JPH01166112A - Position control device - Google Patents

Position control device

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Publication number
JPH01166112A
JPH01166112A JP32465787A JP32465787A JPH01166112A JP H01166112 A JPH01166112 A JP H01166112A JP 32465787 A JP32465787 A JP 32465787A JP 32465787 A JP32465787 A JP 32465787A JP H01166112 A JPH01166112 A JP H01166112A
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JP
Japan
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valve
control
hydraulic actuator
value
mode
Prior art date
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Pending
Application number
JP32465787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michio Nakano
中野 道雄
Yoshiki Matsuo
芳樹 松尾
Nobuyoshi Haniyuda
信良 羽生田
Maki Iwano
岩野 真樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYB Corp
Original Assignee
Kayaba Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kayaba Industry Co Ltd filed Critical Kayaba Industry Co Ltd
Priority to JP32465787A priority Critical patent/JPH01166112A/en
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make earlier the judgement time of whether an on-off valve should be driven by operating an expected position where hydraulic actuator stops and comparing this expected position with a target position. CONSTITUTION:An actual position (y) of a hydraulic actuator 1 is detected by an actual position detecting means 3 and by the comparison of the detected actual position (y) with a target position R, an action mode U of whether an on-off valve 2 is on-operated or off-operated is selected by an action mode selecting means 4. When a control mode is continued, an expected position operating means 6 operates an expected stop position y' of the hydraulic actuator 1 based on the actual position y(t0) at hat time and a parameter about the dynamic characteristic of a control system. Whether the operated expected stop position y' coincides with the target position R is decided by a deciding means 7, when they coincide, an action mode switching means 8 switches the action mode so as to off-operate the on-off valve 2.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は位置制御装置、特にパイロット弁のスプール
位置や油圧シリングのピストン位置をフィードバック制
御するものに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a position control device, and particularly to a position control device that performs feedback control of the spool position of a pilot valve or the piston position of a hydraulic cylinder.

(従来の技術) 近年のメカトロニクスの進展は目覚ましく、油圧機器の
位置制御にサーボ弁を用いるもの、オンオフ弁をPWM
(パルス幅変調)方式にて駆動するものなどが提案され
ている(たとえば、昭和51年1月 日刊工業新聞社発
行「油圧技術便覧」第1135頁ないし1139頁参照
)。
(Conventional technology) Recent advances in mechatronics have been remarkable, with servo valves used to control the position of hydraulic equipment and PWM on/off valves.
(Pulse Width Modulation) method has been proposed (for example, see pages 1135 to 1139 of "Hydraulic Technology Handbook" published by Nikkan Kogyo Shimbun, January 1977).

(発明が解決しようとする問題点) ところで、このような装置では応答性や精度と価格の両
面で満足のいく結果が得られにくいという欠点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, such a device has a drawback in that it is difficult to obtain satisfactory results in terms of both responsiveness, accuracy, and cost.

たとえば、サーボ弁を用いるものは高精度な位置制御が
できる反面、構造が複雑なために高価であり、かつ油汚
染に弱い。これに対して単なるオンオフ弁は構成が簡単
であるため、安価でありかつ油汚染に強いが、オンオフ
弁自体や油圧系の特性に依存するので制御精度を高める
ことが困難である。
For example, those using servo valves can provide highly accurate position control, but are expensive due to their complicated structure and are susceptible to oil contamination. On the other hand, a simple on/off valve has a simple structure, is inexpensive, and is resistant to oil contamination, but it is difficult to improve control accuracy because it depends on the characteristics of the on/off valve itself and the hydraulic system.

ここに、両面とも満足させるにはまず価格の点よりオン
オフ弁を用いることであり、次には高速の応答性あるい
は高精度が得られるようにその制御方法を開発すること
である。
In order to satisfy both aspects, the first step is to use an on-off valve from the viewpoint of cost, and the second step is to develop a control method that will provide high-speed response or high accuracy.

この発明はこのような従来例の問題点に着目してなされ
たもので、油圧アクチュエータが停止するであろう予想
位置を演算し、この予想位置と目標位置とを比較させる
ことで、オンオフ弁を駆動すべきかどうかの判断時期を
早めるようにした装置を提供することを目的とする。
This invention was made by focusing on the problems of the conventional example. By calculating the predicted position where the hydraulic actuator will stop and comparing this predicted position with the target position, it is possible to control the on-off valve. It is an object of the present invention to provide a device that can accelerate the timing of determining whether or not to drive.

(問題点を解決するための手段) この発明は、第1図に示すように、油圧7クチユエータ
(たとえばパイロット弁スプールや油圧シリンダのピス
トン)1への油通路に介装され駆動信号に応じで開閉す
るオンオフ弁2と、油圧アクチュエータ1の実際位置(
y)を検出する手段(たとえばポテンショメータ)3と
、検出した実際位置(y)と予め定めた目標位置(R)
との比較によりオンオフ弁2をオン操作するかオフ操作
するかの動作モード(U)を選択する手段4と、制御モ
ードが選択される場合に前記駆動信号を出力する手段5
とを備える位置制御装置において、前記制御モードが継
続される場合にそのときの実際位置(y(to ))と
制御系の動特性に関するパラメータに基づいて前記油圧
アクチュエータ1の停止予想位置(ワ)を演算する手段
6と、演算された停止予想位置(9)が前記目標位置(
R)と一致するかどうかを判定する手段7と、これが一
致する場合には前記オンオフ弁2をオフ8.作するよう
に動作モードを切り換える手段8とを設けた。
(Means for Solving the Problems) As shown in FIG. 1, this invention is provided in an oil passage to a hydraulic pressure unit 1 (e.g., a pilot valve spool or a piston of a hydraulic cylinder), and is configured to operate in response to a drive signal. The actual position of the on-off valve 2 that opens and closes and the hydraulic actuator 1 (
y), a means (for example, a potentiometer) 3 for detecting the detected actual position (y) and a predetermined target position (R).
means 4 for selecting an operation mode (U) for turning on or turning off the on-off valve 2 by comparison with the control mode; and means 5 for outputting the drive signal when the control mode is selected.
In the position control device, when the control mode is continued, the expected stop position (wa) of the hydraulic actuator 1 is determined based on the actual position (y(to)) at that time and parameters related to the dynamic characteristics of the control system. means 6 for calculating the predicted stop position (9), and the calculated predicted stop position (9) is set to the target position (
means 7 for determining whether or not R) match, and if they match, turning off the on/off valve 2; Means 8 is provided for switching the operation mode so as to perform the operation.

