JP2008231903A - Revolving controller and working machine equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機によって旋回体を旋回駆動するショベルやクレーン等の作業機械の旋回制御装置に関するものである。 The present invention relates to a turning control device for a work machine such as an excavator or a crane that drives a turning body by an electric motor.
従来、ショベルやクレーン等の旋回作業機械においては、油圧ポンプの吐出油により駆動する油圧モータを旋回体の旋回駆動源として利用していた。 Conventionally, in a swivel work machine such as an excavator or a crane, a hydraulic motor driven by oil discharged from a hydraulic pump has been used as a swivel drive source of the swivel body.
これに対し、近年では、旋回体を電動機で旋回させる技術が知られている(例えば、特許文献1)。 On the other hand, in recent years, a technique for turning a turning body with an electric motor is known (for example, Patent Document 1).
このように旋回体を電動機で旋回させる技術では、旋回操作レバーの操作量に応じて目標速度を設定し、この目標速度と実際の旋回速度との偏差を用いてトルク指令を決定する速度制御(いわゆる、速度フィードバック制御)が行われている。 Thus, in the technique of turning the revolving body with the electric motor, the target speed is set according to the operation amount of the turning operation lever, and the speed control (determining the torque command using the deviation between the target speed and the actual turning speed ( So-called speed feedback control) is performed.
前記速度フィードバック制御では、速度に対する追従性を向上させるために、例えばPID制御の場合であればゲインをできる限り大きくすることが行われている。しかしながら、ゲインを大きくした場合には、目標速度と実際の旋回速度との偏差が小さくても、僅かなレバー操作で電動機への指令トルクが大きくなり過ぎるため、例えば、バケットによる旋回押付作業を行なう場合にはその押付力の調整が困難となることがある。さらに、急激なレバー操作を行なった場合には、電動機への指令トルクが急激に大きくなってショックを生じさせることもある。 In the speed feedback control, in order to improve the followability to the speed, for example, in the case of PID control, the gain is increased as much as possible. However, when the gain is increased, even if the deviation between the target speed and the actual turning speed is small, the command torque to the motor becomes too large with a slight lever operation. In some cases, it may be difficult to adjust the pressing force. Further, when a sudden lever operation is performed, the command torque to the motor may suddenly increase to cause a shock.
反対に、レバー操作での電動機への指令トルクの調整を行い易くするために、例えばPID制御の場合であればゲインを小さくする、又は積分ゲインを零とすることが行われている。しかしながら、ゲインを小さくした場合には、傾斜地での作業状態(作業機械自体の自重を受けている状態)等において、電動機への指令トルクが小さくなり過ぎて、充分な加減速トルクやその場保持トルクを確保することができないという問題が生じることがある。 On the contrary, in order to facilitate adjustment of the command torque to the motor by lever operation, for example, in the case of PID control, the gain is reduced or the integral gain is set to zero. However, if the gain is reduced, the command torque to the motor will be too small when working on slopes (under the weight of the work machine itself), etc. There may be a problem that the torque cannot be secured.
前記速度フィードバック制御の問題を解決するための技術として、特許文献2〜5に記載されたものが知られている。これら特許文献2〜5は前記2つの制御系を適宜切り換えるようにしたものである。
As techniques for solving the problem of the speed feedback control, those described in
具体的に、特許文献2は、操作レバーの特定の操作量を境として速度フィードバック制御とトルク制御とを切り換えるようにした技術を開示している。特許文献3は、操作レバーの操作量に応じた目標速度の速度閾値を境として速度制御と位置制御とを切り換えるようにした技術を開示している。特許文献4は、旋回体の所定の速度を境として通常の速度制御とこの速度制御よりも比例ゲインを低くした速度制御とを切り換えるようにした技術を開示している。
Specifically,
また、特許文献5は、操作レバーのレバー操作量が予め設定された中立範囲にあるときには位置保持制御を行う一方、レバー操作量が前記中立範囲を超えたときには、トルク制御を行う技術を開示している。具体的に、特許文献5の技術では、前記中立範囲内で行われる位置保持制御において特定されたその場保持トルクをコントローラに記憶しておき、前記中立範囲を超えたときには、前記記憶されたその場保持トルク、レバー操作量に応じた加速トルクのうち、大きい方のトルクによって旋回体を旋回駆動するようになっている。
しかしながら、前記特許文献2〜5のように2つの制御系を切り換える場合には、当該制御系の切り換え点において、これら制御系同士の間のギャップを補間するためにトルクが不連続に変動(急激に変動)し、スムーズで安定した制御を行うことができなかった。
However, when switching between two control systems as in
また、特許文献5の技術では、レバー操作量が中立範囲を超えた後の状態においては、その場保持トルク、加速トルクのうち大きい方のトルクによって旋回駆動を行うようにしているが、ここで、前記その場保持トルクは中立範囲内で実行された位置保持制御で生じた過去に必要であったトルクであり、現時点での作業状態を反映させたものではないため、前記位置保持制御の実行時よりもトルク制御の実行時の方が旋回体をその場で保持させるためのトルクが大きい作業状態(例えば、傾斜地での作業)となっているときには、旋回体がオペレータの意思に反して逆行してしまうおそれがある。
Further, in the technique of
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、トルクの不連続な変動を抑制しながら、旋回体の逆行を防止することができる作業機械の旋回制御装置及びこれを備えた作業機械を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a turning control device for a working machine and a working machine equipped with the turning control device that can prevent the reversal of the turning body while suppressing discontinuous fluctuations in torque. It is intended to provide.
