KR100231757B1

KR100231757B1 - 건설기계의 작업기 제어방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100231757B1
Application number: KR1019960038866A
Authority: KR
Inventors: 쇼지 도자와; 도모아키 오노
Original assignee: 사쿠마 하지메; 신캬타피라 미쓰비시 가부시키가이샤
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1999-11-15
Also published as: CA2185722A1; CA2185722C; US5826666A; EP0791694A1; KR970062218A; DE69613670T2; EP0791694B1; DE69613670D1

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

유압서블, 포크레인 등의 건설기계의 작업기를 제어하는 건설기계의 작업기 제어방법 및 그 작업기 제어장치

[발명이 해결하고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 작업기의 위치추종제어와 동시에 굴삭력, 구름압력 등의 작업기 부하도 자동제어함으로써, 마무리정밀도의 향상과 동시에, 마무리면의 경도의 균일화도 도모할 수 있는 건설기계의 작업기 제어방법 및 그 장치를 제공하고, 또 본 발명은 작업기 작동실린더의 위치추종성을 향상시킴으로써, 수평고르기 작업이나 수직면 정형작업 등에 있어서 굴삭부하가 상승하더라도 소정의 마무리정밀도를 얻을 수 있도록 한 것이다.

[발명이 해결방법의 요지]

건설기계의 작업기에 의한 수직면 정형 등에 있어서, 마무리정밀도의 향상과 동시에, 마무리면의 경도의 균일화도 도모한다.

조작레버(33), 콘트롤러(21), 콘트롤밸브(36) 및 프론트링케이지의 각 각도센서(16bm),(16st),(16bk)로부터의 피드백루프(18bm),(18st),(18bk)등에 의하여 위치추종용 피드백제어계를 구성한다. 이 제어계에 작업기 작동실린더(14bm),(14st),(14bk)에 걸리는 실린더부하압을 검출함으로써 작업기부하를 검출하는 압력센서(32bm),(32st)와, 이 작업기부하를 소정외 목표치로 피드백제어하기 위한 구름압력 설정기(42)를 설치한다. 그리고, 압력센서(32bm),(32st)에 의하여 검출한 작업기부하가, 구름압력 설정기(42)에 의하여 미리 설정한 값이 되도록 위치제어계에 의하며 작업기 높이를 자동조정하고, 작업기를 올림으로써 구름압력을 내리고, 작업기를 내림으로써 구름압력을 올린다.

[발명의 중요한 용도]

유압서블, 포크레인 등의 건설기계의 작업기

Description

건설기계의 작업기 제어방법 및 그 장치

본 발명은, 유압서블, 포크레인 등의 건설기계의 작업기를 제어하는 건설기계의 작업기 제어방법 및 그 작업기 제어장치에 관한 것이다.

제6도에 종래의 유압서블의 시스템 구성도를 나타낸다. 이 유압서블은, 하부주행체(11)에 상부선회체(12)가 설치되고, 이 상부선회체(12)에 프론트작업기(13)가 설치되어 있다.

프론트작업기(13)는, 상부선회체(12)에 붐실린더(14bm)에 의하여 회전운동되는 붐(15bm)의 기단이 축지지되고, 이 붐(15bm)의 선단에 스틱실린더(14st)에 의하여 회전운동되는 스틱(15st)의 기단 근방이 축지지되고, 이 스틱(15st)의 선단에 버킷실린더(14bk)에 의하여 회전운동되는 버킷(15bk)이 축지지되어 있다.

프론트링케이지를 구성하는 상기 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 각각의 회전각은, 레졸버 등의 각도센서(16bm),(16st),(15bk)에 의하여 검출되고, 그 각도검출신호는 상부 선회체(12)에 탑재된 신호변환기(17)에 접속된 피투백루프(18bm),(18st),(18bk)를 거쳐서, 마이크로컴퓨터를 포함하는 콘트롤러(21)에 입력된다.

이 콘트롤러(21)에는, 입출력장치로서의 표시기 스위치패널(22)이 접속되고, 조작레버에 설치된 자동제어 개시용 또는 엔진회전속도 제어용 등의 콘트롤스위치(23), 엔진회전속도센서(24a)에 의하여 검출된 엔진회전속도에 따라서 엔진 및 펌프를 제어하는 엔진펌프콘트롤러(24), 조작레버의 위치를 검출하기 위한 압력센서(25), 차량의 경사각을 검출하는 경사각센서(26)등이 콘트롤러(21)의 입력단자에 각각 접속되어 있다. 또, 콘트롤러(21)의 출력단자에 전자벨브(27)가 접속되어 있다.

상기 콘트롤러(21)는, 붐실린더(14bm), 스틱실린더(14st) 및 버킷실린더(14bk)를 제어하기 위한 페루프 제어보상기 갖추고, 각도센서(16bm),(16st),(16bk)로부터 피드백된 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 각 회전운동각도 검출신호로부터, 각 실린더의 작동 스트로크를 항상 파악하고, 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 실제위치 및 속도를 조작레버로부터의 지령신호와의 관계에서 피드백제어하는 위치 추종용 피드백 제어계를 구성하고 있다.

