JP7216524B2 - Cylinder displacement control system - Google Patents

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Description

本発明はシリンダ変位制御システムに係り、主に機構(例えば、建設用機械や原子力ロボット等)を駆動するために用いられる液圧駆動シリンダに好適なシリンダ変位制御システムに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder displacement control system, and more particularly to a cylinder displacement control system suitable for hydraulically driven cylinders used to drive mechanisms (eg, construction machinery, nuclear power robots, etc.).

シリンダ変位制御システムの一例として、例えば、特許文献1などに示すように、液圧駆動されるアクチュエータシリンダにより機構を変位する技術が知られている。 As an example of a cylinder displacement control system, a technique of displacing a mechanism by a hydraulically driven actuator cylinder is known, for example, as shown in Patent Document 1 and the like.

この特許文献1に記載の機構部やアクチュエータシリンダ自身を、所望の変位とするよう制御するためには、機構部やアクチュエータシリンダの変位を観測して、所望の変位となるまで駆動液を供給するなどすればよい。 In order to control the mechanism portion and the actuator cylinder described in Patent Document 1 so as to achieve a desired displacement, the displacement of the mechanism portion and the actuator cylinder is observed, and driving fluid is supplied until the desired displacement is achieved. and so on.

特開2011-127596号公報JP 2011-127596 A

しかしながら、上述した液圧駆動されるアクチュエータシリンダによる制御方法は、過酷な動作環境で機構部やアクチュエータシリンダに変位センサを配置できない場合、或いは配置した変位センサが故障した場合などで、機構部やアクチュエータシリンダの変位を観測できない場合には、変位制御が不能となる恐れがある。 However, the above-described control method using the hydraulically driven actuator cylinder may cause problems such as when a displacement sensor cannot be placed in the mechanism part or the actuator cylinder due to a severe operating environment, or when the placed displacement sensor fails. If the displacement of the cylinder cannot be observed, displacement control may become impossible.

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、液圧駆動されるアクチュエータシリンダの変位が観測できない場合であっても、アクチュエータシリンダ変位を精度よく制御することができるシリンダ変位制御システムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a cylinder capable of accurately controlling the displacement of an actuator cylinder that is hydraulically driven even if the displacement of the actuator cylinder cannot be observed. An object of the present invention is to provide a displacement control system.

本発明のシリンダ変位制御システムは、上記目的を達成するために、シリンダ及び該シリンダ内に配置されたピストンから成り、駆動液により駆動されるアクチュエータシリンダと、該アクチュエータシリンダの前記シリンダ又は前記ピストンが移動することに伴う前記アクチュエータシリンダの変位を制御する制御装置と、該制御装置の制御に合致するように、前記駆動液を前記アクチュエータシリンダに供給する配管と、該配管及び/又は前記駆動液、前記配管の周囲環境の少なくとも1つの状態を観測する配管観測器とを備え、
前記制御装置は、前記アクチュエータシリンダの変位指令と前記配管観測器の観測結果とに基づき、前記配管に供給する駆動液の配管供給液量を制御するものであり、前記配管観測器は前記配管の径を観測し、この配管の径から配管体積変化を演算して出力することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a cylinder displacement control system of the present invention comprises a cylinder and a piston arranged in the cylinder, an actuator cylinder driven by a driving fluid, and the cylinder or the piston of the actuator cylinder a control device for controlling the displacement of the actuator cylinder accompanying movement; a pipe for supplying the driving liquid to the actuator cylinder so as to match the control of the control device; the pipe and/or the driving liquid; a pipe observer for observing at least one state of the environment surrounding the pipe;
The control device controls the amount of driving liquid supplied to the pipe based on the displacement command of the actuator cylinder and the observation result of the pipe observer. It is characterized in that the diameter of the pipe is observed, and the volume change of the pipe is calculated and output from the diameter of the pipe .

本発明によれば、液圧駆動されるアクチュエータシリンダの変位が観測できない場合であっても、アクチュエータシリンダ変位を精度よく制御することができる。 According to the present invention, even if the displacement of the hydraulically driven actuator cylinder cannot be observed, the displacement of the actuator cylinder can be accurately controlled.

本発明のシリンダ変位制御システムの実施例1を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing Embodiment 1 of a cylinder displacement control system of the present invention; FIG. 本発明のシリンダ変位制御システムの実施例1に採用される配管供給液量の制御システムの一例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows an example of the control system of the amount of piping supply liquid employ|adopted for Example 1 of the cylinder displacement control system of this invention. 本発明のシリンダ変位制御システムの実施例1に採用される配管供給液量の制御システムの他の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another example of a control system for pipe supply fluid amount employed in the first embodiment of the cylinder displacement control system of the present invention; 本発明のシリンダ変位制御システムの実施例1における効果の一例を示し、配管体積変化の補償を行わずシリンダ変位を制御した場合の特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of the effects of the first embodiment of the cylinder displacement control system of the present invention, when the cylinder displacement is controlled without compensating for changes in pipe volume. 本発明のシリンダ変位制御システムの実施例1における効果の一例を示し、配管体積変化の補償を行ってシリンダ変位を制御した場合の特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of the effects of the first embodiment of the cylinder displacement control system of the present invention, when the cylinder displacement is controlled by compensating for changes in pipe volume. 本発明のシリンダ変位制御システムの実施例2を示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the cylinder displacement control system of the present invention;

