特許 5948165 馬力制限装置及び馬力制限方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5948165

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月6日

(54)【発明の名称】馬力制限装置及び馬力制限方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20160623BHJP

【ＦＩ】

   F04B49/06 321Z

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-145684(P2012-145684)

(22)【出願日】2012年6月28日

(65)【公開番号】特開2014-9607(P2014-9607A)

(43)【公開日】2014年1月20日

【審査請求日】2015年6月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】太田 英明

(72)【発明者】

【氏名】藤本 浩明

(72)【発明者】

【氏名】正岡 孝一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 武久

(72)【発明者】

【氏名】服部 智秀

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０６５５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０９２２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７７４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２７６９９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５５２５０４３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

油圧ポンプユニットの吐出圧力を検出する圧力検出器と、
前記油圧ポンプユニットに対して馬力制限された吐出流量を指令する馬力制限後流量指令に基づいて、前記圧力検出器により検出された吐出圧力を補償するための補償値を出力する並列フィードフォワード補償器と、
前記並列フィードフォワード補償器により出力された補償値による補償後の吐出圧力及び予め設定された前記油圧ポンプユニットの馬力制限値に基づいて、前記油圧ポンプユニットの吐出流量の制限値を演算する流量制限値演算部と、
前記流量制限値演算部により演算された流量制限値及び前記油圧ポンプユニットの吐出流量を指令する流量指令に基づいて、前記馬力制限後流量指令を前記油圧ポンプユニットに出力する流量制限部と、
を備える馬力制限装置。

【請求項2】

前記並列フィードフォワード補償器は、定数ゲインと帯域通過フィルタのいずれか一方又はその両方により構成される、請求項１に記載の馬力制限装置。

【請求項3】

前記並列フィードフォワード補償器への入力は、前記油圧ポンプユニットに対する流量指令から、操作器からの流量指令値を減算することにより構成される請求項１又は請求項２に記載の馬力制限装置。

【請求項4】

油圧ポンプユニットの吐出圧力を検出することと、
前記油圧ポンプユニットに対して馬力制限された吐出流量を指令する馬力制限後流量指令に基づいて、前記検出された吐出圧力を補償するための補償値を出力することと、
前記出力された補償値による補償後の吐出圧力及び予め設定された前記油圧ポンプユニットの馬力制限値に基づいて、前記油圧ポンプユニットの吐出流量の制限値を演算することと、
前記演算された流量制限値及び前記油圧ポンプユニットの吐出流量を指令する流量指令に基づいて、前記馬力制限後流量指令を前記油圧ポンプユニットに出力することと、
を備える馬力制限方法。

【請求項5】

前記補償値を出力することは、定数ゲインと帯域通過フィルタのいずれか一方又はその両方により構成された並列フィードフォワード補償器により出力することである、請求項４に記載の馬力制限方法。

【請求項6】

前記並列フィードフォワード補償器への入力は、油圧ポンプユニットに対する流量指令から、操作器からの流量指令値を減算することである、請求項４又は請求項５に記載の馬力制限方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ポンプユニットの吐出圧力に基づいて油圧ポンプユニットの吐出流量を制限する馬力制限方法及び馬力制限装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、油圧駆動を行うためのシステムにおいて、油圧ポンプは、モータやエンジンを動力源として、回転運動で作動油を吐出し、吐出油は制御弁を経由して、油圧アクチュエータに供給される。ポンプの馬力Ｗ[kW]は吐出流量Ｑ[L/min]と吐出圧力Ｐ[MPa]、効率ηより、次式で求まる。
Ｗ＝Ｐ・Ｑ／(６０・η)・・・（９）
ところで、油圧アクチュエータの動作環境によっては、過大な負荷により油圧アクチュエータが一時的に停止してしまうような場合がある。このような場合は、油圧ポンプの吐出圧力が高くなり、ポンプの出力は増大する。その結果、ポンプの動力源にかかる負荷もまた増大し、モータではトリップを起こし、エンジンであればエンジンストップを起こしてしまう。

