KR102099482B1

KR102099482B1 - 건설기계 선회체 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102099482B1
Application number: KR1020140021073A
Authority: KR
Inventors: 박철규; 유승진; 조성우
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN104863191A; CN104863191B; US9493927B2; KR20150099922A; US20150240449A1

Abstract

본 명세서의 일 실시 예는 선회체 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 건설기계 선회체 제어 방법은, 대표 신호-속도 곡선을 선택하는 단계, 조작 입력 장치로부터 조작 신호 값을 수신하는 단계, 선택된 신호-속도 곡선에 상기 조작 신호 값을 적용하여 기준 속도 값을 획득하는 단계, 상기 기준 속도에 상응하는 회전 속도 명령을 선회체를 회전시키는 회전 모터에게 송신하는 단계, 상기 회전 모터의 회전 속도를 획득하는 단계, 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하는지 판단하는 단계, 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 단계, 상기 새로운 신호-속도 곡선을 이용하여 조작 신호 값으로부터 새로운 기준 속도 값을 획득하는 단계, 및 상기 새로운 기준 속도에 상응하는 새로운 회전 속도 명령을 상기 회전 모터에게 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

건설기계 선회체 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING SWING BODY OF CONSTRUCTION EQUIPMENT}

본 명세서의 일 실시 예는 건설기계의 전동기 구동 선회체(swing body)의 제어 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 선회체의 각속도 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

전동기(motor)에 의하여 구동되는(driven) 선회체를 가진 건설기계의 대표적인 예는 선회 회생(swing energy regeneration) 하이브리드 굴삭기(hybrid excavator)이다.

도 1은 종래 유압모터를 이용한 선회체 구동 장치의 블록구성도이다.

도 1은 유압식 선회모터(hydraulic swing motor)를 채용한 굴삭기의 선회체 구동 장치를 도시한다. 단계 180에서 운전자(operator)(110)가 조이스틱(joystick)(120)을 조작한다. 이에 따라 생성된 조작 신호, 예를 들어 파일럿 압력(pilot pressure)이 단계 182에서 조이스틱(120)으로부터 주 제어 밸브(main control valve)(130)에게 전달되어 주제어 밸브(130)의 선회용 스풀(spool)을 움직인다. 단계 184에서 주 제어 밸브(130)는 유압스윙 모터(140)에게 유압을 공급한다. 공급된 유압에 의하여 유압 스윙 모터(140)에 생성된 토크가 단계 186에서선회 감속기(150)에게 전달된다. 단계 188에서 선회 감속기(150)를 거친 토크에 의해 선회체(160)가 선회한다. 이 선회시스템은 제어대상변수인 선회속도를 측정하는 특별한 구성을 포함하지 않는다. 따라서 운전자(110)가 눈으로 보면서 조이스틱을 움직여서 속도를 제어하는 방법 외에는 특별한 보완책이 없다.

하지만 도 1의 방식에 따르면 운전자(110) 개인의 역량에 따라 선회체(160)의 제어 성능이 크게 좌우되는 문제가 있다. 운전자(110)의 역량에 의존하지 않고 선회체 구동 장치를 쉽게 구동할 수 있도록 하는 방안이 요구된다.

본 명세서의 일 실시 예는 건설기계 선회체를 쉽고 정확하게 제어할 수 있는 제어 방식을 제공하는 것과 관련이 있다.

본 명세서의 일 실시 예에 따르는 건설기계 선회체 제어 방법은, 대표 신호-속도 곡선을 선택하는 단계, 조작 입력 장치로부터 조작 신호 값을 수신하는 단계, 선택된 신호-속도 곡선에 상기 조작 신호 값을 적용하여 기준 속도 값을 획득하는 단계, 상기 기준 속도에 상응하는 회전 속도 명령을 선회체를 회전시키는 회전 모터에게 송신하는 단계, 상기 회전 모터의 회전 속도를 획득하는 단계, 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하는지 판단하는 단계, 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 단계, 상기 새로운 신호-속도 곡선을 이용하여 조작 신호 값으로부터 새로운 기준 속도 값을 획득하는 단계, 및 상기 새로운 기준 속도에 상응하는 새로운 회전 속도 명령을 상기 회전 모터에게 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 명세서의 일 실시 예에 따르는 건설기계 선회체 제어 장치는, 조작에 따라 조작 신호 값을 생성하는 조작 입력 장치, 대표 신호-속도 곡선을 선택하고, 선택된 신호-속도 곡선에 상기 조작 신호 값을 적용하여 기준 속도 값을 획득하고, 상기 기준 속도에 상응하는 회전 속도 명령을 선회체를 회전시키는 회전 모터에게 송신하는 제어부, 상기 회전 속도 명령에 따라 선회체를 회전시키는 상기 회전 모터 및 상기 회전 모터의 회전 속도를 감지하는 속도 센서를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하는지 판단하고, 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하고, 상기 새로운 신호-속도 곡선을 이용하여 조작 신호 값으로부터 새로운 기준 속도 값을 획득하고, 상기 새로운 기준 속도에 상응하는 새로운 회전 속도 명령을 상기 회전 모터에게 송신할 수 있다.

