(57)【要約】【課題】  操作者の操作感覚に合致した制御を行えるようにした作業機械の旋回制御装置を提供する。【解決手段】  操作レバー（９）の操作量に応じた速度に、旋回体を旋回させる電動機（７）を制御する速度制御モードにおいて、電動機の速度がほぼゼロになったとき、操作レバー（９）の操作量に応じた速度と電動機（７）の速度との偏差を比例積分する比例積分調節器（１０）の時定数を時定数変更手段（１１）で大きくする。時定数が大きくされた状態において、操作レバー（９）が操作されたとき、操作レバー（９）の操作前のトルクに、操作後の操作レバー（９）の操作量に応じたトルクを加算した値に、電動機（７）のトルクがなるように、電動機（７）を制御するトルク制御モードに制御部（１９）がする。トルク制御モードにおいて操作レバー（９）が逆転操作されたとき、制御部（１９）が前記速度制御モードに変更する。
2010095585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部と、
前記操作部の操作量に応じた速度に、旋回体を旋回させる電動機を制御する速度制御モードにおいて、前記電動機の速度がほぼゼロになったとき、前記操作部の操作量に応じた速度と前記電動機の速度との偏差を積分する積分器の時定数を大きくする時定数変更器と、
前記時定数が大きくされた状態において、前記操作部が操作されたとき、前記操作部の操作前のトルクに、操作後の前記操作部の操作量に応じたトルクを加算した値に、前記電動機のトルクがなるように、前記電動機を制御するトルク制御モードとする第１のモード変更部と、
前記トルク制御モードにおいて前記操作部が逆転操作されたとき、前記速度制御モードに変更する第２のモード変更部とを、
具備する作業機械の旋回制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械の旋回制御装置において、前記積分器が飽和したとき、前記トルク制御モードとする第３のモード変更部を有する
作業機械の旋回制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の作業機械の旋回制御装置において、
前記トルク制御モードにおいて、前記電動機の速度がほぼゼロの状態で前記操作部の予め定めた時間あたりの操作量が予め定めた基準値よりも大きいとき、前記操作部の操作によって前記前記電動機が発生するトルクを大きくし、前記操作部の前記予め定めた時間あたりの操作量が前記予め定めた基準値よりも小さいとき、前記操作部の操作によって前記前記電動機が発生するトルクを小さくする手段を備えた作業機械の旋回制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の作業機械の旋回制御装置において、
前記速度制御モードにおいて、前記操作部の予め定めた時間あたりの操作速度が予め定めた速度基準値よりも大きいとき、前記操作部の操作による前記電動機の速度を速くし、前記操作部の前記予め定めた時間あたりの操作速度が前記予め定めた速度基準値よりも小さいとき、前記操作部の操作による前記電動機の速度を遅くする手段を備えた作業機械の旋回制御装置。
【請求項５】
操作部の操作量に応じた速度に、旋回体を旋回させる電動機を制御する速度制御モードにおいて、前記電動機の速度がほぼゼロになったとき、前記操作部の操作量に応じた速度と前記電動機の速度との偏差を積分する積分器の時定数を大きくする時定数変更手段と、
前記時定数が大きくされた状態で前記操作部が操作されたとき、前記操作部の操作前のトルクに、操作後の前記操作部の操作量に応じたトルクを加算した値に、前記電動機のトルクがなるように、前記電動機を制御するトルク制御モードとする手段と、
前記トルク制御モードにおいて前記操作部が逆転操作されたとき、前記速度モードに変更する手段とを、
備えた作業機械の旋回制御プログラム。
【請求項６】
請求項５記載の作業機械の旋回制御プログラムにおいて、
前記トルク制御モードにおいて、前記操作部の予め定めた時間あたりの操作量が予め定めた基準値よりも大きいとき、前記操作部の操作によって前記前記電動機が発生するトルクを大きくし、前記操作部の前記予め定めた時間あたりの操作量が前記予め定めた基準値よりも小さいとき、前記操作部の操作によって前記前記電動機が発生するトルクを小さくする手段を備えた作業機械の旋回制御プログラム。
【請求項７】
請求項５記載の作業機械の旋回制御プログラムにおいて、
