JP6964054B2 - Construction machinery - Google Patents
Construction machinery Download PDFInfo
- Publication number
- JP6964054B2 JP6964054B2 JP2018154736A JP2018154736A JP6964054B2 JP 6964054 B2 JP6964054 B2 JP 6964054B2 JP 2018154736 A JP2018154736 A JP 2018154736A JP 2018154736 A JP2018154736 A JP 2018154736A JP 6964054 B2 JP6964054 B2 JP 6964054B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- acquisition unit
- command value
- turning radius
- torque command
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
- E02F9/20—Drives; Control devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Description
本開示は、電動旋回モータにより旋回する建設機械に関する。 The present disclosure relates to a construction machine that is swiveled by an electric swivel motor.
例えば、特許文献1及び2に示すように、上部旋回体を電動旋回モータで駆動し、作業機や走行体を油圧アクチュエータで駆動するハイブリットタイプの電動旋回型建設機械が開発されている。上部旋回体には、キャビンやエンジンの他に、ブーム及びアーム等の作業機が搭載されている。作業機は自重が大きく、ブーム又はアームが伸長されている状態と収縮されている状態とでは、上部旋回体の慣性モーメントが異なる。傾斜地においては、重力によって上部旋回体の回転軸回りに傾斜地を下る方向へ向かうトルクが発生する。このトルクは、旋回動作に悪影響を与えることが知られている。
For example, as shown in
特許文献1は、傾斜地において上部旋回体の静止状態を確実に維持するために、操作レバーが中立位置にあり上部旋回体の目標速度が所定閾値を下回った場合に、電動旋回モータの制御指令を速度制御から位置制御に制御を切り替える技術が開示されている。
特許文献2は、電動機で旋回駆動される建設機械の旋回駆動制御装置として、建設機械が平坦地に位置しないことを条件に、旋回操作方向とは逆方向の旋回動作が検出されると逆方向の旋回動作を減じる制御装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1,2は、重力により発生するトルク成分及びこのトルク成分がブーム又はアームの伸縮で変化することが考慮されていないので、操作量が同じであっても、傾斜地を登る方向に旋回するときと傾斜地を下る方向に旋回するときでは挙動が異なり、旋回の操作性が損なわれてしまう。
However,
特許文献2では、旋回操作方向とは逆方向の旋回動作が検知されるまで、逆方向の旋回動作を減じる制御が働かないので、上部旋回体の意図しない落下が必ず発生してしまう。
In
特許文献1,2のいずれも、回転速度を検出して目標回転速度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御しているので、傾斜地にて重力により発生するトルク成分の悪影響が実際に回転速度に悪影響を与えてから速度制御が動き出すので、旋回の操作性が損なわれてしまう。
In both
本開示は、上記課題に鑑み、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能な建設機械を提供する。 In view of the above problems, the present disclosure provides a construction machine capable of comfortably performing a turning operation on a slope without causing an adverse effect of a torque component generated by gravity.
本開示の建設機械は、
作業機を有する上部旋回体と、
旋回軸を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体と、
前記上部旋回体を旋回させる電動旋回モータと、
前記上部旋回体の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部と、
操作部の操作量に応じて前記電動旋回モータに対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部と、
前記作業機の旋回半径を取得する旋回半径取得部と、
前記作業機の積載重量を取得する積載重量取得部と、
前記旋回半径及び前記積載重量に基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得するイナーシャ取得部と、
トルク指令と、前記イナーシャの逆数とに基づき、前記トルク指令値で前記電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部と、
前記回転速度から求まる実角加速度と前記基準角加速度との偏差に基づき、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクを算出する重力補償トルク算出部と、
重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、前記トルク指令値を前記重力補償トルクで補正する補正部と、
を備える。
The construction machinery of this disclosure is
An upper swivel body with a working machine and
A lower traveling body that rotatably supports the upper swivel body via a swivel shaft, and a lower traveling body.
An electric swivel motor that swivels the upper swivel body and
A rotation speed acquisition unit that acquires a value representing the rotation speed of the upper swing body, and a rotation speed acquisition unit.
A torque command value generator that outputs a torque command value to the electric swivel motor according to the amount of operation of the operation unit, and a torque command value generation unit.
A turning radius acquisition unit that acquires the turning radius of the work machine,
A load weight acquisition unit that acquires the load weight of the work machine,
An inertia acquisition unit that acquires a value representing the reciprocal of the inertia based on the turning radius and the load weight.
A reference angular acceleration calculation unit that calculates a reference angular acceleration that should be generated when the electric swing motor is driven by the torque command value based on the torque command and the reciprocal of the inertia.
