JPH04293102A - 帰還制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧シリンダを用いた
搬送制御等に用いられる帰還制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、重量物又は超重量物（以下搬送物
という）を油圧シリンダで搬送する場合、この油圧制御
に図４に示す帰還制御装置が用いられる。そして、制御
の目標値のデータとしての位置のデータが入力端子１を
介して演算子２に与えられ、演算子２により与えられた
位置のデータから現在値のデータとしての位置検出器３
の現在位置のデータが減算される。

【０００３】さらに、演算子２の差のデータがＤ／Ａコ
ンバータ４に供給され、コンバータ４により入力データ
がアナログの制御信号としてのアナログ電圧信号Ｖに変
換される。このとき、コンバータ４の許容入力範囲が差
のデータの８ビット（例えば−１２７〜１２８）の範囲
に設定され、コンバータ４の出力電圧の上限，下限が＋
１０Ｖ，−１０Ｖに設定されていれば、差のデータの８
ビットの範囲内の変化に応じて電圧信号Ｖは図５に示す
特性で変化する。

【０００４】さらに、電圧信号Ｖが所定利得Ｇのサーボ
増幅器５に供給され、増幅器５により電圧信号Ｖがサー
ボ弁６の開閉用の電流信号Ｉに変換され、この電流信号
Ｉによりサーボ弁６の開角度が制御される。そして、こ
の開閉により油圧シリンダ７に供給される油の量（油流
量Ｑ）が電流信号Ｉに比例して変化し、この変化に基づ
き、油圧シリンダ７の単位時間当りの駆動量が調節され
る。

【０００５】さらに、油圧シリンダ７の駆動により搬送
物としての負荷８がシリンダ７の駆動量に相当する変位
Ｘ移動し、この移動により負荷８の位置が変化する。そ
して、変位Ｘに基づき検出器３が負荷８の現在位置を検
出し、現在位置のデータをフィードバック信号として演
算子２に帰還するため、負荷８の位置が与えられたデー
タに基づく目標の位置に収束するように帰還制御される
。

【０００６】このとき、入力端子１を介して演算子２に
与えられる位置のデータは、通常、到達位置に達するま
での搬送速度を台形波特性で制御して制御の安定化等を
図るため、搬送速度の制御特性に応じた時々刻々の位置
のデータに更新される。なお、検出器３の現在位置のデ
ータ，演算子２の差のデータは実際の位置，差に応じて
変化する固定ビット長又は可変ビット長のデータである
。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記図４の従来の帰還
制御装置の場合、制御精度を向上するにはコンバータ４
を入力許容範囲が広く，分解能の高い多ビット入力構成
としなければならず、コンバータ４が極めて高価になり
、コストダウンが図れない問題点がある。すなわち、入
力ビット数を変えずにコンバータ４の分解能を高めよう
とすると、その分コンバータ４の入力許容範囲が狭くな
る。

【０００８】しかも、負荷８としての搬送物を帰還制御
で搬送する場合、油圧シリンダ等の機械系の固有振動周
波数が低く、制御が発散し易いため、装置の開ループ利
得は、通常、サーボ増幅器５の利得Ｇを小さくして低く
設定される。そして、演算子２から出力された差のデー
タはコンバータ４の入力許容範囲の上限又は下限外の過
大なデータとなり易く、差のデータが過大になると、制
御信号としての電圧信号Ｖは正又は負の限界電圧（＋１
０Ｖ又は−１０Ｖ）に飽和し、差のデータに相当する電
圧に達しなくなり、制御の定常偏差が生じる。

【０００９】したがって、差のデータによって要求され
る搬送速度の制御指令特性が図６の実線ａになるときに
、前記定常偏差に基づき、実際の搬送速度は同図の実線
ｂに示すように、要求される速度より低い速度に固定さ
れ、所望の帰還制御が行われなくなる。そのため、コン
バータ４の分解能を高くして制御精度を高めるときは、
それに伴ない入力ビット数を多くして十分な入力許容範
囲を確保する必要があり、コンバータ４が高価になる。

