KR101863982B1 - 작업 기계의 선회 제어 장치 - Google Patents

Abstract

선회용 전동 모터의 출력 토크의 과잉 상승을 억제하여 역행을 자동적으로 방지한다.
수단(31)은 장치(20)로부터의 명령에 기초하여 회전 속도의 목표값을, 수단(32)은 회전 속도 센서(81)로부터의 검출값과 목표값의 편차를, 수단(33)은 편차의 해소 방향의 제1 목표 토크를, 수단(34)은 장치(20)로부터의 명령에 기초하여 목표값과 동일 방향의 제2 목표 토크를 산출한다. 수단(50)은 전동 모터(12)의 회전 각도의 변화량을 제1 범위 내에서, 수단(60)은 동일 변화량을 제2 범위 내로 산출한다. 수단(40)은 수단(50, 60)으로부터의 변화량에 기초하여 소정 시간 t 전의 회전 각도로 복귀되는 방향의 제3 목표 토크를 산출하고, 수단(73)은 제1 목표 토크를 제2, 제3 목표 토크 중 제1 목표 토크와 동일 방향에서 절대값이 큰 쪽으로 제한한다. 제1 범위의 대략 전체는 일방향의 변화량의 범위를, 나머지 근소한 범위는 타방향의 변화량의 범위를 규정하고, 제2 범위의 대략 전체는 타방향의 변화량의 범위를, 나머지 근소한 범위는 일방향의 변화량의 범위를 규정한다.

Description

작업 기계의 선회 제어 장치{ROTATION CONTROL DEVICE OF WORKING MACHINE}

본 발명은 선회체를 전동 모터의 출력 토크에 의해 구동하는 선회 장치와, 상반되는 2방향 중 어느 하나로의 선택적인 조작에 수반하여, 그 조작의 조작 방향 및 조작량을 선회 명령 신호로 변환하는 선회 조작 장치를 구비하고, 그 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터를 제어하는 작업 기계의 선회 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 작업 기계의 선회 제어 장치로서는, 유압 셔블에 구비된 것이 있다. 그 종래의 선회 제어 장치는, 상반되는 2방향으로 회전 가능한 전동 모터의 출력 토크에 의해 선회체를 구동하는 선회 장치와, 중립 위치로부터 상반되는 2방향으로의 선택적인 조작이 가능하며, 조작 방향 및 조작량을 선회 명령 신호로 변환하는 선회 조작 장치(조작 레버)와, 이 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터를 제어하는 제어 수단을 구비하고 있다.

그 제어 수단은, 전동 모터의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과, 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터의 목표 회전 속도를 산출하는 목표 회전 속도 산출 수단과, 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 실제 회전 속도의, 목표 회전 속도에 대한 속도 편차를 산출하는 속도 편차 산출 수단과, 이 속도 편차 산출 수단에 의해 산출된 속도 편차가 해소되는 방향의 전동 모터의 목표 토크를 산출하는 제1 목표 토크 산출 수단을 구비하고 있다. 이들에 의해, 전동 모터의 회전 속도의 피드백 제어가 행해지고, 이 결과, 선회 조작 장치의 중립 위치로부터의 상반되는 2개의 조작 방향 중 어느 하나에 대해서도, 중립 위치로부터의 조작량의 증가에 수반하여 선회체의 선회 속도가 크게 제어되고, 조작량의 감소에 수반하여 선회체의 선회 속도가 작게 제어된다.

유압 셔블에 의해 행해지는 작업의 종류에는, 압박 작업이 있다. 이 압박 작업은 홈의 내측면에 프론트 작업 장치의 버킷의 외측면을 압박함으로써, 홈의 내측면을 압축 정형하는 작업이다. 이 압박 작업 시, 선회체는 선회하지 않는, 즉 실제 회전 속도는 0에서 변화하지 않는다. 이로 인해, 제1 목표 토크 산출 수단에 의해 산출된 목표 토크에 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 피드백 제어만으로는, 선회 조작 장치의 조작량에 관계없이 출력 토크가 대략 최대로 유지되는 상태로 된다. 이 상태에서는, 홈의 내측면에 버킷을 압박하는 방향의 전동 모터의 출력 토크의 조절을 할 수 없다.

따라서, 제어 수단에는, 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여, 목표 회전 속도와 동일 방향인 전동 모터의 목표 토크를 산출하는 제2 목표 토크 산출 수단과, 속도 편차가 소정값 이상으로 된 상태, 즉 압박 작업이 개시되어 선회가 정체된 상태를 검지하는 검지 수단과, 이 검지 수단에 의해 선회의 정체가 검지되었을 때, 전동 모터의 제어를, 제1 목표 토크 산출 수단에 의해 산출되는 목표 토크에 기초하여 행하는 상태로부터, 제2 목표 토크 산출 수단에 의해 산출되는 목표 토크에 기초하여 행하는 상태로 자동적으로 전환되는 전환 수단이 설치되어 있다. 이들에 의해, 압박 작업 시에는, 제2 목표 토크 산출 수단에 의해 산출된 목표 토크에 기초하여 전동 모터의 출력 토크가 제어된다. 이 결과, 선회 조작 장치의 중립 위치로부터의 상반되는 2개의 조작 방향 중 어느 하나에 대해서도, 중립 위치로부터의 조작량의 증가에 수반하여 전동 모터의 출력 토크가 크게 제어되고, 조작량의 감소에 수반하여 전동 모터의 출력 토크가 작게 제어된다. 즉, 홈의 내측면에 버킷을 압박하는 방향의 전동 모터의 출력 토크를 조절할 수 있게 된다(특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2008-328398호 공보(단락 0051)

그런데, 선회체의 선회의 정체는, 전술한 바와 같이 압박 작업이 행해진 경우 외에, 경사지에서 상방측을 향해 프론트 작업 장치의 버킷이 공중에서 선회된 경우와, 강풍에 저항하여 프론트 작업 장치가 선회된 경우에도 발생한다. 이들 2가지 경우, 선회의 정체뿐만 아니라 역행이 발생할 수도 있다.

전술한 종래의 선회 제어 장치는, 전술한 2가지 경우에 선회가 정체되면, 압박 작업 시와 동일하게, 선회 조작 장치의 조작량에 따라서 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 상태로 된다. 이 상태에서 선회체의 역행을 방지하기 위해서는, 프론트 작업 장치에 작용하는 중력 성분, 프론트 작업 장치에 작용하는 풍력에 저항하여 적어도 선회체가 정지하도록, 오퍼레이터가 선회 조작 장치의 중립 위치로부터의 조작량을 조절할 필요가 있다.

본 발명은 전술한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 선회체의 선회 속도의 피드백 제어에 기인하는 전동 모터의 출력 토크의 과잉 상승을 억제할 수 있음과 함께, 역행을 자동적으로 방지할 수 있는 작업 기계의 선회 제어 장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 작업 기계의 선회 제어 장치는 다음과 같이 구성되어 있다.

〔1〕본 발명에 따른 작업 기계의 선회 제어 장치는, 상반되는 2방향으로 회전 가능한 전동 모터의 출력 토크에 의해 선회체를 구동하는 선회 장치와, 중립 위치로부터 상반되는 2방향으로의 선택적인 조작이 가능하며, 조작 방향 및 조작량을 선회 명령 신호로 변환하는 선회 조작 장치와, 이 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 토크를 산출하고, 이 목표 토크에 기초하여 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 제어 수단을 구비한 작업 기계의 선회 제어 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 전동 모터의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과, 상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 회전 속도를 산출하는 목표 회전 속도 산출 수단과, 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 실제 회전 속도의, 상기 목표 회전 속도에 대한 속도 편차를 산출하는 속도 편차 산출 수단과, 상기 속도 편차가 해소되는 방향의 제1 목표 토크를 산출하는 제1 목표 토크 산출 수단과, 상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여, 상기 목표 회전 속도와 동일 방향의 제2 목표 토크를 산출하는 제2 목표 토크 산출 수단과, 상기 회전 속도 검출 수단에 의한 회전 속도의 검출값에 기초하여, 미리 설정된 제1 산출 범위 내에서의 상기 전동 모터의 회전 각도의 변화량을 산출하는 제1 변화량 산출 수단과, 상기 회전 속도 검출 수단에 의한 회전 속도의 검출값에 기초하여, 미리 설정된 제2 산출 범위 내에서의 상기 전동 모터의 회전 각도의 변화량을 산출하는 제2 변화량 산출 수단과, 상기 제1, 제2 변화량 산출 수단의 각각에 의해 산출된 변화량에 기초하여, 상기 전동 모터의 회전 각도가 상기 소정 시간 전의 회전 각도로 복귀되는 방향의 제3 목표 토크를 산출하는 제3 목표 토크 산출 수단과, 상기 제1 목표 토크를 상기 제2, 제3 목표 토크 중 상기 제1 목표 토크와 동일 방향에서 절대값이 큰 쪽의 목표 토크로 제한하는 목표 토크 제한 수단을 구비하고 있고, 상기 제1 산출 범위의 대략 전체는, 상기 전동 모터가 상반되는 2개의 회전 방향 중 일방향의 상기 변화량의 산출 범위를 규정하고 있으며, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위는 타방향의 상기 변화량의 산출 범위를 규정하고 있으며, 상기 제2 산출 범위의 대략 전체는, 상기 타방향의 상기 변화량의 산출 범위를 규정하고 있으며, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위는 상기 일방향의 상기 변화량의 산출 범위를 규정하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 「〔1〕」에 기재된 작업 기계의 선회 제어 장치에 있어서는, 회전 속도 검출 수단이 전동 모터의 실제 회전 속도를 검출하고, 목표 회전 속도 산출 수단이 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터의 목표 회전 속도를 산출하고, 속도 편차 산출 수단이 실제 회전 속도의 목표 회전 속도에 대한 속도 편차를 산출하고, 이 속도 편차가 해소되는 방향의 전동 모터의 제1 목표 토크를 제1 목표 토크 산출 수단이 산출한다. 또한, 제2 목표 토크 산출 수단이 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여, 목표 회전 속도와 동일 방향의 전동 모터의 제2 목표 토크를 산출한다. 또한, 제1 변화량 산출 수단이 회전 속도 검출 수단에 의한 회전 속도의 검출값에 기초하여, 제1 산출 범위 내에서 전동 모터의 회전 각도의 변화량을 산출하고, 제2 변화량 산출 수단이 회전 속도 검출 수단에 의한 회전 속도의 검출값에 기초하여, 제2 산출 범위 내에서 전동 모터의 회전 각도의 변화량을 산출한다. 제3 목표 토크 산출 수단은, 제1, 제2 변화량 산출 수단의 각각에 의해 산출된 변화량에 기초하여, 전동 모터의 회전 각도가 소정 시간 전의 회전 각도로 복귀되는 방향의 제3 목표 토크를 산출한다. 그리고, 목표 토크 제한 수단은 제1 목표 토크를 제2, 제3 목표 토크 중 제1 목표 토크와 동일 방향에서 절대값이 큰 쪽의 목표 토크로 제한한다. 이에 의해, 피드백 제어에 기인하는 전동 모터의 출력 토크의 과잉 상승을 억제할 수 있다. 특히, 작업 기계가 유압 셔블인 경우에는, 압박 작업 시에 오퍼레이터는 선회 제어 장치의 조작량에 따라서 전동 모터의 출력 토크를 조절할 수 있다. 또한, 제2 목표 토크가 역행 방지에 불충분한 경우에는, 제2 목표 토크보다도 절대값이 큰 제3 목표 토크를 제1 목표 토크의 제한값으로 할 수 있어, 이에 의해 선회체의 역행의 자동적인 방지를 선회체의 선회 각도에 추종하여 행할 수 있다.

