旋转驱动控制装置及包括该装置的建筑机械的制作方法

专利名称：旋转驱动控制装置及包括该装置的建筑机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对建筑机械的旋转机构进行驱动控制的旋转驱动控制装置以及 包括该旋转驱动控制装置的建筑机械。
背景技术：
以往以来提出有将驱动机构的一部分电动化的建筑机械。在这种建筑机械中，作 为用于使上部旋转体旋转的旋转机构的动力源，具备电动机，以该电动机的动力运行加速 (驱动)旋转机构，并且在减速(制动)旋转机构时进行再生运行，将发电的电力充电到蓄 电池(例如，参照专利文献1)。而且，在该专利文献1所记载的建筑机械为了液压驱动旋转 机构以外的驱动机构而具备液压泵，但通过增速机将发电机连接到用于驱动该液压泵的发 动机，并将由发电所得的电力用于蓄电池的充电及旋转机构的电动机的驱动。专利文献1 日本特开平2004-036303号公报发明的公开发明所要解决的课题然而，在通过旋转机构旋转的上部旋转体中除了驾驶室或发动机，还搭载有动臂 及斗杆等的工作机构。由于该工作机构自重大，因此在动臂及斗杆被拉伸的状态和被收缩 的状态下，上部旋转体的惯性力矩大不相同，动臂及斗杆被拉伸的状态惯性力矩变大。而 且，在斗杆前端的铲斗积载有土砂等的状态下，惯性力矩变得更大。

发明内容
这样，若惯性力矩变大，则上部旋转体的旋转中心与重心的偏移变大，因此为了驱 动旋转机构的电动机，需要更多的驱动转矩。因此，在未考虑惯性力矩的专利文献1所记载的发明中，驾驶员在倾斜地面向工 作机械爬升斜面的方向进行旋转操作时，难以在惯性力矩大的状态下产生适当的驱动指 令，旋转机构的电动机的驱动转矩不足而变得无法超过基于倾斜的转动转矩，存在向与驾 驶员进行旋转操作的方向相反方向旋转的情况。因此，本发明的目的在于，提供一种即使在倾斜地面也可以稳定地进行旋转工作 的旋转驱动控制装置以及包括该旋转驱动控制装置的建筑机械。解决课题的手段本发明的一方面的旋转驱动控制装置，其驱动控制由电动机旋转驱动的建筑机械 的旋转机构，并包括驱动指令产生部，基于通过建筑机械的操作部输入的操作量产生用于 驱动所述电动机的驱动指令；旋转动作检测部，检测所述旋转机构的旋转动作；驱动指令 校正部，若通过所述旋转动作检测部检测出与输入到所述操作部的旋转操作方向相反方向 的旋转动作，则根据与该旋转操作方向相反方向的旋转动作的程度校正所述驱动指令，以 减少与所述旋转操作方向相反方向的旋转动作。而且，所述驱动指令校正部也可以基于用于将所述电动机的旋转速度设为零的零 速度指令、和通过所述旋转动作检测部检测出的所述相反方向的旋转动作的程度校正所述 驱动指令。而且，所述驱动指令校正部也可以构成为基于所述零速度指令的值和表示通过所述旋 转动作检测部检测出的旋转动作的程度的值，运算校正用的驱动指令的值，并将该校正用 驱动指令的值与通过所述驱动指令产生部产生的驱动指令的值相加，当通过所述旋转动作 检测部检测出的旋转动作的方向与所述旋转操作方向是相反方向时，将所述校正用驱动指 令的值与通过所述驱动指令产生部产生的驱动指令的值相加，当通过所述旋转动作检测部 检测出的旋转动作的方向与所述旋转操作方向是相同方向时，将与所述驱动指令的值相加 的所述校正用驱动指令的值设为零。
而且，用于运算所述校正用驱动指令的值的所述驱动指令校正部的第1控制增益也可 以设定成大于用于产生所述驱动指令的所述驱动指令产生部的第2控制增益。 本发明的一方面的建筑机械包括所述任一个记载的旋转驱动控制装置。发明效果根据本发明，可以得到如下特有的效果，S卩、可以提供一种即使在倾斜地面也可以 稳定地进行旋转动作的旋转驱动控制装置及包括该旋转驱动控制装置的建筑机械。


图1是表示包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械的侧视图。图2是表示图1所示的建筑机械处于倾斜角θ的倾斜地面的状态的图。图3是表示包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械结构的方块图。图4是表示在本实施方式的建筑机械的速度指令转换部中将操作杆的操作量转 换成速度指令的转换特性的图。图5是表示本实施方式的旋转驱动控制装置的结构的控制方块图。图6是表示在本实施方式的旋转驱动控制装置中的转矩电流指令修正部以及输 入输出特性的图，图6(a)表示左旋转用的修正特性，图6(b)表示右旋转用的修正特性。图中1-下部行走体，1Α、1Β-液压马达，2-旋转机构，3-上部旋转体，4-动臂， 5-斗杆，6-铲斗，7-动臂油缸，8-斗杆油缸，9-铲斗油缸，10-驾驶室，11-发动机，12-电 动发电机，13-减速机，14-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，18-变频器， 19-蓄电池，20-变频器，21-旋转用电动机，23-机械制动器，24-旋转减速机，25-先导管 路，26-操作装置，26A.26B-杆，26C-踏板，27-液压管路，28-液压管路，29-压力传感器， 30-控制器，31-速度指令转换器，32-驱动控制装置，40-旋转驱动控制装置，50-驱动指令 产生部，51-减法器，52-PI控制部，53-转矩限制部，54-转矩限制部，55-减法器，56-PI控 制部，57-电流转换部，58-旋转动作检测部，60-驱动指令校正部，61-校正用零速度指令产 生部，62-减法器，63-PI控制部，64、66_继电器，65,67-转矩电流指令修正部，68-加法器， 70-主控制部
