特許 6126712 流体圧アクチュエータの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6126712

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】流体圧アクチュエータの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/042 20060101AFI20170424BHJP

   F15B 11/044 20060101ALI20170424BHJP

   F15B 11/04 20060101ALI20170424BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20170424BHJP

【ＦＩ】

   F15B11/042

   F15B11/044

   F15B11/04 J

   F16K31/06 310C

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-28772(P2016-28772)

(22)【出願日】2016年2月18日

【審査請求日】2017年2月1日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100137604

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100197516

【弁理士】

【氏名又は名称】秋岡 範洋

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 達夫

【審査官】 加藤 一彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２６３３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−２８５８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １１／０４２−１１／０４４

Ｆ１５Ｂ １１／０４

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体圧アクチュエータの伸縮作動を制御する流体圧アクチュエータの制御装置であって、
前記流体圧アクチュエータの伸縮位置を検知する検知部と、
前記流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流れを制御するソレノイドバルブと、
前記ソレノイドバルブへの通電量を制御して前記ソレノイドバルブの作動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記検知部によって検知される前記流体圧アクチュエータの実位置と前記流体圧アクチュエータの目標位置との位置偏差を算出する偏差算出部と、
前記位置偏差に基づいて、前記ソレノイドバルブへの通電量を増加させるか又は減少させるかを判定する加減判定部と、
前記位置偏差に基づいて、前記ソレノイドバルブへ通電する指令電流値を出力する指令値出力部と、
前記加減判定部の判定結果に基づいて、前記ソレノイドバルブに通電するオフセット電流値を設定するオフセット電流出力部と、を有し、
前記ソレノイドバルブは、前記指令電流値と前記オフセット電流値とを加算した値に基づいて制御され、
前記オフセット電流出力部は、前記加減判定部が前記通電量を減少させると判定した場合には、第１電流値を前記オフセット電流値として設定し、前記加減判定部が前記通電量を増加させると判定した場合には、前記第１電流値よりも大きい第２電流値を前記オフセット電流値として設定することを特徴とする流体圧アクチュエータの制御装置。

【請求項2】

前記ソレノイドバルブは、通電によって電磁力を発生するソレノイドと、前記ソレノイドの電磁力に抗する付勢力を発揮する付勢部材と、を有して、前記ソレノイドへの通電量の増加に伴い開弁し、
前記第１電流値は、前記付勢部材の付勢力によって前記ソレノイドバルブが閉弁する際に前記ソレノイドへ通電される通電量の総和である閉弁通電量以下であることを特徴とする請求項１に記載の流体圧アクチュエータの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体圧アクチュエータの制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、流体圧アクチュエータの制御装置として、油圧ポンプより吐出された作動油を左右のリフトシリンダに供給又はリフトシリンダから排出させ、リフトシリンダを作動させるリフトシリンダ用電磁比例弁を備えるものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−９６９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されるように、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流量をソレノイドバルブによって制御することで流体圧アクチュエータの伸縮作動を制御する場合には、ソレノイドバルブのヒステリシスの影響により伸縮作動の制御性が低下する。具体的には、ヒステリシスの影響によって、ソレノイドバルブを開弁させるために必要な通電量が、ソレノイドバルブが閉弁する際の通電量よりも大きくなる。このように、ヒステリシスによってソレノイドバルブの開弁時の応答性が悪化し、流体圧アクチュエータの制御装置の制御性が低下する。

【0005】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流体圧アクチュエータの制御装置による制御性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の発明は、流体圧アクチュエータの伸縮作動を制御する流体圧アクチュエータの制御装置であって、流体圧アクチュエータの伸縮位置を検知する検知部と、流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流れを制御するソレノイドバルブと、ソレノイドバルブへの通電量を制御してソレノイドバルブの作動を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、検知部によって検知される流体圧アクチュエータの実位置と流体圧アクチュエータの目標位置との位置偏差を算出する偏差算出部と、位置偏差に基づいて、ソレノイドバルブへの通電量を増加させるか又は減少させるかを判定する加減判定部と、位置偏差に基づいて、ソレノイドバルブへ通電する指令電流値を決定する指令値決定部と、加減判定部の判定結果に基づいて、ソレノイドバルブに通電するオフセット電流値を出力するオフセット電流出力部と、を有し、ソレノイドバルブは、指令電流値とオフセット電流値とを加算した値に基づいて制御され、オフセット電流出力部は、加減判定部が通電量を減少させると判定した場合には、第１電流値をオフセット電流値として出力し、加減判定部が通電量を増加させると判定した場合には、第１電流値よりも大きい第２電流値をオフセット電流値として出力することを特徴とする。

【0007】

第１の発明では、オフセット電流出力部によって出力されるオフセット電流値は、通電量を減少させる閉弁時の第１電流値よりも、ソレノイドバルブへの通電量を増加させる開弁時の第２電流値の方が大きく設定される。このように、開弁時では、ソレノイドバルブへより多くのオフセット電流値が予め与えられるため、開弁に必要な指令電流値を小さくすることができ、ソレノイドバルブの応答性が向上する。

