JPH02229902A - Pneumatic driving unit - Google Patents
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- JPH02229902A JPH02229902A JP5032289A JP5032289A JPH02229902A JP H02229902 A JPH02229902 A JP H02229902A JP 5032289 A JP5032289 A JP 5032289A JP 5032289 A JP5032289 A JP 5032289A JP H02229902 A JPH02229902 A JP H02229902A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は圧縮空気源を駆動源として動作を行なう空気圧
駆動装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a pneumatic drive device that operates using a compressed air source as a drive source.
従来の技術
近年空気圧駆動装置は、動作部の出力重量比が高いため
動作部を小型・軽量化できる、安価である、駆動源から
動作部へ配管により容易に動力を伝達できンステム構築
の際の自由度が大きい等の長所を生かして広く産業分野
等で利用されている。Conventional technology In recent years, pneumatic drive devices have a high output-to-weight ratio of the operating part, making it possible to make the operating part smaller and lighter, and are inexpensive.Motor power can be easily transmitted from the drive source to the operating part through piping, making it easier to construct systems. It is widely used in industrial fields due to its advantages such as a high degree of freedom.
以下図面を参照しながら、上述した従来の空気圧駆動装
置の一例について説明する。An example of the above-mentioned conventional pneumatic drive device will be described below with reference to the drawings.
第4図は従来の空気圧駆動装置の一例を示すものである
.第4図において1は空気室を有するシリンダ、2はシ
リンダ1内を気密性を保ちながら移動できるピストン、
la,lbはピストン2によって分割された空気室、3
a,3bはそれぞれ空気室1a,Ibに空気を流入,流
出させるために弁部を全開あるいは全閉する機能を有す
る制御弁、4は圧縮空気源、5は動作部2と負荷6を接
続するロンド、7は負荷6に設けられた位置規制ピン、
8a,8bは基盤(図示せず)上に固定された位置規制
ビン、9は動作指令を受け取り、制御弁3a,3bに指
令値を与える制i211部である。Figure 4 shows an example of a conventional pneumatic drive device. In Fig. 4, 1 is a cylinder having an air chamber, 2 is a piston that can move inside the cylinder 1 while maintaining airtightness;
la, lb are air chambers divided by piston 2, 3
Control valves a and 3b have the function of fully opening or closing the valve portions in order to allow air to flow in and out of the air chambers 1a and Ib, respectively; 4 is a compressed air source; 5 connects the operating portion 2 and the load 6; Rondo 7 is a position regulating pin provided on the load 6,
8a and 8b are position regulating bins fixed on a base (not shown), and 9 is a control unit 211 that receives an operation command and provides a command value to the control valves 3a and 3b.
以上のように構成された従来の空気圧駆動装置について
以下その動作について説明する。The operation of the conventional pneumatic drive device configured as described above will be explained below.
まず負荷6をビン8aからピン8bに向かって動作させ
る場合を考える.制御弁3a,3bは3ボート弁であっ
て各ボートはそれぞれ圧縮空気源4、空気室1aあるい
はib、大気開放に接続されている。弁内の空気流路は
圧縮空気a4がら空気室1aあるいはlbと空気室1a
あるいはlbから大気開放への2系統あり、各流路にそ
れぞれ弁部がある。一つの制御弁内における各流路の弁
部は同時に開くことはなく一方が開いているときは他方
は閉じている。制御部9は入力された動作指令によって
制御弁3aの圧縮空気源4がら空気室1aへの流路にあ
る弁部を全開し、同時に制御弁3bの空気室1bから大
気開放への流路にある弁部を全開する。その結果圧縮空
気源4がら空気室1aに高圧空気が流入して空気室1a
の内部圧力が増加し、逆に空気室1bは内部圧力が大気
圧となるためピストン2には空気室1aとlbの差圧が
加わりこれが駆動力となってピストン2と口冫ド5によ
って接続されている負荷6はピン8aからピン8bに向
かって移動する。そして最終的には負荷6に設けられた
ビン7がビン8bによって位置規制され負荷6はその位
置で停止する。逆にビン8bからピン8aの方向へ動作
させる場合は制御弁3a,3bに与える指令を逆にすれ
ば良く、この時負荷6はピン7がピン8aによって位置
規制される事によって停止する。このように制御弁3a
,3bを全開.全閉させるだけで負荷6の位置決め動作
を実現することができる。First, consider the case where the load 6 is operated from the pin 8a toward the pin 8b. The control valves 3a and 3b are three-boat valves, and each boat is connected to a compressed air source 4, an air chamber 1a or ib, and an atmosphere open to the atmosphere. The air flow path inside the valve includes compressed air a4, air chamber 1a or lb, and air chamber 1a.