(作用) 停止予想位置9はオンオフ弁2や油圧系の特性に応じで
一義的に定まるものであり、9がRと一致する場合には
アクチュエータ1の停止位置を実際に確かめなくとも、
yはRに向かって収束すると思われる。
(Function) The expected stop position 9 is uniquely determined depending on the characteristics of the on-off valve 2 and the hydraulic system, and if 9 matches R, the stop position of the actuator 1 can be determined without actually checking.
It appears that y converges towards R.

こうした場合に、本願では動作モードがオンオフ弁2を
オフ操作するように動作モードが切り換えられるので、
アクチュエータ1が行き過ぎると思われる場合にまで不
要に駆動されることはない。
In such a case, in the present application, the operation mode is switched so that the on-off valve 2 is turned off.
The actuator 1 will not be driven unnecessarily even if it appears to have gone too far.

このことはアクチュエータ1が実際に整定する以前にお
いてオンオフ弁2をオン操作するのかあるいはオフ操作
するのかの判断がなされること意味し、ここにフィード
バック制御とはいえ良好な応答性が付与される。
This means that before the actuator 1 actually settles, it is determined whether the on-off valve 2 is to be turned on or turned off, and good responsiveness is provided even though this is feedback control.

(実施例) 第2図はこの発明の一実施例の制御システムのブロック
図で、公知のフィードバック制御系を構成している。直
接の制御対象はオンオフ方式のパイロット弁22で、こ
の弁22は油圧源(たとえば301cgf/ cm” 
) 21からの作動油がオリフィス(たとえばφ0.8
mm)23と24を介して供給される複動型のシリング
25と常閉のオンオフ弁26及び27からなり、一対の
オンオフ弁26及び27はドライバ(出力増幅器)32
からの駆動信号にて開閉される。
(Embodiment) FIG. 2 is a block diagram of a control system according to an embodiment of the present invention, which constitutes a known feedback control system. The object to be directly controlled is an on-off type pilot valve 22, and this valve 22 is controlled by a hydraulic power source (for example, 301 cgf/cm"
) The hydraulic oil from 21 enters the orifice (for example, φ0.8
mm) 23 and 24, and a normally closed on/off valve 26 and 27.
It is opened and closed by the drive signal from.

28はピストン(スプール)変位の実際値(y(t))
を検出するりニヤポテンショメータで、このポテンショ
メータ28からの信号はスプール変位の目標値(R(t
))の信号にネガティブフィードバックされ、その偏差
d(t)(= R−y)が信号増幅器29を介しコント
ローラ(マイクロコンピュータ)31に入力される。な
お、30はサンプル/ホールド回路である。
28 is the actual value of piston (spool) displacement (y(t))
The signal from this potentiometer 28 is the target value of spool displacement (R(t
)), and its deviation d(t) (=R-y) is input to the controller (microcomputer) 31 via the signal amplifier 29. Note that 30 is a sample/hold circuit.

マイクロコンピュータ(たとえばシングルチップのもの
)31ではパイロット弁22や油圧系の特性を考慮して
オンオフ弁26及び27の切換時期が決定される。ここ
に、光制御はオンオフ式の位置決め制御である。この制
御内容を以下に詳述するが、先に制御理論に基づく概説
を行い、その後に具体的制御に入る。
A microcomputer (for example, a single-chip one) 31 determines the switching timing of the on-off valves 26 and 27 in consideration of the characteristics of the pilot valve 22 and the hydraulic system. Here, the optical control is on-off type positioning control. The content of this control will be explained in detail below, but first an overview based on control theory will be given, and then specific control will be given.

(i)パイロット弁の基本動作 パイロット弁22の動作モードは次の3種類である。た
だし、Uはモード選択の入力信号とする。
(i) Basic operation of pilot valve There are three types of operation modes of the pilot valve 22 as follows. However, U is an input signal for mode selection.

■U=−1の場合 弁26:ON    弁27:0FF (スプールは図中左へ動く) ■U=0の場合 弁26:OFF   弁27:0FF (スプールは停止) ■U=1の場合 弁26:OFF   弁27:ON (スプールは図中右へ動く) なお、以下にはU=±1で弁26または27の一方をオ
ンとすることを「オフ操作」、U=0で弁26及び27
の両方ともオフとすることを「オフ操作」という。
■When U=-1, valve 26:ON Valve 27:0FF (The spool moves to the left in the diagram) ■When U=0, valve 26:OFF Valve 27:0FF (The spool stops) ■When U=1, the valve 26: OFF Valve 27: ON (The spool moves to the right in the diagram) In addition, in the following, turning on either valve 26 or 27 with U=±1 is "off operation", and turning on either valve 26 or 27 with U=0 is "off operation". 27
Turning off both is called an "off operation."

