For this reason, in this embodiment, the first filter 31a and the second filter 31b are bandpass filters that can extract the resonant frequency components of the sprung member. Since the resonant frequency band of the sprung member is approximately 1 Hz to 2 Hz, the first filter 31a and the second filter 31b are set to have characteristics that can extract components of 1 Hz to 2 Hz.

このように、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、モータ8の回転速度およびトルクがフィルタ処理部30によって処理されてモータ8の回転速度およびトルクから高周波のばね下共振周波数以上の成分が除去されるので、車両におけるばね上部材の振動に応じてモータ8の制動状態を精度良く把握できるようになり、発振防止制御部30による第1可変絞り弁6の絞り係数および第2可変絞り弁7の絞り係数を適切に制御できるようになる。なお、フィルタ処理部31における第1フィルタ31aおよび第2フィルタ31bは、ばね上共振周波数帯の成分を抽出するフィルタとされているが、少なくともばね下共振周波数帯以上の成分を除去可能なローパスフィルタであってもよい。このように、第1フィルタ31aおよび第2フィルタ31bがばね下共振周波数帯以上の成分を除去可能なローパスフィルタとされても、ばね下部材の振動やノイズを回転速度およびトルクの信号から取り除いて、モータ8の制動状態を精度良く把握できるようになり、発振防止制御部30による第1可変絞り弁6と第2可変絞り弁7とを適切に制御できるようになる。なお、フィルタ処理部31における第1フィルタ31aおよび第2フィルタ31bを設けることで、モータ8の制動状態を精度良く把握できるようになるが、第1フィルタ31aおよび第2フィルタ31bを省略することも可能である。 In this way, in the cylinder device A of this embodiment, the rotation speed and torque of the motor 8 are processed by the filter processing unit 30 to remove high-frequency components above the unsprung resonance frequency from the rotation speed and torque of the motor 8, so that the braking state of the motor 8 can be accurately grasped according to the vibration of the sprung member in the vehicle, and the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 can be appropriately controlled by the oscillation prevention control unit 30. Note that the first filter 31a and the second filter 31b in the filter processing unit 31 are filters that extract components in the sprung resonance frequency band, but they may be low-pass filters that can remove at least components above the unsprung resonance frequency band. In this way, even if the first filter 31a and the second filter 31b are low-pass filters that can remove components above the unsprung resonance frequency band, the vibration and noise of the unsprung member can be removed from the rotation speed and torque signals, so that the braking state of the motor 8 can be accurately grasped, and the oscillation prevention control unit 30 can appropriately control the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7. By providing the first filter 31a and the second filter 31b in the filter processing unit 31, the braking state of the motor 8 can be grasped with high accuracy, but it is also possible to omit the first filter 31a and the second filter 31b.

つづいて、制動状態判定部32は、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ8が制動状態であるか否かを判定する。具体的には、制動状態判定部32は、フィルタ処理後回転速度の符号とフィルタ処理後トルクの符号とから、モータ8の動作点が図4中でどの象限にあるのかを判断して、モータ8が制動状態と力行状態の何れであるのかを判定する。制動状態判定部32は、モータ8の動作状態を判定した後、判定結果を目標絞り係数設定部34に入力する。 Then, the braking state determination unit 32 determines whether the motor 8 is in a braking state based on the filtered rotation speed and the filtered torque. Specifically, the braking state determination unit 32 determines which quadrant in FIG. 4 the operating point of the motor 8 is in, based on the sign of the filtered rotation speed and the sign of the filtered torque, and determines whether the motor 8 is in a braking state or a powering state. After determining the operating state of the motor 8, the braking state determination unit 32 inputs the determination result to the target throttle coefficient setting unit 34.

詳細には、制動状態判定部32は、フィルタ処理後回転速度が正であってフィルタ処理後トルクが正である場合、つまり、フィルタ処理後回転速度をωfとし、フィルタ処理後トルクをTfとすると、ωf≧0かつTf≧0である場合、モータ8の動作点が図4中第1象限の力行領域にあると判断して、モータ8の動作状態を第1象限における力行状態であると判定(力行判定)する。 In detail, when the filtered rotation speed is positive and the filtered torque is positive, that is, when the filtered rotation speed is ωf and the filtered torque is Tf, ωf ≧ 0 and Tf ≧ 0, the braking state determination unit 32 determines that the operating point of the motor 8 is in the powering region of the first quadrant in FIG. 4, and determines that the operating state of the motor 8 is a powering state in the first quadrant (powering determination).

また、制動状態判定部32は、フィルタ処理後回転速度が負であってフィルタ処理後トルクが正である場合、つまり、ωf<0かつTf≧0である場合、モータ8の動作点が図4中第2象限の制動領域にあると判断して、モータ8の動作状態を第2象限における制動状態であると判定(制動判定)する。 In addition, when the filtered rotation speed is negative and the filtered torque is positive, that is, when ωf<0 and Tf≧0, the braking state determination unit 32 determines that the operating point of the motor 8 is in the braking region of the second quadrant in FIG. 4, and determines that the operating state of the motor 8 is in a braking state in the second quadrant (braking determination).

