特開 2022-90459 気体圧アクチュエータの制御方法および制御演算装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022090459

(43)【公開日】2022-06-17

(54)【発明の名称】気体圧アクチュエータの制御方法および制御演算装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/06 20060101AFI20220610BHJP

   F15B 9/09 20060101ALI20220610BHJP

   G05D 3/00 20060101ALI20220610BHJP

【ＦＩ】

F15B11/06 H

F15B9/09 F

G05D3/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020202876

(22)【出願日】2020-12-07

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】吉田 達矢

(72)【発明者】

【氏名】濱田 慎哉

【テーマコード（参考）】

3H001

3H089

5H303

【Ｆターム（参考）】

3H001AA03

3H001AB04

3H001AC03

3H001AD04

3H001AE14

3H089AA02

3H089BB17

3H089CC02

3H089DA05

3H089DB43

3H089EE36

3H089FF03

3H089GG03

5H303AA01

5H303AA04

5H303CC03

5H303DD08

5H303FF03

5H303HH01

5H303KK01

5H303KK21

5H303MM05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】より安定した位置決め制御を可能にする技術を提供する。
【解決手段】制御演算装置は、２つのサーボアンプ２１Ａ，２１Ｂに与える各位置指令値に対して、シリンダ室内１６における受圧板１７の位置変化に起因する各圧力室１６Ａ，１６Ｂの体積変化分を補償する演算を行ったうえで、それぞれ補償された位置指令値を２つのサーボアンプへ出力し、体積変化分を補償するために、スライダの位置についての原点出しを実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガイド部と前記ガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部と前記スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、前記シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板を前記ガイド部および前記スライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の差圧で前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、前記スライダの位置を検出するための位置センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、前記位置センサからの位置検出信号を受けて前記２つのサーボアンプに位置指令値を出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュエータの制御方法であって、
前記制御演算装置は、前記２つのサーボアンプに与える各位置指令値に対して、前記シリンダ室内における前記受圧板の位置変化に起因する各圧力室の体積変化分を補償する演算を行ったうえで、それぞれ補償された位置指令値を前記２つのサーボアンプへ出力し、
前記制御演算装置は、体積変化分を補償するために、前記スライダの位置についての原点出しを実行することを特徴とする気体圧アクチュエータの制御方法。

【請求項2】

前記制御演算装置は、前記位置センサからの位置検出信号に基づいて前記２つのサーボアンプに与える各位置指令値を算出する際のゲインを、前記原点出しの完了前後で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の気体圧アクチュエータの制御方法。

【請求項3】

ガイド部と前記ガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部と前記スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、前記シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板を前記ガイド部および前記スライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の差圧で前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、前記スライダの位置を検出するための位置センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、前記位置センサからの位置検出信号を受けて前記２つのサーボアンプに位置指令値を出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュエータの制御方法であって、
前記制御演算装置は、前記位置センサからの位置検出信号に基づいて前記２つのサーボアンプに与える各位置指令値を算出する際のゲインを、前記スライダの位置についての原点出しの完了前後で切り替えることを特徴とする気体圧アクチュエータの制御方法。

【請求項4】

ガイド部と前記ガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部と前記スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、前記シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板を前記ガイド部および前記スライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の差圧で前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、前記スライダの位置を検出するための位置センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、を備えた気体圧アクチュエータの前記２つのサーボアンプに前記位置センサからの位置検出信号を受けて位置指令値を出力する制御演算装置であって、
前記２つのサーボアンプに与える各位置指令値に対して、前記シリンダ室内における前記受圧板の位置変化に起因する各圧力室の体積変化分を補償する演算を行ったうえで、それぞれ補償された位置指令値を前記２つのサーボアンプへ出力し、
体積変化分を補償するために、前記スライダの位置についての原点出しを実行することを特徴とする制御演算装置。

【請求項5】

前記位置センサからの位置検出信号に基づいて前記２つのサーボアンプに与える各位置指令値を算出する際のゲインを、前記原点出しの完了前後で切り替えることを特徴とする請求項４に記載の制御演算装置。

