JP2004137702A - Actuator controller of working machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機械のアクチュエータ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、オペレータが操作レバーを操作することにより各種作業を行う作業機械の多くはアクチュエータとして油圧シリンダや油圧モータを使用している。
【0003】
この種の作業機械では、油圧ポンプに接続されているコントロールバルブをリモコン弁からのパイロット圧で切り換え、そのコントロールバルブによって流量および方向が制御された作動油をアクチュエータに供給しているが、リモコン弁の操作レバーを急操作するとショックが発生し、作業の安定性が損なわれたり、操作性が低下するという問題がある。また、そのショックによって発生した振動が原因で機械が故障することもある。
【0004】
そこで、このようなショックを低減させるために、例えばショックレスリリーフ弁などの公知の技術が導入されている。
【0005】
一方、上記した油圧駆動システムではコントロールバルブ内の抵抗、給排管路の圧損、余剰流量の発生等によってエネルギ効率が低いという問題があることから、最近ではアクチュエータに電動機を使用することでエネルギ効率を向上させるようにしたものもある(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
この公報に記載の「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。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−11897号公報(第3頁、図2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アクチュエータに電動機を使用すると、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傾向がある。当然、操作レバーを急操作したときのショックも大きくなる。したがって電動駆動システムでは油圧駆動システムよりもより確実にショックを低減させる必要がある。
【0009】
この電動駆動システムでは、電動機の速度制御にトルク制御を併用し最大トルクを抑制する公知技術がある。ところが、この技術を用いた場合でも、急操作を行なった場合にはトルクの変動が大きく、このトルク変動によって加速度変動、すなわちジャーク値が大きくなり、ショックが発生してしまう。
【0010】
なお、アクチュエータの速度をS字状カーブを描くように変化させてショックを低減する公知技術も知られているが、操作レバーの操作によってアクチュエータ速度を変化させるシステムでは、操作レバーを急操作した場合と緩慢操作した場合とで同様のS字状特性が与えられることになるため、急操作時にはショック低減効果が不十分であったり、緩慢操作時には応答性が低下するという問題がある。
【0011】
さらに、ショックを低減させるための制御が複雑になると、制御系に遅れが生じて実際のジャーク値がジャーク予測値を上回る可能性があり、急操作時にジャークを低減させる目的が果たせなくなる。
【0012】
本発明は以上のような従来の作業機械における課題を考慮してなされたものであり、急操作時に生じる望ましくないジャークを簡単な制御で確実に低減させ、ジャークに伴うショックを低減させることのできるアクチュエータ制御装置を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、作業機械の可動部を駆動するアクチュエータと、このアクチュエータを操作するための操作体と、この操作体の操作指令に応じてアクチュエータを制御するコントローラとを備えてなる作業機械において、コントローラが、操作体の操作量に応じてアクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、演算された目標速度を2階微分することによりジャーク予測値を演算するジャーク予測値演算部と、演算されたジャーク予測値が所定値を上回るかどうかを判断する判断部と、ジャーク予測値が所定値を超えると判断された場合にジャーク予測値が所定値以下となるように目標速度を修正する目標速度修正部とを備えてなる作業機械のアクチュエータ制御装置である。
【0014】
本発明に従えば、操作体を操作すると、操作量に応じた目標速度が演算され、その目標速度からジャーク値が予測され、予測されたジャーク値が所定値を超えると判断された場合はジャーク値が所定値を超えないように目標速度が修正される。それにより、操作体を急操作した場合であってもジャーク値は常に所定値以下に低減され、ショックが低減される。
【0015】
また、本発明は、上記の作業機械において、コントローラが、操作体の操作量に応じてアクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、演算された目標速度を2階微分することによりジャーク予測値を演算するジャーク予測値演算部と、演算されたジャーク予測値が所定値を上回るかどうかを判断する判断部と、ジャーク予測値が所定値を超えると判断された場合にアクチュエータの駆動力の最大値を制限する駆動力制限部とを備えてなる作業機械のアクチュエータ制御装置である。
【0016】