【0003】

従来、油圧ポンプでは、ポンプの吐出圧力が高くなると、モータやエンジンが過負荷になるのを避けるため、ポンプの吐出流量を下げる馬力制限が行われる。このようなポンプの吐出圧力に基づいてポンプの吐出流量を制限する馬力制限では、予め設定された馬力制限値Ｗｍ[kW]に対して、ポンプの流量を制限する流量制限値Ｑ_ｍ[L/min]を次式により算出する。
Ｑ_ｍ＝(６０・η) Ｗ_ｍ／Ｐ・・・（１０）
そして、ポンプの吐出流量を指令する流量指令値を、流量制限値Ｑ_ｍ[L/min]より小さくして、ポンプの吐出流量を制限することで行われる（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−２０８４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の油圧ポンプの馬力制限では、流量指令値が変化してからポンプの吐出圧力が変化するまでに応答遅れがあるため、その間に流量制限値が必要以上に変化してしまい、しばしばハンチングを起こすという課題があった。

【0006】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、馬力制限下の油圧ポンプユニットにおいて流量指令値に対する油圧ポンプユニットの吐出圧力の応答遅れに起因したハンチングを低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る馬力制限装置は、油圧ポンプユニットの吐出圧力を検出する圧力検出器と、前記油圧ポンプユニットに対して馬力制限された吐出流量を指令する馬力制限後流量指令に基づいて、前記圧力検出器により検出された吐出圧力を補償するための補償値を出力する並列フィードフォワード補償器と、前記並列フィードフォワード補償器により出力された補償値による補償後の吐出圧力及び予め設定された前記油圧ポンプユニットの馬力制限値に基づいて、前記油圧ポンプユニットの吐出流量の制限値を演算する流量制限値演算部と、前記流量制限値演算部により演算された流量制限値及び前記油圧ポンプユニットの吐出流量を指令する流量指令に基づいて、前記馬力制限後流量指令を前記油圧ポンプユニットに出力する流量制限部と、を備える。

【0008】

上記構成によれば、圧力検出器により検出された油圧ポンプユニットの吐出圧力が並列フィードフォワード補償器により出力された補償値によって補償され、この補償後の吐出圧力と予め設定された油圧ポンプユニットの馬力制限値とに基づいて、油圧ポンプユニットの吐出流量の制限値が演算され、当該演算された流量制限値と油圧ポンプユニットの吐出流量を指令する流量指令とに基づいて、馬力制限後流量指令が油圧ポンプユニットに出力されるので、馬力制限下の油圧ポンプユニットにおいて、流量指令に対する油圧ポンプユニットの吐出圧力の応答遅れを補償することができる。その結果、応答遅れに起因したハンチングを低減することができる。

【0009】

前記並列フィードフォワード補償器は、定数ゲインと帯域通過フィルタにより構成されてもよい。上記構成によれば、流量指令に対する油圧ポンプユニットの吐出圧力の応答遅れを好適に補償することができる。

【0010】

前記の課題を解決するために、本発明の他の形態（aspect）に係る馬力制限方法は、油圧ポンプユニットの吐出圧力を検出することと、前記油圧ポンプユニットに対して馬力制限された吐出流量を指令する馬力制限後流量指令に基づいて、前記検出された吐出圧力を補償するための補償値を出力することと、前記出力された補償値による補償後の吐出圧力及び予め設定された前記油圧ポンプユニットの馬力制限値に基づいて、前記油圧ポンプユニットの吐出流量の制限値を演算することと、前記演算された流量制限値及び前記油圧ポンプユニットの吐出流量を指令する流量指令に基づいて、前記馬力制限後流量指令を前記油圧ポンプユニットに出力することと、を備える。

【0011】

前記補償値を出力することは、定数ゲインと帯域通過フィルタにより構成された並列フィードフォワード補償器により出力することであってもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、以上に説明した構成を有し、馬力制限下の油圧ポンプユニットにおいて流量指令値に対する油圧ポンプユニットの吐出圧力の応答遅れに起因したハンチングを低減させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態１に係る馬力制限装置を用いた油圧駆動システムの概略的な構成例を示すブロック図である。

【図2】図１の馬力制限装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】馬力制限コントローラにおける補償後の吐出圧力の応答波形を示したグラフである。

