(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に回転を与えることによってその回転速度に応じた流量の圧液を移送する液圧ポンプと、該液圧ポンプの入力軸に回転を与えるサーボ電動機と、該サーボ電動機を駆動する制御装置と、前記サーボ電動機の回転速度の検出によって液圧ポンプが移送した圧液の流量を検出する流量検出手段と、このポンプが移送した圧液の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記流量検出手段による検出値を流量帰還値相当の回転速度帰還値として前記制御装置に帰還させて速度制御系を構成する液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置において、
圧力指令値と前記圧力検出手段の出力である圧力帰還値との偏差信号を入力して補償演算する圧力制御補償手段と、
前記流量検出手段の検出値を入力し、入力に対する出力のゲインが、入力がゼロ近傍の時にゼロ又はゼロに近く、入力がゼロ近傍以外の時に１以下で１に近い特性を持つ非比例関数手段と、
該非比例関数手段の出力値と前記圧力制御補償手段の出力値とを加算して出力する加算手段と、
流量指令値と前記加算手段の出力値とを入力していずれか小さい方を選択して出力する最小値選択手段とを設け、
該最小値選択手段の出力値を前記制御装置に前記サーボ電動機の速度制御ループの速度指令値として入力するようにしたことを特徴とする液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置。
【請求項２】
入力軸に回転を与えることによってその回転速度に応じた流量の圧液を移送する両方向回転型の液圧ポンプと、該液圧ポンプの入力軸に回転を与えるサーボ電動機と、該サーボ電動機を駆動する制御装置と、前記サーボ電動機の回転速度の検出によって液圧ポンプが移送した圧液の流量を検出する流量検出手段と、このポンプが移送した圧液の圧力を検出する圧力検出手段とを備えた、液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置において、
前記液圧ポンプの回転方向の違いにより異なった流路で圧液を移送するように構成し、
前記異なる各流路を移送される圧液の液圧をそれぞれ検出する各圧力検出手段と、その各圧力検出手段による検出値の差分を取って圧力帰還値として出力する手段と、
正の圧力指令値と前記圧力帰還値との偏差信号を入力して補償演算する第１の圧力制御補償手段と、負の圧力指令値と前記圧力帰還値との偏差信号を入力して補償演算する第２の圧力制御補償手段と、
前記流量検出手段の検出値を入力し、入力に対する出力のゲインが、入力がゼロ近傍の時にゼロ又はゼロに近く、入力がゼロ近傍以外の時に１以下で１に近い特性を持つ非比例関数手段と、
前記非比例関数手段の出力値と前記第１の圧力制御補償手段の出力値とを加算して出力する第１の加算手段と、前記非比例関数手段の出力値と前記第２の圧力制御補償手段の出力値とを加算して出力する第２の加算手段と、
流量指令値と前記第１の加算手段の出力値とを入力していずれか小さい方を選択して出力する最小値選択手段と、
該最小値選択手段の出力値と前記第２の加算手段の出力値とを入力していずれか大きい方を選択して出力する最大値選択手段と、
該最大値選択手段の出力値を前記制御装置に前記サーボ電動機の速度制御ループの速度指令値として入力するようにしたことを特徴とする液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボ電動機の回転軸の回転によって圧液を移送する液圧ポンプに対して、この圧液ポンプが移送した圧液の流量を流量指令値に追従させる流量制御と、その圧液の圧力を圧力指令値に追従させる圧力制御とを可能にし、二つの制御状態を自動的に切り替える機能を有する液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置としては、例えば図７に示すようなものがある。