【請求項6】

ガイド部と前記ガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、前記ガイド部と前記スライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、前記シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板を前記ガイド部および前記スライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで前記２つの圧力室の差圧で前記スライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、前記スライダの位置を検出するための位置センサと、前記２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、を備えた気体圧アクチュエータの前記２つのサーボアンプに前記位置センサからの位置検出信号を受けて位置指令値を出力する制御演算装置であって、
前記位置センサからの位置検出信号に基づいて前記２つのサーボアンプに与える各位置指令値を算出する際のゲインを、前記スライダの位置についての原点出しの完了前後で切り替えることを特徴とする制御演算装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体圧アクチュエータの制御方法および制御演算装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガイド軸とガイド軸に沿って移動可能なスライダとを含み、ガイド軸とスライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板をガイド軸およびスライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで２つの圧力室の差圧でスライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータが知られている。従来では、スライダの位置による動特性変化を補償し、スライダをストローク内で安定に制御することのできる気体圧アクチュエータが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２９５４０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、より安定した位置決め制御を可能にする技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の気体圧アクチュエータの制御方法は、ガイド部とガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、ガイド部とスライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板をガイド部およびスライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで２つの圧力室の差圧でスライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、スライダの位置を検出するための位置センサと、２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、位置センサからの位置検出信号を受けて２つのサーボアンプに位置指令値を出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュエータの制御方法であって、制御演算装置は、２つのサーボアンプに与える各位置指令値に対して、シリンダ室内における受圧板の位置変化に起因する各圧力室の体積変化分を補償する演算を行ったうえで、それぞれ補償された位置指令値を２つのサーボアンプへ出力し、制御演算装置は、体積変化分を補償するために、スライダの位置についての原点出しを実行する。

【0006】

本発明の別の態様は、気体圧アクチュエータの制御方法である。この方法は、ガイド部とガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、ガイド部とスライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板をガイド部およびスライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで２つの圧力室の差圧でスライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、スライダの位置を検出するための位置センサと、２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、位置センサからの位置検出信号を受けて２つのサーボアンプに位置指令値を出力する制御演算装置とを備えた気体圧アクチュエータの制御方法であって、制御演算装置は、位置センサからの位置検出信号に基づいて２つのサーボアンプに与える各位置指令値を算出する際のゲインを、スライダの位置についての原点出しの完了前後で切り替える。

【0007】

本発明のさらに別の態様は、制御演算装置である。この装置は、ガイド部とガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、ガイド部とスライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板をガイド部およびスライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで２つの圧力室の差圧でスライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、スライダの位置を検出するための位置センサと、２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、を備えた気体圧アクチュエータの２つのサーボアンプに位置センサからの位置検出信号を受けて位置指令値を出力する制御演算装置であって、２つのサーボアンプに与える各位置指令値に対して、シリンダ室内における受圧板の位置変化に起因する各圧力室の体積変化分を補償する演算を行ったうえで、それぞれ補償された位置指令値を２つのサーボアンプへ出力し、体積変化分を補償するために、スライダの位置についての原点出しを実行する。

【0008】

本発明のさらに別の態様は、制御演算装置である。この装置は、ガイド部とガイド部に沿って移動可能なスライダとを含み、ガイド部とスライダとの間にシリンダ室を形成すると共に、シリンダ室を移動方向に関して２つの圧力室に区画する受圧板をガイド部およびスライダの一方に設け、２つに区画された圧力室にそれぞれ、サーボ弁を介して圧縮気体を出入り可能にすることで２つの圧力室の差圧でスライダを駆動するようにした気体圧アクチュエータであって、スライダの位置を検出するための位置センサと、２つのサーボ弁をそれぞれ制御するための２つのサーボアンプと、を備えた気体圧アクチュエータの２つのサーボアンプに位置センサからの位置検出信号を受けて位置指令値を出力する制御演算装置であって、位置センサからの位置検出信号に基づいて２つのサーボアンプに与える各位置指令値を算出する際のゲインを、スライダの位置についての原点出しの完了前後で切り替える。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0010】

本発明のある態様によれば、より安定した位置決め制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態に係る気体圧アクチュエータの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して示す。

