KR100834799B1 - 선회 제어 장치, 선회 제어 방법, 및 건설 기계 - Google Patents

Abstract

전동 선회 셔블(건설 기계)(1)에 있어서는 선회체(4)에 대하여 레버 지시 방향과는 역방향의 토압이 작용하면 선회 제어 장치(100)의 제어계 변경 수단(150)이 선회체(4)를 구동하는 전동 모터(5)의 토크 출력을 크게 변경한다. 따라서, 작용하는 토압에 양호하게 대항할 수 있고, 선회체가 역방향으로 계속해서 선회하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 토압이 커져도 작업에 영향을 미칠 염려가 없음과 아울러 구배면상에서 선회체를 선회시켜도 붐이나 암의 중량에 의해 선회체가 크게 되돌려지는 것을 방지할 수 있다.

선회 제어 장치, 선회 제어 방법, 건설 기계

Description

선회 제어 장치, 선회 제어 방법, 및 건설 기계{ROTATION CONTROL DEVICE, ROTATION CONTROL METHOD, AND CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 전동 모터로 선회하는 선회체를 제어하기 위한 선회 제어 장치, 선회 제어 방법, 및 선회체가 전동 모터에 의해 선회하는 건설 기계에 관한 것이다.

최근, 선회체를 전동 모터로 구동하고, 다른 작업기나 주행체를 유압 액츄에이터로 구동하는 하이브리드 타입의 전동 선회 셔블이 개발되어 있다(예컨대, 특허문헌1 참조).

이러한 전동 선회 셔블에서는 선회체의 선회 동작이 전동 모터로 행하여지기 때문에 유압 구동되는 붐(boom)이나 암의 상승 동작과 동시에 선회체를 선회시켜도, 선회체의 동작이 붐이나 암의 상승 동작에 영향을 주지 않는다. 따라서, 선회체도 유압 구동할 경우에 비해 제어 밸브 등에서의 로스를 적게 할 수 있고, 에너지 효율이 양호하다.

특허문헌1 : 일본 특허 공개 제2001-11897호 공보

그런데, 전동 선회 셔블 등의 건설 기계에 있어서, 홈폭을 넓히는 바와 같은 굴삭 작업의 경우에는 버킷을 홈의 측벽에 꽉 누르면서 행하는 것이 많다. 버킷을 측벽에 꽉 누르는 조작은 선회 레버를 소정 방향으로 기울여서 선회체를 선회 구동시킴으로써 행하여진다. 즉, 선회시의 토크 출력을 이용해서 버킷을 측벽에 꽉 누르는 것이다.

그러나, 굴삭 부분 지반의 경도나 형상 등 지반의 상황에 따라서 굴삭중에 버킷이 토압(굴삭 반력)에 의해 되돌려져서 선회 레버를 소정 방향으로 조작하고 있는데도 불구하고 선회체가 선회 조작 방향과는 반대측으로 선회해서 되돌려지는 현상이 발생한다. 이 현상은 오퍼레이터가 의도한 대로의 작업을 행하기 어렵게 하는 것이며, 작업 효율을 저하시킬 가능성이 있다.

또한, 이러한 현상은 굴삭 작업시에 한하지 않고, 경사지에 있어서 선회체를 선회시켰을 경우에도 발생할 우려가 있다. 예컨대, 선회체의 선회에 의해 경사 방향의 상방측을 향해서 버킷을 이동시키려고 하면 붐이나 암도 중력에 대항해서 이동시키는 것이기 때문에 붐이나 암의 중량에 뒤져서 선회체가 일단 역방향으로 선회해버린다.

본 발명의 목적은 선회체에 대하여 선회 조작 방향과는 반대 방향으로 외력이 작용했을 경우라도 선회체의 반대 방향으로의 선회를 방지할 수 있는 선회 제어 장치, 선회 제어 방법, 및 건설 기계를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 선회 제어 장치는 조작체의 지령에 의거하여 전동 모터로 구동되는 선회체의 선회 동작을 제어하는 선회 제어 장치로서, 상기 선회체의 선회 위치 정보를 출력하는 선회 위치 출력 수단과, 상기 선회 위치 출력 수단의 출력값을 기준 위치로 해서 기억하는 기준 위치 기억 수단과, 상기 전동 모터의 제어 지령의 생성 및 출력을 행하는 제어 지령 생성 수단과, 상기 선회 위치 출력 수단의 출력값, 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치, 및 상기 조작체의 조작 방향에 의거하여 상기 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행할지를 판정하는 제어계 변경 판정 수단과, 상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행하는 제어계 변경 수단을 구비하고, 상기 제어계 변경 수단은 상기 제어계의 변경에 의해 상기 전동 모터의 제어 지령을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 제어계 변경 수단이 선회 제어 장치의 제어계의 변경에 의해 전동 모터의 제어 지령을 제어계의 변경전의 값보다 크게 하므로 작용하는 외력에 양호하게 대항하도록 되어 선회체가 역방향으로 계속해서 선회할 우려가 없다.

본 발명의 선회 제어 장치에 있어서, 상기 제어계 변경 수단은 상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와, 상기 선회 위치 출력 수단의 출력값 및 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치에 의거하여 상기 전동 모터의 변경 지령의 생성을 행하는 변경 지령 생성부와, 상기 제어 지령 생성 수단에 의한 제어 지령과 상기 변경 지령 생성부에 의한 변경 지령 중 큰 쪽의 값을 선택하여 상기 전동 모터의 제어 지령으로서 출력하는 제어 지령 출력부를 구비하고, 상기 제어계의 변경은 상기 기준 위치를 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 제어계 변경 수단의 제어 지령 출력부가 제어 지령 생성 수단에 의한 제어 지령과 변경 지령 생성부에 의한 변경 지령 중 큰 쪽의 값을 선택해 전동 모터의 제어 지령으로서 출력하므로 제어계의 변경에 의해 전동 모터의 제어 지령이 갑자기 크게 변화되지 않고 스무드한 제어에 의해 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 선회 제어 장치에 있어서, 상기 제어계 변경 수단은 상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와, 상기 제어 지령 생성 수단과는 다른 제어 규칙에 의해 상기 전동 모터의 제어 지령의 생성 및 출력을 행하는 스위칭 제어 지령 생성부와, 상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 제어 지령 생성 수단과 상기 스위칭 제어 지령 생성부를 스위칭하는 제어 규칙 스위칭부를 구비하고, 상기 제어계의 변경은 상기 제어 규칙 스위칭부에 의한 상기 제어 지령 생성 수단으로부터 상기 스위칭 제어 지령 생성부로의 제어 규칙의 스위칭인 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 제어계 변경 수단의 제어 규칙 스위칭부가 제어 지령 생성 수단으로부터 스위칭 제어 지령 생성부로 제어 규칙을 스위칭하고 있고, 속도 게인을 크게 하고 있는 것은 아니기 때문에 통상의 선회 동작에 있어서 과대한 토크 출력이 발생할 우려가 없다.

