JPH068296A - 射出成形機の金型移動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 金型移動機構の可動部と油圧系統の動的特性
が変化しても、衝撃なく金型が閉じられるようにシリン
ダへの油量を制御する。 【構成】 射出成形機で、金型１ａを取付けた可動部２
と、金型１ｂを取付けた固定部３と、同固定部３に取付
けられた型開閉シリンダ４と、ピストン５と、ピストン
ロッド６とからなる金型移動制御装置において、前記可
動部２の位置を検出する位置センサ２０と、ポートＢが
ある側のシリンダ圧力Ｐ₂ を検出する圧力センサ２１
と、ポートＡからの油の流出入量を制御する流量調整弁
２２と、前記位置センサ２０からの可動部２の位置信号
と圧力Ｐ₂ を入力し、金型移動機構での動特性が変化し
ても可動部２の位置制御を安定に行なう。制御弁８と流
量調整弁２２の弁開度指令を出力する制御器２３を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は射出成形機の金型移動制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来用いられてきた射出成形機
の金型移動機構を示す。図において２は可動部、３は固
定部、１ａは可動部側の金型、１ｂは固定部側の金型、
４は固定部３に固定された開閉用シリンダである。５は
同シリンダ４のピストン、６はそのピストンロッドであ
り、同ピストンロッド６の先端は可動部２に固定され、
前記開閉シリンダ４には、２つのポート（ポートＡ、ポ
ートＢ）があり、同ポートＢ側に油圧源７を繋ぎ、ポー
トＡ側をタンク側（作動油の戻り側）に繋げば、金型１
ａは金型１ｂから離れる方向に動く（この方向に動くの
を型開と呼ぶ）。逆にポートＡ側に油圧源を繋ぎ、ポー
トＢ側をタンク側に繋げば、金型１ａは金型１ｂに近づ
く方向に動く（この方向に動くのを型閉と呼んでい
る）。図１２は型閉時の油圧系を示し、８は制御弁、１
１は作動油のタンク、１０は固定絞り弁である。９は油
圧的な切換スイッチであり、切換信号Ｓ１により作動油
の流れの経路をａ側、ｂ側に切換える。経路のａ側は絞
り弁１０を経由してタンク１１に繋がり、経路のｂ側は
直接タンク１１に繋がる。通常の可動部移動時（加速・
高速定速時）には経路ｂ側に切換え、減速・停止時には
経路ａ側に切換える。可動部２の位置に応じた可動部の
速度を実現するために、可動部２の位置センサ１２から
の信号を制御器１３に入力する。制御器１３は可動部位
置に応じた可動部速度を実現するために、可動部の速度
に応じた制御弁８の開度を出力する。また制御器１３
は、可動部２が固定部３に接近してスムーズな型閉が行
なわれるように、可動部２の減速を図るために同可動部
２が固定部３に接近して所定の位置まで来ると、油圧経
路をｂ側からａ側に切換える。

【０００３】射出成形機では、成形製品当りの成形時間
（タクトタイム）は非常に重要な性能指標である。その
ため型開閉の減速時間はできるだけ短くする必要があ
る。例えば、金型の減速・停止は次の２つの方法を併用
して行なっている。(1) 金型の移動速度指令に応じて、
制御弁８の開度を調整することにより、シリンダへの作
動油の流量を下げてピストン５を進行方向に押す力を弱
める。(2) 金型の移動速度指令が或る値以下になると、
金型の減速を確実にするために切換え信号Ｓ１により油
の戻り経路をｂ側からａ側に切換えて、絞り弁１０によ
り戻り側の流路の抵抗を高めることにより背圧を立て、
ピストン５を反進行方向に押す力（ブレーキ力）を大と
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の方法では、
次の理由で金型の型開、型閉での速度制御がうまく行か
ない。例えば、金型の型閉時は、金型の移動速度指令の
大きさに応じて制御弁８の開度は一方的に決められてい
る。また油の戻り経路のｂ側からａ側への切換えは、金
型の移動速度指令が或る値以下になると自動的に行なわ
れる。ところが実際の金型移動機構では、制御対象であ
る可動部と油圧系統の動的特性が次のような要因で変化
すると考えられる。

【０００５】即ち、成形品の大きさに応じて金型重量が
大きく変わるので、可動部２の質量が変化する。また油
圧系統は、運転時間の経過と共に作動油の温度変化が生
じるため、作動油の動粘度が変化し、シリンダ部の粘性
抵抗やピストン部での漏れ量が変化する。更にピストン
とシリンダ間の接触状態は、可動部質量の変化や作動油
温度変化などにより変化して、ピストンとシリンダ間の
摩擦力が変化する。一方制御系設計は、通常実機をモデ
ル化した数式モデルを線形化して行なう。一般に線形化
は基準動作点の近傍で行なうが、金型移動機構では動作
点がかなり動く。そのため、線形化数式モデルの定数
は、運転範囲の中で変動すると考えられる。

