KR20220080698A - 기체압액추에이터의 제어방법 및 제어연산장치 - Google Patents

기체압액추에이터의 제어방법 및 제어연산장치 Download PDF

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타츠야 요시다
신야 하마다
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

보다 안정된 위치결정제어를 가능하게 하는 기술을 제공한다.
제어연산장치는, 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값에 대하여, 실린더실 내에 있어서의 수압판의 위치변화에 기인하는 각 압력실의 체적변화분을 보상하는 연산을 행한 다음에, 각각 보상된 위치지령값을 2개의 서보앰프에 출력하고, 체적변화분을 보상하기 위하여, 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정을 실행한다.

Description

기체압액추에이터의 제어방법 및 제어연산장치{CONTROL METHOD FOR GAS PRESSURE ACTUATOR AND CONTROL ARITHMETIC DEVICE}
본 출원은 2020년 12월 7일에 출원된 일본 특허출원 제2020-202876호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 기체압액추에이터의 제어방법 및 제어연산장치에 관한 것이다.
가이드축과 가이드축을 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 가이드축과 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판(受壓板)을 가이드축 및 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 2개의 압력실의 차압으로 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터가 알려져 있다. 종래에서는, 슬라이더의 위치에 따른 동(動)특성변화를 보상하고, 슬라이더를 스트로크 내에서 안정적으로 제어할 수 있는 기체압액추에이터가 제안되고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2002-295404호
본 발명은 이러한 상황에 있어서 이루어진 것이며, 그 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 보다 안정된 위치결정제어를 가능하게 하는 기술을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 기체압액추에이터의 제어방법은, 가이드부와 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 가이드부와 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 가이드부 및 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 2개의 압력실의 차압으로 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터이며, 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프와, 위치센서로부터 위치검출신호를 받아 2개의 서보앰프에 위치지령값을 출력하는 제어연산장치를 구비한 기체압액추에이터의 제어방법으로서, 제어연산장치는, 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값에 대하여, 실린더실 내에 있어서의 수압판의 위치변화에 기인하는 각 압력실의 체적변화분을 보상하는 연산을 행한 다음에, 각각 보상된 위치지령값을 2개의 서보앰프에 출력하고, 제어연산장치는, 체적변화분을 보상하기 위하여, 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정을 실행한다.
본 발명의 다른 양태는, 기체압액추에이터의 제어방법이다. 이 방법은, 가이드부와 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 가이드부와 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 가이드부 및 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 2개의 압력실의 차압으로 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터이며, 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프와, 위치센서로부터의 위치검출신호를 받아 2개의 서보앰프에 위치지령값을 출력하는 제어연산장치를 구비한 기체압액추에이터의 제어방법으로서, 제어연산장치는, 위치센서로부터의 위치검출신호에 근거하여 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값을 산출할 때의 게인을, 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정의 완료 전후에서 전환한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 제어연산장치이다. 이 장치는, 가이드부와 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 가이드부와 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 가이드부 및 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 2개의 압력실의 차압으로 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터이며, 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프를 구비하는 기체압액추에이터의 2개의 서보앰프에 위치센서로부터의 위치검출신호를 받아 위치지령값을 출력하는 제어연산장치로서, 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값에 대하여, 실린더실 내에 있어서의 수압판의 위치변화에 기인하는 각 압력실의 체적변화분을 보상하는 연산을 행한 다음에, 각각 보상된 위치지령값을 2개의 서보앰프에 출력하고, 체적변화분을 보상하기 위하여, 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정을 실행한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 제어연산장치이다. 이 장치는, 가이드부와 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 가이드부와 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 가이드부 및 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 2개의 압력실의 차압으로 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터이며, 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프를 구비한 기체압액추에이터의 2개의 서보앰프에 위치센서로부터의 위치검출신호를 받아 위치지령값을 출력하는 제어연산장치로서, 위치센서로부터의 위치검출신호에 근거하여 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값을 산출할 때의 게인을, 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정의 완료 전후에서 전환한다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나, 본 발명의 구성요소나 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 보다 안정된 위치결정제어가 가능해진다.
