專利名稱：旋轉(zhuǎn)控制裝置、旋轉(zhuǎn)控制方法及施工機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于搭載有作業(yè)機(jī)的施工機(jī)械，并且控制由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的旋轉(zhuǎn)控制裝置、旋轉(zhuǎn)控制方法及旋轉(zhuǎn)體通過電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的施工機(jī)械。
背景技術(shù)：
近年來，開發(fā)了由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體，由油壓驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)其它作業(yè)機(jī)或行駛體的混合式的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
在這樣的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)中，由于靠電動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，所以即使與油壓驅(qū)動(dòng)的懸臂(boom)或搖臂(arm)的上升動(dòng)作同時(shí)使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)體的動(dòng)作也不會(huì)受到懸臂或搖臂的上升動(dòng)作的影響。因此，與對(duì)旋轉(zhuǎn)體也進(jìn)行油壓驅(qū)動(dòng)的情況相比，能夠減少控制閥等的浪費(fèi)，從而能效良好。
專利文獻(xiàn)1特開2001-11897號(hào)公報(bào)可是，在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)中，例如在斜坡地上時(shí)，即使要中途停止正朝向下方側(cè)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體，也由于旋轉(zhuǎn)體承受懸臂或搖臂的重量而不能完全靜止，有可能原狀滑溜運(yùn)動(dòng)到最下方的位置。即，為了維持旋轉(zhuǎn)體的靜止?fàn)顟B(tài)，盡管將旋轉(zhuǎn)控制桿返回到中立位置(空擋)，但旋轉(zhuǎn)體仍慣性地運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠可靠地維持旋轉(zhuǎn)體的靜止?fàn)顟B(tài)的旋轉(zhuǎn)控制裝置、旋轉(zhuǎn)控制方法及施工機(jī)械。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置，適用于搭載有作業(yè)機(jī)的施工機(jī)械，并且控制由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，其特征在于，具備控制指令生成機(jī)構(gòu)，其進(jìn)行所述電動(dòng)機(jī)的控制指令的生成及輸出；目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)，其判定基于操作體的操作量生成的所述旋轉(zhuǎn)體的目標(biāo)速度是否低于規(guī)定的閾值；和控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)的判定結(jié)果，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的控制系統(tǒng)的變更。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置中優(yōu)選，所述控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，作為所述控制系統(tǒng)的變更，將所述控制指令生成機(jī)構(gòu)的控制律，從速度控制向位置控制切換，或從比例控制向比例積分控制切換。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置中優(yōu)選，所述控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，作為所述控制系統(tǒng)的變更，切換所述控制指令生成機(jī)構(gòu)中的速度增益。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置中優(yōu)選，所述控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，將所述速度增益從增益小向增益大切換。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制方法，適用于搭載有作業(yè)機(jī)的施工機(jī)械，并且用于控制由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，其特征在于，具備進(jìn)行所述電動(dòng)機(jī)的控制指令的生成及輸出的步驟；判定基于操作體的操作量生成的所述旋轉(zhuǎn)體的目標(biāo)速度是否低于規(guī)定的閾值的步驟；和在該判定的結(jié)果判定為所述目標(biāo)速度低于規(guī)定的閾值時(shí)，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制方法的控制系統(tǒng)的變更的步驟。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制方法中優(yōu)選，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制方法的控制系統(tǒng)的變更的步驟，作為所述控制系統(tǒng)的變更，將進(jìn)行所述控制指令的生成及輸出的步驟的控制律，從速度控制向位置控制切換，或從比例控制向比例積分控制切換。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制方法中優(yōu)選，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制方法的控制系統(tǒng)的變更的步驟，作為所述控制系統(tǒng)的變更，切換進(jìn)行所述控制指令的生成及輸出的步驟的速度增益。
