JPH0660642B2 - 電気油圧サ−ボ制御装置 - Google Patents

電気油圧サ−ボ制御装置

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JPH0660642B2
JPH0660642B2 JP59152656A JP15265684A JPH0660642B2 JP H0660642 B2 JPH0660642 B2 JP H0660642B2 JP 59152656 A JP59152656 A JP 59152656A JP 15265684 A JP15265684 A JP 15265684A JP H0660642 B2 JPH0660642 B2 JP H0660642B2
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博明 桑野
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石川島播磨重工業株式会社
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
    • G05D3/1445Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device with a plurality of loops
    • G05D3/1454Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device with a plurality of loops using models or predicting devices

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、制御対象となる機械系の特性に影響されず、
しかも安定で高応答に動作する電気油圧サーボ制御装置
に関するものである。
電気油圧サーボ制御装置は、振動試験機、各種のシミュ
レータ、圧延機やロボット等産業機械の駆動部に使用さ
れている。第1図はその一例で、ストリップを巻取るダ
ウンコイラに備えられ、マンドレル1aに巻取られるス
トリップの周囲を押付けるラッパロール1の電気油圧サ
ーボ制御装置である。ラッパロール1は、ピボット2を
中心として揺動するスウィングフレーム3の先端に取付
けられていて、このフレーム3を揺動させる油圧シリン
ダ4によって位置制御される。図中バネとして表わして
符号5を付したものは、シリンダ中の油の剛性によると
ころの油柱のバネである。油圧シリンダ4への圧油の供
給量はサーボ弁6によって制御される。
この装置をモデル化すると、第2図のように、油圧柱の
バネ5を介してフレーム3、ラッパロール1等の可動部
を動かして、その位置決めを行なうものとする。油柱の
バネ常数をk、可動部の質量をmとする。また、可動部
はピストン7が油中を動く時にブレーキ作用を受ける。
それを図中ダッシュポットで表わし、その粘性減衰係数
をcとする。
ところで、制御対象つまりラッパロール1の位置決めの
応答性および精度を上げるためには次のことが重要であ
る。
可動部の質量mが小さいこと。
バネ常数kが大きいこと。
適当な制動が働くこと、換言すれば粘性減衰係数c
が適当な値を取ること。
すなわち、油圧シリンダ4のピストン7がxだけ変位し
ても、柔らかいバネで重い可動部を押すのでは応答が遅
くなり、また制動が働かなければ振動が持続して、位置
が目標値に落ち着くまでに長い時間がかかる。第3図
に、応答性が悪い場合の応答波形の例を示す。図中t
は応答時間である。
上記,,の要求に応えるには次のことが必要とな
る。
′ 機械の重量を軽くした上で必要な強度をもたせる
こと。
′ 油圧シリンダ4の口径を大きくし、ストロークを
短くすること。
′ 積極的にダンパーなどの制動機構を設けること。
ところが、′については軽量化と強度の両立が難しい
こと、′については、口径を大きくするとその分だけ
制御に必要な油量が増しコストアップを招く、またスト
ロークは機械の使用から決まるために簡単には短くでき
ないこと、′についてはコストアップを招く、等の問
題点があった。
以上の問題点を制御で解決するために、従来の古典制御
理論では、位相進み回路を利用することがしばしば行な
われている。しかし、制御対象の特性を完全に補償する
ための位相進み回路特性を実現するためには、純粋な微
分という数学上の定義にしか存在しない特性を実現しな
ければならず、それは全く不可能である。そこで、一種
の擬似微分を用いて、制御対象の特性を補償要素の改善
された特性で置き換える程度の補償を行なっていた。
こうした位相進み回路による補償を進展させた考え方に
逆関数補償法がある。この逆関数補償法を第1図の制御
装置に対応づけて説明する。第1図の制御装置は第4図
の構成となり、制御工学で取り扱うブロック線図で表わ
すと第5図のようになる。それに逆関数補償を加えた構
成が第6図のブロック線図のようになる。まず、第4
図,第5図において符号8は、ラッパロール1、スウィ