도 1은 실시형태에 관한 기체압액추에이터의 단면도이다.
이하, 각 도면에 나타나는 동일 또는 동등한 구성요소, 부재에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또, 각 도면에 있어서의 부재의 치수는, 이해를 용이하게 하기 위하여 적절히 확대, 축소하여 나타난다. 또, 각 도면에 있어서 실시형태를 설명하는 데 있어서 중요하지 않은 부재의 일부는 생략하여 나타낸다.
도 1은, 실시형태에 관한 기체압액추에이터(1)의 단면도이다. 기체압액추에이터(1)는, 양단부가 지지체에 의하여 고정되어 일축방향으로 뻗는 가이드축(14)과, 가이드축(14)을 따라 이동 가능한 슬라이더(13)를 포함한다. 슬라이더(13)는, 가이드축(14)의 주위를 둘러쌀 수 있는 것과 같은 통상체이다. 가이드축(14)과 슬라이더(13)의 사이에 실린더공간(16)이 형성된다. 이 예에서는, 가이드축(14)의 중앙부가 가늘게 형성됨으로써, 슬라이더(13)와 가이드축(14)의 사이에 실린더공간(16)이 형성된다.
슬라이더(13)의 내벽에는 수압판(격벽)(17)이 고정된다. 수압판(17)은, 슬라이더(13)와 함께 가이드축(14)을 따라 이동 가능하다. 다만, 수압판(17)은, 가이드축(14)에 고정되어도 된다. 실린더공간(16)은, 수압판(17)에 의하여, 축방향에 관하여 압력실(16A)과 압력실(16B)로 구획된다.
슬라이더(13)와 가이드축(14)은 정압(靜壓)기체베어링을 형성하고 있다. 구체적으로는, 슬라이더(13)의 내측 또는 가이드축(14)의 외측에 마련된 에어패드로부터 압축기체(예를 들면 공기)를 분출함으로써, 슬라이더(13)는 가이드축(14)으로부터 부상(浮上)하여, 슬라이더(13)는 가이드축(14)에 대하여 비접촉으로 이동이 가능해진다. 따라서, 이동 시의 슬라이딩저항을 갖지 않는다.
위치센서(15)는, 슬라이더(13)의 위치에 관한 정보를 검출하여 그 위치에 관한 정보를 전기신호에 의하여 출력한다. 위치센서(15)로부터의 위치검출신호는 제어연산장치(20)에 입력된다.
제어연산장치(20)에서는 입력된 위치정보를 근거로 제어연산을 행하여, 서보앰프(21A, 21B)에 위치지령신호를 출력한다. 이때, 서보앰프(21A, 21B)에 대한 지령값은, 절댓값이 동일하고 부호를 반전시킨 값을 이용한다.
서보앰프(21A, 21B)는, 이 지령값에 따라 서보밸브(22A, 22B)의 스풀위치를 각각 제어한다.
서보밸브(22A, 22B)는 도시하지 않은 레귤레이터에 의하여 적당한 압력으로 조절된 압축기체(예를 들면 공기)가 공급되고 있으며, 서보밸브(22A, 22B) 내의 스풀위치에 따라 통과하는 유량이 변동한다. 서보밸브(22A, 22B)를 통과한 기체는 슬라이더(13) 내에 마련된 2개의 압력실(16A, 16B)에 공급된다. 그 결과, 압력실(16A, 16B)에는 차압이 발생하고, 이 차압이 슬라이더(13)의 내벽에 장착된 수압판(17)에 작용하여, 슬라이더(13)를 이동시킨다.
이와 같은 기체압액추에이터는, 콤팩트한 구조로 큰 출력을 제어할 수 있기 때문에 2점 간의 위치결정용 액추에이터로서의 이용이 기대되고 있다. 그러나, 연속위치결정을 행한 경우, 이와 같은 기체압액추에이터는, 수압판의 위치에 의한 동특성변화 등의 비선형특성에 의하여 안정된 제어가 어렵고, 슬라이더의 기계적 스트로크에 대하여 유효스트로크를 길게 취하는 것이 곤란하다. 이것은, 실린더실 내에서 수압판의 위치가 변화하면 압력실의 압력도 변화하고, 이것이 안정제어에 영향을 미치기 때문이다.