본 발명의 선회 제어 장치에 있어서, 상기 제어계 변경 수단은 상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와, 상기 선회체의 제어 게인이 복수 기억되어 있는 제어 게인 기억부와, 상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 제어 게인 기억부에서 선택하는 제어 게인을 변경하는 제어 게인 변경부를 구비하고, 상기 제어계의 변경은 상기 제어 게인 변경부에 의한 상기 제어 게인의 변경인 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 제어계 변경 수단의 제어 게인 변경부에 의해 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 의거하여 제어 게인의 변경을 행할 수 있고, 이 제어 게인의 변경에 의해 선회체가 역방향으로 선회하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 선회 제어 장치에 있어서, 상기 제어계 변경 수단은 상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와, 상기 조작체의 조작 입력에 의거하여 설정된 상기 선회체의 제어 목표값을 상기 선회 위치 출력 수단의 출력값 및 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치에 의거하여 변경하는 목표값 변경부를 구비하고, 상기 제어계의 변경은 상기 목표값 변경부에 의한 상기 목표값의 변경인 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 제어계 변경 수단의 목표값 변경부에 의해 선회체의 제어 목표값의 변경을 행할 수 있고, 이 제어 목표값의 변경에 의해 선회체가 역방향으로 선회하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 선회 제어 방법은 조작체의 지령에 의거하여 전동 모터로 구동되는 선회체의 선회 동작을 제어하기 위한 선회 제어 방법으로서, 상기 선회체의 선회 위치 정보를 출력하는 스텝과, 출력된 선회 위치 정보의 출력값을 기준 위치로 해서 기억하는 스텝과, 상기 전동 모터의 제어 지령의 생성 및 출력을 행하는 스텝과, 상기 선회 위치 정보의 출력값, 상기 기억되어 있는 기준 위치, 및 상기 조작체의 조작 방향에 의거하여 상기 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행할지를 판정하는 스텝과, 이 판정의 결과 상기 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행한다고 판정되는 경우에 상기 전동 모터의 제어 지령을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행할지를 판정하는 스텝에 의해 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행한다고 판정되었을 경우에, 전동 모터의 제어 지령을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하므로 작용하는 외력에 양호하게 대항하게 되어 선회체가 역방향으로 계속해서 선회할 우려가 없다.

본 발명의 건설 기계는 전동 모터로 선회 구동되는 선회체와, 이 선회체를 제어하기 위한 본 발명의 선회 제어 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 전동 모터로 선회 구동되는 선회체와, 이 선회체를 제어하기 위한 본 발명의 선회 제어 장치를 구비하고 있으므로, 본 발명의 선회 제어 장치와 마찬가지의 효과를 갖는 건설 기계가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 건설 기계를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도 2는 상기 제 1 실시형태에 의한 건설 기계의 전체 구성을 나타내는 도면 이다.

도 3은 상기 제 1 실시형태에 의한 선회 제어 장치의 제어 구조를 나타내는 블록도이다.

도 4는 상기 제 1 실시형태에서의 기준 위치 갱신에 관한 플로우 챠트이다.

도 5는 상기 제 1 실시형태에서의 제어 지령의 출력에 관한 플로우 챠트이다.

도 6은 상기 제 1 실시형태에서의 제어를 보다 상세하게 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에서의 제어를 나타내는 도면이다.

도 8은 상기 제 2 실시형태에서의 한쪽의 제어 규칙을 나타내는 블록도이다.

도 9는 상기 제 2 실시형태에서의 다른쪽의 제어 규칙을 나타내는 블록도이다.

도 10은 상기 제 2 실시형태에서의 제어 규칙의 스위칭에 관한 플로우 챠트이다.

도 11은 본 발명의 제 3 실시형태에서의 제어 구조를 나타내는 블록도이다.

도 12는 상기 제 3 실시형태에서의 제어 게인의 변경에 관한 플로우 챠트이다.

도 13은 본 발명의 제 4 실시형태에서의 제어 구조를 나타내는 블록도이다.

도 14는 본 발명의 제 1 변형예를 나타내는 사시도이다.

도 15는 상기 제 1 변형예에서의 규제 장치를 나타내는 분해 사시도이다.

도 16은 본 발명의 제 2 변형예에서의 규제 장치를 나타내는 유압 회로도이 다.

[부호의 설명]

1 : 전동 선회 셔블(건설 기계) 4 : 선회체

5 : 전동 모터 10 : 선회 레버(조작체)

삭제

삭제

41 : 규제 장치 100 : 선회 제어 장치

110 : 선회 위치 출력 수단 120 : 기준 위치 기억 수단

130 : 제어 지령 생성 수단 140 : 제어계 변경 판정 수단

150 : 제어계 변경 수단

150A, 151A, 152A, 153A : 기준 위치 갱신부

150B : 변경 지령 생성부 150C : 콤퍼레이터(제어 지령 출력부)

151B : 스위칭 제어 지령 생성부 151C : 제어 규칙 스위칭부

152B : 제어 게인 기억부 152C : 제어 게인 변경부

153B : 목표값 변경부 51 : 규제 장치

[제 1 실시형태]

[1-1] 전체 구성

이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 의한 전동 선회 셔블(건설 기계)(1)을 모식적으로 나 타내는 평면도, 도 2는 전동 선회 셔블(1)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 선회 제어 장치(100)의 제어 구조를 나타내는 블록도이다.

도 1에 있어서, 전동 선회 셔블(1)은 하부 주행체(2)를 구성하는 트럭 프레임 상에 스윙 써클(3)을 통해 설치된 선회체(4)를 구비하고, 이 선회체(4)가 스윙 써클(3)과 교합하는 전동 모터(5)에 의해 선회 구동된다. 선회체(4)에는 붐 실린더(21)(도 2 참조)에 의해 동작되는 붐(6), 암 실린더(22)(도 2 참조)에 의해 구동되는 암(7), 및 버킷 실린더(23)(도 2 참조)에 의해 구동되는 버킷(8)이 형성되어 있다. 그리고, 이것들에 의해 작업기(9)가 구성되어 있다.

도 2에 있어서, 상기 각 실린더(21∼23)는 유압 실린더이며, 그 유압원은 후술하는 엔진(14)으로 구동되는 유압 펌프(19)이다. 따라서, 전동 선회 셔블(1)은 유압 구동의 작업기(9)와 전기 구동의 선회체(4)를 구비한 하이브리드 건설 기계이다. 또한, 본 실시형태의 붐(6)은 제 1 붐(6A) 및 제 2 붐(6B)으로 구성된 소위 오프셋 붐이 되어 있지만 하나의 붐으로 구성된 것이어도 물론 좋다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 전동 선회 셔블(1)은 상기 구성 이외에 선회 레버(조작체)(10), 연료 다이얼(11), 모드 스위칭 스위치(12), 목표 속도 설정 장치(13), 엔진(14), 발전 모터(15), 인버터(16), 커패시터(17), 전동 모터(5), 회전 속도 센서(18), 유압 제어 밸브(20), 우주행 모터(24), 좌주행 모터(25), 및 선회 제어 장치(100)를 구비하고 있다.

연료 다이얼(11)은 엔진으로의 연료 공급(분사)량을 제어하기 위한 다이얼, 모드 스위칭 스위치(12)는 각종 작업 모드를 스위칭하기 위한 스위치이며, 전동 선 회 셔블(1)의 운전 상황에 따라 오퍼레이터가 조작한다.

목표 속도 설정 장치(13)는 연료 다이얼(11)의 설정 상태, 모드 스위칭 스위치(12)의 설정 상태, 및 선회 레버(10)[통상은 암(7) 조작용 작업기 레버를 겸용]의 기울어짐 각도에 의거하여 선회체(4)의 목표 속도를 설정하고, 선회 제어 장치(100)로 출력한다.

엔진(14)은 각 유압 실린더(21∼23)의 유압원이 되는 유압 펌프(19), 및 발전 모터(15)를 구동한다. 이 유압 펌프(19)에서 발생한 유압을 이용하여 붐 실린더(21)는 붐(6)(도 1 참조)을, 암 실린더(22)는 암(7)(도 1 참조)을, 그리고 버킷 실린더(23)는 버킷(8)(도 1 참조)을 각각 구동한다. 또한, 우주행 모터(24) 및 좌주행 모터(25)는 유압 모터이며, 유압 펌프(19)는 이 유압원으로서도 사용되어 있다.

