JPH1096405A - 機械の装具を操作するために適合された制御システムおよびその動作方法 - Google Patents

機械の装具を操作するために適合された制御システムおよびその動作方法

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JPH1096405A
JPH1096405A JP19441097A JP19441097A JPH1096405A JP H1096405 A JPH1096405 A JP H1096405A JP 19441097 A JP19441097 A JP 19441097A JP 19441097 A JP19441097 A JP 19441097A JP H1096405 A JPH1096405 A JP H1096405A
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control
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fluid
valve
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JP19441097A
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Douglas W Koehler
ダブリュ.コーラー ダグラス
John J Krone
ジェイ.クローン ジョン
James A Aardema
エー.アーデマ ジェイムス
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Caterpillar Inc
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Caterpillar Inc
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    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087Control strategy, e.g. with block diagram
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/80Component parts
    • E02F3/84Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
    • E02F3/844Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2025Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体アクチュエータを移動させるために流量
制御バルブを動作するための制御システムの開発を簡単
化し、開発時間を短縮すること。 【解決手段】 機械の装具を制御するために制御システ
ムが使用される。その制御システムは電子部を含み、そ
の電子部は2つの部に分割されて、開発時間、労力およ
び価格を減少させる。制御システムはオペレータの入力
を所望の装具速度およびオンプ圧力に変換する要求段
と、所望の動作入力を達成するために必要なコマンドを
決定する実施段とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は概略的には機械の装
具のために適合された制御システムおよびその動作方法
に関し、より特定的には、配置されたバルブを制御して
可逆流体アクチュエータの1つのポートのみへのおよび
1つのポートのみからの流体流量を制御するようにした
要求段と実施段とを有する制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】制御システムは、流体アクチュエータの
運動を制御するために典型的に使用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】遭遇する問題の1つ
は、流体アクチュエータを移動させるために流量制御バ
ルブを動作するための制御システムを開発することであ
る。システムを開発することは困難で時間を要するの
で、所望の結果を達成するためにすべての要素が協動す
る。
【0004】本発明は上記の問題を解決することを意図
している。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの態様にお
いては、機械の装具を操作するための制御システムが提
供される。この制御システムは、入力部と、電子的制御
部と、ポンプおよび関連するバルブを有する流体部とを
含んでいる。この制御システムは、入力部からの信号を
所望の装具速度およびポンプ圧力に変換する、電子部の
要求段を備えている。電子部の実施段は、所望の装具速
度およびポンプ圧力を達成するために必要なバルブ・コ
マンドを決定する。
【0006】本発明の他の態様においては、オペレータ
制御入力と、電子的制御と、ポンプ、関連するバルブお
よびアクチュエータを有する流体制御とを有する制御シ
ステムを動作させる方法であって、オペレータ制御入力
を検知し、オペレータ制御入力を所望の速度およびポン