【０００６】以上の如く制御弁８の開度調整及び油圧経
路の切換えは、オープンループ方式で行なわれるため、
前述の各変化や変動が生じる場合には、基準動作点近傍
以外では、金型の速度制御性能は設計通りの性能を示さ
ない可能性が大きい。例えば、型閉を行なうとき、或る
金型重量のときに、可動部２が所定の極低速で固定部３
に接近して金型１ａと１ｂが衝撃なく閉じられるよう
に、戻り経路の切換えを行なうときの金型移動速度指令
を、或る値に定めたとする。しかし成形品が変わって金
型重量が重くなったとすると、従来の方法では、金型の
移動速度指令が決められた値になったときに、戻り経路
はａ側に切換えられるが、可動部２の質量が大きくなっ
ているため可動部２の速度低下が遅くなり、可動部２は
計画していた速度より大きい速度で固定部３に達するこ
とになる。そのため金型１ａと１ｂが衝撃を発生して閉
じられることになる。逆に金型重量が軽くなったとき
は、可動部２の質量が小さくなるため、戻り経路がａ側
に切換えられると可動部２の速度低下は速くなり、可動
部２が固定部３に達するまでに多くの時間を要し、成形
時間の増加を招く欠点がある。

【０００７】以上述べたように、前記図１２による従来
の方法では、次のような第１、第２の問題点が生じる欠
点があった。即ち、第１の問題点は、型閉に際し、可動
部２が短時間で、かつスムーズに固定部３に接近するた
めには可動部２の速度は、固定部３より離れているとき
は速く、固定部３に接近したときは衝突防止の点から極
低速になる必要がある。このように可動部２の速度は可
動部２の移動位置と対応して制御される必要があるが、
従来の方法では、速度制御がオープンループ方式のた
め、可動部の重量変化や油圧系統の動的特性変化によ
り、可動部２の位置に応じた同可動部２の正確な速度制
御ができない欠点があった。そのため可動部２が固定部
３に達したときの速度にバラツキが生じ、可動部２と固
定部３が大きな衝撃力を発生して型閉が行なわれたり、
逆に可動部２が固定部３に到達するのに多くの時間を要
したりする問題があった。

【０００８】更に第２の問題点は、可動部２が固定部３
に向かうとき、ポートＢ側のシリンダ内の油は、ピスト
ン５により圧縮されるので、ポートＢ側のシリンダ内圧
力Ｐ₂ は上昇する。しかし戻り経路がｂ側に切換えられ
ていても、絞り弁１０は固定絞りのため圧力Ｐ₂ が上昇
すると、絞り弁１０から逃げる油量が増加してしまう。
そのため可動部２のブレーキ力として働く背圧Ｐ₂ の大
きさは、絞り弁１０から逃げる油量により減少して有効
なブレーキ力にはならない。一方可動部２の速度が大き
いときは、背圧Ｐ₂ が増大してブレーキ効果が期待でき
るが、可動部２が固定部３に接近して可動部２が低速度
になってスムーズな型閉を行なう必要がある段階では、
背圧Ｐ₂ の上昇量は小さく、ブレーキ力としては期待で
きない。本発明は金型移動機構の可動部と油圧系統の動
的特性が変化しても、同可動部が常に所定の速度曲線を
描いて固定部に達し、衝撃なく金型が閉じられるように
シリンダへの油量を制御し得る射出成形機の金型移動制
御装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、射出
成形機で、金型を取付けた可動部と、同じく金型を取付
けた固定部と、同固定部に取付けられた型開閉シリンダ
と、同シリンダ内を摺動するピストンと、同ピストンと
可動部を連結するピストンロッドとからなる金型移動制
御装置において、前記可動部の位置を検出する位置セン
サと、可動側金型と固定側金型が互いに接近する方向に
可動部を移動させたときにシリンダから油が流出するポ
ートをポートＢとし、逆に油がシリンダに流入してくる
ポートをポートＡとするとき、ポートＢがある側のシリ
ンダ圧力Ｐ₂ を検出する圧力センサと、ポートＡからの
油の流出入量を制御する流量調整弁と、前記位置センサ
からの可動部の位置信号と圧力センサからのポートＢ側
のシリンダ圧力Ｐ₂ の圧力信号を入力し、金型移動機構
での動特性が変化しても可動部の位置制御を安定に行な
い、しかも位置目標値に対して同じような位置制御の時
間応答を実現できるように制御弁と流量調整弁の弁開度
指令を出力する制御器を設けてなるもので、これを課題
解決のための手段とするものである。

【００１０】

【作用】型開閉時に可動部の正確な速度制御を行なうた
めに、可動部の位置信号をフィードバック信号とする位
置制御に置き換えること、可動部に対するブレーキ力を
確実に確保するために可動部背圧側の圧力Ｐ₂ の圧力信
号をフィードバック信号とする圧力制御を行なうこと、
そのために可変絞り弁を採用したこと、及び可動部の位
置信号と可動部背圧側の圧力信号を受けて制御弁と可変
絞り弁の弁開度指令を出力する制御器を、金型重量の変
化や油圧系統の特性変化に対して常に制御系を安定とす
るロバスト安定特性と、可動部位置制御の時間応答が常
に同じものとする低感度特性を与えるものとして設計し
たことにより、型開閉時の可動部の位置制御が運転条件
が変化しても、常に同じ時間応答が得られる等の効果を
奏するものである。

