JP5562790B2

JP5562790B2 - 電磁比例弁駆動制御装置

Info

Publication number: JP5562790B2
Application number: JP2010224103A
Authority: JP
Inventors: 信幸戸部; 茂徳青木; 浩史島田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: JP2012077853A

Description

本発明は、例えば建設機械等の油圧回路で使用される電磁比例弁に用いて好適な電磁比例弁駆動制御装置に関する。

一般に、例えば油圧ショベル等の建設機械では、油圧制御等に複数の電磁比例弁を使用している。このような油圧制御用の電磁比例弁では、制御対象の油圧耐量や油圧回路の応答特性の違いによって、駆動周波数等の負荷特性が異なっている。このため、電磁比例弁駆動制御装置として、複数種類の駆動周波数でＰＷＭ信号を出力可能な構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された電磁比例弁駆動制御装置では、発振周波数設定抵抗に基づき駆動周波数の基準となる三角波を発生する三角波発生部と、比較用電圧と三角波を比較してＰＷＭ信号を出力する比較器とを備えている。そして、発振周波数設定抵抗を切り換えることによって、三角波発生部の発振周波数を変更し、駆動対象となるソレノイドの特性に合わせたＰＷＭ信号を出力している。

特開２００１−３３８８１０号公報

ところで、上述した従来技術では、駆動周波数を変更するために、発振周波数設定抵抗を切り換える回路が必要となる。これに加え、単一の制御装置で複数種類の駆動周波数のＰＷＭ信号を同時に出力するためには、駆動周波数の種類に応じて複数個の三角波発生部が必要になり、製造コストが上昇するという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、簡略な構成で複数種類の駆動周波数でＰＷＭ信号を出力することができる電磁比例弁駆動制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、指令値発生部と、該指令値発生部から出力される指令値に基づいてデューティ比を演算するデューティ比演算部と、前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、前記ＰＷＭ信号に応じて電磁比例弁のコイルに通電を行うスイッチング素子と、該スイッチング素子がオフのときに前記電磁比例弁に生じる逆起電力を前記電磁比例弁の入力側に還流させる負荷電流還流素子と、前記電磁比例弁に通電する励磁電流を電圧に変換し該電圧を検出電圧とする電流・電圧変換器と、前記検出電圧を検出値として取り込むＡ／Ｄ変換部とを備え、前記デューティ比演算部は、前記指令値と前記検出値との差が小さくなるように前記デューティ比を演算する構成としてなる電磁比例弁駆動制御装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ＰＷＭ信号発生部および前記スイッチング素子は、複数個の電磁比例弁に対応して複数個設け、前記各電磁比例弁の特性に合わせた駆動周波数を予め保存する駆動周波数保存部と、予め決められた一定周期の基準信号を出力する発振部とを備え、該各ＰＷＭ信号発生部は、対応した前記電磁比例弁の特性に合わせた駆動周波数を前記駆動周波数保存部から読込む駆動周波数読込み部と、該駆動周波数読込み部によって読込んだ前記駆動周波数に応じて前記基準信号の各周期でオンとオフとを１回または複数回切り換えて前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号出力部とによって構成し、前記発振部は、前記基準信号の一定周期を複数に分割した分割周期を互いに計時し所定順序に従って起動する複数個のタイマによって構成し、前記ＰＷＭ信号出力部は、前記駆動周波数が高いときには、各タイマの分割周期を１周期として前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を出力し、前記駆動周波数が低いときには、前記複数個のタイマの分割周期の合計を１周期として前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を出力する構成としたことにある。

請求項２の発明では、前記複数個の電磁比例弁は建設機械の油圧回路に設けられる構成としている。

請求項１の発明によれば、各ＰＷＭ信号発生部は駆動周波数読込み部とＰＷＭ信号出力部とによって構成したから、駆動周波数読込み部を用いて電磁比例弁の特性に合わせた駆動周波数を駆動周波数保存部から読込み、ＰＷＭ信号出力部を用いて読込んだ駆動周波数に応じて発振部が出力する基準信号の各周期でオンとオフとを１回または複数回切り換えて所望のデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力することができる。このため、複数個のＰＷＭ信号発生部は、互いに異なる駆動周波数のＰＷＭ信号を同時に出力することができる。また、複数個のＰＷＭ信号発生部は、共通の駆動周波数保存部および発振部を用いることができるから、発振周波数設定抵抗を切り換える回路や複数個の三角波発生部を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

