專利名稱：執(zhí)行器控制裝置以及具備該執(zhí)行器控制裝置的作業(yè)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及執(zhí)行器控制裝置，尤其涉及適合于控制由電動機(jī)驅(qū)動的執(zhí)行器的控制
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
在用電動機(jī)驅(qū)動執(zhí)行器的技術(shù)中，在動力運(yùn)行時通過電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動執(zhí)行器。另外，在再生時通過執(zhí)行器的反力轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動機(jī)，使電動機(jī)進(jìn)行發(fā)電機(jī)動作，由此來
得到再生電力。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :特開2006-336846號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :特開2006-336843號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在這種由電動機(jī)驅(qū)動執(zhí)行器的技術(shù)中，通過對應(yīng)于執(zhí)行器的反力轉(zhuǎn)矩調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，控制執(zhí)行器的速度，因此，由于執(zhí)行器的負(fù)荷的變動，在執(zhí)行器或電動機(jī)中有可能發(fā)生振動。另外，在再生時比動力運(yùn)行時容易發(fā)生振動。使用圖I說明在再生時容易發(fā)生振動的原因。圖中的橫軸表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，縱軸表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，等功率曲線LI以及L2分別表示以恒定功率進(jìn)行動力運(yùn)行以及再生時的與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩的變化。另外，圖中的直線LO表示反力轉(zhuǎn)矩，若電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩比反力轉(zhuǎn)矩大，則電動機(jī)的動作點(diǎn)向正轉(zhuǎn)方向(圖的右向)移動，若電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩比反力轉(zhuǎn)矩小，則電動機(jī)的動作點(diǎn)向逆轉(zhuǎn)方向(圖的左向)移動。在此，在圖右半面的動力運(yùn)行時，當(dāng)考慮對執(zhí)行器施加的負(fù)荷變動，反力轉(zhuǎn)矩變得比電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大時，電動機(jī)的動作點(diǎn)向逆轉(zhuǎn)方向移動，因此，在等功率曲線LI上電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩自然增大，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與反力轉(zhuǎn)矩均衡，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變得恒定。即，可知動力運(yùn)行時是穩(wěn)定系統(tǒng)。另一方面，在圖左半面的再生時，當(dāng)考慮對執(zhí)行器施加的負(fù)荷變動，反力轉(zhuǎn)矩變得比電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大時，電動機(jī)的動作點(diǎn)向反轉(zhuǎn)方向移動，因此，在等功率曲線L2上電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小，電動機(jī)的動作點(diǎn)進(jìn)一步向反轉(zhuǎn)方向移動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不恒定。即，可知再生時是不穩(wěn)定系統(tǒng)。特別是在再生時，反力轉(zhuǎn)矩變得比電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越增大，電動機(jī)的動作越不穩(wěn)定，產(chǎn)生大的振動的可能性高。這成為電動機(jī)或執(zhí)行器的故障的原因，或者在驅(qū)動執(zhí)行器來進(jìn)行某作業(yè)的情況下，成為引起作業(yè)的安全方面的問題的原因。因此，抑制再生時的振動成為非常重要的課題。為了抑制執(zhí)行器或電動機(jī)中發(fā)生的振動，例如，在專利文獻(xiàn)I中記載的流體壓力回路中，為了可以通過電動機(jī)平滑地吸收來自流體壓力執(zhí)行器的返回流體具有的能量，并且得到流體壓力執(zhí)行器的穩(wěn)定的動作，具有控制流量的電磁閥。但是，在專利文獻(xiàn)I所記載的流體壓力回路中，通過電磁閥節(jié)流返回流體的流量，因此壓力損失比較大，殘留有再生電力減少壓力損失量的課題。