さらに、制動状態判定部32は、フィルタ処理後回転速度が負であってフィルタ処理後トルクが負である場合、ωf<0かつTf<0である場合、モータ8の動作点が図4中第3象限の力行領域にあると判断して、モータ8の動作状態を第3象限における力行状態であると判定(力行判定)する。 Furthermore, if the filtered rotational speed is negative and the filtered torque is negative, ωf<0 and Tf<0, the braking state determination unit 32 determines that the operating point of the motor 8 is in the powering region of the third quadrant in FIG. 4, and determines that the operating state of the motor 8 is in the powering state in the third quadrant (powering determination).

そして、制動状態判定部32は、フィルタ処理後回転速度が正であってフィルタ処理後トルクが負である場合、つまり、ωf≧0かつTf<0である場合、モータ8の動作点が図4中第4象限の制動領域にあると判断して、モータ8の動作状態を第4象限における制動状態であると判定(制動判定)する。 Then, when the filtered rotation speed is positive and the filtered torque is negative, that is, when ωf≧0 and Tf<0, the braking state determination unit 32 determines that the operating point of the motor 8 is in the braking region of the fourth quadrant in FIG. 4, and determines that the operating state of the motor 8 is in a braking state in the fourth quadrant (braking determination).

このように、制動状態判定部32は、ωfの値が正である負であるか、およびTfの値が正であるか負であるのかを判断して、モータ8の動作点が4つの象限の何れに当てはまるのかを判断して、モータ8の動作状態が制動状態であるか力行状態であるかを判断する。 In this way, the braking state determination unit 32 determines whether the value of ωf is positive or negative and whether the value of Tf is positive or negative, and determines which of the four quadrants the operating point of the motor 8 falls into, and determines whether the operating state of the motor 8 is in a braking state or a powering state.

飽和判定部33は、電流ループ22が求めたq軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdとでなる電圧指令が飽和しているか否かを判定する。モータ8の巻線には、モータ8に電力供給する図外の電源の電圧を超える電圧を印可することができないので、電圧指令と電源電圧を基準とした飽和電圧とを比較することで、電圧指令が飽和しているか否かを判定すればよい。駆動回路35に入力される3相の電圧指令で飽和判定を行う場合、飽和判定が面倒になるが、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、q軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdとでなる電圧指令の大きさはq軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdと合成ベクトル長さで把握でき、q軸とd軸とが互いに直交しているので、前記合成ベクトル長さの値の演算も容易であり、q軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdと合成ベクトル長さと飽和電圧との比較によって電圧指令が飽和しているか否かを直ちに判定できる。 The saturation determination unit 33 determines whether the voltage command consisting of the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * obtained by the current loop 22 is saturated or not. Since a voltage exceeding the voltage of the power supply (not shown) that supplies power to the motor 8 cannot be applied to the windings of the motor 8, it is sufficient to determine whether the voltage command is saturated or not by comparing the voltage command with a saturation voltage based on the power supply voltage. If the saturation determination is performed using a three-phase voltage command input to the drive circuit 35, the saturation determination becomes troublesome. However, in the cylinder device A of this embodiment, the magnitude of the voltage command consisting of the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * can be grasped by the composite vector length of the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * , and since the q-axis and the d-axis are mutually orthogonal, the value of the composite vector length is also easy to calculate, and it is possible to immediately determine whether the voltage command is saturated or not by comparing the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * with the composite vector length and the saturation voltage.

よって、q軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdの合成ベクトル長さと飽和電圧Vsとを比較して、電圧指令が飽和しているか否かを判定すればよい。 Therefore, it is only necessary to compare the length of the resultant vector of the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * with the saturation voltage Vs to determine whether the voltage command is saturated or not.

そこで、飽和判定部33は、具体的には、電流ループ22が求めたq軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdの合成ベクトル長さの二乗の値(Vq*2+Vd*2)と飽和電圧Vsの二乗の値とを比較して、合成ベクトル長さの二乗の値が飽和電圧Vsの二乗の値を超えている場合にモータ8に対する電圧指令が飽和していると判定(飽和判定)し、合成ベクトル長さの二乗の値が飽和電圧Vsの二乗の値以下である場合にモータ8に対する電圧指令が飽和していないと判定(非飽和判定)する。 Therefore, specifically, the saturation judgment unit 33 compares the squared value of the composite vector length of the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * obtained by the current loop 22 (Vq *2 + Vd *2 ) with the squared value of the saturation voltage Vs, and judges that the voltage command for the motor 8 is saturated (saturation judgment) if the squared value of the composite vector length exceeds the squared value of the saturation voltage Vs, and judges that the voltage command for the motor 8 is not saturated (non-saturation judgment) if the squared value of the composite vector length is equal to or less than the squared value of the saturation voltage Vs.

