JPH04293826A

JPH04293826A - 油圧ショベルの掘削制御装置

Info

Publication number: JPH04293826A
Application number: JP5914591A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kakuzen; 覚前　誠
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-03-22
Filing date: 1991-03-22
Publication date: 1992-10-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、法面掘削（仕上げ）作
業や水平押出し作業のように、バケットを掘削面に対し
て一定の関係を保ちながら移動させる掘削作業を繰返し
行うための掘削制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のような掘削作業の際にバケ
ットの位置及び姿勢を制御するための装置として、毎回
の掘削動作において、ある制御周期で検出値と目標値と
の制御偏差を求め、これに基づいてフィードバック制御
を行うものが一般に知られている。

【０００３】しかしながら、このようなフィードバック
制御のみでは、前回の制御結果が今回の制御に全く反映
されず、前回同様の制御が繰り返されるだけであるため
、掘削作業を何度繰返しても制御精度の改善が行われな
い不都合がある。また、制御精度を高めようとしてフィ
ードバックゲインを大きくする（応答性を高める）と、
制御系がハンチングを起こしやすくなるため、このよう
な手段による制御精度の改善には大きな限りがある。ま
た、フィードバック制御にフィードフォワード制御を付
加しても、油圧系に機械ごとのバラツキがあるため、そ
れだけでは十分な効果が得られにくい。

【０００４】そこで、このような不都合を解消する手段
として、特開昭６４−１４４３０号公報には、各時点で
のフィードバック制御量（または実際値と目標値との差
である制御偏差）を取り込んで学習値を求め、この学習
値の累積値に基づいて学習制御量を設定する学習手段を
備えたものが開示されている。

【０００５】図１２は、従来から知られている学習手段
の一般的な構成を示したものである。ここでは、ｎ回目
の掘削動作時において制御周期がｉ回経過した時の制御
動作を示している。

【０００６】まず、この時点で図示の学習手段に入力さ
れた制御偏差（ΔＹ（ｉ））ｎ　は、そのまま学習値と
して取り込まれ、この今回の学習値（ΔＹ（ｉ））ｎ　
と、記憶装置１００に記憶されている前回までの学習値
の累積値Σ（ΔＹ（ｉ））ｊ　（ｊ＝１，…，ｎ−１）
とが加算される。そして、この加算した値が新たな累積値として記憶装置
３６に記憶される。一方、この記憶装置３６からは、前
回までの学習値の累積値Σ（ΔＹ（ｉ））ｊ　（ｊ＝１
，…，ｎ−１）が学習制御量の基本値として出力され、
この量に学習ゲインＫｌｎを乗じることにより学習制御
量が算出され、出力される。

【０００７】このような手段によれば、各回の掘削動作
時の制御結果が随時累積され、次回以降の制御量演算に
反映されるため、動作回数を重ねるごとに制御精度が改
善されることとなる。従って、この手段は掘削作業を何
度も繰り返して行う油圧ショベルには非常に有効となる
。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記装置には、次のよ
うな解決すべき課題がある。

【０００９】（１）　上記学習制御を行うには、多大な
記憶容量をもった記憶装置１００が必要であり、この学
習制御を目標軌道全域にわたって実行しようとすると大
幅なコストアップは免れ得ない。

【００１０】（２）　初期偏差、すなわち掘削動作を開
始した直後の制御偏差が大きいと、この偏差を十分に落
すまでには多くの繰返し作業回数が必要である。従って
、制御偏差を迅速に減少させることが大きな課題となっ
ている。

【００１１】（３）　掘削中にノイズや外乱が生じると
、その影響を受けた制御偏差が取り込まれて学習制御が
行われることにより、この学習制御によって逆に掘削制
御精度が低下してしまうおそれがある。特に、油圧ショ
ベルにおいては大きなノイズや外乱が発生しやすく、そ
の改善が大きな課題となっている。

【００１２】（４）　油圧ショベルにおいては、その制
御対象の特性が一定であるとは限らず、制御中に変化す
ることが多い。例えば、掘削作業による油温の変化によ
って油圧系の特性が変化し、また、掘削作業が粗仕上げ
作業から高精度掘削作業に移行することにより掘削抵抗
が変化することとなる。このような変化が著しいと、過
去の累積値に基づく学習制御値が既に現在の制御対象の
特性に適合しなくなり、制御精度の向上が十分に得られ
なくなる不都合が生じる。

【００１３】本発明は、以上のような諸課題を解決し、
より効果的に制御精度の向上を図ることができる油圧シ
ョベルの掘削制御装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決する手段として、ブームと、このブームの先端に枢着
されたアームと、このアームの先端に枢着されたバケッ
トと、上記ブームを俯仰させるブーム駆動手段と、上記
アームを回動させるアーム駆動手段と、上記バケットを
回動させるバケット駆動手段とを備えた油圧ショベルに
設けられ、上記バケットが掘削面に対して一定の関係を
もって移動するように上記ブーム、アーム、バケットの
うちの制御対象物の駆動手段を制御する装置であって、
毎回の掘削動作時に複数の時点における上記掘削面に対
する制御対象物の関係を検出する検出手段と、この検出
値と目標値との制御偏差に基づいてフィードバック制御
量を設定するフィードバック制御手段と、毎回の掘削動
作における複数の時点で制御偏差を取り込んで学習値を
求め、この学習値を前回の学習値に順次加算してこれを
累積値として記憶するとともに、前回記憶分の累積値に
基づいて今回の学習制御量を設定する学習手段とを備え
るとともに、この学習手段は、毎回の掘削動作において
予め設定された特定の時点でのみ制御偏差を取り込む取
り込み限定手段を備えているものである（請求項１）。

【００１５】また本発明は、上記学習手段が、取り込ん
だ制御偏差にこの時点での制御偏差の時間変化量に重み
を加えた値を加算し、この値を学習値として設定する制
御偏差時間変化量加算手段を備えているものである（請
求項２）。