A gravity compensation torque calculation unit that calculates a gravity compensation torque for compensating for a torque component generated around the turning axis by gravity based on the deviation between the real angular acceleration obtained from the rotation speed and the reference angular acceleration.
A correction unit that corrects the torque command value with the gravity compensation torque so as to cancel the torque component generated around the turning axis due to gravity.
To be equipped.
このように、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すようにトルク指令値を補正するフィードフォワード制御であるので、重力によって発生するトルク成分に起因して回転速度の遅れが実際に発生しなくても、事前に打ち消す制御が可能となる。
それでいて、取得した旋回半径及び積載重量から定まるイナーシャの逆数とトルク指令値に基づき電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を特定し、基準角加速度と実角加速度との偏差に基づき、未知の現在姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すための重力補償トルクを算出しているので、現在姿勢が変化しても、現在姿勢で発生する重力によるトルク成分を適切に打ち消すことが可能となる。
したがって、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能となる。
In this way, since the feedforward control corrects the torque command value so as to cancel the torque component generated around the turning axis due to gravity, the rotation speed is actually delayed due to the torque component generated by gravity. Even without it, it is possible to control the cancellation in advance.
Nevertheless, the reference angular acceleration that should be generated when the electric swing motor is driven is specified based on the inverse number of inertia and the torque command value determined from the acquired turning radius and load weight, and based on the deviation between the reference angular acceleration and the actual angular acceleration. , Since the gravity compensation torque for canceling the torque component generated around the turning axis due to gravity in the unknown current posture is calculated, even if the current posture changes, the torque component due to the gravity generated in the current posture is appropriately calculated. It becomes possible to cancel.
Therefore, it is possible to comfortably perform a turning operation on a slope without causing an adverse effect of a torque component generated by gravity.
<第1実施形態>
以下に、本開示の第1実施形態について図面を参照しながら説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1及び図2に示すように、ハイブリッド建設機械の一例としてのバックホー1の概略構造について説明する。バックホー1は、下部走行体11と、作業機12と、上部旋回体13とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the schematic structure of the
下部走行体11は、上部旋回体13の内部に収容されるエンジン2からの動力を受けて駆動し、バックホー1を走行させる。下部走行体11は、左右一対のクローラ11a,11a及び左右一対の走行モータ11b,11bを備える。油圧モータである左右の走行モータ11b,11bが左右のクローラ11a,11aをそれぞれ駆動することでバックホー1の前後進を可能としている。また、下部走行体11には、ブレード11c、及びブレード11cを上下方向に回動させるためのブレードシリンダ11dが設けられている。
The lower traveling
作業機12は、エンジン2からの動力を受けて駆動し、土砂等の掘削作業を行うものである。作業機12は、ブーム12a、アーム12b、及びバケット12cを備え、これらを独立して駆動することによって掘削作業を可能としている。ブーム12a、アーム12b、及びバケット12cは、それぞれ作業部に相当し、バックホー1は、複数の作業部を有する。
