JPH05318542A - 油圧による被駆動部の位置及び速度の制御方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動やオーバーシュート等を生じることな
く、比較的高速で移動する被駆動部の位置及び速度を正
確に制御する。 【構成】 流量指令に基づき、位相遅れ、振動などを含
まない理想的な被駆動部１２の位置を推定し、この推定
値から位置検出手段２６により検出された被駆動部１２
の検出位置が差引かれ、この差引いた値をローパスフィ
ルター２９を通してローパスフィルター処理を行い、こ
の値を推定値と加算してフィードバックし、被駆動部１
２の位置・速度をフィードバック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧による被駆動部の位
置及び速度の制御方法とその方法を実施するための装置
に係り、とりわけ射出成形機、ダイキャストなどで用い
られている油圧作動装置の移動位置および移動速度を正
確に制御することのできる制御方法およびその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機において、溶融樹脂を金型内
に射出するときには、不良品が出ないように、例えば、
薄肉成形品の場合は、射出速度を高速に、厚肉成形品の
場合は射出速度を低速に、また一般的な成形品では射出
速度を射出行程中に早くまたは遅く変化させて良品を成
形することが行われている。

【０００３】そのためには、特に薄肉成形品の場合は、
射出速度を速くするとともに、射出開始信号から設定さ
れた射出速度までの応答時間（立上り時間）を早くする
必要がある。

【０００４】また、長時間連続して品質の良い成形品を
生産するには、繰返して射出される射出速度の安定性を
確保する必要がある。この射出速度は、油圧作動装置で
用いられる油の温度変化によって生じる油リーク量の大
小変化、あるいは油圧作動装置に高圧油を供給する油圧
ポンプの吐出量変化などの外乱によって変化する。

【０００５】このため、安定した射出速度を維持するた
めには、射出成形中に生じる種々の外乱による影響を除
去する必要がある。

【０００６】また、直圧式型締装置においては、ダイが
前進する時は高速で移動し、両金型が当接する直前に低
速前進に切り替り、衝撃を生じないように両金型の当接
係合が行われる。この場合、低速移動する距離が短けれ
ば短い程、射出成形サイクルは早くなるが、このために
は、ダイ移動速度の切り替り位置を精度よく制御する必
要がある。

【０００７】このように、射出成形機あるいはダイキャ
ストなどにおいては、成形サイクルを短くしつつ、長時
間連続して品質の良い成形品を生産するために、その油
圧作動装置を制御し、油圧による被駆動部の位置及び移
動速度を適確に制御する必要がある。

【０００８】従来、この油圧作動装置の制御方法として
は、オープンループ方式あるいはクローズドループ方式
が知られている。オープンループ方式は、油圧駆動手段
に供給される流量と被駆動部の移動速度とが比例すると
いう仮定で制御する方式であり、所望の移動速度に応じ
た値の流量指令値を出力して被駆動部の速度制御が行わ
れる。

【０００９】しかしながら、このオープンループ方式の
制御方法は、油の温度変化による特性変化、油の漏れな
どにより、所望の移動速度と実際の移動速度との間に差
を生じてしまうという欠点がある。また、リミットスイ
ッチなど、位置検出手段を用いて被駆動部の位置を検出
し、この検出信号に基づいて油の供給を停止するという
制御方法がとられるため、油の温度による特性変化、油
の漏れなどの影響を受け、停止位置がばらつくという欠
点がある。

【００１０】そこで、位置検出手段で検出された被駆動
部の位置信号をフィードバック信号として用い、油圧駆
動手段に供給する流量を修正するクローズドループ方式
が採用されている。

【００１１】このクローズドループ方式としては、マイ
クロコンピュータからのパルス信号により油圧シリンダ
を駆動させ、油圧シリンダのピストン位置を位置検出手
段によりパルス数として検出し、流体の吐出速度及び吐
出量が予め設定された通りに行われているか否かをフィ
ードバック制御しながら流体を吐出させるようにした方
法が知られている（特開昭５８−１３１０４６号公
報）。

