JPH11303761A - 可変容量形ポンプ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力制御及び流量制御を夫々的確かつ安定に
行う。 【解決手段】 作動油の吐出圧力と吐出流量を比例電磁
弁によって電気的に閉ループ制御する制御手段を有する
可変容量形ポンプにおいて、制御手段は、吐出圧力を制
御する圧力制御系(1)と、吐出流量を制御する流量制御
系(3)と、各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制
御定数の最適設定値を記憶する記憶部と、圧力制御系及
び流量制御系の制御状態を判別する状態判別手段(15)
と、判別結果に応じて制御系を切換える切換手段(S1)
と、各制御系の現在の制御状態に対応する最適設定値を
複数の制御定数に設定する設定手段(S2,S3,S4)とを備
え、圧力制御系(1)と流量制御系(3)とは直列に結合され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動油の吐出圧力
と吐出流量を電気的に閉ループ制御する制御手段を有す
る可変容量形ポンプ及びその制御方法に関するものであ
り、特に圧力制御及び流量制御の制御定数を自動可変と
した可変容量形ポンプ及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧回路において、可変量形ポンプから
吐出させる作動油の圧力及び流量を比例電磁弁で制御す
る場合には、まず作動油の吐出圧力を比例電磁弁で制御
しながら吐出流量を増加させ、吐出流量が所定の設定値
に達したら、圧力制御を停止して流量制御を行うのが一
般的である。このような可変量形ポンプ及びその制御方
法としては、従来から以下の方法が一般的に知られてい
る。

【０００３】第一の可変量形ポンプ及びその制御方法と
しては、圧力制御フィードバックループの中に、流量制
御フィードバックループをマイナーループとして組み込
み、圧力制御ループのゲイン及び補償要素を調整して圧
力制御を行い、その後流量制御ループのゲイン及び補償
要素を行うものである。

【０００４】第二の可変量形ポンプ及びその制御方法
は、図７に示すように、圧力制御フィードバックと流量
制御フィードバックを別個独立に構成し、はじめにスイ
ッチによって制御系を圧力制御に切換えて圧力ゲイン及
び圧力補償要素の調整を行うことにより吐出圧力の制御
を行いながら吐出流量を増加させる。そして、吐出流量
が所定値に達したら、スイッチにより制御系を圧力制御
から流量制御に切り換えて、流量制御ループの流量ゲイ
ン及び流量補償要素を調整して吐出流量の制御を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の可変量形ポンプ及びその制御方法には、次の
ような問題がある。第一の制御方法では、圧力制御は的
確に行えるが、流量制御ループが圧力制御ループ中に組
み込まれているため、実際の流量検出を正確に行えず、
このため流量制御を的確に行うことができない。即ち、
圧力制御時の流量ゲイン及び流量補償要素の最適値は、
流量制御時の流量ゲイン及び流量補償要素の最適値と異
なるが、圧力制御のループ内では、流量制御は実質的に
行われず、圧力制御時の流量ゲインや流量補償要素、あ
るいは流量制御時の流量ゲインや流量補償値を最適値に
設定することができない。このため、流量制御を的確に
行うことができないという問題がある。

【０００６】一方、第二の制御方法では、圧力制御ルー
プと流量制御ループが独立に構成されているため、各制
御系ごとにゲイン及び補償要素を最適に調整することで
きる。しかしながら、制御系の切換時にゲイン、補償要
素の変動が生じ、各制御系の安定性が悪化するという問
題がある。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、圧力制御及び流量制御を夫々的確に行
うことができる可変量形ポンプ及びその制御方法を提供
することを主な目的とする。本発明の別の目的は、圧力
制御と流量制御を安定性を維持しながら行うことができ
る可変量形ポンプ及びその制御方法を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、作動油の吐出圧力と吐出流
量を比例電磁弁によって電気的に閉ループ制御する制御
手段を有する可変容量形ポンプにおいて、前記制御手段
は、吐出圧力を制御する圧力制御系と、吐出流量を制御
する流量制御系と、各制御系ごとに制御状態に対応する
複数の制御定数の最適設定値を記憶する記憶部と、圧力
制御系及び流量制御系の制御状態を判別する状態判別手
段と、判別結果に応じて制御系を切換える切換手段と、
各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を
前記複数の制御定数に設定する設定手段とを備え、前記
圧力制御系と前記流量制御系とは直列に結合されている
ことを特徴とする。