具体实施例方式以下，对应用本发明的旋转驱动控制装置以及包括该旋转驱动控制装置的建筑机 械的实施方式进行说明。图1是表示包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械的侧视图。在该建筑机械的下部行走体1通过旋转机构2搭载有上部旋转体3。并且，在上部旋转体3除了动臂4、斗杆5以及铲斗6、用于液压驱动这些的动臂油缸7、斗杆油缸8以及 铲斗油缸9以外，还搭载有驾驶室10以及动力源。在此，如图1所示建筑机械在平坦地面 时，旋转机构2的转动轴成为与垂直轴11相同方向。图2是表示图1所示的建筑机械处于倾斜角θ的倾斜地面的状态的图。在倾斜地 面，旋转机构2的旋转轴12相对于垂直轴11仅倾斜角度θ。因此，在以往的混合型建筑机 械中，不同于处于平坦地面的情况，如作为课题已说明，存在以下危险，即若驱动转矩不足， 则向与驾驶员进行操作来使上部旋转体3旋转的方向相反的方向旋转。“整体结构”图3是表示包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械的结构的方块图。在 该图3中，分别用双重线、实线、虚线、点划线表示机械性动力系统、高压液压管路、先导管 路、电气驱动、控制系统。作为机械式驱动部的发动机11和作为辅助驱动部的电动发电机12均连接在作为 增力器的减速机13的输入轴。而且，在该减速机13的输出轴连接有主泵14以及先导泵 15。在主泵14通过高压液压管路16连接有控制阀17。控制阀17是对本实施方式的建筑机械的液压系统进行控制的控制装置，在该控 制阀17通过高压液压管路连接下部行走体1用的液压马达IA(右用)以及IB (左用)、动 臂油缸7、斗杆油缸8以及铲斗油缸9。而且，在电动发电机12通过变频器18连接有作为蓄电装置的蓄电池19，而且，在 蓄电池19通过变频器20连接有旋转用电动机21。旋转用电动机21的转动轴21Α连接分解器22、机械制动器23以及旋转减速机 24。而且，在先导泵15通过先导管路25连接操作装置沈。在操作装置沈通过液压管路27以及观分别连接控制阀17以及作为杆操作检测 部的压力传感器四。在该压力传感器四连接有进行本实施方式的建筑机械的电系统的驱 动控制的控制器30。这种本实施方式的建筑机械是将发动机11、电动发电机12以及旋转用电动机21 作为动力源的混合型建筑机械。这些动力源搭载于图1所示的上部旋转体3。以下，对各部 进行说明。“各部的结构”发动机11是，例如由柴油机构成的内燃机关，其输出轴连接在减速机13的一方的 输入轴。该发动机11在建筑机械的运行中始终运行。电动发电机12只要是能够进行电动(辅助)运行以及发电运行双方的电动机即 可。在此，作为电动发电机12表示通过变频器20交流驱动的电动发电机。该电动发电机 12例如可以由在转子内部埋入磁石的IPM(Interior Permanent Magnetic)电动机构成。 电动发电机12的转动轴连接在减速机13的另一方的输入轴上。减速机13具有2个输入轴和1个输出轴。在各2个输入轴连接发动机11的驱动 轴和电动发电机12的驱动轴。而且，在输出轴连接主泵14的驱动轴。发动机11的负载大 时，电动发电机12进行电动(辅助)，电动发电机12的驱动力经过减速机13的输出轴传递 到主泵14。由此辅助发动机11的驱动。另一方面，发动机11的负载小时，发动机11的驱 动力经过减速机13传递到电动发电机12，从而电动发电机12进行基于发电运行的发电。电动发电机12的电动运行和发电运行的切换通过控制器30并根据发动机11的负载等而 进行。主泵14是产生用于向控制阀17供给的液压的泵。为了通过控制阀17分别驱动 液压马达ΙΑ、1B、动臂油缸7、斗杆油缸8以及铲斗油缸9而供给该液压。先导泵15是产生液压操作系统所需的先导压力的泵。对于该液压操作系统的结 构进行后述。控制阀17是根据驾驶员的操作输入、控制分别供给到通过高压液压管路连接的 下部行走体1用的液压马达1A、1B、动臂油缸7、斗杆油缸8以及铲斗油缸9的液压，从而对 它们进行液压驱动控制的液压控制装置。变频器18被设在电动发电机12和蓄电池19之间，并根据来自控制器30的指令 进行电动发电机12的运行控制。由此，变频器18电动运行电动发电机12时，从蓄电池19 向电动发电机12供给所需电力。而且，发电运行电动发电机12时，向蓄电池19充电通过 电动发电机12发电的电力。蓄电池19被配设在变频器18和变频器20之间。由此，在电动发电机12和旋转 用电动机21的至少任意一方进行电动运行或动力运行时，对电动运行或动力运行供给所 需的电力，并且是在至少任意一方进行发电运行或再生运行时，将通过发电运行或再生运 行产生的再生电力作为电能而积蓄的电源。变频器20被设在旋转用电动机21和蓄电池19之间，并根据来自控制器30的指 令对旋转用电动机21进行运行控制。由此，当变频器动力运行旋转用电动机21时，从蓄电 池19向旋转用电动机21供给所需电力。而且，是旋转用电动机21进行再生运行时，向蓄 电池19充电通过旋转用电动机21发电的电力。旋转用电动机21只要是能够进行动力运行以及再生运行双方的电动机即可，为 了驱动上部旋转体3的旋转机构2而设置。动力运行时，旋转用发电机21的旋转驱动力的 旋转力被减速机M增幅，上部旋转体3被加减速控制而进行转动运动。而且，通过上部旋 转体3的惯性转动，转速被减速机M增加并被传递到旋转用电动机21，从而能够使再生电 力产生。在此，作为旋转用电动机21表示基于PWM(Pulse Width Modulation)控制信号并 通过变频器20交流驱动的电动机。