KR980010434A - Speed control device using variable hydraulic motor - Google Patents

Abstract

가변 유압 장치를 사용한 본 발명의 속도 제어 장치는 속도 검출기(1), 사판 위치 검출기 (2), 외부 속도제어기(3), 사판 위치 제어기(4), 밸브 구동기(5), 사판 조정 피스톤(6), 서보(또는 비례 제어)밸브(7), 축압기(8), 압력 공급원(9), 모터(10), 부하 토오크 연산기 (11)를 구비한다. 본 발명에서는 측정 속도(v)와 사판 위치 측정값(x)사이에서 계산된 부하 토오크에 상당하는 사판 위치 값을 사판 위치 요구값(x*)에 합산시킴으로써, 부하토오크의 변동량에 해당하는 양만큼 사판 위치 요구값(x*)을 변화시켜 모터에 소정의 보상을 가하기 때문에, 부하토오크의 변동에 따른 모터의 회전 속도 변화를 개선시킬 수 있다. 또한, 관성 부하의 증가 또는 공급 압력의 저하시, 이러한 상태를 부하토오크의 증가로 간주하여 보상을 수행하기 때문에, 응답 성능도 개선된다.The speed control device of the present invention using the variable hydraulic pressure device includes a speed detector 1, a swash plate position detector 2, an external speed controller 3, a swash plate position controller 4, a valve driver 5, a swash plate adjusting piston 6 A servo (or proportional control) valve 7, an accumulator 8, a pressure supply source 9, a motor 10, and a load torque computing unit 11. In the present invention, by adding the swash plate position value corresponding to the load torque calculated between the measurement speed (v) and the swash plate position measurement value (x) to the swash plate position request value (x *), A predetermined compensation is applied to the motor by changing the swash plate position request value (x *), so that it is possible to improve the change in the rotational speed of the motor in accordance with the variation of the load torque. In addition, when the inertial load is increased or the supply pressure is decreased, since this state is regarded as an increase in the load torque and the compensation is performed, the response performance is also improved.

Description

가변 유압 모터를 사용한 속도 제어 장치Speed control device using variable hydraulic motor

본 발명은 가변 유압 모터를 사용하여 구동 장치의 속도를 제어하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for controlling the speed of a drive apparatus using a variable hydraulic motor.

일반적으로, 구동 장치의 속도를 제어하기 위한 방식으로는 유압식, 기계식, 전기식, 공압식등이 있으며, 본 발명은 전술한 방식중에서 유압식을 주관심 분야로 하고 있다.In general, there are hydraulic, mechanical, electric, pneumatic, and the like for controlling the speed of the drive system.

유압식은 크게 분류하여, 밸브를 조절하여 유동하는 유량을 제어함으로써 구동 장치의 회전 속도를 조절하는 밸브 조절 방식과, 사판을 사용하여 펌프에서 토출되는 유량을 제어하는 펌프 토출 유량 조절 방식과, 모터 제어 방식의 3가지 방식으로 나누어지며, 본 발명은 전술한 방식 중에서 모터 제어 방식을 취급하기로 한다.The hydraulic type is largely classified into a valve control system for controlling the rotational speed of the drive unit by controlling the flow rate by controlling the valve, a pump discharge flow rate control system for controlling the flow rate discharged from the pump using the swash plate, Method, and the present invention deals with the motor control method among the above-described methods.

