油圧アクチユエータの速度・推力制御装置
【目的】 制御切換時にハンチング現象が発生せず、各補償要素のゲインも最適に選択できるようにし、動特性を損なうことなく静的な制御精度も向上させる。
【構成】 油圧シリンダ２１を増幅器２３の出力電流によって駆動される三方弁（制御弁）２２によって油圧制御する。その油圧シリンダ２１の動作速度と推力（圧力）を検出し、速度指令値Ｖｃと速度検出値Ｖf/b との偏差ΔＶを第１の補償要素３３を介して増幅器２３に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、推力指令値Ｆｃと推力検出値Ｆf/b との偏差ΔＦを第２の補償要素３４を介して増幅器２３に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成すると共に、制御系切換回路３５によって、第１の補償要素３３の出力Ｖｓと第２の補償要素３４の出力Ｆｓのうち値が小さい方の出力を増幅器２３に入力させるようにして速度制御と推力制御を切り換える。
【構成】 油圧シリンダ２１を増幅器２３の出力電流によって駆動される三方弁（制御弁）２２によって油圧制御する。その油圧シリンダ２１の動作速度と推力（圧力）を検出し、速度指令値Ｖｃと速度検出値Ｖf/b との偏差ΔＶを第１の補償要素３３を介して増幅器２３に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、推力指令値Ｆｃと推力検出値Ｆf/b との偏差ΔＦを第２の補償要素３４を介して増幅器２３に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成すると共に、制御系切換回路３５によって、第１の補償要素３３の出力Ｖｓと第２の補償要素３４の出力Ｆｓのうち値が小さい方の出力を増幅器２３に入力させるようにして速度制御と推力制御を切り換える。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、油圧シリンダ，油圧モータ等の油圧アクチュエータの動作速度を速度指令値に保つ速度制御系と、その推力を推力指令値に保つ推力制御系とを備えた油圧アクチュエータの速度・推力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような油圧アクチュエータの速度・推力制御装置に類似した従来の装置として、例えば特開昭６４−３２０８２号公報に記載されているような流体ポンプの流量・圧力制御装置がある。
【０００３】その基本的なものは図１６に示すように構成され、通常の流量制御のときにはスイッチ４がＡ側に切り換わっており、可変容量形油圧ポンプ部（流体ポンプである可変容量形油圧ポンプとその斜板等の容量可変機構を制御する手段及びそれを駆動する増幅器等を含む）１の例えば斜板に取付けた角度センサにより斜板角度θすなわち吐出流量Ｑを検出し、流量指示値Ｑｃとの偏差を補正要素であるサーボ増幅器２に入力させ、その出力によって吐出流量Ｑが流量指示値Ｑｃと一致するように可変容量形油圧ポンプ部１の斜板角度をフィードバック制御する。その結果、シリンダ６は一定の移動速度で駆動される。
【０００４】そして、シリンダ６がストロークエンドに達するか対象物１０に当って機械的に停止すると、シリンダ６内の圧力が急激に上昇し始める。その圧力検出値Ｐが圧力指令値Ｐｃと所定値αとの差（Ｐｃ−α；Ｐｃより僅かに低い値）に達すると、比較器５の出力が反転してスイッチ４をＢ側に切り換え、圧力指示値Ｐｃと圧力検出値Ｐの偏差をサーボ増幅器３に入力させ、その出力によって圧力検出値Ｐが圧力指示値Ｐｃと一致するように可変容量形油圧ポンプ部１の斜板角度をフィードバック制御する圧力制御が行なわれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この場合、流量制御状態と圧力制御状態の切換は、（Ｐｃ−α）−Ｐによってのみ下記のように行なわれる。なお、Ｇｐ，Ｇｑはそれぞれサーボ増幅器３，２の増幅率である。
（Ｐｃ−α）−Ｐ ＳＷ４ 油圧ポンプ操作量 ≦０ Ｂ （Ｐｃ−Ｐ）Ｇｐ ＞０ Ａ （Ｑｃ−Ｑ）Ｇｑ
【０００６】ここで、制御状態が切り換わるとき、すなわち（Ｐｃ−α）−Ｐ＝０のとき、（Ｐｃ−Ｐ）Ｇｐと（Ｑｃ−Ｑ）Ｇｑは通常等しくない（等しくなることもあり得るが、状態によって変化するため一般には等しくない）。したがって、吐出負荷回路圧が上昇して（Ｐｃ−α）−Ｐ＝０になったとき、油圧ポンプ操作量に飛躍が起きる。すなわち、（Ｑｃ−Ｑ）Ｇｑから（Ｐｃ−Ｐ）Ｇｐへ信号が低下する、それによって瞬間的に負荷圧力が降下して（Ｐｃ−α）−Ｐ＞０になり、操作量が再度飛躍する。これを繰り返してハンチング状態となる。
【０００７】このような問題を改善するために、特開昭６４−３２０８２号公報には図１７の(Ａ)及び(Ｂ)に示すように構成した流量・圧力制御装置が提案されている。これらの図において、図１６と対応する部分には同一の符号を付してある。なお、１１は方向切換弁、１２は出力電圧上限リミット回路である。
【０００８】これらの構成によれば、サーボ増幅器２，３の増幅率をＧｑ，Ｇｐとしたとき、流量制御のゲインはＧｑで決定され、圧力制御のゲインはＧｐ×Ｇｑで決定され、流量制御／圧力制御切換特性（カットオフ幅）はＧｐによって決定される。これらによれば、前述の場合のような制御切換時における油圧ポンプ操作量の飛躍は起こらず、切換点におけるハンチング現象は改善される。
【０００９】しかし、一般に圧力制御は流量制御に比べてフィードバックゲインが高いため、制御ゲインを低くおさえなければならない。そこで、Ｇｐ×Ｇｑを低くしたいが、Ｇｑが高いためＧｐを非常に低くしなければならず、その結果カットオフ幅が大きくなり、ポンプの最大動力点を使えなくなる等の問題が生じる。これを改善する目的でＧｐを高くするとＧｑを低くせざるを得ず、そうすると流量制御時の応答性が低下するという問題が生じる。このような問題は、上述の油圧ポンプを油圧アクチュエータに置き換え、その動作速度及び推力を検出してフィードバック制御を行なうようにした油圧アクチュエータの速度・推力制御装置においても同様に生じる。
【００１０】この発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、油圧アクチュエータの速度・推力制御装置において、制御切換時にハンチング現象が発生することなくなめらかに切り換えがなされ、且つ各補償要素のゲインを最適に選択できるようにして効率をよくし、動特性を損なうことなく静的な制御精度も向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明による油圧アクチュエータの速度・推力制御装置は、上記の目的を達成するため、油圧シリンダ，油圧モータ等の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに圧油を供給してその動作速度と推力を制御する制御弁と、該制御弁を駆動する増幅器と、上記油圧アクチュエータの動作速度を検出する速度検出手段と、その推力を検出する推力検出手段とを備え、速度指令値と上記速度検出手段による速度検出値との偏差を第１の補償要素を介して上記増幅器に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、推力指令値と上記推力検出手段による推力検出値との偏差を第２の補償要素を介して上記増幅器に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成すると共に、上記第１の補償要素の出力と第２の補償要素の出力のうち値が小さい方の出力を上記増幅器に入力させるようにして上記第１の閉ループ系と第２の閉ループ系とを切り換える制御系切換手段を設けたものである。