그래서, 슬라이더(13)를 2개의 서보밸브(22A, 22B)를 이용하여 기체압에 의하여 구동하는 기체압액추에이터(1)에 있어서, 슬라이더(13)의 위치에 의한 동특성변화를 보상하고, 슬라이더(13)를 스트로크 내에서 안정적으로 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
이하에 나타내는 주된 기호는, 압력 P, 체적 V, 온도 θ, 기체상수 R, 수압판(17)의 수압면적 A이며, 첨자 1은 압력실(16A) 측, 첨자 2는 압력실(16B) 측의 상태량을 나타내는 것으로 한다. 또, 이후에 나타나는 다양한 식 중에서, 기호 위에 1개의 ·(도트)가 붙어 있는 것은 1계 시간미분을 나타내고, 예를 들면 기호 x 위에 도트가 1개 붙어 있는 것은, x 도트라고 부르며, 기호 위에 2개의 ·(도트)가 붙어 있는 것은 2계 시간미분을 나타내고, 예를 들면 기호 x의 위에 도트가 2개 붙어 있는 것은 x 더블도트라고 부른다. 한편, 기호 위에 -(바)가 붙어 있는 것은 압력실(16A, 16B)이 평형상태일 때의 상태량인 것을 나타내고, 예를 들면 기호 P 위에 바가 붙어 있는 것은 P바라고 부르는 것으로 한다.
본 실시형태의 기체압액추에이터(1)는, 상술한 바와 같이, 2개의 서보밸브(22A, 22B), 2개의 서보앰프(21A, 21B), 제어연산장치(20)를 이용하여 압력실(16A, 16B)에 대한 압축기체유량을 제어하고, 압력실(16A, 16B) 사이의 차압에 의해서 슬라이더(13)를 구동하는 액추에이터이다.
압력실 내의 기체의 상태변화를 단열변화(단열계수 k)라고 가정한 경우, 상태변화는 다음의 식 (1)로 나타난다.
[수학식 1]
Figure pat00001
단, G1은 서보밸브(22A)로부터 공급되는 기체의 질량유량을 나타낸다.
식 (1)의 상태방정식은 비선형이기 때문에, 압력실의 체적이 바뀌면 특성은 변화한다.
수압판(17)이 슬라이더(13)의 중앙 부근에 위치한 상태에서 슬라이더(13)가 정지하고 있는 상태(압력 P바, 체적 V바, 온도 θ바)를 기준상태로 하여 선형화하면, 이하의 식 (2)가 된다.
[수학식 2]
Figure pat00002
이때 온도변화는 매우 작다고 하여 θ1=θ바로 하고 있다. 식 (2)는, 슬라이더 중앙을 기준상태로 하여, 체적을 V바=일정하게 하고 있으므로 특성변화는 없다.
식 (1)의 입력 G1을 G2'로 하여 이하의 식 (3)으로 하고, 다음의 식 (4)와 같은 입력을 생각한다.
[수학식 3]
Figure pat00003
[수학식 4]
Figure pat00004
식 (4)를 식 (3)에 대입하면, 식 (1)의 비선형방정식이 식 (2)의 선형방정식과 동일해진다.
서보밸브(22A)의 통과유량식을 선형화한 식(서보밸브(22A)를 급기, 서보밸브(22B)를 배기의 상태로 하고 있다)은, 이하의 식 (5)로 나타난다.
[수학식 5]
Figure pat00005
단, Kf, δ는 서보밸브의 형상이나 공급압력으로 정해지는 계수, Kse는 서보밸브개도(開度)와 서보앰프에 대한 지령의 게인, u1은 서보앰프(21A)에 대한 위치지령값이다.
식 (5)에서 새로운 서보앰프(21A)에 대한 입력을 u1'로 하고, 식 (4), 식 (5)로부터 이하의 식 (6)이라고 하면,
[수학식 6]
Figure pat00006
식 (4)의 보상(질량유량의 식)을 서보앰프(21A)에 대한 지령값의 식으로 변환할 수 있다. 이 식은, 제어연산장치(20)로부터 서보앰프(21A)에 대한 지령을 입출력으로 하고 있으므로, 식 (6)의 연산을 제어연산장치(20)로 행하고, 새로운 입력 u1'을 서보앰프(21A)에 출력한다.