该旋转用电动机21，例如可以由磁石内藏型IPM电动机 构成。由此，可以使更大的感应电动势发生，所以能够使再生时由旋转用电动机21发电的 电力增大。另外，蓄电池19的充放电控制基于蓄电池19的充电状态、电动发电机12的运行 状态(电动运行或发电运行)、旋转用电动机21的运行状态(动力运行或再生运行)，并通 过控制器30进行。分解器22是检测旋转用电动机21的转动轴21A的旋转位置以及转动角度的传 感器，并构成为通过与旋转用电动机21机械地连结而检测出旋转用电动机21的转动前的 转动轴21A的旋转位置和左转动或右转动后的旋转位置的差，从而检测出转动轴21A的转 动角度以及转动方向。通过检测旋转用电动机21的转动轴21A的转动角度来导出旋转机 构2的转动角度以及转动方向。机械制动器23是使机械性制动力发生的制动装置，使旋转用电动机21的转动轴 21A机械地停止。该机械制动器23通过电磁式开关切换制动或解除。该切换通过控制器30进行。旋转减速机M是对旋转用电动机21的转动轴2IA的旋转速度进行减速并机械地 传递至旋转机构2的减速机。由此，动力运行时，可以使旋转用电动机21的转动力增力并 作为更大的转动力传递至旋转体。与此相反，再生运行时，可以使由旋转体产生的转速增加 并使更多的转动动作在旋转用电动机21发生。旋转机构2在解除旋转用电动机21的机械制动器23的状态下能够旋转，由此，上 部旋转体3能够向左方向或右方向旋转。操作装置沈是用于操作旋转用电动机21、下部行走体1、动臂4、斗杆5以及铲斗 6的操作装置，包括杆^A以及26B和踏板^C。杆26A是用于操作旋转用电动机21以及 斗杆5的杆，被设在上部旋转体3的驾驶席附近。杆26B是用于操作动臂4以及铲斗6的 杆，被设在驾驶席附近。而且，踏板26C是用于操作下部行走体1的一对踏板，被设在驾驶 席的脚下。该操作装置沈将通过先导管路25供给的液压(1次侧的液压)转换成根据驾驶 员的操作量的液压O次侧的液压)而输出。从操作装置26输出的2次侧液压通过液压管 路27供给至控制阀17，并且通过压力传感器四检测。若操作杆2认以及26B和踏板^C的每一个，则通过液压管路27驱动控制阀17， 由此，通过控制液压马达1A、1B、动臂油缸7、斗杆油缸8以及铲斗油缸9内的液压来驱动下 部行走体1、动臂4、斗杆5以及铲斗6。另外，为了操作液压马达IA以及IB而各设置1根(即，合计2根)液压管路27， 为了分别操作动臂油缸7、斗杆油缸8以及铲斗油缸而各设置2根(即，合计6根)液压管 路27，所以实际上全部为8根，但为了便于说明，统一成1根来表示。在作为杆操作检测部的压力传感器四中，用压力传感器四检测基于杆2队的操 作的液压管路观内的液压的变化。压力传感器四输出表示液压管路观内的液压的电信 号。该电信号被输入到控制器30。由此，可以正确掌握杆^A的操作量。而且，在本实施方 式中，使用了作为杆操作检测部的压力传感器，但也可以使用将杆26A的操作量直接以电 信号读取的传感器。“控制器 30”控制器30是进行本实施方式的建筑机械的驱动控制的控制装置，包括速度指令 转换部31、驱动控制装置32以及旋转驱动控制装置40。该控制器30由包括CPU (Central Processing Unit)以及内部存储器的运算处理装置构成，速度指令转换部31、驱动控制装 置32以及旋转驱动控制装置40是通过执行控制器30的CPU存储在内部存储器的驱动控 制用程序来实现的装置。速度指令转换部31是将从压力传感器四输入的信号转换成速度指令的运算处理 部。由此，杆26A的操作量被转换成用于使旋转用电动机21转动驱动的速度指令(rad/s)。 该速度指令被输入至驱动控制装置32以及旋转驱动控制装置40。另外，利用图4对在该速 度指令转换部31使用的转换特性进行说明。在此，在本说明书以及权利要求范围中，将驾驶员从中和点对操作装置沈的杆 26A进行操作而使上部旋转体3旋转的方向(即，被输入至操作装置沈的旋转方向)称为 “旋转操作方向”。
驱动控制装置32是用于进行电动发电机12的运行控制(电动运行或发电运行的 切换)以及蓄电池19的充放电控制的控制装置。该驱动控制装置32根据发动机11的负 载的状态和蓄电池19的充电状态来切换电动发电机12的电动运行和发电运行。驱动控制 装置32通过切换电动发电机12的电动运行和发电运行，并通过变频器18进行蓄电池19 的充放电控制。“操作量或速度指令的转换特性”图4是表示在本实施方式的建筑机械的速度指令转换部31中，将操作杆2队的操 作量转换成速度指令(为使上部旋转体3旋转而用于使旋转用电动机21转动的速度指令) 的转换特性的图。该转换特性根据操作杆26A的操作量被划分为死区域、零速度指令区域 (左旋转用以及右旋转用)、左方向旋转驱动区域以及右方向旋转驱动区域这5个区域。在此，在本实施方式的建筑机械的控制系统中，将表示左旋转的值用正值表示、将 表示右旋转的值用负值表示。因此，用于使上部旋转体3向左方向旋转的速度指令的值成 为正、用于使之向右方向旋转的速度指令的值成为负。“死区域”如该转换特性所示，死区域被设在杆^A的中和点附近。在该死区域中，从速度指 令转换部31不输出速度指令，不进行基于旋转驱动控制装置40的旋转用电动机21的驱动 控制。而且，在死区域中，通过机械制动器23旋转用电动机21成为机械地停止的状态。由此，杆2队的操作量处于死区域内的期间，旋转用电动机21通过机械制动器23 机械地停止，由此，上部旋转体3成为机械地停止的状态。“零速度指令区域”零速度指令区域被设在杆26k的操作方向的死区域的两个外侧。