JPH01236302A - 油圧機器の制御装置および制御方法 - 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】 （産業上の利用分野） 従来より、油圧機器の流量、圧力等の物理量を制御する
ための制御装置としては、第８図に示すように、制御目
標値Ｒ（ｓ）から制御対象（ｅ）の出力Ｙ　（ｓ）をフ
ィードバックして減算し、変化指令信号として出力する
第１加え合せ点（ａ）と、該第１加え合せ点（ａ）の出
力に比例定数Ｋｐを乗する比例ゲイン要素（ｂ）と、上
記第１加え合せ点（ａ）の出力を積分する積分要素（ｃ
）と、上記比例ゲイン要素（ｂ）および積分要素（Ｃ）
の出力を加算する第２加え合せ点（ｄ）とを備えたいわ
ゆるＰＩ制御を行うものは公知である。

また、上記の制御装置において、第１加え合せ点（ａ）
の出力を微分する微分要素（ｆ）を付加して、その出力
を第２加え合せ点（ｄ）で他の要−素（ｂ）、　　（Ｃ
）の出力と共に加算するようにした（同図破線部分参照
）いわゆるＰＩＤ制御もよく知られている。

一方、それらに対し、「応用機械技術、１９８７年７月
号、ｐ、７８〜８５」に開示されるごとく、オーバーシ
ュートを防止する等の目的で、ＡＣサーボ駆動モータの
分野において、変化指令信号をまず積分しておき、出力
のフィードバック信号を減算した後、比例成分を乗する
ようにしたいわゆるＩＰ制御がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記ＰＩ制御（第８図における破線部分を含
まない制？：８）の場合、例えば制御対象のゲインＧ　
（ｓ）を Ｇ　（ｓ）−ｃ／　（ｓ２＋ａ　＊　ｓ＋ｂ）（ただし
、Ｓはラプラス演算子ａ、　　ｂは定数）とすると、こ
の閉ループの伝達関数ＷＰ＋は下記（１）式％式％（３ （１］ また、第８図の破線部分をも含めたＰＩＤ制御を行う場
合には、伝達関数ＷＰＩＤは下記（２）式％式％ そして、通常、ＰＩ又はＰＩＤ制御を行う場合、ナイキ
スト、フルビッツの安定条件等を利用して、上記（１）
又は（２式での特性式から各係数を決定することにより
、安定な制御を行うようになされている。

しかしなから、上記（１）又は（２式では、右辺の分子
にいずれもＳの一次項を含んでいるために、伝達関数の
極を調整すると、同時に零点が変化することになり、安
定な制御を行うための条件設定が難しいという問題があ
った。

そこで、上記文献によるＩＰ制御を油圧機器にも適用す
ることにより、上記（１）または（２）式の右辺分子か
らＳ項を除去し、調整の容易な制御系を構成することが
考えられる。

しかしなから、油圧機器の場合、モータと違って、液体
という粘性体を媒介としているために次のような問題が
ある。

すなわち、例えば圧力を調節しようとする場合、配管中
の油導流体の粘性効果による制御の遅れに加え、回路中
の流体による負荷ボリウムが大きいときには、圧力変化
に応じて流量も大きく変化するため、上記（１）又は（
２）式の右辺分子をＳ項を含まないような制御系にする
だけでは所定の安定性をｊひることか困難である。

本発明は斯かる点に鑑みなされたものであり、その目的
は、ＩＰまたはＩＰＤ制御を採用して上記（１）又は（
′２Ｊ式で右辺の分子が８項を含まないような制御系を
構成するとともに、負荷ボリウムの値に応じて比例制御
ゲインの極性を適切に変更しつる手段を講することによ
り、安定した油圧機器の制御を行うことにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、第１図に
示すように、油圧機器の物理量を制御対象として制御す
るための制御装置および制御方法を対象とする。

そして、制御対象（２１）の物理量を検出するための検
出手段（１２）と、該検出手段（１２）で検出された制
御対象の出力をフィードバックし、制御目標値から減算
して変化指令信号を出力する第１減算手段（１７）と、
該第１減算手段（１７）からの変化指令信号を積分する
積分手段（１８）と、制御対象（２１）の出力に対して
、油圧機器の負荷ボリウムの値に応じて正負いずれかの
比例定数を乗する乗算手段（１９）と、上記積分手段（
１８）の出力から上記乗算手段（１９）の出力を減算し
て制御対象に対する制御信号を出力する第２減算手段（
２０）とを設ける構成とする。

