JP2758493B2 - アクチュエータの駆動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、電気油圧変換弁などのアクチュエータの駆
動制御装置に関する。

B.従来の技術 多関節作業機などでは、電気油圧変換弁によって例え
ば油圧シリンダや油圧モータを駆動し、アームや作業ア
タッチメントを回動させて軌跡制御や姿勢角制御を行な
う。この電気油圧変換弁は、例えば比例ソレノイドを有
する電磁比例圧力制御弁とそれによって駆動される方向
制御弁とから構成され、比例ソレノイドへの入力指令電
流Ｉに対して第６図（ａ）に示すような制御量、すなわ
ち流量Ｑを出力する。

ところで、この電気油圧変換弁の流量特性は、製品毎
のスプールや弁本体の加工誤差およびばね力などのバラ
ツキによって第６図（ａ）の点線で示す範囲でばらつ
く。今、入力電流Ｉ毎に実線で示す基準値Ａに対するバ
ラツキ量Ｂの誤差割合B/Aを算出すると、第６図（ｂ）
に示すようになる。つまり、誤差割合B/Aは小流量域で
非常に大きい。この電気油圧変換弁の小流量域での誤差
は、軌跡制御や姿勢角制御を行なうときの制御精度に大
きな影響を与える。例えば、起動時に急激に動きだして
ハンチングの原因になったり、逆に動かないために制御
精度を悪化させる。このため従来は、電気油圧変換弁や
制御装置によってこの小流量域での誤差を機械的または
電気的に調整していた。しかし、調整が難しい上に、調
整と測定とを繰り返し行なう必要があるため多大の調整
時間を費やしていた。

このような問題を解決するアクチュエータの駆動制御
装置が特開平２−129482号公報に示されている。この装
置は、一次関数的に比例変化するアクチュエータの入出
力特性をメモリに記憶しておき、同一の指令値に対して
同一の制御量が得られるように補正するものである。こ
れによって、入出力特性が一次関数的に比例変化するア
クチュエータに対しては製品ごとの入出力特性のバラツ
キが改善される。

C.発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の従来装置では、入出力特性を出
力の０％付近と100％との２点を通る一次関数として補
正を行っているので、第６図（ａ）に示すような入出力
特性が非線形な電気油圧変換弁を含むアクチュエータに
対して適用した場合、入出力特性のバラツキが改善され
ないという問題がある。

本発明の目的は、非線形な入出力特性を有する電気油
圧変換弁を含むアクチュエータに対して、同一の指令値
に対して同一の制御量が得られるように自動的に特性の
バラツキを補正するアクチュエータの駆動制御装置を提
供することにある。

D.課題を解決するための手段 本発明の概要を示す第１図に対応づけて本発明を説明
すると、請求項１の発明は、入力指令値に対する出力制
御量の入出力特性が非線形なアクチュエータ５と、アク
チュエータ５の基準入出力特性を有し、その基準入出力
特性に基づいて前記アクチュエータ５の出力制御量の目
標値Ｑに対する駆動用入力指令値Ｉを発生するい指令値
発生手段３と、アクチュエータ５により駆動される被駆
動部材6,7の作動量θを検出する作動量検出手段８と、
駆動モード時には駆動用入力指令値をアクチュエータ５
へ入力し、補正モード時には補正用入力指令値Ioを前記
アクチュエータ５へ入力する入力切換手段15と、作動量
検出手段８による補正モード時の検出作動量θをアクチ
ュエータ５の出力制御量Ｑに変換する制御量／作動量変
換手段９と、基準入出力特性に基づいて、制御量／作動
量変換手段９により変換された出力制御量Ｑ′からアク
チュエータ５の入力指令値Ｉ′を演算する入力指令値演
算手段10と、入力指令値演算手段により演算された入力
指令値Ｉ′と補正用入力指令値Ioとの偏差ΔＩ（＝Io−
Ｉ′）を演算する偏差演算手段12と、駆動モード時に、
偏差演算手段12により演算された偏差ΔＩにより駆動用
入力指令値Ｉを補正する補正手段14とを備え、これによ
り上記目的を達成する。