【００１２】
【作用】この発明によれば、速度指令値をＶｃ，速度検出値をＶ，推力指令値をＦｃ，圧力検出値をＦ，第１の補償要素のゲインをＧｖ，第２の補償要素のゲインをＧｆとすると、（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖ＜（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆのときは操作量（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖが上記増幅器に入力されて、第１の閉ループ系による速度制御が行なわれ、（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖ≧（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆのときは操作量（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆが上記増幅器に入力されて、第２の閉ループ系による推力制御が行なわれる。
【００１３】したがって、制御の切換点では（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖ＝（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆであり、操作量が（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖから（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆになっても飛躍は起こらず、制御系切換時にハンチング現象が発生するようなことはない。また、各補償要素のゲインＧｖ，Ｇｆを各々単独に最適値に設定できるため、各制御の特性も良好で効率のよいものとし、動特性を損なうことなく静的な制御精度も向上することができ、Ｇｆに積分補償などをすれば非常にシャープなカットオフ特性を実現することができる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図１はこの発明の一実施例の油圧アクチュエータの速度・推力制御装置の構成を示すブロック図であり、図２はその具体的な機構及び回路例を示す図である。
【００１５】まず図１によってこの実施例の構成を説明すると、２０は油圧アクチュエータ部であり、油圧アクチュエータである油圧シリンダ２１と、この油圧シリンダ２１に圧油を供給してその動作速度と推力を制御する制御弁である三方弁２２と、この三方弁２２を駆動する増幅器２３と、油圧シリンダ２１の動作速度を検出する速度センサ２４（速度検出手段）と、油圧シリンダ２１の推力を検出する圧力センサ２５（推力検出手段）とからなる。
【００１６】一方、３０は速度・推力補償部であり、偏差検出部３１，３２とサーボ増幅器等による第１の補償要素３３及び第２の補償要素３４と制御系切換回路３５（制御系切換手段）とからなる。
【００１７】そして、偏差検出部３１によって速度指令値Ｖｃと速度センサ２４による速度検出値Ｖf/b との偏差ΔＶを検出し、それを第１の補償要素３３を介して増幅器２３に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、偏差検出部３２によって推力指令値Ｆｃと圧力センサ２５による推力検出値Ｆf/b との偏差ΔＦを検出し、それを第２の補償要素３４を介して増幅器２３に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成し、制御系切換回路３５が第１の補償要素３３の出力と第２の補償要素３４の出力のうち値が小さい方の出力を増幅器２３に入力させるようにして、第１の閉ループ系と第２の閉ループ系とを切り換える。
【００１８】図２の（Ａ）によってさらに具体的に説明すると、三方弁２２はスプリングオフセット形の電磁三方弁であり、シリンダ２２ａ内で摺動自在なスプール２２ｂがスプリング２２ｃによって図で右方へ付勢されており、ソレノイド２２ｄが増幅器２３の出力電流Ｉｓによって付勢されると、その電磁力により作動するプッシュロッド２２ｅによって左方へ押し戻される。
【００１９】そして、図示の中立状態では方向切換弁２７を介してシリンダ２１に接続されたポートＣを閉鎖しているが、増幅器２３の出力電流Ｉｓが増加すると、ソレノイド２２ｄの電磁力が強まるのでスプール２２ｂがスプリング２２ｃの付勢力に抗して左行し、ポートＣを油圧ポンプ２８からの圧油供給ラインに接続されたポートＰに接続する。それによって、シリンダ２１へ圧油が供給されてそのピストンを作動させる。その動作速度は、増幅器２３の出力電流Ｉｓが増加する程供給される油量が多くなるので速くなる。
【００２０】これと逆に、増幅器２３の出力電流Ｉｓが減少すると、ソレノイド２２ｄの電磁力が弱まるのでスプール２２ｂがスプリング２２ｃの付勢力によって右行し、ポートＣをタンク２６に接続されたポートＴに接続する。それによって、シリンダ２１内の油圧が低下してそのピストンの作動が停止する。そして、増幅器２３の出力電流Ｉｓが減少する程圧油のタンクへの流出量が増加するため、ピストンの推力が減少する。方向切換弁２７を切り換えると、油圧シリンダ２１のピストンの移動方向が逆になる。
【００２１】速度センサ２４は、例えば油圧シリンダ２１のピストンロッド２１ａに取付けたエンコーダと、ピストンロッド２１ａの移動に応じてそのエンコーダが発生するパルスの周波数を電圧信号に変換するＦ／Ｖ変換器によって構成し、油圧シリンダ２１の動作速度を検出して、その検出値Ｖf/b を速度・推力補償部３０へフイードバックする。
【００２２】圧力センサ２５は、三方弁２２から油圧シリンダ２１への圧油供給ラインの圧力を検出して電圧信号に変換し、油圧シリンダ２１の推力検出値Ｆf/b として速度・推力補償部３０へフイードバックする。この推力検出手段としては、ロードセルを使用してもよい。
【００２３】速度・推力補償部３０の第１の補償要素３３は、比例増幅部３３ａ，積分増幅部３３ｂ，及び微分増幅部３３ｃの並列回路で構成されており、場合によってはこれらの１つあるいは２つを組み合わせて用いてもよい。第２の補償要素３４も、比例増幅部３４ａ，積分増幅部３４ｂ，及び微分増幅部３４ｃの並列回路で構成されており、場合によってはこれらの１つあるいは２つを組み合わせて用いてもよい。
【００２４】制御系切換回路３５は、第１の補償要素３３の出力値Ｖｓ（速度操作量）と第２の補償要素３４の出力値Ｆｓ（推力操作量）の値を比較する比較器３６と、その出力によって切換制御されるスイッチ回路３７とからなり、Ｖｓ＜Ｆｓのときは、比較器３６の出力がローレベル“Ｌ”になっていてスイッチ回路３７をＡ側にして、第１の補償要素３３の出力値Ｖｓを操作量Ｓとして増幅器２３に入力させ、Ｖｓ≧Ｆｓになると、比較器３６の出力がハイレベル“Ｈ”になってスイッチ回路３７をＢ側に切り換えて、第２の補償要素３４の出力値Ｆｓを操作量Ｓとして増幅器２３に入力させる。