The
ブーム12aは、一端部が上部旋回体13の前部に支持されて、伸縮自在に可動するブームシリンダ12dによって回動される。また、アーム12bは、一端部がブーム12aの他端部に支持されて、伸縮自在に可動するアームシリンダ12eによって回動される。そして、バケット12cは、一端部がアーム12bの他端部に支持されて、伸縮自在に可動するバケットシリンダ12fによって回動される。
One end of the
上部旋回体13は、下部走行体11に対して旋回軸である旋回ベアリング(図示しない)を介して旋回可能に構成されている。上部旋回体13には、キャビン131、ボンネット132、カウンタウェイト133、電動旋回モータ134、エンジン2等が配置されている。電動旋回モータ134の駆動力で上部旋回体13が旋回ベアリング(図示しない)を介して旋回する。また、上部旋回体13には、エンジン2により駆動される電動発電機3及び油圧ポンプ4が配設される。油圧ポンプ4が、各油圧モータや各シリンダに作動油を供給する。
The upper
キャビン131は、上部旋回体13の左側部に立設されている。キャビン131には、運転席131aが配置されている。運転席131aの左右に一対の作業操作レバー131c(図3参照)、前方に一対の走行レバー131b,131bが配置されている。オペレータは、運転席131aに着座して作業操作レバー131c、走行レバー131b,131b等を操作することによって、エンジン2、各油圧モータ、各油圧シリンダ等の制御を行い、走行、旋回、作業等を行うことができる。
The
上部旋回体13の後端部には、ボンネット132とカウンタウェイト133が上下に配設されている。カウンタウェイト133は、上部旋回体13の後端部に立設され、エンジン2を覆う。ボンネット132は、カウンタウェイト133の上端部から上方へ延びてキャビン131の後壁下端部に達し、カウンタウェイト133とともにエンジン2を覆っている。上部旋回体13の後端部は、平面視で円弧状に形成されており、ボンネット132とカウンタウェイト133は、上部旋回体13の後端部に沿わせて湾曲して形成されている。本実施形態のバックホー1は、いわゆる後方小旋回型となっている。
A
次に、バックホー1に搭載される電気回路の構成を説明する。図3に示すように、バックホー1は、旋回制御コントローラ5、インバータ31、バッテリ32、電動旋回モータ134と、を有する。旋回制御コントローラ5は、作業操作レバー131c(操作部)の旋回操作量と、単位時間あたりのモータ回転数[rpm]とに基づき、電動旋回モータ134の駆動を制御する。電動旋回モータ134は、インバータ31を介して旋回制御コントローラ5により制御される。電動旋回モータ134は、インバータ31を介してバッテリ32に接続されている。バッテリ32は、電動旋回モータ134へ駆動エネルギーを供給する。バッテリ32は、図2に示すように、キャビン131の右側に配置されている。インバータ31は、電動旋回モータ134を制御する。インバータ31は、旋回制御コントローラ5からのトルク指令値に基づいて、バッテリ32の電力を放電して電動旋回モータ134を駆動させる。インバータ31は、回転速度取得部として電動旋回モータ134の単位時間あたりの回転数を旋回制御コントローラ5へ入力する。勿論、上部旋回体13の回転速度を検出する別途のセンサを設けてもよい。
Next, the configuration of the electric circuit mounted on the
次に、旋回制御コントローラ5の構成を説明する。図4に示すように、旋回制御コントローラ5は、トルク指令値生成部50を有する。
Next, the configuration of the turning
トルク指令値生成部50は、操作部である作業操作レバー131cの操作量に応じて電動旋回モータ134に対するトルク指令値を出力する。トルク指令値生成部50は、従来の平坦地での旋回制御であり、詳細には説明しないが、操作量に応じて定まる目標回転速度と、単位時間あたりのモータ回転数に表される実回転速度との偏差が無くなるように、トルク指令値を出力する。
The torque command
重力により発生するトルク成分を打ち消すために、図4に示すように、旋回制御コントローラ5は、旋回半径取得部60と、積載重量取得部70と、イナーシャ取得部52と、基準角速度算出部57と、重力補償トルク算出部51と、補正部53と、を有する。
In order to cancel the torque component generated by gravity, as shown in FIG. 4, the turning
重力補償トルク算出部51は、現在姿勢が未知であるものの、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すための重力補償トルクTG_SWINGを算出する。現在姿勢、旋回半径及び積載重量のいずれもが未知であると、重力補償トルクを算出することができない。しかし、本実施形態においては、旋回半径及び積載重量が既知であるとして、現在姿勢によって変化する重力補償トルクを算出している。重力補償トルク算出部51は、トルク指令値で電動旋回モータ134が駆動した際に発生すべき基準角加速度と実角加速度の偏差に基づいて重力補償トルクを算出する。これは、現在、電動旋回モータ134に出力しているトルク指令値に基づき発生すべき基準角加速度を予測で算出し、予測した基準角加速度に対して実際の角加速度が遅ければ、現在姿勢に応じた重力の影響であり、逆に早くても現在姿勢に応じた重力の影響と考えられる。角加速度の偏差がなくなるようにすれば、現在姿勢に応じた真の重力補償トルクを算出できたことになる。
The gravity compensation
補正部53は、重力補償トルク算出部51が算出した重力補償トルクを用い、現在姿勢において重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、トルク指令値を重力補償トルクで補正する。図中において加算となっているのは、重力補償トルクが、打ち消すためのマイナスとして算出されているからである。
The
上記が概要であるが、続いて詳細に説明する。 The above is an outline, but will be described in detail next.
