JP2013234694A - 建設機械の制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械の操作時に発生する油圧アクチュエータの速度の振動を抑制するために、油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出し、検出した圧力に基づいて吐出流量を制御することができる建設機械の制御装置を提供すること。
【解決手段】油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出する検出手段と、検出した前記圧力の変動成分を算出する第１の算出手段と、算出した前記変動成分に基づいて、前記圧油の吐出流量を補正する流量補正値を算出する第２の算出手段とを有し、前記第１の算出手段は、ハイパスフィルタを用いて、所定の周波数以上の周波数の前記変動成分を算出し、前記ハイパスフィルタの伝達関数はｓＴ／（ｓＴ＋１）であり、ここで、ｓはラプラス変数であり、Ｔは時定数であり、前記所定の周波数は、建設機械の固有振動数の略１／１５とする、ことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械の制御装置及びその制御方法に関する。

建設機械には、操作レバーによって入力された操作量に対応した速度指令値を算出し、算出した速度指令値を油圧ポンプの流量指令値に変換し、変換した流量指令値に基づいて油圧アクチュエータに作動油を供給するものがある。このとき、建設機械は、油圧アクチュエータに供給する吐出流量を制御することによって、油圧アクチュエータの動作を制御する。

また、建設機械では、操作レバーを中立に戻した場合に、油圧アクチュエータの慣性又は作動油の弾性（圧縮性）などによって、油圧アクチュエータを操作レバーの操作量に追従して停止できないときがある。すなわち、建設機械においては、建設機械の慣性力が大きいため、操作レバーの操作後に油圧アクチュエータの速度が振動する場合（例えば図９（ａ））があった。

このような油圧アクチュエータの速度の振動は、建設機械の操作性の悪化及び異音等を引き起こす原因となる。また、建設機械は慣性力が大きいため、発生した速度の振動が減衰しにくい場合がある。

特許文献１には、油圧シリンダ等の流体作動機器において、ハンチング（油圧回路に供給される流体の流量が安定せず、振動的になる状態）を抑制するために、圧力振動成分（変動成分）を負帰還する技術を開示している。

特開２００８−６５４２３号公報

しかしながら、特許文献１にはハンチングを低減する技術が開示されているが、建設機械の操作時に発生する油圧アクチュエータの速度の振動を抑制する技術が開示されていない。また、特許文献１に開示されている技術を用いて油圧アクチュエータの振動を抑制する場合には、バンドパスフィルタを用いて所定の周波数の範囲の圧力変動成分を負帰還しているため、負帰還量に位相のずれが発生する（例えば図５（ａ）乃至図５（ｄ））において、位相が約４５°進む）場合があった。

本発明は、このような事情の下に為され、建設機械の操作時に発生する油圧アクチュエータの速度の振動を抑制するために、油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出し、検出した圧力の変動成分を算出し、算出した変動成分に基づいて吐出流量を制御することができる建設機械の制御装置及びその制御方法を提供することを課題とする。

本発明の一の態様によれば、速度指令値に基づいて油圧ポンプの吐出流量を制御することによって、油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の制御装置であって、前記油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出する検出手段と、検出した前記圧力の変動成分を算出する第１の算出手段と、算出した前記変動成分に基づいて、前記圧油の吐出流量を補正する流量補正値を算出する第２の算出手段とを有し、前記第１の算出手段は、ハイパスフィルタを用いて、所定の周波数以上の周波数の前記変動成分を算出し、前記ハイパスフィルタの伝達関数はｓＴ／（ｓＴ＋１）であり、ここで、ｓはラプラス変数であり、Ｔは時定数であり、前記所定の周波数は、前記建設機械の固有振動数の略１／１５とする、ことを特徴とする建設機械の制御装置が提供される。また、前記第２の算出手段が算出した前記流量補正値を用いて、前記油圧ポンプの吐出流量を制御することを特徴とする、建設機械の制御装置が提供される。

また、本発明の他の態様によれば、油圧ポンプの吐出流量を制御することによって、油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の制御方法であって、速度指令値に基づいて、前記吐出流量を制御する圧油供給ステップと、前記油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出する圧力検出ステップと、検出した前記圧力の変動成分を算出する変動成分算出ステップと、算出した前記変動成分に基づいて、前記吐出流量を補正する流量補正値を算出する流量補正値算出ステップと、算出した前記流量補正値を用いて、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する流量補正ステップとを含み、前記変動成分算出ステップは、ハイパスフィルタを用いて、所定の周波数以上の周波数の前記変動成分を算出し、前記ハイパスフィルタの伝達関数はｓＴ／（ｓＴ＋１）であり、ここで、ｓはラプラス変数であり、Ｔは時定数であり、前記所定の周波数は、前記建設機械の固有振動数の略１／１５である、ことを特徴とする建設機械の制御方法が提供される。

本発明の建設機械の制御装置又はその制御方法によれば、油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出し、検出した圧力の変動成分を算出し、算出した変動成分に基づいて吐出流量を制御することができる。

