JP3714713B2 - 油圧制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械または建設機械等に搭載され、特に慣性の大きな負荷を駆動する油圧アクチュエータの制御に適する油圧制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧アクチュエータの速度あるいは負荷圧力を制御する油圧制御装置としては、例えば図１１に示すようなものがある。
【０００３】
この油圧制御装置では、流量圧力制御弁９１により流量を制御する場合、比例電磁式流量圧力制御弁９１の弁開度Ｘを検出する変位センサ９２と、弁の出入口の圧力Ｐａ、Ｐｂを検出する圧力センサ９３、９４とに基づき、流量演算回路９５が圧力センサ９３、９４の差圧（｜Ｐａ−Ｐｂ｜）と変位センサ９２の弁開度Ｘ（すなわち、開口面積）から通過流量Ｑを演算し、この流量Ｑが流量指令信号Ｑｒに等しくなるように制御演算回路９６が弁開度指令信号Ｘｒを制御回路９７へ指令し、制御回路９７の指令信号Ｘｒに基づいて図示しないソレノイドを励磁することにより流量圧力制御弁９１は所定の弁開度に駆動される。この流量圧力制御弁９１では、流量Ｑが流量指令信号Ｑｒより小さければ弁開度Ｘを増大させる一方、流量Ｑが流量指令信号Ｑｒより大きい場合には弁開度Ｘを減少させる。
【０００４】
このような流量圧力制御弁９１を流量制御ではなく、油圧アクチュエータの負荷圧力制御に使用する場合は、図１２に示すように、流量圧力制御弁９１の負荷側はオリフィスを介してタンクＴに接続され、検出した出口圧Ｐｂを制御演算回路９６へフィードバックすることにより、出口圧Ｐｂが圧力指令値Ｐｂｒより小さければ弁開度Ｘを増大させる一方、出口圧Ｐｂが圧力指令値Ｐｂｒより大きい場合には弁開度Ｘを減少させる。このようにして、負荷圧力を圧力指令値Ｐｂｒに正確に一致させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の油圧制御装置においては、流量制御と圧力制御のどちらか一方を行うことはできるものの、流量制御と圧力制御を同時に行うことはできない。
【０００６】
このため、例えば操作者からの流量指令値に基づいて流量制御がなされるとき、負荷圧力は適切なものに制御される訳ではないため、指令値の設定操作によっては油圧アクチュエータの起動時や停止時等に負荷圧力が過大となってしまったり、油圧アクチュエータの急激な加減速がなされることがあったりするなど、操作を著しく難しくしていた。
【０００７】
本発明は、このような問題点に着目し、油圧アクチュエータの流入または流出流量を制御しつつ、負荷圧力をも適切に制御し得る油圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図１３に示すように、ポンプＰから油圧の供給を受けて負荷を駆動する油圧アクチュエータ１０１と、この油圧アクチュエータ１０１に対してタンクＴ側とポンプＰ側を切り換え接続する三方制御弁１０２と、三方制御弁１０２の油圧アクチュエータ１０１側の負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段１０３と、三方制御弁１０２のポンプＰ側の供給圧力を検出する供給圧力検出手段１０４と、三方制御弁１０２の開度を検出する開度検出手段１０５と、これらの検出信号から三方制御弁１０２を通過する同定流量を算出する同定流量算出手段１０６と、操作器の操作量が入力される操作器信号入力手段１０７と、前記操作量に基づいて三方制御弁１０２を通過する流量指令値を算出する流量指令値算出手段１０８と、前記同定流量と前記流量指令値との偏差に基づいて前記負荷圧力に対する圧力指令値を算出する圧力指令値算出手段１０９と、検出された前記負荷圧力と前記圧力指令値との偏差に基づいて三方制御弁１０２の開度指令値を算出する開度指令値算出手段１１０と、この開度指令値に基づいて三方制御弁１０２の弁スプールを駆動する弁スプール駆動手段１１１とを備え、前記開度指令値算出手段１１０は、前記同定流量と前記操作量とに応じて前記弁スプールの変位上限値及び変位下限値を算出して前記三方制御弁の前記開度指令値の範囲を制限する。
【０００９】
【作用】
本発明では、操作器信号入力手段１０７に入力される操作器の操作量にしたがって、流量指令値算出手段１０８によって流量指令値が算出され、この流量指令値と、負荷圧力検出手段１０３、供給圧力検出手段１０４、開度検出手段１０５からの検出結果に基づいて同定流量検出手段１０６が算出する同定流量（三方制御弁１０２の通過流量）との偏差に基づいて、圧力指令値算出手段１０９によって圧力指令値が設定される。この圧力指令値に応じて開度指令値算出手段１１０が算出する開度指令値によって、弁スプール駆動手段１１１が三方制御弁の弁開度を制御する。このため、三方制御弁１０２の通過流量を操作器の操作量にしたがった適切なものに制御していながらも、負荷圧力をも適切な範囲内のものに制御し得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１には、本発明の第１の実施の形態を示す。
【００１２】
図示するように、油圧アクチュエータとして油圧シリンダ１０が備えられ、これは、ポンプＰの作動油の供給を受けて作動し、負荷Ｗを駆動する。この油圧シリンダ１０への作動油の供給回路には、三方制御弁１１が介装される。
【００１３】
この三方制御弁１１は、スプール１５の変位に応じて弁ポジションａ、ｂ、ｃ、ｄをとり得るようになっており、油圧アクチュエータ１０に連通する負荷ポート３（以下、Ｃポート３と言う）を、タンクＴに連通するタンクポート５（以下、Ｔポート５と言う）またはポンプＰに連通するポンプポート７（以下、Ｐポート７と言う）に切り換え接続するものである。
【００１４】
ここで、弁ポジションａは電源オフ時の弁ポジションであり、この弁ポジションでは、Ｃポート３、Ｔポート５、Ｐポート７はすべてブロックされる。したがって、三方制御弁１１を通じての作動油の流れは生じず、Ｃポート３の負荷圧は保持され続ける。
【００１５】
また、弁ポジションｂは、油圧アクチュエータ１０のメータアウト制御時に、油圧アクチュエータ１０側からタンクＴ側へと作動油が戻されるときの弁ポジションである。この弁ポジションｂでは、スプール１５の摺動位置によりＣポート３からＴポート５への連通開口面積が調節され、Ｃポート３の圧力を制御し得るようになっている。
【００１６】
また、弁ポジションｃは油圧アクチュエータ１０の中立状態における弁ポジションであり、電源オフではないものの油圧アクチュエータ１０を一時的に停止させるようなときに用いられる。ここでは、Ｐポート５はブロックされると同時に、Ｃポート３とＴポート５の間にはチェック弁１３が介装され、Ｃポート３からＴポート５への作動油の逆流が防止される。この結果、負荷圧は保持され、油圧アクチュエータ１０は停止状態が保たれる。
【００１７】
さらに、弁ポジションｄは、油圧アクチュエータ１０のメータイン制御時に、ポンプＰ側から油圧アクチュエータ１０側に作動油が供給されるときの弁ポジションである。この弁ポジションでは、Ｐポート７からの作動油がチェック弁１３を押し広げてＣポート３へと流れ込み得るようになっている。また、Ｃポート３からＴポート５に対してもオリフィス１４を介してブリード流量が生じるようになっている。
【００１８】
スプール１５の左端部には、段付き部１６が形成され、この段付き部１６により小受圧面積室１７と大受圧面積室１８とが画成される。小受圧面積室１７にはポンプＰからの吐出圧が直接に伝達されるのに対して、大受圧面積室１８にはパイロットバルブ２１によりポンプ吐出圧を調整した調整圧が伝達され、これらの圧力による力と、スプリング１９からの作用力とのバランスに応じてスプール１５が変位するようになっている。
【００１９】
さて、このように構成された三方制御弁１１の開度（スプール１５のストローク変位）は、ストロークセンサ２３により検出される。また、圧力センサ２５により油圧アクチュエータ１０の負荷圧力が検出され、圧力センサ２７によりポンプＰの吐出圧が検出されるようになっている。
【００２０】
コントローラ３０にはこれらの検出結果が入力され、コントローラ３０はこれらに基づいて三方制御弁１１を通過する同定流量を演算する。また、コントローラ３０には、操作者による操作器３２の操作量に対応した操作信号も入力される。
【００２１】
さらにコントローラ３０では、このように算出された同定流量と、操作器３２の操作量から決定される流量指令値との偏差に基づいて、油圧アクチュエータ１０の負荷圧力に対する圧力指令値が決定され、この圧力指令値に基づいて、三方制御弁１１に対する開度指令値が決定される。このため、本発明では流量制御を行いつつも、負荷圧力が適切なものに保たれ、流量制御の過渡期においても、急激な負荷圧力の上昇が防止される。
