KR20190002825A - 농작업차량 - Google Patents

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KR20190002825A
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Abstract

본 발명은 농작업차량(1)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)은, 유량 제어를 이용하는 농작업차량(1)에 있어서, 상기 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도 등에 따른 유량의 변화나 유량제어밸브의 특성 변화, 부착되는 작업기 등의 변화 등 구동 환경의 변화에 따른 작업기 구동 장치의 실제 구동 속도 변화를 감지하여 이를 목표 구동 속도에 수렴하도록 소정의 제어 알고리즘을 통하여 제어하여 줌으로써, 구동 환경의 변화에 따라 나타날 수 있는 작업기 구동 속도 편차를 효과적으로 보정하여 줄 수 있는 농작업차량(1)을 제공한다.

Description

농작업차량 {AGRICULTURAL WORKING MACHINE}
본 발명은 농작업차량에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유량 제어를 이용하는 농작업차량 또는 이에 장착되는 작업기에 대한 제어 시스템에서, 상기 농작업차량의 엔진 회전 속도 등에 따른 유량의 변화나 유량제어밸브의 특성 변화 등 구동 환경의 변화에 따라 나타날 수 있는 작업기 구동 장치의 작동 속도 편차를 효과적으로 보정하여 제어할 수 있는 농작업차량에 관한 것이다.
트랙터 등 농작업차량에서는 여러 작업기를 부착하여 다양한 작업을 수행하게 된다. 예를 들어, 도 1에 예시되어 있는 트랙터(1)에서는 3점링크 등 연결링크(5)에 로터리기, 복토기, 정지기 등 다양한 작업기를 부착하여 여러 작업을 수행할 수 있다.
이때, 수행하는 작업의 필요에 따라 상기 작업기의 높낮이를 적절한 위치로 조절하여 주는 것이 요구되는 바, 이에 따라 상기 트랙터(1)는 상기 연결링크에 구비되는 승강암(10)을 구동시켜 상기 작업기를 상승 또는 하강시키게 된다. 이와 관련하여, 도 2에서는 트랙터(1)에서 다양한 작업기를 부착하는데 사용되는 연결링크(5)의 통상적인 구조를 도시하고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 트랙터(1)의 연결링크(5)는 트랙터 차량본체(2)와 상기 작업기를 연결하는 한 쌍의 하부링크(5a), 상기 하부링크(5a)의 상부에 배치되어 상기 작업기와 상기 트랙터 차량본체(2)를 연결하는 상부링크(5b) 및 상기 한 쌍의 하부링크(5a)에 각각 설치되며 일측과 타측이 상기 하부링크(5a) 및 상기 트랙터 차량본체(2)와 연결되는 지지링크(5c)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 한 쌍의 지지링크(5c)에는 유압승강실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암(10)이 연결되어, 상기 지지링크(5c) 및 이에 연결된 하부링크(5a)를 승강하여 줌으로써, 상기 연결링크(5)에 부착되는 작업기를 상승 또는 하강시킬 수 있게 된다.
그런데, 종래에는 상기 작업기의 위치를 승강시키는 경우, 상기 유압승강실린더(30)가 미리 정해진 속도로 구동하도록 개방 루프(open loop) 제어된 바, 상기 유압승강실린더(30)에 공급되는 유량을 제어하는 유량제어밸브의 동작 특성이 변화하거나, 상기 트랙터(1)의 엔진 회전 속도의 편차에 따라 상기 유량제어밸브로 공급되는 유량이 달라지거나, 또는 상기 연결링크(5)에 부착되는 작업기 등 부하가 변경되는 등, 구동 환경의 변화에 따라 상기 작업기의 승강 속도에 편차가 발생할 수 있었으며, 이에 따라 상기 작업기의 위치 등에 대한 정확한 제어가 어려워지는 문제가 나타날 수 있었다.
나아가, 상기와 같은 문제는 단지 작업기의 승강 속도 및 위치 제어에 한정되는 것이 아니라, 콤바인 하베스터나 이양기 등과 같은 농작업차량(1)의 자세 제어의 경우에도 나타날 수 있었다.