本発明の実施形態に係る建設機械の一例を示す概略外観図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の油圧回路の一例を説明する油圧回路図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の一例を説明するブロック線図である。 本発明の実施形態に係る制御装置のハイパスフィルタの一例を説明するボード線図である。 バンドパスフィルタの例を説明するボード線図である。 本発明の実施例に係る建設機械の制振制御の動作の一例を説明するフローチャート図である。 本発明の実施例に係る建設機械の制振制御の動作の一例を説明する説明図である。 制振制御のその他の例を説明する説明図である。 制振制御を実施しない場合の建設機械の動作の一例を説明する説明図である。

添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。

以後に、本発明の実施形態に係る制御装置１０を備える建設機械１００を用いて、本発明を説明する。なお、本発明は、本実施形態以外でも、油圧ポンプから吐出された圧油の圧力を検出する建設機械の制御装置であって、検出した検出結果（圧力変動成分）に基づいて、油圧アクチュエータの速度の振動を抑制（低減）するものであれば、いずれのものにも用いることができる。

ここで、本発明を用いることができる建設機械には、ブルドーザ、ホイールローダ、ダンプトラック及び油圧ショベル等が含まれる。

（建設機械の構成）
本発明を用いることができる建設機械１００の概略構成を、図１を用いて説明する。ここで、建設機械とは、油圧ポンプから吐出される作動油（圧油）を用いて、油圧アクチュエータの動作を制御する機械である。

図１に示すように、建設機械１００は、本実施形態では、複数の油圧アクチュエータとして、上部旋回体２０Ｕｐに基端部を軸支されたブーム２１と、ブーム２１の先端に軸支されたアーム２２と、アーム２２の先端に軸支されたバケット２３とを備える。

また、建設機械１００は、ブーム２１と上部旋回体２０Ｕｐとの間隙にブームシリンダ２１ｃを配置されている。ここで、ブームシリンダ２１ｃとは、供給された作動油によって長手方向に伸縮され、その伸縮によってブーム２１を上下方向に駆動させるものである。また、ブームシリンダ２１ｃは、オペレータ（作業者）の操作レバーの操作量（及び操作方向）に応じて制御されるブーム用方向制御弁（不図示）によって、供給される作動油を制御される。この結果、ブーム２１は、オペレータによって、その動作を制御される。

更に、建設機械１００は、ブーム２１とアーム２２との間隙にアームシリンダ２２ｃを配置され、アーム２２とバケット２３との間隙にバケットシリンダ２３ｃを配置されている。建設機械１００は、同様に、アームシリンダ２２ｃ及びバケットシリンダ２３ｃを用いて、アーム２２及びバケット２３を夫々駆動する。また、アームシリンダ２２ｃ及びバケットシリンダ２３ｃは、アーム用方向制御弁（不図示）及びバケット用方向制御弁（不図示）によって、その動作を制御される。

一方、本発明を用いることができる建設機械１００は、本実施形態では、建設機械１００の各構成の動作を制御する制御装置１０（後述）と、油圧ポンプから油圧アクチュエータに作動油（圧油）を供給する油路を含む油圧回路（後述）とを更に備える。

以下に、本発明に係る制御装置１０及び油圧回路を具体的に説明する。
（建設機械の制御装置）
図２を用いて、本発明の実施形態に係る制御装置１０を説明する。

なお、本発明を適用することができる建設機械の制御装置は、以下に説明するものに限定されるものではない。すなわち、建設機械の動作を制御することができるものであれば、いずれのもの（装置、手段など）も用いることができる。また、図２は、複数の油圧アクチュエータ（図１のブーム２１等）を便宜的に１つの油圧モータＭｔとして、省略して記載している。

本発明の実施形態に係る制御装置１０は、建設機械１００の各構成に動作を指示し、各構成の動作を制御する装置である。また、制御装置１０は、オペレータが入力した操作レバーＬｖの操作量に対応する油圧アクチュエータ（油圧モータＭｔ）の速度指令値（角速度指令値）Ｗｒに基づいて流量指令値Ｑｒを算出し、算出した流量指令値Ｑｒに基づいて油圧ポンプＰの吐出流量Ｑｐを制御する。これによって、制御装置１０は、制御された吐出流量Ｑｐの作動油を油圧アクチュエータに供給し、油圧アクチュエータの動作（油圧モータＭｔの角速度）を制御することができる。なお、制御装置１０が油圧アクチュエータの動作を制御する方法の詳細は、後述する（建設機械の油圧回路）及び（制振制御の動作）で説明する。

制御装置１０は、本実施形態では、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びメモリ等を含む演算処理装置（以下、本実施形態では「コントローラ１０Ｃ」という。）で構成することができる。また、制御装置１０（コントローラ１０Ｃ）は、本実施形態では、油圧ポンプＰから吐出される圧油の圧力Ｐａを検出する検出手段１０Ｓと、検出した圧力Ｐａの変動成分ΔＰを算出する第１の算出手段１０Ｃａと、算出した変動成分ΔＰに基づいて流量補正値ΔＱを算出する第２の算出手段１０Ｃｂと、を更に有する。

