JP3648749B2

JP3648749B2 - トラクタの姿勢制御装置

Info

Publication number: JP3648749B2
Application number: JP16468693A
Authority: JP
Inventors: 弘喜小野
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JPH0723609A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はトラクタの姿勢制御装置に関するものであり、特に、ファジー理論に基づいて制御の出力変数を決定するようにしたトラクタの姿勢制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は作業機を連結した動力農機を示し、トラクタ１の後部にリンク機構部２を介してロータリ３が取り付けられている。トラクタ１の運転席近傍にポジションレバー４、耕深設定ダイヤル５、傾斜調整ダイヤル６を設けて、前記ロータリ３の耕深量及び左右の傾斜量を設定する。また、トラクタ１の本機側にスロープセンサー７を装着して本機のローリング角を検出し、リンク機構部２にストロークセンサー８を介装してロータリ３のローリング角を検出する。更に、リンク機構部２にリフトアームセンサー９を設けるとともに、ロータリ３にデプスセンサー１０を設けてロータリ３の耕深量を検出する。
【０００３】
而して、ロータリ３のローリング角並びにトラクタ１とロータリ３との相対角度を検出し、傾斜調整ダイヤル６で設定された傾斜調整量との偏差をなくすように水平制御するとともに、ロータリ３の耕深を検出し、耕深設定ダイヤル５で設定された耕深量との偏差をなくすように耕深制御している。
前記水平制御や耕深制御に於いて、近時、ファジー理論に基づいて作業機の姿勢を制御する方法が行われてきている。この制御方法は、作業機の傾斜調整量や耕深量を制御目標値として入力変数の一つにし、各センサーの読み取り値と前記制御目標値との偏差の変化率を二つ目の入力変数にする。そして、之等二つの入力変数に基づき、予め設定されたファジー制御パターンから制御の出力変数を決定する。
【０００４】
上記ファジー理論を用いた制御では、センサーの変化速度等の諸条件をファジー制御パターンに決定しておくことにより、トラクタの水平制御や耕深制御を制御プログラムに組込んでトラクタの水平制御や耕深制御が実行されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のファジー理論を用いた制御では、前述したように、予め設定されたファジー制御パターンによりトラクタの水平制御や耕深制御が行えるが、前記設定されたファジー制御パターンによってはトラクタの最適な制御を行うことができない。
【０００６】
そこで、ファジー理論に基づく制御装置に於いて、入力変数の変化に応じて最適の出力変数を決定してトラクタの姿勢を最適に制御できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、制御目標値の入力変数と、センサー読み取り値と前記制御目標値との偏差の変化率の入力変数から、ファジー理論に基づき制御の出力変数を決定し、不感帯を求めるようにした制御装置に於いて、
今回の偏差と前回の偏差を比較し、今回の偏差のほうが大きい場合は、今回の偏差を偏差データの最大値とするとともに、前回までの偏差データと今回の偏差を平均して偏差データの平均値とし、偏差データの最大値と平均値を制御目標値の設定ゾーン並びにファジー制御出力状態に対応させて記憶し、前記記憶処理から一定時間経過後に、前記偏差記憶データを予め設定した基準値と比較し、前記偏差記憶データ平均値が基準値以内の場合は、続いて偏差データの最大値が基準値以内であるか否かを判別し、該偏差データの最大値が基準値内にない場合で、ファジー制御出力中のときは出力係数を「＋」側に設定して不感帯を広げ、ファジー制御非出力中のときは出力係数を「−」側に設定して不感帯を狭くし、一方、前記偏差記憶データ平均値が基準値以内にない場合は、ファジー制御出力中のときは出力係数を更に大きく「＋」側に設定して不感帯を更に広げ、ファジー制御非出力中のときは出力係数を更に小さく「−」側に設定して不感帯を更に狭くするように構成されたトラクタの姿勢制御装置を提供するものである。
【０００８】
【作用】
