KR100622939B1 - 에어 실린더의 제어방법 및 장치 - Google Patents

에어 실린더의 제어방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

에어 실린더에 있어서의 압력실의 용적이 크게 변화된 경우에도, 정상편차나 외란 등이 발생하는 것을 방지해서 응답성을 높이는 것을 과제로 한다.
에어 실린더(10)의 압력실(11,12)에의 급배기를 에어 서보 밸브(20,30)로 행하고, 이 압력실(11,12)내의 압력을 압력센서(23,33)로 검출해서 그 압력검출신호를 컨트롤러(40)에 피드백하고, 지령값과 검출값의 편차에 기초해서 상기 컨트롤러(40)의 PID조절기에 의해 상기 에어 서보 밸브(20,30)의 개도를 조절해서 상기 에어 실린더(10)를 제어하는 방법에 있어서, 상기 에어 실린더(10)에 있어서의 로드의 변위를 변위센서(25)로 검출해서 그 변위검출신호를 상기 컨트롤러(40)에 피드백하고, 이 변위검출신호에 따라 상기 PID조절기의 게인을 상시 변경한다.

Description

에어 실린더의 제어방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING AIR CYLINDER}
도1은 본 발명에 따른 실린더 제어장치의 일실시형태를 나타내는 전체 접속도이다.
도2는 본 발명의 제어방법에 대해서 설명하기 위한 타임챠트의 일례이다.
도3은 도1의 제어장치에 있어서의 헤드측 제어계의 블록 구성도이다.
도4는 종래의 실린더 제어장치의 접속도이다.
도5는 도4의 제어장치의 블록 구성도이다.
(부호의 설명)
10:에어 실린더 11,12:압력실
15:로드 20,30:에어 서보 밸브
40:컨트롤러 40a':PID조절기
Kp:게인
본 발명은, 에어 서보 밸브를 사용해서 에어 실린더를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도4에는, 에어 서보 밸브를 사용해서 에어 실린더의 추력을 제어하는 장치의 기본적인 접속예가 나타내어져 있다. 이 도면에 있어서, 1은 에어 실린더, 2는 이 에어 실린더(1)의 헤드측 압력실(1a)에 접속된 3위치형의 에어 서보 밸브, 3은 이 에어 서보 밸브(2)와 로드측 압력실(1b)에 레귤레이터(4)를 통해 접속된 압력 에어원, 5는 상기 에어 서보 밸브(2)를 PID 조절기(5a)(도5참조)에 의해 제어하는 컨트롤러, 6은 상기 헤드측 압력실(1a)내의 에어압력을 검출해서 그 압력검출신호를 상기 컨트롤러(5)에 피드백하는 압력센서, 7은 상기 에어 실린더(1)의 피스톤(1c)의 위치를 검출하는 위치센서이다.
상기 장치에 있어서, 컨트롤러(5)에 의해 에어 서보 밸브(2)가 도면의 좌측의 제1위치로 전환되고, 에어 실린더(1)의 헤드측 압력실(1a)에 압력에어가 공급되면, 이 에어 실린더(1)의 피스톤(1c) 및 로드(1d)는 도면의 오른쪽방향으로 전진한다. 이 때, 헤드측 압력실(1a)내의 압력이 압력센서(6)로 검출됨과 아울러, 피스톤(1c)의 위치가 위치센서(7)로 검출되고, 각각의 검출신호가 상기 컨트롤러(5)에 피드백된다. 그리고, 이 컨트롤러(5)의 PID 조절기(5a)에 있어서 압력지령값과 압력 검출값의 편차에 필요한 게인(증폭)이 가해지고, 에어 서보 밸브(2)가 제어됨으로써, 피스톤(1c)의 위치에 따른 추력제어가 행해진다. 이 때, 상기 에어 서보 밸브(2)는, 게인이 가해진 제어신호에 따른 개도로 되고, 그 개도에 따른 에어 유량에 의해 상기 에어 실린더(1)의 압력실(1a)내의 압력이 제어된다.
