(57)【要約】  サーボ駆動部を有する油圧システムを調整するための調整パラメータのパラメータ化をほぼ自動的に実行するため、油圧システムの調整装置の調整パラメータを決定するための方法及び装置が提唱される。前記油圧システムの油圧負荷の実際のシステム圧力が、サーボ駆動部の予め設定されている目標の回転数によって調整され、前記サーボ駆動部の実際の回転数が、前記予め設定されている目標の回転数に追従する。作動信号が、前記目標の回転数に作用され、このときに発生する実際のシステム圧力が測定され、前記油圧システムの動特性が、前記実際の回転数及び／又は前記目標の回転数及び前記実際のシステム圧力から算出され、前記調整パラメータが、当該算出された動特性から計算される。
2020512637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧システム（１）の調整装置（６）の調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）を決定するための方法であって、前記油圧システム（１）の油圧負荷（８）の実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）が、サーボ駆動部（３）の予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）によって調整され、前記サーボ駆動部（３）の実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）が、前記予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に追従する当該方法において、
作動信号（ｎ１）が、前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に作用され、このときに発生する実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）が測定され、
前記油圧システム（１）の動特性が、前記実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）及び／又は前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）及び前記実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）から算出され、
前記調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）が、当該算出された動特性から計算されることを特徴とする方法。
【請求項２】
一定の初期回転数（ｎ０）が、前記作動信号（ｎ１）を作用する前の前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に予め設定される結果、初期圧力（ｐ０）が、実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）として前記油圧シリンダ（１）内で発生することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）は、油圧シリンダの圧力又は油圧モータの圧力であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
矩形信号、好ましくは上昇周波数を有する高調波信号、インパルス又はこれらの信号から成る合成信号が、作動信号（ｎ１）として使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記油圧システム（１）の動特性は、前記油圧システム（１）の伝達関数（Ｇｐ／ｎ（ｚ））によって表されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記伝達関数（Ｇｐ／ｎ（ｚ））は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって算出されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記伝達関数（Ｇｐ／ｎ（ｚ））のパラメータが、最小二乗法によって近似されることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）は、周波数特性アルゴリズムによって計算されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
特にオーバーシュート（ｕｅ）及びステップ応答の立ち上がり時間（ｔｒ）を含む設定パラメータが、前記周波数特性アルゴリズムに予め設定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記システム圧力（ｐ＿ｓｏｌｌ）のステップ状の変化が予め設定され、ステップ応答が算出されることによって、前記調整装置（４）の調整挙動が、前記調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）の算出後に同定されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記調整装置（４）の調整挙動の同定は、ユーザによって実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記調整装置（６）用の補正フィルタが、算出された動特性からさらにパラメータ化されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