【００１１】

【実施例】以下本発明を図面の実施例について説明する
と、図１〜図１１は本発明の実施例を示す。先ず従来の
図１２に対応する図１について説明すると、１ａは可動
部側金型、１ｂは固定部側金型、２は可動部、３は固定
部、４は型開閉用シリンダ、５はピストン、６はピスト
ンロッド、７は油圧源、８は制御弁、Ａ，Ｂは夫々開閉
シリンダ４のポートを示し、これらは図１２に示すもの
と同一であるため、同一の符号で示してある。本発明と
前記図１２と相違する点は、可動部２の位置を検出する
位置センサ２０と、金型１ａと金型１ｂが互いに接近す
る方向に可動部２を移動させたときにシリンダから油が
流出するポートをポートＢとし、逆に油がシリンダ４に
流入してくるポートをポートＡとするとき、ポートＢが
ある側のシリンダ圧力Ｐ₂ を検出する圧力センサ２１
と、ポートＡからの油の流出入量を制御する流量調整弁
２２と、前記位置センサ２０からの可動部２の位置信号
と圧力センサ２１からのポートＢ側のシリンダ圧力Ｐ₂
の圧力信号を入力し、金型移動機構での動特性が変化し
ても可動部２の位置制御を安定に行ない、しかも位置目
標値に対して同じような位置制御の時間応答を実現でき
るように制御弁８と流量調整弁２２の弁開度指令を出力
する制御器２３からなる点である。なお、図１における
２４は可動部位置指令器、２５はＰ₂ 圧力指令器であ
る。

【００１２】さて本発明では、前記従来の第１の問題点
を解決するために、例えば型閉時に可動部２の位置と速
度の対応付けを正確にするようにしてなるものである。
可動部の速度信号は、可動部の位置信号を時間微分する
ことにより理論的には得られるが、実際には位置信号の
パルス間隔の時間差により速度信号を得ることになるた
め、特に型閉時のように可動部が固定部に接近したとき
の低速時には、可動部の速度信号の精度は劣化する。そ
のため可動部の速度制御を正確に行なうことは難しくな
るので、可動部の位置制御を行なうようにしている。こ
こで図２（ａ）は、例えば可動部位置に対応した可動部
速度指令を示し、この図２（ａ）から型閉開始してから
の経過時間に対する可動部速度指令を図２（ｂ）のよう
に求めることができる。この図２（ｂ）より型閉経過時
間に対する可動部速度指令を時間積分することにより、
図２（ｃ）のように可動部位置指令を求めることができ
る。また図２（ｃ）に示すような時間に対する可動部の
位置制御を行なうために、可動部の位置を検出する位置
センサ２０を取付け、可動部位置信号を制御器にフィー
ドバックする。

【００１３】また本発明は前記従来の第２の問題点を解
決するために、可動部２が固定部３に接近して可動部２
が低速度になっても、ポートＢ側のシリンダ内圧力Ｐ₂
が可動部２に対して有効なブレーキ力として作用するだ
けの大きさを保持できるように従来の絞り弁１０を可変
絞り弁２２にすると共に、可動部２に有効なブレーキ力
が働くように、可変絞り弁２２の開度を調整する制御器
に、ポートＢ側の圧力信号をフィードバックするために
ポートＢ側に圧力センサ２１を設けてなるものである。
次に前記従来の問題点である可動部の重量変化や油圧系
統の動特性が変化しても、図１の実施例では、可動部２
の位置制御が常に図２（ｃ）に示す如く行なわれるよう
に、シリンダ圧力Ｐ₂ の圧力制御も同時に行なう制御器
２３を採用してなるものである。以下制御器２３の設計
法について説明する。先ず制御器２３に対して要求され
る条件は、次の２点である。即ち、第１点は制御対象の
動的特性変化、即ち可動部の重量変化や油圧系統の温度
変化による特性変化、更には数式モデル化段階でのモデ
ル化誤差があっても、可動部２の位置制御系は常に安定
でなければならない。例えば、可動部の重量が軽いとき
は安定に位置制御できたが、可動部重量が重くなったと
きは、制御系が不安定になるというようなことはあって
はならない。次に第２点としては、可動部の位置制御系
で可動部の位置指令に対して可動部の実際の位置応答
は、制御対象の動的特性変化による影響を受けにくくす
る必要がある。例えば、可動部重量が重いときも軽いと
きも可動部の同じ位置指令変化に対して可動部の位置の
時間応答は常に同じになるようにしなければならない。

【００１４】さて前記第１点の要求条件を満たすことを
「ロバスト安定」であると云い、第２点の要求条件を満
たすことを「低感度特性」を持つと云う。この両者の条
件を満たすための条件式を以下説明する。先ず制御器２
３がロバスト安定であるための条件式。図３に示す１入
力、１出力の制御系を考える。制御器の伝達関数をＫ
(s) 、制御対象の伝達関数をＧ(s) で表わすと、制御対
象の伝達関数Ｇ(s) は、一般的に次式で表わされるとす
る。

【数１】Ｇ(s) ＝Ｇ_O (s)(１＋Δ(s)) ‥‥‥(1) ここでＳはラプラス演算子で、Ｇ_O (s) は基準となる伝
達関数、Δ(s) は伝達関数Ｇ(s) の基準伝達関数Ｇ
_O (s) からの特性の変動量を表わす伝達関数で、有理関
数とする。またＧ(s) はＧ_O (s) と同じ数の不安定極を
持つとする。このときΔ(s) は全ての周波数ｗに対して
次式が成り立つとする。