该零速度指令区 域是在切换死区域的上部旋转体3的停止状态和左右方向的旋转驱动区域的旋转状态时， 为优化操作性而设置的缓冲区域。操作杆26A的操作量处于该零速度指令区域的范围内时，从速度指令转换部31输 出零速度指令，机械制动器23成为被解除的状态。在此，零速度指令是指为了将上部旋转体3的旋转速度设成零而将旋转用电动机 21的转动轴21A的旋转速度设成零的速度指令，在后述的PI (Proportional Integral)控 制中，作为用于使转动轴21A的旋转速度接近于零的目标值来使用。另外，机械制动器23的制动(开)或解除(关)的切换在死区域和零速度指令区 域的边界，通过控制器30内的旋转驱动控制装置40来进行。因此，在平坦地面，当杆2队的操作量处于零速度指令区域内的期间，机械制动 器23被解除，通过零速度指令旋转用电动机21的转动轴21A保持在停止状态。由此，在平 坦地面，上部旋转体3不被旋转驱动而保持在停止状态。“左方向旋转驱动区域”左方向旋转驱动区域是从速度指令转换部31输出用于使上部旋转体3向左方向 旋转的速度指令的区域。在该区域内，设定成根据杆2队的操作量增大速度指令的绝对值。具体而言，在 图3速度指令向(+)方向增大。在平坦地面，基于该速度指令在旋转驱动控制装置40运算 驱动指令，根据该驱动指令驱动旋转用电动机21，其结果，上部旋转体3向左方向被旋转驱动。另外，若杆26A的操作量超过一定范围则图4中的速度指令的绝对值成为一定值，这表 示为了将旋转速度限制在预先规定的值以下而限制速度指令值的绝对值的情况。另外，为了将上部旋转体3的旋转速度限制在一定点以下，以预定的值限制左方 向旋转驱动区域的速度指令值的绝对值。“右方向旋转驱动区域”右方旋转驱动区域是从速度指令转换部31输出用于使上部旋转体3向右方向旋 转的速度指令的区域。在该区域内设定成根据杆26A的操作量增大速度指令的绝对值。具体而言，在图3 速度指令向(_)方向增大。在平坦地面，基于该速度指令在旋转驱动控制装置40运算驱动 指令，并通过该驱动指令驱动旋转用电动机21，其结果，上部旋转体3向右方向旋转驱动。另外，与左方向旋转驱动区域相同，以预定的值限制右方向旋转驱动区域的速度 指令值的绝对值。“旋转驱动控制装置40”图5是表示本实施方式的旋转驱动控制装置40的结构的控制方块图。旋转驱动控制装置40是用于通过变频器20进行旋转用电动机21的驱动控制的 控制装置，包括产生用于驱动旋转用电动机21的驱动指令的驱动指令产生部50、校正驱动 指令的驱动指令校正部60以及控制部70。驱动指令产生部50输入根据杆2队的操作量而从速度指令转换部31输出的速 度指令，该驱动指令产生部50基于速度指令产生驱动指令。从驱动指令产生部50输出的驱 动指令被输入到变频器20，通过该变频器20旋转用电动机21由PWM控制信号交流驱动。驱动指令校正部60在进行旋转用电动机21的驱动控制时，当由驾驶员指定的旋 转操作方向与上部旋转体3的旋转方向不同时，校正用于驱动旋转用电动机21的驱动指 令。控制部70是进行旋转驱动控制装置40的控制处理所需的周边处理的控制部。对 于具体的处理内容，在有关部位随时进行说明。“驱动指令产生部50”驱动指令产生部50包括减法器51、PI控制部52、转矩限制部53、转矩限制部54、 减法器55、PI控制部56、电流转换部57以及旋转动作检测部58。对该驱动指令产生部50 的减法器51输入根据杆2队的操作量的旋转驱动用的速度指令(rad/s)。减法器51从根据杆26A的操作量的速度指令的值(以下，速度指令值)减去通过 旋转动作检测部58检测的旋转用电动机21的旋转速度(rad/s)来输出偏差。该偏差被用 于在后述的PI控制部52中用于使旋转用电动机21的旋转速度接近于速度指令值(目标 值)的PI控制。PI控制部52基于从减法器51输入的偏差进行PI控制，以使旋转用电动机21的 旋转速度接近于速度指令值(目标值)(即，以使该偏差缩小)，并运算为此所需的转矩电流 指令。产生的转矩电流指令被输入到转矩限制部53。转矩限制部53进行根据杆2队的操作量限制转矩电流指令的值(以下，转矩电流 指令值)的处理。该限制处理根据限制转矩电流指令值的限制特性来进行，以使转矩电流 指令值根据杆26A的操作量缓慢增大。若通过PI控制部52运算的转矩电流指令值急剧增大，则控制性恶化，所以为抑制该控制性恶化而进行这种转矩电流指令值的限制。该限制特性具有随杆2队的操作量的增大使转矩电流指令值缓慢增大的特性，且 具有用于限制上部旋转体3的左方向以及右方向双向的特性。表示限制特性的数据存储在 控制部70的内部存储器，并通过转矩限制部53读出。转矩限制部M限制从加法器68输入的转矩电流指令值，以使通过从后述的运算 器68输入的转矩电流指令产生的转矩成为旋转用电动机21的容许最大转矩值以下。与转 矩控制部53相同，相对于上部旋转体3的左方向以及右方向双向的旋转进行该转矩电流指 令值的限制。在此，在转矩限制部M中，用于限制转矩电流指令值的上限值(左旋转用的最大 值)以及下限值(右旋转用的最小值)即使通过该转矩限制部M进行转矩电流指令值的 限制，在倾斜地面，即使动臂4、斗杆5以及动臂6被拉伸而上部旋转体3的惯力矩大的状 态下，也设定成能够产生用于使动臂4、斗杆5以及动臂6向斜面的上方旋转的驱动转矩的 值。另外，表示用于限制转矩电流指令值的特性的数据存储在控制部70的内部存储器，并 通过转矩限制部M读出。减法器55输出从转矩限制部M输入的转矩电流指令值减去电流转换部57的输 出值所得的偏差。