JP2000087907A - Speed control method and speed control device in extruder - Google Patents
Speed control method and speed control device in extruderInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【技術分野】本発明は、アルミニウム等の金属の押出機
における速度制御方法および速度制御装置に係り、特
に、油圧シリンダで駆動されるラムを備えた金属押出機
において、油圧シリンダを駆動するための油圧ポンプの
吐出量を調節することにより、製品の押出速度を制御す
る方法および装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed control method and a speed control device for an extruder for metal such as aluminum, and more particularly to a method for driving a hydraulic cylinder in a metal extruder having a ram driven by a hydraulic cylinder. The present invention relates to a method and an apparatus for controlling a product extrusion speed by adjusting a discharge amount of a hydraulic pump.
【０００２】[0002]
【背景技術】アルミニウム等の金属の押出成形に際して
は、製品の押出速度が不安定になると、ループ発生等に
より操業の安定性が阻害されたり、製品材質の低下等の
問題が発生する。そこで、製品の押出速度に関して、高
精度で且つ安定した制御が要求されており、従来から、
製品の押出速度の制御のためにフィードバック制御系
が、採用されている。2. Description of the Related Art In extrusion molding of a metal such as aluminum, if the extrusion speed of a product becomes unstable, the stability of operation is impaired due to the occurrence of a loop or the like, and problems such as deterioration of the material of the product occur. Therefore, high-precision and stable control is required for the extrusion speed of the product.
A feedback control system is employed to control the extrusion rate of the product.
【０００３】ところが、従来の押出速度の制御では、一
般に、実作業での経験等に基づいて特定のパラメータ等
に基づいて固定的に決定された制御ゲインによって、ラ
ム速度をフィードバック制御する制御系が採用されてい
るために、押出材の材質や押出比等の押出条件の変化等
に対応することが極めて困難で、十分な制御効果を安定
して得ることが難しいという問題があった。However, in the conventional control of the extrusion speed, generally, a control system for feedback-controlling the ram speed by a control gain fixedly determined based on specific parameters or the like based on experience in actual work or the like is generally used. Since it is employed, it is extremely difficult to cope with changes in the extrusion conditions such as the material of the extruded material and the extrusion ratio, and there is a problem that it is difficult to stably obtain a sufficient control effect.
【０００４】なお、このような問題に対処するために、
特開平７−２３６９１３号公報には、押出速度の制御に
際し、押出開始準備動作時におけるラムの挙動の検出値
に基づいて製品毎の押出傾向を判断し、個々の製品に応
じた制御ゲインを設定する方法が、開示されている。[0004] In order to deal with such a problem,
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-236913 discloses that in controlling the extrusion speed, the extrusion tendency of each product is determined based on the detected value of the behavior of the ram during the extrusion start preparation operation, and a control gain is set according to each product. A method for doing so is disclosed.
【０００５】しかしながら、かかる方法も、ビレットお
よび製品の材質や形状、押出機の特性等といった押出作
動に対する各種の影響因子に対して、各個別に具体的に
対応して制御するものでなく、そのような各種の影響因
子をまとめて、押出開始準備動作時におけるラム速度勾
配等の実際の挙動によって概略的に判断し、それに応じ
て制御ゲインを切り換えるものであることから、各種の
材質や形状等に対して、未だ、十分に高精度な対応をと
ることが難しかったのである。[0005] However, such a method does not individually and specifically control various influencing factors on the extrusion operation such as the material and shape of the billet and the product, the characteristics of the extruder, and the like. These various influential factors are collectively determined by the actual behavior such as the ram speed gradient at the time of the extrusion start preparation operation, and the control gain is switched accordingly, so that various materials, shapes, etc. However, it was still difficult to respond with sufficiently high precision.
【０００６】[0006]
【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述の如き事情
を背景として為されたものであって、その解決課題とす
るところは、押出速度をより高精度に且つ安定して制御
することの出来る、押出機における速度制御方法と速度
制御装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to control the extrusion speed with higher precision and stability. Another object of the present invention is to provide a speed control method and a speed control device in an extruder.
【０００７】[0007]
【解決手段】そして、かかる課題を解決するために、速
度制御方法に関する本発明の特徴とするところは、油圧
シリンダで駆動されるラムを備えた金属押出機におい
て、ラム速度が目標値となるように、該油圧シリンダを
駆動するための油圧ポンプの吐出量を調節することによ
り、製品の押出速度を制御するに際して、前記油圧ポン
プの吐出量と前記ラム速度との関係を表す数学モデル式
を用い、該数学モデル式に基づいて、該油圧ポンプの吐
出量を調節する制御系における制御ゲインを求める押出
機における速度制御方法にある。In order to solve the problem, a feature of the present invention relating to a speed control method is that, in a metal extruder having a ram driven by a hydraulic cylinder, a ram speed becomes a target value. In controlling the extrusion speed of a product by adjusting the discharge amount of a hydraulic pump for driving the hydraulic cylinder, a mathematical model expression representing a relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the ram speed is used. A speed control method in an extruder for obtaining a control gain in a control system for adjusting a discharge amount of the hydraulic pump based on the mathematical model formula.
【０００８】このような本発明方法に従えば、油圧ポン
プの吐出量と前記ラムの駆動速度との関係を表す数学モ
デル式において、押出速度に影響を与える材質や押出比
等の各種の因子を考慮することが出来るのであり、それ
故、かかる数学モデル式に基づいて制御ゲインを決定す
ることによって、各種条件下での押出作動に対して、各
個別に具体的に対応した制御が可能となり、材質や押出
比等の押出条件の変更に際しても、押出加工の安定性や
効率等が高度に維持されるのである。なお、本発明にお
いて、ラムは、インゴットやビレット等の押出材料に押
出力を及ぼす押出工具であって、ポンチ等を含む概念で
ある。According to the method of the present invention, various factors such as the material and the extrusion ratio which influence the extrusion speed are used in the mathematical model expression representing the relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the drive speed of the ram. Therefore, by determining the control gain based on such a mathematical model formula, it is possible to individually and specifically control the extrusion operation under various conditions, Even when the extrusion conditions such as the material and the extrusion ratio are changed, the stability and efficiency of the extrusion process are maintained at a high level. In the present invention, the ram is an extrusion tool that exerts a pushing force on an extruded material such as an ingot or a billet, and is a concept including a punch and the like.
【０００９】また、本発明方法においては、前記数学モ
デル式として、例えば、（Ｉ）油圧シリンダへの流入油
量とラム変位の関係を表す流量関係式と、（II）ラムの
運動方程式と、（III)所要の押出圧力式と、（IV）押出
材の変形力式と、（Ｖ）所要の押出圧力と押出材の変形
力の関係式と、（VI）油圧ポンプの駆動用アクチュエー
タの動特性式とを、考慮して導かれた線形システムを表
すモデル式が、好適に採用される。これら（Ｉ）〜（V
I）を考慮することによって、優れたモデル精度を効率
的に確保することが出来るのであり、むだ時間等の実機
の性能を良く表した制御対象のモデル式を有利に得るこ
とが可能となるのである。In the method of the present invention, the mathematical model equations include, for example, (I) a flow rate relation equation representing a relationship between an amount of oil flowing into a hydraulic cylinder and a ram displacement; (II) a ram motion equation; (III) the required extrusion pressure equation, (IV) the extruded material deformation force equation, (V) the required extrusion pressure and extruded material deformation force relational equation, and (VI) the operation of the actuator for driving the hydraulic pump. A model expression representing a linear system derived by considering the characteristic expression is preferably adopted. These (I) to (V
By considering I), it is possible to efficiently secure excellent model accuracy, and it is possible to advantageously obtain a control target model formula that expresses the performance of a real machine such as dead time. is there.
【００１０】また、本発明方法においては、前記数学モ
デル式として、例えば、（ｉ）押出比と、（ii) ビレッ
ト長と、（iii)ラムの速度に影響を及ぼす押出力と製品
速度との比を表す係数と、（iv）押出機の設備定数とに
よって、前記油圧ポンプの吐出量と前記ラムの駆動速度
との関係を表すモデル式が、好適に採用される。これら
（ｉ）〜（iv）の条件を押出加工の影響因子として採用
することによって、実機に高度に対応した数学モデル式
を能率的に構築することが出来るのである。また、これ
ら（ｉ）〜（iv）の条件を押出加工の影響因子として採
用することにより、前記（Ｉ）〜（VI）を考慮した線形
システムのモデル式が、有利に実現され得る。In the method of the present invention, the mathematical model formulas include, for example, (i) extrusion ratio, (ii) billet length, and (iii) pushing force and product speed which affect ram speed. A model formula representing the relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the driving speed of the ram is suitably adopted based on the coefficient representing the ratio and (iv) the equipment constant of the extruder. By adopting these conditions (i) to (iv) as influencing factors of the extrusion process, it is possible to efficiently construct a mathematical model formula highly corresponding to a real machine. Further, by adopting these conditions (i) to (iv) as the influencing factors of the extrusion processing, the model formula of the linear system considering the above (I) to (VI) can be advantageously realized.
