(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部旋回体を旋回させる旋回用電気モータ及び旋回制御ユニットを含んでなる建設機械の旋回制御システムにおいて、
前記旋回制御ユニットは、
サンプリング時間に油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度の応答データを貯蔵しているメモリユニットと、
旋回操作のための操作レバーの操作信号に応じる基準旋回速度及び最大加速度を算出する基準速度算出手段と、
前記基準旋回速度と現在フィードバックを受けた前記電気モータによる実旋回速度との速度差から第１の速度変化量を算出し、前記サンプリング時間に対する速度の変化量を第２の速度変化量に算出して、前記第１の速度変化量と第２の速度変化量とを比較して小さい方の値を、前記フィードバックを受けた実旋回速度に足して、前記操作信号による旋回速度を決定する旋回速度決定手段と、
前記決定された旋回速度に対する制御信号を生成し、前記電気モータの出力トルクを制御する出力トルク制御手段とを含み、
前記旋回制御ユニットの基準速度算出手段は、前記メモリユニットに貯蔵された前記基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出することを特徴とする、電気モータを用いた建設機械の旋回制御システム。
【請求項２】
前記基準速度算出手段は、前記操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する場合、絶対値として予め設定された上限範囲内に制限して算出し、
前記予め設定された上限は、油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧による旋回速度及び最大加速度の最大値であることを特徴とする、請求項１に記載の電気モータを用いた建設機械の旋回制御システム。
【請求項３】
前記基準速度算出手段は、前記操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出し、算出された基準旋回速度と最大加速度のそれぞれに建設機械のエンジンモードによる速度及び加速度補正値をそれぞれ適用し、基準旋回速度及び最大加速度を修正し、修正された基準旋回速度及び最大加速度を前記旋回速度決定手段に伝送することを特徴とする、請求項１に記載の電気モータを用いた建設機械の旋回制御システム。
【請求項４】
前記基準速度算出手段は、前記操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧を算出し、前記メモリユニットに貯蔵されている前記基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記算出されたパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の電気モータを用いた建設機械の旋回制御システム。
【請求項５】
前記旋回速度決定手段は、前記操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧が、予め設定された設定値以下の場合、前記第１の速度変化量と第２の速度変化量とを比較することなく、前記第１の速度変化量を、前記フィードバックを受けた実旋回速度に足して、前記操作信号による旋回速度を決定することを特徴とする、請求項４に記載の電気モータを用いた建設機械の旋回制御システム。
【請求項６】
旋回用電気モータを用いて上部旋回体を旋回させる建設機械の旋回制御方法において、
旋回操作のための操作レバーの操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出し、前記操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧を算出するパイロット信号圧算出過程と、サンプリング時間に油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記算出されたパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度を算出する基準旋回速度算出過程とを含む基準速度算出段階と、
前記電気モータによる実旋回速度のフィードバックを受け、現在フィードバックを受けた前記実旋回速度と前記基準旋回速度との速度差から第１の速度変化量を算出し、且つ、前記サンプリング時間に対する速度変化量を第２の速度変化量に算出する速度変化量算出段階と、
前記第１の速度変化量と第２の速度変化量を比較し、小さい方の値を前記フィードバックを受けた実旋回速度に足して、前記操作信号に応じる旋回速度を決定する旋回速度決定段階と、
前記決定された旋回速度に対する制御信号を生成し、前記電気モータの出力トルクを制御する出力トルク制御段階とを含んでなることを特徴とする、電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法。
【請求項７】
前記基準速度算出段階では、前記操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する場合、絶対値として予め設定された上限範囲内に制限して算出し、
