JP2966629B2

JP2966629B2 - 油圧作業機械における作業装置の振動抑制制御装置

Info

Publication number: JP2966629B2
Application number: JP6304092A
Authority: JP
Inventors: 栄治山形; 康雄田中; 洋渡邊; 清隆小原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JPH0598671A

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、クレーン
等の油圧作業機械において、ブーム、アーム等の作業装
置の停止時および起動時における振動を抑制する振動抑
制制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧作業機械、例えば油圧ショベルにお
いては、図１４に示すように、操作レバー３の操作によ
る流量指令をパイロット圧信号として流量制御弁４に入
力し、この流量制御弁４の作動により、油圧ポンプ１か
らブームシリンダ２のヘッド側またはロッド側への供給
される圧油の流量を制御して、ブームの動作速度を制御
している。

【０００３】このような油圧作業機械においては、操作
レバー３を中立に戻してブームを急停止させるとき、パ
イロット圧信号が停止を指示して流量制御弁が中立に戻
った後も、ブームは慣性により急には停止せず、流量制
御弁４以降の油圧回路で圧油がバネの役目をして、振動
が発生する。この振動は車体に伝わり、車体のガタ等の
影響により車体の揺動を引き起こし、結果的に車体−フ
ロント全体の連成振動を生じてしまう。また、この振動
は、慣性が大きいために減衰しにくく、いつまでも振動
が収まらない。その結果、例えばバケットとの先端位置
決め等、微妙な操作が必要な場合でも、いつまでも先端
が振動していて、位置決めができないという問題が生じ
る。

【０００４】このような問題に対し、特開昭６２−３４
７８８号公報においては、柔構造作業機械において、ア
ームの動作時の加速度を加速度検出器で検出し、検出し
た加速度信号をフィルタ手段に通して１次モードの加速
度信号のみを通過させ、この１次モードの加速度信号を
除去するよう流量制御弁を駆動制御して、アームの振動
を抑制する振動抑制制御装置が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６２−３４７８
８号公報に記載の従来技術は、加速度が起振力の源であ
ることから起振力そのものを制御しており、振動の抑制
には効果がある。しかしながら、この技術を比較的速い
動作速度が要求される作業装置を持つ油圧作業機械、例
えば油圧ショベルに適用した場合には、振動は効果的に
抑制されるものの、起振力のみを制御することから起動
時等、アクチュエータを大きな加速度で操作しようとし
たときにはその加速度が抑制され、大きな加速度が得ら
れず、したがって、所望速度を得るのに時間がかかり、
操作性が悪化するという問題が生じる。

【０００６】本発明の目的は、油圧アクチュエータの加
速度および速度に応じて油圧アクチュエータに補助的に
圧油を給排することにより、作業装置の停止、起動等に
際して振動を抑制すると共に、操作性を悪化させない油
圧作業機械における作業装置の振動抑制制御装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による油圧作業機械における作業装置の振動
抑制制御装置は、（ａ）前記油圧アクチュエータの推力
を得るための第１の状態量を検出する第１の検出手段
と；（ｂ）前記アクチュエータの速度を得るための第２
の状態量を検出する第２の検出手段と；（ｃ）前記第１
の検出手段で検出した第１の状態量とこの第１の状態量
から得たアクチュエータ推力のいずれか一方にフィルタ
ー処理を施し、所定周波数未満の振動成分を除去する第
１のフィルタ手段と；（ｄ）前記第２の検出手段で検出
した第２の状態量とこの第２の状態量から得たアクチュ
エータ速度のいずれか一方にフィルター処理を施し、所
定周波数未満の振動成分を除去する第２のフィルタ手段
と；（ｅ）前記フィルター処理の後、得られたアクチュ
エータ推力及びアクチュエータ速度を用いて指令値を求
める演算手段と；（ｆ）前記指令値に応じて前記アクチ
ュエータに給排される圧油の流量を補助的に制御する流
量制御手段と；を備えるものである。

【０００８】好ましくは、第１の検出手段は、アクチュ
エータの圧力を検出する圧力センサと、圧力センサで検
出された圧力に基づきアクチュエータの推力を演算する
手段とを有する。

【０００９】また、好ましくは、第２の検出手段は、ア
クチュエータの変位を検出する変位計と、変位計で検出
されたアクチュエータの変位に基づきアクチュエータの
速度を演算する手段とを有する。

【００１０】更に、好ましくは、第２の検出手段は、操
作手段からの操作信号を検出する検出器と、アクチュエ
ータの推力を検出する検出器と、これら検出器で検出さ
れた操作信号とアクチュエータ推力とに基づきアクチュ
エータ速度を演算する手段とを有する。

【００１１】第１及び第２のフィルター手段は、第１の
フィルタ手段が第１の状態量からアクチュエータ推力を
得た後に、第２のフィルタ手段が第２の状態量からアク
チュエータ速度を得た後に、それぞれその値にフィルタ
ー処理を施すものであってもよいし、第１のフィルタ手
段が第１の状態量からアクチュエータ推力を得る前に、
第２のフィルタ手段が第２の状態量からアクチュエータ
速度を得る前に、それぞれその第１及び第２の状態量に
フィルター処理を施すものであってもよい。

