JP6554848B2

JP6554848B2 - 電磁弁の制御装置

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Publication number: JP6554848B2
Application number: JP2015059595A
Authority: JP
Inventors: 菜々美池内; 裕亮草薙
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: JP2016180421A

Description

本発明は、電磁弁の制御装置に関する。さらに詳しくは、電磁弁の不感帯の影響を低減できる制御装置に関する。

電磁比例弁の切り換えは入力信号に従ってソレノイドを駆動してスプールを動かすことにより行われる。スプールには抵抗があるため、入力信号が小さすぎるとスプールが動かない。電磁比例弁にはこのような不感帯が存在するため、操作開始時に遅れが生じたり、微小操作時に応答性が悪くなったりする。

これに対して特許文献１には、電磁比例減圧弁において、入力信号のレベルをスタート時に瞬時に立ち上げるジャンプ回路を設けることが開示されている。ジャンプ回路により瞬時に入力信号のレベルが立ち上がるため、ほとんどスタート直後からスプールを動かすことができる。

特開平４−３５４７９３号公報

スプールに作用する抵抗は作動油の温度や流量などの条件により変化する。作動油は温度が低くなると粘度が高くなるため、スプールに作用する抵抗が大きくなる。作動油が電磁比例弁を通過する際にはスプールにフローフォース（流体力）が作用する。作動油の流量が大きくなるとフローフォースが大きくなるため、スプールに作用する抵抗が大きくなる。そのため、電磁比例弁の不感帯は作動油の条件により変化する。前記特許文献１の技術ではジャンプ値を一定の値としているため、場合によっては不感帯の影響を十分に低減できないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑み、作動油の条件によらず不感帯の影響を低減できる電磁弁の制御装置を提供することを目的とする。

第１発明の電磁弁の制御装置は、パルス幅変調制御によりスプールが駆動される電磁弁の制御装置であって、前記電磁弁のソレノイドに駆動パルスを出力する制御部と、前記電磁弁のスプール位置を検出する位置検出器と、を備え、前記制御部は、スプール位置の目標値と前記位置検出器の検出値との偏差から、不感帯を考慮しない一次パルス幅を求め、前記一次パルス幅に前記制御部に記憶された底上値を加算して、不感帯を考慮した二次パルス幅を求め、前記二次パルス幅を有する前記駆動パルスを前記ソレノイドに出力し、予め記憶されたパルス幅と１パルス当りのスプール変位と最小パルス幅との関係から、前記二次パルス幅と前記位置検出器の検出値から求めた１パルス当りのスプール変位とに対応する最小パルス幅を求め、求めた最小パルス幅で前記底上値を更新することを特徴とする。
第２発明の電磁弁の制御装置は、駆動電流に比例してスプール位置が制御される電磁弁の制御装置であって、前記電磁弁のソレノイドに駆動電流を出力する制御部と、前記電磁弁のスプール位置を検出する位置検出器と、を備え、前記制御部は、スプール位置の目標値と前記位置検出器の検出値との偏差から、不感帯を考慮しない一次電流値を求め、前記一次電流値に前記制御部に記憶された底上値を加算して、不感帯を考慮した二次電流値を求め、前記二次電流値を有する前記駆動電流を前記ソレノイドに出力し、予め記憶された電流値とスプール位置と最小電流値との関係から、前記二次電流値と前記位置検出器の検出値とに対応する最小電流値を求め、求めた最小電流値で前記底上値を更新することを特徴とする。

第１発明によれば、底上値を最小パルス幅の変動に従い常に最適な値に更新するので、作動油の条件によらず不感帯の影響を低減できる。その結果、常に操作開始時の遅れを低減でき、微小操作時の応答性を良くできる。
第２発明によれば、底上値を最小電流値の変動に従い常に最適な値に更新するので、作動油の条件によらず不感帯の影響を低減できる。その結果、常に操作開始時の遅れを低減でき、微小操作時の応答性を良くできる。

第１実施形態に係る制御装置１の説明図である。高速応答弁３０の駆動パルスの説明図である。高速応答弁３０のパルス幅Ｗと１パルス当りのスプール変位Ｄとの関係の説明図である。高速応答弁３０の制御系のブロック線図である。制御部１０の処理のフローチャートである。第２実施形態に係る制御装置２の説明図である。電磁比例弁７０の駆動電流Ａとスプール位置Ｓとの関係の説明図である。第２実施形態に係る制御装置２のブロック線図である。制御部５０の処理のフローチャートである。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る制御装置１は、パルス幅変調（ＰＷＭ: pulse width modulation）制御によりスプールが駆動される電磁弁の制御装置である。このようなタイプの電磁弁は高速応答弁と称される。