【図4】第１比較例に係る馬力制限による油圧ポンプの特性を示したグラフである。

【図5】実施の形態１に係る馬力制限による油圧ポンプの特性を示したグラフである。

【図6】第１比較例に係る馬力制限によるシミュレーション結果を示したグラフである。

【図7】実施の形態１に係る馬力制限によるシミュレーション結果を示したグラフである。

【図8】第２比較例に係る馬力制限による直列フィルタの構成例を示すブロック図である。

【図9】実施の形態１に係る馬力制限による並列フィルタの構成例を示すブロック図である。

【図10】第２比較例に係る馬力制限による直列フィルタの周波数特性を示したボード線図である。

【図11】実施の形態１に係る馬力制限による並列フィルタの周波数特性を示したボード線図である。

【図12】第３比較例に係る油圧ポンプの馬力制限のブロック図である。

【図13】本発明の実施の形態２に係る馬力制限装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

【0015】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る馬力制限装置を用いた油圧駆動システムの概略的な構成を示すブロック図である。油圧駆動システム１００は、油圧ポンプ１、油圧ポンプ１の動力源としてのモータ２、油圧アクチュエータ３、制御弁４、圧力センサ５、操作器６、馬力制限コントローラ７、レギュレータ８を備える。ここで、圧力センサ５及び馬力制限コントローラ７が馬力制限装置１０１を構成する。また、油圧ポンプ１、モータ２、及びレギュレータ８が油圧ポンプユニット１０２を構成する。なお、以下では、馬力制限された流量指令値を含んだ指令信号がレギュレータ８に入力されることによって油圧ポンプ１の吐出流量が制御される構成を例示するが、例えば、当該指令信号がモータ２に入力されることによって油圧ポンプ１の吐出流量が制御されるよう構成されてもよい（その他の実施の形態参照）。

【0016】

油圧ポンプ１は、例えば、モータ２を動力源として、回転運動で作動油を吐出する。吐出油は制御弁４を経由して、油圧アクチュエータ３に供給される。油圧ポンプ１として、公知のものを用いることができる。本実施の形態では、油圧ポンプ１は、例えば、モータ２により一定回転で駆動され、斜板傾角の調整により油圧ポンプ１の吐出流量（以下、単に流量と呼ぶ場合がある）を変化できる可変容量ポンプである。動力源は、モータ２には限定されず、例えば、内燃エンジンであってもよい。

【0017】

油圧アクチュエータ３は、油圧ポンプ１から吐出される吐出油により、図示しない負荷を駆動する。油圧アクチュエータ３としては、例えば、油圧シリンダが例示される。

【0018】

制御弁４は、油圧アクチュエータ３に対する吐出油の給排を制御し、それによって、油圧アクチュエータ３の動作を制御する。制御弁４は、図示されない制御器がユーザの操作入力（アクチュエータ３の動作を指令する操作入力）に従って出力する制御信号に従って動作する。なお、制御弁４がアクチュエータ３から作動油を排出する場合、当該排出する作動油はリリーフ油として制御弁４から図示されない油路を介して油圧ポンプ１に戻る。

【0019】

圧力センサ５は、油圧ポンプ１の吐出圧力（以下、単に圧力と呼ぶ場合がある）を検出する。ここでは、圧力センサ５は、油圧ポンプ１から油圧アクチュエータ３に吐出油を供給する油路２０に設置され、油路２０を通って供給される吐出油の圧力を検出し、この検出した吐出圧力を馬力制限コントローラ７に出力する。

【0020】

操作器６は、油圧ポンプ１に吐出流量を指令するためにユーザにより操作される。ここでは、操作器６は、当該操作器６の操作量に応じた油圧ポンプ１の吐出流量の指令信号を生成し、馬力制限コントローラ７に出力する。

【0021】

馬力制限コントローラ７は、圧力センサ５により検出された油圧ポンプ１の吐出圧力及び操作器６により入力された油圧ポンプ１の吐出流量の指令信号に基づいて、馬力制限された流量指令値を含んだ指令信号を生成し、これをレギュレータ８に出力する。ここでは、流量指令値は、油圧ポンプ１の斜板を制御するための傾転角指令値である。

