JP2003333876A - 建設機械の回転駆動装置 - Google Patents
建設機械の回転駆動装置Info
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- E02F9/08—Superstructures; Supports for superstructures
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- H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動機をアクチュエータとする駆動装置にお
いて、レバー中間領域で操作した場合には緩やかに応答
し、レバーを急操作した場合には俊敏に応答するアクチ
ュエータ駆動装置を提供する。 【解決手段】 回転系を駆動する電動機６と、この電動
機６の作動を指令する操作体と、この操作体の操作指令
に応じて電動機６を制御するコントローラ９とを備えて
なる建設機械において、上記コントローラ９が、油圧式
回転駆動装置の動特性をリアルタイムでシミュレーショ
ンするエミュレーションモデル９ａを有し、操作体の操
作指令に応じてそのエミュレーションモデル９ａより制
御目標値を演算し、電動機６を制御するように構成した
ことを特徴とする。
いて、レバー中間領域で操作した場合には緩やかに応答
し、レバーを急操作した場合には俊敏に応答するアクチ
ュエータ駆動装置を提供する。 【解決手段】 回転系を駆動する電動機６と、この電動
機６の作動を指令する操作体と、この操作体の操作指令
に応じて電動機６を制御するコントローラ９とを備えて
なる建設機械において、上記コントローラ９が、油圧式
回転駆動装置の動特性をリアルタイムでシミュレーショ
ンするエミュレーションモデル９ａを有し、操作体の操
作指令に応じてそのエミュレーションモデル９ａより制
御目標値を演算し、電動機６を制御するように構成した
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機で回転系を
駆動する建設機械の回転駆動装置に関するものである。
駆動する建設機械の回転駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、建設機械のアクチュエータとして
は一般に油圧アクチュエータ式が広く採用されている。
しかしながら、この油圧アクチュエータを用いた油圧駆
動システムでは、油圧ポンプから吐出される圧油の方向
と流量を制御するコントロールバルブで抵抗が発生し、
また、配管では圧損が発生し、さらにまた回路に余剰流
量が発生するなどしてエネルギ効率が低い。
は一般に油圧アクチュエータ式が広く採用されている。
しかしながら、この油圧アクチュエータを用いた油圧駆
動システムでは、油圧ポンプから吐出される圧油の方向
と流量を制御するコントロールバルブで抵抗が発生し、
また、配管では圧損が発生し、さらにまた回路に余剰流
量が発生するなどしてエネルギ効率が低い。
【０００３】そこで、エネルギ効率を高める方法として
電動機をアクチュエータとして使用するものが知られて
いる。
電動機をアクチュエータとして使用するものが知られて
いる。
【０００４】例えば特開2001−11897号公報に記載の
「建設機械の旋回駆動装置」では、上部旋回体を旋回さ
せる旋回モータに電動機を使用している。
「建設機械の旋回駆動装置」では、上部旋回体を旋回さ
せる旋回モータに電動機を使用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、建設機
械のアクチュエータとして電動機を使用した場合、エネ
ルギ効率が向上する反面、レバー操作に対するアクチュ
エータの応答性が油圧駆動システムに比べて敏感となり
すぎる。
械のアクチュエータとして電動機を使用した場合、エネ
ルギ効率が向上する反面、レバー操作に対するアクチュ
エータの応答性が油圧駆動システムに比べて敏感となり
すぎる。
【０００６】例えば、レバー中間領域においてレバー操
作によって速度変更を行なうと、電動機が急激に速度変
化し、その結果、ハンチングを起こしたりショックが発
生する。
作によって速度変更を行なうと、電動機が急激に速度変
化し、その結果、ハンチングを起こしたりショックが発
生する。
【０００７】また、電動機によってフロントアタッチメ
ントを駆動している場合では、電動機が急停止するとそ
のアタッチメントが弾性変形し、揺れ戻しの発生する虞
れがある。このように電動機の駆動に対してアクチュエ
ータの応答性が敏感すぎるとかえって油圧駆動方式より
も操作性が悪くなるという不都合がある。