補正前トルク指令算出部54は、補正部53により補正された後のトルク指令値と、補正部53に用いられた重力補償トルクとに基づき、補正前のトルク指令値を算出する。基準角加速度の推定に用いるトルク指令値は、現在のトルク指令値(補正後)から重力補償トルク成分を差し引いたものとして算出するためである。式は次のようにあらわされる。
補正前のトルク指令値tTCal[Nm]=補正後のトルク指令値i-1−重力補償トルクi-1
tTCalの単位は、ニュートン・メートルである。ここで、補正後のトルク指令値と重力補償トルクに「i−1」がついているのは、前回の値という意味である。iは現時点を示し、i−1は前回値を示す。特に表記がない場合は、現在値である。
The pre-correction torque
Torque command value before correction tTCal [Nm] = Torque command value after correction i-1 − Gravity compensation torque i-1
The unit of tTCal is Newton meter. Here, "i-1" is attached to the corrected torque command value and the gravity compensation torque, which means the previous value. i indicates the current time, and i-1 indicates the previous value. Unless otherwise specified, it is the current value.
位相補償部55は、トルク指令値で電動旋回モータ134が駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部53に入力される前に、トルク指令値の位相を遅らせる処理を行う。これは、トルク指令値に応じた電流が電動旋回モータ134に入力されたとしても、即時に所望の角加速度が発現されるわけではなく、少し位相(時間)が遅れることが判明している。すなわち、通信による遅れやインバータの電流制御による遅れにより、現在指示しているトルク指令値から推定される旋回運動(角加速度)と、現在検出している旋回運動(実角加速度)との間に時間軸のずれが発生する。位相補償部55は、この時間軸(位相)のずれを補償する。具体的に、本実施形態では、トルク指令値にローパスフィルタを施している。式は次の通りである。
補償後のトルク指令値tTCal_Filt = α * tTCal +(1−α)*tTCal_Filti-1
本実施形態では、ローパスフィルタを使用しているが、トルク指令値を遅らせることができれば、これに限定されない。
なお、位相補償部55は、精度が悪化するが省略可能である。
The
Torque command value after compensation tTCal_Filt = α * tTCal + (1-α) * tTCal_Filt i-1
In the present embodiment, a low-pass filter is used, but the present invention is not limited to this as long as the torque command value can be delayed.
The
粘性摩擦除去部56は、モータ回転数ωSWING[rpm]を維持するために必要な粘性摩擦トルクは角加速度の増減には寄与しないため、粘性摩擦トルクをトルク指令値から除去する。式は次の通りである。
tTVis=KCVIS×ωSWING
除去後のトルク指令値tTCal_Fin=tTCal_Filt − tTVis
ここで、KCVISは粘性摩擦係数である。なお、粘性摩擦除去部56は、精度が悪化するが省略可能である。
The viscous
tTVis = K CVIS × ω SWING
Torque command value after removal tTCal_Fin = tTCal_Filt − tTVis
Here, K CVIS is the coefficient of viscous friction. The viscous
旋回半径取得部60は、作業機12の旋回半径rを取得する。第1実施形態の旋回半径取得部60は、アーム12b及びブーム12aの上部旋回体13に対する位置関係を検出するための位置検出用センサ61と、位置検出用センサ61の検出結果に基づいて旋回半径rを算出する旋回半径算出部62と、を有する。
The turning
位置検出用センサ61は、例えばブームシリンダ12d及びアームシリンダ12eのストローク位置を検出するセンサでもよいし、ブーム12a及びアーム12bの角度を検出するセンサでもよいし、ブーム12a及びアーム12bの加速度を検出するセンサでもよい。
例えば、位置検出用センサ61がストローク位置を検出するセンサである場合には、旋回半径算出部62は、各々のシリンダ位置からブーム及びアームの角度を算出し、ブーム及びアームの角度から旋回半径rを順動学に基づき算出する。
例えば、位置検出用センサ61がブーム12a及びアーム12bの角度を検出するセンサである場合には、旋回半径算出部62は、ブーム及びアームの角度から旋回半径rを順動学に基づき算出する。
例えば、位置検出用センサ61がブーム12a及びアーム12bの加速度を検出するセンサである場合には、旋回半径算出部62は、ブーム12a及びアーム12bの加速度からブーム及びアームの角度を算出し、ブーム及びアームの角度から旋回半径rを算出する。
The position detection sensor 61 may be, for example, a sensor that detects the stroke positions of the
For example, when the position detection sensor 61 is a sensor that detects the stroke position, the turning
For example, when the position detection sensor 61 is a sensor that detects the angles of the
For example, when the position detection sensor 61 is a sensor that detects the acceleration of the
