CN104221265B - 作业机械及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式的挖土机控制蓄电器的充放电电压来向电动机供给电力。电压转换电路对蓄电器进行充放电控制。干扰推定器组装在电压转换电路的控制环路中。干扰推定器计算受到干扰的影响的电流量作为干扰修正指令值，并对控制环路提供干扰修正指令值。

Description

作业机械及其控制方法
技术领域
本发明涉及控制蓄电装置的充放电的作业机械及其控制方法。
背景技术
在混合动力型挖土机等混合动力型作业机械上，作为用于对电负载进行驱动的电源装置，设置有蓄电装置。蓄电装置包括用于蓄积电力的蓄电部和升降压转换器。升降压转换器对用于将来自蓄电部的电力供给到电负载、或者将来自发电机等电负载的电力供给到蓄电部的DC总线的电压(DC总线电压)进行控制。
在DC总线上流动的电流量受到干扰的影响。干扰是指，例如因电负载的影响而导致DC总线电压变动的情况。若存在干扰，则DC总线电压变动，从而在DC总线上流动的电流量变动。通常情况下，以使DC总线电压成为目标电压的方式进行控制，以使电流从DC总线向电负载流动，或使电负载(发电机)的发电引起的电流经由DC总线向蓄电部流动的方式进行控制。
由于干扰作为噪声而作用于DC总线电压，因此希望去除干扰的影响。在此，提出了防止混合动力型挖土机的电系统中的噪声影响引起CPU的错误动作的技术(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-200457号公报
发明内容
发明要解决的课题
挖土机、轮式装卸车等作业机械除了前进后退之外还执行各种作业。因此，其尺寸的增大受到用于避免与周边物体接触的各种限制，因此会导致作业性的下降。尤其是，挖土机等具备回转功能的作业机械中的回转体的尺寸的增大会导致作业性的显著下降。
另一方面，蓄电装置、DC总线等电设备是为了实现混合动力型的作业机械而在近年来新追加的设备，在以往的液压驱动型的作业机械中并没有搭载。
因此，优选新追加的设备的尺寸尽可能小，还优选构成DC总线的电容的尺寸尽可能小。
然而，若减小电容的尺寸，则该电容的容量也减小，因此DC总线的电压容易变动。在这种情况下，若升降压转换器的控制性差，则DC总线的电压值超过上限值，引起电压异常，甚至存在引起作业中断及延迟的可能性。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够提高升降压转换器的控制性的作业机械及其控制方法。
用于解决课题的方案
根据本发明的一个实施方式，提供一种作业机械，控制蓄电器的充放电电压来向电动机供给电力，其特征在于，具有：对上述蓄电器进行充放电控制的电压转换电路；和组装在上述电压转换电路的控制环路中的干扰推定器，上述干扰推定器计算受到干扰的影响的电流量作为干扰修正指令值，并对上述控制环路提供该干扰修正指令值。
此外，根据本发明的一个实施方式，提供一种作业机械的控制方法，控制蓄电器的充放电电压来向电动机供给电力，其中包括：电压转换电路对上述蓄电器进行充放电控制的步骤；和组装在上述电压转换电路的控制环路中的干扰推定器计算受到干扰的影响的电流量作为干扰修正指令值，并对上述控制环路提供该干扰修正指令值的步骤。
发明效果
根据本发明，将由干扰推定器计算的根据干扰成分生成的干扰修正指令值提供给升降压转换器的电压指令值，排除干扰对升降压转换器的影响，能够提高升降压转换器的控制性。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的充放电控制装置的框图。
图2是说明干扰观测器的效果的图。
图3是本发明的第2实施方式的充放电控制装置的框图。
图4是混合动力型挖土机的侧视图。
图5是表示混合动力型挖土机的驱动系统的结构的框图。
图6是蓄电系统的电路图。
具体实施方式
接着，参照附图说明实施方式。
图1是本发明的第1实施方式的充放电控制装置的框图。充放电控制装置200是控制从作为蓄电器的电容器400向DC总线500流动的电流来控制DC总线500的电压的装置。
充放电控制装置200具有升降压转换器300(以下称为转换器300)、以及生成向转换器300提供的操作指令的操作指令生成部600。
转换器300是对电容器400的充放电电压进行电压转换的电压转换电路。转换器300是用于对DC电压进行转换的开关电路，具有作为开关元件的升压用IGBT 302A及降压用IGBT 302B。在升压用IGBT 302A与降压用IGBT 302B之间连接有电抗器301的一端，电抗器301的另一端连接到作为蓄电器的电容器400的电极。电抗器301是为了将伴随着升压用IGBT302A的导通/截止而产生的感应电动势供给到DC总线500而设置的。
