JPH036715A - オープンループ電磁弁切換制御装置 - 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］ この発明はオープンループ電磁弁切換制御装置に関する
ものであり、とくに一対の位置検出器と電磁方向制御弁
とを用いてオープンループ制御方式で油圧アクチュエー
タを位置決め制御することにより、前記油圧アクチュエ
ータに連結した負荷を第１の位置と第２の位置との間で
移動させるための電磁弁切換制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 油圧シリンダを使用して工作機械の加工テープルなどの
負荷を往復移動させる場合の発進停止位置決めは、発進
および停止位置にリミットスイッチや近接スイッチなど
の位置検出器を組込み、その検出出力により電磁切換弁
の開閉動作を行わせるのが一般的である。

第２図に従来の一般的な装置の構成例を示す。

第２図において、油圧シリンダ２１は負荷２２を駆動し
、リミットスイッチ２３ａと２３ｂは負荷２２によって
作動されてそれが第１の位置と第２の位置に達したこと
を検出する。油圧シリンダ２１は電磁方向切換弁２４と
流量ｉ！ｌＪ＃弁２５とを介して油圧源２６に接続され
ており、電気回路２０によって発進・停止指令信号およ
び前記リミットスイッチ２３ａ、２３ｂからの検出信号
により電磁方向切換弁２４のソレノイド装置ａ、ｂの励
磁切換えを制御するようになっている。

今、発進指令信号Ｓ１によって電気回路２０を介してソ
レノイド装置ａが励磁されると、シリンダ２１のピスト
ンロッドが延びて負荷２２を前進させる。負荷２２がリ
ミットスイッチ２３ｂに達するとリミットスイッチ２３
ｂからの信号で電気回路２０を介してソレノイド装置す
が消磁され、代りにソレノイド装置ａが励磁される。こ
れによってシリンダ２１への圧油の向きが逆になり、シ
リンダ２１がそのピストンロッドを引き込むので負荷２
２が後退される。負荷２２がリミットスイッチ２３ａに
達するとリミットスイッチ２３ａからの信号でソレノイ
ド装置ａが消磁され、代りにソレノイド装置すが励磁さ
れる。このようにして負荷２２の往復移動が繰り返し行
われ、停止指令信号Ｓ２が与えられるまで継続する。こ
の間の油圧シリンダ２１の作動速度は流量制御弁２５で
制御される。

［発明が解決しようとする課題］ 第２図に示したような装置では、発進・停止の際にショ
ックのない滑らかな作動を行わせるために、電磁切換弁
自体に切換時の開度変化が徐々に行われるように油圧絞
りを付加したものを用いるのが一般的であるが、この場
合、シリンダ作動の速度パターンは電磁切換弁の切換特
性で一義的に定まフてしまい、ショックのない作動を任
意の速度パターンで行わせることはできない、また、発
進と停止の位置はリミットスイッチによりて検出される
のである精度範囲内に収めることはできるが、例えばサ
イクル動作の制御において往復の周期の時間的再現性を
も期待する場合は、シリンダへの供給流量を温度変化な
どに対して厳密に制御する必要があってやっかいである
。

即ち、この方式では、リミットスイッチによって到達位
置の精度は保たれるが、第３図に示すように、発進時点
上〇からの到達時間Ｔ１は流量Ｑの時間積分値が一定と
いう制限があるため、流量ＱがΔＱだけ微小変化すると
到達時間も変化して例えばＴ２　　（＝ＴＩ　＋ΔＴ）
となる。この流量Ｑの制御は到達時間が長くなるほど積
分を長くすることになり、またシリンダの受圧面積が小
さいほど時間的誤差として多く現れるので、油圧ｆｚ量
制御の限界からΔＴを厳密に零に制御することは不可能
である。

