JPS6174903A - 液圧装置の制御方法および装置 - Google Patents

液圧装置の制御方法および装置

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JPS6174903A
JPS6174903A JP60196841A JP19684185A JPS6174903A JP S6174903 A JPS6174903 A JP S6174903A JP 60196841 A JP60196841 A JP 60196841A JP 19684185 A JP19684185 A JP 19684185A JP S6174903 A JPS6174903 A JP S6174903A
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control
winding
hydraulic
fluid
valve
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JP60196841A
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ベンゴツト・ソールン・バツク
ラモワイン・バーナー・ダラム
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SAUSU BENDO REIZU Inc
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Publication date
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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】 鳳１五恋樵匪立」 この発明は液圧装置、詳しくは工作機械に使用される装
置の制御方法および装置に関する。
技術背景 一般に、工作機械は工作時に波加工体あるいは工具を位
置決め可能にしあるいは直線および／または回転運動す
るようにすることが要求される。
この位置決めあるいは運動はしばしば液圧的におこなわ
れる。たとえば、液圧作動ピストンが旋盤の主送り台の
側方近くに設けられ、当該ベッドの頭部と尾部間で直線
運動を行うようにされる。代表的に、４方バルブはこれ
らのピストンへあるいはそこからの液圧流を制御する。
この４方バルブを作動するには、従来は電子液圧サーボ
バルブが使用されていた。
不都合なことに、この種の電子液圧サーボバルブは可成
り高価でありかつ信頼性が十分でなくかつバルブ位置を
精確に制御することができなかった。そのような制御は
高工作精度を達成するのに要求される。特に、温度が上
昇するような工作条件下において液圧制御ラインからあ
るいはそれへの液が全く流通しないように４方バルブの
零位置を精確に制御することは非常に困難なことごある
。
また、そのようなサーボバルブを備えた所定の４方バル
ブに対し当該液圧装置ラインにおける流体速度を精確に
定めることは非常に困難なことであった。これは、少な
くとら幾分かはヒステリシス成分に依るものである。こ
れらのヒステリノスの源は可動部分における摩擦力およ
び慣性力を含む。
たとえば、摩擦力および慣性力はバルブハウジング内で
４方パルプスプールの遅延動作のみならず加えられた原
動力の所定レベル以下への降下を防止する。また、４方
バルブスプ一ル外面がフローポート上にｒＸ家すること
によって零領域もしくはデッドバンドが広範囲なしのと
なり、当該バルブを更に動かすのに十分な原動力の印加
が行われず、当該バルブを流体が流れることになる。こ
の種のサーボバルブのもう１つの不都合点は直線原動機
および回転原動機に対し別々の制御装置を設ける必要が
あり、よって当該機械コストが高くなるととらに効率が
可成り損失することである。
従来、移動および位置決め制御には一般にステッピング
モータが用いられていた。公知のステッピングモータを
駆動する方法は各モータ巻き線に流れる電流を制限する
抵抗群を用いて行うものである。しかしながら、この駆
動方法は電力を浪費して動作効率を悪くしかつ各抵抗を
発熱さけてステプビッグモータの巻き線電流を制限する
。また、そのよつな駆動方法は特殊なステッピングモー
タにおいて１あるいは半ステツプのみ駆動するしのであ
る。
従来の他のステッピノグモータ駆動方法は“チヨツパー
”駆動器を用いるしのであり、該駆動器は巻き線を流れ
る電流レベルを検出しかつ予め定められた上限値に達し
たときに完全に電流を遮断する。電流レベルが予め定め
られた下限値に低減すると、該チョッパー駆動器は再び
電流を流す。このようにして、ステプビッグモータの各
巻き線に対する電流は連続的に断続され、当該ステッピ
ングモータの定洛内て時間的に平均電流を発生ずる。
このチョッパー駆動器は電流のオンおよびオフ時のレベ
ルを調節することによって各巻き線を流れろ電流の′Ａ
節あるいは制御を行うようになっている。このようなチ
ョッパー駆動器は代表的にマイクロステプビッグ操作装
置に用いられ、そこでは当該ステッピングモータの位置
がその定常極または固ａ極間で制御される。しかしなが
ら、チョッパー駆動装置は高分解能が要求される場合に
は実用出来ないことが分かつた。これは、特定の制御巻
き線において所要電流が零に近付くにつれて高電流が流
れる隣接の巻き線から当該巻き線に可成りの電流が誘導
されるからである。このように、実情限度において特定