도5에는, 상기 장치에 있어서, 상기 압력실(1a)내의 압력을 제어함으로써 에어 실린더(1)의 추력을 제어하는 경우의 블록선도가 나타내어져 있다. 도면 중, Pi는 지령값, Kp는 PID조절기(5a)의 비례 게인, G(S)는 에어 서보 밸브(2)의 전달함수, V는 압력실의 용적, 1/VS는 에어 실린더(1)의 전달함수, a는 정수, T는 시정수, s는 라플라스 연산자, Q는 조작량, Po는 제어량, Kc는 피드백 게인이다. 그러나, 이 블록선도에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 설명에 관련해서 후술하기로 한다.
그런데, 이렇게 에어 서보 밸브로 에어 실린더를 제어하는 경우, 종래의 제어방식에서는, 지령값과 측정값 사이의 정상편차나 외란의 영향에 의해 응답성이 나빠, 정밀도 좋은 제어를 행하는 것이 곤란했다. 특히, 부하인 상기 압력실의 용적(탱크 용적)이 피스톤의 위치변화에 따라 크게 변화되므로 제어하기 어렵다는 문제가 있고, 또한 압력실의 용적이 작은 경우에는 제어계가 불안정해지기 쉽고, 반대로 압력실의 용적이 큰 경우에는 응답성이 나쁘다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명의 목적은, 상기 종래의 제어방식에 있어서의 결점을 해소하기 위해서, 정상편차를 감소함과 아울러 외란의 영향을 받기 어렵게 하고, 응답성과 안정성을 높여서 에어 실린더를 고정밀도로 제어할 수 있도록 새로운 제어기술을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 에어 실린더의 압력실에의 급배기를 에어 서보 밸브로 행하고, 이 압력실내의 압력을 압력센서로 검출해서 그 압력검출신호를 컨트롤러에 피드백하고, 검출값과 지령값의 편차에 기초하여 상기 컨트롤러의 PID조절기에 의해 상기 에어 서보 밸브의 개도를 조절해서 상기 에어 실린더를 제어하는 방법에 있어서, 상기 에어 실린더에 있어서의 로드의 변위를 변위센서로 검출하고, 이 변위검출신호에 기초하여 상기 PID조절기의 게인만을 상시 변경하는 것을 특징으로 하는 에어 실린더의 제어방법이 제공된다.
이 경우, 상기 로드의 변위에 비례해서 비례 게인을 변경해도 좋다.
본 발명에 있어서는, 상기 에어 실린더의 헤드측 및 로드측의 2개의 압력실에의 급배기를 2개의 에어 서보 밸브에 의해 개별적으로 행하고, 각각의 에어 서보 밸브에 대응하는 PID조절기의 게인을 상기 변위센서로부터의 변위검출신호에 의해 변경할 수도 있다.
또한 상기 방법을 실시하기 위해서, 본 발명에 따르면, 에어 실린더와, 이 에어 실린더의 압력실에의 급배기를 행하는 에어 서보 밸브와, 상기 압력실의 압력을 검출하는 압력센서와, 상기 에어 실린더에 있어서의 로드의 변위를 검출하는 변위센서와, 상기 압력센서로부터 피드백되는 압력 검출값과 지령값의 편차에 기초해서 PID조절기에 의해 상기 에어 서보 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 제어장치에 있어서, 이 제어장치가 또한 상기 에어 실린더의 로드의 변위를 검출해서 컨트롤러에 피드백하는 변위센서를 갖고, 이 변위센서로부터의 변위검출신호에 따라 상기 PID조절기의 게인을 상시 변경하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 에어 실린더의 제어장치가 제공된다.
이 경우, 상기 로드의 변위에 비례해서 비례 게인을 변경해도 좋다.