本發(fā)明的施工機(jī)械，其特征在于，具備由電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體；和用于控制該旋轉(zhuǎn)體的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
根據(jù)這樣的本發(fā)明，由于在判定為基于操作體的操作量生成的所述旋轉(zhuǎn)體的目標(biāo)速度低于規(guī)定的閾值時(shí)，作為旋轉(zhuǎn)控制裝置的控制系統(tǒng)的變更，變更控制律或控制參數(shù)，生成比通常的控制時(shí)大的制動(dòng)力矩，所以能夠可靠地維持旋轉(zhuǎn)體的靜止?fàn)顟B(tài)。


圖1A是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的施工機(jī)械以旋轉(zhuǎn)體的正面朝斜面的上方側(cè)配置的狀態(tài)的示意圖。
圖1B是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的施工機(jī)械朝下方側(cè)使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，在其中途使其靜止的狀態(tài)的示意圖。
圖2是示意地表示第1實(shí)施方式的施工機(jī)械的俯視圖。
圖3是表示所述第1實(shí)施方式的施工機(jī)械的整體構(gòu)成的圖。
圖4是用于說明所述第1實(shí)施方式的控制的圖。
圖5是表示所述第1實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置的控制結(jié)構(gòu)的框圖。
圖6是用于說明所述第1實(shí)施方式的控制的另一圖。
圖7是所述第1實(shí)施方式的流程圖。
圖8是用于說明第2實(shí)施方式的控制的圖。
圖9是表示第3實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置的控制結(jié)構(gòu)的框圖。
圖10是用于說明所述第3實(shí)施方式的控制的圖。
圖11是所述第3實(shí)施方式的流程圖。
圖12是表示本發(fā)明的變形例的控制結(jié)構(gòu)的框圖。
圖13是本發(fā)明的變形例的流程圖。
圖中1-電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)(施工機(jī)械)，4-旋轉(zhuǎn)體，5-電動(dòng)機(jī)，10-旋轉(zhuǎn)控制桿(操作體)，100-旋轉(zhuǎn)控制裝置，130-控制指令生成機(jī)構(gòu)，140-目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)，150-控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，K-速度增益(控制增益)。
具體實(shí)施例方式[1-1]整體構(gòu)成以下，參照

本發(fā)明的第1實(shí)施方式。
圖1A是表示本實(shí)施方式的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)(施工機(jī)械)1以旋轉(zhuǎn)體4的正面朝斜面的上方側(cè)配置的狀態(tài)的示意圖，圖B是表示將旋轉(zhuǎn)體4朝下方側(cè)旋轉(zhuǎn)，在其中途(大致90°的位置，參照?qǐng)D2)使其靜止的狀態(tài)的示意圖。圖2是示意地表示電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1的俯視圖。此外，圖3是表示電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1的整體構(gòu)成的框圖，圖4是用于說明電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1中的旋轉(zhuǎn)體4的控制的圖。
在圖1A、圖1B及圖2中，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1具備旋轉(zhuǎn)體4，其經(jīng)由擺動(dòng)環(huán)(swing circle)3設(shè)置在構(gòu)成下部行駛體2的履帶架(track frame)上，該旋轉(zhuǎn)體4由與擺動(dòng)環(huán)3嚙合的電動(dòng)機(jī)5旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)體4上，設(shè)有通過懸臂驅(qū)動(dòng)缸21(參照?qǐng)D3)動(dòng)作的懸臂6、由搖臂驅(qū)動(dòng)缸22(參照?qǐng)D3)驅(qū)動(dòng)的搖臂7、及由鏟斗驅(qū)動(dòng)缸23(參照?qǐng)D3)驅(qū)動(dòng)的鏟斗8。并且，由它們構(gòu)成了作業(yè)機(jī)9。
在圖3中，所述各驅(qū)動(dòng)缸21～23是油壓缸，其油壓源是由后述的發(fā)動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)的油壓泵19。因此，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1是具備油壓驅(qū)動(dòng)的作業(yè)機(jī)9和電驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體4的混合施工機(jī)械。
此外，如圖3所示，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1除所述的構(gòu)成外，還具備旋轉(zhuǎn)控制桿(操作體)10、燃料標(biāo)度盤11、模式切換開關(guān)12、目標(biāo)速度設(shè)定裝置13、發(fā)動(dòng)機(jī)14、發(fā)電電動(dòng)機(jī)15、變換器16、電容器17、電動(dòng)機(jī)5、旋轉(zhuǎn)速度傳感器18、油壓控制閥20、右移動(dòng)電動(dòng)機(jī)24、左移動(dòng)電動(dòng)機(jī)25、及旋轉(zhuǎn)控制裝置100。