발전 모터(15), 인버터(16), 커패시터(17)는 그 조합에 의해 전동 모터(5)의 전력원이 된다. 또한, 발전 모터(15)는 전동 모터를 겸한 발전기로서도 기능한다.

전동 모터(5)는 스윙 써클(3)을 통해 선회체(4)를 선회 구동한다. 또한, 전동 모터(5)에는 회전 속도 센서(18)가 설치되어 있다. 회전 속도 센서(18)는 전동 모터(5)의 회전 속도를 검출하고, 그 회전 속도는 선회 제어 장치(100)로 피드백된다.

선회 제어 장치(100)는 목표 속도 설정 장치(13)에 의해 설정된 선회체(4)의 목표 속도와, 회전 속도 센서(18)에 의해 검출되는 전동 모터(5)의 회전 속도에 의거하여 제어 게인인 속도 게인(K)을 이용한 P 제어(비례 제어)로 속도 제어를 행하 고, 전동 모터(5)에 대한 제어 지령인 토크 지령값을 생성한다. 본 실시형태의 경우, 선회 제어 장치(100)는 인버터이며, 토크 지령값을 전류값 및 전압값으로 변환해서 전동 모터(5)로 출력하고, 전동 모터(5)의 토크 출력을 제어한다.

또한, 선회 제어 장치(100)는 예컨대, 스위칭 등에 의해 전동 모터를 구동하는 지령을 행할 수 있는 것이면 인버터 이외의 것이어도 좋다.

그런데, 도 1에는 이러한 전동 선회 셔블(1)을 사용하여 홈의 굴삭 작업을 행하고 있는 상태가 도시되어 있다. 구체적으로는 홈의 측벽에 버킷(8)을 꽉 누르고, 암(7)을 앞으로 당김으로써 홈폭을 확장하면서 굴삭을 행하고 있다. 버킷(8)을 측벽에 꽉 누르는 조작은 도 1의 예로 하면, 선회 레버(10)를 우측으로 넘어뜨려서 선회체(4)를 우선회시키고 있는 상태로 해서 버킷(8)을 꽉 누르는 것이다.

이 때, 본 실시형태의 전동 선회 셔블(1)에서는 선회체(4)를 저속으로 선회시키면서 버킷(8)을 측벽에 꽉 누르면 측벽에 의한 토압(굴삭 반력 : 외력)을 받아서 실제 속도가 「영(zero)」이 된다. 즉, 선회 레버(10)는 기울어져 있지만 선회체(4)는 선회하지 않은 상태이다. 이 상태에서는 실제 속도가 「0」이 됨으로써 목표 속도와의 편차가 커지기 때문에 상기의 일반적인 속도 제어에 의하면, 그 편차에 따라서 토크 출력이 커지도록 토크 지령값이 생성되어 토압에 대항하도록 된다. 단, 토크 출력의 크기에는 한계가 설정되어 있고, 토크 리미트-α(도 6) 이하에서의 토크 출력의 증가가 허용되도록 되어 있다.

한편, 일반적인 속도 제어에 의거하여 시시각각의 최대 토크 출력을 발생시켜도 토압에 대항할 수 없는 경우가 발생한다. 도 1의 예로 설명하면, 버킷(8)을 측벽에 꽉 누르면서의 절삭중에 버킷(8)이 암반 등에 부딪쳐서 굴삭하기 어려워지는 등의 경우이다. 이러한 경우에는 선회체(4)가 토압에 견디지 못하여 선회 레버(10)를 우선회측으로 넘어뜨린 것인데도 불구하고 좌선회측으로 되돌려지는 현상이 발생한다. 이 되돌림에 의한 변화량이 크면 작업에 지장을 초래할 가능성이 있다.

따라서, 본 실시형태의 선회 제어 장치(100)에서는 이러한 경우를 상정하고, 도 3에 도시된 바와 같이 선회 제어 장치(100)의 제어계의 변경을 행할 것인지의 여부를 판정하는 수단, 구체적으로는 선회체(4)의 선회 방향이 오퍼레이터의 의도하는 방향인지의 여부를 판정하는 제어계 변경 판정 수단(140)과, 이 판정 결과에 따라서 선회 제어 장치(100)의 상기 제어계의 변경을 행하고 전동 모터(5)로의 제어 지령을 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 제어계 변경 수단(150)을 형성하고 있다. 이 제어계 변경 수단(150)이 행하는 선회 제어 장치(100)의 제어계의 변경에 의해 전동 모터(5)에 충분히 큰 토크 출력을 발생시켜서 선회체(4)가 되돌려진 만큼을 눌러 되돌아 가도록 하고 있다. 또한, 이러한 큰 토크 출력을 종래의 일반적인 속도 제어로 얻으려고 하면 상기 속도 게인(K)을 훨씬 크게 할 필요가 있고, 통상의 선회시의 동작이 부자연스러워서 사용에 적합하지 않다. 또한, 각 수단(140, 150)에 대해서는 이하에 상세히 설명한다.

[1-2] 선회 제어 장치(100)에 의한 제어 구조

이어서, 도 3을 참조하여 선회 제어 장치(100)에 의한 선회체(4)의 제어 구조에 대하여 설명한다.

선회 제어 장치(100)는 선회 위치 출력 수단(110), 기준 위치 기억 수단(120), 제어 지령 생성 수단(130), 제어계 변경 판정 수단(140), 및 제어계 변경 수단(150)에 의해 구성된다.

선회 위치 출력 수단(110)은 회전 속도 센서(18)로부터 출력되는 전동 모터(5)의 회전 속도를 적분하여 선회체(4)의 선회 위치 정보로서 출력한다.

기준 위치 기억 수단(120)은 RAM(Random Access Memory)을 사용하고, 상기 선회 위치 출력 수단(110)의 출력값을 기준 위치로서 기억한다. 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치는 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 따라 시시각각의 선회체(4)의 선회 위치에 의해 갱신된다. 또한, 기준 위치 기억 수단(120)에는 기준 위치를 판독하기 위해 복수의 수단이 억세스하지만, 이것을 도시하면 번잡해져서 오히려 알기 어려워지기 때문에 도 3에서는 기준 위치 기억 수단(120)과 다른 수단의 접속 관계를 생략하고 있다. 후술하는 제 2, 제 3, 및 제 4 실시형태에서도 마찬가지이다.

제어 지령 생성 수단(130)은 목표 속도 설정 장치(13)로 설정되는 선회체(4)의 목표 속도 및 회전 속도 센서(18)에 의해 검출되는 전동 모터(5)의 회전 속도에 의거하여 상기 전동 모터(5)로의 제어 지령의 생성 및 출력을 행한다. 구체적으로 제어 지령 생성 수단(130)은 목표 속도 설정 장치(13)로 설정되는 목표 속도와 선회 제어 장치(100)에 피드백된 전동 모터(5)의 회전 속도를 비교하여 그 편차와 속도 게인(K)의 곱셈에 의해 전동 모터(5)의 토크 지령값을 생성한다. 여기서, 속도 게인(K)은 전동 선회 셔블(1)의 조종성 등을 감안해서 설정되는 것이며, 지나치게 크면 토크의 출력 상태가 급격하게 되고, 선회체(4)의 움직임이 부자연스러워진다.

이와 같이, 전동 모터(5)의 토크 지령값은 피드백된 전동 모터(5)의 회전 속도와 목표 속도의 편차에 따라서 생성되기 때문에 선회 레버(10)를 크게 기울여도 실제 속도가 증가하지 않는 경우에는 제어 지령 생성 수단(130)이 토크 지령값을 크게 해서 목표 속도에 가까워지도록 제어한다. 단, 이러한 제어는 일반적인 P 제어에 의한 속도 제어이다.

