專利名稱：旋轉(zhuǎn)控制裝置及設(shè)有該裝置的作業(yè)機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過電動機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制 裝置。
背景技術(shù)：
挖土機及起重機等旋轉(zhuǎn)作業(yè)機械，采用通過液壓泵的排出油驅(qū)動 的油壓馬達作為旋轉(zhuǎn)體的驅(qū)動源，但近年來，以電動機為驅(qū)動源的技術(shù)為人所知(例如特開2001-10783號公報，以下稱專利文獻1)。這種場合，執(zhí)行用按旋轉(zhuǎn)操作桿的操作量設(shè)定的目標速度與實際 旋轉(zhuǎn)速度之間的偏差來確定轉(zhuǎn)矩指令的速度控制(所謂的速度反饋控 制)，因此， 一旦該偏差變大，加速度轉(zhuǎn)矩就會急劇增大，從而發(fā)生沖擊。應(yīng)對這種現(xiàn)象的公知技術(shù)有如特開2004-36303號公報(以下稱 專利文獻2)那樣， 一邊進行PID控制， 一邊按操作量施加轉(zhuǎn)矩限制， 或者如特開2004-137702號公凈艮(以下稱專利文獻3)那樣，使用由目標 速度的2階微分算出的沖擊預(yù)計值來修正目標速度。據(jù)知，用以防止沖擊發(fā)生的技術(shù)還有如特開2003-333876號/> 凈良(以下稱專利文獻4)那樣，使電動機的動態(tài)特性才莫擬成油壓式的驅(qū)動 特性。但是，專利文獻2~4的技術(shù)都是僅按旋轉(zhuǎn)桿操作量進行旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動控制，不能有效地抑制實際機械中的沖擊發(fā)生。也就是說，在實際的作業(yè)機械中，即使桿操作量是一定的，旋轉(zhuǎn) 體旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩也會根據(jù)其作業(yè)狀態(tài)(作業(yè)附屬裝置的動作狀態(tài)、作 業(yè)機械自身的傾斜角等)而變化，因此會有對應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩大小速度偏差大幅變動的特性。因此，在專利文獻2-4的技術(shù)中，在必要轉(zhuǎn)矩大時，盡管操作 員進行的該桿操作量小，但由于上述速度偏差大的結(jié)果，存在給予電 動機的轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生沖擊之虞。在上述速度反饋控制中，為了提高對速度的跟蹤性，例如在PID 控制時，都盡量增大增益地進行控制。但是，在增大增益的情況下， 即使目標速度與實際旋轉(zhuǎn)速度之間的偏差小，也會以微小的桿操作使 對電動機的指令轉(zhuǎn)矩過于增大。因此，在采用伊斗進行旋轉(zhuǎn)擠壓作業(yè) 的場合，擠壓力的調(diào)整往往會變得困難。還有，在作了急劇的桿操作 時，對電動機上的指令轉(zhuǎn)矩往往會急劇地增大而產(chǎn)生沖擊。相反地，為了使通過桿操作加給電動機的指令轉(zhuǎn)矩的調(diào)整變得容 易，例如在PID控制的場合，往往減小增益或使積分增益為零。但在 減小了增益時，在傾斜地面上的作業(yè)狀態(tài)(承受作業(yè)機械自重的狀態(tài)) 等狀態(tài)下，對電動機的指令轉(zhuǎn)矩過于減小，就不能確保充分的加減速 轉(zhuǎn)矩及現(xiàn)場保持轉(zhuǎn)矩。為解決上述速度反饋控制的問題，據(jù)知有專利文獻2、 5、 7中記 載的技術(shù)。它們都是適當?shù)厍袚Q上述兩個控制系統(tǒng)的技術(shù)。具體而言，專利文獻5(特開2003-328398號公報)公開的技術(shù)是 以操作桿的特定操作量為界來切換速度反饋控制和轉(zhuǎn)矩控制。專利文 獻6(國際公開第2005/111322號小冊子)公開的技術(shù)是以對應(yīng)于該桿 操作量的目標速度的速度閾值為界來切換速度控制和位置控制。專利 文獻7(特開2005-273262號公才良)公開的技術(shù)是以旋轉(zhuǎn)體的預(yù)定速度 為界來切換通常的速度控制和比該速度控制比例增益低的速度控制。另外，專利文獻2公開的技術(shù)是在位于預(yù)先設(shè)定操作桿的操作 量的中央范圍時進行位置保持控制,而在超出了中央范圍時進行轉(zhuǎn)矩 控制。葉旦是，如以上文獻那樣，就切換兩個控制系統(tǒng)時該控制系統(tǒng)的切 換點而言，為了填補控制系統(tǒng)彼此之間的間隙，轉(zhuǎn)矩會不連續(xù)地變動(急劇地變動)，不能平滑地進行穩(wěn)定的控制。另外，在專利文獻2的技術(shù)中，在桿操作量超出了中央范圍之后 的狀態(tài)，會用現(xiàn)場保持轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩中大的轉(zhuǎn)矩進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，^f旦 現(xiàn)場保持轉(zhuǎn)矩是通過在中央范圍內(nèi)執(zhí)行的位置保持控制產(chǎn)生前所需 的轉(zhuǎn)矩，并不反映出當前時刻的作業(yè)狀態(tài)，因此，就使旋轉(zhuǎn)體在現(xiàn)場 保持的轉(zhuǎn)矩而言，在進行轉(zhuǎn)矩控制時比進行位置保持控制時大的作業(yè) 狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)體有可能與操作員的意思相反而逆行。