一般的にファジー理論に基づく制御では、例えば耕深制御では、制御目標値の入力変数として耕深設定値を耕深量が浅い方から順に複数のゾーンを決め、また、二つ目の入力変数としてデプスセンサーの読み取り値と前記耕深設定値との偏差の微分値を浅い方から順に複数のゾーンを決める。そして、二つの入力変数を基にファジー制御パターンを参照して各ゾーン毎の出力変数を求め、耕深制御の不感帯の幅を決定する。
【０００９】
本発明では、例えば耕深制御では、耕深設定ダイヤルで設定した耕深設定値とデプスセンサーの読み取り値との偏差を算出し、今回の偏差が前回の偏差よりも大きい場合は、今回の偏差を偏差データの最大値とするとともに、今回までの偏差を平均した偏差データの平均値とし、この最大値と平均値を制御目標値たる耕深設定ゾーン、並びに、ファジー制御出力状態に対応させて記憶する。その後、記憶された偏差データの平均値並びに最大値を基準値と比較するとともに、ファジー制御出力中か否かによって出力係数を「＋」側または「−」側に設定する。そして、この出力係数に基づいてファジー制御パターンを変更し、耕深制御の不感帯の幅を増加または減少する。
而して、変更されたファジー制御パターンにより新たな出力変数が決定され、トラクタの姿勢が制御される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１乃至図１１に従って詳述する。図１はブロック図であり、図２は制御のフローチャートである。耕深設定ダイヤルでロータリの耕深量を設定し、傾斜調整ダイヤルでロータリの左右の傾斜量を決定する。そして、スロープセンサーにより本機のローリング角を検出し、ストロークセンサーによりロータリのローリング角を検出する。また、リフトアームセンサーにより作業機の高さを検出し、デプスセンサーによりロータリの耕深量を検出する。
【００１１】
作業機の姿勢制御を開始してから、メインタイマが１０msecをカウントした後に、前記各ダイヤルの設定値及び各センサーの検出値をコントローラに読み込む（ステップ１０１→１０２）。次に、ファジー制御パターン変更処理ルーチン（ステップ１０３）では、後述する手順によりファジー制御パターンを変更し、新たなファジー制御パターンに基づき制御の出力変数を決定して、不感帯の幅を求める（ステップ１０４）。
【００１２】
そして、各ダイヤルの設定値と各センサーの読み取り値との偏差が、前述したファジー制御パターンにより求められた不感帯に対してどの位置にあるかを判断し、電磁バルブに対して出力要求する（ステップ１０５）。例えば、上昇又は伸長の出力があったときはステップ１０６へ進み、或いは下降又は収縮の出力があったときはステップ１０７へ進む。また、ニュートラルゾーンであれば出力をオフにする（ステップ１０８）。
【００１３】
ここで、ファジー理論に基づく一般的な制御方法を説明する。例えば、耕深制御では耕深設定値Ｄを入力変数の一つとし、図３に示すように、耕深量が浅い方から順に「ＮＢ」「ＺΦ」「ＰＢ」の耕深ゾーンを決める。そして、設定された耕深量に於けるＮＢ、ＺΦ、ＰＢの成分を求める。また、デプスセンサーの読み取り値と前記耕深設定値Ｄとの偏差の微分値ΔＤ（デプスセンサーの変化速度）を二つ目の入力変数とし、図４に示すように、偏差の微分値ΔＤが浅方向に早い方から順に「ＮＢ」「ＮＳ」「ＺΦ」「ＰＳ」「ＰＢ」のゾーンを決める。そして、該偏差の微分値ΔＤに於けるＮＢ、ＮＳ、ＺΦ、ＰＳ、ＰＢの成分を求める。
【００１４】
前記二つの入力変数Ｄ及びΔＤを基に、図５に示すファジー制御パターンを参照して、各成分毎の出力変数を求める。図６は不感帯の幅を示し、不感帯が小の方から順に「ＮＢ」「ＮＳ」「ＺΦ」「ＰＳ」「ＰＢ」のゾーンを決める。そして、前記ファジー制御パターンで求められた出力変数を各ゾーンに対応させ、耕深制御の不感帯の幅を決定する。然る後に、前記偏差を減少するように上昇用バルブ或いは下降用バルブを作動させて、耕深設定値Ｄとなるように制御する。
【００１５】
本発明では、図２のフローチャートに示すように、各入力変数を読み込む都度ファジー制御パターンを変更処理する（ステップ１０３）。図７はファジー制御パターン変更処理ルーチンのフローチャートであり、このルーチンでは先ず偏差記憶処理を行う（ステップ２０１）。図８は該偏差記憶処理ルーチンのフローチャートであり、耕深制御について説明すれば、まず耕深設定値Ｄとデプスセンサーの読み取り値との偏差を算出する（ステップ３０１）。今回の偏差と前回の偏差を比較し（ステップ３０２）、今回の偏差の方が大きい場合は、ステップ３０３でファジー制御出力中であるか否かを判別する。