【００１１】更にまた、本発明方法においては、前記数
学モデル式として、例えば、一次遅れの伝達関数で表さ
れる簡略式が、好適に採用され得る。このような一次遅
れの伝達関数で表される簡略式を採用することによっ
て、油圧ポンプの吐出量とラムの駆動速度との関係を表
す数学モデル式を、十分なモデル精度をもって容易に構
築することが出来るのである。そこにおいて、かかる簡
略式におけるゲイン定数と時定数を、例えば、前記
（ｉ）〜（vi）の如き押出加工の影響因子に基づいて決
定せしめるようにすることによって、より高精度なモデ
ル式を得ることが可能となる。Furthermore, in the method of the present invention, for example, a simplified expression represented by a first-order lag transfer function can be suitably used as the mathematical model expression. By adopting such a simplified expression represented by the transfer function of the first-order lag, it is possible to easily construct a mathematical model expression representing the relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the driving speed of the ram with sufficient model accuracy. Can be done. In this case, the gain constant and the time constant in the simplified formula are determined based on the influence factors of the extrusion processing as described in (i) to (vi) above, thereby obtaining a more accurate model formula. It becomes possible.
【００１２】また、かくの如く、数学モデル式として、
一次遅れの伝達関数で表される簡略式を採用した場合に
は、かかる簡略式におけるゲイン定数と時定数に基づい
て、前記油圧ポンプの吐出量を調節する制御系における
制御ゲインを算出することが望ましい。これにより、金
属押出機のシステム特性に応じた制御ゲインが有利に設
定され得る。As described above, as a mathematical model formula,
When a simplified expression represented by a first-order lag transfer function is employed, it is possible to calculate a control gain in a control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump based on the gain constant and the time constant in the simplified expression. desirable. Thereby, the control gain according to the system characteristics of the metal extruder can be advantageously set.
【００１３】さらに、本発明方法において、前記数学モ
デル式に基づいて求められる、油圧ポンプの吐出量を調
節する制御系における制御ゲインを、決定するに際して
は、例えば、（ａ）製品の押出速度と、（ｂ）制御対象
の時定数と、（ｃ）製品の押出比と、（ｄ）ラム駆動用
の油圧シリンダ内の圧力値とを、それぞれ判断基準とし
て採用し、これら（ａ）〜（ｄ）の値に応じて、制御ゲ
インを決定することが望ましく、それによって、かかる
制御ゲインを、十分な精度をもって且つ効率的に決定す
ることが出来る。Further, in the method of the present invention, when determining the control gain in the control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump, which is obtained based on the mathematical model equation, it is necessary to determine, for example, (a) the product extrusion speed and the product extrusion speed. , (B) the time constant of the object to be controlled, (c) the extrusion ratio of the product, and (d) the pressure value in the hydraulic cylinder for driving the ram, respectively, are adopted as judgment criteria. ), It is desirable to determine the control gain, so that such a control gain can be determined with sufficient accuracy and efficiency.
【００１４】また、本発明方法においては、前記数学モ
デル式に基づいて求められる、油圧ポンプの吐出量を調
節する制御系における制御ゲインを、影響因子（例え
ば、上記（ａ）〜（ｄ））に応じて一義的に算出して決
定すること等も可能であるが、好適には、例えば、数学
モデル式に基づいて求められる、油圧ポンプの吐出量を
調節する制御系における制御ゲインの各種条件下におけ
る値を、予め求めてデータテーブル化しておき、（ａ）
製品の押出速度と、（ｂ）制御対象の時定数と、（ｃ）
製品の押出比と、（ｄ）ラム駆動用の油圧シリンダ内の
圧力値とに応じて、かかるデータテーブルからデータを
選択することによって、かかる制御ゲインを決定するマ
ップ制御的な手法が、採用される。Further, in the method of the present invention, the control gain in the control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump, which is obtained based on the mathematical model formula, is changed by an influential factor (for example, the above (a) to (d)). It is also possible to unambiguously calculate and determine according to the conditions, but preferably, for example, various conditions of the control gain in the control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump, which is obtained based on a mathematical model formula The following values are obtained in advance and made into a data table, and (a)
The product extrusion speed, (b) the time constant of the controlled object, and (c)
A map control method of determining the control gain by selecting data from the data table according to the product extrusion ratio and (d) the pressure value in the hydraulic cylinder for driving the ram is adopted. You.
【００１５】更にまた、油圧ポンプの吐出量を調節する
ことにより製品の押出速度を制御する制御系は、一般に
フィードバック制御系を含んで構成され得るが、そこに
おいて、本発明方法は、例えば、該油圧ポンプの吐出量
を調節する制御系としてのフィードバック制御系におけ
る制御ゲインを、油圧ポンプの吐出量とラムの駆動速度
との関係を表す数学モデル式に基づいて決定することに
よって、有利に実現され得る。Furthermore, the control system for controlling the extrusion speed of the product by adjusting the discharge rate of the hydraulic pump can be generally configured to include a feedback control system. This is advantageously achieved by determining the control gain in the feedback control system as a control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump based on a mathematical model formula representing the relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the driving speed of the ram. obtain.
【００１６】また、かくの如く、フィードバック制御系
の制御ゲインを決定する場合には、かかるフィードバッ
ク制御系における制御を、例えばＰＩ動作（比例＋積分
動作）によって行うことが出来る。なお、ＰＩ動作によ
るフィードバック制御系を採用する場合には、一般に、
その調節要素の伝達関数における比例ゲインと積分時定
数を、制御ゲインとして、それぞれ決定することによっ
て、本発明方法が有利に実施される。When the control gain of the feedback control system is determined as described above, control in the feedback control system can be performed by, for example, PI operation (proportional + integral operation). When a feedback control system based on PI operation is adopted, generally,
The method according to the invention is advantageously implemented by determining, as control gains, the proportional gain and the integration time constant in the transfer function of the adjusting element, respectively.
【００１７】更にまた、油圧ポンプの吐出量を調節する
ことにより製品の押出速度を制御する制御系を、フィー
ドフォワードの制御系を含んで、例えば２自由度制御理
論を用いて構成することも可能であり、そこにおいて、
本発明方法は、例えば、該油圧ポンプの吐出量を調節す
る制御系としてのフィードフォワード制御系における制
御ゲインを、油圧ポンプの吐出量とラムの駆動速度との
関係を表す数学モデル式に基づいて、決定することによ
って、有利に実現され得る。なお、かかるフィードフォ
ワード制御系は、例えば、その調節要素を一次遅れの伝
達関数によって指定することが可能であり、その場合に
は、該調節要素の伝達関数におけるゲイン定数と時定数
を、制御ゲインとして、それぞれ決定することによっ
て、本発明方法が有利に実施される。Furthermore, a control system for controlling the extrusion speed of the product by adjusting the discharge amount of the hydraulic pump, including a feed-forward control system, can be constituted by using, for example, a two-degree-of-freedom control theory. And where
The method of the present invention includes, for example, controlling a control gain in a feedforward control system as a control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump based on a mathematical model expression representing a relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the driving speed of the ram. , Can advantageously be realized. In this feedforward control system, for example, the adjustment element can be designated by a first-order lag transfer function. In this case, the gain constant and the time constant of the transfer function of the adjustment element are controlled by the control gain. As a result, the method of the present invention is advantageously performed.
【００１８】なお、本発明方法において、フィードバッ
ク制御系とフィードフォワード制御系による２自由度制
御系の制御理論を採用する場合には、それらフィードバ
ック制御系とフィードフォワード制御系の各制御ゲイン
を、何れも、油圧ポンプの吐出量とラムの駆動速度との
関係を表す数学モデル式に基づいて決定することが望ま
しい。When the control theory of the two-degree-of-freedom control system using the feedback control system and the feedforward control system is adopted in the method of the present invention, each of the control gains of the feedback control system and the feedforward control system is determined by any one of the following. Also, it is desirable to determine the value based on a mathematical model formula representing the relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the driving speed of the ram.
【００１９】また一方、前述の如き課題を解決するため
に、速度制御装置に関する本発明の特徴とするところ
は、油圧シリンダで駆動されるラムを備えた金属押出機
において、ラム速度の検出値と目標値の偏差に基づい
て、該油圧シリンダを駆動するための油圧ポンプの吐出
量を調節する制御装置を備え、該ラム速度が目標値とな
るように、製品の押出速度を制御する速度制御装置にお
いて、前記油圧ポンプの吐出量と前記ラムの駆動速度と
の関係を表す数学モデル式に基づいて、前記制御装置に
おける制御ゲインを求める制御ゲイン設定器を設けた押
出機における速度制御装置にある。On the other hand, in order to solve the above-mentioned problems, a feature of the present invention relating to a speed control device is that, in a metal extruder having a ram driven by a hydraulic cylinder, a detected value of the ram speed and A speed control device for controlling a discharge rate of a hydraulic pump for driving the hydraulic cylinder based on a deviation of the target value, and a speed control device for controlling a product extrusion speed such that the ram speed becomes a target value. In the above, there is provided a speed control device for an extruder provided with a control gain setting device for obtaining a control gain in the control device based on a mathematical model formula representing a relationship between a discharge amount of the hydraulic pump and a driving speed of the ram.