つまり、飽和判定部33は、(Vq*2+Vd*2)>Vsである場合に電圧指令が飽和していると判定し、(Vq*2+Vd*2)≦Vsである場合に電圧指令が飽和していないと判定する。なお、上記判断の基準となる飽和電圧Vsは、U,V,Wの各相巻線の端子間電圧を図外の電源の電圧まで上昇させることができ得るような制御を実施する場合には1/√2を電源電圧に乗じた値とすればよく、また、U,V,Wの各相巻線に正弦波電圧を印加するように制御する場合には、√6/4を電源電圧に乗じた値とすればよい。 That is, saturation determination unit 33 determines that the voltage command is saturated if (Vq *2 + Vd *2 ) > Vs2 , and determines that the voltage command is not saturated if (Vq *2 + Vd *2 ) ≦ Vs2 . Note that the saturation voltage Vs, which is the basis for the above determination, may be a value obtained by multiplying the power supply voltage by 1/√2 when control is performed such that the inter-terminal voltages of the U-, V-, and W-phase windings can be increased to the voltage of a power supply not shown in the figure, or may be a value obtained by multiplying the power supply voltage by √6/4 when control is performed to apply a sinusoidal voltage to the U-, V-, and W-phase windings.

このように、q軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdの合成ベクトル長さの二乗の値、すなわち、q軸電圧指令Vqの二乗の値とd軸電圧指令Vdの二乗の値とを足し合わせた加算値(Vq*2+Vd*2)と飽和電圧Vsの二乗とを比較して、q軸電圧指令Vqとd軸電圧指令Vdの合成ベクトル長さ(Vq*2+Vd*21/2が飽和電圧Vsを超えているかを判断するようにしているので、この判断に必要な演算にルート演算を行わずに済み、演算時間の短縮に寄与することができる。そして、飽和判定部33は、判定結果を目標絞り係数設定部34へ入力する。 In this way, the square value of the resultant vector length of the q-axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * , i.e., the sum (Vq *2 + Vd *2) of the square value of the q-axis voltage command Vq* and the square value of the d-axis voltage command Vd* is compared with the square value of the saturation voltage Vs to determine whether the resultant vector length (Vq*2 + Vd*2 ) 1/2 of the q -axis voltage command Vq * and the d-axis voltage command Vd * exceeds the saturation voltage Vs. This eliminates the need for root calculations for the calculation required for this determination, which contributes to shortening the calculation time. The saturation determination unit 33 then inputs the determination result to the target throttle coefficient setting unit 34.