【００１６】また本発明は、上記学習手段が、現時点に
対応する累積値にこれよりも先の特定時点に対応する累
積値に一定の重みを加えた値を加算し、この値を学習制
御量の基本量として設定する学習制御量生成手段を備え
ているものである（請求項３）。

【００１７】また本発明は、上記学習手段が、現時点で
の制御偏差の取り込みが適正であるか否かを判別し、適
正であると判断した場合にのみ制御偏差を取り込む判別
手段を備えているものである（請求項４）。

【００１８】ここで、上記判別手段としては、現時点に
おける制御偏差の時間変化量が一定値と比べて低い場合
にのみ制御偏差を取り込むように構成されたものや（請
求項５）、現時点における制御対象物の作動変化状態に
基づいて制御偏差の取り込みが適正であるか否かを判別
するように構成されているもの（請求項６）等が好適で
ある。

【００１９】また本発明は、上記学習手段が、前回記憶
分の累積値に１未満の重み係数を乗じ、この値と今回の
学習値との和を新しい累積値として設定する累積値操作
手段を備えているものである（請求項７）。

【００２０】

【作用】まず、請求項１記載の装置では、目標軌道全域
にわたって制御偏差を取り込むのではなく、予め設定さ
れた重要な時点でのみ、制御偏差の取り込みによる学習
制御が行われるので、運転領域全体にわたって学習制御
を行う従来の装置に比べ、必要な記憶容量は削減される
。

【００２１】請求項２記載の装置では、制御偏差だけで
なく、これに制御偏差の時間変化量を加味した値が学習
値として設定されるため、制御偏差が急増し始める点で
はより大きな学習値が設定される。従って、次回以降の
掘削作業では上記時点で大きな出力が得られることとな
る。

【００２２】請求項３記載の装置においても、現時点に
対応する累積値だけでなく、これよりも先の各時点に対
応する累積値を加味した値に基づいて学習制御量が出力
されるため、制御偏差が増大する時点では、それを阻止
するべくより大きな学習制御信号が出力されることとな
る。

【００２３】請求項４記載の装置では、制御偏差の取り
込みが適正であると判別された時点でのみ制御偏差の取
り込みが行われ、適正でないと判別された時点での制御
偏差は学習制御演算の対象から除外されることとなる。具体的に、請求項５記載の装置では、制御偏差の時間変
化量が基準よりも大きい時点、すなわち制御偏差が急激
に増大した時点ではその制御偏差は学習制御の対象から
外される。また、請求項６記載の装置では、制御対象物
の作動変化状態、例えばバケットの対地角度の変化状態
やアームの回動速度変化状態等に応じて取り込み可否が
判別される。

【００２４】請求項７記載の装置では、前回記憶分の累
積値に１未満の重み係数が乗じられるので、過去の学習
値が制御精度に与える影響は掘削回数を重ねるごとに減
少し、その分新しい学習値を重んじた学習制御量が出力
されることとなる。

【００２５】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図６に基づいて
説明する。

【００２６】図４において、１は油圧ショベル本体の旋
回体、２は旋回体１に俯仰可能に枢着されたブームであ
り、このブーム２の先端にアーム３が回動可能に枢着さ
れるとともに、このアーム３の先端にバケット４が回動
可能に枢着されている。そして、上記ブーム２、アーム
３、バケット４は、それぞれブームシリンダ（ブーム駆
動手段）５、アームシリンダ（アーム駆動手段）６、バ
ケットシリンダ（バケット駆動手段）７により回動駆動
される。

【００２７】上記ブーム２、アーム３、バケット４の各
枢着点及びその近傍には、図５に示されるようなブーム
角度検出器（ブーム角度検出手段）８、アーム角度検出
器（アーム角度検出手段）９、バケット角度検出器（バ
ケット角度検出手段）１０が配設されている。上記ブー
ム角度検出器８は、ブーム１の対地角度θ１を検出し、
アーム角度検出器９はブーム２に対するアーム３の相対
角度α２を検出し、バケット角度検出器１０はバケット
４のアーム３に対する角度α３を検出する。

【００２８】旋回体１の運転室内には、アーム３の作動
速度の指令入力を行うためのアームレバー（図示せず）
と、その指令速度をアーム上げ下げ両方向についてリモ
コン弁のパイロット圧によって検出するアームレバーパ
イロット圧検出器１１，１２と、掘削角度設定スイッチ
１３と、自動・手動切替スイッチ１４と、初期姿勢設定
スイッチ１５と、自動復帰スイッチ１６とが設けられて
いる。図４は法面掘削（仕上げ）作業の場合を示してい
るが、ここで法面（掘削面）Ｇの傾斜角度βが目標掘削
角度として掘削角度設定スイッチ１３により設定される
。また、バケット４が掘削開始地点に所定の姿勢で置か
れた状態で自動・手動切替スイッチ１４が自動側にセッ
トされることにより、この時のアーム先端（アーム３に
対するバケット４の枢着点）Ｂの掘削面Ｇに対する高さ
位置、およびバケット対地角度θ３がそれぞれ目標値と
して設定される。

【００２９】なお、図４において、ｌ１はブーム基端Ｏ
からブーム先端Ａまでの距離（ブーム長さ）、ｌ２はブ
ーム先端Ａからアーム先端Ｂまでの距離（アーム長さ）
を示す。また、ｘは水平座標軸、ｙは垂直座標軸であり
、溝底等の水平面掘削では両座標軸ｘ，ｙからなる座標
系で演算が行われるが、図示のような法面掘削では、上
記座標軸ｘ，ｙに対し掘削角度（法面傾斜角）βだけ回
転した座標軸ｘ´，ｙ´に基づいて、アーム先端Ｂの位
置座標の演算がなされる。