일반식으로, 모터 제어방식에서 사용되는 유압 모터는 기름의 압력 에너지를 사용하여 기계 장치를 회전시키는 기능을 한다. 가변 유압 모터는 전술한 유압 모터 내부에 사판을 설치하여 그 사판각을 조절함으로써 유압모터에 의한 발생 토오크를 조절하는 기능을 하는 모터를 의미한다. 이러한 가변 유압 모터를 이용한 구동 방식은 전술한 밸브 제어 방식에 비하여 에너지 손실이 적으며, 펌프 제어 방식에 비하여 동적 응답이 빠르다는 장점이 있다. 유압모터의 발생 토오크는 가속 성능과 관련되며, 공급 압력과 배제 체적의 곱으로 표시된다. 또한, 유압 모터의 배체 체적은 사판각에 비례하므로 공급 압력이 일정한 경우에 발생 토오크는 사판각에 비례하게 된다. 결과적으로, 사판각의 조정을 통하여 발생 토오크를 조절함으로써 모터의 가속 및 감속을 제어할 수 있게 된다. 이러한 가변 유압 모터를 사용한 종래의 속도 제어 장치(독일 Rexroth 회사의 모델 VT12000)는, 제1도에 도시된 것처럼, 속도 검출기(1), 사판 위치 검출기(2), 외부 속도 제어기(3), 사판 위치 제어기(4), 밸브 구동기(5) 사판 조정 피스톤(6), 서보(또는 비례제어) 밸브(7), 축압기(8), 압력 공급원(9), 모터(10)로 구성된다. 이때, 압력 공급원(9)은 일정한 압력을 공급하는 기능을 하며, 축압기(8)는 압력의 변동을 최소화시키고, 모터의 감속시 관성 에너지를 유압 에너지로 변환 저장하는 역할을 한다. 또한, 사판 조정 피스톤(6)은 서보(또는 비례제어)밸브(7)에서 공급되는 유량에 의하여 모터 본체(10)의 사판 (화살표로 표시)을 제어하는 역할을 한다. 상기 종래의 제어 장치는 다음과 같이 작동된다.In general, the hydraulic motor used in the motor control system functions to rotate the machinery using the pressure energy of the oil. The variable hydraulic motor means a motor that adjusts the torque generated by the hydraulic motor by adjusting the swash plate angle by installing a swash plate in the hydraulic motor. The driving method using such a variable hydraulic motor is advantageous in that the energy loss is smaller than that of the valve control method described above, and the dynamic response is faster than the pump control method. The generated torque of the hydraulic motor is related to the acceleration performance and is expressed as the product of the supply pressure and the displacement volume. In addition, since the volume of the fluid in the hydraulic motor is proportional to the swash plate angle, the generated torque is proportional to the swash plate angle when the supply pressure is constant. As a result, the acceleration and deceleration of the motor can be controlled by adjusting the generated torque through the adjustment of the swash plate angle. As shown in FIG. 1, a conventional speed control device (model VT12000 of Rexroth, Germany) using such a variable hydraulic motor has a speed detector 1, a swash plate position detector 2, an external speed controller 3, A position controller 4, a valve actuator 5, a swash plate adjusting piston 6, a servo (or proportional control) valve 7, an accumulator 8, a pressure source 9 and a motor 10. At this time, the pressure supply source 9 functions to supply a constant pressure, the accumulator 8 minimizes the fluctuation of the pressure, and converts and converts the inertia energy into the hydraulic energy when the motor decelerates. The swash plate adjusting piston 6 serves to control a swash plate (indicated by an arrow) of the motor main body 10 by the flow rate supplied from the servo (or proportional control) valve 7. The conventional control device operates as follows.

소정의 속도로 회전하는 모터의 회전 속도는 속도 검출기(1)에 의하여 그 속도가 측정된다. 측정된 속도(v)는 외부에서 입력되는 요구 속도(v*)와 비교되어 그 차이값이 외부 속도 제어기(3)로 입력된다.The speed of the motor rotating at a predetermined speed is measured by the speed detector 1. The measured speed v is compared with an externally input required speed v * and the difference value is input to the external speed controller 3. [