본 명세서의 일 실시 예에 따르면, 부가적인 액추에이터 변위센서가 없더라도 선회체 관성의 변화를 반영한 선회 속도 지령을 생성할 수 있다. 이 때 생성된 선회 속도 지령은 실제 속도가 잘 추종할 수 있으며, 이로 인하여 등속 구간이 없이 가감속이 되는 경우 실제 속도가 운전자 조작에 부합하여 운전자 조작감을 높일 수 있다.

또한 본 명세서의 일 실시 예에 따르면 운전자의 조작과 실제 선회체 회전 방식이 일치하여 운전자의 조작감을 높이고 실수를 방지할 수 있다.

도 1은 종래 유압모터를 이용한 건설기계 선회체 구동 장치의 블록구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 전동기를 채용한 건설기계 선회체 제어 장치의 블록구성도이다.
도 3a 및 3b는 굴삭기의 동작 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 변위 센서를 이용한 굴삭기를 나타낸 도면이다.
도 5는 회전 관성 부하에 따라 달라지는 회전 속도와 조이스틱 신호의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5와 같이 선회체 관성 변화와 무관하게 선회 속도 지령을 만드는 경우 선회체 회전을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 건설기계 선회체 제어 과정의 순서도이다.
도 7b는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 압력-속도 곡선의 예시이다.
도 8a는 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 건설기계 선회체 제어 과정의 순서도이다.
도 8b는 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 압력-속도 곡선의 예시이다.
도 9a 및 도 9b는 상술한 실시 예들을 적용한 경우 조이스틱의 조작에 의한 명령 속도와 응답 속도(실제 회전 속도)를 나타낸다.

이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

이하, 본 명세서의 실시 예들에 의하여 선회체 제어 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 명세서에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 건설기계 선회체 제어 장치의 블록구성도이다.

도 2를 참조하면 단계 280에서 운전자 (210)가 조이스틱(120)을 조작한다. 이에 따라 생성된 조작 신호, 예를 들어 파일럿 압력이 단계 282에서 조이스틱(220)으로부터 속도 명령 생성부(230)에게 전달된다.

단계 284에서 속도명령 생성부(230)는 조작신호에 따라 속도 명령 또는 가속 명령을 생성하여 속도 제어부(235)에게 전달한다. 단계 284에서 전달되는 속도 명령/가속 명령은 상술한 조작 신호에 상응하는 각속도로 선회체(260)를 회전시킬 것을 지시하는 메시지이다. 이하에서 속도 명령/가속 명령은 같은 의미의 용어로서 혼용한다. 또한 선회체의 회전 각속도를 속도라고 표현할 수도 있다. 이하에서 별다른 설명 없이 '속도'라고 하면 선회체의 회전 각속도를 의미한다. 속도 제어부(235)는 속도명령 생성부의 가속 명령과 후술하는 단계 287의 측정속도(또는 오차값)를 고려하여 제어 명령을 생성하고 단계 285에서 제어 명령을 전기 스윙 모터(240)에게 전달한다. 제어 명령은 전기 스윙 모터(240)의 동작을 지시하는 명령이다.

전기 스윙 모터(240)는 단계 286에서 제어 명령(285)을 기초로 선회 감속기(250)에게 토크(286)를 전달하고, 또한 단계 287에서 전기 스윙 모터(240)의 측정된 회전 속도(또는 후술하는 오차값)을 속도 제어부(235)에게 전달(피드백)한다. 전기 스윙 모터(240)에는 모터(240)의 속도 및 전류 제어를 위하여 전동기 로터(rotor)의 각변위 및 각속도를 측정하는 센서가 장착될 수 있다 있다. 이러한 센서의 대표적인 예는 엔코더(encoder) 또는 레졸버(resolver)이다.

