JPH02229902A - 空気圧駆動装置 - Google Patents
空気圧駆動装置Info
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- JPH02229902A JPH02229902A JP5032289A JP5032289A JPH02229902A JP H02229902 A JPH02229902 A JP H02229902A JP 5032289 A JP5032289 A JP 5032289A JP 5032289 A JP5032289 A JP 5032289A JP H02229902 A JPH02229902 A JP H02229902A
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- drive device
- pneumatic drive
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- Feedback Control In General (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は圧縮空気源を駆動源として動作を行なう空気圧
駆動装置に関する。
駆動装置に関する。
従来の技術
近年空気圧駆動装置は、動作部の出力重量比が高いため
動作部を小型・軽量化できる、安価である、駆動源から
動作部へ配管により容易に動力を伝達できンステム構築
の際の自由度が大きい等の長所を生かして広く産業分野
等で利用されている。
動作部を小型・軽量化できる、安価である、駆動源から
動作部へ配管により容易に動力を伝達できンステム構築
の際の自由度が大きい等の長所を生かして広く産業分野
等で利用されている。
以下図面を参照しながら、上述した従来の空気圧駆動装
置の一例について説明する。
置の一例について説明する。
第４図は従来の空気圧駆動装置の一例を示すものである
．第４図において１は空気室を有するシリンダ、２はシ
リンダ１内を気密性を保ちながら移動できるピストン、
ｌａ，ｌｂはピストン２によって分割された空気室、３
ａ，３ｂはそれぞれ空気室１ａ，Ｉｂに空気を流入，流
出させるために弁部を全開あるいは全閉する機能を有す
る制御弁、４は圧縮空気源、５は動作部２と負荷６を接
続するロンド、７は負荷６に設けられた位置規制ピン、
８ａ，８ｂは基盤（図示せず）上に固定された位置規制
ビン、９は動作指令を受け取り、制御弁３ａ，３ｂに指
令値を与える制ｉ２１１部である。
．第４図において１は空気室を有するシリンダ、２はシ
リンダ１内を気密性を保ちながら移動できるピストン、
ｌａ，ｌｂはピストン２によって分割された空気室、３
ａ，３ｂはそれぞれ空気室１ａ，Ｉｂに空気を流入，流
出させるために弁部を全開あるいは全閉する機能を有す
る制御弁、４は圧縮空気源、５は動作部２と負荷６を接
続するロンド、７は負荷６に設けられた位置規制ピン、
８ａ，８ｂは基盤（図示せず）上に固定された位置規制
ビン、９は動作指令を受け取り、制御弁３ａ，３ｂに指
令値を与える制ｉ２１１部である。
以上のように構成された従来の空気圧駆動装置について
以下その動作について説明する。
以下その動作について説明する。
まず負荷６をビン８ａからピン８ｂに向かって動作させ
る場合を考える．制御弁３ａ，３ｂは３ボート弁であっ
て各ボートはそれぞれ圧縮空気源４、空気室１ａあるい
はｉｂ、大気開放に接続されている。弁内の空気流路は
圧縮空気ａ４がら空気室１ａあるいはｌｂと空気室１ａ
あるいはｌｂから大気開放への２系統あり、各流路にそ
れぞれ弁部がある。一つの制御弁内における各流路の弁
部は同時に開くことはなく一方が開いているときは他方
は閉じている。制御部９は入力された動作指令によって
制御弁３ａの圧縮空気源４がら空気室１ａへの流路にあ
る弁部を全開し、同時に制御弁３ｂの空気室１ｂから大
気開放への流路にある弁部を全開する。その結果圧縮空
気源４がら空気室１ａに高圧空気が流入して空気室１ａ
の内部圧力が増加し、逆に空気室１ｂは内部圧力が大気
圧となるためピストン２には空気室１ａとｌｂの差圧が
加わりこれが駆動力となってピストン２と口冫ド５によ
って接続されている負荷６はピン８ａからピン８ｂに向
かって移動する。そして最終的には負荷６に設けられた
ビン７がビン８ｂによって位置規制され負荷６はその位
置で停止する。逆にビン８ｂからピン８ａの方向へ動作
させる場合は制御弁３ａ，３ｂに与える指令を逆にすれ
ば良く、この時負荷６はピン７がピン８ａによって位置
規制される事によって停止する。このように制御弁３ａ
，３ｂを全開．全閉させるだけで負荷６の位置決め動作
を実現することができる。
