JP2711410B2 - 可変容量形ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は可変容量形ポンプの吐出流量および圧力を比
例電磁制御弁により閉ループ制御するための制御装置に
関する。

［従来の技術］ 可変容量形ポンプにおいて吐出流量および吐出圧力を
制御するために従来より比例電磁制御弁を用いる方式が
知られている。一般的な従来方式では、吐出圧力の制御
に比例電磁リリーフ弁を使用してその入力電流に応じた
設定圧力になるよう油圧フィードバックによる制御を行
い、吐出流量については別の比例電磁制御弁でポンプの
吐出量可変要素の変位を制御して行っている。

このような従来の制御装置においては、比例電磁制御
弁を圧力と流量の制御のためにそれぞれ別々に用意して
使用するため、制御弁だけでなくそれらの駆動用の電流
増幅器なども別々に準備しなければならず、装置の大型
化や消費電力が多くなることが避けられなかった。

また従来の制御装置では圧力制御部と流量制御部とが
互いの関連性なく動作するようになっているため、圧力
制御時の負荷流量変動による圧力補償と、流量制御時の
負荷圧力変動による流量補償とを別の油圧コンペンセー
タ弁によって行わなければならず、さらに圧力と流量の
各制御系は開ループとなっているので、制御弁のソレノ
イド装置のヒステリシスや作動油の粘度による影響など
を制御装置で補正することはできなかったのも事実であ
る。

これらの問題点を解決するための一手法として本出願
人による特願昭63−30975号（特開平１−159477号公
報）に提案されたものがある。すなわち、この先行技術
による可変容量形ポンプの制御装置では、単一の比例電
磁制御弁で圧力と流量の双方を制御することにより油圧
構成の簡略化を計り、この場合、圧力および流量を油圧
系まで含めた閉ループ制御で制御してヒステリシスの除
去および直線性の改善などによる静特性の向上を計ると
共に、この閉ループ制御において圧力の制御と流量の制
御とに相互の関連性を持たせて流量制御と圧力制御との
切換えをスムーズに行わせ、制御用電子回路中に掛算器
等の非線形素子を使用しないで流量制御範囲と圧力制御
範囲との中間の流量・圧力制御範囲および前記圧力制御
範囲の双方において設定流量が変わっても制御系のゲイ
ンが一定に保たれるようにして、設定流量が微小流量で
あっても常に最適なゲインで圧力偏差フィードバック信
号の全域にわたって安定した制御を実現できるようにし
ている。

この先行技術による制御装置の回路構成を第３図に示
す。すなわち、第３図において、可変容量形ポンプの吐
出量可変要素の変位をばね力に対抗する油圧力で制御す
るために前記油圧力を制御する比例電磁制御弁のソレノ
イド装置８に対して、設定入力信号に応じた制御電流を
供給する制御装置は、前記ポンプの吐出圧力に対応した
電気信号を出力する圧力検出手段６と、前記ポンプの吐
出流量に対応した電気信号を出力する流量検出手段７
と、端子10に与えられる圧力設定信号と前記圧力検出手
段６の出力信号との偏差に対応した第１信号を出力する
第１偏差信号検出手段12と、第１信号のレベルが予め定
められたレベルを越えているときは端子11に与えられる
流量設定信号に対応したレベルの出力を生じ、第１信号
のレベルが前記予め定められたレベル以下のときは第１
信号に対応したレベルの出力を生じる可変リミッタ回路
手段21,22と、この可変リミッタ回路手段の出力信号と
前記流量検出手段の出力信号との偏差に対応した第２信
号を出力する第２偏差信号検出手段17と、第２信号を所
望の電流レベルに増幅して前記比例電磁制御弁へ出力す
る増幅手段18,19とを備えている。

可変容量形ポンプの圧力制御と流量制御の関連におい
ては、第４図に示すように、現実の動作上から次の３つ
の状態に分類することができる。

A:負荷圧力が設定圧力に達しておらず流量制御だけが行
われている状態 B:流量が設定値に達していないが流れが存在する状態で
圧力制御が行われている状態 C:流れが殆どなく、圧力制御だけ行われている状態 第３図の可変容量形ポンプの制御装置では、前記状態
Ａに対して第１偏差信号検出手段12が充分大きな圧力偏
差を検出して第１信号を出力し、第１信号が可変リミッ
タ回路手段の制限レベル以上の大きさとなるので、圧力
フィードバック信号が可変リミッタで流量設定信号に応
じて制限されたリミッタ出力信号として第２偏差信号検
出手段17へ入力され、このリミッタ出力信号は流量設定
信号の大きさに対応し、従って比較入力としての流量検
出手段７の出力信号により閉ループの流量フィードバッ
ク制御が行われる。