上記課題を解決するために、本発明は、本体と、この本体に旋回可能に搭載された旋回体と、この旋回体に起伏可能に設けられた作業アタッチメントとを有する作業機械に設けられた旋回制御装置であって、前記旋回体を旋回駆動するための電動機と、この電動機に対する駆動指示の入力操作を受ける操作手段と、この操作手段の操作量を検出可能な操作量検出手段と、前記電動機の回転速度を検出可能な速度検出手段と、前記操作量検出手段により検出された操作量に対応する目標速度で前記電動機を駆動させるための第一目標トルクを設定するとともに、前記速度検出手段により検出された現実の速度に基づいて前記旋回体をその場で保持させるための第二目標トルクを設定し、これら第一目標トルク、第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクと同じ方向のトルクであって絶対値の大きなトルクに応じて前記電動機を作動させる制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械の旋回制御装置を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a swivel provided in a work machine having a main body, a swivel mounted on the main body so as to be swivel, and a work attachment provided on the swivel so as to be raised and lowered. An electric motor for driving the revolving structure to rotate, an operating means for receiving an input operation of a driving instruction for the electric motor, an operation amount detecting means capable of detecting an operation amount of the operating means, and the electric motor And a first target torque for driving the electric motor at a target speed corresponding to the operation amount detected by the operation amount detection means, and the speed detection means Based on the detected actual speed, a second target torque for holding the swivel body on the spot is set, and among the first target torque and the second target torque, the first target torque is set. Provides a work machine of the turning control apparatus, characterized in that a control means for actuating the electric motor in accordance with a large torque of the absolute value a torque in the same direction as the target torque.
本発明によれば、速度検出手段により検出された現実の速度に基づいて前記第二目標トルクを設定しているため、作業状態が逐一変動する環境で作業を行なっている場合であっても、現時点における作業状態に適したその場保持トルク(第二目標トルク)を特定することができる。つまり、作業アタッチメントの作動状態(作業アタッチメントの作業半径、又は作業時におけるバケット内の土砂の有無等)、又は作業時に受ける外力(バケットによる押付作業時に受ける外力、傾斜地における作業機械自体の自重等)等に応じて前記その場保持トルクが逐一変動することになるが、本発明によれば、このような場合であっても旋回体の逆行を確実に防止することができる。 According to the present invention, since the second target torque is set based on the actual speed detected by the speed detection means, even when the work is performed in an environment where the work state fluctuates one by one, An in-situ holding torque (second target torque) suitable for the current working state can be specified. That is, the operation state of the work attachment (work attachment work radius, presence / absence of earth and sand in the bucket at the time of work), or external force received at the time of work (external force received at the time of pressing work by the bucket, the weight of the work machine itself on the slope) However, according to the present invention, even in such a case, the reversal of the revolving structure can be reliably prevented.
さらに、本発明では、上記のように算出された第二目標トルクと、操作手段の操作量に基づいて算出された第二目標トルクとの間で高位選択を行うようにしているため、これら第一目標トルク及び第二目標トルクの推移するチャートを検討したとき(図13参照)に、これらのチャートが交差する点(図13の(b)のL8)を境として選択されるトルクが変更されることになる。このように、本発明によれば、トルク以外の特定の要素を境として制御系を切り換える従来技術と異なり、常に第一、第二目標トルクの大小比較を行い、大きいものを採用しているため、トルクの不連続な変動を抑制することができる。 Furthermore, in the present invention, since the high-order selection is performed between the second target torque calculated as described above and the second target torque calculated based on the operation amount of the operation means, the first target torque is selected. When the chart in which the one target torque and the second target torque change is examined (see FIG. 13), the torque selected at the point where these charts intersect (L8 in FIG. 13B) is changed. It will be. As described above, according to the present invention, unlike the prior art in which the control system is switched with a specific element other than the torque as a boundary, the first and second target torques are always compared and the larger one is adopted. Discontinuous fluctuations in torque can be suppressed.