燃料標(biāo)度盤11是用于控制向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給(噴射)量的標(biāo)度盤，模式切換開關(guān)12是用于切換各種作業(yè)模式的開關(guān)，操作者根據(jù)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行操作。
目標(biāo)速度設(shè)定裝置13基于燃料標(biāo)度盤11的設(shè)定狀態(tài)、模式切換開關(guān)12的設(shè)定狀態(tài)、及旋轉(zhuǎn)控制桿10(通常兼用搖臂7操作用的作業(yè)機(jī)控制桿)的傾倒角度，設(shè)定旋轉(zhuǎn)體4的目標(biāo)速度，輸出給旋轉(zhuǎn)控制裝置100。
發(fā)動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)成為各油壓缸21～23的油壓源的油壓泵19、及發(fā)電電動(dòng)機(jī)15。采用該油壓泵19產(chǎn)生的油壓，懸臂驅(qū)動(dòng)缸21驅(qū)動(dòng)懸臂6(參照?qǐng)D2)、搖臂驅(qū)動(dòng)缸22驅(qū)動(dòng)搖臂7(參照?qǐng)D2)、并且鏟斗驅(qū)動(dòng)缸23驅(qū)動(dòng)鏟斗8(參照?qǐng)D2)。此外，右移動(dòng)電動(dòng)機(jī)24及左移動(dòng)電動(dòng)機(jī)25是油壓電動(dòng)機(jī)，油壓泵19也作為其油壓源而使用。
發(fā)電電動(dòng)機(jī)15、變換器16、電容器17通過其組合而構(gòu)成電動(dòng)機(jī)5的電力源。另外，發(fā)電電動(dòng)機(jī)15還具有作為兼作電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)的功能。
電動(dòng)機(jī)5經(jīng)由擺動(dòng)環(huán)3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體4。此外，在電動(dòng)機(jī)5上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)速度傳感器18。旋轉(zhuǎn)速度傳感器18檢測(cè)電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度，將該旋轉(zhuǎn)速度反饋給旋轉(zhuǎn)控制裝置100。
旋轉(zhuǎn)控制裝置100基于通過目標(biāo)速度設(shè)定裝置13設(shè)定的旋轉(zhuǎn)體4的目標(biāo)速度、和通過旋轉(zhuǎn)速度傳感器18檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度，按采用了控制增益即速度增益K的P控制(比例控制)進(jìn)行速度控制，生成對(duì)電動(dòng)機(jī)5的控制指令即轉(zhuǎn)矩指令值。在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)控制裝置100是變換器，將轉(zhuǎn)矩指令值變換成電流值及電壓值輸出給電動(dòng)機(jī)5，控制電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)矩輸出功率。
另外，旋轉(zhuǎn)控制裝置100例如只要能通過開關(guān)等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的指令，也可以是變換器以外的裝置。
可是，如果采用速度控制，則如圖1B、圖2所示，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1在斜面上，即使要中途停止朝下方側(cè)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體4，也由于旋轉(zhuǎn)體承受懸臂6或搖臂7的重量而不能完全靜止，有可能原狀滑溜運(yùn)動(dòng)到最下方的位置。下面參照?qǐng)D4說明此現(xiàn)象。
圖4表示操作者要停止旋轉(zhuǎn)體4時(shí)將旋轉(zhuǎn)控制桿10返回到空擋位置時(shí)的控制桿操作量、目標(biāo)速度及電動(dòng)機(jī)5的實(shí)際速度的關(guān)系。在操作者從箭頭A的時(shí)點(diǎn)開始返回旋轉(zhuǎn)控制桿10時(shí)(直線狀的實(shí)線)，目標(biāo)速度設(shè)定裝置13以稍微遲緩追隨該操作的方式降低目標(biāo)速度(雙點(diǎn)劃線)。另外，根據(jù)旋轉(zhuǎn)控制裝置100對(duì)旋轉(zhuǎn)體4的控制，實(shí)際速度也稍微遲緩地追隨目標(biāo)速度(曲線狀的實(shí)線)。這是因?yàn)?，?duì)應(yīng)于目標(biāo)速度和實(shí)際速度的偏差的制動(dòng)力矩是從電動(dòng)機(jī)5輸出的。
另外，如果旋轉(zhuǎn)控制桿10完全返回到空擋，操作量變?yōu)椤?(zero)”，則目標(biāo)速度設(shè)定裝置13設(shè)定在箭頭B的時(shí)點(diǎn)達(dá)到“0”的目標(biāo)速度。隨之，旋轉(zhuǎn)體4的實(shí)際速度也朝向“0”。可是，根據(jù)所述的速度控制，由于懸臂6或搖臂7的重量非常大，所以強(qiáng)于制動(dòng)力矩，旋轉(zhuǎn)體4進(jìn)一步向下方滑動(dòng)，以單點(diǎn)劃線所示的低速度旋轉(zhuǎn)。在該情況下，因單點(diǎn)劃線所示的實(shí)際速度和目標(biāo)速度“0”的微小的偏差，依然產(chǎn)生制動(dòng)力矩，但由于考慮到操縱性比較小地設(shè)定了速度增益K，所以即使產(chǎn)生該偏差下的最大制動(dòng)力矩，制動(dòng)力矩也弱于懸臂6或搖臂7的重量。