る場合を考える．制御弁３ａ，３ｂは３ボート弁であっ
て各ボートはそれぞれ圧縮空気源４、空気室１ａあるい
はｉｂ、大気開放に接続されている。弁内の空気流路は
圧縮空気ａ４がら空気室１ａあるいはｌｂと空気室１ａ
あるいはｌｂから大気開放への２系統あり、各流路にそ
れぞれ弁部がある。一つの制御弁内における各流路の弁
部は同時に開くことはなく一方が開いているときは他方
は閉じている。制御部９は入力された動作指令によって
制御弁３ａの圧縮空気源４がら空気室１ａへの流路にあ
る弁部を全開し、同時に制御弁３ｂの空気室１ｂから大
気開放への流路にある弁部を全開する。その結果圧縮空
気源４がら空気室１ａに高圧空気が流入して空気室１ａ
の内部圧力が増加し、逆に空気室１ｂは内部圧力が大気
圧となるためピストン２には空気室１ａとｌｂの差圧が
加わりこれが駆動力となってピストン２と口冫ド５によ
って接続されている負荷６はピン８ａからピン８ｂに向
かって移動する。そして最終的には負荷６に設けられた
ビン７がビン８ｂによって位置規制され負荷６はその位
置で停止する。逆にビン８ｂからピン８ａの方向へ動作
させる場合は制御弁３ａ，３ｂに与える指令を逆にすれ
ば良く、この時負荷６はピン７がピン８ａによって位置
規制される事によって停止する。このように制御弁３ａ
，３ｂを全開．全閉させるだけで負荷６の位置決め動作
を実現することができる。
次に従来の空気圧駆動装置の他の一例について説明する
。
。
第５図は従来の空気圧駆動装置の他の一例を示すもので
ある。第５図においてｌは空気室を有するシリンダ、２
はシリンダ１内を気密性を保ちながら移動できるピスト
ン、ｌａ，ｌｂはピストン２によって分割された空気室
、４は圧縮空気源、５は動作部２と負荷６を接続するロ
フト、１０ａ１０ｂはそれぞれ空気室１ａ，ｌｂに空気
を流入，流出させるために弁部の開口面積を指令値に応
して変化させる機能を有する制御弁、１ｌは負荷６の位
置を検出する位置センサ、１２ａ，１２ｂはそれぞれ空
気室１ａ，ｌｂの内部圧力を検出する圧カセンサ、１３
は位置センサｌｍ圧カセンサ１２ａ，１２ｂの信号と目
標位置指令を取り込み、制御弁１０ａ，ｌＯｂに指令値
を与える制御部である。ここで制御弁１０ａ，１０ｂは
それぞれ第４図における制御弁３ａ，３ｂと同しく、３
個のボートと２系統の流路を有し、各流路は同時に開く
ことはないが、各流路に設けられた弁部は制御弁３ａ，
３ｂとは異なり開口面積を指令値に応じて変化させる機
能を有している。
ある。第５図においてｌは空気室を有するシリンダ、２
はシリンダ１内を気密性を保ちながら移動できるピスト
ン、ｌａ，ｌｂはピストン２によって分割された空気室
、４は圧縮空気源、５は動作部２と負荷６を接続するロ
フト、１０ａ１０ｂはそれぞれ空気室１ａ，ｌｂに空気
を流入，流出させるために弁部の開口面積を指令値に応
して変化させる機能を有する制御弁、１ｌは負荷６の位
置を検出する位置センサ、１２ａ，１２ｂはそれぞれ空
気室１ａ，ｌｂの内部圧力を検出する圧カセンサ、１３
は位置センサｌｍ圧カセンサ１２ａ，１２ｂの信号と目
標位置指令を取り込み、制御弁１０ａ，ｌＯｂに指令値
を与える制御部である。ここで制御弁１０ａ，１０ｂは
それぞれ第４図における制御弁３ａ，３ｂと同しく、３
個のボートと２系統の流路を有し、各流路は同時に開く
ことはないが、各流路に設けられた弁部は制御弁３ａ，
３ｂとは異なり開口面積を指令値に応じて変化させる機
能を有している。
以上のように構成された従来の空気圧駆動装置について
以下その動作について説明する。
以下その動作について説明する。
まず第６図に第５図における制御部１３の内部詳細説明
図を示す。第６図において１３ａは積分器、１３ｂは微
分器、１３ｃ−１３ｆは増幅器である。増幅器１３ｃ．
１３ｄの出力はそれぞれ動作部の目標位置に対する位置
偏差、動作部の速度、空気室１ａ，ｌｂの平衡圧力に対
する圧力偏差のフィードバック成分でありこれらはシリ
ンダ１、動作部２、ロソド５、負荷６を含む空気圧駆動
系の状態フィードバック制’＜Ｈ系を構成している。ま
た増幅器１３ｅ，１３ｆの出力は位置偏差の積分値を増
幅して出力している。従って状態フイードバノク制御に
よるで空気圧駆動装置の位置決め動作に及ぼす空気の圧
縮性の影響を抑制し、かつ位置偏差の積分制御によって
シリンダ１とピストン２の摩擦によりピストン２に加わ
る外乱力が位置決め動作に及ぼす影響を抑制するような
制御系を構成しており、結果として得られた加算器１３
ｉの出力によって制御弁１０ａ．１０ｂの開［」面禎を
変化させ空気圧駆動装置における動作部の任意の位置で
の高精度位置決め動作を実現している。
図を示す。第６図において１３ａは積分器、１３ｂは微
分器、１３ｃ−１３ｆは増幅器である。増幅器１３ｃ．