図4に戻り、積載重量取得部70は、作業機12の積載重量mを取得する。第1実施形態の積載重量取得部70は、重量を計測するための重量計測用センサ71と、重量計測用センサ71の検出結果に基づいて積載重量mを算出する積載重量算出部72と、を有する。
Returning to FIG. 4, the load
重量計測用センサ71は、例えば作業機12を駆動する油圧(ブームシリンダ12d及びアームシリンダ12e等)を計測する油圧センサでもよいし、重量を計測するロードセルでもよい。
The weight measurement sensor 71 may be, for example, a hydraulic sensor that measures the oil pressure (
図4に戻り、イナーシャ取得部52は、旋回半径取得部60が取得した旋回半径r及び積載重量取得部70が取得した積載重量mに基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得する。本実施形態では、イナーシャの逆数を取得しているが、イナーシャを取得し、計算によりイナーシャの逆数を取得するようにしてもよい。具体的に、イナーシャ取得部52は、イナーシャの逆数を、積載重量m及び旋回半径rに関連付けた相関データを有し、積載重量m及び旋回半径rを入力してイナーシャの逆数を取得する。相関データは、積載重量m及び旋回半径rを入力とするテーブルで定義されている。
Returning to FIG. 4, the
基準角加速度算出部53は、トルク指令値で電動旋回モータ134が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccを算出する。具体的には、トルク指令値tTCal_Finにイナーシャの逆数を乗算することで、角加速度ReferAccを算出している。式にすれば次の通りである。
角加速度ReferAcc=トルク指令値tTCal_Fin * イナーシャの逆数
The reference angular
Angular acceleration ReferAcc = Torque command value tTCal_Fin * Reciprocal of inertia
角加速度偏差算出部58は、回転速度を表す値(モータ回転数)から求まる実角加速度ActAccと、基準角加速度ReferAccとの偏差DelAccを算出する。実角加速度ActAccは、次の式に示すように、モータ回転数[rpm]の前進差分により算出する。
実角加速度ActAcc=(ωSWING − ωSWING,i-1)/ΔT[s]
角加速度偏差DelAcc=−(ActAcc−ReferAcc)
The angular acceleration
Real Angular Acceleration ActAcc = (ω SWING − ω SWING, i-1 ) / ΔT [s]
Angular Acceleration Deviation DelAcc =-(ActAcc-ReferAcc)
本実施形態において、重力補償トルク算出部51は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1と、角加速度偏差DelAccとに基づき、重力補償トルクTG_SWINGを新たに算出する学習部である。このように、重力補償トルク算出部51は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1を用いて計算を行うため、前回の結果を学習でき、補償精度を向上させることが可能となる。
In the present embodiment, the gravity compensation
具体的には、次の式に示すように、角加速度偏差DelAccにゲイン定数をかけたものを前回の重力補償トルクTG_SWING i-1に累積的に積算する学習処理を実行することで、新たな重力補償トルクTG_SWINGを算出している。
重力補償トルクTG_SWING=重力補償トルクTG_SWING i-1 +ゲイン×角加速度偏差DelAcc
Specifically, as shown in the following equation, by executing a learning process that cumulatively integrates the angular acceleration deviation DelAcc multiplied by the gain constant with the previous gravity compensation torque TG_SWING i-1. Gravity compensation torque TG_SWING is calculated.
Gravity Compensation Torque TG_SWING = Gravity Compensation Torque TG_SWING i-1 + Gain x Angular Acceleration Deviation DelAcc
なお、本実施形態では、重力補償トルク算出部51は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1に累積的に積算する学習処理を実行する学習部であるが、学習処理を実行しなくてもよい。
例えば、角加速度偏差DelAccに変換係数を掛けることで、重力補償トルクTG_SWINGを直接算出するように構成してもよいし、角加速度偏差DelAccを入力値として重力補償トルクTG_SWINGを出力するテーブル又は関数形式にしてもよい。
In the present embodiment, the gravity compensation
For example, the angular acceleration deviation DelAcc may be multiplied by a conversion coefficient to directly calculate the gravity compensation torque TG_SWING, or a table or function format that outputs the gravity compensation torque TG_SWING with the angular acceleration deviation DelAcc as an input value. It may be.