압력실(16B)에 대해서는, 서보밸브(22B)가 배기측이라고 가정하고 있으므로, 서보밸브(22B)의 통과유량식은, 이하의 식 (7)로 나타난다.
[수학식 7]
Figure pat00007
압력실(16B) 측에 대해서도 동일하게 하여 식 (6)에 대응하는 식을 유도하면, 이하의 식 (8)이 된다.
[수학식 8]
Figure pat00008
식 (6), 식 (8)과 같은 보상을 제어연산장치(20)로 행해지는 제어연산에 넣음으로써, 슬라이더(13)의 위치, 즉 슬라이더(13) 내에서의 수압판(17')의 위치변화에 의한 동특성변화는 상쇄되어, 동특성은 슬라이더(13) 내에서의 수압판(17')의 위치에 관계없이 슬라이더(13)의 중앙에 있는 경우의 특성과 일치한다.
이하에서, 제어연산장치(20)의 작용을 순서대로 설명한다.
(1) 위치센서(15)에 의하여 슬라이더(13)의 위치가 검출되어, 위치정보를 나타내는 전기신호가 얻어진다. 위치센서(15)로부터의 위치검출신호는 제어연산장치(20)에 입력된다. 제어연산장치(20)에서는 이하와 같은 연산 (2)~(6)을 행한다.
(2) 위치센서(15)로부터 입력한 슬라이더위치 x를 미분하여 속도 x도트, 더 미분하여 가속도 x더블도트를 계산한다.
(3) 슬라이더목표위치 Xref와 슬라이더위치 x, 속도 x 도트, 가속도 x 더블도트로부터, 이하의 식 (9)에 근거하여 위치지령값 u를 계산한다.
[수학식 9]
Figure pat00009
단, Kp, Kv, Ka는 각각 적절하게 설계된 비례게인, 속도게인, 가속도게인이다.
(4) 서보앰프(21A, 21B)에 대한 위치지령값 u1, u2를 다음과 같이 계산한다.
u1=u
u2=-u
(5) 서보앰프(21A)에 대한 새로운 위치지령값 u1'을 식 (6)을 이용하여 다음의 식 (10)과 같이 계산한다.
[수학식 10]
Figure pat00010
여기에서는, 식 (6)의 압력 P1을 슬라이더정지 시의 평형압 P바(미리 계측되어 있다), 온도 θ1을 평형온도 θ바=대기온도 θa로 하고 있다. 또, 서보앰프(21B)에 대한 위치지령값 u2'를 식 (8)을 이용하여 하기의 식 (11)과 같이 계산한다.
[수학식 11]
Figure pat00011
여기에서도, 식 (8)의 압력 P2를 슬라이더정지 시의 평형압 P바, 온도 θ2를 평형온도 θ바=대기온도 θa로 하고 있다.
다만, 식 (10), 식 (11)은 서보밸브(22A)를 공급측, 서보밸브(22B)를 배기측으로 하고 있다.
공급측과 배기측이 반대인 경우는, 이하의 식 (12), 식 (13)을 이용한다.
[수학식 12]
Figure pat00012
[수학식 13]
Figure pat00013
다만, V1, V2는 슬라이더(13) 내의 단면적이 축방향에 관하여 일정하며, 이미 알려져 있으므로, 슬라이더(13)의 위치를 알면 산출할 수 있다.
(6) 위치지령값 u1'를 서보앰프(21A)에, 위치지령값 u2'를 서보앰프(21B)에 출력한다.
(7) 서보앰프(21A, 21B)는, 위치지령값에 따라 서보밸브(22A, 22B)의 스풀위치를 각각 제어한다. 서보밸브(22A, 22B)에는 적절한 압력으로 조절된 기체가 공급되고 있고, 서보밸브(22A, 22B)의 스풀위치에 따라 통과하는 압축기체유량이 변동한다.