该偏差在包括后述的PI控制部56以及电流转换部57的反馈环中，用于 使从电流转换部57输出的旋转用电动机21的驱动转矩接近于由通过转矩限制部M输入 的转矩电流指令值(目标值)表示的转矩的PI控制。PI控制部56基于从减法器55输入的偏差进行PI控制，以缩小该偏差，并产生成 为传送到变频器20的最终驱动指令的转矩电流指令。变频器20基于从PI控制部56输入 的转矩电流指令PWM驱动旋转用电动机21。电流转换部57检测旋转用电动机21的马达电流，将该马达电流转换成相当于转 矩电流指令的值并输入到减法器阳。旋转动作检测部58检测通过分解器22检测出的旋转用电动机21的旋转位置的 变化(即上部旋转体3的旋转)，并且从旋转位置的时间性变化通过微分运算导出旋转用电 动机21的旋转速度。表示所导出的旋转速度的数据输入到减法器51以及驱动指令校正部 60。在这种结构的驱动指令产生部50中，基于从速度指令转换部31输入的速度指令 产生用于驱动旋转用电动机21的转矩电流指令，在平坦地面，上部旋转体3被旋转至所希 望的位置。这种旋转动作在平坦地面通过与液压驱动的建筑机械相同的操作方法来实现 相同的动作。但是如上所述，当建筑机械处于倾斜地面时，若惯性力矩大，则存在上部旋转体3 旋转的可能性。然而，在本实施方式的旋转驱动控制装置中，由于通过驱动指令校正部60校正转 矩电流指令，所以可以减少与这种旋转操作方向相反方向的旋转。以下，对驱动指令校正部 60进行说明。“驱动指令校正部60”驱动指令校正部60包括校正用零速度指令产生部61、减法器62、PI控制部63、继 电器64、转矩电流指令修正部65、继电器66、转矩电流指令修正部67以及加法器68，并且是在产生与输入到上述这种操作装置沈的旋转操作方向相反方向的旋转时，为减少该相 反方向的旋转而校正用于驱动旋转用电动机21的转矩电流指令的运算处理部。校正用零速度指令产生部61输出校正用零速度指令(rad/s)。该校正用零速度指 令是在驱动指令产生部50运算的转矩电流指令不足时，用于产生用于校正该转矩电流指 令的校正用转矩电流指令(以下，校正用转矩电流指令)的速度指令。校正用零速度指令 产生部61在杆26A的操作量处于零速度指令区域、左方向旋转驱动区域以及右方向旋转驱 动区域的期间，始终输出校正用零速度指令。减法器62从由校正用零速度指令产生部61所输入的校正用的零速度指令的值 (以下，校正用零速度指令值)减去旋转速度的值(以下，旋转速度值)。通过减法所得的 偏差输入到PI控制部63。PI控制部63基于从减法器62输入的偏差进行PI控制，以缩小该偏差(即，以将 从校正用零速度指令产生部61输入的校正用零速度指令值作为目标值，使旋转速度接近 于零)，产生用于校正通过驱动指令产生部50产生的转矩电流指令值的校正用转矩电流指 令值。在此，PI控制部63的控制增益设定成大于PI控制部52的控制增益。PI控制部 52被包含在产生用于驱动旋转用电动机21的转矩电流指令值的驱动指令产生部50，所以 若将控制增益(比例增益及/或积分增益)设成过大，则存在成为超程的原因，所以不优选。然而，PI控制部63为运算用于传送到驱动指令产生部50的校正用转矩电流指令 值，所以即使加大控制增益(比例增益及/或者积分增益)也难以成为超程的原因，并且可 以迅速抑制相反方向的旋转动作。因此，例如也可以相对于PI控制部52将PI控制部63 的比例增益设定成4倍左右，并且将积分增益设定成10倍左右。继电器64在通过操作杆26A指定左旋转时被关闭，由此选择转矩电流指令修正部 65。该继电器64的开闭控制通过控制部70进行。转矩电流指令修正部65基于旋转操作方向(左旋转)和上部旋转体3的转动方向 的差别，根据需要进行修正从PI控制部63传送的校正用转矩电流指令值的修正处理。在 该修正处理中使用图6所示的特性。另外，上部旋转体3的转动方向由旋转用电动机21的 转动方向得到。图6是表示本实施方式的旋转驱动控制装置的转矩电流指令修正部65以及67的 输入输出特性的图、(a)表示左旋转用修正特性、(b)表示右旋转用修正特性。在此，图6 (a)以及(b)的横轴表示通过继电器64以及66从PI控制部63输入到 转矩电流指令修正部65以及67的校正用转矩电流指令值的值。该输入值(校正用转矩电 流指令值)在PI控制部63根据在减法器62从校正用零速度指令值减去旋转速度值所得 的偏差进行运算，所以当上部旋转体3向左方向旋转时取负值。这是因为，虽然表示左旋 转的旋转速度为正值，但在减法器62从校正用零速度指令值被相减而符号反转，便成为负 值，并且为在PI控制部63发生向右方向的驱动转矩而产生具有负值的校正用转矩电流指 令值。同样地，转矩电流指令修正部65以及67的输入值在上部旋转体3向右方向旋转 时取正值。这是因为，虽然表示右旋转的旋转速度为负值，但在减法器62从校正用零速度指令值被相减而符号反转，便成为正值，并且为在PI控制部63使向左方向发生驱动转矩而 产生具有正值的校正用转矩电流指令值。为此，在图6(a)以及(b)中，表示转矩电流指令修正部65以及67的输入值的横 轴为负的情况对应于上部旋转体3的左方向的旋转、横轴为正的情况对应于上部旋转体3 的右方向的旋转。而且，图6 (a)以及(b)的纵轴表示从转矩电流指令修正部65以及67输出的修正 后的校正用转矩电流指令值，与图4相同，以正值表示用于使上部旋转体3向左旋转方向旋 转的校正用转矩电流指令值、以负值表示用于使之向右旋转方向旋转的校正用转矩电流指 令值。另外，表示图6(a)以及(b)的特性的数据存储在控制部70的内部存储器，通过转 矩电流指令修正部65以及67读出。