【００２２】
なお、三方制御弁１１の弁スプール１５の駆動は、パイロットバルブ駆動回路３３によりパイロットバルブ２１を介してなされる。すなわち、パイロットバルブ駆動回路３３は、コントローラ３０からの開度指令値に基づいて、パイロットバルブ２１を駆動して三方制御弁１１の開度を制御する。
【００２３】
つぎに、コントローラ３０の作動について図２のブロック図を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００２４】
図示するとおり、コントローラ３０は、操作器信号入力手段９１、圧力センサ入力手段９２、変位センサ入力手段９３、流量演算手段９４、開度範囲設定手段９５、流量指令値算出手段９６、圧力指令値算出手段９７、および開度指令値算出手段９８から構成されている。
【００２５】
操作者が油圧シリンダ１０の操作器３２をハンドル操作するのにしたがって、油圧シリンダ１０への油圧の供給が行われるが、このとき操作器３２の操作量Ｓｔが操作器信号入力手段９１に取り込まれるとともに（図１３の操作器信号入力手段１０７に相当）、圧力センサ２５によって油圧シリンダ１０の負荷圧力Ｐｇが、また圧力センサ２７によってポンプＰの供給圧力Ｐｓがそれぞれ検出され（図１３の負荷圧力検出手段１０３、供給圧力検出手段１０４に相当）、さらにストロークセンサ２３によって三方制御弁１１の開度Ｘが検出され（図１３の開度検出手段１０５に相当）、これらの検出結果が圧力センサ入力手段９２、変位センサ入力手段９３に取り込まれる。
【００２６】
流量演算手段９４は、図３に示すように、三方制御弁１１のＰポート７の圧力（供給圧力Ｐｓ）とＣポート３の圧力（負荷圧力Ｐｇ）との差圧平方根ΔＰ１1/2（ただしΔＰ１＝Ｐｓ−Ｐｇ）と、これらのポート間の連通開口面積Ａｘ１から求められるＰポート７からＣポート３へと流れる作動油の流量ＱPCから、Ｃポート３の圧力ＰｇとＴポート５の圧力Ｐｔとの差圧ΔＰ２1/2（ただしΔＰ２＝Ｐｇ−Ｐｔ）と、これらのポートの間の連通開口面積Ａｘ２から求められるＣポート３からＴポート５へと流れる作動油の流量ＱCT（前記ブリード流量を含む）を差し引いたものとして、三方制御弁１１を通過する同定流量Ｑｉｄを演算する（図１３の同定流量算出手段１０６に相当）。
【００２７】
すなわち、Ｐポート７とＣポート３間の流量ＱPCは、
ＱPC＝（２／ρ）1/2Ｃｄ１・Ａｘ１・（ΔＰ１）1/2
であり、またＣポート３とＴポート５間の流量ＱCTは、
ＱCT＝（２／ρ）1/2Ｃｄ２・Ａｘ２・（ΔＰ２）1/2
であり、同定流量Ｑｉｄは、
Ｑｉｄ＝ＱPC−ＱCT
となる。ここで、ρは作動油の流体密度、Ｃｄ１、Ｃｄ２は流量係数である。
【００２８】
なお、Ｐポート５とＣポート３間の連通開口面積Ａｘ１、およびＣポート３とＴポート５間の連通開口面積Ａｘ２は、三方制御弁１１の開度Ｘから計算される。また、Ｔポート５の圧力Ｐｔは、大気圧に解放されているもの（したがってＰｔ＝０）として計算すればよい。
【００２９】
また、開度範囲設定手段９５は、三方制御弁１１に対する開度指令値ＳＩＧの範囲を制限するために、この同定流量Ｑｉｄと操作量Ｓｔから、スプール変位上限値ＬＭＡＸと、スプール変位下限値ＬＭＩＮを、つぎのように場合分けをして算出する。
【００３０】
まず、同定流量Ｑｉｄが略ゼロで、かつ操作量Ｓｔも略ゼロであるときには、スプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮはともにポジションｃの位置とポートと定められる。すなわち、このときには弁スプール１５はポジションｃの位置以外はとり得ず、総てのポートがブロックされた状態となる。
【００３１】
また、操作量Ｓｔが正の場合（すなわちメータイン制御の場合）には、スプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｄで最大開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｄで最小開度の位置と定められる。
【００３２】
また、操作量Ｓｔが負の場合（すなわちメータアウト制御の場合）には、スプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｂで最小開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｂで最大開度の位置と定められる。開度指令値ＳＩＧは、このように設定されたスプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮの範囲内に収まるように修正される。
【００３３】
さて、操作量Ｓｔに対しては、流量指令値算出手段９６内にあらかじめ記憶されている関数Ｇ１に基づいて流量指令値Ｑｃｏｍが算出される（図１３の流量指令値算出手段１０８に相当）。
【００３４】
この関数Ｇ１は、例えば図４に示すようなものである。ここでは、流量指令値Ｑｃｏｍがその限界値に至るまで、操作量Ｓｔに比例して増大するような関数Ｇ１が採用されている。
【００３５】
このように算出された流量指令値Ｑｃｏｍと同定流量Ｑｉｄとの偏差（Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ）に基づいて、圧力指令値算出手段９７は、負荷圧力に対する圧力指令値Ｐｃｏｍを制御補償量として演算する（図１３の圧力指令値算出手段１０９に相当）。
【００３６】
この圧力指令値Ｐｃｏｍ算出に使用される関数Ｇ２は、例えば図５に示すようなものである。これによれば、同定流量Ｑｉｄが流量指令値Ｑｃｏｍより小さいとき（すなわち、Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ＞０のとき）には、その偏差（Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ）が大きくなるほど圧力指令値Ｐｃｏｍが大きくなる。この圧力指令値Ｐｃｏｍに負荷圧力を制御することで、三方制御弁１１の通過流量は流量指令値Ｑｃｏｍに近づいて行く。ただし、圧力指令値Ｐｃｏｍには上限値ＰｃｏｍＭＡＸが定められ、同定流量Ｑｉｄを流量指令値Ｑｃｏｍに近づける過渡状態においても、負荷圧力が過大となってしまわないようにする。
【００３７】
一方、同定流量Ｑｉｄが流量指令値Ｑｃｏｍより大きいとき（すなわち、Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ＜０のとき）には、圧力指令値Ｐｃｏｍはゼロとなる。この圧力指令値Ｐｃｏｍに負荷圧力を制御することで、三方制御弁１１の通過流量は流量指令値Ｑｃｏｍに近づいて行く。なお、同定流量Ｑｉｄが流量指令値Ｑｃｏｍと一致しているときには、所定の圧力Ｐｃｏｍ０を圧力指令値として制御する。
【００３８】
さらに、開度指令値算出手段９８は、あらかじめ記憶されている関数Ｇ３に基づいて、この圧力指令値Ｐｃｏｍに実際の負荷圧力Ｐｇが一致するように三方制御弁１１に対する開度指令値ＳＩＧを演算する。この演算には、例えば比例積分演算関数が使用され、圧力指令値Ｐｃｏｍと負荷圧力Ｐｇとの偏差に応じて、制御補償量として開度指令値ＳＩＧが決定される（図１３の開度指令値算出手段１１０に相当）。
【００３９】
このとき、この開度指令値ＳＩＧは、既に設定されているスプール変位上限値ＬＭＡＸおよびスプール変位下限値ＬＭＩＮの範囲内に収まるように修正される。すなわち、ＳＩＧ＞ＬＭＡＸのときにはＳＩＧ＝ＬＭＡＸと、またＳＩＧ＜ＬＭＩＮのときにはＳＩＧ＝ＬＭＩＮとする。
【００４０】
結局、このように決定された開度指令値ＳＩＧと三方制御弁１１の実際の開度Ｘとの偏差を解消するように、三方制御弁１１の弁スプール１５がパイロットバルブ駆動回路３３によってフィードバック制御される（図１３の弁スプール駆動手段に相当）。
【００４１】
このように、本発明によれば、三方制御弁１１の通過流量を操作器３２の操作量にしたがった適切なものに制御するとともに、負荷圧力Ｐｇをも適切な範囲内のものとなるように制御し得る。したがって、本発明を油圧アクチュエータのメータイン制御に適応したときには、ショックの少ない油圧アクチュエータの起動が行え、また油圧アクチュエータのメータアウト制御に適応したときには、油圧アクチュエータのスムーズな停止を行い得る。
【００４２】
