JP2011206773A - 流体圧装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業効率の低下させることなく、装置ゲインを切換えるときに発生する流体圧装置のショックを低減する。
【解決手段】 装置ゲインの切換えに合わせて、制御演算部５４で制御演算に用いる制御ゲインＧを切換えるとき、制御ゲインＧを、瞬時に切換えるのではなく、除々に変化するように、制御ゲイン設定部１０４で切換える。これによって制御ゲインの切換え特性を、除々に変化して切換わる装置ゲインの切換え特性と一致させることができ、装置ゲインと制御ゲインの切換え時間の差を小さくすることができる。したがって切換え時間の差に起因して装置ゲインを切換えるときに、流体圧装置４１に発生するショックを低減することができる。しかも装置ゲインＧの切換え完了を待つ必要がなく、流体圧装置４１を利用した作業の作業効率は低下することがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば作動油などの流体の圧力を利用して動作する流体圧装置を制御する制御装置に関する。

図８は、従来の技術の制御装置１を示すブロック図である。制御装置１は、流体圧装置である油圧機械２を制御するための装置であり、油圧機械２に備えられるアクチュエータの位置を制御する。制御装置１は、油圧機械２のアクチュエータの目標位置を指令する目標位置指令手段３と、油圧機械２のアクチュエータの実位置を検出する位置検出手段４と、目標位置と実位置とに基づいて実位置が目標位置に近づくように制御する制御手段５とを有する。制御手段５は、目標位置と実位置との位置偏差を求める比較部６と、油圧機械２の機械ゲインの切換えに合わせて制御ゲインを大小２段階に切換えて設定するゲイン設定部７と、位置偏差に制御ゲインをかけて制御指令値を求める制御演算部８とを有し、制御指令値を油圧機械２に与えることによって、油圧機械２を制御している。

図９は、油圧機械２の動作の一例を示すグラフである。図９には、一点鎖線でアクチュエータの位置を示し、実線でポンプの回転数を示す。アクチュエータの位置は、型の位置でもある。油圧機械２は、油圧プレス機であり、可変容量型のポンプからアクチュエータである油圧シリンダに作動油を供給し、油圧シリンダによって型を上下させて、被加工物をプレス加工する。この油圧機械２は、制御装置１からポンプを回転駆動するモータに制御指令値が与えられ、モータが制御指令値に応じた回転数でポンプを回転駆動し、油圧シリンダが動作する。ポンプの１回転当りの油圧シリンダの変位量が、装置ゲインである前記機械ゲインに相当する。可変容量型のポンプの容量が変更されると、ポンプの１回転に対する油圧シリンダの変位量が変化する。したがって油圧機械２では、ポンプの容量の切換えによって機械ゲインが切換えられる。油圧機械２で被加工物をプレス加工するにあたって、時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４の被加工物に圧力を加える必要がないときは、型の変位速度を高くするために、機械ゲインを大きくし、時刻ｔ２〜ｔ３の被加工物に力を加える必要があるときは、被加工物に大きな圧力を加えるために、機械ゲインを小さくしている。したがって機械ゲインは、時刻ｔ２で大きい値から小さい値に切換えられ、時刻ｔ３で小さい値から大きい値に切換えられる。

制御装置１では、このような油圧機械２の機械ゲインの切換えに応じて、機械ゲインが小さい値に切換えられると制御ゲインを大きい値に切換え、機械ゲインが大きい値に切換えられると制御ゲインを小さい値に切換えている。制御ゲインは、瞬時に切換るが、機械ゲインは、切換えを開始してから完了するまでに、制御ゲインの切換えに比べて長時間を要する。このように機械ゲインと制御ゲインとでは、切換え時間に差を有している。したがってこのような機械ゲインおよび制御ゲインの切換えるとき、たとえば機械ゲインが小さくならないうちに、制御ゲインが大きくなり、制御ループの安定限界を超えて発振してしまう。また機械ゲインの減少に伴なって位置偏差が大きくなり、この状態で制御ゲインが、２０倍などの大きな値に急激に切換えられると、ポンプに大きな回転むらが生じてしまう。たとえばこれらの原因によって、図９に示すように、型の下降行程から加圧工程に切換る時刻ｔ２付近で、ポンプの回転が不所望に低下する。このようなポンプの回転数の不所望な変化が生じると、油圧機械２の各構成部、つまりモータ、ポンプ、アクチュエータなどにショックが発生し、騒音および振動が発生して、油圧機械２およびその他の装置に悪影響を与える。またこのような騒音および振動は、作業者による作業の妨げにもなる。さらに機械ゲインおよび制御ゲインの切換えるとき、たとえば機械ゲインの切換え完了を待って制御ゲインを切換えるようにすると、この無駄な待機時間分、作業時間が必要となり、サイクル時間が長くなって作業効率が低下してしまう。