【００２０】このような本発明に従う構造とされた速度
制御装置によれば、前述の如き、本発明方法が有利に実
施可能となるのであり、それによって、各種条件下での
押出作動に対して、各個別に具体的に対応した制御が可
能となり、材質や押出比等の押出条件の変更に際して
も、優れた安定性と効率性をもった押出加工が実現され
得る。According to the speed control device constructed in accordance with the present invention, the method of the present invention can be advantageously performed as described above, whereby the extrusion operation under various conditions can be performed. In addition, it is possible to perform control corresponding to each individual concretely, and even when extruding conditions such as a material and an extruding ratio are changed, an extruding process having excellent stability and efficiency can be realized.
【００２１】なお、本発明装置にあっては、上述の如
き、各本発明方法を実施するに際して、それぞれ適当な
構成が内的または外的に付加され得ることとなり、その
ような付加構成が、何れも、本発明装置として認識され
ることが理解されるべきである。具体的には、例えば、
制御ゲイン設定器において、前記（ａ）〜（ｄ）の値に
応じて制御ゲインを決定する構成や、更に、予め求めた
制御ゲインをデータテーブル化しておいて、それら
（ａ）〜（ｄ）の値に応じてデータを選択して制御ゲイ
ンを決定する構成等が、適宜に採用される。また、本発
明装置における制御装置としては、例えばフィードバッ
ク制御系を有する１自由度系やフィードバック制御系と
フィードフォワード制御系を有する２自由度系等が好適
に採用され得、そこにおいて、例えば、フィードバック
制御系及び／又はフィードフォワード制御系の各制御ゲ
インを、制御ゲイン設定器により決定する構成や、或い
はフィードバック制御系やフィードフォワード制御系
を、制御ゲイン設定器により選択的に機能させる構成等
が、有利に採用される。更にまた、フィードバック制御
系の制御装置としては、ＰＩ動作を行うものが好適に採
用され得る。更に、本発明装置における数学モデル式と
しては、例えば、前記（Ｉ）〜（VI）を考慮して導かれ
た線形システムを表すモデル式が好適に採用され、特に
前記（ｉ）〜（vi）の条件が、押出加工の影響因子とし
て好適に採用される。そして、かかる数学モデル式とし
ては、例えば一次遅れの伝達関数で表される簡略式が、
好適に採用され得る。Incidentally, in the apparatus of the present invention, when each of the methods of the present invention is carried out as described above, an appropriate configuration can be added internally or externally. It should be understood that both are recognized as the device of the present invention. Specifically, for example,
The control gain setting device determines the control gain in accordance with the values of (a) to (d), and further stores the control gain determined in advance in a data table. A configuration in which data is selected in accordance with the value of (i) and the control gain is determined or the like is appropriately adopted. Further, as the control device in the device of the present invention, for example, a one-degree-of-freedom system having a feedback control system or a two-degree-of-freedom system having a feedback control system and a feedforward control system can be suitably adopted. A configuration in which each control gain of the control system and / or the feedforward control system is determined by the control gain setting device, or a configuration in which the feedback control system and the feedforward control system are selectively operated by the control gain setting device, and the like. Adopted advantageously. Furthermore, as the control device of the feedback control system, a device that performs a PI operation can be suitably used. Further, as the mathematical model formula in the device of the present invention, for example, a model formula representing a linear system derived in consideration of the above (I) to (VI) is suitably adopted, and in particular, the above (i) to (vi) The conditions described above are preferably adopted as influencing factors of the extrusion process. As such a mathematical model formula, for example, a simplified formula represented by a first-order lag transfer function is:
It can be suitably adopted.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に具体的に明ら
かにするために、本発明の実施形態について、図面を参
照しつつ、詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００２３】先ず、図１には、本発明の一実施形態とし
ての速度制御装置を備えた金属押出機のシステムの概略
が示されている。本実施形態における金属押出機は、油
圧シリンダ１０によって駆動されるラム１２を備えてお
り、良く知られているように、このラム１２をコンテナ
１４内に押し込むことにより、コンテナ１４内に収容さ
れた押出材料としてのビレット１６を、コンテナ１４に
装着されたダイスを通じて目的とする形状に押出して、
製品１８を得るようになっている。なお、押し出された
製品１８は、例えばテンションロールを通じて、製品巻
取装置に導かれ、コイラ等に巻き取られるようになって
いる。そして、かかる押出機において、ラム１２の駆動
速度が目標値となるように、油圧シリンダ１０を駆動す
るための油圧ポンプ２０の吐出量を、制御装置２２で調
節することにより、製品１８の押出速度を制御するよう
になっている。First, FIG. 1 schematically shows a system of a metal extruder provided with a speed control device according to an embodiment of the present invention. The metal extruder according to the present embodiment includes a ram 12 driven by a hydraulic cylinder 10, and as is well known, the ram 12 is housed in the container 14 by pushing the ram 12 into the container 14. A billet 16 as an extruded material is extruded into a target shape through a die mounted on the container 14,
A product 18 is obtained. Note that the extruded product 18 is guided to a product winding device through, for example, a tension roll, and wound up by a coiler or the like. In this extruder, the discharge rate of the hydraulic pump 20 for driving the hydraulic cylinder 10 is adjusted by the control device 22 so that the drive speed of the ram 12 becomes the target value, whereby the extrusion speed of the product 18 is adjusted. Is controlled.
【００２４】より詳細には、本実施形態における制御装
置２２は、ラム１２の速度が予め設定された目標値とな
るように、油圧ポンプ２０の吐出量（作動信号）をフィ
ードバック制御する、ラム１２の速度制御器２４と、か
かる速度制御器２４における制御ゲインを決定する制御
ゲイン設定器２６を含んで構成されている。More specifically, the control device 22 in this embodiment performs feedback control of the discharge amount (operation signal) of the hydraulic pump 20 so that the speed of the ram 12 becomes a preset target value. , And a control gain setting unit 26 for determining a control gain in the speed controller 24.
【００２５】また、かかる速度制御器２４は、ラム１２
に装着された速度センサ２８によって実測されたラム速
度検出値と、外部入力等によって設定されたラム速度設
定値（目標値）との偏差：ｅに基づいて、かかる偏差：
ｅが零となるように、油圧ポンプ２０によるポンプ吐出
油量を調節することにより、ラム１２の速度が目標値と
なるように制御するフィードバック制御器３０を備えて
いる。なお、速度センサ２８としては、例えばポテンシ
ョメータやエンコーダ等の変位センサを利用したもの等
が採用され得る。また、油圧ポンプ２０としては、可変
容量ポンプ等、吐出油量の制御性に優れたものが好適に
採用される。Further, the speed controller 24 controls the ram 12
Based on a deviation e between a detected ram speed value measured by the speed sensor 28 mounted on the ram and a ram speed set value (target value) set by an external input or the like, such a deviation:
A feedback controller 30 is provided to control the speed of the ram 12 to a target value by adjusting the pump discharge oil amount by the hydraulic pump 20 so that e becomes zero. As the speed sensor 28, for example, a sensor using a displacement sensor such as a potentiometer or an encoder can be employed. Further, as the hydraulic pump 20, a pump excellent in controllability of the discharge oil amount, such as a variable displacement pump, is suitably adopted.
【００２６】更にまた、本実施形態の速度制御器２４
は、ラム速度設定値の大きさに応じて、油圧ポンプ２０
によるポンプ吐出油量を調節することにより、ラム１２
の速度の目標値への追従性を向上させるフィードフォワ
ード制御器３２を備えている。要するに、本実施形態で
は、ラム１２の速度制御器２４が、フィードバック制御
系とフィードフォワード制御系を併せ備えた２自由度系
として構成されている。Furthermore, the speed controller 24 of the present embodiment
Corresponds to the hydraulic pump 20 depending on the value of the ram speed set value.
By adjusting the pump discharge oil amount by the
And a feedforward controller 32 for improving the followability of the speed to the target value. In short, in the present embodiment, the speed controller 24 of the ram 12 is configured as a two-degree-of-freedom system including both a feedback control system and a feedforward control system.
【００２７】そして、これらフィードバック制御器３０
とフィードフォワード制御器３２における各制御ゲイン
が、制御ゲイン設定器２６によって決定されるようにな
っている。The feedback controller 30
And the respective control gains in the feedforward controller 32 are determined by the control gain setting unit 26.
