JP4824004B2 - 旋回駆動制御装置及びこれを含む建設機械 - Google Patents
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Description
図2は、本実施の形態の旋回駆動制御装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。この図2では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。
エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機13の一方の入力軸に接続される。このエンジン11は、建設機械の運転中は常時運転される。
コントローラ30は、本実施の形態の建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、駆動制御装置31及び旋回駆動制御装置40を含む。このコントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、駆動制御装置31及び旋回駆動制御装置40は、コントローラ30のCPUが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより、実現される装置である。
図3は、本実施の形態の旋回駆動制御装置40の構成を示す制御ブロック図である。
図4は、本実施の形態の建設機械の旋回駆動制御装置40における操作レバー26Aの操作量と駆動領域との関係を示す特性図である。横軸はレバー26Aの操作量を表し、右旋回側の最大操作量を100%、左旋回側の最大操作量を"−100%"とした百分率で示す。本実施の形態の旋回駆動制御装置40は、レバー26Aの操作量をトルク電流指令値又は速度指令値に変換して旋回用電動機21の駆動制御を行うように構成されているため、図4では操作レバー26Aの操作量と駆動領域の関係のみを示し、トルク電流指令値及び速度指令値の特性については別の特性を用いて説明する。なお、この特性は、コントローラ30の内部メモリに格納されており、主制御部70によって読み出される。
不感帯領域は、レバー26Aの中立点付近に設けられる操作量が±10%未満の領域である。旋回停止状態から旋回を開始するときに、レバー26Aの操作量が不感帯領域にある場合は、旋回駆動制御装置40による旋回用電動機21の駆動制御は行われない。また、不感帯領域内で旋回用電動機21の駆動制御が行われていないときは、メカニカルブレーキ23によって旋回用電動機21が機械的に停止された状態となる。
零速度指令領域は、レバー26Aの操作方向における不感帯領域の両外側に設けられる操作量が10%以上20%未満と"−10%"以下"−20%"未満の領域である。レバー26Aの操作量が零速度指令領域にあり、かつ、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度が絶対値で10%速度未満であるときは、旋回用電動機21は零速度指令によって回転速度が零になるように駆動制御される。
右方向旋回駆動領域は、上部旋回体3を右方向に旋回させるための駆動制御を行う領域である。操作レバー26Aの操作量がこの右方向旋回駆動領域の範囲内にあるときは、トルク指令生成部60及び補正用トルク指令生成部61から出力されるトルク電流指令及び補正用トルク電流指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御、又は、旋回用電動機21の回転速度を最高回転速度に制限するための速度指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御のいずれかが行われる。この最高回転速度に制限するための速度指令に基づく駆動制御は、トルク電流指令に基づく駆動制御を行っているときに、旋回用電動機21の回転速度が最高回転速度に達すると、回転速度を制限するために行われる。その詳細については、後述する。
左方向旋回駆動領域は、上部旋回体3を左方向に旋回させるための駆動制御を行う領域である。操作レバー26Aの操作量がこの左方向旋回駆動領域の範囲内にあるときは、トルク指令生成部60及び補正用トルク指令生成部61から出力されるトルク電流指令及び補正用トルク電流指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御、又は、旋回用電動機21の回転速度を最高回転速度に制限するための速度指令に基づく旋回用電動機21の駆動制御のいずれかが行われる。この最高回転速度に制限するための速度指令に基づく駆動制御は、トルク電流指令に基づく駆動制御を行っているときに、旋回用電動機21の回転速度が絶対値で逆転方向の最高回転速度に達すると、回転速度を制限するために行われる。その詳細については、後述する。
駆動指令生成部50は、減算器51、切替スイッチ部52、トルク制限部53、減算器54、PI制御部55、電流変換部56、及び旋回動作検出部57を含む。この駆動指令生成部50の減算器51には、レバー26Aの操作量に応じた旋回駆動用のトルク電流指令及び補正用トルク電流指令が入力される。
トルク指令生成部60は、レバー26Aの操作量に応じて、図6(a)に示すトルク電流指令を生成する。