【００１２】また、好ましくは、演算手段は、フィルタ
ー処理の後、得られたアクチュエータ推力及びアクチュ
エータ速度のそれぞれに所定のゲインを乗じた値を加算
することにより指令値を求める。

【００１３】更に、好ましくは、第１および第２のフィ
ルタ手段は、それぞれ、所定周波数以上の振動成分を通
過させるハイパスフィルタである。また、第１および第
２のフィルタ手段は、それぞれ、所定周波数以上の所定
帯域の振動成分を通過させるバンドパスフィルタであっ
てもよい。また、好ましくは、前記第１および第２のフ
ィルタ手段は、それぞれ、前記油圧アクチュエータが支
持する重量と前記流量制御弁以降の油圧回路からなる系
の固有振動数近傍のものを通過させるものである。

【００１４】第１の検出手段でアクチュエータの推力を
得るための状態量を検出する代わりに、油圧アクチュエ
ータの加速度を得るための状態量を検出する検出手段を
設け、フィルター処理の後、得られたアクチュエータ加
速度及びアクチュエータ速度を用いて指令値を求めても
よい。また、上記目的を達成するため、本発明は、操作
レバーにより操作される流量制御弁にてシリンダを伸縮
制御することにより負荷を駆動する油圧作業機械におい
て、前記シリンダの変位、ロッド側油室の圧力及びヘッ
ド側油室の圧力をそれぞれ検出するセンサと、これらの
センサから得られた信号のうち、前記シリンダが支持す
る重量と前記流量制御弁以降の油圧回路からなる系の固
有振動数近傍の周波数帯域のものだけを通過させるバン
ドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを経た信号
を処理して前記シリンダの振動を抑制するための信号を
算出する制御ユニットと、この制御ユニットからの情報
により制御され、油圧源より供給された駆動油圧をシリ
ンダのロッド側又はヘッド側に供給する補助弁とを具備
したものとする。

【００１５】

【作用】フィルター処理の後、得られたアクチュエータ
推力及びアクチュエータ速度のそれぞれに所定のゲイン
をかけて流量指令値を求め、この流量指令値に応じてア
クチュエータに給排される圧油の流量を補助的に制御す
ることにより、油圧アクチュエータが慣性により目標位
置を越えてさらに移動しようとするとき、その推力と速
度の大きさに対応したダンパー作用が油圧アクチュエー
タに与えられて振動が抑制される。また、推力だけで流
量指令値を決めて振動を抑制する場合には、従来技術と
同様にアクチュエータの加速度を大きくできないもの
が、推力と速度の両方を用いて流量指令値を決めている
ので、加速度が抑制される程度が小さくなり、これによ
り迅速なアクチュエータの操作が可能となり、操作性が
向上する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図６によ
り、油圧作業機械として油圧ショベルを例にとった場合
につき説明する。図１において、本実施例に係わる油圧
駆動回路は、油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１から吐
出される圧油によって駆動され、作業装置、例えば油圧
ショベルのブーム２Ａを駆動する油圧アクチュエータす
なわちブームシリンダ２と、油圧ポンプ１と油圧アクチ
ュエータ２の間に接続され、操作レバー３の操作による
パイロット圧信号によって制御されて、油圧アクチュエ
ータ２に供給される圧油の流量を制御する第１の流量制
御弁４と、ポンプ１と第１の流量制御弁４の間の圧力が
設定値以上になったときに開くリリーフ弁５とを備えて
いる。

【００１７】本実施例の振動抑制制御装置は以上の油圧
駆動回路に備えられるもので、制御ユニット７と、ブー
ムシリンダ２のヘッド側圧力およびロッド側圧力をそれ
ぞれ検出する圧力変換器８，９と、ブームシリンダ２の
変位すなわちピストンの位置を検出する変位計１０と、
電磁式の第２の流量制御弁１１とを備え、制御ユニット
７は圧力変換器８，９および変位計１０からの検出信号
を入力して振動抑制のための流量指令値を演算し、対応
する制御信号を第２の流量制御弁１１に出力する。第２
の流量制御弁１１は、第１の流量制御弁と同様に油圧ポ
ンプ１とブームシリンダ２の間に接続され、制御ユニッ
ト７からの制御信号により駆動され、ブームシリンダ２
に給排される圧油の流量を補助的に制御する。

【００１８】制御ユニット７はマイクロコンピュータで
構成され、図２に示すように、圧力変換器８，９から出
力される圧力信号と変位計１０から出力される変位信号
とをデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ７ａと、
中央演算装置（ＣＰＵ）７ｂと、制御手順のプログラム
を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）７ｃと、演
算途中の数値を一時的に記憶するランデムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）７ｄと、出力用のＩ／Ｏインターフェイス
７ｅと、上記の流量制御弁１１に接続される増幅器７
ｆ，７ｇとを備えている。