단계 288에서 선회 감속기(250)를 거친 토크에 의해 선회체(260)가 선회한다.

조이스틱(220)은 운전자(210)가 활용할 수 있는 조작 입력 장치의 예시에 불과하며, 다른 종류의 조작 입력장치가 활용될 수 있다. 또한 파일럿 압력은 조작 신호의 일 예에 불과하며 다른 종류의 전기적/비전기적 신호가 조작 신호로서 활용될 수 있다.

속도 명령 생성부(230)와 속도 제어부(235)는 실질적으로 하나의 구성요소로서 구현될 수도 있다. 속도 명령 생성부(230)와 속도 제어부(235)를 합쳐 제어부라고 칭한다.

선회 감속기(250)는 선회체(260)의 안정적인 회전을 보조하는 구성이지만 반드시 필요한 것은 아니다.

도 2의 선회체 제어 장치의 각 구성부의 구체적 동작에 대해서는 도 3a 내지 도 9b를 참조하여 상세히 후술한다.

도 3a 및 3b는 굴삭기의 동작 형태를 나타낸 도면이다.

굴삭기와 같은 건설기계는 상부 선회체에 붐(boom), 암(arm), 버켓(bucket)을 링크(link) 구조로 연결하여 토사 또는 석재를 굴삭하거나 이동시키는 일을 주로 수행한다. 따라서, 붐-암-버켓의 자세(posture) 또는 버켓 적재물의 무게에 따라 액츄에이터인 선회 유압모터, 또는 선회 전동모터의 부하인 선회체 회전 관성(mass moment of inertia)이 크게 달라진다. 이하에서 별도의 설명이 없는 경우 용어 '관성'을 회전 관성의 의미로 사용하기로 한다. 예를 들어, 도 3a와 같은 자세에서 버켓 적재물이 없는 경우는 선회체 관성이 가장 작으며, 도 3b와 같은 자세에서 버켓 적재물이 있는 경우에는 선회체 관성이 가장 크다.

도 4는 변위 센서를 이용한 굴삭기를 나타낸 도면이다.

상술한 선회체 관성(관성부하)를 고려하여 선회 속도 지령을 생성하기 위해서 도 4와 같이 붐-암-버켓의 자세를 알 수 있도록 변위 센서를 부착할 수 있다. 붐, 암, 버켓을 구동하는 액츄에이터(유압실린더)(예를 들어 도면부호 E-F, G-H, I-J의 위치)에 변위 센서를 부착하여 제어 장치는 선회체 관성을 계산하고 이 값에 적절한 속도 지령을 생성시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 이 방법은 다수의 변위센서를 추가로 장착하여야 하고, 이 센서들의 고장에 의한 신뢰성 문제를 일으킬 수 있다는 문제가 있다.

도 5는 회전 관성 부하(이하에서 '관성 부하'를 회전 관성 부하와 같은 의미로 혼용한다)에 따라 달라지는 회전 속도와 조이스틱 신호의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4와 같은 방식의 문제점을 해결하기 위해서는 붐, 암, 버켓 액츄에이터의 변위센서를 사용하지 않고, 대신 선회체 관성 변화에 관계없이 선회 속도 지령을 만드는 방식을 고려할 수 있다. 실험자는 선회 조이스틱 조작에 의해 생성되는 파일럿 압력(pilot pressure)과 선회체 속도의 정상상태 (steady state) 관계를 유압식 선회모터를 채용한 굴삭기에서 시험적으로 구할 수 있다. 또는 실험자는 전동모터를 채용한 굴삭기에서 선회체가 가장 작은 관성 부하를 가질 경우의 선회체 속도의 정상상태 (steady state) 관계를 시험적으로 구할 수 있다. 선회체 관성의 변화에 따라 이러한 곡선이 무수히 많이 만들어질 수 있으나, 이러한 곡선 집합을 대표할 수 있는 대표 곡선을 선정할 수 있다.