【０００９】本発明では、予め記憶部に各制御定数の最
適設定値が記憶されている。ここで、「各制御系ごとに
制御状態に対応する複数の制御定数の最適設定値」と
は、圧力制御時における圧力制御系の制御定数及び流量
制御系の制御定数の各最適設定値と、流量制御時におけ
る圧力制御系の制御定数及び流量制御系の制御定数の最
適設定値をいう。

【００１０】本発明では、状態判別手段によって、圧力
制御状態及び流量制御状態を判別する。即ち、圧力制御
時に流量制御に切り換える状態となったか否か、または
流量制御時に圧力制御に切り換える状態となったか否か
について判別する。例えば、圧力制御中に流量が増加し
た場合、圧力制御の出力としての圧力操作量が所定の流
量設定値に達したか否かを判別する。そして、圧力操作
量が未だ流量設定値に達していない場合には、切換手段
による圧力制御から流量制御への制御系の切換えは行わ
ず、圧力制御系及び流量制御系の各制御定数を現状の最
適設定値で維持するか、あるいは設定手段によって各制
御定数に圧力制御時における夫々の最適設定値を設定す
る。

【００１１】一方、圧力操作量が、流量設定値に達した
場合には、切換手段によって流量制御系に切り換える。
これにより、可変量形ポンプの制御は、圧力制御から流
量制御へ移行する。この場合、流量制御には、直列結合
された後段の流量制御ループが用いられる。そして、設
定手段によって圧力制御系及び流量制御系の各制御定数
に、流量制御時における夫々の最適設定値を設定する。

【００１２】従って、本発明では、圧力制御系と流量制
御系の各制御定数に、各制御時における最適設定値を別
個に設定できるので、圧力制御系に流量制御系が組み込
まれている従来のポンプの制御に比べ、圧力制御系及び
流量制御系の各制御を的確に行うことができる。

【００１３】また、本発明では、圧力制御系と流量制御
系とを直列に結合しているので、例えば、圧力制御系を
前段に流量制御系を後段にした場合には、圧力制御時
に、圧力制御系と流量制御系の全体を用いて制御し、流
量制御時には流量制御系のみを用いて制御することが可
能となる。即ち、圧力制御時には、圧力制御系の他、流
量制御系も使用されているため、切換手段によって圧力
制御から流量制御へ切り換えた場合でも、流量制御系に
変化は生じず、安定した切換を行うことができる。

【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
可変容量形ポンプ制御装置において、前記切換手段は、
記憶手段に記憶されている設定値を所定の時定数で変化
する可変信号に変換する変換手段を備えたことを特徴と
する。

【００１５】圧力制御系の出力である圧力操作量は、ポ
ンプの脈動成分を含んでおり、ある振幅で振動するた
め、判別手段による制御状態の判別が困難になる。本発
明では、切換手段が、記憶手段に記憶されている最適設
定値を所定の時定数で変化する可変信号に変換する変換
手段を備えているため、各制御系の制御定数に最適設定
値を設定する場合でも、ポンプの脈動成分による変動を
変換手段によって除去し、制御状態の判別を正確に行う
ことができる。

【００１６】また、切換手段による制御系の切換時に最
適設定値を設定する場合に、変換手段によって設定値を
所定の時定数で変化させているので、設定値の変動を時
間的に緩やかにして不連続になることを回避し、安定な
切換を可能にすることができる。

【００１７】このような変換手段としては、低域遮断フ
ィルター等を用いることができる。

【００１８】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の可変容量形ポンプ制御装置において、前記複数の
制御定数が、ゲイン及び／又は補償要素であることを特
徴とする。