前記速度制御モードにおいて、前記操作部の予め定めた時間あたりの操作速度が予め定めた速度基準値よりも大きいとき、前記操作部の操作による前記電動機の速度を速くし、前記操作部の前記予め定めた時間あたりの操作速度が前記予め定めた速度基準値よりも小さいとき、前記操作部の操作による前記電動機の速度を遅くする手段を備えた作業機械の旋回制御プログラム。
【請求項８】
作業機械の旋回体を旋回させる電動機と、
操作部と、
前記電動機を制御する制御装置とを、
具備し、前記制御装置は、前記操作部の操作量に応じた速度に前記電動機を制御する速度制御モードにおいて、前記電動機の速度がほぼゼロの状態で前記操作部が操作されたとき、前記操作部の操作前のトルクに、操作後の前記操作部の操作量に応じたトルクを加算した値に、前記電動機のトルクがなるように、前記電動機を制御するトルク制御モードとする手段と、
前記トルク制御モードにおいて前記操作部が逆転操作されたとき、前記速度モードに変更する手段とを、
具備する作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を動力源とする作業機械の旋回制御装置、制御プログラム及び作業機械に関し、特に操作性を改善したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建設作業機械では、動力源として油圧を使用するものがほとんどであった。たとえば、パワーショベルカーでは、エンジンによって油圧ポンプを駆動する。この油圧ポンプからの油圧によって駆動される油圧走行モータで無限軌道を回転走行させる。油圧ポンプからの油圧によって駆動される油圧旋回モータによって旋回体の旋回作業を行う。バケットの開閉やアームの伸縮も油圧ポンプからの油圧が供給される油圧シリンダによって行う。しかし、一般に、油圧を使用する油圧機器は、入力のエネルギーに対する仕事量の効率が５０％程度である。さらに油圧機器は、回転動作に対して制動するときに、エネルギーを戻すことができず、圧力をリリーフ弁で開放して、熱に変換して捨てている。こうした背景から、近年、エンジンの燃費向上を行い、温室効果ガスの排出低減、運転コストの低減をめざしたハイブリッド建機の開発が盛んになってきた。【０００３】
ハイブリッド建機では、エンジンによって発電機を駆動し、その電力で、電動油圧ポンプを駆動したり、旋回体を電動モータで駆動したりすることにより、エンジンを最も効率の良い運転域の一定回転数で回転させて、これによって生じた余剰エネルギーを蓄電して必要時に使用するなど、システム全体でエネルギー効率を向上させる工夫が行われている。特に旋回作業においては旋回体の旋回、停止動作が頻繁に行われるので、油圧モータよりも高効率で、かつ制動時に発電回生によるエネルギー回生が行われ、この回生されたエネルギーの再利用が可能な電動旋回システムを用いる例が多い。【０００４】
従来の油圧旋回モータでは、操作者は油圧旋回モータ付属の油圧バルブの開度を指示するレバーを直接操作するので、レバー全開時に油圧旋回モータへの圧力が最大となり、最大加速度でかつ最大圧力（＝最大トルク）が得られる。たとえば、旋回アームの先端のバケットが土壁に押し当てられて停止したとしても、そのとき発生した余剰圧力は油圧旋回モータ付属のリリーフバルブから開放されるので、油圧によりかけられる圧力がそのまま土壁への押し当て力として維持され、レバーを戻した場合には油圧旋回モータへの圧力が減少する。従って、感覚的に操作上の違和感はないものと思われる。【０００５】
しかし、電動機によって旋回制御を行う場合、一般的な電動機制御システムでは、速度目標値が入力され、速度実際値と速度目標値との偏差があれば、その偏差に応じて電動機へのトルク目標値が発生し、そのトルク目標値に応じたトルクを発生するように加速され、速度目標値と速度実際値が一致した時点で定トルク加速となる。作業機械に電動機制御システムを適用し、土壁等へバケットの衝突や押し当て作業を行った場合、旋回体の速度実際値がゼロになり、速度実際値と速度目標値との差が急激に上昇する。一般的な制御システムでは、速度偏差をＰＩ調節器で比例積分するが、その出力すなわちトルク目標値は、ＰＩ調節器の積分時定数に従って飽和する。トルク目標値が飽和したとき、その飽和トルク（最大トルク）で押し当て作業を継続する限り問題はないが、操作レバーを戻す操作を行っても、速度実際値がゼロであるので、ＰＩ調節器は積分動作を続け、トルク目標値は飽和したままとなる。言い換えれば、いったん押し当て作業に入ってトルクが飽和してしまえば、操作レバーを逆転までもどしてＰＩ調節器入力を逆転させて負の積分動作を起こさせなければ、トルク目標値を小さくすることができず、レバー操作はＯＮ／ＯＦＦ制御のようになり、操作レバーの操作によって押し当てトルクを制御することは不可能となる。【０００６】