また前記状態Ｂに対しては、第１信号がリミッタ制限
レベル以下になるとリミッタ出力信号が圧力偏差信号の
それに応じて低下し、見掛け上流量設定信号の大きさを
圧力フィードバック信号で変化させる。この作用によっ
て設定圧力となる流量が得られるように閉ループの圧力
フィードバックが有効になる。

前記状態Ｃは、負荷流量を殆ど必要としない状態、即
ちブロック状態であり、装置は第１信号すなわち圧力偏
差信号により閉ループの圧力フィードバック制御動作を
行うことになる。

第４図において、ＡからB,Cの制御状態に移行するの
に、出願人が先に提案した特願昭61−61997号（特開昭6
2−223482号公報）または特願昭61−68448号（特開昭62
−225788号公報）の制御装置では、リミッタ回路を経た
圧力偏差信号と流量設定信号とを掛算器によって演算す
ることで状態を遷移せしめるが、この場合、制御上、次
のような不都合がある。

今、第５図に示すように、流量設定を（１）から
（２）（３）のように変えて流量設定信号を例えば小さ
くすると、圧力・流量制御状態Ｂの領域で掛算器の出力
Ｚ＝Ｘ・Ｙ（Ｘはリミッタ回路を経た圧力偏差信号、Ｙ
は流量設定信号）は、流量設定信号Ｙが小さくなること
で同じＸに対して前よりも小さくなる。つまり、或る設
定流量値において最適に定めた掛算器におけるゲインは
流量設定値が変わるとそれに応じて変化してしまい、具
体的には微小流量設定時にゲインが不足し、或いは大流
量設定時にはゲインが大きくなり過ぎ、また圧力制御状
態Ｃにおいても第６図に示すように制御ループのゲイン
が流量設定値によって変わってしまうという不都合が生
じる。

先行技術の制御装置においては、第３図において、圧
力偏差信号PEをオペアンプ21による定利得リミッタ回路
に通し、リミッタ出力をオペアンプ22による可変クラン
プ回路で流量設定信号Q_inに応じてクランプすることに
より、第７図に示すようなポンプの設定カットオフ圧力
レベル以上でQ_inに応じた一定値となるような信号PE3と
し、これをアンプ25,26で増幅して流量指令信号Q_rとす
る。

第７図の領域イは第４図の流量制御領域Ａに相当し、
領域ロは圧力制御領域B,Cに相当する。

このようにして流量設定信号Q_inの大小にかかわらず
制御系のゲイン（第７図の特性の勾配）を一定にし、こ
れによってポンプの圧力・流量特性を第８図のようにす
るので、制御領域B,Cでは設定流量の大きさにかかわら
ず同じ勾配の特性カーブとなり、ゲインが流量設定の大
小に依存しなくなる。また圧力制御状態Ｃにおける入出
力も第９図に示すように流量設定値の大小によらず線形
の特性となる。

第３図の制御装置においては、可変リミッタ回路手段
の作用によって前記状態ＡからB,Cへ、或いは逆にＣか
らB,Aへの変化に応じて圧力制御と流量制御がスムーズ
に切り換わり、両方の制御が単一の比例電磁制御弁で可
能であると共に、流量設定値に応じた圧力偏差信号の処
理を行って掛算器のような非線形素子を用いないから、
微小流量設定領域にまで常に最適ゲインでの安定したポ
ンプ制御を可能とするものである。

［発明が解決しようとする課題］ 第３図において、可変リミッタ回路はオペアンプ21と
22を組合せた回路構成をとり、アンプ21は定利得リミッ
タ回路を、アンプ22はそのリミッタ出力に対するクラン
プレベルを流量設定信号に応じて変化させる可変クラン
プ回路を構成する。この場合、流量制御時には、第１偏
差信号検出手段12からの圧力偏差信号が負の比較的大き
い信号となるので、オペアンプ21は飽和領域に入ってお
り、オペアンプ22によりオペアンプ21の出力に可変リミ
ッタが掛けられた状態にある。一方、圧力制御時には、
圧力制御系の特性を改善するための位相補償部としてオ
ペアンプ21が活性領域で動作する。