(8) 서보밸브(22A, 22B)를 통과한 기체는 슬라이더(13) 내의 2개의 압력실(16A, 16B)에 공급된다. 그리고, 압력실(16A, 16B)의 차압이 슬라이더(13)에 작용하여 슬라이더(13)를 구동시킨다.
(9) (1)부터 (8)을 반복하여 슬라이더(13)를 목표위치 Xref에 위치제어한다.
이상의 설명에서 명확한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 2개의 서보밸브에 의하여 2개의 압력실에 대한 압축기체유량을 제어하고, 슬라이더의 위치제어를 행하는 복동형 기체압액추에이터에 있어서, 유효스트로크를 길게 취하여 안정된 위치결정제어를 행하기 위하여, 제어방식에 슬라이더위치변화에 의한 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행하고 있다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태에서는, 슬라이더(13) 나아가서는 수압판(17)의 위치변화에 의한 동특성변화의 보상(동특성변화의 비선형성 보상)을, 슬라이더(13) 나아가서는 수압판(17)의 위치변화에 기인하는 각 압력실의 압력변화분 및 체적변화분을 보상하는 연산을 행함으로써 실행하고 있다.
계속해서, 상기의 식 (6), 식 (8)에서는, 기체의 상태변화를 단열변화로서 도출했지만, 단열계수 k를 폴리트로프 지수 n으로 치환하여 도출해도 동일한 식이 얻어지므로, 상기의 기술사상은 다른 상태변화(등온변화 등)의 경우도 적용 가능하다. 이하에서, 이 경우에 대하여 설명한다.
압력실의 상태방정식은, 기체의 상태변화를 폴리트로프 변화라고 가정하면, 이하의 식 (14)로 나타나고,
[수학식 14]
Figure pat00014
선형화 모델의 상태방정식은, 이하의 식 (15)로 나타난다.
[수학식 15]
Figure pat00015
단, n은 폴리트로프 지수이다.
식 (15)의 선형화 모델식에 대하여 결정되는 서보밸브유량에 의한 압력변화로, 용적 V, 압력 P, 온도 θ가 변화하고 선형화 모델과의 사이에 차이가 발생한다. 선형화 모델에 의하여 결정된 유량값과 식 (14)의 비선형모델식에 의한 압력응답이 동일해지도록 하기 위해서는, 이하의 식 (16), 식 (17)로 하면 된다.
[수학식 16]
Figure pat00016
[수학식 17]
Figure pat00017
여기에서, 용적변화에 의한 영향만을 보상한다. 압력, 온도변화를 무시하면, P1=P2=P바, θ1=θ2=θa이기 때문에, 이하의 식 (18), 식 (19)와 같아진다.
[수학식 18]
Figure pat00018
[수학식 19]
Figure pat00019
여기에서, G1, G2는 각각, 이하의 식 (20), 식 (21)로 나타난다.
[수학식 20]
Figure pat00020
[수학식 21]
Figure pat00021
단, Se1, Se2는 각각, 서보밸브(22A, 22B)를 통과하는 유로의 유효단면적이고, 유효단면적으로 나타내면, 이하의 식 (22), 식 (23)이며,
[수학식 22]
Figure pat00022
[수학식 23]
Figure pat00023
또, 이하의 식
Se1=Kseu1
Se2=Kseu2
에 의하여, 위치지령값(전압)으로 나타내면, 이하의 식 (24), 식 (25)가 된다.
[수학식 24]
Figure pat00024
[수학식 25]
Figure pat00025
상기의 제어연산장치(20)에 의한 연산(5)에 있어서, 식 (10), 식 (11) 대신에 식 (24), 식 (25)를 이용하면 된다.
이와 같이 하여, 기체의 상태변화가 단열변화인 경우와 동일하게, 슬라이더위치변화에 의한 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행할 수 있다.
