JPS6034501A - 空気圧アクチュエータの制御方法及び装置 - 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】 本発明は、産業用ロボット等に使用される流体圧アクチ
ュエータの制御方法及びそれを実施する装置に関するも
のである。

従来から、空気圧シリンダあるいはロークリアクチュエ
ータの位置決め制御等を行うため、単に位置の信号に基
づくフィードバック制御が行われてきたが、このような
制御では流体の圧縮性の影響を受（すて応答性が悪く、
停止位置のオーバシュートやシリンダ圧力の振動等が発
生し、適正な制御を行うのが困難な場合があった。

本発明は、使用流体や動作圧力、負荷変化、シリンダ寸
法、停止位置などに拘らず、アクチュエータの加速、減
速、制動、停止等を適正に行い１！）るようにすること
を目的とするもので、その目的達成のため、本発明にお
いては、流体圧アクチュエータの動作位置を検出するた
めの位置検出手段と、上記流体圧アクチュエータの動作
から実速度及び実加速度を算出する速度演算器及び加速
度演算器と、上記動゛作位置に対応する目標速度信号を
メモリから出力する速度信号発生装置と、上記目標速度
信号と実速度信号との速度偏差に基づいて目標加速度信
号を出力する加速度信号発生装置と、」二記目標加速度
信号と実加速度信号との加速度偏差に基づいて開口量が
制御される上記流体圧アクチュエータに接続された制御
弁とによって制御装置を構成し、フィードバックされる
アクチュエータの実速度と目標速度との速度偏差に基づ
いて目標加速度を発生させ、その目標加速度とフィード
バックされる実加速度との加速度偏差に基づいて制御弁
の開口量を調節して、その制御ｙｔに接続された流体圧
アクチュエータの駆動を制御することを特徴とするもの
である。

このような本発明の方法及び装置によれば、目標速度と
フィードバックされる実速度との偏差、及び目標加速度
とフィードバックされる実加速度との偏差に基づいてア
クチュエータの駆動を制御するようにしたので、アクチ
ュエータの応答性を著しく向上させることができ、それ
により任意の態様での駆動が可能となり、外乱、使用流
体の圧力変動、制御弁の追従遅れ、流体の圧縮性及び負
荷の変動等に拘らず、非常に高い精度での制御を行うこ
とができる。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明を適用した流体圧シリンダ装置における
信号の流れを示す制御演算ブロック図で、位置速度軌跡
を設定した速度信号発生装置にシリンダの実位置信号Ｘ
をフィードバックして、その速度信号発生装置から信号
Ｘに対応する目標速度信号Ｕを出力させ、その信号Ｕと
、上記実位置信号Ｘを速度演算器で処理することによっ
て得られる実速度信号■との減算を行い、減算結果とし
ての速度偏差信号Ｖ−？／を加速度信号発生装置に送る
ことにより、その信号Ｖ−’＋７に対応した目標加速度
信号ａを発生させ、この信号ａと、上記実位置信号Ｘを
加速度演算器で処理することによって得られる実加速度
信号Ａとの減算を行い、その減算結果としての加速度偏
差信号Ａ−ａを制御動作演算装置に送ることにより、そ
の信号Ａ−ａについてＰＩＤ制御等の演算を行って制御
信号、ｊＡを発生させ、その信号ΔＡを次段の有効断面
積設定信号発生装置で処理することによって得られる信
号Ｓ、　、　Ｓ２を制御弁に加え、これによって制御弁
の開口量を制御し、それらの制御弁に接続されたシリン
ダの駆動を制御するようにしている。

第２図は、上記第１図の制御演算を行う装置の具体的構
成を示し、１はシリンダ、、２ａ、２ｂは制御弁、３は
ピストンまたは負荷の位置を検出する位置検出器、４は
上記位置検出器から構成される装置パルスを計数するデ
ジタルカウンタである。これらは、制御弁２ａ、２ｂの
切換及び開口量を制御することにより、シリンダ１にお
けるロッド室５及びヘッド室８を空気源７，８と大気と
に切換連通させて、シリンダ１の駆動方向及び速度を制
御し、それにより駆動されるシリンダ１の動作位置を位
置検出器３により検出してそれを位置パルスとして連続
的に出力させ、その位置パルスをデジタルカウンタ４で
読み取ってシリンダの実位置信号Ｘを出力するものであ
る。