【００１２】また、設定値がステップ状に大きく変化す
る直後の過渡状態ではオープンループ制御を行い、制御
対象がほぼ定常状態になったときフィードバック制御を
行うようにした方式（特開昭５９−３７３０２号公
報）、起動時にはオープンループ制御とし、油圧シリン
ダが作動を開始したのを検知した後、クローズドループ
方式に切換えるようにした方式（特開昭６０−２３４８
１６号公報）、あるいは、外乱を抑制するために偏差か
ら計算した直列補償器の出力に、射出速度あるいは圧力
を検出するセンサー出力から計算したフィードバック補
償器の出力を加えるようにした制御方式（特開昭６２−
１６１５１８号公報）などが知られている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、油圧に
より被駆動部（ピストン）を移動制御する場合には、通
常、油の圧縮、油供給ホースの変形、油の漏れなどによ
り、流量指令に対して実際の被駆動部（ピストン）の応
答が遅れたり（位相遅れ）、振動を生じたりすることが
ある。このため、上記した従来のクローズドループ方式
のように、被駆動部の状態を検知するセンサーからの信
号を単純にフィードバックした場合、上記のような被駆
動部の応答特性の変化の影響を受けて、制御信号に振
動、オーバーシュートあるいはアンダーシュートなどを
生じ、被駆動部の移動速度が不安定となることがある。

【００１４】このような振動やオーバーシュートは、図
４に示すように、特に速度がステップ状に変化するとき
のように、流量指令が急激に変化するとき生じやすく、
これらが生ずると被駆動部の応答特性が悪く正確な位置
速度パターンが得られないという問題がある。

【００１５】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、振動、オーバーシュート等を防ぎ、被駆動
部の位置及び速度を設定された位置速度パターンに良好
に追従し得るよう正確に制御することのできる制御方法
と、その制御方法を実施するための制御装置を提供する
ことを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による制御方法は、設定された区間ごとの被
駆動部の目標位置と目標速度に対応する油圧駆動手段へ
の油供給流量を求め、油供給流量に基づき推定される被
駆動部の位置推定値を求め、位置検出手段を用いて被駆
動部の位置を検出し、位置推定値と検出された位置検出
値との差を求め、求められた差をローパスフィルター処
理した後、位置推定値に加え、位置推定値に加えられた
値を位置フィードバック値として用い、油圧駆動手段へ
の油供給流量を制御する、ことからなる。

【００１７】また、上記目的を達成するために、本発明
による制御装置は、設定された区間ごとの被駆動部の目
標位置および目標速度に基づく被駆動部の位置指令を作
成する位置指令作成手段と、位置指令作成手段からの位
置指令信号に基づき油圧駆動手段への油供給流量を指令
する流量指令手段と、流量指令手段からの油供給流量指
令値に基づき被駆動部の位置を推定する位置推定手段
と、被駆動部の位置を検出する位置検出手段と、位置推
定手段からの位置推定値と位置検出手段からの位置検出
値との差を求める減算手段と、減算手段からの差信号を
ローパスフィルター処理するローパスフィルター手段
と、位置推定手段からの位置推定値とローパスフィルタ
ー手段を通過した信号値とを加算する加算手段と、位置
指令作成手段と流量指令手段との間に配設され、位置指
令作成手段からの位置指令信号と加算手段からの加算信
号とを比較する比較手段と、からなる。

【００１８】

【作用】本発明によれば、流量指令に基づき、位相遅
れ、振動などを含まない理想的な被駆動部の位置が推定
され、この推定値から位置検出手段により検出された被
駆動部の検出位置が差引かれ、この差引いた値をローパ
スフィルターを通してローパスフィルター処理を行い、
この値を推定値と加算してフィードバックし、被駆動部
の位置・速度がフィードバック制御される。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００２０】図１は本発明による制御装置を射出成形機
の射出制御装置として応用した例を示すブロック図であ
る。溶融樹脂を生成・射出するスクリュー１１は、ピス
トン１２に結合されたピストンロッド１３に連結され、
ピストン１２は、油圧シリンダ１４内で往復摺動可能と
されている。

【００２１】油圧シリンダ１４には、その前端、後端側
にそれぞれ圧力油供給管１５ａ，１５ｂが接続され、こ
の圧力油供給管１５ａ，１５ｂは、流路切替弁１６を介
して可変吐出量油圧ポンプ１７に接続されている。

【００２２】この可変吐出量油圧ポンプ１７には、ポン
プコントローラ１８が取付けられ、このポンプコントロ
ーラ１８により油圧ポンプ１７の吐出量が制御されるよ
うになっている。

【００２３】符号２０は、位置指令作成手段である。位
置指令作成手段２０は、設定された区間ごとの目標位置
と目標速度に基づいて被駆動部（例えばピストン１２）
の位置指令を作成するもので、区間ごとの目標位置と目
標速度を設定する目標値設定手段２１、分配器２２およ
び積算器２３を備えている。

【００２４】位置指令作成手段２０には、位置指令作成
手段２０からの位置指令信号に基づき可変吐出量油圧ポ
ンプ１７への油供給流量を指令する流量指令手段２４が
接続されている。そしてこの流量指令手段２４はポンプ
コントローラ１８に接続されている。