因此，在本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置100中，在目標(biāo)速度低于圖4所示的速度閾值V的時(shí)點(diǎn)(箭頭C)，將控制律從速度控制切換到位置控制。即，至少在目標(biāo)速度為“0”時(shí)切換控制律，由此將實(shí)際速度如曲線狀實(shí)線所示那樣設(shè)為“0”，可靠地停止旋轉(zhuǎn)體4，并且維持停止位置處的靜止?fàn)顟B(tài)。
因而，如圖5所示，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)控制裝置100設(shè)有判定目標(biāo)速度是否低于圖4所示的速度閾值V的目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140、根據(jù)該判定結(jié)果將控制律從速度控制切換到位置控制的控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150。
旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制結(jié)構(gòu)下面，參照?qǐng)D5及圖6，說明基于旋轉(zhuǎn)控制裝置100的旋轉(zhuǎn)體4的控制結(jié)構(gòu)。
旋轉(zhuǎn)控制裝置100由旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)110、控制指令生成機(jī)構(gòu)130、目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140、控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150、基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120及基準(zhǔn)位置更新機(jī)構(gòu)160構(gòu)成。
旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)110積分從旋轉(zhuǎn)速度傳感器18輸出的電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度，作為旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)位置信息輸出。
基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120采用RAM(Random Access Memory)，將旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)110的輸出值存儲(chǔ)為基準(zhǔn)位置。存儲(chǔ)在基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120中的基準(zhǔn)位置，根據(jù)目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140的判定結(jié)果，根據(jù)其各時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行更新。
控制指令生成機(jī)構(gòu)130進(jìn)行電動(dòng)機(jī)5的控制指令的生成及輸出。此處，如圖6所示，控制指令生成機(jī)構(gòu)130通過切換控制律實(shí)施兩種不同的控制。一種控制是基于在目標(biāo)速度設(shè)定裝置13中設(shè)定的旋轉(zhuǎn)體4的目標(biāo)速度及通過旋轉(zhuǎn)速度傳感器18檢測(cè)出的電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)行P(Proportional比例)控制的速度控制。另一種控制是基于旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)110的輸出值及存儲(chǔ)在基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120的基準(zhǔn)位置，進(jìn)行P控制(比例控制)的位置控制?？刂浦噶钌蓹C(jī)構(gòu)130在開始旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)時(shí)、在旋轉(zhuǎn)途中提高旋轉(zhuǎn)速度時(shí)、及在旋轉(zhuǎn)途中降低旋轉(zhuǎn)速度時(shí)等，在停止旋轉(zhuǎn)體4以外的操作中，作為通常的控制采用速度控制。
控制指令生成機(jī)構(gòu)130的速度控制，通過比較在目標(biāo)速度設(shè)定裝置13中設(shè)定的目標(biāo)速度和反饋給旋轉(zhuǎn)控制裝置100的電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度，通過該偏差和速度增益K的相乘，生成電動(dòng)機(jī)5的控制指令即轉(zhuǎn)矩指令值。此處，速度增益K是通過考慮電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1的操縱性等而設(shè)定的，如果過大，則轉(zhuǎn)矩的輸出過快，旋轉(zhuǎn)體4的動(dòng)作生硬，如果過小，則旋轉(zhuǎn)體4的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作緩慢。
如此，由于根據(jù)反饋的電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度和目標(biāo)速度的偏差生成電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)矩指令值，所以在即使加大傾斜旋轉(zhuǎn)控制桿10實(shí)際速度也沒有上升的情況下，控制指令生成機(jī)構(gòu)130以增大轉(zhuǎn)矩指令值來接近目標(biāo)速度的方式進(jìn)行控制。但是，這樣的控制是基于一般的P控制的速度控制。