また、流量指令値Ｑｃｏｍを決定する関数（Ｇ１）、圧力指令値Ｐｃｏｍを決定する関数（Ｇ２）、および開度指令値ＳＩＧを決定する関数（Ｇ３）は、コントローラ３０内で変更できるので、油圧アクチュエータの用途に応じて、制御特性の変更が容易におこなえる。さらに、この制御特性の変更は制御中であっても可能であるので、油圧アクチュエータの動作中であっても種々の環境の変化に適切に対応できる。
【００４３】
図６には、本発明の第２の実施の形態を示す。この図６の実施の形態は、例えば建設機械の旋回用モータとしての油圧モータ６０の供給側と排出側回路に、本発明の油圧制御装置をそれぞれ介装し、油圧モータ６０の回転を可逆的に制御するものである。
【００４４】
これに示すように、この油圧モータ６０には、第１の回路５１および第２の回路５２が接続している。また、第１の回路５１と第２の回路５２には、それぞれ第１の三方制御弁６１と第２の三方制御弁６２とが介装される。
【００４５】
油圧モータ６０の制御としては、第１の三方制御弁６１をメータイン側、第２の三方制御弁６２をメータアウト側とする右旋回モード（このとき作動油は第１の回路５１から第２の回路５２へと流れる）と、第２の三方制御弁６２をメータイン側、第１の三方制御弁６１をメータアウト側とする左旋回モード（このとき作動油は第２の回路５２から第１の回路５１へと流れる）とが選択される。
【００４６】
第１の回路５１と第２の回路５２には、それぞれオーバーロードリリーフ弁５３、５４が接続され、第１の回路５１または第２の回路５２の負荷圧力がリリーフ圧を超えたときには、その高圧をもう一方の回路５２または５１に逃がし得るようになっている。また、回路５１、５２はチェック弁５５、５６を介してタンクと接続され、回路５１、５２内に負圧が生じたときには、作動油がチェック弁５１、５２を押し開いて流れ込むようになっている。
【００４７】
三方制御弁６１、６２は、第１の実施の形態における三方制御弁１１と同じものである。また、これらの三方制御弁６１、６２を通過する流量は、第１の実施の形態における場合と同様に、コントローラ３０においてそれぞれ同定流量Ｑｉｄ１、Ｑｉｄ２として演算される。なお、三方制御弁６１、６２の開度（弁スプール６５、６６のストローク変位）は、それぞれストロークセンサ７３、７４により検出される。また、圧力センサ７５、７６により、第１の回路５１と第２の回路５２の負荷圧力がそれぞれ検出され、さらに圧力センサ７７によりポンプＰの吐出圧も検出される。
【００４８】
コントローラ８０では、第１と第２の三方制御弁６１、６２を通過する同定流量Ｑｉｄ１、Ｑｉｄ２と、操作器８２の操作量Ｓｔにしたがって決定される流量指令値Ｑｃｏｍ１、Ｑｃｏｍ２との偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）、（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）に基づいて、第１の回路５１の負荷圧力と第２の回路５２の負荷圧力に対する圧力指令値Ｐｃｏｍ１、Ｐｃｏｍ２がそれぞれ決定される。なお、流量指令値Ｑｃｏｍ１、Ｑｃｏｍ２を決定する関数の一例Ｆ１、Ｆ２をそれぞれ図７、図９に、また、圧力指令値Ｐｃｏｍ１、Ｐｃｏｍ２を決定する関数の一例Ｆ３、Ｆ４をそれぞれ図８、図１０に示した。
【００４９】
さらに、これらの圧力指令値Ｐｃｏｍ１、Ｐｃｏｍ２に応じて三方制御弁６１および６２に対する開度指令値がそれぞれ決定され、これらに基づいて、弁スプール６５、６６が、パイロットバルブ駆動回路８３、８４によりパイロットバルブ７１、７２を介して駆動されることで、三方制御弁６１、６２を実際に通過する流量を、それぞれの流量指令値Ｑｃｏｍ１、Ｑｃｏｍ２に近づけるフィードバック制御が行われる。
【００５０】
なお、このときの三方制御弁６１、６２の弁スプール６５、６６のスプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮはつぎのように定められる。
【００５１】
まず、三方制御弁６１、６２の同定流量Ｑｉｄが略ゼロで、かつ操作量Ｓｔも略ゼロであるときには、三方制御弁６１、６２のスプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮはともにポジションｃの位置とポートと定められる。
【００５２】
また、操作量Ｓｔが正の場合（すなわち、油圧モータ６０が右旋回するように操作されているとき）には、三方制御弁６１のスプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｄで最大開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｄで最小開度の位置と定められる。一方、三方制御弁６２のスプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｂで最小開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｂで最大開度の位置と定められる。
【００５３】
また、操作量Ｓｔが負の場合（すなわち、油圧モータが左旋回するように操作されているとき）には、スプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｂで最小開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｂで最大開度の位置と定められる。一方、三方制御弁６２のスプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｄで最大開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｄで最小開度の位置と定められる。
【００５４】
つぎに作用を説明する。
【００５５】
まず、油圧モータ６０を停止状態から右旋回させるときには、つぎのように作用する。
【００５６】
油圧モータ６０の停止状態（操作量Ｓｔ＝０）から、レバー操作により操作量Ｓｔ＝Ｓｔ（１）としたとすると、図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝Ｑ１である。このとき、三方制御弁６１側の同定流量Ｑｉｄ１＝０であるから、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝Ｑ１となり、図８に示すように、三方制御弁６１側の圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ１となる。
【００５７】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝−Ｑ１であり、同定流量Ｑｉｄ２＝０であるから、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝−Ｑ１となり、図１０に示すように、三方制御弁６２側の圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ２となる。
【００５８】
ここで、Ｐｃｏｍ１＞Ｐｃｏｍ２であるので、油圧モータ６０は右旋回加速を始める。この加速にしたがって三方制御弁６１の通過流量が変化し、偏差（Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ１）は小さくなって行くため、図８にしたがってＰｃｏｍ１は小さくなって行き、Ｑｉｄ１＝Ｑｃｏｍとなって定常旋回となる。
【００５９】
油圧モータ６０を右旋回状態から停止させるときには、つぎのように作用する。
【００６０】
この場合には、操作器８２のレバー操作により、操作量Ｓｔ＝Ｓｔ（１）からＳｔ＝０とされ、図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝０となる。このとき、油圧モータ６０は右旋回をしており、三方制御弁６１の同定流量Ｑｉｄ１＝Ｑ１であり、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝−Ｑ１となるので、図８に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ２である。
【００６１】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２側の流量指令値Ｑｃｏｍ２＝０となるが、三方制御弁６２側の同定流量Ｑｉｄ２＝−Ｑ１なので、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝Ｑ１となり、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ３となる。