(ii)動作モードの選択条件 観測時のスプール変位(y)がスプール変位の目標値(
R)を中心として設けた許容偏差(±ε)内に収まるか
どうかで判断される。ただし、スプールが図中右に向か
う方向をyの正方向とする。
(ii) The spool displacement (y) when observing the operating mode selection conditions is the target value of the spool displacement (
The judgment is made based on whether or not it falls within a tolerance (±ε) set around R). However, the direction in which the spool moves to the right in the figure is defined as the positive direction of y.

■R−ε≦y≦R+εの場合   U=O■R+さくy
の場合        U=−1■R−ε〉yの場合 
      U=1さて、こうしたフィードバック制御
は動作を行ってみた結果を次の動作に反映させるもので
あるから過渡時の応答性が良いとはいえず、また低価格
のマイクロコンピュータでは演算速度におのスト限界が
あるので、応答遅れをいかに解決するかが重要な課題と
なる。
■If R-ε≦y≦R+ε, U=O■R+y
In the case of U=-1■R-ε〉y
U=1 Now, since this kind of feedback control reflects the result of an operation in the next operation, it cannot be said that the response during transients is good, and low-cost microcomputers cannot match the calculation speed. Since there is a strike limit, an important issue is how to solve the response delay.

そこで、本願ではスプールが停止するであろう位置の予
測値(”i (t o 十N + 2 ) )を新たに
導入し、従来の方法ではU=±1と判定される場合でも
9が(R±ε)の範囲内に収まる場合にはオンオフ弁を
オフ操作させる必要がないとしてUを1または−1から
0に変更する。すなわち、 ■U=1かつR−ε< 9 (to +N+2)の場合
U=  1→0 ■U=−1かつR+ε> 9 (to +N+2)の場
合U=−1→0 である。
Therefore, in this application, we newly introduce a predicted value of the position where the spool will stop ("i (t o 1 N + 2)), and even if it is determined that U = ±1 in the conventional method, 9 will be ( R±ε), there is no need to turn off the on-off valve, and U is changed from 1 or -1 to 0. In other words, U=1 and R-ε< 9 (to +N+2) In the case of U=1→0, (2) If U=−1 and R+ε>9 (to +N+2), U=−1→0.

ただし、それ以外の ■U=1かつR−ε≧9(to+N+2)■U=−1か
っR+ε≦V (to +N+2)の場合には、選択さ
れたUを継続させることはいうまでもない。
However, in other cases such as (i) U=1 and R-ε≧9 (to+N+2) and (i)U=-1 and R+ε≦V (to +N+2), it goes without saying that the selected U is continued.

第3図にモード選択の条件(上記■ないし■の条件)を
まとめて示す。なお、以下には必要がない限り”i (
to +N+2)を簡略化した9でも記載する。
FIG. 3 shows a summary of mode selection conditions (conditions ``■'' to ``■'' above). In addition, unless necessary, “i (
to +N+2) is also written as 9, which is simplified.

(iii)スプール変位の予測 制御系を下図に示すように圧力変化とスプール変位とを
直列接続したモデル(離散値モデル)として考える。な
お、後者のスプール変位のモデルはゼロ次ホルダ十−次
遅れの例である。
(iii) The predictive control system for spool displacement is considered as a model (discrete value model) in which pressure change and spool displacement are connected in series, as shown in the figure below. Note that the latter spool displacement model is an example of a zero-order holder tenth-order delay.

上図に示すパラメータ(aとbi)は実際の応答結果か
ら、すなわちオンオフ弁をオフff1作した時刻をto
として整定時間経過後の時刻(to +N+2)までの
合計(N+3)個のyの離散値データを用いて次式(1
)と(2)にて求める。
The parameters (a and bi) shown in the above figure are based on the actual response results, that is, the time when the on-off valve is turned off is to
The following equation (1
) and (2).

a=y(to 十N+2)/y(to +N+1)  
  −(1)bi=iy(to +i+1)  y(t
o +i+2)1−aiyDo  +i)   y(t
o  +i+1))      −(2)ただし、動作
モードが1にある時間をTと置くと、T>NXToであ
ることを式(2)の成立条件として、この条件が満足さ
れた場合に式(2)の計算を行うものする。Nはオンオ
フ弁をオフ操作した後油圧系が整定するまでの時間をサ
ンプリング時間To (sea)で割った値(モデルの
次数)で、整定時間は(N+1)Toとなる。また、一
連の離散値データを得るために整定時間((N+1)T
o )の途中ではオン操作は行わないものとする。第4
図にyの応答の一例を示す。同図よりU(to+i)は
i≧1で0、i≦0で1である。
a=y(to 10N+2)/y(to +N+1)
−(1) bi=iy(to +i+1) y(t
o +i+2)1-aiyDo +i) y(t
o +i+1)) - (2) However, if the time during which the operation mode is 1 is set as T, then the condition for formula (2) to be satisfied is that T>NXTo, and if this condition is satisfied, formula (2 ) shall be calculated. N is the value (order of the model) obtained by dividing the time until the hydraulic system settles after turning off the on-off valve by the sampling time To (sea), and the settling time is (N+1)To. In addition, in order to obtain a series of discrete value data, the settling time ((N+1)T
The ON operation shall not be performed during step o). Fourth
The figure shows an example of the response of y. From the figure, U(to+i) is 0 when i≧1 and 1 when i≦0.

