(57)【要約】【課題】位置決めサーボコントローラにおいて、制御系のゲインをより大きくし、制御対象をより安定に動作させることである。【解決手段】スプール２４の動きを変位センサ４２で検出し、制御対象の位置及び速度としてコントローラ５０に戻し、外部からの位置指令と制御対象の位置と比較し速度リミッタ５４により上限を制限された速度指令とし、速度指令と制御対象の速度と比較して駆動指令を電流ブースタ７０に出力する。電流ブースタ７０は、駆動指令を駆動電流に変換してフォースモータの可動線輪３６に供給し、スプール２４を移動させる。このスプール２４の動きが変位センサ４２を介してコントローラ５０に戻される。速度リミッタ５４における出力の制限値は、速度フィードバックループ６４内で飽和が現れないように設定される。加速度フィードバックループを加えることもできる。【選択図】図２
2005063205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決めを行う制御対象を制御する位置決めサーボコントローラであって、位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインにより増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、速度指令と制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインにより増幅して駆動指令として出力する速度制御手段と、駆動指令に基づいて制御対象を駆動するドライバと、を備える位置決めサーボコントローラにおいて、位置制御手段は、ドライバが出力飽和状態以下で動作するように速度指令の上限を制限する速度リミッタを有することを特徴とする位置決めサーボコントローラ。
【請求項２】
流体圧により位置決めを行う制御対象を制御する位置決めサーボコントローラであって、位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインにより増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、速度指令と制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインにより増幅して加速度指令として出力する速度制御手段と、加速度指令と制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインにより増幅して駆動指令として出力する加速度制御手段と、駆動指令に基づいて制御対象を駆動するドライバと、を備える位置決めサーボコントローラにおいて、位置制御手段は、速度制御手段が出力飽和状態以下で動作するように速度指令の上限を制限する速度リミッタを有し、速度制御手段は、ドライバが出力飽和状態以下で動作するように加速度指令の上限を制限する加速度リミッタを有することを特徴とする位置決めサーボコントローラ。
【請求項３】
請求項１に記載の位置決めサーボコントローラにおいて、制御対象は直動型サーボ弁であることを特徴とする位置決めサーボコントローラ。
【請求項４】
請求項１に記載の位置決めサーボコントローラにおいて、制御対象は可動線輪型フォースモータ又は可動磁石型フォースモータであることを特徴とする位置決めサーボコントローラ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の位置決めサーボコントローラにおいて、制御対象は流体圧サーボシリンダであることを特徴とする位置決めサーボコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決めサーボコントローラに係り、特に流体圧等により位置決めを行う制御対象を制御する位置決めサーボコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
制御対象の位置決めを行う位置決めサーボコントローラとしては、位置フィードバックの他に速度フィードバックや加速度フィードバック等を行って制御性を改善することが行われる。例えば、特許文献１にはモータの位置決めサーボコントローラとして、フィードフォワード補償を行って位置決め状態を最適化することが開示されるが、そのサーボコントロールの母形として、位置フィードバックとともに速度フィードバックと加速度フィードバックが用いられている。すなわち、エンコーダにより検出されるモータの位置データを用い、位置指令と位置データとの間の偏差を位置ループゲインで増幅して速度指令とし、位置データを微分した速度データと速度指令との偏差を速度ループゲインで増幅して加速度指令とし、速度データを微分した加速度データと加速度指令との偏差を加速度ループゲインで増幅してモータを駆動するトルク指令とすることが示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５０５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位置決めサーボコントローラとして、制御系のゲインにより制御性を向上させる場合、位置決めをより精密にかつより高速応答とするには制御系のゲインを大きくし、指令信号との間のわずかな偏差を大きく増幅することが必要となる。