【００６２】
ここで、Ｐｃｏｍ１＜Ｐｃｏｍ２であるので、油圧モータ６０は右旋回状態から減速を始め、三方制御弁６２の通過流量が変化して、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）が小さくなるにしたがって、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２は小さくなって行き、やがて、同定流量Ｑｉｄ２＝０となって油圧モータ６０は停止する。
【００６３】
油圧モータ６０の右旋回常態から、操作器８２のレバーを逆方向にまで操作したときには、つぎのように作用する。
【００６４】
操作量ＳｔがＳｔ（１）から−Ｓｔ（１）に操作されたとすると、操作量Ｓｔは負となるので、三方制御弁６２はポジションｄの範囲内に移動制限される。このとき、負荷の慣性により第２の回路５２には圧力が立つが、三方制御弁６２内のチェック弁の作用により作動油は流れず、油圧モータ６０の旋回が停止するまで、作動油は第２の回路５２からオーバーロードリリーフ弁５４を通って第１の回路５１へと流れる。このオーバーロードリリーフ弁５４による圧損によりエネルギーが消費されて油圧モータ６０は減速後停止する。
【００６５】
さらに、このとき、図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝−Ｑ１であるが、同定流量Ｑｉｄ１＝０であるので、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝Ｑ１となり、図８に示すように，圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ２となる。
【００６６】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２の流量指令値Ｑｃｏｍ２＝Ｑ１であり、また同定流量Ｑｉｄ２＝０なので、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝Ｑ１となり、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ３となる。
【００６７】
ここで、Ｐｃｏｍ１＜Ｐｃｏｍ２であるので、油圧モータ６０は左旋回加速を始め、三方制御弁６２の通過流量が変化し、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）が小さくなるにしたがって、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２は小さくなって行き、同定流量Ｑｉｄ２＝Ｑｃｏｍ２となったところで、定常旋回となる。
【００６８】
押しつけ掘削を行う場合において、操作器８２を操作量Ｓｔ＝０からＳｔ＝Ｓｔ（１）までレバー操作したときには、つぎのように作用する。
【００６９】
図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝Ｑ１であり、また同定流量Ｑｉｄ１＝０であるので、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝Ｑ１であり、したがって図８に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ１となる。
【００７０】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２側の流量指令値Ｑｃｏｍ２＝−Ｑ１であり、また同定流量Ｑｉｄ２＝０であるので、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝−Ｑ１であり、したがって図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ２である。
【００７１】
ここで、押しつけ掘削では、油圧モータ６０は対象物によって旋回を規制されている（この場合は、右旋回が規制されているとする）ので、同定流量Ｑｉｄ１、Ｑｉｄ２は変化せず、この結果、レバー操作を維持し続けている間は、Ｐｃｏｍ１−Ｐｃｏｍ２に相当する右旋回方向の押しつけ力を維持する。このように本発明では、油圧アクチュエータによる押しつけ力を適切なものに制御することも可能となる。
【００７２】
さて、本発明の第２の実施の形態は以上のように構成され、また作用するが、本発明の適用は、油圧モータ６０を用いての旋回システムに限られず、例えば、ショベル系のアーム、ブームのメータイン、メータアウト制御にも適用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、三方制御弁の通過流量を操作器の操作量にしたがった適切なものに制御していながらも、負荷圧力が適切な範囲内のものとなるように制御し得るので、油圧アクチュエータのメータイン制御において、ショックの少ない油圧アクチュエータの起動が行え、また油圧アクチュエータのメータアウト制御に適応したときには、油圧アクチュエータのスムーズな停止を行い得る。
【００７４】
また、流量指令値を決定する関数、圧力指令値を決定する関数、および開度指令値を決定する関数は、任意に変更できるので、油圧アクチュエータの用途に応じて、制御特性の変更が容易におこなえ、この制御特性の変更は制御中であっても可能であるので、油圧アクチュエータの動作中であっても種々の環境の変化に適切に対応できる。
【００７５】
さらに、メータイン制御の場合、油圧アクチュエータによる押しつけ力を適切なものに制御することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図２】同じく油圧制御の手順を示すブロック図である。
【図３】同じく三方制御弁の通過する同定流量Ｑｉｄを演算する手順を示す説明図である。
【図４】同じく操作器の操作量Ｓｔと流量指令値Ｑｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図５】同じく流量指令値と同定流量の偏差Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄと、圧力指令値Ｐｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図６】同じく本発明の他の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図７】同じく操作器の操作量Ｓｔと流量指令値Ｑｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図８】同じく流量指令値と同定流量の偏差Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄと、圧力指令値Ｐｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図９】同じく操作器の操作量Ｓｔと流量指令値Ｑｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図１０】同じく流量指令値と同定流量の偏差Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄと、圧力指令値Ｐｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図１１】従来の油圧制御装置を示す説明図である。
【図１２】同じく従来の油圧制御装置を示す説明図である。
【図１３】請求項１に記載の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
Ｐ ポンプ
Ｔ タンク
１０１ 油圧アクチュエータ
１０２ 三方制御弁
１０３ 負荷圧力検出手段
１０４ 供給圧力検出手段
１０５ 開度検出手段
１０６ 同定流量算出手段
１０７ 操作量検出手段
１０８ 流量指令値算出手段
１０９ 圧力指令値算出手段
１１０ 開度指令値算出手段
１１１ 弁スプール駆動手段
Ｗ 負荷
１０ 油圧シリンダ
１１ 三方制御弁
２１ パイロットバルブ
２３ ストロークセンサ
２５ 圧力センサ
２７ 圧力センサ
３０ コントローラ
３２ 操作器
３３ パイロットバルブ駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械または建設機械等に搭載され、特に慣性の大きな負荷を駆動する油圧アクチュエータの制御に適する油圧制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧アクチュエータの速度あるいは負荷圧力を制御する油圧制御装置としては、例えば図１１に示すようなものがある。