대표 곡선은 중간 관성 부하를 가지는 경우의 곡선이 될 수도 있고, 선회체가 가장 작은 관성 부하를 가질 경우의 곡선이 될 수도 있고, 선회체가 가장 작은 관성 부하를 가질 경우에 가까운 다른 종류의 곡선이 될 수도 있다. 후술하는 바와 같이 선회체 제어 장치는 대표 곡선으로부터 시작하여 회전 속도 피드백에 따라 더 아래쪽의 속도-압력 곡선, 즉 더 큰 관성 부하에 상응하는 곡선으로 변경 적용을 수행한다. 따라서 대표 곡선은 선회체가 비교적 작은 관성 부하를 가질 경우의 곡선으로 선택될 수 있다.

또한, 중간 관성부하나 작은 관성부하의 곡선을 대표곡선으로 선택하더라도, 회전 속도 피드백이나 전동기의 토크 값에 따라 관성부하가 대표곡선 보다 더 작다고 판별되는 경우, 위쪽의 속도-압력 곡선, 즉 더 작은 관성 부하에 상응하는 곡선으로 이동할 수도 있다. 이러한 경우 실제 관성부하에 더 가까운 전동기 출력을 내므로 더 정밀한 제어가 가능하다.

도 6a 및 도 6b는 도 5와 같이 선회체 관성 변화와 무관하게 선회 속도 지령을 만드는 경우 선회체 회전을 나타낸 그래프이다.

도 6a의 경우 선회체의 관성 부하가 충분히 작은 경우의 그래프이고 도 6b는 선회체의 관성 부하가 상대적으로 큰 경우의 그래프이다.

도 6a의 경우와 같이 경우 선회체의 관성 부하가 충분히 작은 경우, 운전자가 조이스틱을 통해 입력한 명령(조작 신호)과 실제 스윙(회전) 속도의 변화가 거의 일치한다.

하지만 도 6b의 경우와 같이 선회체의 관성 부하가 큰 경우, 실제 회전 속도의 변화가 운전자가 조이스틱을 통해 입력한 명령(조작 신호)을 따라오지 못한다. 따라서 사용자는 첫 번째 점선의 시점에 이미 속도를 줄일 것을 명령하였으나 실제로는 조작 신호에 상응하는 속도가 회전 속도와 같아지는 시점(두 번째 점선의 시점)까지는 선회체의 회전 속도가 증가한 뒤에야 회전 속도가 감소하는 것을 알 수 있다.

도 7a는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 선회체 제어 과정의 순서도이다.

도 7b는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 압력-속도 곡선의 예시이다. 여기서는 압력-속도 곡선이 예시됐으나 압력은 다른 종류의 신호로 대체될 수 있다. 이 경우 곡선의 이름은 신호-속도 곡선이 될 수 있다. 신호는 조이스틱(조작장치)의 움직임의 크기 정보, 또는 사용자가 의도한 속도 크기의 정보를 포함하고, 이러한 크기 정보가 압력의 크기를 대체할 수 있다. 이하에서는 압력-속도 곡선의 예를 들어 설명한다.

도 7a를 참조하면, 단계 710에서 제어부는 대표 압력-속도 곡선을 선택한다. 선회체의 회전이 멈춘 뒤 새로이 선회체의 회전이 시작될 때는 제어부는 대표 압력-속도 곡선을 새로 선택할 수 있다.

단계 720에서 제어부는 조이스틱의 파일럿 압력값(조작신호)을 획득한다. 단계 730에서 제어부는 선택된 압력-속도 곡선에 상술한 파일럿 압력값을 적용하여 기준 속도 값을 계산한다. 현재는 대표 압력-속도 곡선이 선택돼 있지만 추후 동작에 따라 다른 압력-속도 곡선이 선택되면 새로이 선택된 곡선에 파일럿 압력값을 적용하여 기준 속도 값을 계산할 수 있다. 또한 제어부는 기준 속도 값으로 회전할 것을 지시하는 메시지를 스윙 모터에게 전달할 수 있다.

단계 740에서 제어부는 기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이를 계산한다. 상술한 바와 같이 선회체의 회전 모터에는 실제 회전 속도를 감지할 수 있는 센서가 구비된다. 제어부는 이러한 센서로부터 회전 속도 정보를 획득할 수 있다.