また、発振部は、基準信号の一定周期を複数に分割した分割周期を互いに計時し所定順序に従って起動する複数個のタイマによって構成した。このため、ＰＷＭ信号出力部は、各タイマの分割周期を１周期としてデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力することによって、高い駆動周波数のＰＷＭ信号を出力することができる。また、ＰＷＭ信号出力部は、複数個のタイマの分割周期の合計を１周期としてデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力することによって、低い駆動周波数のＰＷＭ信号を出力することができる。

請求項２の発明によれば、複数個の電磁比例弁は建設機械の油圧回路に設けられる構成としたから、油圧耐量や油圧回路の応答特性の違いが生じる場合でも、それぞれの電磁比例弁に応じた駆動周波数のＰＷＭ信号を出力することができる。

本発明の実施の形態による電磁比例弁駆動制御装置を示すブロック図である。図１中の演算処理部による第１，第２のＰＷＭ信号演算処理を示す流れ図である。図２中のＰＷＭ信号出力処理を示す流れ図である。図３中の１００Ｈｚ処理を示す流れ図である。図３中の２００Ｈｚ処理を示す流れ図である。図３中の４００Ｈｚ処理を示す流れ図である。１００ＨｚのＰＷＭ信号を示す特性線図である。２００ＨｚのＰＷＭ信号を示す特性線図である。４００ＨｚのＰＷＭ信号を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態による電磁比例弁駆動制御装置を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１において、１，２は駆動制御対象となる第１，第２の電磁比例弁を示し、これらの電磁比例弁１，２は、例えば油圧ショベル等のような建設機械の油圧回路に設けられると共に、誘導性負荷としてのソレノイド（コイル）を備えている。これらの電磁比例弁１，２は、後述する制御装置４を介して駆動電流Ｉ1，Ｉ2（励磁電流）の供給源となる電源３にそれぞれ接続されている。そして、第１，第２の電磁比例弁１，２は、電源３から供給される駆動電流Ｉ1，Ｉ2に応じてその開度が調整される。

４は駆動電流Ｉ1，Ｉ2を調整して第１，第２の電磁比例弁１，２を制御する制御装置で、該制御装置４は、後述する演算処理部５および第１，第２の駆動電流回路２０，２５によって構成されている。

５は例えばマイクロコンピュータ等によって構成された演算処理部で、該演算処理部５は、第１，第２の信号演算部６，７を備えている。第１の信号演算部６は、第１の電磁比例弁１の開度に応じた第１の指令値Ｐ1と、第１の電磁比例弁１の駆動電流Ｉ1に対応した第１の検出電圧Ｖ1とに基づいて、第１のデューティ比Ｄ1をフィードバック演算処理し、このデューティ比Ｄ1に応じた第１のＰＷＭ信号Ｓ1を出力する。一方、第２の信号演算部７は、第２の電磁比例弁２の開度に応じた第２の指令値Ｐ2と、第２の電磁比例弁２の駆動電流Ｉ2に対応した第２の検出電圧Ｖ2とに基づいて、第２のデューティ比Ｄ2をフィードバック演算処理し、このデューティ比Ｄ2に応じた第２のＰＷＭ信号Ｓ2を出力する。

具体的には、第１の信号演算部６は、第１の指令値Ｐ1を出力する指令値発生部８と、第１の指令値Ｐ1と第１の検出電圧Ｖ1との差が小さくなるようにＰＷＭ信号Ｓ1のデューティ比Ｄ1をフィードバック演算処理する第１のデューティ比演算部９と、該第１のデューティ比演算部９から出力されたデューティ比Ｄ1に基づき第１のＰＷＭ信号Ｓ1を生成して出力する第１のＰＷＭ信号発生部１０と、後述する第１の駆動電流回路２０から出力されるアナログ信号からなる第１の検出電圧Ｖ1をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換部１１と、該第１のＡ／Ｄ変換部１１から出力された第１の検出電圧Ｖ1のＡ／Ｄ変換値（デジタル値）を保存する第１のＡ／Ｄ変換値保存部１２とによって構成されている。

同様に、第２の信号演算部７は、第２の指令値Ｐ2を出力する指令値発生部１３と、第２の指令値Ｐ2と第２の検出電圧Ｖ2との差が小さくなるようにＰＷＭ信号Ｓ2のデューティ比Ｄ2をフィードバック演算処理する第２のデューティ比演算部１４と、該第２のデューティ比演算部１４から出力されたデューティ比Ｄ2に基づき第２のＰＷＭ信号Ｓ2を生成して出力する第２のＰＷＭ信号発生部１５と、後述する第２の駆動電流回路２５から出力されるアナログ信号からなる第２の検出電圧Ｖ2をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換部１６と、該第２のＡ／Ｄ変換部１６から出力された第２の検出電圧Ｖ2のＡ／Ｄ変換値を保存する第２のＡ／Ｄ変換値保存部１７とによって構成されている。