開式(1)と(2)よりaとbiはyの関数すなわちy
の応答(制御系の動特性)に基づいて決定される値であ
る。これを逆にいえば、aとbiを用いるとyの応答が
再現できるはずであり、この場合に最終値としてのy(
to +N+2)がすなわち予測値(9)として把握さ
れることになる。
From equations (1) and (2), a and bi are functions of y, that is, y
This value is determined based on the response (dynamic characteristics of the control system). Conversely, if we use a and bi, we should be able to reproduce the response of y, and in this case, the final value of y(
to +N+2) is thus understood as the predicted value (9).

したがって、初期値パto )とa及びbiを用いて9
が次式で計算される。ただし、この場合はTとしてTo
の整数倍を選択し、T<NXToであることを条件とす
る6 ■U=1の場合 V (to +N+2)=aN + 2バto )・・
・(3) ■U=−1の場合 9 (to+N+2)=a” ” 2y(to )(i
v)一定外乱の補償 一定外乱は定常偏差として把握される。たとえば、一定
外乱として中立復帰バネによる力(Fo )を考える。
Therefore, using the initial value pato), a and bi, 9
is calculated using the following formula. However, in this case, T is To
Select an integer multiple of , with the condition that T<NXTo 6 ■If U=1, V (to +N+2)=aN + 2bato)...
・(3) ■When U=-1 9 (to+N+2)=a""2y(to)(i
v) Compensation for constant disturbance A constant disturbance is understood as a steady deviation. For example, consider the force (Fo) due to a neutral return spring as a constant disturbance.

この一定外乱による影響を考慮したスプール変位の予測
値をV F (to +N+2)とおくと、これは V F (to+N+2)= v(L(1十N+2)+
KpFoΣaN + I−i  、、、(5)1→ にてうえられる。ただし、K、は定数である。
Letting V F (to +N+2) be the predicted value of the spool displacement that takes into account the influence of this constant disturbance, this is V F (to + N+2) = v (L (10 N + 2) +
KpFoΣaN + I-i, , (5) 1→. However, K is a constant.

一方、外乱推定値(ttS2項)は、ワと整定時間終了
後のyとの差であるから KF F、ΣaN + 1−+ ”y(to +N+2) −v(to 十N+2)  
   −(6)にて計算される。
On the other hand, the estimated disturbance value (ttS2 term) is the difference between Wa and y after the settling time, so KF F, ΣaN + 1-+ "y(to +N+2) -v(to 1N+2)
- Calculated in (6).

ここに、この場合のスプール変位の目標値をR9とおく
と、 R・ ”RKpFo   Σ 、   +   l−i
               、、、(7)1畠0 であり、定常偏差を考慮していないRを開式(7)のR
oに変更することで定常偏差が解消されることになる。
Here, if the target value of spool displacement in this case is set as R9, then R・”RKpFo Σ, + l−i
, , (7) 1 Hatake 0 , and R without considering the steady deviation is R of the open equation (7)
By changing to o, the steady-state deviation will be eliminated.

下図は一定外孔を考慮した場合の制御系の離散値モデル
である。
The figure below shows a discrete value model of the control system when a constant external hole is considered.

(v)パラメータの逐次推定 量子化による誤差の影響を避けるためにパラメータ(a
)の値を1.0と仮定する。このとき他方のパラメータ
(bi)はオンオフ弁のオン時間(T)によって決まる
量(C) C=(U T  U )−1U X (I−(EET −EET U(UT U)−1UT 
)/(ET E−ET U(UT U)−1UT E)
1・・・(8) を用いると次式(9)で与えられる。
(v) Parameter (a
) is assumed to be 1.0. At this time, the other parameter (bi) is the amount (C) determined by the on-time (T) of the on-off valve.
)/(ET E-ET U(UT U)-1UT E)
1...(8) is given by the following equation (9).

b= C(Y (to + 1)  Y (to ))
・・・(9) ただし、式(8)、(9)は行列の式であり、各行列の
値は下記の通りである。
b= C(Y (to + 1) Y (to))
...(9) However, equations (8) and (9) are matrix equations, and the values of each matrix are as follows.

・・・(10a) ・・・(iob) ・・・(10c) この結果、V F (to +N+2)は上式(3)〜
(6)から計算されることになるが、その際Σbiの値
が必要となる。ここに、 と置くと、式(9)は、 X(Y(to  +1)   Y(to  ))   
    −(12)となる。
...(10a) ...(iob) ...(10c) As a result, V F (to +N+2) is expressed by the above formula (3) ~
It will be calculated from (6), but the value of Σbi is required at this time. If we put here, equation (9) becomes X(Y(to +1) Y(to ))
−(12).

ここで、パラメータ推定時の計算を簡略化する意味でC
゛を予め計算すると(ただしN=9とする)、■T=1
の場合 ■T=2の場合 以下同様にして ■T=N+1の場合 である。
Here, C
If we calculate ゛ in advance (assuming N=9), ■T=1
In the case of ■T=2, similarly, ■The case of T=N+1.