【数２】｜Δ(jw)｜＜｜Ｗ_T (jw)｜ ‥‥‥(2) ここでｓ＝ｊｗにおいてｊは複素数の虚数部分を表わ
し、ｗは周波数を示す。前記(2) 式は制御対象Ｇ(s) の
特性変動量を、有理関数Ｗ_T (s) のゲイン特性で特徴付
けたもので、特性変動量のゲイン幅を与えている。

【００１５】前記(1)(2)式で表わされる動特性変動量を
持つ制御対象Ｇ(s) を含む図３の制御系が安定であるた
めの必要十分条件は次式で与えられる。(i) Ｇ(s) ＝Ｇ
_O (s) のとき、図３に示す制御対象Ｇ(s) と制御器Ｋ
(s) からなるフィードバック制御系は安定であること。

【数３】 条件(i) は制御対象の基準伝達関数Ｇ_O (s) に対して図
３の制御系が安定であることを要求している。これは当
然の条件であり、従って制御系がロバスト安定であるた
めの本質的条件は前記(ii)で与えられる(3) 式である。
(3) 式が成り立てば、制御系がロバスト安定であること
は、次のように説明できる。即ち、制御対象の伝達関数
が基準伝達関数Ｇ_O (s) のときの図３の制御系の閉ルー
プ伝達関数Ｌ_O (s) ＝Ｇ_O (s) Ｋ(s) のナイキスト線図
は、条件(i) とナイキストの安定判別から図４の実線に
示すように、点（−１＋jo) の回りをＧ_O (s),Ｋ(s) の
不安定極の数の和だけ反時計方向に回ることになる。一
方制御対象の伝達関数がＧ(s) のとき、Ｇ(s) の不安定
極の数はＧ_O (s) の不安定極の数に等しいので、一巡伝
達関数Ｌ(s) ＝Ｇ(s) Ｋ(s) のナイキスト線図も、Ｌ_O
(s) のナイキスト線図と同じ回数だけ、点（−１＋jo)
の回りを反時計方向に回らなければならない。図４でＬ
_O (jw)のナイキスト線図が、ナイキスト安定判別で安定
の条件を満たすとき、Ｌ(jw)のナイキスト線図も安定条
件を満たすためには、次式が成り立たなければならな
い。

【数４】 ｜Ｌ(jw)−Ｌ_O (jw)｜＜｜１＋Ｌ_O (jw)｜ （全てのｗに対して） ‥‥(4)

【００１６】図４の円は、ある周波数ｗに対する一巡伝
達関数Ｌ(jw)の存在領域を示す。そして前記(4) 式は全
ての周波数ｗに対してＬ(jw)の存在領域を示す円内に点
（−１＋jo) を含まないことを示している。(4) 式の右
辺で左辺を割ると(1) 式より次式を得る。

【数５】 ｜Ｇ_O (jw)Δ(jw)Ｋ(jw)（１＋Ｇ_O (jw)Ｋ(jw)）^-1｜＜１（全ての周波数に対 して） ‥‥‥(5) また(5) 式と(2) 式より次式が成り立たなければならな
い。

【数６】 図３の制御系で目標値指令Ｒ(s) から可動部の応答Ｙ
(s) までの伝達関数Ｔ(s)は次式で与えられる。

【数７】 Ｔ(s) ＝Ｇ(s) Ｋ(s)(１＋Ｇ(s) Ｋ(s))^-1 ‥‥‥(7) 以上より図３の制御系がロバスト安定であるための制御
器２３の伝達関数Ｋ(s)は(8) 式を満たさなければなら
ない。

【数８】 Ｔ_O (s）はＧ(s) ＝Ｇ_O (s) でのＴ(s) の伝達関数を表
わす。

【００１７】次に低感度特性であるための条件式につい
て説明する。図３の制御系で目標値指令Ｒ(s) から可動
部の応答Ｙ(s) までの伝達関数Ｔ(s) は、(7) 式より次
式で与えられる。

【数９】 ここで制御対象の伝達関数がＧ_O (s) からＧ_O (s) ＋Δ
Ｇ(s) に変動したときに、伝達関数Ｔ(s) がＴ_O (s）か
らＴ_O (s）＋ΔＴ(s) に変化したとする。このとき制御
対象の変動に対する制御系の応答の変動の割合は、次式
の伝達関数Ｓ(s) で定義され、ボード感度と呼ばれる。

【数１０】 (10)式のボード感度Ｓ(s) を求める。即ち、(9) 式でＧ
(s) がＧ_O (s) ＋ΔＧ(s) になったときに、Ｔ(s) がＴ
_O (s）＋ΔＴ(s) になったことから次式が成り立つ。

【数１１】 (11)式を変形すると、

【数１２】 (9) 式より次式が成り立つ。

【数１３】 (12)(13)式より

【数１４】 (13)(14)式より

【数１５】 (10)(15)式よりボード感度Ｓ(s) は、次式で与えられ
る。

【数１６】 一般にＳ(s) は次式で表わされる。

【数１７】

【００１８】従って図３の制御系が低感度特性であるた
めには、制御器２３のＫ(s) が｜Ｓ(jw)｜を小さく出来
ればできる程良いことが分かる。ところで(9) 式と(17)
式より、Ｔ(s) とＳ(s) には次の関係がある。