또한, 「〔1〕」에 기재된 선회 제어 장치에 있어서, 제1 산출 범위의 대략 전체는 일방향의 변화량의 산출 범위를 규정하고, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위는 타방향의 변화량의 산출 범위를 규정한다. 이와는 반대로 제2 산출 범위의 대략 전체는 타방향의 변화량의 산출 범위를 규정하고, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위는 일방향의 변화량의 산출 범위를 규정한다. 즉, 제1, 제2 산출 범위는 대략 전체가 규정하는 산출 범위와는 정부의 값이 반대로 되는 산출 범위를 약간 포함한다. 이들 정부의 값이 반대로 되는 산출 범위 내에서의 변화량에 기초하여 산출된 제3 목표 토크를 이용함으로써, 역행을 확실하게 방지할 수 있다.

〔2〕본 발명에 따른 작업 기계의 선회 제어 장치는, 상반되는 2방향으로 회전 가능한 전동 모터의 출력 토크에 의해 선회체를 구동하는 선회 장치와, 중립 위치로부터 상반되는 2방향으로의 선택적인 조작이 가능하며, 조작 방향 및 조작량을 선회 명령 신호로 변환하는 선회 조작 장치와, 이 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 토크를 산출하고, 이 목표 토크에 기초하여 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 제어 수단을 구비한 작업 기계의 선회 제어 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 전동 모터의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과, 상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 회전 속도를 산출하는 목표 회전 속도 산출 수단과, 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 실제 회전 속도의, 상기 목표 회전 속도에 대한 속도 편차를 산출하는 속도 편차 산출 수단과, 상기 속도 편차가 해소되는 방향의 제1 목표 토크를 산출하는 제1 목표 토크 산출 수단과, 상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여, 상기 목표 회전 속도와 동일 방향의 제2 목표 토크를 산출하는 제2 목표 토크 산출 수단과, 상기 선회체의 실제 선회 각도를 검출하는 선회 각도 검출 수단과, 이 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 선회 각도의 등록을 명령하는 등록 명령 수단과, 이 등록 명령 수단에 의해 명령된 선회 각도를 등록 선회 각도로서 기억하는 선회 각도 등록 수단과, 상기 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 실제 선회 각도의, 상기 등록 선회 각도에 대한 각도 편차를 산출하는 각도 편차 산출 수단과, 상기 각도 편차에 기초하여, 상기 선회체를 상기 등록 선회 각도로 복귀시키는 방향의 제3 목표 토크를 산출하는 제3 목표 토크 산출 수단과, 상기 제1 목표 토크를 상기 제2, 제3 목표 토크 중 상기 제1 목표 토크와 동일 방향에서 절대값이 큰 쪽의 목표 토크로 제한하는 목표 토크 제한 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

「〔2〕」에 기재된 선회 제어 장치는, 「〔1〕」에 기재된 선회 제어 장치의 제어 수단과 마찬가지로, 제1 목표 토크를 제2, 제3 목표 토크 중 제1 목표 토크와 동일 방향에서 절대값이 큰 쪽의 목표 토크로 제한한다. 이에 의해, 피드백 제어에 기인하는 전동 모터의 출력 토크의 과잉 상승을 억제할 수 있다.

또한, 「〔2〕」에 기재된 선회 제어 장치에 있어서, 선회 각도 등록 수단은, 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 선회 각도의 등록을, 등록 명령 수단에 의한 명령에 따라서 등록 선회 각도로서 기억하고, 각도 편차 산출 수단은 실제 선회 각도의 등록 선회 각도에 대한 각도 편차를 산출하고, 이 각도 편차에 기초하여 제3 목표 토크 산출 수단은 선회체를 등록 선회 각도로 복귀시키는 방향의 제3 목표 토크를 산출한다라고 하는 점은, 「〔1〕」에 기재된 선회 제어 장치의 제어 수단과 상이하다. 전동 모터의 출력 토크를 그 제3 목표 토크로 제어함으로써, 선회체의 역행의 자동적인 방지를, 등록 선회 각도로부터 멀어지는 방향의 역행에 대하여 실시할 수 있다.

「〔1〕」에 기재된 본 발명에 의하면, 선회체의 선회 속도의 피드백 제어에 기인하는 전동 모터의 출력 토크의 과잉 상승을 억제할 수 있음과 함께, 선회체의 역행의 자동적인 방지를, 선회체의 선회 각도에 추종하여 행할 수 있다.

「〔2〕」에 기재된 본 발명에 의하면, 선회체의 선회 속도의 피드백 제어에 기인하는 전동 모터의 출력 토크의 과잉 상승을 억제할 수 있음과 함께, 선회체의 역행의 자동적인 방지를, 등록된 임의의 선회 각도(등록 선회 각도)로부터 멀어지는 방향의 역행에 대하여 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치가 설치된 작업 기계인 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 목표 회전 속도 산출 수단에 의해 산출되는 목표 회전 속도의 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시한 제2 목표 토크 산출 수단에 의해 산출되는 제2 목표 토크의 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시한 제3 목표 토크 산출 수단에 의해 산출되는 제3 목표 토크의 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시한 제3 목표 토크 산출 수단에 구비된 제1, 제2 보정 수단을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 4에 도시한 제3 목표 토크 산출 수단에 구비된 제1, 제2 보정 수단을 나타내는 블록도이다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 제1 실시 형태에 따른 작업 기계의 선회 제어 장치에 대하여 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유압 셔블(1)은 무한궤도(2a)를 구동하여 주행하는 주행체(2)와, 주행체(2)에 선회 베어링(도시 생략)을 개재하여 결합하고 있는 선회체(3)와, 선회체(3)의 전방부의 대략 중앙에 설치된 프론트 작업 장치(4)를 갖는다. 선회체(3)는 프론트 작업 장치(4)의 좌측에 설치된 캡(3a)과, 선회체(3)의 후단부를 형성하고 있는 카운터 웨이트(3c)와, 캡(3a)의 후방으로부터 카운터 웨이트(3c)의 사이에 걸쳐 형성된 기계실(3b)을 갖는다. 프론트 작업 장치(4)는 백호우 타입이며, 선회체(3)의 전방부에 상하 방향으로 회동 가능하게 결합하고 있는 붐(4a)과, 이 붐(4a)에 회동 가능하게 결합하고 있는 아암(4b)과, 이 아암(4b)에 회동 가능하게 결합하고 있는 버킷(4c)을 갖는다.

선회체(3)는 선회 장치(10)에 의해 구동 되도록 되어 있다. 이 선회 장치(10)는 상반되는 2방향으로 회전 가능한 유압 모터(11)와, 이 유압 모터(11)에 전동 가능하게 접속되어 있고, 상반되는 2방향으로 회전 가능한 전동 모터(12)와, 유압 모터(11) 및 전동 모터(12)를 제동하는 메커니컬 브레이크(13)와, 전동 모터(12)에 전동 가능하게 접속된 감속기(14)를 구비하고 있다. 메커니컬 브레이크(13)는 습식 다판형으로 유압 조작식의 장치이며, 선회체(3)를 선회시키는 취지의 명령이 있었을 때, 및 프론트 작업 장치의 작동이 명령되었을 때, 브레이크 해제압이 부여되어서 제동이 해제되는 네거티브 브레이크이다. 감속기(14)는 전술한 선회 베어링(도시 생략)의 내주면에 설치된 링 기어에 전동 가능하게 접속되어 있다. 또한, 전동 모터(12)는 선회체(3)의 감속시에 발전기로서 기능하고, 이에 의해 선회체(3)의 관성 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 되어 있다. 전동 모터(3)에 의해 발전된 전기 에너지는 배터리(도시 생략)에 축전되도록 되어 있다.

캡(3a) 내에는, 선회 조작 장치(15)가 설치되어 있다. 이 선회 조작 장치(15)는 오퍼레이터에 조작되는 조작 레버(16)를 구비하고 있다. 이 조작 레버(16)는 중립 위치로부터 상반되는 2방향, 예를 들어 좌우 방향으로의 선택적인 경도 조작이 가능하며, 선회 조작 장치(15)는 중립 위치로부터의 조작 레버(16)의 조작 방향 및 조작량을 선회 명령 신호(전기 신호)로 변환하는 것이다. 운전석에 앉은 오퍼레이터에 있어서의 좌우 방향 중, 좌측 방향으로 조작 레버(16)가 경도 조작되면, 이때의 조작 방향인 좌측 방향과 중립 위치로부터 좌측 방향으로의 조작량을 나타내는 선회 명령 신호가 생성되게 된다. 반대로 우측 방향으로 조작 레버(16)가 경도 조작되면, 이때의 조작 방향인 우측 방향과 중립 위치로부터 우측 방향으로의 조작량을 나타내는 선회 명령 신호가 생성되게 된다.

캡(3a)의 후방부에는 컨트롤러(30)가 설치되어 있다. 이 컨트롤러(30)는 CPU(Central Processing Unit), 제어 프로그램 및 데이터를 기억한 ROM(Read Only Memory), CPU의 작업 영역으로서 이용되는 RAM(Random Access Memory), 보조 기억 장치 등을 구비하고 있고, ROM 또는 보조 기억 장치에 기억된 제어 프로그램 및 데이터를 판독하여, 유압 셔블의 제어에 관한 처리를 행하는 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(30)는 선회 조작 장치(15)와, 전동 모터(12)의 회전 속도 ω를 검출하는 회전 속도 검출 수단으로서의 회전 속도 센서(81)와, 배터리로부터 전동 모터(12)에 공급되는 전력을 제어하는 인버터(80)가 전기적으로 접속되어 있다. 회전 속도 센서(81)는 전동 모터(12)의 회전 속도 ω를 회전 속도 신호(전기 신호)로 변환하여 출력하도록 되어 있다.

컨트롤러(30)와 회전 속도 센서(81)는 선회 조작 장치(15)로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터(12)의 목표 토크를 산출하고, 이 목표 토크에 기초하여 전동 모터(12)의 출력 토크를 제어하는 제어 수단을 구성하고 있다.

컨트롤러(30)는 선회 조작 장치(15)로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터(12)의 목표 회전 속도를 산출하는 목표 회전 속도 산출 수단(31)과, 회전 속도 센서(81)에 의해 검출된 실제 회전 속도 ω의, 목표 회전 속도에 대한 속도 편차를 산출하는 속도 편차 산출 수단(32)과, 이 속도 편차 산출 수단(32)에 의해 산출된 속도 편차가 해소되는 방향의 제1 목표 토크를 산출하는 제1 목표 토크 산출 수단(33)을 구비하고 있다. 이들 수단(31 내지 33)은 ROM 또는 보조 기억 장치에 미리 기억된 제어 프로그램 및 데이터에 의해 설정된 것이다.