本発明に従えば、予測されたジャーク値が所定値を超えると判断された場合はジャーク値が所定値を超えないように、アクチュエータの駆動力の最大値を制限するように構成したため、制御系の遅れの影響を受けることが少なくなり、実際のジャーク値が所定値よりも大きくなる虞れを解消することができる。この構成においても操作体を急操作した場合はジャーク値が常に所定値以下に低減され、ショックが低減される。
【0017】
本発明において、上記所定値を変更する所定値変更手段を備えれば、オペレータがジャーク値を好みの値に調整することが可能になり、俊敏な応答性が必要な場合にも対応することができるようになる。
【0018】
本発明において、上記目標速度演算部は、操作体の操作量に対しマップまたは関数式により静的な速度特性を与えるものであり、この速度特性に対して動的な遅れを与える遅れ付加部を設けることができる。速度特性に遅れを付加すれば、操作体の操作量が変化する始めにおけるジャークのピーク値を低減させると同時に、操作量が変化する終わりにおけるジャークのピーク値も低減させることができるため、これに伴うショックを低減させることができる。
【0019】
本発明において、上記アクチュエータを電動機で構成することができる。作業機械のアクチュエータとして使用される電動機とは例えば、建設機械の上部旋回体を旋回させる旋回モータ、ウインチの巻上、巻下を行うウインチモータ、下部走行体の駆動源としての走行モータ等が示される。
【0020】
本発明に従えば、アクチュエータを電動機で構成することによって油圧駆動方式と比較して応答性が敏感になる場合であっても、ジャークを効果的に低減し、それに伴うショックを低減させることができる。
【0021】
【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。
【0022】
図1は、本発明のアクチュエータ制御装置が適用される油圧ショベルを示したものである。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
図2は、上記油圧ショベルに搭載されるアクチュエータ制御装置の第一実施形態を示したものである。
【0027】
ACサーボモータまたはDCサーボモータからなる電動機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、走行系としての走行体等)8が接続されている。
【0028】
コントローラ9はインバータ10aに対して回転数信号S1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S2としてコントローラ9にフィードバックされる。
【0029】
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。
【0030】
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13a、バッテリ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。
【0031】
なお、本実施形態では油圧ショベルに発電機13aを搭載し、バッテリ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。
【0032】
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のアクチュエータを代表して示したものである。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
コントローラ9は、操作レバー12の操作量Sを受け、操作量Sと目標速度ωrefとを関連づけるレバー−速度マップ9aを与えることによって、換言すれば時間要素を含まない静的な速度特性を与えることによって目標とする速度を演算する。以下、演算された目標速度を目標演算速度値ωrefと呼ぶ。
【0038】
なお、目標速度を演算する方法としては上記したマップ9aを使用する以外に例えば、目標速度を計算するための関数式に操作量Sを代入することによって目標演算速度値ωrefを求めることもできる。上記マップ9a,関数式は目標速度演算部として機能する。
【0039】
この目標演算速度値ωrefは、ジャーク制限処理部9bに与えられ、このジャーク制限処理部9bから出力される修正目標速度ωmrefに対して電動機6の速度が追従するようにPID9cによる速度フィードバック制御を行う。上記ジャーク制限処理部9bは、ジャーク予測値演算部、判断部、目標速度修正部として機能する。
【0040】
また、9dは後述する所定値の設定をオペレータが変更するための所定値設定部(所定値変更手段)である。
【0041】
上記ジャーク制限処理部9bの制御フローについて図4を参照しながら説明する。
【0042】
ジャーク制限処理では、目標速度を2階微分することによりジャーク予測値を演算する。具体的には、与えられた目標速度演算値ωrefと、コントローラ9の作業バッファ内に記憶されている制御サンプル1回前の目標速度ωi−1および2回前の目標速度ωi−2より、次式を用いてジャーク予測値ω′を演算する(ステップS1)。
【0043】
ω′=(ωref−2ωi−1+ωi−2)/dt2 (1)
ここで、dtはサンプリング時間である。さらに、演算されたジャーク予測値が所定値ω′limを超えるかどうかを判断し(ステップS2)、かつレバー操作量が変化している状態において、すなわちステップS3においてyesであれば、修正目標速度ωmrefを次式のように計算する(ステップS4)。
