JPS60175864A - 可変容量ポンプの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変容量ポ°ンゾの制御方法に関する。

２１５１図に油圧ショベルの油圧回路の１例が示され、
（Ｌｌはエンジン、（２）は可変容量ポンプ、（３）は
斜板コントローラ、（４）は操作レバー、（５）は負荷
、（６）はモータ、’　（７）（８）はリリーフ弁、（
９１（１０）はポンプ（１）とモータ（６）を連結する
左右の油圧配管、（１１）は斤ｚ１板である。エンジン
（１）で駆動されるポンプ（２）の吐出方向及び流量は
操作レバー（４）によりｊ；・ト板コントローラ（３）
及びｊ：１板（１１）を介してコントロールされ、操作
レバー（４）を○側に倒する斜板コントローラ（３）に
より斜板（１１）は左に倒れ、作動油は左側配管（９）
に吐出され、操作レバー（４）をθ側に倒すと逆に作動
油は右側配管（１０）に吐出される。そして操作レバー
（４）を大きく倒すとポンプ（２）の吐出量は大きく、
操作レバー（４）を中立に戻すとポンプ（２）の吐出ｉ
、：は零となる。リリーフ弁（力（８）が作動せず、モ
ータ（６）の安逆な駆動が実現できれば、この回路は省
エネルギを充分達成できるのであるが、一般に斜板の制
御が困難であるという欠点を有する。

いま、操作レバーを■側に倒し、ポンプ（２）を駆動す
ると、作動油はモータ（６）に送られるが、モータ（６
）はそれに連結している負荷（５）の慣性により、直ぐ
には回転ぜず、右側の圧力Ｐ□は低圧一定であるが、左
側配管（９）内の圧力ＰＬは急激に立ち上がる。そして
、モータ（６）が定常回転に近づくと圧力（ＰＴＪ）は
徐々に下がる。操作レバー（４）を中立に戻すと、斜板
（１１）は閉じ妬め、ポンプ（２）の吐出流］ｔシは減
っていくが、モータ（６）はその慣性力によりなおも回
り続けようとし、今度は圧力（ＰＬ）が低圧一定で圧力
（ＰＲ）が急激に立ち上がる。そしてエンジン（１）と
連結しているポンプ（２）を回そうとするが、エンジン
（１）によってブレーキ作用を受け、圧力（Ｐ□）は徐
々に低−ドし、最終的にモータ（６）の回転は停止する
。上記、作動中の操作レバーの変位及びｊ；・［板角の
変化は第２図の（ａ）に、ン１Ｙンプ流量の変化は第２
図の（ｂ）に、悩・内圧力の変化は第２図の（Ｃ）に、
リリーフ流量の変化は第２図の（ｄ）に、モータの回転
数の変化は第２図の（ｅ）にそれぞれ示さり、ている。

従来圧力（ＰＬ）または（ＰＲ）の大きさを検知し、そ
れぞれの圧力がある設定圧力以上にならないように斜板
コントローラ（３）で斜板（１１’）を制御して、・ｊ
・ンノ′（２）からの吐出ｖｉｉｊ　Ｂ７を抑えるよう
にしたものが提業されたが、これは圧力（ＰＬ）（ＰＲ
）の急激な立ち上がりに対する、斜板コントロー　ラ（
３）の応答遅れにより、圧力（ＰＬ）（Ｐ、□）はリリ
ーフ圧に達し、リリーフ弁（力（８）が作動するので省
エネルギが実現できなくなる。また、斜板（１１）を閉
じることにより圧力が下るとその値を検知ｌまた斜板コ
ントローラ（３）は１ノ３．び斜板を開こうとして、所
謂ハンチングを起し、系が不安疋となってしまう。

本発明は上述の不具合点を）９ｒ消するため、系が安定
で省エネルギを達成できる可変容量ポンプの制御方法を
提供しようとするものである。

本発明の要旨とするところは、斜板角を変更することに
より吐出量が変化する容量可変ポンプとモータとを１対
の配管で連結してなる閉回路中の上記容量可変ポンプを
開側１するにあたり、上記モータの回転速度指令と実際
の七−夕の回転速度との偏差を採り、この偏差信号を一
定の最大値及び最小値を有する偏差！ｔｔ制御器で処理
することによって得られた信号と上記実際のモータの回
転速度に＞ｆのゲインを乗じて得られた１ぎ号とを加３
￥し、この加算信号を上記斜板角の変位指令とすること
をｑ！ｆｇ、とする可変容量ポンプの制御方法にある。

本発明においては、上記４１１η成を具えているため、
極めて安疋した斜板角の制御が可能となるとともに、モ
ータの加速、減速時にもリリーフ弁が作動せず省エネル
ギの運転が可能となる。