Alternatively, there are two systems from lb to open to atmosphere, and each flow path has a valve section. The valve portions of each flow path within one control valve do not open at the same time, and when one is open, the other is closed. Based on the input operation command, the control unit 9 fully opens the valve part of the control valve 3a in the flow path from the compressed air source 4 to the air chamber 1a, and at the same time opens the valve part of the control valve 3b in the flow path from the air chamber 1b to the atmosphere open. Fully open a certain valve. As a result, high pressure air flows into the air chamber 1a from the compressed air source 4 and
The internal pressure of the air chamber 1b increases, and conversely, the internal pressure of the air chamber 1b becomes atmospheric pressure, so the differential pressure between the air chambers 1a and 1b is applied to the piston 2, which becomes a driving force and connects the piston 2 with the gasket 5. The load 6 that is being moved moves from the pin 8a toward the pin 8b. Finally, the position of the bin 7 provided on the load 6 is regulated by the bin 8b, and the load 6 stops at that position. Conversely, when operating from the bottle 8b to the pin 8a, the commands given to the control valves 3a and 3b may be reversed, and at this time the load 6 is stopped because the position of the pin 7 is regulated by the pin 8a. In this way, the control valve 3a
, fully open 3b. The positioning operation of the load 6 can be realized simply by fully closing it.
次に従来の空気圧駆動装置の他の一例について説明する
。Next, another example of the conventional pneumatic drive device will be described.
第5図は従来の空気圧駆動装置の他の一例を示すもので
ある。第5図においてlは空気室を有するシリンダ、2
はシリンダ1内を気密性を保ちながら移動できるピスト
ン、la,lbはピストン2によって分割された空気室
、4は圧縮空気源、5は動作部2と負荷6を接続するロ
フト、10a10bはそれぞれ空気室1a,lbに空気
を流入,流出させるために弁部の開口面積を指令値に応
して変化させる機能を有する制御弁、1lは負荷6の位
置を検出する位置センサ、12a,12bはそれぞれ空
気室1a,lbの内部圧力を検出する圧カセンサ、13
は位置センサlm圧カセンサ12a,12bの信号と目
標位置指令を取り込み、制御弁10a,lObに指令値
を与える制御部である。ここで制御弁10a,10bは
それぞれ第4図における制御弁3a,3bと同しく、3
個のボートと2系統の流路を有し、各流路は同時に開く
ことはないが、各流路に設けられた弁部は制御弁3a,
3bとは異なり開口面積を指令値に応じて変化させる機
能を有している。FIG. 5 shows another example of a conventional pneumatic drive device. In Fig. 5, l is a cylinder having an air chamber, 2
is a piston that can move inside the cylinder 1 while maintaining airtightness, la and lb are air chambers divided by the piston 2, 4 is a compressed air source, 5 is a loft that connects the operating part 2 and the load 6, and 10a and 10b are air chambers, respectively. A control valve having a function of changing the opening area of the valve portion according to a command value in order to cause air to flow in and out of the chambers 1a and 1b, 1l is a position sensor that detects the position of the load 6, and 12a and 12b are respectively Pressure sensor 13 that detects the internal pressure of the air chambers 1a and lb
1 is a control unit which takes in signals from the position sensors lm pressure sensors 12a and 12b and target position commands and provides command values to the control valves 10a and lOb. Here, the control valves 10a and 10b are the same as the control valves 3a and 3b in FIG.
It has two boats and two flow paths, and each flow path is not opened at the same time, but the valve parts provided in each flow path are control valves 3a,
3b, it has a function of changing the opening area according to a command value.
以上のように構成された従来の空気圧駆動装置について
以下その動作について説明する。The operation of the conventional pneumatic drive device configured as described above will be explained below.
まず第6図に第5図における制御部13の内部詳細説明
図を示す。第6図において13aは積分器、13bは微
分器、13c−13fは増幅器である。増幅器13c.
13dの出力はそれぞれ動作部の目標位置に対する位置
偏差、動作部の速度、空気室1a,lbの平衡圧力に対
する圧力偏差のフィードバック成分でありこれらはシリ
ンダ1、動作部2、ロソド5、負荷6を含む空気圧駆動
系の状態フィードバック制’<H系を構成している。ま
た増幅器13e,13fの出力は位置偏差の積分値を増
幅して出力している。従って状態フイードバノク制御に
よるで空気圧駆動装置の位置決め動作に及ぼす空気の圧
縮性の影響を抑制し、かつ位置偏差の積分制御によって
シリンダ1とピストン2の摩擦によりピストン2に加わ
る外乱力が位置決め動作に及ぼす影響を抑制するような
制御系を構成しており、結果として得られた加算器13
iの出力によって制御弁10a.10bの開[」面禎を
変化させ空気圧駆動装置における動作部の任意の位置で
の高精度位置決め動作を実現している。First, FIG. 6 shows a detailed internal explanatory diagram of the control section 13 in FIG. 5. In FIG. 6, 13a is an integrator, 13b is a differentiator, and 13c-13f are amplifiers. Amplifier 13c.