【0008】

第２の発明は、ソレノイドバルブが、通電によって電磁力を発生するソレノイドと、ソレノイドの電磁力に抗する付勢力を発揮する付勢部材と、を有して、ソレノイドへの通電量の増加に伴い開弁し、第１電流値は、付勢部材の付勢力によってソレノイドバルブが閉弁する際にソレノイドへ通電される通電量の総和である閉弁通電量以下であることを特徴とする。

【0009】

第２の発明では、第１電流値が閉弁通電量以下であるため、指令電流値がゼロの状態において、ソレノイドバルブを確実に閉弁することができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、流体圧アクチュエータの制御装置の制御性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る流体圧アクチュータの制御装置及び流体圧アクチュエータユニットの構成を示す概略図である。

【図2】本発明の実施形態に係る流体圧アクチュエータの制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態に係る第１バルブのバルブ特性を示すグラフ図である。

【図4】本発明の実施形態の第１変形例に係る第１バルブのバルブ特性を示すグラフ図である。

【図5】本発明の実施形態の第２変形例に係る第１バルブのバルブ特性を示すグラフ図である。

【図6】本発明の比較例に係る第１バルブのバルブ特性を示すグラフ図である。

【図7】本発明の比較例に係る流体圧アクチュエータの制御装置の構成を示すブロック図である。

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体圧アクチュエータの制御装置１００について説明する。

【0013】

まず、図１を参照して、流体圧アクチュエータの制御装置１００（以下、単に「制御装置１００」と称する。）を備える流体圧アクチュエータユニット１０の全体構成について説明する。

【0014】

流体圧アクチュエータユニット１０は、例えば、フォークリフトに搭載され、作動流体の流体圧によってリフトシリンダを伸縮作動させて積荷（負荷１）を昇降するものである。

【0015】

以下では、作動流体として作動油が使用され、作業者による操作レバー（図示省略）の操作入力に応じて負荷１を鉛直上下方向に駆動する流体圧アクチュエータユニット１０について説明する。

【0016】

流体圧アクチュエータユニット１０は、図１に示すように、作動油の給排によって伸縮作動して負荷１を鉛直上下方向に駆動する流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダ２と、油圧シリンダ２に作動油を供給するポンプ８と、油圧シリンダ２から排出される作動油が導かれるタンク９と、油圧シリンダ２へ給排される作動油の流量を制御して油圧シリンダ２の伸縮作動を制御する制御装置１００と、を備える。

【0017】

油圧シリンダ２は、円筒状のシリンダチューブ３と、シリンダチューブ３内に挿入されるピストンロッド４と、ピストンロッド４の端部に設けられシリンダチューブ３の内周面に沿って摺動するピストン５と、を有する。

【0018】

シリンダチューブ３の内部は、ピストン５によって、ロッド側室６とボトム側室７とに仕切られる。油圧シリンダ２は、ロッド側室６が大気開放され、ボトム側室７には作動油が充填される単動型の油圧シリンダ２である。油圧シリンダ２は、ボトム側室７に供給される作動油の圧力によって伸長作動する。ボトム側室７の作動油圧が低下すると、負荷１の自重によってピストンロッド４及びピストン５が下方へと移動し、油圧シリンダ２が収縮作動する。

【0019】

制御装置１００は、ポンプ８から油圧シリンダ２に供給される作動油の流れを制御するソレノイドバルブとしての第１バルブ２０と、油圧シリンダ２から排出される作動油の流れを制御するソレノイドバルブとしての第２バルブ２５と、油圧シリンダ２の伸縮位置を検知する検知部としてのストロークセンサ３０と、第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を制御して第１バルブ２０及び第２バルブ２５の作動を制御するコントローラ４０と、を備える。

【0020】

第１バルブ２０及び第２バルブ２５は、それぞれソレノイド２１，２６への通電によって生じる電磁力とスプリング２２，２７のばね力とが釣り合う位置にスプール（図示省略）が移動して、スプールの位置に応じた開口面積で開弁する比例ソレノイドバルブである。第１バルブ２０及び第２バルブ２５は、ソレノイド２１，２６への通電量に応じて開口面積が変化することにより、通過する作動油の流量を制御する。

【0021】

第１バルブ２０には、ポンプ８に接続されてポンプ８から吐出される作動油が導かれる吐出通路１１と、油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する供給通路１２と、が接続される。

【0022】

第１バルブ２０は、吐出通路１１と供給通路１２との連通を遮断する閉ポジション２０Ａから、吐出通路１１と供給通路１２とを連通する開ポジション２０Ｂへと、ソレノイド２１への通電量に応じて連続的に切り換わる。第１バルブ２０は、ソレノイド２１への通電量がゼロ又は後述する第１バルブ２０の開弁通電量Ｉｏ（図３参照）以下である場合には、スプリング２２のばね力によって閉ポジション２０Ａとなる。第１バルブ２０は、ソレノイド２１への通電量が増加することにより供給通路１２に対する吐出通路１１の開口面積（流路面積）が増加して、吐出通路１１から供給通路１２へと導かれる作動油の流量を制御する。