上記位置検出器３は、ロータリパルスエンコーダ、リニ
アパルスエンコーダあるいはボテンシゴメータ等によっ
て構成することができ、また制御弁２ａ、２ｂは、圧力
制御弁、流量制御弁、電空比例弁、オンオフ弁またはＰ
ＷＭ方式の制御弁によって構成し、あるいは及びオンオ
フ弁やＰＷＭ方式の制御弁の複数を直列あるいは並列に
接続することによって構成することができる。

上記制御弁２ａ、２ｂとしてオンオフ弁を用いる場合に
は、次のようにして流量制御弁の機能を近似させること
ができる。即ち、オンオフ弁の流量特性は、全開時の流
量をＧ、供給差圧をΔＰ、流量係数をＣとすると、 Ｇ＝Ｃ＠、７１Ｆ で表わされる。

いま、十分に短い時間ΔＴの間に、制御弁の全開時間の
合計がΔｔ′となるようにそれをオン・オフさ笹ると、
その時間ΔＴにおける平均流量Ｇ′は、 となる。

ここで、Δｔ′を変化させると、それに伴って見かけの
流量係数Ｃ′が変化するから、Ｇ′も変化し、これによ
って流量制御弁と同様の機能を発揮させることができる
。

上記デジタルカウンタ４に接続された信号処理回路にお
いて、　１１は速度演算器、１２は加速度演算器、１３
は速度信号発生装置、１４は減算器、１５は加速度信号
発生装置、１６は減算器、１７は制御動作演算装置、１
８は制御弁の有効断面積設定信号発生装置を示している
。

このような信号処理回路において、上記デジタルカウン
タ４から実位置信号Ｘが出力されると、その信号Ｘから
速度演算器１１及び加速度演算器１２において実速度信
号Ｖ及び実加速度信号Ａが発生せしめられ、それらがそ
れぞな減算器１４．１８に送られる。上記実速度信号Ｖ
及び実加速度信号Ａを発生させるために、アクチュエー
タに例えばタコメータ等の速度計を付設し、さらに適宜
の加速時計を直接的に付設することもできる。

一方、上記実位置信号Ｘはそのまま速度信号発生装置１
３に送られる。この速度信号発生装置１３は、任意の微
小間隔を置いて多数のシリンダ動作位置をデジタルｉと
して記憶させた位置メモリ２１と１位置メモリ２１中の
各動作位置と所定の関数間係で対応させた速度をデジタ
ル量として記憶させた速度メモリ２２とを備え、上記実
位置信号Ｘが入力されると位置メモリ２１中の位置信号
に対応する速度信号が目標速度信号として出力される。

なお、上記速度信号発生装置１３において、微小時間間
隔を置いて設定した多数のシリンダ動作位置を記憶させ
、これを速度メモリに対応させておくこともできる。

上記目標速度信号は、上記実速度信号Ｖと次段の減算器
１４で演算され、それに基づく速度偏差信号Ｖ−リが加
速度信号発生装置１５に送られる。

上記加速度信号発生装置１５は、任意の増加関数２４を
保有し、その関数関係において上記偏差信号Ｖ−υに対
応する加速度信号が目標加速度信号として出力されるも
のである。その目標加速度信号は、上記実加速度信号Ａ
と次段の減算器１６で減算され、それに基づく加速度偏
差信号Ａ−ａがさらに次段の制御動作演算装置１７に送
られる。

制御動作演算装置１７は、上記加速度偏差信号Ａ−ａに
対して比例制御、ＰＩＤ制御、オンオフ制御あるいはＰ
ＷＭ制御等の非線形制御を行うもので、例えばＰＩＤ制
御を行う場合には、周波数領域において、 Ｋｐ：ＰＩＤ動作の比例ゲイン Ｔｄ：ＰＩＤ動作の微分時間 Ｔｉ二ＰＩＤ動作の積分時間 Ｓニラプラス演算子 のような演算を行うことになる。