また、請求項２のアクチュエータの駆動制御装置は、
補正用入力指令値Ioに基準入出力特性の立ち上がり領域
の小さな値を設定したものである。

さらに、請求項３のアクチュエータの駆動制御装置
は、補正用入力指令値を複数個（I0a,I0b,・・）設定
し、補正モード時には、作動量検出手段８により各補正
用入力指令値に対する作動量（θa,θb,・・）を検出す
るとともに、制御量／作動量変換手段９と入力指令値演
算手段10によりそれぞれ各補正用入力指令値に対する出
力制御量（Ｑ′a,Q′b,・・）と入力指令値（Ｉ′a,I′
b,・・）とを演算し、さらに偏差演算手段12により各入
力指令値（Ｉ′a,I′b,・・）と各補正用入力指令値（I
0a,I0b,・・）との偏差（ΔＩ′ａ＝I0a−Ｉ′a,ΔＩ′
ｂ＝I0b−Ｉ′b,・・）を求め、駆動モード時には、補
正手段14によって、各補正用入力指令値（IOa,IOb,・
・）に対する偏差（ΔＩ′a,ΔＩ′b,・・）および出力
制御量（Ｑ′a,Q′b,・・）と、出力制御量の目標値Ｑ
とに基づいて比例補間演算により駆動用入力指令値Ｉを
補正するようにしたものである。

E.作用 請求項１のアクチュエータの駆動制御装置では、まず
補正モードにおいて、補正用入力指令値Ioをアクチュエ
ータ５へ入力し、アクチュエータ５により被駆動部材6,
7を駆動するとともに、被駆動部材6,7の作動量θを検出
する。そして、補正モード時の検出作動量θをアクチュ
エータ５の出力制御量Ｑ′に変換し、アクチュエータ５
の基準入出力特性に基づいて出力制御量Ｑ′からアクチ
ュエータ５の入力指令値Ｉ′を演算し、さらに入力指令
値Ｉ′と補正用入力指令値Ioとの偏差ΔＩ（＝Io−
Ｉ′）を求める。次に駆動モード時において、アクチュ
エータ５の基準入出力特性に基づいて出力制御量の目標
値Ｑに対する駆動用入力指令値Ｉを発生し、偏差ΔＩに
より駆動用入力指令値Ｉを補正してアクチュエータ５へ
入力し、アクチュエータ５により被駆動部材6,7を駆動
する。

請求項３のアクチュエータの駆動制御装置では、まず
補正モードにおいて、複数の補正用入力指令値（I0a,I0
b,・・）をアクチュエータ５へ入力し、アクチュエータ
５により被駆動部材6,7を駆動するとともに、各補正用
入力指令値に対する被駆動部材6,7の作動量（θa,θb,
・・）を検出する。そして、補正モード時の各補正用入
力指令値に対する検出作動量（θa,θb,・・）をアクチ
ュエータ５の出力制御量（Ｑ′a,Q′b,・・）に変換
し、アクチュエータ５の基準入出力特性に基づいて各出
力制御量（Ｑ′a,Q′ｂ・・）からアクチュエータ５の
入力指令値（Ｉ′a,I′ｂ・・）を演算し、さらに各入
力指令値（Ｉ′a,I′b,・・）と対応する補正用入力指
令値（I0a,I0b,・・）との偏差（ΔＩ′ａ＝I0a−Ｉ′
a,ΔＩ′ｂ＝I0b−Ｉ′b,・・）を求める。次に駆動モ
ードにおいて、アクチュエータ５の基準入出力特性に基
づいて出力制御量の目標値Ｑに対する駆動用入力指令値
Ｉを発生し、各補正用入力指令値（I0a,I0b,・・）に対
する偏差（（ΔＩ′a,ΔＩ′b,・・）および出力制御量
（Ｑ′a,Q′b,・・）と、出力制御量の目標値Ｑとに基
づいて比例補間演算により駆動用入力指令値Ｉを補正
し、補正後の駆動用入力指令値をアクチュエータ５へ入
力して被駆動部材6,7を駆動する。

なお、本発明の構成を説明する上記Ｄ項およびＥ項で
は、本発明を分かり易くするために各手段の符号に対応
する実施例の要素と同一の符号を用いたが、これにより
本発明が実施例に限定されるものではない。

F.実施例 第２図は、本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。

１は種々のレバーやポテンショメータなどにより構成
される操作部であり、例えば軌跡制御時の指令速度Ｖを
出力する。２は演算処理回路であり、指令速度Ｖと後述
するセンサからの角度信号θとに基づいて軌跡制御など
を行うための制御流量Ｑを演算する。３は関数発生器で
あり、電気油圧変換弁の指令電流Ｉ−流量Ｑ特性に基づ
いて入力制御流量Ｑに応じた指令電流Ｉを出力する。４
は電気油圧変換弁５を駆動する駆動回路である。

電気油圧変換弁５には、不図示の油圧源か圧油が導か
れており、指令電流Ｉに応じた流量Ｑと送油方向で油圧
をシリンダ６へ供給し、アーム７を回動する。８は周知
のレバー機構およびポテンショメータから構成される角
度センサであり、アームの回動支点付近に取り付けられ
てアーム７の姿勢角θを検出する。