１３ｄの出力はそれぞれ動作部の目標位置に対する位置
偏差、動作部の速度、空気室１ａ，ｌｂの平衡圧力に対
する圧力偏差のフィードバック成分でありこれらはシリ
ンダ１、動作部２、ロソド５、負荷６を含む空気圧駆動
系の状態フィードバック制’＜Ｈ系を構成している。ま
た増幅器１３ｅ，１３ｆの出力は位置偏差の積分値を増
幅して出力している。従って状態フイードバノク制御に
よるで空気圧駆動装置の位置決め動作に及ぼす空気の圧
縮性の影響を抑制し、かつ位置偏差の積分制御によって
シリンダ１とピストン２の摩擦によりピストン２に加わ
る外乱力が位置決め動作に及ぼす影響を抑制するような
制御系を構成しており、結果として得られた加算器１３
ｉの出力によって制御弁１０ａ．１０ｂの開［」面禎を
変化させ空気圧駆動装置における動作部の任意の位置で
の高精度位置決め動作を実現している。
（例えば則次他、゜″電空制御弁の動作遅れを考慮した
空気圧ザーボ系の最適制御＋＋ 、Ｍｌ測自動制御学会
論文集、第２４巻、第５号、昭和６３年５月、５８ペー
ジ）。
空気圧ザーボ系の最適制御＋＋ 、Ｍｌ測自動制御学会
論文集、第２４巻、第５号、昭和６３年５月、５８ペー
ジ）。
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記のような構成では次のような問題点が
生しる。すなわち、第１の従来例においては比較的簡便
な構成で位置決め等の動作が実現されているが、機械的
な位置規制によって位置決めを行っているため、高速に
位置決めできるものの、ある固定された２点間の位置決
め動作しか実現できず、目標位置の変更が容易にできな
い、さらに多くの点における位置決めが困難である等と
いう問題点が生ずる。
生しる。すなわち、第１の従来例においては比較的簡便
な構成で位置決め等の動作が実現されているが、機械的
な位置規制によって位置決めを行っているため、高速に
位置決めできるものの、ある固定された２点間の位置決
め動作しか実現できず、目標位置の変更が容易にできな
い、さらに多くの点における位置決めが困難である等と
いう問題点が生ずる。
また第２の従来例においては位置センサ、圧力センサ等
の情報を用いて状態フィードバック制御を適用すること
により空気の圧縮性が位置決めに及ぼす影響を抑制し、
また位置偏差を積分してピストンに加わる外乱力である
摩擦力の影響を抑制しながら位１決め動作を行なってい
るため、任意の位置での位置決め動作が容易に実現でき
、従って目標位置の変更や多点の位置決めも容易である
．しかしながら摩擦力の影響を抑制するために積分器を
用いて位置偏差を積分しているため積分動作に少なから
ず時間を要し、特に空気圧駆動装置では摩擦力が大きい
ため結果として位置決め完了までに非常に長い時間を要
するという問題点が生ずる。
の情報を用いて状態フィードバック制御を適用すること
により空気の圧縮性が位置決めに及ぼす影響を抑制し、
また位置偏差を積分してピストンに加わる外乱力である
摩擦力の影響を抑制しながら位１決め動作を行なってい
るため、任意の位置での位置決め動作が容易に実現でき
、従って目標位置の変更や多点の位置決めも容易である
．しかしながら摩擦力の影響を抑制するために積分器を
用いて位置偏差を積分しているため積分動作に少なから
ず時間を要し、特に空気圧駆動装置では摩擦力が大きい
ため結果として位置決め完了までに非常に長い時間を要
するという問題点が生ずる。
本発明は上記問題点に鑑み、任意の目標位置に対する位
置決め等の動作を高速・高精度かつ容易に実現する空気
圧駆動装置を提供するものである。
置決め等の動作を高速・高精度かつ容易に実現する空気
圧駆動装置を提供するものである。
課題を解決するための手段
Ｆ記課題を解決するために本発明の空気圧駆動装Ｍは、
空気室と該空気室内を気密性を保らながら移動可能な動
作部とを有する空気圧アクチュエータと、前記動作部に
より分割された空気室群のそれぞれに指令値に応じて空
気を流入あるいは流出させることができる制御弁群と、
前記動作部に加わる流体力を検出する流体力検出部と、
前記動作部の動作状態を検出する動作状態検出部と、前
記動作状態検出部と前記流体力検出部の出力信号、及び
目標動作状態を入力として前記動作部が前記目標動作状
態に従って移動するために必要な指令値を前記制御弁群
に出力する動作制御部と、前記流体力検出装置の出力信
号と前記動作状態検出装゜置の出力信号を入力として前
記動作部に加わる外乱力を推定し、該外乱力を補償する
ために必要な１旨令値を前記推定外乱力を用いて演算し
て前記制御弁群に出力する外乱力補償部とを備えたもの
である。
空気室と該空気室内を気密性を保らながら移動可能な動
作部とを有する空気圧アクチュエータと、前記動作部に
より分割された空気室群のそれぞれに指令値に応じて空