特許文献１によれば、操作レバーの操作量によって速度偏差を求め、この速度偏差によって減速トルクを制御している。具体的には、操作量が最大のときには最大加速トルクを発生させ、操作レバーの位置が中立すなわち速度指令ゼロまたは近傍で最大の制動トルクを発生させるようにしている。また操作量に応じて加速トルクや制動トルクの大きさを制御するようにしている。特許文献２によれば、押し付け作業時に操作量に応じて、速度制御に代えてトルク制御あるいはトルク制限を加えている。特許文献３では、操作量から速度目標値とトルク制限値を演算している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０１０７８３号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８３９８号公報
【特許文献３】特開２００６−１１２１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術によれば、速度偏差の関数としてトルク最大値を決めており、最大加速で土壁への押し当て状態になるとトルクは飽和し、操作レバー戻し操作をして速度偏差が小さくなっても、かなりの戻し操作をしなければトルク減少にならず、操作レバーを多少戻した操作ではトルク飽和のままが持続し、操作者の操作感覚に合致しない。特許文献２の技術によれば、操作レバーの中立位置近傍や途中で押し付け状態になってしまった場合、その位置から操作レバーを操作した量がトルクとして付加されるが、これでは操作レバーの上限で押し付けになったとき、操作量を加えることができないし、操作レバーの中立位置近傍で押し付けになった場合、大きな操作量すなわちトルクを加えることができ、操作レバー位置に対するトルクの絶対量が感覚的に一致しない問題がある。特許文献３の技術によれば、操作量によってトルク限界値が演算されても、押し付け作業で停止した場合、あらかじめ設定されたトルク限界値でしか駆動できない。戻し操作を行った場合、戻し操作量が適切に反映されるようになっていない。【０００９】
本発明は、操作者の操作感覚に合致した制御を行えるようにした作業機械の旋回制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の作業機械の旋回制御装置は、操作部を有している。操作部は、例えば中立位置から正転方向と逆転方向とにそれぞれ操作可能であり、正転方向及び逆転方向への中立位置から操作量を表す操作信号を出力可能なものである。前記操作部の操作量に応じた速度に、旋回体を旋回させる電動機を制御する速度制御モードにおいて、前記電動機の速度がほぼゼロになったとき、前記操作部の操作量に応じた速度と前記電動機の速度との偏差を積分する積分器の時定数を大きくする時定数変更器と、前記時定数が大きくされた状態において、前記操作部が操作されたとき、前記操作部の操作前のトルクに、操作後の前記操作部の操作量に応じたトルクを加算した値に、前記電動機のトルクがなるように、前記電動機を制御するトルク制御モードとする第１のモード変更部と、前記トルク制御モードにおいて前記操作部が逆転操作されたとき、前記速度制御モードに変更する第２のモード変更部とが、設けられている。【００１１】
このように構成された作業機械の旋回制御装置では、速度制御モードにおいて、旋回体が固定物、例えば土壁に接触して、その速度がほぼゼロになったとき、積分器の時定数が大きくされる。従って、操作部が現在の操作量を維持していても、積分器の出力は増加していくので、電動機のトルクが大きくなり、土壁を破壊することができる。もし破壊することができずに、作業員が追加して操作部の操作を行うと、トルク制御モードに変更される。しかも、操作部の操作前のトルクに、操作後の操作部の操作量に応じたトルクを加算した値に、前記電動機のトルクがなるように電動機を制御するので、操作部を例えば中立位置側にわずかでも戻すように操作した場合、電動機のトルクは小さく制御され、トルクは弱くなる。トルク制御モードに変更していない状態で、操作部を戻しても、中立位置まで戻さない限り、操作部の操作量に応じた速度と電動機の速度との偏差は大きな値であり、これが積分器に供給されているので、積分器の出力はゼロにならず、電動機の速度は変化せず、作業員は戸惑うことになる。しかし、トルク制御を行うことによって、このような問題は生じない。【００１２】
前記積分器が飽和したとき、前記トルク制御モードとする第３のモード変更部を設けることもできる。上述したように操作部を戻す前に積分手段が飽和したとき、速度制御モードのままでは、操作部を中立位置側から逆転方向側まで操作しない限り、電動機の速度は遅くならない。しかし、トルク制御モードにすることによって、上述したように操作部を戻すと電動機の速度が遅くなり、作業員が戸惑うことを防止できる。【００１３】