前記予め設定された上限は、油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧による旋回速度及び最大加速度の最大値であることを特徴とする、請求項６に記載の電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法。
【請求項８】
前記基準速度算出段階では、前記操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出し、算出された基準旋回速度と最大加速度のそれぞれに建設機械のエンジンモードによる速度及び加速度の補正値をそれぞれ適用し、基準旋回速度及び最大加速度を修正し、
前記速度変化量算出段階では、前記修正された基準旋回速度及び最大加速度から第１の速度変化量及び第２の速度変化量を算出することを特徴とする、請求項６に記載の電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法。
【請求項９】
前記パイロット信号圧算出過程で算出されたパイロット信号圧が予め設定された設定値以下である場合、
前記速度変化量算出段階では、前記第１の速度変化量を算出し、
前記旋回速度決定段階では、前記第１の速度変化量と第２の速度変化量とを比較することなく、前記第１の速度変化量を、前記フィードバックを受けた実旋回速度に足して、前記操作信号による旋回速度を決定することを特徴とする、請求項６に記載の電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータを用いた建設機械の旋回制御システム及び方法に関する。詳細には建設機械、特に、油圧掘削機の上部旋回体の回転に用いられる油圧モータに代えて、既存の油圧システムと類似の出力特性を呈する電気モータを用いた建設機械の旋回制御システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の上部旋回体を含む建設機械、特に油圧掘削機の上部旋回体の回転は、油圧モータにより行われる。油圧モータは、高トルクの出力が可能であり、制御が比較的に簡単な油圧システムの特性を有している。油圧システムの高トルクの出力を他のアクチュエータに代えることが難しく、その他の建設機械などに主に使用してきた。油圧モータを用いた油圧駆動システムでは、油圧ポンプからの吐出しを制御する制御弁における抵抗と配管における圧力損失、そして油圧回路に残りの油量発生などに起因してエネルギーの効率性が低くなり、旋回後に停止する時、ブレーキエネルギーが熱エネルギーに消耗し、これもやはり油圧モータの効率性を低下させる原因となる。
【０００３】
そのため、エネルギーの効率性を高める方法として、電気モータをアクチュエータに用いることが知られている。油圧システムより電気システムのほうが、効率性の点で、極めて優れている。しかし、建設機械の旋回モータとして電気モータを用いた場合、エネルギーの効率性は向上するが、しかし、レバー操作に対する電気モータの応答性は、油圧駆動システムに比べて非常に敏感である。このように電気モータの応答性が過度に敏感になるときがあり、油圧駆動方式よりも操作性が悪くなる問題点があった。
【０００４】
前記した問題点等を解決するために、油圧モータの代わりに電気旋回モータを適用したものがある（特許文献１）。
【０００５】
この従来技術は、掘削機の油圧システムのエミュレーションモデルから複雑な支配方程式を導き出し、リアルタイムの演算を通じて制御するようになっているので、複雑な計算により制御のための演算時間が多く掛かるなど、高速演算が可能な高性能プロセッサーを必要とする。
【０００６】
最近、技術の発展に伴って、高トルクの出力が可能で、優れた制御性能を持つ永久磁石同期モータ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ、以下、ＰＭＳＭと称する）が開発され、現在の油圧システムに代えて用いることにより油圧システムの問題点を解決することができ、停止時、ブレーキエネルギーをＰＭＳＭの発展駆動を通じて電気エネルギーの回収が可能なので、効率性を向上させることができる。油圧モータからＰＭＳＭに旋回システムを変更することによって、高効率性を確保できるが、しかし、クチュエータの変更による特性変化が生じると、オペレータに使い勝手の悪さを生じさせる虞があり、ひいては、作業効率の低下と共にハイブリッドの掘削機の購買をためらう要因となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国特許公開２００５−００００５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述した問題点等を解決するために案出されたものであって、 油圧モータと電気モータの出力特性が違うことから、動力源の変更によって掘削機のオペレータが使い勝手の悪さを覚えるという問題点を解消するために、既存の油圧システムと類似した出力特性を呈する電気旋回システムの制御技術を提供することにその目的がある。
【０００９】