気を流入あるいは流出させることができる制御弁群と、
前記動作部に加わる流体力を検出する流体力検出部と、
前記動作部の動作状態を検出する動作状態検出部と、前
記動作状態検出部と前記流体力検出部の出力信号、及び
目標動作状態を入力として前記動作部が前記目標動作状
態に従って移動するために必要な指令値を前記制御弁群
に出力する動作制御部と、前記流体力検出装置の出力信
号と前記動作状態検出装゜置の出力信号を入力として前
記動作部に加わる外乱力を推定し、該外乱力を補償する
ために必要な１旨令値を前記推定外乱力を用いて演算し
て前記制御弁群に出力する外乱力補償部とを備えたもの
である。
作用
本発明は上記した構成によって位置センサ，圧カセンサ
等の情報を用いて状態フィードバック制御を適用するこ
とにより空気の圧縮性が位置決めに及ぼす影響を抑制し
、ピストンに加わる外乱力である摩擦力を推定してその
推定値を用いて直接的に摩擦力を打ち消すような補償入
力を加えることにより摩擦力の影響を高速に抑制するこ
とができ、従って任意の目標位置に対する位置決め等の
動作を高速・高精度かつ容易に実現することができる。
等の情報を用いて状態フィードバック制御を適用するこ
とにより空気の圧縮性が位置決めに及ぼす影響を抑制し
、ピストンに加わる外乱力である摩擦力を推定してその
推定値を用いて直接的に摩擦力を打ち消すような補償入
力を加えることにより摩擦力の影響を高速に抑制するこ
とができ、従って任意の目標位置に対する位置決め等の
動作を高速・高精度かつ容易に実現することができる。
実施例
以下本発明の一実施例の空気圧駆動装置について、図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
第１図は本発明の一実施例における空気圧駆動装置の構
成を示す全体図である． 第１図においてｌは空気室を有するシリンダ、２はシリ
ンダｌ内を気密性を保ちながら移動できるピストン、ｌ
ａ，ｌｂはピストン２によって分割された空気室、４は
圧縮空気源、５は動作部２と負荷６を接続するロッド、
ｌＱａ，１０ｂはそれぞれ空気室１ａ，ｌｂに空気を流
入．流出させるために弁部の開口面積を指令値に応して
変化させる機能を有する制御弁、１ｌは負荷６の位置を
検出する位置センサ、１２ａ、１２ｂはそれぞれ空気室
１ａ，ｌｂの内部圧力を検出する圧カセンサ、１４は位
置センサ１１，圧カセンサ１２ａ，１２ｂの信号と目標
位置指令を取り込み、制御弁１０ａ，ｆｏｂに指令値を
与える制御部、１５は位置センサ１１．圧カセンサ１２
ａ，１２ｂの信号を取り込みピストン２に加わる外乱力
である摩擦力を推定しその推定植を用いて直接的に摩擦
力を打ち消すような補償入力を出力する外乱力捕償部、
１６ａ，１６ｂは制御部ｌ４と外乱力補償部ｌ５からの
制御弁１０ａ，１０ｂへの入力を補正する指令値補償部
である。
成を示す全体図である． 第１図においてｌは空気室を有するシリンダ、２はシリ
ンダｌ内を気密性を保ちながら移動できるピストン、ｌ
ａ，ｌｂはピストン２によって分割された空気室、４は
圧縮空気源、５は動作部２と負荷６を接続するロッド、
ｌＱａ，１０ｂはそれぞれ空気室１ａ，ｌｂに空気を流
入．流出させるために弁部の開口面積を指令値に応して
変化させる機能を有する制御弁、１ｌは負荷６の位置を
検出する位置センサ、１２ａ、１２ｂはそれぞれ空気室
１ａ，ｌｂの内部圧力を検出する圧カセンサ、１４は位
置センサ１１，圧カセンサ１２ａ，１２ｂの信号と目標
位置指令を取り込み、制御弁１０ａ，ｆｏｂに指令値を
与える制御部、１５は位置センサ１１．圧カセンサ１２
ａ，１２ｂの信号を取り込みピストン２に加わる外乱力
である摩擦力を推定しその推定植を用いて直接的に摩擦
力を打ち消すような補償入力を出力する外乱力捕償部、
１６ａ，１６ｂは制御部ｌ４と外乱力補償部ｌ５からの
制御弁１０ａ，１０ｂへの入力を補正する指令値補償部
である。
以上のように構成された空気圧駆動装置について以下第
１図．第２図．第３図を用いてその動作を説明する。
１図．第２図．第３図を用いてその動作を説明する。
まず第２図は第１図における制御部１４の内部構成を示
す詳細説明図である。第２図において１４ａは微分器、
１４ｂ，１４ｃは増幅器である。
す詳細説明図である。第２図において１４ａは微分器、
１４ｂ，１４ｃは増幅器である。
増幅器ｌ４ｂ．ｌ４Ｃの出力はそれぞれ動作部の目標位
置に対する位置偏差、動作部の速度、空気室＋ａ，ｌｂ
の平衡圧力からの圧力偏差のフイードバンク成分であり
これらはシリンダ１、動作部２、ロツド５、負荷６を含
む空気圧駆動系の状態フィードバンク制御系を構成して
いる。従，てこの状態フィードバック制御によって空気
の圧縮性が位置決め動作に及ぼず影響を抑制して動作部
の任意の位置での位置決め動作を実現できる。