の制御巻き線において零電流を達成することは略不可能
なことである。これはステプビッグモータのｆ（１ばり
を確実に確立できず、したかってこのステッピングモー
タがバルブに実用されたならば、バルブ開度およびそこ
を流れる流量の精確な制御が達成出来ないことを意味す
る。特に、工作機械にチョッパー駆動されるステッピン
グモータが用いられると、ｉｉのオフ・オフの繰り返し
により連続的にトルク変動を来すからさらに不正確なし
のとなる。
まり、種々の近代流体静力学装置はその制御部において
高精度が要求されるようになった。たとえば、可変容量
型ポンプ（ｖｏＰ）がスビドルを回転する流体モータを
駆動するのに用いられる。この種んの可変容量型ポンプ
ＶＤＰを制御するには閉しループ型アナログ装置が用い
られ、そこではアナログ指令信号が制御器に入力され、
バルブ系を介してＶＤＰ斜板を変位っせる液圧アクチュ
エータを変位させる。アナログフィードバック信号が当
該流体モータを止めかつ制御器に入力する。
この制御器は指令信号とフィードバック信号とを比較し
て斜板位置を変える誤差信号を発生する。
この実斜板位置が所望の（を置に近付くにつれてこれら
の誤差信号は漸次連続曲線に沿って減少する。
可変容量型ポンプＶＤＰと流体モータとの不一致性が大
きくなるにつれて種の問題が見出だされ、この性の流体
変速機を非常に高精度に制御することが要望されるよう
になった。
各可変容量型ポンプの特性がばらばらであると単一の閉
ループアナログ装置により制御することは非常に難しい
。たとえば、斜板操作において可成りのデッドバンドお
よびヒステリノスが存在することが１ｙ々ある。言い換
えれば、指令信号の増大が即座に斜板を変６″ｔさせる
ことがない。また、指令信号は斜板が幾らかてら動く以
前に所定レベルを越えるにちがいない。アナログ装置に
よれば、これは容易に不精確および不安定なしのとなる
。
ある点において誤差信号は斜板を変位さけるのに十分な
しのではない。このように、理想的なＶＤＰ出力は得ら
れないであろう。さらに、斜板の指令信号に対する応答
遅れ時間は過剰のオーバーシュートおよびアンダーンユ
ートを来す。この非応答性および制御の不正確性は可変
負荷状態下で当該変速機を一定速度で運転しなければな
らないときに悪化する。ヒステリノスを補償するために
略零誤差信号の利得を増大することは度々高精度を達成
することができなくなる。その代わり、斜板が遅延時間
に応答するため該斜板の変位か可成りの期間に亙って所
望位置の近辺で振動する。
急激かつ大きな速度変化か必要とされるとき、従来の静
液圧変速機においてらう１つの問題点が生じる。低速か
ら高速にもしくは瞬時にある方向から他の方向に走行す
るまたは少なくとも出来るだけ最短時間で加速すること
が度々要求される。
アナログループ指令装置か用いられると、該指令信号と
フィードバック（３号との差は非）：ｔに大きいから初
期の斜板変位はｉＴＪ成り高速となる。しかしなから、
理想レベル゛が連続誤差曲線に漸近するにつれて誤差が
次第に小さくなり、最後には当該理憬位置を達成されな
い程度に当該斜板の駆動を停止する。大きな指令信号を
入力すれば理想的な斜板変位が促進されるが、該斜板位
置が理想レベルに引き下がる際に同様のヒステリノス問
題が生しる。
解決しようとする！！！！題 この発明の目的は高精度および高応答性に改善された動
力制御装置を反共することにある。
他の目的は各バルブを精確に作動させかつそこに流れる
流体を制御するｒこめの改善された液圧制御装置を提供
することにある。
１つの目的は種々の装置構成部分特性および操作状態を
補償する液圧操作装置用の制御装置をｔ、１供すること
にある。
さらに池の目的は可動素子の配向を所望に変化させるに
あたり高速の応答を佇する工作機械の制御装置Ｉ！／を
提供することにある。
また、この発明は多相ステッピングモータおよび隣接す
る各巻き線から制御巻き線に電流が誘導されないように
当該ステッピングモータの各巻き線に直流（ＤＣ）電流
を供給しかつ制御する駆動器をｆｌ−する液圧操作装置
用の制御装置を提供しようとするものである。このステ
ッピングモータは当該液圧装置の制御バルブを作すｊさ
せる作動プラノツヤとかみ合う偏心カムの回転を精確に
制御する。
この駆動２１はユーザ入力指令信号に梧づいて演算を行
なうようにプログラムされたコンピュータから各制御信
号を受けるととしに所望の装置状態の粗い概算を最ら迅
速に行なう種々の制御信号を発生する。この！！Ｅ算を
行なった後、コンピュータはフィードバック信号および
／または装置構成部分の緒特性の関数として該駆動器用
の新しい制御信号を発生して当該装置の所望状＠を旧確
に達成するようになっている。
この発明の制御装置は被加工体または工具の運動のいづ
れかを制御４−る旋盤等の工作機械の数値制御に用いる
と好適で有ることが分かった。コンピュータの制御プロ
グラムは精度を落とすことなく特別仕様に応しろことが
できる。
更に、この発明の他の目的、特徴および利点は、説明の
ためにのみこの発明のいくつかの実施例を示す添付図面
とともに以下に詳述することから明らかになるであろう
。
及嵐鯉 第１図は本発明の好ましい実施例を示す。第１図に、例
えば工作機械における可動要素に動力を供給する液圧操
作装置ＩＩ用の制御装置１０が示される。制御装置ｌＯ
は特に被加工体支持部材又は切削工具等のように直線的
に摺動可能または回転可能な機械要素の位置および／ま
たは速度の精確な制御を行う。
