(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータで旋回する旋回体を制御するための旋回制御装置であって、
前記旋回体を所定の目標速度で旋回させるために生成された速度指令値が略一定で、かつ前記旋回体の実速度が変化するときの前記速度指令値に基づいて生成される第１トルク指令値の絶対値よりも、
前記速度指令値を変化させたときの前記速度指令値に基づいて生成される第２トルク指令値の絶対値の方が大きくなるように制御する
ことを特徴とする旋回制御装置。
【請求項２】
電動モータで旋回する旋回体を制御するための旋回制御装置であって、
前記旋回体に外乱が作用しているかを判定し、
作用しているときには、第１トルク指令値で前記電動モータを駆動し、
外乱が作用しないときには、前記第１トルク指令値の絶対値よりも大きい絶対値の第２トルク指令値で前記電動モータを駆動するように制御する
ことを特徴とする旋回制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の旋回制御装置において、
前記速度指令値の変化率の絶対値が所定値よりも大きい場合には、前記第２トルク指令値で前記電動モータを駆動し、
前記速度指令値の変化率の絶対値が所定値以下の場合には、前記第１トルク指令値で前記電動モータを駆動する
ことを特徴とする旋回制御装置。
【請求項４】
建設機械において、
電動モータで旋回する旋回体と、
この旋回体を制御するための請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の旋回制御装置とを備えている
ことを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータによって旋回する旋回体の旋回制御装置および建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、旋回体を電動モータで駆動し、他の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ショベルが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
このような電動旋回ショベルでは、旋回体の旋回動作が電動モータで行われるため、油圧駆動されるブームやアームの上昇動作と同時に旋回体を旋回させても、旋回体の動作がブームやアームの上昇動作に影響されることがない。このため、旋回体をも油圧駆動する場合に比し、制御バルブ等でのロスを少なくでき、エネルギ効率が良好である。【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動旋回ショベルにおいては、旋回体の動作が作業機の動作に影響されない分、油圧駆動のショベルから乗り換えたオペレータが旋回体の動きに違和感を覚える場合がある。
例えば、油圧駆動の場合では、旋回体を旋回させながらブームを下げたり、アームを伸ばしたりして姿勢を変えると、旋回体全体の慣性モーメントが大きくなるため、旋回体の回転速度は遅くなるのであるが、電動モータで旋回体を駆動すると、慣性モーメントの変化にかかわらず、旋回レバーの操作量に応じた旋回速度で旋回体が旋回するのである。【０００５】
そこで、旋回体を旋回制御するうえで、電動モータを駆動するためのトルク指令値を小さく抑えることにより、そのような慣性モーメントの変化を旋回速度に意図的に影響させることも考えられるが、これでは通常操作時のレスポンスが遅くなるなど、操作感や作業性が損なわれるという問題が生じる。【０００６】
本発明の目的は、姿勢変化等に伴う外乱を受けると、その外乱に応じて旋回体の旋回速度を変化させることができるとともに、通常操作時における操作感や作業性も良好に維持できる旋回体の旋回制御装置および建設機械を提供することにある。【０００７】
ここで外乱とは、レバー入力による意図した電動モータの回転速度の変化以外で、電動モータの回転速度を変化させる作用をいう。例えば、電動旋回ショベルの場合、ブームやアームの作動といった姿勢変化に伴う旋回軸回りの慣性モーメントの変化による慣性負荷の変化、作業機が障害物と接触することによる反力、傾斜面における作業時の重力方向への力、等がこれに該当する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の旋回制御装置は、電動モータで旋回する旋回体を制御するための旋回制御装置であって、前記旋回体を所定の目標速度で旋回させるために生成された速度指令値が一定で、かつ前記旋回体の実速度が変化するときの前記速度指令値に基づいて生成される第１トルク指令値の絶対値よりも、前記速度指令値を変化させたときの前記速度指令値に基づいて生成される第２トルク指令値の絶対値の方が大きくなるように制御することを特徴とする。