この結果、式(12)よりΣbiを求め、式(3)、(
4)から9(to 十N+2)を計算することになるが
、パラメータ推定のたび゛にパラメータを変えていたの
ではパラメータの値が急に変化しで、それが外乱の推定
に影響を与えるなどのため好ましくな(1゜また、実際
のパラメータの変動はオンオフ弁のオンまたはオフの周
期に対して十分にゆっくりしたものと考えられるので、
1回のオフによるyの移動推定量(Δyo F F (
T))を・・・(14a) として(ただし、a=1)、 ay(’ ” ’)OF F (T)=(λΔ31(’
)OF F (T)十Δyo F F (T)l/ (
λ+1)・・・(15) によりサイクリックにΔyl ” ’L F F (T
)の値を求め、この値を式(3)と(4)に代入するこ
とで9(to 十N+2)を求めるものとする。
As a result, Σbi is obtained from equation (12), and equation (3), (
4) to 9(to 1N+2), but if you change the parameters every time you estimate the parameters, the parameter values will change suddenly, which may affect the estimation of the disturbance, etc. Therefore, it is preferable (1°) Also, since the actual parameter fluctuation is considered to be sufficiently slow relative to the on/off cycle of the on/off valve,
The estimated amount of movement of y due to one off (Δyo F F (
T)) as...(14a) (where a=1), ay('''') OF F (T) = (λΔ31('
)OF F (T)1Δyo F F (T)l/ (
λ+1)...(15) Cyclically Δyl ” 'L F F (T
) and substitute this value into equations (3) and (4) to obtain 9(to 1 N+2).

式(15)において人は重み付けの係数(たとえば15
)で、この人を用いることにより、パラメータ推定時の
パラメータの急激な変化が防止される。
In Equation (15), a person uses a weighting coefficient (for example, 15
), and by using this person, sudden changes in parameters during parameter estimation can be prevented.

また、今回得られた結果(Δyo F F (T))と
今回テーブルに格納されていた値(ay(’)o F 
F (T))とを用いて次回の移動予測値(ay(’ 
” ’)o F F (T))が順次求められることに
なるので、初期値は零でよく、したがってパラメータの
初期セットが不要となる。
In addition, the result obtained this time (Δyo F F (T)) and the value stored in the table this time (ay(')o F
F (T)) is used to calculate the next movement predicted value (ay('
``')o F F (T)) will be found sequentially, so the initial value may be zero, and therefore there is no need to initialize the parameters.

(vi)量子化による精度低下の防止 スプール変位のフルストロークを量子化した場合にA/
D変換器の分解能との関係では検出精度が悪くなる場合
が生じる。たとえば、16111111のフルストロー
クに対し8ビツトでは16/28 =0゜0625mm
が量子化の最小単位となり、これでは精度が悪い。
(vi) Prevention of accuracy loss due to quantization When the full stroke of spool displacement is quantized, A/
In relation to the resolution of the D converter, detection accuracy may deteriorate. For example, for a full stroke of 16111111, for 8 bits, 16/28 = 0°0625mm
is the minimum unit of quantization, and this has poor accuracy.

そこで、実際値と目標値との偏差d(t)をd(t)=
 y(t) −R(t)         ・・・(1
6)と置く。
Therefore, the deviation d(t) between the actual value and the target value is d(t)=
y(t) −R(t) ...(1
6).

いま、外乱を考えた離散値モデルを差分方程式で表現す
ると、次式(17)になる。
Now, when the discrete value model considering disturbance is expressed by a difference equation, the following equation (17) is obtained.

y(t+ 1)−ay(t)十ΣbiU (t −i)
十Fo F Ki−。
y(t+1)−ay(t)×ΣbiU(t−i)
Ten Fo F Ki-.

・・・(17) ここで、式(16)より得られるy(t)= R(t)
+ dD)を式(17)に代入すると、 d(t+1)=ad(t)+ΣbiU (t −i)十
Fo F Ki4 + aR(t) −R(t+ 1)      ・= 
(18)となる。
...(17) Here, y(t) = R(t) obtained from equation (16)
+ dD) into equation (17), d(t+1) = ad(t) + ΣbiU (t - i) 10 Fo F Ki4 + aR(t) -R(t+ 1) ・=
(18).

式(18)においてRが時間(1)に関係なく一定値で
あると仮定すると、第4項と第5項の(aR(t)−R
(t+ 1))は一定値となる。このことは、一定性6
Lによる項(第3項で、Fo Fには一定値)と同じ扱
いで良いことを意味する。特に、a=1.0の場合には
aR(t)  R(t+ 1)=0となるのでd(t)
を用いる場合の影響はな(なる。
In equation (18), assuming that R is a constant value regardless of time (1), the fourth and fifth terms (aR(t)-R
(t+1)) is a constant value. This means that constancy6
This means that it can be treated the same as the term due to L (the third term, where Fo F has a constant value). In particular, when a=1.0, aR(t) R(t+ 1)=0, so d(t)
There is no effect when using .

そこで、パラメータの推定時(整定過程゛モード)には
目標値Rをホールドさせて、式(18)を式(17)と
等価とする。その結果、y(t)の代わりにd(t)を
用いる場合の位置決め制御はd(t)をゼロにする制御
と同じになる。すなわち、y(t)を量子化する必要は
なく 、d(t)を量子化することで、量子化の最小単
位を小さくして検出精度を高めることがで軽るのである
Therefore, when estimating the parameters (settling process mode), the target value R is held and equation (18) is made equivalent to equation (17). As a result, positioning control when d(t) is used instead of y(t) is the same as control to set d(t) to zero. In other words, it is not necessary to quantize y(t), but by quantizing d(t), the minimum unit of quantization can be made smaller and the detection accuracy can be increased, thereby reducing the amount of energy required.