置に対する位置偏差、動作部の速度、空気室＋ａ，ｌｂ
の平衡圧力からの圧力偏差のフイードバンク成分であり
これらはシリンダ１、動作部２、ロツド５、負荷６を含
む空気圧駆動系の状態フィードバンク制御系を構成して
いる。従，てこの状態フィードバック制御によって空気
の圧縮性が位置決め動作に及ぼず影響を抑制して動作部
の任意の位置での位置決め動作を実現できる。
次に第３図は第１図における外乱力捕償部１５の詳細説
明図である。第３図において１５ａはピストン２に加わ
る摩擦力等を推定する外乱力推定部であり、その内部構
成について以下に説明する．まず空気室１ａ，ｌｂ内の
圧力をｐｌ．ｐ２、ピストン２とロツド５、負荷６全体
の質量をＭ、ピストン２の空気室ｌａ側の受圧面積をＡ
１、空気室ｌｂ側の受圧面積をＡ２、ピストン２の中央
位置を原点に取った場合のピストン位置をＸ、ピストン
２に加わる摩擦力をＴ，とすると、Ｍｘ＝Ａ （ｐ＋
−Ｐ２ ） 十Ｔ，の関係が成り立つ。ここで上式の摩
擦力Ｔ，が一定であると仮定し、状態変数ベクトルＸ。
明図である。第３図において１５ａはピストン２に加わ
る摩擦力等を推定する外乱力推定部であり、その内部構
成について以下に説明する．まず空気室１ａ，ｌｂ内の
圧力をｐｌ．ｐ２、ピストン２とロツド５、負荷６全体
の質量をＭ、ピストン２の空気室ｌａ側の受圧面積をＡ
１、空気室ｌｂ側の受圧面積をＡ２、ピストン２の中央
位置を原点に取った場合のピストン位置をＸ、ピストン
２に加わる摩擦力をＴ，とすると、Ｍｘ＝Ａ （ｐ＋
−Ｐ２ ） 十Ｔ，の関係が成り立つ。ここで上式の摩
擦力Ｔ，が一定であると仮定し、状態変数ベクトルＸ。
を（ｘ，ｘ，Ｔ，）、入力変数Ｕを（ｐ．−ｐ２）、出
力変数ｙをＸとおくと、上式のシステムに対する状態方
程式と出力方程式は、 ｘ ６ ＝Ａ６ ｘ ６ ＋ ｂ ８ｕ
−（１）ｙ＝ｃθＸｅ ｛旦し、 ｃｅ＝（１ ０ ０） となる．（υ弐に示したピストン２の運動に関する圧力
ｐｍ，Ｐ２からピストン２の位１ｘまでのシステムは線
形システムであるので下記のような構造を持つオプザー
バ（状態推定Ｈ）が構成できる。
力変数ｙをＸとおくと、上式のシステムに対する状態方
程式と出力方程式は、 ｘ ６ ＝Ａ６ ｘ ６ ＋ ｂ ８ｕ
−（１）ｙ＝ｃθＸｅ ｛旦し、 ｃｅ＝（１ ０ ０） となる．（υ弐に示したピストン２の運動に関する圧力
ｐｍ，Ｐ２からピストン２の位１ｘまでのシステムは線
形システムであるので下記のような構造を持つオプザー
バ（状態推定Ｈ）が構成できる。
すなわち、
Ｘ，ｗＡ，Ｘｅ＋ｂ．ｕ−｝−ｋ６ （ｙ ）’）
・・・・・・（２） Ｔ，＝ｃ，ｘｅ 但し ｃ，＝ （０，０．１） である．ここでｘ８。ｙ， Ｔ，はそれぞれｘ８，＞Ｉ
， Ｔ，の推定値、ｋ８はオブザーバのゲインヘクトル
である。このゲインベクトルを適切に決めることにより
Ｘ，とＸＩ３は速やかに一致し、従ってＸ８に含まれる
摩擦力Ｔ，の推定ができる。外乱力推定部１５ａは（２
）式で表わされるオブザーバを電気回路、あるいはソフ
トウエア等で実現したものである． 次に１ ５ ｂ， １ ５ ｃは］， ５ ａで推定
した摩擦力の値を用いて実際にピストン２に加わってい
る摩擦力を打ち消すために必要な制御弁１ ０ ａ，１
０ ｂへの開口面積の指令値を出力する外乱補償部であ
り、１５ａ，１５ｂからの出力をｓｌａｂ ， ｓ２
９ｋとすると、 Ｓ＋ｅｂ ＝ ｋｉｋｌ ・Ｔ， ／２ｓ．，．
＝−ｋ．ｈｘ − ’ｒ， ／２ −・−（
４）となる。ここでｋ９ｋｌ ＋ ｋ９ｈｔは制御弁
１０ａ，１０ｂへの入力であるＳｌｌｂ ＋ ｓｚｇ
ｈから位置センサ１ｌの出力であるＸまでの空気圧駆動
装置全外乱補償ゲインである。
・・・・・・（２） Ｔ，＝ｃ，ｘｅ 但し ｃ，＝ （０，０．１） である．ここでｘ８。ｙ， Ｔ，はそれぞれｘ８，＞Ｉ
， Ｔ，の推定値、ｋ８はオブザーバのゲインヘクトル
である。このゲインベクトルを適切に決めることにより
Ｘ，とＸＩ３は速やかに一致し、従ってＸ８に含まれる
摩擦力Ｔ，の推定ができる。外乱力推定部１５ａは（２
）式で表わされるオブザーバを電気回路、あるいはソフ
トウエア等で実現したものである． 次に１ ５ ｂ， １ ５ ｃは］， ５ ａで推定
した摩擦力の値を用いて実際にピストン２に加わってい
る摩擦力を打ち消すために必要な制御弁１ ０ ａ，１
０ ｂへの開口面積の指令値を出力する外乱補償部であ
り、１５ａ，１５ｂからの出力をｓｌａｂ ， ｓ２
９ｋとすると、 Ｓ＋ｅｂ ＝ ｋｉｋｌ ・Ｔ， ／２ｓ．，．
＝−ｋ．ｈｘ − ’ｒ， ／２ −・−（
４）となる。ここでｋ９ｋｌ ＋ ｋ９ｈｔは制御弁
１０ａ，１０ｂへの入力であるＳｌｌｂ ＋ ｓｚｇ
ｈから位置センサ１ｌの出力であるＸまでの空気圧駆動
装置全外乱補償ゲインである。