【0023】

供給通路１２には、ポンプ８から油圧シリンダ２のボトム側室７への作動油の流れのみを許容するチェック弁１６が設けられる。

【0024】

第２バルブ２５には、タンク９に接続されるタンク通路１３と、油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する排出通路１４と、が接続される。第２バルブ２５は、タンク通路１３から排出通路１４への作動油の流れのみを許容するチェックポジション２５Ａから、排出通路１４からタンク通路１３への作動油の流れを許容する連通ポジション２５Ｂへと、ソレノイド２６への通電量に応じて連続的に切り換わる。第２バルブ２５は、ソレノイド２６への通電量がゼロ又は第２バルブ２５の開弁通電量（図示省略）以下である場合には、スプリング２７のばね力によってチェックポジション２５Ａとなる。つまり、第２バルブ２５は、ソレノイド２６への通電量を増加させることにより、排出通路１４とタンク通路１３とが連通する開口面積、言い換えれば排出通路１４からタンク通路１３への導かれる作動油の流路面積が増加して、排出通路１４からタンク通路１３へと導かれる作動油の流量を制御する。

【0025】

供給通路１２と排出通路１４とは、両者が合流する共通通路１５を介して油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する。これに代えて、供給通路１２と排出通路１４とは、互いに独立して油圧シリンダ２のボトム側室７に連通してもよい。

【0026】

また、制御装置１００は、第１バルブ２０の上流と下流との差圧が設定された圧力を超えた場合に、ポンプ８からの作動油をタンク９に戻すアンロード弁（図示省略）を備える。差圧によって作動するアンロード弁が設けられることにより、第１バルブ２０の前後差圧が一定に保たれる。

【0027】

コントローラ４０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。

【0028】

操作レバーを通じて油圧シリンダ２を伸長作動させる操作入力があると、コントローラ４０は、第１バルブ２０のソレノイド２１へ電流を供給して第１バルブ２０の作動を制御する一方、第２バルブ２５のソレノイド２６への電流の供給を遮断する。これにより、第１バルブ２０は、閉ポジション２０Ａから通電量に応じた開度で開弁し、吐出通路１１と供給通路１２とを連通する。また、第２バルブ２５は、チェックポジション２５Ａとなり、排出通路１４からタンク通路１３への作動油の流れを遮断する。よって、ポンプ８から吐出される作動油は、第１バルブ２０の開口面積に応じた流量に制御され、ボトム側室７に導かれる。これにより、油圧シリンダ２は、ボトム側室７に供給される作動油によって伸長作動して負荷１を上昇させる。

【0029】

操作レバーを通じて油圧シリンダ２を収縮作動させる操作入力があると、コントローラ４０は、第２バルブ２５のソレノイド２６へ電流を供給して第２バルブ２５の作動を制御する一方、第１バルブ２０のソレノイド２１への電流の供給を遮断する。これにより、第２バルブ２５は、チェックポジション２５Ａから通電量に応じた開度で開弁し、排出通路１４とタンク通路１３と連通する。第１バルブ２０は、閉ポジション２０Ａとなり、作動油の通過を遮断する。また、供給通路１２には、チェック弁１６が設けられるため、ボトム側室７の作動油が供給通路１２を通じて排出されることはない。よって、ボトム側室７の作動油は、第２バルブ２５の開口面積に応じた流量に制御されてタンク９へ排出される。これにより、負荷１の自重によってボトム側室７から作動油が排出され、油圧シリンダ２は収縮作動して負荷１を下降させる。

【0030】

以下、図２を参照して、コントローラ４０の具体的構成について説明する。

【0031】

コントローラ４０は、作業者による操作レバーの操作量に基づいて定められる指令電流値と、操作量によらないオフセット電流値と、を加算した値に応じた電流量で第１バルブ２０のソレノイド２１及び第２バルブ２５のソレノイド２６に通電することにより、第１バルブ２０及び第２バルブ２５の作動を制御する。

【0032】

コントローラ４０は、図２に示すように、ストロークセンサ３０によって検知される油圧シリンダ２の実位置と油圧シリンダ２を伸縮作動させる目標位置との位置偏差を算出する偏差算出部４１と、位置偏差に基づいて、油圧シリンダ２を伸長させるか収縮させるかを判定する伸縮判定部４２と、位置偏差に基づいて、第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を増加させるか又は減少させるかを判定する加減判定部４３と、位置偏差に基づいて、第１バルブ２０及び第２バルブ２５へ供給する指令電流値を出力する指令値出力部としての第１比例ゲイン出力部４４及び第２比例ゲイン出力部４５と、加減判定部４３の判定結果に基づいて、第１バルブ２０及び第２バルブ２５に通電するオフセット電流値を出力するオフセット電流出力部４６と、オフセット電流値と指令電流値とに応じた通電量で第１バルブ２０及び第２バルブ２５のソレノイド２１，２６に電流を供給する電流供給部４７と、オフセット電流出力部４６が出力するオフセット電流値を記憶する記憶部４８と、を有する。

【0033】

制御装置１００では、作業者の操作入力が油圧シリンダ２を伸長させるものであるか、収縮させるものであるかを伸縮判定部４２によって判定して、第１バルブ２０を制御するか、第２バルブ２５を制御するかが判定される。第１バルブ２０と第２バルブ２５との制御は、供給するオフセット電流値が異なる点を除き、基本的に同様である。よって、以下では、主に第１バルブ２０に関する構成を例に説明し、第２バルブ２５に関する構成についての説明は適宜省略する。