그리고, 이 콘트롤러(21)는, 수평고르기작업이나 수직면 정형작업을 하기 위하여 마이크로컴퓨터에 의하여 연산된 각 실린더 작동용의 목표신호와 상기 피드백신호와의 오차를 없애도록 페루프 제어보상기에 의하여 연산된 신호로 전자비레밸브(도시하지않음)를 전기적으로 제어하고, 이 전자베레밸브에서 생긴 파일로트압에 의하여 콘트롤밸브(도시하지 않음)를 파일로트제어함으로써, 붐실린더(14bm), 스틱실린더(14st) 및 버킷실린더(14bk)를 각각 신축제어하고, 수평고르기작업이나 도시된 수직면 정형작업에 있어서의 버킷치선의 궤적제어 및 버킷각도의 일정제어를 자동적으로 할 수 있다.

이와 같이, 종래의 유압서블은, 수평고르기 작업이나 수직면 정형작업에 있어서, 버킷치선의 궤적제어 및 버킷각도의 일정제어를 마이크로컴퓨터를 사용하여 자동적으로 하기 위해서, 프론트링케이지를 구성하는 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 각 실린더(14bm),(14st),(14bk)의 변위를 목표변위에 추종하도록, 프론트링케이지의 각 회전운동부의 각도센서(16bm),(16st),(16bk)에서 얻어진 검출신호를 콘트롤러(21)에 피드백하여서 페루프제어를 하고 있다.

그런데, 이 경우, 버킷(15bk)의 부하는 외란(外亂)이라고 간주되며, 굴삭면의 구름압력등은 전극적으로 제어되고 있지 않다. 따라서, 마무리된 면의 경도가 균일화되는 보증이 없을 뿐아니라, 굴삭력의 변동에의한 마무리정밀도의 악화 및 과부하시의 실린더 속도저하에 의한 작업효율의 악화를 초래하고 있다.

또, 버킷(15bk)의 굴삭부하가 굴삭중에 증대하면, 즉 제어계에 있어서의 외란이 증대하면, 굴삭부하가 작은 경우와 비교하여 붐실린더(14bm)의 부하가 증대하여, 붐(15bm)의 추종의 더디고, 그 결과로서 굴삭면의 목표면에 대하여 하향경향으로 되고 있다. 즉, 수평고르기작업이나 수직면 정형작업에 있어서의 마무리정밀도가 악화되고 있다.

이것을 피하기 위하여, 페루프의 보상기에 적분요소를 부가하고, 붐실린더(14bm)의 목표위치와 실제위치와의 편차를 작게하는 수법을 사용하는 일도 있으나, 이와 같은 적분요소를 단순히 부가하였을 뿐인 경우는, 굴삭부하가 급변한 경우의 추종속도가 더디고, 또프론트링케이지의 자세에 의하여 제어계가 불안정하게 될 염여가 있는 등의 문제가 있으며, 이 때문에, 적분요소의 게인을 크게 잡을 수 없고, 적분요소의 효과를 충분히 발휘하는 것이 곤란하였다.

본 발명은, 이와 같은 점에 비추어서 하게 된 것으로서, 작업기의 위치추종제어와 동시에 굴삭력, 구름압력 등의 작업기 부하도 자동제어함으로써, 마무리정밀도의 향상과 동시에, 마무리면의 경도의 균일화도 도모할 수 있는 건설기계의 작업기 제어방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 또, 본 발명은, 작업기 작동실린더의 위치추종성을 향상시킴으로써, 수평고르기 작업이나 수직면 정형작업 등에 있어서 굴삭부하가 상승하더라도 소정의 마무리정밀도를 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는 것이다.

제1도는 본 발명에 관계된 건설기계의 작업기 제어장치의 1 실시형태를 나타낸 시스템 구성도.

제2도는 제1도에 도시된 작업기 제어장치에 있어서의 콘트롤러의 블록도.

제3a도는 제1도의 작업기 제어장치에 의한 버킷치선궤적제어 및 구름압력제어의 우선도에 의하여 다른 버킷치선의 궤적예를 나타낸 설명도.

제3b도는 그 우선도에 의하여 다른 굴삭력의 변화를 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명에 관계된 건설기계의 작업기 제어장치의 다른 실시형태를 나타낸 시스템 구성도.

제5도는 제4도에 도시된 작업기 제어장치에 있어서의 콘트롤러의 블록도.

제6도는 종래의 유압서블의 시스템구성을 나타낸 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

15bm : 붐 15st : 스틱

15bk : 버킷 14bm : 붐실린더

14st : 스틱실린더 14bk : 버킷실린더

14 : 작동실린더 21 : 콘트롤러

42 : 구름압력설정기 41 : 수직면각 설정기

43 : 우선도 설정기 35 : 전자비례밸브

14 : 작업기 작동실린더 36 : 콘트롤 밸브

16bm, 16st, 16bk : 각도센서 18bm, 18st, 18bk : 피드백루프

31bm, 31st : 급배라인 32bm, 32st : 압력센서

44 :피드백루프 52bm, 52st, 52bk :페루프제어 보상기

33 : 조작레버 35 : 전자비례 밸브

36 : 콘트롤 밸브 32h, 32r : 압력센서

45 : 비교기 46 : 연산기

47 : 승산기 48 : 리미터

52 : 보상기 18 : 피드백루프

51 : 연산기 71 : 신호라인

72 : 툭업테이블 61 : 연산기

62 : 적분기 18 : 피드백루프

64 : 비교기 65 : 승산기

67 : 가산기 68 : 승산기

69 : 피드포워드루프 71a, 71b : 신호라인

72a : 툭업테이블

본 발명은, 작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 건설기계의 작업기 제어방법에 있어서, 작업기 작동실린더에 걸리는 실린더부하압을 검출함으로써 작업기부하를 검출하고, 이 작업기부하에 관계된 피드백신호에 따라서 위치추종용 피드백제어계의 목표치를 결정하도록 한 건설기계의 작업기 제어방법이며, 실린더부하압을 검출함으로써구름압력 등의 작업기부하를 검출하고, 소정의 구름압력 등을 얻을 수 있도록 작업기 작동실린더를 위치제어한다. 예컨데, 버킷 위치를 올림으로써 구름압력을 내리고, 버킷 위치를 내림으로써 구름압력을 올린다.

