挖掘机的制作方法

挖掘机的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种挖掘机，能够以更高的响应性来控制液压泵。本发明的实施例的挖掘机具备：斗杆缸(8)；液压泵(14)，朝斗杆缸(8)供给工作油；模型预测控制部(34)，基于斗杆缸(8)的伸缩速度(v)、液压泵(14)的泵排出压(Pd)以及排量(Vd)，对规定时间后的泵排出压(Pd)以及排量(Vd)进行预测而导出排量指令值(Vtc)；以及控制器(30)，对液压泵(14)进行控制。控制器(30)使用模型预测控制部(34)导出的排量指令值(Vtc)对液压泵(14)进行控制。
【专利说明】
挖掘机
技术领域
[0001] 本申请主张基于2015年3月12日申请的日本专利申请第2015-049793号W及2015 年3月13日申请的日本专利申请第2015-051368号的优先权。运些日本申请的全部内容通过 参考援用于本说明书中。
[0002] 本发明设及一种具有液压驱动器的挖掘机。
【背景技术】
[0003] 已知一种建筑机械，防止由液压累的排出压急剧上升时的发动机转速的剧减而导 致的燃料喷射量的剧增(参照专利文献1)。
[0004] 该建筑机械进行马力控制，W便即使液压累的排出压变化、液压累的累吸收扭矩 也不超过发动机输出扭矩。具体而言，在液压累的排出压上升的情况下，使排出量降低W使 得由排出压与排出量之积表示的累吸收扭矩成为规定扭矩(高扭矩）。此外，在判断为液压 累的排出压的上升速度为规定速度W上的情况下，在使规定扭矩降低的基础上，使排出量 降低W使得累吸收扭矩成为降低后的规定扭矩(低扭矩）。其目的在于，防止在液压累的排 出压急剧上升时排出量的降低延迟而累吸收扭矩超过发动机输出扭矩。结果，能够抑制浪 费的燃料消耗并且能够提高液压驱动器等的操作性。
[0005] 专利文献1:日本特开2005-54903号公报
[0006] 但是，在上述建筑机械中，在检测到液压累的排出压急剧上升之后使其排出量降 低运一点未产生改变，而受到从使排出量降低起到排出压实际降低为止所需要的时间即液 压累的响应延迟时间的影响。因此，根据降低后的规定扭矩(低扭矩)的设定，有可能超过发 动机输出扭矩而使液压累的累吸收扭矩增大、或者有可能使累吸收扭矩过度降低。

【发明内容】

[0007] 鉴于上述情况，期望提供能够W更高的响应性来控制液压累的挖掘机。
[000引本发明的实施例的挖掘机具备:液压驱动器;变量式的液压累，向上述液压驱动器 供给工作油;模型预测控制部，基于上述液压驱动器的状态量W及上述液压累的状态量，对 规定时间后的上述液压累的状态量进行预测而导出对于上述液压累的指令值；W及控制装 置，对上述液压累进行控制，上述控制装置使用上述模型预测控制部导出的对于上述液压 累的指令值对上述液压累进行控制。
[0009] 发明的效果
[0010] 通过上述构造，能够提供能够W更高的响应性来控制液压累的挖掘机。
【附图说明】
[0011] 图1是表示搭载本发明的实施例的驱动系统的挖掘机的构成例的图。
[0012] 图2是表示本发明的实施例的驱动系统的构成例的概要图。
[0013] 图3是表示累流量与负控压之间的关系的负控制线图。
[0014] 图4是表示累流量与累排出压之间的关系的马力控制线图(PQ线图）。
[0015] 图5是表示控制系统的构成例的功能框图。
[0016] 图6是表示累排出压、排量W及累吸收扭矩的时间推移的图。
[0017] 图7是表示本发明的实施例的挖掘机的构成例的图。
[0018] 图8是表示图7的挖掘机所搭载的驱动系统的构成例的回路图。
[0019] 图9是表示回转液压回路的构成例的概要图。
[0020] 图10是表示回转液压回路内压与回转减压流量之间的关系的图。
[0021] 图11是表示控制系统的构成例的图。
[0022] 图12是表示回转杆操作量W及回转液压回路内压的时间推移的图。
[0023] 符号的说明
[0024] 1:下部行驶体;2:回转机构；2L:左侧行驶用液压马达;2R:右侧行驶用液压马达； 3:上部回转体;4:动臂；5:斗杆;6:伊斗；7:动臂缸;8:斗杆缸;9:伊斗缸；11:发动机；14、 1化、14R:液压累；15:控制累；17:控制阀；1化、19R:减压阀；2化、20R:负控节流阀；21:回转 用液压马达;21L:第1端口； 21R:第2端口； 22:工作油箱;30:控制器;31:驱动器状态量取得 部；32:累排出压检测部；33:马力控制部；34:模型预测控制部；35:模型状态重新设定部； 40L、40R:中间旁通管路;41L、41R:负控节流阀；50、50L、50R:累调节器；51L、51R:偏转驱动 器;5化、55R:电磁阀；60L、60R:滑阀机构；61L、61R:排出量控制部；7化、703、73:管路；7化、 71R:回转减压阀；7化、72R:单向阀；75:发动机转速设定拨盘;80:机械制动器;81:减速器； 82:回转操作杆；83:主减压阀；100:驱动系统；17化、1713、1721^、1721?、1731^、1731?、174尺、 17化、175R:控制阀；200:回转液压回路;E30:姿态检测部;E31:排量检测部;E32:回转液压 回路内压检测部;E33:回转角速度检测部;P1:第1端口；P2:第2端口词~S6、S7L、S7R:压力 传感器。
【具体实施方式】
[0025] W下，参照附图对本发明的优选实施例进行说明。图1表示作为本发明的实施例的 建筑机械的挖掘机的构成例。图1的挖掘机为，在履带式的下部行驶体1上经由回转机构2 W 围绕X轴回转自如的方式搭载上部回转体3。此外，上部回转体3在前方中央部具备挖掘附属 装置。挖掘附属装置包括作为作业体的动臂4、斗杆5W及伊斗6,并且包括作为液压驱动器 的动臂缸7、斗杆缸8 W及伊斗缸9。
[0026] 此外，在动臂缸7安装有对动臂缸7的伸缩状态进行检测的动臂行程传感器7s。此 夕h在斗杆缸8安装有对斗杆缸8的伸缩状态进行检测的斗杆行程传感器8s，在伊斗缸9安装 有对伊斗缸9的伸缩状态进行检测的伊斗行程传感器9s。另外，也可W用对作业体的转动角 度进行检测的角度传感器来置换行程传感器中的至少一个。
[0027] 图2是本发明的实施例的驱动系统100的概要图。驱动系统100主要包括发动机11、 液压累14、控制阀17 W及控制器30。