以下、図示した実施例に基づいて本発明のシリンダ変位制御システムついて説明する。なお、各図において同一構成部品には同符号を使用する。 The cylinder displacement control system of the present invention will be described below based on the illustrated embodiments. The same symbols are used for the same components in each figure.

図1は、本発明のシリンダ変位制御システムの実施例1の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of Embodiment 1 of the cylinder displacement control system of the present invention.

図1において、本実施例のシリンダ変位制御システム100は、駆動液により駆動されるアクチュエータシリンダ130と、配管供給液量等を制御する制御装置110、駆動液が流れる配管120、配管120の外径を計測する変位計や配管120内の液圧を計測する液圧計等の配管観測器140とから概略構成されている。 In FIG. 1, the cylinder displacement control system 100 of this embodiment includes an actuator cylinder 130 driven by a driving fluid, a control device 110 for controlling the amount of fluid supplied to a pipe, a pipe 120 through which the driving fluid flows, and the outer diameter of the pipe 120. and a pipe observer 140 such as a hydraulic pressure gauge for measuring the hydraulic pressure in the pipe 120 .

アクチュエータシリンダ130は、シリンダ131とピストン132とから成り、シリンダ131は、ピストン132によって伸長室131aと短縮室131bとの2つの室に分けられる。 The actuator cylinder 130 consists of a cylinder 131 and a piston 132, the cylinder 131 being divided by the piston 132 into two chambers, an extension chamber 131a and a retraction chamber 131b.

図1の例では、配管120から駆動液が伸長室131aに供給されることで、シリンダ131の端部131cとピストン132の頭部132aとの距離であるシリンダ変位Xは増加し、一方、駆動液が伸長室131aから配管120に排出されることで、シリンダ変位Xは減少する。ピストン132は、建設用機械や原子力ロボット等に接続されている。 In the example of FIG. 1, the drive fluid is supplied from the pipe 120 to the extension chamber 131a, so that the cylinder displacement X, which is the distance between the end 131c of the cylinder 131 and the head 132a of the piston 132, increases. As the liquid is discharged from the expansion chamber 131a to the pipe 120, the cylinder displacement X is reduced. The piston 132 is connected to construction machinery, nuclear power robots, and the like.

配管120は、制御装置110の制御に合致するように、駆動液をアクチュエータシリンダ130に供給し、配管観測器140は、上記した変位計で配管120の外径等を計測することで配管120の膨張・収縮を観測し、この膨張・収縮による配管体積変化ΔVを演算して出力する(配管観測器140には演算機能がある)。 The pipe 120 supplies the driving liquid to the actuator cylinder 130 so as to match the control of the control device 110, and the pipe observer 140 measures the outer diameter of the pipe 120 with the displacement gauge described above, thereby measuring the displacement of the pipe 120. The expansion/contraction is observed, and the pipe volume change ΔV due to this expansion/contraction is calculated and output (the pipe observer 140 has a calculation function).

制御装置110は、上位制御装置(図示せず)からのシリンダ変位指令Xrと配管体積変化ΔVに基づき、シリンダ変位Xをシリンダ変位指令Xrとする配管供給液量Qrを配管120に供給する。 The control device 110 supplies the pipe supply fluid amount Qr to the pipe 120 so that the cylinder displacement X is the cylinder displacement command Xr based on the cylinder displacement command Xr and the pipe volume change ΔV from the host controller (not shown).

ここで、図1の例では、アクチュエータシリンダ130において駆動液が供給されるのは伸長室131aのみであるが、本発明の構成はその限りではない。例えば、駆動液は短縮室131bのみに供給される構成でもよい。この時、短縮室131bに駆動液が供給されるとシリンダ変位Xは減少し、排出されるとXは増加する。また、伸長室131aと短縮室131bの両方に駆動液が供給される構成でもよく、この場合は、配管120と配管観測器140が2系統配置される。 Here, in the example of FIG. 1, the drive fluid is supplied only to the extension chamber 131a in the actuator cylinder 130, but the configuration of the present invention is not limited to that. For example, the drive liquid may be configured to be supplied only to the contraction chamber 131b. At this time, when the driving fluid is supplied to the contraction chamber 131b, the cylinder displacement X decreases, and when it is discharged, X increases. Moreover, the driving liquid may be supplied to both the extension chamber 131a and the contraction chamber 131b.