또한 본 발명에 있어서는, 에어 실린더의 헤드측 압력실 및 로드측 압력실에 개별적으로 접속된 2개의 에어 서보 밸브 및 2개의 압력센서와, 각각의 에어 서보 밸브에 대응하는 2개의 PID조절기와, 1개의 변위센서를 갖도록 구성할 수도 있다.
도1은 본 발명에 따른 실린더 제어장치의 일실시형태를 나타내는 것으로, 이 실시형태는, 에어 실린더(10)를 용접용 에어 서보 건으로서 사용하는 경우를 예시하고 있다.
즉 이 제어장치는, 용접 건을 구성하는 에어 실린더(10)와, 이 에어 실린더(10)의 헤드측 압력실(11)에 접속된 헤드측 에어 서보 밸브(20)와, 로드측 압력실(12)에 접속된 로드측 에어 서보 밸브(30)와, 이들 에어 서보 밸브(20,30)에 제어신호를 출력하는 컨트롤러(40)와, 외부로부터 상기 컨트롤러(40)에 지령을 주는 외부 컨트롤러(50)를 구비하고, 상기 컨트롤러(40)에 의해 양 에어 서보 밸브(20,30)를 제어해서 에어 실린더(10)를 원하는 동작상태로 제어하는 것이다.
또한 상기 에어 실린더(10)는, 실린더 튜브(13)와, 이것에 슬라이딩 가능하게 끼워진 피스톤(14)과, 상기 피스톤(14)에 연결된 피스톤 로드(15)를 구비하고, 상기 피스톤 로드(15)에 의해 워크의 클램프를 행하는 것이다. 실린더 튜브(13)는 밀폐된 통체이며, 피스톤(14)을 사이에 두고 그 헤드측의 압력실(11)과 로드측 압력실(12)을 구비하고 있다. 피스톤 로드(15)는 실린더 튜브(13)를 밀폐상으로 관통해서 외부로 연장되어 있다. 이 피스톤 로드(15)의 외부로 연장된 단부에는 도시하 지 않은 용접 건의 한족의 전극부재가 장착된다.
상기 헤드측 압력실(11)에는, 헤드측 에어 서보 밸브(20)로부터 유로(22)를 통해 소정 압력의 에어가 급배되고, 이 압력실(11)에는, 그 에어압력을 검출하는 헤드측 압력센서(23)가 접속되어 있다. 또한 이 헤드측 압력실(11)에는, 헤드 커버측으로부터 피스톤(14)내에 삽입되어 상기 피스톤(14)의 구동위치를 검출하는 변위센서(25)의 프로브(26)가 설치되어 있다. 상기 헤드측 압력센서(23)와 변위센서(25)로 검출된 압력 및 변위에 관한 검출신호는, 상기 컨트롤러(40)에 피드백된다.
한편, 로드측 압력실(12)은, 로드측 에어 서보 밸브(30)로부터 유로(32)를 통해 에어가 급배되고, 이 압력실(12)에는, 그 압력을 검출하는 로드측 압력센서(33)가 접속되어 있다. 이 로드측 압력센서(33)로부터의 압력검출신호는, 상기 컨트롤러(40)에 피드백된다.
상기 헤드측 에어 서보 밸브(20) 및 로드측 에어 서보 밸브(30)는, 실질적으로 같은 구성을 갖는 3위치식 3포트 밸브이며, 에어의 공급원(41)으로부터의 에어를 도입하는 급기 포트와, 그것을 출력하는 출력 포트와, 그것을 배출하는 출력 포토를 갖고, 컨트롤러(40)로부터의 출력신호에 따른 개도로 각 포트를 적당하게 연통시켜, 제어된 압력에어를 각 압력실에 흘려보내는 것이다.
