(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのピストンを有する油圧シリンダを用いた油圧サーボ制御方法であって、
前記２つのピストンのうちの制御対象側に位置する制御対象側ピストンの質量をｍ1、前記２つのピストンのうちのサーボ用に用いられるサーボ側ピストンの質量をｍ2、前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱のばね定数をｋ1、前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数をｋ2として前記油圧シリンダをモデル化し、
前記制御対象側ピストン及び前記サーボ側ピストンの双方が同一方向に変位する場合において、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときには、前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱のばね定数ｋ1のみを用いたばねモデルに基づいて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測し、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときには、前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数ｋ2のみを用いたばねモデルに基づいて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測して、前記油圧シリンダによる制御を行う
ことを特徴とする油圧サーボ制御方法。
【請求項２】
制御対象側に位置する制御対象側ピストン及びサーボ用に用いられるサーボ側ピストンの２つのピストンを有する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダを用いて油圧サーボ制御を行うサーボ制御部を備えた油圧サーボ制御装置であって、
前記サーボ制御部には、前記制御対象側ピストンの質量をｍ1、前記サーボ側ピストンの質量をｍ2、前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱のばね定数をｋ1、前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数をｋ2として前記油圧シリンダに近似されたばねモデルが記憶され、
前記サーボ制御部では、前記制御対象側ピストン及び前記サーボ側ピストンの双方が同一方向に変位する場合において、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときには、前記ばねモデルにおいて前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱のばね定数ｋ1のみを用いて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測し、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときには、前記ばねモデルにおいて前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数ｋ2のみを用いて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測して、油圧サーボ制御を行う
ことを特徴とする油圧サーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プレス機のダイクッションにかかる油圧シリンダによる油圧力を所望の値に制御する油圧サーボ制御に係わり、とくに、油圧シリンダに近似するばねモデルを用いた油圧サーボ制御方法及び油圧サーボ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記したように、例えば、プレス機のダイクッションにかかる油圧力を所望の値に制御する際には、通常、油圧シリンダに近似するばねモデルに基づいて制御量を予測する油圧サーボ制御方法が採用される。
【０００３】
この油圧サーボ制御方法における油圧シリンダのばねモデル化は周知技術であり、例えば、特許文献１には、油圧シリンダで可動部の位置決めを行う油圧サーボ制御装置について、可動部の質量をｍ、油圧シリンダのばね定数をｋ、ピストンが油中で動作する際の減衰係数をｃとしてモデル化することが記載されている。
【０００４】
このような油圧シリンダのばねモデル化によれば、精度の高い制御量の予測が可能になるが、例えば、特許文献２に記載されている油圧ダイクッション装置、すなわち、制御対象側に位置する制御対象側ピストン及びサーボ用に用いられるサーボ側ピストンの２つのピストンを有する油圧シリンダを備えた油圧ダイクッション装置において、この油圧シリンダを２つのばねモデルで近似する場合には、制御対象側ピストンの質量をｍ1、サーボ側ピストンの質量をｍ2、制御対象側ピストンのサーボ側ピストン側における油柱（油圧シリンダ中の油の剛性による油柱）のばね定数をｋ1、制御対象側ピストンの制御対象側における油柱のばね定数をｋ2としてモデル化されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平06-060642号公報
【特許文献２】特開2011-183401号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、制御対象側ピストンには、変位する方向の如何にかかわらず常に制御対象側及びサーボ側の双方から油圧力がかかる、すなわち、両側から押圧力がかかる。