【0013】

図１は、実施の形態に係る気体圧アクチュエータ１の断面図である。気体圧アクチュエータ１は、両端部を支持体により固定されて一軸方向に延びるガイド軸１４と、ガイド軸１４に沿って移動可能なスライダ１３と、を含む。スライダ１３は、ガイド軸１４の周囲を囲むことができるような筒状体である。ガイド軸１４とスライダ１３との間にシリンダ空間１６が形成される。この例では、ガイド軸１４の中央部が細く形成されることで、スライダ１３とガイド軸１４との間にシリンダ空間１６が形成される。

【0014】

スライダ１３の内壁には受圧板（隔壁）１７が固定される。受圧板１７は、スライダ１３とともにガイド軸１４に沿って移動可能である。なお、受圧板１７は、ガイド軸１４に固定されてもよい。シリンダ空間１６は、受圧板１７によって、軸方向に関して圧力室１６Ａと圧力室１６Ｂに区画される。

【0015】

スライダ１３とガイド軸１４は静圧気体軸受を形成している。具体的には、スライダ１３の内側またはガイド軸１４の外側に設けられたエアパッドから圧縮気体（例えば空気）を噴出することにより、スライダ１３はガイド軸１４から浮上し、スライダ１３はガイド軸１４に対して非接触で移動が可能となる。したがって、移動に際しての摺動抵抗をもたない。

【0016】

位置センサ１５は、スライダ１３の位置に関する情報を検出しその位置に関する情報を電気信号により出力する。位置センサ１５からの位置検出信号は制御演算装置２０に入力される。

【0017】

制御演算装置２０では入力された位置情報をもとに制御演算を行い、サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂに位置指令信号を出力する。この際、サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂへの指令値は、絶対値が同じで符号を反転させた値を用いる。

【0018】

サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂは、この指令値に従いサーボ弁２２Ａ、２２Ｂのスプール位置をそれぞれ制御する。

【0019】

サーボ弁２２Ａ、２２Ｂは図示しないレギュレータにより適当な圧力に調節された圧縮気体（例えば空気）が供給されており、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂ内のスプール位置により通過する流量が変動する。サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを通過した気体はスライダ１３内に設けられた２つの圧力室１６Ａ、１６Ｂに供給される。その結果、圧力室１６Ａ、１６Ｂには差圧が生じ、この差圧がスライダ１３の内壁に取り付けられた受圧板１７に作用し、スライダ１３を移動させる。

【0020】

このような気体圧アクチュエータは、コンパクトな構造で大きな出力を制御できるため２点間の位置決め用アクチュエータとしての利用が期待されている。しかし、連続位置決めを行う場合、このような気体圧アクチュエータは、受圧板の位置による動特性変化等の非線形特性によって安定した制御が難しく、スライダの機械的ストロークに対して有効ストロークを長く取ることが困難である。これは、シリンダ室内で受圧板の位置が変化すると圧力室の圧力も変化し、これが安定制御に影響を及ぼすからである。

【0021】

そこで、スライダ１３を２つのサーボ弁２２Ａ、２２Ｂを用いて気体圧により駆動する気体圧アクチュエータ１において、スライダ１３の位置による動特性変化を補償し、スライダ１３をストローク内で安定に制御する方法について説明する。

【0022】

以下に示す主な記号は、圧力Ｐ、体積Ｖ、温度θ、気体定数Ｒ、受圧板１７の受圧面積Ａであり、添え字１は圧力室１６Ａ側、添え字２は圧力室１６Ｂ側の状態量を示すものとする。また、以降で示される様々な式中で、記号の上に１つの・（ドット）のついているものは１階時間微分を示し、例えば記号ｘの上にドットが１つついているものは、ｘドットと呼び、記号の上に２つの・（ドット）のついているものは２階時間微分を示し、例えば記号ｘの上にドットが２つついているものはｘダブルドットと呼ぶ。一方、記号の上に－（バー）のついているものは圧力室１６Ａ、１６Ｂが平衡状態であるときの状態量であることを示し、例えば記号Ｐの上にバーのついているものはＰバーと呼ぶことにする。