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制沖擊發(fā)生的旋轉(zhuǎn)控制裝置 以及設(shè)有該裝置的作業(yè)機械，同時還提供一種能抑制轉(zhuǎn)矩的不連續(xù)變 動并防止旋轉(zhuǎn)體逆行的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置以及設(shè)有該裝置的 作業(yè)機械。本發(fā)明是安裝在具有本體、可旋轉(zhuǎn)地安裝于本體的旋轉(zhuǎn)體以及可 升降地設(shè)置于旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)附屬裝置的作業(yè)機械上的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，設(shè)有用以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動上述旋轉(zhuǎn)體的電動機；接受對上述 電動機作驅(qū)動指示的輸入操作的操作單元；可檢測上述操作單元的操作量的操作量檢測單元；可檢測上述電動機的旋轉(zhuǎn)速度的速度檢測單元；以及控制單元，它根據(jù)由上述操作量檢測單元測出的操作量設(shè)定 上述電動機的目標速度，并根據(jù)該目標速度與上述速度檢測單元測出 的速度之間的速度偏差設(shè)定目標轉(zhuǎn)矩，按照該目標轉(zhuǎn)矩使上述電動機 動作；上述控制單元設(shè)有計算修正量并設(shè)定新目標速度的修正單元， 隨上述旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)狀態(tài)而變化的使該旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩越大， 該修正量就越大，新目標速度從上述目標速度減去此修正量而得到。轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩，調(diào)整電動機的目標轉(zhuǎn)矩的大小，因此能夠有效 地抑制沖擊發(fā)生。也就是說，在本發(fā)明的作業(yè)機械中，由于隨其作業(yè)狀態(tài)例如作業(yè)附屬裝置的動作狀態(tài)(作業(yè)附屬裝置的作業(yè)半徑，或者作業(yè)時伊斗內(nèi)有 無砂土等)或者作業(yè)時承受的外力(采用伊斗的擠壓作業(yè)時承受的反力，傾斜地面上作業(yè)機械的自重等)而變化的使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩 發(fā)生變化，存在必要轉(zhuǎn)矩越大，目標速度與速度檢測單元測出的實際 速度之間的速度偏差越大的傾向，但因本發(fā)明的控制單元設(shè)有^f務(wù)正單 元，能夠阻止該速度偏差增大。上述修正單元可合適地構(gòu)成為上述必要轉(zhuǎn)矩越大就算出越大的 修正值，并且從已設(shè)定的目標速度減去此修正值。這樣能夠減小此新 的目標速度與速度檢測單元測出的實際速度之間的速度偏差。在這種情況下，可得到上述必要轉(zhuǎn)矩越大就使速度偏差越小的結(jié) 果，能夠使得為彌補該速度偏差而給予電動機的目標轉(zhuǎn)矩的值減小。 因此，能夠抑制沖擊發(fā)生。對于上述旋轉(zhuǎn)控制裝置而言，最好上述操作單元的操作量越大， 上述修正單元計算的修正量越小。在這種情況下，隨著操作單元的操作量增大，能夠抑制修正后的 目標速度過于減小。因此，能夠減輕操作員的不協(xié)調(diào)感。對于上述旋轉(zhuǎn)控制裝置而言，釆用如下的結(jié)構(gòu)是合適的上述控 制單元按預(yù)定的每個周期設(shè)定目標轉(zhuǎn)矩，上述修正單元使用上次周期相當?shù)霓D(zhuǎn)矩來計算上述^"正量。在這種情況下，能夠直接利用上次設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩，計算上述修 正量。因此，與實際上計算旋轉(zhuǎn)體的上述必要轉(zhuǎn)矩的情況相比，能夠 使處理簡化。也就是說，由于上述必要轉(zhuǎn)矩的變化反映在整個電動機的負載轉(zhuǎn) 矩上，因此，能夠根揚該負載轉(zhuǎn)矩的增減算出修正值，并算出目標轉(zhuǎn) 矩，從而能夠計算抵消了必要轉(zhuǎn)矩變化的目標轉(zhuǎn)矩。另外，本發(fā)明是安裝在具有本體、可旋轉(zhuǎn)地安裝于本體的旋轉(zhuǎn)體 以及可升降地設(shè)置于旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)附屬裝置的作業(yè)機械上的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，設(shè)有用以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動上述旋轉(zhuǎn)體的電動機；接 受對上述電動機作驅(qū)動指示的輸入操作的操作單元；可檢測上述操作 單元的操作量的操作量檢測單元；可檢測上述電動機的旋轉(zhuǎn)速度的速 度檢測單元；以及使上述電動機動作的控制單元，該單元用對應(yīng)于上 述操作量檢測單元測出的操作量的目標速度來設(shè)定上述電動機驅(qū)動 用的第一目標轉(zhuǎn)矩，同時用上述速度檢測單元測出的實際速度來設(shè)定 上述旋轉(zhuǎn)體在現(xiàn)場保持用的第二目標轉(zhuǎn)矩，并按照第一 目標轉(zhuǎn)矩和第 二目標轉(zhuǎn)矩中與上述第 一 目標轉(zhuǎn)矩同向且絕對值大的轉(zhuǎn)矩使上述電 動機動作 根據(jù)本發(fā)明，按照速度檢測單元測出的實際速度來設(shè)定上述第二 目標轉(zhuǎn)矩，因此，即使在作業(yè)狀態(tài)逐一變動的環(huán)境下進行作業(yè)，也能特別指定適于當前時刻下作業(yè)狀態(tài)的現(xiàn)場保持轉(zhuǎn)矩(笫二目標轉(zhuǎn)矩)。 