목표 회전 속도 산출 수단(31)은 선회 조작 장치(15)로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터(12)의 목표 회전 속도를 산출할 때, 미리 설정된 목표 회전 속도 특성(31a: 도 3에 나타냄)을 이용한다. 이 목표 회전 속도 특성(31a)은 조작 레버(16)의 중립 위치로부터의 조작 방향(좌우 방향) 및 조작량과, 목표 회전 속도와의 대응 관계를 규정한 것이다. 목표 회전 속도 특성(31a)에서는, 중립 위치로부터 좌측 방향의 조작량이 정의 값으로 취급되며, 중립 위치로부터 우측 방향의 조작량이 부의 값으로 취급됨과 함께, 좌측 선회에 대응하는 회전 방향(이하 「정 방향」이라 함)의 목표 회전 속도가 정의 값으로 취급되면, 우측 선회에 대응하는 방향의 회전 방향(이하 「부 방향」이라 함)이 목표 회전 속도를 부의 값으로 취급된다. 이어서, 목표 회전 속도 특성(31a)에 의해 규정된 대응 관계에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 조작량이 0일 때, 즉 조작 레버(16)가 중립 위치에 있을 때, 목표 회전 속도는 0으로 된다. 조작 레버(16)가 중립 위치로부터 좌측 방향으로 조작되었을 때, 목표 회전 속도의 방향은 정 방향으로 된다. 중립 위치로부터 좌측 방향으로의 조작량이 커질수록, 정 방향의 목표 회전 속도도 커진다. 다만, 조작 레버(16)가 좌측 방향의 조작의 한계 위치보다도 중립 위치 근처에 위치하여 조작량이 소정 조작량 S1에 도달한 경우에, 정 방향의 목표 회전 속도는 최대값 Rmax로 된다. 좌측 방향의 조작의 한계 위치에 대응하는 조작량 Smax와 소정 조작량 S1 사이의 범위 내에서의 조작량에 대하여 정 방향의 목표 회전 속도는 최대값 Rmax로 된다.

조작 레버(16)가 중립 위치로부터 우측 방향으로 조작되었을 때는, 중립 위치로부터 좌측 방향으로 조작된 경우와 반대이며, 목표 회전 속도의 방향은 부 방향으로 된다. 중립 위치로부터 우측 방향으로의 조작량이 커질수록, 즉 부의 조작량의 절대값이 커질수록, 부 방향의 목표 회전 속도의 절대값도 커진다. 다만, 조작 레버(16)가 우측 방향의 조작의 한계 위치보다도 중립 위치 근처에 위치하여 조작량이 소정 조작량 -S1에 도달한 경우에, 부 방향의 목표 회전 속도는 최소값 -Rmax로 된다. 우측 방향의 조작의 한계 위치에 대응하는 조작량 -Smax와 소정 조작량 -S1 사이의 범위 내에서의 조작량에 대하여 부 방향의 목표 회전 속도는 최소값 -Rmax로 된다.

제1 목표 토크 산출 수단(33)은 목표 회전 속도보다도 실제 회전 속도 ω가 늦을 때, 목표 회전 속도와 동일 방향의 제1 목표 토크를 산출한다. 목표 회전 속도에 대하여 실제 회전 속도 ω가 늦을수록, 제1 목표 토크의 절대값은 크게 산출된다.

컨트롤러(30)는, 선회 조작 장치(15)로부터의 선회 명령 신호에 기초하여, 목표 회전 속도와 동일 방향의 제2 목표 토크를 산출하는 제2 목표 토크 산출 수단(34)을 더 구비하고 있다. 이 제2 목표 토크 산출 수단(34)은 ROM 또는 보조 기억 장치에 미리 기억된 제어 프로그램 및 데이터에 의해 설정된 것이다. 이 제2 목표 토크 산출 수단(34)은 선회 조작 장치(15)로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 제2 목표 토크를 산출할 때, 미리 설정된 제1 토크 특성(34a: 도 4의 (a) 참조) 및 제2 토크 특성(34b: 도 4의 (b) 참조)을 이용한다. 이들 제1 토크 특성(34a) 및 제2 토크 특성(34b)은 조작 레버(16)의 중립 위치로부터의 조작 방향 및 조작량과, 제2 목표 토크의 대응 관계를 규정한 것이다. 이어서, 이들 제1 토크 특성(34a) 및 제2 토크 특성(34b)에 의해 규정된 대응 관계에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 조작량이 0일 때, 즉 조작 레버(16)가 중립 위치에 있을 때, 제2 목표 토크는 0으로 된다. 조작 레버(16)가 중립 위치로부터 좌측 방향으로 조작되었을 때, 제2 목표 토크의 방향은 정 방향으로 된다. 중립 위치로부터 좌측 방향으로의 조작량이 커질수록, 정 방향의 제2 목표 토크도 커진다. 다만, 조작량 0으로부터 0 근방의 소정의 소 조작량 S2 미만의 범위 내에 있어서, 제2 목표 토크는 0으로 된다. 또한, 소정의 소 조작량 S2일 때 제2 목표 토크는 Tc로 된다. 또한, 조작 레버(16)가 좌측 방향의 조작 한계 위치보다도 중립 위치 근처에 위치하여 조작량이 소정 조작량 S1에 도달한 경우에, 정 방향의 제2 목표 토크는 최대값 Tmax로 된다. 조작량 Smax와 소정 조작량 S1 사이의 범위 내에서의 조작량에 대하여 정 방향의 제2 목표 토크는 최대값 Tmax로 된다. 최대값 Tmax는 전동 모터(12)의 출력 토크의 최대값으로 설정되어 있다.

도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 조작 레버(16)가 중립 위치로부터 우측 방향으로 조작되었을 때는, 중립 위치로부터 좌측 방향으로 조작되었을 때와 반대이며, 제2 목표 토크의 방향은 부 방향으로 된다. 중립 위치로부터 우측 방향으로의 조작량이 커질수록, 부 방향의 제2 목표 토크의 절대값도 커진다. 다만, 조작량 0으로부터 0 근방의 소정의 소 조작량 -S2 미만의 범위 내에 있어서, 제2 목표 토크는 0으로 된다. 또한, 소정의 소 조작량 -S2일 때에 제2 목표 토크는 -Tc로 된다. 또한, 조작 레버(16)가 우측 방향의 조작의 한계 위치보다도 중립 위치 근처에 위치하여 조작량이 소정 조작량 -S1에 도달한 경우에, 부 방향의 제2 목표 토크는 최소값 -Tmax로 된다. 조작량 -Smax와 소정 조작량 -S1 사이의 범위 내에서의 조작량에 대하여 부 방향의 제2 목표 토크는 최소값 -Tmax로 된다.

컨트롤러(30)는, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 변화량을, 미리 설정된 제1 산출 범위 내에서 산출하는 제1 변화량 산출 수단(50)과, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 변화량을, 미리 설정된 제2 산출 범위 내에서 산출하는 제2 변화량 산출 수단(60)과, 제1 변화량 산출 수단(50) 및 제2 변화량 산출 수단(60)의 각각에 의해 산출된 변화량에 기초하여, 전동 모터(12)의 회전 각도가 소정 시간 t 전의 회전 각도로 복귀되는 방향의 제3 목표 토크를 산출하는 제3 목표 토크 산출 수단(40)을 더 구비하고 있다. 이들 수단(50, 60, 40)은, ROM 또는 보조 기억 장치에 미리 기억된 제어 프로그램 및 데이터에 의해 설정된 것이다.

제1 변화량 산출 수단(50)은 구체적으로는, 가합 수단(52), 지연 수단(51:메모리 장치), 선택 수단(53)을 구비하여 구성되어 있다. 선택 수단(53)은 상한값 C1을 미리 기억하고 있으며, 지연 수단(51)으로부터 얻은 가산값이 그 상한값 C1 이하인지 여부의 판정을 행함과 함께, 상한값 C1 이하라는 판정 결과를 얻은 경우에, 그 가산값을 제3 목표 토크 산출 수단(40)에 의한 연산에서 사용하는 값으로서 선택하고, 그 가산값이 상한값 C1 이하가 아니라는 판정 결과, 즉 상한값 C1을 초과하고 있다는 판정 결과를 얻은 경우에, 그 가산값이 아니라 상한값 C1을 제3 목표 토크 산출 수단(40)에 의한 연산에서 사용하는 값으로서 선택하는 것이다. 가합 수단(52)은 선택 수단(53)의 출력값과 회전 속도 센서(81)로부터의 회전 속도의 검출값의 가산값을 구하는 것이다. 지연 수단(51)은 이 지연 수단(51)에 입력된 가산값을 차회의 선택 수단(53)의 입력값으로서 일시적으로 기억 유지하는 것이다. 지연 수단(51)에 전회값이 기억되어 있지 않은 상태에 있어서는, 선택 수단(53)은 상한값 C1과 비교 및 제3 목표 토크 산출 수단(40)에의 출력은 행하지 않고, 선택 수단(53)에 입력된 회전 속도 센서(81)로부터의 회전 속도의 검출값을 그대로 가합 수단(52)에 출력하도록 설정되어 있다. 이들 가합 수단(52), 지연 수단(51: 메모리 장치), 선택 수단(53)에 의한 제1 변화량 산출 수단(50)에서의 처리는, 소정 시간 t의 연산 주기로 행해지도록 되어 있다.

상한값 C1은 정의 변화량에 대하여 설정된 것, 즉 좌측 선회에 수반하는 전동 모터(12)의 정 방향의 회전 각도의 변화량에 대하여 설정된 것이다. 제1 산출 범위는, 그 대략 전체가 부의 변화량의 산출 범위를 규정하고 있으며, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위가 C1을 상한값으로 하는 정의 변화량의 산출 범위를 규정하고 있다. 또한, 제1 산출 범위의 부의 변화량의 산출 범위에 대해서는, 하한값은 설정되어 있지 않다.

제2 변화량 산출 수단(60)은 구체적으로는, 가합 수단(62), 지연 수단(61:메모리 장치), 선택 수단(63)을 구비하여 구성되어 있다. 선택 수단(63)은 하한값 C2를 미리 기억하고 있고, 지연 수단(61)으로부터 얻은 가산값이 그 하한값 C2 이상인지 여부의 판정을 행함과 함께, 하한값 C2 이상이라는 판정 결과를 얻은 경우에, 그 가산값을 제3 목표 토크 산출 수단(40)에 의한 연산에서 사용하는 값으로서 선택하고, 그 가산값이 하한값 C2 이상이 아니라는 판정 결과, 즉 하한값 C2를 하회하고 있다라는 판정 결과를 얻은 경우에, 그 가산값이 아니라 하한값 C1을 제3 목표 토크 산출 수단(40)에 의한 연산에서 사용하는 값으로서 선택하는 것이다. 가합 수단(62)은 선택 수단(63)의 출력값과 회전 속도 센서(81)로부터의 회전 속도의 검출값의 가산값을 구하는 것이다. 지연 수단(61)은 이 지연 수단(61)에 입력된 가산값을 차회의 선택 수단(63)의 입력값으로서 일시적으로 기억 유지하는 것이다. 지연 수단(61)에 전회값이 기억되어 있지 않은 상태에 있어서는, 선택 수단(63)은 하한값 C2와 비교 및 제3 목표 토크 산출 수단(40)으로의 출력은 행하지 않고, 선택 수단(63)에 입력된 회전 속도 센서(81)로부터의 회전 속도의 검출값을 그대로 가합 수단(62)으로 출력하도록 설정되어 있다. 이들 가합 수단(62), 지연 수단(61: 메모리 장치), 선택 수단(63)에 의한 제2 변화량 산출 수단(60)에서의 처리는, 소정 시간 t의 연산 주기로 행해지도록 되어 있다.