단계 750에서 제어부는 기준 속도로부터 실제 회전 속도를 뺀 차이가 최대 허용 오차를 초과하는지 판단한다. 최대허용오차는 실험적으로 결정될 수 있다. 예를 들어 최대허용오차는 일정 비율의 운전자가 조작에 어색함을 느낄 정도의 오차값으로 설정될 수 있다. 기준 속도로부터 실제 회전 속도를 뺀 차이가 최대 허용 오차를 초과하지 않으면 과정은 단계 790으로 진행한다. 기준 속도로부터 실제 회전 속도를 뺀 차이가 최대 허용 오차를 초과하면 과정은 단계 760으로 진행한다.

단계 760에서 제어부는 다음 순위의 압력-속도 곡선을 선택한다.

도 7b를 참조하면 4개의 압력-속도 곡선이 제시돼 있다. 실제로는 더 많은 압력-속도 곡선이 사용될 수 있다. 압력-속도 곡선은 가상의 관성 부하 값으로부터 획득될 수 있다. 또는 압력-속도 곡선은 매핑 데이터의 형태로 제어부에 저장될 수도 있다. 다음 순위의 압력-속도 곡선은 도 7b에서 선회체 제어 장치가 사용할 수 있는 압력-속도 곡선 중 현재 압력-속도 곡선보다 아래쪽에 있는 곡선 중 가장 가까운 곡선을 의미한다. 즉 다음 순위의 압력-속도 곡선은 선회체 제어 장치가 사용할 수 있는 압력-속도 곡선 후보 중 현재 압력-속도 곡선의 관성 부하보다 큰 관성 부하에 해당하는 곡선 중 가장 관성 부하가 작은 곡선을 의미한다. 다른 실시 예에 따르면, 속도 지령을 충분히 잘 추종하고 전동기 출력 토크의 여유가 있다고 판단되는 경우, 즉 실제 관성부하가 현재 선택된 압력-속도 곡선의 관성부하보다 작은 경우, 현재 압력-속도 곡선보다 위쪽에 있는 곡선 중 가장 가까운 곡선이 다음 순위의 압력-속도 곡선으로 이용될 수도 있다.

단계 790에서 제어부는 기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 미만인지 판단한다. 단계 790의 문턱값은 단계 750의 최대허용오차보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 변형 예에 따르면 단계 790의 문턱값은 단계 750의 최대허용오차와 동일한 값으로 설정될 수도 있다.

기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 이상인 경우 과정은 단계 760으로 진행하고 단계 760 및 단계 720 내지 단계 750의 과정이 반복된다. 단계 760 및 단계 720 내지 단계 760의 과정의 반복은 기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이가 단계 790의 문턱값보다 작아질 때까지 계속된다. 즉, 제어부는 오차가 충분히 작아질 때까지 도 7b에서 점점 아래의 곡선을 선택한다.

다만 가장 아래의 곡선을 선택한 뒤에도 기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 이상인 경우에는 기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이와 무관하게 과정이 단계 720으로 진행될 수 있다. 기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 미만인 경우 과정은 단계 720으로 진행한다.

기준 속도로부터 선회체의 실제 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 미만인 경우에 과정은 단계 720으로 진행한다.

이후 단계 720 내지 단계 750의 과정이 회전 과정 동안 수행된다.

도 8a는 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 선회체 제어 과정의 순서도이다.

도 8b는 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 압력-속도 곡선의 예시이다. 여기서는 압력-속도 곡선이 예시됐으나 압력은 다른 종류의 신호로 대체될 수 있다. 이 경우 곡선의 이름은 신호-속도 곡선이 될 수 있다. 신호는 조이스틱(조작장치)의 움직임의 크기 정보, 또는 사용자가 의도한 속도 크기의 정보를 포함하고, 이러한 크기 정보가 압력의 크기를 대체할 수 있다. 이하에서는 압력-속도 곡선의 예를 들어 설명한다.

도 8a의 단계 810, 820, 830, 840, 850, 890의 과정은 도 7a의 단계 710, 720, 730, 740, 750, 790의 과정과 동일 유사하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.

단계 860에서 제어부는 회전 관성 부하를 추정한다.

수학식 1은 회전 관성 부하 추정을 위한 수학식이다.

<수학식 1>

J dω/dt = τ- τ_friction

ω는 각속도이다. t는 시간이다. τ는 회전 모터의 토크이고, τ_friction은 마찰에 의한 토크 손실이다. J는 회전 관성 부하이다. dω/dt는 시간에 대한 각속도의 변화율(시간에 대한 각속도의 미분값)이다.