【０００３】
この油圧制御装置では、流量圧力制御弁９１により流量を制御する場合、比例電磁式流量圧力制御弁９１の弁開度Ｘを検出する変位センサ９２と、弁の出入口の圧力Ｐａ、Ｐｂを検出する圧力センサ９３、９４とに基づき、流量演算回路９５が圧力センサ９３、９４の差圧（｜Ｐａ−Ｐｂ｜）と変位センサ９２の弁開度Ｘ（すなわち、開口面積）から通過流量Ｑを演算し、この流量Ｑが流量指令信号Ｑｒに等しくなるように制御演算回路９６が弁開度指令信号Ｘｒを制御回路９７へ指令し、制御回路９７の指令信号Ｘｒに基づいて図示しないソレノイドを励磁することにより流量圧力制御弁９１は所定の弁開度に駆動される。この流量圧力制御弁９１では、流量Ｑが流量指令信号Ｑｒより小さければ弁開度Ｘを増大させる一方、流量Ｑが流量指令信号Ｑｒより大きい場合には弁開度Ｘを減少させる。
【０００４】
このような流量圧力制御弁９１を流量制御ではなく、油圧アクチュエータの負荷圧力制御に使用する場合は、図１２に示すように、流量圧力制御弁９１の負荷側はオリフィスを介してタンクＴに接続され、検出した出口圧Ｐｂを制御演算回路９６へフィードバックすることにより、出口圧Ｐｂが圧力指令値Ｐｂｒより小さければ弁開度Ｘを増大させる一方、出口圧Ｐｂが圧力指令値Ｐｂｒより大きい場合には弁開度Ｘを減少させる。このようにして、負荷圧力を圧力指令値Ｐｂｒに正確に一致させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の油圧制御装置においては、流量制御と圧力制御のどちらか一方を行うことはできるものの、流量制御と圧力制御を同時に行うことはできない。
【０００６】
このため、例えば操作者からの流量指令値に基づいて流量制御がなされるとき、負荷圧力は適切なものに制御される訳ではないため、指令値の設定操作によっては油圧アクチュエータの起動時や停止時等に負荷圧力が過大となってしまったり、油圧アクチュエータの急激な加減速がなされることがあったりするなど、操作を著しく難しくしていた。
【０００７】
本発明は、このような問題点に着目し、油圧アクチュエータの流入または流出流量を制御しつつ、負荷圧力をも適切に制御し得る油圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図１３に示すように、ポンプＰから油圧の供給を受けて負荷を駆動する油圧アクチュエータ１０１と、この油圧アクチュエータ１０１に対してタンクＴ側とポンプＰ側を切り換え接続する三方制御弁１０２と、三方制御弁１０２の油圧アクチュエータ１０１側の負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段１０３と、三方制御弁１０２のポンプＰ側の供給圧力を検出する供給圧力検出手段１０４と、三方制御弁１０２の開度を検出する開度検出手段１０５と、これらの検出信号から三方制御弁１０２を通過する同定流量を算出する同定流量算出手段１０６と、操作器の操作量が入力される操作器信号入力手段１０７と、前記操作量に基づいて三方制御弁１０２を通過する流量指令値を算出する流量指令値算出手段１０８と、前記同定流量と前記流量指令値との偏差に基づいて前記負荷圧力に対する圧力指令値を算出する圧力指令値算出手段１０９と、検出された前記負荷圧力と前記圧力指令値との偏差に基づいて三方制御弁１０２の開度指令値を算出する開度指令値算出手段１１０と、この開度指令値に基づいて三方制御弁１０２の弁スプールを駆動する弁スプール駆動手段１１１とを備え、前記開度指令値算出手段１１０は、前記同定流量と前記操作量とに応じて前記弁スプールの変位上限値及び変位下限値を算出して前記三方制御弁の前記開度指令値の範囲を制限する。
【０００９】
【作用】
本発明では、操作器信号入力手段１０７に入力される操作器の操作量にしたがって、流量指令値算出手段１０８によって流量指令値が算出され、この流量指令値と、負荷圧力検出手段１０３、供給圧力検出手段１０４、開度検出手段１０５からの検出結果に基づいて同定流量検出手段１０６が算出する同定流量（三方制御弁１０２の通過流量）との偏差に基づいて、圧力指令値算出手段１０９によって圧力指令値が設定される。この圧力指令値に応じて開度指令値算出手段１１０が算出する開度指令値によって、弁スプール駆動手段１１１が三方制御弁の弁開度を制御する。このため、三方制御弁１０２の通過流量を操作器の操作量にしたがった適切なものに制御していながらも、負荷圧力をも適切な範囲内のものに制御し得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１には、本発明の第１の実施の形態を示す。
【００１２】
図示するように、油圧アクチュエータとして油圧シリンダ１０が備えられ、これは、ポンプＰの作動油の供給を受けて作動し、負荷Ｗを駆動する。この油圧シリンダ１０への作動油の供給回路には、三方制御弁１１が介装される。
【００１３】
この三方制御弁１１は、スプール１５の変位に応じて弁ポジションａ、ｂ、ｃ、ｄをとり得るようになっており、油圧アクチュエータ１０に連通する負荷ポート３（以下、Ｃポート３と言う）を、タンクＴに連通するタンクポート５（以下、Ｔポート５と言う）またはポンプＰに連通するポンプポート７（以下、Ｐポート７と言う）に切り換え接続するものである。
【００１４】
ここで、弁ポジションａは電源オフ時の弁ポジションであり、この弁ポジションでは、Ｃポート３、Ｔポート５、Ｐポート７はすべてブロックされる。したがって、三方制御弁１１を通じての作動油の流れは生じず、Ｃポート３の負荷圧は保持され続ける。
【００１５】
また、弁ポジションｂは、油圧アクチュエータ１０のメータアウト制御時に、油圧アクチュエータ１０側からタンクＴ側へと作動油が戻されるときの弁ポジションである。この弁ポジションｂでは、スプール１５の摺動位置によりＣポート３からＴポート５への連通開口面積が調節され、Ｃポート３の圧力を制御し得るようになっている。
【００１６】
また、弁ポジションｃは油圧アクチュエータ１０の中立状態における弁ポジションであり、電源オフではないものの油圧アクチュエータ１０を一時的に停止させるようなときに用いられる。ここでは、Ｐポート５はブロックされると同時に、Ｃポート３とＴポート５の間にはチェック弁１３が介装され、Ｃポート３からＴポート５への作動油の逆流が防止される。この結果、負荷圧は保持され、油圧アクチュエータ１０は停止状態が保たれる。
【００１７】
さらに、弁ポジションｄは、油圧アクチュエータ１０のメータイン制御時に、ポンプＰ側から油圧アクチュエータ１０側に作動油が供給されるときの弁ポジションである。この弁ポジションでは、Ｐポート７からの作動油がチェック弁１３を押し広げてＣポート３へと流れ込み得るようになっている。また、Ｃポート３からＴポート５に対してもオリフィス１４を介してブリード流量が生じるようになっている。
【００１８】
スプール１５の左端部には、段付き部１６が形成され、この段付き部１６により小受圧面積室１７と大受圧面積室１８とが画成される。小受圧面積室１７にはポンプＰからの吐出圧が直接に伝達されるのに対して、大受圧面積室１８にはパイロットバルブ２１によりポンプ吐出圧を調整した調整圧が伝達され、これらの圧力による力と、スプリング１９からの作用力とのバランスに応じてスプール１５が変位するようになっている。
【００１９】
さて、このように構成された三方制御弁１１の開度（スプール１５のストローク変位）は、ストロークセンサ２３により検出される。また、圧力センサ２５により油圧アクチュエータ１０の負荷圧力が検出され、圧力センサ２７によりポンプＰの吐出圧が検出されるようになっている。
【００２０】
コントローラ３０にはこれらの検出結果が入力され、コントローラ３０はこれらに基づいて三方制御弁１１を通過する同定流量を演算する。また、コントローラ３０には、操作者による操作器３２の操作量に対応した操作信号も入力される。
【００２１】
さらにコントローラ３０では、このように算出された同定流量と、操作器３２の操作量から決定される流量指令値との偏差に基づいて、油圧アクチュエータ１０の負荷圧力に対する圧力指令値が決定され、この圧力指令値に基づいて、三方制御弁１１に対する開度指令値が決定される。このため、本発明では流量制御を行いつつも、負荷圧力が適切なものに保たれ、流量制御の過渡期においても、急激な負荷圧力の上昇が防止される。
【００２２】
なお、三方制御弁１１の弁スプール１５の駆動は、パイロットバルブ駆動回路３３によりパイロットバルブ２１を介してなされる。すなわち、パイロットバルブ駆動回路３３は、コントローラ３０からの開度指令値に基づいて、パイロットバルブ２１を駆動して三方制御弁１１の開度を制御する。