也就是說，上述現(xiàn)場保持轉(zhuǎn)矩會根據(jù)作業(yè)附屬裝置的動作狀態(tài)(作業(yè)附 屬裝置的作業(yè)半徑，或者作業(yè)時伊斗內(nèi)有無砂土等)或者作業(yè)時承受的 外力(采用鏟斗的擠壓作業(yè)時承受的外力，傾斜地面上作業(yè)機械的自重 等)等而逐一變動，但根椐本發(fā)明，即使在這種情況下，也能可靠地防 止旋轉(zhuǎn)體的逆行。還有，在本發(fā)明中，設(shè)置成在上述那樣算出的第二目標轉(zhuǎn)矩與基 于操作單元的操作量而算出的第二目標轉(zhuǎn)矩之間進行高位選擇，因 此，在分析了第 一 目標轉(zhuǎn)矩和第二目標轉(zhuǎn)矩推移的曲線時(參照圖13)， 以曲線的交差點(圖13B的L8)為界而選擇的轉(zhuǎn)矩被變更。這樣，根據(jù) 本發(fā)明，與以轉(zhuǎn)矩以外的特定要素為界而切換控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)技術(shù)不 同，經(jīng)常進行第一、第二目標轉(zhuǎn)矩大小的比較，并采用大的轉(zhuǎn)矩，因 此，能夠抑制轉(zhuǎn)矩的不連續(xù)變動。這里適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)是，上述控制單元設(shè)有根據(jù)上述操作量檢測單 元測出的操作量來設(shè)定上述目標速度的目標速度設(shè)定單元；根據(jù)上述算上述第一目標轉(zhuǎn)矩的第一轉(zhuǎn)矩運算單元；以及將上迷第一目標轉(zhuǎn)矩和第二目標轉(zhuǎn)矩中與上述第一目標轉(zhuǎn)矩同向且絕對值大的轉(zhuǎn)矩作為 下一 目標轉(zhuǎn)矩而設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元。適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)是，上述控制單元還設(shè)有將為使上述的實際速度為 零而應(yīng)提供給上述電動機的轉(zhuǎn)矩作為上述第二目標轉(zhuǎn)矩而算出的第 二轉(zhuǎn)矩運算單元。再有，所謂「零」，不僅指速度完全為零的情況，而且也包括含 有判斷為實質(zhì)上為零的范圍的速度成分的情況。而且最好這樣，上述第一轉(zhuǎn)矩運算單元和笫二轉(zhuǎn)矩運算單元分別 按照具有比例項和積分項的公式來計算第一目標轉(zhuǎn)矩及第二目標轉(zhuǎn) 矩，上述控制單元還設(shè)有可變更與上述比例項和積分項相乘的增益的 大小的增益變更單元。在這種情況下，可通過增益變更單元來調(diào)整比例積分控制中的各 增益,因此，在作業(yè)附屬裝置的作業(yè)半徑大時，如在傾斜地面上的作 業(yè)等旋轉(zhuǎn)體的慣性矩大時，將增益變更為稍大，就能可靠地防止逆行。 另一方面，在進行由妒斗的旋轉(zhuǎn)擠壓作業(yè)等的場合，將增益變更為稍 小，就可按操作單元的操作進行轉(zhuǎn)矩的微調(diào)整。另外，具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明可提供一種具有本體、可相對于本 體旋轉(zhuǎn)地裝于本體的旋轉(zhuǎn)體以及上述旋轉(zhuǎn)控制裝置的作業(yè)機械。


圖1是表示本發(fā)明實施例的挖土機的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。圖2是表示圖1的挖土機的驅(qū)動和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是圖2的控制器中存儲的映射圖，該圖將操作桿的操作量和目標速度相對應(yīng)。圖4是表示圖2的控制器的電氣結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是表示用圖2的控制器執(zhí)行的處理的流程圖。圖6分別表示在挖土機的伊斗壓在地面的狀態(tài)下，在對操作桿作了操作時操作桿的操作狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及旋轉(zhuǎn)速度。圖7是與圖6相當?shù)膱D，表示不附加必要轉(zhuǎn)矩t0時的情況。 圖8是表示在圖6的狀態(tài)下操作桿的操作量與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩之關(guān)系的 曲線圖。圖9分別表示在上部旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生的必要轉(zhuǎn)矩較小時操作桿的操作 量、旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。圖10是與圖9相當?shù)膱D，表示不附加必要轉(zhuǎn)矩t0時的情況。 圖11是表示操作桿的操作量與電動機的目標速度之關(guān)系的曲線圖。圖12A、 B是表示傳統(tǒng)技術(shù)的控制的曲線圖，圖12A表示速度比 例控制的轉(zhuǎn)矩推移和用于現(xiàn)場保持的轉(zhuǎn)矩推移，圖12B表示從速度比 例控制向轉(zhuǎn)矩控制切換的狀態(tài)。圖13A、 B是表示本發(fā)明的控制的曲線圖，圖13A表示速度比例 控制的轉(zhuǎn)矩推移和用于現(xiàn)場保持的轉(zhuǎn)矩推移，圖13B表示從速度比例 控制向轉(zhuǎn)矩控制切換的狀態(tài)。
具體實施方式