【0023】

本実施の形態の気体圧アクチュエータ１は、上述したように、２つのサーボ弁２２Ａ、２２Ｂ、２つのサーボアンプ２１Ａ、２１Ｂ、制御演算装置２０を用いて圧力室１６Ａ、１６Ｂへの圧縮気体流量を制御し、圧力室１６Ａ、１６Ｂ間の差圧によりスライダ１３を駆動するアクチュエータである。

【0024】

圧力室内の気体の状態変化を断熱変化（断熱係数ｋ）と仮定した場合、状態変化は次の式（１）で表される。

【0025】

【数1】

但し、Ｇ_１はサーボ弁２２Ａから供給される気体の質量流量を表す。

【0026】

式（１）の状態方程式は非線形であるため、圧力室の体積が変わると特性は変化する。

【0027】

受圧板１７がスライダ１３の中央付近に位置した状態でスライダ１３が停止している状態（圧力Ｐバー、体積Ｖバー、温度θバー）を基準状態として線形化すると、以下の式（２）となる。

【0028】

【数2】

【0029】

このとき温度変化は非常に小さいとしてθ_１＝θバーとしている。式（２）は、スライダ中央を基準状態として、体積をＶバー＝一定としているので特性変化はない。

【0030】

式（１）の入力Ｇ_１をＧ_１´として以下の式（３）とし、次の式（４）のような入力を考える。

【0031】

【数3】

【0032】

【数4】

【0033】

式（４）を式（３）に代入すると、式（１）の非線形方程式が式（２）の線形方程式と等しくなる。

【0034】

サーボ弁２２Ａの通過流量式を線形化した式（サーボ弁２２Ａを給気、サーボ弁２２Ｂを排気の状態としている）は、以下の式（５）で表される。

【0035】

【数5】

【0036】

但し、Ｋ_ｆ、δはサーボ弁の形状や供給圧力で決まる係数、Ｋ_ｓｅはサーボ弁開度とサーボアンプへの指令とのゲイン、ｕ_１はサーボアンプ２１Ａへの位置指令値である。

【0037】

式（５）で新たなサーボアンプ２１Ａへの入力をｕ_１´とし、式（４）、式（５）から以下の式（６）とすれば、

【数6】

式（４）の補償（質量流量の式）をサーボアンプ２１Ａへの指令値の式に変換できる。この式は、制御演算装置２０からサーボアンプ２１Ａへの指令を入出力としているので、式（６）の演算を制御演算装置２０で行い、新しい入力ｕ_１´をサーボアンプ２１Ａに出力する。

【0038】

圧力室１６Ｂについては、サーボ弁２２Ｂが排気側と仮定しているので、サーボ弁２２Ｂの通過流量式は、以下の式（７）で表される。

【0039】

【数7】

【0040】

圧力室１６Ｂ側についても同様にして式（６）に対応する式を導くと、以下の式（８）となる。

【0041】

【数8】

【0042】

式（６）、式（８）のような補償を制御演算装置２０で行われる制御演算に入れることによって、スライダ１３の位置、すなわちスライダ１３内での受圧板１７´の位置変化による動特性変化は打ち消され、動特性はスライダ１３内での受圧板１７´の位置によらずスライダ１３の中央にある場合の特性と一致する。

【0043】

以下に、制御演算装置２０の作用を順に説明する。

【0044】

（１）位置センサ１５によりスライダ１３の位置が検出され、位置情報を示す電気信号が得られる。位置センサ１５からの位置検出信号は制御演算装置２０に入力される。制御演算装置２０では以下のような演算（２）～（６）を行う。

【0045】

（２）位置センサ１５から入力したスライダ位置ｘを微分して速度ｘドット、更に微分して加速度ｘダブルドットを計算する。

【0046】

（３）スライダ目標位置Ｘ_ｒｅｆとスライダ位置ｘ、速度ｘドット、加速度ｘダブルドットより、以下の式（９）に基づいて位置指令値ｕを計算する。

【0047】

【数9】

【0048】

但し、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｖ、Ｋ_ａはそれぞれ適宜に設計された比例ゲイン、速度ゲイン、加速度ゲインである。