なお、12ビツトのA/D変換器の利用が可能ならば検
出精度上十分となるので、y(t)とR(t)の両信号
をダイレクト処理して構わない。ただし、この場合には
A/D変換器が2チャンネル分必要となる。現状でのシ
ングルチップマイクロコンピュータでは12ピツ) A
/D変換器内蔵型はないので、マルチチップ構成となる
Note that if a 12-bit A/D converter can be used, the detection accuracy will be sufficient, so both the y(t) and R(t) signals may be directly processed. However, in this case, A/D converters for two channels are required. Current single-chip microcomputers have 12 pins) A
Since there is no built-in /D converter type, it has a multi-chip configuration.

以上理論的概説を行ったが、次にはこうした機能がマイ
クロコンピュータ31に与えるソフト上でどう構成され
るかを偏差制御方式の例について、第5図に示し、同図
を用いてこの例の作用を説明する。
Having provided a theoretical overview above, next we will show how these functions are configured on the software provided to the microcomputer 31 for an example of the deviation control method, and use this figure to explain how this example is constructed. Explain the action.

同図は一定時開くたとえばサンプリング周期ll5ee
 )毎に実行される割込み処理で、まず偏差d(=y−
R)が読み込まれ、dに基づき第3図に示す条件に従っ
て、動作モードが整定過程モードにあるかあるいは制御
モードにあるかが判定される(ステップ42.43)。
The figure opens at a certain time, for example, with a sampling period of 15ee.
), the deviation d(=y−
R) is read, and it is determined whether the operating mode is the settling process mode or the control mode based on d and according to the conditions shown in FIG. 3 (steps 42 and 43).

ここにおいて、「整定過程モード」とはUの値が1また
は−1からOとなる場合をいい、これに対して1制御モ
ード」とは整定過程モード以外の場合をいう。これら2
つのモードの違いにより制御動作が異なるので、以下で
は場合分けする。
Here, the "settling process mode" refers to a case where the value of U changes from 1 or -1 to O, whereas the "1 control mode" refers to a case other than the settling process mode. These 2
Since the control operations differ depending on the two modes, the cases will be explained below.

(I)制御モード (イ)前回の制御状態(動作モード)をチエツクしU=
Oであればdの値より今回のUが±1または0のいずれ
であるかが判定され、判定結果に対応してU=±1ある
いは引き続き0が出力される(ステップ44〜46)。
(I) Control mode (A) Check the previous control state (operation mode) and U=
If it is O, it is determined from the value of d whether the current U is ±1 or 0, and U=±1 or 0 is outputted corresponding to the determination result (steps 44 to 46).

(ロ)前回の動作モードがU=±1である場合にはオフ
′PJ、作をすることが妥当であるかどうかが9を用い
てtq断される。すなわち、仮に現時刻(to )でオ
ンオフ弁をオフ操作した場合のスプール変位の停止予測
値9が、y(y(to ))とa及びbiのデータを式
(3)または(4)に代入することで計算され(ステッ
プ47)、この値を用いて動作モードを変更する必要が
ないかどうかが判定される。
(b) If the previous operation mode is U=±1, tq is determined using 9 to determine whether it is appropriate to turn off 'PJ. In other words, the predicted stop value 9 of the spool displacement when the on-off valve is turned off at the current time (to) is calculated by substituting y(y(to)) and data of a and bi into equation (3) or (4). (step 47), and this value is used to determine whether there is a need to change the operating mode.

(a)U=1かつR−さく9であるかU=−1かつR+
ε〉9である場合 これら2つの場合にはスプール変位の停止位置を実際に
確かめなくとも、スプール変位はRに向かって収束する
と思われるので、オンオフ弁を継続してオン操作する必
要はなく、Uの値が1または−1から0へと変更される
(第3図参照)。
(a) Whether U=1 and R-9 or U=-1 and R+
When ε>9 In these two cases, the spool displacement is considered to converge toward R without actually checking the stop position of the spool displacement, so there is no need to continuously turn on the on-off valve. The value of U is changed from 1 or -1 to 0 (see Figure 3).

したがって、この場合オン操作からオフ操作に切り換え
られる(ステップ48.53)。
Therefore, in this case, the ON operation is switched to the OFF operation (step 48.53).

このことは、スプール変位が実際に整定する以前におい
て、スプール変位の位置制御がなされることを意味し、
ここにフィードバック制御とはいえ良好な応答性が付与
され、高速制御に適したものとなる。また、この場合に
もオンオフ弁のオン操作を続けるとすればスプールが行
き過ぎ却って偏差を生じさせることにもなるが、これが
避けられている。
This means that the position of the spool displacement is controlled before the spool displacement actually settles.
Although it is feedback control, it has good responsiveness and is suitable for high-speed control. Also, in this case, if the on-off valve continues to be turned on, the spool may go too far and cause a deviation, but this has been avoided.

言い替えると、スプール変位が停止するであろう位置は
オンオフ弁や油圧系の特性に依存して一義的に予測でき
ることに着目し、当該予測値を用いてオンオフ弁をオン
操作すべきかあるいはオフ繰作すべきかの判断時期を早
めることで、フィードバック制御の応答遅れを補わせる
ことにしたのである。
In other words, focusing on the fact that the position at which the spool displacement will stop can be uniquely predicted depending on the characteristics of the on-off valve and the hydraulic system, the predicted value can be used to determine whether the on-off valve should be turned on or turned off. The decision was made to make up for the response delay of feedback control by advancing the timing of determining whether to do so.