本発明は、また、シミュレーションを通じて検証した簡単な方程式だけを含む制御アルゴリズムをコントロールするようにして、廉価のコントローラを用いても前述した問題点を解決できる制御技術を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明の一態様によれば、上部旋回体を旋回させる旋回用電気モータ及び旋回制御ユニットを含んでなる建設機械の旋回制御システムにおいて、  前述した旋回制御ユニットは、サンプリング時間に油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度の応答データを貯蔵しているメモリユニットと、旋回操作のための操作レバーの操作信号に応じる基準旋回速度及び最大加速度を算出する基準速度算出手段と、基準旋回速度と現在フィードバックを受けた電気モータによる実旋回速度との速度差から第１の速度変化量を算出し、且つ、サンプリング時間に対する速度の変化量を第２の速度変化量に算出して、算出された第１の速度変化量と第２の速度変化量とを比較して小さい方の値を前記フィードバックを受けた実旋回速度に足して、操作信号による旋回速度を決定する旋回速度決定手段と、決定された旋回速度に対する制御信号を生成し、電気モータの出力トルクを制御する出力トルク制御手段とを含み、前記旋回制御ユニットの基準速度算出手段は、前記メモリユニットに貯蔵された前記基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出することを特徴とする電気モータを用いた建設機械の旋回制御システムを提案する。
【００１１】
望ましくは、前述した基準速度算出手段は、操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する場合、絶対値として予め設定された上限範囲内に制限して算出する。また、前記予め設定された上限は、油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧に応じる旋回速度及び最大加速度の最大値であることを特徴とする。
【００１２】
望ましくは、前述した基準速度算出手段は、操作信号に応じる基準旋回速度及び最大加速度を算出し、算出された基準旋回速度と最大加速度のそれぞれに建設機械のエンジンモードに応じる速度及び加速度の補正値をそれぞれ適用し、基準旋回速度及び最大加速度を修正し、修正された基準旋回速度及び最大加速度を旋回速度決定手段に伝送する。
【００１４】
望ましくは、前述した基準速度算出手段は、操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスチック角に相応するパイロット信号圧を算出し、メモリユニットに貯蔵されている基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記算出されたパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度を算出する。
【００１５】
望ましくは、前述した旋回速度決定手段は、操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスチック角に相応するパイロット信号圧が、予め設定された値以下の場合、第１と第２の速度変化量を比較することなく、第１の速度変化量を、フィードバックを受けた実際旋回速度に足して、操作信号による旋回速度を決定する。
【００１６】
前述した目的を達成するために、本発明の他の態様によれば、旋回用電気モータを用いて上部旋回体を旋回させる建設機械の旋回制御方法において、旋回操作のための操作レバーの操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出し、前記操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧を算出するパイロット信号圧算出過程と、サンプリング時間に油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記算出されたパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度を算出する基準旋回速度算出過程とを含む基準速度算出段階と、電気モータによる実旋回速度のフィードバックを受け、現在フィードバックを受けた実旋回速度と基準旋回速度との速度差から、第１の速度変化量を算出し、サンプリング時間に対する速度変化量を第２の速度変化量に算出する速度変化量算出段階と、第１と第２の速度変化量を比較し、小さい方の値を、フィードバックを受けた実旋回速度に足して、操作信号に応じる旋回速度を決定する旋回速度決定段階と、決定された旋回速度に対する制御信号を生成し、電気モータの出力トルクを制御する出力トルク制御段階とを含んでなることを特徴とする、電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法が提案される。
【００１７】
望ましくは、本発明の他の様態によれば、前述した基準速度算出段階では、操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する場合、絶対値として予め設定された上限範囲内に制限して算出する。また、予め設定された上限は、油圧式旋回モータの使用を基準として設定し、前記操作レバーのジョイスティック角に相応するパイロット信号圧による旋回速度及び最大加速度の最大値である。
【００１８】
