JPH03255205A - 閉ループ圧力制御装置 - 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］ この発明は例えば油圧アクチュエータに加わる負荷圧力
の制御を電磁式リリーフ弁を介して行う閉ループ圧力制
＠装置、特に応答速度の改良に関する。

［従来の技術］ 第４図は従来の閉ループ圧力制御装置のブロック図であ
り、 １は制御指令の入力値を設定されたパラメータに従い信
号変換するＰＩＤ補償器、７は入力信号に応じた出力電
流を発生する増幅器、８は増幅器７出力電流に応じ圧力
を制御する電磁式リリーフ弁、９はタンク、１０は油圧
ポンプ、１１は絞り切換弁、１２は負荷圧力に応じた電
気信号を出力する圧力センサ、１３は油圧アクチュエー
タ、１４は負荷、１５は減算器、１６は加算器、１７ａ
、１７ｂは切換信号により作動する閉ループ制御時閉と
なる第１開閉器、１８ａ、１８ｂは切換信号により作動
する開ループ制御時閉となる第２開閉器、■は制御指令
の入力値が加わる入力端子、■は開ループ！ｌＪｍと閉
ループ制御の切換信号が加わる切換信号端子である。

従来の閉ループ圧力制御装置は上記のように構成され、
切換信号端子■を開ループ制御とし入力端子■へ制御指
令の入力値を印加すると、第１開閉器１７ａ、１７ｂは
開、第２開閉器］８ａ、１８ｂは閉となる。入力値は第
２開閉器１８ａと加算器１６を経て増幅器７へ加えられ
、油圧ポンプ１０からの吐出流体は一方が絞り切換弁１
１を経て負荷１４が連結された例えばシリンダを用いた
油圧アクチュエータ１３へ、また他方は増幅器７出力に
より制御される電磁式リリーフ弁８からタンク９へそれ
ぞれ分流される。

第５図は電磁式リリーフ弁の一例を示す特性図であり、
入力電流に対する出力の圧力特性は低入力即ち低圧域に
おいて非線系である。

電磁式リリーフ弁８出力の圧力値は制御指令の入力値に
応じて変化する、従って絞り切換弁１１を開らき油圧ア
クチュエータ１３は開ループ制御されるとき入力値に基
づく圧力が供給される。負荷圧力は圧力センサ１２によ
り電気信号に変換され帰還信号として第１開閉器１７ａ
へ加えられる。また入力値は開ループ制御時において第
２開閉器１８ａと加算器１６を経て出力される。

切換信号端子■を閉ループ制御とすると、第１開閉器１
７ａは閉、第２開閉器１８ａは開となる。従って入力値
が変換されたＰＩＤ補償器１出力は第１開閉器１７ｂを
経て増幅器７へ加えられる。第１開閉器１７ａに加えら
れた負荷圧力はＰＩＤＩＤ補償器１ヘカ帰還されて閉ル
ープが形成され、電磁式リリーフ弁８の制御により負荷
１４は目標値へ正しく制御される。

また入力値が加わるＰＩＤ補償器１のパラメータは負荷
の制御特性に対応して設定され且つ帰還回路が設けられ
て変換された入力値が保持され、開ループ制御と閉ルー
プ制御との切換時の学帽器７へ加わる信号レベルの差を
減少させている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の閉ループ圧力制御装置では、定常特
性や過渡特性が所望の制御特性となるよう！ｉ制御系が
構成されている。

油圧アクチュエータ１３の負荷圧力制御を電磁式リリー
フ弁８を用いて行うとき、電磁式リリーフ弁８出力の圧
力特性は高圧域では直線性は良いが低圧域では非線系で
あり、立上りおよび立下り特性あるいは変化幅などの領
域により伝達関数が異なるため、最適制御を行うことは
困難であるので一般に応答速度の低い閉ループ制御系を
構成して制御動作が行われている。

閉ループ制御にあける応答性を改良するため、ある条件
でＰＩＤ補償器１の比例ゲイン、積分時間、微分時間な
どの制御量のパラメータを圧力制御に適合したクリティ
カルの値に調整すると、他の条件では振動現象が発生し
て制御動作が不安定になり各種の負荷条件へ適用できな
い。

閉ループ制御は開ループ制御より応答速度が小さく高応
答性が得られないという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、電磁式リリーフ弁８出力特性の直線性の良い高圧域
では偏差を小さくし非線系の低圧域では偏差を僅かに大
きくして閉ループ制御領域を極力小さくし、総体的に開
ループ制御による応答速度と等価な圧力制御が行える閉
ループ圧力制御装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係わる閉ループ圧力制御装置は、目標値に応
答する電磁式リリーフ弁出力特性を基準とし所定の偏差
を設けて閉ループ制御領域を形成する信号を発生する関
数発生部と、関数発生部出力による閉ループ制御領域内
の負荷圧力を識別する比較部と、比較部出力により開ル
ープ制御と閉ループ制御との切換えを行う開閉器とを設
けたものである。