另一方面，在通過控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150切換控制律的時(shí)候，控制指令生成機(jī)構(gòu)130進(jìn)行位置控制。在圖6中，位置控制中的速度增益K的值并非與速度控制時(shí)不同，但控制指令生成機(jī)構(gòu)130將從旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)110反饋的旋轉(zhuǎn)位置和存儲(chǔ)在基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120中的基準(zhǔn)位置的偏差，通過與位置增益Kp的相乘來進(jìn)行放大，生成比目標(biāo)速度設(shè)定裝置13生成的大的目標(biāo)速度。由此，由于控制指令生成機(jī)構(gòu)130生成比速度控制時(shí)大的轉(zhuǎn)矩指令值，所以由電動(dòng)機(jī)5輸出的制動(dòng)力矩也增大。于是，旋轉(zhuǎn)控制裝置100通過該制動(dòng)力矩抗衡懸臂6或搖臂7的重量，通過使其平衡，能夠維持旋轉(zhuǎn)體4的靜止?fàn)顟B(tài)。
目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140判定操作者是否要求停止旋轉(zhuǎn)體4。具體而言，目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140判定目標(biāo)速度設(shè)定裝置13生成的電動(dòng)機(jī)5的目標(biāo)速度是否低于規(guī)定的閾值。
控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150根據(jù)目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140的判定結(jié)果，作為旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制系統(tǒng)的變更，進(jìn)行控制指令生成機(jī)構(gòu)130的控制律的切換。
對(duì)于這些目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140及控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150進(jìn)行的控制律的切換將在后面敘述。
基準(zhǔn)位置更新機(jī)構(gòu)160基于目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140的判定結(jié)果，進(jìn)行存儲(chǔ)在基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120中的基準(zhǔn)位置的更新。即，基準(zhǔn)位置更新機(jī)構(gòu)160在停止旋轉(zhuǎn)體4以外的操作者進(jìn)行的通常的操作中，用旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)110的輸出值更新存儲(chǔ)在基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120中的基準(zhǔn)位置。另一方面，從目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140判斷為目標(biāo)速度為“0”的時(shí)點(diǎn)開始，不更新基準(zhǔn)位置而維持原值。另外，此時(shí)的基準(zhǔn)位置是需要停止旋轉(zhuǎn)體4的位置，成為目標(biāo)旋轉(zhuǎn)體位置。
旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制作用下面，參照?qǐng)D7，說明旋轉(zhuǎn)控制裝置100的、特別是目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140及控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150的控制律的切換。
目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140在通過停止操作旋轉(zhuǎn)控制桿10返回到空擋的時(shí)候，判定目標(biāo)速度是否達(dá)到速度閾值V(步驟11在圖上及以下，將步驟簡(jiǎn)稱為“S”)。由此，判定旋轉(zhuǎn)控制桿10是否通過操作員返回到空擋，即判定是否操作員要求停止旋轉(zhuǎn)體4。
在目標(biāo)速度達(dá)到了速度閾值V時(shí)，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150將控制指令生成機(jī)構(gòu)130中的控制律從速度控制切換到位置控制(S12)。另外，對(duì)于速度控制及位置控制進(jìn)行的控制指令的作成，如參照?qǐng)D4在前段中的說明。
此時(shí)，基準(zhǔn)位置更新機(jī)構(gòu)160維持存儲(chǔ)在基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120中的基準(zhǔn)位置(S14)。
另一方面，在目標(biāo)速度沒有達(dá)到速度閾值V時(shí)，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150不切換控制指令生成機(jī)構(gòu)130中的控制律，維持原速度控制(S13)。此外，在輸入了使旋轉(zhuǎn)體4旋轉(zhuǎn)的操作的時(shí)候，再次從位置控制返回到速度控制。
此時(shí)，基準(zhǔn)位置更新機(jī)構(gòu)160更新存儲(chǔ)在基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)120中的基準(zhǔn)位置(S15)。
本實(shí)施方式的效果根據(jù)這樣的本實(shí)施方式，具有以下的效果。