제어부는 회전 모터의 속도 정보 및 토크 정보를 알 수 있다. 마찰에 의한 토크 손실은 불변값이므로 실험자는 토크 손실을 실험적으로 획득하여 제어부가 활용하도록 적용할 수 있다. 제어부는 이러한 정보를 기초로 회전 관성 부하를 추정할 수 있다. 부하 추정부의 설계는 Luenburger observer나 Kalman filter 등의 방법이 사용될 수도 있다.

단계 870에서 제어부는 추정된 관성 부하에 상응하는 압력-속도 곡선을 선택한다. 도 8b를 참조하여 설명하면, 위에서 두 번째 곡선이 추정된 관성 부하에 상응하는 압력-속도 곡선이다. 따라서 이후 단계 830에서 제어부는 해당 압력-속도 곡선을 이용하여 현재 파일럿 압력에 상응하는 속도를 구할 수 있다.

단계 870에서 원래의 압력-속도 곡선과 새로 선택될 압력-속도 곡선 사이에 다른 압력-속도 곡선이 있는 경우 일정한 속도로 압력-속도 곡선과 새로 선택될 압력-속도 곡선 사이에 다른 압력-속도 곡선들을 차례로 선택하고 그에 따른 기준 속도를 구해 해당 속도로 회전할 것을 명령하는 명령 메시지를 차례로 송신할 수 도 있다. 이 경우 급격한 곡선의 변화를 피할 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 상술한 실시 예들을 적용한 경우 조이스틱의 조작에 의한 명령 속도와 응답 속도(실제 회전 속도)를 나타낸다. 선회체의 관성 부하가 비교적 큰 경우 도 9a와 같이 명령 속도와 응답 속도(실제 회전 속도)의 차이가 생길 수 있다. 이러한 차이가 최대허용오차(εmax)를 초과하면 도 9b와 같이 명령 속도의 기울기를 감소시켜(점점 더 아래쪽의 압력-속도 곡선을 선택하여) 해당 차이를 문턱값(εmin) 미만으로 줄일 수 있다. 이러한 방식에 따라 사용자의 조작감이 크게 증가할 수 있다. 이러한 과정을 거친 1회 선회 동작 후 제어부는 다음 선회 동작에서 압력-속도 곡선을 대표 압력-속도 곡선으로 초기화하거나, 이전 선회동작에서 최종적으로 선택된 압력-속도 곡선을 초기값으로 사용할 수도 있다. 선회 관성부하가 이전 선회동작과 동일한 단순 반복 운전의 경우 후자의 방법을 사용하면 선회 초기부터 운전자의 의도에 부합하는 속도 제어가 가능하다.

상술한 실시 예들에 따르면, 부가적인 액추에이터 변위센서가 없더라도 선회체 관성 부하의 변화를 반영한 선회 속도 지령을 생성할 수 있다. 이 때 생성된 선회 속도 메시지는 실제 속도가 잘 추종할 수 있으며, 이로 인하여 등속 구간이 없이 가감속이 되는 경우 실제 속도가 운전자 조작에 부합하여 운전자 조작감을 높일 수 있다.

또한, 선회 속도 오차가 클 경우 선회 전동기는 최대 토크를 계속 출력하게 되나, 본 방식을 적용하면 속도 오차의 크기를 제한 할 수 있으므로 선회 전동기가 최대 토크를 내는 시간을 줄일 수 있다. 이 경우 전동기 토크의 형상을 임의로 조작 가능하게 되어 운전자의 조작감을 높이거나 전동기 발열을 줄일 수 있어 로터의 열감자 등을 방지하여 전동기의 신뢰성을 증대시킬 수 있다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