制御装置（５）によって予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）を有するサーボ駆動部（３）と、予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）によって調整される実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）を有する油圧負荷（８）とを備える油圧システム（１）であって、前記サーボ駆動部（３）の実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）が、前記予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に追従する当該油圧システムにおいて、
調整装置（４）が存在し、作動信号（ｎ１）を前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に作用し、このときに発生する前記油圧シリンダ（１）の実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）を測定し、前記油圧システム（１）の動特性を前記実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）及び／又は前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）及び前記実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）から算出し、前記調整装置（４）の調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）を当該算出された動特性から計算するように、この調整装置（４）は構成されていることを特徴とする油圧システム。
【請求項１４】
前記調整装置（４）は、前記サーボ駆動部（３）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１３に記載の油圧システム。
【請求項１５】
前記調整装置（４）は、前記サーボ駆動部（３）の上位に配置された制御装置（５）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１３に記載の油圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧システムの調整装置の調整パラメータを決定するための方法に関する。この場合、当該油圧システムの油圧負荷の実際のシステム圧力が、サーボ駆動部の予め設定されている目標の回転数によって調整される。この場合、当該サーボ駆動部の実際の回転数が、当該予め設定されている目標の回転数に追従する。さらに、本発明は、制御装置によって予め設定されている目標の回転数を有するサーボ駆動部と、予め設定されている目標の回転数によって調整される実際のシステム圧力を有する油圧負荷（油圧装置）とを備える油圧システムに関する。当該サーボ駆動部の実際の回転数が、当該予め設定されている目標の回転数に追従する。
【背景技術】
【０００２】
油圧システムは、油圧発生器と油圧負荷とから構成される。一般に、サーボ駆動部が、油圧発生器として使用され、例えば、油圧シリンダ、油圧モータ、油圧生産手段等が、油圧負荷として使用される。これに関連して、一般に、モータとポンプとの組み合わせが、サーボ駆動部と解される。この場合、モータは、インバータによって給電される。当該サーボ駆動部のモータの回転数が、ハイダイナミックに可変であり、ポンプから供給された油圧体積流量を制御する。したがって、油圧システム内の油圧の実際のシステム圧力が変化する。したがって、システム圧力の調整は、全ての油圧負荷で必須である。一般に、油圧システムの調整装置は、ＰＩＤ構成又は追加のフィルタを有するＰＩＤに類似の構成を成す。従来の技術によれば、このために必要な調整パラメータは、試験によって、すなわち繰り返しの手動のチューニングによって油圧システムで算出される必要がある。試験が常に実行される必要があり、経験のある専門スタッフが必要であるので、非常に時間がかかる。したがって、より詳しいマニュアルが存在するとしても、調整パラメータの実際の調整は、それぞれのユーザに非常に強く依存する。このため、例えばジーグラ・ニコルス法のような幾つかの経験則による方法が存在する。決定すべきパラメータの数及び調整装置を調整するための労力が、使用される調整装置の構成に応じて変化する。それ故に、全周波数範囲にわたる区間動特性（Ｓｔｒｅｃｋｅｎｄｙｎａｍｉｋ）の不十分な知識に起因して、調整器の設計は、手動では困難である。さらに、例えば、境界条件が、例えば構成部品の摩耗よって変化するときに、調整パラメータの事後調整が、作動中でも必要になり得る。調整パラメータの決定は、説明したように基本的に面倒である。さらに、望ましい動特性が得られるように、調整パラメータを決定することは困難である。当該動特性は、油圧システムの入出力挙動、すなわち目標のシステム圧力の変化に対する実際のシステム圧力の応答を表す。油圧システムが、高い動特性を有する場合、例えば、実際のシステム圧力が、目標のシステム圧力の速い変化にも十分に追従する。
【０００３】
独国特許出願公開第１９８４２５６５号明細書は、複数の循環ポンプを有する油圧システムを開示する。個々の循環ポンプの必要な投入及び遮断時に、当該システム内で基本的にノイズとして作用する望ましくない圧力サージが発生する。しかしながら、当該圧力サージは、独国特許出願公開第１９８４２５６５号明細書では、ＰＩＤ調整器の調整パラメータをパラメータ化するために使用される。伝達関数が、ＰＴｎ要素として、すなわち零の次数（Ｚａｅｈｌｅｒｏｒｄｎｕｎｇ）によって表され、当該調整パラメータが、この伝達関数から算出される。ＰＴｎ要素、すなわちｎ個のＰＴ１要素から成る直列回路は、一般に非振動性である。確かに、発生する圧力サージは良好に検出され得るものの、調整器のパラメータ化用のシステム同定のためのシステムの起動としてはあまり適さない。それ故に、速くて且つ精確なパラメータ化は不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９８４２５６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、サーボ駆動部を有する油圧システムを調整するための調整パラメータのパラメータ化が、ほぼ自動的に、速く且つ精確に実行される方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、作動信号が、目標の回転数に作用され、このときに発生する実際のシステム圧力が測定される。