如图6(a)所示，左旋转用修正特性具有当上部旋转体3向左方向旋转时(在比修 正特性的纵轴靠左侧的区域中)输出值成为零的特性。而且，具有当上部旋转体3向右方 向旋转时(在比修正特性的纵轴靠右侧的区域中)输入输出值的比(输出值/输入值)成 为“1”的特性。在通过杆26A进行左方向的旋转操作时，当上部旋转体3向左方向旋转时，仅靠驱 动指令产生部50的内部产生的转矩电流指令便充分，不需要校正用转矩电流指令值。因此，如图6 (a)所示，在转矩电流指令修正部65使用的输入输出特性在输入值为 (表示左旋转)负值时，成为将从PI控制部63输入的校正用转矩电流指令值设成零的特 性。转矩电流指令修正部65利用该特性，当旋转操作方向(左旋转)与上部旋转体3的转 动方向相同时，将在PI控制部63运算的校正用转矩电流指令修正成零。另一方面，当通过杆26A进行左方向的旋转操作时，上部旋转体3向右方向反旋转 时，仅靠驱动指令产生部50的内部产生的转矩电流指令不充分，所以为减少向右方向(相 反方向)的旋转动作，需要将在PI控制部63运算的校正用转矩电流指令传送到驱动指令 产生部50。因此，如图6(a)所示，在转矩电流指令修正部65使用的输入输出特性在输入值 (表示右旋转)为正值时，为输出校正用转矩电流指令值，相对于输入值的输出值的比(输 出值/输入值)成为“1”的特性。由此，从转矩电流指令修正部65输出与从PI控制部63 输入的校正用转矩电流指令值相等的值的校正用转矩电流指令值。另外，在此对输入输出 比为“1”的情况进行了说明，但只要该输入输出比为零(0)以外的值，便可以是根据控制 系统内的增益等任意设定的值。转矩电流指令修正部65在旋转操作方向(左旋转)与上部旋转体3的转动方向 不同时，使用该特性将与从PI控制部63输入的校正用转矩电流指令值相等的值的校正用 转矩电流指令值传送到驱动指令产生部50的加法器68。另外，旋转操作方向和旋转用电动机21的转动方向的差别的判定通过控制部70 进行。继电器66在通过操作杆26A指定右旋转时被关闭，由此选择转矩电流指令修正部 67。该继电器66的开闭控制通过控制部70进行。转矩电流指令修正部67基于旋转操作方向(右旋转)和上部旋转体3的转动方向的差别，进行根据需要修正从PI控制部63输入的校正用转矩电流指令值的修正处理。在 该修正处理中使用图6(b)所示的特性。另外，上部旋转体3的转动方向由分解器22的检 测值得到。如图6(b)所示，右旋转用的修正特性具有上部旋转体3向左方向旋转时(在比修 正特性的纵轴靠左侧的区域中)输入输出值的比(输出值/输入值)成为“1”的特性。而 且，具有上部旋转体3向右方向旋转时(在比修正特性的纵轴靠右侧的区域中)输出值成 为零的特性。修正处理的内容仅是左右方向不同，基本上与转矩电流指令修正部65相同。转矩 电流指令修正部67在旋转操作方向(右旋转)与上部旋转体3的转动方向相同时，仅靠驱 动指令产生部50的内部产生的转矩电流指令便充分，不需要校正用转矩电流指令值，所以 转矩电流指令修正部67将在PI控制部63运算的校正用转矩电流指令修正为零。因此，如图6 (b)所示，在转矩电流指令修正部67使用的输入输出特性具有在输入 值(表示右旋转)为正值时，将从PI控制部63输入的校正用转矩电流指令值设成零的特 性。另一方面，旋转操作方向(右旋转)与上部旋转体3的转动方向不同时，仅靠在驱 动指令产生部50的内部产生的转矩电流指令不充分，所以为减少向左方向(相反方向)的 旋转动作，需要将在PI控制部63运算的校正用转矩电流指令传送到驱动指令产生部50。因此，如图6(b)所示，在转矩电流指令修正部67使用的输入输出特性在输入值 (表示左旋转)为负值时，为输出校正用转矩电流指令值，相对于输入值的输出值的比(输 出值/输入值)成为“1”的特性。由此，从转矩电流指令修正部65输出与从PI控制部63 输入的校正用转矩电流指令值相等的值的校正用转矩电流指令值。另外，在此对输入输出 比为“1”的情况进行了说明，但只要该输入输出比为零(0)以外的值，便可以是根据控制系 统内的增益等任意设定的值。转矩电流指令修正部67使用该特性将与在PI控制部63运算的校正用转矩电流 指令值相等的值的校正用转矩电流指令值传送到驱动指令产生部50的加法器68。另外，旋转操作方向和旋转用电动机21的转动方向的差别的判定通过控制部70 进行。加法器68将从转矩限制部53传送的转矩电流指令值、和旋转操作方向与上部旋 转体3的转动方向不同时从转矩电流指令修正部65或转矩电流指令修正部67输入的校正 用转矩电流指令值相加。通过该加法处理校正通过驱动指令产生部50产生的转矩电流指 令。另外，继电器64以及66是通过由杆26A指定转动方向来被关闭的继电器，在未指 定转动方向时开放。“未进行通过驱动指令校正部60的校正时的旋转操作(比较例)”在此，为进行比较对未进行通过驱动指令校正部60的校正时的旋转操作(即，仅 通过基于图4的转换特性的速度指令的旋转动作)进行说明。在平坦地面，若杆26A从停止状态向左旋转方向进行操作，则在超过死区域切换 成零速度指令区域时，机械制动器23被解除，并且从速度指令转换部31输出的零速度指令 输入到驱动指令产生部50。若输入零速度指令，则即使旋转用电动机21的转动轴21A旋转而从旋转动作检测部58输出表示旋转速度的数据并从减法器51输出旋转速度的偏差，旋 转用电动机21也被驱动控制，以使该旋转速度的偏差成为零，将转动轴21A保持在停止状 态。另外，若通过操作杆26A，速度指令特性超过零速度指令区域而切换成左旋转驱 动区域，则从驱动指令产生部50输出基于从速度指令转换部31输出的速度指令的转矩电 流指令。