サーボ電動機１の回転によって液圧ポンプ（アクチュエータを含む）２が移送する圧液の流量は、サーボ電動機１の回転速度に比例する。流量検出手段３によってそのサーボ電動機１の回転速度を検出することによって流量帰還値相当の回転速度帰還値を偏差演算回路４に帰還させて速度制御系を構成し、回転速度の指令値として流量指令値を与えることにより、それを最小値選択回路６を介して偏差演算回路４に入力させ、その出力の偏差信号により回転数制御補償回路および電動機駆動回路５を制御して、流量指令値に比例した液圧の流量を得る。
【０００３】
一方、液圧ポンプ２から移送される圧液の圧力を圧力検出手段７によって検出して、圧力帰還値として偏差演算回路８に帰還させて、圧力指令値との偏差信号を圧力制御補償回路９を介して出力し、この出力された圧力の操作量を前述した回転速度の指令値として入力することによって、圧力指令値に比例した液圧の圧力を得る。
そして、最小値選択回路６によって、上述の圧力の操作量と流量指令値とを比較し、何れか小さい方を選択して回転速度の指令値として偏差演算回路４に入力することによって、圧力制御と流量制御の切り替えを自動で行なう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような制御回路でサーボ電動機を運転すると、移送される圧液の流量と圧力の関係は図８に示すような特性になる。この流量・圧力特性において、図中にＷで示す圧力制御範囲をカットオフ幅と定義すると次のような不具合が生じる。
【０００５】
▲１▼このカットオフ幅Ｗが大きいと、負荷の圧力が圧力指令値に近い状態では、所望の流量を移送することができない。
▲２▼図７に示した圧力制御補償回路の比例要素を大きい値にすることで、カットオフ幅を小さくすることは可能であるが、圧力制御の安定性を損なってしまう。
▲３▼上記比例要素を大きくした場合、圧力制御の不安定性も絡み、流量制御と圧力制御の切り替えを滑らかに行うことが困難である。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置において、安定した流量制御および圧力制御と、その自動切り替えを行なえるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、入力軸に回転を与えることによってその回転速度に応じた流量の圧液を移送する液圧ポンプと、該液圧ポンプの入力軸に回転を与えるサーボ電動機と、該サーボ電動機を駆動する制御装置と、サーボ電動機の回転速度の検出によって液圧ポンプが移送した圧液の流量を検出する流量検出手段と、このポンプが移送した圧液の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、上記流量検出手段による検出値を流量帰還値相当の回転速度帰還値として上記制御装置に帰還させて速度制御系を構成する液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置において、上記目的を達成するため、次のＡ〜Ｄの各手段を設けたものである。
【０００８】
Ａ．圧力指令値と前記圧力検出手段の出力である圧力帰還値との偏差信号を入力して補償演算する圧力制御補償手段、
Ｂ．流量検出手段の検出値を入力し、入力に対する出力のゲインが、入力がゼロ近傍の時にゼロ又はゼロに近く、入力がゼロ近傍以外の時に１以下で１に近い特性を持つ非比例関数手段、
Ｃ．その非比例関数手段の出力値と上記圧力制御補償手段の出力値とを加算して出力する加算手段、
Ｄ．流量指令値と上記加算手段の出力値とを入力していずれか小さい方を選択して出力する最小値選択手段、
【０００９】
そして、この最小値選択手段の出力値を上記制御装置にサーボ電動機の速度制御ループの速度指令値として入力する。
【００１０】
また、液圧ポンプとして、両方向回転型の液圧ポンプを使用し、その液圧ポンプの回転方向の違いにより異なった流路で圧液を移送するように構成し、その圧力制御と流量制御を行なうためには、次のように構成すればよい。
【００１１】
上記異なる各流路を移送される圧液の液圧をそれぞれ検出する各圧力検出手段と、その各圧力検出手段による検出値の差分を取って圧力帰還値として出力する手段を設ける。
正の圧力指令値と上記圧力帰還値との偏差信号を入力して補償演算する第１の圧力制御補償手段と、負の圧力指令値と上記圧力帰還値との偏差信号を入力して補償演算する第２の圧力制御補償手段とを設ける。
