JP3606599B2

JP3606599B2 - 液圧装置の圧力制御装置

Info

Publication number: JP3606599B2
Application number: JP08170894A
Authority: JP
Inventors: 英城山形; 宏山岡; 治彦川崎
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: JPH07293506A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、圧力の閉ループ又はフィードバックにより液圧アクチュエータの駆動を制御する液圧装置の圧力制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摺動抵抗などの非線形要素を含む液圧アクチュエータや作動流体に高粘度性流体を利用する液圧装置において、高精度で圧力の制御を行うものとして特開平３−２５５２０５号公報が知られている。
【０００３】
これについて説明すると、図７において、ポンプ１で発生した圧力が切換弁９４で方向を選択された後にシリンダ５へ供給されて負荷６が駆動される液圧装置において、圧力センサ７の検出値と指令値Ｐ_１の偏差に基づいて電磁式リリーフ弁９３が駆動される。
【０００４】
圧力センサ７の出力は特性変換器９２及びＰＩＤ補償器９１へそれぞれ入力され、検出圧力が図８に示す斜線領域にあれば第１開閉器９７ａ、９７ｂを閉じて閉ループ制御を行う一方、そうでない場合には第２開閉器９８ａ、９８ｂを閉じて開ループ制御を行うものでる。
【０００５】
偏差の大きさに応じて閉ループ制御と開ループ制御とを自動的に切り換えることにより、偏差が小さい場合にはＰＩＤ補償器９１によるオフセット（定常偏差）の補償を行う一方、偏差が大きくなると開ループ制御によって応答特性を向上させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィードバック制御時の補償量の大きさと極性は制御回路の定数に左右され、これら定数を大きくすれば応答特性及びオフセット（定常偏差）を改善することができるが、制御系に非線形要素（リリーフ弁の応答特性、アクチュエータの摺動抵抗など）が存在する場合には、制御系が補償量の大きさと極性の変化に追従できずに補償量の変化がさらに激しくなりハンチングあるいは発振を起こすことがあり、このようなハンチングを抑制するために制御定数を低減させねばならず応答特性及びオフセットの改善を充分に行えないことがある。
【０００７】
また、上記電磁式リリーフ弁９３の圧力特性は高圧域においては直線性を確保できるが、低圧域においては非線形となるため、上記従来のような圧力制御装置においては閉ループから開ループへ、あるいはその逆に制御を切り換える場合には、切り換え時の制御圧力の乱れを抑制するため、閉ループ制御における応答特性を上記のような理由から低く設定する必要がある。
【０００８】
しかしながら、閉ループの応答特性を低く設定した場合には、閉ループ制御領域内で圧力が変動し、この変動周期が閉ループの応答周期を越えるような場合には制御圧力が安定するまでに時間を要して制御特性を劣化させることがあり、また、閉ループの制御ゲインを低く設定するとともに制御系がシリンダ５の摺動抵抗などに起因する非線形要素を備える場合、シリンダ５に加わる予想外の外乱による偏差が一定時間継続すると、積分補償量が急激に増減するため制御圧力が不安定となってハンチングが発生することがあるという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、予想外の外乱が加わった場合にもハンチングを抑制するとともに、応答特性及び精度の高い液圧装置の圧力制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図１に示すように、負荷を駆動する液圧装置と、液圧装置の負荷圧力Ｐ_Ｓを検出する圧力検出手段５１と、液圧装置への供給圧力を制御する電磁式制御弁５２と、前記圧力検出手段５１の検出値Ｐ_Ｓが圧力の指令値Ｐ_１と一致するよう電磁式制御弁５２を帰還制御する手段とを備えた圧力制御装置において、前記指令値Ｐ_１と検出値Ｐ_Ｓとの差から偏差を演算する偏差演算手段５３と、所定の周期で前記偏差をサンプリングするサンプリング手段５４と、前記サンプリングした偏差及び前記周期に応じて補償値を演算する補償手段５５と、前記補償手段の出力と前記指令値とを加算して前記電磁式制御弁に出力する加算手段５６とを備え、前記補償手段５５が、前記偏差の大きさに応じたランプ関数に基づいて補償値を発生する。