（高速応答弁３０）
まず、高速応答弁３０を説明する。
図１に示すように、本実施形態の高速応答弁３０は、４ポート３位置の方向流量制御弁である。例えば、高速応答弁３０は、油圧ポンプ４１と油圧シリンダ４２との間に設けられ、油圧ポンプ４１から油圧シリンダ４２に供給される作動油の方向や流量を制御するのに用いられる。

なお、図１に示す油圧回路は一例であり、高速応答弁３０の用途は特に限定されない。高速応答弁３０が用いられる油圧回路はクレーンをはじめとする油圧機械に用いられるが、その用途は特に限定されない。作動油の供給先は油圧シリンダ４２に限定されず、油圧モータなどの他の油圧アクチュエータでもよいし、油圧アクチュエータ以外の機器でもよい。高速応答弁３０のポートの数や切換位置の数は特に限定されない。

高速応答弁３０のスプール３１にはパイロットシリンダ３２が取り付けられている。パイロットシリンダ３２の動作によりスプール３１が駆動される。パイロットシリンダ３２は複動形シリンダである。パイロットシリンダ３２には、右側油室へのパイロット油の給排を行なう電磁弁３３Ｒと、左側油室へのパイロット油の給排を行なう電磁弁３３Ｌとが接続されている。電磁弁３３Ｒ、３３ＬはＯＮ−ＯＦＦ弁であり、それぞれに設けられたソレノイドＳＲ、ＳＬの駆動によりＯＮとＯＦＦが切り換えられる。

電磁弁３３ＲをＯＮ（ソレノイドＳＲをＯＮ）にするとパイロットシリンダ３２の右側油室にパイロット油を供給する。電磁弁３３ＲをＯＦＦ（ソレノイドＳＲをＯＦＦ）にするとパイロットシリンダ３２の右側油室からパイロット油を排出する。同様に、電磁弁３３ＬをＯＮ（ソレノイドＳＬをＯＮ）にするとパイロットシリンダ３２の左側油室にパイロット油を供給する。電磁弁３３ＬをＯＦＦ（ソレノイドＳＬをＯＦＦ）にするとパイロットシリンダ３２の左側油室からパイロット油を排出する。

電磁弁３３Ｒ、３３ＬのＯＮ／ＯＦＦを制御することで、パイロットシリンダ３２を動作させ、スプール３１を駆動できる。より詳細には、電磁弁３３ＲをＯＦＦに、電磁弁３３ＬをＯＮにすると、パイロットシリンダ３２の右側油室からパイロット油が排出されるとともに左側油室にパイロット油が供給され、スプール３１が右側に動かされる。電磁弁３３ＬをＯＦＦに、電磁弁３３ＲをＯＮにすると、パイロットシリンダ３２の左側油室からパイロット油が排出されるとともに右側油室にパイロット油が供給され、スプール３１が左側に動かされる。両方の電磁弁３３Ｒ、３３ＬをＯＮにすると、パイロットシリンダ３２の両側の油室がパイロット圧となり、スプール３１の位置が固定される。なお、スプール３１およびパイロットシリンダ３２の左右は便宜的に付したものであって、一方向と他方向を意味するにすぎない。

電磁弁３３Ｒ、３３ＬのＯＮ／ＯＦＦの切り換えはパルス幅変調制御により行われる。図２に示すように、ソレノイドＳＲ、ＳＬには一定の周期Ｔで駆動パルスが入力されている。周期Ｔの時間幅は特に限定されないが、一般的には数十ミリ秒オーダーである。駆動パルスのパルス幅Ｗを調整することで、スプール３１が動く方向と速度を制御できる。パルス幅Ｗが短いほど１パルス当りのスプール変位が小さくなり、スプール３１の動きが遅くなる。パルス幅Ｗが長いほど１パルス当りのスプール変位が大きくなり、スプール３１の動きが速くなる。なお、本実施形態ではソレノイドＳＲ、ＳＬは基本的にＯＮの状態であり、ＯＦＦの状態のパルス幅Ｗが調整される。