また、望ましくは、本発明の他の様態によれば、前記基準速度算出段階では、操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出し、算出された基準旋回速度と最大加速度のそれぞれに建設機械のエンジンモードによる速度及び加速度の補正値をそれぞれ適用し、基準旋回速度及び最大加速度を修正する。また、前述した速度変化量算出段階では、修正された基準旋回速度及び最大加速度から第１の速度変化量及び第２の速度変化量を算出する。
【００２０】
ひいては、本発明の一様態によれば、パイロット信号圧の算出過程で算出したパイロット信号圧が予め設定された値以下の場合、速度変化量の算出段階では、前記第１の速度変化量を算出し、且つ、旋回速度決定段階では、前記第１と第２の速度変化量を比較することなく、第１の速度変化量を、フィードバックを受けた実旋回速度に足して、操作信号による旋回速度を決定する。
【００２１】
本発明の望ましい実施例として、前述した技術的特徴の様々な組み合わせによる他の実施例等も含まれるのは、自明である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の様態によれば、電気モータの利点をその通り維持しながら、既存の油圧システムと同様な特性を有する建設機械の旋回システムを実現できる。また、本発明のそのほかの様態によれば、シミュレーションを通じて検証した簡単な方程式だけを含む演算を行うようにし、コントローラの演算速度に影響を及ぼすことなく、高速演算を必要としないので、廉価なプロセッサーを用いても制御可能である。
【００２３】
本発明の様々な実施例により、上記で言及していない様々な効果等は、本発明の実施例による様々な構成等から当該技術分野において通常の知識を有する者により導出し得るのは、自明である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回システムの制御を示すブロックダイアグラムである。
【図２】本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御を示すブロックダイアグラムである。
【図３】本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回システムの概略を示したブロック図である。
【図４】本発明の他の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法を示す流れ図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
前述した課題を達成するための本発明による実施例を添付図面に基づいて説明する。本実施例を説明するにあたって、同じ図面符号は同じ構成要素を意味し、二重の説明や発明の意味を限定的に解析する虞のある付加的な説明は、省略可能である。
【００２６】
先ず、本発明の一様態による電気モータを用いた建設機械の旋回制御システムについて詳述する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回システムの制御を示すブロックダイアグラムであり、図２は、本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御を示すブロックダイアグラムであり、図３は、本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回システムの概略を示したブロック図である。
【００２８】
図３を参照するに、本発明は、上部旋回体を旋回させる旋回用電気モータ２００及び旋回制御ユニット１００を含んでなる建設機械の旋回制御システムに関する。望ましくは、本発明の一実施例において、旋回用電気モータ２００は、 永久磁石同期モータ（ＰＭＳＰ）である。本発明の一実施例において、旋回制御ユニット１００は、基準速度算出手段１１０、旋回速度決定手段１３０及び出力トルク制御手段１５０を含んでなる。以下で、旋回制御ユニット１００について詳しく説明する。
【００２９】
先ず、基準速度算出手段１１０は、旋回操作のための操作レバー（図示せず）の操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する。望ましくは、図２を参照すれば、本発明の一実施例において、操作レバーの操作信号、即ちジョイスティック角（ｊｏｙｓｔｉｃｋ  ａｎｇｌｅ）αｊｏｙ１４を受けて、αｊｏｙに応じて油圧式旋回モータを使用するとき、パイロット信号圧に応じる基準旋回速度及び最大加速度の応答データ１６、２５からジョイスティック角αｊｏｙに相応するパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度を算出する。
【００３０】
望ましくは、他の実施例において、図２の参照符号１７及び２６を参照すれば、基準速度算出手段１１０は、操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する場合、絶対値の予め設定された上限範囲以内に制限して算出する。この場合、油圧式旋回モータの使用時において、パイロット信号圧による旋回速度及び最大加速度の最大値を予め設定された上限値に設定することができる。
【００３１】