이와 같이, 위치추종용 피드백제어계에 있어서 작업기 작동실린더에 걸리는 실린더 부하압을 검출하여서, 굴살력, 구름압력 등의 작업기부하를 설정된 값으로 피드백제어하기 때문에, 본래의 위치추종용 피드백제어계에 의하여 마무리정밀도의 향상을 도모할 수 있음과 동시에, 작업기부하 피드백제어계에 의하여 구름압력 등의 작업기 부하를 제어함으로써 마무리면의 경도의 균일화를 도모할 수 있다.

또, 작업기 부하제어의 목표치에, 위치추종제어와의 관계에서 우선도를설정하도록 한 건설기계의 작업기 제어방법이고, 작업기 부하제어를 중시할 경우는, 그 우선도를 크게 설정하여서, 목표를 하는 일정한 구름압력 등을 얻을 수 있도록 한다. 이와 같이, 위치추종제어와의 관계에서 작업기 부하제어의 우선도를 설정함으로써, 예컨대, 작업기 부하제어의 우선도가 높을수록 마무리면의 경도의 균일화를 도모할 수 있다. 또, 과부하시는 위치추종제어보다도 작업기 부하제어를 우선시켜서 실린더속도의 저하를 막는 것으로, 작업효율의 저하를 방지할 수 있다.

또, 작업기부하로서 구름압력을 검출하고, 작업기 위치를 상하방향으로 제어함으로써 구름압력을 제어하는 건설기계의 작업기 제어방법이고, 위치추종용 피드백제어계에 의하여 작업기 위치를 상하방향으로 제어함으로써, 작업기부하로서의 구름압력도 피드백제어한다. 이와 같이, 위치추종용 피드백제어계에 의하여 작업기 위치를 상하방향으로 제어함으로써, 작업기부하로서의 구름압력도 피드백제어할 수 있다.

또, 작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 굴삭용 작업기의 제어장치에 있어서, 작업기 작동실린더에 걸리는 실린더부하압을 검출함으로써 작업기부하를 검출하는 부하압검출수단과, 이 부하압검출 수단에 의하여 검출한 작업기부하에 관계된 피드백신호와의 관계에 의하여 위치추종용 피드백제어계의 목포치를 결정하는 작업기 부하설정기를 구비한 건설기계의 작업기 제어장치이고, 부하압검출수단에 의하여 검출한 작업기부하가, 작업기 부하설정기에 의하여 미리 설정한 값이 되도록 작업기 높이를 자동조정하고, 예컨대, 작업기를 올림으로써 구름압력을 내리고, 작업기를 내림으로써 구름압력을 올린다. 이와 같이, 작업기부하를 검출하는 부하압검출수단과, 작업기부하를 설정하는 작업기 부하설정기에 의하여 위치추종용 피드백제어계를 사용하여 작업기부하를 설정된 값으로 피드백제어하기 때문에, 위치추종용 피드백제어계 본래의 위치추종제어에 의하여 소정의 마무리정밀도를 확보할 수 있음과 동시에, 작업기부하 피드백제어계에 의하여 구름압력등의 작업기부하를 제어함으로써 마무리면의 경도의 균일화를 도모할 수 있다.

또, 작업기부하에 관한 목표치입력부에, 위치추종제어와의 사이에서 작업기 부하제어의 우선도를 설정하는 우선도설정기를 설치한 건설기계의 작업기 제어장치이고, 우선도설정기에 의하여 작업기 부하제어를 우선할 경우는, 목표로 하는일정한 작업기부하를 얻을 수 있고, 또, 우선도설정기에 의하여 작업기 부하제어의 우선도를 내림으로써, 상대적으로 위치추종제어를 우선시켜서, 위치추종정밀도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 우선도설정기에 의하여 작업기 부하제어를 우선하는 제어와, 그렇지 않은 제어 즉 위치추종제어를 우선하는 제어를, 작업상황에 따라서 선택할 수 있고, 굴삭력 또는 구름압력의 균일성 등을 중시하는 작업과, 수직면 굴삭에서의 수직면 각의 정밀도 등의 위치추종 정밀도를 중시하는 작업에 각각 대응할 수 있다.

또 작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 건설기계의 작업기 제어장치에 있어서, 위치추종용 피드백제어계에 설치한 피드포워드루프와, 이 피드포워드루프의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드포워드게인 조정수단을 구비한 건설기계의 작업기 제어장치이고, 피드포워드신호의 게인을 굴삭부하에 맞춰서 증감시킴으로써, 굴삭부하에 대한 위치추종성을 향상시킨다. 이와 같이, 작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계에 피드포워드루프를 추가하였기 때문에, 작업기 작동 실린더의 위치추종성을 향상할 수 있음과 동시에, 상기 피드포워드루프의 게인을 피드포워드게인 조정수단에 의하여 굴삭부하에 따라서 증감조정함으로써, 실린더의 목표위치와 실제위치와의 편차를 작게하여서, 굴삭부하에 대한 작업기 작동실린더의 위치추종정밀도를 향상시키고, 수평고르기 작업이나 수직면 정형작업 등의 지면정형작업에 있어서 굴삭부하가 상승하더라도 소정의 마무리정밀도를 확보할 수 있다. 또, 굴삭부하가 작을 때는, 상기 게인을 작게 조정하여서, 제어계의 안정성을 확보할 수 있다.