図２はスプール３１を左側に駆動する場合を示している。この場合、ソレノイドＳＲに入力される駆動パルスのパルス幅Ｗは０に調整される。すなわちソレノイドＳＲは常にＯＮである。ソレノイドＳＬに入力される駆動パルスのパルス幅Ｗは所定の幅に調整される。

図３に示すように、パルス幅Ｗが長くなるほど１パルス当りのスプール変位Ｄが大きくなる。しかし、パルス幅Ｗが０の近傍には、パルス幅Ｗが０でないにもかかわらずスプール変位Ｄが０となる領域がある。本実施形態ではこの領域を「不感帯」と称する。不感帯では、ソレノイドＳＲ、ＳＬに駆動パルスを出力しているにもかかわらず、スプール３１が動かない。この不感帯はスプール３１に作用する抵抗により生じる。

本実施形態では、スプール３１の変位が生じるのに必要なパルス幅Ｗの最小値を最小パルス幅Ｗ_minと称する。最小パルス幅Ｗ_minは不感帯の幅と同一である。前述のごとく、スプール３１に作用する抵抗は作動油の温度や流量などの条件により変化する。一定の条件下ではパルス幅Ｗとスプール変位Ｄとの関係は一意に決まる。作動油の条件が変わると、パルス幅Ｗとスプール変位Ｄとの関係も変わる。具体的には、スプール３１に作用する抵抗が大きくなると、パルス幅Ｗとスプール変位Ｄとの関係が、パルス幅Ｗが大きくなる方向にシフトする。逆に、スプール３１に作用する抵抗が小さくなると、パルス幅Ｗとスプール変位Ｄとの関係が、パルス幅Ｗが小さくなる方向に変位する。これにともない、不感帯の幅、すなわち最小パルス幅Ｗ_minも作動油の条件により増減する。

（制御装置１）
つぎに、本実施形態の制御装置１を説明する。
図１に示すように、制御装置１は制御部１０と位置検出器２０とを備えている。制御部１０はＣＰＵやメモリなどで構成されたコンピュータである。制御部１０はソレノイドＳＲ、ＳＬに接続されており、これらに駆動パルスを出力して高速応答弁３０を制御する。

制御部１０には操作機器４３の操作信号が入力されている。操作機器４３としては特に限定されないが、レバーや無線操作端末が挙げられる。また、制御部１０に他の制御機器からの操作信号が入力される構成でもよい。例えば、制御部１０にはレバーの操作量（傾倒量）が入力される。制御部１０はレバーの操作量に従って、高速応答弁３０のスプール位置を制御する。

高速応答弁３０のスプール３１にはスプール位置を検出する位置検出器２０が取り付けられている。位置検出器２０の検出値は制御部１０に入力されている。位置検出器２０としては特に限定されないが、作動トランスやポテンショメータが挙げられる。

図４に高速応答弁３０の制御系のブロック線図を示す。
制御部１０は、減算部１１、ＰＷＭ演算部１２、加算部１３、最小パルス幅演算部１４およびパルス発生器１５からなる。このうち、減算部１１、ＰＷＭ演算部１２、加算部１３および最小パルス幅演算部１４は、制御部１０のＣＰＵがメモリに記憶されたソフトウエアを実行することで実現される。なお、これらの一部または全部を電子回路で構成してもよい。パルス発生器１５は指定されたパルス幅を有する駆動パルスを出力する駆動回路である。

図４中ｒはスプール位置の目標値である。目標値ｒは操作機器４３などの操作信号に従って設定される。減算部１１はスプール位置の目標値ｒから位置検出器２０の検出値Ｓを減算して、目標値ｒと検出値Ｓとの偏差Ｅを求める。

ＰＷＭ演算部１２は公知の方法で偏差Ｅから駆動パルスに必要なパルス幅Ｗ₁を求める。一般的には、偏差Ｅが小さいほどパルス幅Ｗ₁を小さくし、偏差Ｅが大きいほどパルス幅Ｗ₁を大きくする。ＰＷＭ演算部１２が求めたパルス幅Ｗ₁は不感帯が考慮されていない。以下、ＰＷＭ演算部１２が求めた不感帯を考慮しないパルス幅Ｗ₁を一次パルス幅Ｗ₁と称する。