【0034】

偏差算出部４１は、ストロークセンサ３０から入力される油圧シリンダ２の実位置、より具体的にはピストン５の実位置と、作業者による操作入力（操作量）に応じて算出される油圧シリンダ２のピストン５の目標位置と、から両者の差分である位置偏差を算出する。偏差算出部４１が算出する位置偏差には、大きさ（絶対値）の情報に加え、目標位置と実位置との大小関係を表すものとして符号の正負も含まれる。

【0035】

伸縮判定部４２は、位置偏差の符号の正負、言い換えれば目標位置と実位置との大小関係を判定することにより、油圧シリンダ２を伸長させるか収縮させるかを判定する。つまり、伸縮判定部４２によって、第１バルブ２０及び第２バルブ２５のいずれを作動させるかが判定される。

【0036】

加減判定部４３は、位置偏差の変化に基づき、第１バルブ２０への通電量を増加させるか（開弁させるか）、減少させるか（閉弁させるか）を判定する。具体的には、所定の制御間隔で実行される後述のフィードバック制御の各制御ステップにおいて、算出した位置偏差が一つ前の制御ステップで算出された位置偏差から増加しているか、減少しているかを判定する。

【0037】

第１比例ゲイン出力部４４は、第１バルブ２０に供給される指令電流値を出力する。第１比例ゲイン出力部４４は、偏差算出部４１により算出された位置偏差に比例ゲインＫｐを乗算し指令電流値として出力する。なお、第２比例ゲイン出力部４５は、第２バルブ２５に供給される指令電流値を出力するものである。

【0038】

オフセット電流出力部４６は、位置偏差によらない電流値としてオフセット電流値を出力する。オフセット電流出力部４６は、伸縮判定部４２及び加減判定部４３の判定結果に基づいて第１バルブ２０及び第２バルブ２５のそれぞれに対応したオフセット電流値を出力する。具体的には、オフセット電流出力部４６は、加減判定部４３が通電量を減少させると判定した場合には、第１バルブ２０及び第２バルブ２５のそれぞれに対応した第１電流値Ｉ１をオフセット電流値として出力する。また、オフセット電流出力部４６は、加減判定部４３が通電量を増加させると判定した場合には、第１バルブ２０及び第２バルブ２５のそれぞれに対応した第２電流値Ｉ２をそれぞれオフセット電流値として出力する。オフセット電流値である第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２については、後述する。

【0039】

電流供給部４７は、指令電流値にオフセット電流値を加算した通電量で第１バルブ２０のソレノイド２１に電流を供給する。これにより、第１バルブ２０が通電量に応じて作動して、通過する作動油の流量が制御される。

【0040】

次に、図３を参照して、オフセット電流値である第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２について具体的に説明する。以下においても、第１バルブ２０を制御するための第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２について主に説明し、第２バルブ２５を制御するための第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２については、説明を適宜省略する。

【0041】

第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２は、任意に設定される第１バルブ２０の通電量と開度（流量）との関係を規定したバルブ特性（図３参照）に基づいて定められる。第２電流値Ｉ２は、第１電流値Ｉ１よりも大きな値として設定される。なお、第２バルブ２５に対する第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２は、第１バルブ２０と同様に、第２バルブ２５のバルブ特性（図示省略）に基づいて定められる。

【0042】

図３に示すように、第１バルブ２０のバルブ特性には、通電量を増加させて第１バルブ２０を閉ポジション２０Ａ（全閉）から開ポジション２０Ｂ（全開）とする際（以下、「開弁過程」と称する。）の通電量と開度との関係を示す開弁特性と、通電量を減少させて第１バルブ２０を開ポジション２０Ｂから閉ポジション２０Ａとする際（以下、「閉弁過程」と称する。）の通電量と開度との関係を示す閉弁特性と、が含まれる。

【0043】

一般に、ソレノイドバルブにおいては、同じ通電量でソレノイドへ通電した場合であっても、スプール等の弁体が摺動する際の摩擦などに起因して、弁体の移動方向に応じてソレノイドバルブの開度が異なるヒステリシスが生じる。よって、図３に示すように、第１バルブ２０のバルブ特性では、第１バルブ２０が開弁する際の開弁通電量Ｉｏが、第１バルブ２０が閉弁する際の閉弁通電量Ｉｃよりも大きくなる。つまり、例えば開度Ｏ１とする場合において、開弁特性と閉弁特性との間には、必要な通電量に差分Ｉｄが生じる。なお、第１バルブ２０のバルブ特性は、全開度にわたって均一の差分Ｉｄが生じるものである。