하한값 C2는 부의 변화량에 대하여 설정된 것, 즉 우측 선회에 수반하는 전동 모터(12)의 부 방향의 회전 각도의 변화량에 대하여 설정된 것이다. 제2 산출 범위는, 그 대략 전체가 정의 변화량의 산출 범위를 규정하고 있으며, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위가 C2를 하한값으로 하는 부의 변화량의 산출 범위를 규정하고 있다. 또한, 제2 산출 범위의 정의 변화량의 산출 범위에 대해서는, 상한값은 설정되어 있지 않다.

제3 목표 토크 산출 수단(40)은 제3 목표 토크를 산출할 때, 미리 설정된 제1 역행 방지 특성(40a: 도 5의 (a) 참조) 및 제2 역행 방지 특성(40b: 도 5의 (b) 참조)을 이용한다. 제1 역행 방지 특성(40a)은 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 부의 변화량과 제3 목표 토크의 대응 관계를 규정한 것이다. 제2 역행 방지 특성(40b)은 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 정의 변화량과 제3 목표 토크의 대응 관계를 규정한 것이다. 이어서, 그들 제1 역행 방지 특성(40a), 제2 역행 방지 특성(40b)에 의해 규정된 대응 관계에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 변화량이 0 또는 정의 변화량인 경우에 제3 목표 토크는 0으로 된다. 부의 변화량에 대하여 제3 목표 토크의 방향은 정 방향으로 된다. 이 정 방향의 제3 목표 토크의 최대값은, 전동 모터(12)의 출력 토크의 최대값 Tmax로 규정되어 있다. 0으로부터 그 최대값 Tmax까지의 범위에서의 제3 목표 토크의 특성은, 부의 변화량의 절대값이 커질수록 정 방향의 제3 목표 토크가 커져서, 부의 변화량이 소정 변화량 -S3일 때에 정 방향의 제3 목표 토크가 최대값 Tmax로 되도록, 1차 함수에 의해 규정되어 있다. 소정 변화량 -S3은, 이 소정 변화량 -S3에 대응하는 우측 방향의 선회 각도의 변화량을 오퍼레이터가 느끼지 못할 정도의 아주 작은 크기임을 의도하여 설정된 것이며, 예를 들어 우측 방향의 선회 각도 1°에 상당하도록 설정되어 있다.

도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 변화량이 0 또는 부의 변화량인 경우에 제3 목표 토크는 0으로 된다. 정의 변화량에 대하여 제3 목표 토크의 방향은 부 방향으로 된다. 이 부 방향의 제3 목표 토크의 최소값은 -Tmax로 규정되어 있다. 0으로부터 그 최소값 -Tmax까지의 범위에서의 제3 목표 토크의 특성은, 정의 변화량이 커질수록 부 방향의 제3 목표 토크의 절대값이 커지고, 정의 변화량이 소정 변화량 S3일 때 부 방향의 제3 목표 토크가 최소값 -Tmax가 되도록, 1차 함수에 의해 규정되어 있다. 소정 변화량 S3은, 이 소정 변화량 S3에 대응하는 좌측 방향의 선회 각도의 변화량을 오퍼레이터가 느끼지 못할 정도의 아주 작은 크기임을 의도하여 설정된 것이며, 예를 들어 좌측 방향의 선회 각도 1°에 상당하도록 설정되어 있다.

컨트롤러(30)는, 제1 목표 토크를이 제1 목표 토크와 동일 방향인 제2, 제3 목표 토크 중 절대값이 큰 쪽으로 제한하는 목표 토크 제한 수단(70)을 더 구비하고 있다. 이 목표 토크 제한 수단(70)은 ROM 또는 보조 기억 장치에 미리 기억된 제어 프로그램 및 데이터에 의해 설정된 것이며, 구체적으로는 다음으로 설명하는 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)과, 우측 선회용 목표 토크 선택 수단(72)과, 제한값 결정 수단(73)을 구비하고 있다.

좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)은 제2 목표 토크 산출 수단(34)에 있어서 제2 토크 특성(34a: 도 4의 (a)에 나타냄)을 이용하여 산출된 제2 목표 토크와, 제3 목표 토크 산출 수단(40)에 있어서 제1 역행 방지 특성(40a: 도 5의 (a)에 나타냄)을 이용하여 산출된 제3 목표 토크 중 큰 쪽을 선택하거나, 또는 제2, 제3 목표 토크가 모두 0일 때에는 0을 선택하는 것이다.

우측 선회용 목표 토크 선택 수단(72)은 제2 목표 토크 산출 수단(34)에 있어서 제2 토크 특성(34b: 도 4의 (b)에 나타냄)을 이용하여 산출된 제2 목표 토크와, 제3 목표 토크 산출 수단(40)에 있어서 제2 역행 방지 특성(40b: 도 5의 (b)에 나타냄)을 이용하여 산출된 제3 목표 토크 중 절대값이 큰 쪽을 선택하거나, 또는 제2, 제3 목표 토크가 모두 0일 때에는 0을 선택하는 것이다.

제한값 결정 수단(73)은 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)에 의해 선택된 목표 토크와, 우측 선회용 목표 토크 선택 수단(72)에 의해 선택된 목표 토크 중, 제1 목표 토크와 동일한 방향의 목표 토크를 제1 목표 토크의 제한값으로 하여 선택하는 것이다. 즉, 제1 목표 토크가 정 방향인 경우에는 제2, 제3 목표 토크 중 어느 하나가 제1 목표 토크의 상한값으로 설정되고, 제1 목표 토크가 부 방향인 경우에는 제2, 제3 목표 토크 중 어느 하나가 제1 목표 토크의 하한값으로 설정되도록 되어 있다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 목표 토크 산출 수단(40)은 전동 모터(12)의 출력 토크가 제3 목표 토크로 제어되는 경우에, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 변화량에 따라서, 즉 제3 목표 토크의 절대값에 따라 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트를 저감하기 위한 보정을 행하는 제1 보정 수단(41) 및 제2 보정 수단(45)을 구비하고 있다.

제1 보정 수단(41)은 미분 수단(42), 승산 수단(43), 감산 수단(44)을 구비하고 있고, 이들에 의해, 부의 변화량에 기초하여, 미리 설정된 보정용 게인 상수 K를 이용하여, 전동 모터(12)의 출력 토크가 정 방향의 제3 목표 토크로 제어될 때의 오버슈트를 저감하는 보정 처리를 행하도록 되어 있다. 이 보정 처리에 의해, 정 방향의 제3 목표 토크가 커질수록, 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트를 저감하는 정도가 크게 설정된다.

제2 보정 수단(45)은 미분 수단(46), 승산 수단(47), 감산 수단(48)을 구비하고 있고, 이들에 의해, 정의 변화량에 기초하여, 미리 설정된 보정용 게인 상수 K를 이용하여, 전동 모터(12)의 출력 토크가 부 방향의 제3 목표 토크로 제어될 때의 오버슈트를 저감하는 보정 처리를 행하도록 되어 있다. 이 보정 처리에 의해, 부 방향의 제3 목표 토크의 절대값이 커질수록, 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트를 저감하는 정도가 크게 설정된다.

이와 같이 구성된 제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(20)의 동작을, (1)평지 위에서 프론트 작업 장치(4)를 무풍의 공중에 띄어서 선회체(3)를 선회시키는 경우, (2) 유압 셔블(1)에 압박 작업을 행하게 하는 경우, (3) 선회의 역행을 방지하는 경우, 3가지 경우로 나누어서 설명한다.

(1) 평지 위에서 프론트 작업 장치(4)를 무풍의 공중에 띄어서 선회체(3)를 선회시키는 경우에 대하여, 선회체(3)를 좌측 선회시키는 것을 예로 들어 설명한다.

오퍼레이터가 선회 조작 장치(15)의 조작 레버(16)를 중립 위치로부터 좌측 방향으로 조작하고, 조작량을 S2 이상의 임의의 정의 조작량으로 유지한다. 이에 수반하여 선회 제어 장치(20)가 선회 명령 신호를 출력한다. 이 선회 명령 신호를 컨트롤러(30)가 입력하면, 이 컨트롤러(30)의 목표 회전 속도 산출 수단(31)은 선회 명령 신호에 기초하여 정 방향의 목표 회전 속도를 산출한다. 이어서, 컨트롤러(30)의 속도 편차 산출 수단(32)은 회전 속도 센서(81)로부터의 회전 속도 신호로 나타내는 선회 개시 당초의 실제 회전 속도 ω, 즉 0의, 정 방향의 목표 회전 속도에 대한 속도 편차를 산출하고, 이에 의해 정 방향의 목표 회전 속도와 동일한 크기의 속도 편차를 얻는다. 이어서, 컨트롤러(30)의 제1 목표 토크 산출 수단(33)은 그 속도 편차가 해소되는 방향의 제1 목표 토크, 즉 좌측 방향의 선회 속도를 가속시키기 위한 제1 목표 토크로서, 예를 들어 최대값 Tmax를 산출한다.

또한, 컨트롤러(30)의 제2 목표 토크 산출 수단(34)은 선회 명령 신호에 기초하여 제2 목표 토크를 산출하고, 이에 의해 목표 회전 속도와 동일 방향, 즉 정 방향의 제2 목표 토크를 얻는다.

조작 레버(16)가 좌측 방향으로 조작된 직후에는 정지한 상태의 선회체(3) 및 프론트 작업 장치(4)의 관성력, 정지 마찰력 등에 기인한 저항력이 전동 모터(12)에 작용하고 있다. 이로 인해, 컨트롤러(30)의 제1 변화량 산출 수단(50) 및 제2 변화량 산출 수단(60)은 모두, 전동 모터(12)의 소정 시간 t 내에서의 회전 각도의 변화량으로서 0을 산출한다. 이에 수반하여, 컨트롤러(30)의 제3 목표 토크 산출 수단(40)은 제1 역행 방지 특성(40a)을 이용하여 제3 목표 토크로서 0을 산출하고, 이와 병행하여 제2 역행 방지 특성(40b)을 이용하여 제3 목표 토크로서 0을 산출한다.