目標絞り係数設定部34は、制動状態判定部31の判定結果がモータ8の動作状態が制動状態であって、飽和判定部33の判定結果がモータ8の電圧指令が飽和しているとの判定である場合、モータ8の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Aの機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータ8の回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータ8を制御可能な状態に復帰させることで、シリンダ装置Aの発振を防止する。目標絞り係数設定部34は、力行判定或いは非飽和判定の場合、シリンダ装置Aの推力が発振する恐れがないため発振防止制御を行わず、第1可変絞り弁6の目標絞り係数を第1初期値として第1可変絞り弁6の流路面積を最小或いは極小さくするように制御し、第2可変絞り弁7の目標絞り係数を最大として第2可変絞り弁7の流路面積を最大となるように制御する。他方、目標絞り係数設定部34は、制動判定かつ飽和判定の場合、モータ8の回転速度とトルクとを制御できず、モータ8の回転速度が高速になって電気的な共振周波数が機械的な共振周波数に接近するとモータ8が発振する可能性がある状態となっているため発振防止する発振防止制御を行う。目標絞り係数設定部34は、発振を防止する場合、第1可変絞り弁6の流路面積を大きくしてモータ8の回転速度を低下させるか、或いは、第2可変絞り弁7の流路面積を小さくしてモータ8の負担トルクを低下させるか、或いは、それらの両方を行う。目標絞り係数設定部34が発振防止制御を行ってモータ8の回転速度を低下させる場合には、モータ8の電気的な共振周波数が低下してより高周波側に存在するモータ8の機械的な共振周波数から遠ざかると同時にモータ8の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させ、モータ8とシリンダ装置Aが互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生させることができる。また、目標絞り係数設定部34が発振防止制御を行ってモータ8のトルクを低下させる場合には、モータ8の動作点をモータ8の制御が可能な領域Yに収めることにより、モータ8を正常に制御できるようになり、モータ8とシリンダ装置Aが互いの振動を励起して発振することを防止し、シリンダ装置Aに安定した推力を発生させ得る。また、モータ8の電流入力からシリンダ装置Aの推力までの伝達関数から、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数との組み合わせよってシリンダ装置Aの減衰比を変更可能であるので、シリンダ装置Aの減衰比を変更することでモータ8とシリンダ装置Aが互いの振動を励起して発振することを防止してもよい。 When the braking state determination unit 31 determines that the operating state of the motor 8 is in a braking state and the saturation determination unit 33 determines that the voltage command of the motor 8 is saturated, the target throttle coefficient setting unit 34 reduces the rotation speed of the motor 8 to reduce the electrical resonance frequency and at the same time changes the mechanical resonance frequency of the cylinder device A, or reduces one or both of the rotation speed and torque of the motor 8 to return the motor 8 to a controllable state, thereby preventing oscillation of the cylinder device A. When the target throttle coefficient setting unit 34 determines that the motor 8 is in a powered state or non-saturated state, there is no risk of the thrust of the cylinder device A oscillating, so it does not perform oscillation prevention control, and controls the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 to a first initial value and the flow area of the first variable throttle valve 6 to be minimum or extremely small, and controls the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to be maximum and the flow area of the second variable throttle valve 7 to be maximum. On the other hand, in the case of braking judgment and saturation judgment, the target throttle coefficient setting unit 34 cannot control the rotation speed and torque of the motor 8, and when the rotation speed of the motor 8 becomes high and the electrical resonance frequency approaches the mechanical resonance frequency, the motor 8 may oscillate. Therefore, the target throttle coefficient setting unit 34 performs oscillation prevention control to prevent oscillation. When preventing oscillation, the target throttle coefficient setting unit 34 increases the flow path area of the first variable throttle valve 6 to reduce the rotation speed of the motor 8, or reduces the flow path area of the second variable throttle valve 7 to reduce the load torque of the motor 8, or performs both. When the target throttle coefficient setting unit 34 performs oscillation prevention control to reduce the rotation speed of the motor 8, the electrical resonance frequency of the motor 8 decreases and moves away from the mechanical resonance frequency of the motor 8, which exists on the higher frequency side, and at the same time, the rotation speed of the motor 8 is reduced to reduce the electrical resonance frequency, thereby preventing the motor 8 and the cylinder device A from exciting each other's vibrations and oscillating, and a stable thrust can be generated. In addition, when the target throttle coefficient setting unit 34 performs oscillation prevention control to reduce the torque of the motor 8, the motor 8 can be controlled normally by placing the operating point of the motor 8 within the region Y where the motor 8 can be controlled, preventing the motor 8 and the cylinder device A from exciting each other's vibrations and oscillating, and generating a stable thrust in the cylinder device A. In addition, since the damping ratio of the cylinder device A can be changed by combining the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 from the transfer function from the current input of the motor 8 to the thrust of the cylinder device A, the damping ratio of the cylinder device A can be changed to prevent the motor 8 and the cylinder device A from exciting each other's vibrations and oscillating.

第1可変絞り弁6の絞り係数を制御する場合、目標絞り係数設定部34は、制動状態判定部31の判定結果が制動判定であって飽和判定部33の判定結果が飽和判定となると、第1可変絞り弁6の絞り係数を第1初期値からモータ8の回転速度の十分に低下させ得る第1所定値を第1可変絞り弁6の目標絞り係数に設定する。制動判定かつ飽和判定となる前には、第1可変絞り弁6の目標絞り係数が第1初期値となっているので、目標絞り係数設定部34は、制動判定かつ飽和判定になると、第1可変絞り弁6の目標絞り係数を第1初期値から第1所定値へ変更する。また、制動判定かつ飽和判定となって第1可変絞り弁6の目標絞り係数が第1所定値に設定された後に、判定結果が力行判定或いは非飽和判定になると、目標絞り係数設定部34は、第1可変絞り弁6の目標絞り係数を第1初期値から第1所定値へ変更する。なお、第1初期値と第1所定値との差が大きな場合には第1可変絞り弁6の目標絞り係数が第1初期値から第1所定値に或いは第1所定値から第1初期値に変更されると目標絞り係数が急変してモータ8の回転速度が急変する場合がある。そこで、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、目標絞り係数設定部34の後段に第1可変絞り弁6の目標絞り係数をローパスフィルタ処理して第1可変絞り弁6の目標絞り係数の急変を緩和する第1緩和処理部36を設けており、これによってモータ8の回転速度の急変を緩和している。 When controlling the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6, when the judgment result of the braking state judgment unit 31 is a braking judgment and the judgment result of the saturation judgment unit 33 is a saturation judgment, the target throttle coefficient setting unit 34 sets the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 from the first initial value to a first predetermined value that can sufficiently reduce the rotation speed of the motor 8. Before the braking judgment and saturation judgment are made, the target throttle coefficient setting unit 34 changes the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 from the first initial value to the first predetermined value when the braking judgment and saturation judgment are made. Also, after the braking judgment and saturation judgment are made and the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 is set to the first predetermined value, when the judgment result becomes a powering judgment or a non-saturation judgment, the target throttle coefficient setting unit 34 changes the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 from the first initial value to the first predetermined value. In addition, when the difference between the first initial value and the first predetermined value is large, when the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 is changed from the first initial value to the first predetermined value or from the first predetermined value to the first initial value, the target throttle coefficient may suddenly change and the rotation speed of the motor 8 may suddenly change. Therefore, in the cylinder device A of this embodiment, a first mitigation processing unit 36 is provided after the target throttle coefficient setting unit 34 to process the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 through a low-pass filter to mitigate the sudden change in the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6, thereby mitigating the sudden change in the rotation speed of the motor 8.