また、望ましくは、図２を参照するに、本発明の他の実施例において、基準速度算出手段１１０は、操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出し、算出された基準旋回速度と最大加速度のそれぞれに建設機械のエンジンモード１８による速度及び補正値をそれぞれ適用し、基準旋回速度及び最大加速度を修正し１９、２７、修正された基準旋回速度及び最大加速度を旋回速度決定手段１３０に伝送する。
【００３２】
次いで、旋回制御ユニット１１０の旋回速度決定手段１３０は、基準旋回速度と現在フィードバックを受けた電気モータ２００による実旋回速度２１との速度差から第１の速度変化量２０を算出し、最大加速度からサンプリング時間に対する第２の速度変化量２８を算出し、且つ、算出された第１と第２の速度変化量２０、２８を比較し、小さい方の値を、フィードバックを受けた実旋回速度２１に足して、操作信号による旋回速度３０を決定することになる。図３を参照するに、フィードバックを受けた実旋回速度２１は、旋回速度検出手段３００により検出された旋回モータ２００の回転速度である。
【００３３】
望ましくは、本発明の他の実施例によれば、旋回速度決定手段１３０は、操作信号に相応する油圧式旋回モータを使用するとき、パイロット信号圧が予め設定された設定値以下の場合、第１の速度変化量２０と第２の速度変化量２８とを比較することなく、第１の速度変化量２０を、フィードバックを受けた実旋回速度２１に足して、操作信号による旋回速度を決定する。例えば、操作レバーのジョイスティック角が中立状態に近い場合は、減速又は停止の命令に該当するので、最大加速度からサンプリング時間に対する第２の速度変化量２８と比較せずに、第１の速度変化量２０を使用することになる。これは、従来の油圧モータの場合、減速時、流体の流れそのものを防ぐことにより減速を行うという特性から、加速時より減速がさらに速く行われるので、こうした既存の油圧システムの減速特性を反映し、既存の使用者に対して使い勝手に不都合を与えないようにするためである。
【００３４】
そして、出力トルク制御手段１５０は、決定された旋回速度に対する制御信号を生成し、電気モータ２００の出力トルクを制御する。
【００３５】
また、図３を参照するに、望ましい本発明の一実施例において、旋回制御システムは、油圧式旋回モータを使用するとき、パイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度の応答データを貯蔵しているメモリユニット４００をさらに含む。本実施例で、旋回制御ユニット１００の基準速度算出手段１１０は、メモリユニット４００に保存してある基準旋回速度及び最大加速度の応答データから操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する。
【００３６】
それに、望ましい他の実施例において、基準速度算出手段１１０は、操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用時におけるパイロット信号圧を算出し、メモリユニット４００に保存してある基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記算出されたパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度を算出する。
【００３７】
次いで、本発明の他の様態による電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法について詳述する。本発明の様態について説明するにあたって、上記で電気モータを用いた建設機械の旋回制御システムの実施例で説明した部分と重複する部分に対しては、前述した実施例の説明を参照し、ここではできるだけ省略することにする。本発明による電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法は、旋回用電気モータ２００を用いて上部旋回体を旋回させる建設機械の旋回制御方法に関する。
【００３８】
図４は、本発明のさらに他の実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法を示す流れ図であり、図５は、本発明のさらに他の実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法を示す流れ図である。
【００３９】
図２、４及び５を参照すれば、本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御方法は、基準速度算出段階Ｓ１００、Ｓ１００´、速度変化量算出段階Ｓ２００、旋回速度決定段階Ｓ３００及び出力トルク制御段階Ｓ４００を含んでなる。
【００４０】
基準速度算出段階Ｓ１００、Ｓ１００´では、旋回操作のための操作レバーの操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する。
【００４１】
望ましい一実施例において、図２の符号１７及び２６を参照すれば、基準速度算出段階Ｓ１００では、操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出する場合、絶対値の予め設定された上限範囲内に制限して算出する。望ましくは、油圧式旋回モータの使用時、パイロット信号圧による旋回速度及び最大加速度の最大値が、絶対値の予め設定された上限値になる。
