专利名称：执行器控制装置以及具备该执行器控制装置的作业机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及执行器控制装置，尤其涉及适合于控制由电动机驱动的执行器的控制
>J-U装直。
背景技术：
在用电动机驱动执行器的技术中，在动力运行时通过电动机产生的转矩驱动执行器。另外，在再生时通过执行器的反力转矩驱动电动机，使电动机进行发电机动作，由此来
得到再生电力。现有技术文献专利文献专利文献I :特开2006-336846号公报专利文献2 :特开2006-336843号公报
发明内容
发明要解决的课题在这种由电动机驱动执行器的技术中，通过对应于执行器的反力转矩调整电动机的转矩，控制执行器的速度，因此，由于执行器的负荷的变动，在执行器或电动机中有可能发生振动。另外，在再生时比动力运行时容易发生振动。使用图I说明在再生时容易发生振动的原因。图中的横轴表示电动机的转速，纵轴表示电动机的转矩，等功率曲线LI以及L2分别表示以恒定功率进行动力运行以及再生时的与电动机的转速对应的电动机的转矩的变化。另外，图中的直线LO表示反力转矩，若电动机的转矩比反力转矩大，则电动机的动作点向正转方向(图的右向)移动，若电动机的转矩比反力转矩小，则电动机的动作点向逆转方向(图的左向)移动。在此，在图右半面的动力运行时，当考虑对执行器施加的负荷变动，反力转矩变得比电动机的转矩大时，电动机的动作点向逆转方向移动，因此，在等功率曲线LI上电动机的转矩自然增大，电动机的转矩与反力转矩均衡，电动机的转速变得恒定。即，可知动力运行时是稳定系统。另一方面，在图左半面的再生时，当考虑对执行器施加的负荷变动，反力转矩变得比电动机的转矩大时，电动机的动作点向反转方向移动，因此，在等功率曲线L2上电动机的转矩减小，电动机的动作点进一步向反转方向移动，电动机的转速不恒定。即，可知再生时是不稳定系统。特别是在再生时，反力转矩变得比电动机的转矩大时，电动机的转速越增大，电动机的动作越不稳定，产生大的振动的可能性高。这成为电动机或执行器的故障的原因，或者在驱动执行器来进行某作业的情况下，成为引起作业的安全方面的问题的原因。因此，抑制再生时的振动成为非常重要的课题。为了抑制执行器或电动机中发生的振动，例如，在专利文献I中记载的流体压力回路中，为了可以通过电动机平滑地吸收来自流体压力执行器的返回流体具有的能量，并且得到流体压力执行器的稳定的动作，具有控制流量的电磁阀。但是，在专利文献I所记载的流体压力回路中，通过电磁阀节流返回流体的流量，因此压力损失比较大，残留有再生电力减少压力损失量的课题。
另外，在专利文献2所记载的作业机械的控制装置中，具有通过流体压力执行器和通过闭合回路连接的可变容量型泵的容量可变控制，进行流体压力执行器的至少速度控制以及压力变动的抑制控制，并且大致地控制电动机的旋转速度的控制器。但是，专利文献2所记载的作业机械的控制装置，需要用于使可变容量型泵的容量变化的执行器，存在回路复杂的课题。另外，当对执行器施加的负荷的变动周期，比可变容量型泵的容量可变控制的控制周期短时，有可能无法控制流体压力执行器的压力变动。本发明的目的在于，提供一种能够抑制执行器或电动机中产生的振动，特别是再生时的振动的执行器控制装置以及具备该执行器控制装置的作业机械。用于解决课题的手段为了解决上述课题，第I发明是一种用于控制由电动机驱动的执行器的执行器控制装置，其特征为具备目标速度运算单元，其根据所述执行器的操作信号运算所述电动机的目标转速；负荷检测单元，其检测对所述执行器施加的负荷；转矩指令运算单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷运算所述电动机的转矩指令；电流指令运算单元，其根据所述转矩指令运算流过所述电动机的电流矢量指令；电流检测单元，其检测流过所述电动机的三相电流；电流变换单元，其将所述电流检测单元检测出的三相电流变换为d轴电流以及q轴电流，(以下，将d轴电流以及q轴电流称为“电流矢量”);电压指令运算单元，其根据所述电流矢量指令和所述电流矢量的偏差运算电压矢量指令；以及电压变换单元，其将所述电压矢量指令变换为电压指令，并且将该电压指令输出到所述电动机的控制部，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换。另外，第2发明的特征在于，在上述发明中，所述转矩指令运算单元，使用使所述负荷检测单元检测出的负荷平滑后得到的值来运算所述电动机的转矩指令，以使与所述执行器的负荷的瞬间变化对应的电流的变化量小于与所述执行器的负荷的稳定变化对应的电流的变化量。