외부 속도 제어기(3)는 측정속도(v)와 요구속도(v*)의 속도 차이값을 이용하여 소정의 모터 속도에 필요한 사판 위치 요구값(x*)을 출력한다. 사판 위치 요구값(x*)은 사판각을 조절하는 사판 조정 피스톤(6)에 연결되어 있는 사판 위치 검출기(2)로부터 출력되는 현재의 사판 위치 측정값(x)과 비교된다. 이렇게 비교된 사판 위치 요구값(x*)과 사판 위치 측정값(x)의 차이값은 사판 위치 제어기(4)로 입력된다. 사판 위치 제어기(4)에서 출력되는 사판 제어값은 서보(또는 비례제어)밸브(7)를 제어하는 밸브 구동기(5)로 입력된다. 밸브 구동기(5)에 의하여 구동되는 서보 밸브(7)는 사판과 연결되어 있는 사판 조정 피스톤(6)을 제어하여, 측정속도(v)와 요구속도(v*)의 속도차이를 0으로 함으로써, 모터의 회전 속도를 소정의 속도로 유지하게 된다. 그러나, 이러한 종래의 제어 방식에서는, 모터의 부하 토오크가 변동하면 모터의 속도에 변화가 발생하여 일정 시간 동안 소정의 요구 속도를 유지할 수 없었으며, 관성 부하 또는 공급 압력 등이 변하는 경우에는 속도 응답 성능이 변화하여 요구하는 속도 응답을 얻을 수 없다는 단점이 있었다.The external speed controller 3 outputs the swash plate position request value x * necessary for the predetermined motor speed using the speed difference value between the measurement speed v and the required speed v *. The swash plate position request value (x *) is compared with the current swash plate position measurement value (x) output from the swash plate position detector 2 connected to the swash plate adjusting piston 6 for adjusting the swash plate angle. The difference between the swash plate position request value (x *) and the swash plate position measurement value (x) is input to the swash plate position controller (4). The swash plate control value output from the swash plate position controller 4 is input to the valve driver 5 which controls the servo (or proportional control) valve 7. The servo valve 7 driven by the valve actuator 5 controls the swash plate adjusting piston 6 connected to the swash plate so that the speed difference between the measured speed v and the required speed v * The rotational speed of the motor is maintained at a predetermined speed. However, in such a conventional control system, when the load torque of the motor fluctuates, the speed of the motor changes, and the predetermined required speed can not be maintained for a predetermined time. When the inertial load or the supply pressure changes, So that a desired speed response can not be obtained.

따라서, 본 발명의 목적은 가변 유압 모터의 속도 값과 사판각 위치 값을 이용하여 부하 토오크 예측값을 연산하고 이를 이용한 보상동작을 수행함으로써 속도 제어 및 속도 응답 성능을 개선시키는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to improve speed control and speed response performance by calculating a load torque prediction value using a speed value of a variable hydraulic motor and a swash plate angular position value, and performing a compensation operation using the calculated value.

도1은 가변 유압 모터를 사용한 종래의 속도 제어 장치의 블록도.1 is a block diagram of a conventional speed control apparatus using a variable hydraulic motor;

도2은 가변 유압 모터를 사용한 본 발명의 속도 제어 장치의 블록도.2 is a block diagram of a speed control device of the present invention using a variable hydraulic motor;

도3은 종래의 속도 제어 장치와 본 발명의 속도 제어 장치의 속도 응답 성능을 비교한 그래프.3 is a graph comparing the speed response performance of the conventional speed control device and the speed control device of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명* A brief description of the main parts of the drawing

1 : 속도 검출기 2 : 사판 위치 검출기1: Speed detector 2: Swash plate position detector

3 : 외부 속도 제어기 4 : 사판 위치 제어기3: external speed controller 4: swash plate position controller

5 : 밸브 구동기 6 : 사판 조정 피스톤5: valve actuator 6: swash plate adjustment piston

7 : 서보(또는 비례제어) 밸브 8 : 축압기7: Servo (or proportional control) valve 8: Accumulator

9 : 압력 공급원 10 : 모터9: pressure source 10: motor

11 : 부하 토오크 연산기11: Load torque calculator

제2도를 참조하여 가변 유압 모터를 사용한 본 발명의 속도 제어 장치를 설명한다.Referring to FIG. 2, the speed control device of the present invention using a variable hydraulic motor will be described.

본 발명의 속도 제어 장치는 속도 검출기(1), 사판 위치 검출기(2), 외부 속도 제어기(3), 사판 위치 제어기(4), 밸브 구동기(5) 사판 조정 피스톤(6), 서보(또는 비례제어)밸브(7), 축압기(8), 압력 공급원(9), 모터(10), 부하 토오크 연산기(11)로 구성된다. 종래의 속도제어 장치와의 구성상 차이는 부하 토오크 연산기(11)가 추가되었다는 것이다.The speed control device of the present invention includes a speed detector 1, a swash plate position detector 2, an external speed controller 3, a swash plate position controller 4, a valve driver 5, a swash plate adjusting piston 6, A control valve 7, an accumulator 8, a pressure supply source 9, a motor 10, and a load torque computing unit 11. The difference in configuration from the conventional speed control device is that the load torque computing unit 11 is added.