【００２５】あるいは、この制御系切換回路３５に代えて、図２の（Ｂ）に示すように、第１の補償要素３３の出力値Ｖｓと第２の補償要素３４の出力値Ｆｓをそれぞれ反転入力とする２個のオペアンプ３９ａ，３９ｂと、その各出力端子にカソード側を非反転入力端子にアノード側をそれぞれ接続した２個のダイオードＤａ，Ｄｂを組合わせ、入力ＶｓとＦｓのうち値が小さい方の信号を操作量Ｓとして増幅器２３に入力させるようにしてもよい。
【００２６】なお、この実施例では三方弁２２として、スプリングオフセット形の電磁三方弁を用いているので、制御系切換回路３５からの出力がゼロのときに、この三方弁２２が図２の（Ａ）に示す中立位置となるように、加算回路３８によって制御系切換回路３５からの出力にバイアス電圧Ｅｂを加えて増幅器２３に入力させるようにしている。
【００２７】次に、この実施例の作用を図３乃至図８の線図によって説明する。図３乃至図５はこの実施例の静特性を示す線図であり、図３は油圧シリンダ２１を速度制御するシリンダストローク時における速度指令値Ｖｃとシリンダ速度Ｖ（Ｖf/b として検出）との関係を示す。
【００２８】図４は、油圧シリンダ２１を推力制御するシリンダストップ時（ピストンロット２１ａに大負荷がかかったり、シリンダエンドに至った時）における推力指令値Ｆｃとシリンダ推力Ｆ（Ｆf/b として検出）との関係を示す。図５は、速度／推力切換時のシリンダ速度と推力指令値との関係を示し、従来のこの種の装置の静特性は破線で示すようになっていたが、この実施例によれば実線で示すように静特性が向上する。
【００２９】図６乃至図８はそれぞれ動特性（過渡特性）を示す線図であり、図６はシリンダストローク時、図７はシリンダストップ時、図８は速度／推力切換時における速度指令Ｖｃと検出速度Ｖf/b 及び推力指令Ｆｃと検出推力Ｆf/b の関係をそれぞれ示す。
【００３０】図９は図２の（Ａ）の各部の出力特性を示す線図であり、（イ）はシリンダ速度の誤差である偏差ΔＶ＝Ｖｃ−Ｖf/b と、推力の誤差である偏差ΔＦ＝Ｆｃ−Ｆf/b の各変化を示す。シリンダエンドに至ると、推力Ｆは急激に上昇して指令値Ｆｃに近づくため偏差ΔＦは急激に減少して、第２の補償要素３４の出力Ｆｓが減少する。そして、この値がこれ迄速度Ｖを制御していた第１の補償要素３３の出力Ｖｓを下回るため、速度は減少してゼロに近づく。このとき、増幅器２３にはＦｓが受け渡されて、三方弁２２は検出推力Ｆf/b が推力指令Ｆｃの値を保つように供給油圧を調整する。
【００３１】（ロ）は第２の補償要素３４内の比例増幅部３４ａ，積分増幅部３４ｂ，及び微分増幅部３４ｃの各出力値Ｐｆ（比例分），Ｉｆ（積分分），Ｄｆ（微分分）を示し、それらの合計である推力操作量Ｆｓを（ハ）に示す。これが第２の補償要素３４の出力値としてスイツチ回路３７の固定端子Ｂへ送られる。
【００３２】（ニ）は第１の補償要素３３内の比例増幅部３３ａ，積分増幅部３３ｂ，及び微分増幅部３３ｃの各出力値Ｐｖ（比例分），Ｉｖ（積分分），Ｄｖ（微分分）を示し、それらの合計である速度操作量Ｖｓを（ホ）に示す。これが第１の補償要素３３の出力値としてスイツチ回路３７の固定端子Ａへ送られる。この操作量ＶｓとＦｓのうちの値が小さい方が制御系切換回路３５によって選択されて、（ヘ）に示す操作量Ｓとして増幅器２３に入力される。
【００３３】このようにして、操作量がＶｓ＜Ｆｓのときは速度操作量Ｖｓによる速度制御を行ない、Ｖｓ≧Ｆｓになると推力操作量Ｆｓによる推力制御を行なうので、その切換点ではＶｓ＝Ｆｓであり、操作量ＳがＶｓからＦｓに切り換わっても飛躍は起こらず、切換時にハンチング現象が発生するようなことはない。
【００３４】なお、，第１の補償要素３３の総合ゲインをＧｖ，第２の補償要素３４の総合ゲインをＧｆとすると、操作量Ｖｓ及びＦｓは次式により求められる。
Ｖｓ＝Ｐｖ＋Ｉｖ＋Ｄｖ＝（Ｖｃ−Ｖf/b）ＧｖＦｓ＝Ｐｆ＋Ｉｆ＋Ｄｆ＝（Ｆｃ−Ｆf/b）Ｇｆそして、（Ｖｃ−Ｖf/b）Ｇｖ＜（Ｆｃ−Ｆf/b）Ｇｆ のときは第１の閉ループ系による速度制御が行なわれ、（Ｖｃ−Ｖf/b）Ｇｖ≧（Ｆｃ−Ｆf/b）Ｇｆのときは第２の閉ループ系による推力制御が行なわれる。
【００３５】さて、第１，第２の補償要素３３，３４の形態は様々なものがあり、また本構成によればそれらに対応することが容易である。ここでは、代表的なものとしてＰＩＤ補償を用いて説明した。この場合、各補償要素のゲインＧｖ（比例増幅部３３ａ，積分増幅部３３ｂ，及び微分増幅部３３ｃの各ゲイン），Ｇｆ（比例増幅部３４ａ，積分増幅部３４ｂ，及び微分増幅部３４ｃの各ゲイン）を各々単独に最適値に設定できるため、各制御の特性も良好で効率のよいものとすることができ、Ｇｆに積分補償などを用いているので、非常にシャープなカットオフ特性を実現することができる。
【００３６】次に、この実施例によって射出成形機の射出シリンダの工程を制御する場合の作用について、図１０R>０乃至図１２によって説明する。図１０乃至図１２において、図１及び図２の（Ａ）と対応する部分には同一の符号を付してある。４０は固定型４０ａと移動型４０ｂからなる金型で、内部に成形すべき品物の形状に応じたキャビティ４０ｃとそこへ通じるゲート４０ｄを形成している。
【００３７】４１は先端にノズル４１ａを備えた加熱シリンダで、内部に回転及び摺動可能なスクリュ４２を有し、図示しないホッパから樹脂材料が供給されると、図示しないヒータによって加熱して溶融させる。そして、スクリュ４２が図示しない油圧モータによって回転され、射出シリンダ２１によって矢示方向へ押し込まれると、溶融した樹脂４３が押し出されてノズル４１ａから金型４０のゲート４０ｄ内に射出される。これらは公知の射出成形機の構成である。
【００３８】この射出シリンダ２１の後部室２１ａ又は前部室２１ｂに方向切換弁２７及び三方弁２２を介して油圧ポンプ２８からの圧油を導入して、射出成形工程を制御する。この射出シリンダ２１の動きは、始めは加熱シリンダ４１の先頭部のノズル４１ａから樹脂４３が射出され、金型４０のゲート４０ｄに至るまで軽負荷で速く動き、次に金型４０のキャビティ４０ｃに樹脂４３を注入するとき、ゲート通過の圧力損失分だけ加熱シリンダ４１内の樹脂圧が上昇する。同時に、射出シリンダ２１の後部室２１ａの油圧力すなわち推力が上昇する。この値が推力指令値Ｆｃに近づくことにより速度Ｖを減少し、樹脂４３のゲート部圧力損失を補償する“圧力射出”となり、低速行程となる。
【００３９】次に、推力指令値Ｆｃを上昇させることにより再度高速射出が行なわれ、金型４０のキャビティ４０ｃが充填されると樹脂圧力は更に上昇し、再度推力指定値Ｐｃに近づくため、速度Ｖは減少し、推力制御をする“保圧行程”に移行する。図１０は、加熱シリンダ４１のノズル４１ａが金型４０に到達して、樹脂４３がゲート４０ｄ内に注入され始めるまでの工程を示す。この工程では、射出シリンダ２１がスクリュ４２を高速で押すので負荷圧は軽く、射出シリンダ２１への供給流量は多いため図６に示したような速度制御を行なう。これは図５のＡ−Ｂ部でありシリンダ速度一定の制御領域である。
【００４０】すなわち、速度検出値Ｖf/b は速度指令値Ｖｃに近づき、推力検出値Ｆf/b は推力指令値Ｆｃよりかなり小さいので、速度偏差ΔＶと推力偏差ΔＦとを比較するとΔＶ＜ΔＦなので、第１の補償要素３３が出力する操作量Ｖｓと第２の補償要素３４が出力する操作量ＦｓもＶｓ＜Ｆｓになるので、制御系切換回路３５は図１０１０に矢印付き実線で示すように値が小さい方の操作量Ｖｓを選択して操作量Ｓとして増幅器２３に入力させる。それにより、増幅器２３はその入力操作量Ｓに応じて出力電流Ｉｓ即ち三方弁２２のソレノイドに流す電流を増減して油圧ポンプ２８から射出シリンダ２１への圧油供給量を制御する。