【０００５】
しかし、制御系のゲインを大きくして偏差を大きく増幅すると、制御対象、例えば直動型サーボ弁の場合でいえば、サーボ弁を駆動するモータへの駆動電流が過大となり、モータやサーボ弁が損傷することが起こる。したがって、制御対象への駆動電流が許容電流以下となるように制限することが行われる。ところが、制御対象への駆動電流を制限することは、フィードバックループ等において速度、加速度の飽和が現れ、見かけ上のゲインが低下し、制御性が低下するとともに、飽和による非線形要素が現れることになり、制御対象の不安定挙動につながる恐れがある。
【０００６】
制御対象が損傷しない程度の駆動電流であっても、制御対象の機械系の慣性質量やばね定数その他で制限される応答上限を超えた駆動電流を入力するときは、やはりフィードバックループ等における速度、加速度の飽和が起こり、制御対象の不安定挙動につながる恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、位置決めを行う制御対象を制御する位置決めサーボコントローラにおいて、制御系のゲインをより大きく維持しつつ、制御対象をより安定に動作させることを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る位置決めサーボコントローラは、位置決めを行う制御対象を制御する位置決めサーボコントローラであって、位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインにより増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、速度指令と制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインにより増幅して駆動指令として出力する速度制御手段と、駆動指令に基づいて制御対象を駆動するドライバと、を備える位置決めサーボコントローラにおいて、位置制御手段は、ドライバが出力飽和状態以下で動作するように速度指令の上限を制限する速度リミッタを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る位置決めサーボコントローラは、流体圧により位置決めを行う制御対象を制御する位置決めサーボコントローラであって、位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインにより増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、速度指令と制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインにより増幅して加速度指令として出力する速度制御手段と、加速度指令と制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインにより増幅して駆動指令として出力する加速度制御手段と、駆動指令に基づいて制御対象を駆動するドライバと、を備える位置決めサーボコントローラにおいて、位置制御手段は、速度制御手段が出力飽和状態以下で動作するように速度指令の上限を制限する速度リミッタを有し、速度制御手段は、ドライバが出力飽和状態以下で動作するように加速度指令の上限を制限する加速度リミッタを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る位置決めサーボコントローラにおいて、制御対象は直動型サーボ弁であることが好ましい。また、本発明に係る位置決めサーボコントローラにおいて、制御対象は可動線輪型フォースモータ又は可動磁石型フォースモータであることが好ましい。また、本発明に係る位置決めサーボコントローラにおいて、制御対象は流体圧サーボシリンダであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、速度指令を出力する位置制御手段に速度リミッタを設け、速度リミッタは、制御対象を駆動するドライバが出力飽和状態以下で動作するように速度指令の上限を制限する。したがって、制御系のゲインを上げても、速度リミッタの作用によりドライバの動作には飽和現象が現れないようにし、制御対象の動作に非線形要素が現れないようにできる。すなわち、制御系のゲインをより大きく維持しつつ、制御対象をより安定に動作させることが可能になる。
【００１２】
また、さらに加速度指令を出力する速度制御手段に加速度リミッタを設け、加速度リミッタは、制御対象を駆動するドライバが出力飽和状態以下で動作するように加速度指令の上限を制限する。そして、速度指令を出力する位置制御手段の中に設けた速度リミッタは、速度制御手段が出力飽和状態以下で動作するように速度指令の上限を制限する。したがって、制御系のゲインを上げても、これらのリミッタの作用によりドライバの動作には飽和現象が現れないようし、制御対象の動作に非線形要素が現れないようにできる。