컨트롤러(30)의 목표 토크 제한 수단(70)에 있어서, 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)은 제3 목표 토크가 0이므로, 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 또한, 우측 선회용 목표 토크 선택 수단(72)은 제2, 제3 목표 토크가 모두 0이므로, 0을 선택한다. 이와 같이 선택된 정 방향의 제2 목표 토크와 0 중, 제한값 결정 수단(73)은 제1 목표 토크와 동일한 정 방향의 목표 토크인 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 즉, 정 방향의 제1 목표 토크의 상한값이, 정 방향의 제2 목표 토크로 설정된다. 컨트롤러(30)는 정 방향의 제1 목표 토크가 최대값 Tmax이며 정 방향의 제2 목표 토크보다도 크므로, 전동 모터(12)의 출력 토크가 제2 목표 토크로 되도록 인버터(80)를 제어한다.

금회에는, 평지 위에서 프론트 작업 장치(4)를 무풍의 공중에 띄어서 선회체(3)를 선회시키므로, 압박 작업 시에서의 홈의 내측면으로부터의 반력, 경사지에서의 중력 성분, 풍력 등의 외력은 프론트 작업 장치(4)에 작용하지 않는다. 따라서, 전술한 바와 같이 전동 모터(12)의 출력 토크가 정 방향의 제1 목표 토크 또는 정 방향의 제2 목표 토크로 제어됨으로써, 전동 모터(12)가 정 방향으로 회전하기 시작하여, 즉 선회체(3)가 좌측 방향으로 선회하기 시작하여, 목표 회전 속도에 대한 실제 회전 속도 ω의 속도 편차는 작아진다. 이에 수반하여, 정 방향의 제1 목표 토크도 작아진다.

그 후의 선회체(3)가 좌측 선회 중, 조작 레버(16)가 좌측 방향으로 조작되어 있는 한, 제2 목표 토크 산출 수단(34)은 정 방향의 제2 목표 토크를 계속해서 산출한다.

또한, 선회체(3)가 좌측 선회 중, 제1 변화량 산출 수단(50)은 가합 수단(52) 및 지연 수단(51)에 의해, 전동 모터(12)의 소정 시간 t 내에서의 회전 각도의 변화량으로서 정의 변화량을 산출하고, 이어서, 선택 수단(53)에 의해 그 정의 변화량이 상한값 C1 이하이면, 그 정의 변화량을 제3 목표 토크의 산출에 사용하는 값으로서 선택하고, 그 정의 변화량이 상한값 C1을 초과하고 있으면, 이 상한값 C1을 제3 목표 토크의 산출에 사용하는 값으로서 선택한다. 그리고, 제3 목표 토크 산출 수단(40)은 선택 수단(53)에 의해 선택된 값에 기초하여 제1 역행 방지 특성(40a)을 이용하여 제3 목표 토크를 산출한다. 금회의 변화량은 정의 값이므로, 제1 역행 방지 특성(40a)을 이용하여 산출된 제3 목표 토크는 0이다.

한편, 제2 변화량 산출 수단(60)에 있어서는 제1 변화량 산출 수단(50)과 동일하게, 가합 수단(62) 및 지연 수단(61)에 의해 정의 변화량이 산출된다. 이 변화량은 하한값 C2보다도 큰 양의 값이다. 따라서, 제2 변화량 산출 수단(60)은 선택 수단(63)에 의해, 하한값 C2와 그 정의 변화량 중 그 정의 변화량을 제3 목표 토크의 산출에 이용하는 값으로서 선택한다. 그리고, 제3 목표 토크 산출 수단(40)은 선택 수단(63)에 의해 선택된 값에 기초하여 제2 역행 방지 특성(40b)을 이용하여, 부 방향의 제3 목표 토크를 산출한다.

목표 토크 제한 수단(70)의 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)은 제3 목표 토크가 0이므로, 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 또한, 우측 선회용 목표 토크 선택 수단(72)은 제2 목표 토크가 0이므로, 부 방향의 제3 목표 토크를 선택한다. 이들 정 방향의 제2 목표 토크와 부 방향의 제3 목표 토크 중, 제한값 결정 수단(73)은 제1 목표 토크와 동일한 방향의 목표 토크인 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 이에 의해 컨트롤러(30)는 계속되고, 정 방향의 제1 목표 토크가 정 방향의 제2 목표 토크보다도 큰 경우에, 전동 모터(12)의 출력 토크를 정 방향의 제2 목표 토크가 되도록 인버터(80)를 제어한다. 또한, 오퍼레이터는, 전동 모터(12)가 정 방향의 제2 목표 토크로 제어되어 있는 상태에 있어서 선회체(3)의 가속이 부족하다고 느낀 경우에는, 조작 레버(16)의 좌측 방향으로의 조작량을 크게 함으로써 제2 목표 토크를 크게 할 수 있고, 이에 의해, 선회체(3)의 가속도를 크게 할 수 있다.

전동 모터(12)의 출력 토크가 정 방향의 제2 목표 토크로 제어됨으로써, 전동 모터(12)의 회전 속도 ω가 상승하고, 즉 선회체(3)의 좌측 방향의 선회 속도가 상승하고, 이에 수반하여, 목표 회전 속도에 대한 실제 회전 속도 ω의 속도 편차는 더 작아진다. 따라서, 정 방향의 제1 목표 토크도 더 작아진다. 그리고, 정 방향의 제1 목표 토크가 정 방향의 제2 목표 토크 이하로 되면, 컨트롤러(20)는 전동 모터(12)의 출력 토크가 제1 목표 토크가 되도록 인버터(80)를 제어한다.

(2) 유압 셔블(1)에 압박 작업을 행하게 하는 경우에 대하여, 선회체(3)를 좌측 선회시키는 것을 예로 들어 설명한다.

이 경우에도 「(1)」과 마찬가지로, 조작 레버(16)가 임의의 정의 조작량으로 된 당초에는, 컨트롤러(30)는 전동 모터(12)의 출력 토크를 정 방향의 제2 목표 토크로 제어한다. 금회에는 압박 작업을 행하므로, 버킷(4c)을 좌측 방향으로 압박한 홈의 내측면으로부터 프론트 작업 장치(4)의 버킷(4c)에 대하여 반력이 작용하고, 이에 의해 선회가 정체하는, 즉 전동 모터(12)의 실제 회전 속도 ω는 목표 회전 속도에 근접하지 않는다. 이로 인해, 정 방향의 제1 목표 토크는 최대값 Tmax로 유지된다. 한편, 조작 레버(16)의 좌측 방향의 조작량이 유지되어 있던 경우에는, 정 방향의 제2 목표 토크는 변화하지 않는다. 또한, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 변화량도 변화하지 않기 때문에, 제1 역행 방지 특성(40a)을 이용하여 산출되는 제3 목표 토크는 0이며, 제2 역행 방지 특성(40b)을 이용하여 산출되는 제3 목표 토크도 0이다. 따라서, 컨트롤러(20)는 전동 모터(12)의 출력 토크가 제2 목표 토크가 되도록 인버터(80)를 제어하고, 이에 의해 버킷(4c)은 홈의 내측면으로 계속해서 압박된다.

버킷(4c)이 홈의 내측면으로 압박된 상태에서는, 오퍼레이터가 조작 레버(16)를 좌측 방향으로 더 조작하여 정의 조작량을 크게 한 경우에도 선회는 정체한 대로이며, 따라서, 전동 모터(12)의 출력 토크는 계속해서 제2 목표 토크로 제어된다. 제2 목표 토크는 정의 조작량이 크게 되면 커지고, 반대로, 정의 조작량이 작아지면 작아지므로, 압박 작업 시에 오퍼레이터는, 조작 레버(16)의 중립 위치로부터의 조작량을 증감시킴으로써 홈의 내측면에 대한 버킷(4c)의 압박력을 조절할 수 있다.

(3) 선회의 역행을 방지하는 경우에 대하여, 선회체(3)를 좌측 선회에 대한 역행을 방지하는 것을 예로 들어 설명한다.

제1, 제2 목표 토크는, 「(1)」에서 설명한 바와 같이, 조작 레버(16)의 좌측 방향의 조작량(정의 조작량)에 따라서 산출된다. 그리고, 전동 모터(12)의 출력 토크는, 정 방향의 제1 목표 토크가 정 방향의 제2 목표 토크 이하로 될 때까지는, 정 방향의 제2 목표 토크로 제어된다.

경사지에 정지시킨 유압 셔블(1)의 선회체(3)를 경사지의 상방측으로 선회시키는 경우에는, 프론트 작업 장치(4)의 중력 성분이 선회에 저항하는 외력으로서 작용한다. 또한, 강풍 하에서 바람이 불어오는 쪽을 향해 선회체(3)를 선회시키는 경우에는 풍력이 선회체에 저항하는 외력으로서 작용한다. 따라서, 그들 외력에 대하여 정 방향의 제2 목표 토크가 너무 작으면, 조작 레버(16)가 좌측 방향으로 조작되고 있음에도 불구하고 선회체(3)는 우측 방향으로 선회하는, 즉 우측 방향으로 역행되고, 전동 모터(12)도 선회체(3)와 함께 부 방향으로 역행된다.

역행 발생 시, 제1 변화량 산출 수단(50)은 가합 수단(52) 및 지연 수단(51)에 의해, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 변화량으로서 부의 변화량을 산출한다. 이 부의 변화량은 상한값 C1보다도 작다. 따라서, 제1 변화량 산출 수단(50)은 선택 수단(53)에 의해, 그 부의 변화량과 상한값 C1 중 그 부의 변화량을 제3 목표 토크의 산출에 사용하는 값으로서 선택한다. 그리고, 제3 목표 토크 산출 수단(40)은 선택 수단(53)에 의해 선택된 값에 기초하여, 제1 역행 방지 특성(40a)을 이용하여 제3 목표 토크를 산출하고, 이에 의해 정 방향의 제3 목표 토크를 얻는다.

또한, 제3 목표 토크 산출 수단(40)은 제1 보정 수단(41)에 의해, 제1 역행 방지 특성(40a)을 이용하여 산출된 정 방향의 제3 목표 토크에 기초하여, 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트의 정도를 설정한다.

정 방향의 제2 목표 토크가 역행 방지에 대하여 너무 작을수록, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 부의 변화량은 커지고, 이에 수반하여 정 방향의 제3 목표 토크도 커져서, 정 방향의 제2 목표 토크를 상회한다. 이에 의해, 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)은 정 방향의 제2, 제3 목표 토크 중 큰 쪽인 정 방향의 제3 목표 토크를 선택하고, 제한값 결정 수단(73)은 그 정 방향의 제3 목표 토크를 제1 목표 토크의 상한값으로 결정한다. 이 결과, 전동 모터(12)의 출력 토크는 정 방향의 제3 목표 토크로 제어되고, 선회체(3)가 역행으로부터 복귀한다.

또한, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 부의 변화량이 선회 각도 1°에 상당하는 값 S3으로 되었을 때에는, 정 방향의 제3 목표 토크가 최대값 Tmax로 되기 때문에, 즉, 역행되는 선회 각도가 1°보다도 작은 동안에 선회체(3)는 역행으로부터 복귀한다. 이에 의해, 역행에 따른 불쾌감 및 조작성의 악화를 오퍼레이터가 얼마 느끼지 못하고 바로, 선회체(3)를 역행으로부터 복귀시킬 수 있다.