また、第2可変絞り弁6の絞り係数を制御する場合、目標絞り係数設定部34は、制動状態判定部31の判定結果が制動判定であって飽和判定部33の判定結果が飽和判定となると、第2可変絞り弁7の絞り係数を最大からモータ8のトルクを十分に低下させ得る第2所定値を第2可変絞り弁7の目標絞り係数に設定する。制動判定かつ飽和判定となる前には、第2可変絞り弁7の目標絞り係数が第2初期値となっているので、目標絞り係数設定部34は、制動判定かつ飽和判定になると、第2可変絞り弁7の目標絞り係数を第2初期値から第2所定値へ変更する。また、制動判定かつ飽和判定となって第2可変絞り弁7の目標絞り係数が第2所定値に設定された後に、判定結果が力行判定或いは非飽和判定になると、目標絞り係数設定部34は、第2可変絞り弁7の目標絞り係数を第2初期値から第2所定値へ変更する。なお、第2初期値と第2所定値との差が大きな場合には第2可変絞り弁7の目標絞り係数が第2初期値から第2所定値に或いは第2所定値から第2初期値に変更されると目標絞り係数が急変してモータ8の回転速度が急変する場合がある。そこで、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、目標絞り係数設定部34の後段に第2可変絞り弁7の目標絞り係数をローパスフィルタ処理して第2可変絞り弁7の目標絞り係数の急変を緩和する第2緩和処理部37を設けており、これによってモータ8のトルクの急変を緩和している。 In addition, when controlling the throttling coefficient of the second variable throttle valve 6, the target throttling coefficient setting unit 34 sets the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 from the maximum to a second predetermined value that can sufficiently reduce the torque of the motor 8 as the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 when the braking state determination unit 31 determines that the torque is being applied and the saturation determination unit 33 determines that the torque is being applied. Before the braking determination and saturation determination are reached, the target throttling coefficient setting unit 34 sets the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 to the second initial value, so when the braking determination and saturation determination are reached, the target throttling coefficient setting unit 34 changes the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 from the second initial value to the second predetermined value. In addition, after the braking determination and saturation determination are reached and the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 is set to the second predetermined value, when the determination result becomes a powering determination or a non-saturation determination, the target throttling coefficient setting unit 34 changes the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 from the second initial value to the second predetermined value. In addition, when the difference between the second initial value and the second predetermined value is large, when the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 is changed from the second initial value to the second predetermined value or from the second predetermined value to the second initial value, the target throttle coefficient may suddenly change, causing a sudden change in the rotation speed of the motor 8. Therefore, in the cylinder device A of this embodiment, a second mitigation processing unit 37 is provided after the target throttle coefficient setting unit 34 to process the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 through a low-pass filter to mitigate the sudden change in the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, thereby mitigating the sudden change in the torque of the motor 8.

また、目標絞り係数設定部34は、制動判定かつ飽和判定となった際に、第1可変絞り弁6の目標絞り係数を大きくし、かつ、第2可変絞り係数7の目標絞り係数を小さくして、モータ8の回転速度とトルクとの双方を小さくして、モータ8の電気的な共振周波数を機械的な共振周波数から遠ざけつつ、モータ8の動作点を制御可能な領域Yに移動させてモータ8の発振を防止してもよい。 In addition, when a braking judgment and a saturation judgment are made, the target throttle coefficient setting unit 34 may increase the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and decrease the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to reduce both the rotational speed and torque of the motor 8, thereby moving the electrical resonance frequency of the motor 8 away from the mechanical resonance frequency and moving the operating point of the motor 8 into the controllable region Y to prevent oscillation of the motor 8.

第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数との両方を変化させる場合、目標絞り係数設定部34は、第1可変絞り弁6の目標絞り係数を予め決めておいた第1初期値よりも大きな第1目標値に設定するとともに、第2可変絞り弁7の目標絞り係数を予め決めたおいた第2初期値よりも小さな第2目標値に設定してもよいし、制動判定かつ飽和判定された時のモータ8の回転速度とトルクの値に応じて最適となる第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の組み合わせをマップ化しておき、当該マップを用いてモータ8の回転速度とトルクとから第1可変絞り弁6の目標絞り係数と第2可変絞り弁7の目標絞り係数とを求めてもよい。 When both the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 are changed, the target throttle coefficient setting unit 34 may set the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 to a first target value greater than a predetermined first initial value, and may set the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to a second target value less than a predetermined second initial value, or may map combinations of the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 that are optimal according to the rotation speed and torque values of the motor 8 when braking and saturation are determined, and use the map to determine the target throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 from the rotation speed and torque of the motor 8.