【0022】

レギュレータ８は、吐出流量の指令信号に含まれる傾転角指令値に応じて油圧ポンプ１の斜板の傾角を調整し、駆動中の油圧ポンプ１の吐出流量を変化させる。

【0023】

次に、馬力制限コントローラ７の構成について図２を用いて具体的に説明する。

【0024】

馬力制限コントローラ７は、並列フィードフォワード補償器（Parallel Feed forward Compensator、以下ＰＦＣと称する）９と、加算器１０と、流量制限値演算部１１と、流量制限部１２と、を備える。馬力制限コントローラ７は、例えば、マイクロコントローラ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等の演算器で構成される。ＰＦＣ９、加算器１０、流量制限値演算部１１及び流量制限部１２は、演算器が、その内蔵する動作プログラムを実行することにより実現される。

【0025】

ＰＦＣ９は、レギュレータ８に対して馬力制限された吐出流量を指令する馬力制限後の流量指令値Ｑｃ［Ｌ／ｍｉｎ］に基づいて、圧力センサ５により検出された吐出圧力の実績値（出力された吐出圧力）を補償するための補償値Ｐｆ［ＭＰａ］を出力する。

【0026】

加算器１０は、ＰＦＣ９により出力された補償値Ｐｆ［ＭＰａ］と圧力センサ５により検出されて出力される吐出圧力の実績値Ｐ[ＭＰａ]とを加算し、補償後の吐出圧力値Ｐ’[ＭＰａ]を出力する。

【0027】

流量制限値演算部１１は、加算器１０により出力された補償後の吐出圧力値Ｐ’ [ＭＰａ]及び予め設定された油圧ポンプ１の馬力制限値Ｗｍ[ｋＷ]に基づいて、油圧ポンプ１の吐出流量の制限値Ｑｍ［Ｌ／ｍｉｎ］を演算する。流量制限値Ｑｍ［Ｌ／ｍｉｎ］は、以下の式（１）に基づいて演算される。

【0028】

Ｑｍ＝(６０η)・Ｗｍ／Ｐ’・・・（１）
ここでηはポンプの効率であり、馬力制限値Ｗｍ[ｋＷ]は、例えば予め馬力制限コントローラ７内部の図示しない記憶部に記憶されている。

【0029】

流量制限部１２は、流量制限値演算部１１により演算された流量制限値Ｑｍ［Ｌ／ｍｉｎ］及び油圧ポンプ１の吐出流量を指令する流量指令値Ｑｄ［Ｌ／ｍｉｎ］に基づいて、馬力制限後の流量指令値Ｑｃ［Ｌ／ｍｉｎ］を油圧ポンプ１に出力する。具体的には、流量制限部１２は、流量指令値Ｑｄと流量制限値Ｑｍを比較し、流量指令値Ｑｄが流量制限値Ｑｍより小さい場合は、油圧ポンプ１に出力する流量指令値Ｑｃを流量指令値Ｑｄとし、流量指令値Ｑｄが流量制限値Ｑｍより大きい場合は、油圧ポンプに出力する流量指令値Ｑｃを流量制限値Ｑｍとする。ここで流量指令値Ｑｄ［Ｌ／ｍｉｎ］は、図１の操作器６から指令され、馬力制限コントローラ７内部の図示しない記憶部に一時的に記憶されている。尚、馬力制限値Ｗｍ及び流量指令値Ｑｄが記憶される記憶部は、演算器の内部のメモリ、若しくはハードディスクドライブ等の外部メモリ、その他、ネットワークを介して接続されたコンピュータによりアクセス可能な記憶装置であってもよい。

【0030】

次に、ＰＦＣ９の構成について説明する。ＰＦＣ９は、馬力制限後の流量指令値Ｑｃを入力として、油圧ポンプの吐出圧力を補償するための補償値Ｐｆを出力するものであって、本実施の形態では、例えば、定数ゲインと、２次ハイパスフィルタ及び１次ローパスフィルタを有する帯域通過フィルタとで構成される。ＰＦＣ９の伝達関数Ｇｆ（ｓ）は次式（２）で示される。