[0028] 液压累14由发动机η驱动。在本实施例中，液压累14是使每1旋转的排出量(排量） 成为可变的变量型斜板式液压累。排量由累调节器50控制。具体而言，液压累14包括由累调 节器50L控制排量的液压累14L、W及由累调节器50R控制排量的液压累14R。此外，在本实施 例中，液压累14的旋转轴与发动机11的旋转轴连结而W与发动机11的旋转速度相同的旋转 速度进行旋转。另外，液压累14的旋转轴与飞轮连结，抑制发动机输出扭矩变动时的旋转速 度的变动。
[0029] 发动机11是挖掘机的驱动源。在本实施例中，发动机11是具备作为增压器的满轮 增压器W及燃料喷射装置的柴油发动机，搭载于上部回转体3。另外，发动机11作为增压器 也可W具备机械增压器。
[0030] 控制阀17是将液压累14排出的工作油朝各种液压驱动器供给的液压控制机构。在 本实施例中，控制阀17包括控制阀171L、171R、17化、1723、17化、1731?、1741?、1751^、1751?。此 夕h液压驱动器包括左侧行驶用液压马达化、右侧行驶用液压马达2R、动臂缸7、斗杆缸8、伊 斗缸9、回转用液压马达21。
[0031] 具体而言，液压累1化使工作油经由连通控制阀171L、172L、17化、W及17化的中间 旁通管路40L循环至工作油箱22。同样，液压累14R使工作油经由连通控制阀171RU72R、 173R、174R、W及175R的中间旁通管路40R循环至工作油箱22。
[0032] 控制阀171L是对左侧行驶用液压马达化与液压累1化之间的工作油的流量W及流 动方向进行控制的滑阀。
[0033] 控制阀171R是作为行驶直行阀的滑阀。控制阀171R切换工作油的流动，W便为了 提高下部行驶体1的直行性而从液压累1化朝左侧行驶用液压马达化W及右侧行驶用液压 马达2R分别供给工作油。具体而言，在左侧行驶用液压马达化W及右侧行驶用液压马达2R 与其他任意的液压驱动器被同时操作的情况下，液压累1化朝左侧行驶用液压马达化W及 右侧行驶用液压马达2R的双方供给工作油。另外，在除此W外的情况下，液压累1化朝左侧 行驶用液压马达化供给工作油，液压累14R朝右侧行驶用液压马达2R供给工作油。
[0034] 控制阀17化是对回转用液压马达21与液压累1化之间的工作油的流量W及流动方 向进行控制的滑阀。
[0035] 控制阀172R是对右侧行驶用液压马达2R与液压累14L、14R之间的工作油的流量W 及流动方向进行控制的滑阀。
[0036] 控制阀173U173R分别是对动臂缸7与液压累HL、14R之间的工作油的流量W及流 动方向进行控制的滑阀。另外，控制阀173R在作为操作装置的动臂操作杆被操作的情况下 工作，控制阀17化在动臂操作杆被朝动臂提升方向操作了规定的杆操作量W上的情况下工 作。
[0037] 控制阀174R是对液压累14R与伊斗缸9之间的工作油的流量W及流动方向进行控 制的滑阀。
[0038] 控制阀17化、175R分别是对斗杆缸8与液压累1化、14R之间的工作油的流量W及流 动方向进行控制的滑阀。另外，控制阀17化在作为操作装置的斗杆操作杆被操作的情况下 工作，控制阀175R在斗杆操作杆被操作了规定的杆操作量W上的情况下工作。
[0039] 中间旁通管路40L、40R分别在处于最下游的控制阀17化、175R与工作油箱22之间 具备负控制节流阀41L、41R。^下，将负控制(negative control)简称为"负控"。负控节流 阀41L、41R对液压累14L、14R排出的工作油的流动进行限制，由此在负控节流阀41L、41R的 上游产生负控压。
[0040] 减压阀19U19R是将负控压限制为规定的减压压力W下的阀。在本实施例中，减压 阀19U19R分别在中间旁通管路40U40R上与负控节流阀41U41R并联连接。
[0041 ] 控制器30是对挖掘机进行控制的功能要素，例如是具备 计算机。
[0042] 在本实施例中，控制器30基于先导压传感器(未图示）的输出对各种操作装置的操 作内容(例如，杆操作的有无、杆操作方向、杆操作量等)进行电检测。先导压传感器是对在 操作了斗杆操作杆、动臂操作杆等各种操作装置的情况下产生的先导压进行测定的操作内 容检测部的一例。但是，操作内容检测部也可W使用对各种操作杆的倾斜进行检测的倾斜 传感器等、先导压传感器W外的传感器来构成。
[0043] 此外，控制器30基于压力传感器S1~S4的输出对各种液压驱动器的工作状况进行 电检测。
[0044] 压力传感器S1、S2对在负控节流阀41U41R的上游产生的负控压进行检测，并将检 测到的值作为电负控压信号输出至控制器30。
[0045] 压力传感器S3、S4对液压累14U14R的排出压进行检测，并将检测到的值作为电排 出压信号输出至控制器30。
[0046] 发动机转速设定拨盘75是用于设定发动机的转速的拨盘，例如设置在驾驶室内W 便操作者能够按照多个阶段来切换发动机转速。
[0047] 并且，控制器30使CPU根据各种操作装置的操作内容W及各种液压驱动器的工作 状况来执行与各种功能要素对应的程序。
[004引接着，参照图3说明控制器30根据负控压来控制液压累14的排出量的处理。另外， 图3是表示液压累14的排出量下，称作"累流量"）与负控压之间的关系的负控制线图，纵 轴表示累流量，横轴表示负控压。
[0049] 在本实施例中，控制器30使对于累调节器50L的控制电流增减而使液压累1化的斜 板偏转角增减，由此使液压累1化的排量增减。例如，控制器30为，负控压越低则使控制电流 越增大而使液压累14L的排量越增大。另外，在W下，对液压累14L的排量进行说明，但对于 液压累14R的排量也适用同样的说明。
[0050] 具体而言，液压累HL排出的工作油，通过中间旁通管路40L而到达负控节流阀 41L，在负控节流阀41L的上游产生负控压。
[0051 ]例如，当为了使斗杆缸8工作而控制阀17化工作时，液压累1化排出的工作油经由 控制阀17化流入斗杆缸8。因此，到达负控节流阀41L的量减少或者消失，在负控节流阀41L 的上游产生的负控压降低。
[0052] 控制器30根据由压力传感器S1检测到的负控压的降低，使对于累调节器50L的控 制电流增大。累调节器50L根据来自控制器30的控制电流的增大，使液压累1化的斜板偏转 角增大而使排量增大。结果，朝斗杆缸8供给充足的工作油，斗杆缸8被适当地驱动。
[0053] 之后，当为了使斗杆缸8的工作停止而控制阀17化返回到中立位置时，液压累1化 排出的工作油不向斗杆缸8流入而到达负控节流阀41L。因此，到达负控节流阀41L的量增 加，在负控节流阀41L的上游产生的负控压增大。
