JPH0442561Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はピストンシリンダ装置の位置決め制御
回路に係わり、特に中間位置にピストンを保持で
きるピストンシリンダ装置において高い位置決め
精度を有する位置決め制御回路に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、シリンダの中央位置にピストンの中立点
を有し任意の中央位置にピストンを保持すること
のできるピストンシリンダ装置としては、第５
図、第６図又は第７図に示されるようなものであ
つた。第５図のピストンシリンダ装置は特開昭57
−9306号に開示されている。各図において、１０
１，１０２はピストンシリンダ装置であり、１０
３はシリンダ、１０４はピストン、１０５，１０
６はシリンダ１０３内の左右の油室内に設けら
れ、ピストンを中立位置に設定するためのスプリ
ングである。各ピストン１０４にはピストンロツ
ドを介してフイードバツクセンサ４が備えられて
いる。上記ピストンシリンダ装置１０１，１０２
に対しては、シリンダ１０３内の左右の各油室に
連通されピストン１０４の位置を制御する油圧回
路が設けられており、この油圧回路において、１
０７は油圧ポンプ、１０８は油圧タンク、１０９
〜１１３は電磁切換弁である。各電磁切換弁１０
９〜１１３は、各々所定の作用に必要とされる２
つの流路形態を含み、これらの弁の油圧回路上の
流路形態を変更するための電磁コイル１１４と、
流路形態を元に復帰させるためのスプリング１１
５とを有している。

また第６図中に示される１１６は一方向弁であ
る。

［考案が解決しようとする問題点］ 第５図及び第６図に示されるピストンシリンダ
装置１０１，１０２を制御する油圧回路において
は、安全性を確保するため、いずれの油圧回路に
関しても各回路内のすべての電磁切換弁をオフ状
態にすることによつて、スプリング１０５，１０
６の作用でピストン１０４がシリンダ１０３内の
中立位置に戻るように構成されている。従つて、
反対にピストン１０４の位置決めを行う場合に
は、任意の電磁切換弁をオン状態にすることが必
要であり、そのためピストンの位置決め精度が電
磁切換弁をオンにするときに生じるオン遅れ時間
に依存することになる。このオン遅れ時間は、電
磁コイル１１４のインダクタンスが影響するた
め、電磁切換弁をオフすることによつてピストン
位置決めをする場合に生じるオフ遅れ時間に比較
して大きな値となり、その結果電磁切換弁のオン
によるピストン位置決めはオフによるピストンン
位置決めよりもその位置決め精度が悪くなるとい
う問題を有していた。

上記問題点を更に具体的に詳述する。

ピストンの位置決めのため使用される電磁切換
弁の流路形態が変化するのは、圧力バランス形式
の切換弁では、復帰用スプリングのスプリング力
よりも電磁コイルの吸引力の方が強くなつたとき
である。また圧力バランス形式でない切換弁で
は、シート面の断面積と圧力の積によつて算出さ
れる力よりも電磁コイルの吸引力が強くなつたと
きである。

一般的に電磁コイルの吸引力は、固定鉄心と可
動鉄心のギヤツプ長の２乗に逆比例する。従つ
て、第８図に示すように両鉄心が離れている状態
で電磁コイルに通電することにより可動鉄心が吸
引方向へ動き始める電流値と、両鉄心が吸着され
ている状態で電磁コイルへの通電量を徐々に下げ
ることにより可動鉄心が吸着解除の方向へ動き始
める電流値とは異なつたものとなる。

また同じく第８図に示すように、電磁コイルは
電圧が印加されてもそのインダクタンスのために
電流が急激に流れず、一定の遅れ時間が生じる。
この遅れ時間を数式で表すと、例えば電磁切換弁
をオン状態からオフ状態に変化させると同時に通
電を行つてオフ状態からオン状態に変化させ、更
にスイツチング素子の保護素子としてフライホイ
ールダイオードを使用した場合の遅れ時間tfは、 tf＝−（Ｌ／Ｒ）1og_e［｛１−（I2／Im）
｝／｛１−（I1／Im）｝］ の式で表わされる。ここで、 Ｒ：電磁コイルの抵抗値 Ｌ：電磁コイルのインダクタンス I1：電磁切換弁がオン状態からオフ状態に切
換わるときのコイル電流値 I2：電流切換弁オフ状態からオン状態に切換
わるときのコイル電流値 Im：コイル電流が飽和したときの電流値 である。