【００１６】
ここで、ファジー制御出力中であるときは、今回の偏差を偏差データの最大値（Ｘ_max）_mとし（ステップ３０４）、前回までの偏差データと今回の偏差とを平均して偏差データの平均値Ｘ_mとする（ステップ３０５）。一方、ステップ３０３でファジー制御出力中でないときは、今回の偏差を偏差データの最大値（Ｘ_max）_nとし（ステップ３０６）、前回までの偏差データと今回の偏差とを平均して偏差データの平均値Ｘ_nとする（ステップ３０７）。そして、偏差データが規定回数以上サンプリングされているときには（ステップ３０８）、前記偏差データの最大値（Ｘ_max）_m、（Ｘ_max）_nと平均値Ｘ_m、Ｘ_nを耕深設定ゾーン別、並びに制御出力状態別に記憶する（ステップ３０９）。
【００１７】
上述した偏差記憶処理を実行した後に、図７に示すフローチャートのステップ２０２へ進み、一定時間経過後に前記偏差記憶データを予め設定してある基準値と比較する（ステップ２０３）。そして、前記偏差データの平均値Ｘ_m又はＸ_nが基準内にあるときはステップ２０４から２０５へ進み、偏差データの最大値（Ｘ_max）_m又は（Ｘ_max）_nが基準内であるか否かを判別する。
【００１８】
ここで、偏差データの最大値が基準内にないときは、ステップ２０６でファジー制御出力中であるか否かを判別し、ファジー制御出力中のときは出力係数を「＋２」とし、（ステップ２０７）ファジー制御出力中でないときは出力係数を「−２」とする（ステップ２０８）。一方、ステップ２０４で偏差データの平均値が基準内にないときは、ステップ２０９でファジー制御出力中であるか否かを判別し、ファジー制御出力中のときは出力係数を「＋３」とし（ステップ２１０）、ファジー制御出力中でないときは出力係数を「−３」とする（ステップ２１１）。即ち、ファジー制御出力中に偏差データの平均値や最大値が基準値から外れているときは、例えばハンチングを生じている場合等があり、出力係数を「＋」側に設定して不感帯を広げるようにする。これに対して、ファジー制御出力中でないときに偏差データの平均値や最大値が基準値から外れているときは、出力係数を「−」側に設定して不感帯を狭くし、作業機の姿勢を大幅に変更させるようにする。
【００１９】
前記各ステップで出力係数が設定されたとき、或いはステップ２０５で偏差データの最大値が基準内にあるときは、ファジー制御パターン変更が過去にあったか否かを判別する（ステップ２１２）。ファジー制御パターンの変更が過去にあったときは、前記出力係数に相当するファジー制御パターンが過去に使用されたか否かを判別する（ステップ２１３）。更に、該ファジー制御パターンを過去に実行したとき、制御出力が過多であった場合は出力係数を「−１」とし（ステップ２１４→２１５）、制御出力が過少であった場合は出力係数を「＋１」とする（ステップ２１４→２１６）。
【００２０】
ステップ２１５またはステップ２１６で出力係数が決定したとき、或いは前記ステップ２１２で制御パターン変更が過去にないとき、或いはステップ２１３で変更した制御パターンが過去に使用されていないときは、出力係数に基づいてファジー制御パターンを変更処理する（ステップ２１７）。
図９は、出力係数に基づいてファジー制御パターンを変更処理するルーチンの一実施例を示し、先ず、現在の耕深設定値が「ＮＢ」「ＺΦ」「ＰＢ」のどのゾーンにあるかを確認する（ステップ４０１）。そして、前述したファジー制御パターン変更処理ルーチンで設定した出力係数分だけ、現在出力されている不感帯を増減するようにファジー推論不感帯出力データを書き替える（ステップ４０２）。
【００２１】
又、図１０は出力係数に基づいてファジー制御パターンを変更処理するルーチンの他の実施例を示し、先ず、現在の耕深設定値が「ＮＢ」「ＺΦ」「ＰＢ」のどのゾーンにあるかを確認する（ステップ５０１）。そして、前述したファジー制御パターン変更処理ルーチンで設定した出力係数に基づき、ファジー制御パターンのルールマップを選択する（ステップ５０２）。
【００２２】
図１１は、耕深設定値Ｄが「ＮＢ」である場合の、ファジー制御パターンのルールマップの一例である。「ＮＢΦ」を基準値として、例えば前記出力係数が「＋１」であるときは「ＮＢ＋１」のファジー制御パターンを選択する。このとき、例えば偏差の微分値ΔＤが「ＮＢ」であれば、出力変数は「ＺΦ」となり、不感帯は「ＮＳ」より大となる。そして、ファジー理論に基づき、耕深制御の不感帯の幅を決定する。然る後は、図２のフローチャートのステップ１０５以降で説明したように、前記不感帯に対して偏差を減少するように各バルブを作動させ、作業機の姿勢を修正する。