本実施形態に係るコントローラ１０Ｃの検出手段１０Ｓは、油圧ポンプＰから吐出される圧油の圧力Ｐａを検出する手段である。具体的には、検出手段１０Ｓは、図２に示すように、油圧回路のセンタ油路ＲＣに配置された圧力センサＳｐ１を用いて、油圧ポンプＰの吐出圧Ｐｐ（圧力Ｐａ）を検出する。なお、検出手段１０Ｓは、油圧モータＭｔに作動油を供給する油路に配置された圧力センサＳｐ２を用いて、油圧モータＭｔに供給される作動油（圧油）の圧力Ｐｍ（圧力Ｐａ）を検出してもよい。

本実施形態に係るコントローラ１０Ｃの第１の算出手段１０Ｃａは、ハイパスフィルタを用いて、検出手段１０Ｓが検出した圧力Ｐａの変動成分ΔＰを算出（抽出）する手段である。具体的には、第１の算出手段１０Ｃａは、所定の周波数（カットオフ周波数）ｆ１以上の周波数の圧力の変動成分ΔＰを抽出するハイパスフィルタＨＰＦ（例えば図４）を用いて、検出手段１０Ｓが検出した吐出圧Ｐｐ（又は作動油の圧力Ｐｍ）から、変動成分ΔＰを算出する。

ここで、所定の周波数ｆ１は、建設機械の固有振動数ｆｎ以下の周波数であることが好ましい。また、所定の周波数ｆ１は、建設機械の固有振動数ｆｎの略１／１５の周波数であることが更に好ましい。

ハイパスフィルタＨＰＦは、本実施形態では、次式の伝達関数Ｈ（ｓ）で表すことができる。

（数１）
Ｈ（ｓ）＝ｓＴ／（ｓＴ＋１）
ここで、ｓは、ラプラス変数である。Ｔは、建設機械の時定数である。

第１の算出手段１０Ｃａは、例えば時定数ＴをＴ＝１／（２πｆ１）とし、固有振動数ｆｎをｆｎ＝１／（２πＴ）とすることができる。また、第１の算出手段１０Ｃａは、例えば建設機械の固有振動数ｆｎをｆｎ＝３（Ｈｚ）とし、カットオフ周波数（所定の周波数）ｆ１をｆ１＝０．２（Ｈｚ）とすることができる。

なお、第１の算出手段１０Ｃａは、本実施形態では、ハイパスフィルタＨＰＦを制御プログラムの一部としてコントローラ１０Ｃ（制御装置１０）に組み込み、ソフトウェアとして構成されている。しかしながら、本発明に用いることができるハイパスフィルタＨＰＦは、電気回路からなる外部ハイパスフィルタ（フィルタ装置）を用いて、ハードウェアとして構成してもよい。

本発明の実施形態に係るコントローラ１０Ｃ（制御装置１０）は、第１の算出手段１０Ｃａ（ハイパスフィルタＨＰＦ）を用いて、圧力Ｐａ（Ｐｐ又はＰｍ）から直流成分（油圧アクチュエータの保持圧）を除去した値である変動成分ΔＰを算出する。ここで、算出された変動成分ΔＰは、油圧モータＭｔの回転動作の加速度（角加速度）に依存する成分である。すなわち、コントローラ１０Ｃは、油圧モータＭｔの加速度を直接検出する代わりに、ハイパスフィルタＨＰＦを用いて変動成分ΔＰを算出（抽出）することにより、油圧モータＭｔの速度の振動の原因である加速度を検出することができる。

本実施形態に係るコントローラ１０Ｃの第２の算出手段１０Ｃｂは、油圧ポンプＰの吐出流量Ｑｐを補正する流量補正値ΔＱを算出する手段である。具体的には、第２の算出手段１０Ｃｂは、本実施形態では、第１の算出手段１０Ｃａが算出した変動成分ΔＰに所定のゲインＫｐを乗算し、油圧ポンプＰの吐出流量Ｑｐ（流量指令値Ｑｒ）にフィードバックする流量補正値ΔＱを算出する。

ここで、所定のゲインＫｐとは、建設機械（油圧ポンプ）の仕様又は動作状態に対応するゲインとすることができる。また、所定のゲインＫｐを、実験及び数値計算等により予め定められるゲインとすることができる。更に、コントローラ１０Ｃは、建設機械１００の動作状態に対応したゲインＫｐのマップを予めメモリ等に記憶してもよい。これにより、コントローラ１０Ｃ（第２の算出手段１０Ｃｂ）は、この制御マップを参照して、変動成分ΔＰに対応する流量補正値ΔＱを選択（算出）してもよい。

（建設機械の油圧回路）
本実施形態に係る建設機械１００に適用することができる油圧回路（及びコントローラ１０Ｃの動作）を、図２を用いて説明する。ここで、図２に記載した実線は、油路（メイン油圧回路）を示す。破線は、リモコン回路を示す。二重線は、機械動力系を示す。／／を付加している実線は、電気制御系を示す。

なお、本発明を適用することができる建設機械の油圧回路は、図２に示す１個の油圧ポンプを備えるものに限定されるものではない。すなわち、２個以上の油圧ポンプを備える建設機械に本発明を用いてもよい。また、本発明を用いることができる建設機械の油圧ポンプの制御方式は、図２に示す制御方式に限定されるものではない。すなわち、本発明は、ネガコン方式、ポジコン方式、ロードセンシング方式及びその他制御方式の建設機械に適用することが可能である。