他の従来の技術として、特許文献１に、反転時におけるショックを低減可能にするプレスブレーキが示されている。このプレスブレーキでは、ラムの上下移動を反転させるために油圧シリンダの上下移動を切換えるべく、制御装置がＡＣサーボモータを制御して双方向ピストンポンプの回転を反転させる。このとき、制御装置のラム移動速度パターン指令部が、反転後、所定長さのウォーミングアップ時間だけラムの移動速度を低い値に一定に保持し、その後ラムの移動速度を所定の高い速度まで変化させるパターン指令を行っている。指令位置カウンタがラム移動速度パターンからラム位置を読み取り、読み取った値とラム位置検出器により検出される実際のラム位置とを加算器で加算してＡＣサーボモータの回転を制御している。この特許文献１に示されるプレスブレーキは、ラムの上下移動を反転させるときのショックを低減することはできるが、機械ゲインを切換えるときに、油圧機械の機械ゲインと制御ゲインとの切換え時間の差に起因して発生するショックを低減できる構成ではない。

さらに他の従来の技術として、特許文献２に、油圧シリンダのシリンダ室から高圧の作動油を排出するときのショックを低減して振動を防止するプレスブレーキが示されている。このプレスブレーキでは、油圧シリンダに対応して設けられている双方向流体ポンプをサーボモータにより作動させて、作動油を上シリンダ室または下シリンダ室の一方のシリンダ室に供給してラムを上下移動させて曲げ加工を行っている。そして、位置検出器によりラムの上下位置を検出して、このラム位置から判断部が曲げ加工が終了したか否かを判断して、終了したと判断されたら、指令部がサーボモータに逆転の指令を与えて双方向流体ポンプを反転させて、前記一方のシリンダ室の作動油を他方のシリンダ室に供給して、ラムの上下移動を行っている。この特許文献２に示されるプレスブレーキは、シリンダ室から高圧の作動油を排出するときのショックを低減することはできるが、機械ゲインを切換えるときに、油圧機械の機械ゲインと制御ゲインとの切換え時間の差に起因して発生するショックを低減できる構成ではない。

またさらに他の従来の技術として、特許文献３に、ラム停止状態における速度切換え弁の切換え時に発生する衝撃を無くすプレスブレーキが示されている。このプレスブレーキでは、ラムに装着されたパンチとダイとの協働によりワークにプレス加工を行う際に、ラムを所定位置に停止させる場合、油圧シリンダのロッド側シリンダ室と双方向ポンプとの間に設けられている速度切換え弁のロッド側シリンダ室側配管内における圧力と、速度切換え弁の双方向ポンプ側配管内の圧力の差を小さくして、速度切換え弁の切換え時における衝撃を小さくしている。前記圧力の差を小さくするにあたっては、ロッド圧保持指令部がサーボモータを制御して双方向ポンプを逆回転せしめて、ラムの自重による圧力を超えない程度の作動油を双方向ポンプ側配管に供給して圧力を上昇させておくように構成されている。この特許文献３に示されるプレスブレーキは、ラムが停止している状態で、シリンダのロッド側のシリンダ室とポンプとを接続する管路に介在される速度切換え弁を操作しても、ラムが下降しないようにすることはできるが、機械ゲインを切換えるときに、油圧機械の機械ゲインと制御ゲインとの切換え時間の差に起因して発生するショックを低減できる構成ではない。

またさらに他の従来の技術として、特許文献４に、パンチがワークに当接した時、および曲げ加工中に双方向流体ポンプが発生する騒音を低減するプレスブレーキが示されている。このプレスブレーキでは、ラム移動速度パターン指令部からの指令パターンに従って油圧シリンダを上下移動させ、ラム位置検出器により実際のラム位置を検出し、加算器により指令位置と実際の位置を比較してサーボモータを制御して曲げ加工を行っている。この際に、双方向流体ポンプの油圧力を圧力センサにより検出すると共に演算部の演算により油圧力の変化量を求め、双方向流体ポンプ回転時の騒音を低下させるべく予め決定されてメモリに記憶されている圧力−ラム移動速度関係および圧力変化量−ラム移動速度関係に基づいて、ラム速度クランプ値決定部がサーボモータへの回転数指令をクランプするように構成されている。この特許文献４のプレスブレーキでは、双方向流体ポンプで発生する騒音を低減することはできるが、機械ゲインを切換えるときに、油圧機械の機械ゲインと制御ゲインとの切換え時間の差に起因して発生するショックを低減できる構成ではない。

特開２００１−１３７９４８号公報 特開２００１−１２１２９９号公報 特開２００１−２５２８００号公報 特開２００１−１４０８０７号公報

したがって本発明の目的は、作業効率の低下させることなく、装置ゲインを切換えるときに、装置ゲインおよび制御ゲインの切換え時間の差に起因して発生する流体圧装置のショックを低減可能に、流体圧装置を制御する制御装置を提供することである。

本発明は、流体の圧力を利用して動作する流体圧装置の動作目標を表す目標値を指令する目標指令手段と、
流体圧装置の動作状態を表す状態値を検出する状態検出手段と、
目標指令手段から指令される目標値および状態検出手段で検出される状態値の偏差と、制御ゲインとを用いて制御指令値を求め、制御指令値に従って動作するように流体圧装置を制御する制御演算部、および流体圧装置における制御指令値の入力に対する状態値の変化率を表す装置ゲインが切換えられると、制御ゲインを除々に変化させて切換えて設定する制御ゲイン設定部とを有する制御手段とを含むことを特徴とする流体圧装置の制御装置である。