なお、第１，第２の信号演算部６，７の機能的要素は、図２ないし図６に示す第１，第２のＰＷＭ信号演算処理のように、マイクロコンピュータ等の具体的な演算処理を示すソフトウエアによって実現されるものである。

また、演算処理部５は、第１，第２のＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2の駆動周波数Ｆとなる第１，第２の周波数Ｆ1，Ｆ2を保存する駆動周波数保存部１８を備えている。この駆動周波数保存部１８は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリによって構成され、第１の電磁比例弁１の特性に合わせた第１の周波数Ｆ1を予め保存すると共に、第２の電磁比例弁２の特性に合わせた第２の周波数Ｆ2を予め保存している。このとき、第１，第２の周波数Ｆ1，Ｆ2は同じ値でもよく、互いに異なる値でもよい。そして、第１，第２の周波数Ｆ1，Ｆ2は、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５によってそれぞれ読み出される。これにより、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、駆動周波数Ｆが第１，第２の周波数Ｆ1，Ｆ2に設定された第１，第２のＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2をそれぞれ出力する。

１９は演算処理部５に設けられた発振部で、該発振部１９は、予め決められた一定周期として例えば１周期が１０ｍｓ（１００Ｈｚ）の基準信号Ｒを出力する。この発振部１９は、演算処理部５内に設けられた例えば４個のタイマ１９Ａ〜１９Ｄを組み合わせることによって構成されている。各タイマ１９Ａ〜１９Ｄは、所定周期として例えば基準信号Ｒの１周期を４等分した２．５ｍｓ（４００Ｈｚ）の分割周期Ｔa〜Ｔdを計時する。また、タイマ１９Ａ〜１９Ｄは、所定順序として、第１のタイマ１９Ａ、第２のタイマ１９Ｂ、第３のタイマ１９Ｃ、第４のタイマ１９Ｄの順序で起動し、この順番で起動および計時を繰り返す。このため、第１のタイマ１９Ａが起動してから第４のタイマ１９Ｄの計時が終了するまでの時間が、基準信号Ｒの１周期に相当する。

そして、演算処理部５の第１のＰＷＭ信号発生部１０は、後述の第１，第２のＰＷＭ信号演算処理を実行することによって、第１の周波数Ｆ1に応じて発振部１９による基準信号Ｒの各周期でオンとオフとを１回または複数回切り換えてデューティ比Ｄ1を有する第１のＰＷＭ信号Ｓ1を出力する。同様に、第２のＰＷＭ信号発生部１５は、後述の第１，第２のＰＷＭ信号演算処理を実行することによって、第２の周波数Ｆ2に応じて発振部１９による基準信号Ｒの各周期でオンとオフとを１回または複数回切り換えてデューティ比Ｄ2を有する第２のＰＷＭ信号Ｓ2を出力する。

２０は第１の信号演算部６による第１のＰＷＭ信号Ｓ1に応じて第１の電磁比例弁１に駆動電流Ｉ1を供給する第１の駆動電流回路で、該第１の駆動電流回路２０は、第１のＰＷＭ信号発生部１０と第１のＡ／Ｄ変換部１１に接続されている。この第１の駆動電流回路２０は、第１のＰＷＭ信号Ｓ1に応じて第１の電磁比例弁１のソレノイドに通電を行う第１のスイッチング素子２１と、第１のスイッチング素子２１がオフ（遮断状態）のときに第１の電磁比例弁１に生じる逆起電力を第１の電磁比例弁１の入力側に還流させる第１の負荷電流還流素子２２と、第１の電磁比例弁１に通電する励磁電流を電圧に変換し該電圧を第１の検出電圧Ｖ1とする第１の電流・電圧変換器２３と、該第１の電流・電圧変換器２３から出力される第１の検出電圧Ｖ1を増幅して第１のＡ／Ｄ変換部１１に向けて出力する第１の増幅器２４とによって構成されている。

ここで、第１の負荷電流還流素子２２は、例えばカソードが第１のスイッチング素子２１に接続され、アノードがグランドに接続されたダイオードによって形成されている。また、第１のスイッチング素子２１は、第１のＰＷＭ信号Ｓ1に応じてオン、オフが切り換わる素子として、例えばＭＯＳＦＥＴ等を用いて形成されている。