図２に示すように、本実施形態に係る油圧回路は、動力源（原動機、エンジン、モータなど）Ｅｎｇの出力軸に機械的に接続された油圧ポンプＰと、油圧ポンプＰの吐出流量Ｑｐを制御するレギュレータＲと、油圧ポンプＰから吐出した圧油を供給されるセンタ油路（センターバイパスライン）ＲＣと、油圧アクチュエータ（油圧モータＭｔ）を制御する方向制御弁（コントロールバルブ）Ｖｃとを備える。また、本実施形態に係る油圧回路は、リモコン回路ＲＭにおいて、操作レバーＬｖの操作量に応じたリモコン圧（操作パイロット圧）を生成するリモコン弁Ｖｒと、リモコン弁Ｖｒに圧油を供給するギアポンプ（パイロットポンプ）Ｐｇとを備える。更に、本実施形態に係る油圧回路は、検出手段１０Ｓとして、センタ油路ＲＣに圧力センサＳｐ１を接続されている。なお、油圧回路は、検出手段１０Ｓとして、油圧モータＭｔに作動油を供給する油路（油圧モータＭｔが正回転及び逆回転する場合の夫々の上流側）に、圧力センサＳｐ２を夫々接続してもよい。

コントローラ１０Ｃ（制御手段１０）は、本実施形態では、オペレータが入力した操作レバーＬｖの操作量などに基づいて、レギュレータＲを制御する。また、コントローラ１０Ｃは、操作レバーＬｖの操作量などに応じてレギュレータＲを制御することによって、油圧ポンプＰの吐出流量Ｑｐ（出力）を変更することができる。

また、コントローラ１０Ｃは、操作レバーＬｖの操作量に基づいて算出される電気信号をリモコン弁Ｖｒの制御ポートに入力する。このとき、リモコン弁Ｖｒは、入力された電気信号に基づいて、リモコン弁Ｖｒの一次側（入力ポート）に入力されるギアポンプＰｇの吐出圧を制御する。これにより、コントローラ１０Ｃは、リモコン弁Ｖｒの二次側（出力ポート）に接続された方向制御弁Ｖｃのパイロットポートに出力するリモコン圧を制御することができる。

更に、コントローラ１０Ｃは、方向制御弁Ｖｃに出力するリモコン圧を制御することにより、方向制御弁Ｖｃのスプール（流量制御スプール）の開口面積を制御する。これにより、コントローラ１０Ｃは、方向制御弁Ｖｃによって作動油を供給される油圧モータＭｔの動作を制御することができる。

すなわち、建設機械１００（コントローラ１０Ｃ）は、本実施形態では、操作レバーＬｖの操作量などに応じてレギュレータＲを制御することによって、油圧ポンプＰの出力（吐出流量Ｑｐ）を変更するとともに、操作レバーＬｖの操作量に対応するリモコン圧を生成し、生成したリモコン圧を用いて方向制御弁Ｖｃを制御することにより、油圧アクチュエータ（図１のブーム２１等）に供給する作動油を制御する。これにより、建設機械１００は、油圧アクチュエータの動作を制御し、所望の作業を実施することができる。

（制振制御の動作）
本発明の実施形態に係る建設機械１００のコントローラ１０Ｃ（制御装置１０）が、油圧アクチュエータの速度の振動を制御（低減）する動作を、図３及び図４を用いて説明する。ここで、図３（ａ）は、本実施形態に係るコントローラ１０Ｃの制御において、入力を速度指令値Ｗｒとし、出力を油圧モータＭｔの角速度Ｗｍとし、圧力の変動成分ΔＰをフィードバックするオープンループ制御のブロック線図の一例である。図３（ｂ）は、入力を速度指令値Ｗｒとし、出力を油圧モータＭｔの角速度Ｗｍとし、出力した角速度Ｗｍを検出してフィードバックするクローズドループ制御のブロック線図の例である。

なお、本発明を適用することができるブロック線図は、図３（ａ）に示すものに限定されるものではない。また、図３（ａ）のブロック線図は、油圧モータＭｔについて記しているが、油圧モータＭｔ以外の油圧アクチュエータ（図１のブーム２１等）についても同様に記すことができる。

図３（ａ）に示すように、本実施形態に係るコントローラ１０Ｃは、速度指令値Ｗｒが入力された場合に、速度指令値Ｗｒに基づいて駆動される油圧アクチュエータ（油圧モータＭｔ）の速度（角速度Ｗｍ）の振動を制御（低減）する。

具体的には、コントローラ１０Ｃは、本実施形態では、図３（ａ）のブロックＢ３０１において、入力された速度指令値Ｗｒを用いて、流量指令値Ｑｒを算出する。ここで、コントローラ１０Ｃは、本実施形態では、油圧モータＭｔの漏れを無視すると、次式を用いて、油圧モータＭｔを角速度（速度指令値）Ｗｒで回転させるために必要な流量指令値Ｑｒを算出することができる。

（数２）
Ｑｒ＝Ｄ／（２π）×Ｗｒ
ここで、Ｄは、油圧モータＭｔの押しのけ容積である。

コントローラ１０Ｃは、流量指令値Ｑｒを油圧ポンプＰ（図２）に入力する流量指令とする。このとき、油圧ポンプＰは、油圧モータＭｔへの作動油（圧油）の入力流量をＱｉｎとする。