【００４１】図１１は、加熱シリンダ４１のノズル４１ａから射出される樹脂４３が金型４０のゲート孔を通して型室４０ｃ内へ注入される工程を示す。この工程では、樹脂４３がゲート４０ｄを通過するために圧力損失を生じ、これを補償するために射出シリンダ２１への供給油圧が上昇し、これによってＦf/b はＦｃに近づく。従ってＦｓの値が減少し、Ｖｓの値を下回るようになるため、ポンプ２８は吐出流量を減少し、射出シリンダ２１の速度が遅くなる。
【００４２】そして、Ｖｓ＝Ｆｓになるまでは、制御系切換回路３５が矢印付き破線で示すように、第１の補償要素３３が出力する操作量Ｖｓを選択して操作量Ｓとして増幅器２３に入力させて速度制御を行なっているが、Ｖｓ＝Ｆｓになると矢印付き実線で示すように、第２の補償要素３４が出力する操作量Ｆｓを選択して操作量Ｓとして増幅器２３に入力させるように制御系を切り換え、以後Ｖｓ≧Ｆｓの間は図７に示したような推力制御を行なう。これは図５のＢ−Ｃ部でありシリンダ推力一定の制御領域である。
【００４３】図１２は、金型４０の型室４０ｃ内に樹脂４３が充満した後の保圧工程を示す。この工程では、射出シリンダ２１のピストンが停止するのでシリンダ速度はゼロになるが、一定の圧力を保持する必要があるため前述の推力制御を継続する。これは図５にＢで示すシリンダ速度ゼロで推力一定の制御点である。このように、この実施例の装置を用いることにより、射出成形機における速度／推力制御を行なう工程を、単一の油圧ポンプと射出シリンダの組合せで実現できる。しかも、そのためのコストアップを最小限に抑えることができる。
【００４４】さて、上述の実施例においては、速度／推力制御の切り換え時に、図８の推力特性曲線に見られるように多少のオーバシュートが発生するが、これを小さくするようにしたこの発明の他の実施例について、図１３R>３乃至図１５によって説明する。図１３はこの実施例の要部のみを示す回路図であり、その他の部分は図２の（Ａ）に示した前述の実施例と同じである。
【００４５】この実施例は、第２の補償要素３４′が図２R>２の（Ａ）の第２の補償要素３４と若干異なり、その比例増幅部３４ａ′の特性を図１４に示すような非線形特性にする。さらに、比例増幅部３４ａ′，積分増幅部３４ｂ，微分増幅部３４ｃの各出力を合算した後補正増幅部３４ｄを通して出力するようにし、その補正増幅部３４ｄの特性を図１５に示すように非線形（必ずしも非線形でなくてもよい）にすることにより、更にオーバシュートを抑えられるが、この補正増幅部３４ｄを設けずに、比例増幅部３４ａ′の特性を図１４に示すような非線形特性にするだけでも有効である。
【００４６】このように、制御切換時のオーバシュート（圧力ピーク）を抑制することにより、この装置を使用する場合の安全性を高め、ショック（騒音や振動）を低減することができ、制御対象を保護することができる。例えば、ケーブルの張力制御をするような場合、オーバシュートによってケーブルが切断されるような恐れがなくなる。また、ショック低減は構造振動を抑えるものであり、工作機械や射出成形機等の産業機械においては、公害低減の効果がある他に、製品の寸法精度向上にも寄与すると思料される。
【００４７】なお、上述の各実施例では、この発明を油圧シリンダの速度・推力制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は油圧モータのような他の油圧アクチュエータの速度・推力制御装置にも同様に適用できる。その場合、油圧アクチュエータの動作速度の検出を回転数の検出によって行なうようにしてもよいことは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明による油圧アクチュエータの速度・推力制御装置は、制御切換時にハンチング現象が発生することなくなめらかに切り換えがなされ、各補償要素のゲインも最適に選択できるので効率がよく、動特性を損なうことなく静的な制御精度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】同じくその具体的な機構及び回路例を示す構成図である。
【図３】同じくそのシリンダストローク時の静特性を示す線図である。
【図４】同じくそのシリンダストップ時の静特性を示す線図である。
【図５】同じくその速度／推力切換時の静特性を示す線図である。
【図６】同じくそのシリンダストローク時の動特性を示す線図である。
【図７】同じくそのシリンダストップ時の動特性を示す線図である。
【図８】同じくその速度／推力切換時の動特性を示す線図である。
【図９】同じく制御切換時における図２に示した装置の各部の出力特性を示す線図である。
【図１０】図２に示した実施例によって射出成形機の射出シリンダの工程を制御する場合の金型内への樹脂の注入が始まるまでの初期工程を示す図である。
【図１１】同じく樹脂の注入が開始された後の中期工程を示す図である。
【図１２】同じく金型内に樹脂が充満した後の保圧工程を示す図である。
【図１３】制御切換時に発生するオーバシュートを抑制するようにしたこの発明の他の実施例の要部のみを示す回路図である。
【図１４】図１３における比例増幅部３４ａ′の特性例を示す線図である。
【図１５】同じく図１３における補正増幅部３４ｄの特性例を示す線図である。
【図１６】従来の可変容量形油圧ポンプによる流量・圧力制御装置の一例を示すブロック図である。
【図１７】同じくそれを改良した従来の流量・圧力制御装置の異なる例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２０ 油圧アクチュエータ部 ２１ 油圧シリンダ，射出シリンダ
２２ 三方弁（制御弁） ２３ 増幅器
２４ 速度センサ（速度検出手段） ２５ 圧力センサ（推力検出手段）
２６ タンク ２７ 方向切換弁
２８ 油圧ポンプ ３０ 速度・推力補償部
３１，３２ 偏差検出部 ３３ 第１の補償要素
３４，３４′ 第２の補償要素
３３ａ，３４ａ，３４ａ′ 比例増幅部
３３ｂ，３４ｂ 積分増幅部 ３３ｃ，３４ｃ 微分増幅部
３４ｄ 補正増幅部 ３５ 制御系切換回路
３６ 比較器 ３７ スイッチ回路
３８ 加算回路 ４０ 金型
４１ 加熱シリンダ ４２ スクリュ
４３ 樹脂 ４５ 方向切換弁
５１，５２ ウインドコンパレータ回路
Ｖｃ 速度指令値 Ｆｃ 推力指令値
Ｖ シリンダ速度 Ｆ シリンダ推力
Ｖf/b 速度検出値 Ｆf/b 推力検出値
ΔＶ 速度の偏差 ΔＦ 推力の偏差
Ｖｓ 速度の操作量 Ｆｓ 推力操作量
Ｓ 操作量 Ｉｓ 増幅器２３の出力電流
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、油圧シリンダ，油圧モータ等の油圧アクチュエータの動作速度を速度指令値に保つ速度制御系と、その推力を推力指令値に保つ推力制御系とを備えた油圧アクチュエータの速度・推力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような油圧アクチュエータの速度・推力制御装置に類似した従来の装置として、例えば特開昭６４−３２０８２号公報に記載されているような流体ポンプの流量・圧力制御装置がある。