상기 컨트롤러(40)에는, 상술한 바와 같이, 헤드측 압력센서(23) 및 로드측 압력센서(33)로부터의 압력검출신호와, 변위센서(25)로부터의 위치검출신호가 피드백된다. 또한 이 컨트롤러(40)에는, 피스톤(14)의 동작형태나, 그 동작위치에 따른 양 압력실(11,12)내의 에어압력 등의 지령값이 타임챠트로서 설정되어, 기억되어 있다. 그리고, 외부 컴퓨터(50)로부터 입력되는 지령신호에 기초하여, 상기 컨트롤러(40)의 헤드측 제어부(40a) 및 로드측 제어부(40b)에 있어서의 PID 제어기로, 대응하는 압력센서(23,33)로부터 피드백된 검출값과 지령값이 각각 비교되고, 이들의 편차에 필요한 게인(증폭)이 가해지고, 그 신호에 의해 대응하는 헤드측 및 로드측의 에어 서보 밸브(20,30)가 제어된다. 이 때, 각 에어 서보 밸브(20,30)는 게인이 가해진 제어신호에 따른 개도로 되고, 그 개도에 따른 에어 유량에 의해 상기 에어 실린더(10)의 양 압력실(11,12)내의 압력(Ph,Pr)이 제어되고, 이들의 차가 추력으로서 출력된다.
따라서, 상기 헤드측 에어 서보 밸브(20)와 헤드측 압력센서(23) 및 헤드측 제어부(40a)에 의해 헤드측 제어계(60A)가 구성되고, 상기 로드측 에어 서보 밸브(30)와 로드측 압력센서(33) 및 로드측 제어부(40b)에 의해 로드측 제어계(60B)가 구성되어 있다.
또, 도면 중 (24,34)는 에어 서보 밸브(20,30)로부터 압력실에 이르는 유로(22,32)에 설치한 압력센서이다.
도2(A)∼(C)에는, 상기 에어 실린더(10)의 제어동작의 일례가 타임챠트로서 나타내어져 있다. 도2(A)는, 에어 실린더(10)의 임의의 정지위치로부터 양 에어 서보 밸브(20,30)에 인가되는 입력신호(Vh,Vr)의 변화를 나타내고, 도2(B)는 피스톤 스트로크(X)의 변화를 나타내고, 도2(C)는, 에어 실린더(10)에 있어서의 헤드측 및 로드측의 압력실(11,12)의 압력(Ph,Pr)의 변화를 나타내고 있다.
도2(A)에 있어서, 시각(t1)에, 헤드측 에어 서보 밸브(20)에 곡선(Vh)으로 나타내는 입력신호가 인가되고, 상기 에어 서보 밸브(20)의 급기측이 완전개방 또는 그것에 가까이까지 개방되고, 한편, 로드측 에어 서보 밸브(30)에는 곡선(Vr)으로 나타내는 입력신호가 인가되어서, 상기 에어 서보 밸브(30)의 배기측이 완전개방된다.
그 때문에, 도2(B)에 나타내듯이, 소정 임의의 정지위치(Xa)에 있는 피스톤(14)이, 그 위치로부터 목표위치(Xt)인 워크의 클램프위치(Xo)를 향해서 구동된다.
상술한 바와 같이 피스톤(14)을 구동해서, 클램프를 위해 위치 결정 동작시키는 경우에, 헤드측 에어 서보 밸브(20)를 도시한 바와 같이 압력제어하고, 로드측 에어 서보 밸브(30)에 대해서는, 피스톤의 현재위치(X)와 워크의 클램프위치(Xo)의 편차(ΔX=X-Xo)에 비례한 입력신호(a·ΔX:단 a는 상수)에 대응하는 에어 서보 밸브 개도를 유지함으로써, 워크의 클램프위치에 가까워짐에 따라, 실린더의 피스톤속도를 원활하게 감속시킬 수 있다.
또, 헤드측 에어 서보 밸브(20)의 개도도 상기 편차 ΔX에 따라서 저감시킬 필요가 있다.
피스톤속도가 충분히 감속되고, 또한, 피스톤이 워크의 클램프위치에 충분히 가까워지는 것에 의해, 설정위치(Xc)에 도달했을 때부터는, 로드측의 에어 서보 밸브(30)의 에어 서보 밸브 개도(ΔV)를 미소한 일정값으로 고정함으로써 클램프용 부재를 일정하게 또한 저속으로 워크에 접촉시킬 수 있다.
