(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボ増幅器から与えられる指令信号に応じて作動するサーボ弁と、サーボ弁により油圧源からの作動油の給排が制御されるシリンダと、このシリンダに連動する振動テーブルとを備えた油圧加振機において、目標信号とシリンダまたは振動テーブルの変位信号との差を進み補償特性をもつ伝達関数に通した信号と、シリンダまたは振動テーブルの速度信号及びその加速度信号をそれぞれ進み補償特性をもつ伝達関数に通した信号との差を、サーボ増幅器に指令信号として与えるように構成したことを特徴とする油圧加振機の制御装置。
【請求項２】
前記伝達関数が進み補償特性をもつ所定の伝達関数に所定のゲインを乗じて構成される請求項１に記載の油圧加振機の制御装置。
【請求項３】
前記シリンダまたは振動テーブルの速度信号として、シリンダまたは振動テーブルの変位信号の微分信号を用いる請求項１または請求項２に記載の油圧加振機の制御装置。
【請求項４】
前記シリンダまたは振動テーブルの速度、加速度信号として、シリンダまたは振動テーブルの変位信号のそれぞれ１回微分、２回微分信号を用いる請求項１または請求項２に記載の油圧加振機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧加振機のサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧加振機のサーボ機構の制御装置として、特開昭６０−１３６６０２号公報に示されるものがある。
【０００３】
これは加振装置に作用する外乱の影響を解消し、入力波形を正確に再現することを目的とするもので、図１４に示すように構成される。
【０００４】
１はサーボ増幅器で、このサーボ増幅器１によりサーボ弁３を制御し、油圧源２からの作動油のリンダ４に対する給排を制御する。シリンダ４のピストンロッド５には振動テーブル６が継手７を介して連結され、サーボ増幅器１への入力信号に応じてシリンダ４を伸縮作動させ、振動テーブル６を加振する。
【０００５】
振動テーブル６に作用する外乱により入力波形の再現性が乱れるのを防止するため、サーボ増幅器１の入力側に多重積分補償回路Ｇｓ（ｓ）２６を設け、多重積分補償回路２６には目標信号と振動テーブル６の変位信号との偏差を入力する共に、多重積分補償回路２６とサーボ増幅器１との間の経路にピストンロッド５及び振動テーブル６の変位量、速度量、加速度量のうち一つあるいは二つあるいは全部をフィードバックするように構成し、この場合、ピストンロッド５及び振動テーブル６の速度、加速度信号にそれぞれ適当な特性の進み補償を与えるフィードバック補償回路Ｇａ（ｓ）２７、Ｇｔ（ｓ）２８を設けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのサーボ機構にあっては、油圧加振機の応答波形の歪を低減するために、目標信号と変位信号の差を多重積分補償回路に入力すると共に、フィードバック補償回路Ｇａ（ｓ）２７、Ｇｔ（ｓ）２８を設けているが、これらが進み補償回路の場合、多重積分補償回路２６の出力部から振動テーブル６の変位ｘtまでの閉ループの伝達特性を考えると、低周波数域で位相が９０度遅れ、これに対して多重積分補償回路２６に積分器を挿入すると、低周波数域で一巡伝達関数の位相遅れが１８０度になり、制御系が不安定となるため、積分器を用いることはできない。そこで安定余裕を大きくするために積分器を１次遅れ系で近似させると、制御周波数範囲内に１次遅れ系に起因する減衰の小さい共振点が現れることになり、入力波形に対する応答波形の歪みが低減できなくなる。
【０００７】
また、目標信号と変位信号の偏差を多重積分補償回路２６に入力する制御系を構成しているため、上記のフィードバック補償回路を用いた場合、積分器（１次遅れ系）の設定によっては安定余裕が少なくなり、制御系が不安定となることもあった。
【０００８】