また、制御対象（２１）の物理量を検出するための検出
手段（１２）と、該検出手段（１２）で検出された制御
対象（２１）の物理量に関する出力をフィードバックし
て制御目標値から減算し、変化指令信号を出力する第１
減算手段（１７）と、該第１減算手段（１７）の出力を
積分する積分手段（１８）と、制御対象（２１）の出力
に対して、油圧機器の負荷ボリウムの値に応じて正負い
ずれかの比例定数を乗する乗算手段（１９）と、制御対
象（２１）の出力を微分する微分手段（２２）と、上記
該積分手段（１８）の出力から乗算手段（１９）および
微分手段（２２）の出力を減算する第２減算手段（２０
）とを設ける構成とすることもできる。

さらに、制御方法として、制御目標値と制御対象（２１
）のフィードバック信号との偏差により演算された変化
指令信号を積分しておき、制御対象（２１）の出力に正
負いずれかの比例定数を乗じたフィードバック信号を上
記積分された変化指令信号から減算した後、制御対象に
出力するようにする。

また、制御目標値と制御対象（２１）のフィードバック
信号との偏差により演算された変化指令信号を積分して
おき、制御対象（２１）の出力に正負いずれかの比例定
数を乗じたものと制御対象（２１）の出力を積分したも
のとを加算してなるフィードバック信号を上記積分され
た変化指令信号から減算した後、制御対象に出力するよ
うにしてもよい。

（作用） 以上の構成により、本発明では、第１減算手段（１７）
により、制御目標と検出手段（１２）で検出された制御
対象（２１）の物理量についての出力との減算が行われ
、制御対象（２１）に対する変化指令信号が出力され、
この変化指令信号が積分手段（１８）により積分される
。一方、乗算手段（１９）により制御対象（２１）の出
力に所定の比例定数が乗じられ、第２減算手段（２０）
により、上記積分手段（１８）で積分された変化指令信
号と乗算手段（１９）の出力との減算が行われて、制御
対象（２１）に出力される。

よって、ＩＰ制御による制御系の閉ループ伝達関数の分
子から８項を除去することができ、零点に影響を及ぼす
ことなく伝達関数の極を調節することができる。よって
、油圧機器の負荷ボリウムや流量等の変化に対して安定
な制御を行うことができる。

また、その場合、上記乗算手段（１９）で乗じられる比
例定数は、油圧機器の負荷ボリウムに応じて正負いずれ
かを選択することができるので、負荷ボリウムが大きく
ても、入力に対する制御対象（２１）の二次遅れ特性に
おける減衰率を過剰にすることなく適度に設定でき、よ
って、過渡応答特性が向上することになる。

さらに、ＩＰＤ制御による場合、微分手段（２２）によ
り制御対象（２１）の出力が微分され、乗算手段（１９
）の出力と微分手段（２２）の出力値とが上記の作用に
おける積分手段（１９）の出力値から減じられ、制御対
象（２１）に制御信号として出力される。

したがって、ＩＰＤ制御により、上記ＩＰ制御と同様に
、極の調節が容易になるとともに、過渡応答特性が向上
することになる。

また、ＩＰ制御およびＩＰＤ制御を利用した制御方法に
ついても、それぞれ上記と同様の作用を得る。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第１図ないし第５図に
基づき説明する。

第３図は本発明の第１実施例に係るダイキャストマシン
の概略を示し、（１）はマシン本体、（２）はその油圧
装置である。上記マシン本体（１）には、ワーク（３）
を成形するための左右の金型（４ａ）、（４ｂ）と、該
金型（４ａ）。

（４ｂ）に所定の圧力を印加するための油圧シリンダ（
５）とが設けられていて、該油圧シリンダ（５）は、円
筒状のシリンダ部（５ａ）と、該シリンダ部（５ａ）内
に形成された左右のシリンダ室（５ｂ）、（５ｃ）と、
上記一方の金型（４ａ）を保持しなからシリンダ部（５
ａ）内を摺動するピストン（５ｄ）とを備えてなる。す
なわち、ワーク（３）成形時には、後述の油圧装置（２
）から図中左側のシリンダ室（５ｂ）に油圧油が供給さ
れると同時に図中右側のシリンダ室（５ｃ）が油圧油が
排出されて、上記ピストン（５ｄ）つまり金型（４ａ）
を図中右方に移動させ、成形後には、その逆の作動によ
り金型（４ａ）を離型せるようになされている。