【００１３】
このように、本発明に係る位置決めサーボコントローラによれば、位置決めを行う制御対象を制御する際に、制御系のゲインをより大きく維持しつつ、制御対象をより安定に動作させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。実施の形態として、制御対象を直動型サーボ弁と流体圧サーボシリンダとしてそれぞれ説明するが、それ以外の位置決めを行う制御対象、例えば、可動線輪型フォースモータ又は可動磁石型フォースモータ等の制御モータ、あるいは流体圧により駆動されるＸＹテーブル等の位置決め機構であってもよい。流体圧としては、空気圧等の気体圧、あるいは油圧等の液体圧であってもよい。
【００１５】
また、フィードバックループとして、位置フィードバックループと速度フィードバックループとを有する場合と、さらに加速度フィードバックを有する場合につき説明するが、制御対象を駆動するドライバの動作に飽和現象が現れないようにするゲインリミッタを備えるものであれば、これらのフィードバックループのほかに他の制御要素、例えばフィードフォワードループ等が設けられるものであってもよい。また、外乱オブザーバ等の他の制御方法と組み合わせるものとしてもよい。
【００１６】
また、制御対象とフィードバック方式の組み合わせとして、直動型サーボ弁＋（位置フィードバック、速度フィードバック）の場合と、流体圧サーボシリンダ＋（位置フィードバック、速度フィードバック、加速度フィードバック）の場合の説明を行うが、この組み合わせは入れ替えてもよい。例えば、直動型サーボ弁＋（位置フィードバック、速度フィードバック、加速度フィードバック）としてもよく、流体圧サーボシリンダ＋（位置フィードバック、速度フィードバック）としてもよい。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明に係る位置決めサーボコントローラが適用される直動型サーボ弁の制御システム１０の構成図である。この制御システム１０は、直動型サーボ弁２０と、直動型サーボ弁２０から出力される位置信号と位置指令とを比較して直動型サーボ弁２０の動作を制御するコントローラ５０と、コントローラ５０の出力に従い直動型サーボ弁２０に内蔵されるフォースモータ４０を駆動する電流ブースタ７０を含んで構成される。
【００１８】
直動型サーボ弁２０は、ハウジング又はスリーブ２２と、スリーブ２２の内壁により軸方向に移動可能に支持されるスプール２４とを有し、スリーブ２２とスプール２４の相対位置を制御することにより、スリーブ２２の外部から供給された流体圧を調整して、所望の負荷圧を有する流体を出力する機能を有するサーボ弁である。図１において軸方向をＸ方向として矢印で示した。
【００１９】
スリーブ２２は、概略円筒状の部材で、その内周は、スプール２４が軸方向に滑らかに移動できるように精密に加工される。スリーブ２２の外周から内周との間には、図示されていない流体源に接続され１次側流体圧を有する流体をスプール２４側に供給する供給口２６と、スプール２４側からの流体を大気側に排気する排気口２８と、スプール２４側から２次側流体圧を有する流体を取出して図示されていない負荷に出力する負荷口３０とが設けられる。
【００２０】
スプール２４は、より太い外形を有するランドと呼ばれる部分と、より細い外形を有するステムと呼ばれる部分を軸方向に複数配列して構成される部材である。各ランドの外径は、スリーブ２２の内径との間で気密かつ滑らかに移動可能なように精密に加工される。図１の例ではランドは３つ配置されるが、中央のランドの幅が負荷口３０のスプール側開口の幅とほぼ同じに設定される。さらに、供給口２６のスプール側開口と排気口２８のスプール側開口との間隔が中央のランドの幅より十分広く設定される。
【００２１】
すなわち、図１に示す位置関係においては、中央のランドの幅がちょうど負荷口３０のスプール側開口の幅を覆い、負荷口３０には供給口２６における１次側流体圧や排気口２８における大気圧の影響が及ばない。ここでスプール２４が図１に示す＋Ｘ方向に移動すると、中央のランドの幅が負荷口３０のスプール側開口の幅からずれて、供給口２６における１次側流体圧が負荷口３０に現れ、２次側流体圧が上昇する。＋Ｘ方向と逆の方向にスプール２４が移動すると、排気口２８における大気圧が負荷口３０に現れ、２次側流体圧が低下する。このように、スリーブ２２とスプール２４の相対位置を変えることにより、所望の負荷圧を有する流体を負荷口３０から出力させることができる。
【００２２】
スリーブ２２の一端側に設けられるフォースモータ４０は、コントローラ５０の制御下にある電流ブースタ７０から出力される電流に従い、スプール２４を軸方向に駆動する機能を有するモータである。具体的には、スリーブ２２の一端側に固定して取り付けられ磁束を通すヨーク３２と、スプール２４の一端側に取り付けられる駆動アーム３４と、駆動アーム３４の先に巻かれた可動線輪３６と、可動線輪３６の軸方向移動を受け入れるようにヨーク３２に設けられた隙間に取り付けられ、可動線輪３６と向かい合う磁石３８とを含んでフォースモータ４０が構成される。可動線輪３６は、電流ブースタ７０の出力と接続される。