このように外乱力補償部ｌ５はピストン２に加わる摩擦
力を精度良く推定し、その摩擦力の影響を打ち消すため
に必要な指令値を直接的に各制御弁に出力するためピス
トン２に加わるＦｔｌｔ！Ｊ力が位置決め精度に及ぼす
影響を高速に抑制することができ、高速かつ高精度の位
置決め動作が実現できる。
力を精度良く推定し、その摩擦力の影響を打ち消すため
に必要な指令値を直接的に各制御弁に出力するためピス
トン２に加わるＦｔｌｔ！Ｊ力が位置決め精度に及ぼす
影響を高速に抑制することができ、高速かつ高精度の位
置決め動作が実現できる。
次に指令値補償部１６ａ，１６ｂは制御部１４と外乱力
補償部１５からの制御弁１０ａ．１０ｂへの指令値の合
計を入力とし、次の関係式に基づいて指令値を補正する
。制御部１４と外乱力補償部ｌ５からの制御弁１０ａ，
１０ｂへの指令値の合計をそれぞれＳｌｌ’＋ ３２
，、指令値補償部１６ａ１６ｂから制御弁１０ａ，１０
ｂ への出力を８１，Ｓ２とすると、 であり、α１，α２はＰ，／Ｐ０でありここでＰ３は圧
縮空気源４の圧力、Ｐ０は空気室１ａ，ｌｂ内の定常状
態における平衡圧力である．制御弁１０ａ，ｌＯｂは弁
部の開口面積を変化することにより空気室１ａ、１ｂへ
の流入流量、流出流量を変化させて空気室１ａ，ｌｂ内
の圧力、負荷６の位置を制御しているが、この開口面積
と流量の関゛係が、流入の場合（Ｓ，≧０）と流出（Ｓ
，＜０）で以下のように異なる。すなわち制御弁１０ａ
の場合を考え、流量をＧ，（流入の場合ＧＩ≧０、流出
の場合Ｇ，＜０）とすると、 ・・・・・・（７） なる関係弐で表される。ここでＫ０は空気温度や空気の
特性値で決まる定数である。Ｐ，＃Ｐ０であるので（５
）， （６）弐のような補正をすることで流出の場合と
流入の場合とでの特性を均一にでき、従ってより高速か
つ高精度な制御を実現すること訪｛できる． 以上のように本実施例によれば、動作部に加わる外乱力
である摩擦力による影響を高速に外乱力補償部で抑制し
、かつ動作制御部によって空気の圧縮性による影響を抑
制し、さらに指令値補償部により空気の流入，流出特性
を均一化する事で、任意の目標位置への位置決め等の動
作を高速・高精度、かつ容易に実現することができる。
補償部１５からの制御弁１０ａ．１０ｂへの指令値の合
計を入力とし、次の関係式に基づいて指令値を補正する
。制御部１４と外乱力補償部ｌ５からの制御弁１０ａ，
１０ｂへの指令値の合計をそれぞれＳｌｌ’＋ ３２
，、指令値補償部１６ａ１６ｂから制御弁１０ａ，１０
ｂ への出力を８１，Ｓ２とすると、 であり、α１，α２はＰ，／Ｐ０でありここでＰ３は圧
縮空気源４の圧力、Ｐ０は空気室１ａ，ｌｂ内の定常状
態における平衡圧力である．制御弁１０ａ，ｌＯｂは弁
部の開口面積を変化することにより空気室１ａ、１ｂへ
の流入流量、流出流量を変化させて空気室１ａ，ｌｂ内
の圧力、負荷６の位置を制御しているが、この開口面積
と流量の関゛係が、流入の場合（Ｓ，≧０）と流出（Ｓ
，＜０）で以下のように異なる。すなわち制御弁１０ａ
の場合を考え、流量をＧ，（流入の場合ＧＩ≧０、流出
の場合Ｇ，＜０）とすると、 ・・・・・・（７） なる関係弐で表される。ここでＫ０は空気温度や空気の
特性値で決まる定数である。Ｐ，＃Ｐ０であるので（５
）， （６）弐のような補正をすることで流出の場合と
流入の場合とでの特性を均一にでき、従ってより高速か
つ高精度な制御を実現すること訪｛できる． 以上のように本実施例によれば、動作部に加わる外乱力
である摩擦力による影響を高速に外乱力補償部で抑制し
、かつ動作制御部によって空気の圧縮性による影響を抑
制し、さらに指令値補償部により空気の流入，流出特性
を均一化する事で、任意の目標位置への位置決め等の動
作を高速・高精度、かつ容易に実現することができる。
なお本実施例において、外乱力補償部における外乱力推
定部を（２）式に示した同一次元オブザーバで構成した
が、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば最小
次元オブザーバなど他の状態観測器の構成でもよい。ま
た指令値補償部は（５）． （６）式中のα１，α２を
定数Ｐ．／Ｐ，で与えているが、これは簡便な方式を考
えたものであり、必ずしもこの補正法に限るものではな
く例えば、（５），（６）式におけるα１．α２を、 αｒ −Ｐ ＊ ／ Ｐ１ ・・・
・・・（８）α２＝＝ｐ， ／ｐ２ のように変数として与えてもよい．この場合、より均一
な制御弁における流量特性を実現でき、さり均一な制御
弁における流量特性を実現でき、さらに高速、高精度化
が実現できる。
定部を（２）式に示した同一次元オブザーバで構成した
が、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば最小