(1)在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1中使旋轉(zhuǎn)體4停止時(shí)，在判定為目標(biāo)速度小于速度閾值V的時(shí)點(diǎn)，由于設(shè)于旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150將控制律從速度控制切換到位置控制，所以與速度控制時(shí)相比，能夠向電動(dòng)機(jī)5輸出更大的制動(dòng)力矩，從而能夠可靠地維持旋轉(zhuǎn)體4的靜止?fàn)顟B(tài)。
(2)為了由電動(dòng)機(jī)5產(chǎn)生大的制動(dòng)力矩，并不需要增大速度增益K，所以在通常的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作中不會(huì)發(fā)生過大的轉(zhuǎn)矩輸出功率，能夠防止電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1生硬的動(dòng)作，并能夠提高乘坐感覺和操縱性。
圖8表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式。
在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150，作為旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制系統(tǒng)的變更，將控制指令生成機(jī)構(gòu)130的控制律，從P控制的速度控制切換到PI(Proportional Integral比例積分)控制的速度控制。因此，由于在本實(shí)施方式中不進(jìn)行位置控制，所以未設(shè)置所述第1實(shí)施方式中的旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)、基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)、及基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)更新機(jī)構(gòu)。其它的構(gòu)成與所述第1實(shí)施方式相同。
根據(jù)這樣的本實(shí)施方式，由于目標(biāo)速度達(dá)到“0”之后的目標(biāo)速度和實(shí)際速度的偏差，在通常的P控制下的速度控制中被看作殘留偏差，所以實(shí)際速度不會(huì)成為目標(biāo)速度的“0”，難以維持靜止?fàn)顟B(tài)，但在控制指令生成機(jī)構(gòu)130的PI控制下的速度控制中，在時(shí)間上累積微小的殘留偏差，在達(dá)到規(guī)定的大小的時(shí)點(diǎn)加和轉(zhuǎn)矩指令，以消除偏差的方式進(jìn)行動(dòng)作。因此，旋轉(zhuǎn)控制裝置100能夠輸出比通?？刂拼蟮闹苿?dòng)力矩，從而能夠可靠地維持旋轉(zhuǎn)體4的靜止?fàn)顟B(tài)。
而且，由于速度增益K為原狀，所以能夠良好地維持乘坐感覺和操縱性。
圖9、圖10表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式。
本實(shí)施方式中的旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制結(jié)構(gòu)，如圖9所示，由操作狀態(tài)判定機(jī)構(gòu)170、控制指令生成機(jī)構(gòu)130、目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140、控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150及控制增益存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)190構(gòu)成。
在本實(shí)施方式中，不是切換控制指令生成機(jī)構(gòu)130的控制律，而是如圖10所示，通過將控制增益即速度增益K切換到更大的值，來維持旋轉(zhuǎn)體4的靜止?fàn)顟B(tài)。因此，在控制增益存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)190中，存儲(chǔ)有多個(gè)用于此時(shí)的速度增益的切換的旋轉(zhuǎn)體4的速度增益。
此外，在本實(shí)施方式中，如圖9所示，設(shè)有操作狀態(tài)判定機(jī)構(gòu)170，判定旋轉(zhuǎn)控制桿10的操作量是否為“0”，即是否處于空擋位置。由此，判斷操作者的操作是否為可靠地使旋轉(zhuǎn)體4停止的操作。
此外，如圖9所示，在本實(shí)施方式的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1(參照?qǐng)D2)中設(shè)有傾斜輸出機(jī)構(gòu)180，將有關(guān)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1進(jìn)行作業(yè)的傾斜面的傾斜程度的信息輸出給控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150。
然后，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150根據(jù)操作狀態(tài)判定機(jī)構(gòu)170及目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140的判定結(jié)果，作為旋轉(zhuǎn)控制裝置100的控制系統(tǒng)的變更，進(jìn)行速度增益的切換。此時(shí)，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150根據(jù)傾斜輸出機(jī)構(gòu)180的輸出信號(hào)，從控制增益存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)190中取出對(duì)應(yīng)于傾斜程度的速度增益K來進(jìn)行切換。即，在控制增益存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)190中，存儲(chǔ)有對(duì)應(yīng)于傾斜程度和速度增益的表或圖等。
