JPH0972452A - 電磁比例流量制御弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流フィードバックにより電磁比例流量制御
弁の開度制御を行うに、電流検出の遅れに起因するオー
バーシュートおよび制御遅れを少なくする。 【解決手段】 電磁比例流量制御弁に対する目標電流Ｉ
ｏと実電流Ｉｒの偏差ΔＩを演算し、この電流偏差ΔＩ
から比例積分制御に基いて、電磁比例流量制御弁に対す
る駆動パルス電流のデューティ比を演算するようにした
電磁比例流量制御弁の制御装置において、デューティ比
演算手段における積分要素の演算を、現時点より設定時
間前の目標電流Ｉｏと現時点の実電流Ｉとの偏差ΔＩに
基づいて実行するよう構成するとともに、電磁比例流量
制御弁に対する駆動開始時点から所定時間経過する間の
み、デューティ比演算手段における積分要素を無くす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば農用トラク
タの作業装置昇降用の３点リンク機構を駆動するリフト
シリンダなどの油圧アクチュエータを電磁比例流量制御
弁を用いて作動制御する場合に利用する制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】上記電磁比例流量制御弁の制御装置で
は、例えば特開平５‐６６８０１号公報に開示されてい
るように、パルス電流によって駆動される電磁比例流量
制御弁の流量制御を電流フィードバックによって行って
いる。つまり、電磁比例流量制御弁を一定周期のパルス
電流によって駆動するとともに、このパルス電流のパル
ス幅（デューティ比）を変更することで電磁比例流量制
御弁に対する平均電流値、換言すれば電磁比例流量制御
弁の開度を制御するとともに、電磁比例流量制御弁に対
する目標電流と計測された実電流の偏差を演算し、この
電流偏差から比例積分制御（ＰＩ制御）に基いて、電磁
比例流量制御弁に対する駆動パルス電流のデューティ比
を演算するようにしていた。

【０００３】このような電流フィードバックによる制御
においては、電磁比例流量制御弁に対する起動時に、目
標電流と実電流との偏差が大であるから、積分要素が大
きく利いてデューティ比が過大に設定されることがあ
り、駆動電流が安定状態に到るまでに、オーバーシュー
トが発生するおそれが高く、このようなオーバーシュー
トに起因して、アクチュエータが過剰駆動になって、駆
動ショックが発生するという弊害が生じることがあっ
た。そこで、上記従来例では、電磁比例流量制御弁に対
する駆動開始時点から所定時間経過する間のみ、つま
り、目標電流と実電流との偏差が特に大きい過渡期だけ
デューティ比演算における積分要素を無くし、デューテ
ィ比が過大に設定されることを抑制するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置ではオー
バーシュートを抑制するのに有効となるのであるが、次
のような制御上の不具合が見られるものであった。つま
り、上記制御では、目標電流を演算した後に実電流を計
測して目標電流と実電流との偏差を演算するようにして
いるので、計測された現時点の実電流と現時点の目標電
流との偏差が大きくなり、これが積分されることでデュ
ーティ比がまだ多少大きい目に演算されてしまうことに
なり、図６に示すように、目標電流が増加した後、減少
する際のピーク箇所で多少のオーバーシュートが残ると
ともに、目標電流が減少する領域において全体的に遅れ
が発生する傾向があった。本発明は、駆動開始直後の過
渡期およびその後の電流制御をオーバーシュートおよび
遅れの少ない状態で実行できるようにすることを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴構成は、電
磁比例流量制御弁に対する目標電流と実電流の偏差を演
算する偏差演算手段と、前記電流偏差から比例積分制御
に基いて、前記電磁比例流量制御弁に対する駆動パルス
電流のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と
を備えた電磁比例流量制御弁の制御装置であって、デュ
ーティ比演算手段における積分要素の演算を、現時点よ
り設定時間前の目標電流と現時点の実電流との偏差に基
づいて実行するよう構成するとともに、前記電磁比例流
量制御弁に対する駆動開始時点から所定時間経過する間
のみ、前記デューティ比演算手段における積分要素のゲ
インを零もしくはこれに近い値に変更する演算補正手段
を備えてある点にある。