【００１０】そして、油圧シリンダを用いた搬送制御だ
けでなく、種々の搬送制御等においても、その制御をＤ
／Ａコンバータを用いた帰還制御装置で行うときは、前
記と同様の問題点が生じる。本発明は、入力ビット数の
少ない安価なＤ／Ａコンバータを用いて高精度の制御を
行うことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の帰還制御装置においては、請求項１の場
合、与えられた目標値のデータと制御対策の現在値のデ
ータとの差のデータを１／Ｋ（Ｋは定数）に圧縮してＤ
／Ａコンバータに供給する入力側係数器と、前記コンバ
ータから出力された前記制御信号をＫ倍して制御量を増
幅補正する出力側係数器と、前記コンバータの入力側に
設けられ前記制御対象が到達状態から所定範囲内の状態
まで引込まれたときに前記コンバータの入力データを前
記入力側係数器の出力データから前記差のデータに切換
える入力側切換スイッチと、前記コンバータの出力側に
設けられ前記入力側スイッチの切換え時前記制御対象の
制御を前記出力側係数器の出力信号による制御から前記
制御信号による制御に切換える出力側切換スイッチとを
備える。

【００１２】請求項２の場合、シーケンス制御特性に応
じて変化する各時点の目標値のデータと制御対象の各時
点の現在値のデータとの差のデータを１／Ａ（Ａは１以
上の変数）に可変して前記コンバータに供給する入力側
可変係数器と、前記コンバータから出力された前記制御
信号をＡ倍して前記制御量を可変補正する出力側可変係
数器と、前記制御特性に応じた前記制御量の可変特性が
設定され前記各時点の目標データの変化に追従して前記
両係数器の前記変数Ａを可変設定する係数制御器とを備
える。

【００１３】

【作用】前記のように構成された本発明の帰還制御装置
の場合、まず、請求項１の構成においては、入力側切換
スイッチ及び出力側切換スイッチの切換えにより、制御
対象が到達状態にある程度近づくまでは、差のデータが
入力側係数器で１／Ｋに圧縮されてＤ／Ａコンバータに
供給され、コンバータから出力された制御信号がＫ倍さ
れて制御に用いられる。

【００１４】このとき、差のデータがコンバータの入力
許容範囲より広い範囲で変化しても、コンバータの入力
はその１／Ｋでしか変化せず、等価的に、コンバータの
分解能が元の分解能から低下し、コンバータから出力さ
れる制御信号は、飽和することなく差のデータに応じて
変化する。さらに、コンバータから出力された制御信号
がＫ倍に拡大補正されて制御に用いられるため、制御量
が圧縮前の差のデータに追従して変化し、制御精度は多
少低くなるが、定常偏差なく制御が行われる。

【００１５】この制御によって制御対象が到達状態に近
づき、差のデータの変化範囲が狭くなると、入力側切換
スイッチ及び出力側切換スイッチの切換えにより、差の
データがそのままコンバータに入力されるとともに、コ
ンバータから出力された制御信号がそのまま制御に用い
られる。このとき、コンバータが高分解能の元の状態に
戻り、差のデータに応じたコンバータの制御信号により
、制御対象は高精度に到達状態に引込まれて制御される
。したがって、高分解能に固定する場合よりコンバータ
の入力許容範囲が狭くて済み、入力ビット数の少ない安
価なＤ／Ａコンバータを用いて高精度の制御が行える。

【００１６】また、請求項２の構成においては、係数制
御器による変数Ａの可変設定により、コンバータの入力
側に設けた入力側可変係数器の圧縮及びコンバータの出
力側に設けた出力側可変係数器の増幅補正が、切換スイ
ッチ等を用いることなく、制御特性に応じて連続的に変
化する。そのため、請求項１の構成の場合と同様、入力
ビット数の少ない安価なＤ／Ａコンバータを用いて形成
でき、しかも、制御特性にしたがって制御量が連続的に
変化し、所望の制御特性で精度のよい制御が行える。