另外，在專利文獻(xiàn)2所記載的作業(yè)機(jī)械的控制裝置中，具有通過流體壓力執(zhí)行器和通過閉合回路連接的可變?nèi)萘啃捅玫娜萘靠勺兛刂?，進(jìn)行流體壓力執(zhí)行器的至少速度控制以及壓力變動的抑制控制，并且大致地控制電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的控制器。但是，專利文獻(xiàn)2所記載的作業(yè)機(jī)械的控制裝置，需要用于使可變?nèi)萘啃捅玫娜萘孔兓膱?zhí)行器，存在回路復(fù)雜的課題。另外，當(dāng)對執(zhí)行器施加的負(fù)荷的變動周期，比可變?nèi)萘啃捅玫娜萘靠勺兛刂频目刂浦芷诙虝r，有可能無法控制流體壓力執(zhí)行器的壓力變動。本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠抑制執(zhí)行器或電動機(jī)中產(chǎn)生的振動，特別是再生時的振動的執(zhí)行器控制裝置以及具備該執(zhí)行器控制裝置的作業(yè)機(jī)械。用于解決課題的手段為了解決上述課題，第I發(fā)明是一種用于控制由電動機(jī)驅(qū)動的執(zhí)行器的執(zhí)行器控制裝置，其特征為具備目標(biāo)速度運(yùn)算單元，其根據(jù)所述執(zhí)行器的操作信號運(yùn)算所述電動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；負(fù)荷檢測單元，其檢測對所述執(zhí)行器施加的負(fù)荷；轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元，其根據(jù)所述負(fù)荷檢測單元檢測出的負(fù)荷運(yùn)算所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令；電流指令運(yùn)算單元，其根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算流過所述電動機(jī)的電流矢量指令；電流檢測單元，其檢測流過所述電動機(jī)的三相電流；電流變換單元，其將所述電流檢測單元檢測出的三相電流變換為d軸電流以及q軸電流，(以下，將d軸電流以及q軸電流稱為“電流矢量”);電壓指令運(yùn)算單元，其根據(jù)所述電流矢量指令和所述電流矢量的偏差運(yùn)算電壓矢量指令；以及電壓變換單元，其將所述電壓矢量指令變換為電壓指令，并且將該電壓指令輸出到所述電動機(jī)的控制部，所述電流變換單元以及所述電壓變換單元根據(jù)所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行各自的變換。另外，第2發(fā)明的特征在于，在上述發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元，使用使所述負(fù)荷檢測單元檢測出的負(fù)荷平滑后得到的值來運(yùn)算所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令，以使與所述執(zhí)行器的負(fù)荷的瞬間變化對應(yīng)的電流的變化量小于與所述執(zhí)行器的負(fù)荷的穩(wěn)定變化對應(yīng)的電流的變化量。另外，第3發(fā)明的特征在于，在上述發(fā)明中，還具備動力運(yùn)行再生判定單元，其根據(jù)所述負(fù)荷檢測單元檢測出的負(fù)荷和所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，判定所述電動機(jī)的動作是動力運(yùn)行或再生中的哪一種，在所述動力運(yùn)行再生判定單元的判定為再生時，所述電流變換單元以及所述電壓變換單元，根據(jù)所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行各自的變換，另一方面，在所述動力運(yùn)行再生判定單元的判定為動力運(yùn)行的情況下，所述電流變換單元以及所述電壓變換單元根據(jù)所述電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行各自的變換，而且還具備積分單元，其對所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速以及所述電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行積分，所述電流變換單元以及所述電壓變換單元根據(jù)所述積分單元積分所得的值進(jìn)行各自的變換。另外，第4發(fā)明的特征在于，在上述發(fā)明中，使用感應(yīng)電動機(jī)作為所述電動機(jī)。另外，第5發(fā)明的特征在于，在上述發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元還參照所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速來運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令。