另外，第3发明的特征在于，在上述发明中，还具备动力运行再生判定单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷和所述目标速度运算单元运算出的目标转速，判定所述电动机的动作是动力运行或再生中的哪一种，在所述动力运行再生判定单元的判定为再生时，所述电流变换单元以及所述电压变换单元，根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换，另一方面，在所述动力运行再生判定单元的判定为动力运行的情况下，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述电动机的实际转速进行各自的变换，而且还具备积分单元，其对所述目标速度运算单元运算出的目标转速以及所述电动机的实际转速进行积分，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述积分单元积分所得的值进行各自的变换。另外，第4发明的特征在于，在上述发明中，使用感应电动机作为所述电动机。另外，第5发明的特征在于，在上述发明中，所述转矩指令运算单元还参照所述目标速度运算单元运算出的目标转速来运算转矩指令。
另外，第6发明的特征在于，在上述发明中，所述转矩指令运算单元，对与所述执行器的负荷对应的转矩的时间平均值预先相加与所述执行器的负荷的变动量对应的转矩，来运算转矩指令。另外，第7发明是一种作业机械，其具备上述发明所涉及的执行器控制装置。发明的效果根据本发明，通过根据目标转速进行电流变换以及电压变换，对电动机施加的3相电压的相位以与目标速度对应的角速度变化，因此，电动机与3相电压的相位的变化速度、即与目标转速对应的角速度大体同步地旋转，可以抑制电动机以及执行器的振动。另夕卜，通过使执行器的负荷平滑来进行转矩指令的运算，可以进行控制以使与执行器的负荷的瞬间变化对应的电流的变化量小于与执行器的负荷的稳定变化对应的电流的变化量，因此，可以抑制电动机以及执行器的振动。
另外，根据本发明，由于在与负荷对应的转矩的时间平均值上预先相加了与负荷的变动量对应的转矩，因此，电动机的转矩比与负荷对应的转矩大，可以防止电动机的失调。
图I表示再生时容易发生振动的原因。图2表示本发明的第一实施方式的执行器控制装置。图3是具备本发明的第一实施方式所示的执行器控制装置的叉架起货机的外观图。图4用于说明图2所示的控制器的结构。图5用于说明图4所示的速度控制器的结构。图6用于说明图4所示的电动机控制器的结构的图。图7用于说明使用感应电动机作为电动机时的效果。图8表示升降机下降时进行PI控制的结果。图9表示升降机下降时进行第一实施方式所示的控制的结果。图10表示在升降机下降时进行第一实施方式所示的控制，瞬间施加外力的结果。图11表示本发明的第二实施方式的执行器控制装置。图12用于说明图11所示的控制器的结构。图13用于说明图12所示的速度控制器的结构。图14表示本发明的第三实施方式的执行器控制装置。图15用于说明图14所示的控制器的结构。图16用于说明图15所示的速度控制器的结构。图17表示本发明的第四实施方式的执行器控制装置。图18是具备本发明的第四实施方式所示的执行器控制装置的电池供电挖土机的外观图。
具体实施例方式图2是说明第一实施方式的执行器控制装置的图。作为执行器控制装置的控制器100从安装在操纵杆I上的未图示的电位计接收与操纵杆I的操作量对应的操纵杆信号，从压力传感器(负荷检测单元)2接收与液压缸(执行器)3的压力对应的压力信号，从安装在电动机4上的未图示的编码器接收电动机4的转速，从逆变器5具有的电流传感器(电流检测单元)5a接收3相电流。控制器100基于接收到的操纵杆信号、压力信号、转速、3相电流来运算3相电压指令和保持解除信号，将3相电压指令发送给逆变器5，将保持解除信号发送给电磁式切换阀
6。在后面叙述通过控制器100进行的运算的细节。另外，逆变器5根据3相电压指令对电动机4施加电压来驱动电动机4。电磁式切换阀6通常关闭，根据保持解除信号(即保持解除信号为0N)打开，将液压泵马达7和液压缸3连通。 当向升降机上升侧操作操纵杆I时，逆变器5消耗蓄电装置8的电力来使电动机4进行正转动力运行。液压泵马达7与电动机4连接，通过正转吸取油箱9的油，向液压缸3侧排出。此外，为使液压泵马达7的排出压力不超过配管的耐压，在液压泵马达7和电磁式切换阀6之间具备降压阀10。液压缸3通过从液压泵马达7供给的油进行伸展，使未图示的内门架沿着未图示的外门架上升。在内门架的上部具备动滑轮11，当动滑轮11与内门架一起运动时，经由挂在动滑轮11上的起重链12，安装在起重链12的前端的叉架13上升。当向升降机下降侧操作操纵杆I时，叉架13由于自重以及载荷而下降，经由起重链12、动滑轮11、内门架压缩液压缸3。液压缸3通过被压缩而排出油，经由电磁式切换阀6向液压泵马达7供给油。液压泵马达7通过供给的油来进行马达动作，使电动机4反转。此时，逆变器5对电动机4进行发电控制，向蓄电装置8供给产生的电力。图3表示具备使用图2说明的执行器控制装置的叉架起货机(作业机械)的外观图。操作员通过操作操纵杆I使未图示的液压缸沿着外门架伸缩，可以使叉架13上升、下降。接着，图4表示控制器(执行器控制装置)100的结构。控制器100由保持解除判定器110、速度控制器120、电动机控制器130构成。