解 説
平成１５年度の油圧分野研究活動の動向*
鈴木勝正**
* 平成１６年５月３１日原稿受付
** 武蔵工業大学工学部機械システム工学科，〒158-8557東京都世田谷区玉堤1-28-1
1. はじめに
油圧分野に関する平成１５年度の国内外の研究動向を知るため，関連する論文を調査し，分類した．この分野の基礎研究は多岐にわたっている．応用はいずれも何らかの形で制御を利用しているのが特徴である．
2. 平成１５年度の国内の油圧研究
日本国内の研究動向を調べるため，日本機械学会論文集Ｂ編，Ｃ編（以下，機論Ｂ，Ｃと略記する）および日本フルードパワーシステム学会論文集（以下，JFPS論文集と略記する）を調査したところそれぞれ５編，１０編，１１編の油圧関連の論文が掲載されていた．そのタイトルを以下に示す．基礎的分野としては，管路内流れに関する研究が４編で最も多く，その他，スプール弁，ポペット弁，キャビテーション，ピストンポンプ，定圧力源に関する研究が各１編である．応用分野としてはいずれも制御が関係していて，振動台関係６編，建設ロボット関係３編，制御方法７編である．
a. 油圧基礎
・ スプール弁の流動特性(第1報，基礎実験および三次元数値解析による流動・挙動特性の評価): 三木 山口 本田, 機論Ｂ 69巻679号p561
・ 滑らかな面からはく離する油の流れにおける初生空洞が停留しないキャビテションの観察: 鷲尾 高橋 吉森, 機論Ｂ69巻681号p1120
・ 油圧制御による鉄道車両ブレーキに関する研究（第2報 ポペット形圧力制御弁の動特性）: T. Chenvisuwat 朴 北川, 機論Ｃ 69巻680号p890
・ 可変容量形偶数ピストンポンプのアクティブ騒音制御に関する研究（第1報 騒音低減手法の実験的探索）:大内 長田 増田, JFPS論文集 34巻4号p79
・ 定圧力源システムにおける油圧シリンダの位置決め制御; 馬 池尾, JFPS論文集 34巻5号p99
b. 管路内流れ
・ テ パ曲がり管内の脈動流れ: 角田, 機論Ｂ 69巻678号p346
・ 円管の助走区間内流れに及ぼす入口乱れの影響: 桧原 須藤, 機論Ｂ 69巻686号p2252
・ 二次元流路における流体過渡現象に関する数値解析: 浜口 甲 井小萩, 機論Ｂ 69巻679号p553
・ 複合管路系内流体過渡現象の数値的モード近似法に基づく実用的で高精度なシミュレーション法の開発（第2報 多様な境界条件に適用できる汎用ＳＭＡ法の開発）: 品田 小嶋 中道, JFPS論文集 34巻2号p46
c. 振動台
・ 3次元弾性加振台の振動と運動の制御（第1報 巨大震動台の多モード振動に対応できる制御手法の提案）: 平松 藤 背戸 佐藤, 機論Ｃ 69巻682号p1465
・ 油圧防振マウントに関する研究: 富樫 一柳, 機論Ｃ 69巻685号ｐ2302
・ 超大型三次元地震振動台の動的シミュレータの開発（確証試験データを用いたシミュレータの検証）: 梶井 外6名, 機論Ｃ 69巻688号ｐ3155
・ 超大型三次元地震振動台の動的シミュレータの開発（試験体の破壊現象に着目した性能検証シミュレーション）: 梶井 外6名, 機論Ｃ 69巻688号ｐ3161
・ 油圧６軸揺動装置を用いた手動車椅子体験シミュレータ: 山田 武藤 坂東, JFPS論文集 34巻5号p112
・ 電気油圧式地盤シミュレータのインピーダンス制御に関する研究: 佐藤 溝次, JFPS論文集 34巻6号p134
d. 建設ロボット
・ 油圧駆動による柔軟リンクシステムの動的シミュレーション: 今西 南條 廣岡 井上, 機論Ｃ 69巻685号ｐ2336
・ 遠隔操作建設ロボットシステムのマスタ・スレーブ制御: 加藤 山田 武藤, JFPS論文集 34巻2号p27
・ 遠隔操作建設ロボットシステムのマスタ・スレーブ制御（第2報 重力補償による多関節アームへの拡張）: 武藤 山田 加藤, JFPS論文集 34巻4号p85
e. 制御方法に関する研究
・ 適応フィルタによる振動台制御性能の向上: 堂薗 堀内 勝俣 今野, 機論Ｃ 69巻682号p1486
・ 油圧モータ・負荷系へのニューラルネットの適用（第3報 ディザによる定常偏差の改善）: 加藤 西海 小波, 機論Ｃ 69巻684号ｐ2070
・ 質量変動に対応するセミアクティブ油圧緩衝器の最適化: 前森 小金井, 機論Ｃ 69巻685号ｐ2295
・ モデル規範形入力端周波数整形スライディングモード制御の電気油圧サーボモータへの応用: 柳田 松尾 松本，JFPS論文集 34巻1号，p19
・ ファジィモデル規範学習制御による電気油圧サーボ系の位置決め: アリ 大内, JFPS論文集 34巻3号p66
・ 改良形パルス数変調によるシリンダ制御: 生田 青木 中村, JFPS論文集 34巻6号p119
・ 並列フィードフォワード補償器を応用した2自由度制御（6軸電気油圧シリアルマニピュレータの制御における有効性について）: 塚本 横田, JFPS論文集 34巻6号p126
3. 平成１５年度の海外の油圧研究
ASME Journal
of Fluids Engineering, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and
Controlおよび, 第4回米国機械学会・日本機械学会共催流体工学国際会議(4th
ASME_JSME Joint Fluids Engineering Conference)に掲載されている論文を調べた．ASME Journal of Fluids
Engineering, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Controlにはそれぞれ７編ずつの油圧関連の論文がある．その内訳は以下の通りで，基礎分野では，管路関連５編及びサーボ弁，チェック弁，歯車ポンプ，スプール弁，不安定現象関連，各１編である．応用分野はいずれも制御関連で，ロバスト制御２編及び振動絶縁，圧力補償回路，各１編である．
a. 油圧基礎
・ 遠心力が働く場所での二段型サーボ弁の特性を明らかにし，その影響を取り除く方法を提案1)
・ 揺動形チェック弁のディスクに働く動的トルクを理論と実験から調べる6)
・ 外接歯車ポンプで駆動歯車と被駆動歯車で歯数の異なるタイプについてリップルの理論値を求める9)
・ ステッピングモータでスプール弁を駆動する際のヒステリシスと飽和の関係式を求める10)
・ 機械系と流体系の運動の相互作用によって発生する不安定現象について研究12)
b. 管路の動特性
・ 周波数依存形の抵抗を持つ管路特性を表現するための有限要素モデルおよび相似な電気回路を開発2)
・ 長方形断面を持つ管路中の脈動流れのナビエス・ストークス方程式の厳密解を求める3)
・ 流れの方向に拡大する管や縮小する管路中の流体過渡現象を解析4)
・ 水に空気が入る気泡流が90°の曲がり管路を流れる際の水撃現象を実験的に調べる5)