９は流量変換回路であり、姿勢角θを変化させるため
に要したシリンダ６への実流量Ｑ′を検出する。この実
流量Ｑ′は次式により求められる。

Ｑ′＝（ｄθ/dt）・ｆ（θ）・Sa …（１） ここで、ｄθ/dtはアーム７の角速度、ｆ（θ）はア
ーム７を構成するリンクの補正係数、Saはシリンダ受圧
面積 第３図は、この流量変換回路９の詳細を示すブロック
図である。アーム７の姿勢角θは微分器91で微分されて
ｄθ/dtが算出されるとともに、リンク補正係数部92で
係数ｆ（θ）で算出される。これらｄθ/dtおよびｆ
（θ）は、乗算器93で乗算された後、さらに乗算器94で
シリンダ受圧面積Saが乗ぜられて実流量Ｑ′が求められ
る。

10は関数発生器３と同様な入出力特性を有する指令電
流変換回路であり、実流量Ｑ′を電気油圧変換弁５の指
令電流Ｉ′に変換する。11は設定部であり、後述する補
正モード時の電気油圧変換弁５の基準指令電流IOを設定
する。12は減算器であり、設定部11からの基準指令電流
I0と指令電流変換回路10からの指令電流Ｉ′との差、す
なわち補正値ΔＩを次式（２）で演算する。

Δ＝I0−Ｉ′ …（２） 13はEEPROMからなるメモリであり、（２）式により算
出された補正値ΔＩを記憶する。14は加算器であり、関
数発生器３からの指令電流Ｉとメモリ13からの補正値Δ
Ｉとを加算する。15はモード切り換え器であり、通常駆
動モードと補正モードとを切り換える。

次に、この実施例の動作を説明する。

モード切り換え器15が15b側に切り換えられて補正モ
ードが選択されると、設定部11によって設定された基準
指令電流I0が駆動回路４に入力される。駆動回路４は、
この基準指令電流I0に従って電気油圧変換弁５を駆動制
御する。この結果、電気油圧変換弁５は入力指令電流I0
に応じた出力制御量、すなわち油圧源からの圧油流量を
Ｑに設定し、シリンダ６に供給する。これによってシリ
ンダ６が伸縮駆動してアーム７が回動する。このとき、
アーム７の回転姿勢角θは、角度センサ８によって検出
されて流量変換回路９へフィードバックされる。流量変
換回路９は、この姿勢角θに基づいて上述した（１）式
により実流量Ｑ′を算出し、指令電流変換回路10へ出力
する。さらに、指令電流変換回路10は、実流量Ｑ′に応
じた指令電流Ｉ′を算出して減算器12へ出力する。次
に、減算器12は、この基準指令電流I0と指令電流Ｉ′と
の差、すなわち補正値ΔＩを算出し、メモリ13に格納す
る。

以上の処理を終えると、補正モード運転を終了する。

第４図（ａ）は、電気油圧変換弁５の指令電流Ｉと出
力流量Ｑの特性を示す図であり、実線が基準となる特性
を示し、破線が上述した加工誤差があるいはばね力誤差
などにより基準特性から誤差を生じた実際の特性を示
す。

図において、補正モードで運転したときの指令電流I0
と破線との交点が実流量Ｑ′を示し、さらに実流量Ｑ′
と実線との交点が指令電流Ｉ′である。また、これらI0
とＩ′との差が上述した補正値ΔＩである。なお、電気
油圧変換弁５の上述した製品ごとのバラツキがない場合
には、基準指令電流I0と指令電流Ｉ′とは等しくなり、
従って補正値ΔＩは０となる。

次に、通常駆動時はモード切り換え器15が15a側に切
り換えられる。演算処理回路２は、操作部１からの軌跡
制御などの速度指令値Ｖと角度センサ８からの姿勢角θ
信号とに基づいてシリンダ６への圧油流量Ｑを演算し、
関数発生器３に出力する。関数発生器３は、第４図
（ａ）の実線で示す特性に基づいて流量Ｑに応じた指令
電流Ｉを算出し、加算器14に出力する。加算器14では、
指令電流Ｉとメモリ13に格納されている補正値ΔＩとを
加算し、モード切り換え器15を介して駆動回路４へ出力
する。

すなわちこのとき、電気油圧変換弁５は、第４図
（ａ）の基準特性を示す実線を指令電流増加方向にΔＩ
だけ平行移動した第４図（ｂ）の実線に示す特性に従っ
て駆動制御される。従って、補正モード時の基準電流I0
で駆動したときには実線と破線とが一致し、基準値Ａに
対する誤差Ｂの誤差割合B/Aは第４図（ｃ）に示すよう
に基準指令電流I0付近でほぼ０となる。つまり、第６図
（ｂ）に示す補正前の誤差割合に比べ補正後は小流量域
で大きく制御精度が改善され、さらに全体的に誤差が小
さくなっている。