即ち、オペアンプ21と22で構成される可変リミッタ回
路は、ポンプの流量制御ループと圧力制御ループとを、
それぞれの制御偏差により突変を生じることなくスムー
スに選択して流量または圧力の各制御状態間の連続性を
確保するものであるが、通常の油圧装置では、ポンプの
圧力制御状態における制御対象（負荷圧力）は積分性容
積負荷であり、一般的な可変容量ポンプでは積分性容積
負荷におけるポンプの吐出量可変要素（斜板）の変位に
対する吐出量の応答特性に比べて、吐出量変化に対する
負荷圧力の応答特性（圧力検出手段６からの信号の応答
性）のほうが著しく速く、そのため制御系のループゲイ
ンが高いと圧力制御が振動的となるので、制御系のアン
プの直流ゲインを下げざるを得ない。ところが、制御系
のアンプのゲインを低くするとポンプのオーバーライド
特性や入力指令に対する直線性およびヒステリシス特性
などの静特性が悪化するので、第10図に示すようにオペ
アンプ21に抵抗27,28およびコンデンサ29などによる補
償帰還回路を接続することにより位相補償によるゲイン
補償を行い、制御系の応答特性を損なわず、且つ低周波
領域でのオペアンプの直流ゲインを低下させることな
く、応力制御領域の動作全領域で満足できる安定性と応
答性を確保するようにしている。この位相補償は、遅れ
補償と進み補償を併用し、遅れ補償では動作領域の低周
波部で選択的に位相を遅らせてゲイン余裕を作り、結果
としてアンプの直流ゲインを上げ、また進み補償では動
作領域の高周波部で選択的に進相させて位相遅れを回復
させることにより目標とする応答性を維持するように
し、遅れ補償と進み補償との組み合わせでループゲイン
を或る周波数以上で低下させ、低周波領域から直流領域
では充分なゲインを確保して、圧力制御系の全動作領域
で充分な安定性と過度応答性をもたせるようにしてい
る。このような位相補償回路をもつ可変リミッタ回路で
は、流量制御領域内でも実圧力が圧力設定値に近付いて
圧力偏差信号PEが充分大きな負の値でなくなると、特に
流量設定信号Q_inがステップ状に立上った場合に、本来
なら過渡的にも圧力制御領域に進入しない状態であるに
も拘らず、流量（斜板角）の経時変化が例えば第12図に
破線で示すように或る有限の時定数をもって徐々に立上
る波形となってしまう。これは第10図において仮に圧力
偏差信号PEが変化しないとした場合、オペアンプ21の入
力端子にVeという或る大きさ以上の電位差（入力バイア
ス電圧）が生じていればオペアンプ21の出力端子には常
に電圧を上げようとする作用が働き、それによって例え
ば第13図に示すように通常の許容ステップ幅で流量設定
信号Ｑ′_inが或る電圧からステップ状に立上ると可変リ
ミッタ出力PE3も遅れなく瞬時に立上るが、Ｑ′_inのス
テップ幅が通常の許容ステップ幅よりも大きいと、第14
図に示すように、前述の出力端子の電圧を常に上げよう
とする作用を越えてしまい、それと同時にオペアンプ21
が飽和領域から活性領域に進入するため、可変リミッタ
出力PE3はオペアンプ21の補償定数（抵抗27,28およびコ
ンデンサ29など）による応答波形に従って徐々に電圧を
上昇させるようになるからである。

すなわち、オペアンプ21に、圧力制御系の位相補償回
路の一部である容量性の補償帰還回路を接続してあるた
め、流量制御時の高圧側領域で前記圧力偏差信号が負で
あってもその絶対値が比較的小さい（即ち零に近い）と
きには、流量設定信号Q_in′のステップ状の増加に対し
てリミッタ出力PE3の立上り波形が前記補償帰還回路の
影響で或る時定数で上昇するようになり、流量制御のス
テップ応答遅れを生じることがある。これは、流量制御
時の高圧側領域で前記圧力偏差信号の絶対値が比較的小
さいときには、第10図においてリミッタ回路のオペアン
プ21の入力端子間の電位差Veがオペアンプ21を活性領域
に近い飽和領域内レベルにしており、オペアンプ22から
出力されるステップ状の正のクランプ電圧が前記帰還回
路の存在によってオペアンプ21の入力側に伝達される
と、オペアンプ21の入力電位差Veはクランプ電圧の立上
り時に瞬間的にマイナス側から零に達し、オペアンプ21
を活性領域に進入させることに起因している。