油圧システムの動特性が、実際の回転数及び／又は目標の回転数及び実際のシステム圧力から算出され、さらに調整パラメータが、当該算出された動特性から計算される。本発明によれば、調整装置がさらに存在する。作動信号を当該目標の回転数に作用し、このときに発生する当該油圧シリンダの実際のシステム圧力を測定し、当該油圧システムの動特性を当該実際の回転数及び／又は当該目標の回転数及び当該実際のシステム圧力から算出し、当該調整装置の調整パラメータを当該算出された動特性から計算するように、この調整装置は構成されている。したがって、手動のチューニングのために必要である期間よりも遥かに短い期間内に、油圧システムの調整ユニットの調整パラメータを算出することが可能である。さらに、調整パラメータの算出は、再現可能に実行され、それぞれのユーザに左右されずに実行され、特に自動化される。本発明の方法は、動特性において未知の油圧システムを同定（確認）することを可能にする。作動信号をサーボ駆動部の目標の回転数に作用することによって、当該未知の油圧システムが、その同定のために良好に動的に起動され得る。これは、当該油圧システムは「ブラックボックス」であり、この油圧システムの内部構成が未知であるか、又は知る必要がないことを意味する。すなわち、当該油圧システムは、入出力関係の試験に限定される。この場合、全ての内部特性又は動的パラメータが事前に既知であっても、当該内部特性又は動的パラメータは使用されない。
【０００７】
外部の作動信号が、目標の回転数に作用されるので、当該作動信号は任意に選択され得る。したがって、調整パラメータを非常に速く且つ精確にパラメータ化するため、当該起動のために特に適した、例えば広帯域の特別な起動信号を作用することが可能である。
好ましくは、さらに、調整装置用の補正フィルタが、当該算出された動特性からパラメータ化され得る。本発明の方法は、調整パラメータを進行している処理中の測定によって実際の処理状況に適合させることを可能にするので、補正フィルタも、必要に応じて自動的にパラメータ化され得る。既に同定された油圧システムの動特性が、所定の周波数範囲内の望ましくない挙動（例えば、強い共振挙動）にしたがって試験され、さらに増幅又は減衰され得る。したがって、一方では、著しいノイズの減少が可能になり、他方では、より高い動的範囲が可能になる。
【０００８】
さらに、当該補正フィルタは、当該周波数範囲内の望ましくない挙動、例えば所定の周波数での共振挙動を抑制するために、又は反対に反共振時にこの周波数でのシステムゲインを上げるために使用される。目標のシステム圧力とサーボ駆動部の目的の回転数とを予め設定することによって、及び作動信号を目標の回転数に作用することによって、油圧システムが起動される。当該油圧システムの動作中に、制御系の動特性に関する情報が、実際のシステム圧力及び実際の回転数及び／又は目標の回転数によって取得される。調整装置の必要な全ての調整パラメータが、当該取得された情報によって計算される。代わりに、所定数の調整パラメータが、ユーザによって予め設定され、必要な別の調整パラメータが、本発明にしたがって計算されてもよい。本発明の方法の使用の下では、様々な利点が得られる。すなわち、一方では、調整装置の調整パラメータの調整の手続きが著しく促進される。さらに、結果が、可能な自動処理によって再現可能であり、実際のユーザに左右されない。さらに、適切なスケジュール管理により、当該方法は、非専門家によっても使用され得る。
【０００９】
好ましくは、一定の初期回転数が、作動信号に作用する前に目標の回転数に予め設定される。すなわち、初期圧力が、実際のシステム圧力として油圧システムに設定される。したがって、動作点が、実際の回転数と実際のシステム圧力とに設定される。
【００１０】
好ましくは、油圧負荷は、油圧シリンダ、特に差動油圧シリンダである。
したがって、当該実際のシステム圧力は、油圧シリンダの圧力を表し得て、油圧モータ等の圧力も示し得る。
【００１１】
初期回転数に作用された作動信号は、通常は広帯域の信号である。ステップ状の起動と上昇周波数を有する高調波信号とインパルス信号とから成る組み合わせが、特に適している。それ故に、好ましくは、矩形信号、好ましくは上昇周波数を有する高調波信号、インパルス又はこれらの信号から成る合成信号が、作動信号として使用される。
【００１２】
油圧システムの動特性を表すため、様々な表記が使用され得る。伝達関数が、記録されたシステム入力、すなわち実際の回転数及び／又は目標の回転数と、システム出力、すなわち実際のシステム圧力とから算出される。したがって、システムの動特性を表す当該同定された伝達関数は、システム入力、すなわち実際の回転数及び／又は目標の回転数とシステム出力、すなわち実際のシステム圧力との間の関係を示す。したがって、好ましくは、油圧システムの動特性は、伝達関数によって表せられ得る。
【００１３】
伝達関数、すなわち制御系の同定が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又は最小二乗法（ＬＳＱ）の方法の例のような既知の方法によって確認又は近似され得る。この場合、例えば、制御系を同定するための例えばジーグラ・ニコルス法のような別の方法が使用されてもよい。このため、当該高速フーリエ変換は、信号をその周波数成分に分解するために使用される。当該システムの入力及び出力、すなわち、ここでは実際の回転数又は目標の回転数及び実際のシステム圧力に適用される場合、当該周波数範囲における伝達関数が、当該システムの入力及び出力、すなわち、ここでは実際の回転数又は目標の回転数及び実際のシステム圧力から推測され得る。当該推測は、調整パラメータの別の決定に対して使用される。これに対して、最小二乗法（ＬＳＱ）は、補正演算のための標準的な方法である。当該方法は、伝達関数に対する近似を評価するために使用される。