【0044】

第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２は、以上のような第１バルブ２０のバルブ特性に基づいて設定される。具体的には、第１電流値Ｉ１は、ソレノイド２１への通電量を減少させスプリング２２の付勢力によって第１バルブ２０が閉弁する際にソレノイド２１へ通電される通電量の総和である閉弁通電量Ｉｃ（図３参照）である。また、第２電流値Ｉ２は、閉弁通電量Ｉｃに差分Ｉｄを加算した値、つまり、ソレノイド２１への通電量を増加させてソレノイド２１の電磁力によって第１バルブ２０が開弁する際の通電量の総和である開弁通電量Ｉｏ（図３参照）である。このように、第２電流値Ｉ２は、ヒステリシスによる開弁特性と閉弁特性との差分Ｉｄだけ第１電流値Ｉ１よりも大きく設定される。また、オフセット電流出力部は、第１バルブ２０の閉弁過程と開弁過程とで異なる電流値をオフセット電流値として出力する。記憶部４８は、第１電流値Ｉ１である閉弁通電量Ｉｃと、第２電流値Ｉ２を設定するために閉弁通電量Ｉｃに加算する差分Ｉｄとを記憶する。なお、記憶部４８は、第２バルブ２５のバルブ特性に基づいて定められる第２バルブ２５の閉弁通電量（図示省略）と開弁過程と閉弁過程との通電量の差分（図示省略）も記憶している。

【0045】

次に、コントローラ４０による油圧シリンダ２のフィードバック制御及び第１バルブ２０への通電量の制御方法について説明する。

【0046】

制御装置１００では、コントローラ４０によって、作業者の操作レバーの操作量に基づいて算出される目標位置と、ストロークセンサ３０によって検知される油圧シリンダ２の実位置と、の位置偏差に基づいて所定の時間間隔（制御ステップ）ごとに位置フィードバック制御が行われる。より具体的には、コントローラは、位置偏差の絶対値、位置偏差の値の正負、及び位置偏差の変化の割合に応じて第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を制御することにより、油圧シリンダ２の伸縮作動を制御する。第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量は、位置偏差に応じて出力される指令電流値と、位置偏差によらないオフセット電流値と、に応じて定められる。以下、主に図２を参照して、コントローラによる制御について具体的に説明する。

【0047】

作業者によって操作レバーが操作されると、その操作量に応じて油圧シリンダ２の目標位置が算出される。算出された目標位置は、図２に示すように、偏差算出部４１に入力される。操作レバーの操作量と油圧シリンダ２の目標位置との関係は、予め任意に設定される。

【0048】

偏差算出部４１は、入力される目標位置からストロークセンサ３０が検知した実位置を減算して、位置偏差を算出する。算出された位置偏差は、伸縮判定部４２及び加減判定部４３に入力される。

【0049】

伸縮判定部４２に位置偏差が入力されると、伸縮判定部４２は、位置偏差の符号が正であるか負であるかを判定する。伸縮判定部４２は、目標位置が実位置よりも大きく、入力された位置偏差の符号が正である場合には、油圧シリンダ２を伸長させると判定する。この場合には、伸縮判定部４２は、第１比例ゲイン出力部４４に位置偏差を出力すると共に、電流供給部４７に対して第１バルブ２０へ通電するように通電指令を出力する。また、この場合には、伸縮判定部４２は、オフセット電流出力部４６に伸長信号を出力する。

【0050】

伸縮判定部４２は、目標位置が実位置よりも小さく、位置偏差の符号が負である場合には、油圧シリンダ２を収縮させると判定する。この場合には、伸縮判定部４２は、第２比例ゲイン出力部４５に位置偏差を出力すると共に、電流供給部４７に対して第２バルブ２５へ通電するように通電指令を出力する。また、この場合には、伸縮判定部４２は、オフセット電流出力部４６に収縮信号を出力する。

【0051】

以下では、第１バルブ２０の作動を制御して、油圧シリンダ２を伸長させる場合、言い換えれば位置偏差の符号が正であって第１比例ゲイン出力部４４に位置偏差が入力される場合を例に説明し、第２バルブ２５の作動を制御して油圧シリンダ２を収縮させる場合は説明を適宜省略する。

【0052】

位置偏差が入力されると、第１比例ゲイン出力部４４は、位置偏差の大きさ（絶対値）に予め定められる比例ゲインＫｐを乗算し、乗算して得られる値を指令電流値として出力する。比例ゲインＫｐは、入力される位置偏差と出力する指令電流値との関係が第１バルブ２０に所望の動作を実現させるものとなるように、予め適切に調整される。

【0053】

加減判定部４３に位置偏差が入力されると、加減判定部４３は、入力された位置偏差と、ひとつ前の制御ステップで入力された前回の位置偏差との変化（増減）を算出する。加減判定部４３は、位置偏差が前回の制御ステップで入力された位置偏差から増加している場合には、第１バルブ２０への通電量を増加させ開度を大きくすると判定する。つまり、加減判定部４３は、操作レバーを通じた操作入力が、油圧シリンダ２に給排される作動油の流量を大きくして、油圧シリンダ２の伸縮速度を速くするものであると判定する。この場合には、加減判定部４３は、オフセット電流出力部４６に加速信号を出力する。

【0054】

加減判定部４３は、位置偏差が減少している場合又は同じ場合には、第１バルブ２０への通電量を減少させて開度を小さくすると判定する。つまり、加減判定部４３は、操作レバーを通じた操作入力が、油圧シリンダ２に給排される作動油の流量を小さくして、油圧シリンダ２の伸縮速度を遅くするものであると判定する。加減判定部４３の判定結果は、オフセット電流出力部４６に入力される。この場合には、加減判定部４３は、オフセット電流出力部４６に減速信号を出力する。