従って本発明で課題とするところは、オペアンプを利
用した前記リミッタ回路手段に対して前記位相補償回路
による圧力制御系の特性を阻害することなくポンプのカ
ットオフ圧力近辺の高圧領域における流量制御のステッ
プ応答性を改善することであり、圧力・流量制御の全領
域で応答性の優れた可変容量型ポンプの制御装置を提供
することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の可変容量型ポンプの制御装置においては、可
変容量形ポンプの吐出量可変要素の変位をばね力に対抗
する油圧力で制御するために前記油圧力を制御する比例
電磁制御弁に設定入力信号に応じた制御電流を供給する
ものにおいて、前記課題を解決するために、 前記ポンプの吐出圧力に対応した電気信号を出力する
圧力検出手段と、 前記ポンプの吐出流量に対応した電気信号を出力する
流量検出手段と、 予め定められた圧力設定信号と前記圧力検出手段の出
力信号との偏差に対応した第１信号を出力する第１偏差
信号検出手段と、 前記第１信号を入力とし、前記吐出圧力のレベルが前
記圧力設定信号を設定圧力レベルより充分小さいときは
一定値の出力を生じるように飽和領域で動作すると共に
前記吐出圧力のレベルが前記設定圧力レベルに近付いた
ときには第１信号に対応した大きさの出力を生じるよう
に活性領域で動作するオペアンプを含むリミッタ回路手
段と、 前記リミッタ回路手段の前記オペアンプに接続された
圧力制御系の位相補償回路手段と、 前記リミッタ回路手段の出力信号のレベルを前記流量
設定信号に対応したレベルでクランプする可変クランプ
回路手段と、 前記リミッタ回路手段の前記オペアンプの前記第１信
号に対する入力ゲインを前記流量制御時に前記オペアン
プを飽和領域に保持するに充分な値に増加するデュアル
ゲイン回路手段と、 前記オペアンプの入力電圧を前記オペアンプが前記飽
和領域に深く入りすぎないように予め定められた一定値
に制限するダイオードクランプ回路と、 前記可変クランプ回路手段で可変クランプされた前記
リミット回路手段からの出力信号と前記流量検出手段の
出力信号との偏差に対応した第２信号を出力する第２偏
差信号検出手段と、 第２信号を所望の電流レベルに増幅して前記比例電磁
制御弁へ出力する増幅手段、 とを備えるものである。

［作 用］ 本発明の制御装置では、第１偏差信号検出手段によっ
て第１信号を得るまでは前述先行技術と同様である。

リミッタ回路手段はオペアンプを含んでおり、このオ
ペアンプは、前記第１信号を入力とし、前記吐出圧力の
レベルが前記圧力設定信号の設定圧力レベルより充分小
さいときは一定値の出力を生じるように飽和領域で動作
し、一方、前記吐出圧力のレベルが前記設定圧力レベル
に近付いたときには第１信号に対応した大きさの出力を
生じるように活性領域で動作する。

前記リミッタ回路手段の前記オペアンプには圧力制御
時の位相補償回路手段が接続されている。

この位相補償回路手段は、第10図に関連して前述した
ように、リミッタ回路手段のアンプに抵抗およびコンデ
ンサなどによる補償帰還回路を接続することにより位相
補償によるゲイン補償を行うためのもので、制御系の応
答特性を損なわず、且つ低周波領域でのアンプの直流ゲ
インを低下させることなく、圧力制御領域の動作全領域
で満足できる安定性と応答性を確保するためのものであ
る。この位相補償は、遅れ補償と進み補償を併用し、遅
れ補償では動作領域の低周波部で選択的に位相を遅らせ
てゲイン余裕を作り、結果としてアンプの直流ゲインを
上げ、また進み補償では動作領域の高周波部で選択的に
位相遅れを回復させ、目標とする応答性を維持し、遅れ
補償と進み補償との組み合わせでループゲインを或る周
波数以上で低下させ、低周波領域から直流領域では充分
なゲインを確保し、圧力制御系の全動作領域で充分な安
定性と過度応答性をもたせている。

可変クランプ回路手段は、前記リミッタ回路手段の出
力信号のレベルを前記流量設定信号に対応したレベルで
クランプし、これを第２偏差信号検出手段に流量指令信
号として与える。

前記リミッタ回路手段の前記オペアンプの入力側には
デュアルゲイン回路手段が設けられ、このデュアルゲイ
ン回路手段は、第１信号が充分に負となる流量制御時に
オペアンプの前記第１信号に対する入力端に充分に深い
バイアス電位を与えるようにオペアンプのゲインを増加
させ、これにより流量制御領域の高圧側で零近辺の値の
第１信号に対してもオペアンプが充分深く飽和領域へシ
フトするようにして、オペアンプ出力側での可変クラン
プ回路手段によるクランプレベルのステップアップ時に
前記位相補償回路手段の帰還回路系を介して入力側にス
テップアップ電圧が伝達されても、オペアンプが飽和領
域内に安定して留まるようにしている。