第１図に示す液圧操作装置ＩＩの一部において、バルブ
ハウノノグ（図示せず）の孔２Ｉ内で１Ｍ動可能な４方
スプールバルブ２０に、供給ライン１２に沿って作動流
体及び作動圧が供給される。作動圧及び作動流体のトレ
ン（排出部）は帰一ライン１４に沿って４方バルブ２０
に連結されている。同様に液圧制御ライン１６及び１８
が４方バルブ２０に連結され、それぞれ供給ライン１２
及び帰還ライン１４から作動流体を受け取るか又は該ラ
イン１２．１４に作動流体を供給するようになっている
。
４方バルブ２０は各ライン１２．１４．１６及び１８間
における作動流体の滝川及び流れの方向を制御する。バ
ルブ２０は互いに異なる３つの操作位置２２．２４及び
２６を何４−る位置２２におし１て、供給ライン１２か
制御ライン１６と連通ずるとともに制御ライン１８か帰
還ラインｌｔと連通ずる。位置２４は零位置即ち遮断位
置である。
この零位置においては供給ライ／Ｉ２と帰ぶライン１４
のいずれらがいずれの制御ライン１６又は１８と連通さ
れない。位置２６においては、供給ライン１２が制御ラ
イン【８と連通ずるとともに制御ライン１６か帰還ライ
ンｔ４と連通ずる。バルブ２０がこれらの位置のｒ８Ｉ
に（ｊ在する時には、作動流体の流量は特定の位置に向
けての上記バルブの変位の度合にほぼ比例ずろ。
制御ライン１６および１８は作動流体をそれぞれ制御ラ
イン３２及び３４又は３６及び３８のいずれかに送給す
る分流バルブ３０に接続されている。バルブ３０は例え
ば電気的に切り換えられるソレノイドによって作動する
。液圧操作装置が同時には作動されない複数の可動要素
を制御する場合には、このような配置がとりわけ望まし
い。
例えば工作機械の被加工体送り台４０の反対側に固定さ
れたピストン操作用のシリンダ４２及び４４のそれぞれ
に、制御ライン３２及び３４が作動圧を供給する。シリ
ンダ４２及び４４内でピストン４６及び４８に対向する
それぞれの作動流体間での作動圧の相違により、それぞ
れピストン４６及び４８を支持する端壁５０及び５２ｆ
ｌＪｌで送り台４０が直線的に移動する。例えば、バル
ブ２０が位置２２にあり、かつバルブ３０が制御ライン
３２及び３４側に作動流体を振り向ける際、供給ライン
１２が制御ライン１６及び３２を通してシリンダ４２に
作動圧を供給する一方、帰還ライン１４が制御ライン３
４及び１８を通してシリンダ４４から作動圧を除去する
。その結果、シリンダ４２内の作動圧がシリンダ４４内
の作動圧を越えて、送り台４０が端壁５２へ向けて右側
に移動する。バルブ２０が零位置２４にある時には供給
ライン１２からの作動流体の流れ及び帰還ライン１４へ
の作動流体への流れが遮断される。従って、シリンダ４
２及び４４内の作動圧は等しくなり、送り台４０は固定
状態とされる。バルブ２０が位置２６にある時には、供
給ライン１２が制御ライン１８及び３４を通してシリン
ダ４４に作動圧を供給し、−力帰還ライン１４が制御ラ
イン３２及び１６を通してシリンダ４２から作動圧を除
去する。その結果、シリンダ４４内の作動圧がシリンダ
４２内の作動圧を超え、送り台４０は端壁５０へ向けて
左側に移動する。
送り台４０を操作するためにピストン／シリンダをこの
ように配置すれば、従来の液圧の送り台アクチュエータ
よりも容易にシリンダ４２及び４４内の操作圧を平衡さ
せることかできるという特別な１１点が生じる。このこ
とは、少なくと乙部公的には、作動圧にさらされるピス
トン４６８ｔび４８の表面積を等しくすることができ、
かつ送り金繰作力を生ぜしめる作動圧の流れが常に送り
台４０から離間していることに起因して生じる。送り台
４０の両側にそれぞれ１つのピストン／シリンダ装置を
設置したものが示されているが、本発明は、特に送り台
４０の両側にそれぞれ複数のピストン／シリンダ装置を
配置するようにしたものである。
バルブ３０が制御ライン３６及び３８側に作動流体を送
給している時には、典型的にはそれぞれ制御ライン３２
及び３４を通して制御ライン１６及び１８に、又は制御
ライン１Ｇ及び１８から制御ライン３２及び３４に作動
流体が流れることはない。制御ライン３６及び３８は出
力軸５８を有する流体モータ５６に接続されている。こ
の出力軸は、例えば工作ｉ鍼のクレット６０に接続され
、該タレットには工具６２が固定されている。制御ライ
ン３６及び３８間での異なる作動圧により、出力軸５８
つまりタレット６０の工具６２が回転する。
バルブ２０はプランジャ２８によって位置２２．２４及
び２６間で作動される一方、スプリング２９によってプ
ランジャ２８に対し付勢されている偏心カム７０はボー
ルベアリングレース７６内に備えられたボールベアリン
グ７４により支持される内部偏心ディスク７２を有する
。偏心カム７０のボールベアリングレース７６の外周面
にプランジャ２８が当接しカム７０が回転するにつれて
バルブ２０に抗して押圧されるようになっている。
従って、バルブ２０を流通する作動流体の流量はプラン
ジャ２８の変位にほぼ比例する。
バルブ２０に関するカム７０の運動方向は、カム７０が
ボールベアリングレース７Ｇの外周面をプランジャ２８
から離れる方向（第１図の時計方向）に移動させるよう
に回転する時に、バルブ２０が位置２６へ向けて左側に
移動する方向とされる。同様に、カム７０がレース７６
の外周面をプランジャ２６の方向（第１図の反時計方向
）に移動させるように回転ｒる時に、バルブ２０はスプ
リング２９め付勢力に抗して位置２２へ向けて右側に移
動する。このように、カム７０はプランジャ２日の変位
量、スピード及び方向を制御する。