また、油圧モータＭｔが角速度Ｗｍで回転している場合において、油圧モータＭｔから流出する流量Ｑｍは、次式となる。

（数３）
Ｑｍ＝Ｄ／（２π）×Ｗｍ
次に、コントローラ１０Ｃは、ブロックＢ３０２において、レギュレータＲ等（図２）を用いて、圧油（作動油）を油圧ポンプＰから吐出する。このとき、油圧ポンプＰは、吐出圧Ｐｐ（Ｐａ）で圧油を吐出する。なお、本実施形態では、コントローラ１０Ｃは、検出手段１０Ｓ（図２のＳｐ１又はＳｐ２）を用いて、圧油の圧力Ｐａ（Ｐｐ又はＰｍ）を検出することができる。

このとき、作動油（圧油）を供給された油圧モータＭｔのトルクＴｍは、油圧モータＭｔの入口圧をＰｐとし、油圧モータＭｔの出口圧を大気圧とすると、次式となる。

（数４）
Ｔｍ＝Ｄ／（２π）×Ｐｐ
次いで、コントローラ１０Ｃは、ブロックＢ３０３において、油圧ポンプＰから吐出された作動油（圧油）を用いて、油圧モータＭｔを駆動する。このとき、油圧モータＭｔの圧縮容積（入口管路内の容積も含む）Ｖｍは、圧縮性の式から、次式で表すことができる。

（数５）
Ｐｐ×ｓ=Ｂｍ×Ｖｍ×（Ｑｉｎ−Ｑｍ−Ｑｌ）
ここで、Ｑｉｎは、油圧モータＭｔの流入流量である。Ｑｍは、油圧モータＭｔの流出流量である。Ｑｌは、油圧モータＭｔの漏れ流量である。Ｂｍは、作動油（圧油）の圧縮率（１／Ｋ）である。Ｋは、作動油の体積弾性係数である。ｓは、ラプラス演算子である。

また、油圧モータＭｔの漏れ流量Ｑｌは、油圧モータＭｔの漏れ係数をＬｍとすると、次式で表すことができる。

（数６）
Ｑｌ＝Ｌｍ×Ｐｐ
更に、油圧モータＭｔの運動方程式は、次式で表すことができる。

（数７）
Ｊｍ×Ｗｍ×ｓ＋Ｃｍ×Ｗｍ＝Ｔｍ
ここで、Ｊｍは、油圧モータＭｔの慣性モーメント（負荷含む）である。Ｃｍは、油圧モータＭｔの粘性抵抗係数である。

本発明の実施形態に係る建設機械１００のコントローラ１０Ｃ（制御装置１０）は、ブロックＢ３０４において、油圧ポンプＰが吐出した圧油の圧力Ｐｐを検出し、検出した圧力Ｐｐに基づいて、圧力の変動成分ΔＰを算出することができる。具体的には、コントローラ１０Ｃは、第１の算出手段１０Ｃａ（図４のハイパスフィルタＨＰＦ）を用いて、検出した圧力Ｐｐから直流成分を除去した値である変動成分（高周波成分）ΔＰを算出する。なお、第１の算出手段１０Ｃａは、例えば、コントローラ１０Ｃに予め組み込まれたハイパスフィルタＨＰＦの演算式ΔＰ＝ＨＰＦ（Ｐｐ）を用いて、検出した圧力Ｐｐから変動成分ΔＰを算出してもよい。

次いで、コントローラ１０Ｃは、ブロックＢ３０５において、第２の算出手段１０Ｃｂを用いて、算出した変動成分ΔＰ（ブロックＢ３０４）に対応する流量補正値ΔＱを更に算出することができる。なお、第２の算出手段１０Ｃｂは、圧力の変動成分ΔＰに適当なゲインを乗算して、流量補正値ΔＱを算出してもよい。また、第２の算出手段１０Ｃｂは、変動成分ΔＰの逆位相成分に対応する流量補正値ΔＱを算出してもよい。

その後、コントローラ１０Ｃは、算出した流量補正値ΔＱ（ブロックＢ３０５）をフィードバック値として、流量指令値Ｑｒを補正することができる。

一方、図３（ｂ）に示すように、油圧モータＭｔの角速度Ｗｍを検出してフィードバックするクローズドループ制御Ｌｃでは、油圧アクチュエータの速度（又は位置）を検出する速度検出手段（又は位置検出手段）を必要とする。また、図３（ｂ）に示す制御では、２つのフィードバックループ（図中のＬｏ及びＬｃ）を必要とする。

このため、図３（ｂ）に示す制御では、建設機械（制御装置）の構造が複雑になり、本発明の実施形態に係る建設機械１００のコントローラ１０Ｃ（図３（ａ））の制御と比較して、建設機械の製造コストが増加する。また、図３（ｂ）に示す制御では、本実施形態に係るコントローラ１０Ｃの制御と比較して、制御に要する時間が長くなる場合がある。