【００２３】
つぎに、コントローラ３０の作動について図２のブロック図を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００２４】
図示するとおり、コントローラ３０は、操作器信号入力手段９１、圧力センサ入力手段９２、変位センサ入力手段９３、流量演算手段９４、開度範囲設定手段９５、流量指令値算出手段９６、圧力指令値算出手段９７、および開度指令値算出手段９８から構成されている。
【００２５】
操作者が油圧シリンダ１０の操作器３２をハンドル操作するのにしたがって、油圧シリンダ１０への油圧の供給が行われるが、このとき操作器３２の操作量Ｓｔが操作器信号入力手段９１に取り込まれるとともに（図１３の操作器信号入力手段１０７に相当）、圧力センサ２５によって油圧シリンダ１０の負荷圧力Ｐｇが、また圧力センサ２７によってポンプＰの供給圧力Ｐｓがそれぞれ検出され（図１３の負荷圧力検出手段１０３、供給圧力検出手段１０４に相当）、さらにストロークセンサ２３によって三方制御弁１１の開度Ｘが検出され（図１３の開度検出手段１０５に相当）、これらの検出結果が圧力センサ入力手段９２、変位センサ入力手段９３に取り込まれる。
【００２６】
流量演算手段９４は、図３に示すように、三方制御弁１１のＰポート７の圧力（供給圧力Ｐｓ）とＣポート３の圧力（負荷圧力Ｐｇ）との差圧平方根ΔＰ１1/2（ただしΔＰ１＝Ｐｓ−Ｐｇ）と、これらのポート間の連通開口面積Ａｘ１から求められるＰポート７からＣポート３へと流れる作動油の流量ＱPCから、Ｃポート３の圧力ＰｇとＴポート５の圧力Ｐｔとの差圧ΔＰ２1/2（ただしΔＰ２＝Ｐｇ−Ｐｔ）と、これらのポートの間の連通開口面積Ａｘ２から求められるＣポート３からＴポート５へと流れる作動油の流量ＱCT（前記ブリード流量を含む）を差し引いたものとして、三方制御弁１１を通過する同定流量Ｑｉｄを演算する（図１３の同定流量算出手段１０６に相当）。
【００２７】
すなわち、Ｐポート７とＣポート３間の流量ＱPCは、
ＱPC＝（２／ρ）1/2Ｃｄ１・Ａｘ１・（ΔＰ１）1/2
であり、またＣポート３とＴポート５間の流量ＱCTは、
ＱCT＝（２／ρ）1/2Ｃｄ２・Ａｘ２・（ΔＰ２）1/2
であり、同定流量Ｑｉｄは、
Ｑｉｄ＝ＱPC−ＱCT
となる。ここで、ρは作動油の流体密度、Ｃｄ１、Ｃｄ２は流量係数である。
【００２８】
なお、Ｐポート５とＣポート３間の連通開口面積Ａｘ１、およびＣポート３とＴポート５間の連通開口面積Ａｘ２は、三方制御弁１１の開度Ｘから計算される。また、Ｔポート５の圧力Ｐｔは、大気圧に解放されているもの（したがってＰｔ＝０）として計算すればよい。
【００２９】
また、開度範囲設定手段９５は、三方制御弁１１に対する開度指令値ＳＩＧの範囲を制限するために、この同定流量Ｑｉｄと操作量Ｓｔから、スプール変位上限値ＬＭＡＸと、スプール変位下限値ＬＭＩＮを、つぎのように場合分けをして算出する。
【００３０】
まず、同定流量Ｑｉｄが略ゼロで、かつ操作量Ｓｔも略ゼロであるときには、スプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮはともにポジションｃの位置とポートと定められる。すなわち、このときには弁スプール１５はポジションｃの位置以外はとり得ず、総てのポートがブロックされた状態となる。
【００３１】
また、操作量Ｓｔが正の場合（すなわちメータイン制御の場合）には、スプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｄで最大開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｄで最小開度の位置と定められる。
【００３２】
また、操作量Ｓｔが負の場合（すなわちメータアウト制御の場合）には、スプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｂで最小開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｂで最大開度の位置と定められる。開度指令値ＳＩＧは、このように設定されたスプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮの範囲内に収まるように修正される。
【００３３】
さて、操作量Ｓｔに対しては、流量指令値算出手段９６内にあらかじめ記憶されている関数Ｇ１に基づいて流量指令値Ｑｃｏｍが算出される（図１３の流量指令値算出手段１０８に相当）。
【００３４】
この関数Ｇ１は、例えば図４に示すようなものである。ここでは、流量指令値Ｑｃｏｍがその限界値に至るまで、操作量Ｓｔに比例して増大するような関数Ｇ１が採用されている。
【００３５】
このように算出された流量指令値Ｑｃｏｍと同定流量Ｑｉｄとの偏差（Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ）に基づいて、圧力指令値算出手段９７は、負荷圧力に対する圧力指令値Ｐｃｏｍを制御補償量として演算する（図１３の圧力指令値算出手段１０９に相当）。
【００３６】
この圧力指令値Ｐｃｏｍ算出に使用される関数Ｇ２は、例えば図５に示すようなものである。これによれば、同定流量Ｑｉｄが流量指令値Ｑｃｏｍより小さいとき（すなわち、Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ＞０のとき）には、その偏差（Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ）が大きくなるほど圧力指令値Ｐｃｏｍが大きくなる。この圧力指令値Ｐｃｏｍに負荷圧力を制御することで、三方制御弁１１の通過流量は流量指令値Ｑｃｏｍに近づいて行く。ただし、圧力指令値Ｐｃｏｍには上限値ＰｃｏｍＭＡＸが定められ、同定流量Ｑｉｄを流量指令値Ｑｃｏｍに近づける過渡状態においても、負荷圧力が過大となってしまわないようにする。
【００３７】
一方、同定流量Ｑｉｄが流量指令値Ｑｃｏｍより大きいとき（すなわち、Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ＜０のとき）には、圧力指令値Ｐｃｏｍはゼロとなる。この圧力指令値Ｐｃｏｍに負荷圧力を制御することで、三方制御弁１１の通過流量は流量指令値Ｑｃｏｍに近づいて行く。なお、同定流量Ｑｉｄが流量指令値Ｑｃｏｍと一致しているときには、所定の圧力Ｐｃｏｍ０を圧力指令値として制御する。
【００３８】
さらに、開度指令値算出手段９８は、あらかじめ記憶されている関数Ｇ３に基づいて、この圧力指令値Ｐｃｏｍに実際の負荷圧力Ｐｇが一致するように三方制御弁１１に対する開度指令値ＳＩＧを演算する。この演算には、例えば比例積分演算関数が使用され、圧力指令値Ｐｃｏｍと負荷圧力Ｐｇとの偏差に応じて、制御補償量として開度指令値ＳＩＧが決定される（図１３の開度指令値算出手段１１０に相当）。
【００３９】
このとき、この開度指令値ＳＩＧは、既に設定されているスプール変位上限値ＬＭＡＸおよびスプール変位下限値ＬＭＩＮの範囲内に収まるように修正される。すなわち、ＳＩＧ＞ＬＭＡＸのときにはＳＩＧ＝ＬＭＡＸと、またＳＩＧ＜ＬＭＩＮのときにはＳＩＧ＝ＬＭＩＮとする。
【００４０】
結局、このように決定された開度指令値ＳＩＧと三方制御弁１１の実際の開度Ｘとの偏差を解消するように、三方制御弁１１の弁スプール１５がパイロットバルブ駆動回路３３によってフィードバック制御される（図１３の弁スプール駆動手段に相当）。
【００４１】
このように、本発明によれば、三方制御弁１１の通過流量を操作器３２の操作量にしたがった適切なものに制御するとともに、負荷圧力Ｐｇをも適切な範囲内のものとなるように制御し得る。したがって、本発明を油圧アクチュエータのメータイン制御に適応したときには、ショックの少ない油圧アクチュエータの起動が行え、また油圧アクチュエータのメータアウト制御に適応したときには、油圧アクチュエータのスムーズな停止を行い得る。
【００４２】
また、流量指令値Ｑｃｏｍを決定する関数（Ｇ１）、圧力指令値Ｐｃｏｍを決定する関数（Ｇ２）、および開度指令値ＳＩＧを決定する関数（Ｇ３）は、コントローラ３０内で変更できるので、油圧アクチュエータの用途に応じて、制御特性の変更が容易におこなえる。さらに、この制御特性の変更は制御中であっても可能であるので、油圧アクチュエータの動作中であっても種々の環境の変化に適切に対応できる。
【００４３】