한국 등록특허공보 제10-1113506호(2012.02.29)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 유량 제어를 이용하는 농작업차량(1)에 있어서, 상기 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도 등에 따른 유량의 변화나 유량제어밸브의 특성 변화, 부착되는 작업기 등의 변화 등 구동 환경의 변화에 의하여 나타날 수 있는 작업기 구동 장치의 작동 속도 편차를 효과적으로 보정하여 제어할 수 있는 농작업차량(1)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)은, 유량의 공급을 제어하는 비례제어밸브(20); 상기 비례제어밸브(20)로부터 공급되는 유량으로 구동되는 유압실린더(30); 및 상기 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 제1장치(10)의 실제 구동 속도와 상기 제1장치(10)의 목표 구동 속도를 대비하고, 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 실제 구동 속도가 상기 목표 구동 속도에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어하는 제어부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부(400)는, 소정의 단위 시간 중 상기 비례제어밸브(20)에서 상기 유압실린더(30)로 유량을 공급하는 시간 비율인 듀티(duty)를 조절하여 상기 비례제어밸브(20)를 제어할 수 있다.
또한, 상기 실제 구동 속도는, 상기 제1장치(10)의 구동을 감지하는 제1센서(100)의 센싱 데이터를 이용하여 산출될 수 있다.
여기서, 상기 제1센서(100)는, 연결링크(5)에서 승강암의 승강에 따른 위치 변화를 감지하는 센서일 수 있다.
또한, 상기 실제 구동 속도는 상기 제1센서(100)의 센싱 데이터를 미분하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 목표 구동 속도는, 엔진 회전 속도에 따른 상기 제1장치(10)의 구동 속도 범위 내에서 산출될 수 있다.
여기서, 상기 목표 구동 속도는, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이를 고려하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 제1 제어 알고리즘은, 비례적분(Proportional Integral) 제어 알고리즘을 포함할 수 있다.
또한, 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치를 감지하는 제2센서(200)를 더 포함하며, 상기 제어부(400)는, 상기 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)에 대한 목표 전류치를 산출한 후, 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치와 상기 목표 전류치를 대비하여 제2 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치가 상기 목표 전류치에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제2 제어 알고리즘은, 비례적분(Proportional Integral) 제어 알고리즘을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)은, 유량 제어를 이용하는 농작업차량(1)에 있어서, 상기 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도 등에 따른 유량의 변화나 유량제어밸브의 특성 변화, 부착되는 작업기 등의 변화 등 구동 환경의 변화에 따른 구동 장치의 실제 구동 속도 변화를 감지하여 이를 목표 구동 속도에 수렴하도록 소정의 제어 알고리즘을 통하여 제어하여 줌으로써, 구동 환경의 변화에 따라 나타날 수 있는 작업기 구동 속도 편차를 효과적으로 보정하여 제어할 수 있는 농작업차량(1)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 통상의 농작업차량의 측면도이다.
도 2와 도 3은 통상의 농작업차량의 연결링크를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 제어 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 제어 시스템에 의한 농작업기 승강 동작의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 제어 시스템에서 듀티(duty)를 조절하여 비례제어밸브를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량의 제어 시스템에서 목표 구동 속도의 산출을 예시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
아래에서는 주로 농작업차량(1)에 부착되는 작업기(도시되지 않음)의 승강에 대한 제어를 예시하여 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 유량 제어를 이용하는 농작업차량(1)에 다양하게 적용될 수 있다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 통상의 농작업차량(1)의 구조 및 상기 농작업차량(1) 및 이에 부착되는 작업기(도시되지 않음)의 기본 구조 및 동작에 대하여 간단하게 살핀 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 제어 시스템에 대하여 설명한다.
우선, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 통상의 트랙터 등의 농작업차량(1)은 차량본체(2)와 상기 차량본체(2)에 작업기를 연결하기 위한 3점링크(3 points link) 등의 연결링크(5)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 차량본체(2)는 엔진(도시되지 않음)과 변속기(도시되지 않음) 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 상기 농작업차량(1)의 구동과 작업에 필요한 다양한 장치들이 설치될 수 있다.
상기 농작업차량(1)은 필요에 따라 상기 작업기를 승강시켜 높낮이를 조절하게 되는데, 이에 따라 상기 3점링크 등의 연결링크(5)에 구비되는 승강암(10)을 구동시켜 상기 작업기를 상승 또는 하강시키게 된다.