前記オペアンプの入力側のダイオードクランプ回路
は、ダイオードの導通時の両端電位差を利用して前記オ
ペアンプの入力バイアス電流を微小な一定電圧値に制限
するもので、これにより前記デュアルゲイン回路手段に
よるバイアスの深さが深くなり過ぎるのを制限して、流
量制御状態から圧力制御状態へ移行する際の圧力偏差信
号のステップ変化に対してオペアンプに応答遅れが生じ
ないようにしている。

第２偏差信号検出手段は、このようにして前記可変ク
ランプ回路手段で可変クランプされた前記リミッタ回路
手段からの出力信号と前記流量検出手段の出力信号との
偏差に対応した第２信号を出力し、この第２信号は増幅
手段によって所望の電流レベルに増幅されて前記比例電
磁制御弁へ供給される。

以上のようにして、前記位相補償回路手段によりオペ
アンプを利用した前記リミッタ回路手段に対して圧力制
御系の特性の改善が果たされ、またその場合に前記デュ
アルゲイン回路手段によってカットオフ圧力近辺の高圧
領域における流量制御のステップ応答性の改善が果たさ
れ、更にデュアルゲイン回路手段によるバイアスの深さ
が深くなり過ぎるのを前記ダイオードクランプ回路によ
って制限することにより、流量制御状態から圧力制御状
態へ移行する際の圧力偏差信号に対するリミッタ回路の
オペアンプのステップ応答に遅れを生じることが防止さ
れ、圧力・流量制御の全領域で応答性の優れた可変容量
型ポンプの制御装置が提供できるものである。

本発明の好適な実施例を図面と共に説明すれば以下の
通りである。

［実施例］ 第１図に本発明の実施例に係る制御装置を組込んだ可
変容量形ポンプのシステム全体の構成を、第２図に制御
装置の要部の回路構成例を示す。

第１図において、電動モータ１の回転軸に連結された
ポンプ要素２はその吐出量可変要素３の変位によって吐
出流量を整える可変容量形ポンプを構成する。ポンプ吐
出量制御のための油圧系は、可変要素３をばね力に対抗
して変位させるために可変要素３の圧力室の油圧力を制
御する比例電磁制御弁４と、吐出圧力が設定された上限
に達したときに可変要素３を比例電磁制御弁４に拘らず
に変位させてポンプをフルカットオフ状態にする安全弁
５とを備えている。

本発明に係る制御装置は、ポンプの吐出圧を検出する
圧力センサ６と、ポンプの吐出流量に対応した検出量と
して可変要素３の変位量を検出する変位検出器７と、こ
れらセンサおよび検出器とフィードバックループを組ん
で圧力および流量の設定値に応じた制御電流を制御弁４
のソレノイド装置８に供給する制御アンプ90とを備えて
いる。

制御アンプ９の構成は第２図に例示する通りであり、
前述の第３図および第10図と同一符号は同等部分を示し
ている。

第２図において、圧力設定信号入力端子10と流量設定
信号入力端子11には、各々圧力設定信号P_inと流量設定
信号Q_inが入力されるようになっている。20は変位検出
器７の出力信号を受けてその微分信号Ｄを出力する後述
の微分回路からなる流量変化速度検出回路である。加減
算器12（第１の偏差信号検出手段）は、入力端子10から
の圧力設定信号を＋入力端に受け、圧力センサ６の検出
出力と流量変化速度検出回路20の微分出力とを各々−入
力端に受けて、その偏差に対応した圧力の偏差信号（第
１信号）を出力する。

圧力設定信号P_inと圧力センサ６の出力の差である加
減算器12からの圧力偏差信号PEは、圧力信号ゲイン調整
器36で適当なレベルに調整されたうえで、抵抗27と補償
要素（コンデンサ，抵抗）35との並列回路からなる位相
進み補償回路を介して定利得リミッタ回路を構成するオ
ペアンプ21のマイナス入力端に入力されている。またこ
のマイナス入力端には、圧力偏差信号PEが負となる流量
制御領域においてオペアンプ21を含む圧力補償段のゲイ
ンを第15図に破線で示すように相対的に増加するデュア
ルゲイン回路30が接続され、流量制御領域ではオペアン
プ21を充分に飽和させるだけの深い固定バイアス電圧が
与えられるようになっている。前記デュアルゲイン回路
30は、バイアス電圧源31と加減算器12の出力端との間に
接続された抵抗32,33からなる分圧回路と、オペアンプ2
1のマイナス入力端をこれら分圧抵抗32と33の接続点の
電位に引き込むためのダイオード34とからなっている。
オペアンプ21の出力端には制限抵抗24が挿入されてお
り、またマイナス入力端との間に抵抗28と補償要素（コ
ンデンサ，抵抗）29からなる位相遅れ補償用帰還回路が
接続されている。オペアンプ21のマイナス入力端とプラ
ス入力端との間に逆極性に接続されているのはダイオー
ドクランプ回路37であり、オペアンプ21のマイナス入力
端におけるデュアルゲイン回路30による固定バイアス電
圧が過剰にマイナス側に深くならないようにクランプす
る。更にオペアンプ21の出力信号は制限抵抗24を経て加
算増幅器25に入力され、この加算増幅器25には、ダイオ
ード23とオペアンプ22からなる可変クランプ回路の出力
も入力されている。ここでオペアンプ21の出力信号の上
限レベルは可変クランプ回路によるクランプ信号PE3に
よって確定し、制限抵抗24は増幅器21の保護の役目を果
たす。