【数１８】Ｔ(s) ＋Ｓ(s) ＝１ ‥‥‥(18) 制御器２３のロバスト安定性からは、(7) 式より｜Ｔ(j
w)｜を小さくすることが要求され、低感度特性からは、
前記のように｜Ｓ(jw)｜を小さくすることが要求される
が、実際には(18)式の関係式から｜Ｔ(jw)｜と｜Ｓ(jw)
｜を共に小さくすることは不可能である。しかし実際に
は制御系の低感度特性は、低周波数領域で重要な性質で
あるため、低周波数領域で｜Ｓ(jw)｜を小さくすれば良
い。そのため低周波数域で大きなゲインを持つ伝達関数
Ｗs(s)を導入すれば、制御系が低感度特性であるための
条件は、次式で表わされる。

【数１９】

【００１９】一方制御対象の特性は、高周波数域では正
確に把えられないので、制御器を設計するときにロバス
ト安定性を確保するためには、高周波数域で制御対象の
特性変動｜Ｗ_T (jw)｜を大きくとらなければならない。
従って制御器２３のロバスト安定条件である(8) 式を満
たすためには、高周波数域で｜Ｔ(jw)｜を小さくすれば
よい。以上述べたように本発明では制御器２３に要求さ
れるロバスト安定性と、低感度特性という相矛盾する要
求を実現するために、ロバスト安定性に対して高周波数
域で｜Ｔ(jw)｜を小さくし、低感度特性に対しては、低
周波数領域で｜Ｓ(jw)｜を小さくすることができる設計
法を用いて制御器２３を設計した。これまでは制御器２
３に要求される条件式である(8) 式、(19)式を図３に示
す１入力、１出力の制御系について述べた。しかし本発
明で扱う制御器２３は、可動部２の位置とポートＢ側の
シリンダ圧力Ｐ₂ の２出力を、可変絞り弁２２と制御弁
８を用いて制御する必要があることから、明らかに本発
明の制御系は２入力、２出力の多変数制御系となる。多
変数制御系では、Ｔ(s),Ｓ(s),Ｗ_T (s),Ｗs(s)は伝達関
数を要素にもつ伝達関数行列となるが、このときのロバ
スト安定条件と低感度特性をもつ条件式(8) (19)式は次
式で与えられる。

【００２０】ロバスト安定条件。

【数２０】

【数２１】 ‖Δ(jw)‖∞＜‖Ｗ_T (jw)‖∞ ‥‥‥(21)

【数２２】 Ｔ(s) ＝Ｇ(s) Ｋ(s) （Ｉ＋Ｇ(s) Ｋ(s))^-1 ‥‥‥(22) 但し、Ｉは単位行列を表わす。低感度特性条件式。

【数２３】

【数２４】 Ｓ(s) ＝（Ｉ＋Ｇ(s) Ｋ(s))^-1 ‥‥‥(24) ここで或る伝達関数行列Φに対して‖Φ‖∞はＨ∞ノル
ムと呼ばれ、次式で表わされる。

【数２５】 σ′は次式で定義される最大特異値である。

【数２６】 σ′（Φ(jw)) ＝（Φ^* (jw)・Φ(jw)の最大固有値）^1/2 ‥‥‥(26) Φ^* (jw)はΦ(jw)の共役転置行列を表わす。伝達関数行
列Ｗ_T (s),Ｗs(s)は、制御器２３の設計時に設計者によ
り与えられる。また(20)(23)式を同時に満たすような制
御器２３を求める設計法は、Ｈ∞制御理論と呼ばれ、こ
の制御理論の枠組みの中で「混合感度問題」として定式
化され、その解法が与えられている。

【００２１】ロバスト安定条件式(20)式及び低感度特性
条件式(23)式は、次の１つの条件式で表わすことができ
る。

【数２７】 この(27)式は、次のノルムの性質を表わす一般式より得
ることができる。

【数２８】 (28)式より(27)式でのノルムの評価の違いは、３ｄｂ以
下であることが分かる。次に(27)式の条件式を満たす解
法を得るために、図５に示すような構造を持つ制御系を
考える。制御対象Ｇ(s) の他に、制御器の設計者が与え
る周波数重み付け伝達関数Ｗ_T (s),Ｗs(s)を含めた一般
化された制御対象Ｐ(s) （図５で点線で示す）と制御器
Ｋ(s) からなるフィードバック構造を考える。Ｒ(s) は
目標値、Ｚ₁ (s) ，Ｚ₂ (s) は出力で、制御偏差を周波
数重み付けしたもので、小さくしたい量である。このと
き、一般化された制御対象の伝達関数行列Ｐ(s) は次式
で与えられる。

【数２９】

【００２２】制御器の入出力関係は次式で与えられる。

【数３０】Ｕ(s) ＝Ｋ(s) Ｅ(s) ‥‥‥(30) (29)(30)式より図５の制御系の入力Ｒ(s) に対する出力

【数３１】 の閉ループ伝達関数Ｌ_G (s) は次式で与えられる。

【数３２】 (27)式と(31)式を比較すると、混合感度問題として解か
なければならないＨ∞ノルム条件式(27)式は、図５に示
す一般化された制御対象に対してフィードバック構造を
持つ制御系の閉ループ伝達関数（入力：Ｒ(s) 、出力：
Ｚ(s) ）のＨ∞ノルムを１以下にする問題に置き換えら
れる。