本発明の目的は、入力波形に対する応答波形の歪みを低減すると共に制御系の安定性を高めることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、サーボ増幅器から与えられる指令信号に応じて作動するサーボ弁と、サーボ弁により油圧源からの作動油の給排が制御されるシリンダと、このシリンダに連動する振動テーブルとを備えた油圧加振機において、目標信号とシリンダまたは振動テーブルの変位信号との差を進み補償特性をもつ伝達関数に通した信号と、シリンダまたは振動テーブルの速度信号及びその加速度信号をそれぞれ進み補償特性をもつ伝達関数に通した信号との差を、サーボ増幅器に指令信号として与えるように構成した。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記伝達関数が進み補償特性をもつ所定の伝達関数に所定のゲインを乗じて構成される。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記シリンダまたは振動テーブルの速度信号として、シリンダまたは振動テーブルの変位信号の微分信号を用いる。
【００１３】
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記シリンダまたは振動テーブルの速度、加速度信号として、シリンダまたは振動テーブルの変位信号のそれぞれ１回微分、２回微分信号を用いる。
【００１４】
【発明の作用・効果】
第１、第２の発明において、目標信号と変位信号との差を所定の進み補償特性をもつ伝達関数に通して、また速度信号、加速度信号を所定の進み補償特性をもつ伝達関数を通して、これら信号の差をサーボ増幅器の指令信号として入力するので、積分器（１次遅れ系）を用いたときに比較して、油の圧縮性に起因する制御系の共振点の減衰を大きくでき、外乱による応答波形の歪みを低減し、また、低周波数域での一巡伝達関数の位相が９０度しか遅れないので、制御系の十分な安定性が確保される。
【００１６】
第３の発明では、速度センサが不要となり、制御系のコストが下げられる。
【００１７】
第４の発明では、速度センサ、加速度センサが不要となり、さらに制御系のコストの引き下げが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に基づいて説明する。図１において、１はサーボ増幅器、３はサーボ増幅器１からの信号により作動するサーボ弁、４はサーボ弁３の開度に応じて油圧源２からの作動油が給排されるシリンダ、６はシリンダ４のピストンロッド５と継手７を介して連結される振動テーブル６で、サーボ弁３の開度に応じてシリンダ４に油圧源２から作動油が給排され、シリンダ４が振動テーブル６を加振する。サーボ増幅器１に指令信号を与えるコントローラ１１が設けられ、閉ループ制御系を構成するコントローラ１１にはピストンロッド５または加振テーブル６の変位を検出する変位センサ８、速度を検出する速度センサ９、加速度を検出する加速度センサ１０からの各検出信号が入力し、目標信号と各検出信号をもとにしてサーボ増幅器１に指令信号を出力する。
【００１９】
コントローラ１１は図２にも示すように、目標信号と変位信号の差を伝達関数Ｇｅ（ｓ）１２に通した信号から、速度信号を伝達関数Ｇｖ（ｓ）１３に通した信号と、加速度信号を伝達関数Ｇａ（ｓ）１４に通した信号とを減じたものを、サーボ増幅器１に対しての指令信号として出力する。
【００２０】
伝達関数Ｇｅ（ｓ）１２は進み補償特性をもつ適当な特性の伝達関数Ｃｅ（ｓ）１５に適当なゲインＫｅ１８を乗じたものであり、伝達関数Ｇｖ（ｓ）１３は進み補償特性をもつ適当な特性の伝達関数Ｃｖ（ｓ）１６に適当なゲインＫｖ１９を乗じたものであり、また伝達関数Ｇａ（ｓ）１４についても進み補償特性をもつ適当な特性の伝達関数Ｃａ（ｓ）１７に適当なゲインＫａ２０を乗じたものである。
【００２１】
次に、図３に線形化した油圧加振機のモデル２１のブロック線図を示す。
【００２２】
加振機モデル２１はシリンダ−振動テーブルを２次、油の圧縮性を１次、サーボ弁の動特性を２次の、計５次で近似しており、実際の油圧加振機の特性を十分に再現することができる。なお、ピストンロッド５と振動テーブル６とは継手７により連結されているが、通常、継手７の剛性は十分に高いため、ピストンロッド５と振動テーブル６とは剛結合されているものとみなしても一般性は失われない。
【００２３】