【0031】

【数1】

【0032】

【数2】

【0033】

ここで、ω_Ｈ１、ω_Ｈ２は２次ハイパスフィルタのカットオフ周波数、ω_Ｌは一次ローパスフィルタのカットオフ周波数、Ｋｆは定数ゲインである。

【0034】

図３は、ＰＦＣ９による補償後の吐出圧力の応答波形を示したグラフである。縦軸は圧力、横軸は時間を示している。実線はＰＦＣ補償後の圧力Ｐ’、破線は圧力実績値Ｐ、一点鎖線はＰＦＣ補償値Ｐｆをそれぞれ示している。ここではある負荷条件下で流量指令値がステップ状に変化した場合の圧力の応答波形を示している。

【0035】

圧力実績値Ｐは、流量指令値の変化に対して応答の立ち上がりが遅れている（図中の期間ｔｄ）。これに対し、ＰＦＣ補償値Ｐｆは、圧力実績値Ｐが変化するまでの期間ｔｄに擬似的な出力を発生させる。これにより、ＰＦＣ補償後の圧力Ｐ’は、応答遅れがないように見える。

【0036】

このように、ＰＦＣ９により、流量指令値が変化してから圧力実績値が変化するまでのタイムラグの間、擬似的な出力を発生させることができるので、圧力実績値の応答遅れを補うことができる。

【0037】

次に、馬力制限コントローラ７における具体的な馬力制限処理について説明する。まず、式（２）で示したＰＦＣ９の連続時間伝達関数Ｇｆ（ｓ）は、双一次変換などの手法を用いて次式（３）のような離散時間伝達関数Ｇｆ（ｚ）に変換される。

【0038】

【数3】

【0039】

このとき、時刻ｋにおけるＰＦＣ９の出力Ｐｆ（ｋ）は、以下のように計算される。

【0040】

【数4】

【0041】

次に、流量制限値演算部１１により、時刻ｋにおける流量制限値Ｑｍ（ｋ）は、時刻ｋにおける圧力実績値Ｐ（ｋ）、ＰＦＣ９の出力Ｐｆ（ｋ）を用いて以下のように演算される。ここで、ηはポンプの効率を考慮したもので、圧力や流量に応じて可変にすることでより正確に馬力制限することが可能となる。

【0042】

【数5】

【0043】

ここで、時刻ｋにおいて流量指令値Ｑｄ（ｋ）よりも流量制限値Ｑｍ（ｋ）が小さくなり、流量が制限されると仮定すると、Ｑｃ（ｋ）＝Ｑｍ（ｋ）となる。よって、時刻ｋにおける流量制限値Ｑｍ（ｋ）は、次式（６）により算出される。

【0044】

【数6】

【0045】

次に、流量制限部１２により、流量制限値Ｑｍ（ｋ）が、実際に流量指令値Ｑｄ（ｋ）よりも小さければ、Ｑｃ（ｋ）＝Ｑｍ（ｋ）とし、流量制限を行う。

【0046】

このように、補償後の圧力を用いて流量制限値を計算することにより、必要以上に流量指令値を変化させることがなくなるので、馬力制限におけるハンチングを抑制することができる。

【0047】

（第１比較例）
次に、ＰＦＣ９を用いた本実施の形態に係る馬力制限の効果を比較例と対比して説明する。まず、従来技術で採用される馬力制限を第１の比較例として説明する。

【0048】

第１の比較例に係る馬力制限では、（９）式に基づいて油圧ポンプの流量と油圧ポンプの吐出圧力とから馬力の実績値（出力された馬力）Ｗを算出する。また、予め設定された馬力制限値Ｗｍ[kW]に対して、油圧ポンプの流量を制限する流量制限値Ｑｍ[L/min]を次式により算出する。
Ｑｍ＝(６０・η) Ｗｍ／Ｐ・・・（７）
そして、馬力実績値Ｗが馬力制限値Ｗｍを超えると、油圧ポンプの吐出流量を指令する流量指令値を、流量制限値Ｑｍ[L/min]に制限して、油圧ポンプの吐出流量を制限し、それにより、油圧ポンプの馬力を制限する。

