JPS5825881B2 - 油圧サ−ボ系における物理量推定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、油圧サーボ系において用いられる速度、加速
度の物理量を推定する方法に関するものである。

産業用ロボット等において、油圧サーボ系を用いである
位置からある位置に位置決めを行うとき、できる限り速
く、かつ滑らかに動かすことが要求される。

前者は作業時間の短縮に伴なう経済効果をより高めるた
めであり、後者は大きな慣性に逆らって急激に起動停止
するために生じる機械的な衝撃から、油圧サーボ系を保
護すると共に、負荷への影響も軽減するためのものであ
る。

又、産業用ロボットによる連続軌跡速度制御を行うに当
っては、高速度の軌跡制御を行うことが望まれている。

従来、このような要求に対して、位置のみをフィードバ
ックして制御系を構成するのではなく、位置と速度およ
び加速度に適当な係数を掛けてフィードバックを行うこ
とが提案されている。

しかし、従来はピストンの位置を一階微分することによ
り速度を得、又、二階微分することにより加速度を得て
おり、ノイズを増幅しやすいという問題があった。

これの解決には、ピストンの速度、加速度を直接得るた
めの検出器を設けることが考えられるが、その大きさ、
取付は方法、検出精度、価格などを考慮するとき、必ず
しも適当な検出器が得られるとは限らない。

本発明は叙上の事情に鑑みなされたもので、油圧シリン
ダのピストンの両側の圧力を圧力検出器で検出し、又、
ピストンの位置を位置検出器で検出し、両者の値を用い
てピストンの速度、加速度を推定する方法を提供するも
のである。

以下、図面により本発明の内容を詳細に説明する。

第１図は２個の圧力検出器および位置検出器を備えた油
圧シリンダの概略図を示したもので、１は油圧シリンダ
、２はピストン、３はピストンロッド、４は負荷、５と
６は圧力検出器、７は位置検出器である。

即ち、油圧シリンダ１は油圧Ｐ１＋Ｐ２によるピストン
２の両端にかかる力Ｆ１．Ｆ２の差でピストン２とピス
トンロッド３を移動せしめ、負荷４を駆動するものであ
る。

圧力検出部５゜６は油圧Ｐ１．Ｐ２を電気信号に変換し
、同様に、位置検出器７はピストンロッド３の移動量す
なわち負荷４の位置を電気信号に変換する構成をとるも
のである。

このような油圧シリンダの動作特性を解析すると、第２
図のような等価回路が得られる。

即ち、ピストンの両側の圧力Ｐ１およびＦ２がそれぞれ
シリンダの断面積（実際にはピストンロッド部の断面積
を差し引いたもの）を示す係数要素ｌＬ１２を介してピ
ストン両端にかかる力Ｆ１およびＦ２となり、これらが
加え合せ点ａで引算されてピストンおよび負荷の駆動力
Ｆとなり、加え合せ点すに加えられる。

加え合せ点すでは、この駆動力Ｆから、ピストン速度の
関数であるピストンとシリンダ間の摩擦力Ｆｃおよびピ
ストン速度Ｘがピストンの油から受ける粘性の影響を考
慮した粘性係数を示す要素１６を介して生じる粘性抵抗
力が差し引かれる。

このｂ点の出力がピストン、ピストンロッドおよび負荷
の等価質量の逆数を示す係数要素１３を介してピストン
の加速度Ｘとなり、Ｘは積分要素１４を介してピストン
の速度Ｘとなる。

この速度文が積分要素１５を介すことによりピストンの
位置Ｘとなる。

本発明は上記油圧シリンダの動作特性に着目し、検出の
容易なピストン両側の圧力およびピストンの位置を用い
て、ピストンの速度、加速度を推定するものである。

即ち、本発明は圧力検出値から加速度推定値を求め（力
と加速度は比例関係にある）、これを積分して速度推定
値を求めることを基本とする。

これにより、理論的には正確な推定値を得ることが可能
であるが、実際には、圧力検出器の検出誤差、演算の誤
差、および摩擦力などの外力の要因によって加速度推定
値を正確に得ることが困難である。

したがって、これを積分して求める速度推定値に誤差が
蓄積して、正確な推定値を得ることができなくなる。

そこで、本発明は位置検出器によって実際の位置検出値
を得、これと上記速度推定値をさらに積分して求まる位
置推定値との偏差を時々刻々監視し、その偏差が零に漸
近するように、該偏差に応じて加速度推定値、速度推定
値を修正する構成を加える。

これにより、上記の誤差要因が存在しても、精度のよい
推定値を得ることができる。

第３図は本発明の一実施例のブロック図で、第２図と同
等機能の部分には同一符号を付して示したものである。

ピストンの両側の圧力Ｐ１．Ｐ２は第１図に示す如く圧
力検出器５，６により検出されて、それぞれＰＺおよび
Ｐ′２となる。

これら圧力ｐ’； ｔ ｐ／２はそれぞれシリンダの断
面積を示す係数要素１１．１２を通ってピストン両端に
かかる力Ｆ４ 、 Ｆ′２となり、加え合せ点ａで引算
されて駆動力Ｆ′となり加え合せ点すに加わる。

