JPH11125206A - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータ圧にハンチングが生じないよ
うにフィードバックをかけてアクチュエータを制御す
る。 【解決手段】 可変容量形の油圧ポンプの圧油によりア
クチュエータを駆動する建設機械の油圧制御装置におい
て、アクチュエータ２に接続される油圧回路の圧力を検
出する圧力検出手段１０と、この圧力検出手段にて検出
した圧力を微分する微分手段と、この微分手段にて微分
した微分値とアクチュエータの圧力を加算して予測値と
する予測値演算手段と、予測値をフィードバック信号と
して流量制御弁の圧力制御を行う制御手段とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ポンプの圧油
によりアクチュエータを駆動する建設機械の油圧制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は建設機械の油圧制御装置を示すも
ので、原動機１と、原動機１にて駆動され作業機のアク
チュエータ２へ圧油をメイン回路を介して供給する可変
容量形の油圧ポンプ３と、この油圧ポンプ３のポンプ押
しのけ容積を設定するポンプ押しのけ容積器４と、原動
機１に駆動され、パイロット回路へパイロット圧油を供
給するパイロットポンプ５と、上記メインの油圧回路に
配置され、油圧ポンプ３からの圧油を選択的に上記アク
チュエータ２へ供給する流量制御弁６と、パイロットポ
ンプ５からの圧油を減圧し流量制御弁６を切換作動する
ための電磁比例弁７と、操作レバー８の操作量に応じた
信号を出力する操作信号出力器９と、上記アクチュエー
タ２へ作用する圧油の圧力を検出する圧力センサ１０
と、前記操作信号出力器９からの信号と、圧力センサ１
０からの検出信号を入力して電磁比例制御７を駆動する
演算制御装置１１とからなっている。そしてこの油圧制
御装置の制御系のブロック線図は図２に示すようにな
る。

【０００３】この装置において、アクチュエータ圧を設
定圧以下に制御する場合を考えると、入力をレバー信
号、出力をアクチュエータ圧とすると、図３に示すよう
に、実際のアクチュエータ圧と設定圧との差をフィード
バック値とし、それにゲインＧを乗じた値を入力値から
減算する方法がある。

【０００４】ところで、この油圧制御装置における演算
制御装置１１から電磁比例弁７、流量制御弁６へ至る回
路は、いわゆるプラント部分ＰＬとなるもので、これは
演算制御装置１１から信号が出た後の信号がアクチュエ
ータ２の圧力値になるまでの伝達回路であるが、このプ
ラント部分ＰＬには、電磁比例弁７−流量制御弁６−流
量制御弁６を通過した圧油が配管を通過してアクチュエ
ータ圧になるまで、機器の作動遅れや、作動油の圧縮性
等の遅れ要素を含んでいる。

【０００５】また、図１には図示してないが、メインの
油圧回路にブリード弁を設け、このブリード弁にてアク
チュエータ圧を制御するときも、ブリード弁を通過して
タンクへ圧油が逃げることにより、ポンプ圧が目標圧に
なるまで、上記と同様に遅れ要素を含んでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術にお
いて、遅れ要素が大きくて位相のずれが大きいと、図３
に示すようにフィードバックをかけても、アクチュエー
タ圧にハンチングが生じてしまう。図４にその様子を示
す。これはアクチュエータ圧を設定圧以下に制御した例
であり、レバー信号にアクチュエータ圧の信号でフィー
ドバックをかけた演算信号と、その信号を受けて流量制
御弁６を制御してその結果出力されたアクチュエータ圧
の関係は、上記遅れのために最大１３０°、最小で１０
５°もの位相のずれが生じており、フィードバックをか
けてもハンチング現象が生じていることが判る。