なお、旋回体の実速度が変化するときとは、外乱による影響のみならず、旋回体の応答遅れにより旋回体の実速度が変化する場合をも含むものである。【０００９】
このような本発明によれば、例えば、電動旋回ショベルといった建設機械でいえば、旋回制御装置は、速度指令値を略一定にして旋回体を定速で旋回させている状態において、小さな第１トルク指令値で旋回体を旋回制御する。このため、ブームやアームを伸縮させることにより、旋回体全体の慣性モーメントが変化すような外乱を作用させると、その慣性モーメントの変化が旋回体の旋回速度に影響するようになり、ブームやアームの伸縮に応じて旋回速度が変化し、油圧駆動の場合と同様な感覚で旋回操作が行える。
一方、旋回レバーを操作すること等により速度指令値を変化させるような通常操作時には、大きな第２トルク指令値で旋回体が旋回制御されるので、きびきびした良好な操作感が得られるとともに、作業性も損なわれる心配がない。【００１０】
本発明の旋回制御装置において、電動モータで旋回する旋回体を制御するための旋回制御装置であって、前記旋回体に外乱が作用しているかを判定し、作用しているときには、第１トルク指令値で前記電動モータを駆動し、外乱が作用しないときには、前記第１トルク指令値の絶対値よりも大きい絶対値の第２トルク指令値で前記電動モータを駆動するように制御することが望ましい。【００１１】
このような本発明によれば、ブームやアームを伸縮させることで旋回体に外乱が作用しているか否かを、作業機の操作レバー等からの信号によって判断する。そこで、旋回レバーによる旋回操作中に、操作レバー等が操作された場合には、これを検出して、旋回体に外乱が作用していると判断し、小さな第１トルク指令値で旋回体を旋回制御する。このためにやはり、ブームやアームの伸縮に応じて旋回速度が変化し、油圧駆動の場合と同様な感覚で旋回操作が行える。
また、旋回レバーによる旋回操作のみが行われ、旋回中にブームやアームを一切操作しない場合も、作業機の操作レバー等からの信号によって判断されるため、このような場合には、大きな第２トルク指令値で旋回体が旋回制御し、前述と同様に、きびきびした良好な操作感が得られるとともに、作業性が損なわれる心配がない。【００１２】
本発明の旋回制御装置において、前記速度指令値の変化率の絶対値が所定値よりも大きい場合には、前記第２トルク指令値で前記電動モータを駆動し、前記速度指令値の変化率の絶対値が所定値以下の場合には、前記第１トルク指令値で前記電動モータを駆動することが望ましい。
ここで、速度指令値の変化率は、速度指令値を微分することで算出可能な値である。また、速度指令値としては、旋回体を駆動するための速度指令値の他、旋回体に設けられた作業機等を動作させるための速度指令値であってもよい。【００１３】
このような本発明によれば、第１、第２トルク指令値の切換は、速度指令値の変化率の絶対値との比較よって行われるので、例えば、速度指令値を生成するためのレバー操作を行うにあたり、急操作を行った場合には、速度指令値の変化率の絶対値が所定値よりも大きくなり、大きな第２トルク指令値が出力されるので、そのような急操作にも旋回体の動きがレスポンスよく反応することになる。
逆に、レバー操作を微小にしか操作しない場合には、速度指令値の変化率の絶対値が所定値以下となるから、旋回体が依然として小さな第１トルク指令値により緩やかなレスポンスで旋回する。すなわち、小さな第１トルク指令値による制御域が増す。【００１４】
本発明の建設機械は、電動モータで旋回する旋回体と、この旋回体を制御するための前述した本発明の旋回制御装置とを備えていることを特徴とする。【００１５】
このような本発明によれば、前述したように、外乱に応じて旋回体の旋回速度を変化させることができるとともに、通常操作時における操作感や作業性も良好に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る建設機械を示す平面図。
【図２】前記第１実施形態の建設機械の全体構成を示す図。
