JPH0220842B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、空気圧利用の産業機械に使用する空
気圧アクチユエータの制御装置に関し、さらに詳
しくは、アナログ形電磁制御弁で駆動する空気圧
アクチユエータの制御装置に関するものである。

［従来の技術］ エアシリンダなどの空気圧アクチユエータは、
作動媒体としての空気が圧縮性に富むために系の
質量や摩擦力の影響を受け易いので、空気圧アク
チユエータの制御装置は、アクチユエータを異常
高速を避けた制限速度で起動させる機能及び目標
位置に正確に停止させる機能を備えることが必要
である。

この問題点を解決するアクチユエータの制御装
置として、特開昭53−68389号公報に記載された
ものが知られている。

上記公知のアクチユエータ制御装置は、第６図
に示すように、アクチユエータ３０におけるピス
トン３１の変位を変位計３２で検出し、駆動目標
値信号３３とピストンの現在位置信号３４の差に
相当する誤差信号を、一定値の飽和特性をもつ複
数の制御駆動回路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，……
に入力し、その出力信号で制御される各制御弁３
６ａ，３６ｂ，３６ｃ，……の出力の合力によつ
てアクチユエータ３０を駆動するものであり、各
制御駆動回路における利得特性を相互に異なるも
のとしている。

このように、上記制御装置は利得特性の異なる
各制御弁の出力の和によつてアクチユエータを駆
動するので、アクチユエータの制限速度での駆動
及び目標位置の正確な停止をさせることができ、
これによつてアクチユエータの制御性を向上させ
ることができるが、複数の制御駆動回路及びこの
回路で各別に制御される複数の制御弁を必要とす
るために、制御装置の信号系及び駆動系が複雑に
なる欠点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、アナログ形電磁制御弁を制御する制
御回路を、利得特性の切換が可能なものとしたこ
とによつて、アクチユエータの制御性を向上させ
るものでありながら制御装置の信号系及び駆動系
の構成を簡単なものにすることを、解決すべき問
題点とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、空気圧アクチユエータをアナログ形
電磁制御弁で駆動するものにおいて、上記制御弁
を制御する制御回路を、駆動目標値信号とフイー
ドバツクされた現在位置信号との差に相当する誤
差信号の入力を利得特性の異なる２個の飽和要素
の出力を加算して出力させるものとして構成し、
その特性を、上記誤差信号の絶対値が、零から第
１の所定値までの微小値区間にある場合には、上
記誤差信号と高利得で比例する信号を出力し、第
１の所定値からそれより大きい第２の所定値まで
の中位値区間にある場合には、上記誤差信号と低
利得で比例する信号を出力し、第２の所定値以上
の高位値区間にある場合には一定値で飽和した最
大信号を出力する折れ線状の非線形特性とし、そ
れによつて上記問題点を解決したものである。

［作用］ アクチユエータが駆動目標値位置にあるとき
は、駆動目標値信号とフイードバツクされた現在
位置信号との差である誤差信号が零のために、制
御回路からの出力がないので、アクチユエータは
その目標位置に停止している。

この状態において、新たな目標値信号を制御回
路に入力すると、それによつて誤差信号が入力さ
れ、制御回路の出力が第２の所定値より大きい場
合には制御回路から飽和した最大信号が出力され
るので、アナログ形電磁制御弁が一定飽和値に相
応する制限開口で開口してアクチユエータを制限
速度で起動させる。これによつて、アクチユエー
タの異常高速での起動が防止される。

アクチユエータの駆動によつて誤差信号値が減
少して第２の所定値より小さくなると、低利得で
比例する中位値区間に至り、制御弁の開口量が漸
減してアクチユエータの駆動速度が次第に減速さ
れる。したがつて、減速指令信号の遅れによるア
クチユエータの暴走が防止される。

アクチユエータが目標位置に近ずくことにより
誤差信号値が第１の所定値より小さくなると、高
利得で比例する微小値区間に至り、制御弁の開口
量が高感度で減少するので、アクチユエータは誤
差信号値が零の目標位置に正確に停止する。

