(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動油の吐出圧力と吐出流量を比例電磁弁によって電気的に閉ループ制御する制御手段を有する可変容量形ポンプにおいて、
前記制御手段は、
吐出圧力を制御する圧力制御系と、
吐出流量を制御する流量制御系と、
各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制御定数の最適設定値を記憶する記憶部と、
圧力制御系及び流量制御系の制御状態を判別する状態判別手段と、
判別結果に応じて制御系を切換える切換手段と、
各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を前記複数の制御定数に設定する設定手段と、を備え、
前記圧力制御系と前記流量制御系とは直列に結合されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。
【請求項２】
前記切換手段は、記憶手段に記憶されている設定値を所定の時定数で変化する可変信号に変換する変換手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の可変容量形ポンプ制御装置。
【請求項３】
前記複数の制御定数が、ゲイン及び／又は補償要素であることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量形ポンプ制御装置。
【請求項４】
可変容量形ポンプから吐出される作動油の吐出圧力及び吐出流量を直列に結合された圧力制御系及び流量制御系を介して比例電磁弁によって電気的に閉ループで制御する可変容量形ポンプの制御方法において、
各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制御定数の最適設定値を予め記憶部に記憶させる記憶工程と、
圧力制御系及び流量制御系の状態を判別する状態判別工程と、
判別結果に応じて制御系を切換える切換工程と、
各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を前記複数の制御定数に設定する設定工程と、を備え、
圧力制御時には直列結合された圧力制御系と流量制御系との全体を圧力制御に用い、
流量制御時には流量制御系のみを流量制御に用いることを特徴とする可変容量形ポンプ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動油の吐出圧力と吐出流量を電気的に閉ループ制御する制御手段を有する可変容量形ポンプ及びその制御方法に関するものであり、特に圧力制御及び流量制御の制御定数を自動可変とした可変容量形ポンプ及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧回路において、可変量形ポンプから吐出させる作動油の圧力及び流量を比例電磁弁で制御する場合には、まず作動油の吐出圧力を比例電磁弁で制御しながら吐出流量を増加させ、吐出流量が所定の設定値に達したら、圧力制御を停止して流量制御を行うのが一般的である。このような可変量形ポンプ及びその制御方法としては、従来から以下の方法が一般的に知られている。
【０００３】
第一の可変量形ポンプ及びその制御方法としては、圧力制御フィードバックループの中に、流量制御フィードバックループをマイナーループとして組み込み、圧力制御ループのゲイン及び補償要素を調整して圧力制御を行い、その後流量制御ループのゲイン及び補償要素を行うものである。
【０００４】
第二の可変量形ポンプ及びその制御方法は、図７に示すように、圧力制御フィードバックと流量制御フィードバックを別個独立に構成し、はじめにスイッチによって制御系を圧力制御に切換えて圧力ゲイン及び圧力補償要素の調整を行うことにより吐出圧力の制御を行いながら吐出流量を増加させる。そして、吐出流量が所定値に達したら、スイッチにより制御系を圧力制御から流量制御に切り換えて、流量制御ループの流量ゲイン及び流量補償要素を調整して吐出流量の制御を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の可変量形ポンプ及びその制御方法には、次のような問題がある。第一の制御方法では、圧力制御は的確に行えるが、流量制御ループが圧力制御ループ中に組み込まれているため、実際の流量検出を正確に行えず、このため流量制御を的確に行うことができない。即ち、圧力制御時の流量ゲイン及び流量補償要素の最適値は、流量制御時の流量ゲイン及び流量補償要素の最適値と異なるが、圧力制御のループ内では、流量制御は実質的に行われず、圧力制御時の流量ゲインや流量補償要素、あるいは流量制御時の流量ゲインや流量補償値を最適値に設定することができない。このため、流量制御を的確に行うことができないという問題がある。
