[发明专利]作业机械的回转控制装置、控制程序以及作业机械

说明书

技术领域

本发明涉及以电动机为动力源的作业机械的回转控制装置、控制程序以及作业机械，特别涉及改善了操作性的作业机械的回转控制装置、控制程序以及作业机械。

背景技术

以往，在建设作业机械中，作为动力源大部分使用液压。例如，在挖掘机(power shovel car)中，通过引擎来驱动液压泵。通过用来自该液压泵的液压来驱动的液压行驶马达，在无限轨道上旋转行驶。通过用来自液压泵的液压来驱动的液压回转马达，进行回转体的回转作业。铲斗(bucker)的开闭、臂的伸缩也通过被提供来自液压泵的液压的液压缸来进行。但是，一般情况下，在使用液压的液压设备中，相对输入能量的作功量的效率是50％左右。进而，液压设备在对旋转动作进行制动时，无法返回能量，而用安全阀来释放压力，变换为热而去掉。根据这样的背景，近年来，以节省引擎的耗油量、降低温室效应气体的排出、降低运转成本为目的的混合动力建筑机械的开发得到了发展。

在混合动力建筑机械中，通过引擎驱动发电机，通过其电力驱动电动液压泵，或者通过电动马达驱动回转体，从而使引擎以效率最好的运转域的一定转速进行旋转，对由此产生的剩余能量进行蓄电而在必要时使用等，设法在系统整体中提高能量效率。特别是在回转作业中频繁地进行回转体的回转、停止动作，所以使用如下电动回转系统的例子较多，该电动回转系统比液压马达更高效率，并且在制动时通过发电再生进行能量再生，能够再利用该再生的能量。

在以往的液压回转马达中，操作者对指示液压回转马达附属的液压阀的开度的杆进行直接操作，所以在杆全开时向液压回转马达的压力变得最大，得到最大加速度且最大压力(＝最大扭矩)。例如，即使回转臂的前端的铲斗撞到土壁而停止，此时产生的剩余压力也从液压回转马达附属的安全阀释放，所以通过液压施加的压力直接作为向土壁的推撞力而维持，在返回了杆的情况下，向液压回转马达的压力减少。因此，感觉上认为操作上的不适感消失。

但是，在通过电动机进行回转控制的情况下，在一般的电动机控制系统中，输入速度目标值，如果存在速度实际值与速度目标值的偏差，则与该偏差对应地产生向电动机的扭矩目标值，以产生与该扭矩目标值对应的扭矩的方式加速，在速度目标值和速度实际值一致的时刻成为恒定扭矩加速。在作业机械中应用电动机控制系统，在向土壁等进行了铲斗的碰撞、推撞作业的情况下，回转体的速度实际值成为零，速度实际值与速度目标值之差急剧上升。在一般的控制系统中，通过PI调节器对速度偏差进行比例积分，但其输出即扭矩目标值随着PI调节器的积分时间常数而饱和。在扭矩目标值饱和时，只要按照该饱和扭矩(最大扭矩)继续推撞作业则没有问题，但即使进行了返回操作杆的操作，但由于速度实际值是零，所以PI调节器继续积分动作，扭矩目标值仍为饱和。换言之，如果一旦进入到推撞作业而扭矩饱和，则如果不使操作杆返回至逆转而使PI调节器输入逆转来引起负的积分动作，则无法减小扭矩目标值，杆操作成为ON/OFF控制，无法通过操作杆的操作来控制推撞扭矩。

根据专利文献1，通过操作杆的操作量求出速度偏差，通过该速度偏差控制减速扭矩。具体而言，在操作量最大时产生最大加速扭矩，在操作杆的位置为中立即速度指令零或者附近产生最大的制动扭矩。另外，根据操作量来控制加速扭矩、制动扭矩的大小。根据专利文献2，在推压作业时根据操作量，代替速度控制而施加扭矩控制或者扭矩限制。在专利文献3中，根据操作量运算速度目标值和扭矩限制值。

专利文献1：日本特开2001-010783号公报

专利文献2：日本特开2003-328398号公报

专利文献3：日本特开2006-112114号公报

发明内容

根据专利文献1的技术，作为速度偏差的函数决定扭矩最大值，如果以最大加速成为向土壁的推撞状态则扭矩饱和，即使进行操作杆返回操作而速度偏差变小，但如果不进行相当的返回操作，扭矩就不会减少，若是将操作杆稍微返回的操作则依旧持续扭矩饱和，与操作者的操作感觉不吻合。根据专利文献2的技术，存在如下问题：在操作杆的中立位置附近、途中成为推压状态的情况下，从其位置操作了操作杆的量作为扭矩而附加，但以操作杆的上限成为推压时，无法施加操作量，在操作杆的中立位置附近成为推压的情况下，可以施加大的操作量即扭矩，感觉上相对操作杆位置的扭矩的绝对量不一致。根据专利文献3的技术，即使根据操作量运算出了扭矩界限值，但在推压作业中停止的情况下，只能够以预先设定的扭矩界限值进行驱动。在进行了返回操作的情况下，无法确切地反映返回操作量。