그런데, 슬라이더(13) 나아가서는 수압판(17)의 위치변화에 기인하는 동특성변화의 체적변화분을 보상하기 위해서는, 체적변화분이 보상된 위치지령값을 산출할 필요가 있다. 그 산출에는, 식 (10)~식 (14)나 식 (24), 식 (25)로부터 명확한 바와 같이, 압력실(16A, 16B)의 체적 V1, V2가 필요하다. 상술한 바와 같이, 슬라이더(13) 내의 단면적은 축방향에 관하여 일정하며, 이미 알려져 있으므로, 체적 V1, V2는 슬라이더(13)의 위치를 알면 산출할 수 있다. 슬라이더(13)의 위치는, 위치센서(15)에 의하여 검출할 수 있다.
위치센서(15)로부터의 위치검출신호에 의하여 슬라이더(13)의 위치를 특정하기 위해서는, 제어연산장치(20)의 전원투입 후에 “원점위치결정”을 행할 필요가 있다. 원점위치결정은, 유저가 정한 원점 O를, 제어연산장치(20)가 원점으로서 인식하는 처리이다. 따라서, 수압판(17)의 위치변화에 기인하는 동특성변화의 체적변화분을 보상하기 위해서는, 전원투입 후에 원점위치결정을 행할 필요가 있다.
먼저, 위치센서(15)가 앱솔루트식의 위치센서인 경우에 대하여 설명한다. 이 경우의 원점위치결정은, 제어연산장치(20)가 소정의 스토리지에 기억되어 있는 원점정보를 메인메모리에 독출하는 처리이다. 원점정보는, 원점 O에 대응하는 위치정보이며, 슬라이더(13)가 원점 O에 위치할 때에 앱솔루트식의 위치센서(15)가 출력하는 위치검출신호가 나타내는 위치정보이다. 원점정보는, 앱솔루트식의 위치센서(15)를 설치할 때에 특정하고, 미리 스토리지에 기억해 두면 된다.
계속해서, 위치센서(15)가 인크리멘털식의 위치센서인 경우에 대하여 설명한다. 이 경우의 원점위치결정은, 예를 들면, 슬라이더(13)가 원점 O에 위치할 때에 센서에 의한 카운트수를 초기화하는 처리여도 되고, 슬라이더(13)가 원점 O에 위치할 때의 카운트수를 특정하는 처리여도 된다.
구체적으로는 예를 들면, 일방측(예를 들면 도 1에 있어서의 우측)의 가동단을 원점 O로 하고, 제어연산장치(20)는 원점위치결정으로서, 슬라이더(13)를 당해 일방측의 가동단을 향하여 이동시켜, 슬라이더(13)가 당해 일방측의 가동단에 도달했을 때에 카운트수를 초기화해도 된다.
또 예를 들면, 일방측의 가동단으로부터 소정 거리의 위치를 원점 O로 하고, 제어연산장치(20)는 원점위치결정으로서, 슬라이더(13)를, 당해 일방측의 가동단을 향하게 이동시키며, 당해 일방측의 가동단에 도달하면 타방측의 가동단을 향하여 이동시켜, 슬라이더(13)가 당해 일방측의 가동단으로부터 당해 소정 거리의 위치에 도달했을 때에 카운트수를 초기화해도 된다.
또 예를 들면, 슬라이더(13)가 원점 O에 위치하고 있을 때에 슬라이더(13)를 검출하도록 배치된 슬라이더검출센서(도시하지 않음)를 더 구비하며, 제어연산장치(20)는 원점위치결정으로서, 슬라이더(13)를 이동시켜, 슬라이더검출센서가 슬라이더(13)를 검출했을 때에 카운트수를 초기화해도 된다. 이 경우, 예를 들면, 원점위치결정의 사전처리로서 슬라이더(13)를 일방측의 가동단에 이동시키고, 원점위치결정에 있어서, 당해 일방측의 가동단으로부터 타방측의 가동단에 이동시켜도 된다.
원점위치결정을 위하여 슬라이더(13)를 이동시킬 때는, 슬라이더(13)의 위치를 아직 알 수 없고, 따라서 체적 V1, V2도 알 수 없기 때문에, 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행할 수 없다. 따라서 제어연산장치(20)는, 원점위치결정에서는, 상술한 연산 (5)를 실행하지 않고, 연산 (6)에서는 위치지령값 u1' 대신에 위치지령값 u1(=u)을 서보앰프(21A)에, 위치지령값 u2' 대신에 위치지령값 u2(=－u)를 서보앰프(21B)에 출력한다. 즉, 원점위치결정에서는 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행하지 않는다.