２５は第２の信号演算部７による第２のＰＷＭ信号Ｓ2に応じて第２の電磁比例弁２に駆動電流Ｉ2を供給する第２の駆動電流回路で、該第２の駆動電流回路２５は、第１の駆動電流回路２０とほぼ同様に構成され、第２のＰＷＭ信号発生部１５と第２のＡ／Ｄ変換部１６に接続されている。このため、第２の駆動電流回路２５は、第２のスイッチング素子２６、第２の負荷電流還流素子２７、第２の電流・電圧変換器２８および第２の増幅器２９によって構成されている。そして、第２の駆動電流回路２５は、第２のＰＷＭ信号Ｓ2に応じて第２のスイッチング素子２６のオン（通電状態）、オフ（遮断状態）が切り換わり、第２の電磁比例弁２のソレノイドに駆動電流Ｉ2を供給すると共に、第２の電磁比例弁２に通電する励磁電流を第２の検出電圧Ｖ2として検出し、第２のＡ／Ｄ変換部１６に向けて出力する。

本実施の形態による電磁比例弁駆動制御装置は、上述の如き構成を有するもので、次に演算処理部５による第１，第２のＰＷＭ信号演算処理について、図２ないし図６を参照しつつ説明する。なお、演算処理部５を構成するマイクロコンピュータは、例えば数ＭＨｚ等のように、第１，第２の電磁比例弁１，２の駆動周波数となる数百Ｈｚに比べて十分に高速で動作する。このため、第１，第２のＰＷＭ信号演算処理は、例えば数十μｓ〜数百μｓ程度の周期で繰り返し実行されるものである。

まず、ステップ１では、デューティ比Ｄとして第１のデューティ比演算部９から第１のデューティ比Ｄ1を読込み、ステップ２では、駆動周波数Ｆとして駆動周波数保存部１８から第１の周波数Ｆ1を読込む。次のステップ３では、後述するＰＷＭ信号出力処理を実行して、第１のデューティ比Ｄ1で第１の周波数Ｆ1となった第１のＰＷＭ信号Ｓ1を出力する。

続いて、ステップ４では、デューティ比Ｄとして第２のデューティ比演算部１４から第２のデューティ比Ｄ2を読込み、ステップ５では、駆動周波数Ｆとして駆動周波数保存部１８から第２の周波数Ｆ2を読込む。次のステップ６では、後述するＰＷＭ信号出力処理を実行して、第２のデューティ比Ｄ2で第２の周波数Ｆ2となった第２のＰＷＭ信号Ｓ2を出力する。

次に、図２中のＰＷＭ信号出力処理について、図３を参照しつつ説明する。なお、図３では、第１，第２の電磁比例弁１，２の駆動周波数Ｄ（周波数Ｆ1，Ｆ2）は、１００Ｈｚ，２００Ｈｚ，４００Ｈｚの３種類のうちいずれか１つが選択可能な場合を例示している。

まず、ステップ１１では、駆動周波数Ｆが１００Ｈｚか否かを判定する。そして、ステップ１１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１２に移って１００ＨｚのＰＷＭ信号を出力する１００Ｈｚ処理を実行し、ステップ１６に移ってリターンする。

一方、ステップ１１で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１３に移って駆動周波数Ｆが２００Ｈｚか否かを判定する。そして、ステップ１３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１４に移って２００ＨｚのＰＷＭ信号を出力する２００Ｈｚ処理を実行し、ステップ１６に移ってリターンする。

また、ステップ１３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１５に移って４００ＨｚのＰＷＭ信号を出力する４００Ｈｚ処理を実行し、ステップ１６に移ってリターンする。

次に、図３中の１００Ｈｚ処理について、図４を参照しつつ説明する。

まず、ステップ２１では、デューティ比Ｄが７５％よりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ２１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ２２に移って、以下の数１の式を用いて、与えられたデューティ比Ｄに基づいて、第１のタイマ１９Ａが分割周期Ｔaを計時する間のデューティ比ＤＴ[1]を算出する。このデューティ比ＤＴ[1]に基づいて、第１のタイマ１９Ａが分割周期Ｔaを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換える。続くステップ２３では、第２〜第４のタイマ１９Ｂ〜１９Ｄが分割周期Ｔb〜Ｔdを計時する間のデューティ比ＤＴ[2]〜ＤＴ［4］を１００％に設定する。これにより、第２〜第４のタイマ１９Ｂ〜１９Ｄが分割周期Ｔb〜Ｔdを計時する間は、ＰＷＭ信号はオンに固定され、第１のタイマ１９Ａが起動するときにオフに切り換わる。ステップ２３が終了すると、ステップ３４に移ってリターンする。