【００４２】
また、望ましい本発明の他の実施例において、図２の図面符号１９及び２７を参照すれば、基準速度算出段階Ｓ１００では、操作信号による基準旋回速度及び最大加速度を算出し、算出された基準旋回速度と最大加速度のそれぞれに建設機械のエンジンモードによる速度及び加速度の補正値Ｋｍｏｄｅ１９、２７をそれぞれ適用し、基準旋回速度及び最大加速度を修正する。
【００４３】
図５を参照するに、本発明の望ましい一実施例において、基準速度算出段階Ｓ１００´は、パイロット信号圧算出過程Ｓ１１０と、基準旋回速度算出過程Ｓ１２０を含んでなる。パイロット信号圧算出過程Ｓ１１０では、操作信号に相応する油圧式旋回モータの使用時のパイロット信号圧を算出する。そして、基準旋回速度の算出過程Ｓ１２０では、予め貯蔵されている油圧式旋回モータの使用時のパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度の応答データから前記算出されたパイロット信号圧による基準旋回速度及び最大加速度を算出する。
【００４４】
次いで、速度変化量算出段階Ｓ２００では、図２を参照すれば、電気モータ２００による実旋回速度をフィードバックされ、現在フィードバックを受けた実旋回速度２１と基準旋回速度との速度差から、第１の速度変化量２０を算出し、且つ、最大加速度からサンプリング時間に対する第２の速度変化量２８を算出する。
【００４５】
望ましい一実施例において、図２を参照すれば、前記一実施例による修正された基準旋回速度及び最大加速度から、速度変化量算出段階Ｓ２００では、第１及び第２の速度変化量２０、２８を算出する。
【００４６】
また、図５を参照するに、前記一実施例によるパイロット信号圧算出過程Ｓ１１０で算出されたパイロット信号圧が、予め設定された設定値の以下の場合、望ましい本発明の他の実施例において、速度変化量算出段階Ｓ２００では、第１の速度変化量２０を算出する。望ましくは、第２の速度変化量２８を算出せずに、第１の速度変化量２０のみを算出できる。例えば、操作レバーのジョイスティック角が中立の状態に近い場合は、減速又は停止の命令に当たるので、最大加速度からサンプリング時間に対する第２の速度変化量２８と比較する必要なく、第１の速度変化量２０を使用すればよいからである。
【００４７】
そして、図２を参照するに、旋回速度決定段階Ｓ３００では、第１の速度変化量２０と第２の速度変化量２８を比較し、小さい方の値を、フィードバックを受けた実旋回速度２１に足して、操作信号による旋回速度３０を決定する。
【００４８】
また、図５を参照するに、前記一つの実施例によるパイロット信号圧の算出過程Ｓ１１０で算出したパイロット信号圧が予め設定された設定値以下の場合、望ましい本発明の他の実施例において、旋回速度決定段階Ｓ３００では、第１と第２の速度変化量２０、２８を比較することなく、第１の速度変化量２０をフィードバックを受けた実旋回速度２１に足して、操作信号による旋回速度３０を決定する。例えば、操作レバーのジョイスティック角が中立に近い状態にある場合、減速又は停止の命令に該当するので、最大加速度からサンプリング時間に対する第２の速度変化量２８と比較する必要なく、第１の速度変化量２０を使用することになるので、第１の速度変化量２０だけを算出すればよい。
【００４９】
一実施例による旋回制御方法の出力トルク制御段階Ｓ４００では、決められた旋回速度３０に対する制御信号を生成し、電気モータ２００の出力トルク３４を制御する。
【００５０】
次いで、図１及び図２を参照し、発明の実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回制御過程を具体的に説明する。
【００５１】
図１は、本発明の一実施例による電気モータを用いた建設機械の旋回システムの制御を示すブロックダイアグラムである。
【００５２】
電気モータ２００、望ましくは、ＰＭＳＭを適用し電気旋回システムのコントローラの構成は、図１に示すように、電気旋回コントローラの入力により旋回の命令に該当する操作レバーの操作によるジョイスティック角αｊｏｙ１と、建設機械、例えば掘削機のエンジンモード２の情報が、使用者の操作に応じて与えられ、速度制御のためにＰＭＳＭの現回転速度ω１２の情報が入力される。図１における電気旋回コントローラは、本発明の一実施例による旋回制御ユニット１００に相応する。
【００５３】
前記三つの入力を受け、モータ基準速度レギュレータ（ｍｏｔｏｒ  ｓｐｅｅｄ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）３により速度命令ωｒｅｆが出力され、これは、現回転速度ω１２との誤差値４を補正するために速度命令ωｒｅｆと誤差値との和がスピードコントローラ５の入力により加えられる。望ましくは、本発明の一実施例による基準速度算出手段１１０は、図１において、モータ基準速度レギュレータ３に相応する。スピードコントローラ５内のＰＩ制御を通じて出力されるトルク命令値は、既存油圧掘削機の出力より大きいので、既存油圧掘削機の最大トルク値以下に飽和するようにし６、電気旋回コントローラのトルク命令τｒｅｆ７に最終出力される。図１におけるスピードコントローラ５は、本発明の一実施例において、出力トルク制御手段１５０に相応する。
【００５４】