도3에는, 상기 제어장치에 있어서 헤드측 압력실(11)의 압력을 제어하는 헤드측 제어계(60A)의 블록선도가 나타내어져 있다. 이 헤드측 제어계(60A)에서는, 상술한 바와 같이 해서 헤드측 압력실(11)의 압력제어를 행하면서, 동시에, 변위센서(25)로 검출된 로드의 변위검출신호를 헤드측 제어부(40a)에 피드백하고, 그 검출값(K)에 기초해서, 실린더용적(헤드측 압력실의 용적)(V)의 변화에 대응시켜서 PID조절기(40a')의 게인(Kp)을 항상 변경하도록 구성하고 있다.
여기에서, 상기 제어계(60A)에 있어서의 압력제어의 기본은, 도4 및 도5의 종래장치와 실질적으로 같기 때문에, 도5에 기재된 종래장치의 블록선도에 대해서 그 기본적인 부분을 설명한다.
이 종래장치의 블록선도의 전체의 전달함수를 표현하면 식(1)과 같이 된다.
Figure 112005037309494-pat00001
또한 상기 식(1)에 있어서, 밸브의 전달함수를 간단하게 하기 위해서 1차 지연계로 근사시키면 G(S)=a/(1+T·s)로 된다. 따라서, 식(1)은 식(2)로 되고, 식(3)과 같이 된다.
Figure 112005037309494-pat00002
Figure 112005037309494-pat00003
PID조절기에 입력되는 압력지령값에 대해서, 에어 실린더(10)에 출력되는 출력압의 전달함수는 2차 지연계로 되고, 다음 식(4)으로 나타내어진다.
Figure 112005037309494-pat00004
여기에서, ωn은 비감쇠 고유각 주파수, ζ은 감쇠계수이며, 각각 다음 식(5), (6)으로 나타내어진다.
Figure 112005037309494-pat00005
Figure 112005037309494-pat00006
이들 식으로부터, 상기 비감쇠 고유각 주파수(ωn) 및 감쇠계수(ζ)가 실린더의 용적에 크게 의존하고 있는 것을 알 수 있다.
이렇게, 실린더에 있어서의 압력실의 용적은 피스톤의 위치에 따라 크게 변화되고, 그것에 따라 상기 비감쇠 고유각 주파수(ωn) 및 감쇠계수(ζ)가 변화되므로, 제어성도 변화되고, 지령값과 측정값 사이의 정상편차나 외란 등의 영향을 받기 쉽게 되어 응답성이 나빠, 정밀도 좋은 제어를 행하는 것이 곤란하다.
그러나, 상기 식(5), (6)에 착안하면, 각각의 분모와 분자에 실린더용적(V)과 PID조절기의 게인(Kp)이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 그래서, 실린더용적(V)의 변화에 대응해서 게인(Kp)을 조정하고, 「Kp/V=일정」으로 되도록 하면, 상기 비감쇠 고유각 주파수 및 감쇠계수의 변화를 없애서 제어성을 일정하게 할 수 있다.
이러한 관점에서 본 발명에서는, 도3에 나타내듯이, 변위센서(25)로 검출된 로드의 변위검출신호를 헤드측 제어부(40a)에 피드백하고, 그 검출값(K)에 따라 PID조절기(40a')의 게인(Kp)을 상시 변경하도록 구성하고 있다. 구체적 방법으로서는, 상기 변위검출값(K)을 게인의 값에 곱하면 된다.
이것에 의해, 적응제어와 동일한 우수한 제어성에 의해, 에어 실린더(10)에 있어서의 압력실의 용적이 크게 변화된 경우라도 정상편차나 외란의 발생을 확실하게 방지하고, 로드의 위치에 상관없이 양호한 응답성을 얻을 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 헤드측 제어계에 대해서 PID조절기의 게인을 변경하도록 하고 있지만, 로드측 제어계에 대해서도 같은 제어를 행할 수 있다.