【００１９】制御ユニット７は、圧力変換器８，９から
出力される圧力信号からブームシリンダ２の推力を、変
位計１０から出力される変位信号からブームシリンダ２
の速度をそれぞれ算出し、これらを所定周波数未満の振
動成分を遮断するハイパスフィルタに通した後に、それ
ぞれ所定のゲインをかけて流量指令値を求め、対応する
制御信号を第２の流量制御弁１１に出力する。

【００２０】以下、図３に示すＲＯＭ７ｃに格納された
制御手順プログラムのフローチャートにしたがい、本実
施例の動作を詳細に説明する。まず、手順１００におい
て、圧力変換器８，９の出力および変位計１０の出力を
Ａ／Ｄコンバータを介して入力し、ブームシリンダ２の
ヘッド側圧力Ｐ₁およびロッド側圧力Ｐ₂とブームシリ
ンダ２の変位ＸをＲＡＭ７ｄに記憶する。

【００２１】次に手順１１０において、ブームシリンダ
２のヘッド側圧力Ｐ₁およびロッド側圧力Ｐ₂にブーム
シリンダ２のヘッド側受圧面積Ａ₁およびロッド側受圧
面積Ａ₂をかけて、その差を求めることにより、ブーム
シリンダ２の推力Ｆを算出する。

【００２２】次に手順１２０において、現在のブームシ
リンダ２の変位Ｘ_nと１サンプル時間前のブームシリン
ダ２の変位Ｘ_n-1との差をサンプル時間Δｔで除すこと
によって、ブームシリンダ２の速度Ｖを算出する。

【００２３】次に手順１３０において、ブームシリンダ
２の推力Ｆと速度Ｖをそれぞれハイパスフィルタに通
し、ブームシリンダ２の推力Ｆの所定周波数以上の振動
成分（以下、高周波成分という）Ｆ_hと速度Ｖの所定周
波数以上の振動成分（以下、高周波成分という）Ｖ_hを
算出する。すなわち、制御プログラムに予め組み込まれ
たハイパスフィルタの演算式Ｆ_h＝ｆ_HPF（Ｆ）および
Ｖ_h＝ｆ_HPF（Ｖ）を用いて処理して高周波成分Ｆ_h，
Ｖ_hを求める。

【００２４】図４にハイパスフィルタによる推力Ｆと速
度Ｖの処理概念を示す。ブームシリンダ２Ａの保持圧が
例えば１００Ｋｇ／ｃｍ²にある状態で操作レバー３の
入力ｕ（ストローク）を図４（ａ）のように変化させる
と、ブームシリンダ２Ａの速度Ｖは図４（ｂ）のように
変化し、推力Ｆは図４（ｄ）のように変化する。すなわ
ち、ブームシリンダ２Ａの起動時と停止時に、ブーム２
Ａの自重およびこれが支持する重量の慣性と流量制御弁
４以降の油圧回路における圧油のバネ作用とにより、推
力Ｆは図４（ｄ）に示すように変化し、これに伴って速
度Ｖも図４（ｂ）に示すように変化する。これをハイパ
スフィルタにかけると、所定周波数未満の振動成分が遮
断され、図４（ｃ）および（ｅ）に示すように起動およ
び停止に伴う振動成分Ｖ_hおよびＦ_hのみが求められ
る。なお、推力Ｆの振動と速度Ｖの振動は９０°の移相
のずれがある。

【００２５】ここで、ハイパスフィルタ後の推力の高周
波成分Ｆｈは推力Ｆから保持圧の影響を除去した値に一
致し、ブームシリンダ２の加速度と１対１に対応する。
すなわち、本実施例では、起振力の源である加速度を直
接検出する代わりに、推力Ｆをハイパスフィルタに通
し、所定周波数以上の振動成分Ｆｈを求めることにより
加速度を検出している。また、ハイパスフィルタの所定
周波数は、起振力としての影響を考慮して制御対象であ
る作業装置の固有振動数、即ちブームシリンダ２が支持
する重量と流量制御弁４以降の油圧回路の系の固有振動
数以下の周波数に設定することが好ましい。本実施例で
は、制御対象である作業装置にはブーム２Ａとそれが支
持する重量も含まれることから、それら全体の固有振動
数以下の周波数であり、具体的には油圧ショベルのサイ
ズにもよるが概ね１〜３Ｈｚの範囲内の値である。

【００２６】次に、手順１４０において、ブームシリン
ダ２の推力Ｆの高周波成分Ｆｈと速度Ｖの高周波成分Ｖ
_hにそれぞれ所定のゲインＫ_f，Ｋ_vをかけて、両者を
加算することにより流量指令値Δｑを算出し、対応する
制御信号を第２の流量制御弁１１に出力し、初めに戻
る。