【０００３】その基本的なものは図１６に示すように構成され、通常の流量制御のときにはスイッチ４がＡ側に切り換わっており、可変容量形油圧ポンプ部（流体ポンプである可変容量形油圧ポンプとその斜板等の容量可変機構を制御する手段及びそれを駆動する増幅器等を含む）１の例えば斜板に取付けた角度センサにより斜板角度θすなわち吐出流量Ｑを検出し、流量指示値Ｑｃとの偏差を補正要素であるサーボ増幅器２に入力させ、その出力によって吐出流量Ｑが流量指示値Ｑｃと一致するように可変容量形油圧ポンプ部１の斜板角度をフィードバック制御する。その結果、シリンダ６は一定の移動速度で駆動される。
【０００４】そして、シリンダ６がストロークエンドに達するか対象物１０に当って機械的に停止すると、シリンダ６内の圧力が急激に上昇し始める。その圧力検出値Ｐが圧力指令値Ｐｃと所定値αとの差（Ｐｃ−α；Ｐｃより僅かに低い値）に達すると、比較器５の出力が反転してスイッチ４をＢ側に切り換え、圧力指示値Ｐｃと圧力検出値Ｐの偏差をサーボ増幅器３に入力させ、その出力によって圧力検出値Ｐが圧力指示値Ｐｃと一致するように可変容量形油圧ポンプ部１の斜板角度をフィードバック制御する圧力制御が行なわれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この場合、流量制御状態と圧力制御状態の切換は、（Ｐｃ−α）−Ｐによってのみ下記のように行なわれる。なお、Ｇｐ，Ｇｑはそれぞれサーボ増幅器３，２の増幅率である。
（Ｐｃ−α）−Ｐ ＳＷ４ 油圧ポンプ操作量 ≦０ Ｂ （Ｐｃ−Ｐ）Ｇｐ ＞０ Ａ （Ｑｃ−Ｑ）Ｇｑ
【０００６】ここで、制御状態が切り換わるとき、すなわち（Ｐｃ−α）−Ｐ＝０のとき、（Ｐｃ−Ｐ）Ｇｐと（Ｑｃ−Ｑ）Ｇｑは通常等しくない（等しくなることもあり得るが、状態によって変化するため一般には等しくない）。したがって、吐出負荷回路圧が上昇して（Ｐｃ−α）−Ｐ＝０になったとき、油圧ポンプ操作量に飛躍が起きる。すなわち、（Ｑｃ−Ｑ）Ｇｑから（Ｐｃ−Ｐ）Ｇｐへ信号が低下する、それによって瞬間的に負荷圧力が降下して（Ｐｃ−α）−Ｐ＞０になり、操作量が再度飛躍する。これを繰り返してハンチング状態となる。
【０００７】このような問題を改善するために、特開昭６４−３２０８２号公報には図１７の(Ａ)及び(Ｂ)に示すように構成した流量・圧力制御装置が提案されている。これらの図において、図１６と対応する部分には同一の符号を付してある。なお、１１は方向切換弁、１２は出力電圧上限リミット回路である。
【０００８】これらの構成によれば、サーボ増幅器２，３の増幅率をＧｑ，Ｇｐとしたとき、流量制御のゲインはＧｑで決定され、圧力制御のゲインはＧｐ×Ｇｑで決定され、流量制御／圧力制御切換特性（カットオフ幅）はＧｐによって決定される。これらによれば、前述の場合のような制御切換時における油圧ポンプ操作量の飛躍は起こらず、切換点におけるハンチング現象は改善される。
【０００９】しかし、一般に圧力制御は流量制御に比べてフィードバックゲインが高いため、制御ゲインを低くおさえなければならない。そこで、Ｇｐ×Ｇｑを低くしたいが、Ｇｑが高いためＧｐを非常に低くしなければならず、その結果カットオフ幅が大きくなり、ポンプの最大動力点を使えなくなる等の問題が生じる。これを改善する目的でＧｐを高くするとＧｑを低くせざるを得ず、そうすると流量制御時の応答性が低下するという問題が生じる。このような問題は、上述の油圧ポンプを油圧アクチュエータに置き換え、その動作速度及び推力を検出してフィードバック制御を行なうようにした油圧アクチュエータの速度・推力制御装置においても同様に生じる。
【００１０】この発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、油圧アクチュエータの速度・推力制御装置において、制御切換時にハンチング現象が発生することなくなめらかに切り換えがなされ、且つ各補償要素のゲインを最適に選択できるようにして効率をよくし、動特性を損なうことなく静的な制御精度も向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明による油圧アクチュエータの速度・推力制御装置は、上記の目的を達成するため、油圧シリンダ，油圧モータ等の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに圧油を供給してその動作速度と推力を制御する制御弁と、該制御弁を駆動する増幅器と、上記油圧アクチュエータの動作速度を検出する速度検出手段と、その推力を検出する推力検出手段とを備え、速度指令値と上記速度検出手段による速度検出値との偏差を第１の補償要素を介して上記増幅器に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、推力指令値と上記推力検出手段による推力検出値との偏差を第２の補償要素を介して上記増幅器に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成すると共に、上記第１の補償要素の出力と第２の補償要素の出力のうち値が小さい方の出力を上記増幅器に入力させるようにして上記第１の閉ループ系と第２の閉ループ系とを切り換える制御系切換手段を設けたものである。
【００１２】
【作用】この発明によれば、速度指令値をＶｃ，速度検出値をＶ，推力指令値をＦｃ，圧力検出値をＦ，第１の補償要素のゲインをＧｖ，第２の補償要素のゲインをＧｆとすると、（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖ＜（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆのときは操作量（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖが上記増幅器に入力されて、第１の閉ループ系による速度制御が行なわれ、（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖ≧（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆのときは操作量（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆが上記増幅器に入力されて、第２の閉ループ系による推力制御が行なわれる。
【００１３】したがって、制御の切換点では（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖ＝（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆであり、操作量が（Ｖｃ−Ｖ）Ｇｖから（Ｆｃ−Ｆ）Ｇｆになっても飛躍は起こらず、制御系切換時にハンチング現象が発生するようなことはない。また、各補償要素のゲインＧｖ，Ｇｆを各々単独に最適値に設定できるため、各制御の特性も良好で効率のよいものとし、動特性を損なうことなく静的な制御精度も向上することができ、Ｇｆに積分補償などをすれば非常にシャープなカットオフ特性を実現することができる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図１はこの発明の一実施例の油圧アクチュエータの速度・推力制御装置の構成を示すブロック図であり、図２はその具体的な機構及び回路例を示す図である。