ングフレーム3等の機械要素である。機械8におけるラ
ッパロール1の変位量yは変位計9によって検出され、
そしてフィードバックされる。その変位yは設定値rと
比較され、その偏差がεである。第5図においてKAな
ゲイン、Sはラプラス演算子であり、1/Sは積分を意
味する。サーボ弁6の伝達関数中のTはサーボ弁時定
数、油圧シリンダ4の伝達関数中のAはシリンダー有効
断面積、機械8の伝達関数中のa,b,cは機械の重
量、油圧シリンダのバネ定数、粘性減衰に基づく特性係
数で、第2図のモデルにおいて微分方程式を立てると、 m′+c′+k(x′−x)=0 m′+c′+kx′=kx(=F) ……(1) を得る。これをラプラス変換すると、 x′=k/(ms+cs+k)×x ……(2) となり、m/k=a,c/k=b,1=c,x′=yと
置くと、第6図に示すブロック線図の伝達関数8が得ら
れる。変位計9の伝達関数中のTは変位計時定数であ
る。そして、iがサーボ電流、Qがサーボ弁6の出力流
量、xが油圧シリンダ4のピストン変位となる。
第6図は、第5図において、逆関数補償要素10を付加
したブロック線図を表すもので、第5図と同符号のもの
は、第5図と同一のものを表す。制御対象である機械系
8の後ろに逆関数補償要素10を付加すると、 1/(as+bs+c)×(as+bs+c) =1 ……………………………………(3) となり、あたかも、機械8の特性が存在しないかのよう
に補償される。このように、逆関数補償要素10を近似
ではなく完全に実現できれば、制御対象に対して、前述
した,,の制約を考えなくとも必要な応答、精度
をもつ制御系を設計できることになる。ところが、逆関
数補償要素10の入出力関係は、第6図から、 a′+b′+cx′=y…………………(4) となり、入力xの一階微分値(速度)、二階微分値(加
速度)を求めなければ表現できないことが分かる。
ところが、このような微分を完全に行なうような回路の
実現は前述のように不可能で、普通は第7図(a),(b)に
示すように抵抗R、コンデンサC、コイルLを用いて、
補償に必要な周波数領域で近似的な微分特性をもつ回路
を使用していた。第7図において、eiは入力、eoは
出力を表わす。
第7図(a),(b)の回路は、下式で表わせられる。
G(S)=TS/(TS+1)……(5) これは、Tω≪1(S=jω)のとき、下式の微分特性
をもつ。
G(S)≒TS ……(6) 但し、第7図(a)ではT=RC、(b)ではT=L/Rとな
る。
しかしながら、このような疑似微分回路は、あくまでも
ω<1/Tで成立する近似回路であり、この疑似微分回
路を用いて構成した逆関数補償要素は、機械8の特性を
(3)式で示すように補償するには不十分であった。
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、制御
対象の特性の影響を全く受けない電気油圧サーボ制御装
置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明は、制御対象の特
性を逆関数補償要素で補償する電気油圧量サーボ制御装
置において、前記制御対象のモデルを電気回路やコンピ
ュータ・ソフトウェア等で構成し、このモデルから得ら
れる状態量に予め求めておいた所定のゲインを掛けて加
算することにより制御対象の逆関数を構成し、それを制
御ループに直列に挿入したことを特徴としている。
したがって、この発明によれば、制御対象と状態量が一
致するモデルから得られる状態量に基づいて逆関数補償
要素を完全な形で構成できるので、制御対象の特性を完
全に補償することができる。
以下、本発明の実施例を第8図乃至第11図に基づいて
説明する。なお、前述した従来のものと同様の部分には
同一符号を付してその説明を省略する。
第8図は第6図の制御対象8と逆関数補償要素10の部
分を取り出したブロック線図(第6図中の点線で囲んだ
部分)である。本例は、機械8の特性を表わすモデル1
1を備え、このモデル11の速度推定値 、加速度推定値 と、機械8の実際の変位検出値x′とから、機械8の逆
関数補償要素を構成する。すなわち、各量x′, はゲイン回路19,20,21によって各々c倍、b
倍、a倍され、加算回路22で足し合わされる。この結
果、第8図のx′からyを見ると、(4)式が実現され
ることになるので、機械8の入力xから逆関数補償要素
の出力yまででは、(3)式の関係が完全に成立する。
モデル11は電子回路あるいはコンピュータのソフトウ
ェアによって構成されている。このモデル11の一例を
第9図(第8図中の点線で囲んだ部分)に表わす。図中
では、量x,x′の検出器特性を省略している。一点鎖
線で囲んだ部分が、制御対象である機械系8の特性を模
擬するモデルで、ゲインa,b,cは(3)式において
示した機械系8の特性係数を表し、予め求めておく。k
,kは、機械8とモデル11の動きを一致させるた
めに、機械出力x′とモデル出力 との差をとってモデル11の各量 にフィードバックするフィードバックゲインである。そ
して、このモデル11中の推定値 および測定可能な実際の変位検出値x′によって、前述