カム７０は、例えば該カム７０の回転軸に沿う多用の電
気的ステッピングモータ８０の出力軸８２に接続されて
いる。市販の好適なステッピングモータとしては、例え
ばバーガーラーブ（Ｂｅｒｇｅｒ−１、ａｂｒ）社製の
部分番号ｒｉＤＭ５６６１５ＱＳ、５０７５Ａがある。
出力軸８２の回転及びステッピングモータ８０の方向転
換は、以下で第２図を参照しながら詳述する駆動器９０
により正確に制御される。駆動器９０は、マイクロコン
ピュータ又はマイクロプロセッサユニット１００のディ
ツタルーアナログ（Ｄ／Ａ）変換器９５を通して制御信
号を受ける。このコンピュータは送り台４０及び／又は
工具６２の所望の位置及び／又は速度を指示するユーザ
入力ｌｏｔから指令信号を受信する。
コンビニーり１００はディノタル制御信号を発生し、こ
のディノクル制御信弓は【）／Δ変換器９５によりアナ
ログ信号に変換されるとともにステッピングモータ８０
の所定の巻き線への適当な電流に変換される。
本発明の特別な実施例においては、数個のマイクロコン
ピュータ装置を直列に配置すること、すなわちコンピュ
ータ機能を分離した痕数の段階に分割することが好適で
ある。第１のコンピュータ装置つまり第１段階はユーザ
プログラムを備え、指令信号を直接受ける。第２のコン
ピュータ装置即ち第２段階は、第１のコンピュータ装置
即ち第１段階から機械語に翻訳された指令信号を受け、
指令信号を実行するためにバルブ２０を作動させるのに
必要なステッピングモータの巻き線内の電流値及びその
変化ｍを計算する。そしてＤ／Ａ変ａｉ％９５および駆
動器９０に対する適当な出力制御信号を発生する。その
結果、コンピュータ１００の制御信号は、例えば現実の
装置状態か指令信号で表現された所望の装置状態となる
ように駆動するために不連続の曲線をたどることになる
。
第１図に示す実施例において、グラススケール１０２は
、送り台４０の直、線内な位置及び／又は速度を監視し
、ライン１０４に沿ってコンピュータ１００にフィード
バック信号を供給する。市販の好適なグラススケールと
しては、例えばバラシュアンドロム（Ｂａｕｓｃｌ＋　
ａｎｄ　、　Ｌ　ｏｍｂ）社の１ミニ＝スケール（ｍｉ
ｎｉ　−ｓｃａ［ｅ）”、部品番号３８０７０６又は８
８９７２０がある。また、出力軸５８の回転を介してエ
ンコーダ１０６が工具６２の角度位置及び／又は速度を
間接的に監視し、ライン１０８に沿ってコンピュータ１
００にフィードバック信号を供給する。市販の好適なエ
ンコーダとしては、例えばリドン（Ｌｉｔｔｏｎ）イノ
ダストリーズのリドンエンコーグ部門でモデル７０−Ｅ
／Ｍとして製造されているものがある。これらのフィー
ドバック信号により、コンピュータ１００は前述したよ
うに、工作微減の可動要素の所望状懇と実際の状態間の
差から計算される誤差信号を発生する。
バルブ３０が送り台４０と工具６２のいずれに作動圧を
振り向けているかを指示するために、バルブ３０からコ
ンビコータ１００に１本のみのライン１１０に沿ってフ
ィードバック信号を供給することが好適である。
更に、出力軸８２に固定された羽根１１４の位置を検出
するために、光学式検出器１１２が設けられている。羽
根１１４は出力軸８２上に位置し、かつバルブ２０が正
確に零（ゼロ）位置２４にある時に、羽根１１４が光学
式検出器１１２によって検出可能な予め知られた特定の
位置に存在するように、羽＋１１１４がカム７０を介し
てバルブ２０に対し位置決めされている。この正確なゼ
ロ位置を示すフィードバック信号は、ライン１１６に沿
って光学式検出器＋１２からコンピュータ１００に供給
される。ステッピングモータ８０はゼロ合せ又はパワー
アップサーノを補償するために制御信号を供給すること
が望まれる場合、このようなフィードバック信号は特に
好適なものである。
第２図に、ステッピングモータ８０の各巻線への電流供
給を制御する駆動５９０を詳細に図示する。このステッ
ピングモータ８０は好ましくは５ｔロモータとされ、従
って駆動器９０は側々の巻線に流れろ７ｒｉ流を制御ず
ろ個別のステーノへ〜Ｅをｒ了する。以下では５相のス
テッピングモータのみについて詳述するが、本発明は５
相以外のステッピングモータについても使用４゛ること
を明確に色図するしのである。
また、駆動器９０はそれぞれステッピングモータ８０の
相１〜５に対しコンピュータ１００からＤ／Ａ変換器９
５を介して受ける制御信号に対応した個々の人カライノ
２０２．２０４．２０６．２０８および２１０を有する
制御信号入力部２００を備える。入力ライン２０２は抵
抗２１２Ａを介してステージＡに信号を供給する。ステ
ージＡは電力増幅器２１４Ａを有し、該電力増幅器の負
入力端子は入力線２０２に接続されている。増幅３２１
４Ａの正入力端子はアース即ち信号トレーン２２０Ａに
接続されるとともに、該増幅器２Ｉ４Ａの出力は直列に
配置された抵抗２１６Ａ及びコンデンサ２１８Ａを含む
フィードバックループを介してアース２２０Ａに接続さ
れている。また増幅器２１４Ａの出力はライン２３２に
沿って制御信号出力部２３０に接続されている。ライン
２３２からの制御信号はステ１ビツグモータ８０の第１
相の制御巻線に入力される。該第１川の制御巻線からの
帰還ラインは帰ぶライン２４２及び抵抗２２２Ａを介し
て増幅器２１４Ａの負入力端子に接続される。また、帰
還ライン２４２はライン２２４Ａ、及び抵抗２２２Ａと
並列に配置された抵抗２２６Ａを介してアース２２０Ａ
ｉ、：接続されている。
以上の説明においては駆動器９０の１つのステージＡに