他方、目標絞り係数設定部34は、前述したように、制動状態判定部31の判定結果が力行判定である場合、或いは、飽和判定部33の判定結果が非飽和判定である場合、第1可変絞り弁6の目標絞り係数を第1初期値に設定してモータ8のエネルギ消費を少なくし、第2可変絞り弁7の目標絞り係数を第2初期値に設定してポンプ9の駆動の妨げにならないように第2可変絞り弁7の流路面積を最大とする。 On the other hand, as described above, when the braking state determination unit 31 determines that the vehicle is in a powered state, or when the saturation determination unit 33 determines that the vehicle is not in a saturated state, the target throttle coefficient setting unit 34 sets the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 to a first initial value to reduce the energy consumption of the motor 8, and sets the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 to a second initial value to maximize the flow area of the second variable throttle valve 7 so as not to interfere with the operation of the pump 9.

このように、目標絞り係数設定部34が求めた目標絞り係数は、駆動回路35に入力される。駆動回路35は、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数を目標絞り係数通りになるように第1可変絞り弁6の図外の駆動源および第2可変絞り弁7の図外の駆動源に電流を与えて第2可変絞り弁7の絞り係数を調整する。 In this way, the target throttle coefficient determined by the target throttle coefficient setting unit 34 is input to the drive circuit 35. The drive circuit 35 adjusts the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 by applying current to the drive source (not shown) of the first variable throttle valve 6 and the drive source (not shown) of the second variable throttle valve 7 so that the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 match the target throttle coefficient.

第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数と両方を制御する場合、コントローラ11は、図6に示したフローチャートにしたがって第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数との制御を行う。まず、コントローラ11は、モータ8の回転速度とトルクとを検知する(ステップF1)。つづいて、コントローラ11は、モータ8の回転速度とトルクとをフィルタ処理して、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとを得る(ステップF2)。 When controlling both the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, the controller 11 controls the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7 according to the flowchart shown in FIG. 6. First, the controller 11 detects the rotation speed and torque of the motor 8 (step F1). Next, the controller 11 filters the rotation speed and torque of the motor 8 to obtain the filtered rotation speed and filtered torque (step F2).

さらに、コントローラ11は、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとからモータ8の動作状態が制動状態であるか否かを判定する(ステップF3)。つづいて、モータ8の動作状態が制動状態である場合、コントローラ11は、モータ8を制御する推力制御部20が求める電圧指令が飽和しているか否かを判定する(ステップF4)。そして、ステップF3およびステップF4の判定で、モータ8の動作状態について制動判定であって、かつ、電圧指令について飽和判定である場合、コントローラ11は、モータ8が制御不能であってモータ8が発振する恐れがあるので、モータ8の回転速度とトルクとを低下させる第1所定値および第2所定値をそれぞれ第1可変絞り弁6の目標絞り係数と第2可変絞り弁7の目標絞り係数とに設定する(ステップF5)。ステップF3およびステップF4の判定で、モータ8の動作状態について力行判定であるか、或いは、電圧指令について非飽和判定である場合、コントローラ11は、モータ8が制御可能な状態でモータ8が発振する恐れが無いので、第1初期値および第2初期値をそれぞれ第1可変絞り弁6の目標絞り係数と第2可変絞り弁7の目標絞り係数とに設定する(ステップF6)。目標絞り係数の設定後、目標絞り係数の急変を緩和するために第1可変絞り弁6の目標絞り係数と第2可変絞り弁7の目標絞り係数とをローパスフィルタ処理する(ステップF7)。各目標絞り係数のローパスフィルタ処理後、コントローラ11は、駆動回路35から電流を第1可変絞り弁6の駆動源と第2可変絞り弁7の駆動源とに供給して第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とがそれぞれ対応する目標絞り係数となるように制御する(ステップF8)。 Furthermore, the controller 11 judges whether the operating state of the motor 8 is a braking state from the filtered rotation speed and the filtered torque (step F3). Next, if the operating state of the motor 8 is a braking state, the controller 11 judges whether the voltage command required by the thrust control unit 20 that controls the motor 8 is saturated (step F4). Then, in the judgments of steps F3 and F4, if the operating state of the motor 8 is a braking judgment and the voltage command is a saturation judgment, the controller 11 sets the first predetermined value and the second predetermined value that reduce the rotation speed and torque of the motor 8 to the target throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7, respectively, since the motor 8 is uncontrollable and there is a risk of the motor 8 oscillating (step F5). If the motor 8 is determined to be in a powered state in steps F3 and F4, or if the voltage command is determined to be non-saturated, the controller 11 sets the first initial value and the second initial value to the target throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the target throttle coefficient of the second variable throttle valve 7, respectively, since there is no risk of the motor 8 oscillating in a controllable state (step F6). After setting the target throttle coefficients, the controller 11 performs low-pass filter processing on the target throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 in order to mitigate a sudden change in the target throttle coefficients (step F7). After low-pass filter processing on each target throttle coefficient, the controller 11 supplies current from the drive circuit 35 to the drive source of the first variable throttle valve 6 and the drive source of the second variable throttle valve 7, and controls the throttle coefficients of the first variable throttle valve 6 and the second variable throttle valve 7 to the corresponding target throttle coefficients (step F8).