【００１５】まず図１によってこの実施例の構成を説明すると、２０は油圧アクチュエータ部であり、油圧アクチュエータである油圧シリンダ２１と、この油圧シリンダ２１に圧油を供給してその動作速度と推力を制御する制御弁である三方弁２２と、この三方弁２２を駆動する増幅器２３と、油圧シリンダ２１の動作速度を検出する速度センサ２４（速度検出手段）と、油圧シリンダ２１の推力を検出する圧力センサ２５（推力検出手段）とからなる。
【００１６】一方、３０は速度・推力補償部であり、偏差検出部３１，３２とサーボ増幅器等による第１の補償要素３３及び第２の補償要素３４と制御系切換回路３５（制御系切換手段）とからなる。
【００１７】そして、偏差検出部３１によって速度指令値Ｖｃと速度センサ２４による速度検出値Ｖf/b との偏差ΔＶを検出し、それを第１の補償要素３３を介して増幅器２３に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、偏差検出部３２によって推力指令値Ｆｃと圧力センサ２５による推力検出値Ｆf/b との偏差ΔＦを検出し、それを第２の補償要素３４を介して増幅器２３に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成し、制御系切換回路３５が第１の補償要素３３の出力と第２の補償要素３４の出力のうち値が小さい方の出力を増幅器２３に入力させるようにして、第１の閉ループ系と第２の閉ループ系とを切り換える。
【００１８】図２の（Ａ）によってさらに具体的に説明すると、三方弁２２はスプリングオフセット形の電磁三方弁であり、シリンダ２２ａ内で摺動自在なスプール２２ｂがスプリング２２ｃによって図で右方へ付勢されており、ソレノイド２２ｄが増幅器２３の出力電流Ｉｓによって付勢されると、その電磁力により作動するプッシュロッド２２ｅによって左方へ押し戻される。
【００１９】そして、図示の中立状態では方向切換弁２７を介してシリンダ２１に接続されたポートＣを閉鎖しているが、増幅器２３の出力電流Ｉｓが増加すると、ソレノイド２２ｄの電磁力が強まるのでスプール２２ｂがスプリング２２ｃの付勢力に抗して左行し、ポートＣを油圧ポンプ２８からの圧油供給ラインに接続されたポートＰに接続する。それによって、シリンダ２１へ圧油が供給されてそのピストンを作動させる。その動作速度は、増幅器２３の出力電流Ｉｓが増加する程供給される油量が多くなるので速くなる。
【００２０】これと逆に、増幅器２３の出力電流Ｉｓが減少すると、ソレノイド２２ｄの電磁力が弱まるのでスプール２２ｂがスプリング２２ｃの付勢力によって右行し、ポートＣをタンク２６に接続されたポートＴに接続する。それによって、シリンダ２１内の油圧が低下してそのピストンの作動が停止する。そして、増幅器２３の出力電流Ｉｓが減少する程圧油のタンクへの流出量が増加するため、ピストンの推力が減少する。方向切換弁２７を切り換えると、油圧シリンダ２１のピストンの移動方向が逆になる。
【００２１】速度センサ２４は、例えば油圧シリンダ２１のピストンロッド２１ａに取付けたエンコーダと、ピストンロッド２１ａの移動に応じてそのエンコーダが発生するパルスの周波数を電圧信号に変換するＦ／Ｖ変換器によって構成し、油圧シリンダ２１の動作速度を検出して、その検出値Ｖf/b を速度・推力補償部３０へフイードバックする。
【００２２】圧力センサ２５は、三方弁２２から油圧シリンダ２１への圧油供給ラインの圧力を検出して電圧信号に変換し、油圧シリンダ２１の推力検出値Ｆf/b として速度・推力補償部３０へフイードバックする。この推力検出手段としては、ロードセルを使用してもよい。
【００２３】速度・推力補償部３０の第１の補償要素３３は、比例増幅部３３ａ，積分増幅部３３ｂ，及び微分増幅部３３ｃの並列回路で構成されており、場合によってはこれらの１つあるいは２つを組み合わせて用いてもよい。第２の補償要素３４も、比例増幅部３４ａ，積分増幅部３４ｂ，及び微分増幅部３４ｃの並列回路で構成されており、場合によってはこれらの１つあるいは２つを組み合わせて用いてもよい。
【００２４】制御系切換回路３５は、第１の補償要素３３の出力値Ｖｓ（速度操作量）と第２の補償要素３４の出力値Ｆｓ（推力操作量）の値を比較する比較器３６と、その出力によって切換制御されるスイッチ回路３７とからなり、Ｖｓ＜Ｆｓのときは、比較器３６の出力がローレベル“Ｌ”になっていてスイッチ回路３７をＡ側にして、第１の補償要素３３の出力値Ｖｓを操作量Ｓとして増幅器２３に入力させ、Ｖｓ≧Ｆｓになると、比較器３６の出力がハイレベル“Ｈ”になってスイッチ回路３７をＢ側に切り換えて、第２の補償要素３４の出力値Ｆｓを操作量Ｓとして増幅器２３に入力させる。
【００２５】あるいは、この制御系切換回路３５に代えて、図２の（Ｂ）に示すように、第１の補償要素３３の出力値Ｖｓと第２の補償要素３４の出力値Ｆｓをそれぞれ反転入力とする２個のオペアンプ３９ａ，３９ｂと、その各出力端子にカソード側を非反転入力端子にアノード側をそれぞれ接続した２個のダイオードＤａ，Ｄｂを組合わせ、入力ＶｓとＦｓのうち値が小さい方の信号を操作量Ｓとして増幅器２３に入力させるようにしてもよい。
【００２６】なお、この実施例では三方弁２２として、スプリングオフセット形の電磁三方弁を用いているので、制御系切換回路３５からの出力がゼロのときに、この三方弁２２が図２の（Ａ）に示す中立位置となるように、加算回路３８によって制御系切換回路３５からの出力にバイアス電圧Ｅｂを加えて増幅器２３に入力させるようにしている。
【００２７】次に、この実施例の作用を図３乃至図８の線図によって説明する。図３乃至図５はこの実施例の静特性を示す線図であり、図３は油圧シリンダ２１を速度制御するシリンダストローク時における速度指令値Ｖｃとシリンダ速度Ｖ（Ｖf/b として検出）との関係を示す。
【００２８】図４は、油圧シリンダ２１を推力制御するシリンダストップ時（ピストンロット２１ａに大負荷がかかったり、シリンダエンドに至った時）における推力指令値Ｆｃとシリンダ推力Ｆ（Ｆf/b として検出）との関係を示す。図５は、速度／推力切換時のシリンダ速度と推力指令値との関係を示し、従来のこの種の装置の静特性は破線で示すようになっていたが、この実施例によれば実線で示すように静特性が向上する。
【００２９】図６乃至図８はそれぞれ動特性（過渡特性）を示す線図であり、図６はシリンダストローク時、図７はシリンダストップ時、図８は速度／推力切換時における速度指令Ｖｃと検出速度Ｖf/b 及び推力指令Ｆｃと検出推力Ｆf/b の関係をそれぞれ示す。
【００３０】図９は図２の（Ａ）の各部の出力特性を示す線図であり、（イ）はシリンダ速度の誤差である偏差ΔＶ＝Ｖｃ−Ｖf/b と、推力の誤差である偏差ΔＦ＝Ｆｃ−Ｆf/b の各変化を示す。シリンダエンドに至ると、推力Ｆは急激に上昇して指令値Ｆｃに近づくため偏差ΔＦは急激に減少して、第２の補償要素３４の出力Ｆｓが減少する。そして、この値がこれ迄速度Ｖを制御していた第１の補償要素３３の出力Ｖｓを下回るため、速度は減少してゼロに近づく。このとき、増幅器２３にはＦｓが受け渡されて、三方弁２２は検出推力Ｆf/b が推力指令Ｆｃの値を保つように供給油圧を調整する。
【００３１】（ロ）は第２の補償要素３４内の比例増幅部３４ａ，積分増幅部３４ｂ，及び微分増幅部３４ｃの各出力値Ｐｆ（比例分），Ｉｆ（積分分），Ｄｆ（微分分）を示し、それらの合計である推力操作量Ｆｓを（ハ）に示す。これが第２の補償要素３４の出力値としてスイツチ回路３７の固定端子Ｂへ送られる。