ントを駆動している場合では、電動機が急停止するとそ
のアタッチメントが弾性変形し、揺れ戻しの発生する虞
れがある。このように電動機の駆動に対してアクチュエ
ータの応答性が敏感すぎるとかえって油圧駆動方式より
も操作性が悪くなるという不都合がある。
【０００８】このような問題に対して、公知技術である
モデル追従制御を適用することができる。これは、目標
とする応答性が得られるように、例えば、一次遅れ等の
規範モデルを用い、この規範モデルの応答性に追従する
ようにアクチュエータを制御する技術である。
モデル追従制御を適用することができる。これは、目標
とする応答性が得られるように、例えば、一次遅れ等の
規範モデルを用い、この規範モデルの応答性に追従する
ようにアクチュエータを制御する技術である。
【０００９】ところが、このような一般的なモデル追従
制御では、規範モデルとして単純な一次遅れなどの線形
モデルを用いているために、レバー操作に対して常に一
定の応答遅れが現れる。その結果、急操作に対しても遅
れが伴うこととなり急加速、急停止が行えないという問
題が残る。
制御では、規範モデルとして単純な一次遅れなどの線形
モデルを用いているために、レバー操作に対して常に一
定の応答遅れが現れる。その結果、急操作に対しても遅
れが伴うこととなり急加速、急停止が行えないという問
題が残る。
【００１０】また、このような簡易な線形モデルでは、
オペレータの好みに合わせて操作性をきめ細かくチュー
ニングすることもできない。
オペレータの好みに合わせて操作性をきめ細かくチュー
ニングすることもできない。
【００１１】本発明は以上のような従来のアクチュエー
タ駆動装置における課題を考慮してなされたものであ
り、電動機で回転系を駆動する駆動装置において、レバ
ー中間領域で操作した場合には緩やかに応答し、レバー
を急操作した場合には俊敏に応答する建設機械の回転駆
動装置を提供するものである。
タ駆動装置における課題を考慮してなされたものであ
り、電動機で回転系を駆動する駆動装置において、レバ
ー中間領域で操作した場合には緩やかに応答し、レバー
を急操作した場合には俊敏に応答する建設機械の回転駆
動装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、建設機械の回
転系を駆動する電動機と、この電動機の作動を指令する
操作体と、この操作体の操作指令に応じて上記電動機を
制御するコントローラとを備えてなる建設機械におい
て、上記コントローラが、油圧式回転駆動装置の動特性
をリアルタイムでシミュレーションするエミュレーショ
ンモデルを有し、上記操作体の操作指令に応じてそのエ
ミュレーションモデルにより制御目標値を演算し、上記
電動機を制御するように構成されている建設機械の回転
駆動装置である。
転系を駆動する電動機と、この電動機の作動を指令する
操作体と、この操作体の操作指令に応じて上記電動機を
制御するコントローラとを備えてなる建設機械におい
て、上記コントローラが、油圧式回転駆動装置の動特性
をリアルタイムでシミュレーションするエミュレーショ
ンモデルを有し、上記操作体の操作指令に応じてそのエ
ミュレーションモデルにより制御目標値を演算し、上記
電動機を制御するように構成されている建設機械の回転
駆動装置である。
【００１３】本発明に従えば、操作体を操作すると、コ
ントローラはエミュレーションモデルを参照することに
より、油圧式回転装置の動特性として例えば回転速度、
駆動トルク、或いはその両方をリアルタイムでシミュレ
ートし、制御目標値を演算する。次いでその制御目標値
を目標として電動機を例えば、速度制御、トルク制御或
いはその両方で制御を行う。それにより、回転系を電動
機で駆動させる場合であっても操作体の操作に対する応
答性をほぼ油圧駆動方式と同等にすることができる。
ントローラはエミュレーションモデルを参照することに
より、油圧式回転装置の動特性として例えば回転速度、
駆動トルク、或いはその両方をリアルタイムでシミュレ
ートし、制御目標値を演算する。次いでその制御目標値
を目標として電動機を例えば、速度制御、トルク制御或
いはその両方で制御を行う。それにより、回転系を電動
機で駆動させる場合であっても操作体の操作に対する応
答性をほぼ油圧駆動方式と同等にすることができる。
【００１４】本発明において、上記エミュレーションモ
デルは、油圧機器としての油圧ポンプ、油圧アクチュエ
ータ、各種バルブの諸元を個別に有することが好まし
い。
デルは、油圧機器としての油圧ポンプ、油圧アクチュエ
ータ、各種バルブの諸元を個別に有することが好まし
い。
