JPH0558091B2 - - Google Patents

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JPH0558091B2
JPH0558091B2 JP15107686A JP15107686A JPH0558091B2 JP H0558091 B2 JPH0558091 B2 JP H0558091B2 JP 15107686 A JP15107686 A JP 15107686A JP 15107686 A JP15107686 A JP 15107686A JP H0558091 B2 JPH0558091 B2 JP H0558091B2
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JP
Japan
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load
signal
arm
acceleration
gain
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JP15107686A
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English (en)
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JPS637426A (ja
Inventor
Hiroaki Shoji
Akira Hashimoto
Yoshio Nakajima
Kazuo Pponma
Takeshi Yamaguchi
Takashi Shirai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPS637426A publication Critical patent/JPS637426A/ja
Publication of JPH0558091B2 publication Critical patent/JPH0558091B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
    • B66C13/066Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads for minimising vibration of a boom
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2203Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
    • E02F9/2207Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing or compensating oscillations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A 産業上の利用分野 本発明は油圧シヨベルやクローラクレーンのよ
うにアーム(ブーム)を有する建設機械等の作業
機の振動抑制装置に関する。
B 従来の技術 近年、省エネルギ、原価低減等の面からこの種
の作業機全体の軽量化が推進されつつある。この
軽量化に伴い、特に、アームに関して、剛性の低
下によるアームのたわ及びアームに生ずる持続振
動が問題となつている。
このため、アームに加速度検出手段を設け、加
速度信号に応じ各アクチユエータへの油量を制御
したり、あるいは各アクチユエータの圧力を検出
する圧力検出手段を設け、アクチユエータ例えば
油圧シリンダの推力を演算により求め、このシリ
ンダ推力の変動に応じて油圧シリンダへの油量を
制御してアームに生じた振動を速やかに減衰させ
る技術が、例えば本出願人等による特願昭59−
142405号の明細書に開示されている。この2つの
方法は、原理的には全く同一と考えて良く、ここ
では、油圧シリンダ推力による振動抑制法に基づ
いて従来の技術を説明する。
第4図はこの振動抑制法を用いた制御装置の概
略構成を示している。38はアームおよびその先
端の負荷を含む駆動対象(下記式中、質量Mで示
す)であり油圧シリンダ35で駆動される。この
制御装置は、油圧シリンダ35のロツド圧PR
びヘツド圧PHを検出する圧力検出器40,39
と、油圧シリンダ35を動作させる指令信号を発
生させる操作指令手段(操作レバー)41と、下
記に述べる演算を行うコントローラ50と、コン
トローラ50からの信号により油圧シリンダ35
に適宜の油を流す電気−油圧サーボ弁42とから
なる。コントローラ50では、各圧力信号PR
PHに圧力PR,PHが作用する各受圧面積AR,AH
掛け、この差(AH・PH−AR・PR)を演算してシ
リンダ推力を求める。そして、ハイパスフイルタ
34により求められたシリンダ推力の変動分のみ
を検出し、これにゲイン設定器36で一定ゲイン
G1を掛けて上記指令信号との差を演算出力する。
そしてこの演算出力により、サーボ弁42を制御
する。なお、この際、ハイパスフイルタ34はコ