The outputs of 13d are feedback components of the position deviation of the operating part with respect to the target position, the speed of the operating part, and the pressure deviation with respect to the equilibrium pressure of the air chambers 1a and 1b. It constitutes a state feedback system '<H system of the pneumatic drive system. Further, the outputs of the amplifiers 13e and 13f are amplified and outputted integral values of the positional deviation. Therefore, the influence of the compressibility of air on the positioning operation of the pneumatic drive device is suppressed by the state feedback control, and the disturbance force applied to the piston 2 due to the friction between the cylinder 1 and the piston 2 is suppressed from the positioning operation by the integral control of the position deviation. A control system is configured to suppress the influence, and the resulting adder 13
The output of control valve 10a. By changing the opening angle of 10b, high-precision positioning operation at any position of the operating part in the pneumatic drive device is realized.
(例えば則次他、゜″電空制御弁の動作遅れを考慮した
空気圧ザーボ系の最適制御++ 、Ml測自動制御学会
論文集、第24巻、第5号、昭和63年5月、58ペー
ジ)。(For example, Noritsugu et al., ゜''Optimal control of pneumatic servo system considering operation delay of electro-pneumatic control valve++, Proceedings of the Institute of ML Instrumentation and Automatic Control, Vol. 24, No. 5, May 1988, p. 58 ).
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記のような構成では次のような問題点が
生しる。すなわち、第1の従来例においては比較的簡便
な構成で位置決め等の動作が実現されているが、機械的
な位置規制によって位置決めを行っているため、高速に
位置決めできるものの、ある固定された2点間の位置決
め動作しか実現できず、目標位置の変更が容易にできな
い、さらに多くの点における位置決めが困難である等と
いう問題点が生ずる。Problems to be Solved by the Invention However, the above configuration causes the following problems. In other words, in the first conventional example, operations such as positioning are realized with a relatively simple configuration, but since positioning is performed by mechanical position regulation, high-speed positioning is possible; Problems arise in that only positioning operations between points can be realized, the target position cannot be easily changed, and positioning at many points is difficult.
また第2の従来例においては位置センサ、圧力センサ等
の情報を用いて状態フィードバック制御を適用すること
により空気の圧縮性が位置決めに及ぼす影響を抑制し、
また位置偏差を積分してピストンに加わる外乱力である
摩擦力の影響を抑制しながら位1決め動作を行なってい
るため、任意の位置での位置決め動作が容易に実現でき
、従って目標位置の変更や多点の位置決めも容易である
.しかしながら摩擦力の影響を抑制するために積分器を
用いて位置偏差を積分しているため積分動作に少なから
ず時間を要し、特に空気圧駆動装置では摩擦力が大きい
ため結果として位置決め完了までに非常に長い時間を要
するという問題点が生ずる。In addition, in the second conventional example, the influence of air compressibility on positioning is suppressed by applying state feedback control using information from position sensors, pressure sensors, etc.
In addition, since the positioning operation is performed while integrating the positional deviation and suppressing the influence of frictional force, which is a disturbance force applied to the piston, positioning operation at any position can be easily achieved, and therefore the target position can be changed. It is also easy to position multiple points. However, in order to suppress the influence of frictional force, an integrator is used to integrate the positional deviation, so the integration operation takes a considerable amount of time.Especially in pneumatic drive systems, the frictional force is large, so as a result, it takes a long time to complete positioning. A problem arises in that it takes a long time.
本発明は上記問題点に鑑み、任意の目標位置に対する位
置決め等の動作を高速・高精度かつ容易に実現する空気
圧駆動装置を提供するものである。In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a pneumatic drive device that easily realizes operations such as positioning to an arbitrary target position at high speed, with high precision, and with ease.
課題を解決するための手段
F記課題を解決するために本発明の空気圧駆動装Mは、
空気室と該空気室内を気密性を保らながら移動可能な動
作部とを有する空気圧アクチュエータと、前記動作部に
より分割された空気室群のそれぞれに指令値に応じて空
気を流入あるいは流出させることができる制御弁群と、
前記動作部に加わる流体力を検出する流体力検出部と、
前記動作部の動作状態を検出する動作状態検出部と、前
記動作状態検出部と前記流体力検出部の出力信号、及び
目標動作状態を入力として前記動作部が前記目標動作状
態に従って移動するために必要な指令値を前記制御弁群
に出力する動作制御部と、前記流体力検出装置の出力信
号と前記動作状態検出装゜置の出力信号を入力として前
記動作部に加わる外乱力を推定し、該外乱力を補償する
ために必要な1旨令値を前記推定外乱力を用いて演算し
て前記制御弁群に出力する外乱力補償部とを備えたもの
である。Means for Solving the Problems F In order to solve the problems, the pneumatic drive device M of the present invention includes:
A pneumatic actuator having an air chamber and an operating section movable within the air chamber while maintaining airtightness, and causing air to flow into or out of each of the air chamber groups divided by the operating section according to a command value. A control valve group capable of
a fluid force detection unit that detects fluid force applied to the operating unit;
an operating state detecting section for detecting an operating state of the operating section; output signals of the operating state detecting section and the fluid force detecting section; and a target operating state for the operating section to move according to the target operating state. an operation control unit that outputs a necessary command value to the control valve group; and an output signal of the fluid force detection device and an output signal of the operation state detection device to estimate a disturbance force applied to the operation unit; and a disturbance force compensator that calculates a first order value necessary for compensating the disturbance force using the estimated disturbance force and outputs it to the control valve group.