【００１４】
当該周波数範囲における調整パラメータを計算するため、好ましくは、周波数特性設計法（Ｆｒｅｑｕｅｎｚｋｅｎｎｌｉｎｉｅｎｅｎｔｗｕｒｆ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）が、油圧システムの取得された動特性に使用され得る。当該周波数特性設計法の場合、調整パラメータが、設定パラメータとして選択された、例えば目標のシステム圧力のステップ入力のような特定の試験関数に対して要求される調整閉回路の応答の過渡応答に基づいて算出される。次いで、当該調整パラメータは、要求に応じて動的な油圧システムの開回路のボード線図に伝達される。当該調整閉回路に対する要求は、例えば、当該動的な油圧システムのステップ応答の立ち上がり時間及びオーバーシュートである。したがって、調整パラメータが、この方法によって当該調整閉回路のステップ応答の特性変数（設定パラメータ）から計算され得る。したがって、当該設定パラメータは、油圧システムのステップ応答を表す。すなわち、当該設定パラメータは、どのくらいの速さで、実際のシステム圧力が、目標のシステム圧力のステップ入力後にこの目標のシステム圧力に達するかを表す。
一般に、調整パラメータを算出するための最適な方法の選択は、パラメータ化すべき調整器の構成に依存する、すなわち算出すべき調整パラメータ自体に依存する。したがって、例えば線形二次調整器（ＬＱＲ）のようなＰＩＤ調整器の調整パラメータが決定され得る。リッカチ調整器（Ｒｉｃｃａｔｉ−Ｒｅｇｌｅｒ）とも呼ばれる線形二次調整器は、線形動的システム用の状態調整器である。この状態調整器のフィードバックマトリックスが、二次コスト関数を最小にすることによって算出される。すなわち、実際のシステム圧力が、目標の圧力に向かって調整される。
【００１５】
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、最小二乗法（ＬＳＱ）、周波数特性計画法、線形二次調整器（ＬＱＲ）は、いずれも良く知られている。それ故に、これらの事項は、詳しく説明しない。
【００１６】
追加のフィルタ（実際の圧力フィルタ、補正フィルタ等）が、調整回路内で有益である場合、このことが、ユーザに知らせられ、自動的に追加される。
【００１７】
使用状況に応じて、当該ユーザは、実際のシステム圧力のオーバーシュートが許容されるか否かを判断でき、これにより速い圧力上昇が可能であるか、又は、オーバーシュートが許容されるか否かを判断でき、これにより実際のシステム圧力の上昇が強く減衰される。オーバーシュートが望ましくない場合、実際のシステム圧力を目標のシステム圧力に一致させるため、調整器が、「より遅く」反応するように、すなわち調整変数が、目標のシステム圧力のステップ入力時に急激に上昇しないように、調整パラメータが調整される。したがって、オーバーシュートがほぼ回避される。
【００１８】
さらに、望ましい速度に応じたステップ入力後の目標のシステム圧力の立ち上がり時間が、直感的に容易に理解できるパラメータによってパラメータ化され得る。したがって、当該調整された調整器が、調整閉回路内のステップ応答の分析の下で試験され得る。すなわち、調整挙動の立証が、ユーザによって実行され得る。
【００１９】
目標のシステム圧力のステップ状の変化が予め設定されることによって、油圧システムの調整挙動が、調整パラメータの算出後に同定され得る。その後に、当該油圧システムズの挙動、この場合には実際のシステム圧力のステップ応答が観察される。したがって、自動的にパラメータ化された圧力調整が、ユーザの要求を満たすか否かが評価され得る。場合によっては、調整を実行するための部分工程が、別の調整パターン又は変更された立ち上がり時間によって新たに開始される。
【００２０】
調整装置は、サーボ駆動部内に、すなわち分散して組み込まれてもよく、又はサーボ駆動部の上位に配置された制御装置内に、例えば独立したライブラリ関数として制御装置上に、すなわち中央に組み込まれてもよい。
【００２１】
調整パラメータを決定するための本発明の方法は、通常動作中に何時でも新たに開始され得、処理中でも、調整パラメータが、処理条件の変化（例えば、温度変化、漏れの変化、油圧切換弁の摩耗、ホース長の変化等）に対して事後調整され得る。
以下に、本発明を、本発明の例示的で、概略的で且つ限定しない好適な構成を示す図１〜５を参照して詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】通常の油圧負荷を有する油圧システムを示す。
【図２】ａ）実際のシステム圧力のオーバーシュート及びアンダーシュートを示す。ｂ）実際のシステム圧力の典型的な望ましい推移を示す。
【図３】油圧負荷としての差動油圧シリンダを有する油圧システムを示す。
【図４ａ】目標の回転数の時間推移を示す。
【図４ｂ】実際のシステム圧力の時間推移を示す。
【図５】実際のシステム圧力の時間推移を、目標のシステム圧力のステップ入力の経時変化に対する応答として示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、典型的な油圧システムが示されている。油圧負荷８が、サーボ駆動部３の実際の回転数ｎによって調整される実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔを有する。このサーボ駆動部３は、モータ３１とポンプ３２とから構成される。図１には、油圧開回路が見て取れる。すなわち、ポンプ３２が、媒体１１、例えば作動油を（大抵は、無圧の）タンク１０から供給し、媒体１１を油圧負荷８からタンク１０内に戻す。これにより、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔが、油圧負荷８で影響を受ける。
【００２４】