보다 구체적으로, 도 2와 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 트랙터 등 농작업차량(1)의 3점링크 등 연결링크(5)는 트랙터 차량본체(2)와 상기 작업기를 연결하는 한 쌍의 하부링크(5a), 상기 하부링크(5a)의 상부에 배치되어 상기 작업기와 상기 트랙터 차량본체(2)를 연결하는 상부링크(5b) 및 상기 한 쌍의 하부링크(5a)에 각각 설치되며 일측과 타측이 상기 하부링크(5a) 및 상기 트랙터 차량본체(2)와 연결되는 지지링크(5c)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 한 쌍의 지지링크(5c)에는 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암(10)이 연결되어, 상기 지지링크(5c) 및 이에 연결된 하부링크(5a)를 승강하여 줌으로써, 상기 연결링크(5)에 부착되는 작업기를 상승 또는 하강시킬 수 있게 된다.
그런데, 종래에는 상기 작업기의 위치를 승강시키는 경우, 상기 유압실린더(30)가 미리 정해진 속도로 구동하도록 개방 루프(open loop) 제어된 바, 상기 유압실린더(30)에 공급되는 유량을 제어하는 비례제어밸브(20)의 동작 특성이 변화하거나, 상기 트랙터 등 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도의 편차에 따라 상기 비례제어밸브(20)로 공급되는 유량이 달라지거나, 또는 상기 연결링크(5)에 부착되는 작업기 등의 부하가 변경되는 등, 구동 환경의 변화에 따라 상기 작업기의 승강 속도에 편차가 발생할 수 있었으며, 이에 따라 상기 작업기의 위치 등에 대한 정확한 제어가 어려워지는 문제가 나타날 수 있었다.
나아가, 상기와 같은 문제는 단지 작업기의 승강 속도 및 위치 제어에 한정되는 것이 아니라, 콤바인 하베스터나 이양기 등을 포함하여 농작업차량(1)의 자세 제어의 경우에도 나타날 수 있었다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서는, 상기 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도 등에 따른 유량의 변화나 비례제어밸브(20)의 특성 변화, 부착되는 작업기의 변화 등 구동 환경의 변화에 따른 구동 장치의 실제 구동 속도 변화를 제1센서(100) 등을 이용하여 감지하여 이를 목표 구동 속도에 수렴하도록 소정의 제어 알고리즘을 통하여 제어하여 줌으로써, 구동 환경의 변화에 따라 나타날 수 있는 구동 속도 편차를 효과적으로 보정하여 보다 정확한 제어가 이루어지도록 할 수 있게 된다.
보다 구체적으로 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 제어 시스템의 블록도를 예시하고 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)은, 유량의 공급을 제어하는 비례제어밸브(20), 상기 비례제어밸브(20)로부터 공급되는 유량으로 구동되는 유압실린더(30) 및 상기 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암 등 제1장치(10)의 실제 구동 속도와 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도를 대비하고, 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 제1장치(10)의 실제 구동 속도가 상기 목표 구동 속도에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어하는 제어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)은, 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치를 감지하는 제2센서(200)를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 제어부(400)는 상기 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)에 대한 목표 전류치를 산출한 후, 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치와 상기 목표 전류치를 대비하여 제2 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치가 상기 목표 전류치에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어할 수 있다.
또한, 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서 농작업기의 승강 동작을 예시하고 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 비례제어밸브(20)는 소정의 유량을 상기 유압실린더(30)로 인가하게 되고, 이에 따라 상기 유압실린더(30)는 상기 승강암(10)을 승강시키면서 상기 연결링크(5)에 부착되는 작업기를 상승시키거나 하강시키게 된다.
이때, 상기 제어부(400)는 승강암 등 제1장치(10)의 실제 구동 속도와 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도를 대비하고, 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 제1장치(10)의 실제 구동 속도가 상기 목표 구동 속도에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어할 수 있으며, 나아가 상기 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)에 대한 목표 전류치를 산출한 후, 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치와 상기 목표 전류치를 대비하여 제2 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치가 상기 목표 전류치에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어함으로써, 상기 승강암 등 제1장치(10)의 실제 구동 속도가 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도에 수렴하도록 제어할 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 6에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 아래에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 제어 시스템의 동작을 보다 자세하게 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 3점링크 등 연결링크(5)에 부착되는 작업기의 승강을 위해서는 상기 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암 등 제1장치(10)가 상기 지지링크(5c) 및 이에 연결된 하부링크(5a)를 승강하여 줌으로써, 상기 작업기를 상승 또는 하강시키게 된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서, 제어부(400)는 상기 승강암 등 제1장치(10)의 구동을 감지하는 제1센서(100)를 이용하여 상기 제1장치(10)의 실제 구동 속도를 산출한 후, 이를 상기 승강암 등 제1장치(10)의 목표 구동 속도와 대비하여, 비례적분 제어 등 소정의 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 제1장치(10)의 실제 구동 속도가 상기 목표 구동 속도에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어하여 상기 유압실린더(30)의 구동을 조절하게 된다.