升压用IGBT 302A及降压用IGBT 302B例如由将MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)组装到栅极部的双极型晶体管构成，是能够进行大电力的高速开关的半导体元件(开关元件)。升压用IGBT302A及降压用IGBT 302B通过由操作指令生成部600向栅极端子施加PWM电压来驱动。与升压用IGBT 302A及降压用IGBT302B分别并联连接有作为整流元件的二极管302a及302b。另外，转换器300生成的电流i由电流计303检测。
转换器300的输出端子连接到DC总线500的输入端子，通过转换器300生成的电流i流入DC总线500。由此，在DC总线500上产生电压(DC总线电压)。在DC总线500上设置有检测DC总线电压VDC的电压计510。在DC总线500上连接有电动马达(电动机)等负载，通过从DC总线500供给的电流，负载被驱动。转换器300以使DC总线500的电压成为一定电压的方式对电容器400进行充放电控制。在图1中将与DC总线500连接的电动马达等作为负载520来进行表示。并且，在作为负载520的电动马达进行动力运行时从DC总线500向电动马达供给的电力、在电动马达进行再生时从电动马达向DC总线500供给的电力等成为对转换器300的充放电控制的干扰。
电容器400具有电动势(电压)V、内部电阻Rcap及静电电容Ccap。此外，在电容器400的端子之间连接有电压计410，能够通过电压计410检测电容器电压Vcap。
电容器400由多个电容器单元连接而构成，用于将各单元组的电压均衡化的均衡电路设置在电容器400的内部。该均衡电路所进行的均衡化控制对电容器400而言成为负载。电容器400的负载不仅有均衡化控制引起的负载，还有其他因素引起的负载。另外，在图1中，将电容器400的负载表示为连接在电容器400的电极之间的负载420。
在此，在作为转换器300的输出端子的正极端子与负极端子之间，连接有平滑用的电容304。电容304是用于将DC总线电压平滑化的蓄电元件。通过该平滑用电容304，DC总线500的电压维持预先设定的电压。
这样，充放电控制装置200通过对DC总线500设置作为蓄电部的电容304，即使在负载520进行再生时从负载520向DC总线500供给电力，也能够将DC总线500的电压平滑化。其结果，能够抑制DC总线500的电压上升。
然而，若将电容304小型化，则其容量减小。在这种情况下，充放电控制装置200在负载520进行再生时容易受到从负载520向DC总线500供给的电力的影响。即，负载520成为干扰，根据负载520的状态，DC总线500的电压发生变动。因此，在本实施方式中，在充放电控制装置200中设置操作指令生成部600，使得能够减小干扰的影响。
操作指令生成部600是为了对转换器300供给操作指令来驱动转换器300而设置的。具体地说，操作指令生成部600输出的操作指令是对升压用IGBT 302A及降压用IGBT302B的栅极端子施加的PWM电压。通过对栅极端子施加该PWM电压，升压用IGBT 302A及降压用IGBT 302B被驱动，流动电流i。
操作指令生成部600包括PI控制器610和转换器控制器620。PI控制器610根据所输入的目标DC总线电压，生成一次操作指令，并供给到转换器控制器620。一次操作指令是表示对转换器300施加的DC电压的占空比的指令值。
转换器控制器620根据从PI控制器610供给的一次操作指令(占空比指令)生成最终的操作指令，并向转换器300供给。转换器300根据操作指令来生成电容器电流i，并向DC总线500供给。由此产生DC总线500的DC总线电压VDC。该DC总线电压VDC反馈到向PI控制器610输入的目标DC总线电压VDCT。即，从目标DC总线电压VDCT减去DC总线500中所检测到的DC总线电压VDC，其结果被输入到PI控制器610。
如上所述形成如下控制环路(control loop)：目标DC总线电压VDCT从PI控制器610经过转换器控制器620作为操作指令而供给到转换器300，且DC总线500的DC总线电压VDC返回到目标DC总线电压VDCT。
在本实施方式中，对上述结构附加干扰补偿器630。干扰补偿器630生成并输出用于对从PI控制器610输出的一次操作指令进行修正的干扰修正指令值。干扰修正指令值是用于在生成DC总线电压VDC时对干扰的影响所引起的电压进行修正的指令值，通过相加到从PI控制器610输出的一次操作指令上，修正一次操作指令。该修正后的一次操作指令被输入到转换器控制器620。