このようにして得られる偏差信号ΔＡは、次段の有効断
面積設定信号発生装置１８に送られ、そこで有効断面積
設定信号Ｓａ、Ｓｂが、 Ｓａｊ　＝　５ａｄ−、−Ｋ　＊ΔＡ Ｓｂｊ＝Ｓｂｊ−＋　（１−Ｋ）ΔＡ 但し、０≦に≦１ Ｓａｊ−＋　、　５ｂｊ−ｉ　：動作位置Ｘｎまたは動
作時間Ｔｎにおける有効断面積 Ｊ　：任意の時間または任意の距離を 離散したものの番号 として定められ、それらの信号がそれぞれ制御弁２ａ、
２ｂに送られて開口量が制御され、それによりシリンダ
１は加速あるいは減速される。さらに、そのような加速
あるいは減速がシリンダ１の一定微小変位毎または微小
時間毎に繰り返され、シリンダｌは最終的に目標位置に
停止することになる。この場合において、シリンダに制
動装置を設けておけば、停止精度の向」二及び停止位置
への確実な保持の可能性を高めることができる。

第３図は、上記シリンダの制御過程を示すもので、本発
明の制御では、目標速度をシリンダの動作位置の関数と
して曲線りのように設定しておき、実際の速度と位置と
を上記曲線りに沿うように制御し、例えばある位１ｔＸ
ｎにおいてシリンダの速度Ｖｎが曲線り上の目標速度ｕ
ｎから外れていた場合には、その速度差に対応する加速
度信号に基づいてシリンダを加速または減速することに
より、実際の位置と速度とを上記曲線りに近づけるもの
であり、特に、上記加速度フィードバックルーズによっ
て、シリンダを速やかに最終目標位置、目標速度に近づ
けることができる。

また、シリンダの動作位置と目標速度とは、シリンダの
動作前に任意に設定されるが、極端に大きな負荷変化が
生じた場合には、それを動作途中で変更することによっ
て負荷の外乱に対処することができ、あるいは目標加速
度信号発生装置における増加関数や制御動作演算装置に
おける制御動作を動作の途中で変えることによっても同
等の効果を期待することができる。上記増加関数及び制
御動作はシリンダの動作前において任意に設定できるの
は当然である。

なお、本発明は、複数のシリンダの制御やさらにはロー
クリアクチュエータの制御に適用し得ることはいうまで
もない。

また、第４図に示すように、計算機等のアルゴリズムを
より簡単なものとするため、速度信号発生装置、加速度
信号発生装置及び制御動作演算装置をそれぞれ段階的に
変化する増加あるいは減少関数によって出力信号を発生
するように構成すると共に、それらに接続する制御弁と
してオンオフゴｔを用い、そのオンオフ弁をデジタル信
号によって制御するように構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本的構成を示すブロック図
、第２図はその具体例を示す構成図、第３図はその制御
方法の説明図、第４図は本発明の異なる実施例のブロッ
ク図である。 ２ａ、２ｂ　・・制御弁、１３・・速度信号発生装置、
１５・・加速度信号発生装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体圧アクチュエータの動作位置を動作位置信号と
   して速度信号発生装置にフィードバックすると共に、そ
   の流体圧アクチュエータの動作から実速度信号及び実加
   速度信号を発生させ、上記動作位置信号に基づいて速度
   信号発生装置が出力する目標速度信号と上記実速度信号
   との速度偏差をめ、さらにその速度偏差に基づいて加速
   度信号発生装置が出力する目標加速度信号と上記実加速
   度信号との加速度偏差をめ、その加速度偏差に基づいて
   制御弁の開口量を調節することにより、その制御弁を通
   じて圧力流体が供給される上記流体圧アクチュエータを
   駆動制御することを特徴とする流体圧アクチュエータの
   制御方法。 ２、流体圧アクチュエータの動作位置を検出するための
   位置検出手段と、 上記流体圧アクチュエータの動作から実速度及び実加速
   度を算出する速度演算器及び加速度演算器と、 上記動作位置に対応する目標速度信号をメモリから出力
   する速度信号発生装置と、 上記目標速度信号と実速度信号との速度偏差に基づいて
   目標加速度信号を出力する加速度信号発生装置と、 上記目標加速度信号と実加速度信号との加速度偏差に基
   づいて開口量が制御される上記流体圧アクチュエータに
   接続された制御弁と、 を備えたことを特徴とする流体圧アクチュエータの制御
   装置。