또, 피드포워드게인 조정수단을, 작업기 작동실린더의 실린더 부하압을 검출하는 압력센서와, 이 압력센서에 의하여 검출된 실린더부하압과 게인과의 사이의 관계를 결정하는 게인조정용 메모리에 의하여 구성한 건설기계의 작업기 제어장치이고, 압력센서에 의하여 작동실린더의 실린더부하압을 검출하고, 이 실린더부하압으로부터, 메모리부터 대응하는 피드포워드게인을 호출하고, 피드포워드신호의 게인을 실린더부하압에 맞춰서 자동적으로 증감조정한다. 이와 같이, 압력센서에 의하여 검출한 실린더부하압의 변동에 대하여, 실린더부하압과 게인과의 관계를 결정하는 게인조정용 메모리에 의하여 피드포워드신호의 게인을 자유롭게 증감조정할 수 있고, 굴삭부하의 변동에 대응할 수 있는 피드포워드제어가 가능하다.

또, 작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 건설기계의 작업기 제어장치에 있어서, 위치추종용 피드백제어계에 설치한 피드포워드루프와, 이 피드포워드루프의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드포워드게인 조정수단과, 위치추종용 피드백제어계의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드백게인 조정수단을 구비한 구성의 건설기계의 작업기 제어장치이고, 피드포워드신호 및 피드백신호의 각 게인을 굴삭부하에 맞춰서 증감시킴으로써, 굴삭부하에 대한 위치추종정밀도를 향상시킨다. 이와 같이, 피드포워드루프의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드포워드게인 조정수단과, 위치추종용 피드백제어계의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드백게인 조정수단에 의하여, 피드포워드게인 및 피드백게인의 양편을 굴삭부하에 맞춰서 증감조정하여 최적화할 수 있고, 수평고르기작업이나 수직면 정형작업 등의 지면정형작업에 있어서 굴삭부하가 상승하더라도 마무리정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또, 굴삭부하가 작을 때는, 상기 게인을 작게 조정하여서, 제어계의 안정성을 확보할 수 있다.

또, 피드포워드게인 조정수단 및 피드백게인 조정수단을, 작업기 작동실린더의 실린더부하압을 검출하는 압력센서와, 이 압력센서에 의하여 검출된 실린더부하압과 피드포워드게인 및 피드백게인과의 사이의 관계를 각각 결정하는 게인조정용 메모리에 의하여 구성된 건설기계의 작업기 제어장치이고, 압력센서에 의하여 작업기 작동실린더의 실린더부하압을 검출하고, 이 실린더부하압으로부터, 메모리로부터 대응하는 피드포워드게인 및 피드백게인을 각각 호출하고, 피드포워드신호 및 피드백신호의 각 게인을 실린더부하압에 맞춰서 자동적으로 증감조정한다. 이와 같이, 압력센서에 의하여 검출한 실린더부하압의 변동에 대하여, 실린더부하압과 게인과의 관계를 결정하는 게인조정용 메모리에 의하여 피드포워드신호 및 피드백신호의 각 게인을 자유롭게 증감조정할 수 있고, 굴삭부하의 변동에 대응할 수 있느 피드포워드제어 및 피드백제어가 가능하다.

이하, 본 발명의 실시의 한 형태를 제1도 내지 제3도를 참조하면서 설명함과 동시에, 다른 형태를 제4도 및 제5도를 참조하면서 설명한다.

제1도에 도시된 바와 같이, 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)으로 이루어진 프론트링케이지에, 붐실린더(14bm), 스틱실린더(14st) 및 버킷실린더(14bk)(이하, 이들 실린더를 일괄하여 단순히 작업기 작동실린더(14)라고 할 경우도 있음)를 부착함으로써, 프론트작업기를 구성한다.

이프론트작업기를 제어할 때의 중심이 되는 콘트롤러(21)의 입력측에 대하여, 버킷치선의 굴삭방향 목표속도를 지령하는 스틱용 조작레버(33)와, 수직면(A)의 정형작업에 있어서의 목표마무리 수직면 각(θ)을 설정하기 위한 수직면 각 설정기(41)와, 버킷(15bk)에 의한 목표구름압력(실린더의 목표부하압)을 설정하기 위한 작업기부하 설정기로서의 구름압력 설정기(42)와, 수직면 각 설정기 (41)로 설정된 버킷치선의 궤적제어와 구름압력 설정기(42)로 설정된 구름압력의 제어에 있어서의 우선도(무게)를 설정하기 위한 우선도 설정기(43)를 설치한다.

또한 콘트롤러(21)의 출력측에, 입력전기신호에 비례하는 파일로트압력을 출력하는 전자비례밸브(35)와, 이 전자비례밸브(35)로부터의 파일로트압력에 의하여 변위제어되는 스풀로 유압원(도시하지 않음)으로부터 각 작업기 작동실린더(14)에 공급되는 유압 및 유량을 제어하는 콘트롤밸브(36)를 설치한다.

또한, 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 각 회전운동각을 각각 검출하는 레졸버 등이 각도센서(16bm),(16st),(16bk)(이하, 이들 각도센서를 일괄하여 단순히 각 각도센서(16)라고 할 경우도 있음)로부터, 콘트롤러(21)에 대하여 위치추종용 피드백루프(18bm),(18st),(18bk)(이하, 이들 루프를 일괄하여 단순히 피드백루프(18)라고 함)를 설치함으로써, 페루프제어계를 구성한다.