加算部１３は一次パルス幅Ｗ₁に底上値Ｗ_rを加算して二次パルス幅Ｗ₂を求める。ここで、底上値Ｗ_rは最小パルス幅演算部１４から取得される。最小パルス幅演算部１４による底上値Ｗ_rの演算方法は後に説明する。二次パルス幅Ｗ₂には底上値Ｗ_rが加算されているので、一次パルス幅Ｗ₁が不感帯に属する場合でも、強制的にパルス幅を大きくし、スプール３１を動かすことができる。すなわち、不感帯の影響を低減できる。このように、二次パルス幅Ｗ₂は不感帯が考慮されたパルス幅である。

パルス発生器１５は、二次パルス幅Ｗ₂を有する駆動パルスを生成してソレノイドＳＲ、ＳＬに出力する。そうすると、高速応答弁３０のスプール３１が駆動する。なお、ソレノイドＳＲおよびＳＬのいずれに駆動パルスを出力するかは、スプール３１を動かす方向に依存する。スプール３１を右側に駆動するにはソレノイドＳＲに駆動パルスが出力される。スプール３１を左側に駆動するにはソレノイドＳＬに駆動パルスが出力される。左右の別は偏差Ｅの正負により判定できる。

制御部１０には位置検出器２０の検出値Ｓがフィードバックされている。検出値Ｓは減算部１１に入力されるとともに、最小パルス幅演算部１４に入力されている。また、最小パルス幅演算部１４には二次パルス幅Ｗ₂が入力されている。最小パルス幅演算部１４は以下の手順で検出値Ｓと二次パルス幅Ｗ₂から最小パルス幅Ｗ_minを求める。

制御部１０のメモリには、予め、種々の条件におけるパルス幅Ｗと１パルス当りのスプール変位Ｄと最小パルス幅Ｗ_minとの関係が記憶されている。例えば、図３に示すように、種々のパルス幅Ｗに対するスプール変位Ｄを試験により求めて、パルス幅Ｗとスプール変位Ｄとの関係を関数（Ｄ＝ｆ（Ｗ））として記憶すればよい。この場合、種々の条件、すなわち異なる最小パルス幅Ｗ_minを有する複数の関数を記憶する。また、関数に代えて、種々の条件におけるパルス幅Ｗとスプール変位Ｄと最小パルス幅Ｗ_minとの関係をテーブル形式で記憶してもよい。

なお、最小パルス幅Ｗ_minは直接記憶されていなくてもよい。例えば、パルス幅Ｗに対するスプール変位Ｄを関数（Ｄ＝ｆ（Ｗ））として記憶する場合には、スプール変位Ｄが０となるパルス幅Ｗから最小パルス幅Ｗ_minを求めることができる。このように、「パルス幅と１パルス当りのスプール変位と最小パルス幅との関係」には、パルス幅Ｗとスプール変位Ｄから最小パルス幅Ｗ_minを求めることができる情報が含まれていればよい。

まず、最小パルス幅演算部１４は、位置検出器２０の検出値Ｓから今回のスプール変位Ｄ_iを求める。最小パルス幅演算部１４には駆動パルスの一周期ごとに検出値Ｓが入力されている。最小パルス幅演算部１４は前回の駆動パルスにおける検出値Ｓ_i-1を保持している。最小パルス幅演算部１４は今回の駆動パルスにおける検出値Ｓ_iから前回の駆動パルスにおける検出値Ｓ_i-1を減算することで、今回のスプール変位Ｄ_iを求める。

つぎに、最小パルス幅演算部１４は、記憶されたパルス幅Ｗとスプール変位Ｄと最小パルス幅Ｗ_minとの関係から、二次パルス幅Ｗ₂と今回のスプール変位Ｄ_iとに対応する最小パルス幅Ｗ_minを求める。図３に示すように、パルス幅Ｗに対するスプール変位Ｄが関数として記憶されている場合には、複数の関数のうち、二次パルス幅Ｗ₂におけるスプール位置Ｄ（Ｗ₂）（＝ｆ（Ｗ₂））が今回のスプール変位Ｄ_iに近い関数を選択する。そして選択した関数のスプール変位Ｄが０となるパルス幅Ｗを最小パルス幅Ｗ_minとする。パルス幅Ｗとスプール変位Ｄと最小パルス幅Ｗ_minとの関係がテーブル形式で記憶されている場合には、そのテーブルから二次パルス幅Ｗ₂と今回のスプール変位Ｄ_iとに対応する最小パルス幅Ｗ_minを取得する。