具体的に、前記制御手段は、前記操作量検出手段により検出された操作量に基づいて前記目標速度を設定する目標速度設定手段と、前記目標速度と前記速度検出手段により検出された現実の速度との速度偏差に基づいて前記第一目標トルクを算出する第一トルク演算手段と、前記第一目標トルク、第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクと同じ方向のトルクであって絶対値の大きなトルクを次の目標トルクとして設定する目標トルク設定手段とを備えている構成とすることができる。 Specifically, the control means includes target speed setting means for setting the target speed based on the operation amount detected by the operation amount detection means, and the target speed and the actual speed detected by the speed detection means. First torque calculating means for calculating the first target torque based on the speed deviation from the first target torque and the second target torque, the torque in the same direction as the first target torque, and an absolute value Target torque setting means for setting a large torque as the next target torque.
さらに、前記制御手段は、前記現実の速度を零にするために前記電動機に与えるべきトルクを前記第二目標トルクとして算出する第二トルク演算手段を備えている構成とすることができる。 Further, the control means may include a second torque calculating means for calculating a torque to be applied to the electric motor as the second target torque in order to make the actual speed zero.
なお、「零」とは、速度が完全に零になっている場合だけでなく、実質的に零になっていると判断することができる範囲の速度成分を含んでいるものも含む趣旨である。 The term “zero” is intended to include not only the case where the speed is completely zero, but also the case where the speed component within a range in which it can be determined that the speed is substantially zero is included. .
そして、前記第一トルク演算手段及び第二トルク演算手段は、それぞれ比例項と積分項とを有する数式に従って第一目標トルク及び第二目標トルクを算出するようになっており、前記制御手段は、前記比例項及び積分項に乗されるゲインの大小を変更可能なゲイン変更手段をさらに備えていることが好ましい。 The first torque calculating means and the second torque calculating means are configured to calculate the first target torque and the second target torque according to mathematical expressions each having a proportional term and an integral term, and the control means includes: It is preferable to further include a gain changing means capable of changing the magnitude of the gain that is multiplied by the proportional term and the integral term.
この構成によれば、ゲイン変更手段により比例積分制御における各ゲインを調整することができるので、作業アタッチメントの作業半径が大きいとき、傾斜地での作業等のように旋回体の慣性モーメントが大きいときには、ゲインを大きめに変更すれば逆行を確実に防ぐことができる。一方、バケットによる旋回押付作業等を行う場合には、ゲインを小さめに変更すれば操作手段の操作に応じてトルクの微調整を行うことが可能となる。 According to this configuration, since each gain in the proportional integral control can be adjusted by the gain changing means, when the work radius of the work attachment is large, or when the inertial moment of the revolving structure is large such as work on an inclined ground, If the gain is changed to a larger value, the retrograde can be reliably prevented. On the other hand, in the case of performing a swivel pressing operation or the like using a bucket, the torque can be finely adjusted according to the operation of the operating means by changing the gain to a smaller value.
また、本発明は、機体と、この機体に対し旋回可能に搭載された旋回体と、前記旋回制御装置とを備えた作業機械を提供する。 Moreover, this invention provides the working machine provided with the body, the turning body mounted so that turning with respect to this body, and the said turning control apparatus.
本発明によれば、トルクの不連続な変動を抑制しながら、旋回体の逆行を防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the retrograde of a turning body can be prevented, suppressing the discontinuous fluctuation | variation of a torque.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るショベルの全体構成を示す側面図を示している。図2は、図1のショベルの駆動・制御系の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of an excavator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive / control system of the shovel of FIG.
図1及び図2を参照して、作業機械の一例としてのショベル1は、クローラ式の下部走行体2と、この下部走行体2上に旋回可能に搭載された上部旋回体3と、この上部旋回体3の前部に装着された作業アタッチメント4とを備えている。
