JPH0623561B2 - 油圧アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いた油圧ア
クチュエータ制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、油圧アクチュエータを高精度に制御する方法とし
て油圧アクチュエータに作用する圧力差に基いてＰＷＭ
制御を行い、電磁切替弁を駆動するデューティを決定す
るようにしたものがある。

これを第６図に従って説明すると、両ロッド型シリンダ
３０の第１圧力室３１には第１の三方電磁切替弁３２が
接続され、同切替弁３２は通常は第１圧力室３１の圧油
をドレインＴ_１に導出するオフ側に切替えられ、オン信
号が入力されているときのみ油圧源Ｐ_１から圧油を導入
するオン側に切替えられるようになっている。又、第２
圧力室３３には第２の三方電磁切替弁３４が接続され、
同切替弁３４も通常は第２圧力室３３の圧油をドレイン
Ｔ_１に導出するオフ側に切替えられ、オン信号が入力さ
れているときのみ油圧源Ｐ_１から圧油を導入するオン側
に切替えられるようになっている。

又、前記シリンダ３０の近傍にはピストン３５の位置を
検出する差動トランス型変位計３６が接続され、同変位
計３６の検出信号ｘはＡ／Ｄ変換器３７を介して制御回
路３８の比較器３９に入力されている。

前記比較器３９は前記検出信号ｘの入力に同期して、前
記ピストン３５の目標位置に対応する目標値信号ｒと前
記検出信号ｘとの偏差信号ｅを出力する。制御回路３８
は前記検出信号ｘのサンプリング周期ｔｓと同一の周期
にて離散化された三角波Ｗ_０と、前記偏差信号ｅの絶対
値｜ｅ｜とを比較し、第７図に示すように｜ｅ｜が三角
波Ｗ_０以上となる範囲で前記切替弁３２，３４のいずれ
かを駆動するための出力信号のパルス幅ｔｐを決定す
る。そして、前記偏差信号ｅ＞０の場合には一方の電磁
切替弁３２にのみパルス幅ｔｐのＰＷＭ（パルス幅変
調）波形を出力信号として印加し、ｅ＜０の場合には他
方の電磁切替弁３４にのみパルス幅ｔｐのＰＷＭ波形を
出力信号として印加して、ピストン３５の位置制御を行
うようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、上記油圧アクチュエータ制御装置において、出
力信号のパルス幅ｒｐを短くすることによってピストン
３５に微小変位を与えることができるのであるが、この
パルス幅ｔｐを短くし過ぎると、電磁切替弁３２，３４
の応答限界、即ち、オン・オフ動作時間があるために、
両弁３２，３４が完全に開かなくなって圧力室３１，３
３内に圧油が導入されなくなり、ピストン３５を移動さ
せることができなくなる。即ち、ピストン３５が目標位
置付近に達すると制御回路３８より出力されるＰＷＭ波
形のデューティが微小となるため、第８図に示すように
それ以上の高精度の位置制御を行うことができないとい
う問題点があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
あって、その目的はデューティ信号に基いてオン・オフ
制御される電磁切替弁を用いた油圧アクチュエータにお
いて、完全なオン・オフの弁動作を行わせて、油圧アク
チュエータを高精度に位置決めすることができるアクチ
ュエータ制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するため、ピストンの両側に
第１及び第２圧力室を備えたシリンダと、前記第１圧力
室に高圧側からの圧油を導入するオン側と、同第１圧力
室の圧油を低圧側に導出するオフ側に切替えられる第１
の電磁切替弁と、前記第２圧力室に高圧側からの圧油を
導入するオン側と、同第２圧力室の圧油を低圧側に導出
するオフ側に切替えられる第２の電磁切替弁とを備えた
油圧アクチュエータにおいて、前記ピストンの位置を検
出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出結
果と前記ピストンの目標位置とに基いて、第１の電磁切
替弁及び第２の電磁切替弁をそれぞれオン側に切替駆動
するための第１及び第２デューティを同一周期内におい
て設定するデューティ設定手段と、前記デューティ設定
手段により設定された第１及び第２デューティに基いて
前記第１及び第２の電磁切替弁を切替制御する駆動制御
手段とを備えた油圧アクチュエータ制御装置をその要旨
とする。