선회체(3)를 우측 선회시키는 경우의 선회 제어 장치(20)의 동작은, 좌측 선회시키는 경우와는 제1 내지 제3 목표 토크의 방향이 반대 방향(부 방향)으로 되는 차이는 있지만, 이 이외에는 좌측 선회시키는 경우와 마찬가지의 조작이므로, 그 동작의 설명은 생략하였다.

제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(20)에 의하면 다음의 효과가 얻어진다.

제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(20)에 있어서, 목표 토크 제한 수단(70)은 제1 목표 토크를 이 제1 목표 토크와 동일 방향인 제2, 제3 목표 토크 중 절대값이 큰 쪽으로 제한한다. 이에 의해, 피드백 제어에 기인하여 제1 목표 토크의 절대값이 과잉 크기로 산출된 경우에, 전동 모터(12)의 출력 토크를 제2 목표 토크 또는 제3 목표 토크로 제한할 수 있다. 특히, 압박 작업 시에는 전동 모터(12)의 출력 토크가 제2 목표 토크로 제어되므로, 오퍼레이터는 선회 제어 장치(20)의 조작 레버(16)의 조작량에 따라서 전동 모터(12)의 출력 토크를 조절할 수 있다. 또한, 제2 목표 토크가 역행 방지에 불충분한 경우에는, 제2 목표 토크보다도 절대값이 큰 제3 목표 토크를 제1 목표 토크의 제한값으로 할 수 있으므로, 역행을 자동적으로 방지할 수 있다.

제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(20)에 있어서, 제1 산출 범위의 대략 전체는 일방향의 변화량, 즉 부의 변화량의 산출 범위를 규정하고, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위는 타방향의 변화량, 즉 정의 변화량의 산출 범위를 규정한다. 이와는 반대로 제2 산출 범위의 대략 전체는 정의 변화량의 산출 범위를 규정하고, 그 대략 전체를 제외한 나머지 산출 범위는 부의 변화량의 산출 범위를 규정한다. 즉, 제1, 제2 산출 범위는 대략 전체가 규정하는 산출 범위와는 정부의 값이 반대로 되는 산출 범위를 약간 포함한다. 이들 정부의 값이 반대로 되는 산출 범위 내에서의 변화량에 기초하여 산출된 제3 목표 토크를 이용함으로써, 확실하게 역행을 방지할 수 있다.

제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(20)에 있어서, 제3 목표 토크 산출 수단(40)은 제1 변화량 산출 수단(50)에 의해 산출된 회전 각도의 변화량, 및 제2 변화량 산출 수단(60)에 의해 산출된 회전 각도의 변화량에 기초하여, 회전 각도가 소정 시간 t 전의 회전 각도로 복귀되는 방향의 제3 목표 토크를 산출하고, 전동 모터(12)의 출력 토크를 그 제3 목표 토크로 제어한다. 이에 의해, 선회체(3)의 역행의 자동적인 방지를, 선회체(3)의 선회 각도에 추종하여 행할 수 있다.

또한, 전술한 제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(20)에 있어서, 제1 변화량 산출 수단(50) 및 제2 변화량 산출 수단(60)은 본 발명은 제1 변화량 산출 수단 및 제2 변화량 산출 수단을, 회전 속도 센서(81)의 회전 속도의 검출값에 기초하여 소정 시간 t 내에서의 회전 각도의 변화량을 산출하는 것이었지만 본 발명은 그에 한정되는 것은 아니다. 제1 변화량 산출 수단 및 제2 변화량 산출 수단의 각각은, 전동 모터(12)의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 검출 수단과, 이 회전 각도 검출 수단에 의해 검출된 최신의 회전 각도로부터 소정 시간 t 전의 전회의 회전 각도를 감산하는 감산 수단을 이용함으로써, 전동 모터(12)의 회전 각도의 소정 시간 t 내에서의 변화량을 얻는 구성으로 바꿔도 된다.

[제2 실시 형태]

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 작업 기계의 선회 제어 장치에 대하여 도 7, 도 8을 이용하여 설명한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(120)는 전동 모터(12)의 회전 각도를 검출하는 회전 각도 센서(182)와, 회전 각도 센서(182)에 의해 검출된 회전 각도에 기초하여 선회체(3)의 선회 각도 θ를 산출하는 선회 각도 산출 수단(150)을 구비하고 있다. 선회 각도 산출 수단(150)은 도 1에 도시한 바와 같이, 프론트 작업 장치(4)가 주행체(2)의 전진 방향을 향한 상태(도 1 참조)를 선회 각도 0°로 산출하고, 그 0°로부터 좌측 방향인 180°미만의 소정의 한계 각도까지의 선회 각도를 정의 값으로 산출하고, 0°로부터의 우측 방향인 180°미만의 소정의 한계 각도까지의 선회 각도를 부의 값으로 산출한다. 또한, 이 선회 각도 산출 수단(150)은 컨트롤러(130)에 기억된 제어 프로그램 및 데이터에 의해 설정된 것이다. 또한, 회전 각도 센서(182)와 선회 각도 산출 수단(150)은 선회체(3)의 실제 선회 각도를 검출하는 선회 각도 검출 수단을 구성하고 있다.

컨트롤러(130), 회전 속도 센서(81), 회전 각도 센서(182)는 선회 조작 장치(15)로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 전동 모터(12)의 목표 토크를 산출하고, 이 목표 토크에 기초하여 전동 모터(12)의 출력 토크를 제어하는 제어 수단을 구성하고 있다.

선회 제어 장치(120)는, 선회 각도 센서(182)에 의해 검출된 선회 각도의 등록을 명령하는 등록 명령 수단(151)과, 이 등록 명령 수단(151)에 의해 명령된 선회 각도를 등록 선회 각도 θref로서 기억하는 선회 각도 등록 수단(152)을 더 구비하고 있다. 등록 명령 수단(151)은 오퍼레이터가 운전석에 앉은 상태에서 조작 가능한 개소, 예를 들어 조작 레버(16)의 돌출단부에 설치된 자기 복귀형의 푸시 스위치이다. 선회 각도 등록 수단(152)은 선회 각도 산출 수단(150)에 의해 산출된 선회 각도를, 등록 명령 수단(151)이 압박 조작되었을 때 등록 선회 각도 θref로서 기억하고, 또한, 등록 명령 수단(151)이 다시 압박 조작되었을 때 등록 선회 각도 θref를 소거하는 것이다. 이 선회 각도 등록 수단(152)은 컨트롤러(130)에 기억된 제어 프로그램 및 데이터에 의해 설정된 것이다.

컨트롤러(130)는, 등록 선회 각도 θref에 대한 실제 선회 각도 θ의 각도 편차를 산출하는 각도 편차 산출 수단(153)과, 그 각도 편차에 기초하여, 선회체(3)를 등록 선회 각도 θref로 복귀시키는 방향의 제3 목표 토크를 산출하는 제3 목표 토크 산출 수단(140)을 구비하고 있다. 각도 편차 θ은 선회체(3)가 우측으로 돌아 등록 선회 각도 θref를 초과한 경우에 정의 값을 취하고, 좌측으로 돌아 등록 선회 각도 θref를 초과한 경우에 부의 값을 취한다.

제3 목표 토크 산출 수단(140)은 제3 목표 토크를 산출할 때, 미리 설정된 제1 역행 방지 특성(도시 생략) 및 제2 역행 방지 특성(도시 생략)을 이용한다. 이들 제1 역행 방지 특성 및 제2 역행 방지 특성은, 각도 편차와 제3 목표 토크의 대응 관계를 규정한 것이다. 이어서, 그들 제1 역행 방지 특성, 제2 역행 방지 특성에 의해 규정된 대응 관계에 대하여 구체적으로 설명한다.

제1 역행 방지 특성은, 도 5의 (a)에 도시한 변화량을 각도 편차로 치환한 특성으로 설정되어 있다. 각도 편차가 0 또는 정의 각도 편차인 경우에 제3 목표 토크는 0으로 된다. 부의 각도 편차에 대하여 제3 목표 토크의 방향은 정 방향으로 된다. 이 정 방향의 제3 목표 토크의 최대값은, 전동 모터(12)의 출력 토크의 최대값 Tmax로 규정되어 있다. 0으로부터 그 최대값 Tmax까지의 범위에서의 제3 목표 토크의 특성은, 부의 각도 편차의 절대값이 커질수록 정 방향의 제3 목표 토크가 커져서, 부의 각도 편차가 소정 각도 편차일 때에 정 방향의 제3 목표 토크가 최대값 Tmax가 되도록, 1차 함수에 의해 규정되어 있다. 소정의 부의 각도 편차는, 이 소정의 부의 각도 편차를 발생시키는 좌측 방향의 선회 각도의 변화를 오퍼레이터가 느끼지 못하는 작은 것임을 의도하여 설정된 것이며, 예를 들어 좌측 방향의 선회 각도 1°에 상당하도록 설정되어 있다.

제2 역행 방지 특성은, 도 5의 (b)에 도시한 변화량을 각도 편차로 치환한 특성으로 설정되어 있다. 즉, 각도 편차가 0 또는 부의 각도 편차인 경우에 제3 목표 토크는 0으로 된다. 정의 각도 편차에 대하여 제3 목표 토크의 방향은 부 방향으로 된다. 이 부 방향의 제3 목표 토크의 최소값은 -Tmax로 규정되어 있다. 0으로부터 그 최소값 -Tmax까지의 범위에서의 제3 목표 토크의 특성은, 정의 각도 편차가 커질수록 부 방향의 제3 목표 토크의 절대값이 커지고, 정의 각도 편차가 소정 각도 편차일 때에 부 방향의 제3 목표 토크의 절대값이 최소값 -Tmax로 되도록, 1차 함수에 의해 규정되어 있다. 소정의 정의 각도 편차는, 이 소정의 정의 각도 편차를 발생시키는 우측 방향의 선회 각도의 변화를 오퍼레이터가 느끼지 못하는 작은 것임을 의도하여 설정된 것이며, 예를 들어 좌측 방향의 선회 각도 1°에 상당하도록 설정되어 있다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 제3 목표 토크 산출 수단(140)은 전동 모터(12)의 출력 토크가 제3 목표 토크로 제어되는 경우에, 속도 편차에 따라서, 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트를 저감하기 위한 보정을 행하는 제1 보정 수단(141) 및 제2 보정 수단(145)을 구비하고 있다.

제1 보정 수단(141)은 제1 실시 형태에서의 제1 보정 수단(41)과 마찬가지의 것이며, 부의 각도 편차에 기초하여, 미리 설정된 보정용 게인 상수 K를 이용하여, 전동 모터(12)의 출력 토크가 정 방향의 제3 목표 토크로 제어될 때의 오버슈트를 저감하는 보정 처리를 행하도록 되어 있다. 이 보정 처리에 의해, 정 방향의 제3 목표 토크가 커질수록, 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트를 저감하는 정도가 크게 설정된다.