【００２３】
スプール２４及びスリーブ２２の一方端に設けられる変位センサ４２は、フォースモータ４０により駆動されるスプールの相対運動を検出し、コントローラ５０に出力する機能を有するセンサである。具体的にはスプール２４の一方端に取り付けられたプローブ棒と、スリーブ２２に取り付けられプローブ棒の周囲に配置されるサーチコイルを含んで構成することができる。この場合、プローブ棒の軸方向移動変位に応じてサーチコイルの２次側に正弦波状の出力が得られ、これを後述する位置演算器５８により位置に比例したディジタル信号に変換し位置の情報を得ることができる。
【００２４】
変位センサ４２はこれ以外の構成でもよい。例えば、スプール２４の一方端にプローブ鉄心を取り付け、スリーブ２２側に変位検出トランスを設けることができる。変位検出トランスの１次側コイルに任意の交流信号を加え、その信号がプローブ鉄心を介して２次側コイルに現れる大きさに基づき、スプール２４の変位を検出することができる。あるいは、スプール２４の一方端に光を反射するプローブを取り付け、スリーブ２２側に受発光型変位センサを設けてもよい。これらの場合には、変位センサ４２はスプール２４の位置を検出できるので、コントローラ５０にスプール２４の位置情報として戻すときはレベル調整等を行ってそのまま戻すことができるが、速度位置情報として戻すときは、後述の速度演算器６０により位置を微分して速度に変換する処理を行う。
【００２５】
コントローラ５０と電流ブースタ７０については図２を用いて説明する。図２は、直動型サーボ弁の制御システム１０の制御ブロック線図である。図２に示されるように、この制御システム１０の概略の動作は以下の通りである。すなわち、スプール２４の動きを変位センサ４２で検出し、制御対象の位置及び速度としてコントローラ５０に戻し、コントローラ５０により外部からの位置指令と制御対象の位置と比較し速度リミッタ５４により上限を制限された速度指令とし、速度指令と制御対象の速度と比較して駆動指令を電流ブースタ７０に出力する。そして、電流ブースタ７０は、駆動指令を駆動電流に変換してフォースモータの可動線輪３６に供給し、可動線輪３６は駆動電流に応じた力を発生してスプール２４を移動させる。このスプール２４の動きが変位センサ４２を介してコントローラ５０に戻される。
【００２６】
コントローラ５０は、位置決めを行う直動型サーボ弁、より具体的には可動線輪３６・スプール２４を制御対象としてその動作を制御する位置決めサーボコントローラである。コントローラ５０は、位置指令が入力される減算器５１と、減算器５１から順次位置制御器５２−速度リミッタ５４−減算器５５−速度制御器５６と直列に接続されるメイン制御ルートを有し、さらにスプール２４の変位を位置に変換して減算器５１に戻す位置演算器５８と、速度に変換して減算器５５に戻す速度演算器６０を含む。かかるコントローラ５０は、アナログ電子回路で構成することができる。また、コンピュータにより回路機能をディジタル演算処理の実行によりで実現させることもできる。その場合、一部をアナログ回路で補うこととすることもできる。
【００２７】
減算器５１は、位置指令と制御対象の位置とを入力し、位置偏差＝（位置指令と制御対象の位置）を出力する機能を有する回路である。例えば、ディジタル制御の場合には、位置指令のディジタル値と位置演算器５８のディジタル出力との減算処理を行うことで位置偏差を算出し出力することができる。
【００２８】
位置制御器５２は、ゲインＧ1によって位置偏差をＧ1倍して速度リミッタ５４に出力する機能を有する増幅器である。ゲインＧ1は、いわゆる位置ループゲインである。位置制御器５２の出力は速度指令であり、従来技術において、そのまま減算器５５に入力されるが、本実施の形態においては、速度リミッタ５４により速度指令の上限を制限し、その結果を減算器５５に入力する。位置制御器５２は、ディジタル制御の場合はディジタル演算器で増幅することができ、アナログ制御の場合には、減算器５１と合わせて差動増幅器で構成することができる。
【００２９】
速度リミッタ５４は、入出力特性が原点から所定範囲が線形で、所定範囲を超すと出力が一定値となる特性を有する出力制限素子である。その入出力特性図の例を図３に示す。図３において横軸は速度リミッタ５４への入力、すなわち位置制御器５２の出力であり、縦軸は速度リミッタ５４の出力、すなわち減算器５５への入力である。かかる速度リミッタ５４は、ディジタル制御のときは、予め任意に設定された関数形を用いる関数演算器で構成でき、アナログ処理の場合には、ダイオード等の電圧リミッタ又は電流リミッタ等を用いることができる。
【００３０】