次元オブザーバなど他の状態観測器の構成でもよい。ま
た指令値補償部は（５）． （６）式中のα１，α２を
定数Ｐ．／Ｐ，で与えているが、これは簡便な方式を考
えたものであり、必ずしもこの補正法に限るものではな
く例えば、（５），（６）式におけるα１．α２を、 αｒ −Ｐ ＊ ／ Ｐ１ ・・・
・・・（８）α２＝＝ｐ， ／ｐ２ のように変数として与えてもよい．この場合、より均一
な制御弁における流量特性を実現でき、さり均一な制御
弁における流量特性を実現でき、さらに高速、高精度化
が実現できる。
発明の効果
以上のように本発明の空気圧駆動装置は、空気室と該空
気室内を気密性を保ちながら移動可能な動作部とを有す
る空気圧アクチュエー夕と、前記動作部により分割され
た空気室群のそれぞれに指令値に応じて空気を流入ある
いは流出させることができる制御弁群と、前記動作部に
加わる流体力を検出する流体力検出部と、前記動作部の
動作状態を検出する動作状態検出部と、前記動作状態検
出部と前記流体力検出部の出力信号、及び目標動作状態
を入力としてｎＴＩ記動作部が前記目標動作状態に従っ
て移動するために必要な指令値を前記制御弁群に出力す
る動作制御部と、前記流体検出装置の出力信号と前記動
作状態検出装置の出力信号を入力として前記動作部に加
わる外乱力を推定し、該外乱力を補償するために必要な
指令値を前記推定外乱力を用いて演算して前記制御弁群
に出力する外乱力補償部とを設けたことにより、空気圧
駆動装置の位置決め等の動作において任意の動作を容易
に、かつ高速・高精度に実現できるという効果を有する
．
気室内を気密性を保ちながら移動可能な動作部とを有す
る空気圧アクチュエー夕と、前記動作部により分割され
た空気室群のそれぞれに指令値に応じて空気を流入ある
いは流出させることができる制御弁群と、前記動作部に
加わる流体力を検出する流体力検出部と、前記動作部の
動作状態を検出する動作状態検出部と、前記動作状態検
出部と前記流体力検出部の出力信号、及び目標動作状態
を入力としてｎＴＩ記動作部が前記目標動作状態に従っ
て移動するために必要な指令値を前記制御弁群に出力す
る動作制御部と、前記流体検出装置の出力信号と前記動
作状態検出装置の出力信号を入力として前記動作部に加
わる外乱力を推定し、該外乱力を補償するために必要な
指令値を前記推定外乱力を用いて演算して前記制御弁群
に出力する外乱力補償部とを設けたことにより、空気圧
駆動装置の位置決め等の動作において任意の動作を容易
に、かつ高速・高精度に実現できるという効果を有する
．
第１図は本発明の実施例における空気圧駆動装置の全体
図、第２図は同空気圧駆動装置における動作制御部の詳
細図、第３図は同空気圧駆動装置における外乱力補償部
の詳細図、第４図は従来の空気圧駆動装置の全体図、第
５図は他の従来の空気圧駆動装置の全体図、第６図は従
来の空気圧駆動装置における動作制御部の詳細説明図で
ある。 ｌ・・・・・・空気圧シリンダ、２・・・・・・ピスト
ン、１０ａ１０ｂ・・・・・・制御弁、１１・・・・・
・位置センサ、１２ａ．１２ｂ・・・・・・圧カセンサ
、１４・・・・・・制御部、ｌ５・・・・・・外乱力補
償部。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名嬉 図 第 図
図、第２図は同空気圧駆動装置における動作制御部の詳
細図、第３図は同空気圧駆動装置における外乱力補償部
の詳細図、第４図は従来の空気圧駆動装置の全体図、第
５図は他の従来の空気圧駆動装置の全体図、第６図は従
来の空気圧駆動装置における動作制御部の詳細説明図で
ある。 ｌ・・・・・・空気圧シリンダ、２・・・・・・ピスト
ン、１０ａ１０ｂ・・・・・・制御弁、１１・・・・・
・位置センサ、１２ａ．１２ｂ・・・・・・圧カセンサ
、１４・・・・・・制御部、ｌ５・・・・・・外乱力補
償部。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名嬉 図 第 図
Claims (7)
- （１）空気室と該空気室内を気密性を保ちながら移動可
能な動作部とを有する空気圧アクチュエータと、前記動
作部により分割された空気室群のそれぞれに指令値に応
じて空気を流入あるいは流出させることができる制御弁
群と、前記動作部に加わる流体力を検出する流体力検出
部と、前記動作部の動作状態を検出する動作状態検出部
と、前記動作状態検出部と前記流体力検出部の出力信号
、及び目標動作状態を入力として前記動作部が前記目標
動作状態に従って移動するために必要な指令値を前記制
御弁群に出力する動作制御部と、前記動作部に加わる外
乱力を補償するために必要な指令値を前記制御弁群に出
力する外乱力補償部とを備え、前記外乱力補償部は前記