【０００６】
一方、第二の制御方法では、圧力制御ループと流量制御ループが独立に構成されているため、各制御系ごとにゲイン及び補償要素を最適に調整することできる。しかしながら、制御系の切換時にゲイン、補償要素の変動が生じ、各制御系の安定性が悪化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、圧力制御及び流量制御を夫々的確に行うことができる可変量形ポンプ及びその制御方法を提供することを主な目的とする。本発明の別の目的は、圧力制御と流量制御を安定性を維持しながら行うことができる可変量形ポンプ及びその制御方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、作動油の吐出圧力と吐出流量を比例電磁弁によって電気的に閉ループ制御する制御手段を有する可変容量形ポンプにおいて、前記制御手段は、吐出圧力を制御する圧力制御系と、吐出流量を制御する流量制御系と、各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制御定数の最適設定値を記憶する記憶部と、圧力制御系及び流量制御系の制御状態を判別する状態判別手段と、判別結果に応じて制御系を切換える切換手段と、各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を前記複数の制御定数に設定する設定手段とを備え、前記圧力制御系と前記流量制御系とは直列に結合されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、予め記憶部に各制御定数の最適設定値が記憶されている。ここで、「各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制御定数の最適設定値」とは、圧力制御時における圧力制御系の制御定数及び流量制御系の制御定数の各最適設定値と、流量制御時における圧力制御系の制御定数及び流量制御系の制御定数の最適設定値をいう。
【００１０】
本発明では、状態判別手段によって、圧力制御状態及び流量制御状態を判別する。即ち、圧力制御時に流量制御に切り換える状態となったか否か、または流量制御時に圧力制御に切り換える状態となったか否かについて判別する。例えば、圧力制御中に流量が増加した場合、圧力制御の出力としての圧力操作量が所定の流量設定値に達したか否かを判別する。そして、圧力操作量が未だ流量設定値に達していない場合には、切換手段による圧力制御から流量制御への制御系の切換えは行わず、圧力制御系及び流量制御系の各制御定数を現状の最適設定値で維持するか、あるいは設定手段によって各制御定数に圧力制御時における夫々の最適設定値を設定する。
【００１１】
一方、圧力操作量が、流量設定値に達した場合には、切換手段によって流量制御系に切り換える。これにより、可変量形ポンプの制御は、圧力制御から流量制御へ移行する。この場合、流量制御には、直列結合された後段の流量制御ループが用いられる。そして、設定手段によって圧力制御系及び流量制御系の各制御定数に、流量制御時における夫々の最適設定値を設定する。
【００１２】
従って、本発明では、圧力制御系と流量制御系の各制御定数に、各制御時における最適設定値を別個に設定できるので、圧力制御系に流量制御系が組み込まれている従来のポンプの制御に比べ、圧力制御系及び流量制御系の各制御を的確に行うことができる。
【００１３】
また、本発明では、圧力制御系と流量制御系とを直列に結合しているので、例えば、圧力制御系を前段に流量制御系を後段にした場合には、圧力制御時に、圧力制御系と流量制御系の全体を用いて制御し、流量制御時には流量制御系のみを用いて制御することが可能となる。即ち、圧力制御時には、圧力制御系の他、流量制御系も使用されているため、切換手段によって圧力制御から流量制御へ切り換えた場合でも、流量制御系に変化は生じず、安定した切換を行うことができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の可変容量形ポンプ制御装置において、前記切換手段は、記憶手段に記憶されている設定値を所定の時定数で変化する可変信号に変換する変換手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
圧力制御系の出力である圧力操作量は、ポンプの脈動成分を含んでおり、ある振幅で振動するため、判別手段による制御状態の判別が困難になる。本発明では、切換手段が、記憶手段に記憶されている最適設定値を所定の時定数で変化する可変信号に変換する変換手段を備えているため、各制御系の制御定数に最適設定値を設定する場合でも、ポンプの脈動成分による変動を変換手段によって除去し、制御状態の判別を正確に行うことができる。
【００１６】