【００１２】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記補償手段が、前記サンプリングの周期に応じた所定時間まで偏差の大きさに応じたランプ関数で補償値を発生した後、この補償値を前記周期まで保持する。
【００１４】
【作用】
したがって、第１の発明は、負荷圧力と指令値に基づいて偏差演算手段が演算した偏差の大きさとサンプリング周期に応じて補償手段は補償値を演算し、この補償値と指令値とを加算器で加算して電磁式制御弁に出力する。サンプリング周期ごとに演算された補償値で指令値を補正して開ループ制御を行うことが可能となり、急激な指令値の変動を抑制してハンチングを抑制しながら精度よく圧力制御を行うことができる。
また、前記補償手段が偏差の大きさに応じたランプ関数に基づく補償値を発生し、指令値の急激な変動を抑制して制御系のハンチングを抑制するとともに、精度よく圧力を制御することができる。
【００１６】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記補償手段がサンプリングの周期に応じた所定時間まで偏差に応じたランプ関数に基づいて補償値を発生した後、この補償値を前記周期まで保持し、制御信号は所定時間を経過すると一定値に保持されるため、制御系の応答速度が遅い場合にもハンチングを抑制して高精度の圧力制御を行うことができる。
【００１８】
【実施例】
図２〜図３に本発明の実施例を示す。
【００１９】
図２において、ポンプ１で発生した液圧は切換弁４で方向を選択された後にシリンダ５に供給されて負荷６を駆動する。
【００２０】
シリンダ５に加わる圧力はポンプ１からの作動流体の一部を電磁式制御弁としての比例電磁式リリーフ弁３を介してタンク２へ還流させることで調整され、圧力センサ７で検出したシリンダ５の負荷圧力Ｐ_Ｓに基づいて圧力制御装置としてのコントローラ８が比例電磁式リリーフ弁３を駆動して圧力の制御を行う。
【００２１】
コントローラ８は入力された圧力の指令値Ｐ_１に基づいて圧力センサ７の検出圧力Ｐ_Ｓが指令値Ｐ_１となるような制御信号Ｐ_Ｃを比例電磁式リリーフ弁３に出力する。
【００２２】
図３に示すように、コントローラ８に入力された指令値Ｐ_１とフィードバックされた検出圧力Ｐ_Ｓから偏差演算手段としての加算器１２は指令値Ｐ_１からの偏差Δｅを算出する。
【００２３】
偏差Δｅはサンプリング手段としてのサンプラー１１で所定のサンプリング周期Ｔごとに読み込まれ、この読み込まれた偏差Δｅが補償手段としてのランプ関数発生器１０へ入力される。
【００２４】
このランプ関数発生器１０は読み込まれた偏差Δｅの大きさ及び周期Ｔに応じた補償値Δｐを発生するもので、図４に示すように、時間Ｔ／２となる所定の時間までに補償値Δｐを０から偏差Δｅ（または−Δｅ）まで増大あるいは減少させた後に、周期Ｔまでこの値（Δｐ＝Δｅ）を保持するもので、補償値Δｐは時間Ｔ／２まで緩やかに変化した後、周期Ｔが経過するまで偏差Δｅ（または−Δｅ）の一定値に保持される。
【００２５】
ランプ関数発生器１０で発生した補償値Δｐは換算器９ｂで制御系に応じた、すなわち、比例電磁式リリーフ弁３及びシリンダ５の特性に応じた圧力の指令値に換算される。
【００２６】
一方、コントローラ８に入力された指令値Ｐ_１も同様にして換算器９ａで圧力値に換算され、これら換算された指令値Ｐ_１’と補償量ΔＰ′が加算器１３で加算され、制御信号Ｐ_Ｃとして比例電磁式リリーフ弁３へ出力されるのである。
【００２７】
以上のように構成された圧力制御装置においては、検出圧力Ｐ_Ｓが指令値Ｐ_１からずれてサンプラー１１で偏差Δｅが読み込まれると、ランプ関数発生器１０からの補償値Δｐは時間Ｔ／２まで変化した後に一定値Δｅに保持され、周期Ｔごとにサンプリングした偏差Δｅに基づいて開ループ制御が行われる。
【００２８】