붐실린더(14) 및 스틱실린더(14st)로의 작동유 급배라인(31bm),(31st)에 대하여 각각 부하압 검출수단으로서의 압력센서(32bm),(32st)를 설치하고, 이들 압력센서(32bm).(32st)에 의하여 붐실린더(14bm) 및 스틱실린더(14)의 실린더부하압을 검출한다. 특히 버킷(15bk)을 상하동작시켰을 때에 얻어지는 구름압력을 검출할 경우는, 붐실린더(14bm)의 실린더부하압을 주로 하여서 검출하면 좋다.

그리고, 붐실린더(14bm)의 실린더부하압에 실린더내의 실질적인 수압면적을 곱함으로써 구름압력을 연산하고, 스틱실린더(14)의 실린더부하압에 실린더내의 수압면적을 곱함으로써 굴삭력을 연산할 수 있다.

또, 압력센서(32bm),(32st)로부터 콘트롤러(21)에 걸쳐서, 압력센서(32bm),(32st)로 검출한 실린더부하압의 작업기부하 피드백루프(44)를 설치한다.

콘트롤러(21)는, 각 작업기 작동실린더(14)를 각각 제어하기 위한 폐루프제어 보상기(52bm),(52st),(52bk)를 갖고, 각 각도센서(16)에 의하여 검출되고 피드백된 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 각각의 회전운동각 검출신호 및 그 각속도 신호에 의하여, 이들 프론트링케이지의 실제위치 및 속도, 또한 간접적으로는 각 작업기 작동실린더(14)의 작동위치 및 속도를 항상 파악하여, 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)이 수직면 각 설정기(14) 및 조작레버(32)로 부터의 위치 및 속도지령신호에 추종하도록 전자비례밸브(35)를 개제하여 콘트롤밸브(36)를 피브백제어한다.

즉, 이 콘트롤러(21)의 피드백제어는, 수평고르기작업이나 수직면 정형작업을 하기 위하여 마이크로컴퓨터에 의하여 연산된 각 실린더작동용의 목표신호와 상기 피드백신호의 오차를 없애도록 폐루프제어 보상기 (52bm),(52st),(52bk)에 의하여 연산된 신호로 붐용, 스틱용 및 버킷용의 각 전자비례밸브(35)를 전기적으로 제어한다.

이들 전자비례밸브(35)는, 출력한 파일로트압에 의하여 붐용, 스틱용 및 버킷용의 각 콘트롤밸브(36)의 스풀을 파일로트제어함으로써, 각 콘트롤밸브(36)로부터 출력된 작동유압에 의하여 각 작업기 작동실린더(14)를 각각 신축제어하고, 수평고르기작업이나 도시된 수직면 정형작업의 있어서의 버킷치선의 궤적제어 및 버킷각도의 일정제어를 자동적으로 행한다.

상기 붐실린더(14bm) 및 스틱실린더(14st)에 대하여 부하압검출수단으로서 설치한 상기 압력센서(32bm),(32st)는, 제2도에 도시된 바와 같이, 각각의 실린더의 늘어남쪽(헤드쪽)에 대하여 설치된 압력센서(32)와, 줄어듬쪽(로드쪽)에 대하여 설치된 압력센서(32r)로 이루어지고, 압력센서(32h)에 의하여 검출한 늘어남쪽 부하압과 압력센서(32r)에 의하여 검출한 줄어듬쪽 부하압과의 차압, 즉 실린더부하압을 검출한다,.

이 실린더부하압의 피드백루프(44)와 상기 구름압력 설정기(42)를 비교기(45)에 접속하고, 이 비교기(45)를 버킷치선의 수직방향의 목표속도를 연산하기 위한 연산기(46)에 접속하고, 이 연산기(46)의 출력라인에 상기 우선도 설정기(43)로부터의 신호를 걸기 위한 승산기(47)를 개제하여 리미터(48)를 설치하고, 이 미리터(48)에 의하여 구름압력과 관계하는 버킷치선 수직방향 목표속도의 상한과 하한을 설정한다.

상기 스틱용 조작레버(33), 상기 수직면 각 설정기(41) 및 리미터(48)는, 각 작업기 작동실린더(14)의 목표위치 및 속도를 마이크로컴퓨터에 의하여 연산하기 위한 연산기(51)에 접속한다.

이 연산기(51)로부터의 목표치라인은, 페루프제어 보상기(52)에 접속한다. 이 페루프제어 보상기(52)는, 수평고르기작업, 수직면 정형작업 및 전압작업을 하기 위하여 연산기(51)로부터 출력된 각 실린더작동용의 목표신호(붐, 스틱, 버킷의 목표위치 및 속도)에, 피드백루프(18)를 거쳐서 피드백된 검출신호(붐, 스틱, 버킷의 실제위치 및 속도)가 정밀도 좋게 추종하도록 필요한 제어특성(안정성, 속응성 및 정상편차)을 개량하는 보상회로를 가지며, 출력한 전기신호에 의하여 붐용, 스틱용 및 버킷용의 각 전자비례밸브(35)를 제어한다.

다음에 제2도 및 제3도를 참조하면서, 구체적인 제어방법은 설명한다.