トルク制御モードにおいて、前記電動機の速度がほぼゼロの状態で前記操作部の予め定めた時間あたりの操作量が予め定めた基準値よりも大きいとき、前記操作部の操作によって前記前記電動機が発生するトルクを大きくし、前記操作部の前記予め定めた時間あたりの操作量が前記予め定めた基準値よりも小さいとき、前記操作部の操作によって前記電動機が発生するトルクを小さくする手段を設けることもできる。【００１４】
このように構成すると、電動機の速度がほぼゼロの状態において予め定めた時間あたりの操作部の操作量が多いということは、電動機が発生しているトルクが小さくて土壁のような固定物をなかなか破壊することができていないと作業員が感じていると考えられる。従って、電動機が発生するトルクを大きくしている。また電動機の速度がほぼゼロの状態において予め定めた時間あたりの操作部の操作量が少ないということは、電動機が発生しているトルクが大きすぎると作業員が感じていると考えられる。従って、トルクを小さくしている。このように制御することによって、作業員が操作したい意図にマッチした制御を行うことができる。【００１５】
前記速度制御モードにおいて、前記操作部の予め定めた時間あたりの操作速度が予め定めた速度基準値よりも大きいとき、前記操作部の操作による前記電動機の速度を速くし、前記操作部の前記予め定めた時間あたりの操作速度が前記予め定めた速度基準値よりも小さいとき、前記操作部の操作による前記電動機の速度を遅くする手段を設けることもできる。【００１６】
このように構成すると、速度制御モードにおいて予め定めた時間あたりの操作部の操作量が多いということは、電動機の速度が遅いと作業員が感じていると考えられるので、電動機の速度を速くしている。また予め定めた時間あたりの操作部の操作量が少ないということは、電動機の速度が速いと作業員が感じていると思われるので、電動機の速度を遅くしている。このようにすることによって、作業員が操作したい意図にマッチした制御を行うことができる。【００１７】
本願発明の他の態様は、上記と同様な構成の作業機械の旋回制御プログラムと作業機械であるので、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１実施形態の作業機械の旋回制御装置のブロック線図である。
【図２】図１の作業機械の旋回制御装置の動作タイミングチャートその１
【図３】図１の作業機械の旋回制御装置の動作タイミングチャートその２
【図４】図１の作業機械の旋回制御装置の動作タイミングチャートその１
【図５】図１の作業機械の旋回制御装置の操作レバー操作量と速度・トルク目標値の関係を示す図である。
【図６】図１の作業機械の旋回制御装置の制御フローチャートの一部を示す図である。
【図７】図１の作業機械の旋回制御装置の制御フローチャートの他の部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に本発明の１実施形態の建設作業機械（図示せず）の旋回制御装置のブロック線図を示す。建設作業機械に搭載されたエンジン１が発電機２を回転させ、発電機２と同軸に直結された機械負荷３、例えば油圧ポンプも駆動する。発電機２が発生する交流電圧は、コンバータ４によって直流化され、平滑コンデンサ５によって平滑され、インバータ６で交流化され、図示していない旋回体、例えばアームの旋回用の電動機７に供給される。
【００２０】
電動機７は、例えばＰＭＳＭ（永久磁石型同期電動機）であり、その制御は、この実施形態では、一般的なベクトル制御システムで行われている。このベクトル制御システムでは、インバータ６の出力電流である３相電流が検出器２２ａ、２２ｂ、２２ｃによって検出される。検出された３相電流は３相２相変換器１６で固定子座標系の２相電流に変換される。その後、変換された２相電流は、電動機７の磁極位置を検出する位置センサ８の出力に基づいて、ベクトルアナライザ１４によって回転子座標系の励磁電流Ｉｄと、磁極軸に直交するトルク電流Iｑとに分離される。励磁電流Ｉｄ及びトルク電流Ｉｑそれぞれに対して目標値制御信号が積分調節器１２ａ、１２ｂによって生成される。これらがベクトル合成器１３で合成され、２相３相変換器１５、電流調整器１７及びパルス分配器２１を介してインバータ６に供給され、インバータ６を制御する。その結果、電動機７のトルクが調整される。これは一般的なベクトル制御方式であり、詳細の説明は行わない。電動機７の出力電流は、３相全てを検出したが、２相のみを検出し、これらを基に３相の出力電流を演算で求めることも可能である。