また、配管観測器140は、配管120に対し複数配置されてもよい。配管120の複数個所で配管体積変化dVを観測することで、配管体積変化ΔVを高精度に推定でき、より精度の高いシリンダ変位制御を可能とする。 Also, a plurality of pipe observers 140 may be arranged with respect to the pipe 120 . By observing the pipe volume change dV at a plurality of points on the pipe 120, the pipe volume change ΔV can be estimated with high accuracy, enabling more accurate cylinder displacement control.

次に、配管供給液量Qrを求める手段について、数式を用いて説明する。 Next, means for obtaining the pipe supply liquid amount Qr will be described using mathematical expressions.

図1の例において、伸長室131aの有効断面積をAとすると、シリンダ変位Xの時に伸長室131aに満たされている駆動液の体積Qaは数1となる。 In the example of FIG. 1, when the effective cross-sectional area of the extension chamber 131a is A, the volume Qa of the driving fluid filled in the extension chamber 131a when the cylinder is displaced X is given by Equation (1).

Figure 0007216524000001
Figure 0007216524000001

従って、配管120が駆動液で満たされている場合、配管120が膨張・収縮しなければ、シリンダ変位Xを実現するために、制御装置110が配管120に供給した駆動液量である配管供給液量QrはQaとなる。 Therefore, when the pipe 120 is filled with driving fluid, if the pipe 120 does not expand or contract, the pipe supply liquid, which is the amount of driving fluid supplied to the pipe 120 by the control device 110 in order to realize the cylinder displacement X, is The quantity Qr becomes Qa.

このことから、配管120は、液圧によって膨張・収縮して配管体積変化ΔVを生じた場合、シリンダ変位Xを実現するための配管供給液量Qrは、数2となる。 Therefore, when the pipe 120 expands and contracts due to the hydraulic pressure and causes a pipe volume change ΔV, the pipe supply liquid amount Qr for realizing the cylinder displacement X is given by Equation (2).

Figure 0007216524000002
Figure 0007216524000002

本実施例のシリンダ変位制御システム100は、シリンダ変位Xをシリンダ変位指令Xrとするよう制御している。従って、制御装置110は、例えば、数3に示す通り、シリンダ変位指令Xrと配管体積変化ΔVとに基づいて配管供給液量Qrを算出し、この配管供給液量Qrを配管120に駆動液として供給する。 The cylinder displacement control system 100 of this embodiment controls the cylinder displacement X to be the cylinder displacement command Xr. Therefore, the control device 110 calculates the pipe supply liquid amount Qr based on the cylinder displacement command Xr and the pipe volume change ΔV, for example, as shown in Equation 3, and supplies the pipe 120 with the pipe supply liquid amount Qr as the driving liquid. supply.

Figure 0007216524000003
Figure 0007216524000003

図2は、制御装置110において、配管供給液量Qrの供給を制御するシステムの一例を示す(この図2のシステムは、図1の制御装置110の中に組み込まれている)。図2では、アクチュエータシリンダ130に正圧を印加する系統のみを記載している。 FIG. 2 shows an example of a system for controlling the supply of the pipe supply liquid amount Qr in the controller 110 (the system in FIG. 2 is incorporated in the controller 110 in FIG. 1). In FIG. 2, only the system for applying positive pressure to the actuator cylinder 130 is shown.

図2において、ポンプ114は、タンク115内の駆動液を弁113の開度に応じて配管120に供給する。弁制御器111は、流量計112の観測した駆動液流量を時間積分して配管供給液量の観測値を演算し、配管供給液量Qrの指令値となるよう弁113の開度を制御する。これにより、配管120に配管供給液量Qrの駆動液が供給できる。 In FIG. 2, pump 114 supplies the driving liquid in tank 115 to pipe 120 in accordance with the degree of opening of valve 113 . The valve controller 111 time-integrates the driving liquid flow rate observed by the flowmeter 112 to calculate the observed value of the pipe supply liquid amount, and controls the opening of the valve 113 so that the pipe supply liquid amount Qr becomes the command value. . As a result, the pipe 120 can be supplied with the driving liquid of the pipe supply liquid amount Qr.

図3は、制御装置110において、配管供給液量Qrの供給を制御するシステムの他の例を示す。 FIG. 3 shows another example of a system for controlling the supply of the pipe supply liquid amount Qr in the control device 110 .

図3において、シリンジポンプ116は、ポンプピストン1162の変位Xpに応じてポンプシリンダ1161内の駆動液を配管120に供給する。ここで、配管供給液量Qrを実現するピストン変位Xprは、ポンプシリンダ1161の有効断面積Apを用いて数4より求まる。 In FIG. 3, the syringe pump 116 supplies the driving liquid in the pump cylinder 1161 to the pipe 120 according to the displacement Xp of the pump piston 1162 . Here, the piston displacement Xpr that realizes the pipe supply fluid amount Qr is obtained from Equation 4 using the effective cross-sectional area Ap of the pump cylinder 1161 .