一方、ステップ２１で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ２４に移ってデューティ比Ｄが５０％よりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ２４で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ２５に移って、第１のタイマ１９Ａが分割周期Ｔaを計時する間のデューティ比ＤＴ[1]を０％に設定する。これにより、第１のタイマ１９Ａが分割周期Ｔaを計時する間は、ＰＷＭ信号をオフに固定する。

次に、ステップ２６では、以下の数２の式を用いて、与えられたデューティ比Ｄに基づいて、第２のタイマ１９Ｂが分割周期Ｔbを計時する間のデューティ比ＤＴ[2]を算出する。このデューティ比ＤＴ[2]に基づいて、第２のタイマ１９Ｂが分割周期Ｔbを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換える。続くステップ２７では、第３，第４のタイマ１９Ｃ，１９Ｄが分割周期Ｔc，Ｔdを計時する間のデューティ比ＤＴ[3]，ＤＴ［4］を１００％に設定する。これにより、第３，第４のタイマ１９Ｃ，１９Ｄが分割周期Ｔc，Ｔdを計時する間は、ＰＷＭ信号はオンに固定され、第１のタイマ１９Ａが起動するときにオフに切り換わる。ステップ２７が終了すると、ステップ３４に移ってリターンする。

また、ステップ２４で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ２８に移ってデューティ比Ｄが２５％よりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ２８で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ２９に移って、第１，第２のタイマ１９Ａ，１９Ｂが分割周期Ｔa，Ｔbを計時する間のデューティ比ＤＴ[1]，ＤＴ[2]を０％に設定する。これにより、第１，第２のタイマ１９Ａ，１９Ｂが分割周期Ｔa，Ｔbを計時する間は、ＰＷＭ信号をオフに固定する。

次に、ステップ３０では、以下の数３の式を用いて、与えられたデューティ比Ｄに基づいて、第３のタイマ１９Ｂが分割周期Ｔcを計時する間のデューティ比ＤＴ[3]を算出する。このデューティ比ＤＴ[3]に基づいて、第３のタイマ１９Ｃが分割周期Ｔcを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換える。続くステップ３１では、第４のタイマ１９Ｄが分割周期Ｔdを計時する間のデューティ比ＤＴ［4］を１００％に設定する。これにより、第４のタイマ１９Ｄが分割周期Ｔdを計時する間は、ＰＷＭ信号はオンに固定され、第１のタイマ１９Ａが起動するときにオフに切り換わる。ステップ３１が終了すると、ステップ３４に移ってリターンする。

一方、ステップ２８で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ３２に移って、第１〜第３のタイマ１９Ａ〜１９Ｃが分割周期Ｔa〜Ｔcを計時する間のデューティ比ＤＴ[1]〜ＤＴ[3]を０％に設定する。これにより、第１〜第２のタイマ１９Ａ〜１９Ｃが分割周期Ｔa〜Ｔcを計時する間は、ＰＷＭ信号をオフに固定する。続くステップ３３では、以下の数４の式を用いて、与えられたデューティ比Ｄに基づいて、第４のタイマ１９Ｄが分割周期Ｔdを計時する間のデューティ比ＤＴ[4]を算出する。このデューティ比ＤＴ[4]に基づいて、第４のタイマ１９Ｄが分割周期Ｔdを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換える。ステップ３３が終了すると、ステップ３４に移ってリターンする。

これにより、第１〜第４のタイマ１９Ａ〜１９Ｄが分割周期Ｔa〜Ｔdの合計となる１０ｍｓを１周期として、デューティ比ＤをもったＰＷＭ信号を生成することができる。この結果、図７に示すように、ＰＷＭ信号の駆動周波数Ｆは１００Ｈｚに設定される。これにより、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、１００ＨｚのＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力することができる。なお、図７は、デューティ比Ｄが６２．５％の場合を例示したものである。