【００２５】流量指令手段２４には、流量指令手段２４
からの油供給流量指令値に基づき、ピストン１２の位置
を推定する位置推定手段２５が接続されている。

【００２６】ピストンロッド１３の近傍には、ピストン
１２の移動位置を検出する位置検出手段、例えばリニア
スケール２６が設けられている。このリニアスケール２
６からの検出信号は、カウンタ２７によりカウントさ
れ、位置検出値として求められるようになっている。

【００２７】そして位置推定手段２５とカウンタ２７
は、減算手段２８に接続され、位置推定手段２５からの
位置推定値とリニアスケール２６からの位置検出値との
差が求められるようになっている。

【００２８】減算手段２８はローパスフィルター２９を
介して加算手段３０に接続され、この加算手段にはさら
に位置推定手段２５が接続されている。ローパスフィル
ター２９は、カットオフ周波数ωｈ（rad/sec)以上の信
号を通さず、ωｈ以下の信号をそのまま通す作用を行う
ものであり、例えば被制御要素に周波数５０（rad/sec)
程度の振動成分がある場合には、カットオフ周波数ωｈ
が５（rad/sec)程度に設定される。

【００２９】位置指令作成手段２０と流量指令手段２４
との間には、位置指令作成手段２０からの位置指令信号
と、加算手段３０からの加算信号とを比較する比較手段
３１が配設され、この比較手段３１に加算手段３０が接
続されている。

【００３０】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について、図２のフローチャートを参照しつつ説明す
る。

【００３１】まず、金型、樹脂などの射出条件に応じ
て、スクリュー１１の最適な位置速度パターンが決定さ
れ、これを目標設定手段２１により区間ごとの目標位置
と目標速度として設定する。この設定された位置・速度
から分配器２２によりサンプリング周期ごとの移動量を
算出し、この値を積算器２３で積算して時々刻々の位置
指令を作成する（ステップＳ１）。

【００３２】位置指令に基づいて、流量指令手段２４に
より油圧シリンダ１４への油供給流量を算出し、これを
流量指令値としてポンプコントローラ１８へ出力する。
この出力信号により油圧ポンプ１７が作動し、圧力油が
油圧シリンダ１４に送られ、ピストン１２が移動する。

【００３３】一方、位置推定手段２５により、この流量
指令値に流量指令値とピストン１２の実際の移動速度と
の変換係数ｋｐを掛け、これを積分することによりピス
トン１２の推定位置を求める（ステップＳ２）。

【００３４】また、リニアスケール２６によりピストン
１２の実際の移動位置を検出し、これをカウンタ２７に
より位置検出値として求める（ステップＳ３）。

【００３５】位置推定値と位置検出値とが、減算手段２
８において比較され、その差が求められる（ステップＳ
４）。

【００３６】この位置推定値と位置検出値との差は、ロ
ーパスフィルター２９を通してローパスフィルター処理
される（ステップＳ５）。このローパスフィルター処理
により、設定されたカットオフ周波数ωｈ（例えば５ra
d/s)以上の信号がほぼカットされ、信号に含まれる振動
成分が除去される。これにより、ローパスフィルター２
９を通過した後の信号には、振動、オーバーシュートな
どが存在しなくなる。

【００３７】なお、カットオフ周波数を小さくする程、
振動、オーバーシュートを抑制することができるが、カ
ットオフ周波数が小さいと定常偏差がなくなるまでの時
間が長くなるという問題がある。このため、カットオフ
周波数の設定は、振動、オーバーシュートが発生しない
限り、できるだけ大きい値であることが望ましい。

【００３８】ローパスフィルター処理をした信号成分
は、加算手段３０において位置推定値と加算される（ス
テップＳ６）。この場合、ピストン１２の移動速度がス
テップ状に変化するときのように、流量指令が急激に変
化する際には、発生する信号の周波数が高いため、ロー
パスフィルター処理をした値はほとんど変化せず、位置
推定値の変化が位置フィードバック値の変化となる。こ
の位置推定値は、位相遅れ、振動等を含まない理想的な
値として求められているので、この値を用いて制御すれ
ば、振動、オーバーシュートなどを発生することがな
く、オープンループ方式並の高速応答性を得ることがで
きる。

【００３９】また、ピストン１２の移動が定常状態で行
われるときは、一般のフィードバック制御と同様にリニ
アスケール２６からのピストン１２の位置検出値に基づ
いて位置フィードバック値が求められ、誤差の少ない位
置制御が可能となる。