また本発明は、前記制御ゲイン設定部は、装置ゲインの変化速度に合致する変化速度で制御ゲインを変化させることを特徴とする。

また本発明は、前記制御手段は、流体圧装置の装置ゲインを、流体圧装置の動作に応じて多段的に変更して指令し、流体圧装置に装置ゲインを切換えさせる装置ゲイン指令部をさらに有し、
前記制御手段の制御ゲイン設定部は、装置ゲイン指令部によって指令される装置ゲインに応じて制御ゲインを多段的に指令する制御ゲイン指令部分と、制御ゲイン指令部分によって指令される制御ゲインを、平滑化処理して連続的に変化するように補正するゲイン補正部分とを有することを特徴とする。

本発明によれば、制御手段の制御演算部によって、目標値および状態値の偏差と制御ゲインとを用いて制御指令値が求められ、制御指令値に従って動作するように、流体圧装置が制御される。この制御手段による流体圧装置の制御に用いられる制御ゲインは、制御手段の制御ゲイン設定部によって流体圧装置の装置ゲインに応じて切換えて設定される。制御手段の制御ゲイン設定部では、流体圧装置の装置ゲインが切換えられると、制御ゲインを除々に変化させて切換え、このように制御ゲインを更新しながら設定する。このように装置ゲインの切換えに合わせて、制御ゲインが切換えられるとき、制御ゲインは、瞬時に切換えるのではなく、除々に変化するように切換えられる。これによって装置ゲインと制御ゲインの切換え時間の差を小さくすることができ、この切換え時間の差に起因して装置ゲインを切換えるときに流体圧装置に発生するショックを低減することができる。しかも装置ゲインの切換え完了を待つ必要がなく、流体圧装置を利用した作業の作業効率は低下することがない。

また本発明によれば、制御ゲイン設定部では、制御ゲインの変化速度が、装置ゲインの変化速度に合致するように、制御ゲインを変化させている。これによって装置ゲインと制御ゲインとの切換え時間の差を可及的に無くすことができる。したがって切換え時間の差に起因して装置ゲインを切換えるときに流体圧装置に発生するショックを可及的に低減することができる。

また本発明によれば、制御手段が装置ゲイン指令部をさらに有し、制御手段の制御ゲイン設定部は、ゲイン指令部分とゲイン補正部分とを有している。装置ゲイン指令部では、装置ゲインを多段的に指令し、流体圧装置に装置ゲインを切換えさせる。制御ゲイン設定部では、制御ゲイン指令部分によって、装置ゲイン指令部で指令される装置ゲインに応じて、制御ゲインが多段的に指令され、ゲイン補正部分によって、制御ゲインが平滑化処理されて連続的に変化するように補正される。このように多段的に制御ゲインを指令する部分と、多段的に指令される制御ゲインを平滑化して補正する部分とを組み合わせることによって、比較的簡単な構成で、制御ゲインを装置ゲインに合わせて除々に変化させ、切換え時間の差を小さくすることができる構成を容易に実現することができる。

本発明の実施の一形態の制御装置４０を示すブロック図である。 制御装置４０とともに油圧機械４１を示す油圧回路図である。 機械ゲインと制御ゲインＧとを示すグラフである。 制御演算部５４の制御動作を示すフローチャートである。 制御装置４０によって制御される油圧機械４１の動作状態を示すグラフである。 制御装置４０によるショック低減効果を示すグラフである。 本発明の実施の他の形態の制御装置４０Ａとともに油圧機械４１Ａを示す油圧回路図である。 従来の技術の制御装置１を示すブロック図である。 油圧機械２の動作の一例を示すグラフである。

図１は、本発明の実施の一形態の制御装置４０を示すブロック図である。図２は、制御装置４０とともに油圧機械４１を示す油圧回路図である。制御装置４０は、流体の圧力を利用して動作する流体圧装置である油圧機械４１を制御する装置である。油圧機械４１は、流体として作動油を用いる油圧装置であり、対象物４２を変位させるアクチュエータ４３と、アクチュエータ４３に作動油を供給するポンプ４４と、ポンプ４４を駆動するモータ４５とを有している。

油圧機械４１は、たとえば油圧プレス機であり、対象物４２は、プレス加工に用いられる型であり、アクチュエータ４３は、複動形の油圧シリンダであり、ポンプ４４は、正逆両方向に回転可能なポンプである。またポンプ４４は、容量を変更して１回転当りの吐出量を変更可能な可変容量型のポンプであり、たとえば斜板式ピストンポンプである。対象物４２は、アクチュエータ４３の下方に設けられ、ラムを介してピストン４６に連結されている。

モータ４５によってポンプ４４が一方向（正方向）へ回転されると、ポンプ４４からアクチュエータ４３のラム側の油室に作動油が供給され、アクチュエータ４３のピストン４６が上方へ変位され、対象物４２が上方へ変位駆動される。またモータ４５によってポンプ４４が他方向（逆方向）へ回転されると、ポンプ４４からアクチュエータ４３のヘッド側の油室に作動油が供給され、アクチュエータ４３のピストン４６が下方へ変位され、対象物４２が下方へ変位駆動される。油圧機械４１は、このようにして型である対象物４２を上下に変位させて、被加工物をプレス加工することができる。