【０００７】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、プラント部で遅れが生じる油圧回路にあっても、
アクチュエータ圧にハンチングが生じることがないよう
にフィードバックをかけることができる建設機械の油圧
制御装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本発明に係る建設機械の油圧制御装置
は、原動機と、原動機により駆動される可変容量形の油
圧ポンプと、この油圧ポンプのポンプ押しのけ容積を設
定するポンプ押しのけ容積設定器と、原動機にて駆動さ
れるパイロットポンプと、アクチュエータと、油圧ポン
プからの圧油をアクチュエータへ選択的に供給する流量
制御弁と、パイロットポンプからの圧油を減圧して流量
制御弁を切換制御する電磁制御弁と、操作レバーと、操
作レバー操作量に応じて信号を出力する操作信号出力器
と、この操作信号出力器からの信号を受けて電磁制御弁
を駆動する演算制御装置を備えた建設機械の油圧制御装
置において、アクチュエータへ接続される油圧回路の圧
力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段にて検
出した圧力を微分する微分手段と、この微分手段にて微
分した微分値とアクチュエータの圧力を加算して予測値
とする予測値演算手段と、予測値をフィードバック信号
として流量制御弁の圧力制御を行う制御手段とを設けた
構成になっている。そしてこの構成では、アクチュエー
タへ接続される油圧回路の圧力から予測値が演算され、
この予測値を流量制御弁の制御手段に入力される制御圧
力にフィードバックすることにより、アクチュエータを
作動するための制御手段（プラント部分）での位相ずれ
が補正されてレバー操作に対するアクチュエータの作動
遅れを改善することができ、アクチュエータ圧のハンチ
ングを抑えることができる。

【０００９】そして上記建設機械の油圧制御装置におい
て、微分手段を、圧力検出手段による検出値をサンプル
ホールドする手段と、サンプルホールドされた前回の検
出値と現在の検出値を比較してその差を演算する第１の
演算手段と、これの演算値にゲインをかけるゲイン手段
と、このゲインをかけられた演算値と現在の検出値とを
比較する第２の演算手段とにて構成した。この構成によ
れば、流量制御弁の制御手段に入力される制御圧力に対
するフィードバックされる予測値を適切な値にすること
ができる。

【００１０】そして上記予測値にフィルタをかけること
により、予測値の出力波形をなめらかにできる。

【００１１】上記構成において、アクチュエータへ接続
される油圧回路の圧力を検出する圧力検出手段による圧
力の検出は、アクチュエータ圧あるいは油圧ポンプのポ
ンプ圧のいずれを検出してもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、アクチュエータ２の圧
力を検出する圧力センサ１０と、それを受けて流量制御
弁６を制御できる演算制御装置１１を備えた油圧回路に
あって、アクチュエータ圧の圧力変動を微分した値と現
在圧とを加算して圧力の予測値を算出し、その値を圧力
値のフィードバック信号として流量制御弁６やブリード
弁の制御を行う。これによりプラント部分ＰＬの遅れに
よる位相のずれを減らし、ハンチングを抑えた圧力制御
が行われる。

【００１３】上記予測値の算出は、例えば、演算制御装
置１１は決められたサンプリングタイムで演算している
ので、前回値を記憶しておけば、現在値からその値を減
算することにより微分値が得られる。そしてプラント部
分ＰＬの遅れを時間に換算して、遅れ時間をサンプリン
グタイムで除した値を倍数として上記微分値と乗じ、そ
れと現在値を加算すれば遅れを考慮した予測値を算出す
ることができる。

【００１４】次に本発明の実施の形態を図５以下に基づ
いて説明する。なおこの説明は図１に示した形の油圧回
路における実施の形態について行う。

【００１５】まず圧力センサ１０にて油圧回路の圧力
を、例えばサンプリングタイムを０．１秒にして逐次検
出すると共に、サンプルホールドにて前回値をホルドし
ておく。そして、現在値から前回値を減算して微分値を
得る。そしてこの微分値にゲインＧを乗じる。このゲイ
ンＧの値は、プラント部分ＰＬ全体の遅れを１．０秒と
する１０倍にする。

【００１６】次に、このゲインＧ（１０）を乗じた微分
値と上記現在値とを加算して予測値を得る。このときの
制御系のブロック図は図５に示す。

【００１７】また、上記の方法で、予測値が微分値の影
響に直接的に左右されて予測値が収束しない場合は、図
６に示すように、予測値にフィルタをかけることにより
少し鈍らせればよい。そのときは鈍らすフィルタ値の度
合いによりゲインを若干あげる。