ついてのみ述べたが、ステージＢ〜Ｅに同様の配列が含
まれていることが当業者にとっては容易に理解できるだ
ろう。明らかに、入力ライン２０４．２０６．２０８及
び２１０はそれぞれ抵抗２１２Ｂ−Ｅを介してステージ
Ｂ−Ｅに信号を供給する。また、各ステージｌ３−Ｅの
回路要素は同様の配置を有する。すなわち、入力ライン
２０４．２０６．２０８及び２１０はそれぞれ増幅器２
１４３−Ｅの負入力端子に接続され、増幅器２１４　［
３−Ｅの正入力端子はそれぞれアース２２０［３−Ｅに
接続されるとともに、増幅器２１４３〜Ｅの出力は直列
に配置された抵抗２１６Ｂ−Ｅ及びコンデンサ２１８Ｂ
−Ｅを含むフィードバックループを介してそれぞれアー
ス２２０Ｂ−Ｅに接続されている。又、増幅Ｗ２１４３
−Ｅの出力はライン２３４．２３６．２３８及び２４０
に沿って制御信号出力部２３０に接続され、それぞれス
テッピングモータ８０の第２〜５相の制御巻線に入力さ
れる。帰還ライン２４・１．２４６．２４８及び２５０
はライン２２４Ｂ−Ｅに沿いかつ２２２Ｂ−Ｅを介して
それぞれ増幅器２１４２−Ｅの負入力端子に接続される
ととらに、ライン２２４Ｂ−Ｅに沿いかつ抵抗２２２Ｂ
−Ｅと並列接続された抵抗２．２６８−Ｅを介してそれ
ぞれアース２２０Ｂ−Ｅに接続される。
ステッピングモータ及び制御装置要素の特別の特徴によ
って特に安定性を良好にするために駆動器９０を種々の
変形することができる。例えば、上記市販のステッピン
グモータを使用する際、それぞれ他の抵抗（第２図には
図示ｕ′４”）を介して増幅器２１４Ａ−Ｅの負入力端
子がアース２２０Ａ〜Ｅに接続される。
作動時、典型的には駆動器９０は４つの巻線がステッピ
ングモータ８０の定格まで正又は負方向に直流電流によ
って連続的に完全に励起されるように上記ステッピング
モータを流れる電流を制御する。５番目の巻線は当該相
に対する制御巻線とみなされ、電流値を正の最大レベル
からゼロレベルを通して負の最大レベルまで緩やかに変
化させることによって制御される。この駆動装置は、各
巻線における電流を直線的に制御することによってステ
ッピングモータの極めて精確な制御と応答性を提供する
。試験により、本発明による駆動の正確さがステッピン
グモータの１回転当たり少なくと６１２７０００の増分
と等価のむのを達成することが示された。
ステッピングモータの各巻線に直ｔＭ、電流を使用する
ことにより隣接する巻線から制御巻線への電流の誘導が
防止され、このようにして上述したように大幅に改善さ
れた結果が得られる。チョッパー駆動モークの各巻線を
流通ずるパルス化電流に壜づくそのような誘導により当
該制御装置における精度を悪くして当該ステッピングモ
ータを変圧器として作用させることになる。従来は、そ
のような真正な直ｆｉ電流を駆動器に印加することは工
作機械における制御装置に不適当であるとされてきた。
なぜならば、そのような直流電流制御によって、ステッ
ピングモータの速度が厳しく制限されるからである。し
かしながら、本発明による偏心カムと液圧アクチュエー
タ装置によれば、ステッピングモータの速度を高くする
必要はない。バルブ２０を位置２２から位置２６に完全
に作υ１させるためには出力軸８２を±４５°の範囲で
回転させるのみで良く、更に数千回のインクリメンタル
ステップが設けられる。
第１図におけるコンピュータ１００は制御装置の不正確
さを回避し、顕著に改善された正確さを付与する制御信
号を供給するようにプログラムされる。このプログラム
は、例えば内部のＰＲＯＭ（プログラマブル・リード・
オノリー・メモリ）および／またはフロッピーディスク
による入力により具体化される。このように、本発明に
よる好適なプログラムは２つの部分からなるアルゴリズ
ムを含む。まず、当該アルゴリズムの第１の部分ではス
テッピングモータを概略所望の状態となるように最大限
に迅速に回転さＨることにより、所望の装置状態と現実
の装置状態間の大きな偏差が処理される。一度、このお
おまかな調整が行なわれた後または所望の装置状態と現
実の装置状態間の偏差が小さい場合、直ちにコンピュー
タ＋００によって受信される種々のフィードバック信号
と制御および／または液圧操作装置の公知の特徴を考慮
に入れて、上記アルゴリズムの第２部分が所望状態を正
確に達成するように制御信号を処理する。
上記制御及びＩ又は液圧操作装置の公知の特徴には、例
えば種々の要素のヒステリシス、応答巡れ時間及びステ
ッピングモータの方向転換か含まれる。上記フィードバ
ック信号は、例えば液圧装置によって作動される可動要
素の実位置および／まｒこは速度と上記可動要素の負荷
の変動といった種々の動作特性を指示する。
第３図はこの発明に関するコンピュータ１００のプログ
ラムに用いられる制御信号発生用のフローチャートを示
す。゛スタート後、ステップ３００においてコンピュー
タ１００はユーザ入力指令信号を読み取る。これらの指
令信号は所望の条件、たとえば第１図の液圧装置によっ
て作動される可動素子の位置および／または速度を表し
、これらをＣｔと記す。ステップ３１０において、Ｃ１
と記す実条件と所望条件との誤差あるいは偏差が演算、
−され、△Ｃと表される誤差信号を得ろ。ステップ３２
０において、この偏差ΔＣかＸと表わされる予め定めら
れたレベルと比較される。もし、この偏差へ〇Ｊ＜Ｘを
越えるならば、ステップ３３０においてＳと表される駆
動器およびステッピングモータ用の制御１１信号か演算
される。らし、この偏差△ＣがＸより小さいならば、ス
テップ３４０にしたがって制御信号Ｓが演算される。