ポンプ４４は、斜板駆動部１０１によって斜板１００を傾転させ、この斜板１００の傾転角度を変更することによって、容量を変更することができる。ポンプ４４の容量が変更されると、ポンプ４４の１回転当りの吐出量が変更され、ポンプ４４の１回転当りのアクチュエータ４３の変位量、つまりピストン４６の変位量が変更される。油圧機械４１におて、モータ４５への指令が入力となり、ピストン４６の変位が出力となる。したがってポンプ４４の１回転当りのピストン４６の変位量が、油圧機械４１において、入力に対して出力がどの程度であるかを示す、装置ゲインとしての機械ゲインに相当する。

油圧機械４１の機械ゲインが大きい場合、アクチュエータ４３から対象物４２に与えることができる力は小さくなるが、ピストン４６の変位速度を高くして対象物４２を高速で変位させることができ、高効率で動作させることができる。油圧機械４１の機械ゲインが小さい場合、ピストン４６の変位速度が低くなって対象物４２の変位速度は低くなるが、アクチュエータ４３から対象物４２に与えることができる力が大きくなり、高負荷で動作させることができる。

制御装置４０は、対象物４２を予め設定されるタイミングで上下に往復変位させ、ワークをプレス加工するように、油圧機械４１を制御する。さらに制御装置４０は、プレス加工を複数の工程に分け、各工程に応じて機械ゲインを切換えるとともに、この機械ゲインの切換えにショックの発生を低減するように制御するために用いられる。

制御装置４０は、油圧機械４１の目標位置Ｐｔを生成して指令する目標位置手段５０と、油圧機械４１の実位置Ｐｄを検出する位置検出手段５１と、目標位置Ｐｔと実位置Ｐｄとに基づいて油圧機械４１を動作制御する制御手段５２とを有する。目標位置手段５０は、たとえばマイクロコンピュータ、ＣＰＵなどを組み合わせた演算手段によって実現される。位置検出手段５１は、たとえばエンコーダなどの位置センサによって実現される。制御手段５２は、たとえばマイクロコンピュータ、ＣＰＵ、各種回路などを組み合わせた演算手段によって実現される。目標位置手段５０および制御手段５２は、１つの演算手段によって実現されてもよいし、個別の演算手段によって実現されてもよい。

目標位置手段５０は、油圧機械４１の動作目標を表す目標値を指令する目標指令手段である。この目標位置手段５０は、油圧機械４１のアクチュエータ４３が予め設定されるタイミングで動作するように、時刻の経過に合わせて、アクチュエータ４３がとるべき位置を目標位置Ｐｔとして生成し、目標位置Ｐｔを示す信号を制御手段５２に与える。位置検出手段５１は、油圧機械４１の動作状態を表す状態値を検出する状態検出手段である。この位置検出手段５１は、油圧機械４１のアクチュエータ４３の位置を検出し、この検出した位置である実位置Ｐｄを示す信号を、フィードバックさせて制御手段５２に与える。

アクチュエータ４３の位置は、たとえばピストン４６の位置である。したがって目標位置Ｐｔは、ピストン４６のとるべき位置であり、実位置Ｐｄは、検出されるピストン４６の位置である。このように本実施の形態では、制御に用いる状態量として、アクチュエータ４３のピストン４６の位置を用いており、目標位置Ｐｔが動作目標を表す目標値に相当し、実位置Ｐｄが動作状態を表す状態値に相当する。

制御手段５２は、偏差演算部５３と、制御演算部５４とを有している。偏差演算部５３には、目標位置Ｐｔを示す信号および実位置Ｐｄを示す信号が与えられる。偏差演算部５３は、目標位置Ｐｔから実位置Ｐｄを減算し、目標位置Ｐｔと実位置Ｐｄとの偏差（以下「位置偏差」という）ΔＰを算出し、位置偏差ΔＰを示す信号を、制御演算部５４に与える。制御演算部５４は、位置偏差ΔＰと制御ゲインＧとを用いて制御指令値Ｐｃを算出し、算出した制御指令値Ｐｃを示す信号を油圧機械４１に与える。制御手段５２は、制御指令値Ｐｃを示す信号を油圧機械４１に与えることによって、制御指令値Ｐｃに従って動作するように油圧機械４１を制御する。

制御指令値Ｐｃは、位置偏差ΔＰが小さくなるようにアクチュエータ４３を動作させる指令を表している。本実施の形態では、制御指令値Ｐｃは、モータ４５の出力軸の回転角度を指令する値であり、モータ４５に与えられる。油圧機械４１では、制御指令値Ｐｃに従ってモータ４５が回転し、ポンプ４４からアクチュエータ４３に作動油が供給されて、アクチュエータ４３が位置偏差ΔＰを小さくするように動作する。このようにして油圧機械４１が、予め設定されるタイミングで動作するように、制御装置４０によって制御される。

油圧機械４１で実行される加工動作は、複数の工程に分けられ、工程によって好ましい機械ゲインが異なる。油圧プレス機の場合、加工動作は、下降工程と、加圧工程と、上昇工程とを有している。下降工程は、型である対象物４２を、もう１つの型から上方へ離反させて退避させた退避位置から、２つの型でワークを加工する加工領域まで、下降させる工程である。加圧工程は、ワークが実際に加工される加工工程であり、型である対象物４２を用いて、もう１つの型と協働してワークを加圧し、ワークを加工する工程である。上昇工程は、対象物４２を、加工領域から退避位置まで、上昇させる工程である。