制御装置、例えばプログラマブルロジックコントローラが、例えばユーザ又は目標のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔのプログラムによって予め設定される。目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌが、ここでは制御装置５に実装されている圧力調整器によって実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔと目標のシステム圧力ｐ＿ｓｏｌｌとから調整される。このため、システム圧力ｐ＿ｉｓｔが、制御装置５に供給される。さらに、サーボ駆動部の実際の回転数が、目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌを回転数調整器によって調整される。この回転数調整器は、目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌを当該圧力調整器から、すなわちここでは調整装置６から受け取る。当該圧力調整器とは違って、この回転数調整器は、ここでは調整装置６に実装されている。この調整装置６は、例えばＡＣＯＰＯＳ（登録商標）サーボ増幅器によって構成され得る。このサーボ増幅器は、予め設定されている目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌに対応するために欠かせない必要な電力をサーボ駆動部３に供給する。当該圧力調整器及び当該回転数調整器は、既に説明したように油圧システムの任意の場所に実装され得る。例えば、圧力の調整が、制御装置で実行され、回転数の調整だけが、サーボ駆動部３で実行されることも可能である。サーボ駆動部３が、実際の回転数ｎ＿ｉｓｔに依存して媒体１１を循環させ、したがって油圧負荷８内の実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔを調整する。従来の技術によれば、これまでは、調整装置６の調整パラメータは、手動で且つ繰り返し調整されていた。ＰＩＤ調整装置として構成された調整装置６の調整パラメータの可能な手動による調整を例示する。この場合、知られているように、比例ゲインＫＰ、積分時定数ＴＩ及び微分時定数ＴＤが、ＰＩＤ調整装置の調整パラメータとして決定される。この場合、最初に、圧力フィルタが適切にフィルタリングされる。すなわち、フィルタリング時間Ｔｆが算出される。測定される実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔが、この圧力フィルタによってフィルタリングされる。多くの場合、圧力センサから供給された信号は、例えば、周囲による干渉から発生する重畳ノイズを有する。当該ノイズは、実際の圧力の調整時に望ましくないノイズを発生させ、圧力調整器を経由して回転数調整器に直接に伝達され、したがって実際の回転数に悪影響を及ぼす。したがって、当該ノイズは、可聴であるだけではなくて、例えば構成要素の寿命に対する別の悪影響も有する。一般に、当該圧力フィルタは、一次の低域通過フィルタの特性を有する。この圧力フィルタの遮断周波数が、非常に小さく選択されると、減衰量が、小さい周波数で既に大きくなる。これにより、急激な圧力変化時の情報が失われ、当該調整性能がより低下する。フィルタリング時間Ｔｆが、非常に小さく選択されると、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔの外乱が殆ど抑制されない。その結果、サーボ駆動部３の動作が不安定になる。他方で、フィルタリング時間Ｔｆが、非常に大きいと、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔの調整性能がより低下する。さらに、当該調整は、比例ゲインＫＰの初期値を決定することによって開始される。このため、例えば、油圧負荷８のピストンが、停止位置に移動されることによって、希望した目標のシステム圧力ｐ＿ｓｏｌｌが設定され、油圧負荷８が、初期状態に移行される。引き続き、目標のシステム圧力ｐ＿ｓｏｌｌを中心とした振動、例えば正弦振動が、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔに対して発生するまで、比例ゲインＫＰが連続して増大される。
【００２５】
実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔの振動が、実際の回転数ｎ＿ｉｓｔでも認識可能になるので、この振動は、例えば、サーボ駆動部３のエンジンの可聴音によって予め認識可能である。実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔの振動が、主にセンサによって測定される圧力信号で表示可能である。当該実際のシステム圧力は、システム動特性に関する実際の回転数と直接に関連付けされるので、当該実際の回転数も振動する。これに基づいて、比例ゲインＫＰが、２０％だけ減少される。実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔの振動が、さらに認識可能である場合は、振動が認識できなくなるまで、ゲインＫＰがさらに連続して減少される。その結果、圧力調整器の積分時定数ＴＩの初期値が調整される。このため、望ましい目標のシステム圧力ｐ＿ｓｏｌｌが設定され、油圧負荷８が、初期位置に再び移動され、当該目標のシステム圧力がステップ入力される。引き続き、図２ａに例示された実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔのアンダーシュートが発生するまで、積分時定数Ｔｉが連続して小さくされ、その後にこの積分時定数Ｔｉが、１０％だけ増大する。アンダーシュートが、初期値で既に発生する場合は、当該アンダーシュートが、実際の回転数ｎ＿ｉｓｔで消滅するまで、積分時定数Ｔｉが連続して増大される。積分時定数Ｔｉに対する適切な開始値は、例えばＴｉ＝０．１ｓである。微分時定数ＴＤに対しても、初期値が設定され、その後に、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔのオーバーシュートがほとんどさらに認識することができなくなるまで、この微分時定数ＴＤが連続して増大される。実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔのオーバーシュートが、既に微分時定数ＴＤの初期値で非常に強く抑制されなければならない場合は、図２ｂに例示されたオーバーシュートがほとんど認識できないまで、当該微分時定数ＴＤが連続して小さくされる。微分時定数ＴＤの増大時に、振動が発生する場合は、当該振動は、微分器のフィルタ時定数Ｔ１を調整することによっても減衰され得る。当該調整パラメータが、最初に決定されている。しかしながら、再調整が、進行している駆動中に、例えば上記のモデルにしたがって頻繁に実行される必要がある。調整パラメータを調整するための多大な時間の浪費に加えて、記録は実行されるものの、調整パラメータの具体的なパラメータ化は、ユーザに強く依存することが欠点である。