【００２１】
なお、励磁電流ＩｄはＰＭＳＭでは通常ゼロに目標設定がされ、速度に応じて弱め界磁を行う場合は、弱め界磁磁束演算器２３によって速度対磁束パターンがつくられ、励磁電流Ｉｄのゼロ目標値から差し引かれる。本発明ではこの弱め界磁部分は無関係である。
【００２２】
本発明の主たる部分は、トルク電流Ｉｑの目標値制御に関する。ここで、操作部、例えば操作レバー９は、作業機械の旋回における、旋回アーム等の正転逆転の速度を指示して旋回アーム等を作動させるものである。操作レバー９は、ジョイスティックのように電気信号等によって操作量を表し、その操作量が操作方向も含めて速度目標値Ｎ＊として出力される。速度目標値Ｎ＊から速度演算器２４の出力である速度実際値Ｎが減算器１０ａで差し引かれ、速度偏差ΔＮとなって、積分器、例えば比例積分調節器１０に入力される。速度演算器２４は、位置センサ８の出力である角度θを時間微分して、速度実際値Ｎを算出する。よく用いられるフィードバック制御動作と同様に、速度偏差が大きければ、偏差がゼロになるように比例積分調節器１０から比例積分出力が出力され、これがトルク電流演算器１１によって電動機７のトルク電流目標値Ｉｑ＊に変換される。このトルク電流目標値Ｉｑ＊と、ベクトルアナライザ１４からのトルク電流Ｉｑとの偏差が減算器１１ａで算出され、その偏差が積分調整器１２ａに供給される。これによって上述したように電動機７はトルクを発生して目標速度に到達しようとする。
【００２３】
前記のように制御系のおもな構成を述べたが、本発明を実現するため、速度演算器２４の出力側には、旋回アームの速度がほぼゼロであるか判定するための速度しきい値設定器２９と、速度しきい値設定器２９の速度しきい値に基づいて旋回アームの速度がほぼゼロであるか検出するゼロ速度検出器３０とが接続されている。ゼロ速度検出器３０の出力が、第１乃至第３のモード変更部、例えば制御部１９に供給されている。一方、操作レバー９が正転と逆転の中間地点で静止しているとき、指示を出す中立点検出器２５と、操作レバー９が今までと逆方向に操作されたことを検出する逆動作検出器２６とが操作レバー９に接続されている。これらの出力も制御部１９に供給されている。操作レバー９の出力から操作レバー９が今までの操作方向から中立位置側に戻されたか判定する戻し判定器３４の出力も、制御部１９に供給されている。比例積分調節器１０の出力の飽和を検出する飽和検出器３５の出力も制御部１９に供給されている。
【００２４】
操作レバー９の出力には操作レバー移動量検出器２７が接続されている。操作レバー移動量検出器２７は、操作レバー９が、或る位置に操作されているとき、その位置からの移動量を検出する。この操作レバー移動量検出器２７の出力に、ホールド回路３２ｂの出力が加算される。ホールド回路３２ｂは、後述するように旋回アームの速度がほぼゼロと判定されたときの速度目標値Ｎ＊をホールドしている。操作レバー移動力検出器２７の出力とホールド回路３２ｂのホールド値との加算器２７ａによる加算値は、操作レバー移動量トルク換算器２８によってトルクに換算される。このトルク換算器２８の出力は、トルク目標値接続スイッチ３３ｂを介してトルク電流演算器１１の入力側に供給されている。トルク目標値接続スイッチ３３ｂは、制御部１９によって開閉制御される。トルク電流演算器１１の入力側には、比例積分調節器１０の出力をホールドしたホールド回路３２ａの出力も供給される。
【００２５】
制御部１９は、ホールド回路３２ａにホールド信号を供給し、速度目標値Ｎ＊をホールドするホールド回路３２ｂにホールド信号を供給する。また、制御部１９は、トルク目標値接続スイッチ３３ｂの開閉制御を行う。また、比例積分調節器１０に接続されている時定数変更手段３１の制御も制御部１９が行う。
【００２６】
次に本発明の動作を図２乃至図４に従って説明する。図２は、上から速度目標値Ｎ＊、操作レバー９の戻し検出信号（戻し判定器３４の出力）、操作レバー９の逆転検出信号（逆動作検出器２６の出力）、速度実際値Ｎ、比例積分調節器１０の時定数の大小、制御モードの切替、速度偏差ΔＮ、トルク目標値Ｔ＊、を、それぞれ時間軸を横軸にして表示している。
【００２７】
図２は、旋回作業中に押し当て作業が生じ、押し当て力を弱めるために操作レバー９をもどし、その後押し当て操作を止めるため操作レバー９を逆転にしたときのタイミングチャートを示している。Ｎ＊は操作レバーの操作量とほぼ同じと見なすことが可能で、この例では簡単のため操作レバー量と速度目標値は、リニアな関係としてある。ｔ＝０から操作レバー９を操作して、正転回転させると、速度目標値Ｎ＊が増加して、速度実際値Ｎはやや遅れて立ち上がり、起動時のみ速度偏差ΔＮとトルク目標値Ｔ＊は大きくなり、一定速度では、トルク目標値Ｔ＊は一定となり、定トルクとなる。