【０００６】〔作用〕上記構成によると、電磁式アクチ
ュエータの駆動開始時点におけるような過渡的な制御時
には、目標電流値と実駆動電流との間の偏差が大である
から、デューティ比を演算するにあたり、演算式のうち
大きな割合で効く積分要素の項を無くして、あるいはほ
とんど無くして、比例要素の項だけで演算するので、そ
の後の電流増加においてオーバーシュートが発生するの
を極力抑制できて、円滑な制御駆動が行えることにな
る。また、過渡状態を過ぎると、積分要素を効かせたデ
ューティ比演算を行うので、残留偏差のない精度の高い
制御が実行される。この場合、目標電流が出力されてか
ら実電流が計測されるまでに時間遅れがあるので、積分
要素の演算においては、現時点より設定時間前の目標電
流と現時点の実電流との偏差からデューティ比演算を行
うことで、電流偏差が過大に演算されるのを回避でき、
図５に示すように、目標電流が増加した後、減少するピ
ーク箇所でのオーバーシュートが少なくなるとともに、
目標電流が減少する領域での遅れも少ないものとなる。

【０００７】〔効果〕従って、フィードバック系の自動
制御において、ハンチングの発生が少なく、かつ、残留
偏差の発生の少ない比例積分制御を用いた場合であって
も、電磁アクチュエータの起動時等の過渡的な状態にお
けるオーバーシュート現象を抑制できて、円滑な電流立
ち上げ駆動が行えるものとなり、被駆動装置の駆動ショ
ックが生じるのを抑制できるようになった。また、過渡
期を過ぎた後の比例積分制御においは、電流検出の遅れ
に起因するオーバーシュートおよび制御遅れが抑制され
た応答性に優れた制御を行うことができるようになっ
た。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に本発明を適用した農用トラ
クタが示されている。この農用トラクタは、トラクタ本
機１の後部に油圧駆動される３点リンク機構２を介して
作業装置の一例であるロータリ耕耘装置３を昇降可能に
連結して構成されている。３点リンク機構２は、単一の
トップリンク２ａと左右一対のロアリンク２ｂからな
り、トラクタ本機１に上下揺動可能に備えられた左右一
対のリフトアーム４と左右のロアリンク２ｂとがリフト
ロッド５およびローリングシリンダ６を介して連結さ
れ、リフトアーム４をリフトシリンダ７によって駆動揺
動することでロータリ耕耘装置３を昇降し、また、ロー
リングシリンダ６を伸縮させることでロータリ耕耘装置
３を左右に傾動（ローリング）させることができるよう
構成されている。

【０００９】図２に、前記ローリングシリンダ６および
リフトシリンダ７を駆動する油圧系が示されている。こ
の油圧系では、エンジンＥで駆動される油圧ポンプＰか
らの圧油をフロープライオリティ弁８を介して分流し、
一定流量の制御流をローリング制御用の電磁弁９を介し
てローリングシリンダ６に供給するローリング制御系が
構成されるとともに、フロープライオリティ弁８からの
余剰流を電磁比例流量制御弁Ｖを介してリフトシリンダ
７に供給する昇降制御系が構成されている。

【００１０】前記電磁比例流量制御弁Ｖは、上昇制御弁
ｕＶと、この上昇制御弁ｕＶに対するパイロット圧を制
御する上昇用パイロット操作弁ｕｐと、下降制御弁ｄＶ
とこの下降制御弁ｄＶに対するパイロット圧を制御する
下降用パイロット操作弁ｄｐ、及びリリーフ弁ｒＶで構
成され、リフトアーム４を上昇側に制御する場合には、
上昇用パイロット操作弁ｕｐのソレノイドｕｓに対して
電流を供給するとともに、この電流の電流値を調節する
ことで、上昇用パイロット操作弁ｕｐは電流値に対応し
てパイロット圧を変化させる結果、上昇制御弁ｕＶの開
度がパイロット圧と比例して変化し、油圧ポンプＰから
の圧油の流量が調整制御が行えるよう構成してある。
又、リフトアーム４を下降側に制御する場合には、下降
用パイロット操作弁ｄｐのソレノイドｄｓに対する電流
を供給するとともに、この電流値を調節してパイロット
操作弁ｄｐからのパイロット圧を変化させ、下降制御弁
ｄＶの開度が変化してリフトシリンダ７から流出する作
動油の流量の調整制御が行えるよう構成してある。