作用
本発明は上記した構成によって位置センサ,圧カセンサ
等の情報を用いて状態フィードバック制御を適用するこ
とにより空気の圧縮性が位置決めに及ぼす影響を抑制し
、ピストンに加わる外乱力である摩擦力を推定してその
推定値を用いて直接的に摩擦力を打ち消すような補償入
力を加えることにより摩擦力の影響を高速に抑制するこ
とができ、従って任意の目標位置に対する位置決め等の
動作を高速・高精度かつ容易に実現することができる。Operation The present invention suppresses the influence of air compressibility on positioning by applying state feedback control using information from position sensors, pressure sensors, etc. with the above-described configuration, and reduces frictional force, which is a disturbance force applied to the piston. By estimating and applying a compensation input that directly cancels out the frictional force using the estimated value, it is possible to quickly suppress the influence of the frictional force, and therefore to perform operations such as positioning to an arbitrary target position at high speed. It can be easily realized with high precision.
実施例
以下本発明の一実施例の空気圧駆動装置について、図面
を参照しながら説明する。EXAMPLE Hereinafter, a pneumatic drive device according to an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例における空気圧駆動装置の構
成を示す全体図である.
第1図においてlは空気室を有するシリンダ、2はシリ
ンダl内を気密性を保ちながら移動できるピストン、l
a,lbはピストン2によって分割された空気室、4は
圧縮空気源、5は動作部2と負荷6を接続するロッド、
lQa,10bはそれぞれ空気室1a,lbに空気を流
入.流出させるために弁部の開口面積を指令値に応して
変化させる機能を有する制御弁、1lは負荷6の位置を
検出する位置センサ、12a、12bはそれぞれ空気室
1a,lbの内部圧力を検出する圧カセンサ、14は位
置センサ11,圧カセンサ12a,12bの信号と目標
位置指令を取り込み、制御弁10a,fobに指令値を
与える制御部、15は位置センサ11.圧カセンサ12
a,12bの信号を取り込みピストン2に加わる外乱力
である摩擦力を推定しその推定植を用いて直接的に摩擦
力を打ち消すような補償入力を出力する外乱力捕償部、
16a,16bは制御部l4と外乱力補償部l5からの
制御弁10a,10bへの入力を補正する指令値補償部
である。FIG. 1 is an overall diagram showing the configuration of a pneumatic drive device in an embodiment of the present invention. In Fig. 1, l is a cylinder having an air chamber, 2 is a piston that can move inside the cylinder l while maintaining airtightness, and l is a cylinder that has an air chamber.
a and lb are air chambers divided by the piston 2, 4 is a compressed air source, 5 is a rod connecting the operating part 2 and the load 6,
lQa and 10b allow air to flow into the air chambers 1a and lb, respectively. A control valve having a function of changing the opening area of the valve portion according to a command value to allow the flow to flow out, 1l is a position sensor for detecting the position of the load 6, and 12a and 12b are for detecting the internal pressure of the air chambers 1a and 1b, respectively. 14 is a pressure sensor for detecting the position sensor 11, a control section that takes in signals from the pressure sensors 12a and 12b and a target position command, and provides command values to the control valves 10a and fob; 15 is a control section for the position sensor 11. Pressure sensor 12
a disturbance force compensator that takes in the signals of signals a and 12b, estimates the frictional force that is the disturbance force applied to the piston 2, and outputs a compensation input that directly cancels out the frictional force using the estimation;
Reference numerals 16a and 16b are command value compensators that correct inputs from the control unit l4 and the disturbance force compensator l5 to the control valves 10a and 10b.
以上のように構成された空気圧駆動装置について以下第
1図.第2図.第3図を用いてその動作を説明する。The pneumatic drive device configured as described above is shown in Fig. 1 below. Figure 2. The operation will be explained using FIG.
まず第2図は第1図における制御部14の内部構成を示
す詳細説明図である。第2図において14aは微分器、
14b,14cは増幅器である。First, FIG. 2 is a detailed explanatory diagram showing the internal configuration of the control section 14 in FIG. 1. In FIG. 2, 14a is a differentiator;
14b and 14c are amplifiers.