このことは、特に第２図の電磁切換弁として比例電磁方
向流量制御弁を使用してショックのない切換動作をさせ
たり、或いは所望の速度パターンを電気回路で発生させ
て発進・停止位置は位置検出器で制御する所謂オープン
ループ制御方式では繰り返し作動時の毎回の到達時間が
変動するという致命的な欠陥となる。

このように従来の方式では繰り退し動作の毎回の到達時
間の変動を押えるためには油圧回路内の作動油の温度な
どをかなり厳密に管理したり、電気回路系のドリフトを
軽減するなど、システムのａｍ化を余儀なくされ、それ
に比して効果が薄いといううらみがあフた。

この発明の目的は、前述のようなオープンループ制御方
式のものにおいて、繰り返しの動作の毎回の到達時間そ
のものをダイナミックに制御して環境条件および使用条
件に左右されずに安定なサイクル動作を実現できる電磁
弁切換制御装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 前述の課題を達成するために、この発明のオ・−ブンル
ーブ電磁弁切換制御装置では、一対の位置検出器と電磁
方向制御弁とを用いてオープンループ制御方式で油圧ア
クチュエータを位置決め制御することにより、前記油圧
アクチュエータに連結した負荷を第１の位置と第２の位
置との間で移動させるものにおいて、 前記電磁方向制御弁として通過圧油の流量を電気入力信
号に比例した値に制御する比例電磁制御弁またはサーボ
弁などの制御弁手段を設け、この制御弁手段への入力信
号の制御系として、前記負荷の移動による前記第１と第
２の位置間の到達時間を計測して内部記憶情報の初期値
との時間差に相当する補正信号を出力する時間計測手段
と、前記油圧アクチュエータの発進・停止間の速度パタ
ーンを与えるために予め定められた信号変化パターンで
経時的に変化する制御信号を発生するパターン発生手段
と、該パターン発生手段から出力される制御信号を増幅
して前記制御弁手段へ前記入力信号として与える増幅手
段と、前記時間計測手段からの補正信号により前記時間
差が減じるように前記制御４３号に対する利得を補正す
る利得補正手段とを設けたものである。

［作用〕 本発明のオープンループ電磁弁切換制御装置では、一対
の位置検出器と、通過圧油の流量を電気入力信号に比例
した値に制御する比例型６８制御弁またはサーボ弁など
の制御弁手段とを用いてオープンループ制御方式で油圧
アクチュエータを位置決め制御し、これにより、前記油
圧アクチュエータに連結した負荷を第１の位置と第２の
位置との間で繰り返し移動させる。往復移動のためには
、前記υ制御弁手段の圧油の方向切換を制御弁手段の例
えばソレノイド装置やフォースモータなどの電気−油圧
駆動系への入力端子の切換によって行うが、往復移動の
各ストローク期間中の油圧アクチュエータの速度パター
ンは、各期間中の前記入力端子の経時的変化を前記パタ
ーン発生手段から発生される予め定められた信号変化パ
ターンの制御信号に従って変化させることにより経時的
に制御される。

前記時間計測手段は、例えば前記一対の位置検出器から
の信号に基づいて負荷の移動による前記第１と第２の位
置間の到達時間を計測し、また内部記憶情報としてこの
到達時間の初期値を記憶可能である。この初期値として
は予めプログラム設定してメモリに書込んでおいてもよ
く、或は負荷の縁り返し往復運動の予め定められた周期
についての前記第１と第２の位置間の到達時間を時間計
測手段自身で計測し、これを初期値として記憶するよう
にしてもよい、この場合、前記周期としては好ましくは
安定作動状態の１周期または複数周期をとることができ
、複数周期の場合にはその間の平均値をとって前記初期
値とすればよい。時間計測手段は、更に毎回の到達時間
を取り込んで前記初期値との時間差に相当する補正信号
を出力する。

利得補正手段は、前記時間計測手段からの補正信号によ
り前記時間差が減じるように前記制御信号に対する利得
を補正し、これによって毎回の到達時間が往路または復
路の対応する初期値とほぼ一定に保たれるように電気系
のゲイン補正が行われる。勿論、往路と復路で前記初期
値が同じ場合もあり、また別々の場合もある。