【００１１】前記各ソレノイドｕｓ，ｄｓに対する電流
供給制御系は、図３に示すように、マイクロコンピュー
タを備えた制御装置１０を備え、機体に対する耕耘装置
３の高さを設定するポジション設定器としての第１ポテ
ンショメータＰＭ1 、耕耘装置３の機体に対する実高さ
をリフトアーム４の揺動角として検出してフィードバッ
クするための第２ポテンショメータＰＭ2 、耕深設定器
としての第３ポテンショメータＰＭ3 、およびロータリ
耕耘装置３に上下揺動自在に装着したカバーセンサ３ａ
の揺動角を実耕深として検出してフィードバックするた
めの第４ポテンショメータＰＭ4 、これらポテンショメ
ータＰＭ1 ，ＰＭ2 ，ＰＭ3 ，ＰＭ4 の信号をデジタル
化して制御装置１０に入力するＡ／Ｄ変換器１３で入力
系が構成され、また、制御装置１０には、各ソレノイド
ｕｓ，ｄｓに電力を供給するパワートランジスタｕＴ
ｒ，ｄＴｒに対する出力系を有し、又、各ソレノイドｕ
ｓ，ｄｓに供給されるパルス電流の平均電流値を求める
ために、ソレノイドｕｓ，ｄｓからの電流が流れる経路
に抵抗器１１を介装し、この抵抗器１１によって得られ
る電圧信号が平滑回路１２を介してＡ／Ｄ変換器１３で
デジタル信号化して制御装置１０にフィードバックする
よう構成してある。

【００１２】次に、前記耕耘装置３の耕深制御作動を図
４のフローチャートに基づいて説明する。第３、第４ポ
テンショメータＰＭ3 ，ＰＭ4 の出力を読み込むととも
に、各出力の偏差ΔＸを演算して、この偏差ΔＸの絶対
値が設定値Ｍよりも大きい場合に、偏差ΔＸに基いてリ
フトシリンダ７に対する駆動条件、つまり、前記電磁比
例流量制御弁Ｖの開度を、ソレノイドｕｓまたはソレノ
イドｄｓのいづれかに供給すべき目標電流Ｉｏとこの目
標電流Ｉｏを得るためのデューティ比Ｄｏとを求める
（ステップ１〜３）。そして、この得られたデューティ
比Ｄｏに基いて電磁比例流量制御弁Ｖのソレノイドｕｓ
またはｄｓのいづれかに電流を供給する（ステップ
４）。

【００１３】次に、前記抵抗器１１で得られた電圧値か
ら実電流Ｉｒを読み込み、この実電流Ｉｒと前記目標電
流Ｉｏとの偏差ΔＩを演算して（ステップ５，６）、こ
の電流偏差ΔＩが不感帯幅Ｎよりも大きい場合には、前
記ソレノイドｕｓまたはｄｓにおける制御駆動前の電流
値Ｉｒｏが零であるか否かが判断され、零でなければ通
常作動であると判断して、前記電流偏差ΔＩに基いて比
例積分制御によりソレノイドｕｓまたはｄｓに対するデ
ューティ比Ｄ1 を演算し（ステップ７，８）、このデュ
ーティ比Ｄ１により、電流偏差ΔＩが零になるまでソレ
ノイドｕｓまたはｄｓに電流を供給する（ステップ９〜
１１）。