【図３】前記第１実施形態の旋回制御装置を説明するための図。
【図４】前記第１実施形態の旋回制御方法を説明するための図。
【図５】前記第１実施形態の旋回制御装置を説明するための別の図。
【図６】前記第１実施形態におけるトルク指令値の算出の仕方を説明するためのフローチャート。
【図７】第２実施形態の旋回制御装置を説明するための図。
【図８】第３実施形態の旋回制御装置を説明するための図。
【図９】前記第３実施形態の旋回制御装置を説明するための別の図。
【図１０】第４実施形態の旋回制御装置を説明するための図。
【図１１】前記第４実施形態の旋回制御装置を説明するための別の図。
【図１２】第５実施形態の旋回制御装置を説明するための図。
【図１３】第６実施形態の旋回制御装置を説明するための図。
【図１４】前記第６実施形態の旋回制御装置を説明するための別の図。
【符号の説明】
【００１７】
１…建設機械である電動旋回ショベル、４…旋回体、５…電動モータ、５０…旋回制御装置、５１…（第１）速度指令値生成手段、５２…加速度指令値演算手段、５３…ＦＦトルク指令値生成手段、５４…トルク指令値生成手段、５５…第２速度指令値生成手段、５６…作業機速度指令値生成手段、５７…加速度指令値比較判定手段、５８…速度指令値比較判定手段、５４１…スイッチ、Ｋ１…速度ゲイン、Ｋ２…速度ゲイン。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
〔１−１〕全体構成
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る電動旋回ショベル（建設機械）１を示す平面図、図２は、電動旋回ショベル１の全体構成を示す図である。【００１９】
図１において、電動旋回ショベル１は、下部走行体２を構成するトラックフレーム上にスイングサークル３を介して設置された旋回体４を備え、この旋回体４がスイングサークル３および図示しないスイングマシナリ（減速機）を介して噛合する電動モータ５によって旋回駆動される。電動モータ５の電力源は、旋回体４に搭載の発電機１６（図２参照）であり、この発電機がエンジン１５（図２参照）によって駆動される。【００２０】
旋回体４には、図２にも示すように、油圧シリンダ６Ａ，７Ａ，８Ａによって動作されるブーム６、アーム７、およびバケット８が設けられており、これらによって作業機９が構成されている。各油圧シリンダ６Ａ，７Ａ，８Ａの油圧源は、エンジン１５で駆動される油圧ポンプ１３である。従って、電動旋回ショベル１は、油圧駆動の作業機９と電気駆動の旋回体４とを備えたハイブリット建設機械である。ただし、本発明に係る建設機械としては、作業機の油圧源である油圧ポンプをも電動モータで駆動する電気駆動式建設機械であってもよく、このような場合には、各電動モータへの電力は、電源ケーブルを通して外部の商用電源などから供給される。【００２１】
また、図２において、電動旋回ショベル１は、前述した構成の他、旋回レバー１０、作業機レバー１１、コントローラ１２、および油圧制御バルブ１４を備えている。
旋回レバー１０および作業機レバー１１からは、傾倒角度に応じたレバー信号がコントローラ１２に出力される。コントローラ１２は、作業機レバー１１のレバー信号の値に応じて、油圧ポンプ１３と前記各油圧シリンダ６Ａ，７Ａ，８Ａを駆動する油圧制御バルブ１４とに指令を行うことで、作業機９の駆動を制御する。また、コントローラ１２は、必要に応じて、エンジン回転数を調節ための指令をエンジン１５に、発電量を調節するための指令を発電機１６に対し行う。【００２２】
さらに、コントローラ１２は、電動モータ５のトルク出力を制御することで、旋回体４の旋回動作を制御する。コントローラ１２は、このために旋回制御装置５０を備えており、旋回制御装置５０は、旋回レバー１０のレバー信号値と図示しない回転速度センサで検出された電動モータ５の実速度Ｖact（図３参照）とに応じて、電動モータ５に対する最終的なトルク指令値を生成する。このトルク指令値は図示しないインバータに出力され、インバータは、このトルク指令値を電流値および電圧値に変換し、電動モータ５を目標速度で駆動するように制御する。【００２３】
〔１−２〕旋回制御装置５０による制御構造
次に、旋回制御装置５０による制御構造について説明する。
本実施形態での旋回制御装置５０は、図３に示すように、速度指令値生成手段５１、加速度指令値演算手段５２、ＦＦ（feedforward）トルク指令値生成手段５３、およびトルク指令値生成手段５４を備えている。【００２４】