増幅器l4b.l4Cの出力はそれぞれ動作部の目標位
置に対する位置偏差、動作部の速度、空気室+a,lb
の平衡圧力からの圧力偏差のフイードバンク成分であり
これらはシリンダ1、動作部2、ロツド5、負荷6を含
む空気圧駆動系の状態フィードバンク制御系を構成して
いる。従,てこの状態フィードバック制御によって空気
の圧縮性が位置決め動作に及ぼず影響を抑制して動作部
の任意の位置での位置決め動作を実現できる。Amplifier l4b. The output of l4C is the position deviation of the operating part from the target position, the speed of the operating part, and the air chamber +a, lb.
These components constitute a state feedbank control system of the pneumatic drive system including the cylinder 1, the operating section 2, the rod 5, and the load 6. Therefore, the compressibility of the air does not affect the positioning operation by lever state feedback control, suppressing the influence and realizing the positioning operation at any position of the operating section.
次に第3図は第1図における外乱力捕償部15の詳細説
明図である。第3図において15aはピストン2に加わ
る摩擦力等を推定する外乱力推定部であり、その内部構
成について以下に説明する.まず空気室1a,lb内の
圧力をpl.p2、ピストン2とロツド5、負荷6全体
の質量をM、ピストン2の空気室la側の受圧面積をA
1、空気室lb側の受圧面積をA2、ピストン2の中央
位置を原点に取った場合のピストン位置をX、ピストン
2に加わる摩擦力をT,とすると、Mx=A (p+
−P2 ) 十T,の関係が成り立つ。ここで上式の摩
擦力T,が一定であると仮定し、状態変数ベクトルX。Next, FIG. 3 is a detailed explanatory diagram of the disturbance force compensation section 15 in FIG. 1. In FIG. 3, 15a is a disturbance force estimator that estimates the frictional force etc. applied to the piston 2, and its internal configuration will be explained below. First, the pressure in the air chambers 1a, lb is set to pl. p2, the mass of the piston 2, rod 5, and load 6 as a whole is M, and the pressure receiving area of the air chamber la side of the piston 2 is A.
1. If the pressure receiving area on the air chamber lb side is A2, the piston position when the center position of the piston 2 is taken as the origin is X, and the frictional force applied to the piston 2 is T, then Mx=A (p+
-P2) The relationship 10T holds true. Here, assuming that the frictional force T in the above equation is constant, the state variable vector X.
を(x,x,T,)、入力変数Uを(p.−p2)、出
力変数yをXとおくと、上式のシステムに対する状態方
程式と出力方程式は、
x 6 =A6 x 6 + b 8u
−(1)y=cθXe
{旦し、
ce=(1 0 0)
となる.(υ弐に示したピストン2の運動に関する圧力
pm,P2からピストン2の位1xまでのシステムは線
形システムであるので下記のような構造を持つオプザー
バ(状態推定H)が構成できる。(x, x, T,), the input variable U is (p.-p2), and the output variable y is X, then the state equation and output equation for the system in the above equation are x 6 = A6 x 6 + b 8u
-(1) y=cθXe {and then ce=(1 0 0). (Since the system from the pressure pm, P2 related to the movement of the piston 2 shown in υ2 to the position 1x of the piston 2 is a linear system, an observer (state estimation H) having the following structure can be configured.
すなわち、
X,wA,Xe+b.u−}−k6 (y )’)
・・・・・・(2)
T,=c,xe
但し c,= (0,0.1)
である.ここでx8。y, T,はそれぞれx8,>I
, T,の推定値、k8はオブザーバのゲインヘクトル
である。このゲインベクトルを適切に決めることにより
X,とXI3は速やかに一致し、従ってX8に含まれる
摩擦力T,の推定ができる。外乱力推定部15aは(2
)式で表わされるオブザーバを電気回路、あるいはソフ
トウエア等で実現したものである.
次に1 5 b, 1 5 cは], 5 aで推定
した摩擦力の値を用いて実際にピストン2に加わってい
る摩擦力を打ち消すために必要な制御弁1 0 a,1
0 bへの開口面積の指令値を出力する外乱補償部であ
り、15a,15bからの出力をslab , s2
9kとすると、
S+eb = kikl ・T, /2s.,.
=−k.hx − ’r, /2 −・−(
4)となる。ここでk9kl + k9htは制御弁
10a,10bへの入力であるSllb + szg
hから位置センサ1lの出力であるXまでの空気圧駆動
装置全外乱補償ゲインである。That is, X, wA, Xe+b. u-}-k6 (y)')
......(2) T,=c,xe where c,= (0,0.1). Here x8. y, T, are respectively x8,>I
, T, and k8 is the gain hector of the observer. By appropriately determining this gain vector, X and XI3 will quickly match, and therefore the frictional force T included in X8 can be estimated. The disturbance force estimator 15a calculates (2
) is realized using an electric circuit or software. Next, 1 5 b, 1 5 c are the control valves 1 0 a, 1 necessary to cancel the frictional force actually applied to the piston 2 using the value of the frictional force estimated in 5 a.