次に、図３中の２００Ｈｚ処理について、図５を参照しつつ説明する。

まず、ステップ４１では、デューティ比Ｄが５０％よりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ４１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ４２に移って、以下の数５の式を用いて、与えられたデューティ比Ｄに基づいて、第１のタイマ１９Ａが分割周期Ｔaを計時する間のデューティ比ＤＴ[1]と、第３のタイマ１９Ｃが分割周期Ｔcを計時する間のデューティ比ＤＴ[3]をそれぞれ算出する。このデューティ比ＤＴ[1]，ＤＴ[3]に基づいて、第１のタイマ１９Ａが分割周期Ｔaを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換えると共に、第３のタイマ１９Ｃが分割周期Ｔcを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換える。

続くステップ４３では、第２，第４のタイマ１９Ｂ，１９Ｄが分割周期Ｔb，Ｔdを計時する間のデューティ比ＤＴ[2]，ＤＴ［4］を１００％に設定する。これにより、第２のタイマ１９Ｂが分割周期Ｔbを計時する間は、ＰＷＭ信号はオンに固定され、第３のタイマ１９Ｃが起動するときにオフに切り換わる。同様に、第４のタイマ１９Ｄが分割周期Ｔdを計時する間は、ＰＷＭ信号はオンに固定され、第１のタイマ１９Ａが起動するときにオフに切り換わる。ステップ４３が終了すると、ステップ４６に移ってリターンする。

一方、ステップ４１で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ４４に移って、第１，第３のタイマ１９Ａ，１９Ｃが分割周期Ｔa，Ｔcを計時する間のデューティ比ＤＴ[1]，ＤＴ[3]を０％に設定する。これにより、第１のタイマ１９Ａが分割周期Ｔaを計時する間は、ＰＷＭ信号をオフに固定すると共に、第３のタイマ１９Ｃが分割周期Ｔcを計時する間は、ＰＷＭ信号をオフに固定する。続くステップ４５では、以下の数６の式を用いて、与えられたデューティ比Ｄに基づいて、第２，第４のタイマ１９Ｂ，１９Ｄが分割周期Ｔb，Ｔdを計時する間のデューティ比ＤＴ[2]，ＤＴ[4]を算出する。このデューティ比ＤＴ[2]，ＤＴ[4]に基づいて、第２のタイマ１９Ｂが分割周期Ｔbを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換えると共に、第４のタイマ１９Ｄが分割周期Ｔdを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換える。ステップ４５が終了すると、ステップ４６に移ってリターンする。

これにより、第１，第２のタイマ１９Ａ，１９Ｂが分割周期Ｔa，Ｔbの合計、および第３，第４のタイマ１９Ｃ，１９Ｄが分割周期Ｔc，Ｔdの合計となる５ｍｓを１周期として、デューティ比ＤをもったＰＷＭ信号を生成することができる。この結果、図８に示すように、ＰＷＭ信号の駆動周波数Ｆは２００Ｈｚに設定される。これにより、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、２００ＨｚのＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力することができる。なお、図８は、デューティ比Ｄが６２．５％の場合を例示したものである。

次に、図３中の４００Ｈｚ処理について、図６を参照しつつ説明する。

ステップ５１では、第１〜第４のタイマ１９Ａ〜１９Ｄが分割周期Ｔa〜Ｔdを計時する間のデューティ比ＤＴ[1]〜ＤＴ[4]を、与えられたデューティ比Ｄに設定する。このデューティ比ＤＴ[1]〜ＤＴ[4]に基づいて、第１〜第４のタイマ１９Ａ〜１９Ｄが分割周期Ｔa〜Ｔdを計時する途中でＰＷＭ信号をオフからオンに切り換える。ステップ５１が終了すると、ステップ５２に移ってリターンする。

これにより、第１〜第４のタイマ１９Ａ〜１９Ｄの分割周期Ｔa〜Ｔd（Ｔa〜Ｔd＝２．５ｍｓ）を１周期として、デューティ比ＤをもったＰＷＭ信号を生成することができる。この結果、図９に示すように、ＰＷＭ信号の駆動周波数Ｆは４００Ｈｚに設定される。これにより、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、４００ＨｚのＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力することができる。なお、図９は、デューティ比Ｄが６２．５％の場合を例示したものである。

本実施の形態による電磁比例弁駆動制御装置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について図１を参照しつつ説明する。

制御装置４の第１の信号演算部６は、第１の指令値発生部８による第１の指令値Ｐ1と第１のＡ／Ｄ変換部１１から入力された検出電圧Ｖ1とに基づいて、第１のＰＷＭ信号Ｓ1を生成して出力する。このとき、第１のスイッチング素子２１は、第１のＰＷＭ信号Ｓ1に基づいて、そのオンとオフとが周期的に切り換わる。これにより、第１の電磁比例弁１には第１のスイッチング素子２１を通じて電源３から駆動電流Ｉ1が供給され、駆動電流Ｉ1に応じて第１の電磁比例弁１の開度が調整される。