【0049】

図４は、第１比較例に係る馬力制限による油圧ポンプの特性を示したグラフである。縦軸は油圧ポンプの吐出流量、横軸は油圧ポンプの吐出圧力を示している。同グラフ中の曲線Ｗｍは、馬力Ｗｍとなる流量と圧力の点を結んだ馬力制限曲線を示している。実線で示した軌跡Ｐは、ある時刻における流量と圧力の位置を時系列で一定時間毎にプロットしたものである（図中の点ａ〜点ｉ）。第１比較例に係る馬力制限では、圧力が増加して点ａで示す時刻で馬力がＷｍを超えた場合、流量指令値は点線で示すように、点ａの圧力において馬力Ｗｍとなる流量に制限される。同様に、次の時刻ｂにおいても、圧力が増加したならば、流量指令値は、点ｂの圧力において馬力Ｗｍとなる流量に制限される。ここで、流量指令値の変化に対して圧力が応答遅れなく変化するならば、この操作による軌跡Ｐはすぐに馬力制限曲線Ｗｍ上に収束するはずである。しかし、実際には応答遅れがあるため、現在の圧力に基づいて馬力Ｗｍとなる流量を指令すると、図４のように点ｂ〜点ｃにかけて流量を下げ過ぎて点ｄで馬力がＷｍを下回ったり、逆に、点ｄ〜点ｅにかけて流量を上げ過ぎて点ｆでまた馬力がＷｍを上回ったりと、馬力制限曲線を跨ぐようにして変動を繰り返す。すなわちハンチングが発生してしまう。

【0050】

これに対し、図５は、本実施の形態１に係る馬力制限による油圧ポンプの特性を示したグラフである。ここでも縦軸は油圧ポンプの吐出流量、横軸は油圧ポンプの吐出圧力を示している。同グラフ中の曲線Ｗｍは、馬力Ｗｍとなる流量と圧力の点を結んだ馬力制限曲線を示している。破線で示した軌跡Ｐは、ある時刻における流量と圧力の位置を時系列で一定時間毎にプロットしたものである（図中の点ａ〜点ｄ）。実線で示して軌跡Ｐ’は、ある時刻における流量とＰＦＣによる補償後の圧力の位置を時系列で一定時間毎にプロットしたものである（図中の点ａ’〜点ｄ’）。本実施の形態１に係る馬力制限では、圧力が増加して点ａで示す時刻で馬力がＷｍを超えた場合、流量指令値は点線で示すように、点ａ（＝点ａ’）の圧力において馬力Ｗｍとなる流量に制限される。次に、次の時刻ｂにおいても、圧力が増加したならば、流量指令値は点線で示すように、点ｂ’の補償後の圧力において馬力Ｗｍとなる流量に制限される。ここで、補償後の圧力は、ＰＦＣにより流量指令値に対する応答遅れが補償されていて、その遅れは非常に小さいため、この操作による軌跡Ｐ’は、すぐに馬力制限曲線Ｗｍ上に収束する。さらに、補償後の圧力が収束すれば、実際の圧力の軌跡Ｐも馬力制限曲線Ｗｍに収束する。すなわちハンチングが低減される。

【0051】

次に、実施の形態１と第１の比較例のそれぞれのシミュレーション結果を比較する。シミュレーション条件は、流量指令値Ｑｄを８００［Ｌ／ｍｉｎ］、馬力制限値Ｗｍを２００［ｋＷ］、油圧シリンダの容積を１０［Ｌ］とし、リリーフ流量を８００［Ｌ／ｍｉｎ］から２５０［Ｌ／ｍｉｎ］まで３０秒で変化させた場合を想定する。

【0052】

図６は、第１比較例に係る馬力制限によるシミュレーション結果を示したグラフである。図６（ａ）は、馬力実績値の時間応答波形を示し、図６（ｂ）は、馬力制限による油圧ポンプの特性を示している。シミュレーション結果より、第１比較例では開始から１５秒を経過してから２０秒付近において大幅なハンチングが発生している。

【0053】

これに対し、図７は、実施の形態１に係る馬力制限によるシミュレーション結果を示したグラフである。図７（ａ）は、馬力実績値の時間応答波形を示し、図７（ｂ）は、馬力制限による油圧ポンプの特性を示している。シミュレーション結果より、本実施の形態では、第１比較例と比べハンチングが低減されている。