여기에서, 위치지령값 u를 계산하는 식 (9)에 있어서, 비례게인 Kp, 속도게인 Kv, 가속도게인 Ka는, 슬라이더위치변화에 의한 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행하는 것을 전제로 하여 설계된 게인이다. 상기와 같이 동특성변화의 보상이 더해지지 않는 원점위치결정에 있어서, 동특성변화의 보상이 더해지는 것을 전제로 하여 설계된 게인을 이용하면, 슬라이더(13)가 발진하는 등의 의도하지 않은 동작을 할 우려가 있다. 따라서, 보다 바람직하게는, 원점위치결정이 완료될 때까지는, 식 (9)에 있어서, 비례게인 Kp, 속도게인 Kv, 가속도게인 Ka 대신에 비례게인 Kp0(<Kp), 속도게인 Kv0(<Kv), 가속도게인 Ka0(<Ka)을 이용해도 된다. 예를 들면, 비례게인 Kp0, 속도게인 Kv0, 가속도게인 Ka0은 각각, 예를 들면 유저의 지견에 근거하여 결정되면 되며, 예를 들면 비례게인 Kp, 속도게인 Kv, 가속도게인 Ka의 1/2배여도 되고, 1/5배여도 되며, 1/10배여도 되고, 1/100배여도 된다. 이 경우, 원점위치결정에 있어서 슬라이더(13)가 의도하지 않은 동작을 할 우려를 저감시킬 수 있다.
원점위치결정의 완료 후는, 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행한다. 또 그때에는, 위치지령값 u를 계산하는 식 (9)에 있어서 비례게인 Kp, 속도게인 Kv, 가속도게인 Ka를 이용한다. 즉, 게인을, 원점위치결정용의 게인으로부터, 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행하는 것을 전제로 하여 설계된 게인으로 전환한다.
다만, 보상을 더하지 않은 상태로부터 보상을 더한 상태로 전환할 때에, 만일이라도 슬라이더(13)가 발진하는 등의 의도하지 않은 동작을 하는 것을 피하기 위하여, 압력실(16A, 16B)의 체적 V1, V2가 동일해지는 중립점 N에 슬라이더(13)를 이동시키고 나서, 그 전환을 실행해도 된다. 중립점 N은, 원점 O로부터의 거리를 미리 특정해 두면, 원점 O에 근거하여 특정할 수 있다. 물론, 중립점 N이 원점이 되도록 원점 O를 설정해도 된다.
이상 설명한 본 실시형태에 의하면, 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정이 실행되기 때문에, 슬라이더(13)의 위치 나아가서는 각 압력실(16A, 16B)의 체적 V1, V2를 산출할 수 있어, 슬라이더(13)의 위치에 의한 동특성변화의 체적변화분이 보상된 위치지령값을 산출할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 원점위치결정의 완료 전후에서, 위치지령값을 산출할 때의 게인이, 원점위치결정용의 게인과, 슬라이더 위치변화에 의한 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어를 행하는 것을 전제로 하여 설계된 게인과의 사이에서 전환된다. 이로써, 원점위치결정에 있어서는, 게인을 낮게 함으로써 슬라이더(13)가 의도하지 않은 동작을 할 우려를 저감시킬 수 있고, 동특성변화의 보상을 더한 위치결정제어에 있어서는, 게인을 높게 함으로써 제어성을 높일 수 있다.
이상, 본 발명을 실시형태를 기초로 설명했다. 이 실시형태는 예시이며, 그들의 각 구성요소나 각 처리프로세스의 조합에 다양한 변형이 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다.