Figure 0007216524000004
Figure 0007216524000004

ピストン変位制御器119は、ピストン変位観測器118の観測したピストン変位Xpが、配管供給液量Qrの指令値から演算したピストン変位の指令値Xprとなるよう、ピストン駆動装置117を駆動することでポンプピストン1162を変位させる。これにより、配管120に配管供給液量Qrの駆動液が供給できる。 The piston displacement controller 119 drives the piston driving device 117 so that the piston displacement Xp observed by the piston displacement observer 118 becomes the command value Xpr of the piston displacement calculated from the command value of the pipe supply liquid amount Qr. Displace pump piston 1162 . As a result, the pipe 120 can be supplied with the driving liquid of the pipe supply liquid amount Qr.

なお、ピストン駆動装置117がポンプピストン1162を駆動する駆動力は、電気モータなどの電磁力に限るものではなく、液圧などでもよい。 The driving force with which the piston driving device 117 drives the pump piston 1162 is not limited to electromagnetic force such as an electric motor, and may be hydraulic pressure or the like.

次に、配管観測器140が配管体積変化ΔVを観測する手段の例を説明する。 Next, an example of means for the pipe observer 140 to observe the pipe volume change ΔV will be described.

先ず配管観測器140の一例として、変位計で配管120の外径Dを観測する。配管120内に液圧が印加されていない場合の配管120の外径をD0とし、配管120の肉厚δは液圧によって変化しないと仮定した場合、単位長さdL当たりの配管体積変化dVは数5となる。 First, as an example of the pipe observer 140, the outer diameter D of the pipe 120 is observed with a displacement gauge. Assuming that the outer diameter of the pipe 120 when no liquid pressure is applied to the pipe 120 is D0, and the wall thickness δ of the pipe 120 does not change with the liquid pressure, the pipe volume change dV per unit length dL is number 5.

Figure 0007216524000005
Figure 0007216524000005

従って、長さLの配管120の配管体積変化ΔVは、数6より観測した配管120の外径Dを用いて観測できる。 Therefore, the pipe volume change ΔV of the pipe 120 having the length L can be observed using the outer diameter D of the pipe 120 observed from Equation (6).

Figure 0007216524000006
Figure 0007216524000006

さらに、駆動液の液温などにより、駆動液は体積変化することがある。配管観測器140は液温を観測し、液温の上昇に基づいて駆動液体積変化を導出してもよい。配管単体の配管体積変化から、この駆動液体積変化の差をとるなどの方法で、駆動液体積変化を考慮した実質的な配管体積変化ΔVを求めることができる。なお、この駆動液体積変化と液温との関係は、例えば実験的に求めおけばよい。 Furthermore, the volume of the driving liquid may change depending on the liquid temperature of the driving liquid. Piping observer 140 may observe the fluid temperature and derive the drive fluid volume change based on the increase in fluid temperature. A substantial pipe volume change .DELTA.V in consideration of the driving liquid volume change can be obtained by a method such as taking the difference in the driving liquid volume change from the pipe volume change of the single pipe. The relationship between this drive liquid volume change and the liquid temperature may be obtained experimentally, for example.

また、配管観測器140は、配管120の内径(D-δ)を観測しても配管体積変化ΔVを観測できることは言うまでもない。 Needless to say, the pipe observer 140 can also observe the pipe volume change ΔV by observing the inner diameter (D−δ) of the pipe 120 .

配管観測器140の別の例として、配管120内の液圧Pを観測してもよい。この例では、液圧により配管120に印加される力と配管120の復元力がつり合う場合、単位長さdLあたりの配管体積変化dVは、数7のとおり、液圧Pと環境圧力(配管120の周囲の圧力)P0との差に比例する。 As another example of the pipe observer 140, the hydraulic pressure P within the pipe 120 may be observed. In this example, when the force applied to the pipe 120 by the hydraulic pressure and the restoring force of the pipe 120 are balanced, the change in pipe volume dV per unit length dL is expressed by the following formula 7: the hydraulic pressure P and the environmental pressure (the pipe 120 is proportional to the difference from P0.

Figure 0007216524000007
Figure 0007216524000007

従って、長さLの配管120の配管体積変化ΔVは、数6より観測した液圧Pを用いて観測できる。なお、数7の比例係数Kは、使用する配管120に応じて理論的若しくは実験的に事前に求めておくことができる。 Therefore, the pipe volume change ΔV of the pipe 120 of length L can be observed using the hydraulic pressure P observed from Equation (6). It should be noted that the proportionality coefficient K of Equation 7 can be theoretically or experimentally obtained in advance according to the pipe 120 to be used.

図4(a)及び図4(b)は、本実施例のシリンダ変位制御システムにおける効果の一例を示す図である。 4(a) and 4(b) are diagrams showing an example of the effects of the cylinder displacement control system of this embodiment.