【００２８】かかる制御ゲイン設定器２６は、制御対象
たる押出機のシステムを表す数学モデル式３４に基づい
て、制御ゲインを求めるようになっている。特に本実施
形態では、数学モデル式３４に基づいて、採用される押
出条件を考慮して予め算出した各種の制御ゲインをテー
ブル化してデータテーブルとしての記憶データ３６を作
成しておくと共に、制御系の動特性等に影響を与える特
定の因子を判断基準として採用し、制御ゲイン切替判定
器３８にて、かかる特定の影響因子の値に応じて、記憶
データ３６から適当な制御ゲインを選択することによっ
て、制御ゲインを決定するようになっている。The control gain setting unit 26 calculates a control gain based on a mathematical model equation 34 representing the system of the extruder to be controlled. In particular, in the present embodiment, based on the mathematical model equation 34, various control gains calculated in advance in consideration of the extrusion conditions to be employed are tabulated to create storage data 36 as a data table, and a control system. A specific factor that influences the dynamic characteristics and the like is used as a criterion, and the control gain switching determiner 38 selects an appropriate control gain from the stored data 36 according to the value of the specific influencing factor. Thus, the control gain is determined.
【００２９】ここにおいて、数学モデル式３４は、例え
ば（Ｉ）油圧シリンダへの流入油量とラム変位の関係を
表す流量関係式と、（II）ラムの運動方程式と、（III)
所要の押出圧力式（Siebelの式）と、（IV）押出材の変
形力式と、（Ｖ）所要の押出圧力と押出材の変形力の関
係式と、（VI）油圧ポンプの駆動用アクチュエータの動
特性式とを、考慮し、図２にブロック図として示されて
いるように、線形化した押出システムのモデルを構築す
ることによって、有利に得ることが出来る。なお、本実
施形態では、可変容量式のピストンポンプを採用した。Here, the mathematical model equation 34 includes, for example, (I) a flow rate relation equation representing a relation between the amount of oil flowing into the hydraulic cylinder and the ram displacement, (II) a ram motion equation, and (III)
Required extrusion pressure equation (Siebel equation), (IV) Deformation force equation of extruded material, (V) Relational equation between required extrusion pressure and extruded material deformation force, (VI) Actuator for driving hydraulic pump Can be advantageously obtained by taking into account the dynamic equation of the formula and constructing a model of the linearized extrusion system, as shown as a block diagram in FIG. In this embodiment, a variable displacement piston pump is employed.
【００３０】すなわち、（Ｉ）油圧シリンダへの流入油
量とラム変位の関係を表す流量関係式は、下記（式１）
〜（式３）で表すことが出来る。また、（II）ラムの運
動方程式は、下記（式４）〜（式５）で表すことが出来
る。更に、（III)所要の押出圧力式は、下記（式６）〜
（式７）で表すことが出来る。また、（IV）押出材の変
形力式は、下記（式８）〜（式９）で表すことが出来
る。更に、（Ｖ）所要の押出圧力と押出材の変形力の関
係式は、下記（式１０）〜（式１１）で表すことが出来
る。また、（VI）油圧ポンプの駆動用アクチュエータの
動特性式は、下記（式１２）で表すことが出来る。但
し、下記（式１０）及び（式１１）においては、コンテ
ナ１４内のビレット１６の変形力が所要押出力（ダイス
内の変形と摩擦力）に等しくなった時に、ダイスから材
料が押し出されて出てくるものとした。 Ｑ ＝ＡS （ｄｘ／ｄｔ）＋（Ｕ／Ｋ）（ｄＰP ／ｄｔ）・・・（式１） ＱP ＝Ｑ＋ＱR ・・・（式２） ＱP ＝ηＫP θ・・・（式３） （ｍ／９．８）（ｄ2 ｘ／ｄｔ2 ）＝ＦP −ＦC ・・・（式４） ＦP ＝ＡS ＰP ・・・（式５） ＰL ＝βＹ・ｌｎＲ＋Ｙ（４μＬ／Ｄ）・・・（式６） ＦL ＝ＡC ＰL ・・・（式７） ＦC ＝Ｆ（ε）・・・（式８） ε ＝（１／Ｌ）∫（（−Ｖ／Ｒ）＋ｖR ））ｄｔ・・・（式９） ＦC ＝ＦL （但し、Ｖ＞０の場合）・・・（式１０） ＦC ＜ＦL （但し、Ｖ＝０の場合）・・・（式１１） θ ＝（（ＫT ωn 2 ）／（ｓ2 ＋２ξωn ｓ＋ωn 2 ））θref ・・・（式１２） 但し、上式中の各記号の意味は、以下の通りである。 ＦP ：ラム押力，ＦC ：ビレット変形力，ＡS ：シリン
ダ断面積，ＡC ：コンテナ断面積，ｍ：負荷質量，ｘ：
ラム変位，Ｕ：シリンダ内油体積，Ｋ：油体積弾性係
数，ＰP ：シリンダ内油圧，Ｑ：シリンダ内流入油量，
ＱP ：ポンプ吐出油流量，ＱR ：ドレン流量，η：ポン
プ効率，ＫP ：ポンプの傾角流量変換係数，θref ：ピ
ストンポンプの傾角指令，θ：ピストンポンプの傾角，
ＦL ：所要押出力，ＰL ：所要押出圧力，β：形状係
数，Ｙ：変形抵抗，Ｖ：製品の押出速度，Ｒ：押出比，
μ：コンテナ内摩擦係数，Ｌ：ビレット長，Ｄ：コンテ
ナ内径，ε：ビレット変形歪み，ｖR ：ラム速度，ξ：
減衰係数，ωn ：トルクモータの動特性上の固有振動
数，ＫT ：トルクモータゲイン，ｓ：ラプラス演算子That is, (I) the flow rate relational expression representing the relation between the amount of oil flowing into the hydraulic cylinder and the ram displacement is given by the following (Equation 1).
To (Equation 3). (II) The equation of motion of the ram can be expressed by the following (Equation 4) to (Equation 5). Further, the required extrusion pressure formula (III) is as follows (formula 6)
(Expression 7). (IV) The deformation force equation of the extruded material can be expressed by the following (Equation 8) to (Equation 9). Further, (V) the relational expression between the required extrusion pressure and the deformation force of the extruded material can be expressed by the following (Equation 10) to (Equation 11). (VI) The dynamic characteristic equation of the actuator for driving the hydraulic pump can be expressed by the following (Equation 12). However, in the following (Equation 10) and (Equation 11), when the deformation force of the billet 16 in the container 14 becomes equal to the required pushing force (the deformation and frictional force in the die), the material is extruded from the die. I was going to come out. Q = A S (dx / dt) + (U / K) (dP P / dt) (Equation 1) Q P = Q + Q R (Equation 2) Q P = ηK P θ (Equation 2) equation 3) (m / 9.8) ( d 2 x / dt 2) = F P -F C ··· ( equation 4) F P = A S P P ··· ( equation 5) P L = βY · lnR + Y (4μL / D) ··· ( equation 6) F L = A C P L ··· ( equation 7) F C = F (ε ) ··· ( wherein 8) ε = (1 / L ) ∫ ( (−V / R) + v R )) dt (Equation 9) F C = F L (if V> 0) (Equation 10) F C <F L (where V = 0 if) (equation 11) θ = ((K T ω n 2) / (s 2 + 2ξω n s + ω n 2)) θ ref ··· ( equation 12) However, the meaning of each symbol in the above formula Is as follows. F P : Ram pressing force, F C : Billet deformation force, A S : Cylinder sectional area, A C : Container sectional area, m: Load mass, x:
Ram displacement, U: oil volume in cylinder, K: elastic modulus of oil volume, P P : oil pressure in cylinder, Q: oil flow in cylinder,
Q P: pump discharge oil flow rate, Q R: drain flow, eta: pump efficiency, K P: tilt flow conversion factor of the pump, theta ref: tilt command piston pump, theta: inclination of the piston pump,
F L : required pushing force, P L : required extrusion pressure, β: shape factor, Y: deformation resistance, V: product extrusion speed, R: extrusion ratio,
μ: friction coefficient in container, L: billet length, D: inner diameter of container, ε: billet deformation strain, v R : ram speed, ξ:
Damping coefficient, ω n : natural frequency on dynamic characteristics of torque motor, K T : torque motor gain, s: Laplace operator
【００３１】かかる押出システムのモデルにおいては、
図２に示されているように、先ず、可変容量式の油圧ポ
ンプ（ピストンポンプ）２０の吐出油量の指令信号とし
てのピストンポンプ傾角指令：θref が入力されると、
上記（式１２），（式３），（式２）の関係式に従っ
て、油圧シリンダ１０に対して、油量：Ｑだけ作動油が
流入せしめられ、それに基づいて、（式１），（式５）
の関係式に従って、ラム押力：ＦP が生ぜしめられる。
その際、（式４）に従うラム１２の運動を考慮し、更に
該ラム１２の運動に伴うビレット１６の変形および製品
１８の押出しを（式８），（式９）および（式１０），
（式１１），（式６），（式７）に従って考慮すること
によって、制御対象である押出システムをモデル的に精
度良く把握することが出来るのである。なお、図２中、
ＦS は、上記（式１０），（式１１）の成立条件の判定
に用いられる、製品が出始める所要押出力である。ま
た、∂ＦL ／∂Ｖは、上記（式６），（式７）を考慮し
た、製品速度変化の押出力への影響係数（ラム速度に影
響を及ぼす押出力と製品速度との比）である。更に、∂
ＦC ／∂εは、上記（式８），（式９）を考慮した、歪
み変化の変形力への影響係数であり、現実的には、コン
テナ１４の変形が支配的に影響することから、設備定数
と考えることが出来る。In a model of such an extrusion system,
As shown in FIG. 2, first, when a piston pump tilt command: θ ref is input as a command signal of a discharge oil amount of the variable displacement hydraulic pump (piston pump) 20,
According to the relational expressions of (Equation 12), (Equation 3), and (Equation 2), the hydraulic oil is allowed to flow into the hydraulic cylinder 10 by the oil amount: Q, and based on that, the (Equation 1), (Equation 1) 5)
The ram pressing force: F P is generated according to the relational expression:
At this time, taking into account the movement of the ram 12 according to (Equation 4), the deformation of the billet 16 and the extrusion of the product 18 due to the movement of the ram 12 are expressed by (Equation 8), (Equation 9) and (Equation 10),
By taking into account (Equation 11), (Equation 6), and (Equation 7), the extrusion system to be controlled can be accurately grasped in a model. In FIG. 2,
F S is the required pushing force at which the product starts to be used, which is used for determining the conditions for satisfying the above (Equation 10) and (Equation 11). Further, ΔF L / ΔV is the influence coefficient of the product speed change on the pushing force in consideration of the above (Equation 6) and (Equation 7) (ratio between the pushing force and the product speed which affect the ram speed). It is. Furthermore, ∂
F C / ∂ε is an influence coefficient of the deformation change on the deformation force in consideration of the above (Equation 8) and (Equation 9). In reality, since the deformation of the container 14 is dominantly affected, , Can be considered as equipment constant.