速度リミッタ５４における出力の制限値は、速度制御器５６のゲインＧ2を含めて、電流ブースタ７０の出力が飽和状態にならないように設定される。具体的には、直動型サーボ弁２０における可動部であるスプール２４等の慣性質量等で駆動指令の上限が制限され、また可動線輪３６の許容電流の大きさで駆動電流の上限が制限される。これらの制限から電流ブースタ７０の出力飽和限界値が定められ、その限界値を１／Ｇ2して速度リミッタ５４の出力制限値を定めることができる。このように、電流ブースタ７０の出力飽和限界値は、その許容電流による制限のみならず、制御系に飽和が現れないように定められる。つまり、速度フィードバックループ６４内で飽和が現れないように、速度フィードバックループ６４の前段で速度指令を制限するのである。
【００３１】
速度リミッタ５４における線形領域は、出力＝入力の４５度勾配の直線特性を用いてもよく、位置制御器５２のゲインＧ1と組み合わせて適当な勾配の直線特性を設けてもよい。また、出力制限領域までを線形領域とせずに、前段の位置制御器５２や次段の減算器５５の特性をあわせるために適当な増加関数形の特性とすることもできる。
【００３２】
速度リミッタ５４の入出力特性において、線形領域から出力制限領域への遷移は、図３の実線で示す折れ線状遷移９０を用いることもできるが、好ましくは、破線で示す緩和的曲線状遷移９２を用いることが好ましい。緩和的曲線状遷移９２は、例えば、線形領域と出力一定領域とを漸近線で接続することで得ることができる。折れ線状遷移９０の特性を有するリミッタを用いると、折れ線状遷移９０の変節点近傍で高調波成分が発生し、これが制御系に重畳してスプール２４が微小な振動をすることが考えられる。これに対し、緩和的曲線状遷移９２を用いることで、高調波の発生を抑制できるので、スプール２４の動きに微小な振動が現れることを防止できる。
【００３３】
速度リミッタ５４における出力制限値は、速度リミッタ５４に設定端子を設け、外部から任意に設定できるようにすることが好ましい。速度リミッタ５４の出力制限領域では速度指令が一定であるので、一定速度移動である。これを利用し、例えば、低速の移動が必要な場合、外部から設定端子を用いて、速度リミッタ５４の出力制限が起こる領域を下げる。すると、より小さな入力でも速度指令が一定値に制限され、低速での一定速度送りを行うことができる。
【００３４】
減算器５５は、出力制限された位置指令と、制御対象の位置とを入力し、速度偏差＝（速度指令と制御対象の速度）を出力する機能を有する回路である。
【００３５】
速度制御器５６は、ゲインＧ2によって速度偏差をＧ2倍し、駆動指令として電流ブースタ７０に入力する増幅器としての機能を有する。ゲインＧ2は、いわゆる速度ループゲインである。
【００３６】
電流ブースタ７０は、制御対象である直動型サーボ弁２０を駆動指令に基づいて駆動するドライバとしての機能を有する回路である。具体的には、直動型サーボ弁２０の駆動部である可動線輪３６に供給する駆動電流を発生する駆動回路である。例えばディジタル制御の場合は、駆動指令はディジタルデータであるので、Ｄ／Ａ変換によりアナログ電圧に変換する回路と、電圧から電流に変換する回路等で構成することができる。アナログ制御の場合は、電圧・電流変換回路で構成することができる。
【００３７】
電流ブースタ７０の出力電力能は、直動型サーボ弁の制御システムの目標応答速度を満たすように十分大きく設定される。なお、速度リミッタ５４の設定が、電流ブースタ７０の出力を飽和状態にしないように行われるので、電流ブースタ７０に設けられる出力電流リミッタは、異常時等の安全上の動作のみとなる。
【００３８】
電流ブースタ７０の出力は可動線輪３６に供給され、可動線輪３６に流れる電流と、磁石３８からの磁束との協働により、駆動力が生じ、スプール２４を軸方向に移動させる。このスプール２４の移動は変位センサ４２により検出される。
【００３９】
位置演算器５８は、変位センサ４２の出力を位置指令のデータレベルに合わせた位置データに変換する機能を有する回路である。変位センサ４２がスプール２４の位置を直接検出するタイプのものであるときは、必要に応じデータのレベル調整を行うことですむ。  
【００４０】
位置演算器５８の出力は上記のように減算器５１に入力され、スプール２４−変位センサ４２−位置演算器５８−減算器５１−位置制御器５２以下電流ブースタ７０−可動線輪３６・スプール２４のループで、位置フィードバックループ６２が形成される。
【００４１】
速度演算器６０は、変位センサ４２の出力を速度指令のデータレベルに合わせた速度データに変換する機能を有する回路であって、変位センサ４２の出力を微分し、その後必要なレベル調整を行う。かかる速度演算器６０は、微分器、レベル変換器等で構成することができる。
【００４２】
位置演算器５８、速度演算器６０に適当なフィルタ特性を有するフィルタ回路を付加することもできる。積分演算や微分演算、あるいはフィードバックループにおけるノイズをフィルタ回路で抑制することで、各減算器５１，５５にノイズの少ない信号を供給することができる。
【００４３】