図4(a)は、配管体積変化ΔVの補償を行わずシリンダ変位を制御した場合である。 FIG. 4(a) shows the case where the cylinder displacement is controlled without compensating for the pipe volume change ΔV.

図4(a)に示すように、配管120の膨張・収縮によって、シリンダ変位はシリンダ変位指令より遅れ、変位指令に対してヒステリシスをもつ。 As shown in FIG. 4(a), due to the expansion and contraction of the pipe 120, the cylinder displacement lags behind the cylinder displacement command and has hysteresis with respect to the displacement command.

図4(b)は、本発明により配管体積変化ΔVを補償してシリンダ変位を制御した場合である。 FIG. 4B shows a case where the cylinder displacement is controlled by compensating for the pipe volume change ΔV according to the present invention.

図4(b)に示すように、配管体積変化ΔVを補償したことにより、シリンダ変位はシリンダ変位指令によく追従している。 As shown in FIG. 4B, by compensating for the pipe volume change ΔV, the cylinder displacement follows the cylinder displacement command well.

このように本実施例によれば、液圧駆動されるアクチュエータシリンダ130の変位制御システムにおいて、アクチュエータシリンダ130の変位を観測できない場合であっても、アクチュエータシリンダ130の変位を精度よく制御できる。 As described above, according to this embodiment, in the displacement control system for the hydraulically driven actuator cylinder 130, even if the displacement of the actuator cylinder 130 cannot be observed, the displacement of the actuator cylinder 130 can be accurately controlled.

また、アクチュエータシリンダ130によって駆動する機構部を含んだアクチュエータの変位制御においても、本実施例のシリンダ変位制御システム100を用いてアクチュエータシリンダ130の変位を制御することで、機構部を含んだアクチュエータの変位を精度よく制御できる。 Further, in the displacement control of the actuator including the mechanism section driven by the actuator cylinder 130, by controlling the displacement of the actuator cylinder 130 using the cylinder displacement control system 100 of the present embodiment, the displacement of the actuator including the mechanism section can be controlled. Displacement can be precisely controlled.

図5は、本発明のシリンダ変位制御システムの実施例2の構成を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the configuration of Embodiment 2 of the cylinder displacement control system of the present invention.

図5において、シリンダ変位制御システム100は、駆動液により駆動されるアクチュエータシリンダ130と、配管供給液量等を制御する制御装置110、駆動液が流れる配管120、後述する配管観測器140とから概略構成されている。 In FIG. 5, the cylinder displacement control system 100 is composed of an actuator cylinder 130 driven by a driving liquid, a control device 110 for controlling the amount of liquid supplied to the piping, a piping 120 through which the driving liquid flows, and a piping observation device 140 to be described later. It is configured.

アクチュエータシリンダ130は、シリンダ131とピストン132とからなり、シリンダ131はピストン132によって、伸長室131aと短縮室131bとの2つの室に分けられる。 The actuator cylinder 130 consists of a cylinder 131 and a piston 132. The piston 132 divides the cylinder 131 into two chambers, an extension chamber 131a and a retraction chamber 131b.

図5の例では、配管120から駆動液が伸長室131aに供給されることで、シリンダ131の端部131cとピストン132の頭部132aとの距離であるシリンダ変位Xは増加し、一方、駆動液が伸長室131aから配管120に排出されることで、シリンダ変位Xは減少する。ピストン132は、建設用機械や原子力ロボット等に接続されている。 In the example of FIG. 5, the drive fluid is supplied from the pipe 120 to the expansion chamber 131a, so that the cylinder displacement X, which is the distance between the end 131c of the cylinder 131 and the head 132a of the piston 132, increases. As the liquid is discharged from the expansion chamber 131a to the pipe 120, the cylinder displacement X is reduced. The piston 132 is connected to construction machinery, nuclear power robots, and the like.

配管120は、制御装置110の制御に合致するように、駆動液をアクチュエータシリンダ130に供給する。 Piping 120 supplies drive fluid to actuator cylinder 130 to match the control of controller 110 .

配管観測器140は、配管条件観測器141と環境条件観測器142とからなり、配管条件観測器141の観測した配管120や駆動液の条件(後述する配管120の外径や配管120の内径、駆動液の液圧や液温、成分等)と、環境条件観測器142の観測した周囲環境の条件(後述する周囲環境の圧力や温度、湿度等、配管材料の硬化などの要因となる明度、紫外線強度、放射線強度、雰囲気成分等)とから、配管体積変化ΔVを演算して出力する。 The piping condition observer 140 consists of a piping condition observer 141 and an environmental condition observer 142, and the conditions of the pipe 120 and the driving liquid observed by the pipe condition observer 141 (the outer diameter of the pipe 120, the inner diameter of the pipe 120, the inner diameter of the pipe 120, and the The pressure, liquid temperature, composition, etc. of the driving liquid) and the conditions of the surrounding environment observed by the environmental condition observation device 142 (the pressure, temperature, humidity, etc. of the surrounding environment described later, the lightness that causes hardening of the piping material, etc. UV intensity, radiation intensity, atmosphere components, etc.), the pipe volume change ΔV is calculated and output.