【0054】

（第２比較例）
次に、ＰＦＣ９を用いた本実施の形態に係る馬力制限の効果を第２の比較例と対比して説明する。第２の比較例は、第１の比較例において補償回路を備えるよう構成されている。

【0055】

図８は、第２比較例における補償回路のブロック図である。図８において、Ｇは制御対象（油圧ポンプ等）、ｕは操作量（流量指令値）、ｙは出力（補償後の圧力（圧力実績））、Ｆは補償要素としての直列フィルタ（位相進みフィルタ）である。第２の比較例は、応答遅れを補償するために制御対象（油圧ポンプ）に対し直列にフィルタを備える。

【0056】

これに対し、図９は、実施の形態１における補償回路のブロック図である。Ｇは制御対象（油圧ポンプ等）、ｕは操作量（流量指令値）、ｙは出力（補償後の圧力）、Ｈは並列フィルタ（ＰＦＣ）である。図９（ａ）に示すように、本実施形態では、応答遅れを補償するために油圧ポンプに対し並列フィルタを備える。ここで、図９（ａ）のブロック図を等価変換すると、図９（ｂ）の直列フィルタとして表現される。したがって、第２比較例の直列フィルタをＦ＝１＋Ｇ^-1Ｈとすれば、本実施形態の並列フィルタ（ＰＦＣ）と同様の効果が得られることになる。しかしながら、Ｇ^-1は一般に高次の微分項が含まれるため、現実的にはこのようなフィルタを利用することは不可能である。したがって、補償要素として直列フィルタを用いる第２比較例と補償要素として並列フィルタを適用する本実施の形態とは構成に本質的な相違がある。

【0057】

さらに、第２比較例の直列フィルタと本実施形態の並列フィルタの効果について説明する。図１０は、第２比較例に係る直列フィルタの周波数特性を示したボード線図である。図１０（ａ）は、ゲイン線図を示し、図１０（ｂ）は、位相線図をそれぞれ示している。実線は補償後の特性、Ｈ（ｓ）は直列フィルタの特性、Ｇ（ｓ）は制御対象の特性をそれぞれ示している。高周波領域では、制御対象Ｇ（ｓ）の遅れが大きく、位相遅れはほとんど改善できないことを示している。

【0058】

これに対し、図１１は、実施の形態１に係る並列フィルタの周波数特性を示したボード線図である。図１１（ａ）は、ゲイン線図を示し、図１１（ｂ）は、位相線図をそれぞれ示している。実線は補償後の特性、Ｈ（ｓ）は直列フィルタの特性、Ｇ（ｓ）は制御対象の特性をそれぞれ示している。図１１において低周波数領域では、補償後の特性が制御対象の特性Ｇ（ｓ）とほぼ等しくなる、一方で、高周波領域では、補償後の特性が並列フィルタの特性Ｈ（ｓ）とほぼ等しくなり、位相遅れをなくすことができる。

【0059】

ところで、馬力制限では、式（７）のように、馬力制限値Ｗｍを圧力Ｐで割って流量制限値Ｑｍを求めているが、この式（７）を動作点（圧力Ｐ₀）のまわりで線形化すると、次式（８）のように表現できる。

【0060】

【数7】

【0061】

式（８）を圧力のフィードバック制御と見なせば、(６０η)Ｗｍ／Ｐ₀²はフィードバックゲインに相当し、動作点の圧力Ｐ₀が低い場合は非常に大きなゲインとなることがわかる。フィードバック制御の理論では、位相遅れ180度以上の応答遅れとなる周波数領域があれば、一定以上の大きさのゲインでフィードバックを行ったとき不安定になる。

【0062】

第２比較例の直列フィルタによる補償では、高周波領域で位相遅れが180度以上となることは避けられないため、ハンチングが発生する可能性がある。一方、本実施の形態のＰＦＣによる補償では、全周波数領域にわたって位相遅れを小さくできるため、ハンチングを発生しにくくすることができる。

【0063】

（第３比較例）
次に、ＰＦＣ９を用いた本実施の形態に係る馬力制限の効果を第３比較例と対比して説明する。第３比較例は、ＰＦＣを馬力のフィードバック制御に適用した馬力制限の構成について説明する。