【００２７】次に、本実施例の作用効果を図５および図
６により説明する。図５は、従来の振動抑制制御装置を
備えない油圧駆動回路に係わるブームを急停止させると
きの操作レバー３の入力ｕ（パイロット圧）、ブームシ
リンダ２の変位Ｘ、ブームシリンダ２の速度Ｖおよびブ
ームシリンダ２の推力Ｆの時間的変化を示し、参考とし
て制御入力Δｑを合わせて示している。まず、一定速度
でブーム下げの動作を行っている状態からブーム２Ａを
急停止させるべく操作レバー３を中立に戻すと、図５
（ａ）に示すように入力ｕは０になり、流量制御弁４も
中立に戻る。これに伴って、それまで一定の速度Ｖおよ
び推力Ｆで下げ方向に動作中であったブームシリンダ２
が停止しようとするが、慣性によりブーム２Ａは急には
停止せず、図５（ｃ）に示すように目標位置を越えさら
に下げ続け、これに対応してブームシリンダ２の速度Ｖ
および推力Ｆも図５（ｄ）および（ｅ）に示すように変
化する。そしてその後、流量制御弁４以降の油圧回路で
圧油がバネの役目をしてブームシリンダ２が上方に押し
戻され、変位Ｘは増加を開始すると共に、速度Ｖは正の
値に転じかつ推力Ｆは減少を開始する。ブームシリンダ
２が所定位置まで押し戻されると、同様に圧油のバネ作
用で今度は逆ブームシリンダ２が下方に押し戻され、変
位Ｘは減少を開始すると共に、速度Ｖは負の値に転じか
つ推力Ｆは増加を開始する。以上のことが繰り返され、
ブーム２Ａを含むフロント系に振動が発生する。この振
動が車体に加わり、車体のガタ等の影響により車体の揺
動を引き起こし、結果的に車体−フロント全体の連成振
動を生じてしまう。

【００２８】これに対して、本実施例では、ブームシリ
ンダ２の速度Ｖおよび推力Ｆをハイパスフィルタに通す
ことにより、図６（ｄ）に斜線で示すような所定周波数
以上の速度Ｖの振動成分Ｖ_hと、図６（ｅ）に斜線で示
すような所定周波数以上の推力Ｆの振動成分Ｆ_hを求
め、これらにそれぞれ所定のゲインＫ_f，Ｋ_vをかけ
て、両者を加算することにより、図６（ｂ）に示すよう
な流量指令値Δｑを算出し、対応する制御信号を第２の
流量制御弁１１に出力する。

【００２９】流量制御弁１１はこの信号を受けて所定の
開度に駆動され、ブームシリンダ２のロッド側に油圧ポ
ンプ１から流量指令値Δｑに対応する流量を供給しかつ
ヘッド側の圧油をタンク１２に排出する。これにより、
ブームシリンダ２にダンパー作用が与えられ、圧油の圧
縮性による振動の発生が抑制されてブームシリンダ２は
停止する。仮に、揺れ戻しがある場合は、同様に流量指
令値Δｑを算出して流量制御弁１１を制御し、ブームシ
リンダ２のヘッド側に流量指令値Δｑに相当する流量を
供給しかつロッド側の圧油を排出する。

【００３０】したがって、本実施例によれば、ブームシ
リンダ２の起動時、停止時等、ブームシリンダ２の速度
変化（加速度）に起因するブーム２Ａの振動が抑制さ
れ、例えばバケットとの先端位置決め等、微妙な操作が
必要な場合には、確実な位置決めができ、操作性が著し
く向上する。

【００３１】また、本実施例によれば、振動抑制のため
の流量指令値Δｑの決定に推力Ｆの高周波成分Ｆ_hだけ
でなく、速度Ｖの高周波成分Ｖ_hをも用いているので、
以下の効果が得られる。

【００３２】振動を抑制する場合、その目的のみに着目
するならば起振力の源である推力の高周波成分（加速
度）のみから流量指令値Δｑを決めれば十分である。し
かしながら、例えばブームシリンダ２の起動時には、推
力の高周波成分のみから流量指令値Δｑを決めると、加
速度が直接制御されることから振動が抑制されると同時
に加速度そのものも抑制されてしまうことになる。した
がって、この場合は、加速度を大きくできず、所望速度
に達するまでの時間が長くなり、操作性が悪化する。こ
れに対し、本実施例では、推力の高周波成分のみでな
く、振動の結果である速度Ｖの高周波成分Ｖ_hをも用い
て流量指令値Δｑを決めているので、加速度が抑制され
る程度が小さくなり、起動時に大きな加速度を得ること
ができる。

【００３３】ここで、逆に、速度Ｖの高周波成分Ｖ_hの
みから流量指令値Δｑを求めた場合には、速度Ｖは振動
の結果であることから振動を完全に抑制することは無理
である。したがって、所望の加速度を得ながら振動を効
果的に抑制するためには推力の高周波成分Ｆ_hと速度の
高周波成分Ｖ_hの両方を用いることが必要である。この
速度の高周波成分Ｖ_hと推力の高周波成分Ｆ_hの振動抑
制への影響の度合はゲインＫ_v，Ｋ_fにより決定され、
ゲインＫ_v，Ｋ_fは振動抑制と操作性改善との兼ね合い
により決定される。

【００３４】以上のように本実施例によれば、応答性を
犠牲にすることなく作業装置の振動を効果的に抑制でき
る。また、フィードバック信号にフィルター処理を施す
ことにより、定常特性に影響を与えない制御系の実現が
可能となる。