【００３０】この実施例では、アーム３（アームシリン
ダ６）を基本的にはオペレータのアームレバー操作によ
って手動制御し、このアーム３の作動、すなわちアーム
レバーによる速度指令に応じてブーム２及びバケット４
の駆動を自動制御する構成をとっている。

【００３１】上記各検出器８〜１２の検出信号及び各ス
イッチ１３〜１６のスイッチ信号は、図５に示されるコ
ントローラＣにそれぞれ入力される。このコントローラ
Ｃは、上記アームレバーの操作に基づき、アームシリン
ダ６に対する制御信号をアームシリンダ油圧制御部１７
に出力するとともに、アーム先端Ｂの対地高さ位置ｙｂ
（法面掘削の場合は法面からの高さｙｂ´）及びバケッ
ト対地角度θ３をそれぞれ一定（目標値）に保ちつつバ
ケット４を図４矢印方向に直線移動させるために必要な
ブームシリンダ５及びバケットシリンダ７の制御量を演
算し、これをブームシリンダ油圧制御部１８及びバケッ
トシリンダ油圧制御部１９に出力する。各シリンダ油圧
制御部１７〜１９は、電磁比例減圧弁及びこの減圧弁の
二次圧によって作動する切替弁（いずれも図示せず）を
それぞれ具備し、上記切替弁の作動によって各シリンダ
５〜７への圧油供給量の制御、すなわちシリンダ作動速
度の制御を行う。

【００３２】掘削動作時の操作手順は次の通りである。

【００３３】（ａ）　オペレータが手動によりバケット
４を掘削面Ｇにおける掘削開始時点（例えば図４の実線
位置）にセットする。

【００３４】（ｂ）　この状態で初期姿勢設定スイッチ
１５をオンとし、この時の姿勢（初期姿勢）を記憶させ
るとともに、掘削角度設定スイッチ１３により目標掘削
角度βを設定する。

【００３５】（ｃ）　自動・手動切換スイッチ１４を自
動側にセットする。

【００３６】（ｄ）　アームレバーを操作して自動掘削
を開始し、バケット４を図４矢印方向に移動させて第１
回目の自動掘削を行う。

【００３７】（ｅ）　アームレバーを戻して第１回目の
自動掘削を終了する。

【００３８】（ｆ）　自動・手動切換スイッチ１４を手
動側に戻す。

【００３９】（ｇ）　オペレータが手動により、バケッ
ト４をおよその初期姿勢に戻す。

【００４０】（ｈ）　再び自動・手動切換スイッチ１４
を自動側にセットする。

【００４１】（ｉ）　自動復帰スイッチ１６により、バ
ケット位置及び姿勢を前記（ｂ）　で記憶した初期姿勢
に正確に合わせる。

【００４２】（ｊ）　前記（ｄ）　（ｅ）と同様、アー
ムレバー操作によって第２回目の掘削動作を行う。

【００４３】以下、上記（ｇ）　〜（ｊ）　の動作を繰
り返すことにより、掘削作業の繰返し動作が実現される
。

【００４４】次に、上記コントローラＣの機能構成を図
６に基づいて説明する。図示のように、このコントロー
ラＣは、アーム制御ブロックＣ１、ブーム制御ブロック
Ｃ２、及びバケット制御ブロックＣ３からなっており、
上記繰返し掘削動作の各回動作において、複数の時点で
（この実施例では一定の制御周期ごとに）各制御ブロッ
クＣ１，Ｃ２，Ｃ３においてアーム、ブーム、バケット
各シリンダ６，５，７に対する制御量が求められる。

【００４５】まず、アーム制御ブロックＣ１では、アー
ムレバーパイロット圧検出器１１（又は１２）によるア
ームレバー信号（速度指令信号）に、演算手段２０にお
いて所定のゲインが乗ぜられて基本制御量ｕ２１が出力
され、これにアームリンク補正手段２１による補正が加
えられて１次補正制御量ｕ２２が求められる。さらに、
この１次補正制御量ｕ２２に非線形補償手段２２による
補正が加えられた２次補正量ｕ２がアームシリンダ制御
出力としてアームシリンダ油圧制御部１７に出力される
。

【００４６】ここで、アームリンク補正手段２１は、実
際のアームシリンダ６の伸縮速度とアーム３の回動角速
度とが比例関係にないことに鑑み、これらの関係をシリ
ンダ各ストロークを通じて比例関係に保つように所定の
補正を加えるものであり、非線形補償手段２２は、アー
ムシリンダ油圧制御部１７における電磁比例減圧弁への
出力電流値とアームシリンダ６の伸縮速度との間の非線
形性、詳しくは、電磁比例減圧弁の不感帯や、切替弁の
スプールストロークと開度との非線形性等に起因して生
じる非線形性を補償し、線形性を保つものである。

【００４７】以上のような演算制御動作により、アーム
レバーからの指令速度に従ってアーム３が一定角速度で
手動制御される。

【００４８】ブーム制御ブロックＣ２においては、ブー
ム角度、アーム角度両検出器８，９から現在のブーム角
度θ１及びアーム角度α２に関する検出信号が入力され
、これらの信号と、上記アーム制御ブロックＣ１から出
力される基本制御量ｕ２１とに基づいて、ブームシリン
ダフィードフォワード演算手段２３により、アーム先端
Ｂの掘削面Ｇからの高さ位置（水平掘削の場合はｙｂ、
法面掘削の場合はｙｂ´）を一定に保つためのブームシ
リンダフィードフォワード量ｕ１１の演算が行われる。その演算内容は次の通りである。

【００４９】なお、以下の説明では便宜上、水平面を掘
削する場合、すなわち水平座標軸ｘ及び垂直座標軸ｙを
基準に座標演算を行う場合について説明するが、図４に
示されるような法面掘削を行う場合には、その傾斜角β
だけ回転変換した座標軸ｘ´，ｙ´に基づいて演算を進
めればよい。