【００３２】（ニ）は第１の補償要素３３内の比例増幅部３３ａ，積分増幅部３３ｂ，及び微分増幅部３３ｃの各出力値Ｐｖ（比例分），Ｉｖ（積分分），Ｄｖ（微分分）を示し、それらの合計である速度操作量Ｖｓを（ホ）に示す。これが第１の補償要素３３の出力値としてスイツチ回路３７の固定端子Ａへ送られる。この操作量ＶｓとＦｓのうちの値が小さい方が制御系切換回路３５によって選択されて、（ヘ）に示す操作量Ｓとして増幅器２３に入力される。
【００３３】このようにして、操作量がＶｓ＜Ｆｓのときは速度操作量Ｖｓによる速度制御を行ない、Ｖｓ≧Ｆｓになると推力操作量Ｆｓによる推力制御を行なうので、その切換点ではＶｓ＝Ｆｓであり、操作量ＳがＶｓからＦｓに切り換わっても飛躍は起こらず、切換時にハンチング現象が発生するようなことはない。
【００３４】なお、，第１の補償要素３３の総合ゲインをＧｖ，第２の補償要素３４の総合ゲインをＧｆとすると、操作量Ｖｓ及びＦｓは次式により求められる。
Ｖｓ＝Ｐｖ＋Ｉｖ＋Ｄｖ＝（Ｖｃ−Ｖf/b）ＧｖＦｓ＝Ｐｆ＋Ｉｆ＋Ｄｆ＝（Ｆｃ−Ｆf/b）Ｇｆそして、（Ｖｃ−Ｖf/b）Ｇｖ＜（Ｆｃ−Ｆf/b）Ｇｆ のときは第１の閉ループ系による速度制御が行なわれ、（Ｖｃ−Ｖf/b）Ｇｖ≧（Ｆｃ−Ｆf/b）Ｇｆのときは第２の閉ループ系による推力制御が行なわれる。
【００３５】さて、第１，第２の補償要素３３，３４の形態は様々なものがあり、また本構成によればそれらに対応することが容易である。ここでは、代表的なものとしてＰＩＤ補償を用いて説明した。この場合、各補償要素のゲインＧｖ（比例増幅部３３ａ，積分増幅部３３ｂ，及び微分増幅部３３ｃの各ゲイン），Ｇｆ（比例増幅部３４ａ，積分増幅部３４ｂ，及び微分増幅部３４ｃの各ゲイン）を各々単独に最適値に設定できるため、各制御の特性も良好で効率のよいものとすることができ、Ｇｆに積分補償などを用いているので、非常にシャープなカットオフ特性を実現することができる。
【００３６】次に、この実施例によって射出成形機の射出シリンダの工程を制御する場合の作用について、図１０R>０乃至図１２によって説明する。図１０乃至図１２において、図１及び図２の（Ａ）と対応する部分には同一の符号を付してある。４０は固定型４０ａと移動型４０ｂからなる金型で、内部に成形すべき品物の形状に応じたキャビティ４０ｃとそこへ通じるゲート４０ｄを形成している。
【００３７】４１は先端にノズル４１ａを備えた加熱シリンダで、内部に回転及び摺動可能なスクリュ４２を有し、図示しないホッパから樹脂材料が供給されると、図示しないヒータによって加熱して溶融させる。そして、スクリュ４２が図示しない油圧モータによって回転され、射出シリンダ２１によって矢示方向へ押し込まれると、溶融した樹脂４３が押し出されてノズル４１ａから金型４０のゲート４０ｄ内に射出される。これらは公知の射出成形機の構成である。
【００３８】この射出シリンダ２１の後部室２１ａ又は前部室２１ｂに方向切換弁２７及び三方弁２２を介して油圧ポンプ２８からの圧油を導入して、射出成形工程を制御する。この射出シリンダ２１の動きは、始めは加熱シリンダ４１の先頭部のノズル４１ａから樹脂４３が射出され、金型４０のゲート４０ｄに至るまで軽負荷で速く動き、次に金型４０のキャビティ４０ｃに樹脂４３を注入するとき、ゲート通過の圧力損失分だけ加熱シリンダ４１内の樹脂圧が上昇する。同時に、射出シリンダ２１の後部室２１ａの油圧力すなわち推力が上昇する。この値が推力指令値Ｆｃに近づくことにより速度Ｖを減少し、樹脂４３のゲート部圧力損失を補償する“圧力射出”となり、低速行程となる。
【００３９】次に、推力指令値Ｆｃを上昇させることにより再度高速射出が行なわれ、金型４０のキャビティ４０ｃが充填されると樹脂圧力は更に上昇し、再度推力指定値Ｐｃに近づくため、速度Ｖは減少し、推力制御をする“保圧行程”に移行する。図１０は、加熱シリンダ４１のノズル４１ａが金型４０に到達して、樹脂４３がゲート４０ｄ内に注入され始めるまでの工程を示す。この工程では、射出シリンダ２１がスクリュ４２を高速で押すので負荷圧は軽く、射出シリンダ２１への供給流量は多いため図６に示したような速度制御を行なう。これは図５のＡ−Ｂ部でありシリンダ速度一定の制御領域である。
【００４０】すなわち、速度検出値Ｖf/b は速度指令値Ｖｃに近づき、推力検出値Ｆf/b は推力指令値Ｆｃよりかなり小さいので、速度偏差ΔＶと推力偏差ΔＦとを比較するとΔＶ＜ΔＦなので、第１の補償要素３３が出力する操作量Ｖｓと第２の補償要素３４が出力する操作量ＦｓもＶｓ＜Ｆｓになるので、制御系切換回路３５は図１０１０に矢印付き実線で示すように値が小さい方の操作量Ｖｓを選択して操作量Ｓとして増幅器２３に入力させる。それにより、増幅器２３はその入力操作量Ｓに応じて出力電流Ｉｓ即ち三方弁２２のソレノイドに流す電流を増減して油圧ポンプ２８から射出シリンダ２１への圧油供給量を制御する。
【００４１】図１１は、加熱シリンダ４１のノズル４１ａから射出される樹脂４３が金型４０のゲート孔を通して型室４０ｃ内へ注入される工程を示す。この工程では、樹脂４３がゲート４０ｄを通過するために圧力損失を生じ、これを補償するために射出シリンダ２１への供給油圧が上昇し、これによってＦf/b はＦｃに近づく。従ってＦｓの値が減少し、Ｖｓの値を下回るようになるため、ポンプ２８は吐出流量を減少し、射出シリンダ２１の速度が遅くなる。
【００４２】そして、Ｖｓ＝Ｆｓになるまでは、制御系切換回路３５が矢印付き破線で示すように、第１の補償要素３３が出力する操作量Ｖｓを選択して操作量Ｓとして増幅器２３に入力させて速度制御を行なっているが、Ｖｓ＝Ｆｓになると矢印付き実線で示すように、第２の補償要素３４が出力する操作量Ｆｓを選択して操作量Ｓとして増幅器２３に入力させるように制御系を切り換え、以後Ｖｓ≧Ｆｓの間は図７に示したような推力制御を行なう。これは図５のＢ−Ｃ部でありシリンダ推力一定の制御領域である。
【００４３】図１２は、金型４０の型室４０ｃ内に樹脂４３が充満した後の保圧工程を示す。この工程では、射出シリンダ２１のピストンが停止するのでシリンダ速度はゼロになるが、一定の圧力を保持する必要があるため前述の推力制御を継続する。これは図５にＢで示すシリンダ速度ゼロで推力一定の制御点である。このように、この実施例の装置を用いることにより、射出成形機における速度／推力制御を行なう工程を、単一の油圧ポンプと射出シリンダの組合せで実現できる。しかも、そのためのコストアップを最小限に抑えることができる。
【００４４】さて、上述の実施例においては、速度／推力制御の切り換え時に、図８の推力特性曲線に見られるように多少のオーバシュートが発生するが、これを小さくするようにしたこの発明の他の実施例について、図１３R>３乃至図１５によって説明する。図１３はこの実施例の要部のみを示す回路図であり、その他の部分は図２の（Ａ）に示した前述の実施例と同じである。
【００４５】この実施例は、第２の補償要素３４′が図２R>２の（Ａ）の第２の補償要素３４と若干異なり、その比例増幅部３４ａ′の特性を図１４に示すような非線形特性にする。さらに、比例増幅部３４ａ′，積分増幅部３４ｂ，微分増幅部３４ｃの各出力を合算した後補正増幅部３４ｄを通して出力するようにし、その補正増幅部３４ｄの特性を図１５に示すように非線形（必ずしも非線形でなくてもよい）にすることにより、更にオーバシュートを抑えられるが、この補正増幅部３４ｄを設けずに、比例増幅部３４ａ′の特性を図１４に示すような非線形特性にするだけでも有効である。