このように本発明の装置では、油圧アクチュエータによ
る負荷の往復運動の各周期の到達時間が毎回実績値とし
て制御弁手段の電気系に取り込まれ、記憶されている初
期値との差が生じたとぎには次の周期でこれを補正し、
かくして毎回の到達時間をほぼ一定に保持させるもので
ある。

本発明の特徴と利点を一層明確にするために、本発明の
好ましい実施例を図面と共に説明すれば以下の通りであ
る。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例を示しており、図において、油
圧シリンダ１１は負荷１２を駆動し、リミットスイッチ
＋３ａと１３ｂは負荷１２によって作動されてそれが第
１の位置と第２の位置に達したことを検出する。油圧シ
リンダ１１は比例電磁方向流量制御弁１４を介して油圧
源１６に接続されており、制御弁１４のソレノイド装置
ａ、　　ｂへの励ｂｎ電流を電気制御回路１０によって
切換えて油圧シリンダ１１への圧油の向き、従って負荷
１２の往復移動を制御するようになっている。

電気制御回路１０は、パターン発生器ｌと、時間計測回
路２と、利得補正回路３と、駆動増幅器４と、タイミン
グ制御回路５とを備え、スタート信号Ｓ、を受けたとき
に制御弁１４の切換動作を開始し、ストップ信号Ｓ２を
受けたときにそれを停止する。

パターン発生器１は、前記スタート信号Ｓ、または前記
タイミング制御回路５からのパルス信号を受けたときに
、負荷の移動の往復で同一または各々別々に設定された
経時的に所定の設定パターンで変化する制御信号を内部
のゲイン設定器１ａで設定調整された所望のゲインで出
力する。

時間計測回路２は、この実施例では内部メモリ２ａを有
する例えばプログラマブルコントローラのようなマイク
ロコンピュータで構成され、前記両リミットスイッチ間
の負荷１２の到達時間を初期値Ｔｓとして所望値にプロ
グラム設定可能である。またこの時間計測回路２は、リ
ミットスイッチ１３ａ、１３ｂから負荷の到達検出信号
をうけて内部クロックにより両リミットスイッチ間のそ
のときの負荷の到達時間を検出する機能を有し、そして
例えば前記到達時間をプログラム設定した状態でスター
ト信号Ｓｌによって一旦往復動作を開始した負荷が所望
の安定動作状態になったときなど、任意のときにスター
ト信号または別の書込み指令信号を与えることによって
そのときの負荷の到達時間の一周期分の値または複数周
期分の平均値を初期値Ｔｓとして取り込んで内部メモリ
ー２ａの記憶内容を書き換える機能を有している。

更にこの時間計測回路２は、毎回の負荷１２の移動時に
検出される到達時間Ｔを往路と復路の各々の周期につい
て別々に前記メモリー２ａ内に記憶された初期値Ｔ５と
比較して、実際の到達時間と記憶初期値との間の時間差
ΔＴ＝Ｔ−Ｔ、に相当する補正信号を往路と復路の各周
期について毎回出力する機能を有する。

利得補正回路３は、前記パターン発生器１からの制御信
号と前記時間計測回路２からの補正信号に内部の調整器
３ａで所定のゲイン調整を行ったものとを掛算器３ｂに
より掛算し、これによって得た補正量を加算器３ｃによ
って前記制御信号に加えて利得補正を行う。前記調整器
３ａによる修正ゲインは、６丁という時間的ずれに見合
う補正量とできるような値に予め設定される。尚、図示
の例では利得補正を掛算器３ｂを利用して得ているが、
疑似的には加算回路で構成してもほぼ同様の効果が得ら
れる。