【００１９】本発明は、制御定数の好ましい態様を示し
たものである。

【００２０】請求項４に係る発明は、可変容量形ポンプ
から吐出される作動油の吐出圧力及び吐出流量を比例電
磁弁によって電気的に閉ループで制御する可変容量形ポ
ンプの制御方法において、各制御系ごとに制御状態に対
応する複数の制御定数の最適設定値を予め記憶部に記憶
させる記憶工程と、圧力制御系及び流量制御系の状態を
判別する状態判別工程と、判別結果に応じて制御系を切
換える切換工程と、各制御系の現在の制御状態に対応す
る前記最適設定値を前記複数の制御定数に設定する設定
工程とを備えたことを特徴とする。

【００２１】本発明は、請求項１に係る可変量形ポンプ
を実施するための方法であり、請求項１と同様の作用効
果を奏する。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態につい
て、以下、図示例とともにに説明する。図１は、本実施
形態の可変量形ポンプの制御部のブロック図である。本
実施形態の制御部は、可変量形ポンプの吐出圧力をフィ
ードバック制御する圧力制御ループ１と吐出流量を制御
する流量制御ループ３から構成され、圧力制御ループ１
を前段、流量制御ループ３を後段にして直列に結合され
ている。

【００２３】圧力制御ループ１は、目標値としての吐出
圧力設定値Ｐinを入力し、圧力センサ（図示せず）から
の現在の圧力検出値ＳＭＰがフィードバックされるよう
になっている。圧力制御ループ１には、圧力設定値と圧
力検出値の偏差を調整するための圧力ゲイン回路５及び
圧力補償回路７が設けられている。

【００２４】圧力ゲイン回路５には、低域遮断フィルタ
ー１３ａが接続されている。低域遮断フィルター１３ａ
には、設定手段としての開閉スイッチＳ２が接続されて
おり、この開閉スイッチＳ２の開閉によって、記憶部
（図示せず）に予め記憶されている圧力ゲインの最適設
定値（ＰＧ１，ＰＧ２）を選択して圧力ゲインに設定さ
れるようになっている。ここで、ＰＧ１は圧力制御時の
圧力ゲインの最適設定値、ＰＧ２は流量制御時の圧力ゲ
インの最適設定値である。本実施形態では、ＰＧ２は、
ＰＧ１より大きい値となっている。尚、ＰＧ１、ＰＧ２
の値は、これに限られるものではなく任意に設定するこ
とが可能である。

【００２５】圧力制御ループ１の出力側には、判別手段
としての比較器１５が接続されている。この比較器１５
は、圧力制御ループ１の出力である圧力操作量Ｐuと、
所定の流量設定値Ｑinを比較し、その結果に同期して切
換手段としてのスイッチＳ１〜４の開閉動作が行われる
ようになっている。

【００２６】流量制御ループ３は、圧力制御ループ１の
出力である圧力操作量Ｐu又は流量制御の目標値である
流量設定値Ｑinを入力する。即ち、流量制御ループ３の
入力側には、開閉スイッチＳ１が接続されており、スイ
ッチＳ１の開閉によって、圧力操作量Ｐu、または流量
設定値Ｑinのいずれかを入力するように切り換えられ
る。また、流量制御ループ３の出力側は、比例電磁弁
（図示せず）が接続されており、全体ループの出力値が
比例電磁弁へ入力されるようになっている。

【００２７】流量制御ループ３の入力側には、流量セン
サ（図示せず）からの流量検出値ＳＭＱがフィードバッ
クされ、流量制御ループ３の入力値と流量検出値ＳＭＱ
の偏差を調整するための流量ゲイン回路９及び流量補償
回路１１が設けられている。