【００１５】本発明において、上記コントローラに入力
部を接続し、この入力部を介してエミュレーションモデ
ル内の上記各諸元を変更することができるように構成す
ることが好ましい。それにより、オペレータの好みに応
じて操作性をきめ細かくチューニングすることが可能に
なる。
部を接続し、この入力部を介してエミュレーションモデ
ル内の上記各諸元を変更することができるように構成す
ることが好ましい。それにより、オペレータの好みに応
じて操作性をきめ細かくチューニングすることが可能に
なる。
【００１６】本発明において、上記エミュレーションモ
デルは、バルブとして流量制御弁または圧力制御弁の非
線形特性を備えていることが好ましい。
デルは、バルブとして流量制御弁または圧力制御弁の非
線形特性を備えていることが好ましい。
【００１７】この非線形特性を有することにより、レバ
ー中間領域で操作が行われると、適当な応答遅れを発生
させてハンチングや揺れ戻し、ショックの発生が防止さ
れ、また、急操作が行われると、応答遅れをほとんど発
生させずに急加速、急停止させることができるようにな
る。
ー中間領域で操作が行われると、適当な応答遅れを発生
させてハンチングや揺れ戻し、ショックの発生が防止さ
れ、また、急操作が行われると、応答遅れをほとんど発
生させずに急加速、急停止させることができるようにな
る。
【００１８】本発明において、上記建設機械の動力源と
しては、外部電源、内蔵バッテリー、エンジンにより駆
動される発電機、或いはキャパシタのいずれか一つまた
は複数が選択される。
しては、外部電源、内蔵バッテリー、エンジンにより駆
動される発電機、或いはキャパシタのいずれか一つまた
は複数が選択される。
【００１９】本発明において、上記回転系の具体例とし
ては、旋回モータを駆動源とする旋回系、ウインチモー
タを駆動源とする巻上系、走行モータを駆動源とする走
行系の少なくとも一つを有することができる。
ては、旋回モータを駆動源とする旋回系、ウインチモー
タを駆動源とする巻上系、走行モータを駆動源とする走
行系の少なくとも一つを有することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施の形態に
基づいて本発明を詳細に説明する。
基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２１】図１は、本発明のアクチュエータ駆動装置
が適用される建設機械として油圧ショベルを示したもの
である。
が適用される建設機械として油圧ショベルを示したもの
である。
【００２２】同図において、油圧ショベルは下部走行体
１上に上部旋回体２を搭載しており、この上部旋回体２
は回転軸R.Aまわりに旋回できるように構成されてい
る。
１上に上部旋回体２を搭載しており、この上部旋回体２
は回転軸R.Aまわりに旋回できるように構成されてい
る。
【００２３】上部旋回体２の前部にはフロントアタッチ
メント３が備えられている。このフロントアタッチメン
ト３は、ブーム３ａおよびそのブーム３ａを起伏動作さ
せるブームシリンダ３ｂと、アーム３ｃおよびそのアー
ム３ｃを回動動作させるアームシリンダ３ｄと、バケッ
ト３ｅおよびそのバケット３ｅを回動動作させるバケッ
トシリンダ３ｆとから構成されている。
メント３が備えられている。このフロントアタッチメン
ト３は、ブーム３ａおよびそのブーム３ａを起伏動作さ
せるブームシリンダ３ｂと、アーム３ｃおよびそのアー
ム３ｃを回動動作させるアームシリンダ３ｄと、バケッ
ト３ｅおよびそのバケット３ｅを回動動作させるバケッ
トシリンダ３ｆとから構成されている。
【００２４】このフロントアタッチメント３の左側には
キャビン４が配置されている。キャビン４の後方には図
示しないエンジン、油圧機器、タンク等が配置され、機
器カバー５でカバーされている。６は上部旋回体２を旋
回させるための電動機であり、ＡＣサーボモータで構成
されている。なお、電動機６はＤＣサーボモータで構成
することもできる。この電動機は、上部旋回体２を旋回
させる回転機構（旋回系）の駆動源として使用される。
キャビン４が配置されている。キャビン４の後方には図
示しないエンジン、油圧機器、タンク等が配置され、機
器カバー５でカバーされている。６は上部旋回体２を旋
回させるための電動機であり、ＡＣサーボモータで構成
されている。なお、電動機６はＤＣサーボモータで構成
することもできる。この電動機は、上部旋回体２を旋回
させる回転機構（旋回系）の駆動源として使用される。
【００２５】図２は、上記油圧ショベルに搭載される回
転駆動装置の構成を示したものである。
転駆動装置の構成を示したものである。