【００１７】

【実施例】実施例について、図１ないし図３を参照して
説明する。 （第１の実施例）まず、第１の実施例について、図１を
参照して説明する。図１において、図４と同一符号は同
一もしくは相当するものを示し、９は入力側係数器、１
０は出力側係数器、１１は入力側切換スイッチ、１２は
出力側切換スイッチ、１３は比較器である。

【００１８】そして、係数器９は入力データを１／Ｋ（
Ｋは１より大きい定数）に圧縮するデジタルの割算器か
らなり、係数器１０は入力信号をＫ倍して増幅補正する
アナログの乗算器からなる。また、アナログスイッチ等
からなる切換スイッチ１１，１２は、比較器１３の出力
信号により連動して切換わる。

【００１９】さらに、比較器１３は検出器３の現在位置
のデータと内部設定された基準データとを比較し、負荷
８が到達位置から所定範囲に近づくまでは、出力が反転
せず、切換スイッチ１１，１２が係数器９，１０側に保
持される。このとき、演算子２の差のデータは切換スイ
ッチ１１を介して係数器９に供給され、１／Ｋに圧縮さ
れてコンバータ４に供給される。

【００２０】また、コンバータ４から出力された電圧信
号Ｖは、切換スイッチ１２を介して係数器１０に供給さ
れ、Ｋ倍されてサーボ増幅器５に供給される。そして、
コンバータ４は例えば図５の出力特性を有する８ビット
入力の安価なＤ／Ａコンバータからなり、分解能を高め
るため、入力許容範囲が差のデータの変化範囲より狭く
なっている。

【００２１】しかし、負荷８が到達位置から所定範囲に
近づくまでの間、コンバータ４は差のデータが１／Ｋに
圧縮して供給され、入力データが入力許容範囲内で変化
して電圧信号Ｖが飽和しないため、等価的に分解能が低
下して差のデータに対する入力許容範囲が広がる。

【００２２】さらに、電圧信号ＶがＫ倍され、その正，
負の限界電圧が＋１０Ｖ，−１０ＶそれぞれのＫ倍に増
幅補正されるため、サーボ増幅器５の電流信号Ｉに基づ
いて油圧シリンダ７に供給される油流量Ｑの変化範囲も
元のＫ倍に拡がり、変位Ｘが差のデータに応じて飽和す
ることなく変化する。

【００２３】そして、搬送速度を台形波特性に制御して
制御を安定化するため、演算子２の与えられた位置のデ
ータが搬送速度の制御特性に応じて時々刻々変化する場
合、到達位置に近づいて搬送速度が減少変化するように
なるまでは、与えられた位置のデータの変化が大きく、
差のデータは大きくなる。このとき、コンバータ４の分
解能が低下するため、制御精度は多少低くなるが、差の
データに応じた制御量で油圧シリンダ７が駆動され、負
荷８が搬送速度の定常偏差なく搬送されて到達位置に近
づく。

【００２４】そして、負荷８が到達位置から所定範囲の
位置まで近づくと、比較器１３の出力が反転し、切換ス
イッチ１１，１２が共に切換わり、コンバータ４の入力
データが演算子２の差のデータになるとともに、コンバ
ータ４から出力された電圧信号Ｖがそのままサーボ増幅
器５に供給される。このとき、演算子２の与えられた位
置のデータの変化が少なくなり、差のデータが小さくな
って電圧信号Ｖが飽和することなく発生する。

【００２５】そして、コンバータ４が高分解能の元の状
態に戻り、電圧信号Ｖが差のデータの微細な変化にも正
確に追従して変化し、負荷８が極めて高精度に到達位置
に引込まれる。なお、演算子２に与えられる位置のデー
タは、例えば初めから到達位置のデータであってもよい
。