コントローラ11は、以上までの処理を繰り返して実行して、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数とを制御する。 The controller 11 repeatedly executes the above process to control the throttle coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttle coefficient of the second variable throttle valve 7.

なお、コントローラ11は、推力制御部20における駆動回路23、実推力検知部25における圧力センサ25a,25b、発振防止制御部30における駆動回路35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および発振防止制御部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 drive circuit 23 in the thrust control unit 20, the pressure sensors 25a, 25b in the actual thrust detection unit 25, and the drive circuit 35 in the oscillation prevention 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 storage space for the CPU. Each part of the thrust control unit 20 and the oscillation prevention 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同士R1,R2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、モータ8が制動状態であって、モータ8の電圧指令が飽和していると判定すると、モータ8の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Aの機械的な共振周波数を変更するか、或いは、モータ8の回転速度或いはトルクの一方または両方を低下させるように第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁7の絞り係数の一方または両方を制御する。 As described above, the cylinder device A of this embodiment includes a hydraulic cylinder 1 having 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 type pump 9 driven by a motor 8, and a controller 11 that controls the first variable throttle valve 6, the second variable throttle valve 7, and the motor 8. When the controller 11 determines that the motor 8 is in a braking state and the voltage command for the motor 8 is saturated, it either reduces the rotational speed of the motor 8 to reduce the electrical resonance frequency and simultaneously changes the mechanical resonance frequency of the cylinder device A, or controls one or both of the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 to reduce one or both of the rotational speed and torque of the motor 8.

このように構成されたシリンダ装置Aによれば、モータ8が制動状態であり、かつ、モータ8の電圧指令が飽和していると判定することで、モータ8が発振する可能性があることを把握でき、モータ8の回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時にシリンダ装置Aの機械的な共振周波数を変更するか、或いはモータ8の回転速度とトルクの一方または両方を低下させてモータ8を制御可能な状態に復帰させることで、モータ8とシリンダ装置Aが互いの振動を励起して発振することを防止できる。このように、本実施の形態のシリンダ装置Aによれば、モータ8とシリンダ装置Aが互いの振動を励起して発振することを防止し、安定した推力を発生できる。 According to the cylinder device A configured in this manner, by determining that the motor 8 is in a braking state and that the voltage command of the motor 8 is saturated, it is possible to grasp that the motor 8 may oscillate, and by lowering the rotation speed of the motor 8 to lower the electrical resonance frequency and at the same time changing the mechanical resonance frequency of the cylinder device A, or by lowering one or both of the rotation speed and torque of the motor 8 to return the motor 8 to a controllable state, it is possible to prevent the motor 8 and the cylinder device A from exciting each other's vibrations and oscillating. In this way, according to the cylinder device A of this embodiment, it is possible to prevent the motor 8 and the cylinder device A from exciting each other's vibrations and oscillating, and a stable thrust can be generated.

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の回転速度とトルクとに基づいてモータ8が制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部32と、モータ8のq軸の電圧指令とd軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータ8の電圧指令の飽和を判定する飽和判定部33とを備えている。 The controller 11 in the cylinder device A of this embodiment also includes a braking state determination unit 32 that determines whether the motor 8 is in a braking state based on the rotational speed and torque of the motor 8, and a saturation determination unit 33 that determines saturation of the voltage command of the motor 8 based on the composite vector length of the q-axis voltage command and the d-axis voltage command of the motor 8.

このように構成されたシリンダ装置Aによれば、モータ8の回転速度とトルクとに基づいて回転速度トルク座標系においてモータ8の動作点が制動状態となる第2象限と第4象限に存在していることを精度よく判定でき、また、q軸の電圧指令とd軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいてモータ8の電圧指令の飽和を判定しているので、モータ8の電圧指令が飽和しているか否かを容易に判定でき、発振防止制御を実行する条件の見極めを正確かつ容易に行える。 With the cylinder device A configured in this way, it is possible to accurately determine whether the operating point of the motor 8 is in the second or fourth quadrant in the braking state in the rotational speed torque coordinate system based on the rotational speed and torque of the motor 8. In addition, since the saturation of the voltage command of the motor 8 is determined based on the composite vector length of the q-axis voltage command and the d-axis voltage command, it is easy to determine whether the voltage command of the motor 8 is saturated, and the conditions for executing oscillation prevention control can be accurately and easily determined.