干扰补偿器630通过推定运算来求出干扰的影响引起的电流变化。干扰的影响包括电容器400的负载420引起的电容器电流i的变化、以及DC总线500的负载520引起的电容器电流i的变化。以下说明由干扰补偿器630进行的推定运算。另外，干扰补偿器630相当于进行干扰的推定运算的干扰推定器。
首先，说明电容器400放电时(使DC总线电压VDC升压时)的干扰的推定运算。
在使转换器300的输出电压升压时，通过以下式(1)求出因升压用IGBT302A的一次开关(switching)而变化的电流i的增量。
[数1]
在此，f表示开关频率[Hz]，L表示电抗[H]，VDC表示DC总线电压[V]，Vcap表示电容器电压[V]，duty表示一次操作指令[％]。开关频率f[Hz]及电抗器L[H]是已知的值。此外，DC总线电压VDC[V]是电压计510的检测值，电容器电压Vcap[V]也是电压计410的检测值。
若将DC总线电压VDC的干扰成分(振动成分)设为A，则由电压计510检测的DC总线电压VDC为VDC＝VDCR+A。VDCR是DC总线电压的目标电压值，是理想电压值。此外，若将电容器电压Vcap的干扰成分(振动成分)设为B，则由电压计410检测的电容器电压Vcap为Vcap＝Vcapi+B。Vcapi是电流i流动时的理想电压值。
因此，式(1)如下所示表示为式(2)。
[数2]
并且，若计算式(2)成为式(1)的duty，则求得以下式(3)。
[数3]
式(3)的右边的第2项相当于干扰引起的电容器电流i的变化量。因此，将式(3)的右边的第2项作为干扰修正指令值进行计算，将求出的干扰修正指令值相加到从PI控制器610输出的一次操作指令上，从而对一次操作指令进行修正。
对电容器400进行充电时(使DC总线电压VDC降压时)的干扰的推定运算与上述的推定运算同样能够通过以下式(4)～(6)来进行。
在使转换器300的输出电压降压时，通过以下式(4)求出因降压用IGBT302B的一次开关(switching)而变化的电流i的减量。
[数4]
若将DC总线电压VDC的干扰成分(振动成分)设为A，将电容器电压Vcap的干扰成分(振动成分)设为B，则式(4)如下所示表示为式(5)。
[数5]
并且，若计算式(5)成为式(4)的duty，则求得以下式(6)。
[数6]
式(6)的右边的第2项相当于干扰引起的变化量。因此，将式(6)的右边的第2项作为干扰修正指令值进行计算，将计算出的干扰修正指令值相加到从PI控制器610输出的一次操作指令上，从而对一次操作指令进行修正。
如上所述，干扰补偿器630根据电容器电压Vcap、DC总线电压VDC及一次操作指令，通过推定运算来计算出干扰修正指令值。从而，干扰补偿器630通过推定运算来求出对电容器电流i的干扰，作为所谓的干扰观测器而发挥功能。
通过利用如上所述计算的干扰修正指令值来修正一次操作指令，生成预先考虑了干扰的修正后的一次操作指令。即，根据电容器电压Vcap和DC总线电压VDC的干扰成分，计算抑制电容器电流i的振荡的干扰修正指令值，并将其加在一次操作指令上来作为修正后的一次操作指令。因此，干扰引起的控制振荡(电流i的振荡)被抑制，因此转换器300的控制性提高。此外，控制中的异常的发生得到防止。进一步，由于不会对转换器300施加大的负载，因此转换器300的劣化得到抑制，不会缩短寿命。
此外，仅通过将由扰补偿器630计算的干扰修正指令值加到一次操作指令上的控制来抑制干扰的影响，因此不需要变更已有的反馈控制中的反馈环路，能够不进行复杂的控制而去除干扰引起的影响。
图2是说明干扰观测器的效果的图。具体地说，图2的上图表示作为干扰的一例的负载520(电动马达)的输出随时间的推移，图2的中图表示DC总线电压VDC随时间的推移，图2的下图表示电容器电流i随时间的推移。此外，实线所示的推移表示使用了干扰观测器即干扰补偿器630时的推移，点线所示的推移表示没有使用干扰补偿器630时的推移。
如图2所示，在使用了干扰补偿器630的情况下，电动马达的输出(再生电力)以台阶状增加时的电容器电流的上升比没有使用干扰补偿器630时的电容器电流的上升快。另外，在此，电容器电流是从DC总线500向电容器400流动的电流。其结果，使用了干扰补偿器630的情况的DC总线电压的变动比没有使用干扰补偿器630的情况小，不存在像没有使用干扰补偿器630的情况那样超过上限值的情况。此外，与没有使用干扰补偿器630的情况相比，在使用了干扰补偿器630的情况的DC总线电压的变动中，发生了变动之后的向目标DC总线电压的恢复也快。
通过以上结构，干扰补偿器630通过抑制或排除干扰对转换器300的影响，能够提高转换器300的控制性。
接着，说明本发明的第2实施方式的充放电控制装置200A。