【００２６】電動機６の出力軸には減速機７が接続さ
れ、この減速機７の回転軸に負荷慣性（具体的には回転
系としての旋回体、ウインチ、走行体等）８が接続され
ている。
れ、この減速機７の回転軸に負荷慣性（具体的には回転
系としての旋回体、ウインチ、走行体等）８が接続され
ている。
【００２７】コントローラ９はインバータ１０ａに対し
て回転数信号を与えるようになっており、そのインバー
タ１０ａによって電動機６が回転制御され、電動機６の
回転数はエンコーダ１１によって検出され、検出された
回転数は信号としてコントローラ９にフィードバックさ
れる。
て回転数信号を与えるようになっており、そのインバー
タ１０ａによって電動機６が回転制御され、電動機６の
回転数はエンコーダ１１によって検出され、検出された
回転数は信号としてコントローラ９にフィードバックさ
れる。
【００２８】１２はオペレータが電動機６の回転速度を
操作するための操作レバー（操作体）である。
操作するための操作レバー（操作体）である。
【００２９】また、電動機６を駆動するための電力供給
源としては、エンジン１３によって駆動される発電機１
３ａ、バッテリー１４、キャパシタ１５などを組み合わ
せて用いることとする。なお、１６ａは交流を直流に変
換するコンバータ、１６ｂおよび１６ｃは電圧を昇圧ま
たは降圧するための直流−直流コンバータである。
源としては、エンジン１３によって駆動される発電機１
３ａ、バッテリー１４、キャパシタ１５などを組み合わ
せて用いることとする。なお、１６ａは交流を直流に変
換するコンバータ、１６ｂおよび１６ｃは電圧を昇圧ま
たは降圧するための直流−直流コンバータである。
【００３０】なお、本実施形態では油圧ショベルに発電
機６を搭載し、バッテリー１４に蓄電する構成である
が、これに限らず、外部電源より電力の供給を受けるよ
うにしたものであってもよい。
機６を搭載し、バッテリー１４に蓄電する構成である
が、これに限らず、外部電源より電力の供給を受けるよ
うにしたものであってもよい。
【００３１】また、３ｂはブームシリンダであり、フロ
ントアタッチメント３の一アクチュエータとして示した
ものである。
ントアタッチメント３の一アクチュエータとして示した
ものである。
【００３２】１７はそのブームシリンダ３ｂに圧油を供
給する油圧ポンプであり、１８はその油圧ポンプ１７を
駆動するための別の電動機である。１９はブームシリン
ダ３ｂの速度、圧力を調整するための油圧回路であり、
１０ｂはインバータである。
給する油圧ポンプであり、１８はその油圧ポンプ１７を
駆動するための別の電動機である。１９はブームシリン
ダ３ｂの速度、圧力を調整するための油圧回路であり、
１０ｂはインバータである。
【００３３】なお、上記ブームシリンダ３ｂは油圧回路
１９から供給される圧油によって駆動されるものであ
る。従って、この別の電動機１８は回転系を駆動するも
のでない。
１９から供給される圧油によって駆動されるものであ
る。従って、この別の電動機１８は回転系を駆動するも
のでない。
【００３４】次に、上記コントローラ９における制御フ
ローについて図３を参照しながら説明する。
ローについて図３を参照しながら説明する。
【００３５】コントローラ９は、操作レバー１２の操作
量Ｓを受けてその内部に格納された油圧駆動方式エミュ
レーションモデル９ａを用い、油圧駆動方式の場合にお
いて操作量が与えられた場合のアクチュエータ回転速度
ωaの演算を行う。
量Ｓを受けてその内部に格納された油圧駆動方式エミュ
レーションモデル９ａを用い、油圧駆動方式の場合にお
いて操作量が与えられた場合のアクチュエータ回転速度
ωaの演算を行う。
【００３６】この演算された回転速度ωaより次式を用
いて電動機の速度目標値ωrefを求める。
いて電動機の速度目標値ωrefを求める。
【００３７】ωref＝ωa×Ｎ1／Ｎ2 ……(1)
ただし、Ｎ1は電動機系の減速比、Ｎ2は油圧系の減速比
である。
である。
【００３８】このωrefを電動機６の速度目標値とし、
ＰＩＤ９ｂによってＰＩＤ制御を行ない、エンコーダ１
１から求められる回転速度ωと比較することにより、速
度フィードバック制御を行う。
ＰＩＤ９ｂによってＰＩＤ制御を行ない、エンコーダ１
１から求められる回転速度ωと比較することにより、速
度フィードバック制御を行う。
【００３９】上記、油圧駆動方式エミュレーションモデ
ルの内容を図４(ａ)に示す。
ルの内容を図４(ａ)に示す。
【００４０】図４(ａ)において、エミュレーションモデ
ルは、油圧ポンプ２０、油圧モータ２１、油圧モータ２
１の出力軸に接続された減速機２２、減速機２２の回転