なお、U=0が選択された場合には、続く整定過程モー
ドで一定外乱の推定及びパラメータの推定準備がなされ
るが、その場合に必要となるデータ(9+d(to )
及びT)がメモリに格納され、目標値Rがホールドさ老
る(ステップ50〜52)。
Note that when U=0 is selected, constant disturbance estimation and parameter estimation preparations are made in the subsequent settling process mode, but in that case, the necessary data (9+d(to)
and T) are stored in the memory, and the target value R is held and aged (steps 50 to 52).

(b)U = 1がつR−ε≧9またはU=−1かっR
十ε≦9の場合 これらの場合は、オンオフ弁が継続してオン操作される
ようU=±1が維持される(ステップ48)。
(b) U = 1R-ε≧9 or U=-1R
When 1ε≦9 In these cases, U=±1 is maintained so that the on-off valve is continuously turned on (step 48).

(ff)整定過程モード(U=±1→0)このモードで
は整定過程で得られるdのデータに基づいて一定外乱の
補償とパラメータの推定帛備とが行なわれる。
(ff) Settling process mode (U=±1→0) In this mode, constant disturbance compensation and parameter estimation are performed based on the data of d obtained in the settling process.

(イ)一定性乱の推定 一定外乱は式(6)よりy(to +N+ 2 )と9
の差から求められる(ステップ58)。
(b) Estimation of constant disturbance From equation (6), the constant disturbance is y(to +N+ 2 ) and 9
(step 58).

いま、ψを式(16)に代入して得られるdをdとおく
と、 d(to +N+2)”? (to +N+2)  R
o −(16^)が得られる。ただし、ROは時刻to
でホールドされたRの値である。
Now, let d be d obtained by substituting ψ into equation (16), then d(to +N+2)"? (to +N+2) R
o −(16^) is obtained. However, RO is time to
This is the value of R held at .

また、 d(to 十N+2)=y(to +N+2)  Ro
  −(1613)であるから、両式を差し引くと、 d(to + N+2)  d(to 十N+ 2)=
y(to +N+2)  9 (to 十N+2)・・
・(16C) となるので、式(16C)の左辺の値を求めれば、右辺
すなわちy(to +N+2)と9の差が求まる。
Also, d(to 1N+2)=y(to +N+2) Ro
-(1613), so by subtracting both equations, d(to + N+2) d(to 10N+2)=
y(to +N+2) 9 (to 10N+2)...
・(16C) Therefore, by finding the value of the left side of equation (16C), the difference between the right side, that is, y(to +N+2) and 9 can be found.

この場合、y(to +N+2)−9(=KF FOΣ
aN 十1・0 1−;)が値を持つということは、9がもはや正確な値
を与えないことを意味するが、式(7)より定常偏差分
だけ修正された値(RKFFOΣaN +i・O I−;)が改めてRと置き直されることで(ステップ5
9)、中立復帰バネの経時変化等に伴う定常偏差が解消
される。
In this case, y(to +N+2)-9(=KF FOΣ
The fact that aN 11・0 1-; I-;) is replaced with R again (Step 5
9) Steady-state deviations caused by changes in the neutral return spring over time are eliminated.

(ロ)パラメータの推定 これは(v)で説明したように、かなりの演算時間を要
するので、第5図に示す70−ではパラメータ推定の開
始指示フラグをセットするに止どめ(ステップ60)、
実際の演算は第6図に示す別の70−においてパラメー
タ推定の開始指示フラグがセットされている場合に実行
される(ステップ62〜64)。すなわち、ステップ5
4では合計(N+3>個のcl(t)のデータ(dDo
 ) −d(to + N+ 2))がメモリに格納さ
れるので、これらのデータを式(16)に逐次代入する
ことで同数個のy(t)のデータ(y(to ) −y
(to +N+2))が得られ、さらにこれらのデータ
を式(1)と(9)に代入することでaとbiが計算さ
れる。そして、計算したa及びbiの結果がパラメータ
の新しいデータとして更新される。
(b) Parameter estimation As explained in (v), this requires a considerable amount of calculation time, so in step 70- shown in FIG. 5, the parameter estimation start instruction flag is only set (step 60). ,
Actual calculations are executed when the parameter estimation start instruction flag is set in another 70- shown in FIG. 6 (steps 62 to 64). That is, step 5
4, the total (N+3> cl(t) data (dDo
) -d(to + N+ 2)) is stored in memory, so by sequentially substituting these data into equation (16), the same number of data of y(t) (y(to) -y
(to +N+2)) is obtained, and by substituting these data into equations (1) and (9), a and bi are calculated. Then, the calculated results of a and bi are updated as new parameter data.

油圧系は環境条件の影響を大きく受けるので、いつも9
が同じになるとは限らない。たとえばオンオフ弁を同じ
時間オフ操作しても、低温時には粘性が高いためにスプ
ールが思うように動かず、これとは逆に高温時には動き
すぎることさえある。
Hydraulic systems are greatly affected by environmental conditions, so always
are not necessarily the same. For example, even if the on/off valve is turned off for the same amount of time, the spool may not move as expected due to its high viscosity at low temperatures, and may even move too much at high temperatures.

したがって、油温の相違を考慮することなく、−律にス
プールの停止位置を予測することはできないのである。
Therefore, it is impossible to predict the spool stop position without considering the difference in oil temperature.