另外，第6發(fā)明的特征在于，在上述發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元，對與所述執(zhí)行器的負(fù)荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的時間平均值預(yù)先相加與所述執(zhí)行器的負(fù)荷的變動量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，來運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令。另外，第7發(fā)明是一種作業(yè)機(jī)械，其具備上述發(fā)明所涉及的執(zhí)行器控制裝置。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行電流變換以及電壓變換，對電動機(jī)施加的3相電壓的相位以與目標(biāo)速度對應(yīng)的角速度變化，因此，電動機(jī)與3相電壓的相位的變化速度、即與目標(biāo)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的角速度大體同步地旋轉(zhuǎn)，可以抑制電動機(jī)以及執(zhí)行器的振動。另夕卜，通過使執(zhí)行器的負(fù)荷平滑來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩指令的運(yùn)算，可以進(jìn)行控制以使與執(zhí)行器的負(fù)荷的瞬間變化對應(yīng)的電流的變化量小于與執(zhí)行器的負(fù)荷的穩(wěn)定變化對應(yīng)的電流的變化量，因此，可以抑制電動機(jī)以及執(zhí)行器的振動。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于在與負(fù)荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的時間平均值上預(yù)先相加了與負(fù)荷的變動量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，因此，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩比與負(fù)荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩大，可以防止電動機(jī)的失調(diào)。


圖I表示再生時容易發(fā)生振動的原因。圖2表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的執(zhí)行器控制裝置。圖3是具備本發(fā)明的第一實(shí)施方式所示的執(zhí)行器控制裝置的叉架起貨機(jī)的外觀圖。圖4用于說明圖2所示的控制器的結(jié)構(gòu)。圖5用于說明圖4所示的速度控制器的結(jié)構(gòu)。圖6用于說明圖4所示的電動機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)的圖。圖7用于說明使用感應(yīng)電動機(jī)作為電動機(jī)時的效果。圖8表示升降機(jī)下降時進(jìn)行PI控制的結(jié)果。圖9表示升降機(jī)下降時進(jìn)行第一實(shí)施方式所示的控制的結(jié)果。圖10表示在升降機(jī)下降時進(jìn)行第一實(shí)施方式所示的控制，瞬間施加外力的結(jié)果。圖11表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的執(zhí)行器控制裝置。圖12用于說明圖11所示的控制器的結(jié)構(gòu)。圖13用于說明圖12所示的速度控制器的結(jié)構(gòu)。圖14表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的執(zhí)行器控制裝置。圖15用于說明圖14所示的控制器的結(jié)構(gòu)。圖16用于說明圖15所示的速度控制器的結(jié)構(gòu)。圖17表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的執(zhí)行器控制裝置。圖18是具備本發(fā)明的第四實(shí)施方式所示的執(zhí)行器控制裝置的電池供電挖土機(jī)的外觀圖。
具體實(shí)施例方式圖2是說明第一實(shí)施方式的執(zhí)行器控制裝置的圖。作為執(zhí)行器控制裝置的控制器100從安裝在操縱桿I上的未圖示的電位計(jì)接收與操縱桿I的操作量對應(yīng)的操縱桿信號，從壓力傳感器(負(fù)荷檢測單元)2接收與液壓缸(執(zhí)行器)3的壓力對應(yīng)的壓力信號，從安裝在電動機(jī)4上的未圖示的編碼器接收電動機(jī)4的轉(zhuǎn)速，從逆變器5具有的電流傳感器(電流檢測單元)5a接收3相電流?？刂破?00基于接收到的操縱桿信號、壓力信號、轉(zhuǎn)速、3相電流來運(yùn)算3相電壓指令和保持解除信號，將3相電壓指令發(fā)送給逆變器5，將保持解除信號發(fā)送給電磁式切換閥