制御装置110は、シリンダ変位指令Xrと配管体積変化ΔVに基づき、シリンダ変位Xを変位指令Xrとする配管供給液量Qrを配管120に供給する。 Based on the cylinder displacement command Xr and the pipe volume change ΔV, the control device 110 supplies the pipe supply liquid amount Qr to the pipe 120 so that the cylinder displacement X is the displacement command Xr.

次に、配管観測器140において配管体積変化ΔVを観測する方法の一例を説明する。 Next, an example of a method for observing the pipe volume change ΔV by the pipe observer 140 will be described.

配管条件観測器141は、例えば、配管120の外径や配管120の内径、駆動液の液圧や液温、成分などうち1つ以上の物理量を観測する。一方、環境条件観測器142は、例えば、周囲環境の圧力や温度、湿度など、配管材料の硬化などの要因となる明度、紫外線強度、放射線強度、雰囲気成分(配管120の周囲の空気成分)などのうち1つ以上の物理量を観測する。 The pipe condition observer 141 observes, for example, one or more physical quantities among the outer diameter of the pipe 120, the inner diameter of the pipe 120, the liquid pressure, the liquid temperature, and the components of the driving liquid. On the other hand, the environmental condition observer 142 detects, for example, the pressure, temperature, humidity, etc. of the surrounding environment, such as brightness, ultraviolet intensity, radiation intensity, atmospheric components (air components around the pipe 120), etc., which are factors such as hardening of pipe materials. Observe one or more physical quantities among

例えば、上記の数7を用いて単位長さdLでの配管体積変化dVを演算する場合、配管条件観測器141の観測した液圧Pと、環境条件観測器142の観測した圧力P0とに基づいて配管体積変化dVが観測できる。環境条件観測器142により圧力P0を観測して用いることで、水中での駆動といった、大気圧と大きく異なる環境においても高精度に配管体積変化ΔVを観測できる。 For example, when calculating the pipe volume change dV in the unit length dL using Equation 7 above, based on the hydraulic pressure P observed by the pipe condition observer 141 and the pressure P0 observed by the environmental condition observer 142 , the pipe volume change dV can be observed. By observing and using the pressure P0 with the environmental condition observation device 142, it is possible to observe the pipe volume change ΔV with high accuracy even in environments such as driving in water, which are greatly different from the atmospheric pressure.

さらに、駆動液の成分及び液温などにより駆動液は、体積変化することがある。配管単体の配管体積変化から、この駆動液の体積変化の差をとるなどの方法で、駆動液の体積変化を考慮した実質的な配管体積変化ΔVを求めることができるので、この駆動液の体積変化を、例えば、実験的に求めておくことで、高精度に配管体積変化ΔVを観測できる。 Furthermore, the volume of the driving liquid may change depending on the components of the driving liquid, the liquid temperature, and the like. From the pipe volume change of the single pipe, it is possible to obtain the actual pipe volume change ΔV considering the volume change of the driving liquid by a method such as taking the difference of the volume change of the driving liquid. By obtaining the change experimentally, for example, the pipe volume change ΔV can be observed with high accuracy.

また、上記した数7における比例係数Kは、配管120の変形しやすさを表す係数であるため、配管120の材質によっては、駆動液の液温や周囲環境の温度などの条件により、変形しやすさが変わることがある。 In addition, since the proportional coefficient K in Equation 7 above is a coefficient representing the ease of deformation of the pipe 120, depending on the material of the pipe 120, the deformation may occur depending on conditions such as the temperature of the driving liquid and the temperature of the surrounding environment. Ease can vary.

そこで、これら条件下での比例係数Kを、例えば、実験的に予め求めておくことで、様々な環境においても高精度に配管体積変化ΔVを観測できる。 Therefore, by experimentally obtaining the proportional coefficient K under these conditions in advance, the pipe volume change ΔV can be observed with high accuracy even in various environments.

なお、配管観測器140は、配管120上に複数個配置されてもよい。また、1つの配管観測器140が、それぞれ複数の配管条件観測器141と環境条件観測器142とから構成されてもよい。 A plurality of pipe observers 140 may be arranged on the pipe 120 . Also, one pipe observer 140 may be composed of a plurality of pipe condition observers 141 and environmental condition observers 142, respectively.

配管120の複数個所、環境の複数個所の条件を観測することで、配管体積変化ΔVを高精度に推定でき、より精度の高いシリンダ変位制御が可能となる。 By observing conditions at a plurality of locations in the pipe 120 and at a plurality of locations in the environment, the pipe volume change ΔV can be estimated with high accuracy, and more accurate cylinder displacement control becomes possible.