補償値Δｐは時間Ｔ／２まで緩やかに変化するため、比例電磁式リリーフ弁３やシリンダ５からなる制御系に非線形要素（比例電磁式リリーフ弁３の応答特性またはシリンダ５の摺動抵抗など）が含まれるような場合や、シリンダ５に予期しない外乱が加わった場合においても急激な制御信号Ｐ_Ｃの変動が抑制されるため、制御系のハンチングを防止して安定した制御を行うことができるとともに、圧力の制御精度は比例電磁式リリーフ弁３の応答特性に影響されることがなくなって、高精度の圧力制御を行うことができる。
【００２９】
また、周期Ｔでサンプリングした偏差Δｅに基づいて周期的な開ループ制御を行うため、前記従来例における閉ループ制御のように負荷条件の変動によるハンチングを防止して幅広い負荷条件に対応することができ、また、ランプ関数発生器１０はＴ／２ごとに補償値Δｐを一定値に保持するため、制御系の応答速度が低い場合にもハンチングの発生を防止して高精度の圧力制御を行うことができるのである。
【００３０】
ここで、サンプリングの周期Ｔは負荷条件に応じて適宜設定されるもので、例えば、シリンダ５の応答特性が低い場合には周期Ｔを縮小する一方、同じく応答特性が高い場合には周期Ｔを増大させることで負荷条件に応じて安定した制御を行うことができるのである。
【００３１】
図５は他の実施例を示し、前記第１の実施例におけるコントローラ８をマイクロコンピュータにより構成した場合の制御の一例を示すもので、その他の構成は前記第１実施例と同様である。
【００３２】
図５のフローチャートは、カウンタｔの所定時間Δｔごとに実行されるもので、以下本図に基づいて詳述する。
【００３３】
ステップＳ１では入力された指令値Ｐ_１と圧力センサ７から読み込まれた検出圧力Ｐ_Ｓとから偏差Δｅを算出し、ステップＳ２においてカウンタｔの値が周期Ｔ以上であるかを判定し、カウンタｔが周期Ｔ以上であればカウンタｔをリセットして次の周期に入る（ステップＳ３）。
【００３４】
ステップＳ４ではカウンタｔと周期Ｔ／２とを比較して、カウンタｔがＴ／２未満であればステップＳ５の処理へ進む一方、そうでなければステップＳ６の処理へ進む。
【００３５】
ステップＳ５は前記第１実施例に示したランプ関数発生器１０と同様に偏差Δｅの大きさに応じたランプに基づいて補償値Δｐを演算するもので、この補償値Δｐは偏差Δｅをパラメータとしたカウンタｔの関数として予め定義され、カウンタｔがＴ／２までの間は補償値Δｐが偏差Δｅまたは−Δｅまで緩やかに変化する。
【００３６】
一方、ステップＳ６ではカウンタｔがＴ／２以上であれば補償値ΔｐがステップＳ１で演算した偏差Δｅとなり、これらステップＳ５、Ｓ６において前記第１実施例の図４と同様なランプ関数に基づいて補償値Δｐを演算する。
【００３７】
こうして換算された補償量ΔＰ′に換算された圧力の指令値Ｐ_１’を加えたものを制御信号Ｐ_Ｃとして演算し（ステップＳ７）、ステップＳ８でこの制御信号Ｐ_Ｃに基づいて比例電磁式リリーフ弁３を駆動した後、ステップＳ９でカウンタｔに所定時間Δｔを加算して次の処理に備える。
【００３８】
上記ステップＳ１〜Ｓ９を繰り返すことにより、前記第１実施例と同様にして周期Ｔごとにサンプリングした偏差Δｅの大きさに応じたランプで補償値Δｐを緩やかに変化させることで開ループ制御を行うことができ、過渡応答時や外乱を受けた場合等におけるハンチングを防止するとともに、高い応答特性を確保しながら高精度の制御が可能となるのである。
【００３９】
図６はさらに他の実施例を示し、前記第１実施例における負荷６を射出成型機などに使用されるシリンダ６０に置き換えるとともに、圧力センサ７をシリンダ６０に配設して負荷に加わる圧力を直接検出するようにしたものであり、その他の構成は前記第１実施例と同様である。
【００４０】
直接検出した負荷圧力に基づいて圧力の指令値を変更する閉ループ制御を行うため、シリンダ５の摺動抵抗や比例電磁式リリーフ弁３の制御特性に非線形要素が含まれる場合にも高精度かつ高応答特性の制御を行うことができるのである。
【００４１】
なお、上記実施例において、電磁式制御弁として比例電磁式リリーフ弁３を開示したが、図示はしないが特開平２−７２２０１号公報、特開平４−２１０１８０号公報または特開平５−１４１５７２号公報に開示されるような制御弁を採用することができ、この場合上記実施例に比して直線性に優れた圧力オーバーライド特性を備えるため、流量に影響を受けることなく指令値Ｐ_１に比例した高精度の圧力制御を行うことが可能となるのであり、また、前記第１実施例における換算器９ａ、９ｂの設定値を変更することにより容易に制御系の変更、すなわち、比例電磁式リリーフ弁３やシリンダ５を他の要素に変更することができる。
