JP2802202B2 - 油圧ショベル用ポンプの出力制御装置 - Google Patents

油圧ショベル用ポンプの出力制御装置

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JP2802202B2 JP23464492A JP23464492A JP2802202B2 JP 2802202 B2 JP2802202 B2 JP 2802202B2 JP 23464492 A JP23464492 A JP 23464492A JP 23464492 A JP23464492 A JP 23464492A JP 2802202 B2 JP2802202 B2 JP 2802202B2
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雅之 田中
直行 守屋
和憲 吉野
眞 伊賀
伸行 小林
学 田村
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新キャタピラー三菱株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は油圧ショベル用ポンプの
出力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の油圧ショベル用ポンプでは、図7
に示すように出力(馬力)が一定になるように、一定馬
力線に従って、ポンプ流量を変更し、その馬力設定を電
子制御により増減していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の制御装置では、
コントローラにより図7の実線で示した馬力指令が出さ
れているときに、シリンダ伸び操作等のフロントの操作
を急に行なうと、図7中の(A)に示したような圧力変
動が生ずる。その結果、ポンプは一定馬力線に従がい図
7中の(B)に示すように流量を変更するため、これを
引き金として更に圧力変動が続くという悪循環を引き起
し、その結果ブーム,ステック,バケット等がハンチン
グを起こしていた。そしてこの圧力変動に対する流量変
動の応答性は油圧機器自身の応答性であるため、電子制
御することが不可能であった。本発明はこれらの問題を
解決するポンプの出力制御装置を提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係る油圧ショベ
ル用ポンプの出力制御装置はコントローラ2と、エンジ
ン回転数センサ4と、ポンプの斜板角アクチュエータ6
と、ポンプの吐出圧センサ7から成るポンプの出力制御
装置において、前記コントローラ2は演算手段21〜2
6とパワーマップ13とコンペンセータ14と数学モデ
ル(12)を具備し、
【0005】(a)ポンプの回転数(ARPM)と吐出
圧(Pu )と流量指令値(qu )から油圧ショベルが実
際に出している油圧出力PW−Hを算出して演算手段2
4と25に出力する演算手段23と、
【0006】(b)パワーマップ(13)に基づいてガ
バナレバーセット位置(GSET )およびパワーモード
(P−MODE)から目標の油圧出力PW−Eを算出し
て演算手段25に出力する手段と、
【0007】(c)演算手段23から入力した実際の油
圧出力(PW−H)から目標の油圧出力(PW−E)を
減じた出力差(△W)を算出して、コンペンセータ14
に出力する演算手段25と、(d)前記出力差(△W)
にコンペンセータ14の特性を乗じて流量補正値q2を
算出し、演算手段21に出力するコンペンセータ14
と、(e)ポンプに対する1回転当たりの要求流量(q
uo)からコンペンセータ14の出力q2 を減じた流量を
算出して演算手段22に出力する演算手段21と、
(f)演算手段21の出力に数学モデル12の特性を乗
じて、あるべき油圧出力(PW−I)を算出して演算手
段24に出力する数学モデル12と、
【0008】(g)演算手段23から入力した実際の油
圧出力(PW−H)より数学モデル12から入力したあ
るべき油圧出力(PW−I)を減じた出力差(DPW)
を算出する演算手段24と、(h)演算手段24から入
力した出力差(DPW)に乗数Kを乗じて流量補正値q
1 を算出して、演算手段22に出力する演算手段26
と、
【0009】(i)演算手段21から入力した流量指令
より演算手段26から入力した流量補正値q1 を減じる
ことにより、流量指令qu を算出して、ポンプの斜板角
アクチュエータ6に出力する演算手段22から成ること
を特徴とする。
【0010】
【作用】操作レバーの操作量から決まる1回転当たりの
要求流量に、ポンプ吐出圧、エンジン回転数を乗じて実
際の油圧出力PW−Hを決定する。エンジンのガバナレ
バーの設定位置(GSET )と、パワーモード(P−MO
DE)の選択結果により目標とする油圧出力PW−Eを
決定する。
【0011】油圧ショベルが実際に出している油圧出力
PW−Hと数学モデルM(S)から予想されるあるべき
油圧出力PW−Iとの差(DPW)に適当な係数Kを乗
じたものを流量補正値q1 とするとともに、実際の油圧
出力PW−Hと、目標の油圧出力PW−Eとの差(△
W)にコンペンセータC(S)の特性を乗じたものを流
量補正値q2 とし、ポンプ1台のときの最終的な流量指
令値qu としては、ポンプの要求流量(1回転当たり)