下面參照附圖，說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1表示的是表示本發(fā)明實施例的挖土機的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。 圖2是表示圖1的挖土機的驅(qū)動和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。參照圖1及圖2，作為作業(yè)機械之一例的挖土機1,設(shè)有履帶式 的下部移動體2(本體)、可旋轉(zhuǎn)地裝于該下部移動體2(本體)上的上部 旋轉(zhuǎn)體3以及裝于該上部旋轉(zhuǎn)體3的前部的作業(yè)附屬裝置4。作業(yè)附屬裝置4設(shè)有可升降地裝于上述上部旋轉(zhuǎn)體3的起重臂5、 與起重臂5的前端部連接的搖臂6、與搖臂6的前端連接的鏟斗7、 相對于上部旋轉(zhuǎn)體3驅(qū)動上述起重臂5的起重臂油缸8、相對于起重 臂5驅(qū)動上述搖臂6的搖臂油缸9以及相對于搖臂6驅(qū)動上述伊斗7 的4產(chǎn)斗油缸10。下部移動體2設(shè)有左右一對履帶ll(圖1中示出其中1個)，在一對履帶11中分別設(shè)有行駛馬達12。上部旋轉(zhuǎn)體3設(shè)有發(fā)動機14、由該發(fā)動機14驅(qū)動的液壓泵15及 發(fā)電機16、蓄電池17、旋轉(zhuǎn)用電動機18以及旋轉(zhuǎn)用電動機18的減 速機構(gòu)19。如圖2所示，液壓泵15通過控制閥20,分別對起重臂油缸8、 搖臂油缸9、伊斗油缸10以及行馬史馬達12(以下總稱為液壓致動器8 ~ 10、 12)供給液壓油。換句話說，按照上述控制閥20的操作來調(diào)整從 液壓泵15至液壓致動器8~10、 12的液壓油流量等，從而控制液壓 致動器8~10、 12的動作。發(fā)電機16經(jīng)由增速機構(gòu)21連接到發(fā)動機14的輸出軸上。該發(fā) 電機16發(fā)出的電力通過控制器22對蓄電池17充電，同時通過變換 器23供給旋轉(zhuǎn)用電動機18。再有，上述控制器22用來調(diào)整電壓的施 加和電流的供給。旋轉(zhuǎn)用電動機18設(shè)有用作使機械制動阻力發(fā)生的負制動器的機 械制動器24。在該機械制動器24纟皮解除的狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)用電動機18 的驅(qū)動力經(jīng)由旋轉(zhuǎn)用減速機構(gòu)19傳遞到下部移動體2，從而上部旋轉(zhuǎn) 體3相對于下部移動體2向右或向左旋轉(zhuǎn)。另外，上部旋轉(zhuǎn)體3設(shè)有操作桿(旋轉(zhuǎn)操作桿)25。該操作桿25設(shè) 有可從預(yù)先設(shè)定的中央位置左右傾側(cè)地操作的桿部25a以及檢測該桿 部25a的操作量的操作部(例如電位計)25b。而且，該操作桿25將對 應(yīng)于桿部25a的操作量的電氣信號輸出至作為控制單元之一例的控制 器26。還有，上部旋轉(zhuǎn)體3設(shè)有檢測碌轉(zhuǎn)用電動機18的旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)速) 的速度傳感器27。該速度傳感器27將對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)用電動機18的旋轉(zhuǎn) 速度的電氣信號輸出至控制器26?？刂破?6是由執(zhí)行各種運算處理的CPU、存儲初始設(shè)定等的 ROM以及可改寫各種信息并加以存儲的RAM等組成的^^知的控制單 元。該控制器26中存儲有圖3所示的目標速度映射圖。具體而言，圖3的目標速度映射圖是分別對于操作桿25的桿部 25a的兩個操作方向(右旋轉(zhuǎn)或左旋轉(zhuǎn)方向)設(shè)定的，以隨著操作桿25 的操作量(傾側(cè)角度)增大而選擇大的目標速度。該映射圖中設(shè)定的目 標速度是作為不伴隨急劇增減的曲線而設(shè)定的，以按照操作桿25的 操作量增減而平滑地增減。圖4是表示圖2的控制器的電氣結(jié)構(gòu)的框圖。參照圖4，控制器26設(shè)有根據(jù)上述目標速度的映射圖來設(shè)定目 標速度的目標速度設(shè)定部28;計算上述目標速度的修正量的修正量計 算部29;按照上述目標速度、修正量和實際速度來計算第一目標轉(zhuǎn)矩 的第一轉(zhuǎn)矩運算部(第一轉(zhuǎn)矩運算單元)30;為了使上述速度傳感器27 測出的速度為零(若測出的速度為零則保持該狀態(tài))，計算應(yīng)提供給旋 轉(zhuǎn)用電動機18的第二目標轉(zhuǎn)矩的第二轉(zhuǎn)矩運算部(第二轉(zhuǎn)矩運算單 元)31;以及將上述第 一 目標轉(zhuǎn)矩和第二目標轉(zhuǎn)矩中與上述第 一 目標轉(zhuǎn)目標轉(zhuǎn)矩而設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩設(shè)定部(目標轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元)32。目標速度設(shè)定部28根據(jù)上迷目標速度映射圖(參照圖3)來指定對 應(yīng)于上述操作桿25的操作量a0的目標速度v0。修正量計算部29檢測出隨當前時刻挖土機1的作業(yè)狀態(tài)而變化 的使旋轉(zhuǎn)用電動機18旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩t0。這里，所謂「挖土機1的 作業(yè)狀態(tài)J ，是指例如作業(yè)附屬裝置4的動作狀態(tài)(作業(yè)附屬裝置4的 作業(yè)半徑，或者作業(yè)時在伊斗7內(nèi)有無砂土等)和作業(yè)時承受的反力(采 用4產(chǎn)斗7的擠壓作業(yè)時承受的反力，傾斜地面上挖土機1的自重等)。 