上記飽和した最大信号、及び利得特性の異なる
２個の信号は、誤差信号の入力を利得特性の異な
る２個の飽和要素の出力を加算して出力させる制
御回路から出力されるので、１個の制御回路及び
この制御回路で駆動される制御弁によつてアクチ
ユエータを制御することができる。

［発明の効果］ 本発明は、制御回路から出力させる飽和した最
大信号、低利得で比例する信号及び高利得で比例
する信号によつて空気圧アクチユエータの制御弁
を制御するので、アクチユエータを制限速度で起
動させかつ目標位置に正確に停止させることがで
きる。

また、上記制御回路を、誤差信号の入力を利得
特性の異なる２個の飽和要素の出力を加算して出
力させるものとしたので、１個の制御回路によつ
て折れ線状の非線形特性を出力することができる
とともに、この制御回路で制御される駆動系の構
成を簡単にすることができる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する
に、第１図は空気源１からの圧縮空気をアナログ
形電磁制御弁により給排して、空気圧アクチユエ
ータとしての複動シリンダ２を駆動制御するよう
に構成したもので、上記アナログ形電磁制御弁と
しては一対の３ポート形の制御弁Ａ，Ｂを用い、
それらのシリンダポートをピストン５で区画され
たシリンダ室３，４に接続して、複動シリンダ２
のロツド６を進退できるように構成している。上
記制御弁Ａ，Ｂは、印加電流値に相応した開口特
性を有する電磁比例制御弁等のアナログ特性を備
えた弁であり、これらの制御弁を駆動するための
印加電流は前段の電流増幅回路Ａ，Ｂから出力さ
れる。上記電流増幅回路Ａ，Ｂに信号電流を入力
する制御回路は、駆動目標値信号を入力する目標
値端子８と、位置検出器からフイードバツクされ
た現在位置信号を入力するフイードバツク端子７
とを備え、それらの入力信号に基づいて以下に説
明するような演算を行い、得られた信号を出力端
子９，１０から前記増幅回路Ａ，Ｂへ出力するも
のとして構成している。

即ち、上記制御回路は、第２図にその一例を示
す如く、端子７，８への入力信号の差に相当する
誤差信号に対して出力が折れ線状の非線形特性を
有するものである。さらに具体的に説明すると、
上記誤差信号が零である場合には出力も零であ
り、誤差信号の絶対値が零から第１の所定値ａま
での微小値区間にある場合には、図示の如く傾斜
が大きく、従つて高い利得で誤差信号と比例する
信号を出力し、上記絶対値が第１の所定値ａから
それより大きい第２の所定値ｂまでの中位値区間
にある場合には、傾斜が小さく低い利得で誤差信
号と比例する信号を出力し、さらに上記絶対値が
第２の所定値ｂ以上の高位値区間にある場合に
は、一定値ｋあるいは−ｋで飽和した飽和信号を
出力するように構成している。

上記構成を有するアクチユエータ制御装置にお
いて、ロツド６が駆動目標位置にある場合には、
目標値端子８とフイードバツク端子７へのそれぞ
れの入力信号に基づく誤差信号が零であるため制
御回路からの出力はなく、ロツド６はその目標位
置に静止して第１定常状態を保持する。

この状態において、例えばロツド６を上動させ
るために新たな目標値信号を端子８に入力する
と、端子７へフイードバツクされた信号との差に
相当する誤差信号が制御回路に入力され、それが
第２の所定値ｂより大きい場合には、該制御回路
からｋまたは−ｋの飽和信号が端子９，１０を通
して出力され、これらの信号が電流増幅回路Ａ，
Ｂを経て制御弁Ａ，Ｂに伝達される。これにより
作動指令を受けた制御弁は、一定飽和値ｋ、−ｋ
に相応する制限開口によりシリンダを制限速度で
起動し、即ちシリンダ室４が制御弁Ｂを通して空
気源１から給気されると共にシリンダ室３が制御
弁Ａを介して排気され、シリンダが制限速度で起
動する。ロツド６がストロークしはじめると、経
時的に変化する現在位置信号が端子７へフイード
バツクされ、これにより制御回路へ入力される誤
差信号が漸減しはじめ、この入力が第２の所定値
ｂより小さくなると低利得の中位値区間に至り、
比例的に制御弁Ａ，Ｂの開口量が漸減してロツド
６の移動速度が次第に減速する。さらにロツド６
が移動して目標位置に近づくと、上記誤差信号が
第１の所定値ａより小さくなつて微小値区間に至
り、制御回路からの出力が高利得の出力域に至る
ため、非常に高感度に制御弁Ａ，Ｂの開口量が減
少し、ロツド６は急激な減速をうけて目標位置に
正確に到達停止して第２定常状態に至る。