6。在后面敘述通過控制器100進(jìn)行的運(yùn)算的細(xì)節(jié)。另外，逆變器5根據(jù)3相電壓指令對電動機(jī)4施加電壓來驅(qū)動電動機(jī)4。電磁式切換閥6通常關(guān)閉，根據(jù)保持解除信號(即保持解除信號為0N)打開，將液壓泵馬達(dá)7和液壓缸3連通。 當(dāng)向升降機(jī)上升側(cè)操作操縱桿I時，逆變器5消耗蓄電裝置8的電力來使電動機(jī)4進(jìn)行正轉(zhuǎn)動力運(yùn)行。液壓泵馬達(dá)7與電動機(jī)4連接，通過正轉(zhuǎn)吸取油箱9的油，向液壓缸3側(cè)排出。此外，為使液壓泵馬達(dá)7的排出壓力不超過配管的耐壓，在液壓泵馬達(dá)7和電磁式切換閥6之間具備降壓閥10。液壓缸3通過從液壓泵馬達(dá)7供給的油進(jìn)行伸展，使未圖示的內(nèi)門架沿著未圖示的外門架上升。在內(nèi)門架的上部具備動滑輪11，當(dāng)動滑輪11與內(nèi)門架一起運(yùn)動時，經(jīng)由掛在動滑輪11上的起重鏈12，安裝在起重鏈12的前端的叉架13上升。當(dāng)向升降機(jī)下降側(cè)操作操縱桿I時，叉架13由于自重以及載荷而下降，經(jīng)由起重鏈12、動滑輪11、內(nèi)門架壓縮液壓缸3。液壓缸3通過被壓縮而排出油，經(jīng)由電磁式切換閥6向液壓泵馬達(dá)7供給油。液壓泵馬達(dá)7通過供給的油來進(jìn)行馬達(dá)動作，使電動機(jī)4反轉(zhuǎn)。此時，逆變器5對電動機(jī)4進(jìn)行發(fā)電控制，向蓄電裝置8供給產(chǎn)生的電力。圖3表示具備使用圖2說明的執(zhí)行器控制裝置的叉架起貨機(jī)(作業(yè)機(jī)械)的外觀圖。操作員通過操作操縱桿I使未圖示的液壓缸沿著外門架伸縮，可以使叉架13上升、下降。接著，圖4表示控制器(執(zhí)行器控制裝置)100的結(jié)構(gòu)?？刂破?00由保持解除判定器110、速度控制器120、電動機(jī)控制器130構(gòu)成。保持解除判定器110，在操縱桿信號的絕對值在預(yù)先設(shè)定的閾值以上并且經(jīng)過一定時間T1時，將保持解除信號設(shè)為0N，當(dāng)操縱桿信號的絕對值比預(yù)先設(shè)定的閾值小時，將保持解除信號設(shè)為OFF。在此，一定時間T1是考慮直到使電磁切換閥6前后的壓力均衡為止的時間而預(yù)先設(shè)定的時間。因此，可以根據(jù)壓力信號，壓力信號越大使一定時間T1越大，電動機(jī)4的轉(zhuǎn)速越高使一定時間T1越小。另外，也可以另外具備檢測或推定液壓泵馬達(dá)7和電磁式切換閥6之間的壓力的單元，當(dāng)電磁式切換閥6前后的壓力大體一致時將保持解除信號設(shè)為0N。速度控制器120基于保持解除信號、操縱桿信號、壓力信號以及轉(zhuǎn)速來運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令和變換用轉(zhuǎn)速并輸出。在后面敘述通過速度控制器120進(jìn)行的運(yùn)算的細(xì)節(jié)。另外，電動機(jī)控制器130基于轉(zhuǎn)矩指令、變換用轉(zhuǎn)速以及3相電流來運(yùn)算3相電壓指令并輸出。在后面還敘述電動機(jī)控制器130進(jìn)行的運(yùn)算的細(xì)節(jié)。圖5表示速度控制器120的結(jié)構(gòu)。速度控制器120由目標(biāo)速度運(yùn)算器(目標(biāo)速度運(yùn)算單元)121、動力運(yùn)行再生判定器122、轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算器(轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元)123以及轉(zhuǎn)速切換器124構(gòu)成。目標(biāo)速度運(yùn)算器121基于保持解除信號Vv和操縱桿信號V1，根據(jù)(I)式運(yùn)算目標(biāo)轉(zhuǎn)速nt。[式I]
權(quán)利要求
1.一種執(zhí)行器控制裝置，用于控制由電動機(jī)驅(qū)動的執(zhí)行器，其特征在于， 具備 目標(biāo)速度運(yùn)算單元，其根據(jù)所述執(zhí)行器的操作信號運(yùn)算所述電動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速； 負(fù)荷檢測單元，其檢測對所述執(zhí)行器施加的負(fù)荷； 轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元，其根據(jù)所述負(fù)荷檢測單元檢測出的負(fù)荷，運(yùn)算所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令； 電流指令運(yùn)算單元，其根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算流過所述電動機(jī)的電流矢量指令； 電流檢測單元，其檢測流過所述電動機(jī)的三相電流； 電流變換單元，其將所述電流檢測單元檢測出的三相電流變換為d軸電流以及q軸電流，以下，將d軸電流以及q軸電流稱為電流矢量； 電壓指令運(yùn)算單元，其根據(jù)所述電流矢量指令和所述電流矢量的偏差運(yùn)算電壓矢量指令；以及 電壓變換單元，其將所述電壓矢量指令變換為電壓指令，并且將該電壓指令輸出到所述電動機(jī)的控制部， 