以上説明したように、設定部11で設定した基準指令電
流I0によって電気油圧変換弁５を駆動し、この駆動結果
を角度センサ８によって検出する。そして、非線形な制
御特性を有する電気油圧変換弁５の指令電流Ｉ−流量Ｑ
特性に基づいて姿勢角θから指令電流Ｉ′を逆算する。
さらに、この算出された指令電流Ｉ′と基準指令電流I0
との差を補正値ΔＩとして通常運転時の指令電流Ｉに加
算するので、電気油圧変換弁５の実際の特性に合致した
正確な補正を行なうことができ、同一の指令値に対して
同一の制御値が得られる。すなわち、電気油圧変換弁５
のスプールや弁本体の加工誤差、あるいはばね力誤差な
どによる製品ごとのハラツキが改善される。また、この
補正モード時の運転は小指令電流で１回だけ行なうの
で、制御量、すなわち実際の駆動量が少なく運転時の危
険がない。さらに、補正は自動的に短時間で行なわれる
ので、調整時間およびコストを大幅に削減できる。

なお、上記実施例では補正モード時の運転を小さな基
準指令電流値I0により１回でだけ行なったが、さらに基
準指令電流の大きな値でも運転を行い、補正値を複数個
算出して通常運転時の指令電流を補正するようにしても
よい。すなわち、第５図に示すように、設定部11に複数
の基準指令電流I0a,I0bを設定し、順次選択して駆動回
路４に入力する。そして、前述したと同様に運転を行
い、流量変換回路９および指令電流変換回路10で基準指
令電流I0a,I0bに応じた実流量Ｑ′a,Q′ｂおよび指令電
流Ｉ′a,I′ｂを算出し、さらに、補正値ΔＩ′a,I′ｂ
を求めて実流量Ｑ′a,Q′ｂに対応づけてメモリ13に格
納する。通常運転時は、比例補間演算回路16によってメ
モリ13に格納されている実流量Ｑ′a,Q′ｂおよび補正
値ΔＩ′a,ΔＩ′ｂに基づいて次式により補間演算を行
ない、演算処理回路２の流量Ｑに対する補正値ΔＩを求
める。

上式によって算出されたΔＩを指令電流Ｉに加算する
ことによって、大流量域での誤差をさらに改善すること
ができる。

また、上記実施例では、電気油圧変換弁５によってシ
リンダ６を駆動したが、油圧モータ、油圧ロータリーア
クチュエータなどを用いてもよい。

さらに、上記実施例の角度センサ８の代わりにシリン
ダストロークセンサなどを用いてもよい。この場合はリ
ンク補正が不要となる。

以上の実施例の構成において、関数発生器３が入力指
令値発生手段を、電気油圧変換弁５がアクチュエータ
を、シリンダ６およびアーム７が被駆動部材を、角度セ
ンサ８が作動量検出手段を、流量変換回路９が制御量／
作動量変換手段を、指令電流変換回路10が入力指令演算
手段を、減算器12が偏差演算手段を、加算器14および比
例補間演算回路16が補正手段を、モード切り換え器15が
入力切換手段をそれぞれ構成する。

G.発明の効果 以上説明したように、請求項１の発明によれば、まず
補正モードにおいて、補正用入力指令値Ioをアクチュエ
ータへ入力し、アクチュエータにより被駆動部材を駆動
するとともに、被駆動部材の作動量θを検出する。そし
て、補正モード時の検出作動量θをアクチュエータの出
力制御量Ｑ′に変換し、アクチュエータの基準入出力特
性に基づいて出力制御量Ｑ′からアクチュエータ５の入
力指令値Ｉ′を演算し、さらに入力指令値Ｉ′と補正入
力指令値Ioとの偏差ΔＩ（＝Io−Ｉ′）を求める。次に
駆動モード時において、アクチュエータの基準入出力特
性に基づいて出力制御量の目標値Ｑに対する駆動用入力
指令値Ｉを発生し、偏差ΔＩにより駆動用入力指令値Ｉ
を補正してアクチュエータへ入力し、アクチュエータに
より被駆動部材を駆動するようにした。これにより、非
線形な入出力特性を有するアクチュエータに製品ごとの
入出力特性のばらつきがあっても、同一の指令値に対し
て常に同一の制御量から得られ、アクチュエータによる
駆動制御の安定性と制御精度を改善することができる。
また、この補正は自動的に短時間で行なうことができ、
調整時間およびコストを大幅に削減できる。