なお、図５に示すボード線図は、バンドパスフィルタの例である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、バンドパスフィルタのカットオフ周波数の低周波数側の周波数を建設機械の固有振動数よりやや大きく設定し、カットオフ周波数の高周波数側の周波数を低周波数側の周波数の５倍の値に設定した場合である。また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、バンドパスフィルタのカットオフ周波数の低周波数側の周波数を建設機械の固有振動数よりやや大きく設定し、カットオフ周波数の高周波数側の周波数を低周波数側の周波数の２０倍の値に設定した場合である。

例えば、図５（ａ）乃至図５（ｄ）に示すバンドパスフィルタＢＰＦは、建設機械の固有振動数０．８（ｒａｄ／ｓ）とし、低周波数側のカットオフ周波数を１（ｒａｄ／ｓ）とした場合である。このとき、バンドパスフィルタＢＰＦの伝達関数Ｈ５（ｓ）及びＨ２０（ｓ）は、次式で表すことができる。

（数８）
Ｈ５（ｓ）＝ｓ／（（ｓ＋１）×（ｓ＋５））
（数９）
Ｈ２０（ｓ）＝ｓ／（（ｓ＋１）×（ｓ＋２０））
ここで、Ｈ５（ｓ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）のバンドパスフィルタの伝達関数である。Ｈ２０（ｓ）は、図５（ｃ）及び図５（ｄ）のバンドパスフィルタの伝達関数である。

図５（ａ）乃至図５（ｄ）に示すように、このバンドパスフィルタを用いて圧力の変動成分を算出（抽出）すると、算出される変動成分は約４５（ｄｅｇ）の位相進みが発生する。このため、このバンドパスフィルタを用いて算出した変動成分に基づいて流量補正値を算出する場合に、油圧アクチュエータの速度の振動を制御するための適切な流量補正値を算出できない場合がある。

以上により、本発明の実施形態に係る建設機械１００の制御装置１０（コントローラ１０Ｃ）によれば、油圧ポンプが吐出した圧油の圧力Ｐｐを検出し、ハイパスフィルタＨＰＦを用いて検出した圧力Ｐｐ（Ｐａ）から変動成分ΔＰを算出することができるので、算出した変動成分ΔＰに基づいて流量指令値Ｑｒを補正することができる。

また、本実施形態に係る制御装置１０によれば、建設機械１００の操作時に油圧アクチュエータの速度の振動が発生した場合に、流量指令値Ｑｒを補正することによって、油圧アクチュエータの速度の振動を抑制（低減）することができる。

更に、本実施形態に係る制御装置１０によれば、出力した角速度Ｗｍを検出してフィードバックするクローズドループ制御と比較して、油圧アクチュエータの速度（又は位置）を検出する速度検出手段（又は位置検出手段）を必要とせず、２つのフィードバックループ（例えば図３（ｂ）のＬｏ及びＬｃ）を必要としないため、建設機械の装置の小型化及び低コスト化、並びに、フィードバック制御の応答性について有利な効果を有する。

実施形態に係る制御装置１０を備える建設機械の実施例を用いて、本発明を説明する。

（建設機械の構成）、（建設機械の制御装置）及び（建設機械の油圧回路）
本実施例に係る建設機械１００Ｅの構成、制御装置及び油圧回路を、図１乃至図４に示す。本実施例に係る建設機械１００Ｅの構成等は、実施形態の建設機械１００の構成等と基本的に同様のため、説明を省略する。

（制振制御の動作）
本発明の実施例に係る建設機械１００Ｅの制御装置１０が、油圧アクチュエータの速度の振動を制御（低減）する動作を、図６及び図７を用いて説明する。図６は、本実施例に係る制御装置１０の動作を説明するフローチャートを示す。図７（ａ）は、本実施例に係る制御装置１０において、操作レバーＬｖの操作量（入力値）に対応する速度指令値Ｗｒと、油圧アクチュエータ（油圧モータＭｔ）の速度（実際の角速度）Ｗｍの値（出力値）を示す。図７（ｂ）は、速度指令値Ｗｒに基づいて算出される流量指令値Ｑｒに応じて、油圧ポンプＰから吐出される吐出流量Ｑｐを示す。図７（ｃ）は、油圧ポンプＰから吐出される圧油の吐出圧Ｐｐを示す。

図６に示すように、本発明の実施例に係る建設機械１００Ｅの制御装置１０（例えば図２のコントローラ１０Ｃ）は、ステップＳ６０１において、先ず、オペレータによって操作レバーＬｖ（図２）から操作量（及び操作方向）を入力される。

その後、制御装置１０は、ステップＳ６０２に進む。

次に、ステップＳ６０２において、制御装置１０は、入力された操作量に対応する速度指令値Ｗｒを算出する。また、制御装置１０は、算出された速度指令値Ｗｒに基づいて、流量指令値Ｑｒ（例えば図３のブロックＢ３０１）を算出する。

その後、制御装置１０は、ステップＳ６０３に進む。

ステップＳ６０３において、制御装置１０は、圧油供給ステップとして、算出された流量指令値Ｑｒに基づいて、油圧ポンプＰ等を用いて、圧油を吐出する（例えば図３のブロックＢ３０２）。