最小パルス幅演算部１４は、以上のように求めた最小パルス幅Ｗ_minで底上値Ｗ_rを更新する。すなわち、底上値Ｗ_rに最小パスル幅Ｗ_minを代入する。この底上値Ｗ_rは次回の周期において加算部１３に入力され、二次パルス幅Ｗ₂の演算に用いられる。

つぎに、図５に基づき、制御部１０の処理を説明する。
まず、制御部１０は操作機器４３などの操作信号にしたがってスプール位置の目標値ｒを設定する。また、制御部１０には位置検出器２０の検出値Ｓが入力されている。減算部１１は目標値ｒから検出値Ｓを減算して偏差Ｅを求める（ステップS101）。

つぎに、ＰＷＭ演算部１２は偏差Ｅから、不感帯を考慮しない一次パルス幅Ｗ₁を求める（ステップS102）。

つぎに、加算部１３は一次パルス幅Ｗ₁に底上値Ｗ_rを加算して、不感帯を考慮した二次パルス幅Ｗ₂を求める（ステップS103）。ここで、底上値Ｗ_rとして制御部１０のメモリに一時記憶された値を用いる。

つぎに、パルス発生器１５は、二次パルス幅Ｗ₂を有する駆動パルスを生成してソレノイドＳＲ、ＳＬに出力する（ステップS104）。そうすると、高速応答弁３０のスプール３１が駆動する。二次パルス幅Ｗ₂には底上値Ｗ_rが加算されているので、一次パルス幅Ｗ₁が不感帯に属する場合でも、強制的にパルス幅を大きくし、スプール３１を動かすことができる。そのため、不感帯の影響を低減できる。その結果、操作開始時の遅れを低減でき、微小操作時の応答性を良くできる。

つぎに、最小パルス幅演算部１４は二次パルス幅Ｗ₂と位置検出器２０の検出値Ｓとから最小パルス幅Ｗ_minを求める。求めた最小パルス幅Ｗ_minで制御部１０のメモリに記憶された底上値Ｗ_rを更新する（ステップS105）。

以上のステップS101からS105は、駆動パルスの一周期の間に処理される。そして、駆動パルスの周期にあわせて繰り返し処理される。ステップS105で更新された底上値Ｗ_rは、次回の周期のステップS103において二次パルス幅Ｗ₂の演算に用いられる。

以上のように、底上値Ｗ_rは最小パルス幅Ｗ_minの変動に従い常に最適な値に更新される。作動油の温度や流量などの条件が変化して不感帯が増減しても、それに追従して底上値Ｗ_rを増減させることができる。そのため、作動油の条件によらず不感帯の影響を低減できる。その結果、常に操作開始時の遅れを低減でき、微小操作時の応答性を良くできる。

なお、本実施形態では、駆動パルスの一周期ごとに底上値Ｗ_rを更新するよう構成したが、所定周期数ごとまたは所定時間ごとに底上値Ｗ_rを更新するよう構成してもよい。駆動パルスの周期（数十ミリ秒オーダー）に対して不感帯の時間変化は緩やかである。そのため、底上値Ｗ_rの更新周期は駆動パルスの周期より長くでも十分である。また、このような構成とすれば、制御部１０の演算負荷を低減できる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る制御装置２は、駆動電流に比例してスプール位置が制御される電磁弁の制御装置である。このようなタイプの電磁弁は電磁比例弁と称される。

（電磁比例弁７０）
まず、電磁比例弁７０を説明する。
図６に示すように、本実施形態の電磁比例弁７０は、４ポート３位置の方向流量制御弁である。例えば、電磁比例弁７０は、油圧ポンプ４１と油圧シリンダ４２との間に設けられ、油圧ポンプ４１から油圧シリンダ４２に供給される作動油の方向や流量を制御するのに用いられる。

なお、図６に示す油圧回路は一例であり、電磁比例弁７０の用途は特に限定されない。電磁比例弁７０が用いられる油圧回路はクレーンをはじめとする油圧機械に用いられるが、その用途は特に限定されない。作動油の供給先は油圧シリンダ４２に限定されず、油圧モータなどの他の油圧アクチュエータでもよいし、油圧アクチュエータ以外の機器でもよい。電磁比例弁７０のポートの数や切換位置の数は特に限定されない。