下降工程および上昇工程では、対象物４２に大きな力を与える必要がなく、時間短縮のために、対象物４２をできるだけ高速で変位させる必要がある。したがって下降工程および上昇工程では、ポンプ４４の容量を大きくして機械ゲインを大きくする必要がある。これに対して、加圧工程では、対象物４２を高速で変位させる必要はなく、ワークへの大きな加圧力を得るために、対象物４２に大きな力を与える必要がある。したがって加圧工程では、ポンプ４４の容量を小さくして機械ゲインを小さくする必要がある。油圧機械４１では、下降工程、加圧工程および上昇工程が、この順序で実行されるので、下降工程から加圧工程に移行するとき、および加圧工程から上昇工程に移行するとき、機械ゲインを切換える必要がある。

制御装置４０は、油圧機械４１の機械ゲインの切換えを制御するために、装置ゲイン指令部である機械ゲイン指令部１０３を有している。機械ゲイン指令部１０３には、目標位置Ｐｔを示す信号が与えられる。機械ゲイン指令部１０３は、目標位置Ｐｔに基づいて、油圧機械４１が加工動作のどの工程にあるかを判定し、工程に応じた機械ゲインを指令するゲイン指令値Ｐｇを示す信号を油圧機械４１に与える。

機械ゲイン指令部１０３は、下降工程および上昇工程では、機械ゲインとして大きい値を指令するゲイン指令値Ｐｇの信号を油圧機械４１に与え、加圧工程では、機械ゲインとして小さい値を指令するゲイン指令値Ｐｇの信号を油圧機械４１に与える。機械ゲイン指令部１０３は、このようにゲイン指令値Ｐｇを油圧機械４１に与えることによって、油圧機械４１の動作に応じて機械ゲインを多段的に変更し指令し、油圧機械４１に機械ゲインを切換えさせる。

ゲイン指令値Ｐｇは、油圧機械４１における機械ゲインの指令を表している。本実施の形態では、ゲイン指令値Ｐｇは、ポンプ４４の容量、さらに具体的にはポンプ４４の斜板の傾転角度を指令する値であり、斜板駆動部１０１に与えられる。油圧機械４１では、ゲイン指令値Ｐｇに従って斜板駆動部１０１が斜板１００を傾転駆動し、下降工程および上昇工程では容量を大きくし、加圧工程では容量を小さくするように、ポンプ４４の容量が切換えられる。このようにして油圧機械４１が、動作状態に応じて機械ゲインを多段的に切換えるように、本実施の形態では大小２段に切換えるように、制御装置４０によって制御される。

機械ゲインは、油圧機械４１における制御指令値Ｐｃの入力に対する状態値、つまり実位置Ｐｄの変化率を表すものであり、油圧機械４１の機械ゲインを切換えるように制御する場合、一定の制御ゲインＧを用いて制御することが困難である。たとえば制御ゲインＧを大きい値にすると、機械ゲインが大きい場合に、対象物４２の変位速度が高くなり過ぎてしまうおそれがある。また逆に制御ゲインＧを小さい値にすると、機械ゲインが小さい場合に、対象物４２の変位速度が小さくなり過ぎてしまうおそれがある。したがって制御装置４０は、機械ゲインの切換えに合わせて、制御ゲインＧを切換えて設定する制御ゲイン設定部１０４を有している。

制御ゲイン設定部１０４には、機械ゲイン指令値Ｐｇを示す信号が与えられる。制御ゲイン設定部１０４は、機械ゲイン指令値Ｐｇに基づいて、機械ゲインが大きい値に切換えられると、制御ゲインＧを小さい値に切換え、機械ゲインが小さい値に切換えられると、制御ゲインＧを大きい値に切換える。制御ゲイン設置部１０４は、このように機械ゲインに応じて切換えて設定した制御ゲインＧを示す信号を、制御演算部５４に与える。

図３は、機械ゲインと制御ゲインＧとを示すグラフである。図３には、油圧機械４１が、時刻ｔ１０で下降工程から加圧工程に移行する、移行期の値を示している。図３（１）に示すように、機械ゲイン指令部１０３は、機械ゲイン指令値Ｐｇによって油圧機械４１に指令する機械ゲイン（以下「目標機械ゲイン」という）が、時刻ｔ１０で大きい値Ｈｍから小さい値Ｌｍに瞬時に切換わるように、機械ゲイン指令値Ｐｇを瞬時に切換える。油圧機械４１では、機械ゲイン指令値Ｐｇに従ってポンプ４４の容量を切換え、機械ゲインを切換えるように動作するが、ポンプ４４の容量を瞬時に切換えることはできない。したがって油圧機械４１の実際の機械ゲイン（以下「実機械ゲイン」という）は、図３（３）に示すように、時刻ｔ１０で切換えを開始し、大きい値Ｈｍから除々に減少し、時刻ｔ１０から時間Ｔ１０経過後の時刻ｔ１１に、小さい値Ｌｍへの切換えを完了する。