このように本実施例によれば、液圧駆動されるアクチュエータシリンダの変位制御システムにおいて、アクチュエータシリンダの変位を観測できない場合にも、アクチュエータシリンダ変位を精度よく制御できる。 As described above, according to this embodiment, in the displacement control system for the hydraulically driven actuator cylinder, the displacement of the actuator cylinder can be accurately controlled even when the displacement of the actuator cylinder cannot be observed.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

100…シリンダ変位制御システム、110…制御装置、111…弁制御器、112…流量計、113…弁、114…ポンプ、115…タンク、116…シリンジポンプ、1161…ポンプシリンダ、1162…ポンプピストン、117…ピストン駆動装置、118…ピストン変位観測器、119…ピストン変位制御器、120…配管、130…アクチュエータシリンダ、131…シリンダ、131a…伸長室、131b…短縮室、131c…シリンダの端部、132…ピストン、132a…ピストンの頭部、140…配管観測器、141…配管条件観測器、142…環境条件観測器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Cylinder displacement control system, 110... Control device, 111... Valve controller, 112... Flow meter, 113... Valve, 114... Pump, 115... Tank, 116... Syringe pump, 1161... Pump cylinder, 1162... Pump piston, 117... Piston drive device, 118... Piston displacement observer, 119... Piston displacement controller, 120... Piping, 130... Actuator cylinder, 131... Cylinder, 131a... Extension chamber, 131b... Contraction chamber, 131c... End of cylinder, 132...Piston, 132a...Head of piston, 140...Pipe observer, 141...Pipe condition observer, 142...Environmental condition observer.

Claims (8)