【００３５】本発明の第２の実施例を図７〜図９により
説明する。図７において、本実施例の振動抑制制御装置
は図１に示された制御装置における圧力変換器８，９の
代わりに加速度計１２を備え、この加速度計１２でブー
ム２Ａの加速度αを検出し、その信号を制御ユニット７
Ａに入力し、制御演算に使用する。他の部分は図１の制
御装置と同様である。

【００３６】図８に図７の制御装置における制御ユニッ
ト７Ａの構成を示す。図８において、制御ユニット７Ａ
ではＡ／Ｄコンバータ７ａに加速度計１２からの加速度
信号αと変位計１０からの変位信号Ｘが入力される。他
の部分は図２の制御ユニットと同様である。

【００３７】図９に図８のＲＯＭ７ｃに記憶されている
制御手順プログラムのフローチャートを示す。以下、図
９のフローチャートに従い本実施例の制御手順を説明す
る。

【００３８】まず手順１００ＡにおいてＡ／Ｄコンバー
タ７ａを介して加速度計１２により検出されたブーム２
Ａの加速度αと変位計１０により検出されたブームシリ
ンダ２の変位Ｘ（＝Ｘ_n）を読み込む。

【００３９】次に手順１２０において手順１００Ａで読
み込んだ変位Ｘ（Ｘ_n）と前回読み込んだ変位Ｘ_n-1か
らシリンダ速度Ｖを算出する。その方法は先に示された
図３の制御手順１２０と同一である。

【００４０】次に手順１３０Ａにおいて加速度αとシリ
ンダ速度Ｖをハイパスフィルタを通してそれぞれ高周波
成分α_h、Ｖ_hを算出する。

【００４１】ここで、加速度αに対してハイパスフィル
タを通して高周波成分α_hのみとするのは重加速度によ
る定常値を除きブームの振動による加速度のみを取り出
すためである。

【００４２】シリンダ速度Ｖに対してハイパスフィルタ
を通し高周波成分Ｖ_hのみとするのは先の図３の制御手
段１３０と同様にシリンダ速度の振動成分のみを取り出
すためである。

【００４３】手順１３０Ａにおけるハイパスフィルタの
演算式は先の手順１３０と同様のものである。また、ハ
イパスフィルタにより遮断される振動数も手順１３０と
同様に制御対象である作業装置の固有振動数以下の周波
数に設定することが望ましい。

【００４４】次に手順１４０Ａにおいて流量指令値Δｑ
の演算を行う。流量指令値Δｑの演算は手順１３０Ａで
求めたシリンダ速度Ｖの高周波成分Ｖ_h、及び加速度α
の高周波成分α_hにそれぞれ所定のゲインＫ_v、Ｋ_aを
乗じ両者を加算することにより求める。そして、流量指
令値Δｑに対応する制御信号を第２の流量制御弁１１に
出力する。

【００４５】手順１４０Ａを終了すると手順１００Ａへ
戻り、手順１００Ａ〜１４０Ａを繰り返し行う。

【００４６】ここで第１の実施例のシリンダ推力Ｆの代
わりにブームの加速度αを使用するのは推力Ｆと加速度
αが同じ次数のパラメータであり両者が比例関係にある
からである。その結果、第２の実施例においても第１の
実施例と同様の効果が得られる。

【００４７】本発明の第３の実施例を図１０〜図１３に
より説明する。図１０において、本実施例の振動抑制制
御装置は図１に示された制御装置における変位計１０の
代わりに、操作レバー３からの操作信号であるパイロッ
ト圧力を検出する圧力変換器１５，１６を備え、この圧
力変換器１５，１６で検出したパイロット圧信号を制御
ユニット７Ｂに入力し、制御演算に使用する。他の部分
は図１の実施例と同様である。

【００４８】図１１に図１０の制御装置における制御ユ
ニット７Ｂの構成を示す。図１１において、制御ユニッ
ト７ＢではＡ／Ｄコンバータ７ａに圧力変換器８，９及
び１５，１６から出力される圧力信号が入力され、増幅
器７ｆからは制御信号が第２の流量制御弁１１に出力さ
れる。他の部分は図２の制御ユニットと同様である。

【００４９】図１２に図１１のＲＯＭ７ｃに記憶されて
いる制御手順プログラムのフローチャートを示す。以
下、図１２のフローチャートに従い本実施例の制御手順
を説明する。

【００５０】まず手順１００Ｂにおいて、圧力変換器
８，９の出力及び圧力変換器１５，１６の出力をＡ／Ｄ
コンバータ７ａを介して入力し、ブームシリンダ２のヘ
ッド側圧力Ｐ₁およびロッド側圧力Ｐ₂と操作レバー３
からのパイロット圧力Ｐ_P1，Ｐ_P2をＲＡＭ７ｄに記憶す
る。