1 and 2, an
作業アタッチメント4は、前記上部旋回体3に起伏可能に装着されたブーム5と、このブーム5の先端部に連結されたアーム6と、このアーム6の先端に連結されたバケット7と、前記ブーム5を上部旋回体3に対して駆動させるブームシリンダ8と、前記アーム6をブーム5に対して駆動させるアームシリンダ9と、前記バケット7をアーム6に対して駆動させるバケットシリンダ10とを備えている。
The
下部走行体2は、左右一対のクローラ11(図1では1つ示している)を備え、これらクローラ11にはそれぞれ走行モータ12が設けられている。
The lower
上部旋回体3は、エンジン14と、このエンジン14によって駆動される油圧ポンプ15及び発電機16と、バッテリ17と、旋回用電動機18と、この旋回用電動機18の減速機構19とを備えている。
The upper-part turning
図2に示すように、油圧ポンプ15は、ブームシリンダ8、アームシリンダ9、バケットシリンダ10及び走行モータ12(以下、油圧アクチュエータ8〜10、12と総称す
る)に対し、それぞれコントロールバルブ20を介して作動油を供給するようになっている。換言すると、前記コントロールバルブ20の操作に応じて油圧ポンプ15から油圧アクチュエータ8〜10、12への作動油流量等を調整することにより、油圧アクチュエータ8〜10、12の動作が制御される。
As shown in FIG. 2, the
発電機16は、増速機構21を介してエンジン14の出力軸に連結されている。この発電機16で得られた電力は、制御器22を介してバッテリ17に充電されるとともに、インバータ23を介して旋回用電動機18に供給される。なお、前記制御器22は、電圧の印加や電流の供給を調整するためのものである。
The
旋回用電動機18は、機械的ブレーキ力を発生させるためのネガティブブレーキとしてのメカニカルブレーキ24を備えている。このメカニカルブレーキ24が解除された状態で、旋回用電動機18の駆動力が旋回用減速機構19を経由して下部走行体2に伝達することにより、当該下部走行体2に対して上部旋回体3が右又は左に旋回する。
The turning
また、上部旋回体3は、操作レバー25を備えている。この操作レバー25は、予め設定された中立位置から左右に傾動操作可能なレバー部25aと、このレバー部25aの操作量を検出する操作部(例えば、ポテンショメータ)25bとを備え、前記レバー部25aの操作量に応じた電気信号を制御手段の一例であるコントローラ26に出力するようになっている。
Further, the
さらに、上部旋回体3は、旋回用電動機18の回転速度(旋回速度)を検出する速度センサ27を備えている。この速度センサ27は、旋回用電動機18の回転速度に応じた電気信号をコントローラ26に出力するようになっている。
Furthermore, the
コントローラ26は、各種演算処理を実行するCPU、初期設定等を記憶するROM、及び各種情報を書き換え可能に記憶するRAM等からなる周知の制御手段である。このコントローラ26には、図3に示すような目標速度マップが記憶されている。
The
具体的に、図3の目標速度マップは、操作レバー25の操作量(傾動角度)が大きくなるに従い大きな目標速度が選択されるように、操作レバー25のレバー部25aの両操作方向(右旋回又は左旋回方向)のそれぞれについて設定されたものである。このマップに設定された目標速度は、操作レバー25の操作量の増減に応じて滑らかに増減するように、急激な増減を伴わない曲線として設定されている。
Specifically, in the target speed map of FIG. 3, both operating directions (right-handed rotation) of the
図4は、図2のコントローラの電気的構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the controller of FIG.
図4を参照して、コントローラ26は、前記目標速度のマップに基づいて目標速度を設定する目標速度設定部28と、前記目標速度の補正量を算出する補正量算出部29と、前記目標速度と補正量と実際の速度とに基づいて第一目標トルクを算出する第一トルク演算部(第一トルク演算手段)30と、前記速度センサ27により検出された速度を零にする(検出された速度が零の場合にはその状態を保持する)ために旋回用電動機18に対して与えるべき第二目標トルクを演算する第二トルク演算部(第二トルク演算手段)31と、前記第一目標トルク及び第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクの方向(右旋回方向又は左旋回方向)と同じ方向のトルクであって絶対値の大きいものを次の目標トルクとして設定する目標トルク設定部(目標トルク設定手段)32とを備えている。
Referring to FIG. 4, the
目標速度設定部28は、前記操作レバー25の操作量a0に対応する目標速度v0を、前記目標速度マップ(図3参照)から特定する。
The target
補正量算出部29は、現時点におけるショベル1の作業状態に応じて変化する旋回用電動機18を旋回させるための必要トルクt0を検出する。ここで、「ショベル1の作業状態」とは、例えば、作業アタッチメント4の作動状態(作業アタッチメント4の作業半径、又は作業時におけるバケット7内の土砂の有無等)や、作業時に受ける反力(バケット7による押付作業時に受ける反力、傾斜地におけるショベル1自体の自重等)のことである。具体的に、補正量算出部29は、本実施形態では1周期前にインバータ23から出力した目標トルクを旋回用電動機18の前記必要トルクt0に相当するものとして利用し、この必要トルクt0と操作部25bの操作量a0とに基づいて下記数式1に従い補正量b0を算出する。
The correction
ここで、G0及びG1はそれぞれ制御ゲインであり、前記操作部25bの操作量a0を変数としたときの切片及び勾配に相当するものである。つまり、制御ゲインG0は、制限することができるトルクの最大値を規定するものであり、この制御ゲインG0を大きくするほど最終的に算出される目標トルクの値が小さくなる。一方、制御ゲインG1は、操作レバー25の操作量a0の変化に応じて制限することができるトルクの増減の割合を規定するためのものである。そして、これら制御ゲインG0、G1を調整することにより、油圧旋回システムにおけるブリードオフに相当する効果を得ることができる。
Here, G0 and G1 are control gains, respectively, and correspond to the intercept and the gradient when the operation amount a0 of the
なお、本実施形態では、1周期前の目標トルクを旋回用電動機18の必要トルクt0に相当するものとして利用しているが、前記1周期前の目標トルクと速度センサ27により検出された旋回用電動機18の速度とに基づいて当該旋回用電動機18の実際の必要トルクを算出してもよい。
In the present embodiment, the target torque of one cycle before is used as the required torque t0 of the turning
そして、下記数式2に示すように、補正量算出部29により算出された補正量b0及び前記速度センサ27により検出された旋回用電動機18の実際の速度v1が、前記目標速度v0から減算されて速度偏差Δvが算出される。
Then, as shown in the following
第一トルク演算部30は、前記速度偏差Δvに基づいて下記数式3に従い第一目標トル
クt1を算出する。
The
ここで、G2は比例ゲイン、G3は積分ゲインであり、それぞれ予め設定されたものである。 Here, G2 is a proportional gain, and G3 is an integral gain, which are preset.