또한 상기 변위센서로서 속도센서나 가속도센서를 사용해서, 변위신호로서 로드의 속도 또는 가속도를 검출함으로써, 같은 제어를 행하는 것도 가능하다.
또, 상술한 방법에 의해 에어 실린더(1O)에 있어서의 압력실의 에어압력을 제어하는 기술은, 에어 실린더(10)의 추력제어 뿐만 아니라, 로드의 위치 결정 제어에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명에 의하면, 에어 실린더에 있어서의 로드의 변위를 변위센서로 검출하고, 이 변위검출신호에 기초하여 상기 PID조절기의 게인만을 항상 변경하도록 했으므로, 적응제어와 동일한 제어성에 의해, 에어 실린더에 있어서의 압력실의 용적이 크게 변화된 경우에도, 또는 압력실의 용적이 작은 경우, 또는 큰 경우라도, 정상편차가 감소됨과 아울러, 외란에 의한 영향도 받기 어려워져, 응답성과 안정성이 높아져서 에어 실린더를 고정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다.

Claims (6)

  1. 에어 실린더의 압력실에의 급배기를 에어 서보 밸브로 행하고, 이 압력실내의 압력을 압력센서로 검출해서 그 압력검출신호를 컨트롤러에 피드백하고, 지령값과 검출값의 편차에 기초하여 상기 컨트롤러의 PID조절기에 의해 상기 에어 서보 밸브의 개도를 조절해서 상기 에어 실린더를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 에어 실린더에 있어서의 로드의 변위를 변위센서로 검출하고, 이 변위검출신호에 기초하여 상기 PID조절기의 게인만을 상시 변경하는 것을 특징으로 하는 에어 실린더의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로드의 변위에 비례해서 비례 게인을 변경하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에어 실린더의 헤드측 및 로드측의 2개의 압력실에의 급배기를 2개의 에어 서보 밸브에 의해 개별적으로 행하고, 각각의 에어 서보 밸브에 대응하는 PID조절기의 게인을 상기 변위센서로부터의 변위검출신호에 의해 변경하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  4. 에어 실린더와, 이 에어 실린더의 압력실에의 급배기를 행하는 에어 서보 밸브와, 상기 압력실의 압력을 검출하는 압력센서와, 상기 에어 실린더에 있어서의 로드의 변위를 검출하는 변위센서와, 상기 압력센서로부터 피드백되는 압력 검출값과 지령치값의 편차에 기초해서 PID조절기에 의해 상기 에어 서보 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 제어장치에 있어서,
    이 제어장치가 또한 상기 에어 실린더의 로드의 변위를 검출해서 컨트롤러에 피드백하는 변위센서를 갖고, 이 변위센서로부터의 변위검출신호에 따라 상기 PID조절기의 게인을 상시 변경하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 에어 실린더의 제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로드의 변위에 비례해서 비례 게인을 변경하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 에어 실린더의 헤드측 압력실 및 로드측 압력실에 개별적으로 접속된 2개의 에어 서보 밸브 및 2개의 압력센서와, 각각의 에어 서보 밸브에 대응하는 2개의 PID조절기와, 1개의 변위센서를 갖는 것을 특징으로 하는 제어장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102171347B1 (ko) 2020-06-05 2020-10-28 주식회사 청공 정밀 압력조절이 용이한 에어 실린더용 공기 조절 장치

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5000411B2 (ja) * 2006-08-31 2012-08-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 マスタシリンダおよびその製造方法
DE102007016045A1 (de) * 2007-03-30 2008-10-02 Sms Demag Ag Vorrichtung zum hydraulischen Anstellen von Bauteilen
WO2008125132A1 (en) 2007-04-13 2008-10-23 Norgren Gmbh Pneumatic actuator system and method
US7434482B1 (en) 2007-07-25 2008-10-14 Applied Technologies Associates, Inc. Feedback-controlled piezoelectric force measuring apparatus
DE602007005152D1 (de) * 2007-11-28 2010-04-15 Magneti Marelli Spa Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Betätigungseinrichtung mittels eines Druck steuernden Magnetventils
US7775295B1 (en) * 2008-01-23 2010-08-17 Glendo Corporation Proportional pilot-controlled pneumatic control system for pneumatically powered hand-held tools