また、保護素子としてバリスタやツエナーダイ
オードを使用したときの遅れ時間tzは、 tz＝−（Ｌ／Ｒ）1og_e ｛１−（I2／Im）｝ の式で表わされる。

上記のようなオン遅れ時間tf，tzは、電磁コイ
ルの時定数τをＬ／Ｒとすると、τ／２〜τ程度
の大きさとなる。従つて時定数の比較的少ない電
磁切換弁であつても、オン遅れ時間は５〜
10msec程度となる。このようなオン遅れ時間が
存在するため、第６図に示されるような通常両側
の電磁切換弁１１２，１１３がオン状態にある油
圧回路において、一方の側の電磁切換弁をオフに
してピストン１０４を移動させ、目標位置に到達
したとき両方の電磁切換弁をオン状態にしてピス
トン１０４を他の位置に保持しようとしても、行
過ぎ量esが生じる。この行過ぎ量esは、シリンダ
速度をvsとすると es＝vs×tf で表わされる。

上記の結果、例えば８mmのストロークを0.2sec
で移動するピストンを有するピストンシリンダ装
置において、10msecのオン遅れ時間があると0.4
mmの行過ぎ量が生じ、このため、目標値に対して
±0.4mmの範囲は制御不能な値となる。このよう
に、電磁切換弁のオンによる位置決めは精度が悪
いものであつた。

上記のごとき位置決め精度の問題を解決するた
め、従来パルス幅制御方法という方法が存在し
た。この方法は、第７図に示されるような油圧回
路の構成において、電磁切換弁に対して目標値と
ピストンの現在位置に比例した幅を有するパルス
を与えることによつて、ピストンが目標位置に到
達する前に電磁切換弁への通電を停止し、これに
より電磁切換弁のオフ遅れ時間やフイードバツク
信号の位相遅れ時間を補償すると共に、電磁切換
弁において半開き状態を作りだし目標位置付近で
ピストンの移動速度を小さくし、以つて位置決め
精度を向上させるものである。

しかしながら、上記方法によれば印加されるパ
ルス電圧によつて電磁切換弁がオン・オフを常に
繰返すことになり、ピストンが微振動を行うとい
う欠点を有する。従つて、上記方法を第５図及び
第６図に示す電磁切換弁に適用した場合ピストン
を中間位置に保持して微振動をなくすという本来
の目的を達成することができない。

本考案の目的は、ピストンに微振動を生じるこ
となく中間位置に保持することができると共に、
遅れ時間を補償することによつて応答性を改善し
高い位置決め精度を有するピストンシリンダ装置
の位置決め制御回路を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本考案において、上記目的は、ピストンシリン
ダ装置に備えられ、油圧回路の流路を変更するた
めの少なくとも２個の電磁切換弁に通電し、これ
らの電磁切換弁をオン状態にすることによりピス
トンを中間状態に維持し得るピストンシリンダ装
置の位置決め制御回路において、前記ピストンの
位置を指示する指令装置と、前記ピストンの位置
を検出するフイードバツクセンサと、前記指令装
置からの指令信号と前記フイードバツクセンサか
らのフイードバツク信号との差を検出する偏差検
出回路と、前記偏差検出回路の出力信号に基づ
き、前記ピストンを保持し続けるか又はいずれの
方向に移動するかを判断するヒステリシス付きウ
インドコンパレータ回路と、前記ヒステリシス付
きウインドコンパレータ回路の基準電圧と前記ヒ
ステリシス付きウインドコンパレータ回路の入力
電圧のいずれか一方にデイザ信号を加算するデイ
ザ信号加算手段とを設けることによつて達成され
る。