【0044】
ωmref=ωi−1+Δω (2)
ここで、Δωは制御サンプル1回前の目標速度ωi−1からの増分量であり、この値は修正目標速度ωmrefを用いた場合のジャーク値が所定値ω′limを超えないような値とすればよく、例えば(3)式のような値を用いる。
【0045】
Δω=dt2 ω′lim+ωi−1−ωi−2 (3)
なお、ステップS2においてNo、すなわちジャーク予測値が所定値ω′limを超えていなければ、目標速度ωrefをそのまま修正目標速度ωmrefとして出力する(ステップS5)。
【0046】
上記所定値ω′limは例えば、油圧駆動システムの最大ジャーク値と等しい値か、またはそれ以下の値を設定するものとする。
【0047】
次に、上記制御によって得られる応答特性を従来のそれと比較して説明する。
【0048】
図5(a)は従来の応答特性を示しており、図5(b)は本実施形態による応答特性を示している。
【0049】
従来の応答特性において図(a−1)はレバー操作量の変化を示し、図5(a−2)はレバー操作されたときの目標速度の変化を示し、図5(a−3)はレバー操作されたときの加速度の変化を示し、図5(a−4)はレバー操作されたときに発生するジャークを示したものである。
【0050】
図5(a)の各図に示すように、従来のレバー操作ではレバー操作変化の始め(時間t1)およびレバー操作変化の終わり(時間t2)において、大きなジャーク値のピークω′max、ω′minが発生しており、これに伴って大きなショックが発生していた。
【0051】
これに対して本発明ではレバー操作に対して目標速度演算値ωrefを求め、そのωrefを用いて(1)式によりジャーク予測値を求め、ジャーク予測値が所定値ω′limを超えるときに(2)式により修正目標速度を計算し、これによりジャーク値を所定の値ω′lim以下に制限するように構成したため、図(b−4)に示すように、レバー操作変化の始め(時間t1)におけるジャーク値ω′maxが従来(図(a−4)参照)と比較して大きく低減され、それにより、ショックを減少させることが可能になる。
【0052】
図6は、図3に示したアクチュエータ制御装置の変形例を示したものである。
【0053】
なお、図3と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【0054】
図6に示すアクチュエータ制御装置は、レバー−速度マップ9aとジャーク制限処理部9bとの間に、遅れ要素付加部9eが設けられている。この遅れ要素付加部9eを設けたことによる応答特性を図7に示す。
【0055】
図7(a)はレバー操作量の変化を示し、同図(b)はレバー操作されたときの目標速度の変化を示し、同図(c)はレバー操作されたときの加速度の変化を示し、同図(d)はレバー操作されたときに発生するジャークを示したものである。
【0056】
図7の各図において、レバー操作変化の始め(時間t1)は、上記第一実施形態の図5(b−4)で説明した効果と同様の効果によってジャークが所定の値以下に低減される。
【0057】
また、レバー操作変化の終わり(時間t2)におけるジャーク値は、遅れ要素がないとすると、図5(b−2)に示したように速度が直ちに一定となるため、図5(b−3)に示したように加速度が直ちにゼロとなる(加速度特性において瞬時に立ち下がる)ため、その加速度の微分値であるジャークが時間t2において負の大きな値になる。
【0058】
これに対し、遅れ要素付加部9dによって時間要素を含む動的な遅れ要素を付加すると、図7(b)に示すように、時間t2において速度が直ちに一定とならないため、図7(c)に示すように加速度も直ちにゼロにならずなだらかに減少していく。その結果、加速度の微分値であるジャーク値についても時間t2では負の大きな値となることがなく、ジャーク値ω′minを低減する効果が得られる(図7(d)参照)。
【0059】
このように遅れ要素を付加すれば、レバー操作変化の始め(時間t1)およびレバー操作変化の終わり(時間t2)でのジャーク値をともに低減させることができるため、これに伴うショックをより効果的に低減させることができる。
【0060】
また、図8は本発明の第二実施形態に係るアクチュエータ制御装置を示したものである。
【0061】
この構成が図3と異なる点は、コントローラ9のジャーク制限処理部9bが第2ジャーク制限処理部9fに置き換えられていることである。それ以外の構成については図3と同じ構成である。
【0062】
図8に示す第2ジャーク処理部9fは、ジャーク予測値が所定値ω′limを超え、かつレバー操作量が変化している場合にトルク制限値τlimを次式により計算する。
【0063】
τlim=τi−1+Δτ (4)
ここで、τi−1は制御サンプルの1回前における電動機トルクであり、Δτはトルク増分量である。
【0064】
このトルク増分量は例えば下式(5)のように与えられる。
【0065】
Δτ=Jω′lim dt (5)
ただし、Jは慣性モーメントである。
【0066】
上記第2ジャーク処理部9fの制御フローについて図9を参照しながら説明する。
【0067】
コントローラ9は、操作レバー12の操作量Sを受けて、操作量Sと目標速度ωrefとを関連づけるレバー−速度マップ9aを用い、目標とする速度ωrefを演算する。
【0068】