【００２３】図５の制御系の閉ループ伝達関数Ｚ(s) ／
Ｒ(s) のＨ∞ノルムを１以下にする制御器Ｋ(s) を求め
る具体的解法は、一般化された制御対象を状態変数表現
に変換して解き、解である制御器Ｋ(s) も状態変数表現
で得られる。この解法は文献(1)(2)で公表されている。 (1) J.C.Doyle, K.Glover, P.Khargoneckar and B.Fran
cis"State Space Solution to Standard Hz and H∞ Co
ntrol Problems"IEEE Trans on Automatic Control, Vo
l.AC-34, NO.8, 1989. (2) R.Y.Chiang and M.G.Safonov, Robust Control Too
lbox User's Guide forUse with Matlab, The Math Wor
ks Inc., 1988. 以上述べた手段を用いたときの金型移動機構の制御系の
構成を図１に示す。制御器２３は金型重量の変化や、油
圧系統の温度変化で制御対象の動的特性が変化しても、
可動部の位置制御が常に安定に、しかも目標値に対して
同じような時間応答を実現できるようにロバスト安定条
件と、低感度特性条件の両方を満たすように、(27)式を
満足する解として求めた。

【００２４】図５で制御対象の伝達関数Ｇ(s) の入力Ｕ
(s) は、次の２入力からなる。

【数３３】 ここで、Ｙ₁ ^* (s) ：制御弁８の弁開度指令Ｙ₁ ^* のラ
プラス変換 Ｙ₂ ^* (s) ：可変絞り弁２２の弁開度指令Ｙ₂ ^* のラプ
ラス変換 制御系の出力のラプラス変換Ｙ(s) は次の２出力とな
る。

【数３４】 ここでＸ(s) ：可動部２の位置ｘ(cm)のラプラス変換 Ｐ₂ (s) ：型開閉シリンダ４のポートＢ側の圧力Ｐ₂ (k
g/cm² ) のラプラス変換 このとき制御対象の伝達関数Ｇ(s) の状態方程式表現は
次式で与えられる。

【数３５】Ｘ′ｇ＝ＡＸｇ＋Ｂｕ ‥‥‥(34)

【数３６】ｙ＝ＣＸｇ ‥‥‥(35) ここで、′は時間(sec) の微分を表わし、ｘｇは状態変
数ベクトル、ｕは入力ベクトル、ｙは出力ベクトルでそ
れぞれ次式で定義される。

【数３７】Ｘｇ＝（ｘ，ｘ′，Ｐ₁ , Ｐ₂ , ｙ₁ ，
ｙ₂ ) ^T (Tは転置を表わす）‥‥(36)

【数３８】ｕ＝（ｙ₁ ^* ，ｙ₂ ^* ）^T ‥‥‥(37)

【数３９】ｙ＝（ｘ，Ｐ₂ ) ^T ‥‥‥(38) Ｐ₁ ：型開閉シリンダ４のポートＢ側の圧力〔 kg/c
m² 〕 ｙ₁ ：制御弁８の弁開度〔無次元〕 ｙ₂ ：可変絞り弁２２の弁開度〔無次元〕 制御対象の基準となる伝達関数Ｇ(s) を表わす状態方程
式表現での行列Ａ，Ｂ，Ｃは次式で与えられる。

【数４０】

【００２５】次に周波数重み付け伝達関数Ｗs(s)，Ｗ_T
(s) は次のように決めた。

【数４１】

【数４２】 γ＝20.0 ｆ₁ ＝10^-5 ｆ₂ ＝１ ｆ₃ ＝10^-4 ‥‥‥(42)

【数４３】

【数４４】 (34)〜(44)式を使って混合感度問題として(27)式を満た
すような制御器２３を求めた。その結果次のような状態
変数表現で与えられる制御器２３が設計できた。

【数４５】 Ｘ′c ＝Ａc Ｘｃ＋Ｂc ｅ ‥‥‥(45)

【数４６】 ｕ＝Ｃc Ｘc ‥‥‥(46) ここでＸc は制御器２３の状態変数ベクトル、ｅは制御
器２３への入力ベクトル、ｕは制御器２３の出力ベクト
ルである。

【数４７】 ｅ＝〔ｅ₁ ，ｅ₂ 〕^T ‥‥‥(47)

【数４８】 ｕ＝〔ｙ₁ ^* ，ｙ₂ ^* 〕^T ‥‥‥(48)

【数４９】 ｅ₁ ＝ｘ^* −ｘ ‥‥‥(49)

【数５０】 ｅ₂ ＝Ｐ₂ ^* −Ｐ₂ ‥‥‥(50) ｘ^* ：可動部２の位置指令 Ｐ₂ ^* ：型開閉シリンダ４のポートＢ側の圧力指令

【００２６】ここで行列Ａc,Ｂc,Ｃc は次のように求め
られた。

【数５１】 制御器２３を入力ベクトルｅ、出力ベクトルｕを用いて
伝達関数表現すると、次式で表わせる。

【数５２】 Ｕ(s),Ｅ(s) は出力ベクトルｕ、入力ベクトルｅのラプ
ラス変換表現である。得られた制御器２３の各伝達関数
要素Ｋ₁₁(s) ，Ｋ₁₂(s) ，Ｋ₂₁(s) ，Ｋ₂₂(s) のゲイン
特性を図６及び図７に示す。

