JP6603567B2 - 油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ポンプをモータで駆動する油圧ユニットの油圧制御装置に関し、特に、モータの駆動を制御することによって油圧を制御する油圧制御装置に関する。

工作機械等の産業機械では、シリンダ等のアクチュエータの動力源として油圧ユニットが用いられている。油圧ユニットには、油圧ポンプを駆動するモータが用いられている。このモータには、省エネルギーを目的として、インバータで駆動するモータが採用されている（例えば、特許文献１、２参照）。

図３にインバータで駆動するモータ及び油圧ポンプ等の油圧制御装置のブロック図を示す。油圧ポンプ１０とアクチュエータ等の負荷１１ａ，１１ｂ，・・・，１１ｚとを接続した油圧回路に取り付けられた圧力センサ１２の圧力検出値Ｐｄをフィードバック値として、上位制御装置１より出力された圧力指令値Ｐｃとの圧力誤差を減算器２より算出し、制御装置４の速度指令演算器３が圧力誤差に基づき比例・積分制御により速度指令値Ｖｃを出力する。

また、油圧ポンプ１０を駆動するためのモータ９に取り付けられたモータ位置検出器８が検出した位置検出値を微分器１３が微分しモータ９の速度検出値Ｖｄを出力する。速度指令値Ｖｃとモータ９の速度検出値Ｖｄの偏差を減算器５により求め、速度誤差として出力する。該速度誤差に基づき、トルク指令演算器６が比例・積分制御によりトルク指令値Ｔｃを出力する。該トルク指令値Ｔｃに基づき、インバータを含んだ電流制御器７がモータ９に電流を流し、モータ９を制御する。

特開２０１２−２１４４８号公報 特開２０１３−７８１６９号公報

上位制御装置が指令するアクチュエータ動作には、様々な動作を行う油圧シリンダ等のアクチュエータが存在し、アクチュエータが動作する際に油圧圧力を使用する。その際、油圧シリンダ等のアクチュエータに油が流れ込むことにより油圧圧力は低下するが、制御装置が油圧ポンプを駆動するモータを制御することにより、油圧圧力は元の圧力指令値まで回復する。

しかし、図３に示した従来技術においては、制御装置の制御ゲインの値は一定であり、油圧シリンダ等によっては、圧力が回復する際にオーバーシュートが発生し、工作機械に衝撃を与える可能性がある。また、オーバーシュートを防ぐため、制御ゲインの値を小さくすると、油を多く使用する油圧シリンダ等を使用する場合、圧力低下を招いてしまう。また、負荷の変動を検出してゲインを変更した場合、時間的な遅れが発生する。

本発明は、上記課題に対してなされたものであり、油圧回路に油圧を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するモータと、前記油圧ポンプから供給される油圧を利用して駆動する複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータに動作指令を出力する上位制御装置を備えた油圧ユニットの油圧制御装置であって、前記油圧制御装置は、前記モータに速度指令値を出力して前記油圧ポンプの油圧を制御し、前記複数のアクチュエータのうち動作させる一のアクチュエータ又は同時に動作させる複数のアクチュエータの組み合わせを判別するために前記上位制御装置が出力したアクチュエータ動作指令に応じて、前記モータの速度指令値を出力する際に使用する比例器の比例ゲインおよび積分器の積分ゲインをそれぞれ変更することを特徴とする。

本発明による油圧制御装置によれば、油圧制御装置の制御ゲインの設定値を、工作機械の各アクチュエータ動作に対応した値に設定できるため、アクチュエータに対して衝撃を与えないように動作することができる。また、必要とされる油圧の応答性を向上することができる。

さらに、負荷の変動を検出して制御ゲインの設定値を変更するのではなく、各アクチュエータへの動作指令によって制御ゲインを変更するため、各アクチュエータの動作前に適切な制御ゲインを変更することができる。

本発明の実施例を示す油圧制御装置のブロック図である。 本発明の油圧制御装置の速度指令演算器を示すブロック図である。 従来技術を示す油圧制御装置のブロック図である。

本発明の実施例について図１を参照して説明する。図３における同一要素には同一符号を付してその説明を省略する。まず、本実施例の油圧制御装置としての制御装置４について説明する。

制御装置４は、上位制御装置１より出力された圧力指令値Ｐｃと圧力センサ１２の圧力検出値Ｐｄとの圧力誤差に基づいてモータ９の速度指令値Ｖｃを出力する速度指令演算器１４と、速度指令値Ｖｃとモータ９の速度検出値Ｖｄとの差に基づいてトルク指令値Ｔｃを算出するトルク指令演算器６と、トルク指令値Ｔｃに基づいてモータ９の電流を制御する電流制御器７とを備えている。