［作用］ この発明においては、制御指令の入力値はＰＩＤ補償器
を介して電磁式リリーフ弁を駆動し油圧アクチュエータ
の負荷圧力の閉ループ制御が行われている。

確実に閉ループ域に入れるため電磁式リリーフ弁の出力
特性を基準に高圧域では狭く、各種ドリフトの大きい低
圧域では広い偏差を有する閉ループ制御領域を設ける。

入力値が加わった初期には電磁式リリーフ弁は偏差が大
きく従って開ループ制御により入力値に応じて制御圧力
を出力し、制御圧力が目標値に近接して上記閉ループ制
御領域に達すると、開ループ制御から閉ループ制御に自
動的に切換えられる。かつ閉ループ制御においてはその
制御領域は極力小さくなるように設定されており、しか
も負帰還回路が形成されているので、閉ループ制御にお
ける作動時間が小さくでき且つ負荷は入力値に正しく追
従する。

従って本装置における制御特性は、応答速度は開ループ
制御と等価になり、制御精度は閉ループ制御により支配
されるので、過渡応答特性が改良され応答速度の向上な
らびに安定した制御ができる。

［実施例コ この発明の一実施例を添付図面を参照して詳細（説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
図において、１．７．８．９．１０．１１．１２．１３
．１４．１５．１６．１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ
、■、■は上記従来の制′ｍ装置と同一であり、２は入
力値と帰還された圧力値を比較し開ループ制御と閉ルー
プ制御の切換信号を発生する特性変換器、旦は閉ループ
制御領域を形成する信号を発生する関数発生部、４は閉
ループ制御領域内の負荷圧力を識別する比較部、５はＡ
ＮＤ回路を示している。

上記のように構成された閉ループ圧力制御装置において
は、入力端子■へ制御指令の入力値が印加された当初は
入力値と圧力センサ１２からの帰還信号との差が大きい
ので第１開閉器１７ａ、１７ｂは開、第２開閉器１８ａ
、１８ｂは閉の状態にあり、入力値は第２開閉器１８ａ
と加算器１６を介して増幅器７へ加えられる。油圧ポン
プ１０からの吐出流体の一方は例えばシリンダを用いた
油圧アクチュエータ１３へ加えられ、他方は増幅器７に
より制御される電磁式リリーフ弁８へ分流されてタンク
９へ流出され油圧アクチュエータ１３の制御が行われる
。電磁式リリーフ弁８の出力特性は非線系であるが、入
力値に応じて制御された負荷圧力が油圧アクチュエータ
１３へ加えられ、入力値に基づくシリンダの出力の開ル
ープ制御が行われる。負荷圧力は圧力センサ１２にて電
気信号に変換され帰還信号として第１開閉器１７ａへ供
給される。

入力端子■には閉ループ制御領域を形成する関数発生部
旦、上記領域内の負荷圧力を識別する比較部４ならびに
ＡＮＤ回路５よりなる特性変換器２が接続して設けられ
、ＰＩＤ補償器１に入力値と帰還された圧力値が加えら
れる。

つぎに特性変換器２の動作特性の一例を示し、開ループ
制御と閉ループ制御との識別に用いられる閉ループ制ｖ
Ａ領域は、電磁式リリーフ弁８出力特性の基準を示す目
標値■に偏差を与える上限曲線■ならびに下限曲線■に
て囲まれた斜線部分て示している。

第２図ａは入力と偏差の一例を示す特性図、直線性の悪
い低圧域では比例ソレノイドの機差ヤ電磁式すリーフ弁
８のオーバライド特性などによる特性の偏差が大きく、
更に油温変化によるドリフトも発生するので、低圧域で
は非線形のため偏差が大きく、高圧域では直線のため偏
差が小さくなっている。確実な制御動作を確保するため
、上記閉ループ制御領域は上記要因を包括して決定され
、基準値■に対する偏差は特に低圧域では大きく設定さ
れる。

第２図すは直線にて形成された閉ループ制御領域の一例
、上限曲線■ならびに下限曲線■を共に直線にて形成し
たとき関数発生部旦の構成は簡単になりコスト低減でき
るが、閉ループ制御領域は著るしく大きくなり応答速度
は低下する。

第２図Ｃは直線と折線にて形成された閉ループ制御領域
の一例、上限曲線■を直線、下限曲線■を折線にて形成
したとき、関数発生部旦は折線特性を有するが、閉ルー
プ制御鎮滅は縮少されて応答速度は若干改善される。

第２図ｄは折線にて形成された閉ループ制御領域の一例
、上限曲線■ならびに下限曲線■を共に折線にて形成し
たとき、閉ループ制御領域は目標値■に近接した狭い範
囲となり、低圧域にて顕著に縮少され応答速度が著るし
く改善される。

第３図は特性変換器の一例を示すブロック図であり、関
数発生部旦は２つの関数発生器よりなり、２０は入力値
に応じて上限曲線■に相当する関数を発生する第１関数
発生器、２１は入力値に応じて下限曲線■に相当する関
数を発生する第２関数発生器、また比較部４は２つの比
較器よりなり、２２は上限曲線■を上限のしきい値とし
負荷圧力を監視する第１比較器、２３は下限曲線■を下
限しきい値とし負荷圧力を監視する第２比較器を示して
いる。