【００４２】
また、前記図４に示したランプ関数を一次関数として示したが、図示はしないが制御系の特性などに応じて適宜曲線などに置き換えることができ、同様にして補償値Δｐの最大値も偏差Δｅに制御系の応答特性に応じた所定の定数を乗じることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように第１の発明は、負荷を駆動する液圧装置と、液圧装置の負荷圧力Ｐ_Ｓを検出する圧力検出手段と、液圧装置への供給圧力を制御する電磁式制御弁と、前記圧力検出手段の検出値Ｐ_Ｓが圧力の指令値Ｐ_１に一致するよう電磁式制御弁を帰還制御する手段とを備えた圧力制御装置において、前記指令値Ｐ_１と検出値Ｐ_Ｓとの差から偏差を演算する偏差演算手段と、所定の周期で前記偏差をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリングした偏差及び前記周期に応じて補償値を演算する補償手段と、前記補償手段の出力と前記指令値とを加算して前記電磁式制御弁に出力する加算手段とを備え、サンプリング周期ごとに演算された補償値で指令値を補正して開ループ制御を行うことが可能となり、偏差の大きさと周期に応じて補償値は急激な変動を抑制されるため、液圧装置が摺動抵抗などの非線形要素を備える場合にもハンチングを防止しながら高精度の圧力制御を行うことが可能となって、前記従来のように開ループから閉ループへ切り換えることがないために制御系の乱れを防止して円滑な制御特性を得ることができる。
また、前記補償手段が、前記偏差の大きさに応じたランプに基づいて補償値を発生し、指令値の急激な変動が抑制されて制御系のハンチングを防止しながら応答特性を確保することができ、安定した制御特性を得ることができる。
【００４５】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記補償手段が、前記サンプリング周期に応じた所定時間まで偏差の大きさに応じたランプで補償値を発生した後、この補償値を前記周期まで保持し、制御信号は所定時間を経過すると一定値に保持されるため、応答速度が遅い制御系であってもハンチングを抑制しながら追従させることが可能となって高精度の圧力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクレーム対応図である。
【図２】本発明の実施例を示す液圧装置のブロック図である。
【図３】コントローラを示すブロック図である。
【図４】ランプ関数発生器の特性図である。
【図５】他の実施例を示す制御のフローチャートである。
【図６】他の実施例を示すブロック図である。
【図７】従来の例を示すブロック図である。
【図８】同じく制御特性を示すグラフである。
【符号の説明】
３比例電磁式リリーフ弁
５シリンダ
７圧力センサ
８コントローラ
１０ランプ関数発生器
１１サンプラー
１２減算器
１３加算器
５１圧力検出手段
５２電磁式制御弁
５３偏差演算手段
５４サンプリング手段
５５補償手段
５６加算手段

Claims

負荷を駆動する液圧装置と、液圧装置の負荷圧力を検出する圧力検出手段と、液圧装置への供給圧力を制御する電磁式制御弁と、前記圧力検出手段の検出値が圧力の指令値に一致するよう電磁式制御弁を帰還制御する手段とを備えた圧力制御装置において、
前記指令値と検出値との差から偏差を演算する偏差演算手段と、
所定の周期で前記偏差をサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリングした偏差及び周期に応じて補償値を演算する補償手段と、
前記補償手段の出力と前記指令値とを加算して前記電磁式制御弁に出力する加算手段とを備え、
前記補償手段が、前記偏差の大きさに応じたランプ関数に基づいて補償値を発生することを特徴とする液圧装置の圧力制御装置。
前記補償手段が、前記サンプリングの周期に応じた所定時間まで偏差の大きさに応じたランプ関数で補償値を発生した後、この補償値を前記周期まで保持することを特徴とする請求項１に記載の液圧装置の圧力制御装置。