13 슬라이더
14 가이드축
16 실린더공간
16A 압력실
16B 압력실
17 수압판
22A, 22B 서보밸브
15 위치센서
21A, 21B 서보앰프
20 제어연산장치

Claims (6)

  1. 가이드부와 상기 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 상기 가이드부와 상기 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 상기 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 상기 가이드부 및 상기 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 상기 2개의 압력실의 차압으로 상기 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터이며, 상기 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 상기 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프와, 상기 위치센서로부터의 위치검출신호를 받아 상기 2개의 서보앰프에 위치지령값을 출력하는 제어연산장치를 구비한 기체압액추에이터의 제어방법으로서,
    상기 제어연산장치는, 상기 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값에 대하여, 상기 실린더실 내에 있어서의 상기 수압판의 위치변화에 기인하는 각 압력실의 체적변화분을 보상하는 연산을 행한 다음에, 각각 보상된 위치지령값을 상기 2개의 서보앰프로 출력하고,
    상기 제어연산장치는, 체적변화분을 보상하기 위하여, 상기 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정을 실행하는 것을 특징으로 하는 기체압액추에이터의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어연산장치는, 상기 위치센서로부터의 위치검출신호에 근거하여 상기 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값을 산출할 때의 게인을, 상기 원점위치결정의 완료 전후에서 전환하는 것을 특징으로 하는 기체압액추에이터의 제어방법.
  3. 가이드부와 상기 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 상기 가이드부와 상기 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 상기 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 상기 가이드부 및 상기 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 상기 2개의 압력실의 차압으로 상기 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터이며, 상기 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 상기 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프와, 상기 위치센서로부터의 위치검출신호를 받아 상기 2개의 서보앰프에 위치지령값을 출력하는 제어연산장치를 구비한 기체압액추에이터의 제어방법으로서,
    상기 제어연산장치는, 상기 위치센서로부터의 위치검출신호에 근거하여 상기 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값을 산출할 때의 게인을, 상기 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정의 완료 전후에서 전환하는 것을 특징으로 하는 기체압액추에이터의 제어방법.
  4. 가이드부와 상기 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 상기 가이드부와 상기 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 상기 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 상기 가이드부 및 상기 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 상기 2개의 압력실의 차압으로 상기 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터에 있어서, 상기 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 상기 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프를 구비한 기체압액추에이터의 상기 2개의 서보앰프에 상기 위치센서로부터의 위치검출신호를 받아 위치지령값을 출력하는 제어연산장치로서,
    상기 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값에 대하여, 상기 실린더실 내에 있어서의 상기 수압판의 위치변화에 기인하는 각 압력실의 체적변화분을 보상하는 연산을 행한 다음에, 각각 보상된 위치지령값을 상기 2개의 서보앰프에 출력하고,
    체적변화분을 보상하기 위하여, 상기 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정을 실행하는 것을 특징으로 하는 제어연산장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위치센서로부터의 위치검출신호에 근거하여 상기 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값을 산출할 때의 게인을, 상기 원점위치결정의 완료 전후에서 전환하는 것을 특징으로 하는 제어연산장치.
  6. 가이드부와 상기 가이드부를 따라 이동 가능한 슬라이더를 포함하며, 상기 가이드부와 상기 슬라이더의 사이에 실린더실을 형성함과 함께, 상기 실린더실을 이동방향에 관하여 2개의 압력실로 구획하는 수압판을 상기 가이드부 및 상기 슬라이더 중 일방에 마련하고, 2개로 구획된 압력실에 각각, 서보밸브를 통하여 압축기체를 출입 가능하게 함으로써 상기 2개의 압력실의 차압으로 상기 슬라이더를 구동하도록 한 기체압액추에이터에 있어서, 상기 슬라이더의 위치를 검출하기 위한 위치센서와, 상기 2개의 서보밸브를 각각 제어하기 위한 2개의 서보앰프를 구비한 기체압액추에이터의 상기 2개의 서보앰프에 상기 위치센서로부터의 위치검출신호를 받아 위치지령값을 출력하는 제어연산장치로서,
    상기 위치센서로부터의 위치검출신호에 근거하여 상기 2개의 서보앰프에 부여하는 각 위치지령값을 산출할 때의 게인을, 상기 슬라이더의 위치에 대한 원점위치결정의 완료 전후에서 전환하는 것을 특징으로 하는 제어연산장치.
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