関数発生部旦の第１関数発生器２０と第２関数発生器２
１の入力へそれぞれ入力値を与え、第１比較器２２と第
２比較器２３の入力へは圧力センサ１２からの電気信号
に変換された負荷圧力ならびに上記関数発生部旦からの
しきい値が加えられる。第１比較器２２と第２比較器２
３の各出力の論理積を求めると負荷圧力が閉ループ制御
領域にあるときＡＮＤ回路５は切換信号を出力して切換
信号端子■へ加えられる。

例えば無接点スイッチなどが用いられる第１開閉器１７
ａ、１７ｂならびに第２開閉器１８ａ、１８ｂは上記切
換信号に応動じ開ループ制御から閉ループ制御へ自動的
に切換えを行う。入力値は油圧アクチュエータ１３の制
御に適合するようにパラメータの比例ゲイン、積分時間
、微分時間が調整され且つ帰還回路が設けられたＰＩＤ
補償器１を経て、上記制御の切換え時にあける信号レベ
ルの変化か小さく抑制され、増幅器７を介して電磁式リ
リーフ弁８を駆動する。電磁式リリーフ弁８の出力特性
は非線形であるが負荷圧力の帰還による閉ループ制御、
ならびにＰＩＤ補償器１によりオフセットの発生が制御
され負荷１４の適正制御か行える。

上記のとあり閉ループ制御領域は高圧域では偏差が小さ
く低圧域では僅かに大きくなっているが、開ループ制御
により負荷圧力が目標値に近接し閉ループ制御領域に達
すると、自動的に開ループ制御から閉ループ制御に切換
えられるが閉ループ制御における作動時間は小さい時間
に制限できる。

従って上記圧力制御時間は殆ど開ループ制御が支配的と
なり、例え閉ループ制御領域の安定作動のためＰＩＤパ
ラメータが定応答に設定されても総体的に圧力制御は高
応答にて実施できる。

閉ループ制御におけるパラメータの設定はクリティカル
でなく低応答にできるので、例え負荷などが変わっても
パラメータの再設定や振動現象ならびにオフセットの発
生が制御され、各種負荷に対して安定した高応答の制御
が行える。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとあり、入力値と負荷圧力とに
より閉ループ制御領域における制御動作を切換える関数
発生部と比較部よりなる特性変換器を設ける簡単な構成
により、 油圧アクチュエータは開ループ制御から閉ループ制御へ
の自動的切換ができる。

閉ループ制御は目標値に近接した狭い領域に制限されそ
の動作時間も短くできるので、総体的に開ループ制御が
支配的になり高応答が確保できる。

閉ループ制御は低応答にて行えるので負荷が変っても調
整の必要がなく安定した制御ができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
ａは入力と偏差の一例を示す特性図、第２図すは直線に
て形成された閉ループ制御領域の一例、第２図Ｃは直線
と折線にて形成された閉ループ制御領域の一例、第２図
ｄは折線にて形成された閉ループ制御領域の一例、第３
図は特性変換器の一例を示すブロック図、第４図は従来
の閉ループ圧力制′ａ装置のブロック図、第５図は電磁
式リリーフ弁の一例を示す特性図である。 図おいて２は特性変換器、旦は関数発生部、４は比較部
、８は電磁式リリーフ弁、１３は油圧アクチュエータ、
１７ａ、１７ｂは第１開閉器、１８ａ、１８ｂは第２開
閉器である。 各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力値にて駆動される電磁式リリーフ弁により制
   御される圧力が帰還されて閉ループを形成する閉ループ
   圧力制御装置において、 目標値に応答する上記電磁式リリーフ弁出力特性を基準
   とし所定の偏差を設けて閉ループ制御領域を形成する信
   号を発生する関数発生部と、上記関数発生部出力による
   閉ループ制御領域内の負荷圧力を識別する比較部と、上
   記比較部出力により開ループ制御と閉ループ制御との切
   換えを行う開閉器とを備えたことを特徴とする閉ループ
   圧力制御装置。
2. （２）関数発生部は閉ループ制御領域の偏差の上限を規
   定する第１関数発生器と、当該制御領域の偏差の下限を
   規定する第２関数発生器よりなる請求項１記載の閉ルー
   プ圧力制御装置。
3. （３）比較部は第１関数発生器出力をしきい値とし負荷
   圧力の上限を監視する第１比較器と、第２関数発生器出
   力をしきい値とし負荷圧力の下限を監視する第２比較器
   よりなる請求項１と２記載の閉ループ圧力制御装置。
4. （４）閉ループ制御領域は低圧域では広く高圧域では狭
   くなるよう形成された請求項２記載の閉ループ圧力制御
   装置。
5. （５）閉ループ制御領域は関数発生部からの直線信号に
   て形成された請求項２と４記載の閉ループ圧力制御装置
   。
6. （６）閉ループ制御領域は関数発生部からの直線ならび
   に折線信号にて形成された請求項２と４記載の閉ループ
   圧力制御装置。
7. （７）閉ループ制御領域は関数発生部からの折線信号に
   て形成された請求項２と４記載の閉ループ圧力制御装置
   。