これに対して、光測ではりを決定するaとbiが一定値
ではなく、そのときのオンオフ弁や油圧系の状態に応じ
た可変値として扱われるので、そのときの制御状態に最
適な値が設定されることになり、高精度の位置制御シス
テムができあがる。しかも、高精度を実現するといって
も高価なサーボ弁と相違して安価なオンオフ弁にで達成
されており、コストとのバランスも図られている。
On the other hand, in optical measurement, a and bi, which determine the beam, are not fixed values, but are treated as variable values depending on the state of the on/off valve and hydraulic system at that time, so they are the optimal values for the control state at that time. is set, and a highly accurate position control system is completed. Moreover, although high accuracy is achieved, it is achieved with an inexpensive on-off valve, unlike an expensive servo valve, and a balance with cost is also achieved.

なお、ステップ61ではシステムの初期化(RAM、I
10ポー)、A/D変換器、タイマ及び割込み機能の初
期設定とシステム変数の初期化)が行なわれている。
Note that in step 61, the system is initialized (RAM, I
10), initial settings of the A/D converter, timer and interrupt functions, and initialization of system variables) are performed.

(発明の効果) 以上説明したように、この4発明ではオンオフ弁をオン
捏作あるいはオフ界作することで油圧アクチュエータの
位置制御を行う装置において、制御モードが継続される
場合にそのときの7クチユ工−タ位置と制御系の動特性
に関するパラメータに基づいてアクチュエータの停止予
想位置を演算する一方で、停止予想位置が7クチユエー
タの目標位置と一致するかどうかを判定し、これが一致
する場合にはオンオフ弁をオフ操作するように動作モー
ドを切り換えることとしたので、安価で信頼性の高いオ
ンオフ弁を用いていても高速の位置制御を行わせること
ができる。
(Effects of the Invention) As explained above, in these four inventions, in a device that controls the position of a hydraulic actuator by turning the on-off valve on or off, when the control mode is continued, the While calculating the expected stop position of the actuator based on the position of the actuator and the parameters related to the dynamic characteristics of the control system, it is determined whether the expected stop position matches the target position of the 7 actuators, and if they match, Since the operation mode is switched so that the on-off valve is turned off, high-speed position control can be performed even if an inexpensive and highly reliable on-off valve is used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明のクレーム対応図、第2図はこの発明
の一実施例の制御系のブロック図、第3図はこの実施例
の動作モードの選択条件を示す図、第4図はこの実施例
の応答の一例を示す波形図、tj&5図と第6図はこの
実施例の動作内容を示す流れ図である。 1・・・油圧アクチュエータ、2・・・オンオフ弁、3
・・・実際位置検出手段、4・・・動作モード選択手段
、5・・・駆動信号出力手段、6・・・予想位置演算手
段、7・・・判定手段、8・・・動作モード切換手段、
22・・・パイロット弁、25・・・シリング、26.
27・・・オンオフ弁、28・・・ポテンショメータ、
29・・・信号増幅器、30・・・サンプル/ホールド
回路、31・・・マイクロコンピュータ、32・・・出
力増幅器。 特許 出願人   中 野 道 雄
Fig. 1 is a diagram corresponding to the claims of this invention, Fig. 2 is a block diagram of a control system of an embodiment of this invention, Fig. 3 is a diagram showing the selection conditions of the operation mode of this embodiment, and Fig. 4 is a diagram of this embodiment. A waveform chart showing an example of the response of this embodiment, FIG. tj & 5, and FIG. 6 are a flowchart showing the operation contents of this embodiment. 1... Hydraulic actuator, 2... On/off valve, 3
...Actual position detection means, 4. Operation mode selection means, 5. Drive signal output means, 6. Expected position calculation means, 7. Determination means, 8. Operation mode switching means. ,
22... Pilot valve, 25... Schilling, 26.
27...On-off valve, 28...Potentiometer,
29... Signal amplifier, 30... Sample/hold circuit, 31... Microcomputer, 32... Output amplifier. Patent applicant Michio Nakano

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 油圧アクチュエータへの油通路に介装され駆動信号に応
じで開閉するオンオフ弁と、油圧アクチュエータの実際
位置を検出する手段と、検出した実際位置と予め定めた
目標位置との比較によりオンオフ弁をオン操作するかオ
フ操作するかの動作モードを選択する手段と、制御モー
ドが選択される場合に前記駆動信号を出力する手段とを
備える位置制御装置において、前記制御モードが継続さ
れる場合にそのときの実際位置と制御系の動特性に関す
るパラメータに基づいて前記油圧アクチュエータの停止
予想位置を演算する手段と、演算された停止予想位置が
前記目標位置と一致するかどうかを判定する手段と、こ
れが一致する場合には前記オンオフ弁をオフ操作するよ
うに動作モードを切り換える手段とを設けたことを特徴
とする位置制御装置。
An on-off valve that is installed in the oil passage to the hydraulic actuator and opens and closes in response to a drive signal, a means for detecting the actual position of the hydraulic actuator, and a means for turning on the on-off valve by comparing the detected actual position with a predetermined target position. In a position control device comprising means for selecting an operating mode of operation or off operation, and means for outputting the drive signal when the control mode is selected, when the control mode is continued. means for calculating an expected stop position of the hydraulic actuator based on the actual position of the hydraulic actuator and parameters related to dynamic characteristics of the control system; and means for determining whether the calculated expected stop position matches the target position; and means for switching the operation mode so as to turn off the on-off valve when the on-off valve is turned off.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS553014A (en) * 1978-06-21 1980-01-10 Hitachi Ltd Damping control method
JPS6282409A (en) * 1985-10-07 1987-04-15 Kayaba Ind Co Ltd Controller for rocking mechanism

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