이때, 상기 제1센서(100)는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 승강암 등 제1장치(10)의 위치를 감지할 수 있는 위치 센서(potentiometer)일 수 있으며, 이외에도 상기 승강암 등 제1장치(10)의 구동을 감지하여 위치 정보를 산출할 수 있는 센서라면 특별한 제한이 없이 사용될 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제1센서(100)로 위치 센서(potentiometer)를 사용하는 경우, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 승강암(10)의 구동에 따라 상기 승강암(10)의 회전축과 연결된 제1센서(100)는 상기 승강암(10)의 회전각을 측정할 수 있게 된다.
이어서, 상기 제어부(100)는 상기 제1센서(100)로부터 상기 승강암(10)의 회전각 측정 데이터를 전달받은 후, 이에 대한 미분값을 산출함으로써 상기 승강암(10)의 실제 회전 속도를 산출할 수 있게 된다.
물론, 필요에 따라서는 상기 제1센서(100)로서 상기 승강암(10)의 회전 속도를 직접 측정할 수 있는 센서를 사용하여, 측정된 상기 승강암(10)의 회전 속도 데이터를 하여 상기 제어부(400)로 제공할 수도 있다.
따라서, 상기 제어부(100)는 상기 제1센서(100)의 측정 데이터로부터 산출된 상기 승강암(10)의 실제 회전 속도를 미리 정해진 상기 승강암(10)의 목표 회전 속도와 대비하여, 비례적분 제어 등 소정의 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 제1장치(10)의 실제 구동 속도가 상기 목표 구동 속도에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어하여 상기 유압실린더(30)의 구동 및 그에 따른 상기 승강암(10)의 회전 속도를 제어할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서는 단순하게 상기 승강암 등 제1장치(10)을 미리 정해진 속도로 구동하도록 개방 루프(open loop) 제어하는 것이 아니라, 상기 승강암 등 제1장치(10)의 실제 구동 속도를 측정하고, 이를 목표 구동 속도에 수렴하도록 제어함으로써, 상기 승강암 등 제1장치(10)의 구동 속도의 정확도를 효과적으로 개선할 수 있게 된다.
나아가, 상기 승강암(10)의 목표 회전 속도는 상기 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도에 따른 승강암 등 상기 제1장치(10)의 구동 속도 범위 내에서 산출될 수 있다. 즉, 상기 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도가 달라지면, 상기 엔진 동력으로 구동되어 작동유를 공급하는 펌프의 토출 용량이 달라질 수 있는 바, 따라서 상기 농작업차량(1)의 엔진 회전 속도에 따라 상기 제1장치(10)의 구동 속도 범위가 정해질 수 있다. 이에 따라, 제어부(400)는 상기 엔진의 회전 속도를 고려하여 상기 제1장치(10)의 구동 속도 범위를 산출하고, 상기 구동 속도 범위 내에서 상기 승강암 등 제1장치(10)의 목표 구동 속도를 산출할 수 있다.
나아가, 상기 제어부(400)는 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이를 고려하여 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도를 산출할 수도 있다. 즉, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 큰 경우에는 상기 목표 구동 속도로서 상대적으로 큰 값을 설정함으로써 상기 제1장치(10)를 신속하게 목표 위치로 구동시킬 수 있으며, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 작은 경우에는 상기 목표 구동 속도로서 상대적으로 작은 값을 설정함으로써 상기 제1장치(10)를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서는 상기 엔진의 회전 속도 등을 고려하여 상기 승강암 등 제1장치(10)의 목표 구동 속도를 선정하고, 상기 승강암 등 제1장치(10)의 실제 구동 속도를 상기 목표 구동 속도에 수렴하도록 제어함으로써, 엔진 회전 속도 등에 따른 편차를 억제하고 상기 승강암 등 제1장치(10)의 구동 속도를 보다 정확하게 제어할 수 있게 된다.