ところが、上記したように、２つのピストンを有する油圧シリンダをばねモデルで近似すると、２つのピストンが同一方向に変位する場合において、質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量と質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量との差によって、制御対象側ピストンの両側にかかるばね定数ｋ1のばね力及びばね定数ｋ2のばね力のいずれか一方は、必ず油圧力（押圧力）とは反対の引張力として作用してしまい、おおきなモデル誤差が生じてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ほとんど誤差を生じさせることなく油圧シリンダをモデル化することができ、その結果、油圧力を目標値通りに制御することが可能である油圧サーボ制御方法及び油圧サーボ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記したように、２つのピストンを有する油圧シリンダをばねモデルで近似すると、２つのピストンが同一方向に変位する場合において、質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときには、図５（ａ）に示すように、質量ｍ1の制御対象側ピストンの両側にかかるばね定数ｋ1のばね力及びばね定数ｋ2のばね力のうちの図示上側にかかるばね定数ｋ2のばね力は、白抜き矢印で示す油圧力（押圧力）とは反対の引張力として作用する。
【０００９】
一方、質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときには、図５（ｂ）に示すように、質量ｍ1の制御対象側ピストンの両側にかかるばね定数ｋ1のばね力及びばね定数ｋ2のばね力のうちの図示下側にかかるばね定数ｋ1のばね力は、白抜き矢印で示す油圧力（押圧力）とは反対の引張力として作用するため、いずれの場合もおおきなモデル誤差が生じてしまう（図５におけるｃ1，ｃ2はいずれも減衰係数）。
【００１０】
そこで、本発明者らは、制御対象側及びサーボ側の双方から油圧力がかかる質量ｍ1の制御対象側ピストンにおいて、圧縮される側の油圧力（図５（ａ）における白抜き矢印）は、圧縮されない側の油圧力に比べて非常に大きいことに着目した。
【００１１】
つまり、２つのピストンがいずれも下方に変位する場合において、質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときには、図２（ａ）に示すように、質量ｍ1の制御対象側ピストンの図示下側にかかるばね定数ｋ1のばね力で近似した矢印で示す油圧力が支配的になり、質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときには、図２（ｂ）に示すように、質量ｍ1の制御対象側ピストンの図示上側にかかるばね定数ｋ2のばね力で近似した矢印で示す油圧力が支配的になることを見出し、本発明をするに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、２つのピストンを有する油圧シリンダを用いた油圧サーボ制御方法であって、前記２つのピストンのうちの制御対象側に位置する制御対象側ピストンの質量をｍ1、前記２つのピストンのうちのサーボ用に用いられるサーボ側ピストンの質量をｍ2、前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱（油圧シリンダ中の油の剛性による油柱）のばね定数をｋ1、前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数をｋ2として前記油圧シリンダをモデル化し、前記制御対象側ピストン及び前記サーボ側ピストンの双方が同一方向に変位する場合において、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときには、前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱のばね定数ｋ1のみを用いたばねモデルに基づいて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測し、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときには、前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数ｋ2のみを用いたばねモデルに基づいて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測して、前記油圧シリンダによる制御を行う構成としたことを特徴としており、この構成の油圧サーボ制御方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