【００３２】ここにおいて、上述の如き（式１）〜（式
１５）で表される関係式によって、制御対象である押出
システムの数学モデル式を直接に得ることも出来るが、
特に、本実施形態では、制御装置２２における実装と調
整の容易さを考慮し、定常状態を考えて制御対象：Ｐ
（ｓ）を、下記（式１３）〜（式１５）の如く、簡略化
して、一次遅れの伝達関数で表される簡略式で表す数学
モデル式を採用した。かかる数学モデル式によって、押
出成形に際しての油圧ポンプ２０の吐出量とラム１２の
駆動速度との関係を表すことが出来るのである。Here, the mathematical expression of the extrusion system to be controlled can be directly obtained from the relational expressions represented by (Equation 1) to (Equation 15) as described above.
In particular, in the present embodiment, in consideration of the ease of mounting and adjustment in the control device 22, the control target: P
(S) is simplified as shown in the following (Equation 13) to (Equation 15), and a mathematical model expression expressed by a simplified expression represented by a first-order lag transfer function is adopted. The relationship between the discharge amount of the hydraulic pump 20 and the driving speed of the ram 12 during extrusion molding can be expressed by such a mathematical model formula.
【００３３】 Ｐ（ｓ）＝Ｋm ／（Ｔm ｓ＋１）・・・（式１３） Ｔm ＝（（（Ｋ／Ｕ）ＡS 2 ＋（∂ＦC ／∂ε）／Ｌ）（∂ＦL ／∂Ｖ）ＬＲ） ／（（（Ｋ／Ｕ）ＡS 2 ）（∂ＦC ／∂ε））・・・（式１４） Ｋm ＝（ＫP ／ＡS ）ＫT η・・・（式１５）[0033] P (s) = K m / (T m s + 1) ··· ( wherein 13) T m = ((( K / U) A S 2 + (∂F C / ∂ε) / L) (∂ F L / ∂V) LR) / (((K / U) A S 2) (∂F C / ∂ε)) ··· ( wherein 14) K m = (K P / A S) K T η · .. (Equation 15)
【００３４】すなわち、本実施形態では、上記（式１
３）〜（式１５）から明らかなように、押出成形に際し
ての各種影響因子を考慮して、かかるシステムにおける
特定の押出成形を表す数学モデル式を得るために、
（ｉ）押出比：Ｒと、（ii) ビレット長：Ｌと、（iii)
ラムの速度に影響を及ぼす押出力と製品速度との比を表
す係数：∂ＦL ／∂Ｖと、（iv）押出機の設備定数：
（Ｋ／Ｕ）ＡS 2 ，∂ＦC ／∂ε，（ＫP ／ＡS ）ＫT
ηが、考慮されることとなる。翻れば、これら（ｉ）〜
（iv) を入力することによって、特定の押出成形を表す
数学モデル式３４を得ることが出来るのである。なお、
上記（iii)係数：∂ＦL ／∂Ｖは、押出時の押出力と製
品速度との関係から実測したり、押出材の材質情報を入
力し、前記（式６），（式７）等に基づいて、計算する
ことによって求めることが出来る。That is, in the present embodiment, the above (Equation 1)
3) to (Equation 15), in order to obtain a mathematical model equation representing a particular extrusion in such a system, taking into account various influencing factors in the extrusion,
(I) extrusion ratio: R; (ii) billet length: L; (iii)
Coefficient representing the ratio between the pushing force and the product speed that affects the speed of the ram: ΔF L / ΔV, and (iv) the equipment constant of the extruder:
(K / U) A S 2 , ΔF C / Δε, (K P / A S ) K T
η will be taken into account. In other words, these (i) ~
By inputting (iv), a mathematical model equation 34 representing a specific extrusion can be obtained. In addition,
The above (iii) coefficient: ΔF L / ΔV is actually measured from the relationship between the pushing force at the time of extrusion and the product speed, or the material information of the extruded material is input, and the above (Equation 6), (Equation 7), etc. Can be obtained by calculation based on
【００３５】そして、上述の如くして得られた数学モデ
ル式３４に基づいて、フィードバック制御器３０とフィ
ードフォワード制御器３２における各種制御ゲインを決
定する。ここにおいて、本実施形態では、図３に示され
ているように、フィードバック制御器としてのＦＢコン
トローラ３０としては、下記（式１６）〜（式１８）に
示す伝達関数で表されるＰＩ制御系を採用した。 Ｃ（ｓ）＝ＧP （１＋（１／ＴI ｓ））・・・（式１６） ＴI ＝α1 ・Ｔm ・・・（式１７） ＧP ＝α2 （ＴI ／Ｋm ）・・・（式１８）Then, various control gains in the feedback controller 30 and the feedforward controller 32 are determined based on the mathematical model equation 34 obtained as described above. Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, as the FB controller 30 as a feedback controller, a PI control system represented by the following transfer functions shown in (Equation 16) to (Equation 18) is used. It was adopted. C (s) = GP (1+ (1 / T I s)) (Equation 16) T I = α 1 · T m (Equation 17) G P = α 2 (T I / K m ) (Equation 18)
【００３６】また、フィードフォワード制御器３２を、
フィードバックゲインに係わらずラム速度の設定値：ｖ
R ref の大きさに応じた調節を行うＦＦコントローラＩ
３２ａと、フィードバックゲインに応じた調節を行うＦ
ＦコントローラII３２ｂからなる目標値フィードフォワ
ード型によって構成した。そして、公知のモデルマッチ
ングの手法（前田肇，杉江俊治 共著、１９９２年朝倉
書店発行「アドバンスト制御のためのシステム制御理
論」等参照）を用いて、ＦＦコントローラII３２ｂにお
ける調節要素：Ｆ（ｓ）およびＦＦコントローラＩ３２
ａにおける調節要素：Ｐ-1（ｓ）・Ｆ（ｓ）を、下記
（式１９），（式２０）の如き伝達関数をもって設定し
た。 Ｆ（ｓ）＝１／（ＴF ｓ＋１）・・・（式１９） Ｐ-1（ｓ）・Ｆ（ｓ）＝１／Ｋm ＋（（Ｔm −ＴF ）／Ｋm ・ＴF ） ／（（１−（１／（ＴF ｓ＋１）））・・・（式２０）The feed forward controller 32 is
Set value of ram speed regardless of feedback gain: v
FF controller I that adjusts according to the size of R ref
32a and F for performing adjustment according to the feedback gain
A target value feed-forward type comprising an F controller II 32b was used. Then, using known model matching techniques (see Hajime Maeda and Shunji Sugie, published in 1992 by Asakura Shoten, "System Control Theory for Advanced Control", etc.), the adjustment element: F (s) in the FF controller II 32b and FF controller I32
The adjustment element in a: P −1 (s) · F (s) was set with a transfer function as shown in the following (Equation 19) and (Equation 20). F (s) = 1 / (T F s + 1) (Equation 19) P −1 (s) · F (s) = 1 / K m + ((T m −T F ) / K m · T F ) / ((1- (1 / (T F s + 1))) ··· ( equation 20)
【００３７】上記（式１６）〜（式２０）から明らかな
ように、ＦＢコントローラ３０における制御ゲインとし
ての比例ゲインと積分時定数の値と、ＦＦコントローラ
Ｉ３２ａにおける制御ゲインとしてのゲイン定数と時定
数の値が、何れも、制御対象の数学モデル式３４に基づ
いて求められる。しかも、上記（式１６）〜（式２０）
における各種制御ゲインのパラメータ：ＴF ，α1 ，α
2 の値が、それぞれ、押出成形のシステムの応答性等に
関連する値、特に本実施形態では、（ａ）製品の押出速
度：Ｖと、（ｂ）制御対象の時定数：Ｔm と、（ｃ）製
品の押出比：Ｒと、（ｄ）ラム駆動用の油圧シリンダ内
の圧力値：ＰP を、判断基準として設定されるようにな
っており、それによって、制御ゲイン切替判定器３８に
おいて、これら（ａ）〜（ｄ）の値に応じて、各種制御
ゲインが決定されるようになっている。As is apparent from the above (Equation 16) to (Equation 20), the value of the proportional gain and the integration time constant as the control gain in the FB controller 30, the gain constant and the time constant as the control gain in the FF controller I32a, Are obtained based on the mathematical model equation 34 of the controlled object. Moreover, the above (Equation 16) to (Equation 20)
Parameters of various control gains in T: T F , α 1 , α
2 values, respectively, the values associated with the responsiveness of such a system of extrusion, in particular, in the present embodiment, the extrusion rate of the (a) Product: and V, the time constant of (b) can be controlled: the T m, (C) The product extrusion ratio: R and (d) the pressure value in the hydraulic cylinder for driving the ram: PP are set as criteria, whereby the control gain switching determiner 38 is set. , Various control gains are determined according to the values of (a) to (d).