【0064】

通常、ＰＦＣは、制御量（出力）をその位相を反転させてフィードバックする（負帰還）ような制御に適用される。このＰＦＣを単純に適用した場合の馬力制限の構成は図１２のブロック図のようになる。

【0065】

しかしながら、一般に油圧ポンプの馬力は吐出流量と吐出圧力との積となるため、図１２のブロック図の制御対象（流量→馬力）は非線形な特性となるため、ＰＦＣで応答遅れを補償する考え方をそのまま適用することはできない。

【0066】

そこで、本実施の形態では、油圧ポンプでは、流量を操作して圧力を変化させることができるとともに、その変化させた圧力を計測できることを利用し、図２のブロック図のような構成としている。

【0067】

これにより、制御対象（流量→圧力）は基本的には線形近似できるような特性となり、ＰＦＣの補償の考え方を適用できる。さらに、ＰＩＤ制御器などの補償要素も不要となり、非常に簡単な構成で馬力制限を実現することができる。

【0068】

さらに、本実施の形態に係る馬力制限の構成は、図２のブロック図に示すように、フィードバックされる圧力実績値と指令値（馬力）の次元が異なっており、且つフィードバックされる圧力実績値の位相は反転されない。そして、このような圧力実績値を割り算の形でフィードバックすることで、ＰＦＣを利用できるように工夫してある。このような点で、本実施の形態の馬力制限の制御は、通常のフィードバック制御とは本質的に相違しており、かつ「馬力＝流量×圧力」で表現できる油圧ポンプならではの独創的な構成である。

【0069】

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図１３を用いて説明する。尚、実施の形態１と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

【0070】

図１３は、本発明の実施の形態２に係る馬力制限装置のブロック図である。本実施の形態は、実施の形態１と比較すると、馬力制限コントローラ７が、加減算器１３を更に備え、加減算器１３により、馬力制限後の流量指令値Ｑｃから流量指令値Ｑｄを減算した値をＰＦＣ９の入力とした点が相違する。

【0071】

ここで、ＰＦＣ９は基本的に高周波領域の応答を補正するので、流量指令値Ｑｄの変動がそのような高周波領域にない場合（典型的には流量指令値Ｑｄが一定の場合）には、ＰＦＣ９への入力から流量指令値Ｑｄの成分を差し引いてもＰＦＣ９の効果が損なわれることはない。このような構成としたことで、例えば油圧ポンプ１の起動時などに負荷がない状態で流量指令値を０から規定値までステップ状に上げた際、実際の圧力は上がらないが、ＰＦＣ９の補償値が大きくなり、馬力制限が働いてしまうことを防ぐことができる。

【0072】

（その他の実施の形態）
上記各実施の形態においては、ＰＦＣ９は、定数ゲインと、２次ハイパスフィルタ及び１次ローパスフィルタを有する帯域通過フィルタとで構成されたが、これに限られるものではない。流量指令に対する油圧ポンプの吐出圧力の応答遅れを補償することができる構成であれば、ＰＦＣ９は、例えば定数ゲインと、その他の帯域通過フィルタにより構成されてもよいし、定数ゲインのみで構成されてもよい。

【0073】

また、上記各実施の形態においては、油圧ポンプ１においてモータ２の回転数は一定とし、油圧ポンプ１への指令は、流量指令値をポンプの傾転角の指令に変換して行われたが、これに限られるものではなく、油圧ポンプの傾転角を一定とし、油圧ポンプへの指令は、流量指令値をモータの回転数の指令に変換して行われるようにしてもよい。

【0074】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は、油圧ポンプの吐出圧力に基づいてポンプの吐出流量を制限する油圧ポンプの分野に用いることができる。

【符号の説明】

【0076】

１ 油圧ポンプ
２ モータ
３ 油圧アクチュエータ
４ 制御弁
５ 圧力センサ
６ 操作器
７、７０ 馬力制限コントローラ
８ レギュレータ
９ ＰＦＣ（並列フィードフォワード補償器）
１０ 加算器
１１ 流量制限値演算部
１２ 流量制限部
１３ 加減算器
２０ 油路
１００ 油圧駆動システム
１０１ 馬力制限装置
１０２ 油圧ポンプユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】