一方、本発明の請求項２に係る発明は、制御対象側に位置する制御対象側ピストン及びサーボ用に用いられるサーボ側ピストンの２つのピストンを有する油圧シリンダと、前記油圧シリンダを用いて油圧サーボ制御を行うサーボ制御部を備えた油圧サーボ制御装置であって、前記サーボ制御部には、前記制御対象側ピストンの質量をｍ1、前記サーボ側ピストンの質量をｍ2、前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱のばね定数をｋ1、前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数をｋ2として前記油圧シリンダに近似されたばねモデルが記憶され、前記サーボ制御部では、前記制御対象側ピストン及び前記サーボ側ピストンの双方が同一方向に変位する場合において、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときには、前記ばねモデルにおいて前記制御対象側ピストンの前記サーボ側ピストン側における油柱のばね定数ｋ1のみを用いて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測し、前記質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が前記質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときには、前記ばねモデルにおいて前記制御対象側ピストンの前記制御対象側における油柱のばね定数ｋ2のみを用いて前記制御対象側ピストンにかかる負荷を予測して、油圧サーボ制御を行う構成としている。
【００１４】
本発明に係る油圧サーボ制御方法及び油圧サーボ制御装置では、油圧シリンダが有する２つのピストンがいずれも同一の方向に変位する場合において、質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときには、質量ｍ1の制御対象側ピストンの圧縮される側にかかるばね定数ｋ1のみが作用して、圧縮されない側にかかるばね定数ｋ2は作用せず、一方、質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときには、質量ｍ1の制御対象側ピストンの圧縮される側にかかるばね定数ｋ2のみが作用して、圧縮されない側にかかるばね定数ｋ1は作用しないので、いずれの場合もモデル誤差が少なく抑えられることとなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る油圧サーボ制御方法では、上記した構成としているので、ほとんど誤差を生じさせることなく油圧シリンダをモデル化することが可能であり、したがって、油圧力を目標通りの値に制御することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る油圧サーボ制御装置の概略構成説明図である。
【図２】図１における油圧サーボ制御装置の質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときのばねモデル説明図（ａ）及び質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときのばねモデル説明図（ｂ）である。
【図３】図１における油圧サーボ制御装置の油圧シリンダをモデル化した際のブロック線図である。
【図４】図１の油圧サーボ制御装置におけるピストンの変位の大きさによって図２のばねモデルを切り替える際の制御対象側ピストンにかかる油圧力とばね力とを比較するグラフ（ａ）及び油圧シリンダを２つのばねモデルで近似する際の制御対象側ピストンにかかる油圧力とばね力とを比較するグラフ（ｂ）である。
【図５】２つのピストンを有する油圧シリンダに通常採用される質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量以上のときのばねモデル説明図（ａ）及び質量ｍ1の制御対象側ピストンの変位量が質量ｍ2のサーボ側ピストンの変位量を超えないときのばねモデル説明図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る油圧サーボ制御装置の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る油圧サーボ制御装置をプレス機のダイクッション装置に採用した場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
図１に示すように、このダイクッション装置１は、ダイクッション２と、油圧シリンダ１０と、エアシリンダ３と、サーボ機構４と、コントローラ（サーボ制御部）５を備えている。
【００１９】
ダイクッション２は、プレス機の図示しないスライダの下方に位置して、スライダ下降時に金型を介してパネルを挟み込んでスライダとともに移動するものとなっている。
【００２０】
鉛直方向に沿って配置される油圧シリンダ１０は、上ピストン（制御対象側ピストン）１１及び下ピストン（サーボ側ピストン）１２を備えており、上ピストン１１のピストンロッド１１ａの先端はダイクッション２に連結されている。この油圧シリンダ１０の内部は、上下のピストン１１，１２によって上室１０ａ，中室１０ｂ，下室１０ｃの３区間に仕切られていて、上室１０ａ，中室１０ｂ，下室１０ｃには油が充填されており、上室１０ａと下室１０ｃとは流路１０ｄにより連通している。
【００２１】
エアシリンダ３は、油圧シリンダ１０と並べて配置されており、ピストン３１を備えている。このピストン３１のピストンロッド３１ａの先端もダイクッション２に連結されている。
【００２２】
サーボ機構４は、可動板４１と、送りねじ４２と、サーボモータ４３を具備している。可動板４１は、油圧シリンダ１０の下方において水平に配置されており、この可動板４１には、下ピストン１２のピストンロッド１２ａの先端が連結されている。また、この可動板４１には、ねじ孔が形成されている。サーボモータ４３は鉛直方向に沿って配置され、送りねじ４２は、このサーボモータ４３の出力軸４３ａに連結されている。送りねじ４２は可動板４１のねじ孔に噛み合った状態で配置され、サーボモータ４３により送りねじ４２を回転させることで、可動板４１を鉛直方向に移動させることができるようになっている。
【００２３】