補正用トルク指令生成部61は、レバー26Aの操作量に応じて、図6(b)に示す補正用トルク電流指令を生成する。図6(b)において、横軸のレバー26Aの操作量x(%)、旋回用電動機21の回転速度y(%)に対して、補正用トルク電流指令値をTf(x、y)(%)で示す。
図6(c)は、減算器51から出力されるトルク電流指令値Tcmdを示す特性図である。減算器51の出力は、図6(a)に示すトルク電流指令から図6(b)に示す補正用トルク電流指令を減じて得る特性であり、次式で与えられる。
図6(c)に示すように、操作量xが0%から20%未満では、回転速度yが0%速度の場合のトルク電流指令値Tcmdは存在しない。これは、操作量xが0%から20%未満では、零速度指令に基づく駆動制御が行われるか、又は、メカニカルブレーキ23によって旋回用電動機21の回転軸21Aが停止されるためである。
図7は、レバー26Aの操作量と回転速度の関係を示す図である。これは、図6(c)においてトルク電流指令値Tcmdが20%となる場合の操作量xと回転速度yとを抽出した特性を表す。この特性に示されるように、本実施の形態の旋回駆動制御装置40によれば、レバー26Aの操作量に応じて回転速度yを連続的に上昇させることができることが分かる。説明の便宜上、図7にはトルク電流指令値Tcmdが20%の場合の特性だけを示すが、トルク電流指令値Tcmdが20%以外の場合においても同様の特性となる。
速度指令生成部80は、図3に示すように、切替スイッチ部81、減算器82、及びPI制御部83を含み、正転側の最高回転速度、逆転側の最高回転速度、又は零速度に制御するための速度指令を生成する。
図8は、本実施の形態の旋回用駆動制御装置による旋回動作時の駆動制御の処理手順を示す図である。この処理は、本実施の形態の建設機械の運転中に、主制御部70によって繰り返し実行される処理である。
1A、1B 走行機構
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 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 キャビン
11 エンジン
12 電動発電機
13 減速機
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
18 インバータ
19 バッテリ
20 インバータ
21 旋回用電動機
23 メカニカルブレーキ
24 旋回減速機
25 パイロットライン
26 操作装置
26A、26B レバー
26C ペダル
27 油圧ライン
28 油圧ライン
29 圧力センサ
30 コントローラ
32 駆動制御装置
40 旋回駆動制御装置
50 駆動指令生成部
51 減算器
52 切替スイッチ部
53トルク制限部
54 減算器
55 PI制御部
56 電流変換部
57 旋回動作検出部
60 トルク指令生成部
61 補正用トルク指令生成部
70 主制御部
80 速度指令生成部
81 切替スイッチ部
82 減算器
83 PI制御部
Claims (6)
- 電動機で旋回駆動される建設機械の旋回機構を駆動制御する旋回駆動制御装置であって、
建設機械の操作手段に入力される操作量に応じて、前記電動機の駆動トルクを制御するためのトルク指令を生成するトルク指令生成手段と、
前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記操作手段に入力される操作量と、前記回転速度検出手段で検出される回転速度とに応じて、前記トルク指令生成手段で生成されるトルク指令を補正するための補正用トルク指令を生成する補正用トルク指令生成手段と、
前記補正用トルク指令によって補正されたトルク指令に基づく前記電動機の駆動制御を行う駆動制御手段と
を含む、旋回駆動制御装置。 - 前記補正用トルク指令の値は、回転速度の増大に応じて、絶対値で増大される、請求項1に記載の旋回駆動制御装置。
- 前記補正用トルク指令の値は、前記操作手段に入力される操作量の増大に応じて、絶対値で減少される、請求項1又は2に記載の旋回駆動制御装置。
- 前記電動機の回転速度を正転側及び逆転側の最高回転速度に制御するための正転側最高速度指令及び逆転側最高速度指令を生成する速度指令生成手段をさらに備え、
前記駆動制御手段は、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度が正転側又は逆転側の最高回転速度に達すると、前記補正されたトルク指令に基づく駆動制御から、前記速度指令生成手段によって生成される正転側最高速度指令又は逆転側最高速度指令に基づく駆動制御に切り替える、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の旋回駆動制御装置。 - 前記速度指令生成手段は、前記正転側最高速度指令及び前記逆転側最高速度指令に加えて、前記電動機の回転速度を零に制御するための零速度指令を生成するように構成されており、
前記駆動制御手段は、前記操作手段に入力される操作量が所定の微小操作量以下で、かつ、前記回転速度検出手段によって検出される回転速度が絶対値で所定の低回転速度以下になると、前記補正されたトルク指令に基づく駆動制御から、前記零速度指令に基づく駆動制御に切り替える、請求項4に記載の旋回駆動制御装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の旋回駆動制御装置を含む建設機械。
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