【００２６】
図３には、油圧システム１の特有の構成が示されている。ここでは、油圧負荷８は、切換弁２に接続されている差動油圧シリンダ７として構成されている。さらに、この切換弁２は、サーボ駆動部３（例えば、モータ３１及びポンプ３２）とタンク１０とにも接続されている。図１による通常の構成に関して既に説明したように、図３でも、油圧システム１の開回路が見て取れる。或る開回路では、媒体１１が、サーボ駆動部４のポンプ３２によって（大抵は、大気圧を有する）タンク４から供給される。その後に、媒体１１は、油圧負荷８からタンク４内に戻される。しかしながら、当該方法は、油圧開回路を有する油圧システム１だけに限定されないで、油圧閉回路、すなわち蓄圧器を意味する密閉タンク１１を有する油圧システム１にも使用可能である。差動油圧シリンダ７は、ピストン７０を有する。この差動油圧シリンダ７内のこのピストン７０の位置′が、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔに依存する。差動油圧シリンダ７の当該実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔは、サーボ駆動部３の実際の回転数ｎ＿ｉｓｔによって調整される。一方で、目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌが、制御装置５によってサーボ駆動部３に予め設定される。次いで、調整装置６が、実際の回転数ｎ＿ｉｓｔを制御装置５から提供された目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌに調整する。差動油圧シリンダ７のこの例では、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔの精確な調整が、例えば、ピストン７０に接続されているピストンロッド７２によって所定の力を印加することを可能にする。代わりに、例えば油圧モータが、所定のトルクを提供する油圧負荷８として差動油圧シリンダ７に対して使用されてもよい。油圧負荷８の調整装置６、ここではこの油圧サーボ式の動力伝達系は、中心に、すなわち図３に示されたようにサーボ駆動部３に直接に設置されてもよく、分散させて制御装置５内に設置されてもよい。
【００２７】
差動油圧シリンダ７内の望ましい目標のシステム圧力ｐ＿ｓｏｌｌを設定するため、この差動油圧シリンダ７内の実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔが、制御装置５によって取得され、サーボ駆動部４に対する目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌが、調整装置６によって計算される。当然に、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔは、調整装置６を使用して直接に取得され処理されてもよい。
【００２８】
調整パラメータを算出するための本発明の方法を開始するため、図３では、一定の初期回転数ｎ０が、目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌに作用されることによって、差動油圧シリンダ７のピストン７０が、望ましい位置７０′、例えば終端位置に移動される。したがって、油圧システム１の差動油圧シリンダ７内では、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔが、初期圧力ｐ０に達している。これにより、動作点が実質的に設定される。さらに留意すべきは、ここに記載されている差動油圧シリンダ７の代わりに、当然に、あらゆる別の油圧負荷も考えられる点である。油圧システム１が、作動信号ｎ１を目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌに作用することによって起動される。作動信号ｎ１を当該目標の回転数に作用した後の実際の回転数ｎ＿ｉｓｔの起こり得る時間推移が、図４ａに示されている。この場合、時間ｔが、水平軸上に秒の単位で示されていて、実際の回転数ｎ＿ｉｓｔが、垂直軸上に示されている。当該作動信号は、制御系、すなわち油圧システム１の動特性を起動させなければならない。当該差動油圧シリンダ内の実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔが、この作動中に測定される。実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔの起こり得る時間推移が、図４ｂに示されている。この場合、時間ｔが、水平軸上に秒の単位で示されていて、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔが、ｂａｒの単位で垂直軸上に示されている。実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔと、同様に測定され、サーボ駆動部３から供給され得る実際の回転数ｎ＿ｉｓｔ又は目標の回転数ｎ＿ｓｏｌｌとの時間推移から、システム動特性を表す伝達関数Ｇｐ／ｎ（ｚ）（この場合には、例えば５次の、例えば離散時間（ｚ領域）伝達関数  ）が、例えば最小二乗法を使用して評価される（当然に、連続時間（ｓ領域）伝達関数も使用され得る。）。基本的な伝達関数は、ここでは、例えば：