前記利得補正回路３で補正された制御信号は前記駆動増
幅器４によって電流増幅されて各ソレノイド装置ａ、ｂ
に交互に与えられる。このソレノイド装置ａ、ｂへの励
６Ｂ電流の切換は、リミットスイッチｆ３ａ、１３ｂか
らの接点信号を受けて作動するタイミング制御回路５か
らのパルス信号によって増幅器４内のスイッチング回路
４ａを制御して行われる。前記タイミング制御回路５は
その出力パルス信号によりパターン発生器１をリセット
する役目も果たしている。

上記の構成を備えた実施例装置の作動は以下の通りであ
る。

先ず、二つのリミットスイッチ１３ａ、１３ｂを所定距
ＭＬで配置し、その間を負荷１２が成る定められた時間
Ｔ、で６動するものとする。時間計測回路２内のメモリ
２ａにはこの時間Ｔｓを初期値として書込んでおき、ま
たパターン発生器１には時間Ｔ、の間に負荷１２がショ
ックなしに発進して距ｌ！ＩＬでショックなしに停止す
るための滑らかな流量制御パターンを設定しておく。

負荷１２がリミットスイッチ１３ａを作動させている位
置にある場合、スタート信号ｓ１を制御回路１０に与え
ると、パターン発生器１からの制御信号に従って経時的
に変化する励磁電流が増幅器４からソレノイド装置ａに
与えられる。この場合、成る方向への負荷１２の最初の
移動周期に対しては時間計測回路２はその出力の補正信
号が零となるようにプログラムされているので、パター
ン発生器１からの制御信号には補正がかかることはない
。前記励１ｉｆｉ電流がソレノイド装置ａに流れること
によって制御弁１４が圧油供給源１６からの圧油を前記
制御信号の経時変化パターンに従って油圧シリンダ１１
のヘッド側に導き、これによって負荷１２がショックな
く滑らかに発進してリミットスイッチ１３ｂへと向う、
このとき負荷１２が発進したときのリミットスイッチ１
３ａの接点信号を受けて時間計測回路２が計時を始める
。

負荷１２が前記パターンに従って所定の速度パターンで
移動し、リミットスイッチ１３ｂの近くに達すると設定
速度パターンに応じて徐々に減速してリミットスイッチ
！３ｂに達し、それを作動させると、それまでの所要時
間、即ち往路の到達時間Ｔ、が時間計測回路２内で検出
され、内部メモリ２ａに記憶される。このときのリミッ
トスイッチ１３ｂからの接点信号に基づくタイミング制
御回路５からのパルス信号によって増幅器４内のスイッ
チング回路４ａが作動し、これによってソレノイド装置
ａの励磁が断たれて制御弁１４が中立ポジションに戻り
、パターン発生器１もリセットされる。

復路についても同様であるが、この復路の負荷１２の発
進はスタート信号またはタイミング制御回路５からのパ
ルス信号によってパターン発生器ｌから対応する設定パ
ターンに応じた制御信号を出力させて、スイッチング回
路４ａによりソレノイド装置すを励６ｆｉすることで行
われる。この復路で計測されてメモリ２ａ内に記憶され
た実際の到達時間をＴ、とする６ 負荷の最初の一往復が終ると、時間計測回路２内の内部
メモリ２ａには初期値ＴＳと負荷１２の往復についての
それぞれ実際の到達時間Ｔ１及びＴ、が記憶されること
になる。

二回目の往路移動の発進は前記最初の復路の終端で負荷
がリミットスイッチ１３ａを作動させることによって生
じるタイミング制御回路５からのパルス信号で開始され
る。この場合、励６１ｉ電流の制御はほぼ同様であるが
、時間計測回路２からはΔＴ−＝Ｔ−−Ｔｓの時間差に
相当する出力が生じており、これが補正回路３において
ゲイン調整器３ａによる修正ゲインＫを与えられたうえ
で掛算器３ｂによりパターン発生器１からの制御信号と
掛算されて補正信号として加算器３Ｃによって制御信号
に加えられる。この補正動作によって増幅器４への入力
信号のゲインが制御され、例えばΔＴ、が正の場合はゲ
インを増加して前周期の往路移動よりもシリンダ１１へ
の流量が相似パターンのまま相対的に増加するように、
逆にΔＴ１が負の場合はゲインを減少して前周期の往路
移動よりもシリンダ１１への流量が相似パターンのまま
相対的に減少するように自動制御が行われる。