【0055】

オフセット電流出力部４６は、第１バルブ２０への通電量を増加させる加速信号が加減判定部４３から入力される場合には、閉弁通電量Ｉｃ及び差分Ｉｄを記憶部４８から取得し、これらを加算した値（閉弁通電量Ｉｃ＋差分Ｉｄ＝開弁通電量Ｉо）を第２電流値Ｉ２として出力する。また、オフセット電流出力部４６は、第１バルブ２０への通電量を減少させる減速信号が加減判定部４３から入力される場合には、閉弁通電量Ｉｃを記憶部４８から取得し第１電流値Ｉ１として出力する。オフセット電流出力部４６によって出力されたオフセット電流値は、第１比例ゲイン出力部４４から出力された指令電流値と加算されて電流供給部４７へ入力される。

【0056】

電流供給部４７は、伸縮判定部４２から入力される通電指令に応じて、第１バルブ２０に対して、指令電流値とオフセット電流値とを加算した値の通電量で電流を供給する。

【0057】

ここで、本発明の理解を容易にするために、図６及び図７を参照して、比較例に係る制御装置２００について説明する。図６は、制御装置２００における第１バルブ２０のバルブ特性とオフセット電流を示すグラフ図であり、横軸がソレノイド２１への通電量、縦軸がバルブの開度を示す。図７は、制御装置２００の構成を示すブロック図である。

【0058】

一般に、比例ソレノイドバルブでは、電流が遮断された状態で確実に閉弁させるために、スプリングのばね力等を調整して開弁するまでに所定の通電量を必要とする不感帯（図６参照）が設けられる。不感帯が設けられることにより、電流が遮断された状態で、比例ソレノイドバルブを確実に閉弁させることができる。

【0059】

しかしながら、比例ソレノイドバルブでは、不感帯が設けられることにより、閉弁作動が安定する一方で、作業者が操作レバーを操作しても、スプリングのばね力の影響等によりすぐには開弁しない作動遅れが生じる。よって、制御装置２００において、操作レバーの操作量がわずかであってコントローラ４０からの指令電流値が小さい場合には、ソレノイド２１への通電量が不足して第１バルブ２０が開弁しないおそれがある。このように、不感帯が設けられることにより、第１バルブ２０を開弁させるために必要な通電量が増加するため、第１バルブ２０の応答性は低下してしまう。

【0060】

そこで、制御装置２００では、図６及び図７に示すように、不感帯による作動遅れを抑制するために、操作レバーの操作量（位置偏差）に関わらず、所定のオフセット電流値Ｉ３が第１バルブ２０に予め与えられる。制御装置２００では、位置偏差に応じて出力される指令電流値と、位置偏差によらないオフセット電流値Ｉ３と、を加算した値に応じた電流が第１バルブ２０に供給される。つまり、オフセット電流値Ｉ３が供給されない場合と比較して、同一の操作量であっても、第１バルブ２０にオフセット電流値Ｉ３だけ多くの電流が第１バルブ２０に供給されることになる。これにより、操作レバーの操作量が小さく、指令電流値が比較的小さい場合であっても、開弁通電量Ｉｏを上回る電流量がソレノイド２１に通電されて第１バルブ２０が開弁する。このように、操作量（位置偏差）によらないオフセット電流値Ｉ３を第１バルブ２０に供給することにより、不感帯の影響を受けずに第１バルブ２０を開弁させることができるため、電流の遮断時に確実に閉弁しつつ、第１バルブ２０の応答性が向上する。

【0061】

しかしながら、制御装置２００では、図７に示すように、コントローラ１４０が加減判定部４３を備えておらず、開弁過程と閉弁過程とにおいて、オフセット電流値Ｉ３が同じ値として設定される。オフセット電流値Ｉ３は、図６に示すように、第１バルブ２０を確実に閉弁するために、閉弁通電量Ｉｃ以下の値に設定される。このため、制御装置２００では、図６に示すように、ヒステリシスの影響により、オフセット電流値Ｉ３と開弁電流値Ｉｏとの差分Ｉｄｚに相当する指令電流値を与えなければ、第１バルブ２０が開弁しない。つまり、制御装置２００では、ヒステリシスの影響により、第１バルブ２０の開弁までに所定の通電量として差分Ｉｄｚを必要とする作動遅れが生じる。

【0062】

よって、制御装置２００では、開弁過程と閉弁過程とにおいて同一の目標開度に制御しようとしても、ヒステリシスによる作動遅れに起因して、油圧シリンダ２の実位置に差が生じてしまう。言い換えれば、制御装置２００では、同一の位置偏差が生じた場合であっても、開弁過程では閉弁過程よりも差分Ｉｄｚだけ大きな電流を供給しなければならない。このように、制御装置２００では、不感帯による作動遅れを抑制することはできるが、第１バルブ２０のヒステリシスの影響による作動遅れを抑制することはできず、第１バルブ２０の制御性を充分に向上させることはできない。

【0063】

これに対し、制御装置１００では、加減判定部４３の判定結果に基づいて、開弁過程と閉弁過程とで異なるオフセット電流値が出力される。具体的には、閉弁過程では閉弁通電量Ｉｃ（図３参照）をオフセット電流値（第１電流値Ｉ１）として出力し、開弁過程では閉弁通電量Ｉｃに差分Ｉｄ（図３参照）を加算した値をオフセット電流値（第２電流値Ｉ２）として出力する。つまり、開弁過程において出力されるオフセット電流値（第２電流値Ｉ２）は、閉弁過程において出力されるオフセット電流値（第１電流値Ｉ１）よりも開弁特性と閉弁特性との差分Ｉｄだけ大きい。