【００５０】アーム先端Ｂの対地高さ位置（掘削面（こ
こでは水平面）Ｇからの高さ位置）ｙｂは、次式数１で
表される。

【００５１】

【数１】

【００５２】ここで両辺を時間ｔで微分することにより
、次式数２に示されるように、アーム先端Ｂの昇降速度
ｄｙｂ／ｄｔが求められる。

【００５３】

【数２】

【００５４】対地高さｙｂが一定であるとすると、ｄｙ
ｂ／ｄｔ＝０であるから、これを上式数２に代入するこ
とにより、次式数３が得られる。

【００５５】

【数３】

【００５６】従って、図６におけるブームシリンダフィ
ードフォワード制御量ｕ１１は次式数４で表される。

【００５７】

【数４】

【００５８】ここで、Ｋｆｆはフィードフォワードゲイ
ンである。

【００５９】一方、座標演算手段２４においては、上式
数１に基づいて、実際のアーム先端Ｂの対地高さ位置ｙ
ｂが求められ、この演算値ｙｂと、アーム先端高さ目標
値ｙｂｏとの偏差（アーム先端高さの制御偏差）Δｙｂ
とに基づき、比例積分手段（アーム角度フィードバック
制御手段）２５によってフィードバック制御量ｕ１２が
演算される。

【００６０】また、上記制御偏差Δｙｂは学習手段２６
にも取り込まれる。この学習手段２６は、上記制御偏差
Δｙｂに基づいて学習値を求め、この今回の学習値と前
回までの同一時点での学習値の累積値との加算によりそ
の値を新たな累積値として記憶するとともに、前回まで
の累積値に基づいて今回の学習制御量ｕ１３を演算し、
これを出力するものである。この学習手段２６は、本発
明の特徴となる特別な機能を有するものであるが、その
詳細については後に詳述する。

【００６１】このような学習手段２６によって、各時点
における学習制御量ｕ１３が掘削動作ごとに更新され、
この学習制御量ｕ１３と上記フィードバック制御量ｕ１
２と上記フィードフォワード制御量ｕ１１との加算によ
りブームシリンダ基本制御量ｕ１３が算出される。

【００６２】さらに、上記基本制御量ｕ１３にブームリ
ンク補正手段２７による補正（１次補正制御量ｕ１４）
、ブーム姿勢補正手段２８による補正（２次補正制御量
ｕ１５）、及び非線形補償手段２９による補正が加えら
れてブームシリンダ制御出力ｕ１が求められる。ここで
、ブームリンク補正手段２７及び非線形補償手段２９は
上記アームリンク補正手段２１及び非線形補償手段２２
と同様の補正を行うものであり、ブーム姿勢補正手段２
８は、ブーム角度θ１の変化に伴うブーム２の慣性モー
メントの変化によって、ブームシリンダ圧が変化し、さ
らにはシリンダ速度が変化することを考慮し、ブーム角
度に応じて補正ゲインを乗じることにより、ブーム角速
度を一定に保つ補正を行うものである。

【００６３】このような演算制御動作により、アーム先
端Ｂが対地高さｙｂを一定に保ちながら掘削面Ｇに沿っ
て直線移動をするように、ブーム２の駆動制御がなされ
る。

【００６４】バケット制御ブロックＣ３においては、バ
ケット角度検出器１０によるバケット角度α３の検出値
等から求められるバケット対地角度θ３と、このバケッ
ト対地角度の目標値θ３０との偏差Δθ３とに基づき、
比例積分手段３１によってフィードバック制御量ｕ３２
が求められる。また、上記アーム制御ブロックＣ１から
の基本制御量ｕ２１と、ブーム制御ブロックＣ２からの
基本制御量ｕ１３とに基づき、バケットシリンダフィー
ドフォワード演算手段３０によりバケット対地角度θ３
を目標値θ３０に一致させる方向のバケットシリンダフ
ィードフォワード制御量ｕ３１が演算される。

【００６５】具体的に、上記バケット対地角度θ３はθ
３＝θ１−α２−α３で表されるので、両辺を時間ｔで
微分すると次式が得られる。

【００６６】

【数５】

【００６７】ここで、バケット対地角度θ３を一定にす
るには（左辺）＝０であればよいから、これにより次の
数６が得られる。

【００６８】

【数６】

【００６９】この数６に基づいて、バケットフィードフ
ォワード制御量ｕ３１を求める式ｕ３１＝Ｋｆｆ（ｕ１３−ｕ２１）が得られる。

【００７０】一方、上記制御偏差Δθ３は学習手段３２
にも取り込まれ、この学習手段３２において前記学習手
段２６と同様の処理によって学習制御量ｕ３３が演算さ
れ、出力される。そして、この学習制御量ｕ３３及び上
記フィードフォワード、フィードバック各制御量ｕ３１
、ｕ３３が加算されて基本制御量ｕ３４が求められ、こ
れにバケット補正手段３３による補正（１次補正制御量
ｕ３４）及び非線形補償手段３４による補正が加えられ
てバケットシリンダ制御出力ｕ３が求められる。このよ
うな演算制御動作により、バケット４の対地角度θ３が
一定（目標値θ３０）に保たれ、このバケット対地角度
保持機能と、上記のようなアーム先端対地高さ保持機能
との組合せによって、直線掘削作業が実現されることと
なる。

【００７１】次に、上記学習手段２６の構成を図１，２
に基づいて説明する。なお、学習手段３２の構成は学習
手段２６のそれと同等であるため説明を省略するが、本
発明は、備えられた学習手段のいずれか一つに適用して
も、その効果は得られる。

【００７２】図において、重み係数乗算部（取り込み限
定手段）３６は、制御を開始してからの制御周期のカウ
ント数（すなわち１制御周期が経過した回数）ｉに応じ
た重み係数Ｗ（ｉ）　を記憶し、取り込まれた制御偏差
（ΔＹ（ｉ））ｎ　（アーム先端高さ制御の場合にはΔ
ｙｂ、バケット対地角度制御の場合にはΔθ３）にその
取り込み時点に応じた重み係数Ｗ（ｉ）　を乗じ、この
値Ｗ（ｉ）（ΔＹ（ｉ））ｎ　を学習値として設定する
ものである。