以下、本発明を第６図ないし第８図を参照しながら具体
的に説明する。第３図は制御回路図で、第３図において
、（１０１）は実際のモータ回転数ＷＭ、（１０２）は
フィードバックゲインＧ、（１０３）はサーボ弁斜板角
ｉｉｉ！Ｉ　１ｉＩｌ系、（１０４）は斜板角変位信号
φ、（１０６）はポジティブフィードバックの加え合せ
点、（１０７）は掛算器、（１０８）は符号判別用スイ
ッチ、（１０９）は最小値選択器、（，１，１０）は馬
力制御信号、（１１１）は絶対値関数、（１１２）は一
定の最大値及び最小値を有する偏差？ｌｔ！Ｉ御器、即
ち、リミッタ、（１１３）はネガティブフィードバック
の加え合せ点、（１１４）はモータの最大回転数ＷＴ、
（１１５）は操作レバー信号、（１３０）はモータの目
標回転速度信号である。

操作レバー信号（１１５）は操作レバー（４）を■側に
最大に倒すと１、半分倒すと０．５、中立でぼｏとなる
信号である。操作レバー信号（１１５）とモータの最大
回転数ＷＴ（１１４）によりモータ回転数の目標値即ち
、モータの回転速度信号が決定される。その値は実際の
モータ回転数ＷＭ（１０１）と加え合せ点（１１３）で
比較され、リミッタ（１１２）に入る。もし、実際のモ
ータ回転数＊Ｍ（１０１）が目標値の回転数よりはるか
に低い場合、リミッタ（’１１２　）からの出力信号は
正で最大となり、両者の間に回転継差がある値以下にな
ると出力信号はリニアに減少し、両者の差が零のときリ
ミッタ（１１２）の出力信号も零となる。また、モータ
回転数ＷＭ（１０１）が目標値の回転数より太き（なる
とリミッタ（１１２）からの出力信号は負となり、両者
間の回転数差による出力信号の大きさの変化は正の場合
と同様となる。リミッタ（１１２）からの出力信号は絶
対値関数（１１１）を経て他の回路からの馬力制御用信
号（１１０）と最小値選択器（１０９）で比較され、小
さい方が選択される。選択された信号は符号判別スイッ
チ（１０８）と掛算器（１０７）により、リミッタ（１
１２）の出力信た信−シ）が・１巨ジテイブにフイ′−
ドパツクされて加算された後、サーボ弁ネ゛１板制御系
（１０３）に入力され、ここから斜板角変位信号φ（１
０４）が出力される。

第４図は第６図の！ｆｉ制御回路で安ボな制御が得られ
ることを説明するだめのズロツク線図である。

（１１６）は斜板角の最大値に相当する定数Ｃ１、（１
１７）は実際の斜板角の値φａｃｔ、（１１８）はポン
プの巣位時間当りの最大吐出流ｉ１４：Ｃ２、（１１９
）はポンプの実際の単位時間当りの吐出流量Ｑ、ｐ、（
１２０）は七〜夕容’）ｉ’ｌＨＣ５、（１２Ｇ　）は
Ｊｌｉ位時開時間のモータの吐出流）、１．東、（１，
２７）は定数Ｃ４である。

にフィードバックし、サーボ弁が■板＜ｂ１膿１１系（
１０３）の出力（ｉ号（１０４）と斜板角の最大値に相
当する定数０１（１１６）により実際の斜板角の値φａ
ｃｔ（１１７）が；ｊ）Ｉられる。ポンプからの単位時
間当りの吐出流１イｔＱｐ（１１９）はその斜板角の値
幅ｃｔ（１１７）とポンプの単位時間当りの最大吐出流
４’１ｔ　Ｇ　２　（１１８）の積によって得られる。

モータの単位時間当りの吐出流量ＱＭ（１２６）はモー
タの実際の回転数ＷＭ（１０１）と容量Ｃ５（１２４）
の積であり、ポンプとモータのもれ量ＱＲ（１２４）は
ポンプの吐出側の圧力Ｐ　（１２２）ともれ係数０３（
１２３）の積で決まる。ポンプ−モータ間配管内の圧力
Ｐ　（１２２）は油の圧縮性を考慮するとポンプの吐出
流ｉｔ　Ｑ　Ｐ　（１１９）とモータの吐出流ｆｆｌ　
Ｑ　Ｍ（１２６）及び双方の洩れ量Ｑｌ（（１２４）の
差を積分器（１２１）で積分することにより得られる３
、圧力Ｐ（１２２）は係数０４（１２７）によりモータ
に作用するトルクに変換され、積分器（１２１）を経て
モータの回転数が決定される。なお、ポジティブフィー
ドバックゲインＧ　（１０２）は具体的には上記の係数
を用いて次式で示される。