軸に接続された回転慣性２３、油圧ポンプ２０から吐出
される圧油の流量、方向を制御して油圧モータ２１に供
給するコントロールバルブ２４、メインリリーフ弁２
５、ポートリリーフ弁２６ａ，２６ｂ、チェック弁２７
ａ，２７ｂ、バイパス弁２８より主として構成されてい
る。なお、図は油圧モータ２１を正回転させる原理図を
示している。
ルは、油圧ポンプ２０、油圧モータ２１、油圧モータ２
１の出力軸に接続された減速機２２、減速機２２の回転
軸に接続された回転慣性２３、油圧ポンプ２０から吐出
される圧油の流量、方向を制御して油圧モータ２１に供
給するコントロールバルブ２４、メインリリーフ弁２
５、ポートリリーフ弁２６ａ，２６ｂ、チェック弁２７
ａ，２７ｂ、バイパス弁２８より主として構成されてい
る。なお、図は油圧モータ２１を正回転させる原理図を
示している。
【００４１】また、上記コントロールバルブ２４は、ブ
リードオフバルブ(B/O)２９、メータインバルブ(M/I)３
０、メータアウトバルブ(M/O)３１より構成されてい
る。なお、３２はタンクを示している。
リードオフバルブ(B/O)２９、メータインバルブ(M/I)３
０、メータアウトバルブ(M/O)３１より構成されてい
る。なお、３２はタンクを示している。
【００４２】このエミュレーションモデルでは図４(ｂ)
に示すように、レバー操作量Ｓが大きくなるにつれてブ
リードオフ開口（同図のＢ／Ｏで示される曲線）が絞ら
れる。これとは逆にメータイン開口（同図）のＭ／Ｉで
示される曲線）およびメータアウト開口（同図のＭ／Ｏ
で示される曲線）は開かれる。この結果、油圧モータ２
１に送り込まれる圧油流量が増加する。
に示すように、レバー操作量Ｓが大きくなるにつれてブ
リードオフ開口（同図のＢ／Ｏで示される曲線）が絞ら
れる。これとは逆にメータイン開口（同図）のＭ／Ｉで
示される曲線）およびメータアウト開口（同図のＭ／Ｏ
で示される曲線）は開かれる。この結果、油圧モータ２
１に送り込まれる圧油流量が増加する。
【００４３】このエミュレーションモデルの支配方程式
を以下に示す。
を以下に示す。
【００４４】
【００４５】ここで、ＪL：負荷の慣性モーメント、
Ｐ：圧力、Ｑ：流量、Ｋ：油体積弾性率、Ｖ：配管内容
積、Ａ：面積、Ｌ：長さ、ＣV：流量係数、γ：油比重
量、λ：管摩擦係数、Ｄ：配管径、Ｓ：操作レバー量、
Ｎ：減速比、ｑ：油圧モータ容量、ｃ：チェック弁、
ｒ：ポートリリーフ弁、ｒｐ：メインリリーフ弁、ｐ
ｉ：配管部、１：上流側、２：下流側である。
Ｐ：圧力、Ｑ：流量、Ｋ：油体積弾性率、Ｖ：配管内容
積、Ａ：面積、Ｌ：長さ、ＣV：流量係数、γ：油比重
量、λ：管摩擦係数、Ｄ：配管径、Ｓ：操作レバー量、
Ｎ：減速比、ｑ：油圧モータ容量、ｃ：チェック弁、
ｒ：ポートリリーフ弁、ｒｐ：メインリリーフ弁、ｐ
ｉ：配管部、１：上流側、２：下流側である。
【００４６】上記式中において、油圧源である油圧ポン
プ２０の諸元としては、油圧ポンプ流量Ｑpを(5)式中に
与えるものとする。
プ２０の諸元としては、油圧ポンプ流量Ｑpを(5)式中に
与えるものとする。
【００４７】アクチュエータの特性としては油圧モータ
容量ｑを(2)式中に与える。
容量ｑを(2)式中に与える。
【００４８】また、コントロールバルブ２４の特性とし
てはそのコントロールバルブ２４を構成するブリードオ
フバルブ２９、メータインバルブ３０、メータアウトバ
ルブの各開口面積Ａbo，Ａmi，Ａmoと、レバー操作量Ｓ
との関係を(6)式中に与える。
てはそのコントロールバルブ２４を構成するブリードオ
フバルブ２９、メータインバルブ３０、メータアウトバ
ルブの各開口面積Ａbo，Ａmi，Ａmoと、レバー操作量Ｓ
との関係を(6)式中に与える。
【００４９】本実施形態のエミュレーションモデルで
は、これらの支配方程式を連立させて、例えばNewmark
−β法などの数値積分法を適用することで、時刻歴応答
演算を行う。
は、これらの支配方程式を連立させて、例えばNewmark
−β法などの数値積分法を適用することで、時刻歴応答
演算を行う。
【００５０】次に、上記エミュレーションモデルの動作
について図５〜図１０を参照しながら説明する。
について図５〜図１０を参照しながら説明する。
【００５１】図５はレバー操作量に対してマップ９ｃに
より速度目標値を定め、速度フィードバック制御を行う
従来の一般的な制御手法を比較例として示したものであ
る。
より速度目標値を定め、速度フィードバック制御を行う
従来の一般的な制御手法を比較例として示したものであ
る。
【００５２】この場合、図６の操作例に示すように、レ
バー中間領域において階段状にレバー操作を行うと、図