また、切換手段による制御系の切換時に最適設定値を設定する場合に、変換手段によって設定値を所定の時定数で変化させているので、設定値の変動を時間的に緩やかにして不連続になることを回避し、安定な切換を可能にすることができる。
【００１７】
このような変換手段としては、低域遮断フィルター等を用いることができる。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の可変容量形ポンプ制御装置において、前記複数の制御定数が、ゲイン及び／又は補償要素であることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、制御定数の好ましい態様を示したものである。
【００２０】
請求項４に係る発明は、可変容量形ポンプから吐出される作動油の吐出圧力及び吐出流量を直列に結合された圧力制御系及び流量制御系を介して比例電磁弁によって電気的に閉ループで制御する可変容量形ポンプの制御方法において、各制御系ごとに制御状態に対応する複数の制御定数の最適設定値を予め記憶部に記憶させる記憶工程と、圧力制御系及び流量制御系の状態を判別する状態判別工程と、判別結果に応じて制御系を切換える切換工程と、各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を前記複数の制御定数に設定する設定工程と、を備え、圧力制御時には直列結合された圧力制御系と流量制御系との全体を圧力制御に用い、流量制御時には流量制御系のみを流量制御に用いることを特徴とする。
【００２１】
本発明は、請求項１に係る可変量形ポンプを実施するための方法であり、請求項１と同様の作用効果を奏する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について、以下、図示例とともにに説明する。図１は、本実施形態の可変量形ポンプの制御部のブロック図である。本実施形態の制御部は、可変量形ポンプの吐出圧力をフィードバック制御する圧力制御ループ１と吐出流量を制御する流量制御ループ３から構成され、圧力制御ループ１を前段、流量制御ループ３を後段にして直列に結合されている。
【００２３】
圧力制御ループ１は、目標値としての吐出圧力設定値Ｐinを入力し、圧力センサ（図示せず）からの現在の圧力検出値ＳＭＰがフィードバックされるようになっている。圧力制御ループ１には、圧力設定値と圧力検出値の偏差を調整するための圧力ゲイン回路５及び圧力補償回路７が設けられている。
【００２４】
圧力ゲイン回路５には、低域遮断フィルター１３ａが接続されている。低域遮断フィルター１３ａには、設定手段としての開閉スイッチＳ２が接続されており、この開閉スイッチＳ２の開閉によって、記憶部（図示せず）に予め記憶されている圧力ゲインの最適設定値（ＰＧ１，ＰＧ２）を選択して圧力ゲインに設定されるようになっている。ここで、ＰＧ１は圧力制御時の圧力ゲインの最適設定値、ＰＧ２は流量制御時の圧力ゲインの最適設定値である。本実施形態では、ＰＧ２は、ＰＧ１より大きい値となっている。尚、ＰＧ１、ＰＧ２の値は、これに限られるものではなく任意に設定することが可能である。
【００２５】
圧力制御ループ１の出力側には、判別手段としての比較器１５が接続されている。この比較器１５は、圧力制御ループ１の出力である圧力操作量Ｐuと、所定の流量設定値Ｑinを比較し、その結果に同期して切換手段としてのスイッチＳ１〜４の開閉動作が行われるようになっている。
【００２６】
流量制御ループ３は、圧力制御ループ１の出力である圧力操作量Ｐu又は流量制御の目標値である流量設定値Ｑinを入力する。即ち、流量制御ループ３の入力側には、開閉スイッチＳ１が接続されており、スイッチＳ１の開閉によって、圧力操作量Ｐu、または流量設定値Ｑinのいずれかを入力するように切り換えられる。また、流量制御ループ３の出力側は、比例電磁弁（図示せず）が接続されており、全体ループの出力値が比例電磁弁へ入力されるようになっている。
【００２７】
流量制御ループ３の入力側には、流量センサ（図示せず）からの流量検出値ＳＭＱがフィードバックされ、流量制御ループ３の入力値と流量検出値ＳＭＱの偏差を調整するための流量ゲイン回路９及び流量補償回路１１が設けられている。
【００２８】
流量ゲイン回路９には、低域遮断フィルター１３ｂが接続されている。低域遮断フィルター１３ｂには、設定手段としての開閉スイッチＳ３が接続されており、この開閉スイッチＳ３の開閉によって、記憶部（図示せず）に予め記憶されている流量ゲインの最適設定値（ＱＧ１，ＱＧ２）が流量ゲインに設定されるようになっている。また、流量補償回路１１にも低域遮断フィルター１３ｃが接続され、更に低域遮断フィルター１３ｃに設定手段としての開閉スイッチＳ４が接続されており、この開閉スイッチＳ４の開閉によって、記憶部（図示せず）に予め記憶されている流量補償要素の最適設定値（Ｃ１，Ｃ２）が流量補償要素に設定されるようになっている。ここで、ＱＧ１は圧力制御時の流量ゲインの最適設定値、ＱＧ２は流量制御時の流量ゲインの最適設定値、Ｃ１は圧力制御時の流量補償要素の最適設定値、Ｃ２は流量制御時の流量補償要素の最適設定値である。本実施形態では、ＱＧ２は、ＱＧ１より大きい値となっている。また、Ｃ２は、Ｃ１より位相進み補償が強い値となっている。尚、最適設定値ＱＧ１、ＱＧ２、Ｃ１、Ｃ２の値は、これに限られるものではなく、任意に設定することが可能である。