［作用］ 本考案に係わるピストンシリンダ装置の位置決
め制御装置においては、指令信号とフイードバツ
ク信号との偏差信号を入力するコンパレータ回路
をヒステリシス付きウインドコンパレータ回路と
し、そのヒステリシス付きウインドコンパレータ
回路の基準電圧とその入力電圧のいずれか一方に
デイザ信号を加算することにより、ヒステリシス
付きウインドコンパレータ回路からの出力電圧
は、パルス電圧がオフするときに偏差に比例した
所定のオフ時間が確保されるオン／オフパルス波
形となり、このため、電磁切換弁にオフパルスを
与えているにも係わらず電磁切換弁オフ時の遅れ
時間でピストンが動かずいつまでもオフパルスを
与え続ける偏差の範囲が少なくなる。この結果と
して、オフパルスを出力しても、少ない偏差の範
囲ではデイザ信号の１／２周期以下の時間間隔で
出力パルスをオフからオンに変化させ、ピストン
を停止させることが可能となるので、パルス幅制
御と同様の効果として、電磁切換弁のオン遅れ時
間やフイードバツク信号の位相遅れを補償する効
果が得られる。以上により、電磁切換弁の応答性
を向上し、ピストンの位置決め精度が高められ
る。

［実施例］ 以下に本考案の実施例を添附図面に基ずいて説
明する。

第１図は本考案に係わる位置決め制御回路の第
１実施例を示し、この制御回路はウインドコンパ
レータ回路の基準電圧にデイザ電圧を加算するよ
うに構成されている。この制御回路は第６図の油
圧回路に適用されるものである。また、電気的論
理回路を付加することによつて第５図の油圧回路
に適用することもできる。

第１図において、符号１は、第６図でフイード
バツクセンサとして示されたフイードバツク用位
置センサとしての作用を有する差動トランスであ
り、差動トランス１はピストンの位置を検出す
る。差動トランス１の出力は、検波回路２によつ
てピストンのストロークに比例した直流電圧に変
換され、次段の偏差検出回路３に入力される。ま
た、ジヨイステツク４によつて与えられる指令電
圧も偏差検出回路３に入力される。偏差検出回路
３はジヨイステツク４からの指令電圧と差動トラ
ンス１からのフイードバツク電圧との差を出力す
る。偏差検出回路３では、実際上両電圧の和が出
力されるのであるが、フイードバツク電圧は出力
電圧を反転させることによつて得ているので、加
算回路によつて偏差を得るようにしている。

５はヒステリシス付きウインドコンパレータ回
路であり、これは２つの比較器６ａ，６ｂを含
み、各比較器６ａ，６ｂにはそれぞれ正帰還用の
抵抗７，８，９，１０を設けている。偏差検出回
路３の出力は、一方の比較器６ａの負入力端子と
他方の比較器６ｂの正入力端子のそれぞれに入力
される。

１１はデイザ電圧発生回路であり、具体的には
積分回路と正帰還を備えた比較器とによつて構成
された三角波発生回路である。この三角波発生回
路によつて生じる三角波をデイザ電圧として使用
する。この実施例では、三角波をデイザとして使
用するが、その他にノコギリ波、繰返し方形波を
１次遅れ回路に通すことにより得られる電圧波形
などを利用することもできる。

１２は６個の抵抗を含んで成る抵抗回路であ
り、ウインドコンパレータ回路５内の各比較器６
ａ，６ｂの比較用基準電圧を作り出すと共に、各
基準電圧に対してデイザ電圧発生回路１１から与
えられるデイザ電圧を加算する作用を有してい
る。

１３は駆動回路で、ウインドコンパレータ回路
５の２つの出力のそれぞれに対して同一回路構成
の２段のトランジスタ１４，１５が設けられる。
２つのトランジスタ１４，１５の間には通電状態
を示すための発光素子１６が配設されている。１
７，１８はそれぞれ第３図に示した電磁切換弁１
１２，１１３に相当するものである。駆動回路１
３は電磁切換弁１７，１８を十分にオン、オフで
きるようにウインドコンパレータ回路５の出力を
増幅する。なお、駆動回路１３において、１９は
電磁切換弁１７，１８をオン・オフしたときに発
生する逆起電力からパワー用トランジスタ１５を
保護するための素子である。