由此，进行将从速度指令转换部31输出的速度指令作为目标值的驱动控制，驱动 旋转用电动机21的转动轴21A而上部旋转体3向左方向旋转。而且，若在平坦地面，以上部旋转体3向左方向旋转的状态减少杆26A的操作量， 速度指令特性从左方向旋转驱动区域切换成零速度指令区域，则通过零速度指令旋转用电 动机21的转动轴2IA保持在停止状态。另外，减少杆26A的操作量，速度指令特性从零速度指令区域切换成死区域，则机 械制动器23被卡住，并且驱动指令不从速度指令转换部31输出，从而驱动指令产生部50 不进行驱动控制。由此，旋转用电动机21的转动轴21A成为机械地停止的状态。这些一连 串的工作即使在平坦地面的右方向的旋转动作也相同，所以省略其说明。这样，能够在平坦地面进行如上所述根据驾驶员输入到杆26A的旋转操作方向的 上部旋转体3的旋转驱动。 而且，在倾斜地面，重量大的动臂4、斗杆5以及铲斗6使上部旋转体3向朝向斜面 下方的方向旋转时，也能够与所述的平坦地面的情况相同地进行旋转。然而，在倾斜地面，重量大的动臂4、斗杆5以及铲斗6使上部旋转体3向朝向斜面 上方的方向旋转时，存在上部旋转体3通过惯性力矩向反方向旋转的转矩比通过速度指令 在旋转用电动机21的转动轴21A产生的驱动转矩大的情况。此时，导致上部旋转体3向重 量大的动臂4、斗杆5以及铲斗6朝向斜面下方的方向旋转。S卩，即使在倾斜地面用杆26A进行向左方向或右方向的旋转操作，操作量处于零 速度指令区域的情况下，也存在向与旋转操作方向相反方向旋转的情况。而且，即使速度指令特性处于左方向旋转区域或右方向旋转区域的情况下，也存 在通过惯性力矩上部旋转体3旋转的转矩比旋转用电动机21的转动轴21A产生的驱动转 矩大的情况。此时，导致上部旋转体3向与旋转操作方向相反方向(动臂4、斗杆5以及铲 斗6朝向斜面下方的方向)旋转。即，即使在倾斜地面用杆26A进行向左方向或右方向的旋转操作，操作量处于左 方向旋转区域或右方向旋转区域的情况下，也存在向与旋转操作方向相反方向旋转的情 况。但是根据包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械，由于通过驱动指令校 正部60进行驱动指令的校正，所以可以减少这种向与旋转操作方向相反方向的旋转，进而 可以顺利启动。以下，说明其原理。“进行通过驱动指令校正部60的校正时的旋转动作”其次，说明包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械的平坦地面以及倾斜 地面上的旋转动作。若进行通过驱动指令校正部60的校正，则不同于为进行比较说明的未 进行校正的平坦地面的旋转动作，如下所述向与旋转操作方向相反方向的旋转被减少。即使在倾斜地面，在以不受惯性力的影响的程度的缓和的倾斜进行旋转动作时，与平坦地面相同，基于根据杆26A的操作量的向左方向或右方向的速度指令特性，在驱动 指令产生部50运算转矩电流指令。而且，若倾斜缓和，则与平坦地面相同地用于使上部旋 转体3旋转的旋转用电动机21的驱动转矩不会发生不足，且不会检测出向与旋转操作方向 相反方向的旋转。因此，从转矩电流指令修正部65以及转矩电流指令修正部67输出的校 正值为零，从而不进行转矩电流值的校正。由此，在平坦地面进行根据图4所示的速度指令 特性的旋转动作。 与此相同，在倾斜地面，重量大的动臂4、斗杆5以及铲斗6使上部旋转体3朝向斜 面下方的方向旋转时，与平坦地面的情况相同地也不会发生用于使上部旋转体3旋转的旋 转用电动机21的驱动转矩不足，且不会检测出向与旋转操作方向相反方向旋转，所以可以 向与旋转操作方向相同的方向进行旋转。 其次，在倾斜地面，对通过重量大的动臂4、斗杆5以及铲斗6进行左方向的旋转而 使上部旋转体向朝向斜面上方的方向旋转时的工作进行说明。若通过基于驾驶员的杆26A的操作来指定左旋转，则杆26A的操作量进入图4所 示的零速度指令区域而解除机械制动器23。在该状态下，通过旋转动作检测部58检测右 方向(反方向)的旋转，则从减法器62输出旋转速度的偏差(正值)，基于该偏差在PI控 制部63运算具有正值的校正用转矩电流指令值。该校正用转矩电流指令值被输入到转矩 电流指令修正部65，从转矩电流指令修正部65输出具有与该输入值相等的值的校正用转 矩电流指令值，在加法器68与从转矩限制部53输出的转矩电流指令值(具有左旋转用的 正值)相加。在此，通过上部旋转体3的惯性力向右方向(反方向)启动时，从减法器62输出 的偏差增大。因此，从转矩电流指令修正部65输出的输出值也在向右方向(相反方向)启 动时增大，从转矩限制部53输出的转矩电流指令值也增大(图6 (a))。而且，若旋转用电动 机21的驱动转矩增大，则想要使上部旋转体3向左方向(正方向)转动的力变大，所以上 部旋转体3的向右方向(反方向)的旋转速度开始降低。由此，来自减法器62的偏差渐渐 减少，从转矩电流指令修正部65输出的校正用转矩电流指令值也渐渐变小。这样向右方向 (反方向)的旋转动作被减少。另外，向反方向的旋转停止是在旋转用电动机21的驱动轴发生的驱动转矩和上 部旋转体3的重力平衡的时候。该平衡位置取决于倾斜角或上部旋转体3的惯性力矩，所 以有时杆26A的操作量处于零速度指令区域内时保持平衡，有时杆26A的操作量进一步增 加而进入左方向旋转驱动区域之后保持平衡。杆26A的操作量达到该平衡位置的期间，反 方向的旋转通过在驱动指令校正部60产生的校正用转矩电流指令值被减少，所以可通过 驾驶员增加杆26A的操作量而顺利进行向左方向的旋转动作。之后，若上部旋转体3向左方向(正方向)旋转，则旋转驱动控制装置40不进行 基于驱动指令校正部60的校正处理，而进行与平坦地面相同的处理。另外，在倾斜地面，重量大的动臂4、斗杆5以及铲斗6为使上部旋转体3朝向斜面 上方的方向旋转，进行右方向的旋转时，成为在所述的动作说明中替换左右的内容，所以省 略。由以上，根据包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械，即使检测出与旋 转操作方向反方向的上部旋转体3的旋转，也可通过在驱动指令校正部60产生的校正用转矩电流指令值补充旋转用电动机21的驱动转矩，所以，想要使上部旋转体3旋转以使动 臂4等的重量物在倾斜地面向斜面上方移动的情况下，即使上部旋转体3的惯性力矩大，也 可以减少向与转动方向反方向的旋转。由此，可以提供能够实现启动顺利的旋转动作的旋 转驱动控制装置以及建筑机械。另外，也可以考虑，不具备如本实施方式的驱动指令校正部60而通过使PI控制部 52或56的PI控制的增益增大来减少与旋转操作方向反方向的旋转动作的方法。然而，在 这种方法中，存在如下问题，即，由于通过使用增大的增益的PI控制，基于速度指令(驾驶 员的输入)来运算转矩电流指令值，所以产生PI控制的超程，使转矩电流指令值难以收敛 于目标值，由此难以实现顺利的旋转动作。与此相反，根据包括本实施方式的旋转驱动控制装置的建筑机械，如上所述，不会 使驱动指令产生部50的PI控制的增益增大，通过在驱动指令校正部60运算的校正用转矩 电流指令值来减少与旋转操作方向反方向的旋转动作，所以可以提供启动顺利的旋转动作 和良好的乘坐时的舒适感。在以上对旋转用电动机21是通过变频器20PWM驱动的交流马达且为检测其旋转 速度而使用分解器22以及旋转动作检测部58的方式进行了说明，但旋转用电动机21也可 以是直流马达。此时，不需要变频器20、分解器22以及旋转动作检测部58，作为旋转速度 使用由直流马达的测速发电机检测出的值即可。而且，在以上对驱动指令校正部60包括校正用零速度指令产生部61，并且在驱动 指令校正部60的内部产生用于运算校正用转矩电流指令值的校正用零速度指令的方式进 行了说明，但也可以构成为驱动指令校正部60不包括校正用零速度指令产生部61，而是从 驱动指令校正部60的外部供给校正用零速度指令。而且，在以上对在转矩电流指令的运算使用PI控制的方式进行了说明，但取而代 之，也可以使用鲁棒控制、适应控制、比例控制、积分控制等。而且，在以上使用混合型建筑机械进行了说明，但只要是旋转机构被电动化的建 筑机械，本实施方式的旋转驱动装置的应用对象不限于混合型。以上，对本发明的例示性实施方式的旋转驱动控制装置以及使用了该旋转驱动控 制装置的建筑机械进行了说明，但本发明不限于具体公开的实施方式，能够不脱离权利要 求进行各种变形或变更。本国际申请主张基于2007年10月18日申请的日本专利申请第2007-271656号 的优先权，并将日本专利申请第2007-271656号的全部内容援用在本国际专利申请。
权利要求
1.一种旋转驱动控制装置，驱动控制由电动机旋转驱动的建筑机械的旋转机构，其包括驱动指令产生部，基于通过建筑机械的操作部输入的操作量，产生用于驱动所述电动 机的驱动指令；旋转动作检测部，检测所述旋转机构的旋转动作；驱动指令校正部，若通过所述旋转动作检测部检测出与输入到所述操作部的旋转操作 方向相反方向的旋转动作，则根据与该旋转操作方向相反方向的旋转动作的程度校正所述 驱动指令，以减少与所述旋转操作方向相反方向的旋转动作。
2.如权利要求1所述的旋转驱动控制装置，其特征在于，所述驱动指令校正部根据用于将所述电动机的旋转速度设为零的零速度指令、和通过 所述旋转动作检测部检测出的所述相反方向的旋转动作的程度校正所述驱动指令。
3.如权利要求2所述的旋转驱动控制装置，其特征在于，所述驱动指令校正部构成为根据所述零速度指令的值和表示通过所述旋转动作检测 部检测出的旋转动作的程度的值，运算校正用驱动指令的值，并将该校正用驱动指令的值 与通过所述驱动指令产生部产生的驱动指令的值相加，通过所述旋转动作检测部检测出的旋转动作的方向与所述旋转操作方向是相反方向 时，将所述校正用驱动指令的值与通过所述驱动指令产生部产生的驱动指令的值相加，当 通过所述旋转动作检测部检测出的旋转动作的方向与所述旋转操作方向是相同方向时，将 与所述驱动指令的值相加的所述校正用驱动指令的值设为零。
4.如权利要求3所述的旋转驱动控制装置，其特征在于，用于运算所述校正用驱动指令的值的所述驱动指令校正部的第1控制增益被设定成 大于用于产生所述驱动指令的所述驱动指令产生部的第2控制增益。
5.一种建筑机械，其特征在于，包括权利要求1所述的旋转驱动控制装置。
全文摘要
本发明提供一种旋转驱动控制装置以及包括旋转驱动控制装置的建筑机械，其驱动控制由电动机旋转驱动的建筑机械的旋转机构，并包括驱动指令产生部，基于通过建筑机械的操作部输入的操作量，产生用于驱动所述电动机的驱动指令；旋转动作检测部，检测所述旋转机构的旋转动作；驱动指令校正部，若通过所述旋转动作检测部检测出与输入到所述操作部的旋转操作方向相反方向的旋转动作，则根据与该旋转操作方向相反方向的旋转动作程度校正所述驱动指令，以减少与所述旋转操作方向相反方向的旋转动作。
文档编号B60L15/20GK102124166SQ200880112119
公开日2011年7月13日 申请日期2008年10月17日 优先权日2007年10月18日
发明者佐野公则, 庄野博三, 西山范之 申请人:住友建机株式会社, 住友重机械工业株式会社