ントローラ50の外部に設けても良いし、ソフト
ウエアで内部に構成しても良い。
以上のような構成をモデル化すると第5図のよ
うになる。このモデルにより系の伝達関数PH
iを求めると以下のようになる。
PH/i=KS・Ki・(M・S+C)/M・KS・V・S2
+{M・Ki・β(1+G1・KS)+C・KS・V}S+β(
Ki・C+AH 2* *KS・Ki・(M・S+C)/・KS+G1・KSKi・C
)……(1) M:駆動対象の質量 Kg i:入力電流 A PH:ヘツド圧力 Pa V:配管容積 m3 β:体積弾性係数 N/m2 c:シリンダ35の粘性抵抗係数 N/m/s AH:ヘツド受圧面積 m3 G1:ゲイン A/Pa KS:サーボ弁の圧力ゲイン cm3/sPa Ki:サーボ弁の流量ゲイン m3/sA S:ラプラス変換演算子 1/s (Si単位系による) (1)式よりこの系の減衰率ζを求めると、 ζ=M・Ki・β(1+G1・KS)+C・
KS・V/2√M・KS・V・β{Ki・C(1+G1・KS)+
AH 2・KS……(2) となる。(2)式より所望の減衰率をζ0(建設機械の
ような作業機では0.3程度が適当)とすると、ゲ
インG1は、 G1=(2ζ2・KS・V・C−1+√4・KS 2・C2・V2
・ζ0 4+4V・KS(KS・M・V・β/M・Ki・β* *・AH 2−C)ζ0 2+1−KS 2・C2・V2/M・Ki・
β−1)×1/KS……(3) となる。したがつて(3)式に示すフイードバツクゲ
インG1により所望の減衰率ζ0得ることができる。
C 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、(2)式からわかるように、アーム
先端に付与される負荷荷重が変化する場合、フイ
ードバツクゲインG1が一定であると所望の減衰
率ζ0得ることができない。その結果、負荷荷重が
小さい場合(M0)に減衰率ζ0が得られるように
ゲインGaを選ぶと、負荷荷重がM0の場合には第
6図aのようにアームの振動は速やかに減衰する
が、負荷荷重MがMl(>M0)になると適切な減
衰率ζ0が得られず、第6図bのようにあまり減衰
しなくなつてしまう。すなわち、従来技術では、
アームの減衰が負荷荷重の変動に対して十分でな
い。このような問題は、またアームを有する作業
機の旋回時についても起きる。
本発明の目的は、アームの負荷荷重に応じて作
業機に最も適切な減衰率で常時運転できるように
した作業機の振動抑制装置を提供することにあ
る。
D 問題点を解決するための手段 本発明は、このような問題点を解消するため、
入力される駆動信号に従つて旋回体及び/または
アームすなわち駆動対象を駆動するアクチユエー
タと、アクチユエータを駆動するために操作され
指令信号を出力する操作指令手段と、駆動対象の
加速度に相応した加速度信号を出力する加速度検
出手段と、アームに加わる負荷荷重に相応した負
荷信号を出力する荷重検出手段と、指令信号、加
速度信号及び荷重信号に基づいてアームの減衰率
が常時略一定となるような駆動信号を出力する制
御手段とを具備する。
E 作用 操作指令手段から指令信号が、加速度検出手段
から加速度信号が、荷重検出手段から荷重信号が
それぞれ制御手段に入力されると、それらの信号
に従つてアームの減衰率が常時略一定となるよう
な駆動信号が出力される。ここで、適切に減衰率
を設定すれば、駆動対象に負荷される荷重に拘ら
ず略一定の減衰率のもとにアームの振動が速やか
に抑制される。
F 実施例 第1図及び第2図は本発明の一実施例を示し、
両図を用いて説明する。
作業機本体1にはアーム2がその回動軸O1
中心に回動可能に連結され、アーム2の先端には
回動軸O2を中心に回動可能にアーム3が連結さ
れ、アーム3の先端には把持具4が設けられてい
る。アーム2,3はそれぞれ油圧シリンダ5,6
により回動される。また、把持具4の連結点には
ロードセル7が設けられ把持具4および把持した
物体8の重量を検出する。更に、油圧シリンダ5
のヘツド圧力PH、ロツド圧力PRを検出する圧力
計9,10が設けられ、ロードセル7、圧力計
9,10の検出信号はコントローラ20に入力さ
れている。コントローラ20には、操作指令装置
11からの指令信号aが入力されている。そし
て、コントローラ20からの電流信号iにより電
気−油圧サーボ弁12が制御されて油圧シリンダ
5を最適制御する。
コントローラ20は、掛算器21,22と、両
掛算器21,22の出力の差をとる減算器23
と、その出力の高周波成分をとり出し加速度信号
cを出力するハイパスフイルタ24と、ロードセ
ル7からの荷重信号bによりアクセスされ最適ゲ
インGnを出力するメモリ25と、ハイパスフイ
ルタ24の出力とメモリ25の出力とを掛け合わ
せてフイードバツク信号dを出力する掛算器26
と、フイードバツク信号dと指令信号aとの偏差
をとる減算器27とから成り、減算器27の出力
がサーボ弁12の電流信号iとされる。
以上の構成において、アーム2,3が駆動対象
を、油圧シリンダ5がアクチユエータを、操作指
令装置11が操作指令手段を、圧力計9,10、
掛算器21,22、減算器23、ハイパスフイル