速度指令値生成手段５１は、旋回レバー１０のレバー信号値に基づいて、電動モータ５に対する速度指令値Ｖo(t)を生成する。具体的に、速度指令値生成手段５１は、レバー信号値に応じたレバー指令速度値を生成し、このレバー指令速度値にフィルタ処理を行ったり変化量を制限したりして、速度指令値Ｖo(t)を生成する。なお、本実施形態においては、レバー信号値とレバー指令速度値とは比例関係にある。【００２５】
加速度指令値演算手段５２は、速度指令値生成手段５１で生成された速度指令値Ｖo(t)に基づき、加速度指令値Ｇ(t)を演算する。加速度指令値演算手段５２は、速度指令値Ｖo(t)を微分する機能を有しており、この微分によって加速度指令値Ｇ(t)を算出し、ＦＦトルク指令値生成手段５３に出力する。【００２６】
ＦＦトルク指令値生成手段５３は、入力された加速度指令値Ｇ(t)に、予め設定された所定値の慣性モーメントＩを掛け算することで、ＦＦトルク指令値Ｔffを生成する。つまり、ＦＦトルク指令値Ｔffは、旋回体４を加速させるのに必要であると思われるトルクを、旋回レバー１０のレバー信号値に基づく速度指令値Ｖo(t)の変化から予想して求めた値であって、基本的に、外乱の影響により変動する値ではない。なお、ＦＦトルク指令値生成手段５３は、加速度指令値Ｇ(t) の絶対値が所定値よりも大きかを判定する機能も有しており、この判定結果も、ＦＦトルク指令値Ｔffの生成に際して考慮される。【００２７】
トルク指令値生成手段５４は、速度指令値生成手段５１で生成された速度指令値Ｖo(t)、電動モータ５からフィードバックされた実速度Ｖact、およびＦＦトルク指令値生成手段５３で生成されたＦＦトルク指令値Ｔffに基づいて、最終的なトルク指令値を生成する。これに際し、トルク指令値生成手段５４は、以下の２つの処理を行う。【００２８】
第１の処理として、トルク指令値生成手段５４は、速度指令値Ｖo(t)と実速度Ｖactとの偏差に速度ゲインＫ１を乗算して、第１トルク指令値Ｔ1を生成する。なお、速度ゲインＫ１は、従来の電動旋回ショベルに用いられる値よりも非常に小さく、旋回体４の動きが外乱等によって容易に影響されるように設定されている。
第２の処理として、トルク指令値生成手段５４は、第１トルク指令値Ｔ1に、ＦＦトルク指令値生成手段５３で生成されるＦＦトルク指令値Ｔffを加算して、第２トルク指令値Ｔ2を生成する。従って、第２トルク指令値Ｔ2の絶対値は、第１トルク指令値Ｔ1の絶対値よりも大きい。後述する他の実施形態でも同様である。【００２９】
ここで、図４に示すように、旋回体４を一定速度で旋回させるため旋回レバー１０の操作量が一定に維持されると（ｔ2）、速度指令値Ｖo(t)が一定となる。この場合には、加速度指令値演算手段５２で算出される加速度指令値Ｇ(t)は「０（ゼロ）」であるから、ＦＦトルク指令値Ｔffも「０」となり、第１トルク指令値Ｔ1には何も加算されない。従って、このような定速旋回時には、図３に示すように、小さな第１トルク指令値のみＴ1が最終的なトルク指令値として出力され、これにより電動モータ５が駆動されて、旋回体４が旋回制御される。【００３０】
図４に戻り、このように旋回体４が定速旋回している間に、ブーム６やアーム７が作動すると（図１参照）、電動旋回ショベル１の姿勢が変化し、これらブーム６およびアーム７を含めた旋回体４の慣性モーメントが変化する。そして、旋回体４は小さな第１トルク指令値Ｔ1で旋回しているために、慣性モーメントの変化等の外乱に影響されやすい。例えば、定速旋回させながらブーム６を下げたり、アーム７を伸ばしたりすると、慣性モーメントが大きくなるから、旋回体４はその影響を受けて速度が低下する（ｔ3）。逆に、ブーム６を上げたり、アーム７を縮めたりすると、慣性モーメントが小さくなり、速度が増す。【００３１】
一方、旋回レバー１０を倒し込んで加速させたり（ｔ1）、ニュートラル位置に戻して減速、停止させたりする場合には、速度指令値Ｖo(t)が旋回レバー１０の操作量に応じて変化し、この変化量に基づいた加速度指令値Ｇ(t)が生じる。そして、その加速度指令値Ｇ(t)に応じたＦＦトルク指令値Ｔffが生成されて第１トルク指令値Ｔ1に加算され、大きな第２トルク指令値Ｔ2が生成される。この場合、図５に示すように、この第２トルク指令値Ｔ2が最終的なトルク指令値として出力されるため、旋回レバー１０の操作時には、その際の速度指令値Ｖo(t)に応じて旋回体４を旋回させるのに十分大きなトルク指令値で電動モータ５を駆動制御することになる。【００３２】