［作用］ 従って、ピストンの目標位置と位置検出手段によるピス
トンの位置検出結果とに基いて、デューティ設定手段は
第１の電磁切替弁をオン側に切替駆動させるための第１
デューティと、第２の電磁切替弁をオン側に切替駆動さ
せるための第２デューティを同一周期内にて設定する。
駆動制御手段はデューティ設定手段により設定された第
１及び第２デューティに基いて第１及び第２の電磁切替
弁をオン側に切替制御する。このため、第１の電磁切替
弁と第２の電磁切替弁とが同時にオン側に切替えられて
いるときにはピストンが移動せず、いずれかの電磁切替
弁がオフ側に切替えられると、オン側に切替えられてい
る電磁切替弁と対応する圧力室に高圧側から圧油が導入
され、他方の圧力室の圧油が低圧側に導出されるため、
ピストンが低圧室側に移動する。そして、両電磁切替弁
がオフ側に切替えられると、両圧力室が高圧側から遮断
されるので、ピストンがその位置にて停止される。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を第１〜３図に従
って説明する。

第１図に示すように、シリンダ１はピストン２を往復動
可能に収容しており、同ピストン２の両側に第１圧力室
３及び第２圧力室４が形成されている。ピストン２の左
右両側には径の等しいロッド２ａ，２ｂが延びている。
第１圧力室３には第１の三方電磁切替弁５が接続され、
同切替弁５は通常、第１圧力室３の圧油を低圧側として
のドレイン６に導出するオフ側に切替えられ、後記する
デューティ信号Ｄ_１が入力されているときのみ高圧側と
しての油圧源７から圧油を導入するオン側に切替えられ
るようになっている。又、第２圧力室４には第２の三方
電磁切替弁８が接続され、同切替弁８は通常、第２圧力
室４の圧油を前記ドレイン６に導出するオフ側に切替え
られ、後記するデューティ信号Ｄ_２が入力されていると
きのみ前記油圧源７から圧油を導入するオン側に切替え
られるようになっている。

又、前記シリンダ１に近接して前記ピストン２の位置を
検出する位置検出手段としての差動トランス型変位計９
が設けられ、サンプリング周期ｔｓ（第２図(a)〜(d)参
照）毎に検出信号ｘがＡ／Ｄ変換器１０を介してデュー
ティ設定手段、及び駆動制御手段としての制御回路１１
に入力されている。

制御回路１１は比較器１２を備え、この比較器１２に前
記ピストン２の目標位置に対応した目標値信号ｒが入力
されるとともに、前記Ａ／Ｄ変換器１０より検出信号ｘ
が入力されるようになっている。そして、比較器１２は
前記サンプリング周期ｔｓ、即ち、検出信号ｘの入力に
同期して目標値信号ｒと検出信号ｘとの偏差を求め、偏
差信号ｅを出力するようになっている。

又、制御回路１１はのこぎり波発生回路１３とＰＷＭ波
形成形回路１４とを備えている。のこぎり波発生回路１
３は、第２図(a)〜(d)に示すように前記サンプリング周
期ｔｓと同一の周期にて離散化されたのこぎり波Ｗ_１を
発生するようになっている。ＰＷＭ波形成形回路１４は
前記偏差信号ｅの絶対値｜ｅ｜とのこぎり波Ｗ_１とに基
いて、前記第１及び第２の三方電磁切替弁５，８をそれ
ぞれオン側に切替駆動するための第１及び第２デューテ
ィＤ_１，Ｄ_２を、のこぎり波Ｗ_１の各周期ｔｃ（第２図
参照）内で設定するようになっている。

そして、制御回路１１は第１デューティＤ_１に基いて第
１の三方電磁切替弁５を油圧源７から圧油を導入するオ
ン側に切替制御し、又、第２デューティＤ_２に基いて第
２の三方電磁切替弁８を油圧源７から圧油を導入するオ
ン側に切替えるようになっている。

次に、前記ＰＷＭ波形成形回路１４が行う第１及び第２
デューティＤ_１，Ｄ_２の設定方法を説明する。なお、こ
こでは偏差信号ｅ≧０の場合について説明する。

第２図(a)〜(d)に示すように、第１及び第２デューティ
Ｄ_１，Ｄ_２は離散化されたのこぎり波Ｗ_１と偏差信号ｅ
の絶対値｜ｅ｜との比較によって設定しており、｜ｅ｜
が大きくなるほどのこぎり波Ｗ_１の下方に位置させるよ
うになっている。そして、第１デューティＤ_１は奇数番
目ののこぎり波Ｗ_１が｜ｅ｜より大きくなったときか
ら、続く偶数番目ののこぎり波Ｗ_１の間、オン状態とす
ることにより設定されており、第１デューティＤ_１のオ
ン時間は、基本的に周期ｔ_２よりも長くなる。

又、第２デューティＤ_２は奇数番目ののこぎり波Ｗ_１に
おいては常にオフ状態とし、続く偶数番目ののこぎり波
Ｗ_１が｜ｅ｜よりも大きくなるまでの間、オン状態とす
ることにより設定されており、第２デューティＤ_２のオ
ン時間は、基本的に周期ｔ_２よりも短くなる。