quoからq1 およびq2 を減じた値、すなわち qu =quo−q1 −q2 ポンプ2台のときの最終的な流量指令値qu 、qe とし
ては、ポンプの要求流量(1回転当たり)quo、qeoか
らq1 およびq2 を減じた値、すなわち qu =quo−q1 −q2 qe =qeo−q1 −q2 とする。ポンプの台数が3台以上の場合も同様の考え方
で最終的な流量指令値を決定する。このように流量補正
値としてq1 とq2 という2重のフィードバックをかけ
ることにより、油圧ショベルの応答性のバラツキを無く
すことができる。その上、馬力が一定になるような制御
装置をもたないので、圧力の変動があっても、流量は圧
力に影響されずに制御することができる。
【0012】
【実施例】本発明の第1実施例を図1〜図4に示す。図
1は第1実施例すなわちポンプが1台の場合の制御装置
の構成を示し、図2は第1実施例のブロック線図を示
す。
【0013】図2の点線で囲まれた機体特性G(S)1
1は油圧ショベルの特性を示す。図2の点線で囲まれた
部分以外は、全て、コントローラ2の中の制御プログラ
ムで実現する。図2の数字モデルM(S)は、要求流量
quoを入力し、あるべき油圧出力PW−Iを出力する。
油圧ショベルが実際に出している油圧出力PW−Hと、
数学モデルM(S)から予想されるあるべき油圧出力P
W−Iとの差をDPWと定義する。DPWに適当な係数
Kを乗じたものをq1 と定義し、要求流量(1回転当
り)quoからq1 を減算する。
【0014】ガバナレバーセット位置(GSET)及び
パワーモード(P−MODE)から目標の油圧出力PW
−Eを決定する。演算手段25で実際の油圧出力PW−
Hと、油圧出力PW−Eから出力差△Wを作る。△Wに
コンペンセータC(S)の特性を乗じた結果をq2 と定
義し要求流量quoから減算する。最終的な流量指令値
(1回転当り)qu は、要求流量(1回転当り)quoか
ら、q1 およびq2 を減じた値、すなわち、 qu =quo−q1 −q2 となる。コンペンセータC(S)は一般によく使われて
いるPID型制御器(比例・積分・微分型制御器)を用
いる。図3はパワーマップを示す。図3の横軸は回転数
を示し、縦軸は目標の油圧出力を示す。図3の右下がり
の線a,b,c等をガバナラインという。(パーシャル
ラインということもある。)
【0015】最大回転数と最低回転数の間でガバナライ
ンを1本設定する。この線を左右に移動させるのがガバ
ナレバーであり、設定した位置がガバナセット位置とな
る。エンジンのコントロールは図3のガバナセット位置
により行なう。ガバナセット位置は運転室内にあるアク
セルレバーを操作して決定する。
【0016】図3の右上がり線I ,II,III 等をパワー
モードという。パワーモードI ,II,III 等はパワー切
換えスイッチにより切換えることができる目標パワーを
示す。パワーモード・スイッチは運転室内にあり油圧出
力を調整する。パワーモードがIII ,II,I と下がるに
つれて油圧出力指示は小さくなる。パワー・モードの切
換えスイッチの指示はコントローラ2が読みとる。ガバ
ナセットとパワー・モードによって決まる油圧出力の交
点が運転ポイントとなる。オペレータはガバナセットを
操作してエンジンの運転ポイントを決め、続いてパワー
・モード・スイッチにより油圧出力の運転ポイントを決
める。コントローラ2は運転ポイントの回転数になるよ
うに、図3のパワーマップを用いて目標の油圧出力PW
−Eを決定行する。油圧ショベルの機体特性(応答性)
G(S)は、作業内容により種々変化する。
【0017】そこで数学モデルM(S)からの出力PW
−Iと、実際の油圧出力PW−Hとの差DPWから流量
補正値q1 を求め、油圧ショベルの応答性を常に数学モ
デルM(S)に近づける制御を働かせる。このようなモ
デル追従型制御を導入することにより、油圧ショベルの
応答性のバラツキが小さくなり、コンペンセータC
(S)の設計が容易になる。
【0018】以上実際の油圧出力PW−Hと、目標の油
圧出力PW−Eとの差(△W)にコンペンセータC
(S)の特性を乗じることにより、常に目標の油圧出力
PW−Eと、実際の油圧出力PW−Hが一致するように
流量補正値q2 を決定する。
【0019】このように、流量補正のためにq1 とq2
という2重のフィードバックをかけることにより、油圧
ショベルの応答性のバラツキをなくすることができ、目
標とする油圧出力を得ることができる。
【0020】そして、図7のように馬力が一定になるよ
うな制御装置をもたないので、圧力の変動があっても、
流量は、圧力に影響されずに制御でき、図4に示すよう
に、圧力変動があっても、油圧出力が目標油圧出力以下
であれば、流量は一定であり、従来のポンプのようなハ
ンチングが起こらない。本発明の第2実施例を図5〜図
6に示す。
【0021】図5は第2実施例すなわちポンプが2台の
場合の制御装置の構成を示し、図6は第2実施例のブロ
ック線図を示す。第2実施例は2台のポンプを具備する
ので、両者を区別するため第1のポンプにはu、第2の
ポンプにはeをつけることにする。その他の符号は第1
実施例の場合と同じである。第2実施例ににおける最終
的な流量指令値qu およびqe は qu =quo−q1 −q2 qe =qeo−q1 −q2 となる。ポンプの台数が3台以上の場合も同様の考え方