제어계 변경 판정 수단(140)은 오퍼레이터가 선회 레버(10)로 요구하는 방향과는 반대로 선회체(4)가 위치하고 있는지의 여부를 판정한다. 구체적으로, 제어계 변경 판정 수단(140)은 선회 위치 출력 수단(110)이 출력하는 선회체(4)의 실제의 선회 위치, 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 갱신 이전의 기준 위치, 및 선회 레버(10)의 조작 방향(선회 조작 방향 및 기울임 방향과 같음)에 의거하여 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신할 것인지의 여부를 판정한다. 즉, 선회체(4)의 선회 위치가 상기 기준 위치에 대하여 오퍼레이터가 선회 레버(10)로 요구하는 방향과 반대로 위치할 경우 선회 레버(10)는 기울어져 있지만 선회체(4)는 선회하지 않는 상태라고 판정한다.

제어계 변경 수단(150)은 상기 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 따라 선회 제어 장치(100)의 제어계의 변경을 행함으로써 상기 전동 모터(5)의 제어 지령을 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 기능을 가지고 있고, 기준 위치 갱신부(150A), 변경 지령 생성부(150B), 및 콤퍼레이터(제어 지령 출력부)(150C)로 구성된다.

이하에, 제어계 변경 수단(150)의 각 구성부에 대하여 설명한다.

기준 위치 갱신부(150A)는 상기 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 의거하여 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신한다. 기준 위치 갱신부(150A)는 통상의 선회시에는 기준 위치의 갱신을 행하지만 선회 레버(10)에 의해 요구하는 방향과는 반대로 선회체(4)가 위치하고 있으면 상기 제어계 변경 판정 수단(140)이 판정했을 때에는 기준 위치를 갱신하지 않고 유지한다.

변경 지령 생성부(150B)는 상기 선회 위치 출력 수단(110)의 출력값 및 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치에 의거하여 상기 전동 모터(5)로의 변경 지령의 생성을 행한다. 변경 지령 생성부(150B)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 선회체(4)의 선회 위치에 위치 게인(Kp1)을 곱셈하는 P 제어로 위치 제어를 행하고, 기준 위치 갱신부(150A)가 기준 위치를 갱신하지 않고 유지했을 경우에는 이 제어계의 변경전 보다도 큰 변경 지령값을 생성한다.

도 3으로 돌아가면, 콤퍼레이터(150C)는 상기 변경 지령 생성부(150B)에 의한 상기 변경 지령값과 상기 제어 지령 생성 수단(130)에 의한 제어 지령값 중 큰 쪽의 값을 상기 전동 모터(5)로의 제어 지령으로서 출력한다. 따라서, 기준 위치가 갱신되지 않고 통상의 속도 제어에 의해 연산된 토크 출력(토크 리미트-α 이하)에서는 토압에 견디지 못하여 선회체(4)가 크게 되돌려질 가능성이 있는 경우 콤퍼레이터(150C)는 변경 지령 생성부가 생성한 큰 변경 지령값을 선택해 전동 모터(5)의 제어 지령으로서 출력함으로써 선회체(4)의 선회를 규제한다.

[1-3] 선회 제어 장치(100)에 의한 제어 작용

이어서, 도 4, 도 5, 및 도 6에 의거하여 선회 제어 장치(100), 특히 제어계 변경 판정 수단(140) 및 제어계 변경 수단(150)의 작용에 대하여 설명한다.

우선, 도 4에 의거하여 제어계 변경 판정 수단(140) 및 제어계 변경 수단(150)에서 행하여지는 기준 위치의 갱신에 대하여 설명한다.

선회 위치 출력 수단(110)이 회전 속도 센서(18)로부터 출력되는 전동 모터(5)의 회전 속도를 적분하고, 선회체(4)의 선회 위치 정보로서 출력하는 스텝을 거친 후, 제어계 변경 판정 수단(140)은 선회 위치 출력 수단(110)이 출력하는 선회체(4)의 선회 위치가 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치보다도 오른쪽에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 11 : 도면상 및 이하에 있어서는 스텝을 단지 「S」라 함).

선회체(4)가 기준 위치보다도 오른쪽에 있을 경우는 또한, 제어계 변경 판정 수단(140)이 선회 레버(10)의 기울어짐에 의한 지시 방향이 오른쪽인지의 여부를 판정한다.(S12). 판정의 결과, 선회 레버(10)에 의한 지시 방향이 오른쪽일 경우에는 실제의 선회 방향과 지시 방향이 동일하다고 판정되기 때문에 제어계 변경 수단(150)의 기준 위치 갱신부(150A)는 오른쪽을 향하여 시시각각 변화되는 선회체(4)의 현재의 선회 위치를 새로운 기준 위치로 해서 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치를 차례대로 갱신해 간다(S13).

S12에 있어서, 제어계 변경 판정 수단(140)이 레버 지시 방향은 왼쪽이라고 판정했을 경우에는 오퍼레이터가 선회 레버(10)를 좌선회측으로 기울이고 있는데도 불구하고 실제로는 선회체(4)가 우선회하고 있게 된다. 따라서, 제어계 변경 판정 수단(140)은 오퍼레이터가 선회체(4)를 좌선회시키는 것에 대하여 오른쪽으로 되돌려져 있다고 판정하기 때문에 기준 위치는 이 판정 이전의 것으로 유지된다. 즉, 기준 위치 갱신부(150A)는 기준 위치를 갱신하지 않는다(S14).

S11로 되돌아가서, 선회 위치가 기준 위치보다도 오른쪽에 없을 경우, 즉, 선회체(4)가 실제로 좌선회하고 있을 경우에, 제어계 변경 판정 수단(140)은 또한 레버 지시 방향이 왼쪽인지의 여부를 판정한다(S15). 판정의 결과, 지시 방향이 왼쪽일 경우는 실제의 선회 방향과 지시 방향이 동일하다고 판정되기 때문에 기준 위치 갱신부(150A)는 좌측을 향하여 시시각각 변화되는 선회체(4)의 현재의 선회 위치를 새로운 기준 위치로 해서 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치를 차례대로 갱신해 간다(S13).

S15에서의 판정에 있어서, 제어계 변경 판정 수단(140)이 레버 지시 방향은 오른쪽이라고 판정했을 경우는 오퍼레이터가 선회 레버(10)를 우선회측으로 기울이고 있는데도 불구하고 실제로는 선회체(4)가 좌선회하고 있게 된다. 따라서, 제어계 변경 판정 수단(140)은 우선회시키는 것에 대해서 좌측으로 되돌려져 있다고 판정하기 때문에 기준 위치는 이 판정 이전의 것이 유지된다. 즉, 기준 위치 갱신부(150A)는 기준 위치를 갱신하지 않는다.

이어서, 도 5에 의거하여 전동 모터(5)의 제어 지령의 생성에 대하여 설명한다.

도 4에서의 제어계 변경 판정 수단(140)에 의한 판정, 및 제어계 변경 수 단(150)의 기준 위치 갱신부(150A)에 의한 기준 위치의 갱신 또는 유지 후, 제어계 변경 수단(150)의 변경 지령 생성부(150B)는 전동 모터(5)의 실제의 모터 토크가 토크 리미트-α를 초과하고 있는지의 여부를 판정한다(S16). 이 판정 결과에 따라 변경 지령 생성부(150B)는 변경 지령을 생성하기 위한 제어 편차의 연산을 스위칭한다. 전동 모터(5)의 실제의 모터 토크가 토크 리미트-α보다 작다고 판정했을 경우 변경 지령 생성부(150B)는 선회 위치 출력 수단(110)의 출력값과 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치의 차이를 제어 편차로 한다(S17). 전동 모터(5)의 실제의 모터 토크가 토크 리미트-α 이상이라고 판정했을 경우, 변경 지령 생성부(150B)는 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치에 변화량을 가산한 위치와, 선회 위치 출력 수단(110)의 출력값과의 차이를 제어 편차로 한다(S18).