いま、
【００２４】
【数１】
0003725259.tif 000002
【００２５】
として、加振機モデル２１のモデル式は、以下の（１）〜（７）となる。
【００２６】
【数２】
0003725259.tif 000003
【００２７】
この加振機モデル２１に対して、図４に示す構成を採用することにより、油の圧縮性に起因する制御系の共振点の減衰を大きくし、また外乱による油圧加振機の応答波形の歪みを減少させる。
【００２８】
目標信号と変位信号との差が入力される伝達関数Ｇｅ（ｓ）１２は、上記のような進み補償特性をもつ伝達関数で、従来の多重積分補償回路に代えて設けられるもので、速度信号が入力される伝達関数Ｇｖ（ｓ）１３と、加速度信号が入力する伝達関数Ｇａ（ｓ）１４は、フィードバック補償回路に相当する。
【００２９】
これらの伝達関数Ｇｅ（ｓ）１２、Ｇｖ（ｓ）１３、Ｇａ（ｓ）１４に含まれる進み補償特性により、図４に示す制御系は十分な安定余裕をもちながら、応答波形の歪みを低減することができる。
【００３０】
図５（Ａ）は本発明の進み補償特性をもつ伝達関数のボード線図で、上記した伝達関数Ｃｅ（ｓ）１５、Ｃｖ（ｓ）１６、Ｃａ（ｓ）１７は同じ進み補償特性をもつ２次の伝達関数であり、これに対して図５（Ｂ）は従来の多重積分補償器を１次遅れ近似した場合のボード線図を示す。
【００３１】
図６に、図３に相当する加振機モデル２１の入力サーボ指令ｉから振動テーブル６の変位信号ｘまでの開ループのボード線図と、図４に相当する本発明の制御系の伝達関数Ｇｅ（ｓ）の出力ｉｓから振動テーブル６の変位信号ｘまでの開ループのボード線図を示す。
【００３２】
この場合、▲１▼で示す加振機モデル２１では油の圧縮性に起因して発生する共振点のピークが、▲２▼の本発明の構成では、明らかに小さくなっていることが確認できる。また、加振機モデル２１と本発明の構成は共に低周波数域で９０度の位相遅れが存在するが、この場合に伝達関数Ｇｅ（ｓ）１２と同位置に積分器を挿入すると、低周波数域で一巡伝達関数の位相遅れが１８０度になり、制御系が著しく不安定となってしまうことが分かる。
【００３３】
図７は、図４に相当する本発明の制御系の外乱ｗから振動テーブル６の加速度信号までの▲１▼で示すボード線図と、図１４の従来例の制御系において、積分器を１次遅れ系で近似させ安定化した場合の、外乱ｄから加速度信号までの▲２▼で示すボード線図である。この図からは、本発明の制御系は油の圧縮性に起因する共振点の減衰が十分に大きく、油圧加振機の応答波形の歪みが低減できることが分かり、これに対して従来例では、制御周波数範囲内に減衰の小さい共振点が存在するために、局部的にゲインがピーク値をとり、応答波形の歪みを低減することができない。
【００３４】
ところで、この制御系の特性は、閉ループの極からも理解できる。制御系の構成要素はそれに対応した極をもち、この極からは構成要素の特性である固有振動数と減衰が計算できる。図８には本発明の伝達関数Ｇｅ（ｓ）１２と、同じ位置に積分器（１次遅れ系）を挿入した従来例に対応する極をプロットしたものを示す。これからも、本発明では、伝達関数Ｇｅ（ｓ）１２に対応する極の減衰が大きく、これに対して従来例では対応する極の減衰が小さいことが分かり、外乱に対する応答性など、制御系の特性に大きな差異がある。
【００３５】
上記した説明において、本発明の理論上、加振機モデル２１は図３に示す構成に限定されるわけではなく、例えばサーボ弁１の動特性を３次に線形近似したものとしてもよく、また各センサ８〜１０の特性や、その増幅器に含まれるフィルタの特性を加振機モデル２１に含めるようにしてもよい。
【００３６】
この場合、図４の制御系において、伝達関数Ｃｅ（ｓ）１５、Ｃｖ（ｓ）１６、Ｃａ（ｓ）１７の進み補償特性の設定を変更することにより、基本的な制御系の構成はそのままにしても、十分な安定余裕をもちつつ、応答波形の歪みを低減することが可能となる。
【００３７】
次に他の実施の形態を説明する。
【００３８】