【００５１】次に手順１１０Ｂにおいて、ブームシリン
ダ２のヘッド側圧力Ｐ₁およびロッド側圧力Ｐ₂と操作
レバー３からのパイロット圧力Ｐ_P1，Ｐ_P2の検出値を定
常成分を除去するためにそれぞれハイパスフィルタに通
し、所定周波数以上の振動成分（以下、高周波成分とい
う）Ｐ_1h，Ｐ_2h，Ｐ_P1h，Ｐ_P2hを算出する。すなわ
ち、制御プログラムに予め組み込まれたハイパスフィル
タの演算式Ｐ_ih＝ｆ_HP _F（Ｐ_i）およびＰ_Pih＝ｆ
_HPF（Ｐ_Pi）を用いてフィルター処理し（ｉ＝１，
２）、高周波成分Ｐ_1h，Ｐ_2h，Ｐ_P1h，Ｐ_P2hを求め
る。

【００５２】次に手順１２０Ｂにおいて、ブームシリン
ダ２のヘッド側圧力Ｐ_1hおよびロッド側圧力Ｐ_2hにブー
ムシリンダ２のヘッド側受圧面積Ａ₁およびロッド側受
圧面積Ａ₂をかけその差を求めることにより、ブームシ
リンダ２の推力Ｆｈを算出する。

【００５３】次に手順１３０Ｂにおいて、パイロット圧
力Ｐ_P1hとパイロット圧力Ｐ_P2hとの差により操作信号
Ｐ_Phを求める。

【００５４】次に手順１４０Ｂにおいて、操作信号Ｐ_Ph
とシリンダ推力Ｆ_hとによりシリンダ速度Ｖ_hを求め
る。図１３に手順１４０Ｂの詳細を示す。このアルゴリ
ズムは現代制御理論のオブザーバを適用したものであ
る。

【００５５】まず手順１４１において、パイロット圧力
Ｐ_Phと１サイクル前の制御信号Δｑの差に流量制御弁４
の流量計数Ｃｑを乗じ、流量の推定値＜Ｑ_h＞（＜＞は
推定値であることを示す。以下同様）を求める。次に手
順１４２において、シリンダ圧力の実効値Ｆ_h／Ａと推
定値Ｐ_hoの差ΔＰを求める。ここで、Ａはシリンダの受
圧面積である。次に手順１４３において、（＜Ｑ_h＞−
Ａ＜Ｖ_o＞）／Ｃで求められる圧力の微分値に圧力偏差
ΔＰのフィードバック値Ｇ_p・ΔＰを加え、補正した圧
力の微分値＜Ｐ_h＞′（′は微分を示す。以下同様）を
求める。ここで、Ｃはシリンダのキャバシタンス、Ｇ_p
はオブザーバの圧力ゲインである。

【００５６】次に手順１４４において、シリンダ圧力の
１サイクル前の値＜Ｐ_ho＞に増加分Ｔ＜Ｐ_h＞′を加
え、圧力の推定値＜Ｐ_h＞を求める。ここで、Ｔは１サ
イクルの単位時間である。次に手順１４５において、
（Ａ＜Ｐ_ho＞−Ｄ＜Ｖ_ho＞）／Ｍで求められる速度の微
分値に圧力偏差ΔＰのフィードバック値Ｇ_v・ΔＰを加
え、補正した速度の微分値＜Ｖ_h＞′を求める。ここ
で、Ｄはシリンダの粘性減衰係数、Ｍはショベルフロン
トの等価質量、Ｇ_vはオブザーバの速度ゲインである。
次に手順１４６にいて、シリンダ速度の１サイクル前の
値＜Ｖ_ho＞の増加分Ｔ＜Ｖ_h＞′を加え、速度の推定値
＜Ｖ_h＞を求める。次に手順１４７において、＜Ｐ
_h＞，＜Ｖ_h＞をそれぞれ１サイクル前の値＜Ｐ_ho＞，
＜Ｖ_ho＞として保存し、図１２の手順１５０Ｂに進む。

【００５７】次に手順１５０Ｂにおいて、流量指令値Δ
ｑの演算を行う。流量指令値Δｑの演算は手順１４０Ｂ
で求めたシリンダ速度Ｖ_h及び手順１２０Ｂで求めたシ
リンダーの推力Ｆ_hにそれぞれ所定のゲインＫ_v、Ｋ_f
を乗じ両者を加算することにより求める。そして、流量
指令値Δｑに対応する制御信号を第２の流量制御弁１１
に出力する。

【００５８】手順１５０Ｂを終了すると手順１００Ｂへ
戻り、手順１００Ｂ〜１５０Ｂを繰り返し行う。

【００５９】本実施例においても第１の実施例と同様の
効果が得られる。また、本実施例によれば、油圧シリン
ダーの圧力と操作信号であるパイロット圧力から油圧シ
リンダの推力と速度を算出するので、検出手段として安
価な圧力センサだけでを用いれば良く、振動抑制装置を
安価に製作できる。

【００６０】なお、以上の実施例では、流量指令値に応
じて油圧シリンダ２に給排される圧油の流量を補助的に
制御する流量制御弁として、第１の流量制御弁４と別個
の第２の流量制御弁１１を設けたが、第１の流量制御弁
４で第２の流量制御弁も兼ね、操作レバー３からの操作
信号と流量指令値とを含む制御信号を第１の流量制御弁
４に供給するようにしても良い。この場合、第１の流量
制御弁４は、好ましくは電磁制御弁で構成される。