具體而言，在本實施例中，修正量計算部29將1個周期前由變換器 23輸出的目標轉(zhuǎn)矩作為相當于旋轉(zhuǎn)用電動機18的上述必要轉(zhuǎn)矩t0的 轉(zhuǎn)矩加以利用，按照該必要轉(zhuǎn)矩t0和操作部25b的操作量a0,根據(jù) 下述公式l,計算出修正量b0。bO=t02x{GO+Glx(l —a0x0.01〉…(公式1)這里，G0及G1分別是控制增益，相當于以上述操作部25b的操作量aO作為變量時的截距及梯度。也就是說，控制增益GO規(guī)定能夠 加以限制的轉(zhuǎn)矩的最大值，越增大控制增益GO,最終算出的目標轉(zhuǎn) 矩的值就越減小。另一方面，控制增益Gl用于規(guī)定能夠按照操作桿 25的操作量a0的變化而限制的轉(zhuǎn)矩的增減比例。而且，通過調(diào)整控 制增益GO、 Gl，能夠獲得相當于液壓旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中泄漏調(diào)速的效果。再有，在本實施例中，以1周期前的目標轉(zhuǎn)矩作為與旋轉(zhuǎn)用電動 機18的必要轉(zhuǎn)矩tO相當?shù)霓D(zhuǎn)矩而利用，但也可根據(jù)上述1周期前的 目標轉(zhuǎn)矩和由速度傳感器27測出的旋轉(zhuǎn)用電動機18的速度，計算該 旋轉(zhuǎn)用電動機18的實際必要轉(zhuǎn)矩。而且，如下述公式2所示，可根據(jù)上述目標速度v0減去由修正 量計算部29算出的修正量b0和由上述速度傳感器27測出的旋轉(zhuǎn)用 電動機18的實際速度vl算出速度偏差A(yù)v?！鱲=v0 - b0 - vl. .(公式2)第一轉(zhuǎn)矩運算部30根據(jù)上述速度偏差A(yù)v按下述^^式3計算第一 目標轉(zhuǎn)矩tl。t卜G2xAv+G3xf(Av)dt…(公式3)這里，G2是比例增益，G3是積分增益，已分別預(yù)先設(shè)定。 另 一方面，在操作桿25的桿部25a的操作位置位于上述的中央范 圍內(nèi)時，為了使上述速度傳感器27測出的旋轉(zhuǎn)用電動機18的實際速 度vl為零，第二轉(zhuǎn)矩運算部31按下述公式4計算要供給旋轉(zhuǎn)用電動 機18的第二目標轉(zhuǎn)矩t2。t2=G4x(0 — vl)+G5x幾0 — vl)dt…(公式4) 這里，G4是比例增益，G5是積分增益，已分別預(yù)先設(shè)定。 目標轉(zhuǎn)矩設(shè)定部32將上述第一 目標轉(zhuǎn)矩tl和第二目標轉(zhuǎn)矩t2中 與上述第一目標轉(zhuǎn)矩tl的方向(下面將右旋轉(zhuǎn)方向作為「正」方向， 將左旋轉(zhuǎn)方向作為「負」方向進行說明)同向且絕對值大的轉(zhuǎn)矩作為下 一目標轉(zhuǎn)矩而設(shè)定。下面參照圖4及圖5,說明通過上述控制器26執(zhí)行的處理。一旦處理開始，首先根據(jù)映射圖(參照圖3)指定對應(yīng)于操作桿25 的操作量a0的目標速度v0(步驟Sl)。接著，通過上述速度傳感器27檢測旋轉(zhuǎn)用電動機18的速度vl(步 驟S2)，同時根據(jù)速度vl按上述公式4計算第二目標轉(zhuǎn)矩t2(步驟S3)。然后，按上述公式1計算修正量b0,同時利用修正量b0及上述 速度vl ，按上述公式2計算速度偏差A(yù)v(步驟S4)。接著，利用上述速度偏差A(yù)v按上述公式3計算笫一 目標轉(zhuǎn)矩tl(步 驟S5),同時判定第一目標轉(zhuǎn)矩tl是否為正方向(右旋轉(zhuǎn)方向)(步驟 S6)。這里，在第一目標轉(zhuǎn)矩tl為正方向(右旋轉(zhuǎn)方向)時(步驟S6中的 "是")，將第一 目標轉(zhuǎn)矩tl與第二目標轉(zhuǎn)矩t2比較(步驟S7),并將第 一目標轉(zhuǎn)矩tl和第二目標轉(zhuǎn)矩t2中正方向的且絕對值大的轉(zhuǎn)矩作為 下一目標轉(zhuǎn)矩設(shè)定(步驟S8、 S9)。然后，將這樣設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩輸出 至上述變換器23(步驟S15)，結(jié)束該處理。另一方面，在第一目標轉(zhuǎn)矩tl不為正方向時(步驟S6中的"否，，)， 判定該第一 目標轉(zhuǎn)矩tl是否為負方向(左旋轉(zhuǎn)方向)(步驟SIO)。這里，在第一目標轉(zhuǎn)矩tl為負方向(左旋轉(zhuǎn)方向)時(步驟SIO中的 "是")，將第一 目標轉(zhuǎn)矩tl與第二目標轉(zhuǎn)矩t2比4交(步驟Sl 1)，并將第 一目標轉(zhuǎn)矩tl和第二目標轉(zhuǎn)矩t2中負方向的且其絕對值大的轉(zhuǎn)矩， 即考慮正負符號時小的轉(zhuǎn)矩作為下一目標轉(zhuǎn)矩而設(shè)定(步驟S12、S13)。 然后，將這樣設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩輸出至上述變換器23(步驟S15),結(jié)束 該處理。還有，在上述步驟S6及S10中，已判定第一目標轉(zhuǎn)矩tl不是正 和負中的任一方向時(步驟S6及S10中的否)，也就是須使上部旋轉(zhuǎn)體 3在現(xiàn)場保持時，將上述第二目標轉(zhuǎn)矩t2作為下一目標轉(zhuǎn)矩設(shè)定(步驟 S14),接著，將這樣設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩輸出至上述變換器23(步驟S15), 結(jié)束該處理。如圖6所示，通過進行上述的處理，能夠?qū)崿F(xiàn)與操作桿25的操作對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制。