ステップ３３０において、ＳはたとえばＣ７の関数とし
て演算される。Ｃ！とＣ１との差が大きいと、できる限
り迅速に所望の条件を概算値を得るようにすることが好
ましい。△Ｃか大きい値であるかぎり、フィードバック
信号および当該装置の特性がＳの演算において無視され
る。このＳを得ると、ステップ３３２にしたがって当該
制御装置を介して出力される。ステップ３５０において
、これらの制御信号の効果が定められるとともに新しい
ＣＩがフィードバック信号から演算され、ステップ３０
０において再び制御プログラムサイクルが続行される。
ステップ３４０におけるＳの演算において、該Ｓはたと
えばＣ５、Ｃ７および乙の関数とされ、ここでＺはフィ
ードバック信号および当該装置の特性を表す。Ｃ７と０
１間の偏差は小さく、所望の条件を精確に達成する制御
信号を発生するようにすることが好ましい。代表的には
、フィードバック信号から制御信号の明期値が計算され
て△Ｃが０とされ、次いで初期信号が当該装置の特性を
補償するように調整される。Ｓが得られろと、ステフプ
３４２にしたがって当該制御装置を介して出力される。
ステップ３４７Ｉおよび３５０において△Ｃは小さく、
これらの制御信号の効果が定められ、新しいＺおよびＣ
６値がそれぞれｆＡ算され、ステップ３００において再
び制御プログラムサイクルが続行される。
そのような２つのプログラム部分が偏差が予め定められ
たＸ以下となるまで逓減することなく可成り９速に所望
の条件となるように当該制御装置を回転させる。ここで
、たとえばＣ１は所望速度を表し、ステップ３３０にし
たがって算出されたＳは△Ｃくｘとなるまで各プログラ
ムサイクルに対し同一値とされる。このようにして、当
該装置の応答が概算期間中できろ限り高速とされる。
ステップ３４０にしたがってＭ算Ｓを行なわないと、先
行の制御装置の不精確さおよび不安定さが避けられない
。ヒステリシスおよび遅延時間を考慮することにより、
当該制御装置は所要より大幅に修正されて所望の状態（
オーバーシュート）を達成し、その後先に戻る。このよ
うにして、この発明に応じたディジタル制御装置は従来
のアナログ制御装置よりもより液圧装置の実際の応答に
より近似させ、制御信号は連続曲線にｔＯうてΔＣを漸
減する。この発明のプログラムは制御信号の振動を所望
状態へと著しく低減させることが分かった。
装置の特性はコンピュータ１００にプログラムされある
いは該プログラムがたとえば当該工作機械のパワーアッ
プ時に自己訓練される。運転負荷等のある特性が監視さ
れかつフィードバック信号がコンビニーりに加えられる
。この発明の制御プログラムにより完全な特別仕様およ
び液圧操作装置の構成部分に応答した非直線変位に対す
る補償が得られる。また、精確に定められた最大および
最小操作量がコンピュータにプログラムされ、よって所
望の時に即座に当該状態を達成する制御信号が発生され
る。
この発明による制御装置およびコンピュータプログラム
は特に静液圧変速機に用いることが好適であることが分
かった。第４図はこの発明の原理をに体化した静液圧変
速機４００を示す。この静液圧変速機４００は、たとえ
ば図示しない工作機械のスピンドルを一定の回転速度と
するのに用いられる。定速電気モータ４１０が出力軸４
１２に回転動力を与えて可変容量型ポンプ（ＶＤＰ）４
２０を駆動する。このＶＤＰ４２Ｑの流体出力は内部の
斜板４２２を変位させることにより定められる。液圧ア
クチュエータ４２６はアクチュエークリノケーノ４２８
を介して斜板４２の変位を制御する。ＶＤＰ４２０の出
力はライン４２４に沿って流体モータ４３０に加えられ
る。流体モータ４３０は出力軸４３２を介して、たとえ
ば図示しない回転工作機械スピンドルに回転力を与える
。
工作機械の回転速度は負荷および温度等の操作状態の変
動により回転速度が瞬時に変化するにも拘わらず一定に
保持することがしばしば要求される。これを達成するた
めに、この発明の制御装置は供給ライン４４２、帰還ラ
イン４４４および制御ライン４４６と４４８間に流れろ
液圧流を制御する液圧バルブ４４０を含む。これらの制
御ライン４４６および４４８は液圧アクチュエータ４２
６と接続して斜板４２２を変位させる該アクチュエータ
４２６からおよびそこへ液圧を供給するようになってい
る。
バルブ４４０は多相ステッピングモータ４５０により精
密に作動させられ、第１図の実施例に示すように出力軸
４５２を介してバルブ４４０の動作を制御するアクチュ
エータｔｉＷ４５４に回転力を与える。このアクチュエ
ータ機器は、たとえば、第１図にしたがって上述したよ
うな偏心カムと類似のものである。出力軸４５２の回転
およびステッピングモータ４５０の分解度はコンピュー
タ４７０からＤ／Ａ変換器４７５を介して制御信号を受
ける駆動器４６０により制御される。
コンピュータ４７０はユーザ入力４７２から工作機械の
所望の回転速度を指示する指令信号を受ける。更に、検
出器４８０．４８４および４８８は、それぞれ出力軸４
３２の回転を介して間接的に工作機械の実回転速度、た
とえば工作機械スピンドルの負荷状態を示す流体モータ
４３０内の液圧、およびバルブ４４０の零ｆ装置を監視
する。検出器４８Ｇ、４８４および４８８は、それぞれ
ライン４８２．４８６および４９０を介してコンピュー
タ４７０にフィードバック信号を送る。所要の精度に応
じて、この発明の特別の実施例におけるこれら全ての検
出器か必要とはならない。制御装置の構成部分および操
作は第り図、第２図および第３図について述べたと同様