【００２７】次に設計した制御器２３を使って行なった
シミュレーション結果を述べる。制御対象の基準となる
伝達関数Ｇ_O (s) を与えるときのノミナル状態は、次の
ように定めた。 摩擦力 535.3kg 、 油温 45℃、 金型重量 14.8
t 型閉過程で可動部２が最高速度５０ｍ／ｍｉｎで動いて
いる時から２ｍ／ｍｉｎにまで減速するまでの過程をシ
ミュレーションした。時刻０は速度５０ｍ／ｍｉｎから
減速が開始される時刻とした。図８及び図９はノミナル
状態での制御性能を示すシミュレーション結果である。
図８には可動部２の速度ｘ′、位置ｘ及びポートＢ側の
シリンダ圧力Ｐ₂ 、ポートＡ側のシリンダ圧力Ｐ₁ を示
す。図９には制御弁８の弁開度Ｙ₁ 及び可変絞り弁２２
の弁開度Ｙ₂ を示す。図８より可動部２の速度が５０ｍ
／ｍｉｎから２ｍ／ｍｉｎになるまでの減速時間は０．
５７秒である。

【００２８】次に金型重量を２１．１ｔに増加した場合
のシミュレーション結果を図１０及び図１１に示す。可
動部２の速度が５０ｍ／ｍｉｎから２ｍ／ｍｉｎになる
までの減速時間は０．５２秒である。参考に従来の制御
方法では、ノミナル状態での減速時間は０．８１秒、金
型重量を２１．１ｔに増したときは、ポートＡ側のシリ
ンダ圧力Ｐ₁ が負になり、実用できないことが判明し
た。表１は摩擦力、油温、金型重量を変更した種々の組
合せ条件下でのシミュレーション結果より得られた減速
時間である。表１より予想される制御対象の特性変動に
対して、減速時間が０．５１〜０．５８秒の範囲に入る
ような制御器２３を設計できたことが分かる。

【表１】

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明は、型開
閉時に可動部の正確な速度制御を行なうために、可動部
の位置信号をフィードバック信号とする位置制御に置き
換えること、可動部に対するブレーキ力を確実に確保す
るために可動部背圧側の圧力Ｐ₂ の圧力信号をフィード
バック信号とする圧力制御を行なうこと、そのために可
変絞り弁を採用したこと、及び可動部の位置信号と可動
部背圧側の圧力信号を受けて制御弁と可変絞り弁の弁開
度指令を出力する制御器を、金型重量の変化や油圧系統
の特性変化に対して常に制御系を安定とするロバスト安
定特性と、可動部位置制御の時間応答が常に同じものと
する低感度特性を与えるものとして設計したことによ
り、型開閉時の可動部の位置制御が運転条件が変化して
も、常に同じ時間応答が得られる等の効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す射出成形機の金型移動制
御装置の系統図である。

【図２】可動部の速度指令、位置指令の説明図である。

【図３】制御系のブロック図である。

【図４】制御系の安定性を示すナイキスト線図である。

【図５】一般化された制御対象と制御器からなる制御系
のブロック図である。

【図６】制御器の伝達関数行列の各要素のゲイン特性線
図である。

【図７】図６と異なる制御器の伝達関数行列の各要素の
ゲイン特性線図である。

【図８】ノミナル状態での可動部位置制御の制御性能の
シミュレーション結果を示す線図である。

【図９】図８と異なるノミナル状態での可動部位置制御
の制御性能のシミュレーション結果を示す線図である。

【図１０】金型重量を増した時の制御性能のシミュレー
ション結果を示す線図である。

【図１１】図１０と異なる金型重量を増した時の制御性
能のシミュレーション結果を示す線図である。

【図１２】従来の射出成形機における金型移動制御装置
の系統図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 金型 ２ 可動部 ３ 固定部 ４ 型開閉シリンダ ５ ピストン ６ ピストンロッド ７ 油圧源 ８ 制御弁 ２０ 位置センサ ２１ 圧力センサ ２２ 流量調整弁 ２３ 制御器 ２４ 可動部位置指令器 ２５ Ｐ₂ 圧力指令器 Ａ，Ｂ ポート

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】次に低感度特性であるための条件式につい
て説明する。図３の制御系で目標値指令Ｒ（ｓ）から可
動部の応答Ｙ（ｓ）までの伝達関数Ｔ（ｓ）は、（７）
式より次式で与えられる。

【数９】 ここで制御対象の伝達関数がＧｏ（ｓ）からＧｏ（ｓ）
＋ΔＧ（ｓ）に変動したときに、伝達関数Ｔ（ｓ）がＴ
ｏ（ｓ）からＴｏ（ｓ）＋ΔＴ（ｓ）に変化したとす
る。このとき制御対象の変動に対する制御系の応答の変
動の割合は、次式の伝達関数Ｓ（ｓ）で定義され、ボー
ド感度と呼ばれる。

【数１０】 （１０）式のボード感度Ｓ（ｓ）を求める。即ち、
（９）式でＧ（ｓ）がＧｏ（ｓ）＋ΔＧ（ｓ）になった
ときに、Ｔ（ｓ）がＴｏ（ｓ）＋ΔＴ（ｓ）になったこ
とから次式が成り立つ。