圖6分別表示在挖土機1的伊斗7壓在地面的狀態(tài)下，在對操作 桿25作了操作時操作桿25的操作狀態(tài)(旋轉(zhuǎn)桿操作)、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及旋 轉(zhuǎn)速度。也就是，圖6的狀態(tài)表示在鏟斗7壓在地面上、上部旋轉(zhuǎn)體3不 能旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下對操作桿25作了操作的狀態(tài)。在這種情況下，如傳 統(tǒng)方式那樣，如果進行PID控制而不附加必要轉(zhuǎn)矩tO，則目標速度按 照操作桿25的操作量增加而一直增大，而實際的速度依然是零的狀 態(tài)。因此，如圖7的中段所示，速度偏差明顯增大，轉(zhuǎn)矩急劇增加， 有可能產(chǎn)生沖擊，但如上述實施例那樣，按照基于旋轉(zhuǎn)用電動機18 的必要轉(zhuǎn)矩t0的修正量b0的量來減小速度偏差A(yù)v,能夠如圖6的中 段所示地使與操作桿25的操作對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。根據(jù)表示操作 桿25的操作量與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩之關(guān)系的圖8，這點也是明確的。另外，圖 8也與圖6同樣，表示在鏟斗7壓在地面上，上部旋轉(zhuǎn)體3不能旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。另夕卜，圖9分別表示在上部旋轉(zhuǎn)體中產(chǎn)生的必要轉(zhuǎn)矩t0較小時操作桿的操作量、旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。如上述公式1所示，必要轉(zhuǎn)矩t0越小，修正量b0越接近零，因 此在必要轉(zhuǎn)矩t0小時，能夠進行不附加必要轉(zhuǎn)矩to的與傳統(tǒng)技術(shù)同 樣的速度控制。作為參考，在圖10中表示不附加必要轉(zhuǎn)矩t0時操作 桿的操作量、旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。再有，旋轉(zhuǎn)速度欄中的實線表示 實際的旋轉(zhuǎn)速度，雙點劃線分別表示與操作桿25的操作量對應(yīng)的目 標速度。還有，如上述那樣，在上述實施例中將第一目標轉(zhuǎn)矩tl和第二目 標轉(zhuǎn)矩t2中與第一目標轉(zhuǎn)矩tl同向且絕對值大的轉(zhuǎn)矩作為下一目標 轉(zhuǎn)矩而設(shè)定。因此，能夠平穩(wěn)地進行轉(zhuǎn)矩變動。下面，對于這一點， 與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)作對比說明。在以下的說明中，如圖11所示，就對應(yīng)于操作桿25的操作量L1隨時間經(jīng)過而一直增大，旋轉(zhuǎn)用電動機18的目標速度如L2所示那樣 推移的情況進行說明。再有，根據(jù)曲線L2從2秒左右上升這一點可 知，在0秒-2秒的范圍內(nèi)操作桿25的操作范圍為死區(qū)(空區(qū))。例如，在特開2003-328398號公報中公開的傳統(tǒng)技術(shù)中，在操作 桿的操作量為上述死區(qū)的范圍內(nèi)進行速度比例控制(PID控制)，而在 操作桿的操作量超出死區(qū)時進行轉(zhuǎn)矩控制。也就是說，如圖12A所示， 在考慮進行速度比例控制時的轉(zhuǎn)矩推移L3和用于使上部旋轉(zhuǎn)體在現(xiàn) 場保持的轉(zhuǎn)矩推移L4的情況下，如果逐漸增大操作桿的操作量，如 圖12B所示，在0秒~2秒的死區(qū)的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩按照轉(zhuǎn)矩推移L4 進行推移，但若為在超出上述死區(qū)的范圍后對操作桿進行操作，就從 該時刻起執(zhí)行按照轉(zhuǎn)矩推移L3的轉(zhuǎn)矩控制。為此，在操作到該死區(qū) 的尾端時，產(chǎn)生用于插補轉(zhuǎn)矩推移L3和L4的不連續(xù)部分L5。與此形成對照，如圖13A所示，在上述實施例中將進行速度比例 控制時的第一目標轉(zhuǎn)矩L6和用于使上部旋轉(zhuǎn)體3在現(xiàn)場保持的第二 目標轉(zhuǎn)矩L7經(jīng)常比4支，再選擇第一 目標轉(zhuǎn)矩L6和第二目標轉(zhuǎn)矩L7 中大的轉(zhuǎn)矩。因此，如圖13B所示，在本實施例中，無論操作桿25 的操作量，都能以笫一目標轉(zhuǎn)矩L6和第二目標轉(zhuǎn)矩L7的交點部分 L8為界，連續(xù)地切換第一目標轉(zhuǎn)矩L6和第二目標轉(zhuǎn)矩L7。所以，根 據(jù)本實施例，能夠平滑地進行穩(wěn)定的控制。如以上說明，根據(jù)上述實施例，按照由速度傳感器27測出的實 際速度設(shè)定第二目標轉(zhuǎn)矩t2。因此，即使在作業(yè)狀態(tài)逐一變動的環(huán)境 中進行作業(yè)時，也能夠特別指定適于當前時刻的作業(yè)狀態(tài)下的現(xiàn)場保 持轉(zhuǎn)矩(第二目標轉(zhuǎn)矩t2)。也就是說，根據(jù)作業(yè)附屬裝置4的動作狀 態(tài)(作業(yè)附屬裝置4的作業(yè)半徑，或者作業(yè)時在伊斗7內(nèi)有無砂土等) 或者作業(yè)時承受的外力(采用伊斗7的擠壓作業(yè)時承受的外力，傾斜地 面上作業(yè)機械的自重等)等，上述現(xiàn)場保持轉(zhuǎn)矩將逐一變動，但按照上 述實施例，即使在這種情況下也能可靠地防止上部旋轉(zhuǎn)體的逆行。