【００６１】また、上記実施例では、ハイパスフィルタ
を制御プログラムの一部として組み込み、ソフト的に構
成したが、電気回路からなる外部ハイパスフィルタを用
いてもよい。この場合、検出信号は外部ハイパスフィル
タに入力し、処理した振動成分Ｆ_h又はα_h，Ｖ_hを制
御ユニットに入力して流量指令値Δｑを求めればよい。

【００６２】更に、上記実施例ではハイパスフィルタを
用いたが、要は振動に係わりのない所定周波数未満の振
動成分を遮断すればよいので、他のローカットフィル
タ、例えばバンドパスフィルタを用いてもよい。

【００６３】また、図１の実施例では、ブームシリンダ
の圧力を検出して推力を求めたが、力センサを用いて直
接推力を検出してもよい。さらに、以上の実施例ではブ
ームシリンダの変位を検出して速度を求めたが、速度計
を配置して直接速度を求めてもよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、作業装置の停止時、起
動時等、速度が急変するときの振動が抑制されるので、
作業装置の位置決め等、微妙な操作が必要な場合に確実
な位置決めができ、操作性が著しく向上する。また、そ
の振動の抑制を応答性を犠牲にすることなく効果的に行
うことができる。更に、定常特性に影響を与えない制御
系の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による油圧作業機械における
ブームの振動抑制制御装置をその油圧駆動回路と共に示
す図である。

【図２】図１に示す振動抑制制御装置の制御ユニットの
構成を示す図である。

【図３】図２に示す制御ユニットのＲＯＭに格納された
制御手順プログラムのフローチャートである。

【図４】ハイパスフィルタの作用を示す図である。

【図５】従来の油圧作業機械における操作レバー入力、
制御入力、アクチュエータ変位、アクチュエータ速度、
アクチュエータ推力の時間変化を示すタイムチャートで
ある。