【００２８】流量ゲイン回路９には、低域遮断フィルタ
ー１３ｂが接続されている。低域遮断フィルター１３ｂ
には、設定手段としての開閉スイッチＳ３が接続されて
おり、この開閉スイッチＳ３の開閉によって、記憶部
（図示せず）に予め記憶されている流量ゲインの最適設
定値（ＱＧ１，ＱＧ２）が流量ゲインに設定されるよう
になっている。また、流量補償回路１１にも低域遮断フ
ィルター１３ｃが接続され、更に低域遮断フィルター１
３ｃに設定手段としての開閉スイッチＳ４が接続されて
おり、この開閉スイッチＳ４の開閉によって、記憶部
（図示せず）に予め記憶されている流量補償要素の最適
設定値（Ｃ１，Ｃ２）が流量補償要素に設定されるよう
になっている。ここで、ＱＧ１は圧力制御時の流量ゲイ
ンの最適設定値、ＱＧ２は流量制御時の流量ゲインの最
適設定値、Ｃ１は圧力制御時の流量補償要素の最適設定
値、Ｃ２は流量制御時の流量補償要素の最適設定値であ
る。本実施形態では、ＱＧ２は、ＱＧ１より大きい値と
なっている。また、Ｃ２は、Ｃ１より位相進み補償が強
い値となっている。尚、最適設定値ＱＧ１、ＱＧ２、Ｃ
１、Ｃ２の値は、これに限られるものではなく、任意に
設定することが可能である。

【００２９】このように構成された本実施形態の可変量
形ポンプ制御部を用いた制御方法について以下に説明す
る。

【００３０】まず、予め記憶部に圧力ゲインの圧力制御
時の最適設定値ＰＧ１及び流量制御時の最適設定値ＰＧ
２、流量ゲインの圧力制御時の最適設定値ＱＧ１及び流
量制御時の最適設定値ＱＧ２、流量補償要素の圧力制御
時の最適設定値Ｃ１及び流量制御時の最適設定値Ｃ２を
記憶させる。

【００３１】次いで、スイッチＳ１を圧力制御ループ１
側に切り換える。このとき、スイッチＳ１の切換と同期
して、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４が、夫々圧力ゲイン、
流量ゲイン、流量補償要素の圧力制御時の各最適値（Ｐ
Ｇ１、ＱＧ１、Ｃ１）を取り出すように切換えられ、夫
々の最適設定値が低域遮断フィルター１３を介して圧力
ゲイン、流量ゲイン及び流量補償要素に乗算されて設定
される。そして、可変量形ポンプから作動油を吐出さ
せ、可変量形ポンプの作動油の圧力制御を開始する。圧
力制御の最中は、可変量形ポンプからの作動油の吐出流
量を次第に増加させる。

【００３２】圧力制御ループ１に所定の圧力設定値Ｐin
を目標値として入力する。この圧力設定値と、フィード
バックされてきた圧力センサ（図示せず）で検出された
作動油の圧力検出値ＳＭＱとの偏差が圧力ゲイン及び圧
力補償ゲインによって調整され圧力操作量Ｐuとなっ
て、圧力制御ループ１の出力となる。そして、この圧力
操作量Ｐuは、所定の流量設定値Ｑinと比較器によって
比較される。図３に圧力操作量Ｐu，流量検出値ＳＭ
Ｑ，及び流量設定値Ｑinの関係図を示す。

【００３３】圧力操作量Ｐuが流量設定値Ｑinより小さ
い場合には、スイッチＳ１〜４の切り換えは行われず、
このため、圧力操作量Ｐuは、流量制御ループ３に入力
される。スイッチＳ１は、圧力制御ループ１側に切り換
えられているため、流量制御ループ３には、流量制御の
目標値である流量設定値Ｑinは入力されない。このた
め、圧力操作量Ｐuが流量設定値Ｑinより小さい場合に
は、図３に示すように、引き続き圧力制御が行われ、直
列結合された圧力制御ループ１と流量制御ループ３の全
体ループが圧力制御のために用いられる。

【００３４】尚、このとき、後段の流量制御ループ３に
は、流量センサで検出された作動油の流量検出値ＳＭＱ
がフィードバックされ、これと圧力操作量Ｐuとの偏差
が圧力制御時の最適設定値に設定されている流量ゲイン
及び流量補償要素で調整されて比例電磁弁に対し出力さ
れる。