【００２９】
このように構成された本実施形態の可変量形ポンプ制御部を用いた制御方法について以下に説明する。
【００３０】
まず、予め記憶部に圧力ゲインの圧力制御時の最適設定値ＰＧ１及び流量制御時の最適設定値ＰＧ２、流量ゲインの圧力制御時の最適設定値ＱＧ１及び流量制御時の最適設定値ＱＧ２、流量補償要素の圧力制御時の最適設定値Ｃ１及び流量制御時の最適設定値Ｃ２を記憶させる。
【００３１】
次いで、スイッチＳ１を圧力制御ループ１側に切り換える。このとき、スイッチＳ１の切換と同期して、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４が、夫々圧力ゲイン、流量ゲイン、流量補償要素の圧力制御時の各最適値（ＰＧ１、ＱＧ１、Ｃ１）を取り出すように切換えられ、夫々の最適設定値が低域遮断フィルター１３を介して圧力ゲイン、流量ゲイン及び流量補償要素に乗算されて設定される。そして、可変量形ポンプから作動油を吐出させ、可変量形ポンプの作動油の圧力制御を開始する。圧力制御の最中は、可変量形ポンプからの作動油の吐出流量を次第に増加させる。
【００３２】
圧力制御ループ１に所定の圧力設定値Ｐinを目標値として入力する。この圧力設定値と、フィードバックされてきた圧力センサ（図示せず）で検出された作動油の圧力検出値ＳＭＱとの偏差が圧力ゲイン及び圧力補償ゲインによって調整され圧力操作量Ｐuとなって、圧力制御ループ１の出力となる。そして、この圧力操作量Ｐuは、所定の流量設定値Ｑinと比較器によって比較される。図３に圧力操作量Ｐu，流量検出値ＳＭＱ，及び流量設定値Ｑinの関係図を示す。
【００３３】
圧力操作量Ｐuが流量設定値Ｑinより小さい場合には、スイッチＳ１〜４の切り換えは行われず、このため、圧力操作量Ｐuは、流量制御ループ３に入力される。スイッチＳ１は、圧力制御ループ１側に切り換えられているため、流量制御ループ３には、流量制御の目標値である流量設定値Ｑinは入力されない。このため、圧力操作量Ｐuが流量設定値Ｑinより小さい場合には、図３に示すように、引き続き圧力制御が行われ、直列結合された圧力制御ループ１と流量制御ループ３の全体ループが圧力制御のために用いられる。
【００３４】
尚、このとき、後段の流量制御ループ３には、流量センサで検出された作動油の流量検出値ＳＭＱがフィードバックされ、これと圧力操作量Ｐuとの偏差が圧力制御時の最適設定値に設定されている流量ゲイン及び流量補償要素で調整されて比例電磁弁に対し出力される。
【００３５】
一方、比較器１５によって、圧力操作量Ｐuが流量設定値Ｑinより大きいと判断された場合には、スイッチＳ１が圧力制御ループ１側から流量設定値の入力側へ切り換えられる。これにより、図３に示すように、圧力制御から流量制御への切り換えが行われる。尚、図３において、圧力操作量Ｐuを示す２直線の間隔は、ポンプの脈動により発生する圧力操作量の幅を示している。
【００３６】
ここで、圧力制御時の流量制御ループ３内には流量検出値からのフィードバックを含み、圧力制御のときも流量が考慮されている。このため、スイッチＳ１によって、流量制御に切り換えた場合でも、出力値の急激な変動を防止でき、安定な制御を行うことができる。
【００３７】
圧力制御時に決定した流量ゲイン、補償要素の最適設定値では、ゲインが低いため、流量制御においてはオーバーシュートを発生しやすい。そこで、流量制御時には最適設定値を変え、ゲインを高くする必要がある。そして、この状態で安定させるため、補償要素の位相進み補償を強くする。これによって、流量性御時の制御特性を向上させることができる。
【００３８】
具体的には、Ｓ１の切り換えと同期して、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４が、夫々圧力ゲイン、流量ゲイン、流量補償要素の流量制御時の最適値（ＰＧ２、ＱＧ２、Ｃ２）を取り出すように切換えられる。そして、夫々の最適設定値が低域遮断フィルター１３を介して圧力ゲイン、流量ゲイン及び流量補償要素に乗算されて設定される。図２（ａ）は、ゲインの変化の動特性図であり、図２（ｂ）は、スイッチＳ１〜Ｓ２の切換と制御の切換を示す状態図である。図４は、ゲインとＳＭＱの関係を示す特性図である。各最適設定値は、低域遮断フィルター１３を通しているため、図２（ａ）に示すように、各ゲイン、補償要素の最適設定値は可変信号として設定される。尚、グラフ中の曲線部分は低域遮断フィルター１３の時定数によって決定される。