DE102008007651B3 (de) * 2008-02-06 2009-09-24 Samson Aktiengesellschaft Stellungsregler für doppeltwirkenden, pneumatischen Stellantrieb, doppeltwirkender, pneumatischer Stellantrieb und Verfahren zum Betreiben des doppeltwirkenden, pneumatischen Stellantriebs
DE102008015851A1 (de) * 2008-03-27 2009-10-01 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Ultraschallschweißwerkzeug mit Fluidantrieb
JP5164047B2 (ja) * 2008-05-02 2013-03-13 国立大学法人 筑波大学 アクチュエータ、アクチュエータの制御方法及びアクチュエータの制御プログラム
JP5380183B2 (ja) * 2009-07-06 2014-01-08 三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社 射出圧縮成型機の型締装置、および、射出圧縮成型装置
JP2009275917A (ja) * 2009-08-24 2009-11-26 Shimadzu Corp エアシリンダ駆動装置
JP2013125380A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Univ Of Tsukuba アクチュエータ、アクチュエータの制御方法及びプログラム
CN102529148B (zh) * 2011-12-29 2015-04-15 南京埃斯顿自动化股份有限公司 一种控制油压机滑块下死点的方法
US9128008B2 (en) 2012-04-20 2015-09-08 Kent Tabor Actuator predictive system
CN103644172B (zh) * 2013-12-20 2015-12-30 徐州重型机械有限公司 一种起重机伸缩油缸检测及保护装置和方法
CN103727285B (zh) * 2013-12-31 2016-10-12 超达阀门集团股份有限公司 一种采用伺服阀控制驱动装置的阀门
CN105298998A (zh) * 2015-11-24 2016-02-03 常州倍特轴承有限公司 微电子控制液压高精度进给系统
US20190040878A1 (en) * 2016-01-20 2019-02-07 Nexmatic LLC Four-way control valve for pneumatic charging and discharging of working vessel
CN106514919B (zh) * 2016-12-30 2019-01-04 桂林电器科学研究院有限公司 一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统
CN106545533A (zh) * 2017-01-10 2017-03-29 青岛盛福精磨科技有限公司 低压信号控制的气控、气动动态对中纠偏控制方法及系统
US20190078592A1 (en) * 2017-09-12 2019-03-14 Triline Automation Universal actuator valve systems and methods thereof
EP3688315A1 (en) * 2017-09-29 2020-08-05 Fisher Controls International Llc Method and apparatus for controlling a double-acting pneumatic actuator
CN108050116B (zh) * 2017-11-13 2019-07-26 哈尔滨理工大学 并联双非对称缸协同运动位置同步控制装置及补偿方法
CN108757649B (zh) * 2018-06-12 2020-11-10 北京理工大学 一种扭力轴表面滚压强化机床液压供油系统
CN109227068A (zh) * 2018-09-01 2019-01-18 韦美芬 Led灯装配设备的成品收料机构
CN110901079A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 必能信超声(上海)有限公司 夹紧机构、焊接机、夹紧力的控制方法及装置
US11085532B2 (en) * 2019-03-12 2021-08-10 GM Global Technology Operations LLC Method for controlling a hydraulic system
JP7448739B2 (ja) * 2019-05-27 2024-03-13 Smc株式会社 チャック装置の駆動システム及びその制御方法
DE102019120863A1 (de) * 2019-08-01 2021-02-04 Atlas Copco Ias Gmbh Verfahren zur Steuerung eines mechanischen Füge- oder Umformprozesses
IT201900020156A1 (it) * 2019-10-31 2021-05-01 Fondazione St Italiano Tecnologia Metodo per il controllo della forza di un dispositivo di azionamento pneumatico
CN111419665A (zh) * 2020-04-16 2020-07-17 四川大学华西医院 空气波压力治疗仪
CN113492407B (zh) * 2021-07-22 2023-01-24 中广核研究院有限公司 控制系统、方法及计算机设备、存储介质