【００１２】
上記流量検出手段の検出値を入力し、入力に対する出力のゲインが、入力がゼロ近傍の時にゼロ又はゼロに近く、入力がゼロ近傍以外の時に１以下で１に近い特性を持つ非比例関数手段を設け、その出力値と第１の圧力制御補償手段の出力値とを加算して出力する第１の加算手段と、非比例関数手段の出力値と第２の圧力制御補償手段の出力値とを加算して出力する第２の加算手段とを設ける。
【００１３】
さらに、流量指令値と第１の加算手段の出力値とを入力していずれか小さい方を選択して出力する最小値選択手段と、その最小値選択手段の出力値と第２の加算手段の出力値とを入力していずれか大きい方を選択して出力する最大値選択手段とを設け、その最大値選択手段の出力値を上記制御装置にサーボ電動機の速度制御ループの速度指令値として入力する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１はこの発明の一実施形態を示すブロック構成図であり、図７と同じ部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
この実施形態において、図７に示した従来の液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置と相違する点は次の構成を設けた点だけである。
【００１５】
すなわち、流量検出手段３の検出値を入力し、入力に対する出力のゲインが、入力がゼロ近傍の時にゼロ又はゼロに近く、入力がゼロ近傍以外の時に１以下で１に近い特性を持つ非比例関数手段１０と、その非比例関数手段１０の出力値と圧力制御補償回路９の出力値とを加算して出力する加算手段１１を設け、流量指令値とその加算手段１１の出力値とを最小値選択回路６に入力していずれか小さい方を選択して出力するようにした構成である。
【００１６】
そして、図７の従来例の場合と同様に、この最小値選択回路６の出力値を、偏差演算回路４と回転数制御補償回路および電動機駆動回路５からなり、流量検出手段３による検出値を流量帰還値相当の回転速度帰還値として帰還させて速度制御系を構成する制御装置に、サーボ電動機１の速度制御ループの速度指令値として入力する。
なお、偏差演算回路８と圧力制御補償回路９とによって、圧力制御補償手段を構成している。
【００１７】
このように構成した液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置によれば、図２に太い実線ａで示すような流量−圧力特性が得られ、従来の装置（その特性を細い破線ｂで示す）に比べてカットオフ幅Ｗを小さくでき、圧力制御の安定性の向上を図ることができる。このカットオフ幅Ｗを殆どゼロにすることも可能である。あるいは、図２に太い点線ｃで示すように傾斜付けることも可能である。
【００１８】
図３は図１の実施形態を一部変更した実施形態の液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置であり、サーボ電動機１の制御装置を回転速度制御回路１４とインバータ１５によって構成している。
【００１９】
そして、最小値選択回路６は、流量指令値Ｑinと加算手段１１の出力である圧力操作量Ｂのいずれか小さい値をそのまま出力する。したがって、流量指令値Ｑinが出力されると、それが最小値選択回路６から回転速度指令値として回転速度制御回路１４に入力され、その出力によってサーボ電動機１に駆動電流を供給するインバータ１５を制御して、サーボ電動機１の回転速度が流量指令値と合致するように制御する。
【００２０】
サーボ電動機１の回転によって液圧ポンプ２から移送された圧液の圧力を圧力センサ等の圧力検出手段７によって検出して圧力帰還値として帰還し、偏差演算回路８によって圧力指令値Ｐinとの圧力偏差をとり、圧力制御補償回路９によって比例要素（Ｋｐ）が掛けられ、圧力操作量Ａを得る。
【００２１】
この圧力操作量Ａに、流量検出手段としての回転速度センサ（パルスエンコーダ等）によって検出される回転速度帰還値（流量帰還値相当）を非比例関数手段（増幅回路等）１０を通した回転数補正信号として加算手段１１によって加算して、圧力操作量Ｂとし、それを最小値選択回路６に入力する。
