JPS62204A - 作業機の作業装置用駆動制御機構 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトラクタ等の走行機体に対してローリング作動
及び昇降作動可能に耕耘ロータリー等の作業装置を連結
し、電磁バルブで作動制御される油圧シリンダによって
目標姿勢又は位置に向けて作業装置を移動させるよう構
成してある作業機の作業装置駆動制御機構に関する。

〔従来の技術〕

この種の作業機の作業装置駆動制御機構において、電磁
バルブを制御するに、従来は、作業装置を昇降作動させ
る間は電磁バルブに連続的に作動信号を与えるものに対
して、昇降作動させる間はこの電磁バルブにパルス幅を
一定にした固定パルスを与えることによって、作業装置
の駆動停止をショック少なく行える形態を採っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、与えられるパルス幅が一定のものであるから、
そのパルス幅が小さいものであると目標位置に到達する
までに時間がかかり過ぎる傾向にあり、反対に、そのパ
ルス幅を大きなものにすると停止時に停止位置を越える
オーバーシュート現象や衝撃が発生するといったことを
避けることはできず、パルス幅を適当な状態のものに選
定するのが難しいものであった。

従って、このような状況を踏まえて、作業装置の現在位
置と目標位置との偏差に対応して、この偏差が大きい場
合にはパルス幅を大きく、偏差が小さくなればパルス幅
を小にする、パルス幅変調方式をとるものもあるが、こ
の場合においても、作業装置の重量変化、作動油温の変
化、配管抵抗の変化等積々の原因によって、パルスを与
えているにもかかわらず実際には作業装置が移動してい
ない、或いは急激に作動するといった問題を残していた
。

本発明の目的はパルス幅変調にかかる制御要素として作
動速度と位置偏差を選ぶ合理的な選定とフィードバック
ゲインを変更することによって、作業装置を目標姿勢・
目標位置に衝撃少なくかつ迅速に移動させることができ
、かつ、目標位置での停止作動を円滑に行えるものを提
供する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による特徴構成は電磁バルブに対するパルス作動
信号におけるデユティを、作業装置の目標作動速度と実
作動速度との速度偏差にフィードバックゲインを掛け合
わせたものを基にして、実作動速度が目標作動速度より
小なる程大きくなるように設定するとともに、目標位置
に対する現在位置の位置偏差が小さく、かつ、実作動速
度が目標作動速度より大なる、減速作動を必要とする場
合のみフィードバックゲインを大きくするようにしてあ
る点にあり、その作用効果は次の通りである。

〔作　用〕

作業装置の目標作動速度に対して、実作動速度が大きく
なる程デユティを減少させ、このデユティの減少による
バルブのＯＮ時間の減少によって実作動速度を抑えるよ
うに、かつ、実作動速度が小なる程デユティを増加させ
て実作動速度を増大させ、望ましい作動形態を想定して
設定された目標作動速度に沿った速度で作業装置を作動
させることができる。

つまり、作業装置の実際の作動速度をパルス幅変調の制
御要素として選定したものであるから、パルスを与える
ことによって、その結果として作業装置が移動している
かどうかを確実に捉えることができるとともに、パルス
幅変調調節を作業装置の実作動状Ｌｉ（例えば従来のよ
うに停止状態であるにもかかわらず目標位置との距離が
短い為に与えられるデユティが小さく作業装置が作動し
ないといった作業装置の作動状態とかけ離れたものでは
なく）を実際に検出し乍ら行うことができるので、より
正確に行うことができる。

〔発明の効果〕

その結果、作動油の油温変化等の変化があるにもかかわ
らず、作業装置を目標姿勢・目標位置に迅速かつ衝撃少
なく移動させることができる。

しかも、目標位置に近接する場合には、その時点での実
作動速度が減速状態であればフィードバックゲインを大
きく設定して、速度偏差が同じ場合であっても、フィー
ドバックゲインと速度偏差を掛け合わせたものを大きく
して、デユティに対する減少効果を大きくして、このデ
ユティの減少によって実作動速度に対する減速効果を大
にして目標位置近傍でのオーバーシュート現象等を抑制
するようにしてある。

したがって、速度偏差が小さくても減速効果を大にする
ことができ、停止精度等をより良好なものにできる。

〔実施例〕

第４図に示すように、走行機体（１）の−っであるトラ
クタの後端にロアーリンク（２）　、　（２）及びトッ
プリンク（３）の３９点リンクを介して作業装置（４）
の一つである耕耘ロータリーを昇降自在に連結するとと
もに、油圧シリンダ（５）で揺動駆動されるリフトアー
ム（６）　、　（６）とロアーリンク（，２）　、　（
２）とをリフトロッド（７）　、　（７）で連結して作
業装置（４）を対機体昇降駆動可能に構成してある。又
、前記リフトロッド（７）の一方を伸縮シリンダで兼用
して、作業装置（４）をローリング作動可能に構成し、
トラクタ（１）の機体傾斜にかかわらず地面に対して追
従可能に構成してある。