【0049】

（４）サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂへの位置指令値ｕ_１、ｕ_２を次のように計算する。
ｕ_１＝ｕ
ｕ_２＝－ｕ

【0050】

（５）サーボアンプ２１Ａへの新たな位置指令値ｕ_１´を式（６）を用いて次の式（１０）のように計算する。

【0051】

【数10】

【0052】

ここでは、式（６）の圧力Ｐ_１をスライダ停止時の平衡圧Ｐバー（あらかじめ計測されている）、温度θ_１を平衡温度θバー＝大気温度θ_ａとしている。また、サーボアンプ２１Ｂへの位置指令値ｕ_２´を式（８）を用いて下記の式（１１）のように計算する。

【0053】

【数11】

【0054】

ここでも、式（８）の圧力Ｐ_２をスライダ停止時の平衡圧Ｐバー、温度θ_２を平衡温度θバー＝大気温度θ_ａとしている。

【0055】

なお、式（１０）、式（１１）はサーボ弁２２Ａを供給側、サーボ弁２２Ｂを排気側としている。

【0056】

供給側と排気側とが逆の場合は、以下の式（１２）、式（１３）を用いる。

【0057】

【数12】

【数13】

【0058】

なお、Ｖ_１、Ｖ_２はスライダ１３内の断面積が軸方向に関して一定であり、既知であるので、スライダ１３の位置を知ることで算出できる。

【0059】

（６）位置指令値ｕ_１´をサーボアンプ２１Ａに、位置指令値ｕ_２´をサーボアンプ２１Ｂに出力する。

【0060】

（７）サーボアンプ２１Ａ、２１Ｂは、位置指令値に従いサーボ弁２２Ａ、２２Ｂのスプール位置をそれぞれ制御する。サーボ弁２２Ａ、２２Ｂには適切な圧力に調節された気体が供給されており、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂのスプール位置により通過する圧縮気体流量が変動する。

【0061】

（８）サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを通過した気体はスライダ１３内の２つの圧力室１６Ａ、１６Ｂに供給される。そして、圧力室１６Ａ、１６Ｂの差圧がスライダ１３に作用しスライダ１３を駆動させる。

【0062】

（９）（１）から（８）を繰り返しスライダ１３を目標位置Ｘ_ｒｅｆに位置制御する。

【0063】

以上の説明で明らかなように、本実施の形態では、２つのサーボ弁により２つの圧力室への圧縮気体流量を制御し、スライダの位置制御を行う複動形気体圧アクチュエータにおいて、有効ストロークを長く取り安定した位置決め制御を行うために、制御方式にスライダ位置変化による動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行っている。より具体的には、本実施の形態では、スライダ１３ひいては受圧板１７の位置変化による動特性変化の補償（動特性変化の非線形性補償）を、スライダ１３ひいては受圧板１７の位置変化に起因する各圧力室の圧力変化分及び体積変化分を補償する演算を行うことで実行している。

【0064】

続いて、上記の式（６）、式（８）では、気体の状態変化を断熱変化として導出したが、断熱係数ｋをポリトロープ指数ｎに置き換えて導出しても同様の式が得られるので、上記の技術思想は他の状態変化（等温変化など）の場合も適用可能である。以下に、この場合について説明する。

【0065】

圧力室の状態方程式は、気体の状態変化をポリトロープ変化と仮定すると、以下の式（１４）で表され、

【数14】

線形化モデルの状態方程式は、以下の式（１５）で表される。

【0066】

【数15】

但し、ｎはポリトロープ指数である。

【0067】

式（１５）の線形化モデル式に対して決定されるサーボ弁流量による圧力変化で、容積Ｖ、圧力Ｐ、温度θが変化し線形化モデルとの間に差異が生じる。線形化モデルにより決定された流量値と式（１４）の非線形モデル式による圧力応答が同じになるようにするためには、以下の式（１６）、式（１７）とすれば良い。

【0068】

【数16】

【数17】

【0069】

ここで、容積変化による影響のみを補償する。圧力、温度変化を無視すると、Ｐ_１＝Ｐ_２＝Ｐバー、θ_１＝θ_２＝θ_ａであるから、以下の式（１８）、式（１９）のようになる。