図９は、図４において、３カ所に配置されている進み補償特性をもつ適当な特性の伝達関数Ｃｅ（ｓ）１５、Ｃｖ（ｓ）１６、Ｃａ（ｓ）１７に代えて、同一の進み補償特性をもつ適当な伝達関数Ｃ（ｓ）２２を設け、これに目標信号と変位信号の差にゲインＫｅ１８を乗じた信号から、速度信号、加速度信号にそれぞれゲインＫｖ１９、Ｋａ２０を乗じた信号を減じた信号を通し、この結果に応じた指令信号ｉによりサーボ弁１を制御するようにしたものである。この場合には一つの伝達関数Ｃ（ｓ）２２のみにすることができ、設計パラメータを減少でき、コントローラのチューニングが容易となる。また、コントローラの演算量が減少するので、高速かつ高精度の演算が可能となるか、あるいは安価なコントローラにより制御系を構成することも可能となる。
【００３９】
図１０は図４において、加速度センサ１０からの加速度信号を伝達関数Ｇａ（ｓ）１４に通す代わりに、速度センサ９の速度信号を微分し、これを加速度信号に相当する信号として伝達関数Ｇａ（ｓ）１４を通している。
【００４０】
また、同じようにして、図１１は図９において、加速度センサ１０からの加速度信号にゲインＫａ２０を乗ずる代わりに、速度センサ９からの速度信号を微分し、これを加速度信号に相当するものとしてゲインＫａ２０を乗ずるようにしている。
【００４１】
いずれについても、加速度センサ１０が不要となり、コスト低減が図れる。
【００４２】
次に図１２は図４において、速度センサ９と加速度センサ１０の信号の代わりに、変位センサ８の出力を、１回微分して速度信号し、さらには２回微分して加速度信号とし、これらをそれぞれ伝達関数Ｇｖ（ｓ）１３、Ｇａ（ｓ）１４に通している。
【００４３】
また、図１３は図９において、やはり速度センサ９と加速度センサ１０の信号の代わりに、変位センサ８の出力を、１回微分して速度信号し、さらには２回微分して加速度信号とし、これらにゲインＫｖ１９、Ｋａ２０を乗じている。
【００４４】
いずれの場合にも、速度センサ９、加速度センサ１０が不要となり、一層のコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】本実施形態のコントローラの構成図である。
【図３】油圧加振機をモデル化したモデル構成図である。
【図４】本実施形態の制御系のブロック線図である。
【図５】補償器の伝達関数の周波数応答を示すボード線図で、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来例を示す。
【図６】制御系のサーボ入力指令から振動テーブルの変位信号までの閉ループのボード線図で、本発明と従来例を比較して示す。
【図７】制御系の外乱から振動テーブルの加速度信号までのボード線図で、本発明と従来例を比較して示す。
【図８】制御系の極の特性を示す特性図で、本発明と従来例とを比較して示す。
【図９】本発明の他の実施形態を示す制御系のブロック線図である。
【図１０】同じくさらに他の実施形態の制御系を示すブロック線図である。
【図１１】同じくさらに他の実施形態の制御系を示すブロック線図である。
【図１２】同じくさらに他の実施形態の制御系を示すブロック線図である。
【図１３】同じくさらに他の実施形態の制御系を示すブロック線図である。
【図１４】従来例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１  サーボ増幅器
３  サーボ弁
４  シリンダ
６  振動テーブル
８  変位センサ
９  速度センサ
１０  加速度センサ
１１  コントローラ
１２  伝達関数Ｇｅ（ｓ）
１３  伝達関数Ｇｖ（ｓ）
１４  伝達関数Ｇａ（ｓ）
１５  伝達関数Ｃｅ（ｓ）
１６  伝達関数Ｃｖ（ｓ）
１７  伝達関数Ｃａ（ｓ）
１８  ゲインＫｅ
１９  ゲインＫｖ
２０  ゲインＫａ
【図１】
0003725259.tif 000004
【図２】
0003725259.tif 000005
【図３】
0003725259.tif 000006
【図４】
0003725259.tif 000007
【図５】
0003725259.tif 000008
【図６】
0003725259.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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