演算された目標演算速度値ωrefは第2ジャーク制限処理部9eに与えられ、第2ジャーク制限処理部9eは、まず、ジャーク予測値を演算し(ステップS6)、演算されたジャーク予測値が所定値ω′limを超えるかどうかを判断し(ステップS7)、かつレバー操作量が変化している状態、すなわちステップS8においてyesであれば、上述した(4)式を用いてトルク制限値τlimを演算し、演算されたτlimを用いてインバータ10aを制御する。
【0069】
このトルク制限値τlimとは、具体的には、コントローラ9から出力されるモーター電流最大値制限信号である。
【0070】
なお、ステップS7においてNo、すなわちジャーク予測値が所定値を超えていなければ、インバータ10aに対してトルク制限を与えない。
【0071】
このように駆動力の最大値を制限することによっても、操作レバーを急操作したときのジャーク値を低減させることができ、それによりショックの発生を防止することができる。
【0072】
なお、図8に示した構成において、第2ジャーク制限処理部9fおよびインバータ10aは、アクチュエータの駆動力の最大値を制限する駆動力制限部として機能する。
【0073】
また、オペレータは所定値設定部9dによって所定値を変更することができ、例えば、多少のショックが伴ってもアクチュエータの速度を優先させたい場合には、所定値を高く設定することにより、機敏な操作を行うことが可能になる。
【0074】
また、上記実施形態ではアクチュエータが電動機である構成について説明したが、アクチュエータが油圧シリンダ等の油圧機器である場合、演算されたジャーク予測値が所定値を上回るときにその油圧機器に圧油を供給する油圧ポンプの流量を制限することで急操作時にアクチュエータがショックを発生しないよう間接的に制御することができる。
【0075】
【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、操作体の操作量に応じて目標速度が演算され、その目標速度からジャーク値が予測され、予測されたジャーク値が所定値を超えると判断された場合はジャーク値が所定値を超えないように目標速度を修正するように構成したため、操作体を急操作した場合であってもジャーク値が常に所定値以下に低減され、ショックの発生を防止することができる。
【0076】
請求項2の本発明によれば、予測されたジャーク値が所定値を超えると判断された場合はジャーク値が所定値を超えないようにアクチュエータの駆動力の最大値を制限するように構成したため、操作体を急操作した場合であっても制御系の遅れの影響を受けることなくジャーク値が常に所定値以下に低減され、ショックを低減させる効果が得られる。
【0077】
請求項3の本発明によれば、上記所定値を変更することができるように構成したため、オペレータがジャーク値を好みの値に調整することが可能になり、俊敏な応答性が必要な場合にも対応することができるようになる。
【0078】
請求項4の本発明によれば、演算された目標速度に応答遅れを付加するように構成したため、操作体の操作量が変化する始めにおけるジャークのピーク値を低減させると同時に、操作量が変化する終わりにおけるジャークのピーク値も低減させることができ、これに伴うショックを低減させることができる。
【0079】
請求項5の本発明によれば、アクチュエータを電動機で構成することによって油圧駆動方式と比較して応答性が敏感になる場合であっても、ジャークを効果的に低減し、それに伴うショックを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアクチュエータ制御装置が適用される油圧ショベルの外観図である。
【図2】本発明のアクチュエータ制御装置の構成を示す説明図である。
【図3】アクチュエータ制御装置の第一実施形態を示すブロック図である。
【図4】第一実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図5】(a)は比較例としての応答特性、(b)は第一実施形態による応答特性を示す特性図である。
【図6】第一実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図7】図6に示す変形例による応答特性を示す特性図である。
【図8】アクチュエータ制御装置の第二実施形態を示すブロック図である。
【図9】第二実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
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 電動機
7 減速機
8 負荷慣性
9 コントローラ
9a レバー−速度マップ
9b ジャーク制限処理部
9c PID
9d 所定値設定部
9e 遅れ要素付加部
9f 第二ジャーク制限処理部
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator control device for a work machine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, many working machines that perform various operations by operating an operation lever by an operator use a hydraulic cylinder or a hydraulic motor as an actuator.