【0070】

【数18】

【数19】

ここで、Ｇ_１、Ｇ２はそれぞれ、以下の式（２０）、式（２１）で表される。

【数20】

【数21】

但し、Ｓ_ｅ１、Ｓ_ｅ２はそれぞれ、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂを通過する流路の有効断面積で、有効断面積で表すと、以下の式（２２）、式（２３）であり、

【数22】

【数23】

更に、以下の式
Ｓ_ｅ１＝Ｋ_ｓｅｕ_１
Ｓ_ｅ２＝Ｋ_ｓｅｕ_２
により、位置指令値（電圧）で表すと、以下の式（２４）、式（２５）となる。

【0071】

【数24】

【数25】

【0072】

上記の制御演算装置２０による演算（５）において、式（１０）、式（１１）の代わりに式（２４）、式（２５）を用いればよい。

【0073】

このようにして、気体の状態変化が断熱変化の場合と同様に、スライダ位置変化による動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行うことができる。

【0074】

ところで、スライダ１３ひいては受圧板１７の位置変化に起因する動特性変化の体積変化分を補償するには、体積変化分が補償された位置指令値を算出する必要がある。その算出には、式（１０）～式（１４）や式（２４）、式（２５）から明らかなように、圧力室１６Ａ、１６Ｂの体積Ｖ_１、Ｖ_２が必要である。上述したように、スライダ１３内の断面積は軸方向に関して一定であり、既知であるので、体積Ｖ_１、Ｖ_２はスライダ１３の位置を知ることで算出できる。スライダ１３の位置は、位置センサ１５により検出できる。

【0075】

位置センサ１５からの位置検出信号によりスライダ１３の位置を特定するには、制御演算装置２０の電源投入後に「原点出し」を行う必要がある。原点出しは、ユーザが決めた原点Ｏを、制御演算装置２０が原点として認識する処理である。したがって、受圧板１７の位置変化に起因する動特性変化の体積変化分を補償するためには、電源投入後に原点出しを行う必要がある。

【0076】

まず、位置センサ１５がアブソリュート式の位置センサである場合について説明する。この場合の原点出しは、制御演算装置２０が所定のストレージに記憶されている原点情報をメインメモリに読み出す処理である。原点情報は、原点Ｏに対応する位置情報であって、スライダ１３が原点Ｏに位置するときにアブソリュート式の位置センサ１５が出力する位置検出信号が示す位置情報である。原点情報は、アブソリュート式の位置センサ１５を設置するときに特定し、予めストレージに記憶しておけばよい。

【0077】

続いて、位置センサ１５がインクリメンタル式の位置センサである場合について説明する。この場合の原点出しは、例えば、スライダ１３が原点Ｏに位置するときにセンサによるカウント数を初期化する処理であってもよいし、スライダ１３が原点Ｏに位置するときのカウント数を特定する処理であってもよい。

【0078】

具体的には例えば、一方側（例えば図１における右側）の可動端を原点Ｏとし、制御演算装置２０は原点出しとして、スライダ１３を当該一方側の可動端に向けて移動させ、スライダ１３が当該一方側の可動端に達したときにカウント数を初期化してもよい。

【0079】

また例えば、一方側の可動端から所定距離の位置を原点Ｏとし、制御演算装置２０は原点出しとして、スライダ１３を、当該一方側の可動端に向けて移動させ、当該一方側の可動端に達したら他方側の可動端に向けて移動させ、スライダ１３が当該一方側の可動端から当該所定距離の位置に到達したときにカウント数を初期化してもよい。

【0080】

また例えば、スライダ１３が原点Ｏに位置しているときにスライダ１３を検出するように配置されたスライダ検出センサ（不図示）をさらに備え、制御演算装置２０は原点出しとして、スライダ１３を移動させ、スライダ検出センサがスライダ１３を検出したときにカウント数を初期化してもよい。この場合、例えば、原点出しの事前処理としてスライダ１３を一方側の可動端に移動させ、原点出しにおいて、当該一方側の可動端から他方側の可動端に移動させてもよい。