７に示すように、速度目標値ωrefはレバー操作に対し
て急峻に変化する。
バー中間領域において階段状にレバー操作を行うと、図
７に示すように、速度目標値ωrefはレバー操作に対し
て急峻に変化する。
【００５３】このため、電動機６の回転速度ωも急峻に
変化してしまい応答性が過敏になる。その結果、ハンチ
ングや停止時における揺れ戻し、或いはショックが発生
し、操作性が悪化することになる。
変化してしまい応答性が過敏になる。その結果、ハンチ
ングや停止時における揺れ戻し、或いはショックが発生
し、操作性が悪化することになる。
【００５４】これに対し、本実施形態による制御方法で
は、上記エミュレーションモデルによって油圧式駆動装
置の動特性を模擬するように制御を行っている。
は、上記エミュレーションモデルによって油圧式駆動装
置の動特性を模擬するように制御を行っている。
【００５５】それにより、レバー中間領域において階段
状にレバー操作を行った場合、図８に示すように速度目
標値ωrefはレバー操作に対して油圧式駆動装置特有の
遅れ特性を模擬するような波形を描く。
状にレバー操作を行った場合、図８に示すように速度目
標値ωrefはレバー操作に対して油圧式駆動装置特有の
遅れ特性を模擬するような波形を描く。
【００５６】その結果、レバー操作に対して電動機６の
速度変化が穏やかになり（グラフのω参照）、ハンチン
グや停止時における揺れ戻し、ショック等の発生するこ
とがなく、操作性を改善することができるようになる。
速度変化が穏やかになり（グラフのω参照）、ハンチン
グや停止時における揺れ戻し、ショック等の発生するこ
とがなく、操作性を改善することができるようになる。
【００５７】一方、図９に示すように、急加速、急減速
操作を行った場合、従来の一次遅れを用いたモデル追従
制御では、図１０に示すようにレバー中間領域での操作
と同じく応答遅れが現れる（Ｌ1参照）。
操作を行った場合、従来の一次遅れを用いたモデル追従
制御では、図１０に示すようにレバー中間領域での操作
と同じく応答遅れが現れる（Ｌ1参照）。
【００５８】これに対して、本実施形態による制御方法
では、回路圧を一定に保つリリーフ弁２６ａ，２６ｂ
（図４(ａ)参照）をエミュレーションモデルに含めてい
るため、油圧駆動装置と同様に最大トルクでの加速、減
速が行われる（Ｌ2参照）。
では、回路圧を一定に保つリリーフ弁２６ａ，２６ｂ
（図４(ａ)参照）をエミュレーションモデルに含めてい
るため、油圧駆動装置と同様に最大トルクでの加速、減
速が行われる（Ｌ2参照）。
【００５９】このように、本実施形態による制御方法に
よれば、レバー中間領域における操作では電動機６が緩
やかに応答する一方、急レバー操作を行うと電動機６を
俊敏に応答させることができるようになる。
よれば、レバー中間領域における操作では電動機６が緩
やかに応答する一方、急レバー操作を行うと電動機６を
俊敏に応答させることができるようになる。
【００６０】なお、上述したエミュレーションモデルで
は、目標回転数ωrefをエンコーダ１１から出力される
回転数ωと比較したが、これに限らず、図１１に示す油
圧駆動方式エミュレーションモデル９ａ′を用い、トル
クを比較することもできる。
は、目標回転数ωrefをエンコーダ１１から出力される
回転数ωと比較したが、これに限らず、図１１に示す油
圧駆動方式エミュレーションモデル９ａ′を用い、トル
クを比較することもできる。
【００６１】すなわち、レバー操作量が与えられた場合
の油圧アクチュエータの駆動トルクは、 τref＝τa×Ｎ1／Ｎ2 このτrefを電動機６のトルク目標値とし、ＰＩＤ制御
の制御則を用いたフィードバック制御を行うことによっ
ても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。な
お、具体的にはトルク目標値τrefを電流値に変換した
電流目標値ｉrefをインバータ１０ａから求められる電
流ｉと比較することになる。
の油圧アクチュエータの駆動トルクは、 τref＝τa×Ｎ1／Ｎ2 このτrefを電動機６のトルク目標値とし、ＰＩＤ制御
の制御則を用いたフィードバック制御を行うことによっ
ても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。な
お、具体的にはトルク目標値τrefを電流値に変換した
電流目標値ｉrefをインバータ１０ａから求められる電
流ｉと比較することになる。
【００６２】また、上記コントローラ９に入力部として
のスイッチまたはタッチパネル等を接続し、スイッチの
切り換え操作、タッチパネル上の操作、或いはソフトを