さらに、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、コントローラ11は、第1可変絞り弁6の目標絞り係数と第2可変絞り弁7の目標絞り係数との急変を緩和する第1緩和処理部36と第2緩和処理部37とを備えている。このように構成されたシリンダ装置Aによれば、発振防止制御部30によって第1可変絞り弁6の目標絞り係数と第2可変絞り弁7の目標絞り係数とが変更されても、各目標絞り係数の急変が緩和されるためにシリンダ装置Aの推力変動を抑制できる。なお、第1緩和処理部36と第2緩和処理部37とは、それぞれ対応する目標絞り係数をローパスフィルタで処理をして目標絞り係数の急変を緩和しているが、ローパスフィルタ処理に代えて変更前の目標絞り係数の値から変更後の目標絞り係数の値に時間の経過とともに段階的に或いは連続的に徐々に変化させる処理を行ってもよい。 Furthermore, in the cylinder device A of this embodiment, the controller 11 is provided with a first mitigation processing unit 36 and a second mitigation processing unit 37 that mitigate a sudden change between the target throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7. According to the cylinder device A configured in this manner, even if the target throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the target throttling coefficient of the second variable throttle valve 7 are changed by the oscillation prevention control unit 30, the sudden change of each target throttling coefficient is mitigated, so that the thrust fluctuation of the cylinder device A can be suppressed. Note that the first mitigation processing unit 36 and the second mitigation processing unit 37 process the corresponding target throttling coefficient with a low-pass filter to mitigate a sudden change in the target throttling coefficient, but instead of low-pass filter processing, a process may be performed to gradually change the target throttling coefficient from the value before the change to the value after the change in a stepwise or continuous manner over time.

また、本実施の形態のシリンダ装置Aでは、コントローラ11は、モータ8の回転速度から車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去する第1フィルタ31aと、モータ8のトルクから車両におけるばね下共振周波数以上の成分を除去する第2フィルタ31bと、フィルタ処理後回転速度とフィルタ処理後トルクとに基づいてモータ8が制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部32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、モータ8の回転速度およびトルクから高周波のばね下共振周波数以上の成分が除去されるので、車両におけるばね上部材の振動に応じてモータ8の制動状態を精度良く把握できるようになり、第1可変絞り弁6の絞り係数と第2可変絞り弁6の絞り係数を適切に制御できるようになる。 In addition, in the cylinder device A of this embodiment, the controller 11 is equipped with a first filter 31a that removes components equal to or higher than the unsprung resonance frequency of the vehicle from the rotation speed of the motor 8, a second filter 31b that removes components equal to or higher than the unsprung resonance frequency of the vehicle from the torque of the motor 8, and a braking state determination unit 32 that determines whether the motor 8 is in a braking state based on the filtered rotation speed and filtered torque. According to the cylinder device A configured in this manner, high-frequency components equal to or higher than the unsprung resonance frequency are removed from the rotation speed and torque of the motor 8, so that the braking state of the motor 8 can be accurately grasped according to the vibration of the sprung member in the vehicle, and the throttling coefficient of the first variable throttle valve 6 and the throttling coefficient of the second variable throttle valve 6 can be appropriately controlled.

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、32・・・制動状態判定部、33・・・飽和判定部、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, 32: braking state determination unit, 33: saturation determination unit, A: cylinder device, R1, R2: working chamber

Claims (2)

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、前記モータが制動状態であって、前記モータの電圧指令が飽和していると判定すると、前記モータの回転速度を低下させて電気的な共振周波数を低下させると同時に前記シリンダ装置の機械的な共振周波数を変更するか、或いは、前記モータの回転速度或いはトルクの一方または両方を低下させるように前記第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の一方または両方を制御する
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 to communicate the working chambers, 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, when determining that the motor is in a braking state and that a voltage command for the motor is saturated, reduces the rotational speed of the motor to reduce an electrical resonance frequency and at the same time changes a mechanical resonance frequency of the cylinder device, or controls one or both of the throttling coefficient of the first variable throttle valve and the throttling coefficient of the second variable throttle valve so as to reduce one or both of the rotational speed and torque of the motor.
前記コントローラは、
前記モータの回転速度とトルクとに基づいて前記モータが制動状態であるか否かを判定する制動状態判定部と、
前記モータのq軸の電圧指令とd軸の電圧指令の合成ベクトル長さに基づいて前記モータの前記電圧指令の飽和を判定する飽和判定部とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。
The controller:
a braking state determination unit that determines whether the motor is in a braking state based on a rotation speed and a torque of the motor;
2. The cylinder device according to claim 1, further comprising a saturation determination unit that determines saturation of the voltage command of the motor based on a composite vector length of a q-axis voltage command and a d-axis voltage command of the motor.
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