【００２２】
非比例関数手段には、図４に太い実線ｄあるいは太い点線ｅで示すような非比例関数の入力−出力関係の特性を持たせる。なお、参考に比例関係の特性を細い破線ｆで示す。Ｎは入力がゼロ近傍の一定範囲の不感帯で、この範囲では、ゲインＧ＝０あるいはＧ≒０（Ｇ＞０）である。この不感帯Ｎ以外の入力範囲では、ゲインが１以下（Ｇ≦１）で且つ１に近い。図４において太い実線ｄで示す特性はＧ＝１になる場合で、太い点線ｅで示す特性はＧ＜１になる場合である。
【００２３】
したがって、ゲインＧ＝１のときでも、図３における不感帯の幅Ｎがゼロでない（Ｎ≠０）場合、カットオフ幅Ｗが発生するため、圧力制御時の圧力が指令圧力に一致しない場合がある。一致するのは、図２における流量帰還値が０になる時だけである。
したがって、流量制御と圧力制御の切り替わる境界では、
流量指令値：Ｑin ， 圧力指令値：Ｐin
圧力帰還値：Ｐfb ， 非比例関数出力：Ｑfb′  とすると、次式成り立つ。
Ｑin＝(Ｐin−Ｐfb)×Ｋp＋Ｑfb′
【００２４】
この時は、サーボ電動機は流量指令値に等し回転速度で回転しており、非比例関数の出力Ｑfb′は、流量指令値Ｑinに近い値になっている(Ｇ＝１だから）。
したがって、あまり大きくできない比例要素のゲインＫp を補う目的を果たし、カットオフ幅  Ｗ＝Ｐin−Ｐfb  を小さくすることができる。
【００２５】
流量制御と圧力制御の切り替えを滑らかに行なえるのは、この非比例関数出力Ｑfb′がゲインＫｐを大きくしなくて済むような役目を持っているからである。
このようにして、圧力制御と流量制御の切り替えを滑らかにし、安定した圧力制御を行う。また、図２に示したようにカットオフ幅を大幅に低減し、負荷圧力が圧力指令値に近い場合でも所望の流量を得ることができる。
【００２６】
次に、この発明の他の実施形態による液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置を図５によって説明する。この図５において、図３と同じ部分には同一の符号を付してあり、正負両方に同じ手段を設けたものには正用にＡを、負用にＢを付加して示している。
【００２７】
この装置は、圧力指令値として、正の圧力指令値Ｐin+(Ｐin+≧０)と負の圧力指令値Ｐin-(Ｐin-≦０)を入力し、液圧ポンプとして両方向回転型の液圧ポンプを使用し、その回転方向の違いにより異なった流路２０Ａ，２０Ｂで圧液を移送するように構成している。
そして、その異なる各流路２０Ａ，２０Ｂを移送される圧液の液圧をそれぞれ検出する２つの圧力検出手段７Ａ，７Ｂと、その各圧力検出手段７Ａ，７Ｂによる検出値の差分を取って圧力帰還値として出力する偏差演算回路１２を設けている。
【００２８】
さらに、正の圧力指令値Ｐin- と上記圧力帰還値とを入力してその偏差信号を出力する偏差演算回路８Ａと、その偏差信号を入力して比例要素による補償演算をして圧力操作量Ａ１を出力する圧力制御補償回路９Ａ（偏差演算回路８Ａと共に第１の圧力制御補償手段を構成する）と、負の圧力指令値Ｐin- と上記圧力帰還値とを入力してその偏差信号を出力する偏差演算回路８Ｂと、その偏差信号を入力して比例要素による補償演算をして圧力操作量Ａ２を出力する圧力制御補償回路９Ｂ（偏差演算回路８Ｂと共に第２の圧力制御補償手段を構成する）とを設けている。
【００２９】
そして、非比例関数手段１０からの回転数補正信号と第１の圧力制御補償手段からの圧力操作量Ａ１とを第１の加算手段１１Ａによって加算して圧力操作量Ｂとして最小値選択回路６に入力させる。
また、非比例関数手段１０からの回転数補正信号と第２の圧力制御補償手段からの圧力操作量Ａ２とを第２の加算手段１１Ｂによって加算して回転速度指令値として最大値選択回路１６に入力させる。
【００３０】
最小値選択手段６は、流量指令値Ｑinと第１の加算手段１１Ａからの圧力操作量Ｂとを入力して、いずれか小さい方を選択して出力する。
最大値選択手段１６は、最小値選択手段の出力値と第２の加算手段の出力値である回転数補正信号とを入力して、いずれか大きい方を選択してそのまま出力する。
【００３１】