とされる。
液圧変速機に対する従来の制御２２置の不安定性」ｊよ
び非応答性を解消するために、この発明は斜板４２２の
変位に関するヒステリノスおよびデッドバッド、当該工
作機械のスビノトルを介して流体モータ４３０に印加さ
れる負荷状態の変動を考慮して該流体モータの出力速度
を低減するようになっている。この出力速度の減少に対
し可変容量型ポンプＶＤＰ４２０のストロークが増大し
て補償する。一般的には、好ましくはたとえ非常に小さ
な変動に対してら補償するようにする。この発明の制御
装置はヒステリノスおよびデッドバンドをｈｌｉ償しか
つ当該斜板４２２を小さな増分に亙って精確に位置決め
４°るために該斜板４２２を所望位置に限定的にコ屑節
するものである。
以上のようにこの発明を詳述したが、これらの実施例は
単に例示に過ぎず、この発明はこの実施例に限定される
ものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の原理を具体化した制御装置および液
圧操作装置の概略構成を示すブロック図、第２図は第１
図におけるステッピングモータ駆動器の概略回路図、第
３図は第１図における制御装置の制御プログラムのフロ
ーチャート、第４図はこの発明の原理を具体化したらう
１つの制御装置および液圧操作装置の概略構成を示すブ
ロック図である。 １０・・制御装置、１１・・液圧操作装置、２０・・・
４方スプールバルブ、３０・・分流バルブ、３８・出力
軸、４０・・被加工体送り台　、５６・・流体モータ、
５８・・・出力軸、６０・・タレット、７０・・・偏心
カム、　　７２・・内部偏心ディスク、８０・・・多用
電気ステッピングモータ、８２・・・出力軸、９０・・
駆動器、９５・・Ｄ／Ａ変換器、１００コンピュータ（
マイクロプロセッサユニット）、１０１　　・ユーザ入
力、１０２・・・グラススケール、！０６・・エノコー
ダ、２００・・信号入力部、２０２．２０４．２０６．
２０８．２１０・・・人カライノ、２３２．２３４．２
３６．２３８．２４０・・・出力ライン、２４２．２４
４．２４６．２４８．２５０・・帰還ライン、４００　
静液圧変速機、４１０　　定速電気モータ、　４１２・
・出力軸、　４２０　可変容爪型ポンプ（ＶＤＰ）、４
２２　斜板、４２６・・・液圧アクチュエータ、４３０
・・流体モータ、４３２・・出力軸、４４０・・・バル
ブ、４５０・多ｔｔｌｉ！！気ステッピングモータ、１
Ｉ６０・・駆動器、４７０　コンピュータ、４７５・［
）／Ａ変ｔＰＡ器、４８０．４８４．４８８・検出器。 特許出願人　サウス・ベンド・レイズ・イノコーホレイ
チット

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複数の巻線を有する多相ステッピングモータ用駆
    動装置において、 上記ステッピングモータの各線に直流電流を供給する手
    段、および 上記ステッピングモータの操作時に隣接する各巻線から
    制御巻線へ電流を誘導しないように各巻線に流れる電流
    を制御する手段 を具備することを特徴とする装置。
  2. （２）電流制御手段が各巻線に対して個別にかつ独立的
    に作用するようにした特許請求の範囲第１項に記載の装
    置。
  3. （３）ステッピングモータが５つの巻線を有する５相式
    とされる一方、電流制御手段が上記各巻線用の電流供給
    回路と接続されかつ当該ステッピングモータの操作時に
    上記５つの巻線のうち４つの巻線が連続的に作動すると
    ともに５番目の巻線がその電流レベルを正のピーク値か
    ら負のピーク値に切り換える制御巻線として機能するよ
    うにした特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  4. （４）液圧送給および帰還部、少なくとも１つの可動素
    子に液圧を印加する少なくとも１つの制御ラインおよび
    上記液圧送給部と制御ライン間に接続されてそこに流れ
    る液圧を制御するバルブ手段から成る液圧制御装置にお
    いて、 ステッピングモータ手段を含んだ上記バルブ手段を作動
    させる手段、 上記バルブ手段とステッピングモータ手段間に接続され
    た連繋手段、および 上記ステッピングモータ手段の各巻線に直流電流を供給
    するとともに隣接巻き線から制御巻線に電流が誘導され
    ることのないように各巻線に流れる直流電流を制御する
    ことにより、上記ステッピングモータ手段の動作を制御
    する駆動手段 を具備することを特徴とする装置。
  5. （５）バルブ手段が液圧送給および帰還部と制御ライン
    間に接続された４方バルブを含む特許請求の範囲第４項
    に記載の方法。
  6. （６）バルブ手段により制御される流体圧を有する複数
    の制御ラインが設けられる一方、これらの制御ラインか
    らの液圧により可動素子が直線方向に往復運動するよう
    に摺動するようにした特許請求の範囲第５項に記載の装
    置。
  7. （７）第２可動素子が設けられ、複数の制御ラインが交
    互に操作圧力を供給することにより該第２可動素子を回
    転させて位置決めするようにした特許請求の範囲第６項
    に記載の装置。
  8. （８）連結作動手段がバルブ手段と接続するスプリング
    バイアスされたプランジャ、ステッピングモータ手段か
    ら伸延する回転軸および上記プランジャと回転軸間に接