図６には、本発明の第２の実施の形態を示す。この図６の実施の形態は、例えば建設機械の旋回用モータとしての油圧モータ６０の供給側と排出側回路に、本発明の油圧制御装置をそれぞれ介装し、油圧モータ６０の回転を可逆的に制御するものである。
【００４４】
これに示すように、この油圧モータ６０には、第１の回路５１および第２の回路５２が接続している。また、第１の回路５１と第２の回路５２には、それぞれ第１の三方制御弁６１と第２の三方制御弁６２とが介装される。
【００４５】
油圧モータ６０の制御としては、第１の三方制御弁６１をメータイン側、第２の三方制御弁６２をメータアウト側とする右旋回モード（このとき作動油は第１の回路５１から第２の回路５２へと流れる）と、第２の三方制御弁６２をメータイン側、第１の三方制御弁６１をメータアウト側とする左旋回モード（このとき作動油は第２の回路５２から第１の回路５１へと流れる）とが選択される。
【００４６】
第１の回路５１と第２の回路５２には、それぞれオーバーロードリリーフ弁５３、５４が接続され、第１の回路５１または第２の回路５２の負荷圧力がリリーフ圧を超えたときには、その高圧をもう一方の回路５２または５１に逃がし得るようになっている。また、回路５１、５２はチェック弁５５、５６を介してタンクと接続され、回路５１、５２内に負圧が生じたときには、作動油がチェック弁５１、５２を押し開いて流れ込むようになっている。
【００４７】
三方制御弁６１、６２は、第１の実施の形態における三方制御弁１１と同じものである。また、これらの三方制御弁６１、６２を通過する流量は、第１の実施の形態における場合と同様に、コントローラ３０においてそれぞれ同定流量Ｑｉｄ１、Ｑｉｄ２として演算される。なお、三方制御弁６１、６２の開度（弁スプール６５、６６のストローク変位）は、それぞれストロークセンサ７３、７４により検出される。また、圧力センサ７５、７６により、第１の回路５１と第２の回路５２の負荷圧力がそれぞれ検出され、さらに圧力センサ７７によりポンプＰの吐出圧も検出される。
【００４８】
コントローラ８０では、第１と第２の三方制御弁６１、６２を通過する同定流量Ｑｉｄ１、Ｑｉｄ２と、操作器８２の操作量Ｓｔにしたがって決定される流量指令値Ｑｃｏｍ１、Ｑｃｏｍ２との偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）、（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）に基づいて、第１の回路５１の負荷圧力と第２の回路５２の負荷圧力に対する圧力指令値Ｐｃｏｍ１、Ｐｃｏｍ２がそれぞれ決定される。なお、流量指令値Ｑｃｏｍ１、Ｑｃｏｍ２を決定する関数の一例Ｆ１、Ｆ２をそれぞれ図７、図９に、また、圧力指令値Ｐｃｏｍ１、Ｐｃｏｍ２を決定する関数の一例Ｆ３、Ｆ４をそれぞれ図８、図１０に示した。
【００４９】
さらに、これらの圧力指令値Ｐｃｏｍ１、Ｐｃｏｍ２に応じて三方制御弁６１および６２に対する開度指令値がそれぞれ決定され、これらに基づいて、弁スプール６５、６６が、パイロットバルブ駆動回路８３、８４によりパイロットバルブ７１、７２を介して駆動されることで、三方制御弁６１、６２を実際に通過する流量を、それぞれの流量指令値Ｑｃｏｍ１、Ｑｃｏｍ２に近づけるフィードバック制御が行われる。
【００５０】
なお、このときの三方制御弁６１、６２の弁スプール６５、６６のスプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮはつぎのように定められる。
【００５１】
まず、三方制御弁６１、６２の同定流量Ｑｉｄが略ゼロで、かつ操作量Ｓｔも略ゼロであるときには、三方制御弁６１、６２のスプール変位上限値ＬＭＡＸとスプール変位下限値ＬＭＩＮはともにポジションｃの位置とポートと定められる。
【００５２】
また、操作量Ｓｔが正の場合（すなわち、油圧モータ６０が右旋回するように操作されているとき）には、三方制御弁６１のスプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｄで最大開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｄで最小開度の位置と定められる。一方、三方制御弁６２のスプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｂで最小開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｂで最大開度の位置と定められる。
【００５３】
また、操作量Ｓｔが負の場合（すなわち、油圧モータが左旋回するように操作されているとき）には、スプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｂで最小開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｂで最大開度の位置と定められる。一方、三方制御弁６２のスプール変位上限値ＬＭＡＸはポジションｄで最大開度の位置と、またスプール変位下限値ＬＭＩＮはポジションｄで最小開度の位置と定められる。
【００５４】
つぎに作用を説明する。
【００５５】
まず、油圧モータ６０を停止状態から右旋回させるときには、つぎのように作用する。
【００５６】
油圧モータ６０の停止状態（操作量Ｓｔ＝０）から、レバー操作により操作量Ｓｔ＝Ｓｔ（１）としたとすると、図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝Ｑ１である。このとき、三方制御弁６１側の同定流量Ｑｉｄ１＝０であるから、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝Ｑ１となり、図８に示すように、三方制御弁６１側の圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ１となる。
【００５７】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝−Ｑ１であり、同定流量Ｑｉｄ２＝０であるから、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝−Ｑ１となり、図１０に示すように、三方制御弁６２側の圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ２となる。
【００５８】
ここで、Ｐｃｏｍ１＞Ｐｃｏｍ２であるので、油圧モータ６０は右旋回加速を始める。この加速にしたがって三方制御弁６１の通過流量が変化し、偏差（Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄ１）は小さくなって行くため、図８にしたがってＰｃｏｍ１は小さくなって行き、Ｑｉｄ１＝Ｑｃｏｍとなって定常旋回となる。
【００５９】
油圧モータ６０を右旋回状態から停止させるときには、つぎのように作用する。
【００６０】
この場合には、操作器８２のレバー操作により、操作量Ｓｔ＝Ｓｔ（１）からＳｔ＝０とされ、図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝０となる。このとき、油圧モータ６０は右旋回をしており、三方制御弁６１の同定流量Ｑｉｄ１＝Ｑ１であり、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝−Ｑ１となるので、図８に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ２である。
【００６１】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２側の流量指令値Ｑｃｏｍ２＝０となるが、三方制御弁６２側の同定流量Ｑｉｄ２＝−Ｑ１なので、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝Ｑ１となり、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ３となる。
【００６２】
ここで、Ｐｃｏｍ１＜Ｐｃｏｍ２であるので、油圧モータ６０は右旋回状態から減速を始め、三方制御弁６２の通過流量が変化して、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）が小さくなるにしたがって、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２は小さくなって行き、やがて、同定流量Ｑｉｄ２＝０となって油圧モータ６０は停止する。
【００６３】