保持解除判定器110，在操纵杆信号的绝对值在预先设定的阈值以上并且经过一定时间T1时，将保持解除信号设为0N，当操纵杆信号的绝对值比预先设定的阈值小时，将保持解除信号设为OFF。在此，一定时间T1是考虑直到使电磁切换阀6前后的压力均衡为止的时间而预先设定的时间。因此，可以根据压力信号，压力信号越大使一定时间T1越大，电动机4的转速越高使一定时间T1越小。另外，也可以另外具备检测或推定液压泵马达7和电磁式切换阀6之间的压力的单元，当电磁式切换阀6前后的压力大体一致时将保持解除信号设为0N。速度控制器120基于保持解除信号、操纵杆信号、压力信号以及转速来运算转矩指令和变换用转速并输出。在后面叙述通过速度控制器120进行的运算的细节。另外，电动机控制器130基于转矩指令、变换用转速以及3相电流来运算3相电压指令并输出。在后面还叙述电动机控制器130进行的运算的细节。图5表示速度控制器120的结构。速度控制器120由目标速度运算器(目标速度运算单元)121、动力运行再生判定器122、转矩指令运算器(转矩指令运算单元)123以及转速切换器124构成。目标速度运算器121基于保持解除信号Vv和操纵杆信号V1，根据(I)式运算目标转速nt。[式I]
权利要求
1.一种执行器控制装置，用于控制由电动机驱动的执行器，其特征在于， 具备 目标速度运算单元，其根据所述执行器的操作信号运算所述电动机的目标转速； 负荷检测单元，其检测对所述执行器施加的负荷； 转矩指令运算单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷，运算所述电动机的转矩指令； 电流指令运算单元，其根据所述转矩指令运算流过所述电动机的电流矢量指令； 电流检测单元，其检测流过所述电动机的三相电流； 电流变换单元，其将所述电流检测单元检测出的三相电流变换为d轴电流以及q轴电流，以下，将d轴电流以及q轴电流称为电流矢量； 电压指令运算单元，其根据所述电流矢量指令和所述电流矢量的偏差运算电压矢量指令；以及 电压变换单元，其将所述电压矢量指令变换为电压指令，并且将该电压指令输出到所述电动机的控制部， 所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换。
2.根据权利要求I所述的执行器控制装置，其特征在于， 所述转矩指令运算单元，使用使所述负荷检测单元检测出的负荷平滑后得到的值来运算所述电动机的转矩指令，以使与所述执行器的负荷的瞬间变化对应的电流的变化量小于与所述执行器的负荷的稳定变化对应的电流的变化量。
3.根据权利要求I或2所述的执行器控制装置，其特征在于， 还具备动力运行再生判定单元，其根据所述负荷检测单元检测出的负荷和所述目标速度运算单元运算出的目标转速，判定所述电动机的动作是动力运行或再生的哪一种， 在所述动力运行再生判定单元的判定为再生的情况下，所述电流变换单元以及所述电压变换单元，根据所述目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换，另一方面，在所述动力运行再生判定单元的判定为动力运行的情况下，所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述电动机的实际转速进行各自的变换， 而且还具备积分单元，其对所述目标速度运算单元运算出的目标转速以及所述电动机的实际转速进行积分， 所述电流变换单元以及所述电压变换单元根据所述积分单元积分所得的值进行各自的变换。
4.根据权利要求3所述的执行器控制装置，其特征在于， 使用感应电动机作为所述电动机。
5.根据权利要求3所述的执行器控制装置，其特征在于， 所述转矩指令运算单元还参照所述目标速度运算单元运算出的目标转速来运算转矩指令。
6.根据权利要求3所述的执行器控制装置，其特征在于， 所述转矩指令运算单元，对与所述执行器的负荷对应的转矩的时间平均值预先相加与所述执行器的负荷的变动量对应的转矩，来运算转矩指令。
7.—种作业机械，其特征在于，具备权利要求I至6的任意一项所述的执行器控制装置。
全文摘要
提供能够抑制再生时的振动的执行器控制装置。具备运算电动机的目标转速的目标速度运算单元(121)、检测对执行器施加的负荷的负荷检测单元(2)、根据负荷运算电动机的转矩指令的转矩指令运算单元(123)、根据转矩指令运算流过电动机的电流矢量指令的电流指令运算单元(131)、电流检测单元(5a)、将电流变换为电流矢量的电流变换单元(132)、根据电流矢量指令与电流矢量的偏差运算电压矢量指令的电压指令运算单元(133)、将电压矢量指令变换为电压指令，并且将电压指令输出到电动机的控制部的电压变换单元(134)，电流变换单元以及电压变换单元根据目标速度运算单元运算出的目标转速进行各自的变换。
文档编号F15B21/14GK102763323SQ201180010210
公开日2012年10月31日 申请日期2011年1月18日 优先权日2010年3月17日
发明者伊君高志, 山田弘幸, 森木秀一, 正野信夫, 泉枝穗, 金子悟 申请人:日立建机株式会社