【００３５】一方、比較器１５によって、圧力操作量Ｐ
uが流量設定値Ｑinより大きいと判断された場合には、
スイッチＳ１が圧力制御ループ１側から流量設定値の入
力側へ切り換えられる。これにより、図３に示すよう
に、圧力制御から流量制御への切り換えが行われる。
尚、図３において、圧力操作量Ｐuを示す２直線の間隔
は、ポンプの脈動により発生する圧力操作量の幅を示し
ている。

【００３６】ここで、圧力制御時の流量制御ループ３内
には流量検出値からのフィードバックを含み、圧力制御
のときも流量が考慮されている。このため、スイッチＳ
１によって、流量制御に切り換えた場合でも、出力値の
急激な変動を防止でき、安定な制御を行うことができ
る。

【００３７】圧力制御時に決定した流量ゲイン、補償要
素の最適設定値では、ゲインが低いため、流量制御にお
いてはオーバーシュートを発生しやすい。そこで、流量
制御時には最適設定値を変え、ゲインを高くする必要が
ある。そして、この状態で安定させるため、補償要素の
位相進み補償を強くする。これによって、流量性御時の
制御特性を向上させることができる。

【００３８】具体的には、Ｓ１の切り換えと同期して、
スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４が、夫々圧力ゲイン、流量ゲ
イン、流量補償要素の流量制御時の最適値（ＰＧ２、Ｑ
Ｇ２、Ｃ２）を取り出すように切換えられる。そして、
夫々の最適設定値が低域遮断フィルター１３を介して圧
力ゲイン、流量ゲイン及び流量補償要素に乗算されて設
定される。図２（ａ）は、ゲインの変化の動特性図であ
り、図２（ｂ）は、スイッチＳ１〜Ｓ２の切換と制御の
切換を示す状態図である。図４は、ゲインとＳＭＱの関
係を示す特性図である。各最適設定値は、低域遮断フィ
ルター１３を通しているため、図２（ａ）に示すよう
に、各ゲイン、補償要素の最適設定値は可変信号として
設定される。尚、グラフ中の曲線部分は低域遮断フィル
ター１３の時定数によって決定される。

【００３９】ここで、制御切換え時のスイッチＳ１〜Ｓ
４の切換信号について説明する。図５及び図６は、圧力
制御から流量制御へ切換時のスイッチＳ１〜Ｓ４の切換
信号の状態を示している。図５は、流量検出値がＱ1付
近の時のスイッチの切換信号を示し、図６は、流量検出
値がＱ2付近の時のスイッチの切換信号を示している。

【００４０】図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、
圧力制御時に圧力操作量Ｐuはポンプの脈動を含んでい
るため振幅を有する。このため、スイッチＳ１〜Ｓ４の
切換信号は、切換の開始時から終了時までの間、図５
（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、圧力操作量Ｐuが
設定流量を越える幅と圧力操作量Ｐuの値からＰＷＭ動
作するＯＮ−ＯＦＦ波形として生成される。そして、こ
の切換信号を低域遮断フィルター１３によって平滑化す
る。これにより、図５の場合には、切換信号は圧力信号
の振幅に比例した形で切り換えられる、図６の場合に
は、切換信号は圧力信号の振幅に反比例した形で切り換
えられる。このため、連続的な切換えが可能となる。

【００４１】スイッチＳ１が流量設定値Ｑinの入力側に
切り換えられると、可変量形ポンプの制御は、圧力制御
から流量制御へ移行する。このとき、スイッチＳ1によ
って、圧力制御ループ１と流量制御ループ３とは遮断さ
れているため、流量制御は、流量制御ループ３のみによ
って行われる。即ち、流量設定値Ｑinを入力し、この流
量設定値Ｑinと流量センサからフィードバックされた流
量検出値ＳＭＱとの偏差を流量ゲイン及び流量補償ゲイ
ンで調整し、比例電磁弁に出力する。