また、制御装置４の第２の信号演算部７は、第２の指令値発生部１３による第２の指令値Ｐ2と第２のＡ／Ｄ変換部１６から入力された検出電圧Ｖ2とに基づいて、第２のＰＷＭ信号Ｓ2を生成して出力する。このとき、第２のスイッチング素子２６は、第２のＰＷＭ信号Ｓ2に基づいて、そのオンとオフとが周期的に切り換わる。これにより、第２の電磁比例弁２には第２のスイッチング素子２６を通じて電源３から駆動電流Ｉ2が供給され、駆動電流Ｉ2に応じて第２の電磁比例弁２の開度が調整される。

ここで、第１の信号演算部６は、第１のデューティ比演算部９および第１のＰＷＭ信号発生部１０を備えている。そして、第１のデューティ比演算部９は、第１の指令値Ｐ1と第１の検出電圧Ｖ1との差が小さくなるように、第１のデューティ比Ｄ1をフィードバック演算処理する。このとき、第１のＰＷＭ信号発生部１０は、このデューティ比Ｄ1に基づいて第１のＰＷＭ信号Ｓ1のデューティ比を設定すると共に、駆動周波数保存部１８に保存された第１の周波数Ｆ1を読み出して、この周波数Ｆ1で周期的に切り換わる第１のＰＷＭ信号Ｓ1を出力する。

また、第２の信号演算部７も、第２のデューティ比演算部１４および第２のＰＷＭ信号発生部１５を備え、第２のＰＷＭ信号発生部１５は、第２のデューティ比演算部１４によるデューティ比Ｄ2に基づいて第２のＰＷＭ信号Ｓ2のデューティ比を設定すると共に、駆動周波数保存部１８に保存された第２の周波数Ｆ2を読み出して、この周波数Ｆ2で周期的に切り換わる第２のＰＷＭ信号Ｓ2を出力する。

然るに、本実施の形態では、第１のＰＷＭ信号発生部１０は、第１の電磁比例弁１の特性に合わせた第１の周波数Ｆ1を駆動周波数保存部１８から読込み、この周波数Ｆ1に応じて基準信号Ｒの各周期でオンとオフとを１回または複数回切り換えて所望のデューティ比Ｄ1を有する第１のＰＷＭ信号Ｓ1を出力することができる。同様に、第２のＰＷＭ信号発生部１５は、第２の電磁比例弁２の特性に合わせた第２の周波数Ｆ2を駆動周波数保存部１８から読込み、この周波数Ｆ2に応じて基準信号Ｒの各周期でオンとオフとを１回または複数回切り換えて所望のデューティ比Ｄ2を有する第２のＰＷＭ信号Ｓ2を出力することができる。

このため、演算処理部５がソフトウエアによる第１，第２のＰＷＭ信号出力処理（図２ないし図６参照）を実行することによって、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、周波数Ｆ1，Ｆ2が互いに異なる場合でも、この周波数Ｆ1，Ｆ2の第１，第２のＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を同時に出力することができる。また、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、共通の駆動周波数保存部１８および発振部１９を用いることができるから、従来技術のように例えば発振周波数設定抵抗を切り換える回路や複数個の三角波発生部を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

また、発振部１９は、互いに分割周期Ｔa〜Ｔdを計時し所定順序に従って起動する４個のタイマ１９Ａ〜１９Ｄによって構成した。このため、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、各タイマ１９Ａ〜１９Ｄの分割周期Ｔa〜Ｔdを１周期とすることによって、例えば４００Ｈｚのような高い駆動周波数ＦのＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力することができる。また、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、例えば４個のタイマ１９Ａ〜１９Ｄの分割周期Ｔa〜Ｔdのうち２個または４個の合計を１周期とすることによって、例えば２００Ｈｚや１００Ｈｚのような低い駆動周波数ＦのＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力することができる。

さらに、第１，第２の電磁比例弁１，２は建設機械の油圧回路に設けられる構成としたから、油圧耐量や油圧回路の応答特性の違いが生じる場合でも、それぞれの電磁比例弁１，２に応じた駆動周波数ＦのＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力することができる。これにより、電磁比例弁１，２を所望の応答性をもってその弁開度を調整することができる。

なお、前記実施の形態では、図２中のステップ２，４が駆動周波数読込み部の具体例を示し、図２中のステップ３，６および図３〜図６に示すＰＷＭ信号出力処理がＰＷＭ信号出力部の具体例を示している。