一方、第二トルク演算部31は、操作レバー25のレバー部25aの操作位置が上述した中立範囲内にあるときに、前記速度センサ27により検出された旋回用電動機18の実際の速度v1を零にするために旋回用電動機18に対して与えるべき第二目標トルクt2を下記数式4に従い算出する。
On the other hand, the second
ここで、G4は比例ゲイン、G5は積分ゲインであり、それぞれ予め設定されたものである。 Here, G4 is a proportional gain, and G5 is an integral gain, which are preset.
目標トルク設定部32は、前記第一目標トルクt1及び第二目標トルクt2のうち、前記第一目標トルクt1の方向(以下、右旋回方向を「正」の方向、左旋回方向を「負」の方向として説明する)と同じ方向のトルクであって絶対値の大きいものを次の目標トルクとして設定するようになっている。
Of the first target torque t1 and the second target torque t2, the target
以下、前記コントローラ26により実行される処理について図4及び図5を参照して説明する。
Hereinafter, processing executed by the
処理が開始されると、まず、操作レバー25の操作量a0に対応する目標速度v0をマップ(図3参照)に基づいて特定する(ステップS1)。
When the process is started, first, a target speed v0 corresponding to the operation amount a0 of the
次に、前記速度センサ27により旋回用電動機18の速度v1を検出するとともに(ステップS2)、この速度v1に基づいて前記数式4に従い第二目標トルクt2を算出する(ステップS3)。
Next, the
そして、前記数式1に従い補正量b0を算出するとともに、この補正量b0及び前記速度v1を利用して前記数式2に従い速度偏差Δvを算出する(ステップS4)。
Then, the correction amount b0 is calculated according to the
次いで、前記速度偏差Δvを用いて前記数式3に従い第一目標トルクt1を算出するとともに(ステップS5)、この第一目標トルクt1が正方向(右旋回方向)であるか否かを判定する(ステップS6)。
Next, the first target torque t1 is calculated according to the
ここで、第一目標トルクt1が正の方向(右旋回方向)である場合(ステップS6でYES)、第一目標トルクt1と第二目標トルクt2とを比較して(ステップS7)、第一目標トルクt1、第二目標トルクt2のうち、正の方向のトルクであって、その絶対値が大きいものを次の目標トルクとして設定する(ステップS8、S9)。そして、このように設定された目標トルクを前記インバータ23に出力して(ステップS15)、当該処理を終了する。 If the first target torque t1 is in the positive direction (right turning direction) (YES in step S6), the first target torque t1 and the second target torque t2 are compared (step S7), Of the one target torque t1 and the second target torque t2, the torque in the positive direction and having a large absolute value is set as the next target torque (steps S8 and S9). Then, the target torque set in this way is output to the inverter 23 (step S15), and the process is terminated.
一方、第一目標トルクt1が正の方向ではない場合(ステップS6でNO)には、当該第一目標トルクt1が負の方向(左旋回方向)であるか否かを判定する(ステップS10)。 On the other hand, if the first target torque t1 is not in the positive direction (NO in step S6), it is determined whether or not the first target torque t1 is in the negative direction (left turning direction) (step S10). .
ここで、第一目標トルクt1が負の方向(左旋回方向)である場合(ステップS10でYES)、第一目標トルクt1と第二目標トルクt2とを比較して(ステップS11)、第一目標トルクt1、第二目標トルクt2のうち、負の方向のトルクであって、その絶対値が大きいもの、つまり、正負の符号を考慮した場合に小さい方のものを、次の目標トルクとして設定する(ステップS12、S13)。そして、このように設定された目標トルクを前記インバータ23に出力して(ステップS15)、当該処理を終了する。 Here, when the first target torque t1 is in the negative direction (left turning direction) (YES in step S10), the first target torque t1 and the second target torque t2 are compared (step S11), Of the target torque t1 and the second target torque t2, the torque in the negative direction that has a large absolute value, that is, the smaller one that takes into account the positive or negative sign, is set as the next target torque (Steps S12 and S13). Then, the target torque set in this way is output to the inverter 23 (step S15), and the process is terminated.