【数１１】 （ＩＩ）式を変形すると、

【数１２】 （９）式より次式が成り立つ。

【数１３】 （１２）（１３）式より

【数１４】 （１３）（１４）式より

【数１５】 （１０）（１５）式よりボード感度Ｓ（ｓ）は、次式で
与えられる。

【数１６】 一般にＳ（ｓ）は次式で表わされる。

【数１７】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】従って図３の制御系が低感度特性であるた
めには、制御器２３のＫ（ｓ）が｜Ｓ（ｊｗ）｜を小さ
く出来ればできる程良いことが分かる。ところで（９）
式と（１７）式より、Ｔ（ｓ）とＳ（ｓ）には次の関係
がある。

【数１８】 制御器２３のロバスト安定性からは、（８）式より｜Ｔ
（ｊｗ）｜を小さくすることが要求され、低感度特性か
らは、前記のように｜Ｓ（ｊｗ）｜を小さくすることが
要求されるが、実際には（１８）式の関係式から｜Ｔ
（ｊｗ）｜と｜Ｓ（ｊｗ）｜を共に小さくすることは不
可能である。しかし実際には制御系の低感度特性は、低
周波数領域で重要な性質であるため、低周波数領域で｜
Ｓ（ｊｗ）｜を小さくすれば良い。そのため低周波数域
で大きなゲインを持つ伝達関数Ｗｓ（ｓ）を導入すれ
ば、制御系が低感度特性であるための条件は、次式で表
わされる。

【数１９】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】ロバスト安定条件式（２０）式及び低感度
特性条件式（２３）式は、次の１つの条件式で表わすこ
とができる。

【数２７】 この（２７）式は、次のノルムの性質を表わす一般式よ
り得ることができる。

【数２８】 （２８）式より（２７）式でのノルムの評価の違いは、
３ｄｂ以下であることが分かる。次に（２７）式の条件
式を満たす解法を得るために、図５に示すような構造を
持つ制御系を考える。制御対象Ｇ（ｓ）の他に、制御器
の設計者が与える周波数重み付け伝達関数Ｗ_Ｔ（ｓ），
Ｗｓ（ｓ）を含めた一般化された制御対象Ｐ（ｓ）（図
５で点線で示す）と制御器Ｋ（ｓ）からなるフィードバ
ック構造を考える。Ｒ（ｓ）は目標値、Ｚ_１（ｓ），Ｚ
_２（ｓ）は出力で、制御偏差を周波数重み付けしたもの
で、小さくしたい量である。このとき、一般化された制
御対象の伝達関数行列Ｐ（ｓ）は次式で与えられる。

【数２９】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】図５で制御対象の伝達関数Ｇ（ｓ）の入力
Ｕ（ｓ）は、次の２入力からなる。

【数３３】 ここで、Ｙ_１ ^＊（ｓ）：制御弁８の弁開度指令Ｙ_１ ^＊の
ラプラス変換 Ｙ_２ ^＊（ｓ）：可変絞り弁２２の弁開度指令Ｙ_２ ^＊のラ
プラス変換 制御系の出力のラプラス変換Ｙ（ｓ）は次の２出力とな
る。

【数３４】 ここでＸ（ｓ）：可動部２の位置ｘ（ｃｍ）のラプラス
変換 Ｐ_２（ｓ）：型開閉シリンダ４のポートＢ側の圧力Ｐ_２
（ｋｇ／ｃｍ^２）のラプラス変換 このとき制御対象の伝達関数Ｇ（ｓ）の状態方程式表現
は次式で与えられる。

【数３５】

【数３６】 ここで、′は時間（ｓｅｃ）の微分を表わし、Ｘｇは状
態変数ベクトル、ｕは入力ベクトル、ｙは出力ベクトル
でそれぞれ次式で定義される。

【数３７】

【数３８】

【数３９】 Ｐ_１：型開閉シリンダ４のポートＢ側の圧力〔ｋｇ／ｃ
ｍ^２〕 ｙ_１：制御弁８の弁開度〔無次元〕 ｙ_２：可変絞り弁２２の弁開度〔無次元〕 制御対象の基準となる伝達関数Ｇ（ｓ）を表わす状態方
程式表現での行列Ａ，Ｂ，Ｃは次式で与えられる。

【数４０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細江 繁幸 名古屋市守山区大森久の下489 大森西住 宅５−201

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成形機で、金型を取付けた可動部
   と、同じく金型を取付けた固定部と、同固定部に取付け
   られた型開閉シリンダと、同シリンダ内を摺動するピス
   トンと、同ピストンと可動部を連結するピストンロッド
   とからなる金型移動制御装置において、前記可動部の位
   置を検出する位置センサと、可動側金型と固定側金型が
   互いに接近する方向に可動部を移動させたときにシリン
   ダから油が流出するポートをポートＢとし、逆に油がシ
   リンダに流入してくるポートをポートＡとするとき、ポ
   ートＢがある側のシリンダ圧力Ｐ₂ を検出する圧力セン
   サと、ポートＡからの油の流出入量を制御する流量調整
   弁と、前記位置センサからの可動部の位置信号と圧力セ
   ンサからのポートＢ側のシリンダ圧力Ｐ₂ の圧力信号を
   入力し、金型移動機構での動特性が変化しても可動部の
   位置制御を安定に行ない、しかも位置目標値に対して同
   じような位置制御の時間応答を実現できるように制御弁
   と流量調整弁の弁開度指令を出力する制御器を設けてな
   ることを特徴とする射出成形機の金型移動制御装置。