速度演算器６０の出力は上記のように減算器５５に入力され、スプール２４−変位センサ４２−速度演算器６０−減算器５５−速度制御器５６−電流ブースタ７０−可動線輪３６・スプール２４のループで、速度フィードバックループ６４が形成される。
【００４４】
かかるコントローラ５０により制御される直動型サーボ弁２０の制御システム１０の動作を、速度リミッタ５４が働かない場合と働く場合に分けて説明する。ここで、速度リミッタ５４が働かない場合とは、位置偏差があまり大きくない場合で、したがって速度指令もあまり大きくなく、通常に位置ずれを補正する制御を行っているとき等である。これに対し、速度リミッタ５４が働く場合とは、位置偏差が大きい場合で、たとえば始動時や停止時のようにステップ状に位置指令が入り、速度指令の上限が制限されるとき等である。
【００４５】
速度リミッタ５４が働かない通常の場合では、位置指令とスプール２４の位置との間の位置偏差が位置ループゲインＧ1により増幅され、速度指令として位置制御器５２から出力される。この速度指令とスプール２４の速度との間の速度偏差は、速度ループゲインＧ2により増幅され、駆動指令として電流ブースタ７０に入力される。これによりスプール２４が軸方向に移動され、その変位が位置フィードバックループ６２により戻され、また、その速度が速度フィードバックループ６４により戻されて、全体のフィードバック制御が行われる。
【００４６】
速度リミッタ５４が働く場合、例えば始動時や停止時でステップ状に位置指令が与えられると、位置偏差を位置制御器５２で増幅したものが過大となり、速度リミッタ５４により上限が制限される。つまり速度指令が一定値に制限される。したがって、その一定速度でスプール２４が位置指令の示す目標位置近くまで移動する。そして、目標位置近くまでスプール２４が移動すると、位置偏差が小さくなり、ついには速度リミッタ５４が働かなくところまでくる。したがってこれ以降は、速度指令が徐々に小さくなり、目標位置に向けて移動して平衡位置に落ち着く。
【００４７】
このように、速度リミッタ５４が働く場合は、速度一定すなわち加速度ゼロとなり、つまり移動するスプール２４に力が働いていないことになり、このことは、例えば目標位置に向かって減速し停止するための最小限度の反力しか必要でないことを意味する。したがって、可動線輪３６・スプール２４の駆動力が効率よく利用されている。
【００４８】
この動作の全域において、電流ブースタ７０の出力が飽和せず、速度フィードバックループ内で飽和が現れない。つまり、ゲインＧ1，Ｇ2を十分大きくとっても制御システム１０に動作飽和による非線形の影響が現れず、制御対象をより高速に、より高精度に、より安定に動作させることができる。
【００４９】
上記の説明において、速度リミッタ５４は位置制御器５２の後に設けるものとしたが、その順序を逆にして、速度リミッタ５４を位置制御器５２の前に設けてもよい。
【実施例２】
【００５０】
図４は、本発明に係る位置決めサーボコントローラが適用される流体圧サーボシリンダの制御システム１１０の構成図である。図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。この制御システム１１０は、流体圧サーボシリンダ１２０と、流体圧サーボシリンダ１２０から出力される位置信号と位置指令とを比較して流体圧サーボシリンダ１２０の動作を制御するコントローラ１５０と、コントローラ１５０の出力に従い流体圧サーボシリンダを駆動する直動型サーボ弁２０を含んで構成される。
【００５１】
直動型サーボ弁２０は、図１、図２で説明した直動型サーボ弁をそのまま用い、負荷口から出力される２次側流体圧により流体圧サーボシリンダ１２０を駆動することができる。また、他の構成の直動型サーボ弁、例えば２つの負荷口を有し、２種の２次側流体圧を出力するものを用いることもできる。この場合は、２種の２次側流体圧を流体圧サーボシリンダ１２０におけるピストンの前後の流体室に供給し、その差圧で流体圧サーボシリンダ１２０を駆動することができる。
【００５２】
図５は、流体圧サーボシリンダの制御システムの制御ブロック線図である。図２と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図５に示すように、この制御システム１１０の概略の動作は以下の通りである。すなわち、流体圧サーボシリンダ１２０の中の可動要素であるシリンダ１２１の動きを変位センサ１４２で検出し、制御対象の位置、速度及び加速度としてコントローラ１５０に戻し、コントローラ１５０により外部からの位置指令と制御対象の位置と比較し速度リミッタ５４により上限を制限された速度指令とし、速度指令と制御対象の速度と比較し加速度リミッタ１６６により上限を制限された加速度指令とし、加速度指令と制御対象の加速度と比較し駆動指令を電流ブースタ７０に出力する。そして、電流ブースタ７０は、駆動指令を駆動電流に変換して直動型サーボ弁２０に出力し、直動型サーボ弁２０は駆動電流に応じた負荷流体圧を発生して流体圧サーボシリンダに供給し、シリンダ１２１を移動させる。このシリンダ１２１の動きが変位センサ１４２を介してコントローラ１５０に戻される。
【００５３】