【００３８】すなわち、例えば記憶データ３６のデータ
テーブル上で、制御ゲインのパラメータ：ＴF ，α1 ，
α2 の値を、（ａ）押出速度：Ｖや（ｂ）時定数：Ｔm
や（ｃ）押出比：Ｒ，（ｄ）油圧力値：ＰP の値に応じ
て、それらＶ，Ｔm ，Ｒ，Ｐ P の設定範囲毎に適当な間
隔で予め設定しておき、実際の押出成形に際して制御ゲ
イン切替判定器３８に入力されるＶ，Ｔm ，Ｒ，ＰP の
値に応じて、該当するＴF ，α1 ，α2 の値を選択する
ことによって、かかる実際の押出成形に対応した各種制
御ゲインの値が、一義的に決定され得るのである。That is, for example, the data of the storage data 36
On the table, the parameter of the control gain: TF, Α1,
αTwoAre determined by (a) extrusion speed: V or (b) time constant: Tm
And (c) extrusion ratio: R, (d) oil pressure value: PPDepending on the value of
And those V, Tm, R, P PSuitable for each setting range of
Are set in advance at intervals, and control
V, T input to the in-switching decision unit 38m, R, PPof
Depending on the value, the corresponding TF, Α1, ΑTwoChoose a value for
Various systems corresponding to such actual extrusion molding
The value of the gain can be uniquely determined.
【００３９】なお、そこにおいて、（ａ）押出速度：Ｖ
の値は、実測することも可能であるが、前記（数１）〜
（数１５）で表される押出システムの数学モデル式に基
づいて、例えば、下記（式２１）によって、容易に算出
することが出来る。 Ｖ＝ｖR ・Ｒ ・・・（式２１）It should be noted that (a) extrusion speed: V
Can be actually measured, but the above (Equation 1) to
Based on the mathematical model equation of the extrusion system represented by (Equation 15), for example, it can be easily calculated by the following (Equation 21). V = v R · R (Equation 21)
【００４０】また、（ｂ）時定数：Ｔm の値も、前記
（数１）〜（数１５）で表される押出システムの数学モ
デル式に基づいて、容易に算出することが出来る。更に
また、（ｄ）油圧力値：ＰP も、計算で求めることが可
能であるが、実測された油圧力値：ＰP が好適に用いら
れる。Further, (b) time constant: The value in T m also the (number 1) to on the basis of the mathematical model equation of the extrusion system represented by equation (15) can be easily calculated. Furthermore, (d) oil pressure value: P P also, it is possible to determine by calculation, the actually measured oil pressure value: P P is preferably used.
【００４１】更に、本システムの構成においては、具体
的には、（ｂ）時定数：Ｔm ，（ｃ）押出比：Ｒは、そ
れらの値が大きい程、制御ゲインの値が大きくなるよう
に、設定することが望ましい。また、（ｄ）油圧力値：
ＰP に関しては、例えば、その値が小さい押出開始時に
は、フィードバック系の制御ゲインを下げると共に、フ
ィードフォワード系の制御ゲインを上げることによっ
て、フィードフォワードを主体とした制御を行う一方、
かかるＰP の値が大きくなってから定常時においては、
反対に、フィードフォワード系の制御ゲインを下げると
共に、フィードバック系の制御ゲインを上げることによ
って、フィードバックを主体とした、或いはフィードバ
ックだけの制御を行うように、制御ゲインを決定するこ
とも可能である。これによって、押出初期における目標
押出速度への速やかな立ち上がりと、定常時における安
定した速度制御が、より有効に実現され得る。Further, in the configuration of the present system, specifically, (b) the time constant: T m , and (c) the extrusion ratio: R, the control gain value increases as the values thereof increase. It is desirable to set Also, (d) oil pressure value:
As for P P , for example, at the start of extrusion when its value is small, while performing control mainly on feed forward by lowering the control gain of the feedback system and increasing the control gain of the feed forward system,
In a steady state after the value of P P becomes large,
Conversely, by lowering the control gain of the feedforward system and increasing the control gain of the feedback system, it is possible to determine the control gain so that the feedback is mainly performed or only the feedback is controlled. As a result, a quick rise to the target extrusion speed in the initial stage of extrusion and stable speed control in a steady state can be realized more effectively.
【００４２】上述の如き構造とされた制御装置２２を備
えた押出機においては、実際の押出システムを表す数学
モデル式３４に基づいて、制御装置２２における制御ゲ
インが求められることから、押出比や材質等に対応した
制御ゲインを、より客観的に決定することが出来るので
あり、特に、予め数学モデル式３４や制御ゲイン切替判
定機３８における制御ゲインの選択則を設定しておくこ
とによって、種々なる条件下において、高精度な押出速
度の制御が安定して実現され得るのである。しかも、従
来の経験等に基づく制御ゲインの設定に比して、客観性
が向上されることから、作業者の負担が軽減されると共
に、作業者の能力による影響を軽減乃至は回避すること
が可能となる。In the extruder provided with the control unit 22 having the above-described structure, the control gain in the control unit 22 is obtained based on the mathematical model equation 34 representing the actual extrusion system. The control gain corresponding to the material and the like can be more objectively determined. In particular, by setting the control gain selection rules in the mathematical model equation 34 and the control gain switching determiner 38 in advance, various Under certain conditions, highly accurate control of the extrusion speed can be stably realized. Moreover, since the objectivity is improved as compared with the conventional setting of the control gain based on experience, it is possible to reduce the burden on the worker and to reduce or avoid the influence of the ability of the worker. It becomes possible.
【００４３】また、例えば、押出比や材質等の押出条件
が変化した場合にも、対応して制御ゲインを変更するこ
とによって、きめ細かく対応することが出来るのであ
り、それによって、安定した押出成形が有利に維持され
得るのである。Further, for example, even when the extrusion conditions such as the extrusion ratio and the material are changed, it is possible to respond finely by changing the control gain accordingly, whereby stable extrusion molding can be achieved. It can be advantageously maintained.
【００４４】なお、数学モデル式３４の設定に際して
は、例えば材質情報や押出比等を、ある条件毎に分類し
て代表値を用いることにより、材質情報や押出比等が所
定範囲内で異なる場合でも一つの数学モデル式３４を共
用することも可能であるが、それら材質情報や押出比等
の影響因子が異なる毎に、数学モデル式３４を変更する
ことも可能であり、それによって、モデル精度の更なる
向上、ひいては制御精度の更なる向上が実現され得る。In setting the mathematical model formula 34, for example, material information and extrusion ratios are classified according to certain conditions, and representative values are used. However, it is possible to share one mathematical model equation 34, but it is also possible to change the mathematical model equation 34 every time the influencing factors such as the material information and the extrusion ratio are different. And further improvement of control accuracy can be realized.