加算増幅器25の出力はアンプ26によって反転されて流
量指令信号Qrとなり、加減算器17（第２偏差信号検出手
段）へ入力される。

一方、流量設定信号Q_inに対しては、増幅器15aおよび
15bからなるポンプ容積率補正回路によって圧力検出信
号PFBによる補正がかけられており、この補正された流
量設定信号Q_in′が可変クランプ回路のオペアンプ22に
入力されている。

第２偏差信号検出手段を構成する加減算器17は、アン
プ26からの流量指令信号Q_rと変位検出器７の検出出力と
の偏差に対応した出力信号を生じる。この出力信号はさ
らに偏差信号増幅用アンプ18と電流アンプ19で増幅さ
れ、比例電磁制御弁４のソレノイド装置８に供給され
る。

今、流量設定信号と圧力設定信号が与えられ、設定流
量が流れているが負荷圧力が設定よりも低い場合（即
ち、流量制御状態）、加減算器12が負の偏差信号PEを出
力するものとする。この偏差信号PEはゲイン調整器36で
調整されてオペアンプ21のマイナス入力端に入力され、
この圧力偏差信号PEによりオペアンプ21は飽和状態とな
っている。このときのオペアンプ21の出力は或る正のレ
ベルとなっており、この出力レベルは、第15図に実線で
示すように、可変クランプ回路のオペアンプ22により補
正済流量設定信号Q_in′に相当するレベルに制御され
る。従って、アンプ25と26を介して加減算器17に与えら
れる流量指令信号Qrは、前記補正済流量設定信号Q_in′
に応じた値となる。

この流量制御状態でポンプ吐出圧が上昇し、設定圧力
近くになると、圧力偏差信号PEの絶対値が小さくなって
零に近付いてくる。このような状態で、第16図に示すよ
うに、流量設定信号Q_inを流量増加方向へステップ状に
変化させたとすると、可変クランプ回路のオペアンプ22
から正のステップアップ電圧が生じて流量指令信号Qrを
増加させるが、このステップアップ電圧の立上りの変化
分が帰還回路28,29を介してオペアンプ21のマイナス入
力端側に伝達され、その電位を正方向に引上げようとす
る。ここでオペアンプ21のマイナス入力端にはデュアル
ゲイン回路30により深いバイアス電位が与えられ、この
バイアスがダイオードクランプ回路37でクランプされて
いるので、第16図において破線で示した第14図の場合に
比べて、第16図に実線で示したように、帰還回路を介し
て伝達されるステップアップ電圧の立上りパルスに対し
てオペアンプ21のマイナス入力端は依然として充分深い
バイアス状態に保持され、オペアンプ21が前記立上りパ
ルスで一時的に飽和領域から活性領域へ移行するのが防
止されている。このようにして流量制御状態でポンプ吐
出圧（負荷圧）の上昇により圧力偏差信号PEが零に近付
いたときにも流量指令信号Qrに過渡的な変動を生じるこ
とが防止され、吐出量可変要素３の良好なステップ応答
性を確保している。

一方、圧力制御状態、すなわちポンプ吐出圧の上昇に
よって圧力検出器６による検出信号PFBが圧力設定信号P
_inに近付き、圧力偏差信号PEが零に近付くと、デュアル
ゲイン回路30のダイオード34が逆バイアス状態となるの
で、第15図において圧力制御域の実線特性で示すよう
に、オペアンプ21が流量制御状態よりも低いゲインで活
性領域に入って出力を入力偏差信号PEの値に応じて減少
させる。この出力減少は可変クランプ回路のクランプレ
ベル以下で行なわれるので、加減算器17へ与えられる流
量指令信号Qrも同様に減少し、ポンプのカットオフ領域
での圧力制御のための流量制御が行なわれることにな
る。