そして、上記油圧装置（２）において、（７）は油圧ポ
ンプ、（８）は該油圧ポンプ（７）から吐出された圧油
の上記シリンダ（５）に対する給排を制御するための切
換弁、（９）は上記ポンプ（７）、切換弁（８）および
油圧シリンダ（５）の各シリンダ室（４ａ）、　　（４
ｂ）を圧油の循環可能に接続する油圧回路である。上記
切換弁（８）は、シリンダ（５）側の各シリンダ室（４
ａ）。

（４ｂ）にそれぞれ接続される各負荷側ポート（８Ａ）
、（８Ｂ）と、油圧ポンプ（７）に接続される供給ポー
ト（８Ｐ）と、浦タンク（図示せず）に圧油を戻すため
の排出ポート（８Ｒ）と、内蔵するスプロール（図示せ
ず）を弁内部で移動させるための左右ソレノイド（８ａ
）、　　（８ｂ）と、該ソレノイド（８ａ）、　　（８
ｂ）の出力オフ時にスプロールを中立位置につまり油圧
ポンプ（７）からの圧油が浦タンク側に戻るべく接続す
る位置に戻すための左右スプリング（８ｃ）。

（８ｄ）とを備えており、いわゆる４ポート・３位置・
ＰＲ接続・スプリングセンタ形の構造をしている。

また、上記油圧ポンプ（７）と切換弁（８）との間の油
圧回路（９）には、該油圧回路（９）をバイパスするバ
イパス路（１０）が設けられていて、該バイパス路（１
０）には圧油を曲タンク側にバイパスして油圧回路（９
）の圧力を調節するためのリリーフ弁（１１）が介設さ
れている。そして、油圧回路（９）には、その圧力を検
出するための圧力センサ（１２）が配置されていて、該
圧力センサ（１２）の信号は油圧装置（２）全体を制御
するためのコントローラ（１３）に接続されている。

ここに、本発明の特徴として、上記コントローラ（１３
）は、第１図に示すように、特性Ｇ　（ｓ）で表される
特性を有する制御対象（本実施例では圧油の圧力）とし
ての制御要素（２１）と、制御目標とする圧油の圧力の
制御目標値を算出して制御信号Ｒ（ｓ）として出力する
制御目標値演算部（図示せず）と、上記圧力センサ（１
２）で検出された制御要素（２１）の出力信号Ｙ　（ｓ
）をフィードバックして、上記制御目標値演算部から出
力される制御信号Ｒ（ｓ）から減算して変化指令信号を
出力する第１減算手段としての第１加え合せ点（１７）
と、該第１加え合せ点（１７）からの変化指令信号に積
分ゲイン１／　（Ｔｉ　　−ｓ）を乗じて積分する積分
手段としての積分要素（１８）と、上記制御対象の出力
に所定の比例定数Ｋｐを乗じてフィードバックする乗算
手段としての比例ゲイン要素（１９）と、上記積分要素
（１８）の出力から比例ゲイン要素（１９）の出力を減
算して、制御対象に対する制御信号を出力する第２減算
手段としての第２加え合せ点（２０）とからなるブロッ
クで表される制御系を有する。すなわち、制御対象に対
する変化指令信号を積分した後、比例ゲインＫｐを乗じ
たフィードバック信号を減するようにしたいわゆるＩＰ
制御を行うようになされている。

ここに、上記比例ゲイン要素（１９）で乗じられる比例
定数Ｋｐは正負いずれの極性をも選択可能になされてい
て、第２加え合せ点（２０）におけるフィードバック量
がマイナスとなる通常の負帰還だけでなく、プラスとな
る正帰還も可能になされている。

したがって、上記実施例では、例えば制御要素（２１）
の特性Ｇ　（ｓ）を Ｇ　（ｓ）−ｃ／　（Ｓ２＋ａ　＊　ｓ＋ｂ）とすると
、閉ループの伝達関数ＷＩＰはＷＩＰ”　（ｃ／Ｔｉ　
）　／　（ｓ　　＋ａ　−Ｓ２＋　（ｂ＋Ｃ−Ｋｐ）や
ｓ＋ｃ／Ｔｉ）　　　　　　　　（３）で表わされ、前
述の（１）式における右辺分子のＳ項をかないので、伝
達関数ＷＩＰの極を調節しても零点に影響を与えること
がなく、容易に安定な制御を調節することができる。