【００２８】
ｔ＝ｔ１で旋回ショベルが土壁などにあたり押し当て作業となったとき、速度実際値Ｎはゼロに近づいて、速度偏差ΔＮが増加するので、トルク目標値Ｔ＊は比例分と積分により増加を始める。ゼロ速度検出に従って制御部１９が時定数変更器３１を制御して、比例積分調節器１０の積分時間を長くする。ゼロ速度状態で、操作レバー９を維持すると比例積分調節器１０でトルクが積分され増加するため、この時定数はかなり長く設定するかあるいは図示していないが一定値でホールドとする。ゼロ速度が検出されたとき、制御部１９は、ホールド回路３２ｂにホールド信号を供給して、そのときの速度目標値Ｎ＊をホールドしている。
【００２９】
ｔ＝ｔ３において、押し当て作業のまま少し操作レバー９を戻すと、戻し判定器３４により戻し検出信号が出力され、制御部１９からのホールド信号により、比例積分調節器１０の出力は、ホールド回路３２ａで保持される。このとき、操作レバー移動量演算器２７で演算された操作レバー９を新たに操作させた量が、ホールド回路３２ｂの出力（ゼロ速度になったときのＮ＊）に加算され、この加算値が操作レバー移動量トルク換算器２８でトルクに換算され、制御部１９によってｔ＝ｔ３において閉じられたトルク目標値接続スイッチ３３ｂを介して、ホールド回路３２ａの出力に加えられる。これによって、トルク制御モードになる。このときトルク目標値Ｔ＊の値が、操作レバー９が戻されたことにより、小さくなる。速度制御モードのままでは、操作レバー９を戻しても、ΔＮの値が大きいので、比例積分器１０の出力は低下せず、速度は低下しないが、トルク制御モードでは低下している。
【００３０】
次にｔ＝ｔ４で操作レバー９を、中立位置を超えて逆転まで移動させた場合、制御部１９により、トルク目標値接続スイッチ３３ｂが開かれ、トルク制御モードは解除され、速度制御モードとなる。なお、この場合、ホールド回路３２ａのホールドは制御部１９によって解除される。トルク目標値接続スイッチ３３ｂが開放されるので、トルク目標値Ｔ＊は、操作レバー９の位置による速度目標値Ｎ＊と速度実際値Ｎとの差による速度偏差ΔＮを比例積分した値となる。ここでトルク目標値は最初に速度目標値が入力されて積分を開始するように、比例積分調節器１０はリセットされる。もし、解除しなければ以前のトルク制御の時の操作レバー量で積分された値に急激に変化するからである。そのような処理は、制御部１９から行われている。
【００３１】
図３は、図２とほぼ同じ動作を示すが、押し当て作業になった後、ｔ＝ｔ２でトルクが飽和したときに、飽和検出器３５の出力に基づいて、制御部１９がトルク目標値接続スイッチ３３ｂを閉じて、速度制御をトルク制御に切り替える。その後、操作レバー９を戻す動作を行った場合、操作量を操作レバー移動量演算器２７で求め、操作レバー移動量トルク換算器２８でトルクに換算して、トルク電流演算器１１の手前で比例積分調整器１０の出力と加算される。速度制御モードでは、比例積分器１０が飽和している場合、操作レバー１０を、中立位置を超えて逆転方向にまで戻さない限り、速度を低下させることができない。しかし、比例積分器１０が飽和した時点でトルク制御モードとしているので、操作レバー９を中立位置方向に戻すだけで（逆転方向まで戻さなくても）電動機の速度を低下させることができる。操作レバー９が中立点を越えて逆転側に移動した場合は、中立点検出器２５の出力と逆動作検出器２６の出力に基づいて、図２の例と同様に、制御部１９によってトルク目標値接続スイッチ３３ｂが開かれ、ただちに速度制御モードに切り替えられる。
【００３２】
図４は、押し当て作業となった後、トルクが飽和してトルク制御モードとなってその後押し当て作業の土砂や土壁などの障害が取り除かれて、実速度が発生した場合の動作を示している。速度実際値がｔ＝ｔ５でゼロ速度判定のスレシホールド値を超えた場合、ゼロ速度検出器３０の出力に基づいて、制御部１９が、トルク制御モードのあらゆる制約を解除してトルク目標値接続スイッチ３３ｂを開いて、ただちに速度制御モードに切り替わる。ただし、比例積分調節器１０は、リセットされず、直前の比例積分調整器１０の出力に基づくトルクから速度制御が行われる。これは、押し当て作業が急に解除され、トルク加速による暴走で速度制御ができなくなることを防止するためである。
【００３３】