【００２６】（第２の実施例）つぎに、第２の実施例に
ついて、図２，図３を参照して説明する。図２において
、図１と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、
１４はコンバータ４の入力側に設けられた入力側可変係
数器であり、演算子２の差のデータを１／Ａ（Ａは１以
上の変数）に可変圧縮するデジタルの割算器からなる。 １５はコンバータ４の出力側に設けられた出力側可変係
数器であり、電圧信号ＶをＡ倍に可変増幅補正するアナ
ログの乗算器からなる。

【００２７】１６は係数制御器であり、指令端子１７を
介して供給された搬送速度特性のデータに基づき、係数
器１４，１５の変数Ａを負荷８の移動に追従して可変設
定する。そして、入力端子１を介して演算子２に与えら
れる位置のデータは、搬送速度を例えば図３の（ａ）の
台形波特性で制御して負荷８を到達位置まで移動するた
め、同図の（ｂ）に示す特性で時々刻々変化する。

【００２８】また、演算子２に与えられる位置のデータ
に同期して制御器１６に、図３の（ｃ）に示す台形波特
性の変数Ａの特性データが与えられる。さらに、コンバ
ータ４は出力特性及び入力ビット数が第１の実施例の場
合と同様に設定され、コンバータ４を高分解能の状態に
固定すると、制御の定常偏差等が生じる。そして、搬送
速度を徐々に上昇してｔａに最大にするため、演算子２
に与えられる位置のデータの変化量が徐々に増加し、演
算子２から係数器１４に供給される差のデータは徐々に
増大してコンバータ４の入力許容範囲外の値にまで達す
る。

【００２９】このとき、制御器１６の可変設定により係
数器１４，１５の変数Ａが１から徐々に大きくなり、係
数器１４による差のデータの圧縮率が搬送速度の上昇に
追従して大きくなる。そのため、差のデータが徐々に大
きくなる圧縮率で圧縮されてコンバータ４に供給され、
コンバータ４は等価的に分解能が徐々に低下し、入力デ
ータが常に入力許容範囲内のデータになり、コンバータ
４から係数器１５に供給される電圧信号Ｖが飽和するこ
となく入力データに応じて変化する。

【００３０】さらに、係数器１４の圧縮率の増大に連動
して係数器１５の増幅率Ａが増大し、電圧信号ＶをＡ倍
した係数器１５の出力信号は、コンバータ４の正，負の
限界電圧を超える広い範囲で差のデータに応じて変化す
る。そのため、係数器１５の出力信号に基づき、油圧シ
リンダ７が定常偏差なく搬送速度に追従して変位し、負
荷８が移動する。

【００３１】つぎに、ｔａから負荷８が到達位置の近く
に接近するｔｂまでは、搬送速度が最大に保持されて変
数Ａも最大に固定され、負荷８が最大速度で迅速に移動
して到達位置に近づく。そして、ｔｂに達すると、搬送
速度を低下して負荷８を到達位置に引込むため、演算子
２に与える位置のデータの変化量が徐々に減少し、この
減少に追従して変数Ａが徐々に１に近づくように減少可
変され、コンバータ４は等価的に分解能が元の高い状態
に戻る。

【００３２】このとき、演算子２から出力される差のデ
ータの変化量も減少し、負荷８は高精度に到達位置に引
込まれる。そして、この実施例の場合は変数Ａを可変設
定してコンバータ４の分解能を連続的に可変したため、
第１の実施例の場合のスイッチ切換えが不要となり、し
かも、搬送速度の変化範囲等が自在に設定できる。とこ
ろで、前記両実施例ではそれぞれ油圧シリンダ７を用い
て負荷８を移動する搬送制御に適用したが、種々の帰還
制御に適用できるのは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。まず、請求
項１の構成の場合、入力側切換スイッチ１１，出力側切
換スイッチ１２の切換えにより、制御対象が到達状態に
近づくまでは、差のデータが入力側係数器９で１／Ｋに
圧縮されてＤ／Ａコンバータ４に供給され、このコンバ
ータ４の制御信号としての電圧信号Ｖが出力側係数器１
０でＫ倍されて制御に用いられ、このとき、等価的にコ
ンバータ４の分解能が下がり、制御精度は多少低くなる
が制御範囲は広がる。