[0003]
In this type of work machine, a control valve connected to a hydraulic pump is switched by a pilot pressure from a remote control valve, and hydraulic oil whose flow and direction is controlled by the control valve is supplied to the actuator. When the operation lever is suddenly operated, a shock is generated, and there is a problem that work stability is impaired or operability is deteriorated. In addition, the machine may break down due to the vibration generated by the shock.
[0004]
Therefore, in order to reduce such a shock, a known technique such as a shockless relief valve has been introduced.
[0005]
On the other hand, the above-described hydraulic drive system has a problem in that energy efficiency is low due to resistance in the control valve, pressure loss in the supply / exhaust line, generation of excess flow rate, and the like. There is also a technique that improves the performance (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
In the "swing drive device for construction machines" described in this publication, an electric motor is used as a swing motor for swinging the upper swing body.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-11897 A (
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an electric motor is used for the actuator, the energy efficiency is improved, but the response of the actuator to the lever operation tends to be too sensitive as compared with the hydraulic drive system. Naturally, the shock when the operation lever is suddenly operated also increases. Therefore, it is necessary to more reliably reduce the shock in the electric drive system than in the hydraulic drive system.
[0009]
In this electric drive system, there is a known technique that suppresses the maximum torque by using torque control in combination with speed control of the electric motor. However, even when this technique is used, when a sudden operation is performed, the fluctuation of the torque is large, and the fluctuation of the torque causes the fluctuation of the acceleration, that is, the jerk value to increase, causing a shock.
[0010]
It is to be noted that a known technique for reducing the shock by changing the speed of the actuator so as to draw an S-shaped curve is known. However, in a system in which the speed of the actuator is changed by operating the operation lever, when the operation lever is suddenly operated. Since the same S-shaped characteristic is provided when the operation is slow and the operation is slow, there is a problem that the shock reduction effect is insufficient at the time of sudden operation, and the responsiveness is deteriorated at the time of the slow operation.
[0011]
Further, if the control for reducing the shock is complicated, the actual jerk value may exceed the predicted jerk value due to a delay in the control system, and the purpose of reducing the jerk during a sudden operation cannot be fulfilled.
[0012]
The present invention has been made in consideration of the above-described problems in the conventional working machine, and can reliably reduce undesirable jerk generated at the time of sudden operation by simple control, and can reduce the shock accompanying jerk. An actuator control device is provided.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a working machine including an actuator for driving a movable portion of a working machine, an operating body for operating the actuator, and a controller for controlling the actuator in accordance with an operation command of the operating body. A target speed calculator for calculating a target speed of the actuator in accordance with the operation amount of the operating body, a jerk predicted value calculator for calculating a jerk predicted value by differentiating the calculated target speed by the second order, A determination unit that determines whether the estimated jerk value exceeds a predetermined value; and a target speed that corrects the target speed so that the jerk prediction value becomes equal to or less than the predetermined value when the jerk prediction value is determined to exceed the predetermined value. An actuator control device for a work machine, comprising: a correction unit.
[0014]
According to the present invention, when the operating tool is operated, a target speed corresponding to the operation amount is calculated, a jerk value is predicted from the target speed, and if it is determined that the predicted jerk value exceeds a predetermined value, the jerk is determined. The target speed is corrected so that the value does not exceed the predetermined value. Thus, even when the operating tool is suddenly operated, the jerk value is always reduced to a predetermined value or less, and the shock is reduced.
[0015]
Further, according to the present invention, in the work machine described above, the controller calculates a target speed of the actuator in accordance with an operation amount of the operating body, and a jerk prediction by performing second order differentiation of the calculated target speed. A jerk prediction value calculation unit for calculating a value, a determination unit for determining whether the calculated jerk prediction value exceeds a predetermined value, and a driving force of the actuator when it is determined that the jerk prediction value exceeds the predetermined value. An actuator control device for a working machine, comprising: a driving force limiting unit that limits a maximum value.