【0064】

このように、制御装置１００では、ヒステリシスによって生じる開弁過程と閉弁過程との電流値の差分Ｉｄが、オフセット電流値（第２電流値Ｉ２）によって補われる。このため、同一の位置偏差が生じた場合であっても、第１バルブ２０への通電量は、開弁過程の方が閉弁過程よりも差分Ｉｄだけ大きくなり、開弁過程と閉弁過程において、同一の位置偏差により同一の指令電流値が出力されても、油圧シリンダ２の実位置には差が生じなくなる。したがって、制御装置１００では、第１バルブ２０を確実に閉弁させつつ、開弁過程の作動遅れが抑制されて、第１バルブ２０の応答性を向上させることができる。言い換えれば、開弁過程におけるオフセット電流値（第２電流値Ｉ２）を閉弁過程におけるオフセット電流値（第１電流値Ｉ１）である閉弁通電量Ｉｃよりも差分Ｉｄだけ大きくすることで、第１バルブ２０における開弁過程と閉弁過程とのヒステリシスを見掛け上なくすことができ、制御装置１００の制御性を向上させることができる。

【0065】

ここで、閉弁通電量Ｉｃよりも大きな値を第１電流値Ｉ１とすると、閉弁過程において指令電流値がゼロの状態になっても、閉弁通電量Ｉｃを上回る通電量が第１バルブ２０に通電されることになる。よって、この場合には、第１バルブ２０が完全に閉弁しないおそれがある。

【0066】

これに対し、制御装置１００では、第１電流値Ｉ１は、閉弁通電量Ｉｃ以下に設定される。第１電流値Ｉ１を閉弁通電量Ｉｃ以下とすることにより、指令電流値がゼロの状態では、第１バルブ２０に供給される通電量は、閉弁通電量Ｉｃよりも小さい第１電流値Ｉ１となる。したがって、指令電流値がゼロの状態において、第１バルブ２０を確実に閉弁させることができる。

【0067】

次に、図４を参照して、本実施形態の変形例について説明する。

【0068】

上記実施形態では、第１バルブ２０の開弁特性と閉弁特性とは、全開度域にわたって均一の差分Ｉｄが生じるものである。このため、閉弁通電量Ｉｃを第１電流値Ｉ１とし、閉弁通電量Ｉｃに差分Ｉｄを加算した値、つまり、開弁通電量Ｉｏを第２電流値Ｉ２としている。これに対し、例えば、図４や図５に示すように、第１バルブ２０の開弁特性と閉弁特性との差分Ｉｄ１が全開度域にわたって均一ではない場合には、差分Ｉｄの最小値である最少差分値Ｉｄｍを第１電流値Ｉ１に加算した値を第２電流値Ｉ２とすればよい。第２電流値Ｉ２を第１電流値Ｉ１よりも最少差分値Ｉｄｍだけ大きくすることで、第１電流値Ｉ１を閉弁通電量Ｉｃとしても、制御領域の全域で指令電流値を正とすることができるため、制御性を向上させることができる。

【0069】

また、上記実施形態では、閉弁過程におけるオフセット電流値である第１電流値Ｉ１は、閉弁通電量Ｉｃであり、開弁過程におけるオフセット電流値である第２電流値Ｉ２は、開弁通電量Ｉｏである。第２電流値Ｉ２は、第１電流値Ｉ１よりも大きく、開弁通電量Ｉｏを超えないものであれば任意の値に設定することができる。また、第２電流値Ｉ２は、必ずしも最少差分値Ｉｄｍだけ第１電流値Ｉ１よりも大きく設定されなくてもよく、最少差分値Ｉｄｍよりも小さい値だけ第１電流値Ｉ１より大きく設定されてもよい。

【0070】

また、上記実施形態では、流体圧アクチュエータは、ピストン５によってシリンダチューブ３の内部がロッド側室６及びボトム側室７に仕切られて、負荷１を鉛直方向に移動させる単動型の油圧シリンダ２である。これに代えて、流体圧アクチュエータは、ラム式の単動型油圧シリンダであってもよい。また、流体圧アクチュエータは、ロッド側室６及びボトム側室７の両方に作動油が充填され、両者の作動油圧の差圧によって伸縮作動する複動型の油圧シリンダであってもよい。また、流体圧アクチュエータは、ロッド側室６が大気開放されるものではなくタンク９に接続され、ボトム側室７に供給される作動油によって伸長作動し、負荷荷重またはスプリングなどの付勢力によって収縮する単動型の油圧シリンダであってもよい。また、流体圧アクチュエータの伸縮方向は、鉛直方向に限らず、任意の方向としてよい。

【0071】

また、上記実施形態では、電流供給部４７は、伸縮判定部４２からの通電指令を受けて、第１バルブ２０及び第２バルブ２５のいずれかに電流を供給する。これに対し、制御装置１００は、２つの電流供給部を備え、第１バルブ２０への電流の供給と第２バルブ２５への電流の供給とを別々に行ってもよい。