본 발명의 동작 특성은 다음과 같다.The operating characteristics of the present invention are as follows.

소정의 속도로 회전하는 모터의 회전 속도는 속도 검출기(1)에 의하여 그 속도(v)가 측정되며, 또한 사판 위치 검출기(2)에 의하여 사판(화살표로 표시)의 사판 위치가 측정(x)된다. 종래의 제어 장치와는 달리, 부하 토오크에 상당한 양만큼 사판의 각을 변화시키기 위하여, 상기 2개의 측정값을 이용하여 모터의 부하 토오크를 계산하며, 부하 토오크 연산기(11)에서 그 계산 작업을 수행한다. 또한, 측정된 속도는(v) 외부에서 입력되는 요구속도(v*)와 비교되어 그 차이값이 외부 속도 제어기(3)로 입력된다. 외부 속도 제어기(3)로부터 출력되는 사판 위치 제어값은 부하 토오크 연산기(11)에서 출력되는 부하토오크에 상당하는 사판 위치 값과 합산되어 소정의 모터 속도에 필요한 사판 위치 요구값(x*)을 출력하게 된다. 사판 위치 요구값(x*)은 사판각을 조절하는 사판 조정 피스톤(6)에 연결되어있는 사판 위치 검출기(2)로부터 출력되는 현재의 사판 위치 측정값(x)과 비교된다. 이렇게 비교된 사판 위치 요구값(x*)과 사판 위치 측정값(x)의 차이값은 사판 위치 제어기(4)로 입력된다. 사판위치 제어기(4)에서 출력되는 사판 제어 값은 서보(또는 비례제어)밸브(7)를 제어하는 밸브 구동기95)로 입력된다. 밸브 구동기(5)에 의하여 구동되는 서보(또는 비례제어) 밸브(7)는 사판과 연결되어있는 사판 조정 피스톤(6)을 제어하여, 측정 속도(v)와 요구속도(v*)의 속도차이를 0으로 함으로써, 모터의 회전 속도를 소정의 속도로 유지하게 된다.The speed v of the motor rotating at a predetermined speed is measured by the speed detector 1 and the swash plate position of the swash plate (indicated by the arrow) is measured by the swash plate position detector 2, do. Unlike the conventional control device, in order to change the angle of the swash plate by an amount corresponding to the load torque, the load torque of the motor is calculated using the two measured values, and the load torque calculator 11 performs the calculation do. Further, the measured speed is compared with the required speed v * input from the outside (v), and the difference value is input to the external speed controller 3. The swash plate position control value output from the external speed controller 3 is summed with the swash plate position value corresponding to the load torque output from the load torque computing unit 11 to output the swash plate position request value x * required for the predetermined motor speed . The swash plate position request value (x *) is compared with the current swash plate position measurement value (x) output from the swash plate position detector 2 connected to the swash plate adjusting piston 6 for adjusting the swash plate angle. The difference between the swash plate position request value (x *) and the swash plate position measurement value (x) is input to the swash plate position controller (4). The swash plate control value output from the swash plate position controller 4 is input to the valve actuator 95 which controls the servo (or proportional control) valve 7. The servo (or proportional control) valve 7 driven by the valve driver 5 controls the swash plate adjusting piston 6 connected to the swash plate so that the speed difference between the measured speed v and the required speed v * 0 ", the rotation speed of the motor is maintained at a predetermined speed.