[0054] 控制器30根据由压力传感器S1检测到的负控压的增大，使对于累调节器50L的控 制电流降低。累调节器50L根据来自控制器30的控制电流的降低，使液压累1化的斜板偏转 角降低而使排量降低。结果，累流量减少，液压累1化排出的工作油通过中间旁通管路40L时 的压力损失(累损失)得到抑制。
[0055] 用实线表示的累控制线表示随着负控压减少而累流量增大的倾向。在W下，将上 述那样的基于负控压的累流量的控制称作"负控制"。通过负控制，驱动系统100能够在不使 液压驱动器工作的待机状态下抑制浪费的能量消耗。其原因在于，能够抑制液压累14排出 的工作油所产生的累损失。此外，驱动系统100在使液压驱动器工作的情况下，能够从液压 累14朝液压驱动器供给所需要的充分的工作油。图3省略了待机状态下的负控压与累流量 之间的关系的图示，但在实际上，在待机状态下在负控压低于规定压力的情况下，累流量被 限制在最小流量。
[0056] 此外，驱动系统100与负控制并行地执行马力控制。马力控制为，根据液压累14的 排出压下，称作"累排出压"）的上升而使累流量降低。其目的在于，为了防止过扭矩的产 生。即，其目的在于，为了使由累排出压与累流量之积表示的液压累的吸收马力(累吸收扭 矩)不超过发动机的输出马力(发动机输出扭矩）。
[0057] 图4是表示累流量与累排出压之间的关系的马力控制线图（PQ线图），纵轴为累流 量，横轴为累排出压。马力控制线表示随着累排出压减少而累流量增大的倾向。此外，根据 目标累吸收扭矩Tt来决定马力控制线，目标累吸收扭矩Tt越大，则马力控制线越朝图的右 上方偏移。图4表示用实线表示的与马力控制线对应的目标累吸收扭矩Ttl大于用虚线表示 的与马力控制线对应的目标累吸收扭矩Tt2的情况。另外，目标累吸收扭矩Tt是作为液压累 14能够利用的累吸收扭矩的允许最大值而预先设定的值。在本实施例中，目标累吸收扭矩 Tt被预先设定为固定值，但也可W是可变值。
[0058] 在本实施例中，控制器30为，在使液压累HLW目标累吸收扭矩Tt动作的情况下， 按照图4所示的马力控制线对液压累1化的排量进行控制。具体而言，根据与压力传感器S3 的检测值即累排出压对应的累流量来导出目标排量。然后，控制器30将与目标排量对应的 控制电流输出至累调节器50L。累调节器50L根据该控制电流使斜板偏转角增减而使排量成 为目标排量。通过运种累吸收扭矩的反馈控制，即便因与液压驱动器相关的负载变动而使 累排出压变动，控制器30也能够使液压累14LW目标累吸收扭矩Tt动作。对于液压累14R也 是同样的。
[0059] 但是，只要利用运种反馈控制，控制器30就无法消除从检测到累排出压的变化起 到实际上使累流量变化为止所需要的响应延迟时间。
[0060] 因此，控制器30为了消除该响应延迟时间而采用模型预测控制。在本实施例中，控 制器30基于液压驱动器的状态量W及液压累14的状态量对规定时间后的液压累14的状态 量进行预测而导出对于液压累14的指令值。液压驱动器的状态量是对于与液压驱动器相关 的负载变动的反应比累排出压快的状态量，包含作为液压驱动器的液压缸的伸缩速度、通 过液压驱动器而转动的作业要素的转动角速度等。液压累14的状态量包含累排出压、排量、 斜板偏转角等。规定时间后的液压累14的状态量是成为预测的对象的状态量，包含累排出 压等。此外，对于液压累14的指令值包含排量指令值等。
[0061] 此处，参照图5对执行模型预测控制时所采用的控制系统的构成例进行说明。另 夕h图5是表示控制系统的构成例的功能框图。
[0062] 具体而言，图5的控制系统包括控制器30、驱动器状态量取得部31W及累排出压检 测部32。此外，控制器30包括马力控制部33、模型预测控制部34W及模型状态重新设定部 35。
[0063] 驱动器状态量取得部31是取得液压驱动器的状态量的功能要素，例如包括对作为 液压驱动器的液压缸的伸缩状态进行检测的位移传感器。位移传感器基于检测到的位移来 取得液压缸的伸缩速度V，将该值作为电伸缩速度信号输出至模型预测控制部34。在本实施 例中，位移传感器包括动臂行程传感器7s、斗杆行程传感器8sW及伊斗行程传感器9s。另 夕h驱动器状态量取得部31也可W是对作业体的转动角度进行检测的角度传感器。在该情 况下也同样，驱动器状态量取得部31基于检测到的角度来取得液压缸的伸缩速度V，将该值 作为电伸缩速度信号输出至模型预测控制部34。
[0064] 累排出压检测部32是对累排出压进行检测的功能要素。在本实施例中，累排出压 检测部32是对累排出压Pd进行检测的压力传感器S3、S4。压力传感器S3、S4将检测值作为电 累排出压信号输出至模型预测控制部34。
[0065] 马力控制部33是对液压累14的吸收马力(累吸收扭矩)进行控制的功能要素。在本 实施例中，马力控制部33将与排量指令值对应的控制电流输出至累调节器50来对液压累14 的累流量进行控制，由此对累吸收扭矩进行控制。
[0066] 模型预测控制部34是使用对包括液压驱动器W及液压累14的液压回路的举动进 行预测的模型、实时地进行基于最佳控制理论的控制(模型预测控制）的功能要素。液压回 路的模型预测控制是使用了液压回路的对象模型(plant model)的控制。此外，液压回路的 对象模型是根据对于液压回路的输入来导出液压回路的输出的模型。在本实施例中，模型 预测控制部34能够根据累排出压Pd、液压缸的伸缩速度V、液压累14L的排量VdW及排量指 令值的微小变化A Vt，导出有限时间内的将来的累排出压的预测值。另外，伸缩速度V包含 动臂缸7的伸展速度、斗杆缸8的伸展速度、伊斗缸9的伸缩速度等。此外，微小变化AVt是上 次的排量指令值Vt与再上次的排量指令值np之差。此外，排量Vd为，从马力控制部33将与 排量指令值对应的控制电流对累调节器50输出的时刻起稍微延迟而达到与该排量指令值 对应的值。因此，根据排量指令值的过去的推移来导出排量Vd。例如，在排量指令值跨越规 定期间不变化的情况下，当前的排量Vd成为与该排量指令值相同的值。此外，在排量指令值 在最近发生了变化的情况下，使用变化前的排量指令值、变化后的排量指令值W及一次延 迟的时间常数，来计算出当前的排量Vd。
[0067] 模型状态重新设定部35是将模型预测控制部34所使用的对象模型中的变量系数 常数化的功能要素。在本实施例中，模型状态重新设定部35使作为变量系数的排量指令值 Vt成为累排出压Pd的函数f (Pd)，并输出与作为输入的累排出压Pd相应的排量指令值Vt( = f(Pd) = 2nXTt/Pd)。更详细来说，模型状态重新设定部35参照马力控制下的马力控制线， 导出与累排出压Pd对应的排量指令值Vt。即，W累排出压Pd与排量指令值Vt之积除W2JT而 得到的值成为目标累吸收扭矩Tt的方式、导出与累排出压Pd对应的排量指令值Vt。