【0081】

原点出しのためにスライダ１３を移動させるときは、スライダ１３の位置がまだ分かっておらず、したがって体積Ｖ_１、Ｖ_２も分かっていないため、動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行うことができない。したがって制御演算装置２０は、原点出しでは、上述の演算（５）を実行せず、演算（６）では位置指令値ｕ_１´の代わりに位置指令値ｕ_１（＝ｕ）をサーボアンプ２１Ａに、位置指令値ｕ_２´の代わりに位置指令値ｕ_２（＝－ｕ）をサーボアンプ２１Ｂに出力する。つまり、原点出しでは動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行わない。

【0082】

ここで、位置指令値ｕを計算する式（９）において、比例ゲインＫ_ｐ、速度ゲインＫ_ｖ、加速度ゲインＫ_ａは、スライダ位置変化による動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行うことを前提として設計されたゲインである。上記のように動特性変化の補償が加えられない原点出しにおいて、動特性変化の補償が加えられることを前提として設計されたゲインを用いると、スライダ１３が発振するなどの意図しない動きをするおそれがある。したがって、より好ましくは、原点出しが完了するまでは、式（９）において、比例ゲインＫ_ｐ、速度ゲインＫ_ｖ、加速度ゲインＫ_ａの代わりに比例ゲインＫ_ｐ０（＜Ｋ_ｐ）、速度ゲインＫ_ｖ０（＜Ｋ_ｖ）、加速度ゲインＫ_ａ０（＜Ｋ_ａ）を用いてもよい。例えば、比例ゲインＫ_ｐ０、速度ゲインＫ_ｖ０、加速度ゲインＫ_ａ０はそれぞれ、例えばユーザの知見に基づいて決定されればよく、例えば比例ゲインＫ_ｐ、速度ゲインＫ_ｖ、加速度ゲインＫ_ａの１／２倍であっても、１／５倍であって、１／１０倍であっても、１／１００倍であってもよい。この場合、原点出しにおいてスライダ１３が意図しない動きをするおそれを低減できる。

【0083】

原点出しの完了後は、動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行う。またその際には、位置指令値ｕを計算する式（９）において比例ゲインＫ_ｐ、速度ゲインＫ_ｖ、加速度ゲインＫ_ａを用いる。つまり、ゲインを、原点出し用のゲインから、動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行うことを前提として設計されたゲインに切り替える。

【0084】

なお、補償を加えていない状態から補償を加えた状態に切り替えるときに、万が一にでもスライダ１３が発振するなどの意図しない動きをするのを避けるために、圧力室１６Ａ、１６Ｂの体積Ｖ_１、Ｖ_２が等しくなる中立点Ｎにスライダ１３を移動させてから、その切り替えを実行してもよい。中立点Ｎは、原点Ｏからの距離をあらかじめ特定しておけば、原点Ｏに基づいて特定できる。もちろん、中立点Ｎが原点となるように原点Ｏを設定してもよい。

【0085】

以上説明した本実施の形態によれば、スライダの位置についての原点出しが実行されるため、スライダ１３の位置ひいては各圧力室１６Ａ、１６Ｂの体積Ｖ_１、Ｖ_２を算出でき、スライダ１３の位置による動特性変化の体積変化分が補償された位置指令値を算出できる。

【0086】

また、本実施の形態によれば、原点出しの完了前後で、位置指令値を算出する際のゲインが、原点出し用のゲインと、スライダ位置変化による動特性変化の補償を加えた位置決め制御を行うことを前提として設計されたゲインとの間で切り替えられる。これにより、原点出しにおいては、ゲインを低くすることでスライダ１３が意図しない動きをするおそれを低減でき、動特性変化の補償を加えた位置決め制御においては、ゲインを高くすることで制御性を高めることができる。

【0087】

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0088】

１３ スライダ、 １４ ガイド軸、 １６ シリンダ空間、 １６Ａ 圧力室、 １６Ｂ 圧力室、 １７ 受圧板、 ２２Ａ，２２Ｂ サーボ弁、 １５ 位置センサ、 ２１Ａ，２１Ｂ サーボアンプ、 ２０ 制御演算装置。

【図1】