また、例えば制御要素（２１）の特性関数Ｇ（ｓ）を Ｇ　（ｓ）−ｂ／　（ｓ＋ａ） （ただし、ａおよびｂはいずれも正の定数である）とす
ると、制御系全体の伝達関数ＶＩＰはＷＩＰ−（ｂ／Ｔ
Ｉ　）／　ｆｓ２＋　（ａ＋ｂ−Ｋｐ）・ｓ＋ｂ／ＴＩ
）　　　　　　　　　　　　　（４）で表わされ、二次
遅れの式は一般的に Ｇ　（ｓ）　−ωｎ　２／　（Ｓ２＋２ζ’ｕｎ”ｓ＋
ωｎ２　、　　　　　　　　　　　　　　　（５）（た
だし、ζは減衰率、ωｎは固有振動数である。

）で表わされるので、上記減衰率この変化に対するゲイ
ン曲線およびステップ状入力信号に対する出力信号のイ
ンディシャル応答特性は第４図および第５図に示される
ものとなる。

その場合、通常のＩＰ制御ではＫｐが常に正の値となる
負帰還が用いられるので、上記（３）および（４）式を
比較して判るように減衰率ζをそれほど小さくすること
ができない。したがって、圧油の流量、負荷ボリウムの
条件によっては、減衰率ζが大きすぎて過制動になり、
過渡応答においてハンチングを生ずる危険性がある。そ
れに対して、ａ＋ｂ・Ｋｐ〉０の範囲で、つまりＫｐ＞
−ｂ／ａの範囲であればＫｐが負であってもよいことに
なる。したがって、減衰率ζをできる限り小さくするこ
とができ、よって、安定した制御を行うことができるの
である。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

第２実施例も第３図に示すダイキャストマシーンに適用
したものである。そして、そのコントローラ（１３）に
おける制御系は第２図のブロック線図に示すように、上
記第１実施例における各要素（１７）〜（２１）に加え
て、制御要素（２１）の出力Ｙ　（ｓ）にＴｄ−８（た
だし、Ｔｄは微分定数）を乗じることにより微分してフ
ィー′ドパツクする微分手段としての微分要素（２２）
と、該微分要素（２２）の出力と、比例ゲイン要素（１
９）の出力とを加算する第３加え合せ点（２３）とを設
けてなる。すなわち、変化指令信号を積分した後、制御
対象の出力の比例成分および微分成分を加算したものを
フィードバックして、制御信号を合成するようにしたい
わゆるＩＰＤ制御を行うようになされている。

したがって、本実施例でも、上記（３）式に対応する閉
ループの伝達関数ＷＩＰＤが ＷＩＰＤ　＝　（Ｃ／ＴＩ　）　／　ｉｓ”　＋　（ａ
＋Ｔｄ・Ｃ）・Ｓ２＋　（Ｋｐ−ｃ＋ｂ）・ｓ＋ｃ／Ｔ
ｌ）　　　　　　　　　　　　　（６）で表わされ、伝
達関数の極を調節して容易に安定な制御系を設定するこ
とができる。

また、上記第１実施例と同様に、比例ゲイン要素（１９
）のフィードバック信号を正帰還させることもでき、よ
って、ハンチングを防止しなから安定した過渡応答特性
を得ることができる。

なお、上記第１および第２実施例では、油圧装置（２）
における物理量（制御対象）として圧力を制御するよう
にした例を説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、例えば流量等、他の物理量を制御する
ものについても適用することかできる。