在上述第1实施方式的操作指令生成部600中，根据所输入的目标DC总线电压VDCT，PI控制器610生成一次操作指令，并将其通过来自干扰补偿器630的干扰修正指令值进行修正，并供给到转换器控制器620。即，形成如下控制环路(称为电压环路)：目标DC总线电压VDCT从PI控制器610经过转换器控制器620作为操作指令(电压值)而供给到转换器300，且DC总线500的DC总线电压VDC反馈到目标DC总线电压VDCT。
在本发明的第2实施方式中，由目标DC总线电压VDCT生成一次操作指令(电流指令)，将该电流指令通过电容器电流Icap进行修正，由修正后的电流指令生成二次操作指令(电压值)，将该二次操作指令进一步通过干扰补偿值进行修正之后供给到转换器控制器620。
图3是本发明的第2实施方式的充放电控制装置200A的框图。在图3中，对与图1所示的构成部件相同的部件标以相同符号，省略其说明。充放电控制装置200A与上述充放电控制装置200同样是控制从作为蓄电器的电容器400向DC总线500流动的电流来控制DC总线500的电压的装置。
在本实施方式中，对从电容器400向转换器300流动的电流(电容器电流Icap)进行检测的电流计430设置在电容器400与转换器300的电抗器301之间。如后所述，通过用电流计430检测的电容器电流Icap来修正电流指令。
本实施方式的操作指令生成部600A是为了对转换器300供给操作指令来驱动转换器300而设置的。具体地说，操作指令生成部600A输出的操作指令是对升压用IGBT 302A及降压用IGBT 302B的栅极端子施加的PWM电压。通过对栅极端子施加该PWM电压，升压用IGBT302A及降压用IGBT302B被驱动，流动电流i。
操作指令生成部600A包括PI控制器610A、转换器控制器620、干扰补偿器630及控制器640。PI控制器610A根据所输入的目标DC总线电压，生成并输出电流指令。从由PI控制器610A输出的电流指令减去通过电流计430检测的电容器电流Icap，来进行电流修正。进行了电流修正的电流指令被供给到控制器640。控制器640根据进行了电流修正的电流指令生成并输出二次操作指令。
在本实施方式中，对从控制器640输出的二次操作指令加上来自干扰补偿器630的干扰补偿值，从而修正二次操作指令。该修正了的二次操作指令被输入到转换器控制器620。
如上所述，在本实施方式中，对第1实施方式中的控制环路(电压环路)增设了将通过电流计430检测的电容器电流Icap反馈到电流指令的控制环路(电流环路)。
上述第1及第2实施方式的充放电控制装置200、200A例如能够适用于挖土机的蓄电装置。
图4是能够适用本发明的充放电控制装置的挖土机的一例即混合动力型挖土机的侧视图。
在图4所示的混合动力型挖土机的下部行走体1上，经由回转机构2搭载有上部回转体3。在上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5，在斗杆5的前端安装有铲斗6。动臂4、斗杆5及铲斗6分别由动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9液压驱动。在上部回转体3上设置有驾驶室10，且搭载有发动机等动力源。
图5是表示图4所示的混合动力型挖土机的驱动系统的结构的框图。在图5中，机械动力系统用双重线表示，高压液压管路用粗实线表示，先导管路用虚线表示，电驱动/控制系统用细实线表示。
作为机械式驱动部的发动机11和作为辅助驱动部的电动发电机12分别连接到变速器13的2个输入轴。在变速器13的输出轴上，作为液压泵而连接有主泵14及先导泵15。在主泵14上，经由高压液压管路16连接有控制阀17。
控制阀17是进行混合动力型挖土机中的液压系统的控制的控制装置。下部行走体1用的液压马达1A(右用)及1B(左用)、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9经由高压液压管路连接到控制阀17。
在电动发电机12上经由逆变器18A连接有包括蓄电器的蓄电系统120。此外，在先导泵15上经由先导管路25连接有操作装置26。操作装置26包括杆26A、杆26B及踏板26C。杆26A、杆26B及踏板26C经由液压管路27及28分别连接到控制阀17及压力传感器29。压力传感器29连接到进行电系统的驱动控制的控制器30。
在图4所示的混合动力型挖土机上，搭载有对回转机构2进行电驱动的电动式回转装置。即，为了驱动回转机构2而设置有回转用电动机21。作为电动作业要件的回转用电动机21经由逆变器20连接到蓄电系统120。在回转用电动机21的旋转轴21A上连接有解析器22、机械制动器23及回转变速器24。由回转用电动机21、逆变器20、解析器22、机械制动器23及回转变速器24构成负载驱动系统。此外，由回转机构2、用于驱动回转机构2的回转用电动机21、向回转用电动机21供给电力的逆变器20、控制逆变器的驱动的控制器30构成电动式回转装置。