【0072】

以上の実施形態によれば以下の効果を奏する。

【0073】

制御装置１００では、開弁過程と閉弁過程との両方において、開弁電流値Ｉｏ及び閉弁通電量Ｉｃとオフセット電流値との差がそれぞれ低減され、不感帯を減少させることができる。よって、第１バルブ２０及び第２バルブ２５を確実に閉弁させつつ、開弁させるための指令電流値を小さくすることができ、応答性を向上させることができる。したがって、第１バルブ２０及び第２バルブ２５の開弁過程と閉弁過程とにおいて、同一の開度とするために必要な指令電流値を略同一とすることができ、制御装置１００による制御性を向上させることができる。

【0074】

また、制御装置１００では、第１電流値Ｉ１は、閉弁通電量Ｉｃ以下に設定される。このため、指令電流値がゼロの状態において、第１バルブ２０及び第２バルブ２５を確実に閉弁することができる。

【0075】

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

【0076】

作動油の給排によって伸縮作動する油圧シリンダ２の伸縮作動を制御する制御装置１００は、油圧シリンダ２の伸縮位置を検知するストロークセンサ３０と、油圧シリンダ２に給排される作動油の流れを制御する第１バルブ２０及び第２バルブ２５と、第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を制御して第１バルブ２０及び第２バルブ２５の作動を制御するコントローラ４０と、を備え、コントローラ４０は、ストロークセンサ３０によって検知される油圧シリンダ２の実位置と油圧シリンダ２の目標位置との位置偏差を算出する偏差算出部４１と、位置偏差に基づいて、第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を増加させるか又は減少させるかを判定する加減判定部４３と、位置偏差に基づいて、第１バルブ２０及び第２バルブ２５へ通電する指令電流値を決定する第１，第２比例ゲイン出力部４４，４５と、加減判定部４３の判定結果に基づいて、第１バルブ２０及び第２バルブ２５に通電するオフセット電流値を設定するオフセット電流出力部４６と、を有し、第１バルブ２０及び第２バルブ２５は、指令電流値とオフセット電流値とを加算した値に基づいて制御され、オフセット電流出力部４６は、加減判定部４３が通電量を減少させると判定した場合には、第１電流値Ｉ１をオフセット電流値として設定し、加減判定部４３が通電量を増加させると判定した場合には、第１電流値Ｉ１よりも大きい第２電流値Ｉ２をオフセット電流値として設定する。

【0077】

この構成では、オフセット電流出力部４６によって設定されるオフセット電流値は、通電量を減少させる閉弁時の第１電流値Ｉ１よりも、通電量を増加させる開弁時の第２電流値Ｉ２の方が大きく設定される。このように、開弁時では、第１バルブ２０及び第２バルブ２５により多くのオフセット電流値が予め与えられるため、開弁に必要な指令電流値を小さくすることができ、第１バルブ２０及び第２バルブ２５の応答性が向上する。したがって、制御装置１００の制御性が向上する。

【0078】

また、制御装置１００では、第１バルブ２０及び第２バルブ２５の通電量と開度との関係を示すバルブ特性には、第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を増加させて全閉状態から全開状態とする際の通電量と開度との関係を示す開弁特性と、通電量を減少させて全開状態から全閉状態とする際の通電量と開度との関係を示す閉弁特性と、が含まれ、第１電流値Ｉ１は、第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を減少させて第１バルブ２０及び第２バルブ２５が全閉となる際の閉弁通電量Ｉｃ以下であることを特徴とする。

【0079】

この構成では、第１電流値Ｉ１が閉弁通電量Ｉｃ以下であるため、指令電流値がゼロの状態において、第１バルブ２０及び第２バルブ２５を確実に閉弁することができる。

【0080】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0081】

２…油圧シリンダ（流体圧アクチュエータ）、２０…第１バルブ（ソレノイドバルブ）、２５…第２バルブ（ソレノイドバルブ）、２１，２６…ソレノイド、２２，２７…スプリング（付勢部材）、３０…ストロークセンサ（検知部）、４１…偏差算出部、４３…加減判定部、４４…第１比例ゲイン出力部（指令値出力部）、４５…第２比例ゲイン出力部（指令値出力部）、４６…オフセット電流出力部、１００…制御装置（流体圧アクチュエータの制御装置）

【要約】

【課題】流体圧アクチュエータ制御装置の制御性を向上する。
【解決手段】流体圧アクチュエータの制御装置１００は、油圧シリンダ２に給排される作動油の流れを制御する第１バルブ２０と、油圧シリンダ２の実位置と目標位置との位置偏差に基づいて、第１バルブ２０への通電量を増加させるか又は減少させるかを判定する加減判定部４３と、位置偏差に基づいて、第１バルブ２０へ通電する指令電流値を決定する第１比例ゲイン出力部４４と、加減判定部４３の判定結果に基づいて、第１バルブ２０に通電するオフセット電流値を設定するオフセット電流出力部４６と、を有し、オフセット電流出力部４６は、閉弁過程では第１電流値Ｉ１をオフセット電流値として設定し、開弁過程では、第１電流値Ｉ１よりも大きな第２電流値Ｉ２をオフセット電流値として設定する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】