【００２９】
【数１】
2020512637.tif 000003
である。
【００３０】
例えば、この伝達関数Ｇｐ／ｎ（ｚ）の構成が、ここでは５次に予め設定されているが、この伝達関数Ｇｐ／ｎ（ｚ）のパラメータは未知である。この伝達関数Ｇｐ／ｎ（ｚ）のパラメータを算出するため、最適化問題が、最小二乗（測定される値と伝達関数Ｇｐ／ｎ（ｚ）のパラメータから計算された値との間の偏差）によって目的関数としてモデル化される（誤差が最小化される）。当該未知のパラメータが、例えば文献に詳しく記載されている最小二乗法を用いて評価される。反復法ではないので、ここでは、停止基準が不要である。
【００３１】
したがって、システムの動特性が、このシステムの入出力挙動によって表される。圧力調整器の動特性が、目標のシステム圧力から実際のシステム圧力までの挙動を表す。
【００３２】
この伝達関数Ｇｐ／ｎ（ｚ）に基づいて、ＰＩ調整器が、既知の周波数特性アルゴリズムを使用しつつ調整パラメータとしての比例ゲインＫｐと積分時定数ＴＩとによってパラメータ化される。この場合、さらなるフィルタリングは実行されない。したがって、調整閉回路に対する要求が、周波数領域内での要求に移行され、当該調整パラメータが、この周波数領域内で計算される。当該調整閉回路に対するこれらの条件の事前の設定は、ユーザにとっては当該調整パラメータの直接の事前の設定よりも分かりやすい。したがって、当該引用された実施の形態では、立ち上がり時間ｔｒが、当該調整閉回路に対する要求として確定される。これは、目標のシステム圧力のステップ入力後に、実際のシステム圧力が、立ち上がり時間ｔｒ、例えば０．０５秒内に当該目標のシステム圧力のステップ値に到達する必要があることを意味する。オーバーシュートｕｅ＝０％が、別の要求として確定される。周波数特性アルゴリズムと同様に、通常は、閉回路に対する要求が、近似関係によって（調整のない）開回路に対する要求に移行される。開回路の周波数応答では、調整パラメータである比例ゲインＫＰ及び積分時定数ＴＩが計算され、例えば、
【００３３】
【数２】
2020512637.tif 000004
及びＴＩ＝０．０８５秒が求められる。当該調整パラメータの計算後に、当該調整パラメータの問題のないパラメータ化が、目標のシステム圧力ｐ＿ｓｏｌｌのステップ入力を事前に設定することによって同定され得る。図５で分かるように、実際のシステム圧力ｐ＿ｉｓｔが、予め設定されている目標のシステム圧力ｐ＿ｓｏｌｌに追従している。
【００３４】
周波数特性アルゴリズム（周波数特性曲線方法）の場合に、近似関係が、調整閉回路と調整開回路との間で使用されるので、調整閉回路の実際の挙動の場合に、偏差が発生し得る。したがって、望ましい小さい又は存在しないオーバーシュートの場合でも、例えばＰＩ調整器の使用時に、短い立ち上がり時間に関連して、実際のシステムでは、図５で分かるように、より高いオーバーシュートが見て取れる。これらのオーバーシュートを減少又は完全に抑制するため、例えばＰＩＤ調整器が、ＰＩ調整器の代わりに本発明にしたがってパラメータ化され得る。
【００３５】
一般的に作成された複数の極及び零点を有する伝達関数Ｇｐ／ｎ（ｚ）に起因して、複素調整器（ｋｏｍｐｌｅｘｅｒｅ  Ｒｅｇｌｅｒ）も、ＰＩＤ調整器として構成され得る。したがって、振動伝達関数も、複素共役の極（ｋｏｎｊｕｇｉｅｒｔ  ｋｏｍｐｌｅｘｅｎ  Ｐｏｌｅｎ）によって同定され得る。このとき、こうして同定された共振周波数が、例えばノッチフィルタによって補正され得る。したがって、さらに、反共振周波数も同定され得る。さらに、当該反共振周波数は、例えば双２次フィルタによって補正され得る。
【符号の説明】
【００３６】
１      油圧システム
２      切換弁
３      サーボ駆動部
５      制御装置
６      調整装置
７      差動油圧シリンダ
８      油圧負荷
１０    タンク
１０′  タンク
１１    媒体
３１    モータ
３２    ポンプ
７０    ピストン
７０′  ピストンの位置
７２    ピストンロッド
【図１】
2020512637.tif 000005
【図２ａ．）】
2020512637.tif 000006
【図２ｂ．）】
2020512637.tif 000007
【図３】
2020512637.tif 000008
【図４ａ】
2020512637.tif 000009
【図４ｂ】
2020512637.tif 000010
【図５】
2020512637.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月21日(2018.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧システム（１）の調整装置（６）の調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）を決定するための方法において、
前記油圧システム（１）の油圧負荷（８）の実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）が、モータ（３１）とポンプ（３２）とを有するサーボ駆動部（３）の予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）によって調整され、前記サーボ駆動部（３）の実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）が、前記予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に追従し、
作動信号（ｎ１）が、前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に作用され、このときに発生する実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）が測定され、