【００２３】
而して、前記変更されたファジー制御パターン（前述の例では「ＮＢ＋１」）を記憶しておき、次の制御サイクルでは該変更されたファジー制御パターンを基準値として、出力係数に応じてファジー制御パターンを変更していく。尚、図１１に示したファジー制御パターンのルールマップは、耕深設定値Ｄのゾーンが「ＮＢ」である場合を示したが、耕深設定値Ｄのゾーンが「ＺΦ」及び「ＰＢ」である場合についても、夫々基準値と徐々に異なる制御パターンをもつルールマップを設定しておき、出力係数に応じてファジー制御パターンを変更するようにする。
【００２４】
斯くの如く、本発明ではファジー制御の出力変数を変更するために、出力係数を「＋」側と「−」側に数段階設定してある。従って、過去の変更結果を参照しながら偏差を減少させていく場合に、あらゆる手順のすべてを記憶することなく、出力係数の管理によってファジー制御が行われる。このため、メモリーには出力係数のデータを記憶しておけばよく、メモリーの容量を少なくできる。
【００２５】
また、出力係数を設定するに当り、過去の偏差データのすべてを記憶することなく、偏差データの最大値と平均値を耕深設定ゾーン別に記憶するため、メモリーの容量が少なくできる。これと同時に、偏差データの最大値と平均値を、ファジー制御出力中と非出力中とに別けて記憶してあるため、制御出力した結果の良否が簡単に判定でき、ファジー制御パターンを適正に変更することができる。
【００２６】
尚、本実施例では主に耕深制御について説明したが、水平制御に於いても同様のファジー制御が可能である。更に、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記一実施例に詳述したように、制御目標値とセンサー読み取り値との偏差を算出し、今回の偏差が前回の偏差よりも大きい場合は、偏差データの平均値並びに最大値を基準値と比較してファジー制御パターンを変更し、姿勢制御の不感帯の幅を増減することにより、最適な姿勢制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】姿勢制御装置の構成を示すブロック図。
【図２】姿勢制御のフローチャート。
【図３】ファジー制御の入力変数を示すグラフ。
【図４】ファジー制御の入力変数を示すグラフ。
【図５】ファジー制御パターンのルールマップ。
【図６】ファジー制御の出力変数を示すグラフ。
【図７】ファジー制御パターン変更処理ルーチンのフローチャート。
【図８】偏差記憶処理ルーチンのフローチャート。
【図９】出力係数に基づいてファジー制御パターンを変更処理するルーチンの一実施例のフローチャート。
【図１０】出力係数に基づいてファジー制御パターンを変更処理するルーチンの他の実施例のフローチャート。
【図１１】耕深設定値のゾーンが「ＮＢ」である場合のファジー制御パターンのルールマップ。
【図１２】作業機を連結した動力農機の側面図。

Claims

制御目標値の入力変数と、センサー読み取り値と前記制御目標値との偏差の変化率の入力変数から、ファジー理論に基づき制御の出力変数を決定し、不感帯を求めるようにした制御装置に於いて、
今回の偏差と前回の偏差を比較し、今回の偏差のほうが大きい場合は、今回の偏差を偏差データの最大値とするとともに、前回までの偏差データと今回の偏差を平均して偏差データの平均値とし、偏差データの最大値と平均値を制御目標値の設定ゾーン並びにファジー制御出力状態に対応させて記憶し、
前記記憶処理から一定時間経過後に、前記偏差記憶データを予め設定した基準値と比較し、
前記偏差記憶データ平均値が基準値以内の場合は、続いて偏差データの最大値が基準値以内であるか否かを判別し、該偏差データの最大値が基準値内にない場合で、ファジー制御出力中のときは出力係数を「＋」側に設定して不感帯を広げ、ファジー制御非出力中のときは出力係数を「−」側に設定して不感帯を狭くし、
一方、前記偏差記憶データ平均値が基準値以内にない場合は、ファジー制御出力中のときは出力係数を更に大きく「＋」側に設定して不感帯を更に広げ、ファジー制御非出力中のときは出力係数を更に小さく「−」側に設定して不感帯を更に狭くするように構成されたことを特徴とするトラクタの姿勢制御装置。