[0068] 接着，对在模型预测控制部34和模型状态重新设定部35中执行的计算进行说明。 模型预测控制部34使用表示液压回路的状态的W下的矩阵方程来导出累排出压的预测值。 另外，A、B是表示液压回路的构造上的特征的系数矩阵，V1、V2、……、Vn是η个液压缸各自的 伸缩速度。此外，系数矩阵A作为分量而包含上述函数f，该矩阵方程中的f与Pd的乘法运算， 意味着将累排出压Pd作为自变量来计算函数f、即模型状态重新设定部35基于累排出压Pd 来计算排量指令值Vt。并且，系数矩阵A作为分量而包含液压累14的转速与缸体积之比、W 及表示累响应延迟的时间常数的倒数（1/T)，该矩阵方程中的该比与排量Vd的乘法运算意 味着对工作油的压力变化进行计算，该倒数与排量Vd的乘法运算意味着对工作油的体积变 化进行计算。此外，系数矩阵B作为分量而包含η个液压缸各自的活塞的受压面积RA与缸体 积RV之比(RAi/RVi、RA2/RV2、……、RAn/RVn)，该矩阵方程中的比RAn/RVn与伸缩速度Vn的乘法 运算，意味着模型预测控制部34对由第η个液压缸的伸缩导致的工作油的压力变化进行计 算。此外，系数矩阵Β作为分量而包含表示累的响应延迟的时间常数的倒数(1/Τ)，该矩阵方 程中的该倒数与微小变化A Vt的乘法运算，意味着模型预测控制部34对由η个液压缸的伸 缩导致的工作油的体积变化进行计算。
[0069] 【数式1】
[0070]
[0071] 更具体而言，模型预测控制部34将从累排出压检测部32接受的当前时刻的累排出 压Pd输入至模型状态重新设定部35、而从模型状态重新设定部35接受排量指令值Vt。此外， 模型预测控制部34基于当前时刻的累排出压Pd、排量Vd、n个液压缸各自的伸缩速度VI~Vn、 排量指令值的微小变化A VtW及上述矩阵方程，来导出累排出压PdW及排量Vd各自的微分 值。然后，将当前时刻的累排出压Pd与其微分值相加而导出1个控制周期后的累排出压的预 测值Pd'。对于排量Vd也同样地导出1个控制周期后的排量的预测值Vd'。另外，当前时刻的 排量Vd是对一次延迟进行考虑而根据过去的排量指令值Vt计算出的值。
[0072] 之后，模型预测控制部34将预测值Pd'输入至模型状态重新设定部35。模型状态重 新设定部35使用预测值Pd'W及马力控制线图来计算排量指令值Vt'。然后，模型预测控制 部34接受模型状态重新设定部35计算出的排量指令值Vt'。此外，基于预测值Pd'W及Vd'、 当前时刻的η个液压缸各自的伸缩速度VI~Vn、排量指令值的微小变化AVtW及上述矩阵方 程，来导出预测值Pd'W及Vd'各自的微分值。然后，将预测值Pd'与其微分值相加而导出2个 控制周期后的累排出压的预测值Pd"。对于预测值Vd'也同样地导出2个控制周期后的预测 值 Vd"。
[007引如此，模型预测控制部34导出持续地使用了微小变化AVt的情况（即、排量指令值 按照每个控制周期而每次变化A Vt的情况)下的η个控制周期后的累排出压W及排量各自 的预测值。
[0074] 并且，模型预测控制部34通过上述方法导出跨越η个控制周期而持续地使用了 W 微小变化A Vt为基准而设定的多个微小变化的值的情况下的η个控制周期后的累排出压W 及排量各自的预测值。例如，通过将微小变化A Vt与规定值相加或者从微小变化Δ Vt减去 规定值，来导出多个微小变化的值的各个。
[0075] 在此基础上，模型预测控制部34从多个微小变化的值中选择使模型状态重新设定 部35基于η个控制周期后（例如10控制周期后）的累排出压导出的排量指令值与η个控制周 期后的排量之差成为最小的微小变化A Vtc。具体而言，选择包含微小变化Δ Vt的多个微小 变化的值中的一个、作为运次应当采用的微小变化A Vtc。
[0076] 然后，模型预测控制部34将所选择的微小变化Δ Vtc对马力控制部33输出。马力控 制部33使用模型预测控制部34选择的微小变化Δ Vtc，通过模型预测控制对液压累14的排 量进行控制。
[0077] 如此，模型预测控制部34按照每个控制周期，对使用了多个微小变化的值的每个 的情况下的η个控制周期后的累排出压W及排量的预测值进行计算。然后，选择使模型状态 重新设定部35基于η个控制周期后的累排出压导出的排量指令值与η个控制周期后的排量 之差成为最小的微小变化A Vtc。马力控制部33按照每个控制周期，根据模型预测控制部34 选择的微小变化A Vtc来计算运次应当采用的排量指令值Vtc，并将与该排量指令值Vtc对 应的控制电流输出至累调节器50。另外，马力控制部33例如通过将上次的排量指令值Vt与 微小变化A Vtc相加来计算运次应当采用的排量指令值Vtc。累调节器50将液压累14的斜板 偏转角变更为与其控制电流相应的角度。结果，液压累14的排量Vd被增减至产生目标累吸 收扭矩Tt的排量。
[0078] 接着，参照图6对在包括斗杆闭合操作的挖掘操作的执行中挖掘负载剧增时的累 排出压、排量W及累吸收扭矩的时间推移进行说明。另外，图6是表示累排出压、排量W及累 吸收扭矩的时间推移的图。此外，图6的虚线表示未采用模型预测控制的情况下的时间推 移，实线表示采用了模型预测控制的情况下的时间推移。此外，在该挖掘操作的执行中通过 马力控制来控制液压累14。
[0079] 在未采用模型预测控制的情况下，当在时刻tl挖掘负载剧增时，累排出压PdW及 累吸收扭矩化开始增大。其原因在于，虽然由于液压累14的响应延迟而在一段期间内从液 压累14朝向斗杆缸8的工作油的流量被维持，但斗杆缸8的伸展速度也减速。
[0080] 具体而言，累吸收扭矩化在超过目标累吸收扭矩Tt地增加之后在时刻t2转为减 少，之后，在减少至低于目标累吸收扭矩Tt之后在时刻t3再次转为增加。之后，累吸收扭矩 化在围绕目标累吸收扭矩Tt反复进行增减的同时向目标累吸收扭矩Tt收敛。
[0081] 如此，控制器30在包含响应延迟的状态下，根据累排出压Pd的变动使排量指令值 增减，通过反馈控制对排量Vd进行控制W使累吸收扭矩化成为目标累吸收扭矩Tt。因此，累 吸收扭矩化会暂时超过目标累吸收扭矩Tt，根据情况不同有时累吸收扭矩化会超过发动机 输出扭矩。相反，在使超过了目标累吸收扭矩Tt的累吸收扭矩化向目标累吸收扭矩Tt的水 平返回时，有时会使累吸收扭矩化过度地降低至较大地低于目标累吸收扭矩Tt的水平。