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。第1実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、説明を省略する。第2実施形態では、図5に示すように、旋回半径取得部60は、メモリに予め設定された値(設定値)を旋回半径rとして取得するように構成されている。積載重量取得部70は、第1実施形態と同じである。この構成によれば、旋回半径を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
<Second Embodiment>
The second embodiment will be described. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the turning
<第3実施形態>
第3実施形態では、図6に示すように、積載重量取得部70は、メモリに予め設定された値(設定値)を積載重量mとして取得するように構成されている。旋回半径取得部60は、第1実施形態と同じである。この構成によれば、積載重量を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, as shown in FIG. 6, the load
<第4実施形態>
第4実施形態では、図7に示すように、旋回半径取得部60は、メモリに予め設定された値(設定値)を旋回半径rとして取得するように構成されている。積載重量取得部70は、メモリに予め設定された値(設定値)を積載重量mとして取得するように構成されている。この構成によれば、積載重量を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。旋回半径を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
<Fourth Embodiment>
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, the turning
以上のように、第1〜4実施形態の建設機械は、
作業機12を有する上部旋回体13と、
旋回軸を介して上部旋回体13を旋回可能に支持する下部走行体11と、
上部旋回体13を旋回させる電動旋回モータ134と、
上部旋回体13の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部(インバータ31)と、
操作部の操作量に応じて電動旋回モータ134に対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部50と、
作業機12の旋回半径rを取得する旋回半径取得部60と、
作業機の積載重量mを取得する積載重量取得部70と、
旋回半径r及び積載重量mに基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得するイナーシャ取得部52と、
トルク指令と、イナーシャの逆数とに基づき、トルク指令値で電動旋回モータ134が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccを算出する基準角加速度算出部53と、
回転速度から求まる実角加速度ActAccと基準角加速度ReferAccとの偏差に基づき、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクTG_SWINGを算出する重力補償トルク算出部51と、
重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、トルク指令値を重力補償トルクTG_SWINGで補正する補正部53と、
を備える。
As described above, the construction machines of the first to fourth embodiments are
An
A lower traveling
An
A rotation speed acquisition unit (inverter 31) that acquires a value representing the rotation speed of the
A torque command
A turning
The load
An
Based on the torque command and the reciprocal of the inertia, the reference angular
Based on the deviation between the real angular acceleration ActAcc and the reference angular acceleration ReferAcc obtained from the rotation speed, the gravity compensation
A
To be equipped.
このように、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すようにトルク指令値を補正するフィードフォワード制御であるので、重力によって発生するトルク成分に起因して回転速度の遅れが実際に発生しなくても、事前に打ち消す制御が可能となる。
それでいて、取得した旋回半径r及び積載重量mから定まるイナーシャの逆数とトルク指令値に基づき電動旋回モータ134が駆動した際に発生すべき基準角加速度ReferAccを特定し、基準角加速度ReferAccと実角加速度ActAccとの偏差に基づき、未知の現在姿勢において重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すための重力補償トルクTG_SWINGを算出しているので、現在姿勢が変化しても、現在姿勢で発生する重力によるトルク成分を適切に打ち消すことが可能となる。
したがって、重力により発生するトルク成分の悪影響を発現させず、傾斜地において快適に旋回操作を行うことが可能となる。
In this way, since the feedforward control corrects the torque command value so as to cancel the torque component generated around the turning axis due to gravity, the rotation speed is actually delayed due to the torque component generated by gravity. Even without it, it is possible to control the cancellation in advance.
Nevertheless, the reference angular acceleration ReferAcc that should be generated when the
Therefore, it is possible to comfortably perform a turning operation on a slope without causing an adverse effect of a torque component generated by gravity.
第3又は第4実施形態において、積載重量取得部70は、予め設定された値を積載重量mとして取得する。
In the third or fourth embodiment, the load
作業機12の積載重量mの変化が少ない建設機械の場合には、予め設定された値を積載重量mとすることにより、積載重量を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。
In the case of a construction machine in which the load weight m of the
第2又は第4実施形態において、旋回半径取得部60は、予め設定された値を旋回半径rとして取得する。
In the second or fourth embodiment, the turning
作業機のブーム又はアームの伸張の変化が少ない建設機械の場合には、予め設定された値を旋回半径rとすることにより、旋回半径を検出するための装置を省略でき、コストを削減可能となる。 In the case of a construction machine in which the boom of the work machine or the extension of the arm does not change much, the device for detecting the turning radius can be omitted by setting the preset value as the turning radius r, and the cost can be reduced. Become.