控制器30是作为进行混合动力型挖土机的驱动控制的主控制部的控制装置。控制器30由包括CPU(Central Processing Unit)及内部存储器的运算处理装置构成，是通过由CPU执行内部存储器中所存储的驱动控制用的程序来实现的装置。
控制器30将从压力传感器29供给的信号转换为速度指令，进行回转用电动机21的驱动控制。从压力传感器29供给的信号相当于表示为了使回转机构2回转而操作了操作装置26的情况下的操作量的信号。
控制器30进行电动发电机12的运转控制(电动(辅助)运转或发电运转的切换)，并且进行通过对作为升降压控制部的升降压转换器100(参照图6)进行驱动控制来进行的电容器19的充放电控制。控制器30根据电容器19的充电状态、电动发电机12的运转状态(电动(辅助)运转或发电运转)、及回转用电动机21的运转状态(动力运行运转或再生运转)，进行升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制，由此进行电容器19的充放电控制。此外，控制器30根据由蓄电器电压检测部检测的蓄电器电压值，计算蓄电器(电容器)的充电率SOC。
图6是蓄电系统120的电路图。蓄电系统120包括作为蓄电器的电容器19、升降压转换器100及DC总线110。DC总线110控制电容器19、电动发电机12及回转用电动机21之间的电力的授受。在电容器19上设置有用于检测电容器电压值的电容器电压检测部112、以及用于检测电容器电流值的电容器电流检测部113。由电容器电压检测部112和电容器电流检测部113检测的电容器电压值和电容器电流值被供给到控制器30。
升降压转换器100根据电动发电机12及回转用电动机21的运转状态，进行切换升压动作和降压动作的控制，以将DC总线电压值限制在一定的范围内。DC总线110配设在逆变器18A及20与升降压转换器100之间，进行电容器19、电动发电机12及回转用电动机21之间的电力的授受。
升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制是根据由DC总线电压检测部111检测的DC总线电压值、由电容器电压检测部112检测的电容器电压值、及由电容器电流检测部113检测的电容器电流值来进行的。
在上述结构中，由作为辅助马达的电动发电机12发电的电力经由逆变器18A供给到蓄电系统120的DC总线110，经由升降压转换器100供给到电容器19。由回转用电动机21进行再生运转而生成的再生电力经由逆变器20供给到蓄电系统120的DC总线110，经由升降压转换器100供给到电容器19。
升降压转换器100具备电抗器101、升压用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)102A、降压用IGBT 102B、用于连接电容器19的电源连接端子104、以及用于连接逆变器18A、20的输出端子106。升降压转换器100的输出端子106与逆变器18A、20之间通过DC总线110来连接。
电抗器101的一端连接到升压用IGBT 102A及降压用IGBT 102B的中间点，另一端连接到电源连接端子104。电抗器101是为了将伴随着升压用IGBT 102A的导通/截止而产生的感应电动势供给到DC总线110而设置的。
升压用IGBT 102A及降压用IGBT 102B由将MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor)组装到栅极部的双极型晶体管构成，是能够进行大电力的高速开关的半导体元件(开关元件)。升压用IGBT 102A及降压用IGBT 102B通过由控制器30向栅极端子施加PWM电压来驱动。与升压用IGBT 102A及降压用IGBT 102B并联连接有作为整流元件的二极管102a及102b。
电容器19只要是能够充放电以经由升降压转换器100在与DC总线110之间能够进行电力的授受的蓄电器即可。另外，在图6中，作为蓄电器表示了电容器19，但也可以代替电容器19使用锂离子电池等能够充放电的二次电池、锂离子电容器、或能够进行电力的授受的其他方式的电源。
电源连接端子104及输出端子106只要是能够连接电容器19及逆变器18A、20的端子即可。在一对电源连接端子104之间，连接有检测电容器电压的电容器电压检测部112。在一对输出端子106之间连接有检测DC总线电压的DC总线电压检测部111。
电容器电压检测部112检测电容器19的电压值Vcap。DC总线电压检测部111检测DC总线110的电压值VDC。平滑用的电容107是插入在输出端子106的正极端子与负极端子之间，用于将DC总线电压平滑化的蓄电元件。通过该平滑用的电容107，DC总线110的电压维持预先设定的电压。