次に、本発明の具体例について説明する。第６図は上記
ＩＰ副制御おいて、Ｋｐを負の定数とし、正帰還させた
場合の入力信号Ｒ（Ｓ）（同図（イ））とそれに対する
圧油圧力の変化特性（同図（ロ））を示す。また、第７
図（イ）および（ロ）は、比例ゲイン要素（１９）によ
るフィードバックを行わないときの上記第６図に相当す
る入力信号Ｒ（ｓ）および圧力変化を示す。両図を比較
すればわかるように、正帰還を用いたＩＰ副制御は、圧
力が速やかにかつハンチングを生ずることなく、滑らか
に変化しており、入力信号に対する圧力の過渡応答特性
が改善されている。すなわち、本発明による制御特性の
向上効果が示されている。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の油圧機器の制御装置およ
び制御方法によれば、油圧機器における物理量を制御す
る際、ＩＰ又はＩＰＤ制御を行うとともに、負荷ボリウ
ムの値に応じて正負いずれかの比例制御成分をフィード
バックさせるようにしたので、負荷ボリウムが大きいと
きにも、比例制御成分を正帰還させることにより、減衰
率が過剰になるような過制動を生ずることなく、良好な
過渡応答特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例を示し、第１図は
第１実施例のコントローラの構成を示すブロック図、第
２図は第２実施例のコントローラの構成を示すブロック
図、第３図は実施例に係るダイキャストマシーンの全体
構成図、第４図は第１実施例における減衰率の変化に対
するゲイン特性図、第５図は同二次遅れインディシャル
応答特性図である。第６図および第７図は具体例を示し
、第６図は正帰還を用いたＩＰ副制御よる圧油圧力の入
力信号に対する応答特性図、第７図は比例制御成分を利
用しない場合の第６図相当図である。 また、第８図は従来のＰＩまたはＰ　Ｉ　ＤｉＩ１１？
８の構成を示すブロック図である。 （１２）・・・圧力センサ（検出手段）、（１７）・・
・第１加え合せ点（第１減算手段）、（１８）・・・積
分要素（積分手段）、（１９）・・・比例ゲイン要素（
乗算手段）、（２０）・・・第２加え合せ点（第２減算
手段）、（２１）・・・制御要素（制御対象）、（２２
）・・・微分要素（微分手段）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）油圧機器の物理量を制御対象として制御するため
   の制御装置であって、制御対象（２１）の物理量を検出
   するための検出手段（１２）と、該検出手段（１２）で
   検出された制御対象の出力をフィードバックし、制御目
   標値から減算して変化指令信号を出力する第１減算手段
   （１７）と、該第１減算手段（１７）からの変化指令信
   号を積分する積分手段（１８）と、制御対象（２１）の
   出力に対して、油圧機器の負荷ボリウムの値に応じて正
   負いずれかの比例定数を乗する乗算手段（１９）と、上
   記積分手段（１８）の出力から上記乗算手段（１９）の
   出力を減算して制御対象に対する制御信号を出力する第
   ２減算手段（２０）とを備えたことを特徴とする油圧機
   器の制御装置。
2. （２）油圧機器の物理量を制御対象（２１）として制御
   するための制御装置であって、制御対象（２１）の物理
   量を検出するための検出手段（１２）と、該検出手段（
   １２）で検出された制御対象（２１）の物理量に関する
   出力をフィードバックして制御目標値から減算し、変化
   指令信号を出力する第１減算手段（１７）と、該第１減
   算手段（１７）の出力を積分する積分手段（１８）と、
   制御対象（２１）の出力に対して、油圧機器の負荷ボリ
   ウムの値に応じて正負いずれかの比例定数を乗ずる乗算
   手段（１９）と、制御対象（２１）の出力を微分する微
   分手段（２２）と、上記該積分手段（１８）の出力から
   乗算手段（１９）および微分手段（２２）の出力を減算
   する第２減算手段（２０）とを備えたことを特徴とする
   油圧機器の制御装置。
3. （３）油圧機器の物理量を制御対象（２１）として制御
   するための制御方法であって、制御目標値と制御対象（
   ２１）のフィードバック信号との偏差により演算された
   変化指令信号を積分しておき、制御対象（２１）の出力
   に正負いずれかの比例定数を乗じたフィードバック信号
   を上記積分された変化指令信号から減算した後、制御対
   象に出力することを特徴とする油圧機器の制御方法。
4. （４）油圧機器の物理量を制御対象（２１）として制御
   するための制御方法であって、制御目標値と制御対象（
   ２１）のフィードバック信号との偏差により演算された
   変化指令信号を積分しておき、制御対象（２１）の出力
   に正負いずれかの比例定数を乗じたものと制御対象（２
   １）の出力を積分したものとを加算してなるフィードバ
   ック信号を上記積分された変化指令信号から減算した後
   、制御対象に出力することを特徴とする油圧機器の制御
   方法。