【００７３】上記制御周期カウント数ｉと重み係数Ｗ（
ｉ）　との関係の一例を図２に示す。この図のように、
本例ではカウント数ｉが低い領域、すなわち掘削動作開
始直後の初期領域で重み係数Ｗ（ｉ）　が１に設定され
、その後は漸次減少してカウント数ｉが一定数Ｉに達し
た時点で０になるように重み係数Ｗ（ｉ）　が設定され
ている。

【００７４】記憶装置３７は、上記制御周期カウント数
ｉに対応する過去の学習値の累積値（前回までの累積値
）Σ（ΔＹ（ｉ））ｊ　（ｊ＝０，１，…，ｎ−１）と
、上記重み係数乗算部３６で設定された今回の学習値Ｗ
（ｉ）（ΔＹ（ｉ））ｎ　との和を新しい累積値として
記憶するとともに、上記制御周期カウント数ｉに予め設
定された時間シフト数ｍを加えたカウント数（ｉ＋ｍ）
に対応する前回までの累積値Σ（ΔＹ（ｉ＋ｍ））ｊ　
（ｊ＝１，…，ｎ−１）を学習制御量の基本値として出
力する。ここで上記時間シフト数ｍは、学習制御量ｕ１
３が出力されてからこの出力が実際の作動制御に影響を
与えるまでの時間ずれ、すなわち応答性に応じて設定さ
れた値である。

【００７５】さらに、この記憶装置３７は、設定された
学習値が０の場合には学習制御演算を停止する、すなわ
ちその時点での累積値の更新演算を行わないように構成
されている。

【００７６】次に、この学習手段２６の行う演算制御動
作を図３のフローチャートを用いて説明する。

【００７７】まず、制御周期カウント数ｉを初期化すな
わち１に設定する（ステップＳ１）。その後、制御周期
カウント数ｉが一定数Ｉに達するまでは（ステップＳ２
でＹＥＳ）、重み係数Ｗ（ｉ）　の算出（ステップＳ３
）、及びこの重み係数Ｗ（ｉ）　に基づく学習制御演算
が実行される（ステップＳ４）。具体的には、上述のよ
うな重み係数Ｗ（ｉ）　に基づく学習値の設定、この学
習値の取り込みによる累積値の更新、及び前回までの累
積値に基づく学習制御量ｕ１３の基本値の演算がなされ
、この基本値に予め設定された学習ゲインＫｌｎが乗ぜ
られた値が今回の学習制御量ｕ１３として出力される（
図１参照）。

【００７８】このような一回の制御演算動作が行われる
度に、制御周期カウント数ｉが１ずつ加算されていく（
ステップＳ５）が、このカウント数ｉが上記一定数Ｉに
達すると（ステップＳ２でＹＥＳ）、重み係数乗算部３
６で設定される学習値が０となるためにそれ以降は学習
制御がなされず、前述のフィードフォワード制御及びフ
ィードバック制御のみによる制御が実行されることとな
る。

【００７９】このような装置によれば、特に運転が不安
定で制御精度を上げにくい領域（この実施例では運転開
始領域）のみ学習制御を行い、他の領域では学習制御を
オフにすることにより、記憶装置３７に必要な記憶容量
を極力削減することができる。すなわち、この装置では
、特に学習制御が必要である領域のみこの学習制御を実
行することにより、コストの削減を図りながら高い制御
精度を確保することができる。しかも、この実施例に示
した構成では、学習制御をある時点から突然中止するの
ではなく、重み係数Ｗ（ｉ）　を漸次減少させて少しず
つ学習制御の割合を減らすようにしているので、制御出
力の急変を防ぐことができる。

【００８０】なお、本発明において学習制御を部分的に
働かせる領域は上記のような運転開始領域に限らず、例
えば目標値が急変する箇所のみに学習制御を実行するよ
うにしても有効である。

【００８１】また、累積値（記憶値）を更新する際、そ
れまで記憶していた古い累積値を順次メモリから抹消す
るようにすれば、記憶装置３７の記憶容量をより節約す
ることができる。

【００８２】次に、第２実施例を図７に基づいて説明す
る。なお、以下の実施例におけるコントローラ全体の構
成は前記第１実施例で示したコントローラＣの構成と同
等であるので、その説明を省略し、学習手段の構成のみ
を説明することとする。

【００８３】図７に示す学習手段は、前述の記憶装置３
６の他、制御偏差時間変化量加算手段４０を備えている
。この制御偏差時間変化量加算手段４０は、現時点で取
り込まれた制御偏差（ΔＹ（ｉ））ｎ　から、現時点よ
りも１制御周期前の時点で取り込まれた制御偏差（ΔＹ
（ｉ−１））ｎ　を差し引いた量、すなわち現時点での
制御偏差の時間変化量を算出し、この時間変化量と予め
定められた重み変数ｋｄとの積を今回の制御偏差（ΔＹ
（ｉ））ｎ　に加算した値を、今回の学習値として設定
するものである。

【００８４】これに対して記憶装置３６は、前回までの
学習値の累積値（記憶値）（Ｍ（ｉ））ｎ−１　に上記
学習値を加算した値を新たな累積値（Ｍ（ｉ））ｎとし
て記憶するとともに、現時点よりも時間シフト数ｍだけ
先の時点における前回までの学習値の累積値（Ｍ（ｉ＋
ｍ））ｎ−１　を今回の学習制御量の基本値として設定
するように構成されている。この基本値（Ｍ（ｉ＋ｍ）
）ｎ−１　には学習ゲインＫｌｎが乗ぜられ、その値が
学習制御量ｕ１３として出力される。