〔１−３〕旋回制御装置５０でのトルク指令値の生成フロー
次に、図６に基づいて、第１トルク指令値Ｔ1および第２トルク指令値Ｔ2の生成フローについて説明する。【００３３】
旋回制御装置５０がレバー信号値を読み込んだ後（ＳＴ１）、速度指令値生成手段５１は、このレバー信号値に基づいて、速度指令値Ｖo(t)を生成する（ＳＴ２）。
そして、加速度指令値演算手段５２は、この速度指令値Ｖo(t)を微分し、加速度指令値Ｇ(t)を算出する（ＳＴ３）。【００３４】
ＦＦトルク指令値生成手段５３は、この加速度指令値Ｇ(t)と慣性モーメントＩとを用いてＦＦトルク指令値Ｔffを生成する。これに際し、ＦＦトルク指令値生成手段５３は、先ず、加速度指令値Ｇ(t) の絶対値の大きさの判定を行う（ＳＴ４）。加速度指令値Ｇ(t) の絶対値が所定値よりも大きい場合には、加速度指令値Ｇ(t)の値をそのまま慣性モーメントＩと掛算して、ＦＦトルク指令値Ｔffを算出し（ＳＴ５）、加速度指令値Ｇ(t)の絶対値が所定値以下の場合には、ＦＦトルク指令値Ｔffをゼロとする（ＳＴ６）【００３５】
一方、トルク指令値生成手段５４は、速度指令値Ｖo(t)と実速度Ｖactとの偏差に速度ゲインＫ１を乗算して、第１トルク指令値Ｔ1を生成する（ＳＴ７）。そして、トルク指令値生成手段５４は、第１トルク指令値Ｔ1にＦＦトルク指令値生成手段５３で生成されるＦＦトルク指令値Ｔffを加算して第２トルク指令値Ｔ2を生成する（ＳＴ８）。【００３６】
〔１−４〕本実施形態による効果
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
すなわち、電動旋回ショベル１の旋回制御装置５０は、小さな速度ゲインＫ１を用いて算出された第１トルク指令値Ｔ1を含む最終的なトルク指令値を生成するため、例えば、速度指令値Ｖo(t)を一定にして旋回体４を定速旋回させる場合に旋回体４全体の慣性モーメントが変化するような外乱を作用させると、その慣性モーメントの変化が旋回体４の旋回速度に影響するようになり、ブーム６やアーム７の伸縮に応じて旋回速度を変化させることができる。これにより、油圧駆動の場合と同様な感覚で旋回操作ができる。【００３７】
これに対して、旋回レバー１０を操作することで速度指令値Ｖo(t)を変化させて加速するようなときには、大きな第２トルク指令値Ｔ2で旋回体４を旋回制御するので、加減速がもたついたりせず、きびきびした良好な操作感を得ることができ、作業性が損なわれる心配がない。【００３８】
〔第２実施形態〕
以下、図７に基づき、本発明の第２実施形態に係る旋回制御装置５０について説明する。
前述した第１実施形態では、旋回制御装置５０は、ＦＦトルク指令値生成手段５３を備えていた。また、トルク指令値生成手段５４が、第１トルク指令値Ｔ1にＦＦトルク指令値Ｔffを加算することで第２トルク指令値を生成し、第１トルク指令値Ｔ1または第２トルク指令値Ｔ2を最終的なトルク指令値としていた。
これに対し、本実施形態の旋回制御装置５０では、ＦＦトルク指令値生成手段５３のかわりに加速度指令値比較判定手段５７を備え、この比較結果に基づき、トルク指令値生成手段５４が、最終的なトルク指令値を第１トルク指令値Ｔ1および第２トルク指令値Ｔ2間で切り換える点が、第１実施形態とは大きく異なる。【００３９】
具体的に本実施形態において、加速度指令値比較判定手段５７は、加速度指令値Ｇ(t)の絶対値を予め設定された所定値と比較する。
トルク指令値生成手段５４は、速度指令値Ｖo(t)と実速度Ｖactとの偏差に小さな値の速度ゲインＫ１を乗算して第１トルク指令値Ｔ1を生成する。また、第１トルク指令値Ｔ1とは別に、前記偏差に大きな値の速度ゲインＫ２を乗算して第２トルク指令値Ｔ2を生成する。なお、制御則としては、第１実施形態と同様、速度指令値と実速度との偏差に応じてトルク指令値を出力する速度制御であり、Ｐ制御である。【００４０】
ここで、旋回体４を略一定速度で旋回させるような場合には、速度指令値Ｖo(t)の変化率が小さく、加速度指令値Ｇ(t)も小さくなるため、加速度指令値比較判定手段５７は、加速度指令値Ｇ(t)が所定値以下と判定する。そして、トルク指令値生成手段５４は、加速度指令値比較判定手段５７の判定結果に基づき、スイッチ５４１を「Ｎ」側に切り換えて小さな第１トルク指令値Ｔ1を最終的なトルク指令値としてインバータに出力する。【００４１】