먼저, 상기 수직면 각 설정기(41)에 의하여 수직면(A)의 정형작업에 있어서의 마무리 수직면 각(θ)을 설정하여 둠으로써, 스틱용 조작레버(33)를 움직여서 버킷치선의 굴삭방향 목표속도를 지령하였을 때에, 상기 연산기(51)는 각 작업기 작동실린더(14)의 목표위치 및 속도를 연산하여 출력한다.

한편, 굴삭면의 구름압력이 미리 설정한 값이 되도록 하기 위하여, 각 작업기 작동실린더(14)의 늘어남쪽 및 줄어듬쪽에 압력센서(32h),(32r)의 차압이, 구름압력 설정기(42)에 의하여 설정한 값과 비교기(45)에서 비교되며, 차압이 설정치로 되도록 버킷높이 위치를 자동조정한다.

즉, 버킷(15bk)의 위치를 올림으로서 굴삭면의 구름압력을 내리고, 또버킷위치를 내림으로써 구름압력을 올리도록 조정한다.

이 때, 버킷치선 위치는 미리 설정되어 있던 목표궤적으로부터 떨어지지만, 실린더의 차압을 추종시키는 실린더부하압 제어(작업기부하 제어)와, 종래의 버킷치선 궤적제어 (실린더위치 추종제어)와의 사이에서의 우선도(무게)를 우선도 설정기(43)에 의하여 설정함으로써, 목표궤적으로부터의 오차를 조정할 수 있다.

예컨대, 제3도(a)의 지면을 따른 점선에 도시된 바와 같이 버킷치선궤적제어를 우선시키면(궤적제어의 무게를 올리면), 버킷치선궤적(마무리면의 정밀도)을 향상시킬 수 있다. 이 때,제3도(b)에 실선으로 도시한 바와 같이 굴삭력은 변동하기 쉽다.

한편, 제3도(b)의 목표굴삭력을 따른 굵은 점선으로 도시된 바와 같이 구름압력제어의 무게를 크게하면 (구름압력의 우선순위를 올리면), 굴삭력을 대략 일정하게 유지하면서 구름압력을 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 이 때, 제3도(a)의 최상 위치의 점선으로 도시된 바와 같이 버킷치선궤적은 변동하기 쉽다.

이상과 같이, 수직면 각 설정기(41)에 의하여 목표가 되는 버킷치선궤적을 설정하고, 또, 구름압력 설정기(42)에 의하여 목표구름압력(실린더 목표부하압)을 설정하고, 그리고, 우선도 설정기(43)에 의하여 구름압력 제어와, 버킷치선 궤적제어와의 사이에서 우선도(무게)를 설정하면, 그 우선도의 대소에 따라서, 마무리면의 경도와 마무리정밀도를 조정 또는 선택할 수 있다.

그리고, 상기 우선도에 따라서, (반)자동적으로 직선 굴삭제어중의 버킷(15bk)이 상하동작하여서, 구름압력을 제어할 수 있다. 즉 버킷(15bk)은, 마무리면을 따라서 이동하면서, 그 마무리면에 대하여 수직방향으로도 동작하여서 마무리면을 소정의 경도로 전압한다.

다음에, 본 발명의 실시의 다른 형태를 제4도 및 제5도를 참조하면서 설명한다. 제6도는 종래예의 도면이지만, 본 발명의 설명에서도 사용한다.

제4도에 도시된 바와 같이, 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)으로 이루어진 프로트링케이지에, 붐실린더(14bm), 스틱실린더(14st) 및 버킷실린더(14bk)(이하, 이들 실린더를 일괄하여서 단순히 작업기 작동실린더(14)라고 할 경우도 있음)를 부착함으로써, 프론트작업기를 구성한다.

이 프론트작업기를 제어할 때의 중심이 되는 콘트롤러(21)와, 버킷치선의 굴삭방향 목표속도를 지령하는 스틱용 조작레버(33)와, 입력전기신호에 비례하는 파일로트압력을 출력하는 전자비례밸브(35)와, 이 전자비례밸브(35)로부터의 파일로트압력에 의하여 번위제어되는 스풀로 유압원(도시하지 않음)으로부터 각 작업기 작동실린더에 공급되는 유압 및 유량을 제어하는 콘트롤러(36)와, 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 각 회전운동각도를 각각 검출하는 각도 센서(16bm),(16st),(16bk) (이하, 이들 각도센서를 일괄하여서 단순히 각도센서(16)라고 할 경우도 있음)와, 각 각도센서(16)로부터 콘트롤러(21)에 대하여 설치한 피드백루프(18bm),(18st),(18bk),(이하, 이것들을 일괄하여서 단순히 피드백루프(18)라고 할 경우도 있음)에 의하여 위치추종용 피즈백제어계를 구성한다.

품실린더(14bm) 및 스틱실린더(14st)로의 작동유 급배라인(31bm),(31st)에 대하여 각각 부하압 검출수단으로서의 압력센서(32bm),(32st)를 설치하고, 이들 압력센서(32bm),(32st)에 의하여 붐실린더(14bm) 및 스틱실린더(14st)의 실린더부하압을 검출한다.

이 실린더부하압에 실린더 내의 실질적인 수압면적을 곱함으로써 굴삭부하(굴삭력)을 연산할 수 있다.

또한, 수평고르기 작업이나 수직면 정형작업에서는 스틱실린더(14st)에 작용하는 부하변동이 크기 때문에, 이 스틱실린더(14st)에 대한 압력센서(32st)는 필요불가결이지만, 붐실린더(14bm)에 작용하는 부하변동은 적기 때문에, 이 붐실린더(14bm)에 대한 압력센서(32bm)는 없어도 된다.