電磁比例弁７０のスプールには左右にソレノイドＳＲ、ＳＬが取り付けられている。ソレノイドＳＲ、ＳＬがスプールを押す力とスプリングがスプールを押す力とがバランスする位置でスプールが止まる。ソレノイドＳＲ、ＳＬがスプールを押す力は駆動電流に比例する。ソレノイドＳＲ、ＳＬの駆動電流を増減させてソレノイドＳＲ、ＳＬがスプールを押す力を調整することで、スプール位置を制御する。

両方のソレノイドＳＲ、ＳＬの駆動電流を０にすると、スプリングの付勢によりスプールは中立位置となる。ソレノイドＳＲの駆動電流を高くするに従い、スプールが右側に動かされる。同様に、ソレノイドＳＬの駆動電流を高くするに従い、スプールが左側に動かされる。なお、スプールの左右は便宜的に付したものであって、一方向と他方向を意味するにすぎない。

図７に示すように、駆動電流Ａが高くなるほどスプール位置Ｓが中立位置から遠ざかる。しかし、駆動電流Ａが０の近傍には、駆動電流Ａが０でないにもかかわらずスプール位置Ａが０（中立位置）となる領域がある。本実施形態ではこの領域を「不感帯」と称する。不感帯では、ソレノイドＳＲ、ＳＬに駆動電流を出力しているにもかかわらず、スプールが中立位置から動かない。この不感帯はスプールに作用する抵抗により生じる。

本実施形態では、スプールが中立位置から変位するのに必要な駆動電流Ａの最小値を最小電流値Ａ_minと称する。最小電流値Ａ_minは不感帯の幅と同一である。前述のごとく、スプールに作用する抵抗は作動油の温度や流量などの条件により変化する。一定の条件下では駆動電流Ａとスプール位置Ｓとの関係は一意に決まる。作動油の条件が変わると、駆動電流Ａとスプール位置Ｓとの関係も変わる。具体的には、スプールに作用する抵抗が大きくなると、駆動電流Ａとスプール位置Ｓとの関係が、駆動電流Ａが大きくなる方向にシフトする。逆に、スプールに作用する抵抗が小さくなると、駆動電流Ａとスプール位置Ｓとの関係が、駆動電流Ａが小さくなる方向に変位する。これにともない、不感帯の幅、すなわち最小電流値Ａ_minも作動油の条件により増減する。

（制御装置２）
つぎに、本実施形態の制御装置２を説明する。
図６に示すように、制御装置２は制御部５０と位置検出器６０とを備えている。制御部５０はＣＰＵやメモリなどで構成されたコンピュータである。制御部５０はソレノイドＳＲ、ＳＬに接続されており、これらに駆動電流を出力して電磁比例弁７０を制御する。

制御部５０には操作機器４３の操作信号が入力されている。操作機器４３としては特に限定されないが、レバーや無線操作端末が挙げられる。また、制御部５０に他の制御機器からの操作信号が入力される構成でもよい。例えば、制御部５０にはレバーの操作量（傾倒量）が入力される。制御部５０はレバーの操作量に従って、電磁比例弁７０のスプール位置を制御する。

電磁比例弁７０のスプールにはスプール位置を検出する位置検出器６０が取り付けられている。位置検出器６０の検出値は制御部５０に入力されている。位置検出器６０としては特に限定されないが、作動トランスやポテンショメータが挙げられる。

図８に電磁比例弁７０の制御系のブロック線図を示す。
制御部５０は、減算部５１、ＰＩＤ演算部５２、加算部５３、最小電流値演算部５４および電流発生器５５からなる。このうち、減算部５１、ＰＩＤ演算部５２、加算部５３および最小電流値演算部５４は、制御部５０のＣＰＵがメモリに記憶されたソフトウエアを実行することで実現される。なお、これらの一部または全部を電子回路で構成してもよい。電流発生器５５は指定された電流値を有する駆動電流を出力する駆動回路である。

図８中ｒはスプール位置の目標値である。目標値ｒは操作機器４３などの操作信号に従って設定される。減算部５１はスプール位置の目標値ｒから位置検出器６０の検出値Ｓを減算して、目標値ｒと検出値Ｓとの偏差Ｅを求める。

ＰＩＤ演算部５２は公知のＰＩＤ制御により偏差Ｅから駆動電流に必要な電流値Ａ₁を求める。ＰＩＤ演算部５２が求めた電流値Ａ₁は不感帯が考慮されていない。以下、ＰＩＤ演算部５２が求めた不感帯を考慮しない電流値Ａ₁を一次電流値Ａ₁と称する。