タ24が加速度検出手段を、ロードセル7が荷重
検出手段を、メモリ25、掛算器26、減算器2
7が制御手段をそれぞれ構成する。
このように構成された実施例の動作について説
明する。
両圧力計9,10の検出信号がコントローラ2
0へ入力され、それぞれ掛算器21,22で(ヘ
ツド受圧面積AH×ヘツド圧力PH)、(ロツド受圧
面積AH×ロツド圧力PR)を演算し、減算器23
でそれらを減算してシリンダ推力を求める。減算
結果がハイパスフイルタ24を通過することによ
り、シリンダ推力の変動分すなわち油圧シリンダ
の加速度信号cがとり出される。
一方、ロードセル7からの荷重信号bによりメ
モリ25がアクセスされて、予め格納してある荷
重−ゲインGnテーブルをルツクアツプして最適
ゲインGnを読み取つて出力する。そして、掛算
器26で、最適ゲインGnと、ハイパスフイルタ
24から出力される加速度信号cとを掛け合わせ
てフイードバツク信号dを減算器27に出力す
る。減算器27には操作指令装置11から指令信
号aが入力されており、フイードバツク信号dと
指令信号aとの偏差をとり、その結果がサーボ弁
12の電流信号iとしてサーボ弁12に供給され
る。
ここで、第2図に基づいて、最適ゲインGnの
読み取り手順について説明する。
まず、手順P1で荷重信号bを読み込む。その
荷重信号bにより、手順P2−1〜〜2−i-1
経て荷重信号bに最適なゲインG1〜Giが手順P
3−1から手順P3−iで選択されてゲインGn
として記憶される。ここで、各荷重に対する最適
ゲイン実験により予め求めて荷重−ゲインGnテ
ーブルとしてメモリ25に格納しておく。
このように構成された実施例では、アーム3の
選択の負荷物体8の重量が変わつても、それに応
じて常に減衰率ζがζ0となるようにゲインGnを
選択する。すなわち前述した(2)式、 ζ=M・Ki・β(1+G1・KS)+C・
KS・V/2√M・KS・V・β{Ki・C(1+G1・KS)+
AH 2・KS……(2) からわかるように、ゲインG1を負荷物体8の荷
重に応じてG2,G3…Giに変更することにより、
常に減衰率ζがζ0となる。従つて、第3図a,b
に示すように、負荷物体8の質量Mが小さい値
M0でも、大きい値Ml(>M0)でも、減衰特性を
略一定にできる。
以上の実施例において、油圧シリンダ5の推力
から加速度を求める代わりに、回動中心O1回り
のアーム2の角加速度を直接検出しても良い。ま
た、アーム3についても同様の制御を行うことが
できる。
更に、作業機本体1が旋回モータなどのアクチ
ユエータにより旋回可能であれば、旋回体の加速
度を検出して旋回停止、起動時のアームの振動を
上述したと同様に抑制するように本発明を構成す
ることもできる。
G 発明の効果 本発明によれば、アーム振動の減衰率が常に略
一定となるように、アームに加わる負荷荷重に応
じてアクチユエータを駆動する駆動信号を形成す
るようにしたので、負荷荷重の変動に拘らず確実
に振動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の一実施例を示し、
第1図は全体構成図、第2図は最適ゲインを読み
取る手順例を示すフローチヤート、第3図a,b
はこの実施例による振動特性を示す図、第4図は
従来例の全体構成図、第5図はそのモデル図、第
6図a,bは従来例の振動特性を示す図である。 2,3:アーム、5:油圧シリンダ、7:ロー
ドセル、8:負荷物体、9,10:圧力計、1
1:操作指令装置、12:電気−油圧サーボ弁、
20:コントローラ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 旋回可能に設けられた旋回体および/または
    その旋回体に回動可能に設けられたアームを駆動
    対象とする作業機の振動抑制装置において、 入力される駆動信号に従つて前記駆動対象を駆
    動するアクチユエータと、 アクチユエータを駆動するために操作され指令
    信号を出力する操作指令手段と、 前記駆動対象の加速度に相応した加速度信号を
    出力する加速度検出手段と、 アームに加わる負荷荷重に相応した荷重信号を
    出力する荷重検出手段と、 前記指令信号、加速度信号及び荷重信号に基づ
    いてアームの減衰率が常時略一定となるような駆
    動信号を出力する制御手段と、を具備したことを
    特徴とした作業機の振動抑制装置。
JP15107686A 1986-06-27 1986-06-27 作業機の振動抑制装置 Granted JPS637426A (ja)

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JP15107686A JPS637426A (ja) 1986-06-27 1986-06-27 作業機の振動抑制装置

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JPS637426A JPS637426A (ja) 1988-01-13
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