次に、作業装置（４）を対機体任意のレベルに保持する
ポジション制御について詳述する。第３図に示すように
、油圧シリンダ（５）と油圧ポンプ（８）との油圧回路
内に電磁バルブ（９）が介装され、この電磁バルブ（９
）は、下降側ソレノイドバルブ（１０）とこのソレノイ
ドバルブ（１０）によって０Ｎ−ＯＦＦ作動される下降
側メインバルブ（１１）と、上昇側ソレノイドバルブ（
１２）とこのソレノイドバルブ（１２）によって０Ｎ−
ＯＦＦ作動される上昇側メインバルブ（１３）と、下降
側への油の流れを阻止するチェックバルブ（１４）とか
らなる。

上記電磁バルブ（９）の作動形態を詳述すると、制御機
構（１５）からの上昇信号によって、上昇側ソレノイド
バルブ（１２）を閉作動させ、この上昇側ソレノイドバ
ルブ（１２）の閉作動によって上昇側メインバルブ（１
３）を閉作動させ、油圧ポンプ（８）からの圧油を前記
チェックバルブ（１４）を介して油圧シリンダ（５）に
送るようにしてある（この時、下降側メインパルプ（１
１）は閉じている）。引き続いて、制御機構（１５）か
らの下降信号によって、下降側ソレノイドバルブ（１０
）を開作動させ、この下降側ソレノイドバルブ（１０）
の開作動によって下降側メインパルプ（１１）を開作動
させ、油圧シリンダ（５）よりの作動油をタンク（１６
）に返送する。

上記した電磁バルブ（９）に対して作動側ｍ信号を発す
るマイコン内蔵の制御機構（１５）を設けるとともに、
この制御機構（１５）に前記リフトアーム（６）の回転
軸部に設けられたリフトアームセンサ（１７）からの耕
耘ロータリー（４）の対機体レベル信号と、ポジション
設定器（１８）からの設定信号とを入力するようにして
ある。

前記制御機構（１５）から電磁パルプ（９）への作動信
号は、第５図に示すように、パルス信号であり、ＯＮ状
態からＯＦＦ状態までの１周期（Ｔ）を短く　（例えば
０．０５秒以下）採って、前記メインバルブ（１１）　
、　（１３）をＯＮ状態からＯＦＦ状態へ移行する過渡
状態で使用するように電磁パルプ（９）に出力される。

第１図に示すように、前記ＯＮ状態の１周期（Ｔ）に対
する割合いをデユティ（Ｄ）と定義し、このデユティを
変化させるととによって、耕耘ロータリー（４）を迅速
かつ衝撃少なく目標高さに導く状態を説明する。前記デ
ユティ（Ｄ）は次式のように示され、 Ｄ　＝　ｎｏ　＋　　Ｋ−ＥＶ ＥＶ＝Ｖ、−Ｖ Ｄｏ：　　基本デユティ ｖｏ：　　目標作動速度 ■＝　実作動速度 に：　フィードバックゲイン 基本デユティ（Ｄ０）に耕耘ロータリー（４）の目標作
動速度（Ｖ０）と実作動速度（Ｖ）との偏差（ＨＶ）に
対応した値を加算することによって第２図（イ）〜（ハ
）に示すように、変更される。つまり、第２図（０）に
示すように、目標作動速度（Ｖ０）より大きい場合には
基本デユティ（Ｄ０）より小さくし、目標作動速度（Ｖ
０）より小さい場合には基本デユティ（Ｄ０）より大き
くなるようにしてある。尚、前記実作動速度（Ｖ）は前
記リフトアームセンサ（１７）での耕耘ロータリー（４
）の対機体レベル信号を適当周期（Ｔ）（例えば０．０
４秒）でサンプリングし、サンプリング時の位置情報（
Ｘｌ）と１周期前の位置情報（Ｘ＋ｔ−＋）とを周期（
Ｔ）で割ったものとする。

次に、デユティＣＤ）制御での制御要素として加速度（
Ａ）を組入れたものを説明すると、適当周期（Ｔ）でサ
ンプリングされた位置情報（Ｘ、ｌ）を基に算出された
実作動速度（Ｖ）を更に基準にして、サンプリング時の
実作動速度（Ｖｆｉ）と１周期（Ｔ）前の作動速度（ｖ
ｎ−＋）との偏差を周期（Ｔ）で割って加速度（Ａ）を
算出し、この加速度（Ａ）がＡ＞Ｑの場合のみ、デユテ
ィ（Ｄ）を次に示すように減少させるようにしてある。