제3도는 종래의 속도 제어 장치와 본 발명의 속도 제어 장치의 속도 응답 성능을 비교한 예를 나타낸 그래프로서 1000rpm으로 회전하는 모터에 부하 토오크가 걸린 경우의 속도 응답 성능을 나타낸다. 실선으로 표시한 종래 장치의 경우에는, 소정의 부하 토오크가 발생하면 모터의 회전속도 700rpm 정도로 떨어지며, 소정의 요구 속도까지 회복되기까지에는 5초 정도가 걸린다. 반면에, 점선으로 표시된 본 발명의 제어 장치에서는, 부하 토오크 변화량을 보상하는 부하 토오크 연산기(11)의 작용으로 인하여 모터의 회전 속도는 140 rpm 정도 감소된 860rpm 이며, 소정의 요구 속도까지 회복되기까지에는 단지 0.2초 정도가 소요된다. 이처럼, 부하 토오크의 발생시 본 발명의 속도 제어 장치가 소정의 요구 속도까지 도달하는 시간은 종래 장치에 비하여 매우 단축되어 그 응답 성능이 확연히 개선되었으며, 모터의 회전속도 감소도 상대적으로 낮았다.FIG. 3 is a graph showing an example of a comparison between the speed response performance of the conventional speed control device and the speed control device of the present invention, showing the speed response performance when a load torque is applied to a motor rotating at 1000 rpm. In the case of the conventional device indicated by the solid line, when a predetermined load torque is generated, the rotational speed of the motor is reduced to about 700 rpm, and it takes about 5 seconds to recover to the predetermined required speed. On the other hand, in the control apparatus of the present invention indicated by the dotted line, the rotational speed of the motor is reduced by 140 rpm to 860 rpm due to the action of the load torque computing unit 11 that compensates for the load torque variation, It takes just 0.2 seconds. As described above, the time required for the speed control device of the present invention to reach the predetermined required speed at the time of occurrence of the load torque is significantly shortened as compared with the conventional device, the response performance is remarkably improved, and the rotational speed reduction of the motor is also relatively low.

전술한 것처럼, 본 발명에서는 회전하는 모터의 측정 속도(v)와 사판 위치 측정값(x)을 이용하여 계산된 부하 토오크에 상당하는 사판 위치 값을 사판 위치 요구값(x*)에 합산시킴으로써, 부하토오크의 변동량에 해당하는 양만큼. 사판 위치 요구값(x*)을 변화시켜 모터에 소저으이 보상을 가하기 때문에, 부하 토오크의 변동에 따른 모터의 회전 속도 변화를 개선시킬 수 있다. 또한, 관성 부하의 증가 또는 공급 압력의 저하시 이러한 상태를 부하토오크의 증가로 간주하여 보상을 수행하기 때문에, 응답 성능도 개선된다.As described above, in the present invention, the swash plate position value corresponding to the load torque calculated by using the measured speed v of the rotating motor and the swash plate position measurement value x is added to the swash plate position request value x * By the amount corresponding to the variation of the load torque. Since the swash plate position request value (x *) is changed to apply a slight compensation to the motor, it is possible to improve the change in the rotation speed of the motor due to the variation in the load torque. In addition, since the compensation is performed by considering the increase of the inertial load or the supply pressure as the increase of the load torque, the response performance is also improved.

Claims (1)

속도 검출기(10, 사판 위치 검출기(2), 외부 속도 제어기(3), 사판 위치 제어기(4), 밸브 구동기(5) 사판 조정 피스톤(6), 서보(또는 비례제어)밸브(7), 축압기(8), 압력 공급원(9), 모터 (10)을 구비하는 가변 유압 모터를 사용한 속도제어 장치에 있어서, 상기 속도 검출기(1)에서 측정된 측정속도(v)및 상기 사판 위치 검출기(2)에서 측정된 사판 위치 측정값(x)을 이용하여 부하 토오크의 변화량을 계산하는 부하 토오크 연산기(11)를 더 구비하는 것을 특징으로하는 가변 유압 모터를 사용한 속도 제어 장치.A speed detector 10, a swash plate position detector 2, an external speed controller 3, a swash plate position controller 4, a valve actuator 5, a swash plate adjusting piston 6, a servo (or proportional control) valve 7, 1. A speed control apparatus using a variable hydraulic motor having an actuator (8), a pressure supply source (9) and a motor (10), characterized in that the speed (v) measured by the speed detector (1) Further comprising a load torque calculator (11) for calculating a variation amount of the load torque using the swash plate position measurement value (x) measured at the swash plate position measurement point (x). ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.※ Note: It is disclosed by the contents of the first application.