【００８５】このような構成によれば、制御偏差の時間
変化量｛（ΔＹ（ｉ））ｎ　−（ΔＹ（ｉ−１））｝が
大きい時点、すなわち、制御偏差が急増する時点ではよ
り大きな学習値が設定されるため、次回以降の掘削動作
時には上記時点においてより大きな学習制御量ｕ１３を
出力することができる。従って、初期の制御偏差が大き
い時点でも、それに応じて大きな学習制御量ｕ１３を設
定することにより、従来よりも少ない回数で制御偏差を
迅速に低減させることができる。

【００８６】なお、上記重み変数ｋｄは実機に応じて適
宜調節すればよいが、次の動作で逆方向の偏差が生じな
いように小さく、かつ偏差がより少ない繰返し回数で低
減するように大きく設定することが必要である。

【００８７】次に、第３実施例を図８に基づいて説明す
る。

【００８８】この実施例の目的は前記第２実施例と同一
であるが、この実施例では、記憶装置３６に入力される
前の学習値を操作するのではなく、記憶装置３６から出
力される累積値を操作して学習制御量の基本値を生成す
る学習制御量生成部４２を備えている。

【００８９】具体的に、この学習制御量生成部４２は、
記憶装置３６に記憶されている前回までの累積値のうち
、現時点に対応する累積値Σ（ΔＹ（ｉ））ｊ（ｊ＝１
，…，ｎ−１）から、現時点よりも時間シフト数ｍだけ
先の時点に対応する累積値　Σ（ΔＹ（ｉ＋ｍ））ｊ　
（ｊ＝１，…，ｎ−１）までの計（ｍ＋１）個の累積値
をピックアップし、これらの累積値にそれぞれに応じた
重み係数Ｗｋ（ｋ＝０，１，…，ｍ）を乗じた値の総和
を学習制御量の基本値ｕ１３０として設定するものであ
る。すなわち、この学習制御量の基本値ｕ１３０は次式
の数７で表されることになる。

【００９０】

【数７】

【００９１】そして、この学習制御量の基本値ｕ１３０
に学習ゲインＫｌｎを乗じた値が学習制御量ｕ１３とし
て設定される。

【００９２】このような構成においても、先の時点にお
ける学習値の累積値が大きい時点、すなわち過去の掘削
動作時において制御偏差が大きくなっている時点ではよ
り大きな学習制御量ｕ１３が設定されることになるので
、これにより、初期偏差が大きな時点でも迅速に制御偏
差を低減させることができる。

【００９３】次に、第４実施例を図９に基づいて説明す
る。

【００９４】この実施例では、大きなノイズや外乱が発
生したと予想される時点での制御偏差の取り込みを止め
、学習制御に対する上記ノイズや外乱の悪影響を未然に
防ぐことを目的としており、その手段として、各時点に
おいて制御偏差を取り込むことが適正であるか否かを判
別するための判別部４４を備えている。

【００９５】この判別部４４は、現時点での制御偏差（
ΔＹ（ｉ））ｎ　と現時点よりも１制御周期だけ前の時
点での制御偏差（ΔＹ（ｉ））ｎ−１　との差、すなわ
ち制御偏差の時間変化量を監視し、この時間変化量が一
定値以上の場合、すなわち制御偏差が急増している場合
には、大きな外乱やノイズが発生しているとして制御偏
差の取り込みが適正でないと判別し、上記取り込みを強
制的に停止させるように構成されている。すなわち、こ
の判別部４４で設定される学習値（ΔＹ´（ｉ））ｎ　
は次のようになる。取り込みが適正である場合：（ΔＹ´（ｉ））ｎ　＝（
ΔＹ（ｉ））ｎ取り込みが適正でない場合：（ΔＹ´（ｉ））ｎ　＝０
このような構成によれば、制御偏差が急増している時点
ではアクシデント等が発生しているとしてこの時点での
制御偏差が学習制御の対象から外されるので、外乱やノ
イズに起因して学習制御による制御精度が低下するのを
防ぐことができる。

【００９６】次に、第５実施例を図１０に基づいて説明
する。

【００９７】ここでも、構成の大略は上記第４実施例と
同じであるが、ここに示される判別部４６は、現時点に
おいて検出されるアーム角α２（ｉ）　と、現時点より
も特定のＬ制御周期だけ前の時点において検出されたア
ーム角α２（ｉ−Ｌ）との差、すなわちアーム角α２の
時間変化量が一定値と比べて高い場合に、その時点での
制御偏差の取り込みを強制的に停止するように構成され
ている。すなわち、上述のようにアーム回動速度はほぼ
一定になるように駆動制御されているので、このアーム
回動速度が急激に低下した場合には大きな外的負荷等に
よる外乱が発生していると判別できるのである。

【００９８】このように、アーム３、あるいはブーム２
、バケット４といった制御対象物の作動変化状態に基づ
いて制御偏差の取り込みの可否を判別することによって
も、前記第４実施例と同様に、学習制御が外乱やノイズ
から悪影響を受けるのを未然に防ぐことができる。

【００９９】次に、第６実施例を図１１に基づいて説明
する。

【０１００】この実施例では、累積値を更新するに際し
、従来のように単に前回までの累積値に今回取り込まれ
た制御偏差を加算するのではなく、図に示すような累積
値操作手段４８を備え、前回までの累積値に、予め設定
された１未満の重み係数Ｗを乗じた値を今回の制御偏差
（ΔＹ（ｉ））ｎに加算してこれを新しい累積値として
設定するようにしている。

【０１０１】このような構成によれば、一回の累積値更
新の度に、過去の累積値には１未満の重み係数Ｗが乗ぜ
られるので、掘削動作が繰り返される度に過去の学習値
の影響が段階的に減少していくことになる。換言すれば
、現時点から数えて例えば１回前の掘削動作時に求めら
れた学習値（ΔＹ（ｉ））ｎ−１　には重み係数Ｗが、
ｎ回前の掘削動作時に取り込まれた制御偏差（ΔＹ（ｉ
））１　　にはＷの（ｎ−１）乗の重み係数が乗ぜられ
た状態でこれらに現在の制御偏差（ΔＹ（ｉ））ｎ　が
加算されることになり、古い学習値ほどその影響力は小
さくなる。すなわち、現在の制御偏差（ΔＹ（ｉ））ｎ
　に加えられる前回までの累積値Ｓｎ−１は次の数８で
表されることになる。

【０１０２】

【数８】

【０１０３】従って、この装置によれば、過去の学習値
の影響を軽減していくことにより、常に、現時点で取り
込まれた制御偏差を重視した制御を行うことができるの
で、制御対象の特性が変化する場合、すなわち油温の変
化によって油圧系の特性が変化する場合や、掘削動作が
粗仕上げから高精度仕上げに移行することによって掘削
抵抗が変化する場合等においても、これに対して機敏に
かつ柔軟に対応することが可能となる。

【０１０４】なお、本発明の制御対象となる油圧ショベ
ルの具体的な動作は問わず、上記直線掘削制御の他、様
々な軌跡を描く動作の制御について適用することができ
る。

【０１０５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
学習制御による効果に加えて次の効果を得ることができ
る。

【０１０６】まず、請求項１記載の装置は、予め設定さ
れた特定期間でのみ制御偏差を取り込む取り込み限定手
段を備えているので、特に学習制御を要する時点にのみ
これを実行し、それ以外の期間では学習制御を止めるこ
とによって、高い制御精度を確保しながら上記学習制御
に要する記憶容量を節約することができ、これにより装
置の低コスト化を図ることができる効果がある。

【０１０７】また、請求項２，３記載の装置は、取り込
んだ制御偏差だけでなく、この時点での制御偏差の時間
変化量をも加味した値を学習値として設定する制御偏差
時間変化量加算手段を備えたもの、あるいは、現時点に
対応する累積値だけでなくこれよりも一定時間だけ先の
各時点に対応する累積値をも加味した値を学習制御量の
基本量として設定する学習制御量生成手段を備えたもの
であるので、初期の制御偏差が大きな時点において、こ
の制御偏差を従来に比べてより少ない繰返し回数で迅速
に小さな値まで低減させることができ、これにより制御
精度の大幅な向上を図ることができる効果がある。

【０１０８】また、請求項４〜６記載の装置は、現時点
での制御偏差の取り込みが適正であるか否かを判別し、
適正であると判断した場合にのみ制御偏差を取り込む判
別手段を備えたものであるので、大きな外乱やノイズの
影響を受けた適正でない制御偏差の取り込みを規制する
ことにより、上記外乱やノイズによって学習制御内容が
悪化し、制御精度が低下するのを未然に防ぐことができ
る効果がある。

【０１０９】また、請求項７記載の装置は、累積値の更
新の際に、前回記憶分の累積値に１未満の重み係数を乗
じる累積値操作手段を備えたものであるので、累積値更
新の度に、すなわち掘削動作が繰り返す度に、学習制御
量に対する過去の累積値の影響が小さくなり、常に新し
い学習値を重視した学習制御が実行される。従って、制
御対象に変化が生じてもこれに機敏にかつ柔軟に対応し
、適正な学習制御を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における学習手段の制御演
算内容を示すブロック図である。

【図２】上記学習手段において設定される重み係数と制
御周期カウント数との関係を示すグラフである。

【図３】上記学習手段による制御演算動作を示すフロー
チャートである。

【図４】上記学習手段をもつコントローラを備えた油圧
ショベルの一例を示す正面図である。

【図５】上記コントローラの入出力信号を示すハード構
成図である。

【図６】上記コントローラの演算制御内容を示すブロッ
ク図である。

【図７】本発明の第２実施例における学習手段の制御演
算内容を示すブロック図である。

【図８】本発明の第３実施例における学習手段の制御演
算内容を示すブロック図である。

【図９】本発明の第４実施例における学習手段の制御演
算内容を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第５実施例における学習手段の制御
演算内容を示すブロック図である。

【図１１】本発明の第６実施例における学習手段の制御
演算内容を示すブロック図である。

【図１２】従来の学習手段の一般的な制御演算内容を示
すブロック図である。

【符号の説明】

２　　ブーム３　　アーム４　　バケット５　　ブームシリンダ（ブーム駆動手段）６　　アーム
シリンダ（アーム駆動手段）７　　バケットシリンダ（
バケット駆動手段）８　　ブーム角度検出器９　　アーム角度検出器１０　　バケット角度検出器２４　　比例積分手段（アーム角度フィードバック制御
手段）２６　　学習手段（アーム角度学習制御手段）２８　　
比例積分手段（バケット角度フィードバック制御手段）３２　　学習手段（バケット角度学習制御手段）３６　
　重み係数乗算部（取り込み限定手段）３７　　記憶装
置４０　　制御偏差時間変化量加算手段４２　　学習制御量生成部４４，４６　　判別部４８　　累積値操作手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ブームと、このブームの先端に枢着さ
れたアームと、このアームの先端に枢着されたバケット
と、上記ブームを俯仰させるブーム駆動手段と、上記ア
ームを回動させるアーム駆動手段と、上記バケットを回
動させるバケット駆動手段とを備えた油圧ショベルに設
けられ、上記バケットが掘削面に対して一定の関係をも
って移動するように上記ブーム、アーム、バケットのう
ちの制御対象物の駆動手段を制御する装置であって、毎
回の掘削動作時に複数の時点における上記掘削面に対す
る制御対象物の関係を検出する検出手段と、この検出値
と目標値との制御偏差に基づいてフィードバック制御量
を設定するフィードバック制御手段と、毎回の掘削動作
における複数の時点で制御偏差を取り込んで学習値を求
め、この学習値を前回の学習値に順次加算してこれを累
積値として記憶するとともに、前回記憶分の累積値に基
づいて今回の学習制御量を設定する学習手段とを備える
とともに、この学習手段は、毎回の掘削動作において予
め設定された特定の時点でのみ制御偏差を取り込む取り
込み限定手段を備えていることを特徴とする油圧ショベ
ルの掘削制御装置。
【請求項２】　　ブームと、このブームの先端に枢着さ
れたアームと、このアームの先端に枢着されたバケット
と、上記ブームを俯仰させるブーム駆動手段と、上記ア
ームを回動させるアーム駆動手段と、上記バケットを回
動させるバケット駆動手段とを備えた油圧ショベルに設
けられ、上記バケットが掘削面に対して一定の関係をも
って移動するように上記ブーム、アーム、バケットのう
ちの制御対象物の駆動手段を制御する装置であって、毎
回の掘削動作時に複数の時点における上記掘削面に対す
る制御対象物の関係を検出する検出手段と、この検出値
と目標値との制御偏差に基づいてフィードバック制御量
を設定するフィードバック制御手段と、毎回の掘削動作
における複数の時点で制御偏差を取り込んで学習値を求
め、この学習値を前回の学習値に順次加算してこれを累
積値として記憶するとともに、前回記憶分の累積値に基
づいて今回の学習制御量を設定する学習手段とを備える
とともに、この学習手段は、取り込んだ制御偏差にこの
時点での制御偏差の時間変化量に重みを加えた値を加算
し、この値を学習値として設定する制御偏差時間変化量
加算手段を備えていることを特徴とする油圧ショベルの
掘削制御装置。
【請求項３】　　ブームと、このブームの先端に枢着さ
れたアームと、このアームの先端に枢着されたバケット
と、上記ブームを俯仰させるブーム駆動手段と、上記ア
ームを回動させるアーム駆動手段と、上記バケットを回
動させるバケット駆動手段とを備えた油圧ショベルに設
けられ、上記バケットが掘削面に対して一定の関係をも
って移動するように上記ブーム、アーム、バケットのう
ちの制御対象物の駆動手段を制御する装置であって、毎
回の掘削動作時に複数の時点における上記掘削面に対す
る制御対象物の関係を検出する検出手段と、この検出値
と目標値との制御偏差に基づいてフィードバック制御量
を設定するフィードバック制御手段と、毎回の掘削動作
における複数の時点で制御偏差を取り込んで学習値を求
め、この学習値を前回の学習値に順次加算してこれを累
積値として記憶するとともに、前回記憶分の累積値に基
づいて今回の学習制御量を設定する学習手段とを備える
とともに、この学習手段は、現時点に対応する累積値に
これよりも先の特定時点に対応する累積値に一定の重み
を加えた値を加算し、この値を学習制御量の基本量とし
て設定する学習制御量生成手段を備えていることを特徴
とする油圧ショベルの掘削制御装置。
【請求項４】　　ブームと、このブームの先端に枢着さ
れたアームと、このアームの先端に枢着されたバケット
と、上記ブームを俯仰させるブーム駆動手段と、上記ア
ームを回動させるアーム駆動手段と、上記バケットを回
動させるバケット駆動手段とを備えた油圧ショベルに設
けられ、上記バケットが掘削面に対して一定の関係をも
って移動するように上記ブーム、アーム、バケットのう
ちの制御対象物の駆動手段を制御する装置であって、毎
回の掘削動作時に複数の時点における上記掘削面に対す
る制御対象物の関係を検出する検出手段と、この検出値
と目標値との制御偏差に基づいてフィードバック制御量
を設定するフィードバック制御手段と、毎回の掘削動作
における複数の時点で制御偏差を取り込んで学習値を求
め、この学習値を前回の学習値に順次加算してこれを累
積値として記憶するとともに、前回記憶分の累積値に基
づいて今回の学習制御量を設定する学習手段とを備える
とともに、この学習手段は、現時点での制御偏差の取り
込みが適正であるか否かを判別し、適正であると判断し
た場合にのみ制御偏差を取り込む判別手段を備えている
ことを特徴とする油圧ショベルの掘削制御装置。
【請求項５】　　上記判別手段は、現時点における制御
偏差の時間変化量が一定値と比べて低い場合にのみ制御
偏差を取り込むように構成されていることを特徴とする
請求項４記載の油圧ショベルの掘削制御装置。
【請求項６】　　上記判別手段は、現時点における制御
対象物の作動変化状態に基づいて制御偏差の取り込みが
適正であるか否かを判別するように構成されていること
を特徴とする請求項４記載の油圧ショベルの掘削制御装
置。
【請求項７】　　ブームと、このブームの先端に枢着さ
れたアームと、このアームの先端に枢着されたバケット
と、上記ブームを俯仰させるブーム駆動手段と、上記ア
ームを回動させるアーム駆動手段と、上記バケットを回
動させるバケット駆動手段とを備えた油圧ショベルに設
けられ、上記バケットが掘削面に対して一定の関係をも
って移動するように上記ブーム、アーム、バケットのう
ちの制御対象物の駆動手段を制御する装置であって、毎
回の掘削動作時に複数の時点における上記掘削面に対す
る制御対象物の関係を検出する検出手段と、この検出値
と目標値との制御偏差に基づいてフィードバック制御量
を設定するフィードバック制御手段と、毎回の掘削動作
における複数の時点で制御偏差を取り込んで学習値を求
め、この学習値を前回の学習値に順次加算してこれを累
積値として記憶するとともに、前回記憶分の累積値に基
づいて今回の学習制御量を設定する学習手段とを備え、
この学習手段は、前回記憶分の累積値に１未満の重み係
数を乗じ、この値と今回の学習値との和を新しい累積値
として設定する累積値操作手段を備えていることを特徴
とする油圧ショベルの掘削制御装置。