【００４５】加えて、本実施形態では、速度制御器２４
が、フィードバック制御器３０とフィードフォワード制
御器３２からなる２自由度制御系で構成されており、且
つそれら両制御器３０，３２における制御ゲインが、そ
れぞれ独立的に調節可能とされていることから、押出開
始に際してラム１２の前進駆動開始から製品１８がダイ
スから出始めるまでのむだ時間の短縮と、製品が出始め
てから目標速度に整定して定常状態となるまでの目標整
定時間の短縮とを、両立して図ることが出来るのであ
る。In addition, in this embodiment, the speed controller 24
Is composed of a two-degree-of-freedom control system including a feedback controller 30 and a feedforward controller 32, and the control gains of the two controllers 30 and 32 can be independently adjusted. The reduction of the dead time from the start of the forward drive of the ram 12 to the start of the product 18 coming out of the die at the start of the extrusion and the reduction of the target settling time from the start of the product start until the product is set to the target speed and a steady state is reached. It is possible to achieve both.
【００４６】具体的には、フィードフォワード制御器３
２における制御ゲインを調節することによって、押出開
始に際してのむだ時間を短縮することが可能であり、ま
た、それと独立して、フィードバック制御器３０におけ
る制御ゲインを調節することによって、目標整定時間を
短縮することが出来るのである。Specifically, the feedforward controller 3
By adjusting the control gain in step 2, it is possible to reduce the dead time at the start of extrusion, and independently of this, by adjusting the control gain in the feedback controller 30, the target settling time can be reduced. You can do it.
【００４７】因みに、図４に示されているように、本発
明に従う上述の如き２自由度制御系を採用する制御装置
２２を備えた押出機において、或る制御ゲインを設定し
た場合の押出開始時における当初の制御特性（当初制御
特性）を改善するために、フィードバック系の制御ゲイ
ンを大きくした場合の制御特性のシミュレーション結果
を、図４中にケースａとして示す。また、フィードバッ
ク系の制御ゲインと共に、フィードフォワード系の制御
ゲインも大きくした場合の制御特性のシミュレーション
結果を、図４中にケースｂとして示す。これらの結果か
ら、本実施形態における制御装置２２によれば、当初制
御状態からケースａのように、立ち上がり時間を変えず
に目標速度への応答のみ調節することが出来、更に、ケ
ースａからケースｂのように、目標速度への応答を変化
させずに立ち上がり時間のみを速く調節することも可能
であることが認められる。そして、これにより、実際の
押出機の挙動に対して、高精度に適合させることが出来
るのである。Incidentally, as shown in FIG. 4, in the extruder equipped with the control device 22 employing the above-described two-degree-of-freedom control system according to the present invention, the start of extrusion when a certain control gain is set. The simulation result of the control characteristic when the control gain of the feedback system is increased in order to improve the initial control characteristic at the time (initial control characteristic) is shown as case a in FIG. Further, a simulation result of the control characteristics when the control gain of the feedforward system is increased together with the control gain of the feedback system is shown as a case b in FIG. From these results, according to the control device 22 of the present embodiment, it is possible to adjust only the response to the target speed without changing the rise time from the initial control state as in case a, and further, from case a to case It is recognized that it is also possible to quickly adjust only the rise time without changing the response to the target speed, as in b. Thus, it is possible to adapt the behavior of the actual extruder with high accuracy.
【００４８】一方、比較例として、フィードバック制御
系のみからなる１自由度制御系を用いた制御装置におい
て、同様な押出機について、図４におけるケースｂの如
く、立ち上がり時間の短縮と応答性の向上を目標とし
て、当初制御特性を改善するために、フィードバック系
の制御ゲインを大きくした場合の制御特性のシミュレー
ション結果を、図５中にケースｃとして示す。かかるケ
ースｃにおいては、応答性を向上させたことによって、
オーバーシュートが認められた。On the other hand, as a comparative example, in a control device using a one-degree-of-freedom control system consisting of only a feedback control system, a similar extruder was used, as shown in case b in FIG. The simulation result of the control characteristic when the control gain of the feedback system is increased in order to improve the control characteristic at the initial stage is shown as case c in FIG. In such case c, by improving the response,
Overshoot was noted.
【００４９】また、７０００系アルミニウム合金からな
るビレット長：３００mmの押出材料を、最大押出力：２
６６０tfにて、押出比：５で押出成形する押出機におい
て、上述の如き２自由度制御系の制御装置２２を実際に
適用したところ、フィードバック制御系のみからなる１
自由度制御系の制御装置を適用した場合に、制御開始か
ら目標速度整定まで約１５０秒を要していたものを、約
６０秒にまで短縮することが出来、４０％もの短縮が達
成された。Further, an extruded material made of a 7000 series aluminum alloy and having a billet length of 300 mm was used.
At 660 tf, when the control device 22 of the two-degree-of-freedom control system as described above was actually applied to an extruder that extruded at an extrusion ratio of 5, an output of only a feedback control system was obtained.
When the control device of the degree of freedom control system was applied, it took about 150 seconds from the start of control to the setting of the target speed, which can be reduced to about 60 seconds, and a reduction of 40% has been achieved. .
【００５０】以上、本発明の実施形態について詳述して
きたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、か
かる実施形態における具体的な記載によって、何等、限
定的に解釈されるものでない。Although the embodiments of the present invention have been described in detail, these are merely examples, and the present invention is not to be construed as being limited by the specific description in the embodiments.
【００５１】例えば、本発明は、従来から公知の各種の
押出加工に際して適用可能である。具体的には、先方押
出と後方押出や、熱間押出と温間押出と冷間押出、潤滑
押出と無潤滑押出、中実製品押出や中空製品押出、直接
押出と間接押出等の如何に係わらず、本発明が適用され
得る。For example, the present invention can be applied to various known extrusion processes. Specifically, it relates to forward extrusion and backward extrusion, hot extrusion, warm extrusion and cold extrusion, lubrication extrusion and non-lubrication extrusion, solid product extrusion and hollow product extrusion, direct extrusion and indirect extrusion, and the like. Instead, the present invention can be applied.
【００５２】さらに、本発明では、押出システムを表す
数学モデルとして、押出システムの構成や要求される精
度等に応じて、各種のモデル構成が採用され得ることと
なり、前記実施形態における具体的記載によって、限定
的に解釈されるものでないことは、言うまでもない。Further, in the present invention, as the mathematical model representing the extrusion system, various model configurations can be adopted in accordance with the configuration of the extrusion system, required accuracy, and the like. Needless to say, it is not to be construed as limiting.
【００５３】また、本発明においては、押出工程中等に
おいて、外乱等を含む押出特性への影響因子の変化を監
視し、それらの変化に応じて、数学モデル式によって表
される制御対象の変化から、適宜に制御ゲインを自己調
節させる適応制御理論を採用することも可能である。Further, in the present invention, during the extrusion step or the like, changes in the influencing factors on the extrusion characteristics including disturbances are monitored, and in accordance with those changes, the change of the controlled object represented by the mathematical model equation is monitored. It is also possible to adopt an adaptive control theory that appropriately adjusts the control gain.
【００５４】更にまた、本発明においては、制御ゲイン
の決定に際して、Ｈ∞理論等を利用したロバスト制御を
採用し、安定性の向上を図ることも可能である。Furthermore, in the present invention, when determining the control gain, it is possible to improve the stability by adopting robust control utilizing H∞ theory or the like.
【００５５】加えて、本発明は、アルミニウム合金や、
鉄鋼等、各種金属の押出成形に際して、何れも、有利に
適用され得る。In addition, the present invention provides an aluminum alloy,
In extrusion molding of various metals such as iron and steel, any of them can be advantageously applied.
【００５６】その他、一々列挙はしないが、本発明は当
業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改良等を
加えた態様において実施され得るものであり、また、そ
のような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、
何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、
言うまでもない。Although not enumerated one by one, the present invention can be embodied in modes with various changes, modifications, improvements, etc. based on the knowledge of those skilled in the art. , Without departing from the spirit of the invention,
Both are included in the scope of the present invention,
Needless to say.
【００５７】[0057]
【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
に従えば、実際の押出システムを考慮した数学モデル式
に基づいて、押出速度の制御ゲインが、押出条件に応じ
て決定され得ることから、押出条件の変化に対して容易
に対処することが出来るのであり、それによって、安定
した押出機の速度制御が実現され得る。As is apparent from the above description, according to the present invention, the control gain of the extrusion speed can be determined according to the extrusion conditions based on a mathematical model formula considering the actual extrusion system. Therefore, it is possible to easily cope with a change in the extrusion conditions, whereby stable speed control of the extruder can be realized.
【図１】本発明の一実施形態としての速度制御装置を備
えた金属押出機のシステムを示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a metal extruder system including a speed control device as one embodiment of the present invention.
【図２】図１に示された押出機のシステムを示すを表す
数学モデルを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a mathematical model representing the system of the extruder shown in FIG. 1;
【図３】図１に示された押出機における速度制御器の具
体的な構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration example of a speed controller in the extruder shown in FIG.