ここで前述の流量制御状態からこの圧力制御状態に切
り換わるのは、現実には負荷のブロックなどによる圧力
の急上昇であり、従ってオペアンプ21のマイナス入力端
とプラス入力端との間に前記ダイオードクランプ回路37
が存在しないと、第17図に実線カーブで示すように、圧
力偏差信号PEがステップ状に正に立上ったときにオペア
ンプ21のマイナス入力端の電位Veがデュアルゲイン回路
30による深いバイアス電位から抜けだしてオペアンプ21
を活性領域に遷移させるのに或る有限の時間t₀を要して
しまい、これによってオペアンプ21の出力、すなわち流
量指令信号Qrが減少を開始するのに応答遅れが生じてし
まう。そこで本発明では前記ダイオードクランプ回路37
によってオペアンプ21のマイナス入力端の負のバイアス
電位を余り深過ぎるバイアスとならないように必要最小
限に制限しているのである。即ち、上記の有限の時間t₀
の応答遅れが生じると、ポンプが流量制御状態から圧力
制御状態に切り換わったときに吐出ラインに大きな圧力
サージが発生してしまうが、ダイオードクランク回路37
でオペアンプ21のマイナス入力端の負バイアスを制限す
ることにより、第17図に破線で示すように流量指令信号
Qrの応答遅れを少なくすることができる。

このようにしてソレノイド装置８へ供給される制御電
流を応答性よく制御し、ポンプに対する閉ループの圧力
・流量フィードバック制御が行われる。

尚、第２図の実施例の場合、可変要素３が急に変位し
て流量が変化しようとすると流量変化速度検出回路20か
ら微分出力が生じるが、このときは第４図の領域Ａの範
囲であるため、圧力センサ６の出力は設定圧力に達せ
ず、加減算器12の偏差信号はリミッタ回路のオペアンプ
21の飽和によって大きく制限されるので、その速度フィ
ードバックの効果は殆どない。一方、圧力制御状態は第
４図の領域Ｂの範囲となるが、ポンプ出口圧力の僅かな
変化に対して流量指令信号の値を大きく変えることにな
るため、圧力制御が不安定となりやすい。これを安定化
するため、可変要素３が変位したときに流量変化速度検
出回路20から生じる微分出力を、この流量変化に基づく
圧力変動を必要以上に作動させないように抑制する向き
にした加減算器12に加算入力し、圧力フィードバック制
御を安定化させている。

負荷圧力が増大し、負荷流量を殆ど必要としない状
態、すなわちブロック状態では、流量設定信号Q_in′が
変化しても圧力偏差信号側の圧力フィードバックループ
により流量指令としては無効になり、このとき加減算器
17は流量設定入力が一定と考えて圧力偏差信号のみによ
って比例的に出力を生じるように動作することになる。
この制御状態は圧力フィードバック制御である。