そして、ジョイスティック角αｊｏｙ１が特定値以下の時は、使用者が旋回命令を下していない場合なので、旋回速度の減速又は停止の命令と判断し、機械式ブレーキの駆動命令１３に出力される。
【００５５】
電気旋回コントローラから駆動命令を受ける建設機械、例えば、掘削機の旋回プラント８は、ＰＭＳＭドライバー９と、ＰＭＳＭ１０と、そして機械式ブレーキ１１を含んでなる。電気旋回コントローラからトルク命令τｒｅｆがＰＭＳＭドライバー９に伝えられると、ＰＭＳＭ１０が動作することになり、ＰＭＳＭの速度出力ω１２により掘削機の旋回動作が行われる。
【００５６】
図２は、電気旋回コントローラの制御の流れを具体的に示している。
望ましくは、使用者の操作レバーの操作によるジョイスティック角αｊｏｙ１４は、−１〜１間の値で規準化し、電気旋回コントローラに入力される。そこで、−１は、逆方向の最大入力、＋１は、正方向の最大入力にみなされる。ジョイスティック角αｊｏｙによって、既存の油圧モータの場合、流量を制御するパイロット弁の圧力が調節され、油圧モータの速度命令として与えられるので、規準化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）されたジョイスティック角αｊｏｙの絶対値が１の場合、パイロット弁の圧力が、最大速度命令に該当する値になれるように比例常数値ＫαｔｏＰ１５を適用する。このように印加されたパイロット弁圧力ＰＰＶによって速度命令を出力する方法は、既存掘削機システムのパイロット弁圧力ＰＰＶに対比速度命令ωｒｅｆマップ１６を構成して導出する。この際、導出される速度命令ωｒｅｆは、既存油圧モータの最大速度値以下に飽和７させる。同じジョイスティック角αｊｏｙの場合でも、掘削機のエンジンモード１８によって油圧ポンプの出力は比例して出力されるので、各モード別比例常数Ｋｍｏｄｅ１９を速度命令ωｒｅｆに適用する。該当パイロット弁圧力ＰＰＶに対比速度命令ωｒｅｆマップ１６は、実験を通じて獲得したデータからモード別比例常数Ｋｍｏｄｅ１９を適用したとき、既存油圧モータと類似した出力を出すことができるようにシミュレーションを通じて簡単な３次方程式に導出して適用する。この過程を通じて、定められた現在ｔの速度命令ωｒｅｆ（ｔ）と（ｔ−１）瞬間のモータ速度フィードバック２１値ωｒｅｆ（ｔ−１）の誤差値は、第１の速度変化量Δωｒｅｆ（ｔ）２０に該当する。
【００５７】
また、他の第２の速度変化量Δωｒｅｆ（ｔ）２８は、パイロット弁圧力ＰＰＶによってパイロット弁圧力ＰＰＶに対比して加速度命令Δωｒｅｆマップ２５を通じて既存の油圧モータの最大加速度値の以下に飽和２６して導出する。パイロット弁圧力ＰＰＶ対比加速度命令Δωｒｅｆマップ２５もパイロット弁圧力ＰＰＶ対比速度命令Δωｒｅｆマップ１６と同じ方法で各モード別比例常数Ｋｍｏｄｅ１９と同じ比例常数 Ｋｍｏｄｅ２７を適用したとき、既存の油圧モータと類似する出力を出すことができるようにシミュレーションを通じて簡単な２次方程式に導出して適用する。
【００５８】
第１の速度変化量Δωｒｅｆ（ｔ）２０、第２の速度変化量Δωｒｅｆ（ｔ）２８のうち、より小さい方の値を最終速度変化量の命令に選択２９をし、（ｔ−１）瞬間のモータ速度ωｒｅｆ（ｔ−１）と合算し、最終速度命令ωｒｅｆ（ｔ）３０にＰＩ制御するスピードコントローラ３１に入力される。
【００５９】
但し、ＰＰＶ値が特定値以下の場合、ジョイスティック角が中立に近い状態で、減速、停止の命令に該当するので、第２の速度変化量Δωｒｅｆ（ｔ）２８と比較せずに第１の速度変化量Δωｒｅｆ（ｔ）２０を使用する。これは、油圧モータの場合、減速時、流体の流れを防ぎ、減速するという特性から、加速の時より減速がさらに速く現われるので、こうした既存の油圧システムの減速特性を反映し、使用者に使い勝手の悪さを覚えさせないためである。それと同時に、停止時、ブレーキ駆動命令３３も出力する。
【００６０】
上記過程で最終速度命令３０は、ＰＩ制御器３１に入力され、トルク命令として出力され、既存の油圧モータの最大トルク値の以下に飽和３２され、電気旋回コントローラトルク命令τｒｅｆ３４で最終の出力が行われる。
【００６１】
以上で、本発明は、添付の図面を参照し、望ましい実施例を中心にして説明された。添付図面及び前述した実施例等は、本発明に対する該当技術分野において通常の知識を有する者の理解を助けるために例示的に説明されたものに過ぎない。したがって、本発明の様々な実施例は、本発明の本質的な特性から逸脱しない限り種々に変更することができ、前述した実施例は、制限的なものでない、例示的なものにみなさなければならない。したがって、本発明の範囲は、前述した実施例によるものではなく、添付の特許請求範囲に記載されている発明に基づいて解析しなければならず、該当技術分野において通常の知識を有する者による、様々な変更、代案、均等物が、当然ながら前述した発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１００  旋回制御ユニット
１１０  基準速度算出手段
１３０  旋回速度決定手段
１５０  出力トルク制御手段
２００  旋回用電気モータ
３００  旋回速度検出ユニット
４００  メモリユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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