また、圧力指令値Ｐｃと圧力検出値Ｐｄとの圧力誤差を算出する減算器２と、速度指令値Ｖｃと速度検出値Ｖｄとの速度誤差を算出する減算器５とを備えている。

油圧ポンプ１０とアクチュエータ等の負荷１１ａ，１１ｂ，・・・，１１ｚを接続した油圧回路に取り付けられた圧力センサ１２の圧力検出値Ｐｄをフィードバック値として、上位制御装置１より出力された圧力指令値Ｐｃとの圧力誤差を減算器２より算出し、速度指令演算器１４が圧力誤差に基づき比例・積分制御により速度指令値Ｖｃを出力する。

上位制御装置１は各アクチュエータに対しての動作指令をオン／オフ信号で出力する。同時に、上位制御装置１は、アクチュエータに対して出力した動作パターンを判別するための外部指令（アクチュエータ動作指令）を速度指令演算器１４に対して出力し、速度指令演算器１４は圧力制御を行うための制御ゲインを変更する。

速度指令演算器１４について図２を参照して説明する。比例器１８では、外部指令（アクチュエータ動作指令）に基づいて、比例ゲイン選択器１５がテーブル等にあらかじめ設定された動作パターンに対応する比例ゲインを出力する。比例ゲイン選択器１５は、アクチュエータが単独で動作する場合や、複数のアクチュエータが同時に動作する場合等の可能性がある動作パターンそれぞれに適切な比例ゲインをテーブル等に有しており、外部指令（アクチュエータ動作指令）に基づいて対応する比例ゲインを出力する。フィルタ１６にて比例ゲイン選択器１５が出力した比例ゲインを連続的に変化するよう移動平均処理等を行った比例ゲイン１７を使用し、圧力誤差に乗算した値を比例器１８より出力する。

また、積分器２２では、外部指令（アクチュエータ動作指令）に基づいて、積分ゲイン選択器１９がテーブル等にあらかじめ設定された該当アクチュエータに対応する積分ゲインを出力する。積分ゲイン選択器１９は、アクチュエータが単独で動作する場合や、複数のアクチュエータが同時に動作する場合等の可能性がある動作パターンそれぞれに適切な積分ゲインをテーブル等に有しており、外部指令（アクチュエータ動作指令）に基づいて対応する積分ゲインを出力する。フィルタ２０にて積分ゲイン選択器１９が出力した積分ゲインを連続的に変化するよう移動平均処理等を行った積分ゲイン２１を使用し、圧力誤差を積分した値を積分器２２より出力する。

比例器１８および積分器２２がそれぞれ出力する値を加算器２３で足し合わせ、速度指令値Ｖｃとして速度指令演算器１４から出力する。

以上説明したように、比例ゲイン１７および積分ゲイン２１を各アクチュエータに応じて変更することにより、立ち上がり時間、遅れ時間、オーバーシュート、制定時間等を、各アクチュエータに応じた適切な値にすることができる。

例えば、制御ゲインを小さくし、立ち上がり時間を長くすることにより、アクチュエータで動作させている工作機械に対する衝撃を少なくすることができる。

また、油圧ポンプ１０から出力される油圧流量は多いが応答性が悪い場合、すなわち、アクチュエータを動作させる油圧シリンダからのリーク量が多い場合は、積分ゲインを小さくすることで偏差が積算されることを防ぎ、オーバーシュートを防ぐことができる。あるいは、比例ゲインを大きくすることで、制御応答を早くすることができる。

さらに、容量もリーク量も少ない油圧シリンダを使用した、過敏に反応するアクチュエータの場合、比例ゲインを小さくし、積分ゲインを大きくすることで、安定して制御することができる。

１ 上位制御装置、 ２，５ 減算器、３，１４ 速度指令演算器、４ 制御装置、６ トルク指令演算器、７ 電流制御器、８ モータ位置検出器、９ モータ、１０ 油圧ポンプ、１１ａ〜１１ｚ 負荷、１２ 圧力センサ、１３ 微分器、１５ 比例ゲイン選択器、１６，２０ フィルタ、１７ 比例ゲイン、１８ 比例器、１９ 積分ゲイン選択器、２１ 積分ゲイン、２２ 積分器、２３ 加算器、Ｐｃ 圧力指令値、Ｐｄ 圧力検出値、Ｔｃ トルク指令値、Ｖｃ 速度指令値、Ｖｄ 速度検出値。

Claims (1)

1. 油圧回路に油圧を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するモータと、前記油圧ポンプから供給される油圧を利用して駆動する複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータに動作指令を出力する上位制御装置を備えた油圧ユニットの油圧制御装置であって、
   前記油圧制御装置は、前記モータに速度指令値を出力して前記油圧ポンプの油圧を制御し、前記複数のアクチュエータのうち動作させる一のアクチュエータ又は同時に動作させる複数のアクチュエータの組み合わせを判別するために前記上位制御装置が出力したアクチュエータ動作指令に応じて、前記モータの速度指令値を出力する際に使用する比例器の比例ゲインおよび積分器の積分ゲインをそれぞれ変更することを特徴とする油圧制御装置。

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