【００３４】そして、制御対象が到達状態に近づいたと
きに、差のデータがそのままコンバータ４に供給されて
電圧信号Ｖがそのまま制御に用いられ、等価的にコンバ
ータ４の分解能が元の高い状態に戻され、制御精度が高
くなる。

【００３５】そのため、制御状況に応じてコンバータ４
の分解能が低，高に切換わり、分解能を高い状態に固定
する場合より入力ビット数が少なく安価なＤ／Ａコンバ
ータを用いて高精度に制御対象を到達状態に引込むこと
ができる。

【００３６】また、請求項２の構成の場合、係数制御器
１６により制御特性に応じて入力側可変係数器１４，出
力側可変係数器１５の変数Ａが可変設定されるため、請
求項１の構成の分解能の切換スイッチ１１，１２を設け
ることなく、制御状況に応じてコンバータ４の分解能を
連続可変して調整することができる利点も生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帰還制御装置の第１の実施例のブロッ
ク図である。

【図２】本発明の第２の実施例のブロック図である。

【図３】ａ，ｂ，ｃは図２の動作説明用の波形図である
。

【図４】従来装置のブロック図である。

【図５】Ｄ／Ａコンバータの出力特性図である。

【図６】図４の制御ずれの説明図である。

【符号の説明】

４　　Ｄ／Ａコンバータ ９　　入力側係数器 １０　　出力側係数器 １１　　入力側切換スイッチ １２　　出力側切換スイッチ １３　　比較器 １４　　入力側可変係数器 １５　　出力側可変係数器 １６　　係数制御器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　与えられた目標値のデータと制御対象
   の現在値のデータとの差のデータをＤ／Ａコンバータに
   供給し、該コンバータにより前記差に相当するアナログ
   の制御信号を形成し、該制御信号に比例した制御量で前
   記制御対象を制御する帰還制御装置において、前記差の
   データを１／Ｋ（Ｋは定数）に圧縮して前記コンバータ
   に供給する入力側係数器と、前記コンバータから出力さ
   れた前記制御信号をＫ倍して前記制御量を増幅補正する
   出力側係数器と、前記コンバータの入力側に設けられ前
   記制御対象が到達状態から所定範囲内の状態まで引込ま
   れたときに前記コンバータの入力データを前記入力側係
   数器の出力データから前記差のデータに切換える入力側
   切換スイッチと、前記コンバータの出力側に設けられ前
   記入力側スイッチの切換え時前記制御対象の制御を前記
   出力側係数器の出力信号による制御から前記制御信号に
   よる制御に切換える出力側切換スイッチとを備えたこと
   を特徴とする帰還制御装置。
2. 【請求項２】　　制御特性に応じて変化する各時点の目
   標値のデータと制御対象の各時点の現在値のデータとの
   差のデータをＤ／Ａコンバータに供給し、該コンバータ
   により前記差に相当するアナログ値の制御信号を形成し
   、該制御信号に比例した制御量で前記制御対象を制御す
   る帰還制御装置において、前記差のデータを１／Ａ（Ａ
   は１以上の変数）に可変圧縮して前記コンバータに供給
   する入力側可変係数器と、前記コンバータから出力され
   た前記制御信号をＡ倍して前記制御量を可変増幅補正す
   る出力側可変係数器と、前記制御特性に応じた前記制御
   量の可変特性が設定され前記各時点の目標値のデータの
   変化に追従して前記両係数器の前記変数Ａを可変設定す
   る係数制御器とを備えたことを特徴とする帰還制御装置
   。