第1又は第3実施形態において、作業機12は、上部旋回体13に回動可能に支持されるブーム12aと、ブーム12aに回動可能に支持されるアーム12bと、を有する。旋回半径取得部60は、アーム12b及びブーム12aの上部旋回体13に対する位置関係を検出するための位置検出用センサ61と、位置検出用センサ61の検出結果に基づいて旋回半径rを算出する旋回半径算出部62と、を有する。
In the first or third embodiment, the working
この構成によれば、位置検出用センサ61によってアーム12b及びブーム12aの上部旋回体13に対する位置関係が検出されるので、旋回半径rを算出でき、実際のアーム12b及びブーム12aの伸張の変化に応じて重力により発生するトルク成分を補償でき、補償精度を向上させることが可能となる。
According to this configuration, since the position detection sensor 61 detects the positional relationship between the
第1又は第2実施形態において、積載重量取得部70は、重量を計測するための重量計測用センサ71と、重量計測用センサ71の検出結果に基づいて積載重量を算出する積載重量算出部72と、を有する。
In the first or second embodiment, the load
この構成によれば、油圧センサ又はロードセルなどの重量計測用センサ71及び積載重量算出部72により積載重量mを算出でき、積載重量mの変化に応じて変化する重力トルクを補償でき、補償精度を向上させることが可能となる。
According to this configuration, the load weight m can be calculated by the weight measurement sensor 71 such as a hydraulic sensor or a load cell and the load
第1〜4実施形態において、重力補償トルク算出部51は、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1に対し、偏差DelAccに基づく値を累積的に積算する学習処理を実行することで、重力補償トルクTG_SWINGを新たに算出する。
In the first to fourth embodiments, the gravity compensation
このように、前回算出した重力補償トルクTG_SWING i-1に、偏差DelAccに基づく値を累積的に積算するので、前回の結果を学習でき、補償精度を向上させることが可能となる。 In this way, since the value based on the deviation DelAcc is cumulatively integrated with the gravity compensation torque TG_SWING i-1 calculated last time, the previous result can be learned and the compensation accuracy can be improved.
第1〜4実施形態において、基準角加速度算出部53にトルク指令値が入力される前に、トルク指令値の位相を遅らせる処理を行う位相補償部55を有する。
In the first to fourth embodiments, the
通信による遅れやインバータの電流制御による遅れにより、現在指示しているトルク指令値から推定される旋回運動(基準角加速度ReferAcc)と、現在検出している旋回運動(実角加速度ActAcc)との間の時間軸のずれが発生する。しかし、このように、トルク指令値の位相を遅らせる処理によってこの時間軸のずれを補償することができ、両者の時間軸を合わせて制御の精度を向上させることが可能となる。 Between the turning motion estimated from the torque command value currently instructed (reference angular acceleration ReferAcc) and the currently detected turning motion (real angular acceleration ActAcc) due to the delay due to communication or the delay due to the current control of the inverter. Time axis shift occurs. However, in this way, it is possible to compensate for the deviation of the time axis by the process of delaying the phase of the torque command value, and it is possible to improve the accuracy of control by aligning both time axes.
以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the drawings, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present disclosure is shown not only by the description of the above-described embodiment but also by the scope of claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。 It is possible to adopt the structure adopted in each of the above embodiments in any other embodiment.
1 バックホー(建設機械)
11 下部走行体
12 作業機
13 上部旋回体
131c 作業操作レバー(操作部)
134 電動旋回モータ
31 インバータ(回転速度取得部)
50 トルク指令値生成部
51 重力補償トルク算出部
52 イナーシャ取得部
53 補正部
55 位相補償部
57 基準角加速度算出部
60 旋回半径取得部
61 位置検出用センサ
62 旋回半径算出部
70 積載重量取得部
71 重量計測用センサ
72 積載重量算出部
1 Backhoe (construction machinery)
11
134
50 Torque command
Claims (7)
旋回軸を介して前記上部旋回体を旋回可能に支持する下部走行体と、
前記上部旋回体を旋回させる電動旋回モータと、
前記上部旋回体の回転速度を表す値を取得する回転速度取得部と、
操作部の操作量に応じて前記電動旋回モータに対するトルク指令値を出力するトルク指令値生成部と、
前記作業機の旋回半径を取得する旋回半径取得部と、
前記作業機の積載重量を取得する積載重量取得部と、
前記旋回半径及び前記積載重量に基づき、イナーシャの逆数を表す値を取得するイナーシャ取得部と、
トルク指令と、前記イナーシャの逆数とに基づき、前記トルク指令値で前記電動旋回モータが駆動した際に発生すべき基準角加速度を算出する基準角加速度算出部と、
前記回転速度から求まる実角加速度と前記基準角加速度との偏差に基づき、重力により旋回軸回りに発生するトルク成分を補償するための重力補償トルクを算出する重力補償トルク算出部と、
重力による旋回軸回りに発生するトルク成分を打ち消すように、前記トルク指令値を前記重力補償トルクで補正する補正部と、
を備える、建設機械。 An upper swivel body with a working machine and
A lower traveling body that rotatably supports the upper swivel body via a swivel shaft, and a lower traveling body.
An electric swivel motor that swivels the upper swivel body and
A rotation speed acquisition unit that acquires a value representing the rotation speed of the upper swing body, and a rotation speed acquisition unit.