    続された偏心カム手段を含む特許請求の範囲第４項に記
    載の装置。
  9. （９）駆動手段がステッピングモータへの直流電流の供
    給を制御することにより制御巻線以外の各巻き線に連続
    的に当該ステッピングモータの定格値をもって給電する
    ようにした特許請求の範囲第４項に記載の装置。
  10. （１０）所望のユーザ入力指令信号および状態応答フィ
    ードバック信号を受け取るとともに駆動手段に制御信号
    を伝送するようにしたプログラム可能なコンピュータ手
    段、並びに上記ユーザ入力指令信号および状態応答フィ
    ードバック信号を上記コンピュータ手段に供給する手段
    を具備した特許請求の範囲第４項に記載の装置。
  11. （１１）状態応答フィードバック信号が回転軸の角度位
    置と可動素子の位置とを指示するようにした特許請求の
    範囲第１０項に記載の装置。
  12. （１２）駆動手段に対する制御信号を供給するディジタ
    ルコンピュータ手段を設け、該ディジタルコンピュータ
    手段は当該液圧操作装置のヒステリシスおよび非応答性
    を補償するようにプログラム可能とされて上記駆動手段
    に対する制御信号が当該液圧操作装置を安定して精確な
    制御を行うようにした特許請求の範囲第４項に記載の装
    置。
  13. （１３）流体モータと該流体モータを駆動する流体を出
    力する可変容量型ポンプとを設け、可動素子が該可変容
    量型ポンプの斜板を形成するようにした特許請求の範囲
    第４項に記載の装置。
  14. （１４）流体モータが回転出力軸を含む一方、該回転出
    力軸の回転速度を監視するとともにそれを表わすフィー
    ドバック信号を発生する手段が設けられ、 上記フィードバック信号を受けるとともに駆動手段に制
    御信号を供給することによりコンピュータプログラムア
    ルゴリズムの２つの部分に応じて斜板の変位を調節する
    ディジタルコンピュータ手段が設けられ、 上記コンピュータプログラムアルゴリズムは、上記駆動
    手段を介してステッピングモータを駆動することにより
    所望の斜板位置を迅速に概算し、次いで制御信号を再生
    し、該制御信号に基づき所望斜板位置を限定的に調節す
    ることにより上記斜板を所望位置に精確に位置決めする
    ものである特許請求の範囲第１３項に記載の装置。
  15. （１５）可変容量型ポンプ、該可変容量型ポンプを駆動
    する手段、指令信号に応じて上記可変容量型ポンプの斜
    板位置を調節する手段、上記可変容量型ポンプの流体出
    力を受けるとともに機械的出力動力を送出する流体モー
    タ手段を備えた液圧発生装置を制御するにあたり、 上記斜板の調節手段に所望の機械的出力動力を表わす初
    期制御信号を印加し、 上記所望の機械的出力動力と実機械的出力動力との差を
    演算して誤差信号を得、 上記誤差信号が予め定められたレベルに達するまで上記
    初期制御信号を上記斜板の調節手段に印加し、 上記誤差信号が上記予め定められたレベルとなったとき
    、当該装置の構成部分特性の関数として零誤差信号を発
    生するのに必要な再生制御信号を演算し、かつ 上記再生制御信号を上記斜板の調節手段に印加すること
    により精確に上記所望の機械的出力動力を得るようにし
    たことを特徴とする制御方法。
  16. （１６）流体モータが機械的出力動力を送出する回転出
    力軸を含む一方、上記回転出力軸の回転速度を監視する
    ことにより実機械的出力動力を演算する特許請求の範囲
    第１５項に記載の制御方法。
  17. （１７）再生制御信号が流体モータ内の液圧を監視する
    ことにより得られた操作状態の関数として演算される特
    許請求の範囲第１５項に記載の制御方法。
  18. （１８）制御信号と誤差信号とにおける関数関係は該誤
    差信号が予め定められたレベル以下となったときに該制
    御信号が低減するようにした特許請求の範囲第１５項に
    記載の制御方法。
  19. （１９）液圧流体供給源、液圧を供給することにより少
    なくとも１つの可動素子を移動させる少なくとも１つの
    制御ライン、および上記流体供給源と当該バルブ制御ラ
    イン用の制御作用手段間に接続された液圧流体流を制御
    するバルブ手段を備えた動力発生用液圧装置を制御する
    にあたり、 上記可動素子の所望位置を表わする初期制御信号を上記
    制御作用手段に印加し、 上記可動素子の所望位置とその実位置との差を演算して
    誤差信号を得、 上記誤差信号が予め定められたレベルに達するまで上記
    初期制御信号を上記制御作用手段に連続的に印加し、 上記誤差信号が上記予め定められたレベルに達したとき
    に当該液圧装置の諸特性の関数として零誤差信号を発生
    するのに必要な再生制御信号を演算し、かつ 上記再生制御信号を上記制御作用手段に印加することを
    特徴とする制御方法。
  20. （２０）再生制御信号を印加した後に誤差信号が再び演
    算され、更に再生制御信号が当該液圧装置の諸特性の関
    数として演算されるとともに制御作用手段に印加される
    特許請求の範囲第１２項に記載の制御方法。
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