その後、制御装置１０は、ステップＳ６０４に進む。

ステップＳ６０４において、制御装置１０は、圧力検出ステップとして、検出手段１０Ｓ（図２のＳｐ１又はＳｐ２）を用いて、吐出された圧油の圧力Ｐａ（Ｐｐ又はＰｍ）を検出する。検出手段１０Ｓは、例えば図７（ｃ）の圧力Ｐｐを検出することができる。

その後、制御装置１０は、ステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５において、制御装置１０は、変動成分算出ステップとして、第１の算出手段１０Ｃａを用いて、検出した圧油の圧力Ｐａの変動成分ΔＰを算出する（例えば図３のブロックＢ３０４）。

その後、制御装置１０は、ステップＳ６０６に進む。

ステップＳ６０６において、制御装置１０は、算出した変動成分ΔＰに基づいて、建設機械１００Ｅの油圧アクチュエータ（例えば図２の油圧モータＭｔ）の速度が振動しているか否かを判断する。

油圧アクチュエータ（油圧モータＭｔ）の速度が振動している場合には、制御装置１０は、ステップＳ６０７に進む。それ以外の場合には、制御装置１０は、図中のＥＮＤに進み、油圧アクチュエータの速度の振動を制御する動作を終了する。

ここで、制御装置１０は、変動成分ΔＰの絶対値が所定の値以上のときに、油圧アクチュエータの速度が振動していると判断してもよい。なお、所定の値とは、建設機械１００Ｅの仕様又は動作状態に対応する値とすることができる。また、所定の値を、実験及び数値計算等により予め定められる値とすることができる。更に、制御装置１０は、建設機械１００Ｅの動作状態に対応した値のマップを予めメモリ等に記憶してもよい。

次に、ステップＳ６０７において、制御装置１０は、流量補正値算出ステップとして、第２の算出手段１０Ｃｂを用いて、算出した変動成分ΔＰに基づいて、流量補正値ΔＱを算出する（例えば図３のブロックＢ３０５）。

その後、制御装置１０は、ステップＳ６０８に進む。

ステップＳ６０８において、制御装置１０は、流量補正ステップとして、算出した流量補正値ΔＱをフィードバックして、流量指令値Ｑｒを補正する。制御手段１０は、例えば図７（ｂ）の油圧ポンプの吐出流量Ｑｐに対応する流量指令値Ｑｒに補正することができる。

その後、制御装置１０は、ステップＳ６０３に戻る。

本発明の実施例に係る建設機械１００Ｅの制御手段１０は、以上のステップＳ６０３〜ステップＳ６０８の動作を繰り返すことによって、油圧アクチュエータの速度の振動が減衰するまで、算出した流量補正値ΔＱをフィードバックして、流量指令値Ｑｒを補正することができる。制御手段１０は、例えば図７（ａ）に示すように、油圧モータの角速度Ｗｍが速度指令値Ｗｒに漸近するまで、ステップＳ６０３〜ステップＳ６０８の動作を繰り返すことによって、流量補正値ΔＱをフィードバックして、流量指令値Ｑｒを補正することができる。すなわち、本発明の実施例に係る建設機械１００Ｅの制御装置１０によれば、検出した圧力変動ΔＰを用いて算出した流量補正値ΔＱをフィードバックして吐出流量Ｑｐを補正（図７（ｂ））することによって、圧油の圧力変動（図７（ｃ））を次第に小さくし、油圧アクチュエータに発生した振動（図７（ａ））を徐々に小さくすることができる。

以上により、本発明の実施例に係る建設機械１００Ｅの制御装置１０によれば、実施形態に係る建設機械１００の制御装置１０と同様の効果を得ることができる。

なお、圧油の圧力Ｐａをフィードバックして油圧アクチュエータの振動を抑制する場合を、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す。この場合、図８（ａ）に示すように、油圧アクチュエータの実際の速度Ｗｍが速度指令値Ｗｒに対してオフセットされる。このため、圧油の圧力Ｐａをフィードバックする場合には、所望の速度で油圧アクチュエータを制御できない場合がある。

また、出力した角速度Ｗｍを検出してフィードバックするクローズドループ制御（例えば図３（ｂ））する場合を、図８（ｄ）〜図８（ｆ）に示す。この場合、図８（ｄ）に示すように、油圧アクチュエータの速度の振動を低減することができる。しかしながら、前述したように、油圧アクチュエータの速度（又は位置）を検出する速度検出手段（又は位置検出手段）を必要とする。また、２つのフィードバックループを必要とする。このため、クローズドループ制御では、建設機械（制御装置）の構造が複雑になり、本発明の実施例に係る制御装置１０（オープンループ制御）と比較して、建設機械の製造コストが増加する。

更に、制振制御を実施しない場合の建設機械の動作の例を、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す。図９（ａ）に示すように、油圧モータＭｔの角速度Ｗｍは、速度指令値Ｗｒに対して振動する。このため、所望の速度で油圧モータＭｔ（油圧アクチュエータ）を制御できない場合がある。これにより、建設機械は、油圧アクチュエータの速度の振動によって、操作性の悪化及び異音等を引き起こす場合がある。

