CN102763323A - 执行器控制装置以及具备该执行器控制装置的作业机械 - Google Patents

Abstract

提供能够抑制再生时的振动的执行器控制装置。具备：运算电动机的目标转速的目标速度运算单元（121）、检测对执行器施加的负荷的负荷检测单元（2）、根据负荷运算电动机的转矩指令的转矩指令运算单元（123）、根据转矩指令运算流过电动机的电流矢量指令的电流指令运算单元（131）、电流检测单元（5a）、将电流变换为电流矢量的电流变换单元（132）、根据电流矢量指令与电流矢量的偏差运算电压矢量指令的电压指令运算单元（133）、将电压矢量指令变换为电压指令，并且将电压指令输出到电动机的控制部的电压变换单元（134），电流变换单元以及电压变换单元根据目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换。

Description

执行器控制装置以及具备该执行器控制装置的作业机械

技术领域

本发明涉及执行器控制装置，尤其涉及适合于控制由电动机驱动的执行器的控制装置。

背景技术

在用电动机驱动执行器的技术中，在动力运行时通过电动机产生的转矩驱动执行器。另外，在再生时通过执行器的反力转矩驱动电动机，使电动机进行发电机动作，由此来得到再生电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2006-336846号公报

专利文献2：特开2006-336843号公报

发明内容

发明要解决的课题

在这种由电动机驱动执行器的技术中，通过对应于执行器的反力转矩调整电动机的转矩，控制执行器的速度，因此，由于执行器的负荷的变动，在执行器或电动机中有可能发生振动。另外，在再生时比动力运行时容易发生振动。

使用图1说明在再生时容易发生振动的原因。图中的横轴表示电动机的转速，纵轴表示电动机的转矩，等功率曲线L1以及L2分别表示以恒定功率进行动力运行以及再生时的与电动机的转速对应的电动机的转矩的变化。另外，图中的直线L0表示反力转矩，若电动机的转矩比反力转矩大，则电动机的动作点向正转方向（图的右向）移动，若电动机的转矩比反力转矩小，则电动机的动作点向逆转方向（图的左向）移动。

在此，在图右半面的动力运行时，当考虑对执行器施加的负荷变动，反力转矩变得比电动机的转矩大时，电动机的动作点向逆转方向移动，因此，在等功率曲线L1上电动机的转矩自然增大，电动机的转矩与反力转矩均衡，电动机的转速变得恒定。即，可知动力运行时是稳定系统。

另一方面，在图左半面的再生时，当考虑对执行器施加的负荷变动，反力转矩变得比电动机的转矩大时，电动机的动作点向反转方向移动，因此，在等功率曲线L2上电动机的转矩减小，电动机的动作点进一步向反转方向移动，电动机的转速不恒定。即，可知再生时是不稳定系统。特别是在再生时，反力转矩变得比电动机的转矩大时，电动机的转速越增大，电动机的动作越不稳定，产生大的振动的可能性高。这成为电动机或执行器的故障的原因，或者在驱动执行器来进行某作业的情况下，成为引起作业的安全方面的问题的原因。因此，抑制再生时的振动成为非常重要的课题。

为了抑制执行器或电动机中发生的振动，例如，在专利文献1中记载的流体压力回路中，为了可以通过电动机平滑地吸收来自流体压力执行器的返回流体具有的能量，并且得到流体压力执行器的稳定的动作，具有控制流量的电磁阀。但是，在专利文献1所记载的流体压力回路中，通过电磁阀节流返回流体的流量，因此压力损失比较大，残留有再生电力减少压力损失量的课题。

另外，在专利文献2所记载的作业机械的控制装置中，具有通过流体压力执行器和通过闭合回路连接的可变容量型泵的容量可变控制，进行流体压力执行器的至少速度控制以及压力变动的抑制控制，并且大致地控制电动机的旋转速度的控制器。但是，专利文献2所记载的作业机械的控制装置，需要用于使可变容量型泵的容量变化的执行器，存在回路复杂的课题。另外，当对执行器施加的负荷的变动周期，比可变容量型泵的容量可变控制的控制周期短时，有可能无法控制流体压力执行器的压力变动。

本发明的目的在于，提供一种能够抑制执行器或电动机中产生的振动，特别是再生时的振动的执行器控制装置以及具备该执行器控制装置的作业机械。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，第1发明是一种用于控制由电动机驱动的执行器的执行器控制装置，其特征为具备：目标速度运算单元，其根据所述执行器的操作信号运算所述电动机的目标转速；负荷检测单元，其检测对所述执行器施加的负荷；转矩指令运算单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷运算所述电动机的转矩指令；电流指令运算单元，其根据所述转矩指令运算流过所述电动机的电流矢量指令；电流检测单元，其检测流过所述电动机的三相电流；电流变换单元，其将所述电流检测单元检测出的三相电流变换为d轴电流以及q轴电流，（以下，将d轴电流以及q轴电流称为“电流矢量”）；电压指令运算单元，其根据所述电流矢量指令和所述电流矢量的偏差运算电压矢量指令；以及电压变换单元，其将所述电压矢量指令变换为电压指令，并且将该电压指令输出到所述电动机的控制部，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换。

另外，第2发明的特征在于，在上述发明中，所述转矩指令运算单元，使用使所述负荷检测单元检测出的负荷平滑后得到的值来运算所述电动机的转矩指令，以使与所述执行器的负荷的瞬间变化对应的电流的变化量小于与所述执行器的负荷的稳定变化对应的电流的变化量。

另外，第3发明的特征在于，在上述发明中，还具备动力运行再生判定单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷和所述目标速度运算单元运算出的目标转速，判定所述电动机的动作是动力运行或再生中的哪一种，在所述动力运行再生判定单元的判定为再生时，所述电流变换单元以及所述电压变换单元，根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换，另一方面，在所述动力运行再生判定单元的判定为动力运行的情况下，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述电动机的实际转速进行各自的变换，而且还具备积分单元，其对所述目标速度运算单元运算出的目标转速以及所述电动机的实际转速进行积分，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述积分单元积分所得的值进行各自的变换。

另外，第4发明的特征在于，在上述发明中，使用感应电动机作为所述电动机。

另外，第5发明的特征在于，在上述发明中，所述转矩指令运算单元还参照所述目标速度运算单元运算出的目标转速来运算转矩指令。

另外，第6发明的特征在于，在上述发明中，所述转矩指令运算单元，对与所述执行器的负荷对应的转矩的时间平均值预先相加与所述执行器的负荷的变动量对应的转矩，来运算转矩指令。

另外，第7发明是一种作业机械，其具备上述发明所涉及的执行器控制装置。

发明的效果

根据本发明，通过根据目标转速进行电流变换以及电压变换，对电动机施加的3相电压的相位以与目标速度对应的角速度变化，因此，电动机与3相电压的相位的变化速度、即与目标转速对应的角速度大体同步地旋转，可以抑制电动机以及执行器的振动。另外，通过使执行器的负荷平滑来进行转矩指令的运算，可以进行控制以使与执行器的负荷的瞬间变化对应的电流的变化量小于与执行器的负荷的稳定变化对应的电流的变化量，因此，可以抑制电动机以及执行器的振动。

另外，根据本发明，由于在与负荷对应的转矩的时间平均值上预先相加了与负荷的变动量对应的转矩，因此，电动机的转矩比与负荷对应的转矩大，可以防止电动机的失调。

附图说明

图1表示再生时容易发生振动的原因。

图2表示本发明的第一实施方式的执行器控制装置。

图3是具备本发明的第一实施方式所示的执行器控制装置的叉架起货机的外观图。

图4用于说明图2所示的控制器的结构。

图5用于说明图4所示的速度控制器的结构。

图6用于说明图4所示的电动机控制器的结构的图。

图7用于说明使用感应电动机作为电动机时的效果。

图8表示升降机下降时进行PI控制的结果。

图9表示升降机下降时进行第一实施方式所示的控制的结果。

图10表示在升降机下降时进行第一实施方式所示的控制，瞬间施加外力的结果。

图11表示本发明的第二实施方式的执行器控制装置。

图12用于说明图11所示的控制器的结构。

图13用于说明图12所示的速度控制器的结构。

图14表示本发明的第三实施方式的执行器控制装置。

图15用于说明图14所示的控制器的结构。

图16用于说明图15所示的速度控制器的结构。

图17表示本发明的第四实施方式的执行器控制装置。

图18是具备本发明的第四实施方式所示的执行器控制装置的电池供电挖土机的外观图。

具体实施方式

图2是说明第一实施方式的执行器控制装置的图。作为执行器控制装置的控制器100从安装在操纵杆1上的未图示的电位计接收与操纵杆1的操作量对应的操纵杆信号，从压力传感器（负荷检测单元）2接收与液压缸（执行器）3的压力对应的压力信号，从安装在电动机4上的未图示的编码器接收电动机4的转速，从逆变器5具有的电流传感器（电流检测单元）5a接收3相电流。

控制器100基于接收到的操纵杆信号、压力信号、转速、3相电流来运算3相电压指令和保持解除信号，将3相电压指令发送给逆变器5，将保持解除信号发送给电磁式切换阀6。在后面叙述通过控制器100进行的运算的细节。另外，逆变器5根据3相电压指令对电动机4施加电压来驱动电动机4。电磁式切换阀6通常关闭，根据保持解除信号（即保持解除信号为ON）打开，将液压泵马达7和液压缸3连通。

当向升降机上升侧操作操纵杆1时，逆变器5消耗蓄电装置8的电力来使电动机4进行正转动力运行。液压泵马达7与电动机4连接，通过正转吸取油箱9的油，向液压缸3侧排出。此外，为使液压泵马达7的排出压力不超过配管的耐压，在液压泵马达7和电磁式切换阀6之间具备降压阀10。

液压缸3通过从液压泵马达7供给的油进行伸展，使未图示的内门架沿着未图示的外门架上升。在内门架的上部具备动滑轮11，当动滑轮11与内门架一起运动时，经由挂在动滑轮11上的起重链12，安装在起重链12的前端的叉架13上升。

当向升降机下降侧操作操纵杆1时，叉架13由于自重以及载荷而下降，经由起重链12、动滑轮11、内门架压缩液压缸3。液压缸3通过被压缩而排出油，经由电磁式切换阀6向液压泵马达7供给油。液压泵马达7通过供给的油来进行马达动作，使电动机4反转。此时，逆变器5对电动机4进行发电控制，向蓄电装置8供给产生的电力。

图3表示具备使用图2说明的执行器控制装置的叉架起货机（作业机械）的外观图。操作员通过操作操纵杆1使未图示的液压缸沿着外门架伸缩，可以使叉架13上升、下降。

接着，图4表示控制器（执行器控制装置）100的结构。控制器100由保持解除判定器110、速度控制器120、电动机控制器130构成。保持解除判定器110，在操纵杆信号的绝对值在预先设定的阈值以上并且经过一定时间T₁时，将保持解除信号设为ON，当操纵杆信号的绝对值比预先设定的阈值小时，将保持解除信号设为OFF。在此，一定时间T₁是考虑直到使电磁切换阀6前后的压力均衡为止的时间而预先设定的时间。因此，可以根据压力信号，压力信号越大使一定时间T₁越大，电动机4的转速越高使一定时间T₁越小。另外，也可以另外具备检测或推定液压泵马达7和电磁式切换阀6之间的压力的单元，当电磁式切换阀6前后的压力大体一致时将保持解除信号设为ON。

速度控制器120基于保持解除信号、操纵杆信号、压力信号以及转速来运算转矩指令和变换用转速并输出。在后面叙述通过速度控制器120进行的运算的细节。另外，电动机控制器130基于转矩指令、变换用转速以及3相电流来运算3相电压指令并输出。在后面还叙述电动机控制器130进行的运算的细节。

图5表示速度控制器120的结构。速度控制器120由目标速度运算器（目标速度运算单元）121、动力运行再生判定器122、转矩指令运算器（转矩指令运算单元）123以及转速切换器124构成。

目标速度运算器121基于保持解除信号v_v和操纵杆信号v_l，根据（1）式运算目标转速n_t。

[式1]

$n_t=\left\{\begin{array}{cc}{K}_1{v}_l& (v_v=\mathrm{ON})\\ K_0\left|v_l\right|& (v_v=\mathrm{OFF})\end{array}---\left(1\right)\right.$

其中，K_l是为了对应于操纵杆操作量得到适度的升降机速度而预先设定的比例常数。另外，K₀是与对液压泵马达7进行预先加压的速度有关的比例常数，预先设定为对应于操纵杆操作，使升降机在适度的范围内延迟进行动作。此外，目标速度运算器121如上所述运算了电动机4的目标转速n_t，但是根据（1）式可知，在目标转速n_t的运算中使用比例常数K₁或K₀，因此也可以说电动机4的目标转速n_t的运算根据作为执行器的液压缸3的目标速度而决定。

根据上述（1）式，在保持解除信号v_v为ON时，在与操纵杆信号v_l的符号对应的方向上设定目标转速n_t，在保持解除信号v_v为OFF时，与操纵杆信号v_l的符号无关在正转方向上设定目标转速n_t。因此，输入操纵杆信号v_l，在保持解除信号v_v为OFF时，液压泵马达7和电磁式切换阀6之间的压力慢慢升高。在此，当保持解除信号v_v从OFF变化为ON时，为了防止由于目标转速n_t急剧变化而导致的升降机速度的突变，可以把对（1）式的目标转速n_t实施低通滤波或转速限制后的值重新设为目标转速n_t。

动力运行再生判定器122根据目标转速n_t和压力信号p_c，通过（2）式运算动力运行再生判定f_d。

[数学式2]

f_d＝sign{(p_c-p_t)·n_t}(2)

其中，sign是符号函数，若自变量为正则返回1，若自变量为负则返回－1，若自变量为0则返回0。p_t为油箱9内的压力，设定为大气压。若动力运行再生判定f_d为1或0则表示动力运行，若为－1则表示再生。

转矩指令运算器123基于压力信号p_c、目标转速n_t以及转速n_m，通过（3）式以及（4）式运算转矩指令T_t。此外，根据动力运行再生判定f_d在动力运行时使用（3）式，在再生时使用（4）式。

[数学式3]

$T_t=D_p{p}_c+(K_p+K_i\frac{1}{s})(n_t-n_m)(f_d\≥0)---\left(3\right)$

[数学式4]

$T_t=D_p\frac{1}{{\mathrm{\&tau;}}_{1}s+1}{p}_c+K_c{n}_t+T_v(f_d<0)---\left(4\right)$

其中，D_p表示液压泵马达7的每单位角度的排量，（3）式的右边第一项相当于升降机静止时的液压泵马达7的反力转矩。s为拉普拉斯运算符。K_p、K_i分别是公知的PI控制的比例增益、积分增益，预先设定为适当的值。另外，K_c是与目标转速对应的前馈增益，（4）式的右边第二项为了成为与电磁式切换阀6的压力损失量相抵的转矩而预先设定为适当的值。τ₁是时间常数，为了可以将压力信号平滑化而预先设定为适当的值。

另外，T_v是变动吸收转矩，为了在由于升降机速度的变动液压泵马达7的反力转矩临时变动的情况下电动机4不会失调，预先设定为适当的值。即，转矩指令运算器123在与液压缸3的负荷对应的转矩的时间平均值上预先相加与液压缸3的负荷的变动量对应的转矩来运算转矩指令T_t。

转速切换器124根据动力运行再生判定f_d，在动力运行时将转速n_m作为变换用转速而输出，在再生时将目标转速n_t作为变换用转速而输出。

图6表示电动机控制器130的结构。电动机控制器130由电流指令运算器（电流指令运算单元）131、电流变换器（电流变换单元）132、电流控制器（电压指令运算单元）133、电压变换器（电压变换单元）134以及积分器（积分单元）135构成。积分器135把对变换用转速进行积分得到的角度变换为等价的0～2π的值，作为转子相位φ_m来输出。通过电流指令运算器131，基于转矩指令T_t根据预先设定的转矩-电流变换映射来运算电流矢量指令(i_dt,i_qt)^T。其中，角标T表示转置。在此，转矩-电流变换映射作为高效率地得到希望的转矩的电流矢量指令(i_dt,i_qt)^T的映射，通过实验等预先设定。

电流变换器132基于检测出的3相电流（i_u，i_v,i_w）^T，使用转子相位φ_m通过（5）式进行公知的三相二相变换以及公知的dq变换，运算电流矢量(i_d,i_q)^T并输出。

[数学式5]

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\&phi;}}_m& \sin {\mathrm{\&phi;}}_m\\ -\sin {\mathrm{\&phi;}}_m& \cos {\mathrm{\&phi;}}_m\end{array}\right]\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos 0& \cos \frac{2}{3}\mathrm{\&pi;}& \cos \frac{4}{3}\mathrm{\&pi;}\\ \sin 0& \sin \frac{2}{3}\mathrm{\&pi;}& \sin \frac{4}{3}\mathrm{\&pi;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_u\\ i_v\\ i_w\end{array}\right]---\left(5\right)$

电流控制器133通过公知的PI控制等运算电压矢量指令(v_dt,v_qt)^T，使得电流矢量(i_d,i_q)^T与电流矢量指令(i_dt,i_qt)^T一致。

电压变换器134基于电压矢量指令(v_dt,v_qt)^T，使用转子相位φ_m通过（6）式进行公知的dq逆变换以及公知的二相三相变换，运算3相电压指令(v_u,v_v,v_w)^T并输出。

[数学式6]

$\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{ut}}\\ v_{\mathrm{vt}}\\ v_{\mathrm{wt}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}\cos 0& \sin 0\\ \cos \frac{2}{3}\mathrm{\&pi;}& \sin \frac{2}{3}\mathrm{\&pi;}\\ \cos \frac{4}{3}\mathrm{\&pi;}& \sin \frac{4}{3}\mathrm{\&pi;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\&phi;}}_m& -\sin {\mathrm{\&phi;}}_m\\ \sin {\mathrm{\&phi;}}_m& \cos {\mathrm{\&phi;}}_m\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dt}}\\ i_{\mathrm{qt}}\end{array}\right]---\left(6\right)$

如上所述，电动机控制器130根据转矩指令以及3相电流运算3相电压指令，3相电压指令的相位对应于从速度控制器120提供的变换用转速而变化。在再生时将目标转速设定为变换用转速的情况下，3相电压指令的相位以与目标转速对应的角速度变化。因此，电动机4与3相电压指令的相位的变化速度、即目标转速大致同步地旋转，可以抑制电动机4的振动。

此时，通过速度控制器120的转矩指令运算器123，以使电动机4的转矩成为液压泵马达7的反力转矩以上的方式运算转矩指令。更详细来说，如（4）式所示，将变动吸收转矩T_v作为正值来相加，运算转矩指令T_t。由此可以防止电动机4的失调。此外，在作为电动机4使用了感应电动机的情况下，与作为电动机4而使用同步电机的情况相比，可以减小该变动吸收转矩T_v的值。

接着，使用图7说明使用感应电动机作为电动机4，将目标转速n_t作为变换用转速的情况下的效果。图7（a）的虚线表示的轴是在对目标转速n_t进行积分所得的转子相位（以下称为目标转子相位）上固定的目标转子坐标。电流矢量指令是相对于目标转子坐标上的d轴（磁通方向的轴）具有某电流相位的第一象限中的矢量，图中的d轴电流指令、q轴电流指令分别相当于电流矢量指令的i_dt、i_qt。另外，已知电动机4的转矩T_m基于电流矢量通过（7）式来决定。

[数学式7]

$T_m=P_f\&CenterDot;\frac{M}{L_2}\&CenterDot;\mathrm{\&psi;}\left(i_d\right)\&CenterDot;i_q---\left(7\right)$

其中，P_f为极对数，M为相互电感，L₂为二次线圈的电感。

另外，Ψ是磁通，基于d轴电流通过（8）式决定。

[数学式8]

$\mathrm{\&psi;}=\frac{M}{1+\frac{L_2}{r_2}s}{i}_d---\left(8\right)$

其中，r₂是二次线圈电阻。

在此，考虑液压泵马达7的反力转矩临时变动，如图7（b）的实线表示的轴那样，实际转子坐标从目标转子坐标暂时偏离相位偏差量的情况。电流矢量指令作为以目标转子坐标为基准具有电流相位的矢量而被给出，但是实际的电流矢量以实际转子坐标作为基准而形成，因此，实际的d轴电流i_d，q轴电流i_q比指令值增减相位偏差量。当实际转子相位比目标转子相位延迟时，d轴电流i_d减少，q轴电流i_q增加，当实际转子相位比目标转子相位超前时，d轴电流i_d增加，q轴电流i_q减少。

此时，根据（8）式，磁通Ψ从d轴电流i_d的变化延迟变化，因此，磁通Ψ不瞬间变化，根据（7）式，电动机4的转矩T_m根据q轴电流i_q的变化而增减。例如，如图7（b）所示，当实际转子相位比目标转子相位延迟时，q轴电流i_q增加。当q轴电流i_q的值增加时，由（7）式可知电动机4的转矩T_m增加。由于该增加后的转矩T_m的作用，实际转子相位从图7（b）的坐标的中心向逆时针方向前进，变得与目标转子相位一致。

通过该效果，向目标转子相位与实际转子相位一致的方向自动调节电动机4的转矩T_m，即使液压泵马达7的反力转矩暂时变动的情况下，也可以使电动机4的转速n_m与目标转速n_t大体一致，抑制电动机4的振动。

图8表示即使在升降机下降时也进行作为动力运行时的控制方法而表示的PI控制的结果，图9表示在升降机下降时进行本实施方式所示的控制的结果。由图8可见，从时间T_A升降机开始下降，实际升降机速度为负，但是，实际升降机速度与目标升降机速度不一致而发生振动。此外，表示了目标升降机速度基于目标转速另外计算出的情况。另外，为了使实际升降机速度与目标升降机速度一致而增减电动机4的转矩指令，因此，作为逆变器5的直流侧电流的DC电流也发生振动。认为这是由于没有恰当地设定PI控制的增益所导致的。但是，升降机速度针对电动机的转矩的响应特性根据载荷质量、升降机扬程以及油的温度等而大幅度变化，因此，难以针对全部条件恰当地设定PI控制的增益。

另一方面，从图9可见，在时间T_B开始升降机下降后直到停止为止，实际升降机速度与目标升降机速度大体一致，得到了稳定的升降机速度。另外，由于相对于目标升降机速度大致恒定地保持转矩指令，因此，DC电流也稳定。

图10表示在升降机下降时进行本实施方式所示的控制，途中对货物瞬间施加外力的结果。在图中的虚线包围的C中对货物施加外力，压力信号瞬间增大。但是，在转矩指令运算器中使用将压力信号平滑后所得值来运算转矩指令，因此，转矩指令几乎不变化，DC电流也几乎不变化。另外，针对液压泵马达7的反力转矩的变动预先设定了变动吸收转矩，并且在作为电动机4使用了感应电动机的情况下，由于前面所述的效果自动调节电动机4的转矩，因此得到了稳定的升降机速度。

接着，图11是说明第二实施方式的执行器控制装置的图。在第二实施方式中，代替在第一实施方式中使用的液压缸而使用机械式执行器21。以下，对与第一实施方式相同的地方赋予相同的符号，并省略其详细的说明。控制器（执行器控制装置）200从安装在操纵杆1上的未图示的电位计接收与操纵杆1的操作量对应的操纵杆信号，从负荷传感器（负荷检测单元）22接收与机械式执行器21的负荷对应的负荷信号，从安装在电动机4上的未图示的编码器接收电动机4的转速，从逆变器5具有的电流传感器5a接收3相电流。在此，机械式执行器21可以是公知的滚珠丝杠，只要是可以将旋转运动变换为平移运动的机构即可。

控制器200基于接收到的操纵杆信号、负荷信号、转速、3相电流来运算3相电压指令和保持解除信号，将3相电压指令发送给逆变器5，将保持解除信号发送给保持机23。在此，保持机23例如是摩擦制动器，可以内置在电动机4中。在后面叙述控制器200中进行的运算的细节。另外，逆变器5根据3相电压指令对电动机4施加电压，驱动电动机4。保持机23通常为保持状态，根据保持解除信号（当保持解除信号变为ON时）解除保持，经由齿轮24向机械式执行器21传递电动机4的动力。

当向升降机上升侧操作操纵杆1时，逆变器5消耗蓄电装置8的电力，使电动机4正转动力运行。齿轮24与电动机4连接，通过正转向机械式执行器21传递电动机4的动力。机械式执行器21通过从电动机4经由齿轮24传递的动力而伸展，使内门架26沿着外门架25上升。在内门架26的上部安装了动滑轮11，当动滑轮11与内门架26一起运动时，经由挂在动滑轮11上的起重链12，在起重链12的前端安装的叉架13上升。

当向升降机下降侧操作操纵杆1时，叉架13由于自重以及载荷而下降，经由起重链12、动滑轮11、内门架26向下侧按压机械式执行器21。机械式执行器21通过被向下侧按压，产生使齿轮24反转的动力，产生的动力经由齿轮24传递到电动机4。此时，逆变器5对电动机4进行发电控制，向蓄电装置8供给电力。

图12表示控制器200的结构。控制器200由保持解除判定器110、速度控制器220、电动机控制器130构成。控制器200中进行的运算，除了压力信号变为负荷信号这一点以外与第一实施方式中所示的控制器100中进行的运算相同，仅说明不同点。

图13表示速度控制器220的结构。速度控制器220由目标速度运算器121、动力运行再生判定器222、转矩指令运算器（转矩指令运算单元223）以及转速切换器124构成。动力运行再生判定器222基于目标转速n_t和负荷信号f_c，由（9）式运算动力运行再生判定f_d。

[数学式9]

f_d＝sign(f_c·n_t)(9)

转矩指令运算器223基于负荷信号f_c、目标转速n_t以及转速n_m，由（10）式和（11）式运算转矩指令T_t。此外，根据动力运行再生判定f_d，在动力运行时使用（10）式，在再生时使用（11）式。

[数学式10]

$T_t=R_r{f}_c+(K_p+K_i\frac{1}{s})(n_t-n_m)(f_d\&GreaterEqual;0)---\left(10\right)$

[数学式11]

$T_t=R_r\frac{1}{{\mathrm{\&tau;}}_{1}s+1}{f}_c+K_{c2}{n}_t+T_v(f_d<0)---\left(11\right)$

其中，R_r是比例常数，根据齿轮的减速比、机械式执行器21的导程预先算出。另外，与（3）式同样，（10）式的右边第一项相当于升降机静止时的对电动机4施加的反力转矩。K_c2是与目标转速对应的前馈增益，（11）式的右边第二项预先设定为恰当的值，以便成为与齿轮24或机械式执行器21的摩擦损失相抵的转矩。

通过以上的结构，在使用了机械式执行器21的第二实施方式中也可以得到稳定的升降机速度。

接着，图14是说明第三实施方式的执行器控制装置的图。第三实施方式是对于具备液压执行器的作业机械，减少现有的液压回路的变更来应用本发明的一例。此外，在以下的说明中，对于与第一实施方式相同的地方赋予相同的符号，省略其详细的说明。

当向升降机上升侧（图的右侧）操作操纵杆1时，经由与操纵杆1机械连接的控制阀31将液压泵32和液压缸3连通。液压泵32与电动机33连接，通过正转吸取油箱9的油，向液压缸3侧排出。可以通过控制阀31的开度、即操纵杆1的操作量调节向液压缸3供给的油的流量。

在操纵杆1上安装了未图示的断路器开关，当向升降机上升侧操作操纵杆1时，断路器开关成为ON，断路器34消耗蓄电装置8的电力使电动机33正转动力运行。在此，将断路器开关设为ON/OFF式，但是也可以设为断路器34对电动机33施加的电压根据操纵杆1的操作量而增加那样线性式的断路器开关。此外，控制阀31和液压泵32之间具备防止油的逆流的止回阀35。

另一方面，当向升降机下降侧（图的左侧）操作操纵杆1时，经由与操纵杆1机械连接的控制阀31将液压缸3和油箱9连通，液压缸3排出的油经由控制阀3回流到油箱9。可以根据控制阀31的开度、即操纵杆1的操作量来调节从液压缸3向油箱9回流的油的流量。此外，在控制阀31和油箱9之间具备防止油的逆流的止回阀36。以上是现有的液压回路结构的一例。

在第三实施方式中，在液压缸3和控制阀31之间具备电磁式切换阀37。电磁式切换阀37通常将液压缸3和控制阀31连通，但是，当向升降机下降侧操作操纵杆1时，根据控制器（执行器控制装置）300输出的再生信号，当再生信号为ON时将液压缸3和液压马达38连通。液压马达38与电动机4连接，通过从液压缸3供给的油进行马达动作，使电动机4旋转。

此时，控制器300从安装在操纵杆1上的未图示的电位计接收与操纵杆1的操作量对应的操纵杆信号，从压力传感器2接收与液压缸3的压力对应的压力信号，从逆变器5具有的电流传感器5a接收3相电流，从未图示的再生许可开关接收再生许可信号。控制器300基于接收到的操纵杆信号、压力信号、3相电流、再生许可信号来运算3相电压指令和再生信号，将3相电压指令发送给逆变器5，将再生信号发送给电磁式切换阀37。在后面叙述在控制器300中进行的运算的细节。逆变器5根据3相电压指令对电动机4进行发电控制，将产生的电力供给到蓄电装置8。

图15表示控制器300的结构。控制器300由再生判定器310、速度控制器320、电动机控制器330构成。再生判定器310，若再生许可信号为ON并且操纵杆信号的绝对值在预先设定的阈值以上，则将再生判定信号设为ON，若再生许可信号为OFF或者操纵杆信号的绝对值比预先设定的阈值小，则将再生判定信号设为OFF。

速度控制器320基于再生判定信号、操纵杆信号、压力信号运算转矩指令和目标转速并输出。在后面叙述在速度控制器320中进行的运算的细节。另外，电动机控制器330基于转矩指令、目标转速以及3相电流运算3相电压指令并输出。电动机控制器330中进行的运算，除了变换用转速变为目标转速以外与第一实施方式中记载的电动机控制器130相同，因此，省略其详细说明。

图16表示速度控制器320的结构。速度控制器320由目标速度运算器（目标速度运算单元）321、转矩指令运算器（转矩指令运算单元）323构成。目标速度运算器321基于再生判定信号v_v和操纵杆信号v_l，由（12）式运算目标转速n_t。

[数学式12]

$n_t=\left\{\begin{array}{cc}{K}_1{v}_l& (v_v=\mathrm{ON})\\ 0& (v_v=\mathrm{OFF})\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中，K₁是为了相对于操纵杆操作量获得适度的升降机下降速度而预先设定的比例常数。

转矩指令运算器323基于压力信号p_c、目标转速n_t，由第一实施方式中记载的（4）式运算转矩指令T_t。

通过以上的结构，对于具备液压执行器的作业机械，减少现有的液压的变更来应用本发明的第三实施方式中，在再生时可以得到稳定的执行器速度。

图17是说明第四实施方式的执行器控制装置的图。第四实施方式是将本发明应用于电池供电挖土机（作业机械）的情况下的一例。此外，除了应用对象是电池供电挖土机以外与第三实施方式相同，因此，对于与第三实施方式相同的地方赋予相同的符号，省略其说明。

主控制器500从未图示的操纵杆或未图示的踏板等接收操作员的操作信号，从蓄电装置8具有的未图示的电压传感器接收电压信号，基于它们来运算泵转速指令、回转速度指令，将泵转速指令发送给泵用逆变器41，将回转速度指令发送给回转用逆变器42。主控制器500中进行的运算与本发明没有直接关系，因此省略其详细说明。

泵用逆变器41根据泵用转速指令驱动泵用电动机43。在泵用电动机43上直接连接液压泵44，液压泵44通过正转吸取油箱9的油，经由控制阀45向行走用左液压马达46a、行走用右液压马达46b、铲斗缸47a、臂缸47b、吊杆缸47c供给油。

控制阀45经由未图示的液压回路与未图示的操纵杆或未图示的踏板等连接，根据操作员的操作向行走用左液压马达46a、行走用右液压马达46b、铲斗缸47a、臂缸47b、吊杆缸47c分配油。控制阀45的动作与本发明没有直接关系，因此省略其详细说明。回转用逆变器42根据回转速度指令驱动回转用电动机48。回转用电动机48经由未图示的减速机与未图示的上部回转体以机械方式连接，使未图示的上部回转体旋转。

在第四实施方式中，在吊杆缸47c和控制阀45之间具备电磁式切换阀37。电磁式切换阀37通常将吊杆缸47c和控制阀45连通，但是当向吊杆下降侧操作未图示的操纵杆时，根据控制器300输出的再生信号，当再生信号为ON时将吊杆缸47c和液压马达38连通。液压马达38与电动机4连接，通过从吊杆缸47c供给的油进行马达动作，使电动机4旋转。

此时，控制器300从安装在未图示的操纵杆上的未图示的电位计接收与未图示的操纵杆的操作量对应的操纵杆信号，从压力传感器2接收与吊杆缸47c的压力对应的压力信号，从逆变器5具有的电流传感器5a接收3相电流，从未图示的再生许可开关接收再生许可信号。控制器300的运算以及动作与第三实施方式相同，因此省略其说明。逆变器5根据从控制器300发送的3相电压指令对电动机4进行发电控制，向蓄电装置8供给产生的电力。

图18表示具备使用图17说明的第四实施方式的执行器控制装置的电池供电挖土机的外观图。操作员通过操作驾驶室49内的未图示的操纵杆，可以使铲斗缸47a、臂缸47b、吊杆缸47c伸缩，进行挖掘作业。

通过以上的结构，在对于电池供电挖土机应用了本发明的第四实施方式中，在再生时能够得到稳定的吊杆下降速度。

在以上的第一至第三实施方式中表示了对叉架起货机应用了本发明的例子，在第四实施方式中表示了对电池供电挖土机应用了本发明的例子，但是本发明不限于此，也能够应用于具有其它用电动机驱动执行器的控制装置、例如引擎和蓄电装置的混合建筑机械中。

符号说明

2压力传感器（负荷检测单元）；3液压缸（执行器）；4电动机；5a电流传感器（电流检测单元）；22负荷传感器（负荷检测单元）；100、200、300控制器（执行器控制装置）；121、321目标速度运算器（目标速度运算单元）；122、222动力运行再生判定器（动力运行再生判定单元）；123、223、323转矩指令运算器（转矩指令运算单元）；124转速切换器；131电流指令运算器（电流指令运算单元）；132电流变换器（电流变换单元）；133电流控制器（电压指令运算单元）；134电压变换器（电压变换单元）；135积分器（积分单元）

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.（修改后）一种执行器控制装置，用于控制由电动机驱动的执行器，其特征在于，

具备：

目标速度运算单元，其根据与针对所述执行器的操作量对应的操作信号，运算所述电动机的目标转速；

转矩指令运算单元，其根据从检测所述执行器的负荷的负荷检测单元输出的压力信号，运算所述电动机的转矩指令；

动力运行再生判定单元，其基于所述压力信号和所述目标转速，判定所述电动机的动作是动力运行或再生的哪一种；

电流指令运算单元，其根据所述转矩指令运算赋予所述电动机的电流矢量指令；

电流变换单元，其将从检测流过所述电动机的3相电流的电流检测单元输出的3相电流变换为作为d轴电流以及q轴电流的电流矢量；

电压指令运算单元，其根据所述电流矢量指令和所述电流矢量的偏差运算电压矢量指令；

电压变换单元，其将所述电压矢量指令变换为3相电压指令；以及

积分单元，其对所述目标转速以及所述电动机的实际转速进行积分，

所述电流变换单元以及所述电压变换单元，

在所述动力运行再生判定单元的判定为再生的情况下，使用所述目标转速，在所述动力运行再生判定单元的判定为动力运行的情况下，使用所述实际转速，基于所述积分单元积分所得的值，进行各自的变换。

2.（修改后）根据权利要求1所述的执行器控制装置，其特征在于，

所述转矩指令运算单元，将所述负荷检测单元检测出的负荷平滑化来运算所述电动机的转矩指令，以使与所述执行器的负荷的瞬间变化对应的电流的变化量小于与所述执行器的负荷的稳定变化对应的电流的变化量。

3.（删除）

4.（修改后）根据权利要求1所述的执行器控制装置，其特征在于，

使用感应电动机作为所述电动机。

5.（修改后）根据权利要求1所述的执行器控制装置，其特征在于，

所述转矩指令运算单元还参照所述目标速度来运算所述转矩指令。

6.（修改后）根据权利要求1所述的执行器控制装置，其特征在于，

所述转矩指令运算单元，对与所述执行器的负荷对应的转矩的时间平均值预先相加与所述执行器的负荷的变动量对应的转矩，来运算转矩指令。

7.（修改后）一种作业机械，其特征在于，

具备权利要求1、2、4、5、6的任意一项所述的执行器控制装置。

Claims (7)

1.一种执行器控制装置，用于控制由电动机驱动的执行器，其特征在于，

具备：

目标速度运算单元，其根据所述执行器的操作信号运算所述电动机的目标转速；

负荷检测单元，其检测对所述执行器施加的负荷；

转矩指令运算单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷，运算所述电动机的转矩指令；

电流指令运算单元，其根据所述转矩指令运算流过所述电动机的电流矢量指令；

电流检测单元，其检测流过所述电动机的三相电流；

电流变换单元，其将所述电流检测单元检测出的三相电流变换为d轴电流以及q轴电流，以下，将d轴电流以及q轴电流称为电流矢量；

电压指令运算单元，其根据所述电流矢量指令和所述电流矢量的偏差运算电压矢量指令；以及

电压变换单元，其将所述电压矢量指令变换为电压指令，并且将该电压指令输出到所述电动机的控制部，

所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换。

2.根据权利要求1所述的执行器控制装置，其特征在于，

所述转矩指令运算单元，使用使所述负荷检测单元检测出的负荷平滑后得到的值来运算所述电动机的转矩指令，以使与所述执行器的负荷的瞬间变化对应的电流的变化量小于与所述执行器的负荷的稳定变化对应的电流的变化量。

3.根据权利要求1或2所述的执行器控制装置，其特征在于，

还具备动力运行再生判定单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷和所述目标速度运算单元运算出的目标转速，判定所述电动机的动作是动力运行或再生的哪一种，

在所述动力运行再生判定单元的判定为再生的情况下，所述电流变换单元以及所述电压变换单元，根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换，另一方面，在所述动力运行再生判定单元的判定为动力运行的情况下，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述电动机的实际转速进行各自的变换，

而且还具备积分单元，其对所述目标速度运算单元运算出的目标转速以及所述电动机的实际转速进行积分，

所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述积分单元积分所得的值进行各自的变换。

4.根据权利要求3所述的执行器控制装置，其特征在于，

使用感应电动机作为所述电动机。

5.根据权利要求3所述的执行器控制装置，其特征在于，

所述转矩指令运算单元还参照所述目标速度运算单元运算出的目标转速来运算转矩指令。

6.根据权利要求3所述的执行器控制装置，其特征在于，

所述转矩指令运算单元，对与所述执行器的负荷对应的转矩的时间平均值预先相加与所述执行器的负荷的变动量对应的转矩，来运算转矩指令。

7.一种作业机械，其特征在于，

具备权利要求1至6的任意一项所述的执行器控制装置。

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