上記制御回路は、第３図に示すように、例えば
アナログ計算機の要素として周知である２つの飽
和要素１３ａ，１３ｂを並列に接続し、それらか
らの出力信号を加算して第２図の折れ線状の出力
特性を実現できるようにしたものであり、図中１
１及び１４は加算器、１６はP.I.D.動作器であ
る。この制御回路においては、入力点１２と出力
点１５の入出力特性を第４図に実線で示したもの
とするために、一方の飽和要素１３ａの出力特性
を、同図に破線で示すように、入力が第１の所定
値ａ以下では線形で、その所定値ａ以上では一定
飽和値k_aで飽和するものとし、他方の飽和要素１
３ｂの出力特性を、同図に鎖線で示すように、入
力が第２の所定値ｂ以下では線形で、その所定値
ｂ以上では一定飽和値k_bで飽和するものとし、上
記両出力を加算器１４により加算することによ
り、所期の目的を達成できるようにしている。な
お、上記一対の飽和要素１３ａ，１３ｂにおける
第１及び第２の所定値ａ、ｂ、飽和値k_a、k_b及び
線形部分における利得の高低は、制御対象に応じ
て調整可能とするのが望ましい。

第３図において、加算器１１は端子７，８の信
号差としての誤差信号を求めものであり、P.I.D.
動作器１６は自動制御系の適正な応答動作を得る
ために比例・積分・微分の補償動作を行うもの、
出力を２分して、一方はそのまま、他方は符号反
転器（図示せず）を介して端子９，１０に至るよ
うに構成される。

上記制御回路は、第５図に示すように、第３図
における加算器１１，１４及び飽和要素１３ａ，
１３ｂと理論的に等価なマイクロコンピユータ２
０を用いることによつて構成することができ、マ
イクロコンピユータ２０において、利得特性の異
なる２個の飽和要素の出力を加算して、第２図に
示す折れ線状の出力特性を出力するようにしてい
る。図中、２１はマイクロコンピユータ２０のデ
イジタル出力をアナログ量化するデイジタル・ア
ナログ変換器、２２は位置検出器２３のアナログ
出力をデイジタル化するアナログ・デイジタル変
換器であるが、該変換器２２は位置検出器２３が
デイジタルセンサによつて構成されている場合に
不要であることは当然である。第５図におけるそ
の他の符号は第１図におけるものと同一である。

上記実施例では空気圧アクチユエータとして複
動シリンダを位置決めする場合について説明した
が、本発明の制御装置は単動シリンダの位置決
め、エアモータの回転制御など、空気圧で作動す
る各種のアクチユエータの閉ループ制御に適用し
て有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロツク構成図、第
２図はその制御回路の出力特性図、第３図は上記
制御回路についての第１実施例の構成図、第４図
はその制御回路の出力特性図、第５図は制御回路
の第２実施例の構成図、第６図は公知のアクチユ
エータ制御装置のブロツク構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気圧アクチユエータをアナログ形電磁制御
   弁で駆動するものにおいて、上記制御弁を制御す
   る制御回路を、駆動目標値信号とフイードバツク
   された現在位置信号との差に相当する誤差信号の
   入力を利得特性の異なる２個の飽和要素の出力を
   加算して出力させるものとして構成し、その特性
   を、上記誤差信号の絶対値が、零から第１の所定
   値までの微小値区間にある場合には、上記誤差信
   号と高利得で比例する信号を出力し、第１の所定
   値からそれより大きい第２の所定値までの中位値
   区間にある場合には、上記誤差信号と低利得で比
   例する信号を出力し、第２の所定値以上の高位値
   区間にある場合には一定値で飽和した最大信号を
   出力する折れ線状の非線形特性としたことを特徴
   とするアクチユエータ制御装置。