このように、図５に示される流体圧サーボシリンダの制御システム１１０は、図２で説明した直動型サーボ弁の制御システム１０と共通する部分が多い。図２と比較して相違点の主なものは以下のとおりである。
【００５４】
（１）メイン制御ルートに、加速度リミッタ１６６と減算器１６７と加速度制御器１６８が追加される。（２）電流ブースタ７０により直動型サーボ弁２０が駆動され、直動型サーボ弁２０によりシリンダ１２１が移動する。また、変位センサ１４２は、シリンダ１２１の運動を検出する。（３）加速度フィードバックループ１７２が追加され、変位センサ１４２の出力が加速度演算器１７０を介し減算器１６７に戻される。
【００５５】
したがって、流体圧サーボシリンダの制御システム１１０に特有の点を中心に以下に説明する。
【００５６】
位置制御器５２の出力は速度リミッタ５４に出力される。速度リミッタ５４は、図３で説明したものと同様の出力制限素子である。速度リミッタ５４における出力の制限値は、速度制御器５６のゲインＧ2を含めて、速度制御器５６の出力が飽和状態にならないように設定される。つまり、速度フィードバックループ内で飽和が現れないように速度指令の上限が制限される。速度リミッタ５４の出力制限値は、速度リミッタ５４に設定端子を設け、リミッタ設定信号１４０により外部から任意に設定できるようにすることが好ましい。このことで、始動時あるいは停止時等の速度リミッタ５４が働くときのシリンダ１２１の速度を外部から設定することができる。
【００５７】
速度リミッタ５４により上限が制限された速度指令は、減算器５５により制御対象の速度と比較され速度偏差として速度制御器５６に入力され、Ｇ2倍に増幅されて加速度指令として加速度リミッタ１６６に入力される。
【００５８】
加速度リミッタ１６６は、図３で説明したものと同様の出力制限素子である。加速度リミッタ１６６における出力の制限値は、加速度制御器１６８のゲインＧ3を含めて、電流ブースタ７０の出力が飽和状態にならないように設定される。具体的には、直動型サーボ弁２０や流体圧サーボシリンダ１２０における作動流体の容積、直動型サーボ弁２０への供給圧である１次側流体圧の大きさ、流体圧サーボシリンダ１２０に供給される負荷流体圧の大きさ、可動部であるシリンダ１２１等の慣性質量等で駆動指令の上限が制限され、また直動型サーボ弁２０を駆動するフォースモータの許容電流の大きさで駆動電流の上限が制限される。これらの制限から電流ブースタ７０の出力飽和限界値が定められ、その限界値を１／Ｇ3して加速度リミッタ１６６の出力制限値を定めることができる。このように電流ブースタ７０の出力飽和限界値は、電流ブースタ７０の許容電流による制限のみならず、制御系に飽和が現れないように定められる。つまり、加速度フィードバックループ内で、飽和が現れないように、加速度指令の上限が制限される。
【００５９】
加速度リミッタ１６６は、図３で説明したように、折れ線状遷移９０を用いることもできるが、好ましくは、破線で示す緩和的曲線状遷移９２を用いることが好ましい。加速度リミッタ１６６の出力制限値は、加速度リミッタ１６６に設定端子を設け、外部から任意に設定できるようにすることが好ましい。
【００６０】
減算器１６７は、出力制限された加速度指令と、制御対象の加速度とを入力し、加速度偏差＝（加速度指令と制御対象の加速度）を出力する機能を有する回路である。
【００６１】
加速度制御器１６８は、ゲインＧ3によって加速度偏差をＧ3倍し、駆動指令として電流ブースタ７０に入力する増幅器としての機能を有する。ゲインＧ3は、いわゆる加速度ループゲインである。
【００６２】
電流ブースタ７０は、制御対象である流体圧サーボシリンダ１２０を駆動指令に基づいて駆動するドライバとしての機能を有する回路である。ここで、流体圧サーボシリンダ１２０の可動部であるシリンダ１２１を駆動する負荷流体圧を発生するために直動型サーボ弁２０を用いている。したがって、より具体的には、電流ブースタ７０は、駆動指令に基づいて、その直動型サーボ弁２０を駆動するフォースモータに供給する駆動電流を発生する駆動回路である。電流ブースタ７０の出力電力能は、直動型サーボ弁の制御システムの目標応答速度を満たすように十分大きく設定される。なお、速度リミッタ５４について加速度リミッタ１６６の前段である速度制御器５６の出力を飽和状態にしないように設定され、さらに加速度リミッタ１６６の設定が電流ブースタ７０の出力を飽和状態にしないように行われるので、電流ブースタ７０に出力電流リミッタを設けなくてもよい。
【００６３】
電流ブースタ７０の出力は直動型サーボ弁２０に供給され、図２に関連して説明したように、供給された駆動電流に応じてスプールが移動し、それにより負荷口から負荷流体圧を有する流体が出力される。この負荷流体圧を有する流体を流体圧サーボシリンダ１２０に供給することでシリンダ１２１を駆動する駆動力が発生し、シリンダ１２１を軸方向に移動させる。このシリンダ１２１の移動は変位センサ１４２により検出される。
【００６４】