さらに、前記ステップS6及びS10において、第一目標トルクt1が正及び負の何れの方向でもないと判断された場合(ステップS6及びS10でNO)、つまり、上部旋回体3をその場で保持させる必要がある場合には、前記第二目標トルクt2を次の目標トルクとして設定し(ステップS14)、次いで、このように設定された目標トルクを前記インバータ23に出力して(ステップS15)、当該処理を終了する。
Further, when it is determined in steps S6 and S10 that the first target torque t1 is neither positive nor negative (NO in steps S6 and S10), that is, the
前記のような処理を行うことにより、図6に示すように、操作レバー25の操作に応じたトルク制御が可能となる。
By performing the processing as described above, torque control according to the operation of the
図6は、ショベル1のバケット7を地面に押し当てた状態で、操作レバー25を操作した場合における、当該操作レバー25の操作状態、旋回トルク及び旋回速度をそれぞれ示したものである。
FIG. 6 shows the operation state, turning torque and turning speed of the
つまり、図6の状態においては、バケット7が地面に押し当てられて上部旋回体3が旋回し得ない状態で操作レバー25が操作された状態を示している。このような場合、従来のように必要トルクt0を加味せずにPID制御を行うと、操作レバー25の操作量の増加に応じて目標速度が高くなっていくのに対し実際の速度が零のままであるため、速度偏差が著しく大きくなり、図7の中段に示すように、トルク増加が急激なものとなりショックが生じるおそれがあるが、前記実施形態のように、旋回用電動機18の必要トルクt0に基づく補正量b0の分だけ速度偏差Δvを小さくすることにより、図6の中段に示すように操作レバー25の操作に応じた旋回トルクを生じさせることができる。このことは、操作レバー25の操作量と旋回トルクとの関係を示す図8からも明らかである。なお、図8も図6と同様に、バケット7が地面に押し当てられて上部旋回体3が旋回し得ない状態における旋回トルクを示したものである。
That is, in the state of FIG. 6, the
また、図9は、上部旋回体に生じている必要トルクt0が比較的小さい場合における操作レバーの操作量、旋回速度及び旋回トルクをそれぞれ示したものである。 FIG. 9 shows the operation amount, turning speed, and turning torque of the operation lever when the required torque t0 generated in the upper turning body is relatively small.
上述した数式1に示すように、補正量b0は必要トルクt0が小さくなるほど零に近づくため、必要トルクt0が小さい場合には、当該必要トルクt0を加味しない従来技術と同様の速度制御を行うことができる。参考として、図10に必要トルクt0を加味しない場合における操作レバーの操作量、旋回速度及び旋回トルクを示す。なお、旋回速度の欄における実線は実際の旋回速度を示しており、二点鎖線は操作レバー25の操作量に対応する目標速度をそれぞれ示している。
As shown in
さらに、前記実施形態では、上述のように第一目標トルクt1、第二目標トルクt2のうち、第一目標トルクt1と同方向のトルクであって絶対値の大きいものを次の目標トルクとして設定するようにしているため、トルクの変動をスムーズに行うことができる。以下、この点について従来の構成と対比しながら説明する。 Further, in the embodiment, as described above, the first target torque t1 and the second target torque t2 that are in the same direction as the first target torque t1 and have a large absolute value are set as the next target torque. Therefore, the torque can be changed smoothly. This point will be described below in comparison with the conventional configuration.
以下の説明では、図11に示すように操作レバー25の操作量L1を時間の経過とともに大きくしていくことに応じて、旋回用電動機18の目標速度がL2に示すように推移する場合について説明する。なお、チャートL2が2秒付近から立ち上がっていることからも明らかなように、0秒〜2秒の範囲内における操作レバー25の操作範囲は不感帯(あそび)とされている。
In the following description, the case where the target speed of the turning
例えば、特開2003−328398号公報に開示された従来の技術では、操作レバーの操作量が前記不感帯の範囲内では速度比例制御(PID制御)を行う一方、操作レバーの操作量が不感帯を超えた場合にトルク制御を行うようになっている。つまり、図12の(a)に示すように速度比例制御が行われるときのトルク推移L3と、上部旋回体をその場に保持させるためのトルク推移L4とを考慮した場合に、操作レバーの操作量を徐々に大きくしていくと、図12の(b)に示すように、0秒〜2秒までの不感帯の範囲内ではトルク推移L4に従いトルクが推移するが、前記不感帯の範囲を超えて操作レバーが操作されると、その時点からトルク推移L3に従ったトルク制御が実行されるため、当該不感帯の終端まで操作されたときに、トルク推移L3とL4とを補間するための不連続部分L5が生じることになる。 For example, in the conventional technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-328398, speed proportional control (PID control) is performed when the operation amount of the operation lever is within the range of the dead zone, while the operation amount of the operation lever exceeds the dead zone. In this case, torque control is performed. That is, when the torque transition L3 when the speed proportional control is performed as shown in FIG. 12A and the torque transition L4 for holding the upper swing body in place, the operation of the operation lever is considered. When the amount is gradually increased, as shown in FIG. 12 (b), the torque changes in accordance with the torque change L4 within the range of the dead zone from 0 second to 2 seconds, but exceeds the dead zone range. When the operation lever is operated, torque control according to the torque transition L3 is executed from that point, so that when the operation lever is operated up to the end of the dead zone, the discontinuous portion for interpolating the torque transitions L3 and L4 L5 will be generated.