따라서, 변경 지령 생성부(150B)는 이미 구해져 있는 제어 편차에 의거하여 전동 모터(5)의 변경 지령을 생성한다(S19). 변경 지령의 생성은 상기 제어 편차에 위치 게인(Kp1)을 곱하는 비례 제어에 의해 행한다.

이 후, 제어계 변경 수단(150)의 콤퍼레이터(150C)는 제어 지령 생성 수단(130)에 의해 생성된 제어 지령이 변경 지령 생성부(150B)에 의해 생성된 변경 지령보다 클 것인지의 여부를 판정한다(S20). 콤퍼레이터(150C)는 제어 지령 생성 수단(130)에 의해 생성된 제어 지령쪽이 클 경우에는 이 제어 지령을 전동 모터(5)의 제어 지령으로서 선택하여 전동 모터(5)에 출력한다(S21). 또한, 콤퍼레이터(150C)는 변경 지령 생성부(150B)에 의해 생성된 변경 지령쪽이 클 경우에는 이 변경 지령을 전동 모터(5)의 제어 지령으로서 선택하여 전동 모터(5)에 출력한다(S22).

이어서, 도 6에 의거하여 제어계 변경 판정 수단(140)과 제어계 변경 수단(150)에 의한 통상의 제어, 및 선회체(4)가 되돌려지지 않도록 하기 위한 제어에 대하여 설명한다.

선회체(4)의 실제 선회 방향과 선회 레버(10)의 지시 방향이 같을 경우 선회체(4)는 통상의 선회 상태이기 때문에 제어계 변경 수단(150)의 기준 위치 갱신부(150A)는 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 의거하여 기준 위치를 항상 갱신한다. 도 6에서는 이 때의 흐름을 이해하기 쉽게 하기 위해서 기준 위치 갱신부(150A)에 의한 기준 위치의 갱신을 의사적으로 형성된 스위치(30)의 스위칭으로 나타내고 있다. 따라서 이 경우, 기준 위치 갱신부(150A)는 스위치(30)를 「Y」측으로 스위칭한다. 또한, 통상의 선회 상태에 있어서는 전동 모터(5)의 모터 토크는 토크 리미트-α 내에서 출력되어 있다. 이때의 제어 편차의 연산에서 제어계 변경 수단(150)의 변경 지령 생성부(150B)가 행하는 연산값의 스위칭도 마찬가지로 의사적으로 형성한 스위치(31)의 스위칭으로 나타내고 있다. 따라서 이 경우, 변경 지령 생성부(150B)는 스위치(31)도 「Y」측으로 스위칭한다.

이 상태에서는 위치 지령(θ1)과 각 스위치(30, 31)를 통과한 위치 지령(θ2)은 함께 선회체(4)의 현재의 선회 위치에서 같은 값이며, 최종적으로는 캔슬되어서 「0(zero)」이 된다. 따라서, 변경 지령 생성부(150B)가 생성하는 토크 출력값도 「0」이며, 변경 지령 생성부(150B)는 콤퍼레이터(150C)에 토크 지령값을 「0」 으로 출력한다. 따라서, 콤퍼레이터(150C)는 목표 속도에 의거한 토크 지령값이 크다고 판정하여 이 토크 지령값을 제어 지령으로 해서 전동 모터(5)로 출력한다. 즉, 전동 모터(5)에서는 제어 지령 생성 수단(130)이 생성하는 선회 레버(10)의 선회 조작에 따른 토크 출력(속도 목표와 실제 속도의 편차에 따른 일반적인 속도 제어에 의한 토크 출력)을 얻게 되는 것이다.

이상에 대하여, 선회 레버(10)를 우선회측으로 기울이고 있는데도 불구하고, 토압 등의 외력에 의해 선회체(4)가 좌측으로 되돌려져 있을 경우에는 상기한 바와 같이, 기준 위치 갱신부(150A)는 기준 위치를 갱신하지 않기 때문에 기준 위치 갱신부(150A)는 스위치(30)를 「N」측으로 스위칭한다.

이 상태에서는 기준 위치가 갱신되지 않기 때문에 선회체(4)의 현재의 선회 위치와 기준 위치는 다른 것이 된다. 따라서, 선회체(4)의 현재의 선회 위치인 위치 지령(θ1)과 기준 위치인 위치 지령(θ0)의 차이는 「0」이 아니다. 변경 지령 생성부(150B)는 그 「0」이 아닌 차이에 대응한 토크 출력을 생성하고, 콤퍼레이터(150C)에 토크 지령값으로서 출력한다. 이 경우의 토크 지령값은 위치 게인(Kp1)의 설정에 의해 상기 목표 속도에 의거한 토크 지령값보다도 큰 값이 되었을 경우에는 콤퍼레이터(150C)가 변경 지령 생성부(150B)측으로부터의 토크 지령값을 우선한다.

이와 같이, 변경 지령 생성부(150B)로부터의 토크 지령값을 전동 모터(5)로 출력하는 제어 지령으로 해서 우선시킴으로써 선회체(4)가 선회 조작 방향과는 역방향의 외력을 받았을 경우라도 토크 지령값을 보다 상승시키고, 선회체(4)가 되돌 려지는 양을 최소한으로 억제하고, 전회 기준 위치까지 되돌아오게 하여 균형이 잡히게 하는 것이 가능하다.

또한, 도 1에는 선회체(4)의 역방향으로의 선회를 억제하기 위한 등가 모델을 스프링(60)을 이용하여 나타내고 있다. 변경 지령 생성부(150B)의 토크 지령값에 의해 얻어지는 전동 모터(5)의 토크 출력은 스프링(60)의 스프링력에 상당한다.

그런데, 도 6으로 돌아가서, 선회체(4)가 조작 방향과는 역방향으로 되돌려졌을 경우로서, 변경 지령 생성부(150B)가 생성하는 토크 지령값에 의해 선회체(4)를 기준 위치로 되돌리려고 할 때 전동 모터(5)에서의 실제의 모터 토크가 토크 리미트-α의 토크 출력을 초과할 가능성이 있다. 이렇게 되었을 경우, 변경 지령 생성부(150B)는 스위치(31)를 「N」측으로 스위칭한다.

이 상태가 되면, 기준 위치인 위치 지령(θO)에 변화량(Δθ)이 가산되어서 위치 지령(θ3)이 생성되고, 이 위치 지령(θ3)과 위치 지령(θ1)의 차이가 변경 지령 생성부(150B)에서의 제어 편차가 된다. 여기서, 토크 지령값이 토크 리미트-α를 초과했을 경우, 스위치(31)가 「N」측으로 스위칭되고, 기준 위치는 갱신 전의 기준 위치에 변화량(Δθ)을 가산한 위치인 위치 지령(θ3)으로 갱신된다. 따라서, 토크 지령값이 토크 리미트-α를 초과하고 있는 사이의 기준 위치는 선회체(4)가 조작 방향과는 역방향으로 되돌려지기 시작했을 때의 기준 위치에, 변화량(Δθ)의 적분값, 즉 토크 지령값이 토크 리미트-α를 초과하고 나서의 변위량을 가산한 위치가 된다.