次に上記構成を有するピストン位置決め制御回
路の動作を説明する。

第２図はデイザの加算がない場合のウインドコ
ンパレータ回路５の各比較器６ａ，６ｂの出力状
態を示す。図中、横軸は正負の偏差を示し、縦軸
は電圧を示す。また、２０は比較器６ａの出力、
すなわち電磁切換弁１７の動作状態を示し、２１
は比較器６ｂの出力、すなわち電磁切換弁１８の
動作状態を示す。偏差が０の付近では比較器６
ａ，６ｂの出力はいずれも１であり、従つて電磁
切換弁１７，１８はいずれもオン状態である。そ
して偏差が正方向に大きくなると電磁切換弁１７
がオフになり、偏差が負方向に大きくなると電磁
切換弁１８がオフになる。各比較器６ａ，６ｂで
は、正帰還によるヒステリシスがあるため、オフ
からオンに変化する時の偏差に比較してオンから
オフに変化する時の偏差が大きくなるという特性
を有している。ところが、前述した回路構成で
は、ウインドコンパレータ回路５の各基準電圧に
デイザ電圧が加算されているため、各比較器６
ａ，６ｂがオフからオンに変化する時の偏差、オ
ンからオフに変化する時の偏差は時間が経過する
と共に変化する。この変化の状態を第３図に示
す。

第３図において、２２はオンからオフに変化す
る基準電圧であり、２３はオフからオンに変化す
る基準電圧であり、なだらかに上昇する曲線２４
は偏差値の変化を示している。また第３図の下側
には曲線２４が２４ａ，２４ｂの２通りの変化を
示した時に、それぞれに対応する電磁切換弁のオ
ン・オフ動作を示し、２５は２４ａに対応し、２
６は２４ｂに対応する。

偏差がない場合には、２５，２６が示すように
電磁切換弁はオン状態に保たれる。ジヨイステツ
ク４が操作されることによつて偏差値が徐々に増
加すると、曲線２４は最初に基準電圧２３と交差
する。ここでは電磁切換弁に対する出力は変化し
ない。その後、オンからオフへ変化する基準電圧
２２の谷の部分で交差し、この時には電磁切換弁
はオフの状態になり、偏差が少なくなるようにピ
ストンが移動して２４ｂの軌跡を描く。そして、
オフからオンに変化する基準電圧と交差した時に
電磁切換弁はオフからオンに変化し、ピストンの
移動を停止する。

電磁切換弁をオフ状態にしたにもかかわらずピ
ストンが移動していない場合又はフイードバツク
信号の位相遅れ等によつて偏差が全く減少しなか
つた場合には、第３図における２４ａに示すよう
に、デイザ電圧波形の１／２周期以下の時間間隔
で電磁切換弁の出力状態はオフ状態からオン状態
に変化する。このようなことから、デイザ電圧波
形の１／２周期は、電磁切換弁が半開きの状態を
確保できる程度の期間、又は電磁コイルの逆起電
力が有効な間の期間にオン状態とするのがよく、
約１〜2msec程度となる。

また、基準電圧２２の谷の電圧値と基準電圧２
３の山の電圧値とが重なるように設定した方が好
ましい。

以上説明したように、本実施例においては、指
令電圧とフイードバツク電圧との偏差信号を入力
するコンパレータ回路をヒステリシスを有する２
つの比較器６ａ，６ｂで構成し、その比較器の基
準電圧にデイザ電圧を加算するので、比較器６
ａ，６ｂより出力されるオン／オフパルス波形
は、第３図に示すようにパルス電圧がオフすると
きに偏差に比例した所定のオフ時間が確保される
波形となり、電磁切換弁にオフパルスを与えてい
るにも係わらず電磁切換弁オフ時の遅れ時間でピ
ストンが動かずいつまでもオフパルスを与え続け
る偏差の範囲が少なくなる。この結果、オフパル
スを出力しても、少ない偏差の範囲ではデイザ信
号の１／２周期以下の時間間隔で出力パルスがオ
ンになり、ピストンを停止させるので、パルス幅
制御と同様の効果として、電磁切換弁のオン遅れ
時間やフイードバツク信号の位相遅れを補償する
効果が得られる。以上により、電磁切換弁の応答
性を向上し、ピストンの位置決め精度が高められ
る。