This is a disturbance compensator that outputs the command value of the aperture area to 0b, and outputs from 15a and 15b are used as slab and s2.
9k, S+eb = kikl ・T, /2s. 、.
=-k. hx − 'r, /2 −・−(
4). Here, k9kl + k9ht is Sllb + szg, which is the input to the control valves 10a and 10b.
This is the total disturbance compensation gain of the pneumatic drive device from h to X, which is the output of the position sensor 1l.
このように外乱力補償部l5はピストン2に加わる摩擦
力を精度良く推定し、その摩擦力の影響を打ち消すため
に必要な指令値を直接的に各制御弁に出力するためピス
トン2に加わるFtlt!J力が位置決め精度に及ぼす
影響を高速に抑制することができ、高速かつ高精度の位
置決め動作が実現できる。In this way, the disturbance force compensator l5 accurately estimates the frictional force applied to the piston 2, and directly outputs the command value necessary to cancel the influence of the frictional force to each control valve. ! The influence of J force on positioning accuracy can be suppressed at high speed, and high-speed and highly accurate positioning operation can be realized.
次に指令値補償部16a,16bは制御部14と外乱力
補償部15からの制御弁10a.10bへの指令値の合
計を入力とし、次の関係式に基づいて指令値を補正する
。制御部14と外乱力補償部l5からの制御弁10a,
10bへの指令値の合計をそれぞれSll’+ 32
,、指令値補償部16a16bから制御弁10a,10
b への出力を81,S2とすると、
であり、α1,α2はP,/P0でありここでP3は圧
縮空気源4の圧力、P0は空気室1a,lb内の定常状
態における平衡圧力である.制御弁10a,lObは弁
部の開口面積を変化することにより空気室1a、1bへ
の流入流量、流出流量を変化させて空気室1a,lb内
の圧力、負荷6の位置を制御しているが、この開口面積
と流量の関゛係が、流入の場合(S,≧0)と流出(S
,<0)で以下のように異なる。すなわち制御弁10a
の場合を考え、流量をG,(流入の場合GI≧0、流出
の場合G,<0)とすると、
・・・・・・(7)
なる関係弐で表される。ここでK0は空気温度や空気の
特性値で決まる定数である。P,#P0であるので(5
), (6)弐のような補正をすることで流出の場合と
流入の場合とでの特性を均一にでき、従ってより高速か
つ高精度な制御を実現すること訪{できる.
以上のように本実施例によれば、動作部に加わる外乱力
である摩擦力による影響を高速に外乱力補償部で抑制し
、かつ動作制御部によって空気の圧縮性による影響を抑
制し、さらに指令値補償部により空気の流入,流出特性
を均一化する事で、任意の目標位置への位置決め等の動
作を高速・高精度、かつ容易に実現することができる。Next, the command value compensators 16a and 16b receive signals from the control valve 10a and the disturbance force compensator 15 from the control unit 14 and the disturbance force compensator 15, respectively. The total command value to 10b is input, and the command value is corrected based on the following relational expression. Control valve 10a from control unit 14 and disturbance force compensation unit l5,
The total of the command values to 10b is Sll' + 32
,, from the command value compensator 16a16b to the control valves 10a, 10
If the output to b is 81, S2, then α1, α2 are P, /P0, where P3 is the pressure of the compressed air source 4, and P0 is the equilibrium pressure in the steady state in the air chambers 1a, lb. be. The control valves 10a and 10b control the pressure in the air chambers 1a and 1b and the position of the load 6 by changing the inflow and outflow flow rates to the air chambers 1a and 1b by changing the opening area of the valve portion. However, the relationship between this opening area and flow rate is different for inflow (S, ≧0) and outflow (S
, < 0) and differ as follows. That is, the control valve 10a
Considering the case, and assuming that the flow rate is G, (GI≧0 in the case of inflow, G, <0 in the case of outflow), the relationship 2 is expressed as follows (7). Here, K0 is a constant determined by the air temperature and air characteristic values. Since P, #P0, (5
), (6) By making the corrections shown in (2), it is possible to make the characteristics uniform between the outflow and inflow cases, thereby realizing faster and more accurate control. As described above, according to this embodiment, the influence of friction force, which is a disturbance force applied to the operating part, is suppressed at high speed by the disturbance force compensator, and the influence of the compressibility of air is suppressed by the operation control part. By equalizing the air inflow and outflow characteristics using the command value compensator, operations such as positioning to an arbitrary target position can be easily achieved at high speed and with high precision.