이것으로부터, 전술의 위치 지령(θ3)과 위치 지령(θ1)의 차이는 선회체(4) 의 현재의 선회 위치부터 선회체(4)가 조작 방향과는 역방향으로 되돌려지기 시작했을 때의 기준 위치에 토크 리미트-α를 초과하고 나서의 변위량을 가산한 위치를 감산한 결과이기 때문에, 선회체(4)가 조작 방향과는 역방향으로 되돌려지기 시작한 위치와 토크 리미트-α를 초과한 위치의 차이가 된다. 그리고, 이 값은 토크 리미트-α를 초과했을 때의 편차와 다름없다. 따라서, 토크 지령값은 토크 리미트-α를 초과했을 때의 값으로 유지되게 되고, 이 토크에서 균형이 잡힌 상태가 유지된다. 즉, 더 이상은 선회체(4)를 되돌리는 것은 하지 않는다. 이러한 제어가 행하여지지 않고, 기준 위치가 갱신되지 않으면 여전히 큰 토크로 선회체(4)를 되돌리려 하기 때문에 외력이 갑자기 빠졌을 때에는 힘있게 선회체(4)가 되돌려져서 상태가 불안정하게 된다.

[1-4] 본 실시형태에 의한 효과

이러한 본 실시형태에 의하면 이하의 효과가 있다.

(1) 전동 선회 셔블(1)에 있어서는 선회체(4)에 대하여 선회 레버(10)의 지시 방향과는 역방향의 토압이 작용하면 콤퍼레이터(150C)가 선회체(4)를 구동하는 전동 모터(5)의 토크 출력을 크게 변경하므로 작용하는 토압에 양호하게 대항할 수 있고, 선회체(4)가 역방향으로 계속해서 선회하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 토압이 커져도 작업에 영향을 미칠 염려가 없음과 아울러 구배면상에서 선회체(4)를 선회시켜도 붐(6)이나 암(7)의 중량에 의해 선회체(4)가 크게 되돌려지는 것을 방지할 수 있다.

(2) 선회체(4)의 토크 출력을 변경하기 위해서 선회체(4)를 구동용인 전동 모터(5)의 토크 지령값을 변경하고 있으므로 전기적인 제어에 의해 전동 모터(5)의 토크 출력을 변경할 수 있고, 대규모 장치가 불필요하게 될 수 있고, 가격이 대폭 상승하는 것을 피할 수 있다.

(3) 전동 모터(5)에서 큰 토크 출력을 발생시키기 위해서 속도 게인(K)을 크게 하고 있는 의미는 아니기 때문에 통상의 선회 동작에 있어서 과대한 토크 출력이 발생할 일은 없고, 전동 선회 셔블(1)의 부자연스러운 움직임을 방지할 수 있고, 승차감이나 조종성을 양호하게 할 수 있다.

[제 2 실시형태]

도 7, 도 8, 및 도 9에 도시된 제 2 실시형태에서는 제어계 변경 수단(150)은 도 7에 도시된 바와 같이, 기준 위치 갱신부(151A), 스위칭 제어 지령 생성부(151B), 및 제어 규칙 스위칭부(151C)로 구성되고, 선회 제어 장치(100)의 제어계의 변경으로서 상기 제어 규칙 스위칭부(151C)가 제어 지령 생성 수단(130)으로부터 상기 스위칭 제어 지령 생성부(151B)로 제어 규칙을 스위칭함으로써 전동 모터(5)의 제어 지령값을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 점이 제 1 실시형태와 다르다. 따라서, 본 실시형태에서는 제 1 실시형태와 다른 부분만을 설명한다. 또한, 도 8에 도시된 속도 제어는 제 1 실시형태에서의 제어 지령 생성 수단(130)에 의한 속도 제어 바로 그것이다.

이하에, 제어계 변경 수단(150)의 각 구성부에 대하여 설명한다.

기준 위치 갱신부(151A)는 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 상기 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되 어 있는 기준 위치를 갱신한다.

스위칭 제어 지령 생성부(151B)는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제어 지령 생성 수단(130)과 다른 제어 규칙에 의해 전동 모터(5)의 제어 지령의 생성 및 출력을 행한다. 구체적으로, 스위칭 제어 지령 생성부(151B)는 선회 위치 출력 수단(110)이 출력하는 현재 위치의 피드백 값을 이용한 위치 제어에 의해 선회체(4)가 역방향으로 되돌려진 만큼을 눌러 되돌아 가도록 제어를 행한다. 그리고, 이러한 위치 제어에서는 목표 선회체 위치[기준 위치이며, 되돌려지기 직전의 선회체(4)의 위치와 같음]로 되돌리는데도 필요한 목표 속도를 발생시키도록 위치 게인(Kp2)이 설정되어 있고, 선회체(4)의 위치가 기준 위치로 돌아갈 때까지는 이 위치 게인(Kp2)을 곱셈하여 얻어지는 속도 목표에 의거하는것 보다 큰 토크 출력으로 선회체(4)를 선회 조작 방향으로 눌러 되돌아 가게 한다.

도 7로 돌아가서, 제어 규칙 스위칭부(151C)는 상기 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 따라 상기 제어 지령 생성 수단(130)과 상기 스위칭 제어 지령 생성부(151B)를 스위칭한다. 이러한 제어 규칙의 스위칭에 의해, 속도 게인(K)을 변경할 일 없고, 선회체(4)의 선회 조작 방향과는 역방향으로의 선회를 방지한다.

이어서, 도 10에 의거하여 제어계 변경 판정 수단(140) 및 제어계 변경 수단(150)에서 행하여지는 제어 규칙의 스위칭에 대하여 설명한다.

본 실시형태에서의 제어 지령 생성 수단(130)에 의한 속도 제어로부터 제어계 변경 수단(150)의 스위칭 제어 지령 생성부(151B)에 의한 위치 제어로의 제어 규칙의 스위칭은 선회체(4)가 되돌려져 있는지의 여부에 대한 판정에 의거하여 제어계 변경 수단(150)의 제어 규칙 스위칭부(151C)가 행한다. 이때의 스위칭 판단의 플로우는 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태에서의 기준 위치 갱신의 플로우와 모두 마찬가지이다. 즉, 제어 규칙 스위칭부(151C)는 기준 위치가 갱신되는 것과 같은 플로우의 결과, S26에서 제어 지령 생성 수단(130)에 의한 속도 제어를 선택하고, 갱신되지 않을 경우와 같은 플로우의 결과, S27에서 제어계 변경 수단(150)의 스위칭 제어 지령 생성부(151B)에 의한 위치 제어로 스위칭한다. 그 때, 상기 기준 위치 갱신의 플로우와 같은 플로우의 결과, 제어계 변경 수단(150)의 기준 위치 갱신부(151A)도 기준 위치의 갱신(S23) 또는 유지(S24)를 행한다. S21, S22, S25는 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

이어서, 도 9에 의거하여 제어 규칙을 스위칭한 후의 제어 지령의 생성에 대하여 설명한다.

제어 규칙 스위칭부(151C)에 의한 제어 규칙의 스위칭 후는 스위칭 제어 지령 생성부(151B)가 전동 모터(5)의 제어 지령을 위치 제어에 의해 생성한다. 이 위치 제어에 있어서는 회전 속도 센서(18)로부터 출력되는 전동 모터(5)의 회전 속도에 의거하여 선회 위치 출력 수단(110)이 출력하는 선회체(4)의 선회 위치를 피드백하고 있다. 이에 따라, 스위칭 제어 지령 생성부(151B)는 선회체(4)가 역방향으로 되돌려진 만큼을 눌러 되돌아 가도록 제어를 행한다.

그리고, 이러한 위치 제어에서는 목표 선회체 위치[기준위치이며, 되돌려지기 직전의 선회체(4)의 위치와 같음]로 되돌리는데도 필요한 목표 속도를 발생시키도록 위치 게인(Kp2)이 설정되어 있고, 선회체(4)의 위치가 기준위치로 되돌아올 때까지 스위칭 제어 지령 생성부(151B)는 이 위치 게인(Kp2)을 곱셈하여 얻어지는 목표 속도에 의거하는것 보다 큰 토크 지령값을 생성한다. 이에 따라, 선회 제어 장치(100)는 선회체(4)가 역방향으로 되돌려진 만큼을 조작 방향으로 눌러 되돌아 가도록 하는 제어를 행한다.