电容器电流检测部113是在电容器19的正极端子(P端子)侧检测向电容器19流动的电流的值的检测构件，包括电流检测用的电阻器。即，电容器电流检测部113检测向电容器19的正极端子流动的电流值I1。另一方面，电容器电流检测部116是在电容器的负极端子(N端子)侧检测向电容器19流动的电流的值的检测构件，包括电流检测用的电阻器。即，电容器电流检测部116检测向电容器19的负极端子流动的电流值I2。
在升降压转换器100中，使DC总线110升压时，对升压用IGBT 102A的栅极端子施加PWM电压，经由与降压用IGBT 102B并联连接的二极管102b，伴随着升压用IGBT 102A的导通/截止而在电抗器101上产生的感应电动势被供给到DC总线110。由此，DC总线110被升压。
在使DC总线110降压时，对降压用IGBT 102B的栅极端子施加PWM电压，经由降压用IGBT 102B、逆变器18A、20供给的再生电力从DC总线110供给到电容器19。由此，DC总线110上所蓄积的电力充电到电容器19，DC总线110被降压。
在本实施方式中，在将电容器19的正极端子连接到升降压转换器100的电源连接端子104上的电源线114上，设置有继电器130-1作为能够将该电源线114断路的断路器。继电器130-1配置在电容器电压检测部112与电源线114的连接点115与电容器19的正极端子之间。继电器130-1根据来自控制器30的信号来工作，将来自电容器19的电源线114断路，从而能够将电容器19与升降压转换器100分离。
此外，在将电容器19的负极端子连接到升降压转换器100的电源连接端子104上的电源线117上，设置有继电器130-2作为能够将该电源线117断路的断路器。继电器130-2配置在电容器电压检测部112与电源线117的连接点118与电容器19的负极端子之间。继电器130-2根据来自控制器30的信号来工作，将来自电容器19的电源线117断路，从而能够将电容器19与升降压转换器100分离。另外，也可以将继电器130-1和继电器130-2设为一个继电器，将正极端子侧的电源线114和负极端子侧的电源线117双方同时断路来分离电容器。
在上述结构的蓄电系统120中，图1或图3所示的充放电控制装置200或200A的操作指令生成部600或600A设置在控制器30与升压用IGBT102A及降压用IGBT 102B之间。由操作指令生成部600或600A和升降压转换器100构成充放电控制装置200或200A。
控制器30将目标DC总线电压输入到操作指令生成部600或600A。此外，由DC总线电压检测部111检测的DC总线电压VDC和由电容器电压检测部112检测的电容器电压Vcap被供给到操作指令生成部600或600A。操作指令生成部600或600A根据目标DC总线电压、DC总线电压VDC及电容器电压Vcap，生成进行了干扰修正的操作指令(PWM电压)，并施加给升降压转换器100的升压用IGBT 102A及降压用IGBT 102B的栅极端子。即，考虑了干扰成分的操作指令被供给到升降压转换器100，升降压转换器100的电流振荡得到抑制。
此外，本申请主张2012年6月4日申请的日本专利申请2012-127174号的优先权，该日本专利申请的全部内容通过参照援用到本申请中。
符号说明
1 下部行走体
1A、1B 液压马达
2 回转机构
3 上部回转体
4 动臂
5 斗杆
6 铲斗
7 动臂缸
8 斗杆缸
9 铲斗缸
10 驾驶室
11 发动机
12 电动发电机
13 变速器
14 主泵
15 先导泵
16 高压液压管路
17 控制阀
18A、20 逆变器
19 电容器
21 回转用电动机
22 解析器
23 机械制动器
24 回转变速器
25 先导管路
26 操作装置
26A、26B、26C 杆
27 液压管路
28 液压管路
29 压力传感器
30 控制器
100 升降压转换器
110DC 总线
111DC 总线电压检测部
112 电容器电压检测部
113、116 电容器电流检测部
114、117 电源线
115、118 连接点
120 蓄电系统
130-1、130-2 继电器
200、200A 充放电控制装置
300 升降压转换器
400 电容器
410 电压计
420 负载
430 电流计
500 DC总线
510 电压计
520 负载
600、600A 操作指令生成部
610、610A PI控制器
620 转换器控制器
630 干扰补偿器
640 控制器

Claims (4)

1.一种作业机械，控制蓄电器的充放电电压来向电动机供给电力，其特征在于，具有：