【００４０】加算手段３０により求められた位置フィー
ドバック値は、比較手段３１にフィードバックされ、位
置指令作成手段２０からの位置指令信号と比較され、位
置指令信号が修正される（ステップＳ７）。

【００４１】位置フィードバック値により修正された位
置指令信号は、流量指令手段２４に送られ、ポンプコン
トローラ１８へ出力される流量指令信号の修正がなされ
る（ステップＳ８）。

【００４２】これにより、ピストン１２の移動位置及び
速度を、設定された位置・速度パターンに正確に追従す
るよう制御することができる。図３はピストン１２の移
動速度をステップ状に変化させた場合において、本発明
により制御した結果を示している。同様の条件につい
て、従来のクローズドループ方式で制御した結果（図４
参照）と比べ、優れた応答性が得られた。また、振動、
オーバーシュートなどを確実に防止することができるの
で、ピストンの位置が急激に変化するような場合でも、
高速応答性を得ることができ、射出成形機の立上り時間
の短縮、減速時間の短縮など、サイクルタイムの短縮化
を図ることができる。

【００４３】なお、本実施例においては可変吐出量油圧
ポンプを制御する例について説明したが、この他に、例
えば比例電磁式流量調整弁を設け、この流量調整弁を本
発明により制御するようにすれば、固定吐出量ポンプを
用いることも可能となる。

【００４４】また、本実施例においては、位置推定手段
２５として積分手段を用いた例を示したが、位置推定手
段としては、この他に例えば一般の制御技術として知ら
れている状態観測器などを用いることもできる。

【００４５】また本実施例においては、射出成形機の立
上り時間を短縮する例について説明したが、本発明はさ
らにピストンの移動速度を途中で急速に低下させたり、
短時間で停止させるような制御を行う場合にも、同様に
優れた効果を奏する。

【００４６】また、本実施例の説明においては、射出成
形機のスクリューの位置・速度制御装置として用いる例
を示したが、本発明による制御方法および制御装置は、
この他に、射出成形機あるいはダイキャストの型締装置
の開閉制御手段、ダイキャストのプランジャの移動制御
手段などにも同様に応用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動、オーバーシュートあるいはアンダーシュートを生
じることなく、比較的高速で移動する被駆動部の位置及
び速度を正確に制御することができる。

【００４８】本発明は射出成形機、押出機などで使われ
る油圧作動装置の位置及び速度を制御する手段として用
いることにより、特に優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の作用を示すフローチャート。

【図３】本発明による制御結果を示すグラフ。

【図４】従来のクローズドループ方式で制御した結果を
示すグラフ。

【符号の説明】

１２ ピストン １７ 可変吐出量油圧ポンプ ２０ 位置指令作成手段 ２４ 流量指令手段 ２５ 位置推定手段 ２６ リニアスケール ２８ 減算手段 ２９ ローパスフィルター ３０ 加算手段 ３１ 比較手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】設定された区間ごとの被駆動部の目標位置
   と目標速度に対応する油圧駆動手段への油供給流量を求
   め、 前記油供給流量に基づき推定される被駆動部の位置推定
   値を求め、 位置検出手段を用いて被駆動部の位置を検出し、 前記位置推定値と前記検出された位置検出値との差を求
   め、 前記求められた差をローパスフィルター処理した後、前
   記位置推定値に加え、 前記位置推定値に加えられた値を位置フィードバック値
   として用い、油圧駆動手段への油供給流量を制御する、 ことからなる油圧による被駆動部の位置及び速度の制御
   方法。
2. 【請求項２】設定された区間ごとの被駆動部の目標位置
   および目標速度に基づく被駆動部の位置指令を作成する
   位置指令作成手段と、 位置指令作成手段からの位置指令信号に基づき油圧駆動
   手段への油供給流量を指令する流量指令手段と、 流量指令手段からの油供給流量指令値に基づき被駆動部
   の位置を推定する位置推定手段と、 被駆動部の位置を検出する位置検出手段と、 位置推定手段からの位置推定値と位置検出手段からの位
   置検出値との差を求める減算手段と、 前記減算手段からの差信号をローパスフィルター処理す
   るローパスフィルター手段と、 前記位置推定手段からの位置推定値と前記ローパスフィ
   ルター手段を通過した信号値とを加算する加算手段と、 前記位置指令作成手段と流量指令手段との間に配設さ
   れ、前記位置指令作成手段からの位置指令信号と前記加
   算手段からの加算信号とを比較する比較手段と、 からなる油圧による被駆動部の位置及び速度の制御装
   置。