이러한 본 실시형태에서는 선회체(4)가 역방향으로 선회하기 시작했을 경우에만 선회체(4)의 현재 위치를 피드백하고, 목표 선회 위치와의 편차에 따른 목표 속도를 위치 게인(Kp2)의 곱셈에 의해 출력시키는 제어를 행하기 때문에 제 1 실시형태와 마찬가지 효과가 얻어진다. 즉, 통상의 선회 조작시의 승차감 등을 양호하게 유지하면서 선회체(4)가 그대로 역방향으로 계속해서 선회하는 것을 방지할 수 있다.

[제 3 실시형태]

도 11, 도 12에 도시된 제 3 실시형태에서는 제어계 변경 수단(150)은 도 11에 도시된 바와 같이, 기준 위치 갱신부(152A), 제어 게인 기억부(152B), 및 제어 게인 변경부(152C)로 구성되고, 선회 제어 장치(100)의 제어계의 변경으로서 제어 게인 변경부(152C)가 제어 게인의 변경을 함으로써 전동 모터(5)의 제어 지령값을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 점이 제 1 실시형태와 다르다. 따라서, 본 실시형태에서는 제 1 실시형태와 다른 부분만을 설명한다.

이하에, 제어계 변경 수단(150)의 각 구성부에 대하여 설명한다.

기준 위치 갱신부(152A)는 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 경우와 마찬가 지로, 상기 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신한다.

제어 게인 기억부(152B)에는 상기 선회체(4)의 제어 게인인 속도 게인이 복수 기억되어 있다.

제어 게인 변경부(152C)는 상기 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 따라 상기 제어 게인 기억부(152B)로부터 선택하는 제어 게인을 변경한다. 구체적으로, 제어 게인 변경부(152C)는 선회체(4)가 선회 조작 방향과는 역방향으로 되돌려졌을 경우에, 상기 제어 게인 기억부(152B)로부터 선택하는 속도 게인을 보다 큰 값으로 변경함으로써 제어 지령인 토크 지령값을 보다 크게 한다. 이에 따라, 전동 모터(5)의 토크 출력을 증대시킴에 따라 선회체(4)가 역방향으로 되돌려진 만큼을 다시 되돌리도록 제어하고 있다.

이어서, 도 12에 의거하여 제어계 변경 판정 수단(140) 및 제어계 변경 수단(150)에서 행하여지는 제어 게인의 변경에 대하여 설명한다.

본 실시형태에서의 제어 게인의 변경은 선회체(4)가 되돌려져 있는지의 여부에 대한 판정에 의거하여 제어계 변경 수단(150)의 제어 게인 변경부(152C)가 행한다. 이 때, 제어 게인인 속도 게인(K)을 통상의 값으로부터 큰 값으로 변경하기 위한 판단의 플로우는 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태에서의 기준 위치 갱신의 플로우와 모두 마찬가지이다. 즉, 기준 위치가 갱신되는 것과 같은 플로우의 결과, 제어 게인 변경부(152C)는 S36에서 제어 게인을 통상대로의 값으로 해서 갱신되지 않을 경우와 같은 플로우의 결과, S37에서 통상 값보다 큰 값으로 변경한다. 그 때, 상기 기준 위치 갱신의 플로우와 같은 플로우의 결과, 제어계 변경 수단(150)의 기준 위치 갱신부(152A)도 기준 위치의 갱신(S33) 또는 유지(S34)를 행한다. S31, S32, S35는 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

또한, 제어 지령 생성 수단(130)이 행하는 속도 제어도 제어 게인 변경부(152C)에 의한 제어 게인의 변경을 제외하고 상기 제 1 실시형태에서의 속도 제어 바로 그것이기 때문에 설명을 생략한다.

이러한 본 실시형태에서도 통상의 속도 제어일 때에는 속도 게인(K)은 통상의 값이며, 선회체(4)가 되돌려졌을 경우에만 속도 게인(K)을 크게 해서 그대로 역방향으로 계속해서 되돌려지는 것을 방지하기 때문에 제 1, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 승차감을 양호하게 유지하면서 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

[제 4 실시형태]

도 13에 도시된 제 4 실시형태에서는 제어계 변경 수단(150)은 도 13에 도시된 바와 같이, 기준 위치 갱신부(153A), 및 목표값 변경부(153B)로 구성되고, 선회 제어 장치(100)의 제어계의 변경으로서, 목표값 변경부(153B)가 선회체(4)의 목표값을 변경함으로써 전동 모터(5)의 제어 지령값을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 점이 제 1 실시형태와 다르다. 따라서, 본 실시형태에서는 제 1 실시형태와 다른 부분만을 설명한다.

이하에, 제어계 변경 수단(150)의 각 구성부에 대하여 설명한다.

기준 위치 갱신부(153A)는 제 1 실시형태 ∼ 제 3 실시형태의 경우와 마찬가지로, 상기 제어계 변경 판정 수단(140)의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신한다.

목표값 변경부(153B)는 선회 레버(조작체)(10)의 조작 입력에 의거하여 설정된 상기 선회체(4)의 제어 목표값인 목표 속도를 상기 선회 위치 출력 수단(110)의 출력값 및 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치에 의거하여 변경한다. 구체적으로, 목표값 변경부(153B)는 선회체(4)가 선회 조작 방향과는 역방향으로 되돌려졌을 경우에, 선회 위치 출력 수단(110)의 출력값 및 상기 기준 위치 기억 수단(120)에 기억되어 있는 기준 위치의 편차에 의거하여 목표 속도 설정 장치(13)로 설정되는 목표 속도 자신을 보다 큰 값으로 변화시킨다. 이 때, 제 1 실시예와 마찬가지로, 기준 위치의 갱신 또는 유지에 따라 상기 편차는 「0」 또는 값을 가지도록 변화된다. 이렇게, 목표 속도 설정 장치(13)에서 설정되는 목표 속도 자신을 보다 큰 값으로 변화시킴으로써 선회 레버(10)를 가상적으로 더욱 기울인 상태로 해서 전동 모터(5)의 토크 출력을 증대시킴에 따라 선회체(4)가 역방향으로 되돌려진 만큼을 눌러 되돌아 가도록 제어하고 있다.

또한, 본 실시형태의 제어는 제 2 실시형태와 마찬가지의 위치 제어이다. 그리고, 선회체(4)가 되돌려지지 않고 있는 통상의 선회 상태에서는 제 2 실시형태에서의 도 9와 마찬가지의 속도 제어가 된다.

단, 제 2 실시형태의 위치 제어에서는 목표 속도 설정 장치(13)로 설정된 목표 속도와는 달리 기준 위치에서 되돌려지기 직전의 선회체(4)의 위치인 목표 선회체 위치와 실제의 현재 위치의 편차에 위치 게인(Kp2)을 곱셈하여 큰 목표 속도를 발생시키고 있었지만, 본 실시형태에서는 그 편차에 의거하여 선회 레버(10)의 조 작 입력에 의거해 목표 속도 설정 장치(13)로 설정된 목표 속도 자신을 스위칭하는 점에서 제 2 실시형태와 다르다. 기준 위치를 갱신할지 또는 유지할지의 판단은 제 1 실시형태에서의 기준 위치 갱신의 플로우와 마찬가지이기 때문에 여기서는 도시 및 설명을 생략한다.

이러한 본 실시형태에서는 위치의 편차에 의거하여 목표 속도를 변경하는 목표값 변경부(153B)를 포함해서 본 발명의 선회 제어 장치(100)가 구성되어 있고, 이러한 경우라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 기타의 구성 등을 포함하고, 이하에 나타낸 바와 같은 변형 등도 본 발명에 포함된다.