具体的には、建設機械において、一定速度で油圧モータＭｔの動作を行っている状態から、操作レバーＬｖの操作量に応じてその速度を変化させた場合に、操作レバーＬｖの操作量に対応する速度指令値Ｗｒは変化する。しかしながら、一定の速度（及び吐出流量Ｑｐ（図９（ｂ））、吐出圧Ｐｐ（図９（ｃ）））で動作中であった油圧モータＭｔは、慣性（及び圧油の圧縮性）によって、速度指令値Ｗｒに対応して速度を変化することができない。このため、建設機械の油圧モータＭｔは、振動する（図９（ａ）の角速度Ｗｍ）。

すなわち、制振制御を実施しない場合の建設機械では、図９（ａ）に示すように、油圧モータＭｔの実際の速度（角速度Ｗｍ）が目標値（速度指令値Ｗｒ）に達しないときに、吐出圧力Ｐｐ（図９（ｃ））が増加する。次いで、油圧回路の圧油の弾性力により、油圧モータＭｔの角速度Ｗｍを増加させる。このとき、油圧モータＭｔの実際の速度（角速度Ｗｍ）が目標値（速度指令値Ｗｒ）を超えたときに、吐出圧力Ｐｐ（図９（ｃ））が減少する。その後、同様に、圧油のバネ作用で、油圧モータＭｔの角速度Ｗｍを減少させる。更に、以上の動作が繰り返され、油圧モータＭｔの角速度Ｗｍに振動が発生する。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されるものではない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。

１００，１００Ｅ：建設機械
１０ ： 制御装置
１０Ｃ ： コントローラ
１０Ｃａ： 第１の算出手段
１０Ｃｂ： 第２の算出手段
１０Ｓ ： 検出手段
Ｓｐ１，Ｓｐ２：圧力センサ
２０ ： 油圧アクチュエータ
２１ ： ブーム
２１ｃ ： ブームシリンダ
２２ ： アーム
２２ｃ ： アームシリンダ
２３ ： バケット
２３ｃ ： バケットシリンダ
Ｍｔ ： 油圧モータ
Ｐ ： 油圧ポンプ
Ｐｇ ： ギアポンプ
Ｅｎｇ ： 動力源（エンジンなど）
Ｌｖ ： 操作レバー
Ｒ ： レギュレータ
Ｖｒ ： リモコン弁
Ｖｃ ： 方向制御弁
ＲＣ ： センタ油路
ＲＭ ： リモコン回路
Ｔｎｋ ： 作動油タンク
ＨＰＦ ： ハイパスフィルタ
ＢＰＦ ： バンドパスフィルタ
ｓ ： ラプラス変数
Ｔ ： 時定数
Ｇａｉｎ： ゲイン（振幅）
Ｐｈａｓｅ： 位相
ｆ１ ： カットオフ周波数（所定の周波数）
Ｗｒ ： 速度指令値（油圧モータの角速度指令値）
Ｗｍ ： 速度（油圧モータの角速度）
ΔＷ ： 速度補正値（油圧モータの角速度補正値）
Ｑｒ ： 流量指令値
Ｑｐ ： 油圧ポンプの吐出流量
ΔＱ ： 流量補正値
Ｐａ ： 圧力
Ｐｐ ： 油圧ポンプの吐出圧（油圧モータＭｔの入口圧）
ΔＰ ： 圧力の変動成分
ｆｎ ： 建設機械の固有振動数

Claims (3)

1. 速度指令値に基づいて油圧ポンプの吐出流量を制御することによって、油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の制御装置であって、
   前記油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出する検出手段と、
   検出した前記圧力の変動成分を算出する第１の算出手段と、
   算出した前記変動成分に基づいて、前記圧油の吐出流量を補正する流量補正値を算出する第２の算出手段と
   を有し、
   前記第１の算出手段は、ハイパスフィルタを用いて、所定の周波数以上の周波数の前記変動成分を算出し、
   前記ハイパスフィルタの伝達関数はｓＴ／（ｓＴ＋１）であり、ここで、ｓはラプラス変数であり、Ｔは時定数であり、
   前記所定の周波数は、前記建設機械の固有振動数の略１／１５とする、
   ことを特徴とする建設機械の制御装置。
2. 前記第２の算出手段が算出した前記流量補正値を用いて、前記油圧ポンプの吐出流量を制御することを特徴とする、請求項１に記載の建設機械の制御装置。
3. 油圧ポンプの吐出流量を制御することによって、油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の制御方法であって、
   速度指令値に基づいて、前記吐出流量を制御する圧油供給ステップと、
   前記油圧ポンプから吐出される圧油の圧力を検出する圧力検出ステップと、
   検出した前記圧力の変動成分を算出する変動成分算出ステップと、
   算出した前記変動成分に基づいて、前記吐出流量を補正する流量補正値を算出する流量補正値算出ステップと、
   算出した前記流量補正値を用いて、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する流量補正ステップと
   を含み、
   前記変動成分算出ステップは、ハイパスフィルタを用いて、所定の周波数以上の周波数の前記変動成分を算出し、
   前記ハイパスフィルタの伝達関数はｓＴ／（ｓＴ＋１）であり、ここで、ｓはラプラス変数であり、Ｔは時定数であり、
   前記所定の周波数は、前記建設機械の固有振動数の略１／１５である、
   ことを特徴とする建設機械の制御方法。

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