제2 보정 수단(145)도, 제1 실시 형태에서의 제2 보정 수단(45)과 마찬가지의 것이며, 정의 각도 편차에 기초하여, 미리 설정된 보정용 게인 상수 K를 이용하여, 전동 모터(12)의 출력 토크가 부 방향의 제3 목표 토크로 제어될 때의 오버슈트를 저감하는 보정 처리를 행하도록 되어 있다. 이 보정 처리에 의해, 부 방향의 제3 목표 토크의 절대값이 커질수록, 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트를 저감하는 정도가 크게 설정된다.

또한, 도 7을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(120)의 컨트롤러(130)는 제1 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(20)의 컨트롤러(30)와 동일하게, 제1 목표 토크 산출 수단(33), 제2 목표 토크 산출 수단(34) 등의, 제1 목표 토크, 제2 목표 토크를 산출하기 위한 구성을 구비하고 있지만, 제1 변화량 산출 수단(50), 제2 변화량 산출 수단(60), 선택 수단(53, 63), 제3 목표 토크 산출 수단(40)을 구비하고 있지 않다.

이와 같이 구성된 제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(120)의 동작을, (1) 평지 위에서 프론트 작업 장치(4)를 무풍의 공중에 띄어서 선회체(3)를 선회시키는 경우, (2) 유압 셔블(1)에 압박 작업을 행하게 하는 경우, (3) 선회의 역행을 방지하는 경우, 3개의 경우로 나누어서 설명한다.

(1) 평지 위에서 프론트 작업 장치(4)를 무풍의 공중에 띄어서 선회체(3)를 선회시키는 경우에 대하여, 선회체(3)를 좌측 선회시키는 것을 예로 들어 설명한다.

예를 들어, 이미 등록 선회 각도가 -90°로 설정되어 있고, 그 등록 선회 각도 -90°로 선회체(3)가 정지하고 있는 것으로 한다.

이 상태에서 오퍼레이터가 선회 조작 장치(15)의 조작 레버(16)를 중립 위치로부터 좌측 방향으로 조작하고, 조작량을 S2 이상의 임의의 정의 조작량으로 유지한다. 이에 수반하여 선회 조작 장치(15)가 선회 명령 신호를 출력한다. 이 선회 명령 신호를 컨트롤러(130)가 입력하면, 이 컨트롤러(130)의 목표 회전 속도 산출 수단(31)은 선회 명령 신호에 기초하여 정 방향의 목표 회전 속도를 산출한다. 이어서, 컨트롤러(130)의 속도 편차 산출 수단(32)은 회전 속도 센서(81)로부터의 회전 속도 신호로 나타내는 선회 개시 당초의 실제 회전 속도 ω, 즉 0의, 정 방향의 목표 회전 속도에 대한 속도 편차를 산출하고, 이에 의해 정 방향의 목표 회전 속도와 동일한 크기의 속도 편차를 얻는다. 이어서, 컨트롤러(130)의 제1 목표 토크 산출 수단(33)은 그 속도 편차가 해소되는 방향의 제1 목표 토크, 즉 좌측 방향의 선회 속도를 가속시키기 위한 제1 목표 토크로서 최대값 Tmax를 산출한다.

또한, 컨트롤러(130)의 제2 목표 토크 산출 수단(34)은 선회 명령 신호에 기초하여 제2 목표 토크를 산출하고, 이에 의해 목표 회전 속도와 동일 방향, 즉 정 방향의 제2 목표 토크를 얻는다.

조작 레버(16)가 좌측 방향으로 조작된 직후에는 정지한 상태의 선회체(3) 및 프론트 작업 장치(4)의 관성력, 정지 마찰력 등에 기인한 저항력이 전동 모터(12)에 작용하고 있다. 이로 인해, 선회 각도 산출 수단(150)에 의해 산출된 실제 선회 각도 θ는, 등록 선회 각도 90°그대로이며, 따라서 각도 편차 산출 수단(153)은 각도 편차로서 0을 산출한다. 이에 수반하여, 컨트롤러(130)의 제3 목표 토크 산출 수단(140)은 제1 역행 방지 특성을 이용하여 제3 목표 토크로서 0을 산출하고, 이와 병행하여 제2 역행 방지 특성을 이용하여 제3 목표 토크로서 0을 산출한다.

컨트롤러(130)의 목표 토크 제한 수단(70)에 있어서, 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)은 제3 목표 토크가 0이므로, 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 또한, 우측 선회용 목표 토크 선택 수단(72)은 제2, 제3 목표 토크 중 어느 것이나 0이므로, 0을 선택한다. 이와 같이 하여 선택된 정 방향의 제2 목표 토크와 0 중, 제한값 결정 수단(73)은 제1 목표 토크와 동일한 정 방향의 목표 토크인 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 즉, 정 방향의 제1 목표 토크의 상한값이, 정 방향의 제2 목표 토크로 설정된다. 컨트롤러(130)는 정 방향의 제1 목표 토크가 최대값 Tmax이며 정 방향의 제2 목표 토크보다도 크므로, 전동 모터(12)의 출력 토크가 제2 목표 토크가 되도록 인버터(80)를 제어한다.

금회에는, 평지 위에서 프론트 작업 장치(4)를 무풍의 공중에 띄어서 선회체(3)를 선회시키므로, 압박 작업 시에서의 홈의 내측면으로부터의 반력, 경사지에서의 중력 성분, 풍력과 같은 외력은 프론트 작업 장치(4)에 작용하지 않는다. 따라서, 전술한 바와 같이 전동 모터(12)의 출력 토크가 정 방향의 제2 목표 토크로 제어됨으로써, 전동 모터(12)의 정 방향으로 회전하기 시작하여, 즉 선회체(3)가 좌측 방향으로 선회하기 시작하여, 목표 회전 속도에 대한 실제 회전 속도 ω의 속도 편차는 작아진다. 이에 수반하여, 정 방향의 제1 목표 토크도 작아진다.

그 후의 선회체(3)의 좌측 선회 중, 조작 레버(16)가 좌측 방향으로 조작되고 있는 한, 제2 목표 토크 산출 수단(34)은 정 방향의 제2 목표 토크를 계속해서 산출한다.

또한, 선회체(3)가 좌측 선회 중, 각도 편차 산출 수단(153)은 정 방향의 속도 편차를 산출하므로, 제3 목표 토크 산출 수단(140)은 제1 역행 방지 특성을 이용하여 제3 목표 토크로서 0을 산출하고, 이와 병행하여 제2 역행 방지 특성을 이용하여 부 방향의 제3 목표 토크를 산출한다.

목표 토크 제한 수단(70)의 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)은 제3 목표 토크가 0이므로, 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 또한, 우측 선회용 목표 토크 선택 수단(72)은 제2 목표 토크가 0이므로, 부 방향의 제3 목표 토크를 선택한다. 이와 같이 선택된 정 방향의 제2 목표 토크와 부 방향의 제3 목표 토크 중, 제한값 결정 수단(73)은 제1 목표 토크와 동일한 방향의 목표 토크인 정 방향의 제2 목표 토크를 선택한다. 이에 의해 컨트롤러(130)는 계속해서, 정 방향의 제1 목표 토크가 정 방향의 제2 목표 토크보다도 큰 경우에, 전동 모터(12)의 출력 토크가 제2 목표 토크가 되도록 인버터(80)를 제어한다. 또한, 오퍼레이터는, 전동 모터(12)가 정 방향의 제2 목표 토크로 제어되어 있는 상태에 있어서 선회체(3)의 가속이 부족하다고 느낀 경우에는, 조작 레버(16)의 좌측 방향으로의 조작량을 크게 함으로써 제2 목표 토크를 크게 할 수 있어, 이에 의해, 선회체(3)의 가속도를 크게 할 수 있다.

전동 모터(12)의 출력 토크가 정 방향의 제2 목표 토크로 제어됨으로써, 전동 모터(12)의 회전 속도 ω가 상승하고, 즉 선회체(3)의 좌측 방향의 선회 속도가 상승하고, 이에 수반하여, 목표 회전 속도에 대한 실제 회전 속도 ω의 속도 편차는 더 작아진다. 따라서, 정 방향의 제1 목표 토크는 더 작아진다. 그리고, 정 방향의 제1 목표 토크가 정 방향의 제2 목표 토크 이하로 되면, 컨트롤러(120)는 전동 모터(12)의 출력 토크가 제1 목표 토크가 되도록 인버터(80)를 제어한다.

(2) 유압 셔블(1)에 압박 작업을 행하게 하는 경우에 대하여, 선회체(3)를 좌측 선회시키는 것을 예로 들어 설명한다.

이 경우에도 「(1)」과 마찬가지로, 조작 레버(16)가 임의의 정의 조작량으로 된 당초에는, 컨트롤러(130)는 전동 모터(12)의 출력 토크를 정 방향의 제2 목표 토크로 제어한다. 금회에는 압박 작업을 행하므로, 버킷(4c)을 좌측 방향으로 압박한 홈의 내측면으로부터 프론트 작업 장치(4)의 버킷(4c)에 대하여 좌측 선회에 저항하는 반력이 작용하고, 이에 의해 선회가 정체하는, 즉 전동 모터(12)의 실제 회전 속도 ω는 목표 회전 속도에 근접하지 않는다. 이로 인해, 정 방향의 제1 목표 토크는 최대값 Tmax로 유지된다. 또한, 조작 레버(16)의 좌측 방향의 조작량이 유지되어 있던 경우, 정 방향의 제2 목표 토크는 변화하지 않는다.

압박 작업 시에, 오퍼레이터는 선회 각도의 등록을 행하지 않는다. 따라서, 제3 목표 토크 산출 수단(140)에 의한 제3 목표 토크의 산출은 행해지지 않는다. 이로 인해, 제한값 결정 수단(73)은 제1 목표 토크와 동일한 정 방향의 목표 토크인 정 방향의 제2 목표 토크를 선택하고, 이에 의해 전동 모터(12)의 출력 토크가 제2 목표 토크로 제어된 상태에서, 버킷(4c)은 홈의 내측면에 계속해서 압박된다.

버킷(4c)이 홈의 내측면으로 압박된 상태에서는, 오퍼레이터가 조작 레버(16)를 좌측 방향으로 더 조작하여 정의 조작량을 크게 한 경우에도 선회는 정체한 그대로이며, 따라서, 전동 모터(12)의 출력 토크는 계속해서 제2 목표 토크로 제어된다. 제2 목표 토크는 정의 조작량이 커지면 커지고, 반대로, 정의 조작량이 작아지면 작아지므로, 압박 작업 시에 오퍼레이터는, 조작 레버(16)의 중립 위치로부터의 조작량을 증감시킴으로써 홈의 내측면에 대한 버킷(4c)의 압박력을 조절할 수 있다.

(3) 선회의 역행을 방지하는 경우에 대하여, 선회체(3)를 좌측 선회에 대한 역행을 방지하는 것을 예로 들어 설명한다.

제1, 제2 목표 토크는, 「(1)」에서 설명한 바와 같이, 조작 레버(16)의 좌측 방향의 조작량(정의 조작량)에 따라서 산출된다. 그리고, 정 방향의 제1 목표 토크가 정 방향의 제2 목표 토크 이하로 될 때까지는, 전동 모터(12)의 출력 토크는 정 방향의 제2 목표 토크로 제어된다.