【図６】図１に示す実施例における操作レバー入力、制
御入力、アクチュエータ変位、アクチュエータ速度、ア
クチュエータ推力の時間変化を示すタイムチャートであ
る。

【図７】本発明の第２の実施例による油圧作業機械にお
けるブームの振動抑制制御装置をその油圧駆動回路と共
に示す図である。

【図８】図７に示す振動抑制制御装置の制御ユニットの
構成を示す図である。

【図９】図８に示す制御ユニットのＲＯＭに格納された
制御手順プログラムのフローチャートである。

【図１０】本発明の第３の実施例による油圧作業機械に
おけるブームの振動抑制制御装置をその油圧駆動回路と
共に示す図である。

【図１１】図１０に示す振動抑制制御装置の制御ユニッ
トの構成を示す図である。

【図１２】図１１に示す制御ユニットのＲＯＭに格納さ
れた制御手順プログラムのフローチャートである。

【図１３】図１２に示す手順１４０Ｂの詳細を示すフロ
ーチャートである。

【図１４】従来の油圧作業機械の油圧駆動回路を示す図
である。

【符号の説明】

１油圧ポンプ２ブームシリンダ２Ａブーム（作業装置）７，７Ａ，７Ｂ制御ユニット（フィルタ手段および演
算手段）８，９圧力変換器（第１の検出手段）１０変位計（第２の検出手段）１１流量制御弁（制御手段）１２加速度計１５，１６圧力変換器（第２の検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原清隆東京都千代田区大手町二丁目６番２号日立建機株式会社内 (56)参考文献特開平４−189925（ＪＰ，Ａ) 特開平５−163746（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02F 9/20 - 9/22 F16F 15/02 G05D 19/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出さ
れる圧油によって駆動され、作業装置を駆動する油圧ア
クチュエータと、油圧ポンプと油圧アクチュエータの間
に接続され、操作手段からの操作信号に応じて油圧アク
チュエータに供給される圧油の流量を制御する流量制御
弁とを備えた油圧駆動回路を持つ油圧作業機械における
作業装置の振動抑制制御装置において、（ａ）前記油圧アクチュエータの推力を得るための第１
の状態量を検出する第１の検出手段と；（ｂ）前記アクチュエータの速度を得るための第２の状
態量を検出する第２の検出手段と；（ｃ）前記第１の検出手段で検出した第１の状態量とこ
の第１の状態量から得たアクチュエータ推力のいずれか
一方にフィルター処理を施し、所定周波数未満の振動成
分を除去する第１のフィルタ手段と；（ｄ）前記第２の検出手段で検出した第２の状態量とこ
の第２の状態量から得たアクチュエータ速度のいずれか
一方にフィルター処理を施し、所定周波数未満の振動成
分を除去する第２のフィルタ手段と；（ｅ）前記フィルター処理の後、得られたアクチュエー
タ推力及びアクチュエータ速度を用いて指令値を求める
演算手段と；（ｆ）前記指令値に応じて前記アクチュエータに給排さ
れる圧油の流量を補助的に制御する流量制御手段と；を備えることを特徴とする油圧作業機械における作業装
置の振動抑制制御装置。
【請求項２】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記第１の検出手段
は、前記アクチュエータの圧力を検出する圧力センサ
と、前記圧力センサで検出された圧力に基づき前記アク
チュエータの推力を演算する手段とを有することを特徴
とする振動抑制制御装置。
【請求項３】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記第２の検出手段
は、前記アクチュエータの変位を検出する変位計と、前
記変位計で検出されたアクチュエータの変位に基づきア
クチュエータの速度を演算する手段とを有することを特
徴とする振動抑制制御装置。
【請求項４】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記第２の検出手段
は、前記操作手段からの操作信号を検出する検出器と、
前記アクチュエータの推力を検出する検出器と、これら
検出器で検出された操作信号とアクチュエータ推力とに
基づきアクチュエータ速度を演算する手段とを有するこ
とを特徴とする振動抑制制御装置。
【請求項５】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記第１のフィルタ
ー手段は、前記第１の状態量から得たアクチュエータ推
力にフィルター処理を施し、前記第２のフィルター手段
は、前記第２の状態量から得たアクチュエータ速度にフ
ィルター処理を施すことを特徴とする振動抑制制御装
置。
【請求項６】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記第１のフィルタ
ー手段は、前記第１の検出手段で検出した第１の状態量
にフィルター処理を施し、前記第２のフィルター手段
は、前記第２の検出手段で検出した第２の状態量にフィ
ルター処理を施すことを特徴とする振動抑制制御装置。
【請求項７】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記演算手段は、前
記フィルター処理の後、得られたアクチュエータ推力及
びアクチュエータ速度のそれぞれに所定のゲインを乗じ
た値を加算することにより前記指令値を求めることを特
徴とする振動抑制制御装置。
【請求項８】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記第１および第２
のフィルタ手段は、それぞれ、所定周波数以上の振動成
分を通過させるハイパスフィルタであることを特徴とす
る振動抑制制御装置。
【請求項９】請求項１記載の油圧作業機械における作業
装置の振動抑制制御装置において、前記第１および第２
のフィルタ手段は、それぞれ、所定周波数以上の所定帯
域の振動成分を通過させるバンドパスフィルタであるこ
とを特徴とする振動抑制制御装置。
【請求項１０】請求項１記載の油圧作業機械における作
業装置の振動抑制制御装置において、前記第１および第
２のフィルタ手段は、それぞれ、前記油圧アクチュエー
タが支持する重量と前記流量制御弁以降の油圧回路から
なる系の固有振動数近傍のものを通過させることを特徴
とする振動抑制制御装置。
【請求項１１】請求項１記載の油圧作業機械における作
業装置の振動抑制制御装置において、前記流量制御手段
は、前記流量制御弁により前記圧油の流量の補助的な制
御を行うことを特徴とする振動抑制制御装置。
【請求項１２】油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出
される圧油によって駆動され、作業装置を駆動する油圧
アクチュエータと、油圧ポンプと油圧アクチュエータの
間に接続され、操作手段の操作信号に応じて油圧アクチ
ュエータに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁
とを備えた油圧駆動回路を持つ油圧作業機械における作
業装置の振動抑制制御装置において、（ａ）前記油圧アクチュエータの加速度を得るための第
１の状態量を検出する第１の検出手段と；（ｂ）前記アクチュエータの速度を得るための第２の状
態量を検出する第２の検出手段と；（ｃ）前記第１の検出手段で検出した第１の状態量とこ
の第１の状態量から得たアクチュエータ加速度のいずれ
か一方にフィルター処理を施し、所定周波数未満の振動
成分を除去する第１のフィルタ手段と；（ｄ）前記第２の検出手段で検出した第２の状態量とこ
の第２の状態量から得たアクチュエータ速度のいずれか
一方にフィルター処理を施し、所定周波数未満の振動成
分を除去する第２のフィルタ手段と；（ｅ）前記フィルター処理の後、得られたアクチュエー
タ加速度及びアクチュエータ速度を用いて指令値を求め
る演算手段と；（ｆ）前記指令値に応じて前記アクチュエータに給排さ
れる圧油の流量を補助的に制御する流量制御手段と；を備えることを特徴とする油圧作業機械における作業装
置の振動抑制制御装置。
【請求項１３】操作レバーにより操作される流量制御弁
にてシリンダを伸縮制御することにより負荷を駆動する
油圧作業機械において、前記シリンダの変位、ロッド側油室の圧力及びヘッド側
油室の圧力をそれぞれ検出するセンサと、これらのセンサから得られた信号のうち、前記シリンダ
が支持する重量と前記流量制御弁以降の油圧回路からな
る系の固有振動数近傍の周波数帯域のものだけを通過さ
せるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを経た信号を処理して前記シリ
ンダの振動を抑制するための信号を算出する制御ユニッ
トと、この制御ユニットからの情報により制御され、油圧源よ
り供給された駆動油圧をシリンダのロッド側又はヘッド
側に供給する補助弁とを具備したことを特徴とする油圧
作業機械における振動抑制制御装置。