流体力検出装置の出力信号と前記動作状態検出装置の出
力信号を入力として前記動作部に加わる外乱力を推定し
、該外乱力を補償するために必要な指令値を前記推定外
乱力を用いて求め、前記制御弁群に出力することを特徴
とする空気圧駆動装置。 - （２）外乱力補償部が、空気圧駆動装置の動作部に加わ
る流体力と前記動作部の動作状態の関係を表す動特性モ
デルと、前記外乱力の動特性モデルとからなる外乱推定
型状態推定器によって前記外乱を推定することを特徴と
する請求項（１）に記載の空気圧駆動装置。 - （３）外乱力補償部が、推定外乱力を係数倍することに
よって外乱力を補償するために必要な指令値を求めるこ
とを特徴とする請求項（１）に記載の空気圧駆動装置。 - （４）流体力検出部が空気室群のそれぞれの圧力を検出
する圧力検出装置群によって構成されている請求項（１
）に記載の空気圧駆動装置。 - （５）動作状態検出部が位置、速度、加速度を検出する
手段のいずれか、あるいはその組合せにより構成されて
いる請求項（１）に記載の空気圧駆動装置。 - （６）制御弁群への指令値を入力とし、前記指令値によ
って空気が空気室群に流入する場合か、流出する場合か
を判別し、流入する場合と流出する場合のいずれかの場
合で前記指令値を補正して、前記制御弁群へ指令値を出
力する指令値補正部を備えた請求項（１）に記載の空気
圧駆動装置。 - （７）指令値補正部が、指令値をある一定係数倍する補
正手段によって構成されている請求項（６）に記載の空
気圧駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5032289A JPH02229902A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 空気圧駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5032289A JPH02229902A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 空気圧駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02229902A true JPH02229902A (ja) | 1990-09-12 |
Family
ID=12855668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5032289A Pending JPH02229902A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 空気圧駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02229902A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006515409A (ja) * | 2003-01-24 | 2006-05-25 | バイキング テクノロジィーズ エル．シー． | 流体作動式シリンダ用の位置制御システム |
| JP2007186126A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 鉄道車両における操舵用アクチュエータの制御方法 |
| WO2013089226A1 (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 国立大学法人筑波大学 | アクチュエータ、アクチュエータの制御方法及びプログラム |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP5032289A patent/JPH02229902A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006515409A (ja) * | 2003-01-24 | 2006-05-25 | バイキング テクノロジィーズ エル．シー． | 流体作動式シリンダ用の位置制御システム |
| JP2007186126A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 鉄道車両における操舵用アクチュエータの制御方法 |
| WO2013089226A1 (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | 国立大学法人筑波大学 | アクチュエータ、アクチュエータの制御方法及びプログラム |
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