で制御できる。
【0022】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 (1)ポンプの流量は一定馬力線に従わないで制御でき
るので、圧力変動があっても圧力に影響されることなく
流量を制御することができる。
【0023】(2)流量補正のためにq1 とq2 という
2重のフィードバックをかけることにより、油圧ショベ
ルの応答性のバラツキをなくすことができ、目標とする
油圧出力を得ることができる。 (3)油圧出力はコントローラの中のパワーマップだけ
により容易に決定することができる。 (4)ポンプの応答性を、電子制御により、変更するこ
とができる。
【0024】(5)操作レバーの要求流量が最大でも、
ポンプ吐出圧がゆっくりと変化する場合には、コントロ
ーラが一定馬力になるように制御し、従来と同じように
一定馬力線に従って、流量を変化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の構成を示す図。
【図2】第1実施例のブロック線図を示す図。
【図3】第1実施例のパワー・マップを示す図。
【図4】第1実施例のポンプ吐出圧と流量の関係を示す
図。
【図5】本発明の第2実施例の構成を示す図。
【図6】第2実施例のブロック線図を示す図。
【図7】従来の装置によるポンプ吐出圧と流量の関係を
示す図。
【符号の説明】
1…操作レバー、2…コントローラ、3…エンジン、4
…エンジン回転数センサ、5…ポンプ、6…ポンプ斜板
角アクチュエータ、7…ポンプ吐出圧センサ、11…機
体特性G(S)、12…数学モデルM(S)、13…パ
ワーマップ、14…コンペンセータC(S)、21〜2
7…演算手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊賀 眞 東京都港区北青山1丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (72)発明者 小林 伸行 東京都港区北青山1丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (72)発明者 田村 学 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−61340(JP,A) 特開 昭57−140583(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F04B 49/06 321 F04B 49/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コントローラ(2)と、エンジン回転数
    センサ(4)と、ポンプの斜板角アクチュエータ(6)
    と、ポンプの吐出圧センサ(7)から成るポンプの出力
    制御装置において、前記コントローラ(2)は演算手段
    (21〜26)とパワーマップ(13)とコンペンセー
    タ(14)と数学モデル(12)を具備し、(a)ポン
    プの回転数(ARPM)と吐出圧(Pu )と流量指令値
    (qu )から油圧ショベルが実際に出している油圧出力
    PW−Hを算出して演算手段(24)と(25)に出力
    する演算手段(23)と、(b)パワーマップ(13)
    に基づいてガバナレバーセット位置(GSET )およびパ
    ワーモード(P−MODE)から目標の油圧出力PW−
    Eを算出して演算手段(25)に出力する手段と、
    (c)演算手段(23)から入力した実際の油圧出力
    (PW−H)から目標の油圧出力(PW−E)を減じた
    出力差(△W)を算出して、コンペンセータ(14)に
    出力する演算手段(25)と、(d)前記出力差(△
    W)にコンペンセータの特性を乗じて流量補正値q2 を
    算出し、演算手段(21)に出力するコンペンセータ
    (14)と、(e)ポンプに対する1回転当たりの要求
    流量(quo)からコンペンセータ(14)の出力q2 を
    減じた流量を算出して演算手段(22)に出力する演算
    手段(21)と、(f)演算手段(21)の出力に数学
    モデル(12)の特性を乗じて、あるべき油圧出力(P
    W−I)を算出して演算手段(24)に出力する数学モ
    デル(12)と、(g)演算手段(23)から入力した
    実際の油圧出力(PW−H)より数学モデル(12)か
    ら入力したあるべき油圧出力(PW−I)を減じた出力
    差(DPW)を算出する演算手段(24)と、(h)演
    算手段(24)から入力した出力差(DPW)に乗数K
    を乗じて流量補正値q1 を算出して、演算手段(22)
    に出力する演算手段(26)と、(i)演算手段(2
    1)から入力した流量指令より演算手段(26)から入
    力した流量補正値q1 を減じることにより、流量指令q
    u を算出して、ポンプの斜板角アクチュエータ(6)に
    出力する演算手段(22)から成ることを特徴とする油
    圧ショベル用ポンプの出力制御装置。
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