另外，控制指令生成機(jī)構(gòu)130與所述第1實(shí)施方式中的控制指令生成機(jī)構(gòu)130的速度控制相同，目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140也與所述第1實(shí)施方式相同，所以省略此處的說明。此外，在本實(shí)施方式中，由于不進(jìn)行位置控制，所以未設(shè)置所述第1實(shí)施方式中的旋轉(zhuǎn)位置輸出機(jī)構(gòu)、基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)、及基準(zhǔn)位置存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)更新機(jī)構(gòu)。
接著，參照?qǐng)D11，說明旋轉(zhuǎn)控制裝置100、特別是目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140、操作狀態(tài)判定機(jī)構(gòu)170、及控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150的作用。
圖11中，在操作狀態(tài)判定機(jī)構(gòu)170判定表示來自旋轉(zhuǎn)控制桿10的控制桿操作量的信號(hào)(參照?qǐng)D9)為“0”、旋轉(zhuǎn)控制桿10處于空擋(S31)，且目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140判定目標(biāo)速度低于速度閾值V的時(shí)候(S32)，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150基于來自傾斜輸出機(jī)構(gòu)180的輸出信號(hào)，將通常的速度增益K切換到大的增益(S33)。此外，在S31、S32中，在旋轉(zhuǎn)控制桿10不處于空擋，或目標(biāo)速度不低于速度閾值V的時(shí)候，判斷為停止操作以外的旋轉(zhuǎn)操作，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150不切換速度增益K(S34)。
在以上的本實(shí)施方式中，由于在進(jìn)行停止判定的時(shí)候，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)150將速度增益K切換到大的值，所以也能夠輸出更大的制動(dòng)力矩，從而能夠維持旋轉(zhuǎn)體4的靜止?fàn)顟B(tài)。
此外，由于只在進(jìn)行停止判定時(shí)，速度增益K被切換到大的值，所以在停止以外的旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠?qū)⑺俣仍鲆鍷維持為小值，從而不必?fù)?dān)心損害乘坐感覺和操縱性。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式的特有的構(gòu)成，具有以下的效果。
(3)停止時(shí)切換的速度增益K，由于根據(jù)斜面的傾斜程度采用不同的值，所以在大的傾斜時(shí)，能夠取出并適用更大值的速度增益K，在小的傾斜時(shí)，能夠以所需最小限的稍大值的速度增益K相對(duì)應(yīng)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)于傾斜的致密的控制。
另外，本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式，包括能夠達(dá)到本發(fā)明的目的的其它構(gòu)成，以下所示的變形等也都包含在本發(fā)明中。
例如，在所述各實(shí)施方式中，在目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140判定目標(biāo)速度低于速度閾值V的時(shí)候，進(jìn)行控制律或速度增益的切換，但是，如圖12所示，也可以代替目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)140，設(shè)置定時(shí)時(shí)間設(shè)定機(jī)構(gòu)200及定時(shí)時(shí)間判定機(jī)構(gòu)210。
在該情況下，如圖13所示，定時(shí)時(shí)間判定機(jī)構(gòu)210按定時(shí)的時(shí)間判定是否從旋轉(zhuǎn)控制桿10處于空擋時(shí)開始經(jīng)過了一定時(shí)間以上(S42)，在判定為經(jīng)過了一定時(shí)間以上的時(shí)候，控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)切換控制律或速度增益(S43)。另外，定時(shí)的時(shí)間設(shè)定根據(jù)定時(shí)時(shí)間判定機(jī)構(gòu)210的判定結(jié)果，由定時(shí)時(shí)間設(shè)定機(jī)構(gòu)200進(jìn)行(S45、S46)。
本變形例的情況，當(dāng)然前提是經(jīng)過了一定時(shí)間后目標(biāo)速度朝向“0”，但在S41中，通過判斷旋轉(zhuǎn)控制桿10是空擋來滿足該前提。另外，定時(shí)時(shí)間判定機(jī)構(gòu)可以說并非直接監(jiān)視目標(biāo)速度，而是根據(jù)時(shí)間的經(jīng)過來間接地判定相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體4的目標(biāo)速度低于規(guī)定的閾值，相當(dāng)于本發(fā)明的判定機(jī)構(gòu)。
此外，在所述各實(shí)施方式中，作為切換控制參數(shù)的例子，介紹了變更控制增益即速度增益K的值的情況，但并不限定于此。例如，也可以在具備機(jī)械式制動(dòng)裝置的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)1中，在通常的控制中，在速度目標(biāo)達(dá)到“0”之后經(jīng)過了5秒以上之后，以自動(dòng)地輸出制動(dòng)裝置發(fā)動(dòng)指令的方式控制，但在傾斜面上，以通過更快的時(shí)序(例如2秒以下)輸出發(fā)動(dòng)指令的方式變更輸出時(shí)序的參數(shù)。另外，在該情況下，也可以通過設(shè)置傾斜輸出機(jī)構(gòu)180，來判定是否進(jìn)行時(shí)序的變更，進(jìn)而根據(jù)傾斜的程度變更時(shí)序。