又、この実施例において、のこぎり波Ｗ_１の周期ｔｃは
ｔ_１＋ｔ_２（ｔ_１＝ｔ_２＝６・ｔｓ）によって与えら
れ、第１及び第２デューティＤ_１，Ｄ_２は以下の式にて
表される。

ここで、このシステム全体で見たデューティΔＤを（Ｄ
_１−Ｄ_２）で定義することとする。

さて、第２図(a)は｜ｅ｜＝０、即ち、ピストン２の目
標位置と実際の位置とが一致している場合における第１
及び第１デューティＤ_１，Ｄ_２を示すものであり、同期
ｔｃの後半部ｔ_２においてＤ_１，Ｄ_２がオンとなる。従
って、Ｄ_１＝（６／１２）×１００＝５０％、Ｄ_２＝
（６／１２）×１００＝５０％となり、ΔＤ＝０％とな
る。

このため、切替弁５の開閉タイミングと切替弁８の開閉
タイミングがそれぞれ同時になり、第１及び第２圧力室
３，４の圧力差は０となってピストン２は移動しない。

第２図(b)は｜ｅ｜＝小の場合、即ち、目標位置のごく
近傍にピストン２が位置している場合を示すΔＤが図示
のように与えられる。従って、Ｄ_１＝（７／１２）×１
００≒５８．３％、Ｄ_２＝（５／１２）×１００≒４
１．７％となり、ΔＤ＝Ｄ_１−Ｄ_２＝（２／１２）×１
００≒１６．７（％）となる。

このため、切替弁５の開放タイミングが切替弁８の開放
タイミングよりも若干早くなるとともに、切替弁５の閉
鎖タイミングが切替弁８の閉鎖タイミングよりも若干遅
くなり、切替弁５のみが開放されている期間において第
１圧力室３の圧力が高くなり、ピストン２が第２圧力室
４側に微動される。

又、第２図(c)は｜ｅ｜＝中の場合、即ち、目標位置の
近傍にピストン２が位置している場合を示し、Ｄ_１＝
（９／１２）×１００＝７５％、Ｄ_２＝（３／１２）×
１００＝２５％となり、ΔＤ＝Ｄ_１−Ｄ_２＝（６／１
２）×１００＝５０％となる。

このため、切替弁５の開放タイミングが切替弁８の開放
タイミングよりも早くなるとともに、切替弁５の閉鎖タ
イミングが切替弁８の閉鎖タイミングよりも遅くなり、
切替弁５のみが開放されている期間において第１圧力室
３の圧力が高くなり、ピストン２が第２圧力室４側に移
動される。

さらに、第２図(d)は｜ｅ｜＝大の場合、即ち、目標位
置からピストン２の位置が大幅にずれている場合を示
し、Ｄ_１＝（１１／１２）×１００≒９１．７％、Ｄ_２
＝（１／１２）×１００≒８．３％となり、ΔＤ＝Ｄ_１
−Ｄ_２＝（１０／１２）×１００≒８２．６％となる。

このため、切替弁５の開放タイミングが切替弁８の開放
タイミングよりも大幅に早くなるとともに、切替弁５の
閉鎖タイミングが切替弁８の閉鎖タイミングよりも大幅
に遅くなり、切替弁５のみが開放されている期間におい
て第１圧力室３の圧力が高くなり、ピストン２が第２圧
力室４側に大きく移動される。

以上は偏差信号ｅ≧の場合について述べたが、偏差信号
ｅ＜０の場合には、第２デューティＤ_２は奇数番目のの
こぎり波Ｗ_１が｜ｅ｜より大きくなったときから、続く
偶数番目ののこぎり波Ｗ_１の間、オン状態とすることに
より設定され、第１デューティＤ_１は奇数番目ののこぎ
り波Ｗ_１においては常にオフ状態とし、続く偶数番目の
のこぎり波Ｗ_１が｜ｅ｜よりも大きくなるまでの間、オ
ン状態とすることにより設定される。従って、偏差信号
ｅ＜０の場合には第２デューティＤ_２のオン時間が、第
１デューティＤ_１のオン時間よりも長くなる。