[0082] 与此相对，在采用了模型预测控制的情况下，与不采用图5的控制系统的情况不 同，累吸收扭矩化不会较大地超过目标累吸收扭矩Tt而是维持目标累吸收扭矩Tt不变地推 移。其原因在于，通过模型预测控制在累吸收扭矩化脱离目标累吸收扭矩Tt之前变更排量 指令值而预防性地抑制累吸收扭矩化的脱离。
[0083] 具体而言，控制器30基于当前时刻的累排出压Pd、排量Vd、斗杆缸8的伸缩速度W 及上述矩阵方程，对采用了各种排量指令值的情况下的规定时间后的累排出压W及排量进 行预测。另外，斗杆缸8的伸缩速度是对于挖掘负载的变动的反应比累排出压快的状态量即 斗杆缸8的长度变化。因此，在当前时刻，虽然斗杆缸8的伸展速度已经降低，但液压累14的 累排出压还未上升。
[0084] 而且，控制器30基于规定时间后的累排出压的预测值，导出使模型状态重新设定 部35导出的排量指令值与规定时间后的排量的预测值之差成为最小的排量指令值。然后， 使用该排量指令值对液压累14的累流量进行控制，而按照目标累吸收扭矩Tt来维持累吸收 扭矩化。
[0085] 如此，控制器30通过模型预测控制对排量Vd进行控制，W使排量指令值增减，而成 为目标累吸收扭矩Tt。因此，即便在挖掘负载剧增的情况下，也能够抑制或者防止累吸收扭 矩化暂时超过目标累吸收扭矩Tt，并能够抑制或者防止累吸收扭矩化超过发动机输出扭 矩。
[0086] 此外，图5的控制系统与基于累排出压的累流量的反馈控制相比，能够减小液压累 14的响应延迟对挖掘负载的变动的影响。
[0087] 接着，对能够扩大能够利用的回转扭矩的范围的挖掘机进行说明。
[0088] W往，已知一种挖掘机，作为回转用液压马达的回转减压阀而使用两级减压阀来 调整回转扭矩(例如，参照日本特开平6-17447号公报）。
[0089] 该挖掘机为，在增大了回转用液压马达的马达容量时将回转减压压力设定为降压 侦U、或者在减小了回转用液压马达的马达容量时将回转减压压力设定为升压侧的基础上， 在从两级减压阀排出工作油的同时使回转用液压马达旋转。而且，在进行低速回转的情况 和进行高速回转的情况的双方，使回转扭矩为相同程度。
[0090] 但是，上述挖掘机不会通过不足两级减压阀的回转减压压力的压力的工作油对回 转用液压马达进行控制。因此，能够利用的回转扭矩的大小被限定在较窄的范围。
[0091] 鉴于上述情况，期望提供能够扩大能够利用的回转扭矩的大小的范围的挖掘机。
[0092] W下，参照附图对能够扩大能够利用的回转扭矩的范围的挖掘机进行说明。图7的 挖掘机在履带式的下部行驶体1上具备回转机构2。此外，回转机构2 W围绕X轴回转自如的 方式搭载上部回转体3。
[0093] 此外，上部回转体3在前方中央部具备附属装置的一例即挖掘附属装置。挖掘附属 装置包括动臂4、斗杆5W及伊斗6,且包括作为液压驱动器的动臂缸7、斗杆缸8W及伊斗缸 9。
[0094] 姿态检测装置Ml包括动臂角度传感器、斗杆角度传感器、伊斗角度传感器W及车 身倾斜传感器。动臂角度传感器是取得动臂角度的传感器，例如包括对动臂脚销（boom foot pin)的旋转角度进行检测的旋转角度传感器、对动臂缸7的行程量进行检测的行程传 感器、对动臂4的倾斜角度进行检测的倾斜(加速度)传感器等。斗杆角度传感器是取得斗杆 角度的传感器，例如包括对斗杆连结销的旋转角度进行检测的旋转角度传感器、对斗杆缸8 的行程量进行检测的行程传感器、对斗杆5的倾斜角度进行检测的倾斜(加速度)传感器等。 伊斗角度传感器是取得伊斗角度的传感器，例如包括对伊斗连结销的旋转角度进行检测的 旋转角度传感器、对伊斗缸9的行程量进行检测的行程传感器、对伊斗6的倾斜角度进行检 测的倾斜(加速度)传感器等。车身倾斜传感器是取得机身倾斜角度的传感器，例如包括巧由 倾斜(加速度)传感器等。
[00%]图8是表示图7的挖掘机所搭载的驱动系统100的构成例的回路图。驱动系统100具 有由发动机、电动马达等驱动源（未图示）驱动的液压累14U14R。在W下，有时将液压累 1化、14R统称为"液压累14"。对于通过左右一对来构成的其他构成要素也是同样的。液压累 14是使每1旋转的排量(cc/rev)成为可变的变量式的液压累。此外，液压累1化使工作油经 由连通控制阀171L、172L、17化W及17化的中间旁通管路40L循环至工作油箱22。同样，液压 累14R使工作液经由连通控制阀1713、1721?、1741?、1731?^及175如勺中间旁通管路40財盾环至 工作油箱22。
[0096] 在图8的例子中，控制器30使CPU执行与根据各种操作装置的操作内容使电磁阀 5化、55R等动作的各种功能要素相对应的程序。
[0097] 电磁阀55U55R是根据控制器30输出的指令而动作的阀。在本实施例中，电磁阀 5化、55R是根据控制器30输出的电流指令对从控制累15朝排出量控制部61L、61R的受压室 612U612R导入的控制压进行调整的电磁减压阀。
[0098] 累调节器50L是对液压累1化的排出量进行控制的驱动机构，主要包括偏转驱动器 51L、滑阀机构60L、排出量控制部61L W及反馈杆62L。
[0099] 偏转驱动器51L是对用于使液压累1化的排量(累容量)变化的斜板(杆)进行偏转 驱动的功能要素。具体而言，偏转驱动器51L包括:在一端具有大径受压部PR1且在另一端具 有小径受压部PR2的工作活塞51化;与大径受压部PR1对应的受压室5ia;W及与小径受压 部PR2对应的受压室512L。经由滑阀60化朝受压室511L导入液压累1化的排出压，或者从受 压室511L经由滑阀60化排出工作油。此外，朝受压室51化导入液压累1化的排出压。工作活 塞51化为，当朝受压室511L导入工作油而朝受压室51化侧位移时，将液压累1化的斜板(杆） 朝小流量侧偏转驱动。此外，工作活塞51化为，当从受压室511L排出工作油而朝受压室511L 侧位移时，将液压累14L的斜板(杆)朝大流量侧偏转驱动。
[0100] 滑阀机构60L是用于相对于偏转驱动器51L进行工作油的供排的功能要素，包括滑 阀60化W及弹黃601L。滑阀60化具有导入液压累1化的排出压的第一端口、与工作油箱22连 通的第二端口、W及与受压室511L连通的输出端口。此外，能够将滑阀60化选择性地切换至 连通第一端口与输出端口的第一位置、连通第二端口与输出端口的第二位置、或者第一端 口 W及第二端口均不与输出端口连通的中立位置。弹黃601L对滑阀60化赋予沿使其向第二 位置位移的方向作用的力。