つまり、サーボモータ４３により可動板４１及び下ピストン１２を一体で上昇させることで、上下のピストン１１，１２間の中室１０ｂに充填されている油を加圧して、油圧シリンダのクッション力を大きくすることができるようになっている。
一方、サーボモータ４３により可動板４１及び下ピストン１２を一体で下降させることで、上下のピストン１１，１２間の中室１０ｂに充填されている油を減圧して、油圧シリンダのクッション力を小さくすることができるようになっている。
【００２４】
ここで、プレス成形が完了してスライダが上昇する時点において、押し縮められていたエアシリンダ３の反発力によりダイクッション２が上昇するのに伴って、下ピストン１２及び可動板４１も上昇する。サーボ機構４では、この下ピストン１２及び可動板４１の上昇を送りねじ４２でサーボモータ４３に伝達することで、このサーボモータ４３を発電機として作動させて、回生エネルギを得るようにしている。
【００２５】
コントローラ５は、図示しない各種センサからの検出結果を用いて、サーボ機構４のサーボモータ４３を制御して油圧シリンダ１０で生じるクッション力の調整を行うが、このコントローラ５において、油圧シリンダ１０に近似させたばねモデルに基づいて、制御量を予測する油圧サーボ制御が行われる。
【００２６】
すなわち、コントローラ５には、上ピストン１１の質量をｍ1、下ピストン１２の質量をｍ2、上ピストン１１の中室１０ｂ側における油柱のばね定数をｋ1、上ピストン１１の上室１０ａ側における油柱のばね定数をｋ2として油圧シリンダ１０に近似されたばねモデルが記憶されている。
【００２７】
そして、このコントローラ５では、上ピストン１１及び下ピストン１２の双方が下方に変位する場合において、図２（ａ）に示すように、質量ｍ1の上ピストン１１の変位量が質量ｍ2の下ピストンの変位量以上のときには、記憶しているばねモデルにおいて上ピストン１１の中室１０ｂ側における油柱のばね定数ｋ1のみを用いて上ピストン１１にかかる負荷を予測し、一方、図２（ｂ）に示すように、質量ｍ1の上ピストン１１の変位量が質量ｍ2の下ピストン１２の変位量を超えないときには、記憶しているばねモデルにおいて上ピストン１１の上室１０ａ側における油柱のばね定数ｋ2のみを用いて上ピストン１１にかかる負荷を予測して、サーボ機構４のサーボモータ４３を制御するようになっている。
【００２８】
この際、油圧シリンダ１０を上記したようにモデル化したときのブロック線図は図３のようになり、この図３のブロック線図において、「Ｓ」はラプラス演算子であり、「１／Ｓ」は積分を意味し、「ａ」は上ピストン１１と下ピストン１２との面積比であり、「ｋ」はばね定数であり、油圧シリンダ１０のばねモデルにおいて、ピストン１１，１２の変位の大きさによって図２のばねモデルを切り替える際のばね定数ｋ1及びばね定数ｋ2に相当し、「ｃ」は粘性減衰に基づく特性係数である。
【００２９】
図２のばねモデルにおいて、質量ｍ1及び質量ｍ2の各微分方程式を立てると、
【数１】
0005867715.tif 000002
が得られ、これをラプラス変換すると、
【数２】
0005867715.tif 000003
となり、Ｘが油圧シリンダ１０の上ピストン１１の変位量となり、Ｙが油圧シリンダ１０の下ピストン１２の変位量となる。
【００３０】
この実施例に係るプレス機のダイクッション装置１では、油圧シリンダ１０が有する２つのピストン１１，１２がいずれも同一の方向に変位する場合において、質量ｍ1の上ピストン１１の変位量が質量ｍ2の下ピストン１２の変位量以上のときには、質量ｍ1の上ピストン１１の圧縮される側にかかるばね定数ｋ1のみが作用して、圧縮されない側にかかるばね定数ｋ2は作用せず、一方、質量ｍ1の上ピストン１１の変位量が質量ｍ2の下ピストン１２の変位量を超えないときには、質量ｍ1の上ピストン１１の圧縮される側にかかるばね定数ｋ2のみが作用して、圧縮されない側にかかるばね定数ｋ1は作用しないので、いずれの場合もモデル誤差が少なく抑えられることとなる。
【００３１】
そこで、質量ｍ1の上ピストン１１及び質量ｍ2の下ピストン１２の変位の大きさによって、図２のばねモデルを切り替える際の上ピストン１１にかかる油圧力とばね力とを比較したところ、図４（ａ）に示すグラフから判るように、油圧力とばね力とがほぼ一致している。
【００３２】
一方、油圧シリンダ１０を２つのばねモデルで近似する際の上ピストン１１にかかる油圧力とばね力とを比較したところ、図４（ｂ）に示すグラフから判るように、油圧力とばね力との間に２００ｋＮの誤差が生じている。
【００３３】
したがって、この実施例に係るプレス機のダイクッション装置１において、コントローラ５で用いられる油圧シリンダ１０に近似させたばねモデルの近似精度が高いことが実証された。
【００３４】
上記した実施例では、本発明に係る油圧サーボ制御装置をプレス機のダイクッション装置に採用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
【００３５】
また、本発明に係る油圧サーボ制御方法及び油圧サーボ制御装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３６】
１  ダイクッション装置（油圧サーボ制御装置）
２  ダイクッション（制御対象）
５  コントローラ（サーボ制御部）
１０  油圧シリンダ
１１  上ピストン（制御対象側ピストン）
１２  下ピストン（サーボ側ピストン）
【図１】
0005867715.tif 000004
【図２】
0005867715.tif 000005
【図３】
0005867715.tif 000006
【図４】
0005867715.tif 000007
【図５】
0005867715.tif 000008