前記油圧システム（１）の動特性が、前記実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）及び／又は前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）及び前記実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）から算出され、
前記調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）が、当該算出された動特性から計算されることを特徴とする方法。
【請求項２】
一定の初期回転数（ｎ０）が、前記作動信号（ｎ１）を作用する前の前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に予め設定される結果、初期圧力（ｐ０）が、実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）として前記油圧シリンダ（１）内で発生することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）は、油圧シリンダの圧力又は油圧モータの圧力であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
矩形信号、好ましくは上昇周波数を有する高調波信号、インパルス又はこれらの信号から成る合成信号が、作動信号（ｎ１）として使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記油圧システム（１）の動特性は、前記油圧システム（１）の伝達関数（Ｇｐ／ｎ（ｚ））によって表されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記伝達関数（Ｇｐ／ｎ（ｚ））は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって算出されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記伝達関数（Ｇｐ／ｎ（ｚ））のパラメータが、最小二乗法によって近似されることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）は、周波数特性アルゴリズムによって計算されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
特にオーバーシュート（ｕｅ）及びステップ応答の立ち上がり時間（ｔｒ）を含むステップ応答、特に立ち上がり時間及びオーバーシュートの設定パラメータが、前記周波数特性アルゴリズムに予め設定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記システム圧力（ｐ＿ｓｏｌｌ）のステップ状の変化が予め設定され、ステップ応答が算出されることによって、前記調整装置（４）の調整挙動が、前記調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）の算出後に同定されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記調整装置（４）の調整挙動の同定は、ユーザによって実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記調整装置（６）用の補正フィルタが、算出された動特性からさらにパラメータ化されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
モータ（３１）とポンプ（３２）とを有するサーボ駆動部（３）と、予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）によって調整される実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）を有する油圧負荷（８）とを備える油圧システム（１）であって、前記サーボ駆動部（３）が、制御装置（５）によって予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）を有し、前記サーボ駆動部（３）の実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）が、前記予め設定されている目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に追従する当該油圧システムにおいて、
調整装置（４）が設けられていて、作動信号（ｎ１）を前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）に作用し、このときに発生する前記油圧シリンダ（１）の実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）を測定し、前記油圧システム（１）の動特性を前記実際の回転数（ｎ＿ｉｓｔ）及び／又は前記目標の回転数（ｎ＿ｓｏｌｌ）及び前記実際のシステム圧力（ｐ＿ｉｓｔ）から算出し、前記調整装置（４）の調整パラメータ（ＫＰ，Ｔｔ，ＴＤ，ＴＦ）を当該算出された動特性から計算するように、この調整装置（４）は構成されていることを特徴とする油圧システム。
【請求項１４】
前記調整装置（４）は、前記サーボ駆動部（３）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１３に記載の油圧システム。
【請求項１５】
前記調整装置（４）は、前記サーボ駆動部（３）の上位に配置された制御装置（５）内に組み込まれていることを特徴とする請求項１３に記載の油圧システム。
【国際調査報告】
2020512637.tif 000012
2020512637.tif 000013
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