Ｄ　＝　Ｄｏ　＋　　ＫＥＶ　　　ＫａＡｖ７：　　サ
ンプリング時実作動速度 Ｖ、−１：　　１周期前の実作動速度 ＫＡ：　　加速度に対するフィードバックゲイン従って
、加速度（Ａ）の状態に応じて Ｄ＝　　Ｄ（１＋　　　ＫＥＶ　　−ＫＡＡ　　（Ａ＞
０）Ｄ＝　Ｄ、　＋　　ＷＨＶ　　　　　（Ａｓ２）に
使い分けるように設定してある。

更に、デユティ制御での制御要素として位置偏差（ＥＸ
）を組入れたものを説明すると、目標位置（ＸＡ）に対
する現在位置（Ｘｎ）の偏差（ＥＸ）を求め、この位置
偏差（ＥＸ）が前記不感帯（ΔＸ）に近接した状態を示
せば、実作動速度（Ｖ）が目標作動速度（Ｖ０）より大
きい減速状態を必要とするときのみ、次式で示すように
、速度偏差（ＥＶ）に対するフィードバックゲイン（Ｋ
）を大きくするようにしてある。つまり、 Ｋ＝　Ｋｏ　＋　　Ｋ’（Ｖ−ＶＯ）　　（Ｖ＞ＶＯ）
Ｋｏ：最低ゲイン に゛：補助ゲイン として、同一の速度偏差ｇｖ＝ｖ、−ｖであればゲイン
（Ｋ）を大きくして、デユティ（Ｄ）をより減少させ北
ことによって、実作動速度（Ｖ）に大幅な減速効果を持
たせることができる。

上記のようなデユティ（Ｄ）制御を行うものにあっては
、第６図に示すように、電磁バルブ（９）に連［ＯＮ信
号を与えた状態からデユティ（Ｄ）制御に移行するに際
してＯＦＦ信号から始まるように設定し、耕耘ロータリ
ー（４）のオーバーシュート現象を抑制するようにして
ある。

以上の構成のものを第７図に示すフローシートで説明す
ると、位置情報（Ｘ、）をサンプリングするタイマをセ
ットし、そのタイマがサンプリング周期（Ｔ、）をカウ
ントする毎に位置情報（Ｘ、、）を得て目標位置（ＸＡ
）との位置偏差（ＥＸ）を計算しくステップ■）、この
偏差（ＩＩ！Ｘ）の目標位置での不感帯域（ΔＸ）との
大小関係を判断して耕耘ロータリー（４）が上昇状態か
下降状態か、又は、不感帯（ΔＸ）？ｉｉ域内にあるか
を判読する（ステップ■）。そして、耕耘ロータリー（
４）が不感帯を外れた位置にある場合（状態フラグ５Ｆ
−２ｏｒ　Ｏ）には、現位置の判断を電磁バルブ（９）
でのＯＮ時間とＯＦＦ時間とからなる１周期（Ｔ２）に
相当する時間が経過するまで行うようにしてある。つま
り、位置情報（ｘ７）のサンプリング周期（Ｔ１）のＭ
倍の周期（Ｔ２）を持ったバルブ駆動周期に対応したサ
ンプリング回数になるまで行うものである。又、不惑帯
（ΔＸ）内に位置した場合（状態フラグＳＦ　＝　１）
には、バルブ（９）のＯＦＦ時間を１周期（Ｔ２）全域
に亘るようにＯＦＦタイムメモリ内に周期（Ｔ２）を入
力するようにして、電磁バルブ（９）を作動停止する（
ステップ■）。

次に、バルブ（９）駆動の１周期（Ｔ２）が経過すると
デユティ（Ｄ）の再設定を行うが、前記ＯＦＦタイムメ
モリ内の内容に前回計算したＯＦＦ時間を入力する（ス
テップ■）とともに、位置情報Ｃｘ、、ｘ、、）を基に
現作動速度（Ｖ）を算出し、目標速度（Ｖ０）との偏差
（ＥＶ）を求め、かつ、速度（ｖ７）と１周期（Ｔ２）
前の速度（ＶＲ−＋）　ト（７）速度偏差を周期（Ｔ２
）で割って加速度（Ａ）を算出する（ステップ■）。そ
して、位置偏差（ｌ　ＥＸ　ｌ　）が不感帯（ΔＸ）ニ
近接した状態（ｎΔに＞ＩＥＸＩ＞ΔＸ）で、かつ速度
偏差（ＥＶ）が負のとき（つまり、現作動速度が目標速
度より小であるときは速度偏差に対するゲイン（Ｋ）を
次式 ％式％） による計算で大きくするようにしてある（ステップ■）
。