이어서, 상기 제어부(400)는 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도 및 실제 구동 속도의 오차에 대하여, 소정의 제1 제어 알고리즘을 적용하여 상기 오차를 줄일 수 있도록 제어하게 된다.
이때, 상기 제1 제어 알고리즘으로써, 비례적분(PI) 제어 알고리즘을 사용할 수 있으며, 상기 비례적분(PI) 제어에 미분 제어를 추가한 비례적분미분(PID) 제어 알고리즘을 적용할 수도 있으며, 이외에도 상기 제1장치(10)의 실제 구동 속도가 목표 구동 속도로 수렴하도록 제어할 수 있는 다양한 제어 알고리즘들이 사용될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(400)는 상기 비례제어밸브(20)에서 상기 유압실린더(30)로 공급되는 유량을 제어함으로써, 상기 유압실린더(30)의 구동 속도를 제어할 수 있게 되고, 이에 따라 상기 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암 등 제1장치(10)의 실제 구동 속도를 목표 구동 속도에 수렴하도록 제어할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 제어 시스템에서는, 상기 비례제어밸브(20)에서의 코일 저항의 변화에 의한 전류 편차 등에 의하여 상기 비례제어밸브(20)에서 상기 유압실린더(30)로 공급되는 유량에 편차가 발생하는 것을 억제하기 위하여, 상기 비례제어밸브(20)에서의 실제 전류치를 감지하는 제2센서(200)를 더 구비하고, 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치와 목표 전류치를 대비하여 제2 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치가 상기 목표 전류치에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어하는 과정을 더 수행할 수도 있다.
이때, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 비례제어밸브(20)에 대한 목표 전류치는 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도 및 실제 구동 속도에 제1 제어 알고리즘을 적용하여 산출될 수 있다. 또한, 상기 비례제어밸브(20)에서의 실제 전류치는 상기 제2센서(200)를 이용하여 산출될 수 있으며, 상기 제2센서(200)는 통상의 비례제어밸브(20)에서 사용되는 저항을 이용한 전류 센싱 구조를 사용할 수도 있으며, 필요에 따라서는 별도의 전류 센서를 추가하여 상기 비례제어밸브(20)에서의 실제 전류치를 측정할 수도 있다.
또한, 상기 제2 제어 알고리즘으로써, 비례적분(PI) 제어 알고리즘을 사용할 수 있으며, 상기 비례적분(PI) 제어에 미분 제어를 추가한 비례적분미분(PID) 제어 알고리즘을 적용할 수도 있으며, 이외에도 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치가 목표 전류치로 수렴하도록 제어할 수 있는 다양한 제어 알고리즘들이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 소정의 단위 시간 중 상기 비례제어밸브(20)에서 상기 유압실린더(30)로 유량을 공급하는 시간 비율인 듀티(duty)를 조절하여 상기 비례제어밸브(20)의 동작을 제어하게 된다. 이에 따라, 상기 제어부(400)에서는 상기 산출된 듀티(duty)에 따라 PWM 신호를 이용하여 상기 비례제어밸브(20)의 동작을 제어함으로써, 구동 환경이 변화하더라도 상기 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암 등 제1장치(10)의 구동 속도 편차를 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
즉, 종래에는 상기 제어부(400)가 1주기 단위 시간(T0) 간격으로 미리 정해진 듀티(duty)로 상기 비례제어밸브(20)의 동작 여부를 제어하는데 그쳤으나, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서는, 상기 제어부(400)가 상기 1주기 단위 시간(T0) 중 상기 비례제어밸브(20)이 상기 유압실린더(30)로 유량을 공급하는 시간(예를 들어, 도 7에서 Ton)의 비율(예를 들어 50%)을 제어함으로써, 상기 단위 시간 당 상기 유압실린더(30)로 유입되는 유량을 조절할 수 있게 되며, 나아가 이를 이용하여 상기 유압실린더(30)의 구동 속도를 적절하게 조절하여 줌으로써(즉, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 듀티(duty)를 0%, 25%, 50%, 75%, 100% 등 다양한 듀티(duty) 값을 사용하여 제어 가능), 구동 환경에 변화가 있더라도 상기 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 제1장지(10)의 구동 속도를 일정하게 유지하도록 제어할 수 있게 된다.
또한, 도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)의 제어 시스템에서 목표 구동 속도의 산출을 설명하는 도면을 예시하고 있다.
도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 엔진의 회전 속도에 따라(도 8에서 High rpm, Low rpm) 다양한 속도 프로파일이 사용될 수 있으며, 상기 속도 프로파일들은 실험 등을 통하여 미리 수식이나 테이블의 형태로 준비될 수도 있다.
이에 따라, 엔진의 회전 속도가 파악되면, 그에 대응하는 속도 프로파일을 사용하여 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도를 산출할 수 있게 된다. 이때, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이를 고려하여 상기 제1장치(10)에 대한 목표 구동 속도를 산출할 수도 있다. 즉, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 큰 경우에는 상기 목표 구동 속도로서 상대적으로 큰 값을 설정함으로써 상기 제1장치(10)를 신속하게 목표 위치로 구동시킬 수 있으며, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 작은 경우에는 상기 목표 구동 속도로서 상대적으로 작은 값을 설정함으로써 상기 제1장치(10)를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어, 도 8에서 현재 엔진의 회전 속도가 High rpm에 해당하고, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 35%인 경우에는, 상기 제1장치(10)의 목표 구동 속도로 570을 산출할 수 있다.
반면, 도 8에서 현재 엔진의 회전 속도가 Low rpm에 해당하고, 상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 20%인 경우에는, 상기 제1장치(10)의 목표 구동 속도로 330을 산출할 수 있다.
또한, 상기 도 8에서 오차(Err)가 0인 경우에도 상기 제1장치(10)의 목표 구동 속도(V_ref)는 20으로 설정되어 있는 것을 볼 수 있는데, 상기 오차(Err)가 0인 경우에는 어차피 상기 제1장치(10)에 대한 제어를 수행하지 않도록 할 수 있으므로, 상기 오차(Err)가 0인 경우의 제1장치(10)의 목표 구동 속도(V_ref)가 반드시 0이어야 하는 것은 아니며, 특히 상기 오차(Err)가 0인 경우의 제1장치(10)의 목표 구동 속도(V_ref)를 0보다 큰 값으로 설정하여 줌으로써, 상기 제1장치(10)의 제어에 따른 수렴 속도를 개선할 수 있다는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 농작업차량 (2) : 차량본체
(5) : 연결링크
(10) : 제1장치 (20) : 비례제어밸브
(30) : 유압실린더 (100) : 제1센서
(200) : 제2센서 (400) : 제어부

Claims (10)

  1. 유량의 공급을 제어하는 비례제어밸브(20);
    상기 비례제어밸브(20)로부터 공급되는 유량으로 구동되는 유압실린더(30); 및
    상기 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 제1장치(10)의 실제 구동 속도와 상기 제1장치(10)의 목표 구동 속도를 대비하고, 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 실제 구동 속도가 상기 목표 구동 속도에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어하는 제어부(400);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(400)는,
    소정의 단위 시간 중 상기 비례제어밸브(20)에서 상기 유압실린더(30)로 유량을 공급하는 시간 비율인 듀티(duty)를 조절하여 상기 비례제어밸브(20)를 제어하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실제 구동 속도는,
    상기 제1장치(10)의 구동을 감지하는 제1센서(100)의 센싱 데이터를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1센서(100)는, 연결링크(5)에서 승강암의 승강에 따른 위치 변화를 감지하는 센서인 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  5. 제3항에 있어서,
    상기 실제 구동 속도는 상기 제1센서(100)의 센싱 데이터를 미분하여 산출되는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 목표 구동 속도는,
    엔진 회전 속도에 따른 상기 제1장치(10)의 구동 속도 범위 내에서 산출되는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 목표 구동 속도는,
    상기 제1장치(10)의 현재 위치와 목표 위치의 차이를 고려하여 산출되는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어 알고리즘은,
    비례적분(Proportional Integral) 제어 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치를 감지하는 제2센서(200)를 더 포함하며,
    상기 제어부(400)는,
    상기 제1 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)에 대한 목표 전류치를 산출한 후,
    상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치와 상기 목표 전류치를 대비하여 제2 제어 알고리즘을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)의 실제 전류치가 상기 목표 전류치에 수렴하도록 상기 비례제어밸브(20)를 제어하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 제어 알고리즘은,
    비례적분(Proportional Integral) 제어 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1).
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