【００４２】このように、本実施形態の可変量形ポンプ
では、流量ゲイン及び流量補償要素に、圧力制御と流量
制御の夫々の最適設定値を各制御系ごとに設定するの
で、各制御を的確に行うことが可能となる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明は、圧力制
御系と流量制御系が直列に結合されており、制御手段が
圧力制御及び流量制御の状態を判別する状態判別手段
と、判別結果に応じて制御系を切換える切換手段と、各
制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を前
記複数の制御定数に設定する設定手段とを備えているた
め、作動油の圧力制御及び流量制御を夫々的確に行うこ
とができるという効果がある。 また、作動油の圧力制
御と流量制御とを切り換えた場合にも、安定性を維持す
ることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の可変量形ポンプの制御部のブロッ
ク図である。

【図２】本実施形態に係る可変量形ポンプの制御の動特
性を示す状態図であり、図２（ａ）は、ゲイン変化の状
態図、図２（ｂ）は、スイッチＳ１〜Ｓ２の切換と制御
の切換を示す関係図である。

【図３】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御の圧力操
作量，流量検出値及び流量設定値の関係図である。

【図４】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御のゲイン
と流量検出値の関係を示す関係図である。

【図５】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御における
流量検出値Ｑ1付近のスイッチの切換信号の状態図であ
る。

【図６】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御における
流量検出値Ｑ2付近のスイッチの切換信号の状態図であ
る。

【図７】従来例としての可変量形ポンプの圧力制御及び
流量制御のブロック図である。

【符号の説明】

１： 圧力制御ループ ３： 流量制御ループ ５： 圧力ゲイン回路 ７： 圧力補償回路 ９： 流量ゲイン回路 １１：流量補償回路 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ：低域遮断フィルター １５：比較器 Ｐin：圧力設定値 Ｐu ：圧力操作量 ＳＭＰ：圧力検出値 Ｑin：流量設定値 ＳＭＱ：流量検出値 ＰＧ１：圧力制御時における圧力ゲインの最適設定値 ＰＧ２：流量制御時における圧力ゲインの最適設定値 ＱＧ１：圧力制御時における流量ゲインの最適設定値 ＱＧ２：流量制御時における流量ゲインの最適設定値 Ｃ１：圧力制御時における流量補償要素の最適設定値 Ｃ２：流量制御時における流量補償要素の最適設定値

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動油の吐出圧力と吐出流量を比例電磁
   弁によって電気的に閉ループ制御する制御手段を有する
   可変容量形ポンプにおいて、 前記制御手段は、 吐出圧力を制御する圧力制御系と、 吐出流量を制御する流量制御系と、 各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制御定数の最
   適設定値を記憶する記憶部と、 圧力制御系及び流量制御系の制御状態を判別する状態判
   別手段と、 判別結果に応じて制御系を切換える切換手段と、 各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を
   前記複数の制御定数に設定する設定手段と、を備え、 前記圧力制御系と前記流量制御系とは直列に結合されて
   いることを特徴とする可変容量形ポンプ。
2. 【請求項２】 前記切換手段は、記憶手段に記憶されて
   いる設定値を所定の時定数で変化する可変信号に変換す
   る変換手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の
   可変容量形ポンプ制御装置。
3. 【請求項３】 前記複数の制御定数が、ゲイン及び／又
   は補償要素であることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の可変容量形ポンプ制御装置。
4. 【請求項４】 可変容量形ポンプから吐出される作動油
   の吐出圧力及び吐出流量を比例電磁弁によって電気的に
   閉ループで制御する可変容量形ポンプの制御方法におい
   て、 各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制御定数の最
   適設定値を予め記憶部に記憶させる記憶工程と、 圧力制御系及び流量制御系の状態を判別する状態判別工
   程と、 判別結果に応じて制御系を切換える切換工程と、 各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を
   前記複数の制御定数に設定する設定工程と、を備えたこ
   とを特徴とする可変容量形ポンプ制御方法。