[0101] 排出量控制部61L是用于使滑阀600L位移的功能要素。具体而言，排出量控制部 61L包括伺服活塞61化、弹黃611LW及受压室61化。伺服活塞61化根据电磁阀5化生成的控 制压而朝使滑阀60化向第一位置位移的方向移动。弹黃611L克服电磁阀5化生成的控制压 而赋予沿使伺服活塞61化恢复的方向作用的力。受压室61化与设置于伺服活塞61化的受压 部PR3对应，从控制累15通过电磁阀5化导入工作油。
[0102] 反馈杆6化是用于将偏转驱动器51L的位移反馈至滑阀60化的联杆机构。具体而 言，反馈杆6化为，在工作活塞51化移动了时，将其移动量物理地反馈至滑阀60化而使滑阀 60化恢复到中立位置。
[0103] 另外，上述说明设及累调节器50L，但对于累调节器50R也同样适用。
[0104] 根据W上构成，朝排出量控制部61U61R导入的控制压越大，则累调节器50L、50R 使液压累HL、14R的排出量越降低。此外，朝排出量控制部61U61R导入的控制压越小，则累 调节器50U50R使液压累14U14R的排出量越增大。
[0105] 另外，图8表示挖掘机的液压驱动器均未被利用的状态。W下，将该状态称作"待机 模式"。在待机模式下，液压累14U14R排出的工作油通过中间旁通管路40L、40R到达负控节 流阀41U41R，使在负控节流阀41U41R的上游产生的负控压增大。
[0106] 结果，累调节器50U50R根据控制器30基于负控压信号而生成的指令，使滑阀 600L、600R朝第一位置位移。滑阀60化、600R对偏转驱动器51U51R进行驱动，使液压累14L、 14R的排出量降低。结果，能够抑制液压累14L、14R排出的工作油通过中间旁通管路40L、40R 时的压力损失(累损失）。
[0107] 另一方面，在挖掘机的任一个液压驱动器被操作的情况下，液压累14L、14R排出的 工作油经由与该液压驱动器对应的控制阀流入该液压驱动器。因此，到达负控节流阀41L、 41R的量减少或者消失，在负控节流阀41U41R的上游产生的负控压降低。
[0108] 结果，累调节器50U50R使液压累14LU4R的排出量增大，使充足的工作油向各液 压驱动器循环，使各驱动器的驱动能够可靠地进行。
[0109] 接着，参照图9对构成图7的挖掘机所搭载的驱动系统100的一部分的回转液压回 路200进行说明。另外，图9是表示回转液压回路200的构成例的概要图。
[0110] 如图9所示，回转液压回路200主要包括回转用液压马达21、回转减压阀71U71RW 及单向阀72U72R。
[0111] 回转用液压马达21经由包括机械制动器80W及减速器81的回转机构使上部回转 体3回转。在本实施例中，通过由2阶段的行星齿轮机构构成的减速器81来放大回转用液压 马达21的输出扭矩。此外，通过由多个制动盘W及夹着各制动盘的多个制动板构成的机械 制动器80,对回转用液压马达21的输出轴的旋转进行制动。
[0112] 此外，回转用液压马达21的第1端口 21L经由管路70L与控制阀17化的第1端口 P1连 接，回转用液压马达21的第2端口 21R经由管路70R与控制阀17化的第2端口 P2连接。
[0113] 回转减压阀71L、71R是将管路70L、70R内的工作油的压力下，称作"回转液压回 路内压"）限制在规定的回转减压压力W下的阀。在本实施例中，回转减压阀71U71R也可W 是通过弹黃等来固定地设定回转减压压力的固定减压阀。
[0114] 具体而言，回转减压阀71L在管路70L的回转液压回路内压达到启开压力的情况下 成为部分打开状态，使管路70L内的工作油开始经由管路73朝工作油箱22流出。并且，回转 减压阀71L在管路70L的回转液压回路内压达到回转减压压力的情况下成为全开状态，使管 路70L内的工作油朝工作油箱22流出、W使回转液压回路内压不会过度地超过回转减压压 力。同样，回转减压阀71R在管路70R的回转液压回路内压成为启开压力的情况下成为部分 打开状态，使管路70R内的工作油开始经由管路73朝工作油箱22流出。并且，回转减压阀71R 在管路70R的回转液压回路内压达到回转减压压力的情况下成为全开状态，使管路70R内的 工作油朝工作油箱22流出、W使回转液压回路内压不会过度地超过回转减压压力。
[0115] 压力传感器S7US7R对回转液压回路内压进行检测，并将所检测到的值作为电回 转液压回路内压信号向控制器30输出。具体而言，在使工作油流入回转用液压马达21的第1 端口 21L而使回转用液压马达2巧区动的情况下，压力传感器S化对管路70L内的工作油的压 力进行检测、作为回转液压回路内压。此外，在使工作油流入回转用液压马达21的第2端口 21R而使回转用液压马达2巧区动的情况下，压力传感器S7R对管路70R内的工作油的压力进 行检测、作为回转液压回路内压。
[0116] 偏转角传感器S8是对液压累1化的斜板偏转角进行检测的传感器，将所检测到的 值向控制器30输出。此外，回转角速度传感器S9是对上部回转体3的回转角速度进行检测的 传感器，将所检测到的值向控制器30输出。
[0117] 图10是表示回转液压回路内压与在回转减压阀71中通过的工作油的流量下， 称作"回转减压流量"）之间的关系的图。
[0118] 如图10所示，在回转液压回路内压低于启开压力化的情况下，回转减压流量为零。 此外，在回转液压回路内压为启开压力化W上且低于回转减压压力Pr的情况下，回转减压 流量随着回转液压回路内压增大而比较缓慢地增加。此外，在回转液压回路内压为回转减 压压力PrW上的情况下，回转减压流量随着回转液压回路内压增大而比较急剧地增加。
[0119] 单向阀72U72R是使管路70U70R内的工作油的压力不会低于工作油箱22的工作 油的压力（W下，称作"箱压"）的阀。
[0120] 具体而言，在禁止管路70L的工作油朝工作油箱22流出并且管路70L的回转液压回 路内压变得低于箱压的情况下，单向阀7化成为打开状态，使工作油箱22(管路73)的工作油 流入管路70L内。同样，在禁止管路70R的工作油朝工作油箱22流出并且管路70R的回转液压 回路内压变得低于箱压的情况下，单向阀72R成为打开状态，使工作油箱22(管路73)的工作 油流入管路70R内。
[0121] 主减压阀83是将驱动系统100内的工作油的压力限制在规定的主减压压力W下的 阀。在本实施例中，主减压阀83是通过弹黃等固定地设定有主减压压力的固定减压阀。另 夕h主减压压力被设定为高于回转减压压力。
[0122] 在本实施例中，基于压力传感器S5、S6的输出来导出包含回转操作的有无等的回 转操作内容。另外，压力传感器S5、S6是对与回转操作杆82的杆操作量下，称作"回转杆 操作量"）对应的先导压进行检测的先导压传感器。此外，基于作为排出压传感器的压力传 感器S3的输出来导出液压累1化的累排出压。