所述電流變換單元以及所述電壓變換單元根據(jù)所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行各自的變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的執(zhí)行器控制裝置，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元，使用使所述負(fù)荷檢測單元檢測出的負(fù)荷平滑后得到的值來運(yùn)算所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令，以使與所述執(zhí)行器的負(fù)荷的瞬間變化對應(yīng)的電流的變化量小于與所述執(zhí)行器的負(fù)荷的穩(wěn)定變化對應(yīng)的電流的變化量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的執(zhí)行器控制裝置，其特征在于， 還具備動力運(yùn)行再生判定單元，其根據(jù)所述負(fù)荷檢測單元檢測出的負(fù)荷和所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，判定所述電動機(jī)的動作是動力運(yùn)行或再生的哪一種， 在所述動力運(yùn)行再生判定單元的判定為再生的情況下，所述電流變換單元以及所述電壓變換單元，根據(jù)所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行各自的變換，另一方面，在所述動力運(yùn)行再生判定單元的判定為動力運(yùn)行的情況下，所述電流變換單元以及所述電壓變換單元根據(jù)所述電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行各自的變換， 而且還具備積分單元，其對所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速以及所述電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行積分， 所述電流變換單元以及所述電壓變換單元根據(jù)所述積分單元積分所得的值進(jìn)行各自的變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行器控制裝置，其特征在于， 使用感應(yīng)電動機(jī)作為所述電動機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行器控制裝置，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元還參照所述目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速來運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行器控制裝置，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元，對與所述執(zhí)行器的負(fù)荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的時間平均值預(yù)先相加與所述執(zhí)行器的負(fù)荷的變動量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，來運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令。
7.—種作業(yè)機(jī)械，其特征在于，具備權(quán)利要求I至6的任意一項(xiàng)所述的執(zhí)行器控制裝置。
全文摘要
提供能夠抑制再生時的振動的執(zhí)行器控制裝置。具備運(yùn)算電動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的目標(biāo)速度運(yùn)算單元(121)、檢測對執(zhí)行器施加的負(fù)荷的負(fù)荷檢測單元(2)、根據(jù)負(fù)荷運(yùn)算電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令的轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算單元(123)、根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令運(yùn)算流過電動機(jī)的電流矢量指令的電流指令運(yùn)算單元(131)、電流檢測單元(5a)、將電流變換為電流矢量的電流變換單元(132)、根據(jù)電流矢量指令與電流矢量的偏差運(yùn)算電壓矢量指令的電壓指令運(yùn)算單元(133)、將電壓矢量指令變換為電壓指令，并且將電壓指令輸出到電動機(jī)的控制部的電壓變換單元(134)，電流變換單元以及電壓變換單元根據(jù)目標(biāo)速度運(yùn)算單元運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行各自的變換。
文檔編號F15B21/14GK102763323SQ201180010210
公開日2012年10月31日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者伊君高志, 山田弘幸, 森木秀一, 正野信夫, 泉枝穗, 金子悟 申請人:日立建機(jī)株式會社