変更するなどにより、上記エミュレーションモデル内の
例えばコントロールバルブ２４の諸元を適宜変更できる
ように構成してもよい。
のスイッチまたはタッチパネル等を接続し、スイッチの
切り換え操作、タッチパネル上の操作、或いはソフトを
変更するなどにより、上記エミュレーションモデル内の
例えばコントロールバルブ２４の諸元を適宜変更できる
ように構成してもよい。
【００６３】このように変更が可能な構成とすることで
オペレータの好みに応じ、操作性の特性を容易に変更す
ることができるようになる。
オペレータの好みに応じ、操作性の特性を容易に変更す
ることができるようになる。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１の本発明によれば、回転系を電動機で駆動する
とともにその電動機の回転速度をコントローラで制御す
る建設機械において、コントローラに、油圧式回転駆動
装置の動特性をリアルタイムでシミュレーションするエ
ミュレーションモデルを有し、そのエミュレーションモ
デルから制御目標値を演算して電動機を制御するように
したため、回転系を電動機で駆動させる場合であっても
操作体の操作に対する応答性をほぼ油圧駆動方式と同等
にすることができる。
請求項１の本発明によれば、回転系を電動機で駆動する
とともにその電動機の回転速度をコントローラで制御す
る建設機械において、コントローラに、油圧式回転駆動
装置の動特性をリアルタイムでシミュレーションするエ
ミュレーションモデルを有し、そのエミュレーションモ
デルから制御目標値を演算して電動機を制御するように
したため、回転系を電動機で駆動させる場合であっても
操作体の操作に対する応答性をほぼ油圧駆動方式と同等
にすることができる。
【００６５】請求項２および３の本発明によれば、上記
エミュレーションモデルは、油圧機器としての油圧ポン
プ、油圧アクチュエータ、各種バルブの諸元を個別に有
し、各諸元については入力部を介して変更することがで
きるように構成したため、オペレータの好みに応じて操
作性をきめ細かくチューニングすることが可能になる。
エミュレーションモデルは、油圧機器としての油圧ポン
プ、油圧アクチュエータ、各種バルブの諸元を個別に有
し、各諸元については入力部を介して変更することがで
きるように構成したため、オペレータの好みに応じて操
作性をきめ細かくチューニングすることが可能になる。
【００６６】請求項４の本発明によれば、上記エミュレ
ーションモデルが、バルブとして流量制御弁または圧力
制御弁の非線形特性を備えているため、この非線形特性
を有することにより、レバー中間領域で操作が行われる
と、適当な応答遅れを発生させてハンチングや揺れ戻
し、ショックの発生を防止し、また、急操作が行われる
と、応答遅れをほとんど発生させずに急加速、急停止さ
せることができるようになる。
ーションモデルが、バルブとして流量制御弁または圧力
制御弁の非線形特性を備えているため、この非線形特性
を有することにより、レバー中間領域で操作が行われる
と、適当な応答遅れを発生させてハンチングや揺れ戻
し、ショックの発生を防止し、また、急操作が行われる
と、応答遅れをほとんど発生させずに急加速、急停止さ
せることができるようになる。
【００６７】請求項５の本発明によれば、上記建設機械
の動力源として、外部電源、内蔵バッテリ、エンジンに
より駆動される発電機、或いはキャパシタのいずれか一
つまたは複数を選択することができる。
の動力源として、外部電源、内蔵バッテリ、エンジンに
より駆動される発電機、或いはキャパシタのいずれか一
つまたは複数を選択することができる。
【００６８】請求項６の本発明によれば、旋回モータを
駆動源とする旋回系、ウインチを駆動源とするウインチ
系、或いは走行モータを駆動源とする走行系のいずれに
も本発明を適用することができる。
駆動源とする旋回系、ウインチを駆動源とするウインチ
系、或いは走行モータを駆動源とする走行系のいずれに
も本発明を適用することができる。
【図１】本発明の回転制御装置が適用される油圧ショベ
ルの外観図である。
ルの外観図である。
【図２】本発明の回転制御装置の構成を示す説明図であ
る。
る。
【図３】本発明の制御フローを示す説明図である。
【図４】(ａ)は図３に示すエミュレーションモデルの構
成を示した回路図、(ｂ)は同モデルにおける各バルブ特
性を示した図表である。
成を示した回路図、(ｂ)は同モデルにおける各バルブ特
性を示した図表である。
【図５】従来の制御フローを示す説明図である。
【図６】従来の制御による操作パターンの一例を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図７】従来の制御による電動機の速度応答波形を示す