【００４６】このように、制御切換時のオーバシュート（圧力ピーク）を抑制することにより、この装置を使用する場合の安全性を高め、ショック（騒音や振動）を低減することができ、制御対象を保護することができる。例えば、ケーブルの張力制御をするような場合、オーバシュートによってケーブルが切断されるような恐れがなくなる。また、ショック低減は構造振動を抑えるものであり、工作機械や射出成形機等の産業機械においては、公害低減の効果がある他に、製品の寸法精度向上にも寄与すると思料される。
【００４７】なお、上述の各実施例では、この発明を油圧シリンダの速度・推力制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は油圧モータのような他の油圧アクチュエータの速度・推力制御装置にも同様に適用できる。その場合、油圧アクチュエータの動作速度の検出を回転数の検出によって行なうようにしてもよいことは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明による油圧アクチュエータの速度・推力制御装置は、制御切換時にハンチング現象が発生することなくなめらかに切り換えがなされ、各補償要素のゲインも最適に選択できるので効率がよく、動特性を損なうことなく静的な制御精度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】同じくその具体的な機構及び回路例を示す構成図である。
【図３】同じくそのシリンダストローク時の静特性を示す線図である。
【図４】同じくそのシリンダストップ時の静特性を示す線図である。
【図５】同じくその速度／推力切換時の静特性を示す線図である。
【図６】同じくそのシリンダストローク時の動特性を示す線図である。
【図７】同じくそのシリンダストップ時の動特性を示す線図である。
【図８】同じくその速度／推力切換時の動特性を示す線図である。
【図９】同じく制御切換時における図２に示した装置の各部の出力特性を示す線図である。
【図１０】図２に示した実施例によって射出成形機の射出シリンダの工程を制御する場合の金型内への樹脂の注入が始まるまでの初期工程を示す図である。
【図１１】同じく樹脂の注入が開始された後の中期工程を示す図である。
【図１２】同じく金型内に樹脂が充満した後の保圧工程を示す図である。
【図１３】制御切換時に発生するオーバシュートを抑制するようにしたこの発明の他の実施例の要部のみを示す回路図である。
【図１４】図１３における比例増幅部３４ａ′の特性例を示す線図である。
【図１５】同じく図１３における補正増幅部３４ｄの特性例を示す線図である。
【図１６】従来の可変容量形油圧ポンプによる流量・圧力制御装置の一例を示すブロック図である。
【図１７】同じくそれを改良した従来の流量・圧力制御装置の異なる例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２０ 油圧アクチュエータ部 ２１ 油圧シリンダ，射出シリンダ
２２ 三方弁（制御弁） ２３ 増幅器
２４ 速度センサ（速度検出手段） ２５ 圧力センサ（推力検出手段）
２６ タンク ２７ 方向切換弁
２８ 油圧ポンプ ３０ 速度・推力補償部
３１，３２ 偏差検出部 ３３ 第１の補償要素
３４，３４′ 第２の補償要素
３３ａ，３４ａ，３４ａ′ 比例増幅部
３３ｂ，３４ｂ 積分増幅部 ３３ｃ，３４ｃ 微分増幅部
３４ｄ 補正増幅部 ３５ 制御系切換回路
３６ 比較器 ３７ スイッチ回路
３８ 加算回路 ４０ 金型
４１ 加熱シリンダ ４２ スクリュ
４３ 樹脂 ４５ 方向切換弁
５１，５２ ウインドコンパレータ回路
Ｖｃ 速度指令値 Ｆｃ 推力指令値
Ｖ シリンダ速度 Ｆ シリンダ推力
Ｖf/b 速度検出値 Ｆf/b 推力検出値
ΔＶ 速度の偏差 ΔＦ 推力の偏差
Ｖｓ 速度の操作量 Ｆｓ 推力操作量
Ｓ 操作量 Ｉｓ 増幅器２３の出力電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】 油圧シリンダ，油圧モータ等の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに圧油を供給してその動作速度と推力を制御する制御弁と、該制御弁を駆動する増幅器と、前記油圧アクチュエータの動作速度を検出する速度検出手段と、前記油圧アクチュエータの推力を検出する推力検出手段とを備え、速度指令値と前記速度検出手段による速度検出値との偏差を第１の補償要素を介して前記増幅器に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、推力指令値と前記推力検出手段による推力検出値との偏差を第２の補償要素を介して前記増幅器に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成すると共に、前記第１の補償要素の出力と前記第２の補償要素の出力のうち値が小さい方の出力を前記増幅器に入力させるようにして前記第１の閉ループ系と第２の閉ループ系とを切り換える制御系切換手段を設けたことを特徴とする油圧アクチュエータの速度・推力制御装置。
【請求項１】 油圧シリンダ，油圧モータ等の油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに圧油を供給してその動作速度と推力を制御する制御弁と、該制御弁を駆動する増幅器と、前記油圧アクチュエータの動作速度を検出する速度検出手段と、前記油圧アクチュエータの推力を検出する推力検出手段とを備え、速度指令値と前記速度検出手段による速度検出値との偏差を第１の補償要素を介して前記増幅器に入力させて速度制御を行なう第１の閉ループ系と、推力指令値と前記推力検出手段による推力検出値との偏差を第２の補償要素を介して前記増幅器に入力させて推力制御を行なう第２の閉ループ系とを形成すると共に、前記第１の補償要素の出力と前記第２の補償要素の出力のうち値が小さい方の出力を前記増幅器に入力させるようにして前記第１の閉ループ系と第２の閉ループ系とを切り換える制御系切換手段を設けたことを特徴とする油圧アクチュエータの速度・推力制御装置。
【図１】
【図２】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
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【図１１】
【図１２】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開平５−１０６６０７
【公開日】平成５年（１９９３）４月２７日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−２７２４１６
【出願日】平成３年（１９９１）１０月２１日
【出願人】（０００００３３８８）株式会社トキメツク (103)
【公開日】平成５年（１９９３）４月２７日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）１０月２１日
【出願人】（０００００３３８８）株式会社トキメツク (103)
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