加え合せ点すではピストン速度の推定値Ｘを入力とする
関数発生要素１６の出力が差し引かれる。

この関数発生要素１６は、第２図で説明したピストンと
シリンダ間の摩擦力Ｆｃおよびピストンが油から受ける
粘性の影響をまとめて表わしたものである。

この関数の形は一般に非線形の複雑なものとなるが、線
形で近似してもよく、さらに油の粘性やピストンとシリ
ンダの摩擦力は駆動力に比べて充分小さいため無視して
もよい。

加え合せ点すの出力はピストン、ピストンロンドおよび
負荷の等価質量の逆数を表わす係数要素１３を介して、
加え合せ点Ｃに加えられる。

一方、ピストンの位置Ｘは第１図に示す如く位置検出器
７で検出され、検出値Ｘ′として加え合せ点ｅに加えら
れ、ここで後述の位置の推定値Ｘと比較され、その差が
係数要素１１および１８を介してそれぞれ加え合せ点Ｃ
およびｄに加えられる。

即ち、ピストンの位置の検出値Ｘ′とピストンの位置の
推定値Ｘを比較し、その偏差に係数要素１７゜１８の値
を掛けてそれぞれ後述の加速度推定値Ｘおよび速度推定
値Ｘにフィードバックすることにより、推定値を修正す
る。

この時、係数要素１７゜１８の値を大きくとればとるほ
ど、この推定方法の連応性を上げることができる。

しかし、同時にノイズに対して弱くなるため、実際の適
用に当っては、対象とする油圧サーボ系の動特性を考慮
して適当な値に選定すればよい。

加え合せ点Ｃの出力が加速度推定値Ｘであるが、該加え
合せ点Ｃの入力も加速度推定値とみなすことができる。

加速度推定値Ｘば、積分要素１４を介して加え合せ点ｄ
に加えられ、該加え合せ点ｄの出力が速度の推定値Ｘと
なる。

ここでも、積分要素１４の出力を速度推定値とみなすこ
ともでき、関数発生要素１６の入力を積分要素１４の出
力からとることもできる。

速度の推定値Ｘば、積分要素１５を介して位置の推定値
Ｘとなる。

以上の通り、本発明によれば、油圧サーボ系において用
いられる速度、加速度の物理量を、速度検出器、加速度
検出器を設置することな（、圧力検出器と位置検出器の
出力信号を用いて、簡単な構成により、しかも精度よく
推定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧シリンダの概略図、第２図は油圧シリンダ
の動作特性を説明するためのブロック図、第３図は本発
明の一実施例のブロック図である。 １・・・油圧シリンダ、２・・・ピストン、３・・・ピ
ストンロンド、４・・・負荷、５，６・・・圧力検出器
、７・・・位置検出器、ｌＬ１２，１３，１７，１８・
・・係数要素、１６・・・関数発生要素、１４．１５・
・・積分要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 油圧サーボ系に用いられる速度、加速度の物量を推
   定する方法であって、油圧シリンダのピストンの両側の
   圧力を検出する第１および第２の圧力検出器と、ピスト
   ンの位置を検出する位置検出器とを設け、前記第１およ
   び第２の圧力検出器の検出信号をそれぞれ第１および第
   ２の係数要素を通して比較し、その差信号と速度の推定
   値を入力とする関数発生要素の出力との差を第３の係数
   要素に入力するとともに、前記位置検出器の検出信号と
   ピストンの位置の推定値を比較し、その差信号をそれぞ
   れ第４および第５の係数要素に入力し、前記第３の係数
   要素の出力と前記第４の係数要素の出力とを加算して第
   １の積分要素に入力し、該第１の積分要素の出力と前記
   第５の係数要素の出力を加算して第２の積分要素に入力
   し、該第２の積分要素の出力信号を前記ピストンの位置
   の推定値とし、前記第１の積分要素の出力信号または前
   記第２の積分要素の入力信号をピストンの速度の推定値
   とし、前記第３の係数要素の出力信号または前記第１の
   積分要素の入力信号をピストンの加速度の推定値とする
   ことを特徴とする油圧サーボ系における物理量推定方法
   。 ２ 油圧サーボ系に用いられる速度、加速度の物理量を
   推定する方法であって、油圧シリンダのピストンの両側
   の圧力を検出する第１および第２の圧力検出器と、ピス
   トンの位置を検出する位置検出器とを設け、前記第１お
   よび第２の圧力検出器の検出信号をそれぞれ第１および
   第２の係数要素を通して比較し、その差信号を第３の係
   数要素に入力するとともに、前記位置検出器の検出信号
   とピストンの位置の推定値を比較し、その差信号をそれ
   ぞれ第４お、よび第５の係数要素に入力し、前記第３の
   係数要素の出力と前記第４の係数要素の出力とを加算し
   て第１の積分要素に入力し、該第１の積分要素の出力と
   前記第５の係数要素の出力を加算して第２の積分要素に
   入力し、該第２の積分要素の出力信号を前記ピストンの
   位置の推定値とし、前記第１の積分要素の出力信号また
   は前記第２の積分要素の入力信号をピストンの速度の推
   定値とし、前記第３の係数要素の出力信号または前記第
   １の積分要素の入力信号をピストンの加速度の推定値と
   することを特徴とする油圧サーボ系における物理量推定
   方法。