以上の動作は逆方向の変化、すなわち圧力制御状態か
ら流量制御状態に変化する場合でも同様である。

また、流量設定を変えて設定信号Q_inの大きさが変わ
った場合にもループ内のゲインは変化しない。

尚、前述の流量変化速度検出回路20は微分回路で構成
されたものとして説明したが、具体的には第11図（Ａ）
に示すようにアンプＡに抵抗Ｒと容量Ｃを組み合わせて
入力電圧E_iに対して伝達関数−Ｔ・Ｓにて微分出力電圧
E₀を生じる微分回路や、例えば第11図（Ｂ）に示すよう
にアンプＡに抵抗R1,R2と容量C1とを組み合わせて入力
電圧E_iに対して伝達関数−T2・S/（１＋T1・Ｓ）にて電
気的に擬似微分の出力電圧E₀を生じる擬似微分回路や、
第11図（Ｃ）に示すようにアンプＡに抵抗R1,R2と容量C
1,C2とを組み合わせて入力電圧E_Iに対して伝達関数−T3
・S/（１＋T1・Ｓ）（１＋T2・Ｓ）にて擬似微分の出力
電圧E₀を生じる擬似微分回路など、種々のものを用いる
ことができる。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば、従来いずれも
開ループ制御であった圧力と流量の制御が閉ループで行
われるのでヒステリシスや作動油粘度変化の影響の除去
と直線性の向上をはじめとする特性向上が達成でき、掛
算器等の非線形素子を含まず、加減算器による線形回路
構成の採用により設定流量の変更に伴うゲインの変動な
しに圧力制御と流量制御、およびそれらの切換制御がス
ムースに行われ、さらに前記位相補償回路手段によりオ
ペアンプを利用した前記リミッタ回路手段に対して圧力
制御系の特性の改善が果たされ、またその場合に前記デ
ュアルゲイン回路手段によってカットオフ圧力近辺の高
圧領域における流量制御のステップ応答性の改善が果た
され、更にデュアルゲイン回路手段によるバイアスの深
さが深くなり過ぎるのを前記ダイオードクランプ回路に
よって制限することにより、流量制御状態から圧力制御
状態へ移行する際の圧力偏差信号に対するリミッタ回路
のオペアンプのステップ応答に遅れを生じることが防止
され、圧力・流量制御の全領域で応答性の優れた可変容
量型ポンプの制御装置が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る制御装置を組込んだ可変
容量形ポンプのシステム全体の構成を示す回路図、第２
図は制御装置の要部の回路構成例を示すブロック図、第
３図は先行技術による制御装置の要部の回路構成例を示
すブロック図、第４図は可変容量形ポンプの圧力・流量
特性線図、第５図は掛算回路方式による場合の作用を説
明するための可変容量形ポンプの圧力・流量特性線図、
第６図は同方式の圧力制御時の入出力特性線図、第７図
は流量指令信号増幅系の入出力特性線図、第８図は本発
明による場合の作用を説明するための可変容量形ポンプ
の圧力・流量特性線図、第９図は同じく圧力制御時の入
出力特性線図、第10図は先行技術のリミッタ回路と可変
クランプ回路の改良例を示す回路図、第11図（Ａ）〜
（Ｃ）は流量変化速度検出回路の具体例を示す電気回路
図、第12図は流量設定信号のステップ変化に対する実際
の流量（斜板角）の変化の様子を示す線図、第13図は流
量設定信号が比較的小さいステップ幅で立ち上がった場
合の流量指令信号の変化の様子を示す線図、第14図は流
量設定信号が比較的大きいステップ幅で立ち上がった場
合の流量指令信号の変化の様子を示す線図、第15図はデ
ュアルゲイン回路による圧力制御系のループゲインの切
換えを説明するための入出力特性線図、第16図は本発明
の実施例において流量設定信号が比較的大きいステップ
幅で立上がった場合の流量指令信号の変化の様子を示す
線図、第17図は流量制御状態から圧力制御状態に移行す
る際のダイオードクランプ回路の効果を説明するための
圧力制御系の入出力特性線図である。 （主要部分の符号の説明） 2:ポンプ要素、3:吐出量可変要素、4:比例電磁制御弁、
6:圧力センサ（圧力検出手段）、7:変位検出部（流量検
出珠算）、8:ソレノイド装置、9:制御アンプ、10:圧力
設定信号入力端子、11:流量設定信号入力端子、 12,17:加減算器（偏差信号検出手段）、 21:オペアンプ（リミッタ回路）、22:オペアンプ（可変
クランプ回路）、28,29:帰還回路（位相補償回路手
段）、30:デュアルゲイン回路、37;ダイオードクランプ
回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変容量形ポンプの吐出量可変要素の変位
   をばね力に対抗する油圧力で制御するために前記油圧力
   を制御する比例電磁制御弁に設定入力信号に応じた制御
   電流を供給する制御装置において、 前記ポンプの吐出圧力に対応した電気信号を出力する圧
   力検出手段と、 前記ポンプの吐出流量に対応した電気信号を出力する流
   量検出手段と、 予め定められた圧力設定信号と前記圧力検出手段の出力
   信号との偏差に対応した第１信号を出力する第１偏差信
   号検出手段と、 前記第１信号を入力とし、前記吐出圧力のレベルが前記
   圧力設定信号の設定圧力レベルより充分小さいときは一
   定値の出力を生じるように飽和領域で動作すると共に前
   記吐出圧力のレベルが前記設定圧力レベルに近付いたと
   きには第１信号に対応した大きさの出力を生じるように
   活性領域で動作するオペアンプを含むリミッタ回路手段
   と、 前記リミッタ回路手段のオペアンプに接続された圧力制
   御系の位相補償回路手段と、 前記リミッタ回路手段の出力信号のレベルを前記流量設
   定信号に対応したレベルでクランプする可変クランプ回
   路手段と、 前記リミッタ回路手段の前記オペアンプの前記第１信号
   に対する入力ゲインを前記流量制御時に前記オペアンプ
   を飽和領域に保持するに充分な値に増加するデュアルゲ
   イン回路手段と、 前記オペアンプの入力電圧を前記オペアンプが前記飽和
   領域に深く入りすぎないように予め定められた一定値に
   制限するダイオードクランプ回路と、 前記可変クランプ回路手段で可変クランプされた前記リ
   ミッタ回路手段からの出力信号と前記流量検出手段の出
   力信号との偏差に対応した第２信号を出力する第２偏差
   信号検出手段と、 第２信号を所望の電流レベルに増幅して前記比例電磁制
   御弁へ出力する増幅手段、 とを備えたことを特徴とする可変容量形ポンプの制御装
   置。