대표 신호-속도 곡선을 선택하는 단계;
조작 입력 장치로부터 조작 신호 값을 수신하는 단계;
선택된 신호-속도 곡선에 상기 조작 신호 값을 적용하여 기준 속도 값을 획득하는 단계;
상기 기준 속도에 상응하는 회전 속도 명령을 선회체를 회전시키는 회전 모터에게 송신하는 단계;
상기 회전 모터의 회전 속도를 획득하는 단계;
상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하는지 판단하는 단계;
상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 단계;
상기 새로운 신호-속도 곡선을 이용하여 조작 신호 값으로부터 새로운 기준 속도 값을 획득하는 단계; 및
상기 새로운 기준 속도에 상응하는 새로운 회전 속도 명령을 상기 회전 모터에게 송신하는 단계를 포함하고,
상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 단계는,
미리 설정된 신호-곡선 후보 중 현재 선택된 신호-곡선보다 큰 회전 관성에 상응하는 신호-곡선 중 가장 작은 회전 관성에 상응하는 신호-곡선을 선택하는 단계; 및
상기 미리 설정된 신호-곡선 후보 중 현재 선택된 신호-곡선보다 큰 회전 관성에 상응하는 신호-곡선 중 가장 작은 회전 관성에 상응하는 신호-곡선을 선택하는 단계를 현재 선택된 신호-곡선을 이용해 획득된 기준 속도로부터 상기 회전 모터의 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 반복하는 단계를 포함하는 건설기계 선회체 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 단계는,
미리 설정된 신호-곡선 후보 중 현재 선택된 신호-곡선보다 작은 회전 관성에 상응하는 신호-곡선 중 가장 큰 회전 관성에 상응하는 신호-곡선을 선택하는 단계; 및
상기 미리 설정된 신호-곡선 후보 중 현재 선택된 신호-곡선보다 작은 회전 관성에 상응하는 신호-곡선 중 가장 큰 회전 관성에 상응하는 신호-곡선을 선택하는 단계를 현재 선택된 신호-곡선을 이용해 획득된 기준 속도로를 상기 회전 모터의 회전 속도로부터 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 반복하는 단계를 포함하는 건설기계 선회체 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 미리 설정된 문턱값은 상기 최대 허용오차보다 작은 것을 특징으로 하는 건설기계 선회체 제어 방법.
제1항에 있어서,
직전 선회운동에서의 최종 신호-속도 곡선을 저장하여 다음 선회운동의 신호-속도 곡선의 초기값으로 사용하는 과정을 더 포함하는 건설기계 선회체 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 단계는,
상기 회전 속도를 이용하여 상기 선회체의 회전 관성 부하를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 회전 관성 부하에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 단계를 포함하는 건설기계 선회체 제어 방법.
조작에 따라 조작 신호 값을 생성하는 조작 입력 장치;
대표 신호-속도 곡선을 선택하고, 선택된 신호-속도 곡선에 상기 조작 신호 값을 적용하여 기준 속도 값을 획득하고, 상기 기준 속도에 상응하는 회전 속도 명령을 선회체를 회전시키는 회전 모터에게 송신하는 제어부;
상기 회전 속도 명령에 따라 선회체를 회전시키는 상기 회전 모터; 및
상기 회전 모터의 회전 속도를 감지하는 속도 센서를 포함하고,
상기 제어부는 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하는지 판단하고, 상기 기준 속도로부터 상기 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 최대 허용오차를 초과하면, 상기 회전 속도에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하고, 상기 새로운 신호-속도 곡선을 이용하여 조작 신호 값으로부터 새로운 기준 속도 값을 획득하고, 상기 새로운 기준 속도에 상응하는 새로운 회전 속도 명령을 상기 회전 모터에게 송신하고,
상기 제어부는 상기 미리 설정된 신호-곡선 후보 중 현재 선택된 신호-곡선보다 큰 회전 관성에 상응하는 신호-곡선 중 가장 작은 회전 관성에 상응하는 신호-곡선을 선택하는 과정을 현재 선택된 신호-곡선을 이용해 획득된 기준 속도로부터 상기 회전 모터의 회전 속도를 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 건설기계 선회체 제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 미리 설정된 신호-곡선 후보 중 현재 선택된 신호-곡선보다 작은 회전 관성에 상응하는 신호-곡선 중 가장 큰 회전 관성에 상응하는 신호-곡선을 선택하는 과정을 현재 선택된 신호-곡선을 이용해 획득된 기준 속도로를 상기 회전 모터의 회전 속도로부터 뺀 차이가 미리 설정된 문턱값 미만이 될 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 건설기계 선회체 제어 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 미리 설정된 문턱값은 상기 최대 허용오차보다 작은 것을 특징으로 하는 건설기계 선회체 제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 회전 속도를 이용하여 상기 선회체의 회전 관성 부하를 추정하고, 상기 추정된 회전 관성 부하에 상응하는 새로운 신호-속도 곡선을 획득하는 것을 특징으로 하는 건설기계 선회체 제어 장치.
삭제
삭제