Ｇ−Ｃ５／Ｃ１・Ｃ２・・・・・（１）次に第４図の・
ｅ−夕吐出流量ＱＭ　（１２６）の加え合せ点（１２０
）を（１０６）に移動させて、等価回路を作成すると第
５図に示すようになり、その移動によってフィードバッ
クゲイン゛は０５（１２５）がらＣ５／Ｃ１・Ｃ２とな
る。加え合せ合せ点（１０６）ではモータの実際の回転
速度（１０１）にゲイン（１０２）を掛けた互℃・に異
符号の２つの信号がフィードバックされるため、それら
は互いに打消し合う。また、ポンプの吐出流１ｉ：　（
１１１９）と洩れｉｆｉ：　（１２４）の差を、積分し
゛（圧力を出力する７−イードゝバック器（１２８）は
流量に対する圧力の応答が速いため１つの定数と見なす
ことができる。その定数をＣ６（１２９）とすると、結
局第５図の回路は第６図に示すようになる。第６図から
明らかなように入力信号がらモータの回転速度（１０１
）を出力する系（１０５）は積分器（１２１）により１
つの積分器系と見なすことができる。即ち、糸（１０５
）の入力信号はモーフ回転の加速度信号である。具体的
にはこの信号は斜板角の変位信号（１０４）に対するガ
、Ｆ板角変化速度指令信号となるまた、入力信号として
Ｐｍａｘ／Ｃ１・Ｃ１Ｃ６なる信号を入力すれば、（１
２２）で最大圧力ｐｍａｘを得ることができる。いま、
斜板角の変位信号をφ、その変位の速度信号をさとする
と、ポンプの吐出流量（１１９）と圧力Ｐ　（１２２）
との間には次のような比例関係がある。

φ−Ｑ　・・・・・（２） ｊｃＫ：ｐ　・・・・・（３） 式（３）より斜板角の変位速度信号ａは圧力Ｐと等価で
あると考えうる。即ち、第６図の斜板角制御回路は斜板
を直接配管圧力によって制御せず、代ってそれに等価な
斜板角変位速度信号で制御する制御回路である。

１）モータ回転数ＷＭのポジティブフィードバンク モータ回転数ＷＭ（１０１）にゲイン（１０２）掛けた
信号をサーボ弁の斜板制御系（１０３）にポ′ジティプ
にフィードバックすることは物理的には、モータの回転
数が上って流量が増加すればそのｊ＋８加に見合うだけ
斜板角を大きくするという効果を持つ。

２）斜板角の変化速度による斜板角制御積分器系（１０
５）に入力される信号は斜板角の変化速度の信号に相当
し、その絶対値が馬力制御用信号（１１０）より小さけ
れば、それハリミック（１１２）で決足される。即ちモ
ータ高転数の目標値より実際のモータ回転数Ｗ、、、（
１０１）がか１より低い場合、正で最大の斜板角変化速
度の信号がリミッタ（１１２）より出力され、回転数差
がある値以下になると斜板角の変化速度は減少し、丁度
回転数差が零になると斜板角の変化速度も零となる信号
が出力される。

また、ポンプ吐出流１１には斜板角の大ぎさに比例し、
配管系の圧力は斜板角の変化速度に比例するという関係
を持つ。即ち斜板角変化速度による斜板角制御は直接配
管系の圧力を検知し、斜板角を制御する方法と等価であ
ると言える。しかも、その信号は制御系に対し安定であ
るので、全体として極めて安定した斜板角の制御が可能
となる。

かくして、駆動中の液圧回路は安定となり、リミッタ（
１１２）の最大値を配管圧力ｐ’、’；、ｐＲがリリー
フ圧を越えない値に設定すれば、モータの加速、減速時
にＩＪ　ＩＪ−フ弁が作動せず、省エネルギを達成する
ことができる。

第７図及び第８図には第６図に示す斜板角制御回路のシ
ミュレーション結果の１例が示され、リリーフ圧設定３
７０　ｋｇ／ｃｒｎ２に対し、管路の最大圧力は３３０
　ｋｇ７ａｍ　となっており、すＩＪ−フ弁は作動しな
い。また圧力は安定していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧ショベルの油圧回路、第２図（ａ）〜（Ｃ
）は同上油圧回路に４６けるレバー変位、斜板角、ポン
プ流量、管内圧力、リリーフ流量、モータ回転数の変化
を示す線図、第３図ないし第８図は本発明の°１実施例
を示し、第６図は制御回路図、第４図ないし第６図はそ
れぞれブロック線図、第７図および第８図はそれぞれシ
ミュレーションの結果を示す線図である。 斜板角・・・（１１）、可変容量ポンプ・・・（２）、
モータ・・・（６）、配管・・・（９）（１０）、モー
タの回転速反指令・・・（１３０）　、実際のモータの
回転速度・・・（１０１，）、偏差制御器・・・（１１
２）、ゲイン・・・（１０２）、斜板角の変位指令・・
・（１０４）。 第１回 第２０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 斜板角を変更することにより吐出セ１が変化する容量可
   変ポンプとモータとを１対の配管で連結してなる閉回路
   中の上記容量可変ポンプをｉ［１」御するにあたり、上
   記モータの回転速度指令と実際のモータの回転速度との
   偏ルを採り、このイＩ：ｌｉ差信号を＞、１の最大値及
   び最小値を有するＩＩＩＩｉ差制御器で処理することに
   よって得られた信号と上記実際のモータの回転速度に一
   定のゲインを乗じて得られた信号とを加算し、この加３
   １．信号を上記斜板角の変６１指令とすることをｔ４ヶ
   徴とする可変容１ｉ：ボンプの！Ｉｔ！Ｉ御方法。