[0123] 例如，当回转操作杆82被朝右回转方向操作、压力传感器S6检测到的先导压上升 时，控制阀17化朝左方移动。此时，控制阀17化通过第1端口 P1使液压累1化与回转用液压马 达21的第1端口 21L连通，通过第2端口 P2使回转用液压马达21的第2端口 21R与工作油箱22 连通。此外，控制阀17化使通过中间旁通管路40L到达负控节流阀41L(参照图8)的工作油的 流量降低或者消失。结果，负控压降低，液压累14L如图3的负控制线图所示那样使其累流量 增大。
[0124] 另一方面，回转用液压马达21的驱动所消耗的工作油的量下，称作"回转消耗 流量"），保持比液压累1化的累流量低的状态而缓慢地增加。其原因在于，挖掘机的上部回 转体3具有较大的惯性力矩。此时，液压累1化排出的工作油的至少一部分经由回转减压阀 71L朝工作油箱22排出。因此，液压累1化生成的液压能量的一部分未被利用便被浪费地舍 弃。
[0125] 因此，控制器30为了在将该浪费地舍弃的液压能量抑制为最小限度的同时对回转 扭矩进行控制，而在进行了回转操作的情况下执行将回转液压回路内压调整为低于回转减 压阀71的启开压力的规定压力的处理下，称作"回转液压回路内压调整处理"）。在本实 施例中，控制器30通过使液压累1化的排量增减，来将回转液压回路内压调整为低于启开压 力的规定压力而对回转扭矩进行控制。
[0126] 此处，参照图11对执行回转液压回路内压调整处理时所采用的控制系统的构成例 进行说明。另外，图11是表示控制系统的构成例的功能框图。
[0127] 具体而言，图11的控制系统包括控制器30、姿态检测部E30、排量检测部E31、回转 液压回路内压检测部E32W及回转角速度检测部E33。此外，控制器30包括模型预测控制部 34W及马力控制部33。
[0128] 姿态检测部E30是对附属装置的姿态进行检测的功能要素。在本实施例中，姿态检 测部E30是对挖掘附属装置的姿态进行检测的姿态检测装置Ml。姿态检测装置Ml基于所检 测的动臂角度、斗杆角度、伊斗角度W及机身倾斜角度而取得作为端部附属装置的伊斗6的 位置(伊斗位置)Bp，并将该值作为电端部附属装置位置信号向模型预测控制部34输出。
[0129] 排量检测部E31是对液压累14L的排量Vd进行检测的功能要素。在本实施例中，排 量检测部E31是对液压累1化的斜板偏转角进行检测的偏转角传感器S8。偏转角传感器S8基 于所检测的斜板偏转角而取得排量，并将该值作为电排量信号向模型预测控制部34输出。 另外，排量检测部E31也可W根据上次的排量指令值Vt来计算排量，并将该值作为电排量信 号向模型预测控制部34输出。
[0130] 回转液压回路内压检测部E32是对回转液压回路内压进行检测的功能要素。在本 实施例中，回转液压回路内压检测部E32是对回转液压回路内压化进行检测的压力传感器 S7US7R，将所检测的值向模型预测控制部34输出。
[0131] 回转液压回路内压化是管路70L、70R内的工作油的压力。在本实施例中，控制器30 为，在进行了左回转操作的情况下取得压力传感器S7R的输出、作为回转液压回路内压Pm， 在进行了右回转操作的情况下取得压力传感器S化的输出、作为回转液压回路内压化。
[0132] 回转角速度检测部E33是对回转角速度进行检测的功能要素。在本实施例中，回转 角速度检测部E33是对上部回转体3的回转角速度ω进行检测的回转角速度传感器S9。回转 角速度传感器S9例如是回转式编码器等，将所检测的值作为电回转角速度信号向模型预测 控制部34输出。
[0133] 模型预测控制部34是使用对包括液压累14LW及回转用液压马达21在内的回转液 压回路的举动进行预测的模型、实时地进行基于最佳控制理论的控制(模型预测控制）的功 能要素。回转液压回路的模型预测控制是使用了回转液压回路的对象模型的控制。此外，回 转液压回路的对象模型是根据对于回转液压回路的输入来导出回转液压回路的输出的模 型。在本实施例中，模型预测控制部34能够根据回转角速度ω、回转液压回路内压化、液压 累14L的排量Vd、目标回转液压回路内压PtW及上次的排量指令值Vt，来导出有限时间内的 将来的回转液压回路内压的预测值。
[0134] 目标回转液压回路内压Pt是低于启开压力化的压力值，预先存储于NVRAM等。在本 实施例中，目标回转液压回路内压Pt与回转杆操作量建立对应地存储。具体而言，目标回转 液压回路内压Pt被设定为，回转杆操作量越大则成为越大的值。控制器30为，在回转操作杆 82被操作的情况下，从NVRAM读出与回转杆操作量相应的目标回转液压回路内压Pt。此外， 控制器30也可W根据来自姿态检测部E30的伊斗位置化来调整目标回转液压回路内压Pt。
[0135] 具体而言，模型预测控制部34使用表示回转液压回路的状态的W下的矩阵方程来 导出回转液压回路内压的预测值。另外，A、B是表示回转液压回路的构造上的特征的系数矩 阵。
[0136] 【数式2】
[0137]
[0138] 具体而言，模型预测控制部34基于当前时刻的回转角速度ω、回转液压回路内压 Pm、排量Vd W及上次的排量指令值Vt，导出回转角速度ω、回转液压回路内压Pm W及排量Vd 各自的微分值。然后，将当前时刻的回转角速度ω与其微分值相加而导出作为计算对象的 规定时间后的回转角速度的预测值ω'。对于回转液压回路内压PmW及排量Vd也同样地导 出规定时间后的回转液压回路内压的预测值Pm' W及规定时间后的排量的预测值Vd'。
[0139] 同样，模型预测控制部34通过上述方法导出持续地使用W上次的排量指令值Vt为 基准而设定的多个排量指令值的各个的情况下的规定时间后的回转角速度、回转液压回路 内压W及排量的预测值。
[0140] 在此基础上，模型预测控制部34选择使目标回转液压回路内压Pt与作为计算对象 的规定时间后的回转液压回路内压的预测值之差成为最小的排量指令值Vtc。具体而言，选 择包含上次的排量指令值Vt在内的多个排量指令值中的一个、作为运次应当采用的排量指 令值Vtc。
[0141] 然后，模型预测控制部34将所选择的排量指令值Vtc向马力控制部33输出。
[0142] 马力控制部33使用模型预测控制部34选择的排量指令值Vtc对液压累1化的排量 进行控制。