また請求項２の発明によれば、補正用入力指令値Ioに
基準入出力特性の立ち上がり領域の小さな値を設定した
ので、誤差割合の大きな入出力特性の立ち上がり領域で
アクチュエータを駆動しても安定に作動し、被駆動部材
の起動時のハンチングが防止され、起動時の制御の安定
性を向上させることができる。

さらに請求項３の発明によれば、補正モードに複数の
補正用入力指令値（I0a,I0b,・・）を用いて偏差などの
補正データを求め、駆動モード時にこれらの補正データ
を用いて比例補間演算によりアクチュエータの駆動用入
力指令値Ｉを補正するようにしたので、アクチュエータ
の入出力特性の広い領域において製品ごとのばらつきの
誤差割合を減少させることができ、アクチュエータの全
駆動領域において駆動制御の安定性と制御精度を改善す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図である。 第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、第３図は
流量変換回路の詳細を示すブロック図、第４図（ａ），
第４図（ｂ）は電気油圧変換弁の入出力処理特性を示す
図であり、（ａ）は補正前の特性を示し、（ｂ）は補正
後の特性を示す。第４図（ｃ）は第４図（ｂ）に示す補
正後の誤差割合を示す図、第５図は実施例の変形例を示
すブロック図、第６図（ａ）は電気油圧変換弁の入出力
特性を示す図、第６図（ｂ）はその誤差割合を示す図で
ある。 1:操作部、2:演算処理回路 3:関数発生器、4:駆動回路 5:電気油圧変換弁、6:シリンダ 7:アーム、8:角度センサ 9:流量変換回路、10:指令電流変換回路 11:設定部、12:減算器 13:メモリ、14:加算器 15:モード切り換え器 16:比例補間演算回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力指令値に対する出力制御量の入出力特
   性が非線形なアクチュエータと、 前記アクチュエータの基準入出力特性を有し、その基準
   入出力特性に基づいて前記アクチュエータの出力制御量
   の目標値に対する駆動用入力指令値を発生する指令値発
   生手段と、 前記アクチュエータにより駆動される被駆動部材の作動
   量を検出する作動量検出手段と、 駆動モード時には前記駆動用入力指令値を前記アクチュ
   エータへ入力し、補正モード時には補正用入力指令値を
   前記アクチュエータへ入力する入力切換手段と、 前記作動量検出手段による前記補正モード時の検出作動
   量を前記アクチュエータの出力制御量に変換する制御量
   ／作動量変換手段と、 前記基準入出力特性に基づいて、前記制御量／作動量変
   換手段により変換された出力制御量から前記アクチュエ
   ータの入力指令値を演算する入力指令値演算手段と、 前記入力指令値演算手段により演算された入力指令値と
   前記補正用入力指令値との偏差を演算する偏差演算手段
   と、 前記駆動モード時に、前記偏差演算手段により演算され
   た偏差により前記駆動用入力指令値を補正する補正手段
   とを備えることを特徴とするアクチュエータの駆動制御
   装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のアクチュエータの駆動制
   御装置において、 前記補正用入力指令値に、前記基準入出力特性の立ち上
   がり領域の小さな値を設定することを特徴とするアクチ
   ュエータの駆動制御装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載のアクチュ
   エータの駆動制御装置において、 前記補正用入力指令値を複数個（I0a,I0b,・・）設定
   し、 前記補正モード時には、前記作動量検出手段により前記
   各補正用入力指令値に対する作動量（θa,θb,・・）を
   検出するとともに、前記制御量／作動量変換手段と前記
   入力指令値演算手段によりそれぞれ前記各補正用入力指
   令値に対する出力制御量（Ｑ′a,Q′b,・・）と入力指
   令値（Ｉ′a,I′b,・・）とを演算し、さらに前記偏差
   演算手段により前記各入力指令値（Ｉ′a,I′b,・・）
   と前記各補正用入力指令値（I0a,I0b,・・）との偏差
   （ΔＩ′ａ＝I0a−Ｉ′a,ΔＩ′ｂ＝I0b−Ｉ′b,・・）
   を求め、 前記駆動モード時には、前記補正手段によって、前記各
   補正用入力指令値（I0a,I0b,・・）に対する前記偏差
   （ΔＩ′a,ΔＩ′b,・・）および前記出力制御量（Ｑ′
   a,Q′b,・・）と、前記出力制御量の目標値とに基づい
   て比例補間演算により前記駆動用入力指令値を補正する
   ことを特徴とするアクチュエータの駆動制御装置。