還有，在上述實施例中，由于設(shè)置成在上述那樣算出的第二目標轉(zhuǎn)矩t2與根據(jù)操作桿25的操作量而算出的第二目標轉(zhuǎn)矩t2之間進行 高位選擇(圖5的步驟S6-S14)，所以在分析了第一目標轉(zhuǎn)矩tl及第 二目標轉(zhuǎn)矩t2推移的曲線L6、 L7時(參照圖13),以曲線L6、 L7的 交點部分L8為界而選擇的轉(zhuǎn)矩被變更。這樣，根據(jù)上述實施例，與 以轉(zhuǎn)矩以外的特定要素為界而切換控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)技術(shù)不同，經(jīng)常在 進行第一、第二目標轉(zhuǎn)矩tl、 t2的大小比4交，并采用大的轉(zhuǎn)矩，因此 能夠抑制轉(zhuǎn)矩的不連續(xù)變動。再有，在上述實施例中，說明了用分別預(yù)先設(shè)定的值將公式3將 公式4中的增益G2、 G3、 G4及G5固定的結(jié)構(gòu)，但可在上述控制器 26中設(shè)置用于變更各增益G2 ~ G5的增益變更單元。這樣，能夠通過增益變更單元來調(diào)整各增益G2-G5，因此在作 業(yè)附屬裝置4的作業(yè)半徑大時，如傾斜地面上作業(yè)等那樣旋轉(zhuǎn)體的慣 性矩大時，如果稍大地設(shè)定增益G2 G5，則能夠可靠地防止逆行。 另一方面，在用伊斗7進行旋轉(zhuǎn)擠壓作業(yè)等時，若將增益變更為稍小， 則可根據(jù)操作桿25的操作進行轉(zhuǎn)矩的微調(diào)整。另外，在上述實施例中，根據(jù)隨上部旋轉(zhuǎn)體3的作業(yè)狀態(tài)而變化 的使上部旋轉(zhuǎn)體3旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩t0(1個周期前的目標轉(zhuǎn)矩)，調(diào)整旋 轉(zhuǎn)用電動機18的目標轉(zhuǎn)矩的大小，因此能夠有效地抑制沖擊發(fā)生。也就是說，在上述挖土機l中，必要轉(zhuǎn)矩to也根據(jù)其作業(yè)狀態(tài)而 變化，例如作業(yè)附屬裝置4的動作狀態(tài)(作業(yè)附屬裝置4的作業(yè)半徑， 或者作業(yè)時在伊斗7內(nèi)有無砂土等)，或者作業(yè)時承受的外力(釆用妒 斗7的擠壓作業(yè)時承受的反力，傾斜地面上的挖土機1的自重等)。因 此，雖然存在該必要轉(zhuǎn)矩tO越大，目標速度與速度檢測單元測出的實 際速度vl之間的速度偏差A(yù)v越增大的傾向，但用上述實施例可阻止 速度偏差A(yù)v的增大。具體而言，在上述實施例中設(shè)置成必要轉(zhuǎn)矩t0越大，就算出越 大的修正值b0,并將該修正值b0從已i殳定的目標速度v0中減去。因 此，能夠減小新的目標速度(v0 - b0)與速度傳感器27測出的實際速度vl之間的速度偏差A(yù)v。
因此，按照上述實施例，必要轉(zhuǎn)矩to越大，能夠越減小速度偏差
△V,因此能夠抑制沖擊發(fā)生。
如上述實施例那樣，通過構(gòu)成為操作桿25的操作量a0越大、算 出越小的修正量b0的結(jié)構(gòu)，從而隨著操作桿25的操作量a0增大，能 夠抑制修正后的目標速度過于減小。因此，能夠減輕給予操作員的不 協(xié)調(diào)感。
如上述實施例那樣，通過形成將上次已設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩作為本次 使用的必要轉(zhuǎn)矩t0而加以利用的結(jié)構(gòu)，與實際上計算上部旋轉(zhuǎn)體3的 必要轉(zhuǎn)矩tO的情況相比，能夠使處理簡化。
也就是說，上部旋轉(zhuǎn)體3的必要轉(zhuǎn)矩t0的變化全部反映在旋轉(zhuǎn)用 電動機18的負載轉(zhuǎn)矩(目標轉(zhuǎn)矩)上。因此，能夠才艮據(jù)該負載轉(zhuǎn)矩的增 減計算修正值b0,并計算目標轉(zhuǎn)矩，從而能夠算出抵消了必要轉(zhuǎn)矩tO 的變化的目標轉(zhuǎn)矩。
如上述實施例那樣，設(shè)有將第一目標轉(zhuǎn)矩tl和第二目標轉(zhuǎn)矩t2 中與第一目標轉(zhuǎn)矩tl同向且絕對值大的轉(zhuǎn)矩設(shè)定為目標轉(zhuǎn)矩的目標 轉(zhuǎn)矩設(shè)定部32,從而在傾斜地面上向上側(cè)開始旋轉(zhuǎn)時以及在強風下向 風上側(cè)開始旋轉(zhuǎn)時，能夠可靠地防止上部旋轉(zhuǎn)體3由于轉(zhuǎn)矩不足，而 沿逆方向旋轉(zhuǎn)的「逆行」發(fā)生。
還有，在傾斜地面上停止旋轉(zhuǎn)時，通常旋轉(zhuǎn)用電動機18的轉(zhuǎn)矩 的大小與重力相平4紆，所以也能夠防止上部旋轉(zhuǎn)體3因制動轉(zhuǎn)矩經(jīng)不 <主重力而向下#]逆4亍。
雖然參考附圖中的具體實施例就本發(fā)明作了描述，但應(yīng)指出，只 要不偏離權(quán)利要求書規(guī)定的本發(fā)明范圍，可采用等價物并作替換。
權(quán)利要求
1.一種具有本體、可旋轉(zhuǎn)地安裝于該本體的旋轉(zhuǎn)體以及可升降地設(shè)置于該旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)附屬裝置的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，包括如下部分用以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)體的電動機；接受對所述電動機作驅(qū)動指示的輸入操作的操作單元；可檢測所述操作單元的操作量的操作量檢測單元；可檢測所述電動機的旋轉(zhuǎn)速度的速度檢測單元；以及根據(jù)由所述操作量檢測單元測出的操作量設(shè)定所述電動機的目標速度，同時根據(jù)該目標速度與由所述速度檢測單元測出的速度之間的速度偏差設(shè)定目標轉(zhuǎn)矩，并按照該目標轉(zhuǎn)矩使所述電動機動作的控制單元，其中，所述控制單元設(shè)有計算修正量并從所述目標速度減去該修正量作為新的目標速度的修正單元，隨所述旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)狀態(tài)而變化的使該旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩越大，該修正量的值就越大。