図５は、図１の構成で図２のタイミングチャート動作時の状態変化図であり、横軸にレバー操作量を示し、縦軸に、速度目標値とトルク目標値をとったもので、図中、ｔ＝０からｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２、ｔ＝ｔ３  と推移するときの速度目標値とトルク目標値を示している。図中、ｔ＝０から速度制御動作でスタートし、ｔ＝ｔ１までは速度制御モードで破線で示すように加速動作を行う。ｔ＝ｔ１で押し当て動作となると、速度制御モードがはずれて、実線矢印で示すトルク目標値での動作に移行する。そこからはトルク制御モードとなり、ｔ＝ｔ２でトルク飽和に至るまで積分動作によりトルクは増加し、ｔ＝ｔ２から操作レバーをもどすと、操作量のもどりに応じてトルクは減算されて、ｔ＝ｔ３のポジションへ移行する。ｔ＝ｔ４で、操作レバーを逆転まで移動した場合、ゼロ速度を検知すると、ただちに速度制御に移行して、左側の座標に移行し、負の速度制御すなわち逆転モードとなる。図５では、操作レバー操作量に対して速度目標値やトルク目標値を、直線的に表示してあるが、これは例えば２次曲線状であってもかまわず、操作と速度に関する操作感覚にあわせたものであって良い。
【００３４】
図６は、主に制御部１９の動作をフローチャートを示したもので、旋回装置の起動が開始され（ステップＳ２）、操作レバー９の操作によって旋回が開始される（ステップＳ４）。このときは、速度制御モードである。
【００３５】
次に、実速度ありの状態からゼロ速度になったかどうかの判断が制御部１９で行われる（ステップＳ６）。この判断は、例えばゼロ速度検出器３０がゼロ速度を検出しているか否か判定することで行われる。この判断の答えがノーの場合には、再びステップＳ６から繰り返す。この判断の答えがイエスの場合、操作レバー９が中立点に位置していないか制御部１９が判断する（ステップＳ８）。この判断は、操作レバー９が中立点に位置していることを中立点検出器２５が表しているか判断することによって行われる。この判断の答えがノーの場合には、ステップＳ６から再び実行する。この判断の答えがイエスであると、中立点でもなく実速度からゼロ速度になっているので、押し当て作業が行われて速度がゼロになっていると判断できる。従って、比例積分調節器１０の積分時間を長くする動作を行う（ステップＳ１０）。なお、同時に、ステップＳ１０においてホールド回路３２ｂに速度ゼロ時の速度目標値Ｎ＊をホールドさせる。
【００３６】
ステップＳ１０に続いて、操作レバー９の戻し操作が行われているか制御部１９で判定する（ステップＳ１２）。この判定は、戻し判定器３４が戻し操作を検出しているか否か判断することによって行われる。この判断の答えがイエスの場合、即ち戻しがあれば、ホールド回路３２ａにホールド信号を供給して、元のトルク目標値（比例積分器１０の出力）をホールド回路３２ａにホールドするとともに、トルク目標値接続スイッチ３３を閉じる（ステップＳ１４）。ホールド回路３２ｂの出力（ゼロ速度時の操作レバー９の操作量）に、操作レバー移動量演算器２７によって演算された操作レバー移動量が加算されて、これが操作レバー移動量トルク換算器２８によってトルクに換算されて出力されているので、これがトルク目標値接続スイッチ３３を閉じることによって、トルク目標値に加えられる。これによって、操作レバー９が戻されたならトルクは減少し、逆に操作レバー９を押し込んだならば、トルクは増加するようにトルク制御が行われる。
【００３７】
ステップＳ１２の判断の答えがノーの場合、トルク飽和が生じているか判断する（ステップＳ１６）。この判断は、飽和検出器３５が飽和を検出しているか判断することによって行われる。この判断の答えがイエスの場合にも、ステップＳ１４が実行され、トルク制御が行われる。
【００３８】
ステップＳ１６の判断の答えがノーの場合、或いはステップＳ１４が実行された後、逆転操作が生じたか判断する（ステップＳ１８）。この判断は、逆動作検出器２６が逆動作検出信号を出力しているか判断することによって行われる。即ち、速度制御モードにもどすかどうかを判定している。この判断の答えがイエスの場合、速度制御モードに戻すため、トルク目標値接続スイッチ３３を開く（ステップＳ２０）。
【００３９】
ステップＳ１８の判断の答えがノーの場合、またはステップＳ２０に続いて、実速度が発生したか判定する（ステップＳ２２）。これは、ゼロ速度検出器３０がゼロ速度を検出しなくなっているか判断することによって行われる。この判断の答えがイエスの場合、土壁がなくなるなど押し当て作業が急激になくなったことを表し、比例積分調節器１０のホールドを解除して直前のトルク目標値を採用して、そこから速度制御モードに移行する（ステップＳ２４）。ステップＳ２２の判断の答えがノーの場合、或いはステップＳ２４の実行後に、再びステップＳ６から実行して、この判定ループを繰り返す。