加算部５３は一次電流値Ａ₁に底上値Ａ_rを加算して二次電流値Ａ₂を求める。ここで、底上値Ａ_rは最小電流値演算部５４から取得される。最小電流値演算部５４による底上値Ａ_rの演算方法は後に説明する。二次電流値Ａ₂には底上値Ａ_rが加算されているので、一次電流値Ａ₁が不感帯に属する場合でも、強制的に電流値を大きくし、スプール３１を動かすことができる。すなわち、不感帯の影響を低減できる。このように、二次電流値Ａ₂は不感帯が考慮された電流値である。

電流発生器５５は、二次電流値Ａ₂を有する駆動電流を生成してソレノイドＳＲ、ＳＬに出力する。そうすると、電磁比例弁７０のスプールが駆動する。なお、ソレノイドＳＲおよびＳＬのいずれに駆動パルスを出力するかは、スプールを動かす方向に依存する。スプールを右側に駆動するにはソレノイドＳＲに駆動電流が出力される。スプールを左側に駆動するにはソレノイドＳＬに駆動電流が出力される。左右の別は偏差Ｅの正負により判定できる。

制御部５０には位置検出器６０の検出値Ｓがフィードバックされている。検出値Ｓは減算部５１に入力されるとともに、最小電流値演算部５４に入力されている。また、最小電流値演算部５４には二次電流値Ａ₂が入力されている。最小電流値演算部５４は以下の手順で検出値Ｓと二次電流値Ａ₂から最小電流値Ａ_minを求める。

制御部５０のメモリには、予め、種々の条件における駆動電流の電流値Ａとスプール位置Ｓと最小電流値Ａ_minとの関係が記憶されている。例えば、図７に示すように、種々の電流値Ａに対するスプール位置Ｓを試験により求めて、電流値Ａとスプール位置Ｓとの関係を関数（Ｓ＝ｆ（Ａ））として記憶すればよい。この場合、種々の条件、すなわち異なる最小電流値Ａ_minを有する複数の関数を記憶する。また、関数に代えて、種々の条件における電流値Ａとスプール変位Ｄと最小電流値Ａ_minとの関係をテーブル形式で記憶してもよい。

なお、最小電流値Ａ_minは直接記憶されていなくてもよい。例えば、電流値Ａに対するスプール位置Ｓを関数（Ｓ＝ｆ（Ａ））として記憶する場合には、スプール位置Ｓが０となる電流値Ａから最小電流値Ａ_minを求めることができる。このように、「電流値とスプール位置と最小電流値との関係」には、電流値Ａとスプール位置Ｓから最小電流値Ａ_minを求めることができる情報が含まれていればよい。

最小電流値演算部５４は、記憶された電流値Ａとスプール位置Ｓと最小電流値Ａ_minとの関係から、二次電流値Ａ₂と位置検出器６０の検出値Ｓとに対応する最小電流値Ａ_minを求める。図７に示すように、電流値Ａに対するスプール位置Ｓが関数として記憶されている場合には、複数の関数のうち、二次電流値Ａ₂におけるスプール位置Ｓ（Ａ₂）（＝ｆ（Ａ₂））が検出値Ｓに近い関数を選択する。そして選択した関数のスプール位置Ｓが０となる電流値Ａを最小電流値Ａ_minとする。電流値Ａとスプール位置Ｓと最小電流値Ａ_minとの関係がテーブル形式で記憶されている場合には、そのテーブルから二次電流値Ａ₂と検出値Ｓとに対応する最小電流値Ａ_minを取得する。

最小電流値演算部５４は、以上のように求めた最小電流値Ａ_minで底上値Ａ_rを更新する。すなわち、底上値Ａ_rに最小電流値Ａ_minを代入する。この底上値Ａ_rは加算部５３に入力され、二次電流値Ａ₂の演算に用いられる。

つぎに、図９に基づき、制御部５０の処理を説明する。
まず、制御部５０は操作機器４３などの操作信号にしたがってスプール位置の目標値ｒを設定する。また、制御部５０には位置検出器６０の検出値Ｓが入力されている。減算部５１は目標値ｒから検出値Ｓを減算して偏差Ｅを求める（ステップS201）。

つぎに、ＰＩＤ演算部５２は偏差Ｅから、不感帯を考慮しない一次電流値Ａ₁を求める（ステップS202）。

つぎに、加算部５３は一次電流値Ａ₁に底上値Ａ_rを加算して、不感帯を考慮した二次電流値Ａ₂を求める（ステップS203）。ここで、底上値Ａ_rとして制御部５０のメモリに一時記憶された値を用いる。

つぎに、電流発生器５５は、二次電流値Ａ₂を有する駆動電流を生成してソレノイドＳＲ、ＳＬに出力する（ステップS204）。そうすると、電磁比例弁７０のスプールが駆動する。二次電流値Ａ₂には底上値Ａ_rが加算されているので、一次電流値Ａ₁が不感帯に属する場合でも、強制的に電流値を大きくし、スプールを動かすことができる。そのため、不感帯の影響を低減できる。その結果、操作開始時の遅れを低減でき、微小操作時の応答性を良くできる。

つぎに、最小電流値演算部５４は二次電流値Ａ₂と位置検出器６０の検出値Ｓとから最小電流値Ａ_minを求める。求めた最小電流値Ａ_minで制御部１０のメモリに記憶された底上値Ａ_rを更新する（ステップS205）。

以上のステップS201からS205は繰り返し処理される。ステップS205で更新された底上値Ａ_rは、次回のステップS203において二次電流値Ａ₂の演算に用いられる。

以上のように、底上値Ａ_rは最小電流値Ａ_minの変動に従い常に最適な値に更新される。作動油の温度や流量などの条件が変化して不感帯が増減しても、それに追従して底上値Ａ_rを増減させることができる。そのため、作動油の条件によらず不感帯の影響を低減できる。その結果、常に操作開始時の遅れを低減でき、微小操作時の応答性を良くできる。

なお、制御部５０の処理周期ごとに底上値Ａ_rを更新するように構成してもよいし、電磁比例弁７０のスプールが中立位置に戻った時に底上値Ａ_rを更新するよう構成してもよい。電磁比例弁７０の場合、不感帯の影響が出るのはスプールが中立位置から動き始める時のみである。そのため、スプールが中立位置に戻った時に底上値Ａ_rを更新する構成とすれば、十分に不感帯の影響を低減できる。

１、２制御装置
１０制御部
１１減算部
１２ＰＷＭ演算部
１３加算部
１４最小パルス幅演算部
１５パルス発生器
２０位置検出器
３０高速応答弁
５０制御部
５１減算部
５２ＰＩＤ演算部
５３加算部
５４最小電流値演算部
５５電流発生器
６０位置検出器
７０電磁比例弁

Claims

パルス幅変調制御によりスプールが駆動される電磁弁の制御装置であって、
前記電磁弁のソレノイドに駆動パルスを出力する制御部と、
前記電磁弁のスプール位置を検出する位置検出器と、を備え、
前記制御部は、
スプール位置の目標値と前記位置検出器の検出値との偏差から、不感帯を考慮しない一次パルス幅を求め、
前記一次パルス幅に前記制御部に記憶された底上値を加算して、不感帯を考慮した二次パルス幅を求め、
前記二次パルス幅を有する前記駆動パルスを前記ソレノイドに出力し、
予め記憶されたパルス幅と１パルス当りのスプール変位と最小パルス幅との関係から、前記二次パルス幅と前記位置検出器の検出値から求めた１パルス当りのスプール変位とに対応する最小パルス幅を求め、
求めた最小パルス幅で前記底上値を更新する
ことを特徴とする電磁弁の制御装置。
駆動電流に比例してスプール位置が制御される電磁弁の制御装置であって、
前記電磁弁のソレノイドに駆動電流を出力する制御部と、
前記電磁弁のスプール位置を検出する位置検出器と、を備え、
前記制御部は、
スプール位置の目標値と前記位置検出器の検出値との偏差から、不感帯を考慮しない一次電流値を求め、
前記一次電流値に前記制御部に記憶された底上値を加算して、不感帯を考慮した二次電流値を求め、
前記二次電流値を有する前記駆動電流を前記ソレノイドに出力し、
予め記憶された電流値とスプール位置と最小電流値との関係から、前記二次電流値と前記位置検出器の検出値とに対応する最小電流値を求め、
求めた最小電流値で前記底上値を更新する
ことを特徴とする電磁弁の制御装置。