또, 압력센서(32bm),(32st)로부터 콘트롤러(21)에 걸쳐서, 압력센서(32bm),(32st)에서 검출한 실린더부하압신호를 피드백 및 피드포워드하기 위한 신호라인(71)을 설치한다.

이 신호라인(71)중에, 실린더부하압(굴삭부하)에 따라서 피드백게인 및 피드포워드게인을 각각 증감조정하기 위한 게인조정용 메모리로서의 툭업 이블(72)을 설치한다.

콘트롤러(21)는, 각 작업기 작동실린더(14)를 각각 제어하기 위한 폐루프제어 보상기(52bm),(52st),(52bk) (이하, 이들 보상기를 일괄하여서 단순히 폐루프제어 보상기(52)라고 할 경우도 있음)를 가지며, 각 각도셍서(16)에 의하여 검출되고 피드백된 붐(15bm), 스틱(15st) 및 버킷(15bk)의 각각의 회전운동각도 검출신호에 의하여, 이들 프론트링케이지의 실제위치 및 속도, 그 위에 간접적으로 각 실린더(14)의 작동위치 및 속도를 항상 파악하여, 붐(15bm), 스틱(15st0 및 버킷(15bk)이 조작레버(33)로부터의 위치,속도 지령신호에 추종하도록 전자비례밸브(35)를 개제하여 콘트롤밸브(36)를 피드백제어한다.

즉, 이 콘트롤러(21)의 피드백제어는, 수평고르기 작업이나 수직면 정형작업을 하기 위하여 마이크로컴퓨터에 의하여 연산된 각 실린더 작동용의 목표신호와 상기 피드백신호와의 오차를 없애도록 폐루프제어 보상기(52bm),(52st),(52bk)에 의하여 연산된 신호로 붐용, 스틱용 및 버킷용의 각 전자비례밸브(35)를 전기적으로 제어한다.

이들 전자비례밸브(35)는, 출력한 파일로트압에 의하여 붐용, 스틱용 및 버킷용의 각 콘트롤러밸브(36)를 비례제어함으로써, 각 컨트롤밸브(36)로부터 출력된 작동유압에 의하여 각 작업기 작동실린더(14)를 각각 신축제어하고, 수평고르기 작업이나 도시된 수직면 정형작업에 있어서의 버킷치선의 궤적제어 및 버킷각도의 일정제어를 자동적으로 한다.

제5도는, 콘트롤러(21)의 블록도를 나타내는 것으로서, 상기 스틱용 조작레버(33)와, 제4도에 도시된 수직면 (A)의 정형작업에 있어서의 마무리 수직면 각(θ)을 설정하기 위한 수직면 각 설정기(41)가, 각 작업기 작동실린더(14)의 목표속도를 연산하기 위한 연산기(61)에 접속되어 있다.

그리고, 수직면 각 설정기(41)에 의하여 수직면 (A)의 정형작업에 있어서의 마무리 수직면 각(θ)을 설정하여두면, 스틱용 조작레버(33)를 움직여서 버킷치선의 굴삭방향 목표속도를 지령하는 것만으로, 상기 연산기(61)가 각 작업기 작동실린더(14)의 목표속도를 연산하여 출력한다.

상기 각 실린더 목표속도 연산용의 연산기(61)에 적분기(62)를 접속하고, 연산기(61)로부터 출력된 붐, 스틱 및 버킷의 각 목표속도를, 이 적분기(62)에 의하여 붐, 스틱 및 버킷의 각 목표위치에 변환하여서 출력한다.

이 적분기(62)의 출력라인과, 각 각도센서(16)로부터의 피드백루프(18)를 비교기(64)에 접속하고, 다시 승산기(65)를 개재하여 폐루프제어 보상기(520에 접속한다.

이 폐루프제어 보상기(52)는, 피드백제어계의 제어특성(안정성, 속응성 및 정상편차)을 개선하기 위한 보상회로를 가지고 있으며, 수평고르기 작업이나 수직면 정형작업을 할 때의 각 실린더 작동용의 목표신호(붐, 스틱 및 버킷의 각 목표위치)에, 검출신호(붐, 스틱 및 버킷의 실제위치 및 속도)가 충실하게 추종하도록 필요한 제어특성의 보상을 한다.

또한, 상기 폐루프지어 보상기(52)에 가산기(67) 및 도시되지 않은 증폭기 등을 거쳐서 상기 전자비례밸브(35)의 솔레노이드 등을 접속한다. 또, 상기 연산기(61)의 출력라인과 상기 가산기(67)를, 승산기(68)를 개재시킨 피드포워드루프(69)에 의하여 접속한다.

또, 상기 붐실린더(14bm) 및 스틱실린더(14st)에 대하여 부하압 검출 수단으로서 설치한 상기 압력센서(32bm),(32st)는, 각각이 각 실린더의 늘어남쪽(헤드쪽)에 대하여 설치된 압력센서(32h)와 줄어듬쪽(로드쪽)에 대하여 설치된 압력센서(32r)로 이루어지며, 압력센서(32h)에 의하여 검출한 늘어남쪽 부하압과 압력센서(32r)에 의하여 검출한 줄어듬쪽 부하압과의 차압, 즉 실린더부하압을 검출한다.

이 압력센서(32h),(32r)에 의하여 검출한 실린더부하압의 신호라인(71)은, 도중에서 분기하여, 그 한편을 피드백게인 조정용 신호라인(71a)으로하고, 다른편을 피드포워드게인 조정용 신호라인(71b)으로하여, 이들 각 신호라인(71a),(71b)중에 피드백게인 조정용 메모리로서의 툭업테이블(72a) 및 피드포워드게인 조정용 메모리로서의 툭업테이블(72b)을 각각 설치한다.