二回目の復路も同様であり、二回目の往路移動の終端で
負荷がリミットスイッチ１３ｂを作動させることによっ
て生じるタイミング制御回路５からのパルス信号でスイ
ッチング回路４ａがソレノイド装置ａを消６ｎシ代りに
ｂを励磁すると共にパターン発生器１をリセットして負
荷１２の反転が行われる。この場合も励磁電流の制御は
ほぼ同様であるが、補正動作は時間計測回路２から出力
されるΔＴ　ｂ　＝Ｔ　ｂ　−Ｔ　ｓの時間差に相当す
る信号に基づいて行われることは述べるまでもない。

以下、この繰返しにより、毎回の往復の各周期について
、内部記憶された初期値Ｔｇを基準として対応する一つ
前の周期の実績値との比較結果に基づいて到達時間が制
御弁１４の励ｂｎ電流制御によって一定に制御される。

尚、本実施例では制御弁１４に比例電６１方向流量制御
弁を用いた場合を示したが、他の比例弁や電気油圧サー
ボ弁に置き換えても同様である。

また本実施例では負荷の往復移動の夫々について補正動
作を行う場合を示したが、本発明は往路または復路の何
れか一方のみに補正動作をかけるものを除外するもので
はなく、また一方向への移動中に複数の位置検出手段に
よって検出した位置毎にアクチ二エータへの制御流量を
段階的に変えるようにパターン発生器で電流制御するよ
うな場合にも適用可能である。

［発明の効果コ 以上に述べたように、本発明によれば、負荷を三位置間
に所定速度パターンで繰り返し移動させる油圧アクチュ
エータの油圧制御において位置と動作時間を同時に精度
よく制御するのに有効であり、比例電磁流量制御弁等の
制御弁要素をオープンループ制御で用いて繰り返し動作
の毎回の動作時間そのものをダイナミックに制御するこ
とができ、環境条件および使用条件に左右されずに安定
なサイクル動作を実現できるものである。

４：駆動増幅器 ｌＯ：電気制御回路 １２：負荷 １６：油圧供給源 ５：タイミング制御回路 ｌｌ：油圧シリンダ １３ａ、１３ｂ　：リミットスイッチ １４：比例電磁方向流量制御井

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対の位置検出器と電磁方向制御弁とを用いてオープン
   ループ制御方式で油圧アクチュエータを位置決め制御す
   ることにより、前記油圧アクチュエータに連結した負荷
   を第１の位置と第２の位置との間で移動させるものにお
   いて、 前記電磁方向制御弁として通過圧油の流量を電気入力信
   号に比例した値に制御する比例電磁制御弁またはサーボ
   弁などの制御弁手段を有し、この制御弁手段への入力信
   号の制御系として、前記負荷の移動による前記第１と第
   ２の位置間の到達時間を計測して内部記憶情報の初期値
   との時間差に相当する補正信号を出力する時間計測手段
   と、前記油圧アクチュエータの発進・停止間の速度パタ
   ーンを与えるために予め定められた信号変化パターンで
   経時的に変化する制御信号を発生するパターン発生手段
   と、該パターン発生手段から出力される制御信号を増幅
   して前記制御弁手段へ前記入力信号として与える増幅手
   段と、前記時間計測手段からの補正信号により前記時間
   差が減じるように前記制御信号に対する利得を補正する
   利得補正手段とを有することを特徴とするオープンルー
   プ電磁弁切換制御装置。