さて、この実施例では第１及び第２の三方電磁切替弁
５，８をそれぞれオン側に切替駆動するための第１及び
第２デューティＤ_１，Ｄ_２をのこぎり波Ｗ_１の同一周期
ｔｃ内において設定し、両切替弁５，８の開閉タイミン
グを制御し、システム全体としてのデューティΔＤに対
応する第１及び第２圧力室３，４の圧力差に基いてピス
トン２を移動させて位置決めを行うように構成したの
で、オン・オフ動作時間があるために切替弁が半開状態
になったり、全く開かなくなったりする従来方法と比較
して、ΔＤが微小となっても高精度に位置決め制御を行
うことができる。特に、偏差信号ｅの絶対値｜ｅ｜が小
さい、即ち、目標位置のごく近傍にピストン２が位置し
ている場合において、システム全体のデューティΔＤが
小さくなるのであるが、第１及び第２の三方電磁切替弁
５，８を駆動するための第１及び第２デューティＤ_１，
Ｄ_２を大きくすることができ、第３図に示すように目標
位置に対して高精度に位置決め制御を行うことができ
る。このため、サンプリング周期ｔｓを短く設定し、の
こぎり波Ｗ_１を細かく離散化させることにより、さらに
高精度の位置決めを行うことができる。

又、この実施例では第１及び第２の三方電磁切替弁５，
８の第１及び第２デューティＤ_１，Ｄ_２を設定し、両切
替弁５，８をオン・オフさせるようにしているので、半
開状態のような変則的な使用状態を抑制することがで
き、両三方電磁切替弁５，８の特性を安定な状態に維持
することができる。

又、この実施例では第１及び第２デューティＤ_１，Ｄ_２
を重複するように設定し、第１及び第２の三方電磁切替
弁５，８が同時にオン側に切替えられる期間を設けてい
るので、ピストン２のハンチングを防止することができ
る。

次に、前記実施例の油圧アクチュエータをアンダーラッ
プタイプ四方弁に適用した例を第４図に基いて説明す
る。なお、前記実施例と同様の構成については同一の符
号を付し、その説明を省略する。

油圧源Ｐに接続されたメイン流路１５には減圧弁１６を
介して第１及び第２の三方電磁切替弁５，８が接続され
ている。

一方、ハウジング１７には一対の弁室１８Ａ，１８Ｂが
設けられ、各弁室１８Ａ，１８Ｂに連通する入口ポート
１９Ａ，１９Ｂ、高圧側出口ポート２０Ａ，２０Ｂ及び
低圧側出口ポート２１Ａ，２１Ｂが形成されており、各
入口ポート１９Ａ，１９Ｂはメイン流路１５を介して油
圧源Ｐに接続されている。各高圧側出口ポート２０Ａ，
２０Ｂはメイン流路２２Ａ，２２Ｂを介してアクチュエ
ータシリンダ２３の各室２４，２５に接続され、各低圧
側出口ポート２１Ａ，２１Ｂはメイン流路２６を介して
ドレインＴに接続されている。

前記各弁室１８Ａ，１８Ｂ内には前記シリンダ１の各ロ
ッド２ａ，２ｂ両端に設けられた主弁２７Ａ，２７Ｂが
配置されている。一方の主弁２７Ａには位置検出手段と
してのポテンショメータ２８Ａが接続され、ピストン２
の位置に対応した検出信号ｘをコントローラＣに出力す
るようになっている。

そして、一方の主弁２７Ａは前記ピストン２の移動に伴
って入口ポート１９Ａを閉鎖する位置、入口ポート１９
Ａ及び低圧側出口ポート２１Ａを開放する中間的位置、
及び低圧側出口ポート21Ａを閉鎖する位置に制御される
ようになっている。又、他方の主弁２７Ｂは前記ピスト
ン２の移動に伴って低圧側出口ポート２１Ｂを閉鎖する
位置、低圧側出口ポート２１Ｂ及び入口ポート１９Ｂを
開放する中間的位置、及び入口ポート１９Ｂを閉鎖する
位置に制御されるようになっている。

又、前記アクチュエータシリンダ２３に往復動可能に収
容されたピストン２９の一方のロッド２９ａにはポテン
ショメータ２８Ｂが接続され、ピストン２９の位置に対
応した検出信号ｙをコントローラＣに出力するようにな
っている。

そして、コントローラＣは前記検出信号ｘ及びｙに基い
て第１及び第２の三方電磁切替弁５，８を駆動するため
の第１及び第２デューティＤ_１，Ｄ_２を前記実施例と同
様にして設定し、両切替弁５，８をオン・オフさせてピ
ストン２の位置を高精度で比例的に制御することにより
主弁２７Ａ，２７Ｂの位置を変化させ、メイン流路１
５，22Ａ，２２Ｂの制御を行ってアクチュエータシリン
ダ２３のピストン２９の位置制御を行うようになってい
る。

従って、この例によれば、高圧・大流量のメイン流の制
御を高精度に行って大型のアクチュエータシリンダ２３
を制御することができる。

なお、この例においてポテンショメータ２８Ｂに代えて
速度検出器とすれば、アクチュエータシリンダ２３のピ
ストン２９の速度制御を行うことができる。又、ポテン
ショメータ２８Ｂに代えて加速度検出器とすれば、アク
チュエータシリンダ２３のピストン２９の加速度制御を
行うことができる。

又、前記両実施例では両ロッド型のシリンダ１の第１及
び第２圧力室３，４にそれぞれ三方電磁切替弁５，８を
接続したが、各圧力室３，４に対し、それぞれ２つの二
方電磁切替弁を接続し、一方をデューティ信号が入力さ
れているときにのみオン側に切替えられて油圧源Ｐから
の圧油を導入する弁とし、他方をデューティ信号が入力
されているときにのみオフ側に切替えられてドレイン側
への圧油の導出を遮断する弁としてもよい。

又、前記両実施例ではシリンダ１を両ロッド２ａ，２ｂ
の径が等しい両ロッド型のものとしたが、両ロッドの径
が異なるものに実施してもよい。この場合には前記実施
例における第１及び第２デューティＤ_１，Ｄ_２の設定方
法に適当な補正を行えばよい。

又、前記実施例ではシリンダ１を両ロッド型のものとし
たが、ピストンの両側に第１及び第２圧力室を備えたも
のであればよい。

又、前記両実施例ではサンプリング周期ｔｓにて離散化
したのこぎり波Ｗ_１と偏差信号ｅとに基いて第１及び第
２デューティＤ_１，Ｄ_２を設定したが、離散化していな
い（アナログ状）のこぎり波と偏差信号ｅとに基いて第
１及び第２デューティＤ_１，Ｄ_２を設定してもよい。

又、前記両実施例ではサンプリング周期ｔｓにて離散化
したのこぎり波Ｗ_１と偏差信号ｅとに基いて第１及び第
２デューティＤ_１，Ｄ_２を設定したが、第５図のように
二点鎖線で示すのこぎり波Ｗ_１を実線で示すように変換
したのこぎり波Ｗ_２と、偏差信号ｅとに基いて第１及び
第２デューティＤ_１，Ｄ_２を設定してもよい。この例に
よれば、偏差信号ｅが大きいときにはより大きなデュー
ティΔＤが得られ、又、偏差信号ｅが小さいとき、即
ち、ピストン２の位置が目標値に近いときにはより小さ
なデューティΔＤを得ることができ、高精度に位置決め
制御を行うことができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によればデューティ信号
に基いてオン・オフ制御される電磁切替弁を用いて完全
なオン・オフの弁動作を行わせて、油圧アクチュエータ
を高精度に位置決めできる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した一実施例を示す概略構成
図、第２図(a)〜(d)はそれぞれデューティ設定を示す説
明図、第３図は作用を説明するための図、第４図は本制
御装置を用いた例を示す概略構成図、第５図は別のデュ
ーティ設定方法を示す説明図、第６図は従来装置を示す
概略構成図、第７図は従来装置におけるデューティ設定
の原理を示す説明図、第８図は従来装置の作用を説明す
るための図である。 図中、１はシリンダ、２はピストン、３は第１圧力室、
４は第２圧力室、５は第１の三方電磁切替弁、８は第２
の三方電磁切替弁、９は位置検出手段としての差動トラ
ンス型変位計、１１はデューティ設定手段及び駆動制御
手段としての制御回路、２８Ａ，２８Ｂは位置検出手段
としてのポテンショメータ、Ｃはデューティ設定手段及
び駆動制御手段としてのコントローラである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンの両側に第１及び第２圧力室を備
   えたシリンダと、 前記第１圧力室に高圧側からの圧油を導入するオン側
   と、同第１圧力室の圧油を低圧側に導出するオフ側に切
   替えられる第１の電磁切替弁と、 前記第２圧力室に高圧側からの圧油を導入するオン側
   と、同第２圧力室の圧油を低圧側に導出するオフ側に切
   替えられる第２の電磁切替弁と を備えた油圧アクチュエータにおいて、 前記ピストンの位置を検出する位置検出手段と、 前記位置検出手段による検出結果と前記ピストンの目標
   位置とに基いて、第１の電磁切替弁及び第２の電磁切替
   弁をそれぞれオン側に切替駆動するための第１及び第２
   デューティを同一周期内において設定するデューティ設
   定手段と、 前記デューティ設定手段により設定された第１及び第２
   デューティに基いて前記第１及び第２の電磁切替弁を切
   替制御する駆動制御手段と を備えた油圧アクチュエータ制御装置。