このように機械ゲインが切換るためには、切換え時間Ｔ１０が必要であり、制御ゲインＧを瞬時に切換えてしまうと、機械ゲインと制御ゲインＧとの切換え時間に差が生じてしまう。このような切換え時間の差は、従来の技術に関連して述べたように、機械ゲインおよび制御ゲインＧを切換えるときに、油圧機械４１にショックを発生させてしまうので、本実施の形態では、制御ゲイン設定部１０４は、機械ゲインが切換えられると、制御ゲインを除々に変化させて切換えて設定するように構成されている。本実施の形態では、制御ゲイン設定部１０４は、実機械ゲインの変化速度に合致する変化速度で制御ゲインＧを変化させるように構成される。

制御ゲイン設定部１０４は、図１に示すように、制御ゲイン指令部分１０５と、ゲイン補正部分１０６とを有している。制御ゲイン指令部分１０５は、機械ゲイン指令部１０３によって指令される機械ゲインに応じて制御ゲインＧを多段的に指令する。ゲイン補正部分１０６は、制御ゲイン指令部分１０５によって指令される制御ゲインＧを、平滑化処理して連続的に変化するように補正する。以下、混同をさけて理解を容易にするために、制御ゲイン指令部分１０５によって指令される制御ゲインＧを、基本ゲインＧ０という。したがって制御ゲイン設定部１０４では、制御ゲイン指令部分１０５で基本ゲインを指令し、ゲイン補正部分１０６で基本ゲインを補正して制御ゲインＧを得る。

制御ゲイン指令部分１０５は、機械ゲイン指令値Ｐｇに基づいて、目標機械ゲインが大きい値Ｈｍであれば、小さい値Ｌｃの基本ゲインＧ０を生成し、目標機械ゲインが小さい値Ｌｍであれば、大きい値Ｈｃの基本ゲインＧ０を生成する。図３（１）に示すように目標機械ゲインが変化する場合、制御ゲイン指令部分１０５は、図３（２）に示すように、時刻ｔ１０までは小さい値Ｌｃの基本ゲインＧ０を生成し、時刻ｔ１０で小さい値Ｌｃから大きい値Ｈｃに瞬時に切換え、大きい値Ｈｃの基本ゲインＧ０を生成する。制御ゲイン指令部分１０５は、このように生成した基本ゲインＧ０を示す信号をゲイン補正部分１０６に与え、制御ゲインを指令する。

ゲイン補正部分１０６は、たとえばローパスフィルタを用いて、制御ゲイン指令部分１０５にから与えられる基本ゲインＧ０の信号を平滑化処理することによって、基本ゲインＧ０を補正した制御ゲインＧを得る。図３（２）に示すように基本ゲインＧ０が指令される場合、ゲイン補正部分１０６で得られる制御ゲインＧは、図３（４）に示すように、時刻ｔ１０までは小さい値Ｌｃであり、時刻ｔ１０で切換えを開始し、小さい値Ｌｃから除々に増加し、時刻ｔ１０から時間Ｔ１０経過後の時刻ｔ１１に、大きい値Ｈｃへの切換えを完了する。

図３には、下降工程から加圧工程への移行期間を例に示しているが、加圧工程から上昇工程への移行期間においても、同様に、実機械ゲインの切換え特性と制御ゲインＧの切換え特性とを一致させる。つまり加圧工程から上昇工程に移行するとき、目標機械ゲインが、小さい値Ｌｍから大きい値Ｈｍに瞬時に切換わる。これに応答し、油圧機械４１では、目標機械ゲインの切換えと同時に、実機械ゲインの切換えを開始し、小さい値Ｌｍから除々に増加し、切換え開始から所定の時間経過後に、大きい値Ｈｍへの切換えを完了する。この切換え時間は、たとえば下降工程から加圧工程への移行期の切換え時間Ｔ１０と同一である。

この機械ゲインの切換えに合わせ、制御ゲイン設定部１０４では、制御ゲイン指令部分１０５が、目標機械ゲインの切換えと同時に、基本ゲインＧ０を、大きい値Ｈｃから小さい値Ｌｃに切換える。この基本ゲインＧ０を、ゲイン補正部分１０５で補正することによって、基本ゲインＧ０の切換えと同時に、制御ゲインＧの切換えが始まり、大きい値Ｈｃから除々に減少し、切換え開始から実機械ゲインの切換え時間と同一の時間経過後に、小さい値Ｌｃへの切換えが完了する。

制御ゲイン補正部分１０６は、実機械ゲインの変化速度に合致する変化速度で変化する制御ゲインＧが得られるように、基本ゲインＧ０を補正する。これによって制御ゲインＧの切換え時間Ｔ１０を、実機械ゲインの切換え時間Ｔ１０に近づけ、切換え時間の差を小さくする。本実施の形態では、制御ゲインＧの切換え時間Ｔ０を、実機械ゲインの切換え時間Ｔ１０と一致させ、切換え時間の差を０にしている。

油圧機械４１における機械ゲインを切換えるための構成であるポンプ４４の斜板１００と斜板駆動部１０１を含む構成による切換え特性に応じたフィルタを、制御ゲイン補正部分１０６で用いることによって、制御ゲインＧの切換え時間Ｔ０と、実機械ゲインの切換え時間Ｔ１０とを一致させることができる。