一方、旋回体４がある程度加速しているときには、速度指令値Ｖo(t)の変化率が大きく、加速度指令値比較判定手段５７は、加速度指令値Ｇ(t)が所定値を越えると判定するため、トルク指令値生成手段５４は、スイッチ５４１を「Ｙ」側に切り換える。つまり、トルク指令値生成手段５４は、大きな第２トルク指令値Ｔ2を最終的なトルク指令値としてインバータに出力するのである。【００４２】
本実施形態によれば、旋回制御装置５０は、速度指令値Ｖo(t)を略一定にして旋回体４を定速旋回させる場合には、小さな速度ゲインＫ１によって生成される第１トルク指令値Ｔ1で旋回体４を旋回制御するため、ブーム６やアーム７を伸縮させることで旋回体４全体の慣性モーメントが変化すような外乱を作用させると、やはり慣性モーメントの変化が旋回体４の旋回速度に影響するようになり、ブーム６やアーム７の伸縮に応じて旋回速度を変化させることができる。【００４３】
これに対して、旋回レバー１０の操作によって加速するようなときには、大きな速度ゲインＫ２によって生成される第２トルク指令値Ｔ2で旋回体４を旋回制御するから、レスポンスのよい操作を実現できる。【００４４】
さらに、第１、第２トルク指令値Ｔ1，Ｔ2の切換が、予め設定される所定値と、加速度指令値Ｇ(t)の絶対値との比較により行われるので、例えば、旋回レバー１０を一気に傾倒させると、加速度指令値Ｇ(t)の絶対値が即座に所定値を越えるようになり、動き出しから大きな第２トルク指令値で旋回させることができる。従って、旋回体４の旋回状態を旋回レバー１０の動きにレスポンスよく追従させることができ、急旋回等を確実に実現できる。旋回レバー１０を一気にニュートラルに戻すような急停止の場合も同様である。【００４５】
〔第３実施形態〕
以下、図８および図９に基づき、本発明の第３実施形態に係る旋回制御装置５０について説明する。
前述した第１実施形態ではＦＦトルク指令値生成手段５３が、第２実施形態では加速度指令値比較判定手段５７が備えられており、加速度指令値Ｇ(t)に基づきトルク指令値の生成または切り換えをしていた。
これに対し、本実施形態では、加速度指令値Ｇ(t)に基づき速度指令値Ｖo(t)を変更する点が、第１実施形態とは大きく異なる。また、本実施形態での速度ゲインＫ１は、第１実施形態と同様に小さい値である。【００４６】
このために、本実施形態の旋回制御装置５０は、図８に示すように、第１実施形態の速度指令値生成手段と同様な第１速度指令値生成手段５１の他、第２速度指令値生成手段５５を備えている。第２速度指令値生成手段５５は、加速度指令値演算手段５２で演算された加速度指令値Ｇ(t)に基づき、所定のアルゴリズムによって第２速度指令値Ｖo2(t)を生成する。【００４７】
ここで、旋回レバー１０の操作によって旋回体４を加速させるようなときには、加速度指令値Ｇ(t)（減速時の負の加速指令値を含む）に値が生じるため、第２速度指令値Ｖo2(t)も値を持つことになる。そして、この第２速度指令値Ｖo2(t)が第１速度指令値Ｖo1(t)に加算されて速度指令値Ｖo(t)が生成され、この加算された速度指令値Ｖo(t)による大きな第２トルク指令値Ｔ2が生成される。【００４８】
なお、図９に示すように、加速していない定速旋回の場合には、加速度指令値Ｇ(t)は生成されないので、第１速度指令値Ｖo1(t)のみによる小さな第１トルク指令値Ｔ1が生成される。【００４９】
本実施家形態においても、構成は異なるが、第１実施形態と略同様な効果を得ることができる。【００５０】
〔第４実施形態〕
以下、図１０および図１１に基づき、本発明の第４実施形態に係る旋回制御装置５０について説明する。
前述した第１実施形態では、旋回レバー１０からのレバー信号をもとに加速度指令値Ｇ(t)を介してＦＦトルク指令値Ｔffを生成していた。また、トルク指令値生成手段５４では小さな値の速度ゲインＫ１を用いていた。
これに対し、本実施形態では、作業機レバー１１（例えば、図１に示すブーム６操作用）からのレバー信号をもとに作業機速度指令値Ｖwo(t)を介してＦＦトルク指令値Ｔffを生成する点、トルク指令値生成手段５４では大きな速度ゲインＫ２のみを用いる点、が第１実施形態とは大きく異なる。【００５１】