[0016]
According to the present invention, when it is determined that the predicted jerk value exceeds the predetermined value, the maximum value of the driving force of the actuator is limited so that the jerk value does not exceed the predetermined value. And the possibility that the actual jerk value becomes larger than the predetermined value can be eliminated. Also in this configuration, when the operating body is suddenly operated, the jerk value is always reduced to a predetermined value or less, and the shock is reduced.
[0017]
In the present invention, if a predetermined value changing means for changing the predetermined value is provided, the operator can adjust the jerk value to a desired value, and can cope with a case where agile responsiveness is required. become able to.
[0018]
In the present invention, the target speed calculating section is for giving a static speed characteristic to the operation amount of the operating body by a map or a function formula, and a delay adding section for giving a dynamic delay to the speed characteristic. Can be provided. If a delay is added to the speed characteristic, the jerk peak value at the beginning of the change in the operation amount of the operating tool can be reduced, and at the same time, the jerk peak value at the end of the change in the operation amount can be reduced. The accompanying shock can be reduced.
[0019]
In the present invention, the actuator can be constituted by an electric motor. The electric motor used as an actuator of the work machine includes, for example, a swing motor that swings an upper swing body of a construction machine, a winch motor that hoists and unwinds a winch, and a travel motor that serves as a drive source of a lower travel body. It is.
[0020]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the responsiveness becomes sensitive compared with a hydraulic drive system by comprising an actuator with an electric motor, jerk can be reduced effectively and the accompanying shock can be reduced. .
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a hydraulic excavator to which the actuator control device of the present invention is applied.
[0023]
Referring to FIG. 1, the hydraulic excavator has an upper revolving
[0024]
A
[0025]
A
[0026]
FIG. 2 shows a first embodiment of an actuator control device mounted on the hydraulic excavator.
[0027]
A
[0028]
The
[0029]
[0030]
As a power supply source for driving the
[0031]
In the present embodiment, the
[0032]
[0033]
[0034]
19 is a hydraulic circuit for adjusting the speed and pressure of the
[0035]
The
[0036]
Next, a control flow in the
[0037]
The
[0038]
As a method of calculating the target speed, besides using the above-described
[0039]
The target calculation speed value ω ref is given to the jerk limit processing unit 9b, and the speed feedback control by the
[0040]
[0041]
The control flow of the jerk restriction processing section 9b will be described with reference to FIG.
[0042]
In the jerk limiting process, a jerk prediction value is calculated by differentiating the target speed by the second order. Specifically, a target velocity arithmetic value omega ref given work within the pre-control samples once stored in the buffer target velocity omega i-1 and the two previous target velocity omega i-2 controller 9 Then, the jerk prediction value ω ′ is calculated using the following equation (step S1).
[0043]
ω ′ = (ω ref −2ω i−1 + ω i−2 ) / dt 2 (1)
Here, dt is a sampling time. Further, it is determined whether or not the calculated jerk predicted value exceeds a predetermined value ω ′ lim (step S2), and if the lever operation amount is changed, that is, if the answer is yes in step S3, the corrected target speed is determined. ω mref is calculated as in the following equation (step S4).
[0044]
ω mref = ω i-1 + Δω (2)
Here, Δω is an increment from the target speed ω i−1 one control sample before, and this value is such that the jerk value when the corrected target speed ω mref is used does not exceed the predetermined value ω ′ lim. The value may be a value, for example, a value as shown in Expression (3).
[0045]
Δω = dt 2 ω ′ lim + ω i−1 −ω i−2 (3)
If No in step S2, that is, if the jerk prediction value does not exceed the predetermined value ω ' lim , the target speed ω ref is output as it is as the corrected target speed ω mref (step S5).
[0046]
The predetermined value ω ′ lim is set to a value equal to or less than the maximum jerk value of the hydraulic drive system, for example.
[0047]
Next, the response characteristics obtained by the above control will be described in comparison with those of the related art.
[0048]
FIG. 5A shows a conventional response characteristic, and FIG. 5B shows a response characteristic according to the present embodiment.