たとえば機械ゲインを切換えるための構成が、一次遅れ要素である場合、目標機械ゲインに対して、一次遅れ応答して、実機械ゲインが変化する。つまり実機械ゲインは、一次遅れの切換え特性となる。このような場合、制御ゲイン補正部分１０６で、入力に対して一次遅れの出力が得られるようなローパスフィルタを用いる。また機械ゲインを切換えるための構成が、二次遅れ要素である場合、制御ゲイン補正部分１０６で、入力に対して二次遅れの出力が得られるようなローパスフィルタを用いる。

このようにして、機械ゲインを切換えるための構成における機械ゲイン指令部１０３からの指令に対する応答特性と、ゲイン補正部分１０６における制御ゲイン指令部分１０５からの指令に対する応答特性とを一致させる。これによって実機械ゲインの切換え特性と制御ゲインＧの切換え特性とを一致させることができる。切換え特性が一致すれば、実機械ゲインの変化速度と制御ゲインＧの変化速度とを合致させ、制御ゲインＧの切換え時間Ｔ０を、実機械ゲインの切換え時間Ｔ１０と一致させることができる。

図４は、制御演算部５４の制御動作を示すフローチャートである。制御動作は、位置検出手段５１によって実位置Ｐｄが検出される毎に、ステップｓ０で開始され、ステップｓ１に進む。前述のように、機械ゲインが、油圧機械４１の加工動作の工程に応じて切換えられ、この機械ゲインの切換えに応じて、制御ゲイン設定部１０４で切換えられて設定されるので、制御演算部５４は、ステップｓ１で、制御ゲイン設定部１０４で設定される制御ゲインＧを取得し、ステップｓ２に進む。

ステップｓ２では、制御演算部５４は、制御指令値Ｐｃを算出し、制御指令値Ｐｃを示す信号を油圧機械４１に与える。制御指令値Ｐｃは、具体的な式の記載を省略するが、予め定める演算式に、位置偏差ΔＰと制御ゲインＧとを代入して算出する。このように油圧機械４１に指令を与えた後、ステップｓ２からステップｓ３に進み、制御動作を終了する。制御演算部５４では、このような制御動作が、検出手段５１によって実位置Ｐｄが検出される毎に実行され、随時繰返されている。

図５は、制御装置４０によって制御される油圧機械４１の動作状態を示すグラフである。図５には、目標位置Ｐｔおよび実位置Ｐｄを一点鎖線７０で示し、ポンプ４４の回転数を破線７１で示し、アクチュエータ４３のロッド側の圧力を実線７２で示し、アクチュエータ４３のヘッド側の圧力を実線７３で示す。目標位置Ｐｔと実位置Ｐｄとは、完全に一致しているものではないが、図５では、一致していると見なすことができる程度の差しかたないので、１つの線７０で示している。ポンプ４４の回転数、ロッド側の圧力、ヘッド側の圧力は、たとえば、図２に示すエンコーダ７５、ロッド側圧力計７６、ヘッド側圧力計７７によって検出される値である。制御装置４０は、このように実位置Ｐｄが目標位置Ｐｔに合わせて変化するように、油圧機器４１を動作させることができる。

プレス機である油圧機械４１では、型である対象物４２を下降させる期間Ｔ１の下降工程と、対象物４２をアクチュエータ４３で押圧し、ワークを加圧して加工する期間Ｔ２の加圧工程と、対象物４２を上昇させる期間Ｔ３の上昇工程とを有する一連の加工動作が、インターバル期間Ｔ０をおいて繰返される。たとえば上方へ変位する速度を正とした場合、下降工程における対象物４２の変位速度は、−１００ｍｍ／ｓｅｃであり、加圧工程における対象物４２の変位速度は、−５ｍｍ／ｓｅｃであり、上昇工程における対象物４２の変位速度は、１００ｍｍ／ｓｅｃである。インターバル期間Ｔ０と、各期間Ｔ１，Ｔ３の加工工程および上昇工程とでは、前述のように機械ゲインを大きくして制御ゲインＧを小さくし、期間Ｔ２の加圧工程では、前述のように機械ゲインを小さくして制御ゲインＧを大きくするように、機械ゲインおよび制御ゲインＧが切換えられる。

図６は、制御装置４０によるショック低減効果を示すグラフである。図６（１）は、下降工程から加圧工程への移行期の部分を、時刻を示す横軸を引伸ばして拡大して示すグラフであり、本発明に従って制御ゲインＧを切換えた場合のグラフである。図６（２）は、図６（１）に対応する期間についての従来の技術の制御による油圧機械４１の動作を示すグラフである。図６（１）および図６（２）には、目標位置Ｐｔを実線８０，９０で示し、実位置Ｐｄをニ点鎖線８１，９１で示し、ポンプ４４の回転数を破線８２，９２で示し、アクチュエータ４３のロッド側の圧力を一点鎖線８３，９３で示す。

図６（２）に示すように、下降工程から加圧工程に移行するときに、制御ゲインＧを瞬時に切換えると、ポンプ４４の回転数に大きなむらを生じ、ショックが発生している。制御装置４０は、この下降工程から加圧工程に移行するときに、油圧機械４１における実機械ゲインの切換え特性に合わせた切換え特性で、制御ゲインＧを除々に変化させて切換える。これによって図６（１）に示すように、ポンプ４４の回転数のむらを低減し、ショックを低減することができる。