・ 管路内の流れが静止した状態から急激に加速される場合の流速分布や乱流に移行する様子について実験的に調べる7)
c. 制御方法に関する研究
・ 電気油圧制御の油圧シリンダを用いたアクティブ振動絶縁の研究8)
・ 電気油圧位置決めシステムにおいてシールが壊れたピストンのもれの影響を少なくするような，故障に対してロバストな制御法を開発11)
・ 急激な切り替えに伴う流量変動に対しても圧力を一定に保つ回路において流量補償器と組み合わせた設計によって良好な結果が得られる．圧力回復時間の短縮や圧力降下量の減少を可能とさせる13)
・ 油圧モータの同定についてとロバスト制御のために線形化用の内側フィードバックとＨ∞を用いた外側フィードバックループを持つ回路について調べる14)
第4回米国機械学会・日本機械学会共催流体工学国際会議(4th ASME_JSME Joint Fluids Engineering Conference)が7月にハワイで開かれた．39種類のシンポジウムやフォーラム形式の発表会が開かれ，700編を超える論文の発表があった．このうち ”Water Hammer” のシンポジウムでは次のような分野に関して42編の論文発表があった．
1. Single-Phase Transients in Transmission Lines and Networks
2. Modeling, Simulation, and Measurements for Single-Phase Transients
3. Check Valves and Turbines
4. Surge Pressure Control in Single-Phase Transients
5. Transients with the Pressure of a Free Surface
6. Two-Phase Transients without Phase Change
7. Two-Phase with Phase Change
8. Fluid-Structure Interaction
9. Beneficial Use of Water Hammer
４．おわりに
平成１５年度における国内および米国で発表された油圧関連の研究論文を整理して示した．基礎分野の研究と制御を中心とした応用分野が半々であった．個々のテーマに関心を持たれた読者には，文献の掲載誌を示してあるので，直接読んでいただければ幸いである．
文献リスト
ASME
Journal of Fluids Engineering, Vol. 125
1) Y. B. He, P. S. K. Chua, G. H. Lim, “Performance analysis of a two stage electrohydraulic servovalve in centrifugal force field”, 125-.1, p166
2) J. Shu, “A finite element model and electronic analogue of pipeline pressure transients with frequency-dependent friction”, 125-1,p194
3) S. Tsangaris, N. W. Vlachakis, “Exact solution of the Navier-Stokes Equations for the fully developed, pulsating flow in a rectangular duct with a constant cross-sectional velocity”, 125-2,p382
4) A. Adamkowski, “Analysis of transient flow in pipes with expanding or contracting sections”, 125-4, p716
5) W. Shuli, L. Zhuo, “Water hammer phenomena in gas-water two phase babbly flow”, 125-4 p736
6) G. Li, J. C. P. Liou, “Swing check valve characterization and modeling during transients”, 125-6 p1043
7) D. Greenblatt, “Rapid transition to turbulence in pipe flows acceleration from rest”, 125-6 p1073
ASME
Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol.125
8) Y. Zhang, A. Allleyne, “A simple novel approach to active vibration isolation with electrohydraulic actuation”, Vol.125-1, p125
9) N. D. Manring, S. B. Kasaragadda, “The theoretical flow ripple of an external gear pump”, Vol.125-3, p396
10) R. Burton, J. Ruan, P. Ukrainetz, “Analysis of electromagnetic nonlinearities in stage control of a stepper motor and spool”, Vol.125-3, p405
11) M. Karpenko, N. Sepehri, “Robust position control of an electrohydraulic actuator with a faulty actuator piston seal”, Vol.125-3, p413
12) D. Margolis, T. Shim, “Instability due to interacting hydraulic and mechanical dynamics in backhoes”, Vol.125-3, p497
13) W. Ojeda, F. Ruiz, “Hydraulic flow compensator for fast switching devices”, Vol.125-3, p509
14) M. Namvar, F. Aghili, “A combined scheme for identification and robust torque control of hydraulic actuators”, Vol.125-4, p595
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