【００１８】図４に示したアクチュエータ圧に対する予
測値を、上記方法にて算出した結果を図４に鎖線にて示
した。このときの予測値はフィルタをかけ、これの鈍ら
せ度合いを大きくしたので位相のずれはまだ残っている
が、最大で１２０°、最小で７５°であり、実線で示さ
れた従来のアクチュエータ圧よりそのずれ量は小さくな
っていることが判る。

【００１９】そして上記方法で演算した予測値を用いて
図７に示すような制御系のブロック図にてアクチュエー
タ圧を設定圧以下に制御した例を図８に示す。この場
合、図４に比べてアクチュエータ圧にハンチング現象が
生じていないことが判る。

【００２０】この実施の形態では図１において、アクチ
ュエータ圧を圧力センサ１０にて検出して、その予測値
を演算制御装置１１にて算出し、その結果に基づいて電
磁比例弁７を介して流量制御弁６のフィードバック制御
を行っているが、上記アクチュエータ圧に代えてポンプ
圧を検出して同様の制御を行っても同様の効果を得るこ
とができる。

【００２１】本発明に係る油圧制御装置を適用しようと
する油圧駆動装置における油圧回路の圧力を制御する手
段は次のようになる。

【００２２】例えば、圧力を減少させる手段はいろいろ
あるが、例えばアクチュエータ２が旋回モータであれ
ば、旋回加速時の流入圧力は、油圧ポンプ３から吐出さ
れて、油圧モータの流入口に注がれる作動油の量に支配
されるので、本質的にはポンプ吐出量を減少させればよ
い。

【００２３】油圧ポンプ３の吐出量はポンプ押しのけ容
積とポンプ回転（多くの場合は油圧ポンプ３を回転させ
る原動機１の回転と同じ）の積で決まり、今、ポンプ回
転は同一とすると、ポンプ押しのけ容積を減少させれ
ば、ポンプ吐出量が減少することが判る。そしてポンプ
押しのけ容積を減少させる最も簡単な方法は、アクチュ
エータ２への流入開口を閉じればよく、ここで一般的な
ポンプ制御であるロードセンシングを例に、流入開口を
閉じればポンプ押しのけ容積が減少することを説明す
る。

【００２４】ロードセンシングの場合、アクチュエータ
２が図１で示される旋回モータ以外にもあるが、このア
クチュエータ２が最高負荷圧を生じる軸とすると、その
流量開口を絞れば、アクチュエータ２への圧油の流入が
減少することになり、その結果アクチュエータ２への負
荷圧が減少してポンプ圧と負荷圧の差が大きくなる。こ
れにより、ポンプ圧と最高負荷圧の差を図９に示すよう
に保つようにポンプ押しのけ容積を制御するロードセン
シングでは、ポンプ押しのけ容積が減少し、ポンプ吐出
量が減少する。

【００２５】また、油圧ポンプ３が図１０に示すように
ネガコンであれば、流入開口を閉じることは、すなわ
ち、流量制御弁６の内部にあり圧油のアクチュエータ２
への流入量、アクチュエータ２からの流出、及び中立回
路１２への流出量を決定する流量制御弁のスプールのス
トロークを減少させる方法に移動させることになり、流
入開口と中立回路への流出開口は図１１に示すような関
係となるので、図１０において中立回路１２への流出量
は増加する。そしてこのネガコンのポンプ制御は、中立
回路１２を出た後の油がタンク１３の前にある絞り１４
を通過した前後の差圧と図１２に示すようなポンプ押し
のけ容積の関係をとるように制御するので、流入開口を
閉じれば、すなわち中立開口を開くことになり、そのた
め絞り１４に多くの油が流れることになって絞り１４の
前後の差圧が大きくなり、その結果、ポンプ押しのけ容
積は減少する。

【００２６】また、レバーの操作量に応じて吐出量を決
めるポジコンであれば、レバーの操作量、流入開口、ポ
ンプ押しのけ容積のそれぞれの関係は図１３に示す関係
をとるので、流入開口を閉じればポンプ押しのけ容積も
減少する。