[0049]
In the conventional response characteristics, FIG. 5A shows a change in lever operation amount, FIG. 5A-2 shows a change in target speed when the lever is operated, and FIG. FIG. 5A-4 shows a change in acceleration when the lever is operated, and FIG. 5A-4 shows jerk generated when the lever is operated.
[0050]
As shown in FIGS. 5A and 5A, in the conventional lever operation, large jerk peaks ω ′ max , ω ′ at the beginning of the lever operation change (time t1) and at the end of the lever operation change (time t2). min has occurred, and a large shock has occurred with this.
[0051]
Obtains a target speed calculated value omega ref with respect to the lever operation in the present invention, on the other hand, obtains a jerk predicted value by by (1) using the omega ref, when jerk predicted value exceeds a predetermined value omega 'lim Since the modified target speed is calculated by the equation (2) and the jerk value is thereby limited to a predetermined value ω ′ lim or less, as shown in FIG. The jerk value ω ′ max at time t1) is greatly reduced as compared with the related art (see FIG. (A-4)), thereby making it possible to reduce the shock.
[0052]
FIG. 6 shows a modification of the actuator control device shown in FIG.
[0053]
The same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0054]
In the actuator control device shown in FIG. 6, a delay element adding unit 9e is provided between the lever-
[0055]
FIG. 7A shows a change in lever operation amount, FIG. 7B shows a change in target speed when the lever is operated, and FIG. 7C shows a change in acceleration when the lever is operated. FIG. 3D shows jerk generated when the lever is operated.
[0056]
In each of FIGS. 7A and 7B, at the beginning of the lever operation change (time t1), the jerk is reduced to a predetermined value or less by the same effect as that described in FIG. 5B-4 of the first embodiment. .
[0057]
Also, assuming that there is no delay element, the jerk value at the end of the lever operation change (time t2) has a constant speed immediately as shown in FIG. 5 (b-2). As shown in (2), the acceleration immediately becomes zero (it instantaneously falls in the acceleration characteristic), so that the jerk which is a differential value of the acceleration becomes a large negative value at time t2.
[0058]
On the other hand, if a dynamic delay element including a time element is added by the delay
[0059]
By adding such a delay element, the jerk value at the beginning of the lever operation change (time t1) and at the end of the lever operation change (time t2) can both be reduced, so that the shock accompanying this can be more effectively reduced. Can be reduced.
[0060]
FIG. 8 shows an actuator control device according to a second embodiment of the present invention.
[0061]
This configuration differs from FIG. 3 in that the jerk restriction processing unit 9b of the
[0062]
The second
[0063]
τ lim = τ i-1 + Δτ (4)
Here, τ i−1 is the motor torque one time before the control sample, and Δτ is the torque increment.
[0064]
This torque increment is given, for example, by the following equation (5).
[0065]
Δτ = Jω ′ lim dt (5)
Here, J is the moment of inertia.
[0066]
The control flow of the second
[0067]
The
[0068]
The calculated target calculation speed value ω ref is given to the second jerk restriction processing unit 9e, and the second jerk restriction processing unit 9e first calculates a jerk prediction value (step S6), and calculates the calculated jerk prediction value. It is determined whether or not the predetermined value ω ′ lim is exceeded (step S7), and if the lever operation amount is changed, that is, if the answer is yes in step S8, the torque limit value τ is calculated using the above-described equation (4). lim is calculated, and the
[0069]
The torque limit value τ lim is, specifically, a motor current maximum value limit signal output from the
[0070]
If No in step S7, that is, if the jerk prediction value does not exceed the predetermined value, no torque limitation is applied to the
[0071]
By limiting the maximum value of the driving force in this way, it is possible to reduce the jerk value when the operation lever is suddenly operated, thereby preventing the occurrence of a shock.
[0072]
In the configuration shown in FIG. 8, the second jerk limiting
[0073]
Further, the operator can change the predetermined value by the predetermined
[0074]
In the above embodiment, the configuration in which the actuator is an electric motor has been described. However, when the actuator is a hydraulic device such as a hydraulic cylinder, the hydraulic oil is supplied to the hydraulic device when the calculated jerk predicted value exceeds a predetermined value. By limiting the flow rate of the hydraulic pump to be operated, it is possible to indirectly control the actuator so as not to generate a shock at the time of sudden operation.
[0075]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, the target speed is calculated according to the operation amount of the operating body, the jerk value is predicted from the target speed, and the predicted jerk value is calculated. The target speed is corrected so that the jerk value does not exceed the predetermined value if it is determined that the jerk value exceeds the predetermined value, so that the jerk value is always reduced to the predetermined value or less even when the operating tool is suddenly operated. As a result, the occurrence of shock can be prevented.
[0076]
According to the second aspect of the present invention, when it is determined that the predicted jerk value exceeds the predetermined value, the maximum value of the driving force of the actuator is limited so that the jerk value does not exceed the predetermined value. Even when the operating body is suddenly operated, the jerk value is always reduced to a predetermined value or less without being affected by the delay of the control system, and an effect of reducing shock is obtained.
[0077]
According to the third aspect of the present invention, the configuration is such that the predetermined value can be changed, so that the operator can adjust the jerk value to a desired value. Can also respond.
[0078]
According to the fourth aspect of the present invention, since the response delay is added to the calculated target speed, the jerk peak value at the beginning of the change in the operation amount of the operating body is reduced, and at the same time, the operation amount changes. The jerk peak value at the end of the operation can also be reduced, and the associated shock can be reduced.
[0079]
According to the fifth aspect of the present invention, even when the actuator is constituted by an electric motor, the response is more sensitive than in the hydraulic drive system, the jerk is effectively reduced, and the accompanying shock is reduced. Can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a hydraulic shovel to which an actuator control device of the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of an actuator control device of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the actuator control device.
FIG. 4 is a flowchart showing control contents according to the first embodiment.
FIG. 5A is a characteristic diagram showing a response characteristic as a comparative example, and FIG. 5B is a characteristic diagram showing a response characteristic according to the first embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a modification of the first embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing response characteristics according to the modification shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a block diagram showing a second embodiment of the actuator control device.
FIG. 9 is a flowchart showing control contents according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
9d Predetermined value setting section 9e Delay
Claims (5)
上記コントローラが、上記操作体の操作量に応じて上記アクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、演算された目標速度を2階微分することによりジャーク予測値を演算するジャーク予測値演算部と、演算されたジャーク予測値が所定値を上回るかどうかを判断する判断部と、ジャーク予測値が所定値を超えると判断された場合にジャーク予測値が所定値以下となるように目標速度を修正する目標速度修正部とを備えてなることを特徴とする作業機械のアクチュエータ制御装置。An actuator for driving a movable portion of a work machine, an operating body for operating the actuator, and a working machine including a controller for controlling the actuator in accordance with an operation command of the operating body,
A controller configured to calculate a target speed of the actuator according to an operation amount of the operating body; and a jerk prediction value calculator configured to calculate a jerk prediction value by performing second order differentiation of the calculated target speed. A determination unit that determines whether the calculated jerk predicted value exceeds a predetermined value, and a target speed such that the jerk predicted value becomes equal to or less than the predetermined value when it is determined that the jerk predicted value exceeds the predetermined value. An actuator control device for a work machine, comprising: a target speed correction unit that corrects the target speed.
上記コントローラが、上記操作体の操作量に応じて上記アクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、演算された目標速度を2階微分することによりジャーク予測値を演算するジャーク予測値演算部と、演算されたジャーク予測値が所定値を上回るかどうかを判断する判断部と、ジャーク予測値が所定値を超えると判断された場合に上記アクチュエータの駆動力の最大値を制限する駆動力制限部とを備えてなることを特徴とする作業機械のアクチュエータ制御装置。An actuator for driving a movable portion of a work machine, an operating body for operating the actuator, and a working machine including a controller for controlling the actuator in accordance with an operation command of the operating body,
A controller configured to calculate a target speed of the actuator according to an operation amount of the operating body; and a jerk prediction value calculator configured to calculate a jerk prediction value by performing second order differentiation of the calculated target speed. And a determining unit for determining whether the calculated predicted jerk value exceeds a predetermined value, and a driving force limit for restricting a maximum value of the driving force of the actuator when it is determined that the predicted jerk value exceeds the predetermined value. And an actuator control device for a work machine.
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