第４図は本考案に係わるピストン位置決め制御
回路の第２実施例を示す。この制御回路では、入
力された指令電圧とフイードバツク電圧との偏差
にデイザ電圧を加算するように構成されている。
第４図中、２７は加算回路で、ここには偏差検出
回路３からの偏差出力とデイザ電圧発生回路１１
からのデイザ電圧とが入力され、偏差出力とデイ
ザ電圧とが加算される。その他の構成については
第１図で示したものとほぼ同一であり、同一要素
には同一符号を付している。ただし、抵抗回路２
８はウインドコンパレータ回路４の各比較器の基
準電圧を作り出す作用のみを有する。上記制御回
路の動作も基本的に前記第１実施例に係わる制御
回路と同じである。

なお前記偏差検出回路３は線形特性を有してお
り、またデイザ電圧発生回路１１から出力される
デイザを、前記指令電圧あるいは前記フイードバ
ツク電圧に加算することもできる。

［考案の効果］ 以上の説明で明らかなように、本考案によれ
ば、デイザを利用し、電磁切換弁の弁の動作やピ
ストンの移動状態に関係なくデイザ電圧波形の
１／２周期以下の時間で電磁切換弁をオン状態に
するため、オン信号を与える時には電磁切換弁は
完全にオフ状態になつておらず、応答性を改善す
ることができる。またオフ状態になる時間はピス
トンの移動速度に反比例するため、パルス幅制御
による効果を生じ、位置決め制御を従来の0.5mm
程度から0.05〜0.1mm程度に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例によるピストンシ
リンダ装置の位置決め制御回路を示す回路図、第
２図はデイザの加算がない場合のウインドコンパ
レータ回路の特性図、第３図はデイザが加算され
た場合のウインドコンパレータ回路の出力状態と
電磁切換弁のオン・オフ動作の関係を示すタイム
チヤート、第４図は本考案の第２実施例によるピ
ストンシリンダ装置の位置決め制御回路を示す回
路図、第５図は従来のピストンシリンダ装置とそ
の油圧回路を示す概略図、第６図は従来の他のピ
ストンシリンダ装置とその油圧回路を示す概略
図、第７図は従来のさらに他のピストンシリンダ
装置とその油圧回路を示す概略図、第８図は電磁
切換弁のコイル電圧とコイル電流との関係を示す
波形図である。 図中、符号１……作動トランス（フイードバツ
クセンサ）、２……検波回路、３……偏差検出回
路、４……ジヨイステツク（指令装置）、５……
ヒステリシス付きウインドコンパレータ回路、６
ａ，６ｂ……比較器、１１……デイザ電圧発生回
路、１２……抵抗回路、１３……駆動回路、１
７，１８……電磁切換弁。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ピストンシリンダ装置に備えられ、油圧回路
   の流路を変更するための少なくとも２個の電磁
   切換弁に通電し、これらの電磁切換弁をオン状
   態にすることによりピストンを中間状態に維持
   し得るピストンシリンダ装置の位置決め制御回
   路において、 前記ピストンの位置を指示する指令装置と、 前記ピストンの位置を検出するフイードバツ
   クセンサと、 前記指令装置からの指令信号と前記フイード
   バツクセンサからのフイードバツク信号との差
   を検出する偏差検出回路と、 前記偏差検出回路の出力信号に基づき、前記
   ピストンを保持し続けるか又はいずれの方向に
   移動するかを判断するヒステリシス付きウイン
   ドコンパレータ回路と、 前記ヒステリシス付きウインドコンパレータ
   回路の基準電圧と前記ヒステリシス付きウイン
   ドコンパレータ回路の入力電圧のいずれか一方
   にデイザ信号を加算するデイザ信号加算手段と
   から成ることを特徴とするピストンシリンダ装
   置の位置決め制御回路。 (2) 前記デイザ信号加算手段は、前記ヒステリシ
   ス付きウインドコンパレータ回路に含まれる複
   数の基準電圧のそれぞれに前記デイザ信号を加
   算することを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項記載のピストンシリンダ装置の位置決
   め制御回路。 (3) 前記デイザ信号加算手段は、前記指令信号に
   前記デイザ信号を加算することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のピストンシリンダ装
   置の位置決め制御回路。 (4) 前記デイザ信号加算手段は、前記フイードバ
   ツク信号に前記デイザ信号を加算することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のピストン
   シリンダ装置の位置決め制御回路。 (5) 前記デイザ信号加算手段は、前記偏差検出回
   路の出力信号にデイザ信号を加算することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のピストン
   シリンダ装置の位置決め制御回路。