【００２７】以上、アクチュエータへの流入開口を閉じ
ることによってポンプ押しのけ容積を減らす手段を述べ
たが、直接油圧ポンプのポンプ押しのけ容積を減らした
り、また原動機１の回転を下げる手段を設けて、それに
よりポンプ吐出量を減少させてもよい。原動機１の回転
は、原動機１の設定回転数を指令する原動機回転数コン
トローラが制御しているので、そのコントローラに設定
原動機回転を減らすように指令を出せばよい。圧力を増
加させる手段は上記のことと逆のことを行えばよい。ま
た、圧力を制御する他の手段としては、油圧ポンプの圧
力を逃がすブリード弁の開口を制御しても可能である。
すなわち、ブリード弁を絞ればポンプ圧は増加し、逆に
閉じればポンプ圧は低下する。

【００２８】図１４に油圧ポンプ３からの圧油をタンク
へ逃がすブリード弁１５を備えた油圧制御回路を示す。
図中１６は操作レバー８の操作量に応じてパイロットポ
ンプ５からのパイロット圧力を減圧する減圧弁である。

【図面の簡単な説明】

【図１】建設機械の油圧制御回路図である。

【図２】図１に示す油圧制御回路における制御系のブロ
ック図である。

【図３】設定値をフィードバック値する制御系のブロッ
ク図である。

【図４】従来におけるフィードバックした演算信号に対
するアクチュエータ圧の関係を示す線図である。

【図５】本発明に係る制御系のブロック図である。

【図６】フィルタをかけた場合の制御系のブロック図で
ある。

【図７】本発明におけるアクチュエータ制御系のブロッ
ク図である。

【図８】本発明におけるフィードバックした演算信号に
対するアクチュエータ圧の関係を示す線図である。

【図９】ポンプ圧と最高負荷圧の差とポンプ押しのけ容
積の関係を示す線図である。

【図１０】ネガコン形の制御形を示す油圧回路図であ
る。

【図１１】流量制御弁のスプールストロークと開口面積
の関係を示す線図である。

【図１２】絞りの前後差圧とポンプ押しのけ容積との関
係を示す線図である。

【図１３】レバー操作量に対するポンプ押しのけ容積及
び流入開口の関係を示す線図である。

【図１４】ブリード弁を備えた油圧制御回路図である。

【符号の説明】

１…原動機 ２…アクチュエータ ３…油圧ポンプ ４…ポンプ押しのけ容積器 ５…パイロットポンプ ６…流量制御弁 ７…電磁比例弁 ８…操作レバー ９…操作信号出力器 １０…圧力センサ １１…演算制御装置 １２…中立回路 １３…タンク １４…絞り １５…ブリード弁 １６…減圧弁 ＰＬ…プラント部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機と、原動機により駆動される可変
   容量形の油圧ポンプと、この油圧ポンプのポンプ押しの
   け容積を設定するポンプ押しのけ容積設定器と、原動機
   にて駆動されるパイロットポンプと、アクチュエータ
   と、油圧ポンプからの圧油をアクチュエータへ選択的に
   供給する流量制御弁と、パイロットポンプからの圧油を
   減圧して流量制御弁を切換制御する電磁制御弁と、操作
   レバーと、操作レバー操作量に応じて信号を出力する操
   作信号出力器と、この操作信号出力器からの信号を受け
   て電磁制御弁を駆動する演算制御装置を備えた建設機械
   の油圧制御装置において、 アクチュエータに接続される油圧回路の圧力を検出する
   圧力検出手段と、この圧力検出手段にて検出した圧力を
   微分する微分手段と、この微分手段にて微分した微分値
   とアクチュエータの圧力を加算して予測値とする予測値
   演算手段と、予測値をフィードバック信号として流量制
   御弁の圧力制御を行う制御手段とを設けたことを特徴と
   する建設機械の油圧制御装置。
2. 【請求項２】 微分手段を、圧力検出手段による検出値
   をサンプルホールドする手段と、サンプルホールドされ
   た前回の検出値と現在の検出値を比較してその差を演算
   する第１の演算手段と、これの演算値にゲインをかける
   ゲイン手段と、このゲインをかけられた演算値と現在の
   検出値とを比較する第２の演算手段とにて構成したこと
   を特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧制御装置。
3. 【請求項３】 予測値にフィルタをかけたことを特徴と
   する請求項１または２記載の建設機械の油圧制御装置。