【００４０】
図７は、予め定めた時間が経過するごとに行われる処理で、旋回が停止して押し当て作業と判断される場合に、決められた時間内に操作者がレバーを大きく速く操作する頻度が高い場合には、より強い押し当てトルクを必要としていると判断して、電動機のトルク電流を制御する調節器のゲインを高くする。旋回停止ではなく回転操作を行っているときに操作者が操作レバーを大きく速く操作する頻度が高い場合は、より速い速度を必要としていると判断して、電動機の速度を制御する調節器のゲインを高くする。
【００４１】
まず、速度がゼロであるか判断する（ステップＳ３０）。この判断の答えがイエスの場合、押し当て作業であると認識する（ステップＳ３２）。そして押し当て作業において操作レバー９が操作されると（ステップＳ３４）、そのレバー操作量を検出し（ステップＳ３６）、時間あたりのレバー操作量が予め定めた基準よりも大きいか判断する（ステップＳ３８）。この判断の答えがイエスの場合、押し当て力を強くする必要があるので、トルク電流ゲインを大きくする（ステップＳ４０）。例えば積分調整器１２ａの時定数を大きくする。またステップＳ３８の判断の答えがノーの場合、時間あたりのレバー操作量が予め定めた基準よりも小さいか判断する（ステップＳ４２）。この判断の答えがイエスの場合、押し当て力を弱くする必要があるので、トルク電流ゲインを小さくする（ステップＳ４４）。ステップＳ４０またはステップＳ４４に続いて、或いはステップＳ４２の判断の答えがノーの場合、予め定めた時間の経過を待って（ステップＳ４６）、再びステップＳ３０から実行する。
【００４２】
ステップＳ３０の判断の答えがノーの場合、通常の旋回動作と認識し（ステップＳ４８）、通常の旋回動作で操作レバー９が操作されると（ステップＳ５０）、そのレバー操作量が検出され（ステップＳ５２）、時間あたりの操作速度が予め定めた基準よりも速いか判断し（ステップＳ５４）、この判断の答えがイエスの場合、速度を速くする必要があるので速度ゲインを大きくする（ステップＳ５６）。例えば比例積分調整器１０の時定数を小さくする。ステップＳ５４の判断の答えがノーの場合、時間あたりの操作速度が予め定めた基準よりも遅いか判断し（ステップＳ５８）、その判断の答えがイエスの場合、速度を遅くする必要があるので速度ゲインを小さくする（ステップＳ６０）。例えば比例積分器１０の時定数を大きくする。ステップＳ５６またはステップＳ６０に続いて、或いはステップＳ５８の判断の答えがノーの場合、予め定めた時間の経過を待って（ステップＳ６２）、再びステップＳ３０から実行する。
【００４３】
図１の実施形態では、旋回制御装置を各種機器によって構成したが、エンジン１、発電機２、コンバータ４、コンデンサ５、インバータ６、電動機７、位置センサ８、電流調整器１７、操作レバー９、中立点検出器２５を除く各機器は、マイクロコンピュータの制御プログラムによって実行することができる。
【図１】
2010095585.tif 000003
【図２】
2010095585.tif 000004
【図３】
2010095585.tif 000005
【図４】
2010095585.tif 000006
【図５】
2010095585.tif 000007
【図６】
2010095585.tif 000008
【図７】
2010095585.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月26日(2012.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
作業機械の旋回体を旋回させる電動機と、
操作部と、
前記電動機を制御する制御装置とを、
具備し、前記制御装置は、前記操作部の操作量に応じた速度に前記電動機を制御する速度制御モードにおいて、前記電動機の速度がほぼゼロの状態であり、かつ前記操作部の操作量に応じた速度と前記電動機の速度との偏差を積分する積分器の時定数が大きくされた状態で、前記操作部が操作されたとき、前記操作部の操作前のトルクに、操作後の前記操作部の操作量に応じたトルクを加算した値に、前記電動機のトルクがなるように、前記電動機を制御するトルク制御モードとする手段と、
前記トルク制御モードにおいて前記操作部が逆転操作されたとき、前記速度制御モードに変更する手段とを、
具備する作業機械。
【国際調査報告】
2010095585.tif 000010
2010095585.tif 000011
2010095585.tif 000012