グラフである。
グラフである。
【図８】本発明の制御による電動機の速度応答特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図９】操作レバーの操作パターンの別の例を示すグラ
フである。
フである。
【図１０】図９の操作パターンに対する本発明の電動機
の速度応答特性を示すグラフである。
の速度応答特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の別の制御フローを示す説明図であ
る。
る。
１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ フロントアタッチメント
４ キャビン
５ 機器カバー
６ 第１電動機
７ 減速機
８ 負荷慣性
９ コントローラ
１０ａ インバータ
１１ エンコーダ
１２ 操作レバー
１３ エンジン
１３ａ 発電機
１４ バッテリ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ１５Ｂ 9/09 Ｆ１５Ｂ 9/09 Ｆ
11/02 11/02 Ｚ
(72)発明者 吉松 英昭
神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会
社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
(72)発明者 上島 衛
神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会
社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
(72)発明者 井上 浩司
神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会
社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB01 AB02 AB07 BA01
BB08 CA10 DA04 DB05 DC02
3F205 AA05 KA10
3H001 AA01 AA02 AA03 AD04 AE11
AE14
3H089 BB30 CC01 CC08 DA01 DB01
GG02 JJ01
5H550 AA06 AA16 BB02 BB05 BB08
CC02 DD01 DD06 DD08 EE01
EE04 FF01 FF04 FF05 FF10
GG03 HB07 JJ03 JJ04 KK01
LL07 LL22 PP02
Claims (6)
- 【請求項１】 建設機械の回転系を駆動する電動機と、
この電動機の作動を指令する操作体と、この操作体の操
作指令に応じて上記電動機を制御するコントローラとを
備えてなる建設機械において、 上記コントローラが、油圧式回転駆動装置の動特性をリ
アルタイムでシミュレーションするエミュレーションモ
デルを有し、上記操作体の操作指令に応じてそのエミュ
レーションモデルにより制御目標値を演算し、上記電動
機を制御するように構成されていることを特徴とする建
設機械の回転駆動装置。 - 【請求項２】 上記エミュレーションモデルは、油圧機
器としての油圧ポンプ、油圧アクチュエータ、各種バル
ブの諸元を個別に有している請求項１記載の建設機械の
回転駆動装置。 - 【請求項３】 上記コントローラに入力部が接続されて
おり、この入力部を介して上記エミュレーションモデル
内の上記各諸元を変更することができるように構成され
ている請求項２記載の建設機械の回転駆動装置。 - 【請求項４】 上記エミュレーションモデルは、上記バ
ルブとして流量制御弁または圧力制御弁の非線形特性を
有している請求項２または３記載の建設機械の回転駆動
装置。 - 【請求項５】 上記電動機の動力源として、外部電源、
内蔵バッテリー、エンジンにより駆動される発電機、或
いはキャパシタのいずれか一つまたは複数が選択される
請求項１〜４のいずれかに記載の建設機械の回転駆動装
置。 - 【請求項６】 上記回転系が、旋回モータを駆動源とす
る旋回系、ウインチモータを駆動源とする巻上系、或い
は走行モータを駆動源とする走行系の少なくとも一つを
有する請求項１〜５のいずれかに記載の建設機械の回転
駆動装置。
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|---|---|
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