これに対し、前記実施形態では、図13の(a)に示すように、速度比例制御が行われるときの第一目標トルクL6と、上部旋回体3をその場に保持させるための第二目標トルクL7とを常時比較して、これら第一目標トルクL6、第二目標トルクL7のうちの大きなものを選択するようにしている。そのため、図13の(b)に示すように、本実施形態では、操作レバー25の操作量にかかわらず、第一目標トルクL6と第二目標トルクL7との交点部分L8を境として、これら第一目標トルクL6と第二目標トルクL7とを連続的に切り換えることが可能となる。したがって、本実施形態によれば、スムーズで安定した制御を行うことができる。
On the other hand, in the said embodiment, as shown to (a) of FIG. 13, the 2nd target for hold | maintaining the 1st target torque L6 when speed proportional control is performed, and the
以上説明したように、前記実施形態によれば、速度センサ27により検出された現実の速度に基づいて第二目標トルクt2を設定しているため、作業状態が逐一変動する環境で作業を行なっている場合であっても、現時点における作業状態に適したその場保持トルク(第二目標トルクt2)を特定することができる。つまり、作業アタッチメント4の作動状態(作業アタッチメント4の作業半径、又は作業時におけるバケット7内の土砂の有無等)、又は作業時に受ける外力(バケット7による押付作業時に受ける外力、傾斜地における作業機械自体の自重等)等に応じて前記その場保持トルクが逐一変動することになるが、前記実施形態によれば、このような場合であっても上部旋回体の逆行を確実に防止することができる。
As described above, according to the embodiment, since the second target torque t2 is set based on the actual speed detected by the
さらに、前記実施形態では、上記のように算出された第二目標トルクt2と、操作レバー25の操作量に基づいて算出された第二目標トルクt2との間で高位選択(図5のステップS6〜S14)を行うようにしているため、これらの第一目標トルクt1及び第二目標トルクt2の推移するチャートL6、L7を検討したとき(図13参照)に、これらのチャートL6、L7の交点部分L8を境として選択されるトルクが変更されることになる。このように前記実施形態によれば、トルク以外の特定の要素を境として制御系を切り換える従来技術と異なり、常に第一、第二目標トルクt1、t2の大小比較を行い、大きいものを採用しているため、トルクの不連続な変動を抑制することができる。 Further, in the embodiment, a high-order selection is made between the second target torque t2 calculated as described above and the second target torque t2 calculated based on the operation amount of the operation lever 25 (step S6 in FIG. 5). To S14), when the charts L6 and L7 in which the first target torque t1 and the second target torque t2 change are examined (see FIG. 13), the intersection of the charts L6 and L7. The torque selected with the portion L8 as a boundary is changed. As described above, according to the embodiment, unlike the conventional technique in which the control system is switched with a specific element other than the torque as a boundary, the first and second target torques t1 and t2 are always compared in magnitude and the larger one is adopted. Therefore, discontinuous fluctuations in torque can be suppressed.
なお、前記実施形態では、数式3及び数式4におけるゲインG2、G3、G4及びG5がそれぞれ予め設定された値で固定されている構成について説明しているが、前記コントローラ26に各ゲインG2〜G5を変更するためのゲイン変更手段を設けることができる。
In the above-described embodiment, the gain G2, G3, G4, and G5 in
このようにすれば、ゲイン変更手段により各ゲインG2〜G5を調整することができるので、作業アタッチメント4の作業半径が大きいとき、傾斜地での作業等のように旋回体の慣性モーメントが大きいときには、ゲインG2〜G5を大きめに設定すれば逆行を確実に防ぐことができる。一方、バケット7による旋回押付作業等を行なう場合には、ゲインを小さめに変更すれば操作レバー25の操作に応じてトルクの微調整を行うことが可能となる。
In this way, since the gains G2 to G5 can be adjusted by the gain changing means, when the work radius of the
また、前記実施形態では、上部旋回体3の作業状態に応じて変化する当該上部旋回体3を旋回させるための必要トルクt0(1周期前の目標トルク)に応じて旋回用電動機18の目標トルクの大きさを調整するように構成されているので、ショックの発生を効果的に抑制することができる。
Further, in the above embodiment, the target torque of the turning
つまり、前記ショベル1においても、その作業状態、例えば、作業アタッチメント4の作動状態(作業アタッチメント4の作業半径、又は作業時におけるバケット7内の土砂の有無等)、又は作業時に受ける外力(バケット7による押付作業時に受ける反力、傾斜地におけるショベル1自体の自重等)に応じて必要トルクt0が変化するため、この必要トルクt0が大きくなるほど目標速度と速度検出手段により検出される実際の速度v1との速度偏差Δvが大きくなる傾向があるものの、前記実施形態では当該速度偏差Δvが大きくなるのを阻止することができる。
That is, also in the
具体的に、前記実施形態では、必要トルクt0が大きい程大きな補正値b0を算出してこの補正値b0を既に設定された目標速度v0から減算するようにしているので、この新たな目標速度(v0−b0)と速度センサ27により検出された実際の速度v1との速度偏差Δvを小さくすることができる。
Specifically, in the above embodiment, the larger the required torque t0, the larger the correction value b0 is calculated and the correction value b0 is subtracted from the already set target speed v0. The speed deviation Δv between v0−b0) and the actual speed v1 detected by the
したがって、前記実施形態によれば、必要トルクt0が大きい程速度偏差Δvを小さく
することができるので、ショックの発生を抑制することができる。
Therefore, according to the embodiment, the speed deviation Δv can be reduced as the required torque t0 is increased, so that the occurrence of shock can be suppressed.