シリンダ及び該シリンダ内に配置されたピストンから成り、駆動液により駆動されるアクチュエータシリンダと、
該アクチュエータシリンダの前記シリンダ又は前記ピストンが移動することに伴う前記アクチュエータシリンダの変位を制御する制御装置と、
該制御装置の制御に合致するように、前記駆動液を前記アクチュエータシリンダに供給する配管と、
該配管及び/又は前記駆動液、前記配管の周囲環境の少なくとも1つの状態を観測する配管観測器とを備え、
前記制御装置は、前記アクチュエータシリンダの変位指令と前記配管観測器の観測結果とに基づき、前記配管に供給する駆動液の配管供給液量を制御するものであり、
前記配管観測器は前記配管の径を観測し、この配管の径から配管体積変化を演算して出力することを特徴とするシリンダ変位制御システム。
an actuator cylinder composed of a cylinder and a piston disposed within the cylinder and driven by a driving fluid;
a control device for controlling displacement of the actuator cylinder accompanying movement of the cylinder or the piston of the actuator cylinder;
a pipe for supplying the driving liquid to the actuator cylinder so as to match the control of the control device;
a pipe observer for observing at least one state of the pipe and/or the driving liquid and the surrounding environment of the pipe;
The control device controls an amount of driving liquid supplied to the pipe based on a displacement command of the actuator cylinder and an observation result of the pipe observer ,
The cylinder displacement control system , wherein the pipe observer observes the diameter of the pipe, calculates and outputs a pipe volume change from the diameter of the pipe .
請求項に記載のシリンダ変位制御システムにおいて、
前記制御装置は、前記配管観測器で演算して出力された前記配管体積変化と上位制御装置からのシリンダ変位指令に基づいて前記配管供給液量を算出し、この配管供給液量を駆動液として前記配管に供給することを特徴とするシリンダ変位制御システム。
The cylinder displacement control system according to claim 1 ,
The control device calculates the pipe supply liquid amount based on the pipe volume change calculated and output by the pipe observation device and the cylinder displacement command from the host controller, and uses this pipe supply liquid amount as the driving liquid. A cylinder displacement control system, characterized by supplying to the piping.
請求項に記載のシリンダ変位制御システムにおいて、
前記配管への前記駆動液は、前記配管上に設置され、前記駆動液を貯蔵しているタンクに接続されているポンプにより供給され、
前記ポンプは、前記タンク内の前記駆動液を前記配管に設置されている弁の開度に応じて前記配管に供給するものであり、
前記配管に設置されている流量計の観測した前記駆動液の流量を時間積分して配管供給液量の観測値を演算し、前記配管供給液量の指令値となるよう前記弁の開度を制御する弁制御器を備えていることを特徴とするシリンダ変位制御システム。
In the cylinder displacement control system according to claim 2 ,
The driving liquid to the pipe is supplied by a pump installed on the pipe and connected to a tank storing the driving liquid,
The pump supplies the driving liquid in the tank to the pipe according to the degree of opening of a valve installed in the pipe,
The flow rate of the driving liquid observed by the flow meter installed in the pipe is integrated over time to calculate the observed value of the pipe supply liquid amount, and the opening of the valve is adjusted so that the pipe supply liquid amount becomes the command value. A cylinder displacement control system comprising a controlling valve controller.
請求項に記載のシリンダ変位制御システムにおいて、
前記配管上にポンプシリンダとポンプピストンから成るシリンジポンプを備え、
前記シリンジポンプは、前記ポンプピストンの変位に応じて前記ポンプシリンダ内の駆動液を前記配管に供給するものであり、
前記ポンプピストンの変位を観測するピストン変位観測器で観測した前記ポンプピストンの変位が、前記配管供給液量の指令値から演算した前記ポンプピストンの変位の指令値となるよう、ピストン駆動装置を駆動することで前記ポンプピストンを変位させるピストン変位制御器を備えていることを特徴とするシリンダ変位制御システム。
In the cylinder displacement control system according to claim 2 ,
A syringe pump comprising a pump cylinder and a pump piston is provided on the pipe,
The syringe pump supplies the driving liquid in the pump cylinder to the pipe according to the displacement of the pump piston,
A piston driving device is driven so that the displacement of the pump piston observed by a piston displacement observer that observes the displacement of the pump piston becomes the command value of the displacement of the pump piston calculated from the command value of the amount of liquid supplied to the pipe. A cylinder displacement control system, comprising: a piston displacement controller for displacing the pump piston by
シリンダ及び該シリンダ内に配置されたピストンから成り、駆動液により駆動されるアクチュエータシリンダと、
該アクチュエータシリンダの前記シリンダ又は前記ピストンが移動することに伴う前記アクチュエータシリンダの変位を制御する制御装置と、
該制御装置の制御に合致するように、前記駆動液を前記アクチュエータシリンダに供給する配管と、
該配管及び/又は前記駆動液、前記配管の周囲環境の少なくとも1つの状態を観測する配管観測器とを備え、
前記制御装置は、前記アクチュエータシリンダの変位指令と前記配管観測器の観測結果とに基づき、前記配管に供給する駆動液の配管供給液量を制御するものであり、
前記配管観測器は、配管条件観測器と環境条件観測器とから構成され、前記配管条件観測器で観測した観測結果の出力と前記環境条件観測器で観測した観測結果の出力とに基づいて配管体積変化を演算して出力し、この出力結果を前記制御装置に送信することを特徴とするシリンダ変位制御システム。
an actuator cylinder composed of a cylinder and a piston disposed within the cylinder and driven by a driving fluid;
a control device for controlling displacement of the actuator cylinder accompanying movement of the cylinder or the piston of the actuator cylinder;
a pipe for supplying the driving liquid to the actuator cylinder so as to match the control of the control device;
a pipe observer for observing at least one state of the pipe and/or the driving liquid and the surrounding environment of the pipe;
The control device controls an amount of driving liquid supplied to the pipe based on a displacement command of the actuator cylinder and an observation result of the pipe observer,
The pipe condition observer is composed of a pipe condition observer and an environmental condition observer. A cylinder displacement control system, wherein a change in volume is calculated and output, and the output result is transmitted to the control device.
請求項に記載のシリンダ変位制御システムにおいて、
前記配管条件観測器は、前記配管の径、前記駆動液の圧力、前記駆動液の温度、前記駆動液の成分の少なくとも1つを観測して出力するものであり、
前記環境条件観測器は、環境圧力、環境温度、環境湿度、環境明度、環境紫外線強度、環境放射線強度、雰囲気成分の少なくとも1つを観測して出力するものであることを特徴とするシリンダ変位制御システム。
In the cylinder displacement control system according to claim 5 ,
The piping condition observer observes and outputs at least one of the diameter of the piping, the pressure of the driving liquid, the temperature of the driving liquid, and the components of the driving liquid,
The environmental condition observer observes and outputs at least one of environmental pressure, environmental temperature, environmental humidity, environmental brightness, environmental ultraviolet intensity, environmental radiation intensity, and atmospheric components. system.
請求項又はに記載のシリンダ変位制御システムにおいて、
前記制御装置は、前記配管観測器で演算して出力された前記配管体積変化と上位制御装置からのシリンダ変位指令に基づいて前記配管供給液量を算出し、この配管供給液量を駆動液として前記配管に供給することを特徴とするシリンダ変位制御システム。
In the cylinder displacement control system according to claim 5 or 6 ,
The control device calculates the pipe supply liquid amount based on the pipe volume change calculated and output by the pipe observation device and the cylinder displacement command from the host controller, and uses this pipe supply liquid amount as the driving liquid. A cylinder displacement control system, characterized by supplying to the piping.
請求項1乃至のいずれか1項に記載のシリンダ変位制御システムにおいて、
前記配管観測器は、前記配管上に複数個設置されていることを特徴とするシリンダ変位制御システム。
In the cylinder displacement control system according to any one of claims 1 to 7 ,
A cylinder displacement control system, wherein a plurality of the pipe observation devices are installed on the pipe.
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