【図４】図１に示された２自由度制御系からなる速度制
御器による速度制御のシミュレーション結果を示すグラ
フである。FIG. 4 is a graph showing a simulation result of speed control by a speed controller including a two-degree-of-freedom control system shown in FIG. 1;
【図５】比較例としての１自由度制御系からなる速度制
御器を用いて、図４に示された場合と同様な条件下でシ
ミュレーションした速度制御結果を示すグラフである。5 is a graph showing speed control results simulated under the same conditions as those shown in FIG. 4 using a speed controller having a one-degree-of-freedom control system as a comparative example.
１０ 油圧シリンダ １２ ラム １４ コンテナ １６ ビレット １８ 製品 ２０ 油圧ポンプ ２２ 制御装置 ２４ 速度制御器 ２６ 制御ゲイン設定器 ３０ フィードバック制御器 ３２ フィードフォワード制御器 ３４ 数学モデル式 ３８ 制御ゲイン切替判定器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydraulic cylinder 12 Ram 14 Container 16 Billet 18 Product 20 Hydraulic pump 22 Control device 24 Speed controller 26 Control gain setting device 30 Feedback controller 32 Feedforward controller 34 Mathematical model formula 38 Control gain switching judgment device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 郁弥 東京都港区新橋五丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3H089 AA21 CC01 EE18 EE33 EE35 FF04 FF06 FF07 GG02 JJ20 4E029 TA02 5H004 GA14 GB15 HA03 HA08 HB08 JB07 KB02 KB04 KB13 KB32 KC18 KC35 KC39 KC54 LA01 LA12 LA13 MA04 5H313 AA16 BB07 CC01 DD04 EE05 FF05 GG01 HH05 KK03 LL06 MM01 MM11 MM19 MM29 MM30 PP03 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Ikuya Hoshino F-term (reference) 3H089 AA21 CC01 EE18 EE33 EE35 FF04 FF06 FF07 GG02 JJ20 4E029 in Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. 5-1-1-3 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo TA02 5H004 GA14 GB15 HA03 HA08 HB08 JB07 KB02 KB04 KB13 KB32 KC18 KC35 KC39 KC54 LA01 LA12 LA13 MA04 5H313 AA16 BB07 CC01 DD04 EE05 FF05 GG01 HH05 KK03 LL06 MM01 MM11 MM19 MM29 MM30 PP03
Claims (11)
金属押出機において、ラム速度が目標値となるように、
該油圧シリンダを駆動するための油圧ポンプの吐出量を
調節することにより、製品の押出速度を制御するに際し
て、 前記油圧ポンプの吐出量と前記ラム速度との関係を表す
数学モデル式を用い、該数学モデル式に基づいて、該油
圧ポンプの吐出量を調節する制御系における制御ゲイン
を求めることを特徴とする押出機における速度制御方
法。In a metal extruder provided with a ram driven by a hydraulic cylinder, a ram speed is set to a target value.
When controlling the extrusion speed of the product by adjusting the discharge amount of the hydraulic pump for driving the hydraulic cylinder, using a mathematical model formula representing the relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the ram speed, A speed control method in an extruder, wherein a control gain in a control system for adjusting a discharge amount of the hydraulic pump is obtained based on a mathematical model formula.
リンダへの流入油量とラム変位の関係を表す流量関係式
と、（II）ラムの運動方程式と、（III)所要の押出圧力
式と、（IV）押出材の変形力式と、（Ｖ）所要の押出圧
力と押出材の変形力の関係式と、（VI）油圧ポンプの駆
動用アクチュエータの動特性式とを、考慮して導かれた
線形システムを表すモデル式を採用する請求項１に記載
の押出機における速度制御方法。2. The mathematical model formula includes: (I) a flow rate relational expression representing a relation between an amount of oil flowing into a hydraulic cylinder and a ram displacement; (II) a ram motion equation; and (III) a required extrusion pressure equation. And (IV) the relation between the required extrusion pressure and the deformation force of the extruded material, and (VI) the dynamic characteristic equation of the actuator for driving the hydraulic pump. The speed control method for an extruder according to claim 1, wherein a model formula representing a derived linear system is adopted.
押出比と、（ii）ビレット長と、（iii)ラム速度に影響
を及ぼす押出力と製品速度との比を表す係数と、（iv)
押出機の設備定数とによって、前記油圧ポンプの吐出量
と前記ラムの駆動速度との関係を表すモデル式を採用す
る請求項１又は２に記載の押出機における速度制御方
法。3. The mathematical model formula includes: (i) a product extrusion ratio, (ii) a billet length, and (iii) a coefficient representing a ratio of a pressing force to a ram speed and a product speed, iv)
The speed control method for an extruder according to claim 1 or 2, wherein a model formula representing a relationship between a discharge amount of the hydraulic pump and a driving speed of the ram is adopted based on an equipment constant of the extruder.
達関数で表される簡略式を採用する請求項１乃至３の何
れかに記載の押出機における速度制御方法。4. The speed control method in an extruder according to claim 1, wherein a simplified expression represented by a first-order lag transfer function is adopted as the mathematical model expression.
式において、そのゲイン定数と時定数に基づいて、前記
制御ゲインを算出する請求項４に記載の押出機における
速度制御方法。5. The speed control method for an extruder according to claim 4, wherein the control gain is calculated based on the gain constant and the time constant in the simplified expression represented by the first-order lag transfer function.
た、前記油圧ポンプの吐出量を調節する制御系における
制御ゲインを、（ａ）製品の押出速度と、（ｂ）制御対
象の時定数と、（ｃ）製品の押出比と、（ｄ）ラム駆動
用の油圧シリンダ内の圧力値とに、応じて決定する請求
項１乃至５の何れかに記載の押出機における速度制御方
法。6. A control gain in a control system for adjusting a discharge amount of the hydraulic pump, which is obtained based on the mathematical model formula, is defined by: (a) a product extrusion speed; and (b) a time constant of a control target. The speed control method for an extruder according to any one of claims 1 to 5, wherein the speed is determined according to (c) a product extrusion ratio and (d) a pressure value in a hydraulic cylinder for driving a ram.
る、前記油圧ポンプの吐出量を調節する制御系における
制御ゲインの各種条件下における値を、予め求めてデー
タテーブル化しておき、（ａ）製品の押出速度と、
（ｂ）制御対象の時定数と、（ｃ）製品の押出比と、
（ｄ）ラム駆動用の油圧シリンダ内の圧力値とに、応じ
て、かかるデータテーブルからデータを選択することに
よって、前記制御ゲインを決定する請求項１乃至６の何
れかに記載の押出機における速度制御方法。7. A data table in which values of control gains in a control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump, which are obtained based on the mathematical model formula, under various conditions are obtained in advance and stored in a data table. Extrusion speed and
(B) the time constant of the controlled object, (c) the extrusion ratio of the product,
The extruder according to any one of claims 1 to 6, wherein the control gain is determined by selecting data from the data table according to (d) a pressure value in a hydraulic cylinder for driving a ram. Speed control method.
動速度との関係を表す数学モデル式に基づいて、前記油
圧ポンプの吐出量を調節する制御系としてのフィードバ
ック制御系における制御ゲインを決定する請求項１乃至
７の何れかに記載の押出機における速度制御方法。8. A control gain in a feedback control system as a control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump is determined based on a mathematical model formula representing a relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the driving speed of the ram. A method for controlling a speed in an extruder according to claim 1.
を、ＰＩ動作によって行う請求項８に記載の押出機にお
ける速度制御方法。9. The speed control method according to claim 8, wherein the control in the feedback control system is performed by a PI operation.
駆動速度との関係を表す数学モデル式に基づいて、前記
油圧ポンプの吐出量を調節する制御系としてのフィード
フォワード制御系における制御ゲインを決定する請求項
１乃至９の何れかに記載の押出機における速度制御方
法。10. A control gain in a feedforward control system as a control system for adjusting the discharge amount of the hydraulic pump based on a mathematical model formula representing a relationship between the discharge amount of the hydraulic pump and the driving speed of the ram. The speed control method in the extruder according to claim 1, wherein the speed is determined.
た金属押出機において、ラム速度の検出値と目標値の偏
差に基づいて、該油圧シリンダを駆動するための油圧ポ
ンプの吐出量を調節する制御装置を備え、該ラム速度が
目標値となるように、製品の押出速度を制御する速度制
御装置において、前記油圧ポンプの吐出量と前記ラムの
駆動速度との関係を表す数学モデル式に基づいて、前記
制御装置における制御ゲインを求める制御ゲイン設定器
を設けたことを特徴とする押出機における速度制御装
置。11. In a metal extruder having a ram driven by a hydraulic cylinder, a discharge amount of a hydraulic pump for driving the hydraulic cylinder is adjusted based on a deviation between a detected value of a ram speed and a target value. A speed controller for controlling a product extrusion speed such that the ram speed becomes a target value, based on a mathematical model expression representing a relationship between a discharge amount of the hydraulic pump and a driving speed of the ram. And a control gain setting device for obtaining a control gain in the control device.
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|---|---|---|---|
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- 1998-09-11 JP JP25795298A patent/JP3544868B2/en not_active Expired - Lifetime
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