【００３９】
ここで、制御切換え時のスイッチＳ１〜Ｓ４の切換信号について説明する。図５及び図６は、圧力制御から流量制御へ切換時のスイッチＳ１〜Ｓ４の切換信号の状態を示している。図５は、流量検出値がＱ1付近の時のスイッチの切換信号を示し、図６は、流量検出値がＱ2付近の時のスイッチの切換信号を示している。
【００４０】
図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、圧力制御時に圧力操作量Ｐuはポンプの脈動を含んでいるため振幅を有する。このため、スイッチＳ１〜Ｓ４の切換信号は、切換の開始時から終了時までの間、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、圧力操作量Ｐuが設定流量を越える幅と圧力操作量Ｐuの値からＰＷＭ動作するＯＮ−ＯＦＦ波形として生成される。そして、この切換信号を低域遮断フィルター１３によって平滑化する。これにより、図５の場合には、切換信号は圧力信号の振幅に比例した形で切り換えられる、図６の場合には、切換信号は圧力信号の振幅に反比例した形で切り換えられる。このため、連続的な切換えが可能となる。
【００４１】
スイッチＳ１が流量設定値Ｑinの入力側に切り換えられると、可変量形ポンプの制御は、圧力制御から流量制御へ移行する。このとき、スイッチＳ1によって、圧力制御ループ１と流量制御ループ３とは遮断されているため、流量制御は、流量制御ループ３のみによって行われる。即ち、流量設定値Ｑinを入力し、この流量設定値Ｑinと流量センサからフィードバックされた流量検出値ＳＭＱとの偏差を流量ゲイン及び流量補償ゲインで調整し、比例電磁弁に出力する。
【００４２】
このように、本実施形態の可変量形ポンプでは、流量ゲイン及び流量補償要素に、圧力制御と流量制御の夫々の最適設定値を各制御系ごとに設定するので、各制御を的確に行うことが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明は、圧力制御系と流量制御系が直列に結合されており、制御手段が圧力制御及び流量制御の状態を判別する状態判別手段と、判別結果に応じて制御系を切換える切換手段と、各制御系の現在の制御状態に対応する前記最適設定値を前記複数の制御定数に設定する設定手段とを備えているため、作動油の圧力制御及び流量制御を夫々的確に行うことができるという効果がある。  また、作動油の圧力制御と流量制御とを切り換えた場合にも、安定性を維持することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の可変量形ポンプの制御部のブロック図である。
【図２】本実施形態に係る可変量形ポンプの制御の動特性を示す状態図であり、図２（ａ）は、ゲイン変化の状態図、図２（ｂ）は、スイッチＳ１〜Ｓ２の切換と制御の切換を示す関係図である。
【図３】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御の圧力操作量，流量検出値及び流量設定値の関係図である。
【図４】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御のゲインと流量検出値の関係を示す関係図である。
【図５】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御における流量検出値Ｑ1付近のスイッチの切換信号の状態図である。
【図６】本実施形態に係る可変量形ポンプ制御における流量検出値Ｑ2付近のスイッチの切換信号の状態図である。
【図７】従来例としての可変量形ポンプの圧力制御及び流量制御のブロック図である。
【符号の説明】
１：  圧力制御ループ
３：  流量制御ループ
５：  圧力ゲイン回路
７：  圧力補償回路
９：  流量ゲイン回路
１１：流量補償回路
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ：低域遮断フィルター
１５：比較器
Ｐin：圧力設定値
Ｐu ：圧力操作量
ＳＭＰ：圧力検出値
Ｑin：流量設定値
ＳＭＱ：流量検出値
ＰＧ１：圧力制御時における圧力ゲインの最適設定値
ＰＧ２：流量制御時における圧力ゲインの最適設定値
ＱＧ１：圧力制御時における流量ゲインの最適設定値
ＱＧ２：流量制御時における流量ゲインの最適設定値
Ｃ１：圧力制御時における流量補償要素の最適設定値
Ｃ２：流量制御時における流量補償要素の最適設定値
【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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