このために、本実施形態の旋回制御装置５０は、図１０に示すように、作業機速度指令値生成手段５６を備えている。作業機速度指令値生成手段５６は、作業機レバー１１からのレバー信号に基づいて作業機速度指令値Ｖwo(t)を生成し、ＦＦトルク指令値生成手段５３に出力する。なお、作業機速度指令値Ｖwo(t)は、ブーム６やアーム７を動作させる油圧シリンダ等のアクチュエータ側に出力される信号である。
また、本実施形態のトルク指令値生成手段５４は、速度指令値生成手段５１で生成された速度指令値Ｖo(t)と実速度Ｖactとの偏差に大きな速度ゲインＫ２を乗算して、第２トルク指令値Ｔ2を生成する。【００５２】
このような実施形態では、作業機レバー１１が操作され、ブーム６等が作動して慣性モーメントが変化し、これが外乱として旋回体４（図１）に作用する場合には、作業機レバー１１側からの作業機速度指令値Ｖwo(t)に基づいてＦＦトルク指令値Ｔffが生成され、第２トルク指令値Ｔ2からＦＦトルク指令値Ｔffが減算されて小さな第１トルク指令値Ｔ1が生成される。そして、この第１トルク指令値Ｔ1が、最終的なトルク指令値としてインバータに出力される。すなわち、小さな第１トルク指令値Ｔ1によって電動モータ５（図１）が駆動され、慣性モーメントの変化が旋回体４（図１）の動きに影響するようになる。【００５３】
これに対して、作業機レバー１１が操作されないことで慣性モーメントが変化せず、外乱が作用しない状態では、作業機レバー１１側からの作業機速度指令値Ｖwo(t)が生成されず、同時にＦＦトルク指令値Ｔffも生成されない。このため、図１１に示すように、第２トルク指令値Ｔ2からは何も減算されず、大きな第２トルク指令値Ｔ2がそのまま最終的なトルク指令値としてインバータに出力される。すなわち、大きな第２トルク指令値Ｔ2で電動モータ５が駆動されることにより、旋回体４のレスポンスのよい旋回を実現できるのである。【００５４】
従って、本実施形態においても、構成は異なるが、外乱に応じて旋回体の旋回速度を変化させることができるとともに、通常操作時における操作感や作業性も良好に維持でき、本発明の目的を達成できる。【００５５】
〔第５実施形態〕
以下、図１２に基づき、本発明の第５実施形態に係る旋回制御装置５０について説明する。
前述した第２実施形態では、旋回レバー１０からのレバー信号に基づいて生成された速度指令値Ｖo(t)から加速度指令値演算手段５２が加速度指令値Ｇ(t)を算出し、加速度指令値比較判定手段５７が加速度指令値Ｇ(t)の絶対値の大きさを判定して、最終的なトルク指令値を第１トルク指令値Ｔ1および第２トルク指令値Ｔ2間で切り換えていた。
これに対し、本実施形態では、図１２に示すように、作業機レバー１１からのレバー信号に基づいて生成された作業機速度指令値Ｖwo(t) の絶対値の大きさを判定して、各トルク指令値Ｔ1，Ｔ2間で切り換える点が、第２実施形態とは異なる。【００５６】
このために、本実施形態の旋回制御装置５０は、作業機速度指令値生成手段５６および速度指令値比較判定手段５８を備えている。他の構成は、第２実施形態と略同じである。
作業機速度指令値生成手段５６は、作業機レバー１１からのレバー信号に基づいて作業機速度指令値Ｖwo(t)を生成し、速度指令値比較判定手段５８は、作業機速度指令値Ｖwo(t) の絶対値の大きさを判定する。
また、本実施形態のトルク指令値生成手段５４は、速度指令値比較判定手段５８の判定結果に基づいて、スイッチ５４１を切り換える。【００５７】
つまり、作業機９を動作させず、速度指令値比較判定手段５８により作業機レバー１１側からの作業機速度指令値Ｖwo(t)の絶対値が所定値以下であると判定された場合には、慣性モーメントがさほど変化しないため（外乱がほとんど作用しないため）、スイッチ５４１が「Ｙ」側に切り換えられ、速度ゲインＫ２により生成された大きな第２トルク指令値Ｔ2が最終的なトルク指令値として出力される。そして、この第２トルク指令値で電動モータ５（図１）が駆動され、外乱に影響されないレスポンスのよい旋回が実現する。【００５８】
反対に、作業機９を動作させ、速度指令値比較判定手段５８により作業機レバー１１側からの作業機速度指令値Ｖwo(t)の絶対値が所定値を越えたと判定された場合には、慣性モーメントが大きく変化するため（外乱が大きく作用するため）、スイッチ５４１が「Ｎ」側に切り換えられ、速度ゲインＫ１により生成された小さな第１トルク指令値Ｔ1が最終的なトルク指令値として出力される。これにより、外乱に応じて旋回速度が変化するようになる。【００５９】
本実施形態でも、構成は異なるが、本発明の目的を達成できる。また、以下の効果がある。