また、前記実施の形態では、２個の電磁比例弁１，２を制御する構成を例に挙げて説明したが、３個以上の電磁比例弁を制御する構成に適用してもよい。

また、前記実施の形態では、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、１００Ｈｚ，２００Ｈｚ，４００Ｈｚの３種類の駆動周波数のＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力する構成としたが、これらの駆動周波数の具体的な値は電磁比例弁１，２の応答特性等に基づいて適宜設定されるものである。

また、前記実施の形態では、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、１００Ｈｚ，２００Ｈｚ，４００Ｈｚの３種類の駆動周波数のＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、例えば１００Ｈｚ，２００Ｈｚ，４００Ｈｚに８００Ｈｚを加えた４種類の駆動周波数のＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力する構成としてもよい。

この場合、発振部１９は８個のタイマを備え、各タイマは１．２５ｍｓの分割周期をそれぞれ計時する。そして、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、１００Ｈｚでは８個のタイマの分割周期を合計して１周期とし、２００Ｈｚでは４個のタイマの分割周期を合計して１周期とし、４００Ｈｚでは２個のタイマの分割周期を合計して１周期とし、８００Ｈｚでは１個のタイマの分割周期を１周期とし、それぞれＰＷＭ信号を生成して出力するものである。

さらに、ＰＷＭ信号発生部は５種類以上の駆動周波数のＰＷＭ信号を出力する構成としてもよい。また、第１，第２のＰＷＭ信号発生部１０，１５は、例えばタイマ１９Ａ〜１９Ｄの分割周期Ｔa〜Ｔdのうち３個分を合計して１周期とし、１３３ＨｚのＰＷＭ信号Ｓ1，Ｓ2を出力する構成としてもよい。

さらに、前記実施の形態では、建設機械の油圧回路に使用する電磁比例弁１，２を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば農業機械、乗用車等の他の油圧回路に使用する電磁比例弁に対して適用する構成としてもよい。

１，２電磁比例弁
８，１３指令値発生部
９，１４デューティ比演算部
１０，１５ＰＷＭ信号発生部
１１，１６Ａ／Ｄ変換部
１８駆動周波数保存部
１９発振部
１９Ａ〜１９Ｄタイマ
２１，２６スイッチング素子
２２，２７負荷電流還流素子
２３，２８電流・電圧変換器

Claims

指令値発生部と、該指令値発生部から出力される指令値に基づいてデューティ比を演算するデューティ比演算部と、前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、前記ＰＷＭ信号に応じて電磁比例弁のコイルに通電を行うスイッチング素子と、該スイッチング素子がオフのときに前記電磁比例弁に生じる逆起電力を前記電磁比例弁の入力側に還流させる負荷電流還流素子と、前記電磁比例弁に通電する励磁電流を電圧に変換し該電圧を検出電圧とする電流・電圧変換器と、前記検出電圧を検出値として取り込むＡ／Ｄ変換部とを備え、前記デューティ比演算部は、前記指令値と前記検出値との差が小さくなるように前記デューティ比を演算する構成としてなる電磁比例弁駆動制御装置において、
前記ＰＷＭ信号発生部および前記スイッチング素子は、複数個の電磁比例弁に対応して複数個設け、
前記各電磁比例弁の特性に合わせた駆動周波数を予め保存する駆動周波数保存部と、予め決められた一定周期の基準信号を出力する発振部とを備え、
該各ＰＷＭ信号発生部は、対応した前記電磁比例弁の特性に合わせた駆動周波数を前記駆動周波数保存部から読込む駆動周波数読込み部と、該駆動周波数読込み部によって読込んだ前記駆動周波数に応じて前記基準信号の各周期でオンとオフとを１回または複数回切り換えて前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号出力部とによって構成し、
前記発振部は、前記基準信号の一定周期を複数に分割した分割周期を互いに計時し所定順序に従って起動する複数個のタイマによって構成し、
前記ＰＷＭ信号出力部は、前記駆動周波数が高いときには、各タイマの分割周期を１周期として前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を出力し、前記駆動周波数が低いときには、前記複数個のタイマの分割周期の合計を１周期として前記デューティ比を有するＰＷＭ信号を出力する構成としたことを特徴とする電磁比例弁駆動制御装置。
前記複数個の電磁比例弁は建設機械の油圧回路に設けられる構成としてなる請求項１に記載の電磁比例弁駆動制御装置。