CN114109963B (zh) * 2021-11-19 2023-12-15 济南悉通液压设备配套有限公司 组角机油缸运行控制方法及液压系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61289410A (ja) 1985-06-18 1986-12-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 油圧制御装置
KR910700411A (ko) * 1988-12-12 1991-03-15 올센 제니 디지탈 서보 밸브 시스템
KR960706654A (ko) * 1993-12-13 1996-12-09 마리아 피.데 푸스코 가압된 유체를 제어하는 방법 및 시스템과 이 방법 및 이 시스템에 사용하기 위한 밸브 조립체(method and system for controlling a pressurized fluid and valve assembly for use therein)
KR19990058553A (ko) * 1997-12-30 1999-07-15 유철진 6자유도 모션 시뮬레이터
JP2001117627A (ja) 1999-10-22 2001-04-27 Japan Science & Technology Corp 油圧システムパラメータ同定方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5230272A (en) * 1988-06-29 1993-07-27 Mannesmann Rexroth Gmbh Hydraulic positioning drive with pressure and position feedback control
US5424941A (en) * 1991-08-02 1995-06-13 Mosier Industries, Inc. Apparatus and method for positioning a pneumatic actuator
US5229699A (en) * 1991-10-15 1993-07-20 Industrial Technology Research Institute Method and an apparatus for PID controller tuning
DE4319022A1 (de) * 1993-06-01 1994-12-08 Mannesmann Ag Verfahren zum Betrieb eines druckmittelbetriebenen Positionier- oder Greif- bzw. Spannwerkzeuges
US5975377A (en) * 1998-04-16 1999-11-02 Mcgowens; Helen Marie Spray deflector cap construction
CA2388576A1 (en) * 1999-10-27 2001-05-03 Tol-O-Matic, Inc. Precision servo control system for a pneumatic actuator
JP3851137B2 (ja) * 2001-10-26 2006-11-29 Ｓｍｃ株式会社 加圧シリンダの高速駆動方法及びその装置
JP3825737B2 (ja) * 2002-10-24 2006-09-27 住友重機械工業株式会社 精密位置決め装置及びこれを用いた加工機
JP4200284B2 (ja) * 2003-03-20 2008-12-24 Ｓｍｃ株式会社 加圧シリンダの高速駆動方法及びそのシステム
DE10327371B4 (de) * 2003-06-18 2005-07-14 Festo Ag & Co. Positionssteuerungsvorrichtung für einen elektro-fluidtechnischen Antrieb und Verfahren zur Positionssteuerung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61289410A (ja) 1985-06-18 1986-12-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 油圧制御装置
KR910700411A (ko) * 1988-12-12 1991-03-15 올센 제니 디지탈 서보 밸브 시스템
KR960706654A (ko) * 1993-12-13 1996-12-09 마리아 피.데 푸스코 가압된 유체를 제어하는 방법 및 시스템과 이 방법 및 이 시스템에 사용하기 위한 밸브 조립체(method and system for controlling a pressurized fluid and valve assembly for use therein)
KR19990058553A (ko) * 1997-12-30 1999-07-15 유철진 6자유도 모션 시뮬레이터
JP2001117627A (ja) 1999-10-22 2001-04-27 Japan Science & Technology Corp 油圧システムパラメータ同定方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102171347B1 (ko) 2020-06-05 2020-10-28 주식회사 청공 정밀 압력조절이 용이한 에어 실린더용 공기 조절 장치

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Publication number Publication date
FR2874410A1 (fr) 2006-02-24
JP4457299B2 (ja) 2010-04-28
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US20060037466A1 (en) 2006-02-23

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