예컨대, 선회체의 역방향으로의 선회를 기계적으로 방지하는 규제 장치를 적당히 추가해도 좋고, 규제 장치로서는 이하의 제 1, 제 2 변형예에 나타낸 것이 있다.

[제 1 변형예]

도 14, 도 15에는 제 1 변형예의 요부를 모식적으로 나타내고 있다.

도 14에 있어서, 스윙 써클(3)에 기어(5A)를 통해 교합하는 전동 모터(5)는 도 15에 도시된 바와 같이, 모터 본체(40)와, 모터 본체(40)의 한 방향만의 회전력을 전달하는 래칫(ratchet) 기구가 내장된 규제 장치(41)와, 감속 장치(42)를 구비하고 있다. 규제 장치(41)에서의 회전 규제 방향은 선회 레버의 조작 방향에 따라서 출력되는 스위칭 신호에 의해 스위칭 되도록 되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 선회 레버에 의해 우선회가 지시되면 좌회전을 규제하도록 규제 장치(41)가 동작하고, 반대로 좌선회가 지시되면 우회전을 규제하도록 동작한다. 따라서, 선회체가 선회 조작 방향과는 역방향의 외력을 받아도 이 규제 장치(41)에 의해 선회체의 역방향으로의 선회가 기계적으로 규제되므로 외력에 확실하게 대항할 수 있고, 선회체가 선회 조작 방향과는 역방향으로 계속해서 선회하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

[제 2 변형예]

도 16에 도시된 제 2 변형예의 규제 장치(51)는 도시되지 않은 전동 모터에 접속된 유압 펌프(52)와 체크 밸브(53)를 포함하는 클로즈된 유압 회로(54)에 의해 구성되어 있고, 체크 밸브(53)에서의 압유의 송유 방향이 선회 레버의 조작 방향에 따라서 출력되는 스위칭 신호에 의해 (A), (B)와 같이 스위칭된다.

따라서, 이러한 규제 장치(51)에서도 선회체가 선회 조작 방향과는 역방향의 외력을 받아도 체크 밸브(53)가 선회체의 선회 방향을 규제하여 역방향으로는 되돌아오지 않도록 작동하기 때문에 결국 외력에 확실하게 대항할 수 있다.

또한, 규제 장치로서는 상기 제 1, 제 2 변형예의 규제 장치(41, 51)에 한정되지 않고, 전동 모터의 회전축을 마찰력 등에 의해 정지시키는 브레이크 기구를 사용해도 좋고, 풋 페달 등을 밟음으로써 이 브레이크 기구를 작동시켜서 선회체가 역방향으로 되돌아오는 것을 방지해도 좋다.

기타, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 구성, 방법 등은 이상의 기재에서 개시되어 있지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 주로 특정 실시형 태에 관해서 특히 도시되고 설명되어 있지만, 본 발명의 기술적 사상 및 목적 범위에서 일탈하지 않고, 이상 언급한 실시형태에 대하여 형상, 수량, 그 밖의 상세한 구성에 있어서 당업자가 여러 가지 변형을 가할 수 있는 것이다.

따라서, 상기에 개시한 형상, 수량 등을 한정한 기재는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 예시적으로 기재한 것이며, 본 발명을 한정하는 것이 아니기 때문에, 그 형상, 수량 등의 한정의 일부 혹은 전부의 한정을 벗어난 부재의 명칭의 기재는 본 발명에 포함되는 것이다.

본 발명은 선회체가 전동 모터로 선회 구동되는 모든 건설 기계에 적용 가능하다.

Claims (7)

1. 조작체의 지령에 의거하여 전동 모터로 구동되는 선회체의 선회 동작을 제어하는 선회 제어 장치로서:

   상기 선회체의 선회 위치 정보를 출력하는 선회 위치 출력 수단과,

   상기 선회 위치 출력 수단의 출력값을 기준 위치로 해서 기억하는 기준 위치 기억 수단과,

   상기 전동 모터의 제어 지령의 생성 및 출력을 행하는 제어 지령 생성 수단과,

   상기 선회 위치 출력 수단의 출력값, 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치, 및 상기 조작체의 조작 방향에 의거하여 상기 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행할지를 판정하는 제어계 변경 판정 수단과,

   상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행하는 제어계 변경 수단를 구비하고;

   상기 제어계 변경 수단은 상기 제어계의 변경에 의해 상기 전동 모터의 제어 지령을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 선회 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어계 변경 수단은,

   상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와,

   상기 선회 위치 출력 수단의 출력값 및 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치에 의거하여 상기 전동 모터의 변경 지령의 생성을 행하는 변경 지령 생성부와,

   상기 제어 지령 생성 수단에 의한 제어 지령과 상기 변경 지령 생성부에 의한 변경 지령 중 큰쪽의 값을 선택하여 상기 전동 모터의 제어 지령으로서 출력하는 제어 지령 출력부를 구비하고;

   상기 제어계의 변경은 상기 기준 위치의 유지인 것을 특징으로 하는 선회 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어계 변경 수단은,

   상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와,

   상기 제어 지령 생성 수단과 다른 제어 규칙에 의해 상기 전동 모터의 제어 지령의 생성 및 출력을 행하는 스위칭 제어 지령 생성부와,

   상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 제어 지령 생성 수단과 상기 스위칭 제어 지령 생성부를 스위칭하는 제어 규칙 스위칭부를 구비하고;

   상기 제어계의 변경은 상기 제어 규칙 스위칭부에 의한 상기 제어 지령 생성 수단으로부터 상기 스위칭 제어 지령 생성부로의 제어 규칙의 스위칭인 것을 특징으로 하는 선회 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어계 변경 수단은,

   상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와,

   상기 선회체의 제어 게인이 복수 기억되어 있는 제어 게인 기억부와,

   상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 제어 게인 기억부에서 선택하는 제어 게인을 변경하는 제어 게인 변경부를 구비하고;

   상기 제어계의 변경은 상기 제어 게인 변경부에 의한 상기 제어 게인의 변경인 것을 특징으로 하는 선회 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어계 변경 수단은,

   상기 제어계 변경 판정 수단의 판정 결과에 따라 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치를 갱신하는 기준 위치 갱신부와,

   상기 조작체의 조작 입력에 의거하여 설정된 상기 선회체의 제어 목표값을 상기 선회 위치 출력 수단의 출력값 및 상기 기준 위치 기억 수단에 기억되어 있는 기준 위치에 의거하여 변경하는 목표값 변경부를 구비하고;

   상기 제어계의 변경은 상기 목표값 변경부에 의한 상기 목표값의 변경인 것을 특징으로 하는 선회 제어 장치.
6. 조작체의 지령에 의거하여 전동 모터로 구동되는 선회체의 선회 동작을 제어하기 위한 선회 제어 방법으로서:

   상기 선회체의 선회 위치 정보를 출력하는 스텝과,

   출력된 선회 위치 정보의 출력값을 기준 위치로 해서 기억하는 스텝과,

   상기 전동 모터의 제어 지령의 생성 및 출력을 행하는 스텝과,

   상기 선회 위치 정보의 출력값, 기억되어 있는 상기 기준 위치, 및 상기 조작체의 조작 방향에 의거하여 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행할지를 판정하는 스텝과,

   이 판정의 결과 상기 선회 제어 장치의 제어계의 변경을 행한다고 판정되었을 경우에 상기 전동 모터의 제어 지령을 상기 제어계의 변경전의 값보다 크게 하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 선회 제어 방법.
7. 건설 기계에 있어서,

   전동 모터로 선회 구동되는 선회체와,

   이 선회체를 제어하기 위한 제 1 항 ~ 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 선회 제어 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 건설 기계.

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