【００１４】ここで、デューティ比Ｄ1 の演算において
は、積分要素に利用する偏差ΔＩを、現時点より設定時
間前の目標電流Ｉｏと現時点の実電流Ｉｒとの偏差とす
ることで、電流検出の遅れを補正している。なお、設定
時間前の目標電流Ｉｏとしては、その設定時間前後の時
点における目標電流Ｉｏの平均値を使用するとよい。例
えば現時点より２５ミリ秒前の目標電流Ｉｏを得るの
に、２０ミリ秒前の目標電流と３０ミリ秒前の目標電流
の平均値を使用する。

【００１５】また、前記ソレノイドｕｓまたはｄｓにお
ける制御駆動前の電流値Ｉｒｏが零である場合には、ソ
レノイドｕｓまたはｄｓの起動開始時であると判断し
て、積分要素のゲインｂを零にしてデューティ比演算を
実行する。つまり、積分要素を含まない比例制御のみに
よってデューティ比Ｄ2 を演算してそのデューティ比Ｄ
2 により電流を供給する（ステップ１２，１３）。

【００１６】デューティ比Ｄ2 により電流を供給開始し
た時点から約数十ミリ秒（例えば５０ミリ秒）経過する
と、ステップ８に戻り、比例積分作動によるディーティ
比演算作動に移行する（ステップ１４）。そして、この
ような制御がリセットされるまで繰り返し実行される
（ステップ１５）。

【００１７】ここで、前記ステップ５により偏差演算手
段Ａが構成され、ステップ１２〜１４により演算補正手
段Ｃが構成され、また、ステップ８，１２によりデュー
ティ比演算手段Ｂが構成される。

【００１８】因みに、本発明により電流制御を行った場
合の特性線図が図５に示されており、図から判るよう
に、従来（図６参照）に比較して、オーバーシュートや
遅れの少ない電流制御が可能となっている。

【００１９】また、詳細な説明は省略するが、耕耘装置
３を第１ポテンショメータＰＭ1 の設定値に対応した高
さに昇降させるポジション制御においても、比例積分制
御における積分要素が起動初期の設定時間だけ零に変更
する上記特性による制御が行われるものであり、耕耘装
置３をオーバーシュートなく所望の高さに精度よく昇降
することができる。

【００２０】尚、起動開始時から設定時間の間、積分要
素のゲインｂを零に近い値に減少させ、積分要素の影響
を少なくした状態でデューティ比演算を実行してもよ
い。

【００２１】又、特許請求の範囲の項に図面との対照を
容易にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】農用トラクタの後部を示す斜視図

【図２】油圧回路図

【図３】制御ブロック図

【図４】制御フローチャート

【図５】本発明装置による制御特性線図

【図６】従来装置による制御特性線図

【符号の説明】

Ａ 偏差演算手段 Ｂ ディーティ比演算手段 Ｃ 演算補正手段 Ｖ 電磁比例流量制御弁 Ｉｏ 実電流 Ｉｒ 実電流 ΔＩ 偏差

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁比例流量制御弁（Ｖ）に対する目標
   電流（Ｉｏ）と実電流（Ｉｒ）の偏差（ΔＩ）を演算す
   る偏差演算手段（Ａ）と、前記電流偏差（ΔＩ）から比
   例積分制御に基いて、前記電磁比例流量制御弁（Ｖ）に
   対する駆動パルス電流のデューティ比を演算するデュー
   ティ比演算手段（Ｂ）とを備えた電磁比例流量制御弁の
   制御装置であって、 デューティ比演算手段（Ｂ）における積分要素の演算
   を、現時点より設定時間前の目標電流（Ｉｏ）と現時点
   の実電流（Ｉｒ）との偏差（ΔＩ）に基づいて実行する
   よう構成するとともに、前記電磁比例流量制御弁（Ｖ）
   に対する駆動開始時点から所定時間経過する間のみ、前
   記デューティ比演算手段（Ｂ）における積分要素のゲイ
   ンを零もしくはこれに近い値に変更する演算補正手段
   （Ｃ）を備えてあることを特徴とする電磁比例流量制御
   弁の制御装置。