ここで、再度耕耘ロータリー（４）が上昇状態（ＳＦ＝
２）か下降状態（ＳＦ＝Ｏ）又は不感帯域（ΔＸ）にあ
るかを判断して基本デユティ（Ｄ０）をｎｏｏかり。Ｕ
又は０かを選定し、前記速度偏差（ＥＶ）、及び、加速
度（八）を基にデユティ（Ｄ）を算出する（ステップ■
）。前記デユティ（Ｄ）の値に１００を掛けたものを基
にデユティ（Ｄ）がＯより小であれば（Ｄ）をＯと見な
し、１００より大きければ１００と見なし、０≦Ｄ≦１
００の場合には計算値を使用して、パルプ（９）のオフ
タイムを算出する（ステップ■）。

以上のようなメインルーティン（八）に対して割込み指
令によってパルプ（９）の作動状態を決定するルーティ
ン（Ｂ）があり、この割込みルーティン（Ｂ）はメイン
ルーティン（Ａ）に対してある決められた時間（例えば
１　ｍｓ）ごとに割込み実行されるもので、前記メイン
ルーティン（Ａ）のタイマ■とは別のタイマ■によって
制御される。メインルーティン（Ａ）で算出されたオフ
時間（ＯＦＦＴ）を基に、タイマ■での経過時間（＋２
）が０ＦＦＴより短い場合にはパルプ（９）のＯＦＦ状
態を維持し、その経過時間（＋２）が０ＦＦＴより長く
なると上昇状態（ＳＦ＝２）の場合に電磁パルプ（９）
のＵＰバルブをＯＮさせ、下降状態（ＳＦ＝Ｏ）の場合
にはＤｏｗｎパルプをＯＮさせ、更に、不感帯（ΔＸ）
域にある場合にはパルプをＯＦＦさせるように切換えら
れ、パルプは常にＯＦＦ状態から作動されるように、か
つ、１ｍｓ毎に作動状態を決定されるようになっている
。

〔別実施例〕

■　前記したような作業装置（４）のデユティ制御形態
はポジション制御（昇降制御）だけでなく、ローリング
制御にも用いてもよく、油圧シリンダ（５）を電磁パル
プ（９）で制御する形態をとるものであれば作動速度を
制御媒体としたデユティ制御形態を採用可能である。

◎　又、作業装置（４）を設定深さに維持する自動耕深
制御にデユティ制御形態を採用してもよく、この場合に
はカバーセンサ（１９）の検出値を耕深設定器（図外）
での設定値になるまで作業装置（４）を昇隣作動させる
に油圧シリンダ（９）をデユティ制御するようにしてあ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る作業機の作業装置用駆動制御機構の
実施例を示し、第１図（４）　、　（＋１）は速度偏差
によるデユティの変更を示すグラフであって、（イ）は
速度、（１ｍ）はデユティを示す、第２図Ｃイ）　、　
（Ｅｌ）　、　（ハ）は目標速度に対する実速度の速度
偏差によるデユティの違いを示しｊこグラフ、第３図は
作業装置の駆動系を示す構成、第４図は走行機体と作業
装置を示す側面図、第５図は駆動パルスを示すグラフ、
第６図は連続駆動制御からデユティ制御に移行する場合
のパルスの立上り特性を示すグラフ、第７図はフローチ
ャート図である。 （１）・・・・・・走行機体、（４）・・・・・・作業
装置、（５）・・・・・・油圧シリンダ、（９）・・・
・・・電磁パルプ、（Ｄ）・・・・・・デユティ、（ｖ
０）・・・・・・目標作動速度、（Ｖ）・・・・・・実
作動速度、（ＥＶ）・・・・・・速度偏差、（Ｋ）・・
・・・・フィードバックゲイン、（ＸＡ）・・・・・・
目標位置、（ｘ７）・・・・・・現在位置、（ＥＸ）・
・・・・・位置偏差。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　走行機体（１）に姿勢又は位置を変更自在に連結した
   作業装置（４）を、電磁バルブ（９）で作動制御される
   油圧シリンダ（５）によって目標姿勢又は位置に向けて
   移動させるよう構成してある作業機の作業装置用駆動制
   御機構であって、電磁バルブ（９）に対するパルス作動
   信号におけるデュティ（Ｄ）を、作業装置（４）の目標
   作動速度（Ｖ＿０）と実作動速度（Ｖ）との速度偏差（
   ＥＶ）にフィードバックゲイン（Ｋ）を掛け合わせたも
   のを基にして、実作動速度（Ｖ）が目標作動速度（Ｖ＿
   ０）より小なる程大きくなるように設定するとともに、
   目標位置（ＸＡ）に対する現在位置（Ｘ＿ｎ）の位置偏
   差（ＥＸ）が小さく、かつ、実作動速度（Ｖ）が目標作
   動速度（Ｖ＿０）より大なる、減速作動を必要とする場
   合のみフィードバックゲイン（Ｋ）を大きくするように
   してある作業機の作業装置用駆動制御機構。