[发明专利]用于施工机械的使用电动马达的回转控制系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请基于2009年7月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2009-0069023并主张其优先权，其全部内容经引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于施工机械的使用电动马达的回转控制系统和方法。更特别地，本发明涉及用于施工机械的使用电动马达的回转控制系统和方法，该电动马达能代替用于旋转施工机械特别是液压挖掘机的上回转结构的液压马达，提供与现有液压系统的相似的输出特性。

背景技术

在现有技术中，包括上回转结构的施工机械——特别是液压挖掘机——的上回转结构由液压马达旋转。液压马达具有高扭矩输出以及液压系统的控制相对简单的特性。由于其它任何致动器均难于替换具有高扭矩输出的液压系统，因此液压系统主要用于重型设备等。由于控制液压泵排出速度的控制阀内的阻抗、管内的压力损失、液压回路内的过剩流量的产生等等，利用液压马达的液压驱动系统具有低能效。并且，在回转操作之后上回转结构停止时，制动能量作为热能被消耗掉，这导致液压马达的效率降低。

因此，公知使用电动马达作为致动器提高了能效。电系统的效率远比液压系统的高。在使用电动马达作为施工机械的回转马达的情况下，提高了能效，但与液压驱动系统相比，电动马达对控制杆操纵的响应太灵敏，这就导致电动马达的操纵性比液压驱动系统的操纵性劣化了。

为了解决该问题，韩国专利申请No.2005-0000530公开一种相关技术，其采用电动回转马达来替代液压马达。

根据相关技术中的技术，复杂的控制方程由挖掘机液压系统的仿真模型得到，且液压系统是通过实时操作进行控制的。因此，由于复杂的计算而需要很多控制操作时间，且需要能执行高速操作的高性能处理器。

近来，随着技术的发展，能产生高扭矩输出并具有较高控制性能的永磁同步马达(PMSM)已获得发展。这种PMSM能替换当前的液压系统以解决液压系统的问题，且当回转系统停止时出现的制动能量可通过PMSM的发电驱动而回收，从而提高效率。当回转系统从液压马达改变到PMSM时效率提高。然而，如果由于致动器改变而导致特性也发生变化，现有使用者会感觉到不方便，这可能降低工作效率，并导致使用者避免购买混合动力挖掘机。

发明内容

因此，本发明致力于解决现有技术中存在的上述问题，同时完整保留现有技术获得的优点。

本发明提出一种用于提供与现有液压系统相似的输出特性的电动回转系统的控制技术，以解决由于液压马达和电动马达之间的输出特性方面的差异所导致的动力源变化而使现有挖掘机使用者感到不便的问题。

并且，本发明提出一种控制技术，其能通过控制仅包括通过模拟而验证过的简单方程的控制算法，通过使用廉价控制器解决上述问题。

在本发明的一个方面中，提供一种用于施工机械的回转控制系统，其包括回转控制单元和回转上回转结构的回转电动马达，其中回转控制单元包括：基准速度计算装置，其根据用于回转操作的控制杆的操纵信号计算基准回转速度和最大加速度；回转速度确定装置，其由基准回转速度与当前反馈回的电动马达的实际回转速度之间的差异计算第一速度变化量、由最大加速度计算取样时间内的第二速度变化量、以及通过比较第一速度变化量和第二速度变化量并将经比较而获得的第一速度变化量和第二速度变化量之间的较小量加到当前反馈回的实际回转速度从而确定基于操纵信号的回转速度；以及输出扭矩控制装置，其通过产生用于已确定的回转速度的控制信号来控制电动马达的输出扭矩。

在根据本发明优选实施方式的回转控制系统中，基准速度计算装置根据操纵信号计算基准回转速度和最大加速度，基准回转速度和最大加速度的绝对值限制于预定上限范围内，且预定上限是基于使用液压回转马达时的先导信号压力的最大加速度和回转速度的最大值。

在根据本发明优选实施方式的回转控制系统中，基准速度计算装置根据操纵信号计算基准回转速度和最大加速度，通过将基于施工机械的发动机模式的速度和加速度校正值分别应用到计算出的基准回转速度和最大加速度而校正基准回转速度和最大加速度，以及将校正过的基准回转速度和最大加速度传输到回转速度确定装置。

本发明优选实施方式的回转控制系统还包括存储单元，存储单元存储基于使用液压回转马达时的先导信号压力的基准回转速度和最大加速度响应数据；其中，回转控制单元的基准速度计算装置根据操纵信号由存储在存储单元内的基准回转速度和最大加速度响应数据来计算基准回转速度和最大加速度。