另外，除所述目標(biāo)速度低于速度閾值V的情況以外，預(yù)先設(shè)定實(shí)際速度用的速度閾值，在實(shí)際速度低于該速度閾值時(shí)切換控制律或控制參數(shù)的情況，只要至少在速度目標(biāo)為“0”時(shí)切換，也包含在本發(fā)明中。
另外，切換后的控制律、可切換的控制參數(shù)、實(shí)現(xiàn)切換的時(shí)序的方法等，并不局限于以上說明的組合，可在其實(shí)施中采用任意的組合。
此外，在以上的說明中公開了用于實(shí)施本發(fā)明的最佳的構(gòu)成、方法等，但是本發(fā)明并不局限于此。即，本發(fā)明主要對(duì)于特定的實(shí)施方式進(jìn)行特別的圖示且進(jìn)行了說明，但在不脫離本發(fā)明的技術(shù)性思想及目的范圍的情況下，對(duì)于以上所述的實(shí)施方式，本領(lǐng)域人員可增加各種變更。
本發(fā)明可適用于由電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)體的所有施工機(jī)械。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)控制裝置，適用于搭載有作業(yè)機(jī)的施工機(jī)械，并且控制由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，其特征在于，具備控制指令生成機(jī)構(gòu)，其進(jìn)行所述電動(dòng)機(jī)的控制指令的生成及輸出；目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)，其判定基于操作體的操作量生成的所述旋轉(zhuǎn)體的目標(biāo)速度是否低于規(guī)定的閾值；和控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述目標(biāo)速度判定機(jī)構(gòu)的判定結(jié)果，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的控制系統(tǒng)的變更。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，作為所述控制系統(tǒng)的變更，將所述控制指令生成機(jī)構(gòu)的控制律，從速度控制向位置控制切換，或從比例控制向比例積分控制切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)，作為所述控制系統(tǒng)的變更，切換所述控制指令生成機(jī)構(gòu)中的速度增益。
4.一種旋轉(zhuǎn)控制裝置，其特征在于，權(quán)利要求3記載的所述控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)將所述速度增益從增益小向增益大切換。
5.一種旋轉(zhuǎn)控制方法，適用于搭載有作業(yè)機(jī)的施工機(jī)械，并且用于控制由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，其特征在于，具備進(jìn)行所述電動(dòng)機(jī)的控制指令的生成及輸出的步驟；判定基于操作體的操作量生成的所述旋轉(zhuǎn)體的目標(biāo)速度是否低于規(guī)定的閾值的步驟；和在該判定的結(jié)果判定為所述目標(biāo)速度低于規(guī)定的閾值時(shí)，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制方法的控制系統(tǒng)的變更的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)控制方法，其特征在于，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制方法的控制系統(tǒng)的變更的步驟，作為所述控制系統(tǒng)的變更，將進(jìn)行所述控制指令的生成及輸出的步驟的控制律，從速度控制向位置控制切換，或從比例控制向比例積分控制切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)控制方法，其特征在于，進(jìn)行所述旋轉(zhuǎn)控制方法的控制系統(tǒng)的變更的步驟，作為所述控制系統(tǒng)的變更，切換進(jìn)行所述控制指令的生成及輸出的步驟的速度增益。
8.一種施工機(jī)械，其特征在于，具備由電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體；和用于控制該旋轉(zhuǎn)體的、權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供旋轉(zhuǎn)控制裝置、旋轉(zhuǎn)控制方法及施工機(jī)械。在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)挖土機(jī)(施工機(jī)械)中，在使旋轉(zhuǎn)體(4)停止時(shí)，在判定為目標(biāo)速度小于速度閾值的時(shí)點(diǎn)，設(shè)于旋轉(zhuǎn)控制裝置(100)的控制系統(tǒng)變更機(jī)構(gòu)(150)，將控制律從速度控制切換到位置控制。因此，通過切換到位置控制，與速度控制時(shí)相比，能夠使電動(dòng)機(jī)(5)輸出更大的制動(dòng)力矩，從而能夠可靠地維持旋轉(zhuǎn)體(4)的靜止?fàn)顟B(tài)。
文檔編號(hào)E02F9/24GK1950574SQ20058001467
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者森永淳, 河口正, 井上宏昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社小松制作所