なお本実施例において、外乱力補償部における外乱力推
定部を(2)式に示した同一次元オブザーバで構成した
が、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば最小
次元オブザーバなど他の状態観測器の構成でもよい。ま
た指令値補償部は(5). (6)式中のα1,α2を
定数P./P,で与えているが、これは簡便な方式を考
えたものであり、必ずしもこの補正法に限るものではな
く例えば、(5),(6)式におけるα1.α2を、
αr −P * / P1 ・・・
・・・(8)α2==p, /p2
のように変数として与えてもよい.この場合、より均一
な制御弁における流量特性を実現でき、さり均一な制御
弁における流量特性を実現でき、さらに高速、高精度化
が実現できる。In this embodiment, the disturbance force estimator in the disturbance force compensator is configured with the same-dimensional observer shown in equation (2), but it is not necessarily limited to this configuration. For example, other state observers such as a minimum-dimensional observer It may be configured as follows. Also, the command value compensation section is (5). α1 and α2 in equation (6) are constants P. /P, but this is a simple method and is not necessarily limited to this correction method. For example, α1. in equations (5) and (6). α2 is αr −P * / P1...
...(8) It may be given as a variable like α2==p, /p2. In this case, it is possible to achieve more uniform flow characteristics in the control valve, it is possible to achieve more uniform flow characteristics in the control valve, and even higher speed and higher precision can be achieved.
発明の効果
以上のように本発明の空気圧駆動装置は、空気室と該空
気室内を気密性を保ちながら移動可能な動作部とを有す
る空気圧アクチュエー夕と、前記動作部により分割され
た空気室群のそれぞれに指令値に応じて空気を流入ある
いは流出させることができる制御弁群と、前記動作部に
加わる流体力を検出する流体力検出部と、前記動作部の
動作状態を検出する動作状態検出部と、前記動作状態検
出部と前記流体力検出部の出力信号、及び目標動作状態
を入力としてnTI記動作部が前記目標動作状態に従っ
て移動するために必要な指令値を前記制御弁群に出力す
る動作制御部と、前記流体検出装置の出力信号と前記動
作状態検出装置の出力信号を入力として前記動作部に加
わる外乱力を推定し、該外乱力を補償するために必要な
指令値を前記推定外乱力を用いて演算して前記制御弁群
に出力する外乱力補償部とを設けたことにより、空気圧
駆動装置の位置決め等の動作において任意の動作を容易
に、かつ高速・高精度に実現できるという効果を有する
.Effects of the Invention As described above, the pneumatic drive device of the present invention includes a pneumatic actuator having an air chamber and an operating section that is movable within the air chamber while maintaining airtightness, and a group of air chambers divided by the operating section. a control valve group capable of causing air to flow in or out according to a command value, a fluid force detection section that detects fluid force applied to the operating section, and an operating state detection section that detects the operating state of the operating section. output signals of the operating state detecting section and the fluid force detecting section, and a target operating state to output a command value necessary for the operating section to move according to the target operating state to the control valve group. an operation control unit that estimates a disturbance force applied to the operation unit by inputting an output signal of the fluid detection device and an output signal of the operation state detection device, and calculates a command value necessary for compensating for the disturbance force. By providing a disturbance force compensator that calculates using the estimated disturbance force and outputs it to the control valve group, arbitrary operations such as positioning of the pneumatic drive device can be easily achieved at high speed and with high precision. It has the effect of being able to
第1図は本発明の実施例における空気圧駆動装置の全体
図、第2図は同空気圧駆動装置における動作制御部の詳
細図、第3図は同空気圧駆動装置における外乱力補償部
の詳細図、第4図は従来の空気圧駆動装置の全体図、第
5図は他の従来の空気圧駆動装置の全体図、第6図は従
来の空気圧駆動装置における動作制御部の詳細説明図で
ある。
l・・・・・・空気圧シリンダ、2・・・・・・ピスト
ン、10a10b・・・・・・制御弁、11・・・・・
・位置センサ、12a.12b・・・・・・圧カセンサ
、14・・・・・・制御部、l5・・・・・・外乱力補
償部。
代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名嬉
図
第
図FIG. 1 is an overall view of a pneumatic drive device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed view of an operation control section in the same pneumatic drive device, and FIG. 3 is a detailed view of a disturbance force compensator in the same pneumatic drive device. FIG. 4 is an overall view of a conventional pneumatic drive device, FIG. 5 is an overall view of another conventional pneumatic drive device, and FIG. 6 is a detailed explanatory diagram of an operation control section in the conventional pneumatic drive device. l...Pneumatic cylinder, 2...Piston, 10a10b...Control valve, 11...