すなわち、第１、第２トルク指令値Ｔ1，Ｔ2の切換が、予め設定される所定値と、作業機レバー１１側からの作業機速度指令値Ｖwo(t)の絶対値との比較により行われるので、ブーム６やアーム７を僅かに伸縮させた程度では、その作業機速度指令値Ｖwo(t)の絶対値が所定値以下となり、依然として大きな第２トルク指令値Ｔ2により、旋回体４を応答性よく旋回させることができる。このことは、旋回しながらブーム６やアーム７をスムーズに移動させて、バケット８の歯先を旋回方向の任意の位置に精度よく位置合わせするのに好都合であり、作業機レバー１１を微操作する場合に特に有効である（ファインコントロール）。【００６０】
〔第６実施形態〕
以下、図１３および図１４に基づき、本発明の第６実施形態に係る旋回制御装置５０について説明する。
前述した第３実施形態では、旋回レバー１０からのレバー信号に基づいて生成された速度指令値Ｖo(t)から加速度指令値Ｇ(t)を算出し、加速度指令値Ｇ(t)にに基づいて、第２速度指令値Ｖo2(t)を生成していた。また、トルク指令値生成手段５４では、小さな値の速度ゲインＫ１が用いられていた。
これに対し、本実施形態では、作業機レバー１１側からの作業機速度指令値Ｖwo(t)に基づいて第２速度指令値Ｖo2(t)を生成する点、トルク指令値生成手段５４では大きな速度ゲインＫ２が用いられる点、が第３実施形態とは大きく異なる。【００６１】
本実施形態では、作業機９を動作させず、慣性モーメントが変化しない場合には、第２速度指令値生成手段５５には値を持った作業機速度指令値Ｖwo(t)が入力されず、第２速度指令値Ｖo2(t)も値を生じない。このため、第１速度指令値Ｖo1(t)からは何も減算されず、大きな速度ゲインＫ２により、大きな第２トルク指令値Ｔ2が生成される。そして、この第２トルク指令値Ｔ2が最終的なトルク指令値として出力されて電動モータ５（図１）が駆動され、外乱に影響されないレスポンスのよい旋回が実現する。【００６２】
反対に、作業機９を動作させ、慣性モーメントが変化する場合には、作業機レバー１１側からの値を持った作業機速度指令値Ｖwo(t)により第２速度指令値Ｖo2(t)が生成され、第１速度指令値Ｖo1(t)から第２速度指令値Ｖo2(t)が減算される。このため、大きな速度ゲインＫ２を用いているにもかかわらず、小さな第１トルク指令値Ｔ1が生成され、この第１トルク指令値Ｔ1が最終的なトルク指令値として出力される。これにより、外乱に応じて旋回速度が変化するようになる。【００６３】
本実施形態でも、構成は異なるが、第４実施形態と同様の効果を得ることができ、本発明の目的を達成できる。【００６４】
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
前記第４〜第６実施形態では、本発明の請求項２に係る「旋回体に作用する外乱」とは、ブーム６やアーム７を伸縮させたときの旋回体４に生じる慣性モーメントの変化のことであったが、本発明はこれに限定されない。
例えば、旋回体４が旋回しているとき、バケット８等が大きな岩石等にぶつかると、その旋回が阻害されて急負荷が電動モータ５に加わるので、モータはその外力に対して対抗して急に大きな力を出力し、よってオペレータに大きな衝撃が加わることになるのであるが、このような外力も本発明「旋回体に作用する外乱」に含まれる。
そして、この場合には、例えば、外力（外乱）が作用している否かを速度指令値と実速度との偏差の大きさ等により判定し、外力が作用していると判断されたときには、小さな第１トルク指令値で電動モータ５を駆動する。
これによれば、旋回体４の旋回が外力に影響されやすいことから、外力が作用した際の衝撃を旋回体４自身の緩慢な旋回によって吸収でき、乗り心地を改善できる。【００６５】
その他、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、旋回体を電動モータで旋回駆動させる際の制御装置に利用できる。また、このような制御装置が搭載される機械としては、建設機械には限定されない。しかも、建設機械の場合であっても、旋回体を有しており、それが電動モータで旋回駆動されればよいから、特にショベルに限定されない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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