경사지에 정지시킨 유압 셔블(1)의 선회체(3)를 경사지의 상방측으로 선회시키는 경우에는, 프론트 작업 장치(4)의 중력 성분이 선회에 저항하는 외력으로서 작용한다. 또한, 강풍 하에서 바람이 불어오는 쪽을 향해 선회체(3)를 선회시키는 경우에는 풍력이 선회체에 저항하는 외력으로서 작용한다. 따라서, 그들 외력에 대하여 정 방향의 제2 목표 토크가 너무 작으면, 조작 레버(16)가 좌측 방향으로 조작되고 있음에도 불구하고 선회체(3)는 등록 선회 각도를 초과하여 우측 방향으로 역행되고, 전동 모터(12)도 선회체(3)와 함께 부 방향으로 역행된다.

역행 발생 시에, 각도 편차 산출 수단(153)은 부의 속도 편차를 산출한다. 제3 목표 토크 산출 수단(140)은 그 부의 속도 편차에 기초하여, 제1 역행 방지 특성을 이용하여 제3 목표 토크를 산출하고, 이에 의해 정 방향의 제3 목표 토크를 얻음과 함께, 제2 역행 방지 특성을 이용하여 제3 목표 토크를 산출하여 0을 얻는다.

또한, 제3 목표 토크 산출 수단(140)은 제1 보정 수단(141)에 의해, 제1 역행 방지 특성(40a)을 이용하여 산출된 정 방향의 제3 목표 토크에 기초하여, 전동 모터(12)의 출력 토크의 오버슈트의 정도를 설정한다.

정 방향의 제2 목표 토크가 역행 방지에 대하여 너무 작을수록 각도 편차는 커지고, 이에 수반하여 정 방향의 제3 목표 토크도 커져서, 정 방향의 제2 목표 토크를 상회한다. 이에 의해, 좌측 선회용 목표 토크 선택 수단(71)은 정 방향의 제2, 제3 목표 토크 중 큰 쪽인 정 방향의 제3 목표 토크를 선택하고, 제한값 결정 수단(73)은 그 정 방향의 제3 목표 토크를 제1 목표 토크의 상한값으로 결정한다. 이 결과, 전동 모터(12)의 출력 토크는 정 방향의 제3 목표 토크로 제어되고, 선회체(3)가 역행으로부터 복귀한다.

또한, 각도 편차가 선회 각도 1°에 상당하는 값으로 되었을 때는, 정 방향의 제3 목표 토크가 최대값 Tmax로 되기 때문에, 즉 역행하는 선회 각도가 1°보다도 작은 동안에 선회체(3)는 역행으로부터 복귀한다. 이에 의해, 역행에 의한 불쾌감 및 조작성의 악화를 오퍼레이터가 얼마 느끼지 못하고 바로, 선회체(3)를 역행으로부터 복귀시킬 수 있다.

선회체(3)를 우측 선회시키는 경우의 선회 제어 장치(120)의 동작은, 좌측 선회시키는 경우에 대하여 제1 내지 제3 목표 토크의 방향이 반대 방향(부 방향)이 되는 차이는 있지만, 이외는 좌측 선회시키는 경우와 마찬가지의 조작이므로, 그 동작의 설명은 생략하였다.

제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(120)에 의하면 다음의 효과가 얻어진다.

제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(120)에 있어서, 목표 토크 제한 수단(70)은 제1 목표 토크를 이 제1 목표 토크와 동일 방향의 제2, 제3 목표 토크 중 절대값이 큰 쪽으로 제한한다. 이에 의해, 피드백 제어에 기인하여 제1 목표 토크의 절대값이 과잉 크기로 산출된 경우에, 전동 모터(12)의 출력 토크를 제2 목표 토크 또는 제3 목표 토크로 제한할 수 있다. 특히, 압박 작업 시에는 전동 모터(12)의 출력 토크가 제2 목표 토크로 제어되므로, 오퍼레이터는 선회 조작 장치(15)의 조작 레버(16)의 조작량에 따라서 전동 모터(12)의 출력 토크를 조절할 수 있다. 또한, 제2 목표 토크가 역행 방지에 불충분한 경우에는, 제2 목표 토크보다도 절대값이 큰 제3 목표 토크를 제1 목표 토크의 제한값으로 할 수 있으므로, 역행을 자동적으로 방지할 수 있다.

제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(120)에 있어서, 제3 목표 토크 산출 수단(140)은 등록 선회 각도에 대한 실제 선회 각도의 각도 편차에 기초하여 제3 목표 토크를 산출하고, 전동 모터(12)의 출력 토크를 그 제3 목표 토크로 제어한다. 이에 의해, 선회체(3)의 역행의 자동적인 방지를, 등록한 임의의 선회 각도(등록 선회 각도)로부터 멀어지는 방향의 역행에 대하여 실시할 수 있다.

또한, 제2 실시 형태에 따른 선회 제어 장치(120)에 있어서, 등록 명령 수단(151)은 조작 레버(16)의 돌출단부에 설치된 푸시 스위치이었지만, 본 발명은 등록 명령 수단을 그에 한정하는 것은 아니다. 메커니컬 브레이크(13)에 의한 전동 모터(12)의 제동 동작을 검지하는 검지 수단을 설치하고, 이 검지 수단을 등록 명령 수단으로서, 제동 동작의 검지를 선회 각도의 등록의 명령으로 하여도 된다.

1: 유압 셔블
3: 선회체
4: 프론트 작업 장치
10: 선회 장치
12: 전동 모터
15: 선회 조작 장치
30: 컨트롤러
31: 목표 회전 속도 산출 수단
32: 속도 편차 산출 수단
33: 제1 목표 토크 산출 수단
34: 제2 목표 토크 산출 수단
40: 제3 목표 토크 산출 수단
50: 제1 변화량 산출 수단
60: 제2 변화량 산출 수단
70: 목표 토크 제한 수단
81: 회전 속도 센서
120: 선회 제어 장치
130: 컨트롤러
140: 제3 목표 토크 산출 수단
150: 선회 각도 산출 수단
151: 등록 명령 수단
152: 선회 각도 등록 수단
153: 각도 편차 산출 수단
182: 회전 각도 센서

Claims (2)

1. 상반되는 2방향으로 회전 가능한 전동 모터의 출력 토크에 의해 선회체를 구동하는 선회 장치와, 중립 위치로부터 상반되는 2방향으로의 선택적인 조작이 가능하며, 조작 방향 및 조작량을 선회 명령 신호로 변환하는 선회 조작 장치와, 이 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 토크를 산출하고, 이 목표 토크에 기초하여 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 제어 수단을 구비한 작업 기계의 선회 제어 장치에 있어서,
   상기 제어 수단은,
   상기 전동 모터의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과,
   상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 회전 속도를 산출하는 목표 회전 속도 산출 수단과,
   상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 실제 회전 속도와 상기 목표 회전 속도의 속도 편차를 산출하는 속도 편차 산출 수단과,
   상기 속도 편차가 해소되는 방향의 제1 목표 토크를 산출하는 제1 목표 토크 산출 수단과,
   상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여, 상기 목표 회전 속도와 동일 방향의 제2 목표 토크를 산출하는 제2 목표 토크 산출 수단과,
   상기 회전 속도 검출 수단에 의한 회전 속도의 검출값에 기초하여, 상기 전동 모터의 회전 각도의 변화량을 미리 설정된 제1 산출 범위 내에서 산출하는 제1 변화량 산출 수단과,
   상기 회전 속도 검출 수단에 의한 회전 속도의 검출값에 기초하여, 상기 전동 모터의 회전 각도의 변화량을 미리 설정된 제2 산출 범위 내에서 산출하는 제2 변화량 산출 수단과,
   상기 제1, 제2 변화량 산출 수단의 각각에 의해 산출된 변화량에 기초하여, 상기 전동 모터의 회전 각도가 소정 시간 전의 회전 각도로 복귀되는 방향의 제3 목표 토크를 산출하는 제3 목표 토크 산출 수단과,
   상기 제1 목표 토크를 상기 제2, 제3 목표 토크 중 상기 제1 목표 토크와 동일 방향에서 절대값이 큰 쪽의 목표 토크로 제한하는 목표 토크 제한 수단을
   구비하고 있고,
   상기 제1 산출 범위는, 상기 전동 모터가 상반되는 2개의 회전 방향 중 일방향의 상기 변화량의 산출 범위 및 타방향의 상기 변화량의 산출 범위를 포함하고, 상기 일방향의 산출 범위는 상기 타방향의 산출 범위보다 크며,
   상기 제2 산출 범위는, 상기 타방향의 상기 변화량의 산출 범위 및 상기 일방향의 상기 변화량의 산출 범위를 포함하고, 상기 타방향의 산출 범위는 상기 일방향의 산출 범위보다 큰 것을 특징으로 하는 작업 기계의 선회 제어 장치.
2. 상반되는 2방향으로 회전 가능한 전동 모터의 출력 토크에 의해 선회체를 구동하는 선회 장치와, 중립 위치로부터 상반되는 2방향으로의 선택적인 조작이 가능하며, 조작 방향 및 조작량을 선회 명령 신호로 변환하는 선회 조작 장치와, 이 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 토크를 산출하고, 이 목표 토크에 기초하여 상기 전동 모터의 출력 토크를 제어하는 제어 수단을 구비한 작업 기계의 선회 제어 장치에 있어서,
   상기 제어 수단은,
   상기 전동 모터의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단과,
   상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여 상기 전동 모터의 목표 회전 속도를 산출하는 목표 회전 속도 산출 수단과,
   상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 실제 회전 속도와 상기 목표 회전 속도의 속도 편차를 산출하는 속도 편차 산출 수단과,
   상기 속도 편차가 해소되는 방향의 제1 목표 토크를 산출하는 제1 목표 토크 산출 수단과,
   상기 선회 조작 장치로부터의 선회 명령 신호에 기초하여, 상기 목표 회전 속도와 동일 방향의 제2 목표 토크를 산출하는 제2 목표 토크 산출 수단과,
   상기 선회체의 실제 선회 각도를 검출하는 선회 각도 검출 수단과,
   이 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 선회 각도의 등록을 명령하는 등록 명령 수단과,
   이 등록 명령 수단에 의해 명령된 선회 각도를 등록 선회 각도로서 기억하는 선회 각도 등록 수단과,
   상기 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 실제 선회 각도와 상기 등록 선회 각도의 각도 편차를 산출하는 각도 편차 산출 수단과,
   상기 각도 편차에 기초하여, 상기 선회체를 상기 등록 선회 각도로 복귀시키는 방향의 제3 목표 토크를 산출하는 제3 목표 토크 산출 수단과,
   상기 제1 목표 토크를 상기 제2, 제3 목표 토크 중 상기 제1 목표 토크와 동일 방향에서 절대값이 큰 쪽의 목표 토크로 제한하는 목표 토크 제한 수단
   을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 선회 제어 장치.

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