- Position sensor, 12a. 12b...Pressure sensor, 14...Control unit, l5...Disturbance force compensation unit. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano
Claims (7)
能な動作部とを有する空気圧アクチュエータと、前記動
作部により分割された空気室群のそれぞれに指令値に応
じて空気を流入あるいは流出させることができる制御弁
群と、前記動作部に加わる流体力を検出する流体力検出
部と、前記動作部の動作状態を検出する動作状態検出部
と、前記動作状態検出部と前記流体力検出部の出力信号
、及び目標動作状態を入力として前記動作部が前記目標
動作状態に従って移動するために必要な指令値を前記制
御弁群に出力する動作制御部と、前記動作部に加わる外
乱力を補償するために必要な指令値を前記制御弁群に出
力する外乱力補償部とを備え、前記外乱力補償部は前記
流体力検出装置の出力信号と前記動作状態検出装置の出
力信号を入力として前記動作部に加わる外乱力を推定し
、該外乱力を補償するために必要な指令値を前記推定外
乱力を用いて求め、前記制御弁群に出力することを特徴
とする空気圧駆動装置。(1) A pneumatic actuator that has an air chamber and an operating section that can move within the air chamber while maintaining airtightness, and air flows into or out of each of the air chamber groups divided by the operating section according to a command value. a group of control valves that can be operated, a fluid force detection section that detects fluid force applied to the operating section, an operating state detection section that detects the operating state of the operating section, the operating state detection section and the fluid force detection section. an operation control section that outputs a command value necessary for the operation section to move according to the target operation state to the control valve group by inputting an output signal of the section and a target operation state; a disturbance force compensator that outputs a command value necessary for compensation to the control valve group, and the disturbance force compensator receives an output signal of the fluid force detection device and an output signal of the operating state detection device as input. A pneumatic drive device, characterized in that a disturbance force applied to the operating section is estimated, a command value necessary to compensate for the disturbance force is determined using the estimated disturbance force, and is output to the control valve group.
る流体力と前記動作部の動作状態の関係を表す動特性モ
デルと、前記外乱力の動特性モデルとからなる外乱推定
型状態推定器によって前記外乱を推定することを特徴と
する請求項(1)に記載の空気圧駆動装置。(2) The disturbance force compensator comprises a dynamic characteristic model representing the relationship between the fluid force applied to the operating section of the pneumatic drive device and the operating state of the operating section, and a dynamic characteristic model of the disturbance force. The pneumatic drive device according to claim 1, wherein the disturbance is estimated by a device.
よって外乱力を補償するために必要な指令値を求めるこ
とを特徴とする請求項(1)に記載の空気圧駆動装置。(3) The pneumatic drive device according to claim 1, wherein the disturbance force compensator obtains a command value necessary for compensating the disturbance force by multiplying the estimated disturbance force by a coefficient.
する圧力検出装置群によって構成されている請求項(1
)に記載の空気圧駆動装置。(4) Claim (1) wherein the fluid force detection section is constituted by a pressure detection device group that detects the pressure of each of the air chamber groups.
pneumatic drive device described in ).
手段のいずれか、あるいはその組合せにより構成されて
いる請求項(1)に記載の空気圧駆動装置。(5) The pneumatic drive device according to claim (1), wherein the operating state detection section is constituted by any one of means for detecting position, velocity, and acceleration, or a combination thereof.
って空気が空気室群に流入する場合か、流出する場合か
を判別し、流入する場合と流出する場合のいずれかの場
合で前記指令値を補正して、前記制御弁群へ指令値を出
力する指令値補正部を備えた請求項(1)に記載の空気
圧駆動装置。(6) Input a command value to the control valve group, determine whether air flows into or out of the air chamber group based on the command value, and determine whether air flows in or out of the air chamber group. The pneumatic drive device according to claim 1, further comprising a command value correction section that corrects the command value and outputs the command value to the control valve group.
正手段によって構成されている請求項(6)に記載の空
気圧駆動装置。(7) The pneumatic drive device according to claim (6), wherein the command value correction section is constituted by a correction means that multiplies the command value by a certain constant coefficient.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5032289A JPH02229902A (en) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | Pneumatic driving unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5032289A JPH02229902A (en) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | Pneumatic driving unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02229902A true JPH02229902A (en) | 1990-09-12 |
Family
ID=12855668
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5032289A Pending JPH02229902A (en) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | Pneumatic driving unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02229902A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006515409A (en) * | 2003-01-24 | 2006-05-25 | バイキング テクノロジィーズ エル.シー. | Position control system for fluid operated cylinders |
JP2007186126A (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Method of controlling steering actuator for railway vehicle |
WO2013089226A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 国立大学法人筑波大学 | Actuator, actuator control method and program |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP5032289A patent/JPH02229902A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006515409A (en) * | 2003-01-24 | 2006-05-25 | バイキング テクノロジィーズ エル.シー. | Position control system for fluid operated cylinders |
JP2007186126A (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Method of controlling steering actuator for railway vehicle |
WO2013089226A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 国立大学法人筑波大学 | Actuator, actuator control method and program |
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