したように逆関数補償要素を構成する。なお、実際の変
位検出値x′の代りに、モデル11中の推定値 を利用してもよい。
第10図は、第1図と同様にラッパロール1の位置制御
用として成した本電気油圧サーボ制御装置の構成例を表
わす。本例では、スウィングアーム3の揺動支点部に回
転型の変位計9が備えられ、そしてモデル11を有する
制御装置12によって前述した逆関数補償法によるサー
ボ制御が行なわれる。こうした制御は、ストリップを巻
取るダウンコイラ回りの4つのスウィングアーム3のそ
れぞれの油圧シリンダ4に対して同様に行なわれる。
第11図は、油圧圧下式圧延機の制御用として成した本
電気油圧サーボ制御装置の構成例を表わす。この圧延機
は、下バックアップロールR側に油圧圧下シリンダ1
3が備えられ、上バックアップロールR側に圧下スク
リュー14が備えられていて、圧下シリンダ13用のサ
ーボ弁15の制御と、圧下スクリュー駆動モータ16の
制御によって、上下のワークロールR,Rによる圧
延材Wの圧延力を調整するようになっている。そして、
この圧延機は、圧下スクリュー位置検出器17、ロード
セル18、およびシリンダ13の可動部分に配された油
圧圧下シリンダ位置検出器(変位計)9を有する。制御
装置12は、制御対象である圧延機11を利用して前述
した逆関数補償法によるサーボ制御を行なう。
なお、本発明の電気油圧サーボ制御装置は、上述した油
圧ダウンコイラ、油圧圧下式圧延機以外の種々の油圧装
置に対しても適応でき、その適応範囲は広い。
以上説明したように、この発明によれば、制御対象と状
態量が一致するモデルから得られる状態量に基づいて逆
関数補償要素を完全な形で構成できるので、制御対象の
特性が完全に補償され、これにより制御対象の特性の影
響を全く受けないサーボ制御を実現することができる。
また、制御対象の状態量を直接検出する検出器を必要し
ない、などの数々の特徴を有する。
なお、今までの説明では便宜上、制御対象の位置を制御
する場合を取り上げたが、その他、速度や力を制御する
場合にも本発明は適用できることを指摘しておく。
【図面の簡単な説明】
第1図はダウンコイラーにおけるラッパロールの位置制
御機構部の概略構成図、第2図は第1図の機構部をモデ
ル化して表わす図、第3図は位置制御の応答性が悪い場
合の応答波形の例を表わす図、第4図は油圧サーボ制御
系のブロック構成図、第5図は第4図の構成をモデル化
して表わす図、第6図は逆関数補償制御系のブロック構
成図、第7図(a),(b)は従来の逆関数補償制御要素を構
成する近似微分回路の異なる例を表わす回路図、第8図
は本発明の一実施例における制御系要素の説明図、第9
図は第8図におけるモデル部分の説明図、第10図は本
発明の制御装置を備えたダウンコイラの概略構成図、第
11図は本発明の制御装置を備えた油圧圧下式圧延機の
概略構成図である。 1……ラッパロール、4……油圧シリンダ、6……サー
ボ弁、8……機械、10……逆関数補償要素、11……
モデル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御対象の特性を逆関数補償要素で補償す
    る電気油圧サーボ制御装置において、前記制御対象の特
    性を模擬するモデルを構成し、該制御対象と該モデルの
    最終段の出力の差をとり、この差を該モデルの最終段出
    力より上流の状態量に各々フィードバックするループを
    設け、このモデルから得られる状態量に予め求めておい
    た所定のゲインを掛けて加算することにより制御対象の
    逆関数を構成し、それを制御ループに直列に挿入するこ
    とを特徴とする電気油圧サーボ制御装置。
JP59152656A 1984-07-23 1984-07-23 電気油圧サ−ボ制御装置 Expired - Lifetime JPH0660642B2 (ja)

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JP2013160242A (ja) * 2012-02-01 2013-08-19 Ihi Corp 油圧サーボ制御方法及び油圧サーボ制御装置

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DE3808177C2 (de) * 1988-03-11 1996-04-11 Rexroth Mannesmann Gmbh Schaltungsanordnung für einen hydraulischen Antrieb im Positionsregelkreis

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5619897A (en) * 1979-07-25 1981-02-24 Nippon Electric Co Method of reparing electric field light emitting lamp

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