この最大値選択回路１６の出力値を、サーボ電動機１の速度制御ループの速度指令値として制御装置を構成する回転速度制御回路１４に入力させる。
この液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置によれば、両方向回転型の液圧ポンプ２の圧力制御と流量制御を自動的に切り替えて安定して行なうことができる。
【００３２】
この場合の圧力−流量特性は図６に示すようになり、流量指令値及び圧力指令値が正のときは太い実線ｇで示すように、流量指令値及び圧力指令値が負のときは太い点線ｈで示すようになる。したがって、いずれの場合もカットオフ幅Ｗが小さく、負荷圧力が圧力指令値に近い場合でも所望の流量が得られる。また、圧力指令値付近で所定流量を越えた領域の圧力−流量特性に、図６中に点線ｉで示すように若干傾斜を付けることもできる。
【００３３】
なお、これらの実施形態における圧力帰還値の代わりに、サーボ電動機１が発生するトルクに相当するもの（インバータ１５による操作電流出力あるいはトルク計出力など）を帰還するようにしてもよい。
また、図５に示した液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置において、圧力指令値を一つとし、これから正の圧力指令値と負の圧力指令値を作ることもできる。
【００３４】
すなわち、正の圧力指令値も負の圧力指令値も絶対値が同じ設定値で使用する場合があるが、そのような場合には、わざわざ同じ設定値に合わせなければならない。
そこで、このような場合には、ある一つの設定値を「正の圧力指令値」と「負の圧力指令値」に分ければよい。そのため、「正の圧力指令値」のみを入力して、それを反転（マイナスを付ける）すれば「負の圧力指令値」を作ることができる。
【００３５】
これらの各実施形態の制御回路は、ハードウェアのみ又はソフトウェアのみ、あるいはハードウェアとソフトウェアを組み合わせて構成することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この本発明の液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置によれば、次のような効果を得ることができる。
▲１▼カットオフ幅の改善（減少）
▲２▼圧力制御の安定化
▲３▼流量制御と圧力制御の安定した切り替え
▲４▼市販のサーボ電動機，サーボ電動機ドライバ，液圧ポンプ等を用いて、簡単にカットオフ特性の優れた流量−圧力制御が可能な液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置のブロック構成図である。
【図２】図１に示した装置による圧力−流量特性を示す線図である。
【図３】図１の実施形態を一部変更した実施形態を示す液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置のブロック構成図である。
【図４】図３における非比例関数手段１０の入力−出力特性を示す線図である。
【図５】この発明の他の実施形態を示す液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置のブロック構成図である。
【図６】図５に示した装置による圧力−流量特性を示す線図である。
【図７】従来の液圧ポンプ駆動用サーボ電動機制御装置の一例を示すブロック構成図である。
【図８】図７に示した装置による圧力−流量特性を示す線図である。
【符号の説明】
１：サーボ電動機    ２：液圧ポンプ（アクチュエータを含む）
３：流量検出手段（回転速度検出）
４，８，８Ａ，８Ｂ，１２：偏差演算回路
５：回転数制御補償回路および電動機駆動回路
６：最小値選択回路
７，７Ａ，７Ｂ：圧力検出手段
９，９Ａ，９Ｂ：圧力制御補償回路（比例要素）
１０：非比例関数手段（増幅器）
１１，１１Ａ，１１Ｂ：加算手段
１４：回転速度制御回路    １５：インバータ
１６：最大値選択回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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