[0143] 接着，参照图12对回转操作杆82被操作时的回转液压回路内压化的时间推移进行 说明。另外，图12是表示回转液压回路内压W及回转杆操作量的时间推移的图。此外，图12 的虚线表示采用了反馈控制系统的情况下的时间推移，图12的实线表示采用了图11的控制 系统的情况下的时间推移。另外，作为比较对象的反馈控制系统是如下的系统：W使目标回 转液压回路内压Pt与当前的回转液压回路内压Pm的偏差接近零的方式生成排量指令值Vt， 并根据该排量指令值Vt对液压累14L的排量Vd进行控制。
[0144] 在采用了反馈控制系统的情况下，当在时刻tl进行回转操作杆82的全杆操作时， 回转液压回路内压Pm开始增大。其原因在于，液压累14L排出的工作油朝回转液压回路内流 入。另外，全杆操作例如是指在将回转操作杆82的中立状态设为操作量0%、将最大操作状 态设为操作量100%的情况下W80%W上的操作量进行了操作的状态。
[0145] 具体而言，回转液压回路内压化在超过目标回转液压回路内压Pt地增加了之后在 时刻t2转为减少，之后，在减少至低于目标回转液压回路内压Pt之后在时刻t3再次转为增 加。之后，在持续全杆操作的期间，回转液压回路内压化围绕目标回转液压回路内压Pt反复 增减并且在将目标回转液压回路内压Pt作为中央值的规定的压力范围内推移。
[0146] 如此，控制器30使排量指令值增减，并通过反馈控制对回转液压回路内压化进行 控制W使其成为低于回转减压阀71的启开压力Pc的目标回转液压回路内压Pt。因此，能够 扩大由回转液压回路内压化与回转消耗流量之积表示的回转扭矩的大小的能够利用范围。 具体而言，能够利用比在使用了具有启开压力化W上的压力的工作油的情况下能够得到的 回转扭矩小的回转扭矩。
[0147] 在采用了图11的控制系统的情况下，当在时刻tl进行回转操作杆82的全杆操作 时，与采用了反馈控制系统的情况相同，回转液压回路内压Pm开始增大。其原因在于，液压 累14L排出的工作油朝回转液压回路内流入。
[0148] 但是，在采用了图11的控制系统的情况下，与采用了反馈控制系统的情况不同，回 转液压回路内压化不会较大地超过目标回转液压回路内压Pt而在时刻tlO达到目标回转液 压回路内压Pt。并且，在达到目标回转液压回路内压Pt之后维持目标回转液压回路内压Pt 不变地推移。其原因在于，通过模型预测控制在回转液压回路内压化超过目标回转液压回 路内压Pt之前变更排量指令值而预防性地抑制回转液压回路内压化的增大。此外，其原因 在于，在回转液压回路内压化达到目标回转液压回路内压Pt之后，通过模型预测控制在回 转液压回路内压化脱离目标回转液压回路内压Pt之前变更排量指令值而预防性地抑制回 转液压回路内压化的脱离。
[0149] 如此，控制器30使排量指令值增减，并通过模型预测控制对回转液压回路内压化 进行控制W使其成为低于回转减压阀71的启开压力Pc的目标回转液压回路内压Pt。因此， 能够扩大由回转液压回路内压化与回转消耗流量之积表示的回转扭矩的大小的能够利用 范围。具体而言，能够利用比在使用了具有启开压力化W上的压力的工作油的情况下能够 得到的回转扭矩小的回转扭矩。
[0150] 此外，图11的控制系统与反馈控制系统相比，能够减小液压累1化的响应延迟对负 载变动的影响。因此，通过将回转液压回路内压化更稳定地维持在目标回转液压回路内压 Pt，由此能够更稳定地控制回转扭矩。
[0151] W上，对本发明的实施例进行了详细叙述，但本发明并不限定于特定的实施例，在 专利请求范围所记载的本发明的主旨的范围内能够进行各种变形W及变更。
[0152] 例如，在上述实施例中，马力控制部33按照每个控制周期，根据模型预测控制部34 选择的微小变化A Vtc来计算运次应当采用的排量指令值Vtc。但是，模型预测控制部34也 可W在根据微小变化A Vtc计算出排量指令值Vtc的基础上，将该排量指令值Vtc向马力控 制部33输出。
[0153] 此外，在上述实施例中，控制器30或者模型预测控制部34采用压力传感器S7L、S7R 的输出作为回转液压回路内压Pm，但也可W采用压力传感器S3的输出即液压累1化的累排 出压作为回转液压回路内压化。
[0154] 此外，在上述实施例中，对模型预测控制部34被合并于控制器30的情况进行了说 明，但模型预测控制部34也可W与控制器30分体。
【主权项】
1. 一种挖掘机，具备： 液压驱动器； 变量式的液压栗，朝所述液压驱动器供给工作油； 模型预测控制部，基于所述液压驱动器的状态量以及所述液压栗的状态量，对规定时 间后的所述液压栗的状态量进行预测而导出对于所述液压栗的指令值；以及 控制装置，对所述液压栗进行控制， 所述控制装置使用所述模型预测控制部导出的对于所述液压栗的指令值，对所述液压 栗进行控制。2. 如权利要求1所述的挖掘机，其中， 所述液压驱动器的状态量为作为所述液压驱动器的液压缸的伸缩速度、所述液压缸内 的工作油的压力、或者通过所述液压缸而转动的作业要素的转动角度。3. 如权利要求1或2所述的挖掘机，其中， 所述液压栗的状态量包含所述液压栗的排量以及排出压。4. 一种挖掘机，具备： 回转用液压马达； 变量式的液压栗，朝所述回转用液压马达供给工作油； 回转减压阀，配置于将所述回转用液压马达与所述液压栗进行连接的管路上；以及 控制器，对所述回转用液压马达的回转扭矩进行控制， 所述控制器使所述液压栗的排量增减而将回转液压回路内压调整为低于所述回转减 压阀的启开压力的规定压力，由此对所述回转用液压马达的回转扭矩进行控制。5. 如权利要求4所述的挖掘机，其中， 具备对回转液压回路内压进行检测的回转液压回路内压检测部， 所述控制器根据所述回转液压回路内压检测部检测到的回转液压回路内压，使所述液 压栗的排量增减。6. 如权利要求4或5所述的挖掘机，其中， 所述回转减压阀的减压压力是固定的。7. 如权利要求4至6中任一项所述的挖掘机，其中， 所述控制器根据基于目标回转液压回路内压与当前的回转液压回路内压的偏差而生 成的排量指令值，对所述液压栗的排量进行反馈控制。8. 如权利要求4至7中任一项所述的挖掘机，其中， 具备模型预测控制部，该模型预测控制部对使用了多个排量指令值的情况下的规定时 间后的回转液压回路内压进行预测， 所述模型预测控制部从所述多个排量指令值中选择当前的回转液压回路内压与规定 时间后的回转液压回路内压之差成为最小的排量指令值， 所述控制器使用所述模型预测控制部选择的排量指令值，通过模型预测控制对所述液 压栗的排量进行控制。
【文档编号】E02F9/22GK105971051SQ201610139421
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】松崎英祐, 塚根浩郎, 塚根浩一郎
【申请人】住友重机械工业株式会社