旋轉控制裝置及設有該裝置的作業機械的製作方法

2023-06-17 07:03:46 3

專利名稱：旋轉控制裝置及設有該裝置的作業機械的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過電動機旋轉驅動旋轉體的作業機械的旋轉控制 裝置。
背景技術：
挖土機及起重機等旋轉作業機械，採用通過液壓泵的排出油驅動 的油壓馬達作為旋轉體的驅動源，但近年來，以電動機為驅動源的技術為人所知(例如特開2001-10783號公報，以下稱專利文獻1)。這種場合，執行用按旋轉操作杆的操作量設定的目標速度與實際 旋轉速度之間的偏差來確定轉矩指令的速度控制(所謂的速度反饋控 制)，因此， 一旦該偏差變大，加速度轉矩就會急劇增大，從而發生衝擊。應對這種現象的公知技術有如特開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矩限制， 或者如特開2004-137702號公淨艮(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計值來修正目標速度。據知，用以防止衝擊發生的技術還有如特開2003-333876號/> 淨良(以下稱專利文獻4)那樣，使電動機的動態特性才莫擬成油壓式的驅動 特性。但是，專利文獻2~4的技術都是僅按旋轉杆操作量進行旋轉驅 動控制，不能有效地抑制實際機械中的衝擊發生。也就是說，在實際的作業機械中，即使杆操作量是一定的，旋轉 體旋轉的必要轉矩也會根據其作業狀態(作業附屬裝置的動作狀態、作 業機械自身的傾斜角等)而變化，因此會有對應於該轉矩大小速度偏差大幅變動的特性。因此，在專利文獻2-4的技術中，在必要轉矩大時，儘管操作 員進行的該杆操作量小，但由於上述速度偏差大的結果，存在給予電 動機的轉矩增大而產生衝擊之虞。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，都儘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速度之間的偏差小，也會以微小的杆操作使 對電動機的指令轉矩過於增大。因此，在採用伊鬥進行旋轉擠壓作業 的場合，擠壓力的調整往往會變得困難。還有，在作了急劇的杆操作 時，對電動機上的指令轉矩往往會急劇地增大而產生沖擊。相反地，為了使通過杆操作加給電動機的指令轉矩的調整變得容 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狀態(承受作業機械自重的狀態) 等狀態下，對電動機的指令轉矩過於減小，就不能確保充分的加減速 轉矩及現場保持轉矩。為解決上述速度反饋控制的問題，據知有專利文獻2、 5、 7中記 載的技術。它們都是適當地切換上述兩個控制系統的技術。具體而言，專利文獻5(特開2003-328398號公報)公開的技術是 以操作杆的特定操作量為界來切換速度反饋控制和轉矩控制。專利文 獻6(國際公開第2005/111322號小冊子)公開的技術是以對應於該杆 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)公開的技術是以旋轉體的預定速度 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公開的技術是在位於預先設定操作杆的操作 量的中央範圍時進行位置保持控制,而在超出了中央範圍時進行轉矩 控制。葉旦是，如以上文獻那樣，就切換兩個控制系統時該控制系統的切 換點而言，為了填補控制系統彼此之間的間隙，轉矩會不連續地變動(急劇地變動)，不能平滑地進行穩定的控制。另外，在專利文獻2的技術中，在杆操作量超出了中央範圍之後 的狀態，會用現場保持轉矩和加速轉矩中大的轉矩進行旋轉驅動，^f旦 現場保持轉矩是通過在中央範圍內執行的位置保持控制產生前所需 的轉矩，並不反映出當前時刻的作業狀態，因此，就使旋轉體在現場 保持的轉矩而言，在進行轉矩控制時比進行位置保持控制時大的作業 狀態下，旋轉體有可能與操作員的意思相反而逆行。發明內容本發明的目的在於提供一種能夠抑制沖擊發生的旋轉控制裝置 以及設有該裝置的作業機械，同時還提供一種能抑制轉矩的不連續變 動並防止旋轉體逆行的作業機械的旋轉控制裝置以及設有該裝置的 作業機械。本發明是安裝在具有本體、可旋轉地安裝於本體的旋轉體以及可 升降地設置於旋轉體的作業附屬裝置的作業機械上的旋轉控制裝置，其特徵在於，設有用以旋轉驅動上述旋轉體的電動機；接受對上述 電動機作驅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速度的速度檢測單元；以及控制單元，它根據由上述操作量檢測單元測出的操作量設定 上述電動機的目標速度，並根據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定目標轉矩，按照該目標轉矩使上述電動機 動作；上述控制單元設有計算修正量並設定新目標速度的修正單元， 隨上述旋轉體的作業狀態而變化的使該旋轉體旋轉的必要轉矩越大， 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。轉體旋轉的必要轉矩，調整電動機的目標轉矩的大小，因此能夠有效 地抑制沖擊發生。也就是說，在本發明的作業機械中，由於隨其作業狀態例如作業附屬裝置的動作狀態(作業附屬裝置的作業半徑，或者作業時伊鬥內有 無砂土等)或者作業時承受的外力(採用伊鬥的擠壓作業時承受的反力，傾斜地面上作業機械的自重等)而變化的使旋轉體旋轉的必要轉矩 發生變化，存在必要轉矩越大，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，但因本發明的控制單元設有^f務正單 元，能夠阻止該速度偏差增大。上述修正單元可合適地構成為上述必要轉矩越大就算出越大的 修正值，並且從已設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，可得到上述必要轉矩越大就使速度偏差越小的結 果，能夠使得為彌補該速度偏差而給予電動機的目標轉矩的值減小。 因此，能夠抑制衝擊發生。對於上述旋轉控制裝置而言，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，能夠抑制修正後的 目標速度過於減小。因此，能夠減輕操作員的不協調感。對於上述旋轉控制裝置而言，釆用如下的結構是合適的上述控 制單元按預定的每個周期設定目標轉矩，上述修正單元使用上次周期相當的轉矩來計算上述^"正量。在這種情況下，能夠直接利用上次設定的目標轉矩，計算上述修 正量。因此，與實際上計算旋轉體的上述必要轉矩的情況相比，能夠 使處理簡化。也就是說，由於上述必要轉矩的變化反映在整個電動機的負載轉 矩上，因此，能夠根揚該負載轉矩的增減算出修正值，並算出目標轉 矩，從而能夠計算抵消了必要轉矩變化的目標轉矩。另外，本發明是安裝在具有本體、可旋轉地安裝於本體的旋轉體 以及可升降地設置於旋轉體的作業附屬裝置的作業機械上的旋轉控制裝置，其特徵在於，設有用以旋轉驅動上述旋轉體的電動機；接 受對上述電動機作驅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，該單元用對應於上 述操作量檢測單元測出的操作量的目標速度來設定上述電動機驅動 用的第一目標轉矩，同時用上述速度檢測單元測出的實際速度來設定 上述旋轉體在現場保持用的第二目標轉矩，並按照第一 目標轉矩和第 二目標轉矩中與上述第 一 目標轉矩同向且絕對值大的轉矩使上述電 動機動作 根據本發明，按照速度檢測單元測出的實際速度來設定上述第二 目標轉矩，因此，即使在作業狀態逐一變動的環境下進行作業，也能特別指定適於當前時刻下作業狀態的現場保持轉矩(笫二目標轉矩)。 也就是說，上述現場保持轉矩會根據作業附屬裝置的動作狀態(作業附 屬裝置的作業半徑，或者作業時伊鬥內有無砂土等)或者作業時承受的 外力(採用鏟鬥的擠壓作業時承受的外力，傾斜地面上作業機械的自重 等)等而逐一變動，但根椐本發明，即使在這種情況下，也能可靠地防 止旋轉體的逆行。還有，在本發明中，設置成在上述那樣算出的第二目標轉矩與基 於操作單元的操作量而算出的第二目標轉矩之間進行高位選擇，因 此，在分析了第 一 目標轉矩和第二目標轉矩推移的曲線時(參照圖13)， 以曲線的交差點(圖13B的L8)為界而選擇的轉矩被變更。這樣，根據 本發明，與以轉矩以外的特定要素為界而切換控制系統的傳統技術不 同，經常進行第一、第二目標轉矩大小的比較，並採用大的轉矩，因 此，能夠抑制轉矩的不連續變動。這裡適當的結構是，上述控制單元設有根據上述操作量檢測單 元測出的操作量來設定上述目標速度的目標速度設定單元；根據上述算上述第一目標轉矩的第一轉矩運算單元；以及將上迷第一目標轉矩和第二目標轉矩中與上述第一目標轉矩同向且絕對值大的轉矩作為 下一 目標轉矩而設定的目標轉矩設定單元。適當的結構是，上述控制單元還設有將為使上述的實際速度為 零而應提供給上述電動機的轉矩作為上述第二目標轉矩而算出的第 二轉矩運算單元。再有，所謂「零」，不僅指速度完全為零的情況，而且也包括含 有判斷為實質上為零的範圍的速度成分的情況。而且最好這樣，上述第一轉矩運算單元和笫二轉矩運算單元分別 按照具有比例項和積分項的公式來計算第一目標轉矩及第二目標轉 矩，上述控制單元還設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整比例積分控制中的各 增益,因此，在作業附屬裝置的作業半徑大時，如在傾斜地面上的作 業等旋轉體的慣性矩大時，將增益變更為稍大，就能可靠地防止逆行。 另一方面，在進行由妒鬥的旋轉擠壓作業等的場合，將增益變更為稍 小，就可按操作單元的操作進行轉矩的微調整。另外，具有上述結構的本發明可提供一種具有本體、可相對於本 體旋轉地裝於本體的旋轉體以及上述旋轉控制裝置的作業機械。


圖1是表示本發明實施例的挖土機的整體結構的側面圖。圖2是表示圖1的挖土機的驅動和控制系統的結構的框圖。圖3是圖2的控制器中存儲的映射圖，該圖將操作杆的操作量和目標速度相對應。圖4是表示圖2的控制器的電氣結構的框圖。圖5是表示用圖2的控制器執行的處理的流程圖。圖6分別表示在挖土機的伊鬥壓在地面的狀態下，在對操作杆作了操作時操作杆的操作狀態、旋轉轉矩及旋轉速度。圖7是與圖6相當的圖，表示不附加必要轉矩t0時的情況。 圖8是表示在圖6的狀態下操作杆的操作量與旋轉轉矩之關係的 曲線圖。圖9分別表示在上部旋轉體產生的必要轉矩較小時操作杆的操作 量、旋轉速度及旋轉轉矩。圖10是與圖9相當的圖，表示不附加必要轉矩t0時的情況。 圖11是表示操作杆的操作量與電動機的目標速度之關係的曲線圖。圖12A、 B是表示傳統技術的控制的曲線圖，圖12A表示速度比 例控制的轉矩推移和用於現場保持的轉矩推移，圖12B表示從速度比 例控制向轉矩控制切換的狀態。圖13A、 B是表示本發明的控制的曲線圖，圖13A表示速度比例 控制的轉矩推移和用於現場保持的轉矩推移，圖13B表示從速度比例 控制向轉矩控制切換的狀態。
具體實施方式
下面參照附圖，說明本發明的優選實施例。圖1表示的是表示本發明實施例的挖土機的整體結構的側面圖。 圖2是表示圖1的挖土機的驅動和控制系統的結構的框圖。參照圖1及圖2，作為作業機械之一例的挖土機1,設有履帶式 的下部移動體2(本體)、可旋轉地裝於該下部移動體2(本體)上的上部 旋轉體3以及裝於該上部旋轉體3的前部的作業附屬裝置4。作業附屬裝置4設有可升降地裝於上述上部旋轉體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的前端連接的鏟鬥7、 相對於上部旋轉體3驅動上述起重臂5的起重臂油缸8、相對於起重 臂5驅動上述搖臂6的搖臂油缸9以及相對於搖臂6驅動上述伊鬥7 的4產鬥油缸10。下部移動體2設有左右一對履帶ll(圖1中示出其中1個)，在一對履帶11中分別設有行駛馬達12。上部旋轉體3設有發動機14、由該發動機14驅動的液壓泵15及 發電機16、蓄電池17、旋轉用電動機18以及旋轉用電動機18的減 速機構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、伊鬥油缸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。發電機16經由增速機構21連接到發動機14的輸出軸上。該發 電機16發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供給旋轉用電動機18。再有，上述控制器22用來調整電壓的施 加和電流的供給。旋轉用電動機18設有用作使機械制動阻力發生的負制動器的機 械制動器24。在該機械制動器24糹皮解除的狀態下，旋轉用電動機18 的驅動力經由旋轉用減速機構19傳遞到下部移動體2，從而上部旋轉 體3相對於下部移動體2向右或向左旋轉。另外，上部旋轉體3設有操作杆(旋轉操作杆)25。該操作杆25設 有可從預先設定的中央位置左右傾側地操作的杆部25a以及檢測該杆 部25a的操作量的操作部(例如電位計)25b。而且，該操作杆25將對 應於杆部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，上部旋轉體3設有檢測碌轉用電動機18的旋轉速度(轉速) 的速度傳感器27。該速度傳感器27將對應於旋轉用電動機18的旋轉 速度的電氣信號輸出至控制器26。控制器26是由執行各種運算處理的CPU、存儲初始設定等的 ROM以及可改寫各種信息並加以存儲的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於操作杆25的杆部 25a的兩個操作方向(右旋轉或左旋轉方向)設定的，以隨著操作杆25 的操作量(傾側角度)增大而選擇大的目標速度。該映射圖中設定的目 標速度是作為不伴隨急劇增減的曲線而設定的，以按照操作杆25的 操作量增減而平滑地增減。圖4是表示圖2的控制器的電氣結構的框圖。參照圖4，控制器26設有根據上述目標速度的映射圖來設定目 標速度的目標速度設定部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矩 的第一轉矩運算部(第一轉矩運算單元)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)，計算應提供給旋 轉用電動機18的第二目標轉矩的第二轉矩運算部(第二轉矩運算單 元)31;以及將上述第 一 目標轉矩和第二目標轉矩中與上述第 一 目標轉目標轉矩而設定的目標轉矩設定部(目標轉矩設定單元)32。目標速度設定部28根據上迷目標速度映射圖(參照圖3)來指定對 應於上述操作杆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的作業狀態而變化 的使旋轉用電動機18旋轉的必要轉矩t0。這裡，所謂「挖土機1的 作業狀態J ，是指例如作業附屬裝置4的動作狀態(作業附屬裝置4的 作業半徑，或者作業時在伊鬥7內有無砂土等)和作業時承受的反力(採 用4產鬥7的擠壓作業時承受的反力，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輸出的目標轉矩作為相當於旋轉用電動機18的上述必要轉矩t0的 轉矩加以利用，按照該必要轉矩t0和操作部25b的操作量a0,根據 下述公式l,計算出修正量b0。bO=t02x{GO+Glx(l —a0x0.01〉…(公式1)這裡，G0及G1分別是控制增益，相當於以上述操作部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規定能夠 加以限制的轉矩的最大值，越增大控制增益GO,最終算出的目標轉 矩的值就越減小。另一方面，控制增益Gl用於規定能夠按照操作杆 25的操作量a0的變化而限制的轉矩的增減比例。而且，通過調整控 制增益GO、 Gl，能夠獲得相當於液壓旋轉系統中洩漏調速的效果。再有，在本實施例中，以1周期前的目標轉矩作為與旋轉用電動 機18的必要轉矩tO相當的轉矩而利用，但也可根據上述1周期前的 目標轉矩和由速度傳感器27測出的旋轉用電動機18的速度，計算該 旋轉用電動機18的實際必要轉矩。而且，如下述公式2所示，可根據上述目標速度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測出的旋轉用 電動機18的實際速度vl算出速度偏差Av。△v=v0 - b0 - vl. .(公式2)第一轉矩運算部30根據上述速度偏差Av按下述^^式3計算第一 目標轉矩tl。t卜G2xAv+G3xf(Av)dt…(公式3)這裡，G2是比例增益，G3是積分增益，已分別預先設定。 另 一方面，在操作杆25的杆部25a的操作位置位於上述的中央範 圍內時，為了使上述速度傳感器27測出的旋轉用電動機18的實際速 度vl為零，第二轉矩運算部31按下述公式4計算要供給旋轉用電動 機18的第二目標轉矩t2。t2=G4x(0 — vl)+G5x幾0 — vl)dt…(公式4) 這裡，G4是比例增益，G5是積分增益，已分別預先設定。 目標轉矩設定部32將上述第一 目標轉矩tl和第二目標轉矩t2中 與上述第一目標轉矩tl的方向(下面將右旋轉方向作為「正」方向， 將左旋轉方向作為「負」方向進行說明)同向且絕對值大的轉矩作為下 一目標轉矩而設定。下面參照圖4及圖5,說明通過上述控制器26執行的處理。一旦處理開始，首先根據映射圖(參照圖3)指定對應於操作杆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檢測旋轉用電動機18的速度vl(步 驟S2)，同時根據速度vl按上述公式4計算第二目標轉矩t2(步驟S3)。然後，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Av(步驟S4)。接著，利用上述速度偏差Av按上述公式3計算笫一 目標轉矩tl(步 驟S5),同時判定第一目標轉矩tl是否為正方向(右旋轉方向)(步驟 S6)。這裡，在第一目標轉矩tl為正方向(右旋轉方向)時(步驟S6中的 "是")，將第一 目標轉矩tl與第二目標轉矩t2比較(步驟S7),並將第 一目標轉矩tl和第二目標轉矩t2中正方向的且絕對值大的轉矩作為 下一目標轉矩設定(步驟S8、 S9)。然後，將這樣設定的目標轉矩輸出 至上述變換器23(步驟S15)，結束該處理。另一方面，在第一目標轉矩tl不為正方向時(步驟S6中的"否，，)， 判定該第一 目標轉矩tl是否為負方向(左旋轉方向)(步驟SIO)。這裡，在第一目標轉矩tl為負方向(左旋轉方向)時(步驟SIO中的 "是")，將第一 目標轉矩tl與第二目標轉矩t2比4交(步驟Sl 1)，並將第 一目標轉矩tl和第二目標轉矩t2中負方向的且其絕對值大的轉矩， 即考慮正負符號時小的轉矩作為下一目標轉矩而設定(步驟S12、S13)。 然後，將這樣設定的目標轉矩輸出至上述變換器23(步驟S15),結束 該處理。還有，在上述步驟S6及S10中，已判定第一目標轉矩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體 3在現場保持時，將上述第二目標轉矩t2作為下一目標轉矩設定(步驟 S14),接著，將這樣設定的目標轉矩輸出至上述變換器23(步驟S15), 結束該處理。如圖6所示，通過進行上述的處理，能夠實現與操作杆25的操作對應的轉矩控制。圖6分別表示在挖土機1的伊鬥7壓在地面的狀態下，在對操作 杆25作了操作時操作杆25的操作狀態(旋轉杆操作)、旋轉轉矩及旋 轉速度。也就是，圖6的狀態表示在鏟鬥7壓在地面上、上部旋轉體3不 能旋轉的狀態下對操作杆25作了操作的狀態。在這種情況下，如傳 統方式那樣，如果進行PID控制而不附加必要轉矩tO，則目標速度按 照操作杆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。因此，如圖7的中段所示，速度偏差明顯增大，轉矩急劇增加， 有可能產生衝擊，但如上述實施例那樣，按照基於旋轉用電動機18 的必要轉矩t0的修正量b0的量來減小速度偏差Av,能夠如圖6的中 段所示地使與操作杆25的操作對應的旋轉轉矩產生。根據表示操作 杆25的操作量與旋轉轉矩之關係的圖8，這點也是明確的。另外，圖 8也與圖6同樣，表示在鏟鬥7壓在地面上，上部旋轉體3不能旋轉的狀態下的旋轉轉矩。另夕卜，圖9分別表示在上部旋轉體中產生的必要轉矩t0較小時操作杆的操作量、旋轉速度及旋轉轉矩。如上述公式1所示，必要轉矩t0越小，修正量b0越接近零，因 此在必要轉矩t0小時，能夠進行不附加必要轉矩to的與傳統技術同 樣的速度控制。作為參考，在圖10中表示不附加必要轉矩t0時操作 杆的操作量、旋轉速度及旋轉轉矩。再有，旋轉速度欄中的實線表示 實際的旋轉速度，雙點劃線分別表示與操作杆25的操作量對應的目 標速度。還有，如上述那樣，在上述實施例中將第一目標轉矩tl和第二目 標轉矩t2中與第一目標轉矩tl同向且絕對值大的轉矩作為下一目標 轉矩而設定。因此，能夠平穩地進行轉矩變動。下面，對於這一點， 與傳統的結構作對比說明。在以下的說明中，如圖11所示，就對應於操作杆25的操作量L1隨時間經過而一直增大，旋轉用電動機18的目標速度如L2所示那樣 推移的情況進行說明。再有，根據曲線L2從2秒左右上升這一點可 知，在0秒-2秒的範圍內操作杆25的操作範圍為死區(空區)。例如，在特開2003-328398號公報中公開的傳統技術中，在操作 杆的操作量為上述死區的範圍內進行速度比例控制(PID控制)，而在 操作杆的操作量超出死區時進行轉矩控制。也就是說，如圖12A所示， 在考慮進行速度比例控制時的轉矩推移L3和用於使上部旋轉體在現 場保持的轉矩推移L4的情況下，如果逐漸增大操作杆的操作量，如 圖12B所示，在0秒~2秒的死區的範圍內，轉矩按照轉矩推移L4 進行推移，但若為在超出上述死區的範圍後對操作杆進行操作，就從 該時刻起執行按照轉矩推移L3的轉矩控制。為此，在操作到該死區 的尾端時，產生用於插補轉矩推移L3和L4的不連續部分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矩L6和用於使上部旋轉體3在現場保持的第二 目標轉矩L7經常比4支，再選擇第一 目標轉矩L6和第二目標轉矩L7 中大的轉矩。因此，如圖13B所示，在本實施例中，無論操作杆25 的操作量，都能以笫一目標轉矩L6和第二目標轉矩L7的交點部分 L8為界，連續地切換第一目標轉矩L6和第二目標轉矩L7。所以，根 據本實施例，能夠平滑地進行穩定的控制。如以上說明，根據上述實施例，按照由速度傳感器27測出的實 際速度設定第二目標轉矩t2。因此，即使在作業狀態逐一變動的環境 中進行作業時，也能夠特別指定適於當前時刻的作業狀態下的現場保 持轉矩(第二目標轉矩t2)。也就是說，根據作業附屬裝置4的動作狀 態(作業附屬裝置4的作業半徑，或者作業時在伊鬥7內有無砂土等) 或者作業時承受的外力(採用伊鬥7的擠壓作業時承受的外力，傾斜地 面上作業機械的自重等)等，上述現場保持轉矩將逐一變動，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體的逆行。還有，在上述實施例中，由於設置成在上述那樣算出的第二目標轉矩t2與根據操作杆25的操作量而算出的第二目標轉矩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矩tl及第 二目標轉矩t2推移的曲線L6、 L7時(參照圖13),以曲線L6、 L7的 交點部分L8為界而選擇的轉矩被變更。這樣，根據上述實施例，與 以轉矩以外的特定要素為界而切換控制系統的傳統技術不同，經常在 進行第一、第二目標轉矩tl、 t2的大小比4交，並採用大的轉矩，因此 能夠抑制轉矩的不連續變動。再有，在上述實施例中，說明了用分別預先設定的值將公式3將 公式4中的增益G2、 G3、 G4及G5固定的結構，但可在上述控制器 26中設置用於變更各增益G2 ~ G5的增益變更單元。這樣，能夠通過增益變更單元來調整各增益G2-G5，因此在作 業附屬裝置4的作業半徑大時，如傾斜地面上作業等那樣旋轉體的慣 性矩大時，如果稍大地設定增益G2 G5，則能夠可靠地防止逆行。 另一方面，在用伊鬥7進行旋轉擠壓作業等時，若將增益變更為稍小， 則可根據操作杆25的操作進行轉矩的微調整。另外，在上述實施例中，根據隨上部旋轉體3的作業狀態而變化 的使上部旋轉體3旋轉的必要轉矩t0(1個周期前的目標轉矩)，調整旋 轉用電動機18的目標轉矩的大小，因此能夠有效地抑制衝擊發生。也就是說，在上述挖土機l中，必要轉矩to也根據其作業狀態而 變化，例如作業附屬裝置4的動作狀態(作業附屬裝置4的作業半徑， 或者作業時在伊鬥7內有無砂土等)，或者作業時承受的外力(釆用妒 鬥7的擠壓作業時承受的反力，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Av越增大的傾向，但用上述實施例可阻止 速度偏差Av的增大。具體而言，在上述實施例中設置成必要轉矩t0越大，就算出越 大的修正值b0,並將該修正值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Av。
因此，按照上述實施例，必要轉矩to越大，能夠越減小速度偏差
△V,因此能夠抑制衝擊發生。
如上述實施例那樣，通過構成為操作杆25的操作量a0越大、算 出越小的修正量b0的結構，從而隨著操作杆25的操作量a0增大，能 夠抑制修正後的目標速度過於減小。因此，能夠減輕給予操作員的不 協調感。
如上述實施例那樣，通過形成將上次已設定的目標轉矩作為本次 使用的必要轉矩t0而加以利用的結構，與實際上計算上部旋轉體3的 必要轉矩tO的情況相比，能夠使處理簡化。
也就是說，上部旋轉體3的必要轉矩t0的變化全部反映在旋轉用 電動機18的負載轉矩(目標轉矩)上。因此，能夠才艮據該負載轉矩的增 減計算修正值b0,並計算目標轉矩，從而能夠算出抵消了必要轉矩tO 的變化的目標轉矩。
如上述實施例那樣，設有將第一目標轉矩tl和第二目標轉矩t2 中與第一目標轉矩tl同向且絕對值大的轉矩設定為目標轉矩的目標 轉矩設定部32,從而在傾斜地面上向上側開始旋轉時以及在強風下向 風上側開始旋轉時，能夠可靠地防止上部旋轉體3由於轉矩不足，而 沿逆方向旋轉的「逆行」發生。
還有，在傾斜地面上停止旋轉時，通常旋轉用電動機18的轉矩 的大小與重力相平4紆，所以也能夠防止上部旋轉體3因制動轉矩經不 <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明作了描述，但應指出，只 要不偏離權利要求書規定的本發明範圍，可採用等價物並作替換。
權利要求
1.一種具有本體、可旋轉地安裝於該本體的旋轉體以及可升降地設置於該旋轉體的作業附屬裝置的作業機械的旋轉控制裝置，包括如下部分用以旋轉驅動所述旋轉體的電動機；接受對所述電動機作驅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速度的速度檢測單元；以及根據由所述操作量檢測單元測出的操作量設定所述電動機的目標速度，同時根據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定目標轉矩，並按照該目標轉矩使所述電動機動作的控制單元，其中，所述控制單元設有計算修正量並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，隨所述旋轉體的作業狀態而變化的使該旋轉體旋轉的必要轉矩越大，該修正量的值就越大。
2. 權利要求l記載的作業機械的旋轉控制裝置，其特徵在於 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. 權利要求l記載的作業機械的旋轉控制裝置，其特徵在於 所述控制單元構成為按每個預定的周期設定目標轉矩，所述修正單元用上次周期內設定的目標轉矩作為與本次周期內使用的旋轉體的 所述必要轉矩相當的轉矩來計算所述修正量。
4. 一種具有本體、可旋轉地安裝於本體的旋轉體以及可升降地設 置於旋轉體的作業附屬裝置的作業機械的旋轉控制裝置，包括如下部 分用以旋轉驅動所述旋轉體的電動機； 接受對所述電動機作驅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的 目標速度設定用以使所述電動機驅動的笫一 目標轉矩，同時根據所述 速度檢測單元測出的實際速度設定用以使所述旋轉體在現場保持的第 二目標轉矩，並按照第 一 目標轉矩和第二目標轉矩中與所述第 一 目標 轉矩同向且絕對值大的轉矩使所述電動機動作。
5. 權利要求4記載的作業機械的旋轉控制裝置，其特徵在於 所述控制單元設有根據由所述操作量檢測單元測出的操作量設定所述目標速度的目標速度設定單元；根據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矩的 第一轉矩運算單元；以及將所述第一目標轉矩和第二目標轉矩中與所 述第一 目標轉矩同向且絕對值大的轉矩作為下一目標轉矩設定的目標 轉矩設定單元。
6. 權利要求5記載的作業機械的旋轉控制裝置，其特徵在於 所述控制單元還設有第二轉矩運算單元，將為使所述實際速度為零而要給予所述電動機的轉矩作為所述笫二目標轉矩算出。
7. 權利要求6記載的作業機械的旋轉控制裝置，其特徵在於 所述笫一轉矩運算單元和第二轉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矩和第二目標轉矩，所述控制單元還設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. 一種作業機械，包括如下部分本體、可相對於該本體旋轉地安裝的旋轉體以及權利要求1記載的旋轉控制裝置。
9. 一種作業機械，包括如下部分本體、可相對於該本體旋轉地安裝的旋轉體以及權利要求4記載 的旋轉控制裝置。
全文摘要
一種旋轉控制裝置及設有該裝置的作業機械，設有可根據按照操作杆的操作量而設定的目標速度與實際旋轉速度之間的速度偏差而設定旋轉用電動機的目標轉矩的控制器，具備檢測隨上部旋轉體的作業狀態而變化的、使上部旋轉體旋轉的必要轉矩的變換器，此轉矩越大，該控制器計算的修正量值就越大，並從目標速度減去此修正量後設定為新的目標速度。另外，控制器設定用於驅動此電動機的第一目標轉矩和用於按實際速度使上部旋轉體在現場保持的第二目標轉矩，按照這兩個轉矩中與第一目標轉矩同方向的且絕對值大的轉矩使此電動機動作。
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 優先權日2007年2月21日
發明者小見山昌之, 筒井昭, 鹿兒島昌之 申請人:神鋼建設機械株式會社