油圧モータ６０の右旋回常態から、操作器８２のレバーを逆方向にまで操作したときには、つぎのように作用する。
【００６４】
操作量ＳｔがＳｔ（１）から−Ｓｔ（１）に操作されたとすると、操作量Ｓｔは負となるので、三方制御弁６２はポジションｄの範囲内に移動制限される。このとき、負荷の慣性により第２の回路５２には圧力が立つが、三方制御弁６２内のチェック弁の作用により作動油は流れず、油圧モータ６０の旋回が停止するまで、作動油は第２の回路５２からオーバーロードリリーフ弁５４を通って第１の回路５１へと流れる。このオーバーロードリリーフ弁５４による圧損によりエネルギーが消費されて油圧モータ６０は減速後停止する。
【００６５】
さらに、このとき、図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝−Ｑ１であるが、同定流量Ｑｉｄ１＝０であるので、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝Ｑ１となり、図８に示すように，圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ２となる。
【００６６】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２の流量指令値Ｑｃｏｍ２＝Ｑ１であり、また同定流量Ｑｉｄ２＝０なので、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝Ｑ１となり、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ３となる。
【００６７】
ここで、Ｐｃｏｍ１＜Ｐｃｏｍ２であるので、油圧モータ６０は左旋回加速を始め、三方制御弁６２の通過流量が変化し、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）が小さくなるにしたがって、図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２は小さくなって行き、同定流量Ｑｉｄ２＝Ｑｃｏｍ２となったところで、定常旋回となる。
【００６８】
押しつけ掘削を行う場合において、操作器８２を操作量Ｓｔ＝０からＳｔ＝Ｓｔ（１）までレバー操作したときには、つぎのように作用する。
【００６９】
図７に示すように、三方制御弁６１側の流量指令値Ｑｃｏｍ１＝Ｑ１であり、また同定流量Ｑｉｄ１＝０であるので、偏差（Ｑｃｏｍ１−Ｑｉｄ１）＝Ｑ１であり、したがって図８に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ１＝Ｐ１となる。
【００７０】
一方、図９に示すように、三方制御弁６２側の流量指令値Ｑｃｏｍ２＝−Ｑ１であり、また同定流量Ｑｉｄ２＝０であるので、偏差（Ｑｃｏｍ２−Ｑｉｄ２）＝−Ｑ１であり、したがって図１０に示すように、圧力指令値Ｐｃｏｍ２＝Ｐ２である。
【００７１】
ここで、押しつけ掘削では、油圧モータ６０は対象物によって旋回を規制されている（この場合は、右旋回が規制されているとする）ので、同定流量Ｑｉｄ１、Ｑｉｄ２は変化せず、この結果、レバー操作を維持し続けている間は、Ｐｃｏｍ１−Ｐｃｏｍ２に相当する右旋回方向の押しつけ力を維持する。このように本発明では、油圧アクチュエータによる押しつけ力を適切なものに制御することも可能となる。
【００７２】
さて、本発明の第２の実施の形態は以上のように構成され、また作用するが、本発明の適用は、油圧モータ６０を用いての旋回システムに限られず、例えば、ショベル系のアーム、ブームのメータイン、メータアウト制御にも適用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、三方制御弁の通過流量を操作器の操作量にしたがった適切なものに制御していながらも、負荷圧力が適切な範囲内のものとなるように制御し得るので、油圧アクチュエータのメータイン制御において、ショックの少ない油圧アクチュエータの起動が行え、また油圧アクチュエータのメータアウト制御に適応したときには、油圧アクチュエータのスムーズな停止を行い得る。
【００７４】
また、流量指令値を決定する関数、圧力指令値を決定する関数、および開度指令値を決定する関数は、任意に変更できるので、油圧アクチュエータの用途に応じて、制御特性の変更が容易におこなえ、この制御特性の変更は制御中であっても可能であるので、油圧アクチュエータの動作中であっても種々の環境の変化に適切に対応できる。
【００７５】
さらに、メータイン制御の場合、油圧アクチュエータによる押しつけ力を適切なものに制御することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図２】同じく油圧制御の手順を示すブロック図である。
【図３】同じく三方制御弁の通過する同定流量Ｑｉｄを演算する手順を示す説明図である。
【図４】同じく操作器の操作量Ｓｔと流量指令値Ｑｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図５】同じく流量指令値と同定流量の偏差Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄと、圧力指令値Ｐｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図６】同じく本発明の他の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図７】同じく操作器の操作量Ｓｔと流量指令値Ｑｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図８】同じく流量指令値と同定流量の偏差Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄと、圧力指令値Ｐｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図９】同じく操作器の操作量Ｓｔと流量指令値Ｑｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図１０】同じく流量指令値と同定流量の偏差Ｑｃｏｍ−Ｑｉｄと、圧力指令値Ｐｃｏｍの関係を示す特性図である。
【図１１】従来の油圧制御装置を示す説明図である。
【図１２】同じく従来の油圧制御装置を示す説明図である。
【図１３】請求項１に記載の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
Ｐ ポンプ
Ｔ タンク
１０１ 油圧アクチュエータ
１０２ 三方制御弁
１０３ 負荷圧力検出手段
１０４ 供給圧力検出手段
１０５ 開度検出手段
１０６ 同定流量算出手段
１０７ 操作量検出手段
１０８ 流量指令値算出手段
１０９ 圧力指令値算出手段
１１０ 開度指令値算出手段
１１１ 弁スプール駆動手段
Ｗ 負荷
１０ 油圧シリンダ
１１ 三方制御弁
２１ パイロットバルブ
２３ ストロークセンサ
２５ 圧力センサ
２７ 圧力センサ
３０ コントローラ
３２ 操作器
３３ パイロットバルブ駆動回路
Claims (1)
- ポンプから油圧の供給を受けて負荷を駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに対してタンク側とポンプ側を切り換え接続する三方制御弁と、三方制御弁の油圧アクチュエータ側の負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段と、三方制御弁のポンプ側の供給圧力を検出する供給圧力検出手段と、三方制御弁の開度を検出する開度検出手段と、これらの検出信号から三方制御弁を通過する同定流量を算出する同定流量算出手段と、操作器の操作量が入力される操作器信号入力手段と、前記操作量に基づいて三方制御弁を通過する流量指令値を算出する流量指令値算出手段と、前記同定流量と前記流量指令値との偏差に基づいて前記負荷圧力に対する圧力指令値を算出する圧力指令値算出手段と、検出された前記負荷圧力と前記圧力指令値との偏差に基づいて三方制御弁の開度指令値を算出する開度指令値算出手段と、この開度指令値に基づいて三方制御弁の弁スプールを駆動する弁スプール駆動手段と、を備え、前記開度指令値算出手段は、前記同定流量と前記操作量とに応じて前記弁スプールの変位上限値及び変位下限値を算出して前記三方制御弁の前記開度指令値の範囲を制限することを特徴とする油圧制御装置。
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