前記実施形態のように、操作レバー25の操作量a0が大きい程小さな補正量b0を算出するようにした構成とすることにより、操作レバー25の操作量a0が大きくなるに従い、補正後の目標速度が小さくなり過ぎるのを抑制することができるので、オペレータに与える違和感を緩和することができる。
By adopting a configuration in which the smaller the correction amount b0 is calculated as the operation amount a0 of the
前記実施形態のように、前回設定された目標トルクを今回使用する必要トルクt0として利用する構成とすることにより、実際に上部旋回体3の必要トルクt0を算出する場合と比較して処理の簡素化を図ることができる。
As in the above-described embodiment, by using the previously set target torque as the required torque t0 to be used this time, the processing is simpler than when the required torque t0 of the
つまり、上部旋回体3の必要トルクt0の変化は、全て旋回用電動機18の負荷トルク(目標トルク)に反映されるため、当該負荷トルクの増減に応じて補正値b0を算出して目標トルクを算出することにより、必要トルクt0の変化に見合った目標トルクを算出することができる。
In other words, all changes in the required torque t0 of the
前記実施形態のように、第一目標トルクt1及び第二目標トルクt2のうち、第一目標トルクt1と同じ方向のトルクであって、絶対値の大きなトルクを目標トルクに設定する目標トルク設定部32を備えた構成とすることにより、傾斜地で上り側に向かって旋回開始する場合や、強風下で風上側に向かって旋回開始する場合に、上部旋回体3がトルク不足によって逆方向に旋回する「逆行」の発生を確実に防止することができる。
As in the above-described embodiment, the target torque setting unit that sets the torque in the same direction as the first target torque t1 out of the first target torque t1 and the second target torque t2 and having a large absolute value as the target torque With the configuration provided with 32, the
さらに、傾斜地で旋回停止する場合も、常に旋回用電動機18のトルクが重力と吊り合う大きさとなるため、制動トルクが重力に負けて上部旋回体3が下り側に逆行するのを防止することができる。
In addition, even when turning is stopped on an inclined ground, the torque of the turning
1 ショベル(作業機械)
2 下部走行体
3 上部旋回体
4 作業アタッチメント
18 旋回用電動機
23 インバータ(モーメント特定手段)
25 操作レバー(操作手段)
26 コントローラ(制御手段)
27 速度センサ(速度検出手段)
28 目標速度設定部
29 補正量算出部
30 第一トルク演算部
31 第二トルク演算部
32 目標トルク設定部
1 Excavator (work machine)
2 Lower traveling
25 Operation lever (operation means)
26 controller (control means)
27 Speed sensor (speed detection means)
28 Target
Claims (5)
前記旋回体を旋回駆動するための電動機と、
この電動機に対する駆動指示の入力操作を受ける操作手段と、
この操作手段の操作量を検出可能な操作量検出手段と、
前記電動機の回転速度を検出可能な速度検出手段と、
前記操作量検出手段により検出された操作量に対応する目標速度で前記電動機を駆動させるための第一目標トルクを設定するとともに、前記速度検出手段により検出された現実の速度に基づいて前記旋回体をその場で保持させるための第二目標トルクを設定し、これら第一目標トルク、第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクと同じ方向のトルクであって絶対値の大きなトルクに応じて前記電動機を作動させる制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械の旋回制御装置。 A swivel control device provided in a work machine having a main body, a swivel body mounted on the main body so as to be turnable, and a work attachment provided on the swivel body in a undulating manner,
An electric motor for rotationally driving the revolving structure;
An operation means for receiving an input operation of a drive instruction for the electric motor;
An operation amount detection means capable of detecting an operation amount of the operation means;
Speed detecting means capable of detecting the rotational speed of the electric motor;
A first target torque for driving the electric motor at a target speed corresponding to the operation amount detected by the operation amount detection means is set, and the revolving body is based on the actual speed detected by the speed detection means. The second target torque is set to be held on the spot, and among these first target torque and second target torque, the torque is in the same direction as the first target torque and has a large absolute value. A turning control device for a work machine, comprising: a control means for operating the electric motor.
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