このように本実施の形態の制御装置４０によれば、位置偏差ΔＰと制御ゲインＧとを用いて制御指令値Ｐｃが求められ、油圧機械４１に指令される。このようにして検出される実位置Ｐｄが目標位置Ｐｔに合わせて変位するように、油圧機械４１が制御される。さらに機械ゲイン指令部１０３によって、油圧機械４１に目標機械ゲインが指令され、油圧機械４１の機械ゲインが切換えられる。この機械ゲインの切換えに合わせて、制御ゲインＧが切換えられる。制御ゲインＧを切換える制御ゲイン設定部１０４では、制御ゲイン指令部分１０５によって、目標機械ゲインに応じて基本ゲインＧ０を生成する。目標機械ゲインは、互いに離散した値間で瞬時に切換わるので、基本ゲインＧ０もまた、互いに離散した値間で瞬時に切換わるが、油圧機械４１では、機械ゲインを瞬時に切換えることができず、実機械ゲインは、除々に変化させて切換えられる。この実機械ゲインの切換え特性に合わせて、制御ゲインＧを切換えるために、ゲイン補正部分１０６によって、基本ゲインＧ０を補正し、制御ゲインＧの切換え特性を、実機械ゲインの切換え特性と一致させている。

このようにしてこのように多段的に制御ゲインを指令する部分と、多段的に指令される制御ゲインを平滑化して補正する部分とを組み合わせ、比較的簡単な構成で、制御ゲインＧを機械ゲインに合わせて除々に変化させ、切換え時間の差を小さくすることができる。したがって切換え時間の差に起因して機械ゲインを切換えるときに油圧機械４１に発生するショックを低減することができる。しかも実機械ゲインの切換え完了を待つ必要がなく、油圧機械４１を利用した作業の作業効率は低下することがない。

図７は、本発明の実施の他の形態の制御装置４０Ａとともに油圧機械４１Ａを示す油圧回路図である。図８に示す実施の形態の制御装置４０Ａおよび油圧機械４１Ａは、図１〜図６の実施の形態の制御装置４０および油圧機械４１と類似しており、対応する構成に同一の符号を付し、異なる点についてだけ説明する。本実施の形態では、油圧機器４１Ａは、１つの対象物４２を変位駆動するための一対のアクチュエータ４３を備え、各アクチュエータ４３毎に、ポンプ４４およびモータ４５がそれぞれ設けられ、個別に駆動される。さらに本実施の形態では、制御装置４０Ａは、各アクチュエータ４３毎に設けられる一対の検出手段５１を備え、制御手段５２によって、各アクチュエータ４３を個別に制御する。このように複数のアクチュエータ４３を備える油圧機械４１Ａであっても、制御ゲインＧを除々に切換えることによって、同様にショックを低減することができる。

前述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、構成を変更することができる。具体的な構成はあくまでも一例である。たとえば機械ゲインが大小２つの値に切換えられる例を示したが、３つ以上の値に切換えられ、これに合わせて制御ゲインを３つ以上の値に切換える構成であってもよい。また制御対象となる流体圧装置は、プレス機以外の装置たとえば裁断機などの他の加工機であってもよいし、油圧以外の流体圧たとえば水圧を利用する装置であってもよい。アクチュエータは、シリンダ以外の流体圧モータなど他のアクチュエータであってもよいし、複数のアクチュエータを個別に制御する場合、アクチュエータは、異なる種類のアクチュエータであってもよい。また３以上のアクチュエータを備える流体圧装置が制御対象であってもよいし、

４０，４０Ａ 制御装置
４１，４１Ａ 油圧機械
４３ アクチュエータ
５０ 位置検出手段
５１ 目標位置手段
５２ 制御手段
５３ 偏差演算部
５４ 制御演算部
１０３ 機械ゲイン指令部
１０４ 制御ゲイン設定部
１０５ 制御ゲイン指令部分
１０６ ゲイン補正部分

Claims (3)

1. 流体の圧力を利用して動作する流体圧装置の動作目標を表す目標値を指令する目標指令手段と、
   流体圧装置の動作状態を表す状態値を検出する状態検出手段と、
   目標指令手段から指令される目標値および状態検出手段で検出される状態値の偏差と、制御ゲインとを用いて制御指令値を求め、制御指令値に従って動作するように流体圧装置を制御する制御演算部、および流体圧装置における制御指令値の入力に対する状態値の変化率を表す装置ゲインが切換えられると、制御ゲインを除々に変化させて切換えて設定する制御ゲイン設定部とを有する制御手段とを含むことを特徴とする流体圧装置の制御装置。
2. 前記制御ゲイン設定部は、装置ゲインの変化速度に合致する変化速度で制御ゲインを変化させることを特徴とする請求項１に記載の流体圧装置の制御装置。
3. 前記制御手段は、流体圧装置の装置ゲインを、流体圧装置の動作に応じて多段的に変更して指令し、流体圧装置に装置ゲインを切換えさせる装置ゲイン指令部をさらに有し、
   前記制御手段の制御ゲイン設定部は、装置ゲイン指令部によって指令される装置ゲインに応じて制御ゲインを多段的に指令する制御ゲイン指令部分と、制御ゲイン指令部分によって指令される制御ゲインを、平滑化処理して連続的に変化するように補正するゲイン補正部分とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧装置の制御装置。

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