2. 權(quán)利要求l記載的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于 所述操作單元的操作量越大，所述修正單元算出的修正量越小。
3. 權(quán)利要求l記載的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于 所述控制單元構(gòu)成為按每個預(yù)定的周期設(shè)定目標轉(zhuǎn)矩，所述修正單元用上次周期內(nèi)設(shè)定的目標轉(zhuǎn)矩作為與本次周期內(nèi)使用的旋轉(zhuǎn)體的 所述必要轉(zhuǎn)矩相當?shù)霓D(zhuǎn)矩來計算所述修正量。
4. 一種具有本體、可旋轉(zhuǎn)地安裝于本體的旋轉(zhuǎn)體以及可升降地設(shè) 置于旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)附屬裝置的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，包括如下部 分用以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)體的電動機； 接受對所述電動機作驅(qū)動指示的輸入操作的操作單元；可檢測所述操作單元的操作量的操作量檢測單元； 可檢測所述電動機的旋轉(zhuǎn)速度的速度檢測單元；以及 控制單元，該單元用與所述操作量檢測單元測出的操作量對應(yīng)的 目標速度設(shè)定用以使所述電動機驅(qū)動的笫一 目標轉(zhuǎn)矩，同時根據(jù)所述 速度檢測單元測出的實際速度設(shè)定用以使所述旋轉(zhuǎn)體在現(xiàn)場保持的第 二目標轉(zhuǎn)矩，并按照第 一 目標轉(zhuǎn)矩和第二目標轉(zhuǎn)矩中與所述第 一 目標 轉(zhuǎn)矩同向且絕對值大的轉(zhuǎn)矩使所述電動機動作。
5. 權(quán)利要求4記載的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于 所述控制單元設(shè)有根據(jù)由所述操作量檢測單元測出的操作量設(shè)定所述目標速度的目標速度設(shè)定單元；根據(jù)所述目標速度與由所述速 度檢測單元測出的實際速度之間的速度偏差計算所述第一目標轉(zhuǎn)矩的 第一轉(zhuǎn)矩運算單元；以及將所述第一目標轉(zhuǎn)矩和第二目標轉(zhuǎn)矩中與所 述第一 目標轉(zhuǎn)矩同向且絕對值大的轉(zhuǎn)矩作為下一目標轉(zhuǎn)矩設(shè)定的目標 轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元。
6. 權(quán)利要求5記載的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于 所述控制單元還設(shè)有第二轉(zhuǎn)矩運算單元，將為使所述實際速度為零而要給予所述電動機的轉(zhuǎn)矩作為所述笫二目標轉(zhuǎn)矩算出。
7. 權(quán)利要求6記載的作業(yè)機械的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于 所述笫一轉(zhuǎn)矩運算單元和第二轉(zhuǎn)矩運算單元按各自具有比例項和積分項的公式計算第一目標轉(zhuǎn)矩和第二目標轉(zhuǎn)矩，所述控制單元還設(shè)有可改變與所述比例項及積分項相乘的增益大小的增益變更單元。
8. 一種作業(yè)機械，包括如下部分本體、可相對于該本體旋轉(zhuǎn)地安裝的旋轉(zhuǎn)體以及權(quán)利要求1記載的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
9. 一種作業(yè)機械，包括如下部分本體、可相對于該本體旋轉(zhuǎn)地安裝的旋轉(zhuǎn)體以及權(quán)利要求4記載 的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)控制裝置及設(shè)有該裝置的作業(yè)機械，設(shè)有可根據(jù)按照操作桿的操作量而設(shè)定的目標速度與實際旋轉(zhuǎn)速度之間的速度偏差而設(shè)定旋轉(zhuǎn)用電動機的目標轉(zhuǎn)矩的控制器，具備檢測隨上部旋轉(zhuǎn)體的作業(yè)狀態(tài)而變化的、使上部旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的必要轉(zhuǎn)矩的變換器，此轉(zhuǎn)矩越大，該控制器計算的修正量值就越大，并從目標速度減去此修正量后設(shè)定為新的目標速度。另外，控制器設(shè)定用于驅(qū)動此電動機的第一目標轉(zhuǎn)矩和用于按實際速度使上部旋轉(zhuǎn)體在現(xiàn)場保持的第二目標轉(zhuǎn)矩，按照這兩個轉(zhuǎn)矩中與第一目標轉(zhuǎn)矩同方向的且絕對值大的轉(zhuǎn)矩使此電動機動作。
文檔編號H02P29/00GK101250888SQ20081008059
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者小見山昌之, 筒井昭, 鹿兒島昌之 申請人:神鋼建設(shè)機械株式會社