이들 압력센서(32h),(32r) 및 툭업테이블(72a)은, 위치추종용 피드백제어계의 게인을 굴삭부에 따라서 조정하기 위한 피드백게인 조정수단을 구성하고, 또, 압력센서(32h),(32r) 및 툭업테이블(72b)은, 피드포워드루프(69)의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하기 위한 포드포워드게인 조정수단을 구성하고 있다.

툭업테이블(72a),(72b)은, 압력센서(32h),(32r)에 의하여 검출된 스틱실린더(14st)등의 실린더부하압(굴삭력)에 따라서 피드백신호의 게인 및 피드포워드신호의 게인을 자동적으로 증감조정하는 것이며, 메모리 내부에 미리 결정된 결정된 실린더부하압과 각 게인과의 사이의 관계가 격납되어 있다.

상기 툭업테이블(72a)을 거친 피드백게인 조정용 신호라인(71a)은 상기 승산기(65)에 접속하고, 또, 상기 툭업테이블(72b)을 거친 피드포워드게인 조정용 신호라인(71b)은 상기 승산기(68)에 접속한다.

그리고, 압력센서(32h),(32r)에 의하여 얻어진 실린더부하압의 변동에 맞추어서, 툭업테이블(72a),(72b)에 의하여 피드백신호의 게인 및 피드포워드신호의 게인을 자동적으로 증감조정하고 굴삭부하(외란)에 대한 스틱실린더(14st)등의 위치추종 정밀도를 향상시키고, 즉 상기 게인의 증대에 따라 페루프제어 보상기(52)에 부가된 적분요소의 기능을 충분히 발휘시키고, 스틱(15st)등을 이동할 때의 목표위치의 대한 실제위치의 편차를 작게하고, 수평고르기 작업이나 도시된 수직면 정형작업에 있어서의 마무리정밀도를 향상시킨다.

예컨대, 반자동 수직면 굴삭중의 스틱 당기기작업에 있어서, 스틱실린더(14st)의 늘어남족(헤드쪽)의 압력이 상승하고, 굴삭부하가 증대하였다고 판단되었을 경우는, 툭업테이블(72a)에 의하여 피드백신호의 게인을, 또 툭업테이블(72b)에 의하여 피드포워드신호의 게인을 각각 자동적으로 증가시킨다.

굴삭부하가 클 때는, 버킷(15k)의 둘레가 토사가 많이 있으며, 프론트링케이지의 감쇄가 크고, 피드백신호의 게인 및 피드포워드신호의 게인을 증대시키더라도 제어계가 불안정하게 되지 않는다.

또, 굴삭부하가 작을 때는, 툭업테이블(72a),(72b)이 피드백신호의 게인 및 피드포워드신호의 게인을 자동적으로 작게하여서, 제어계의 안정서을 증대시킨다.

Claims

작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 건설기계의 작업기 제어방법에 있어서, 작업기 작동실린더에 걸리는 실린더부하압을 검출함으로써 작업기부하를 검출하고, 이 작업기부하에 관계된 피드팩신호에 따라서 위치 추종용 피드백제어계의 목표치를 결정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어방법.
제1항에 있어서, 작업기부하제어의 목표치에, 위치추종제어와의 관계에서 우선도를 설정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 작업기부하로서 구름압력을 검출하고, 작업기 위치를 상하방향으로 제어함으로써 구름압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어방법.
작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 건설기계의 작업기 제어장치에 있어서, 작업기 작동실린더에 걸린 실린더부하압을 검출함으로써 작업기부하를 검출하는 부하압 검출수단과, 이 부하압 검출수단에 의하여 검출한 작업기 부하에 관계된 피드백신호와의 관계에 의하여 위치추종용 피드백제어계의 목표치를 결정하는 작업기부하 설정기를 구비한 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어장치
제4항에 있어서,작업기부하에 관한 목표치입력부에, 위치추종제어와의 사이에서 작업기부하제어의 우선도를 설정하는 우선도 설정기를 설치한 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어장치.
작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 건설기계의 작업기 제어장치에 있어서, 위치추종용 피드백제어계에 설치한 피드포워드루프와, 이 피드포워드루프의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드포워드게인 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어장치.
제6항에 있어서, 피드포워드게인 조정수단은, 작업기 작동실린더의 실린더부하압을 검출하는 압력센서와, 이 압력센서와, 이 압력센서에 의하여 검출도된 실린더부하압과 게인과의 사이의 관계를 결정하는 게인조정용 메모리에 의하여 구성한 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어장치.
작업기 작동실린더의 위치추종용 피드백제어계를 갖춘 건설기계의 작업기 제어장치에 있어서, 위치추종용 피드백제어계에 설치한 피드포워드루프와, 이 피드포워드루프의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드포워드 게인 조정수단과, 위치추종용 피드백제어계의 게인을 굴삭부하에 따라서 조정하는 피드백게인 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어장치.
제8항에 있어서, 피드포워드게인 조정수단 및 피드백게인 조정수단은, 작업기 작동실린더의 실린더부하압을 검출하는 압력센서와, 이 압력센서에 의하여 검출된 실린더부하압과 피드포워드게인 및 피드백게인과의 사이의 관계를 각각 결정하는 게인조정용 메모리에 의하여 구성한 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업기 제어장치.