对上述蓄电器进行充放电控制的电压转换电路；和
组装在上述电压转换电路的控制环路中的干扰推定器，
上述干扰推定器根据DC总线电压值的检测值以及目标值、蓄电器电压值的检测值以及目标值、及操作指令值计算干扰修正指令值，并将该干扰修正指令值与上述操作指令值进行相加。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其中，
上述干扰修正指令值为与因干扰而引起的电流的变化量相当的干扰修正值，
上述电流为在上述电压转换电路流动的电流，
上述干扰推定器以抵消上述变化量的方式计算出上述干扰修正指令值。
3.一种作业机械的控制方法，控制蓄电器的充放电电压来向电动机供给电力，其中包括：
电压转换电路对上述蓄电器进行充放电控制的步骤；和
组装在上述电压转换电路的控制环路中的干扰推定器根据DC总线电压值的检测值以及目标值、蓄电器电压值的检测值以及目标值、及操作指令值计算干扰修正指令值，并将该干扰修正指令值与上述操作指令值进行相加的步骤。
4.根据权利要求3所述的作业机械的控制方法，其中，
上述干扰修正指令值为与因干扰而引起的电流的变化量相当的干扰修正值，
上述电流为在上述电压转换电路流动的电流，
上述干扰推定器以抵消上述变化量的方式计算出上述干扰修正指令值。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6278785B2 (ja) * 2014-03-28 2018-02-14 住友重機械工業株式会社 産業車両用電源装置
US10144410B2 (en) 2014-04-24 2018-12-04 Volvo Construction Equipment Ab Apparatus for calculating operational time of hybrid construction machine and method therefor
CN107112897B (zh) * 2015-01-08 2019-05-10 三菱电机株式会社 Dc/dc转换器
CN105350597B (zh) * 2015-10-27 2017-12-15 湖南工程学院 一种并联式混合动力挖掘机动力系统控制方法
JP6685966B2 (ja) * 2017-03-29 2020-04-22 株式会社豊田中央研究所 Ｄｃ／ｄｃコンバータの制御装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101490936A (zh) * 2006-07-10 2009-07-22 丰田自动车株式会社 电源系统和具备该电源系统的车辆以及该电源系统的控制方法
CN101910524A (zh) * 2007-12-26 2010-12-08 住友重机械工业株式会社 混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0695744A (ja) * 1992-09-16 1994-04-08 Hitachi Ltd リニアパルスモータ制御手段
JP3498455B2 (ja) * 1995-12-08 2004-02-16 日産自動車株式会社 スロットルバルブの位置決め制御装置
JP2000141262A (ja) * 1998-11-06 2000-05-23 Fanuc Ltd ロボット制御装置
JP3875932B2 (ja) * 2002-07-22 2007-01-31 財団法人鉄道総合技術研究所 電気回路および制御方法
JP2005137043A (ja) * 2003-10-28 2005-05-26 Ricoh Co Ltd モータ制御装置及びモータ制御方法
JP2008061420A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Harison Toshiba Lighting Corp 電源装置及び電源供給システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101490936A (zh) * 2006-07-10 2009-07-22 丰田自动车株式会社 电源系统和具备该电源系统的车辆以及该电源系统的控制方法
CN101910524A (zh) * 2007-12-26 2010-12-08 住友重机械工业株式会社 混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法

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