加速度演算器１７０は、変位センサ１４２の出力を、加速度指令のデータレベルに合わせた加速度データに変換する機能を有する回路である。変位センサ１４２がシリンダ１２１の位置を直接検出するタイプのものであるときは、２回微分し、その後必要なレベル調整を行う。かかる加速度演算器１７０は、微分器、レベル変換器等で構成することができる。加速度演算器１７０に適当なフィルタ特性を有するフィルタ回路を付加し、ノイズを抑制することもできる。
【００６５】
加速度演算器１７０の出力は減算器１６７に入力され、シリンダ１２１−変位センサ１４２−加速度演算器１７０−減算器１６７−加速度制御器１６８−電流ブースタ７０−直動型サーボ弁２０−シリンダ１２１のループで、加速度フィードバックループ１７２が形成される。
【００６６】
かかるコントローラ１５０により制御される流体圧サーボシリンダ１２０の制御システム１１０の動作のうち、速度リミッタ５４及び加速度リミッタ１６６が働かない場合は、図２に関連して説明した内容に加速度フィードバックループが加わるので、より制御性が改善されるところが異なるが、その他の点はほぼ同じである。
【００６７】
速度リミッタ５４や加速度リミッタ１６６が働く場合は、例えば始動時や停止時でステップ状に位置指令が与えられるときであるが、この場合、２段階でリミッタが働く。すなわち、ステップ状の指令に対し、電流ブースタ７０を含む加速度フィードバックループ１７２内で飽和が現れないように加速度フィードバックループ１７２の前段の加速度指令を加速度リミッタ１６６で制限し、加速度フィードバックループ１７２を含む速度フィードバックループ６４内で飽和が現れないように速度フィードバックループ６４の前段の速度指令を速度リミッタ５４で制限する。
【００６８】
このように位置指令がステップ状に与えられたときでも、速度リミッタ５４により上限が制限されるので速度指令が一定値となる。したがって、その一定速度でシリンダ１２１が位置指令の示す目標位置近くまで移動し、目標位置近くまでシリンダ１２１が移動すると、位置偏差が小さくなって速度リミッタ５４が働かなくなり、速度指令が徐々に小さくなって平衡位置に落ち着く。すなわち、速度リミッタ５４が働く場合は、速度一定すなわち加速度ゼロとなり、つまり移動するシリンダ１２１に力が働いていないことになり、このことは、例えば目標位置に向かって減速し停止するための最小限度の反力しか必要でないことを意味する。したがって、シリンダ１２１の駆動力が効率よく利用されている。
【００６９】
この動作の全域において、各フィードバックループ内で飽和が現れない。つまり、ゲインＧ1，Ｇ2，Ｇ3を十分大きくとっても制御システム１１０に動作飽和による非線形の影響が現れず、制御対象をより高速に、より高精度に、より安定に動作させることができる。
【００７０】
上記の説明において、速度リミッタ５４は位置制御器５２の後に設け、加速度リミッタ１６６は速度制御器５６の後の設けるものとしたが、その順序を逆にして、速度リミッタ５４を位置制御器５２の前に設けてもよく、また、加速度リミッタ１６６を速度制御器５６の前に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る実施の形態の位置決めサーボコントローラが適用される直動型サーボ弁の制御システムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の位置決めサーボコントローラを含む制御ブロック線図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における速度リミッタの入出力特性図の例である。
【図４】本発明に係る実施の形態の位置決めサーボコントローラが適用される流体圧サーボシリンダの制御システムの構成図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の位置決めサーボコントローラを含む他の制御ブロック線図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，１１０  制御システム、２０  直動型サーボ弁、２２  スリーブ、２４  スプール、２６  供給口、２８  排気口、３０  負荷口、３２  ヨーク、３４  駆動アーム、３６  可動線輪、３８  磁石、４０  フォースモータ、４２，１４２  変位センサ、５０，１５０  コントローラ、５１，５５，１６７  減算器、５２  位置制御器、５４，１６６  速度リミッタ、５６  速度制御器、５８  位置演算器、６０  速度演算器、６２  位置フィードバックループ、６４  速度フィードバックループ、７０  電流ブースタ、１２０  流体圧サーボシリンダ、１２１  シリンダ、１４０  リミッタ設定信号、１６６  加速度リミッタ、１６８  加速度制御器、１７０  加速度演算器、１７２  加速度フィードバックループ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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