A torque command value generator that outputs a torque command value to the electric swivel motor according to the amount of operation of the operation unit, and a torque command value generation unit.
A turning radius acquisition unit that acquires the turning radius of the work machine, and
A load weight acquisition unit that acquires the load weight of the work machine,
An inertia acquisition unit that acquires a value representing the reciprocal of the inertia based on the turning radius and the load weight.
A reference angular acceleration calculation unit that calculates a reference angular acceleration that should be generated when the electric swing motor is driven by the torque command value based on the torque command and the reciprocal of the inertia.
A gravity compensation torque calculation unit that calculates a gravity compensation torque for compensating for a torque component generated around the turning axis by gravity based on the deviation between the real angular acceleration obtained from the rotation speed and the reference angular acceleration.
A correction unit that corrects the torque command value with the gravity compensation torque so as to cancel the torque component generated around the turning axis due to gravity.
With construction machinery.
前記旋回半径取得部は、前記アーム及び前記ブームの前記上部旋回体に対する位置関係を検出するための位置検出用センサと、前記位置検出用センサの検出結果に基づいて旋回半径を算出する旋回半径算出部と、を有する、請求項1又は2に記載の建設機械。 The working machine has a boom rotatably supported by the upper swing body and an arm rotatably supported by the boom.
The turning radius acquisition unit calculates a turning radius by calculating a turning radius based on a position detection sensor for detecting the positional relationship between the arm and the boom with respect to the upper swinging body and the detection result of the position detecting sensor. The construction machine according to claim 1 or 2, which has a part and a portion.
The construction machine according to any one of claims 1 to 6, further comprising a phase compensating unit that performs a process of delaying the phase of the torque command value before the torque command value is input to the reference angular acceleration calculation unit.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018154736A JP6964054B2 (en) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | Construction machinery |
PCT/JP2019/028747 WO2020039820A1 (en) | 2018-08-21 | 2019-07-23 | Construction machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018154736A JP6964054B2 (en) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | Construction machinery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020029669A JP2020029669A (en) | 2020-02-27 |
JP6964054B2 true JP6964054B2 (en) | 2021-11-10 |
Family
ID=69592553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018154736A Active JP6964054B2 (en) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | Construction machinery |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6964054B2 (en) |
WO (1) | WO2020039820A1 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010150898A (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Sumitomo (Shi) Construction Machinery Co Ltd | Swivelling drive controller and construction machine including the same |
JP5420324B2 (en) * | 2009-06-23 | 2014-02-19 | 住友建機株式会社 | Swivel drive control device and construction machine including the same |
JP6529721B2 (en) * | 2014-05-08 | 2019-06-12 | 住友建機株式会社 | Construction machinery |
-
2018
- 2018-08-21 JP JP2018154736A patent/JP6964054B2/en active Active
-
2019
- 2019-07-23 WO PCT/JP2019/028747 patent/WO2020039820A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020029669A (en) | 2020-02-27 |
WO2020039820A1 (en) | 2020-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2275606B1 (en) | Rotation control device and working machine therewith | |
JP4647325B2 (en) | Construction machine work machine control device, construction machine work machine control method, and program for causing computer to execute the method | |
JP4167289B2 (en) | Swivel control device and construction machine | |
JP4793352B2 (en) | Swivel control device and work machine equipped with the same | |
KR101379970B1 (en) | Rotation control device for working machine | |
KR101689793B1 (en) | Motor control apparatus and control method the same | |
JP5886323B2 (en) | Turning control device and method | |
KR20140027291A (en) | Electric drive system for construction machine | |
JP6521691B2 (en) | Shovel | |
JP6843039B2 (en) | Work machine | |
JP6247617B2 (en) | Construction machinery | |
JP2019019567A (en) | Control device of construction machine | |
KR102466641B1 (en) | shovel | |
JP6952659B2 (en) | Construction machinery | |
JP6964054B2 (en) | Construction machinery | |
JP6671849B2 (en) | Excavator, Excavator damping method | |
JP3466371B2 (en) | Construction machine interference prevention equipment | |
JP6684240B2 (en) | Construction machinery | |
JPH09256403A (en) | Interference preventing device for construction machine | |
JP6101974B2 (en) | Construction machinery | |
WO2022230417A1 (en) | Work machine | |
JP2019167731A (en) | Shovel | |
WO2023053700A1 (en) | System and method for controlling work machine | |
JP6486664B2 (en) | Excavator | |
JP3580976B2 (en) | Control equipment for construction machinery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20200828 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210112 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210928 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211018 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6964054 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |