JP2017195856A - 作業機の昇降制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機の昇降制御装置の昇降時の応答性を向上させる。【解決手段】昇降制御装置１００は、油圧シリンダ２の伸縮位置を取得する位置取得部４０と、作業者の操作入力に応じて油圧シリンダ２の目標位置Ｔを設定する目標設定部４１と、ソレノイドバルブへの通電量を制御する制御部と、作業者の操作入力が、ソレノイドバルブを全開にする開放制御を実行する開放指令であるか、または、操作入力量に応じてソレノイドバルブ（第１バルブ２０，第２バルブ２５）を駆動して油圧シリンダ２の伸縮位置を制御する位置制御を実行する位置制御指令であるか、を判定する入力判定部４２と、を備え、入力判定部４２によって操作入力が開放指令であると判定された場合には、制御部による非積分型制御によって開放制御が実行される。【選択図】図２

Description

本発明は、作業機の昇降制御装置に関するものである。

特許文献１には、作業装置を駆動する油圧アクチュエータに対する作動油の供給量を調整する電磁比例制御弁の動作電流値を制御する制御装置が開示されている。この制御装置では、油圧アクチュエータに対する目標作動量を設定する設定器からの設定信号と、油圧アクチュエータの作動位置を検出する動作位置検出センサからの検出信号とが入力され、設定器からの目標作動量に基づいて作動油量を設定し、作動油量から油量―電流特性に基づいて電磁比例制御弁の動作電流値を算出する。

特開２００２−２２３６０５号公報

作業機の昇降制御装置として、作業機を昇降する流体圧アクチュエータの目標位置と実位置との位置偏差に基づく位置フィードバック制御によってソレノイドバルブへの通電量を制御して、流体圧アクチュエータの伸縮位置を制御するものがある。

具体的には、昇降制御装置では、作業者の操作入力量に応じた目標位置と流体圧アクチュエータの実位置とが一致するようにソレノイドバルブへの通電量を制御する位置制御と、ソレノイドバルブの開度を予め定められる設定開度にして作業機の自重により流体圧アクチュエータを収縮させる開放制御と、が作業者の操作入力に応じて実行される。位置制御では、設定開度以下の範囲でソレノイドバルブの開度が制御される。開放制御では、流体圧アクチュエータの実位置がどこであっても確実に位置偏差を負の値にしてソレノイドバルブが設定開度となるように、流体圧アクチュエータの最収縮位置よりも収縮方向の位置を目標位置に設定する。これにより、ソレノイドバルブを設定開度とする電流値でソレノイドバルブに通電して、作業機の自重により流体圧アクチュエータを収縮させる。このような位置フィードバック制御は、定常偏差を小さくして制御精度を向上させるために、比例積分制御（ＰＩ制御）によって行われる。

しかしながら、作業機が搭載される作業車両では、開放制御によって自重により流体圧アクチュエータをストローク端まで移動させた状態を維持したまま走行し、作業を行うことがある。開放制御によって流体圧アクチュエータの伸縮位置がストローク端で維持された状態が継続されると、昇降制御装置には負の位置偏差が与えられ続けるため、位置フィードバック制御における比例積分制御によって負の積分値が蓄積される。

よって、開放制御が継続された状態から位置制御に切り換えられ作業者の操作入力に応じた目標位置が与えられても、蓄積された負の積分値がなくなるような正の積分値が蓄積するまでは、ソレノイドバルブへ通電されず流体圧アクチュエータは伸長しない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、作業機の昇降制御装置において上昇作動時の応答性を向上させることを目的とする。

第１の発明は、作業車両に搭載される作業機を昇降する流体圧アクチュエータと流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流れを制御するソレノイドバルブとを備える昇降装置の動作を制御する作業機の昇降制御装置であって、流体圧アクチュエータの伸縮位置を取得する位置取得部と、作業者の操作入力に応じて流体圧アクチュエータの目標位置を設定する目標設定部と、ソレノイドバルブへの通電量を制御する制御部と、操作入力が、流体圧アクチュエータの伸縮位置に関わらずソレノイドバルブの開度を予め定められた設定開度にする開放制御を実行する開放指令であるか、または、操作入力量に応じてソレノイドバルブの開度を設定開度よりも小さい開度にして流体圧アクチュエータの伸縮位置を制御する位置制御を実行する位置制御指令であるか、を判定する入力判定部と、を備え、制御部は、目標設定部によって設定される目標位置と位置取得部によって取得される実位置との位置偏差に基づく比例積分制御と、位置偏差の積分を実行しない非積分型制御と、を実行可能に構成され、入力判定部によって操作入力が位置制御指令であると判定された場合には、目標設定部によって最伸長位置と最収縮位置との間のストローク領域の間の位置が操作入力量に応じて目標位置に設定されると共に、制御部による比例積分制御によって位置制御が実行され、入力判定部によって操作入力が開放指令であると判定された場合には、目標設定部によってストローク領域から最収縮位置を超えた位置が目標位置に設定されると共に、制御部による非積分型制御によって開放制御が実行されることを特徴とする。

第２の発明は、非積分型制御は、位置偏差に基づく比例制御または目標位置に基づくオープンループ制御であることを特徴とする。

第３の発明は、制御部は、比例積分制御によって蓄積される積分値を初期化するリセット部を有することを特徴とする。

第１から第３の発明では、開放制御は、位置偏差を積分しない制御により実行されるため、開放制御された状態が継続しても負の積分値が蓄積することがない。

本発明によれば、作業機の昇降制御装置における上昇作動時の応答性が向上する。

本発明の実施形態に係る作業機の昇降制御装置を備える昇降装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る作業機の昇降制御装置を備える作業車両に搭載されたメインボリュームを示す概略図である。 本発明の実施形態に係る作業機の昇降制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る作業機の昇降制御装置における制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る作業機の昇降制御装置における操作入力と目標位置との関係を示すグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る作業機の昇降制御装置１００について説明する。

まず、図１を参照して、作業機の昇降制御装置１００（以下、単に「制御装置１００」と称する。）及びこれを備える作業機の昇降装置１０の全体構成について説明する。

昇降装置１０は、例えば、作業車両としてのトラクタに搭載され、トラクタの後部に設けられる作業機を昇降する。作業機は、例えば、農地を耕す耕耘装置（図示省略）がヒッチ装置（図示省略）を介してリンク機構に着脱可能に取り付けられるものである。

作業車両には、後述する位置制御と開放制御とを切り換えるメインボリューム１０１（図２参照）が設けられる。メインボリューム１０１には、「１」から「１０」の操作目盛があり、操作位置に応じて操作入力が制御装置１００に入力される。

昇降装置１０は、作動流体としての作動油の給排によって伸縮作動して作業機のリンク機構（負荷１）を鉛直上下方向に駆動する流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダ２と、油圧シリンダ２に作動油を供給するポンプ８と、油圧シリンダ２から排出される作動油が導かれるタンク９と、油圧シリンダに給排される作動油の流れを制御するソレノイドバルブとしての第１バルブ２０及び第２バルブ２５と、油圧シリンダ２の伸縮位置を検知する検知部としてのストロークセンサ３０と、第１バルブ２０及び第２バルブ２５への通電量を制御することにより油圧シリンダ２の伸縮作動を制御する制御装置１００と、を備える。

油圧シリンダ２は、円筒状のシリンダチューブ３と、シリンダチューブ３内に挿入されるピストンロッド４と、ピストンロッド４の端部に設けられシリンダチューブ３の内周面に沿って摺動するピストン５と、を有する。

シリンダチューブ３の内部は、ピストン５によって、ロッド側室６とボトム側室７とに仕切られる。油圧シリンダ２は、ロッド側室６が大気開放され、ボトム側室７には作動油が充填される単動型の油圧シリンダ２である。油圧シリンダ２は、ボトム側室７に供給される作動油の圧力によって伸長作動する。ボトム側室７の作動油圧が低下すると、作業機の自重によってピストンロッド４及びピストン５が下方へと移動し、油圧シリンダ２が収縮作動する。

なお、油圧シリンダ２は、ボトム側室７に作動油が充填される単動型に限らず、その他の形式でもよい。例えば、油圧シリンダ２は、ロッド側室６及びボトム側室７の両方に作動油が給排される複動型のものでもよい。また、油圧シリンダ２は、ロッド側室６に作動油が給排され、ボトム側室７が大気開放される単動型のものでもよい。また、油圧シリンダ２は、ピストン５を備えないラム式のものでもよい。

第１バルブ２０及び第２バルブ２５は、それぞれソレノイド２１，２６への通電によって生じる電磁力とスプリング２２，２７のばね力とが釣り合う位置にスプール（図示省略）が移動して、スプールの位置に応じた開口面積で開弁する比例ソレノイドバルブである。第１バルブ２０及び第２バルブ２５は、ソレノイド２１，２６への通電量に応じて開口面積が変化することにより、通過する作動油の流量を制御する。

第１バルブ２０は、油圧シリンダ２から排出される作動油の流れを制御する。第１バルブ２０には、タンク９に接続されるタンク通路１３と、油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する排出通路１４と、が接続される。

第１バルブ２０は、タンク通路１３から排出通路１４への作動油の流れのみを許容するチェックポジション２０Ａから、排出通路１４からタンク通路１３への作動油の流れを許容する連通ポジション２０Ｂへと、ソレノイド２１への通電量に応じて連続的に切り換わる。第１バルブ２０は、ソレノイド２１への通電量がゼロ又は第１バルブ２０の開弁通電量以下である場合には、スプリング２２のばね力によってチェックポジション２０Ａとなる。つまり、第１バルブ２０は、ソレノイド２１への通電量を増加させることにより、排出通路１４とタンク通路１３とが連通する開口面積、言い換えれば排出通路１４からタンク通路１３への導かれる作動油の流路面積が増加して、排出通路１４からタンク通路１３へと導かれる作動油の流量を制御する。

第２バルブ２５は、ポンプ８から油圧シリンダ２に供給される作動油の流れを制御する。第２バルブ２５には、ポンプ８に接続されてポンプ８から吐出される作動油が導かれる吐出通路１１と、油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する供給通路１２と、が接続される。

第２バルブ２５は、吐出通路１１と供給通路１２との連通を遮断する閉ポジション２５Ａから、吐出通路１１と供給通路１２とを連通する開ポジション２５Ｂへと、ソレノイド２６への通電量に応じて連続的に切り換わる。第２バルブ２５は、ソレノイド２６への通電量がゼロ又は開弁通電量以下である場合には、スプリング２７のばね力によって閉ポジション２５Ａとなる。第２バルブ２５は、ソレノイド２６への通電量が増加することにより供給通路１２に対する吐出通路１１の開口面積（流路面積）が増加して、吐出通路１１から供給通路１２へと導かれる作動油の流量を制御する。

供給通路１２には、ポンプ８から油圧シリンダ２のボトム側室７への作動油の流れのみを許容するチェック弁１６が設けられる。

供給通路１２と排出通路１４とは、両者が合流する共通通路１５を介して油圧シリンダ２のボトム側室７に連通する。これに代えて、供給通路１２と排出通路１４とは、互いに独立して油圧シリンダ２のボトム側室７に連通してもよい。

制御装置１００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。

メインボリューム１０１（図２参照）を通じて油圧シリンダ２を収縮作動させる操作入力があると、制御装置１００は、第１バルブ２０のソレノイド２１へ電流を供給して第１バルブ２０の作動を制御する一方、第２バルブ２５のソレノイド２６への電流の供給を遮断する。これにより、第１バルブ２０は、チェックポジション２０Ａから通電量に応じた開度で開弁し、排出通路１４とタンク通路１３と連通する。第２バルブ２５は、閉ポジション２５Ａとなり、作動油の通過を遮断する。また、供給通路１２には、チェック弁１６が設けられるため、ボトム側室７の作動油が供給通路１２を通じて排出されることはない。よって、ボトム側室７の作動油は、第１バルブ２０の開口面積に応じた流量に制御されてタンク９へ排出される。これにより、負荷１の自重によってボトム側室７から作動油が排出され、油圧シリンダ２は収縮作動して負荷１を下降させる。

メインボリューム１０１を通じて油圧シリンダ２を伸長作動させる操作入力があると、制御装置１００は、第２バルブ２５のソレノイド２６へ電流を供給して第２バルブ２５の作動を制御する一方、第１バルブ２０のソレノイド２１への電流の供給を遮断する。これにより、第１バルブ２０は、チェックポジション２０Ａとなり、排出通路１４からタンク通路１３への作動油の流れを遮断する。また、第２バルブ２５は、閉ポジション２５Ａから通電量に応じた開度で開弁し、吐出通路１１と供給通路１２とを連通する。よって、ポンプ８から吐出される作動油は、第２バルブ２５の開口面積に応じた流量に制御され、ボトム側室７に導かれる。これにより、油圧シリンダ２は、ボトム側室７に供給される作動油によって伸長作動して負荷１を上昇させる。

以下、図３及び図４を参照して、制御装置１００の具体的構成について説明する。

制御装置１００は、図３に示すように、ストロークセンサ３０によって検知される油圧シリンダ２の伸縮位置（実位置）を取得する位置取得部４０と、作業者の操作入力に応じて油圧シリンダの目標位置Ｔを設定する目標設定部４１と、第１バルブ２０への通電量を制御する制御部としての縮側制御部５０と、第２バルブ２５への通電量を制御する伸側制御部６０と、作業者による操作入力の種別を判定する入力判定部４２と、位置取得部４０が取得した油圧シリンダ２の実位置と目標設定部４１が設定した目標位置Ｔとの位置偏差を算出する偏差算出部４３と、位置偏差に基づいて、作業者による油圧シリンダ２を伸長させるか収縮させるかを判定する伸縮判定部４４と、縮側制御部５０から出力される指令電流値と予め決められるオフセット電流値とに応じた通電量で第１バルブ２０のソレノイド２１に電流を供給する縮側電流供給部４５と、伸側制御部６０から出力される指令電流値と予め決められるオフセット電流値とに応じた通電量で第２バルブ２５のソレノイド２６に電流を供給する伸側電流供給部４６と、を有する。

制御装置１００では、縮側制御部５０と伸側制御部６０とは、互いに同様の構成を有する。また、縮側電流供給部４５と伸側電流供給部４６とは、互いに同様の構成を有する。よって、以下では、第１バルブ２０を制御するための縮側制御部５０と縮側電流供給部４５に関する構成を例に説明し、伸側制御部６０と伸側電流供給部４６に関する構成についての説明は適宜省略する。なお、図４における括弧内の符号は、縮側制御部５０の各構成に対応する伸側制御部６０の構成を示す。

入力判定部４２は、作業者によるメインボリューム１０１の操作入力が、油圧シリンダ２の実位置に関わらず第１バルブ２０を予め定められる設定開度にして作業機の自重により油圧シリンダ２を収縮させる開放制御を実行する開放指令であるか、または、メインボリューム１０１の操作入力量に応じて第１バルブ２０の開度を設定開度よりも小さい開度にして油圧シリンダ２の伸縮位置を制御する位置制御を実行する位置制御指令であるか、を判定する。位置制御では、設定開度以下の範囲で第１バルブ２０の開度が制御される。つまり、設定開度は、制御装置１００によって制御される最大開度に相当する。本実施形態では、設定開度は、全開（１００％）に設定される。これに限らず、設定開度は、任意に設定することができる。

メインボリューム１０１のダイヤルが「１」以上かつ「２」未満に操作されると、入力判定部４２には、開放指令が入力される。メインボリューム１０１のダイヤルが「２」以上かつ「１０」以下に操作されると、入力判定部４２には、位置制御指令が入力される。位置制御指令には、ダイヤルが「２」から「１０」までの間のどの位置に操作されたかの操作入力量の情報が含まれる。入力判定部４２の判定結果は、目標設定部４１と縮側制御部５０及び伸側制御部６０とにそれぞれ入力される。

目標設定部４１は、入力判定部４２によって操作入力が開放指令であると判定された場合には、目標位置Ｔを任意の負の値に設定する。また、目標設定部４１は、入力判定部４２によって操作入力が位置制御指令であると判定された場合には、目標位置Ｔを操作入力量に応じた正の値に設定する。目標位置Ｔの設定については、後に詳しく説明する。

偏差算出部４３は、位置取得部４０が取得した油圧シリンダ２の実位置、より具体的にはピストン５の実位置と、作業者による操作入力に基づいて目標設定部４１が設定した油圧シリンダ２のピストン５の目標位置Ｔと、から両者の差分である位置偏差を算出する。偏差算出部４３が算出する位置偏差には、大きさ（絶対値）の情報に加え、目標位置Ｔと実位置との大小関係を表すものとして符号の正負も含まれる。

伸縮判定部４４は、位置偏差の符号の正負、言い換えれば目標位置Ｔと実位置との大小関係を判定することにより、油圧シリンダ２を収縮させるか伸長させるかを判定する。つまり、伸縮判定部４４によって、第１バルブ２０及び第２バルブ２５のいずれを作動させるかが判定される。

縮側制御部５０は、入力判定部４２によって操作入力が位置制御指令であると判定された場合に、第１バルブ２０の開度を所定開度（＜全開）にして油圧シリンダ２の伸縮位置を制御する位置制御と、入力判定部４２によって操作入力が開放指令であると判定された場合に、油圧シリンダ２の実位置に関わらず第１バルブ２０の開度を全開にする開放制御が実行可能に構成される。

縮側制御部５０は、図４に示すように、位置偏差に基づいて、第１バルブ２０へ供給する指令電流値を出力する比例ゲイン出力部５１と、位置偏差に基づいて、第１バルブ２０へ供給する指令電流値を出力する積分ゲイン出力部５２と、積分ゲイン出力部５２が出力する指令電流値を加算して蓄積し、蓄積した値を出力する積分器５３と、入力判定部４２の判定結果に応じて積分器５３に蓄積される値を初期化するリセット部５４と、を有する。

比例ゲイン出力部５１は、偏差算出部４３により算出された位置偏差に比例ゲインＫｐを乗算し指令電流値として出力する。

積分ゲイン出力部５２は、偏差算出部４３により算出された位置偏差に積分ゲインＫｉを乗算し、指令電流値として積分器５３へ出力する。

積分器５３は、積分ゲイン出力部５２から出力される指令電流値を加算して蓄積し、蓄積量に応じた指令電流値を出力する。

リセット部５４は、入力判定部４２の判定結果に応じて積分器５３が蓄積した値を初期値であるゼロに戻す初期化信号を積分器５３に導くか否かを切り換える。リセット部５４は、入力判定部４２から入力される判定結果が開放指令である場合には、蓄積された値をゼロに戻す（初期化する）初期化信号を積分器５３に入力する。リセット部５４は、開放指令が入力され続ける限り、初期化信号を積分器５３に入力する。よって、メインボリューム１０１のダイヤルが「１」に操作されて開放指令が出力され続ける限りは、積分器５３には指令電流値が蓄積されず、積分器５３からの指令電流値はゼロになる。言い換えれば、開放指令が出力され続ける限りは、積分器５３からは見掛け上指令電流値が出力されず、制御部は、非積分型制御として比例ゲインＫｐのみによる比例制御（Ｐ制御）を実行することになる。

反対に、入力判定部４２の判定結果が位置制御指令である場合には、リセット部５４は、初期化信号を出力しない。この場合には、縮側制御部５０は、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとによって出力する指令電流値を制御する比例積分制御（ＰＩ制御）を実行する。このようにして、リセット部５４は、縮側制御部５０が非積分型制御である比例制御を実行するか、比例積分制御を実行するかを切り換える。

縮側電流供給部４５は、縮側制御部５０から出力される指令電流値にオフセット電流値を加算した通電量で第１バルブ２０のソレノイド２１に電流を供給する。これにより、第１バルブ２０が通電量に応じて作動して、通過する作動油の流量が制御される。

オフセット電流値は、位置偏差によらず供給される電流値である。オフセット電流値に基づくオフセット電流により、第１バルブ２０が開き始めるまでに必要な電流値（不感帯）の影響が低減される。よって、位置偏差による制御によって第１バルブ２０を速やかに開弁させることができ、第１バルブ２０の応答性が向上する。

次に、制御装置１００による開放制御及び位置制御について説明する。

まず、図５を参照して、目標設定部４１が設定する目標位置Ｔと作業者による操作入力との関係について説明する。図５のグラフ図において、横軸は、作業者によるメインボリューム１０１の操作入力であり、縦軸は、油圧シリンダ２の目標位置Ｔである。目標位置Ｔは、油圧シリンダ２の伸長方向を正とする。

メインボリューム１０１が最大目盛の「１０」に操作されたときは、目標位置Ｔは、図５に示すように、油圧シリンダ２が伸長ストローク端まで移動した際の位置である最伸長位置Ｔｍａｘに設定される。

メインボリューム１０１が位置制御における最小目盛の「２」に操作された時は、目標位置Ｔは、油圧シリンダ２が収縮ストローク端まで移動した際の位置である最収縮位置として、「０」に設定される。メインボリューム１０１の操作量が「２」から「１０」の間では、目標位置Ｔは、最収縮位置である「０」と最伸長位置Ｔｍａｘとの間で比例的に設定される。このように、位置制御が実行される「２」から「１０」の範囲内では、油圧シリンダ２の最収縮位置と最伸長位置との間であるストローク領域内の位置が目標位置Ｔに設定される。

メインボリューム１０１が開放指令を出力する「１」から「２」の間（つまり「２」未満）の位置に操作された時には、目標位置Ｔは、油圧シリンダ２の実位置がいずれの場合であっても第１バルブ２０の開度が全開になるような負の値Ｔ０（＜０）に設定される。つまり、開放制御が実行される「２」未満の位置にメインボリューム１０１が操作されるときには、数値上において油圧シリンダ２の最収縮位置よりも収縮方向へ向かう位置、言い換えれば、ストローク領域から最収縮位置を超えたストローク領域の範囲外の位置が目標位置Ｔ（＝Ｔ０）に設定される。位置Ｔ０は、油圧シリンダ２の実位置がストローク領域内のいずれの位置であっても、第１バルブ２０を全開にする電流値で通電するような位置偏差を生じるように、任意に調整される。これにより、目標位置Ｔが位置Ｔ０に設定されると、実位置に関わらず、位置偏差は必ず負の値となり、第１バルブ２０が全開となるような通電量が供給される。

次に、位置制御について説明する。

作業者によってメインボリューム１０１が「２」から「１０」の間のいずれかの位置に操作されると、入力判定部４２によって操作入力が位置制御指令であると判定される。目標設定部４１は、位置制御指令の操作位置（操作量）と図５に示すグラフ図に基づき、操作位置に応じた目標位置Ｔを設定する。このように設定された目標位置Ｔは、図３に示すように、偏差算出部４３に入力される。

偏差算出部４３は、入力される目標位置Ｔから位置取得部４０が取得した実位置を減算して、位置偏差を算出する。算出された位置偏差は、縮側制御部５０、伸側制御部６０、及び伸縮判定部４４にそれぞれ入力される。

伸縮判定部４４に位置偏差が入力されると、伸縮判定部４４は、位置偏差の符号が正であるか負であるかを判定する。伸縮判定部４４は、目標位置Ｔが実位置よりも大きく、入力された位置偏差の符号が正である場合には、油圧シリンダ２を伸長させると判定する。この場合には、伸縮判定部４４は、伸側電流供給部４６に対して第２バルブ２５へ通電するように通電指令を出力し、縮側電流供給部４５には第１バルブ２０への通電を遮断する遮断指令を出力する。

伸縮判定部４４は、目標位置Ｔが実位置よりも小さく、位置偏差の符号が負である場合には、油圧シリンダ２を収縮させると判定する。この場合には、伸縮判定部４４は、縮側電流供給部４５に対して第１バルブ２０へ通電するように通電指令を出力し、伸側電流供給部４６に対して第２バルブ２５への通電を遮断させる遮断指令を出力する。

以下では、第１バルブ２０の作動を制御して、油圧シリンダ２を収縮させる場合、言い換えれば位置偏差の符号が負であって縮側制御部５０に位置偏差が入力される場合を例に説明し、第２バルブ２５の作動を制御して油圧シリンダ２を伸長させる場合は説明を適宜省略する。

縮側制御部５０及び伸側制御部６０に入力される位置偏差は、図４に示すように、比例ゲイン出力部５１及び積分ゲイン出力部５２に入力される。比例ゲイン出力部５１は、位置偏差の大きさ（絶対値）に予め定められる比例ゲインＫｐを乗算し、乗算して得られる値を指令電流値として出力する。また、積分ゲイン出力部５２は、位置偏差の大きさに積分ゲインＫｉを乗算し、乗算して得られる値を指令電流値として出力する。比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉは、入力される位置偏差と出力する指令電流値との関係が第１バルブ２０に所望の動作を実現させるものとなるように、予め適切に調整される。

積分ゲイン出力部５２から出力された指令電流値は、積分器５３に入力される。ここで、位置制御においては、リセット部５４からの初期化指令は、積分器５３に入力されない。よって、積分器５３は、制御ステップごとに入力される指令電流値の値を加算し続け、蓄積された指令電流値に応じた指令電流値を出力する。

縮側制御部５０及び伸側制御部６０は、比例ゲイン出力部５１と積分器５３とから出力される指令電流値を加算して出力し、図３に示すように、これらの出力値にオフセット電流値を加算した値が縮側電流供給部４５及び伸側電流供給部４６にそれぞれ入力される。

縮側電流供給部４５は、伸縮判定部４４から入力される通電指令に応じて、第１バルブ２０に対して、縮側制御部５０からの指令電流値（比例ゲイン出力部５１と積分器５３とから出力される指令電流値の和）とオフセット電流値とを加算した値の通電量で電流を供給する。

伸側電流供給部４６は、伸側制御部６０から指令電流値が入力されるものの、伸縮判定部４４から遮断指令が入力されているため、第２バルブ２５への電流の供給を遮断する。

このように、位置制御では、位置偏差に基づく比例積分制御によって第１バルブ２０への通電量が制御される。

次に、開放制御について説明する。

作業者によってメインボリューム１０１が「１」から「２」の間の位置に操作されると、入力判定部４２によって操作入力が開放指令であると判定される。目標設定部４１は、入力判定部４２の判定結果に基づき、図５に示すように、最収縮位置（＝０）よりも収縮方向の位置となる位置Ｔ０（＜０）を目標位置Ｔに設定する。このように設定された目標位置Ｔは、偏差算出部４３に入力される。また、入力判定部４２の判定結果は、リセット部５４に入力される。

偏差算出部４３は、位置制御と同様に、目標位置Ｔから実位置を減算して、位置偏差を算出する。開放制御では、目標位置Ｔが負の値である位置Ｔ０に設定されるため、位置偏差は、実位置に関わらず必ず負の値となる。算出された位置偏差は、伸縮判定部４４に入力される。

伸縮判定部４４には、負の値である位置偏差が入力されるため、縮側電流供給部４５に対して第１バルブ２０へ通電するように通電指令を出力すると共に、伸側電流供給部４６に対して第２バルブ２５への通電を遮断する遮断指令を出力する。

ここで、メインボリューム１０１が「２」から「１０」の間のいずれかの位置に操作され、油圧シリンダ２を伸長させるように第２バルブ２５の通電量を位置制御している最中にメインボリューム１０１が「２」未満の位置に切り換えられた場合には、第２バルブ２５への指令を通電指令から遮断指令に切り換えると共に第１バルブ２０への指令を遮断指令から通電指令に切り換える。このように、メインボリューム１０１が「２」未満の位置に切り換えられると、制御対象であるソレノイドバルブも第２バルブ２５から第１バルブ２０へと切り換えられる。

縮側制御部５０に入力される位置偏差は、図４に示すように、位置制御と同様、比例ゲイン出力部５１及び積分ゲイン出力部５２に入力されて、比例ゲイン出力部５１及び積分ゲイン出力部５２のそれぞれから指令電流値が出力される。

積分ゲイン出力部５２から出力された指令電流値は、積分器５３に入力される。ここで、開放制御においては、リセット部５４からの初期化指令が積分器５３に入力されるため、積分器５３に蓄積される指令電流値は、制御ステップごとにゼロとなり初期化される。よって、開放制御では、積分器５３から出力される指令電流値は、ゼロとなる（見掛け上指令電流値は出力されない）。これは収縮作動時には作動しない第２バルブ２５を制御する伸側制御部６０においても同様であり、開放制御中は伸側制御部６０における積分器５３には積分値が蓄積されない。

よって、縮側制御部５０は、比例ゲイン出力部５１から出力される指令電流値のみを出力し、この出力値にオフセット電流値を加算した値が縮側電流供給部４５に入力される。

縮側制御部５０と同様に、伸側制御部６０も、比例ゲイン出力部５１から出力される指令電流値のみを出力し、この出力値にオフセット電流値を加算した値が伸側電流供給部４６に入力される。

縮側電流供給部４５は、位置制御と同様に、通電指令に基づいて、第１バルブ２０に対して縮側制御部５０からの指令電流値（比例ゲイン出力部５１から出力される指令電流値のみの値に相当）とオフセット電流値とを加算した値の通電量で電流を供給する。

伸側電流供給部４６は、遮断指令に基づいて、第２バルブ２５に対する電力の供給を遮断する。

このようにして供給される通電量は、第１バルブ２０の開度が全開とするものであるため、第１バルブ２０が全開となることにより油圧シリンダ２のボトム側室７が、タンク９と連通してタンク圧になる。よって、ボトム側室７から排出される作動油の流れにはほとんど抵抗が付与されず、油圧シリンダ２は、作業機の自重によって最大速度で収縮する。

このように、開放制御では、制御部による非積分型の比例制御によって第１バルブ２０への通電量が制御される。

作業車両では、作業内容に応じて、位置制御によって作業機を所定の高さ位置に制御しながら行う作業と、開放制御によって自重で作業機を接地させた状態で走行して行う作業と、がある。

ここで、開放制御は目標位置Ｔの設定により負の位置偏差を与えるものであるため、開放制御を比例積分制御によって実行する場合には、開放制御の実行中は積分器５３に負の積分値が蓄積し続ける。よって、積分器５３から出力される指令電流値も負の値となる。

また、制御装置１００では、縮側制御部５０により第１バルブ２０への通電量を制御する際であっても、伸縮作動の作動方向の切り換えに伴う制御の連続性を確保するために、伸側制御部６０から伸側電流供給部４６に対しても指令電流値が出力されている。つまり、制御装置１００では、伸縮方向や制御方法（開放制御及び位置制御）がいずれの場合であっても、縮側制御部５０と伸側制御部６０とは位置偏差に応じた指令電流値を出力するものである。

このため、開放制御が比例積分制御によって実行される場合には、縮側制御部５０による開放制御によって油圧シリンダ２を収縮ストローク端で維持したまま作業すると、伸側制御部６０においても積分器５３に負の積分値が蓄積され続けることになる。

このような場合には、制御対象となるソレノイドバルブを第１バルブ２０から第２バルブ２５に切り換えて作業機を上昇させようとしても、伸側制御部６０の積分器５３に蓄積された負の積分値によって、伸側制御部６０から出力される指令電流値が低下する。つまり、伸側制御部６０の比例ゲイン出力部６１から出力される指令電流値が積分器５３から出力される指令電流値を上回るまでは、伸側制御部６０から正の指令電流値が出力されず、第２バルブ２５が作動しない。よって、積分器５３に蓄積された負の積分値の分だけ第２バルブ２５の作動開始が遅れ、開放制御によって収縮端にある状態から位置制御によって作業機を上昇させる際の応答性が低下する。

これに対し、制御装置１００では、開放制御は非積分型の比例制御によって実行されるため、開放制御された状態が継続しても積分器５３に負の積分値が蓄積することがない。よって、開放制御した状態から油圧シリンダ２を伸長させる際には、第２バルブ２５へ速やかに電流を供給することができる。したがって、比例積分制御によって定常偏差を低減しつつ精度良く位置制御を実行できると共に、開放制御された状態からの作業機の上昇の応答性を向上させることができる。

特に、作業機では、耕耘等の作業は、農地の端から端までを往復しながら行われる。つまり、作業機では、開放制御した状態で走行しながら往路を走行して耕耘等の作業をし、そこから一度作業機を位置制御により上昇させて走行方向を反転し、開放制御によって作業機を下降させて復路を走行して作業を行う。このように、作業機は、開放制御による下降と位置制御による上昇が頻繁に繰り返されるものであるため、開放制御から位置制御に切り換えて上昇させる際の応答性を向上させることにより、作業機による作業効率を格段に上昇させることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、縮側制御部５０及び伸側制御部６０は、非積分型の制御として位置偏差に基づく比例制御により開放制御を実行する。これに対し、制御部は、非積分型の制御として、目標位置Ｔに基づくオープンループ制御により開放制御を実行してもよい。この場合には、入力判定部４２により操作入力が開放制御であると判定されると、オープンループ回路に目標位置Ｔが入力され、目標位置Ｔに基づいてオープンループ回路から出力される指令電流値に基づいて縮側電流供給部４５が第１バルブ２０へ通電するように構成すればよい。このような場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

また、上記実施形態では、伸側制御部６０と縮側制御部５０とは、互いに同様の構成を有する。これに対し、縮側制御部５０は、リセット部５４を有していなくてもよい。少なくとも伸側制御部６０にリセット部５４が設けられていれば、開放制御から位置制御に切り換えて上昇させる際の応答性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、伸長方向を正として目標位置Ｔを設定する。また、目標位置Ｔは、油圧シリンダ２の収縮端を「０」に対応させ、開放制御時における目標位置Ｔは負の値Ｔ０である。このような目標位置Ｔと油圧シリンダ２の位置との関係は、一例にすぎず、これに限定されるものではない。例えば、収縮方向を正として目標位置Ｔを設定してもよい。また、例えば、伸長方向を正とした場合において、収縮端を正の任意の位置とし、開放制御時における目標位置Ｔを収縮端に対応する位置より小さい正の値としてもよい。つまり、制御装置１００では、開放制御時において、油圧シリンダ２のストローク領域から最収縮位置を超えて、油圧シリンダ２の実位置に関わらず第１バルブ２０が確実に全開となる位置偏差を生じるように目標位置Ｔを設定するものであれば、目標位置Ｔの設定方法は任意とすることができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

制御装置１００では、開放制御は非積分型の比例制御によって実行されるため、開放制御された状態が継続しても積分器５３に負の積分値が蓄積することがない。よって、開放制御した状態から油圧シリンダ２を伸長させる際には、第２バルブ２５へ速やかに電流を供給することができる。したがって、比例積分制御によって定常偏差を低減しつつ精度良く位置制御を実行できると共に、開放制御された状態からの作業機の上昇の応答性を向上させることができる。

特に、作業機では、開放制御による下降と位置制御による上昇が頻繁に繰り返されるものであるため、開放制御から位置制御に切り換えて上昇させる際の応答性を向上させることにより、作業機による作業効率を格段に上昇させることができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

作業車両に搭載される作業機を昇降する油圧シリンダ２と油圧シリンダ２に給排される作動油の流れを制御するソレノイドバルブ（第１バルブ２０，第２バルブ２５）とを備える昇降装置１０の動作を制御する作業機の昇降制御装置１００は、油圧シリンダ２の伸縮位置を取得する位置取得部４０と、作業者の操作入力に応じて油圧シリンダ２の目標位置Ｔを設定する目標設定部４１と、ソレノイドバルブ（第１バルブ２０，第２バルブ２５）への通電量を制御する制御部（縮側制御部５０，伸側制御部６０）と、操作入力が、油圧シリンダの伸縮位置に関わらずソレノイドバルブ（第１バルブ２０，第２バルブ２５）の開度予め定められた設定開度（全開）にする開放制御を実行する開放指令であるか、または、操作入力量に応じてソレノイドバルブ（第１バルブ２０，第２バルブ２５）の開度を設定開度（全開）よりも小さい開度にして油圧シリンダ２の伸縮位置を制御する位置制御を実行する位置制御指令であるか、を判定する入力判定部４２と、を備え、制御部（縮側制御部５０，伸側制御部６０）は、目標設定部４１によって設定される目標位置Ｔと位置取得部４０によって取得される実位置との位置偏差に基づく比例積分制御と、位置偏差の積分を実行しない非積分型制御と、を実行可能に構成され、入力判定部４２によって操作入力が位置制御指令であると判定された場合には、目標設定部４１によって最伸長位置と最収縮位置との間のストローク領域の間の位置が操作入力量に応じて目標位置Ｔに設定されると共に、制御部（縮側制御部５０，伸側制御部６０）による比例積分制御によって位置制御が実行され、入力判定部４２によって操作入力が開放指令であると判定された場合には、目標設定部４１によってストローク領域から最収縮位置を超えた位置Ｔ０が目標位置Ｔに設定されると共に、制御部（縮側制御部５０，伸側制御部６０）による非積分型制御によって開放制御が実行される。

また、作業機の昇降制御装置１００では、非積分型制御は、位置偏差に基づく比例制御または目標位置Ｔに基づくオープンループ制御である。

また、作業機の昇降制御装置１００では、制御部（縮側制御部５０，伸側制御部６０）が、比例積分制御によって蓄積される積分値を初期化するリセット部５４，６４を有する。

これらの構成では、開放制御は、位置偏差を積分しない制御により実行されるため、開放制御された状態が継続しても負の積分値が蓄積することがない。したがって、作業機の昇降制御装置１００における上昇作動時の応答性が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

２…油圧シリンダ（流体圧アクチュエータ）、１０…昇降装置、２０…第１バルブ（ソレノイドバルブ）、２５…第２バルブ２５（ソレノイドバルブ）、４０…位置取得部、４１…目標設定部、４２…入力判定部、５０…縮側制御部（制御部）、５４，６４…リセット部、６０…伸側制御部（制御部）、１００…作業機の昇降制御装置

Claims (3)

1. 作業車両に搭載される作業機を昇降する流体圧アクチュエータと前記流体圧アクチュエータに給排される作動流体の流れを制御するソレノイドバルブとを備える昇降装置の動作を制御する作業機の昇降制御装置であって、
   前記流体圧アクチュエータの伸縮位置を取得する位置取得部と、
   作業者の操作入力に応じて前記流体圧アクチュエータの目標位置を設定する目標設定部と、
   前記ソレノイドバルブへの通電量を制御する制御部と、
   前記操作入力が、前記流体圧アクチュエータの伸縮位置に関わらず前記ソレノイドバルブの開度を予め定められた設定開度にする開放制御を実行する開放指令であるか、または、操作入力量に応じて前記ソレノイドバルブの開度を前記設定開度よりも小さい開度にして前記流体圧アクチュエータの伸縮位置を制御する位置制御を実行する位置制御指令であるか、を判定する入力判定部と、を備え、
   前記制御部は、前記目標設定部によって設定される前記目標位置と前記位置取得部によって取得される実位置との位置偏差に基づく比例積分制御と、前記位置偏差の積分を実行しない非積分型制御と、を実行可能に構成され、
   前記入力判定部によって前記操作入力が前記位置制御指令であると判定された場合には、前記目標設定部によって最伸長位置と最収縮位置との間のストローク領域の間の位置が操作入力量に応じて前記目標位置に設定されると共に、前記制御部による前記比例積分制御によって前記位置制御が実行され、
   前記入力判定部によって前記操作入力が前記開放指令であると判定された場合には、前記目標設定部によって前記ストローク領域から前記最収縮位置を超えた位置が前記目標位置に設定されると共に、前記制御部による前記非積分型制御によって前記開放制御が実行されることを特徴とする作業機の昇降制御装置。
2. 前記非積分型制御は、前記位置偏差に基づく比例制御または前記目標位置に基づくオープンループ制御であることを特徴とする請求項１に記載の作業機の昇降制御装置。
3. 前記制御部は、前記比例積分制御によって蓄積される積分値を初期化するリセット部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の作業機の昇降制御装置。

Images