プ圧力信号に変換し、所望の速度およびポンプ圧力信号
を検知し、所望の速度およびポンプ圧力を達成するため
に必要なバルブ・コマンドを決定し、そして流体制御に
おけるバルブを制御して所望の速度およびポンプ圧力を
達成する、というステップを備える。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は、例えばホイール・ローダ
(図示せず)のバケットといった機械の装具(implement
s)を制御するための制御システム10を示すブロック図
である。この制御システム10は、オペレータ入力制御
部12と、電子的制御部14と、流体制御部16とを含
んでいる。
【0008】オペレータ入力制御部12は、機械の装具
を上げ下げするための第1の装具レバー18と、装具の
積み上げ(rackback) および積み下ろし(dump)を制御す
るための第2の装具レバー20とを含んでいる。第1の
装具レバー18の移動により、電子的制御部14に送ら
れる電気的制御信号22が生成される。第2の装具レバ
ー20の移動により、やはり電子的制御部14に送られ
る電気的制御信号24が生成される。装具レバー18お
よび20が装具を持ち上げて積み上げるときは、制御信
号22および24は正である。装具レバー18および2
0が下方に移動するか又は装具を積み下ろすときは、制
御信号22および24は負である。
【0009】電子的制御部14は、流体制御部16を制
御するための、マイクロプロセッサ25又は他の適切な
システムでよい。電子的制御部14は要求段26と実施
段28とを含んでいる。第1のレバー18からの制御信
号22は、要求段26内の圧力マップ30、フロート・
ロジック・マップ32およびモジュレーション・マップ
34に送られる。第2のレバー20からの制御信号24
は、要求段26内の圧力マップ36、圧力マップ38お
よびモジュレーション・マップ40に送られる。マップ
30〜40はオペレータ入力信号22および24を、例
えば1つの要求が複数の所望の装具速度信号42、44
および46であり、第2の要求が複数の所望の圧力信号
48、50および52であるように、2つの別々の要求
に分離する。マップ30〜40は、オペレータ入力信号
22および24を受け取って、所望の装具速度信号又は
ポンプ圧力に変換し、その信号を実施段28に送る、ル
ックアップ・テーブルの形態をしている。
【0010】実施段28は、所望の要求に合致するため
にどれが駆動されるべきかを決定する。実施段28は、
複数の圧力マップおよび流量モジュレーション・マップ
54〜64を含んでいる。圧力マップ54は入力信号4
8を受け取って、必要なコマンドを決定し、信号66を
リミッタ・モジュール68に送る。流量モジュレーショ
ン・マップ56および58は入力信号44を受け取る。
マップ56は信号70をリミッタ・モジュール68に送
る。リミッタ・モジュール68は信号66および70を
組み合わせて、信号72をスイッチ74およびスイッチ
75に送る。マップ58は信号76をスイッチ78およ
びスイッチ79に送る。信号44は又、スイッチ74、
75、78および79の位置を制御するために使用され
る。信号42はフロート制御スイッチ80の位置を制御
するために使用される。圧力信号50および52は選択
モジュール82に送られ、その選択モジュール82は2
つの信号50および52のうちの大きい方を選択し、選
択信号84をマップ60に送る。マップ60は信号85
をアクチュエータ86に送る。流量モジュレーション・
マップ63および64は入力信号46を受け取る。マッ
プ63は信号87をスイッチ88およびスイッチ89に
送る。マップ64は信号90をスイッチ91およびスイ
ッチ92に送る。信号46は又、スイッチ88、89、
91および92の位置を制御するために使用される。ス
イッチは、正の信号を受け取ると、スイッチ75、7
9、89および92がそれぞれの信号に接続され、他の
スイッチ74、78、88および91がグランド93に
接続されるように構成されている。スイッチ74、7
5、78、79、88、89、91、および92はそれ
ぞれのアクチュエータ94、96、98、100、10
2、104、106および108に接続可能である。
【0011】流体制御部16は供給ポンプ110を含ん
でいる。ライン112は供給ポンプ110をバイパス・
バルブ114に接続している。アクチュエータ86から
の信号93は、流体制御部内の圧力を制御するためのバ
イパス・バルブ114に接続される。ライン112は
又、供給ポンプ110を、複数の独立に動作可能なソレ
ノイド変位制御流量メータリング用スプール・バルブ1
16a、116b、116cおよび116dに接続して
いる。バルブ116aは流体アクチュエータ120のロ
ッド・エンド・チャンバ118に接続されており、バル
ブ116bは流体アクチュエータ120のヘッド・エン
ド・チャンバ122に接続されている。バルブ116c
は流体アクチュエータ126のロッド・エンド・チャン
バ124に接続されており、バルブ116dは流体アク
チュエータ126のヘッド・エンド・チャンバ128に
接続されている。他の複数の独立に動作可能なソレノイ
ド変位制御流量メータリング用スプール・バルブ116
e、116f、116g、および116hは流体アクチ
ュエータ120、126およびタンク129の間に配置
されている。バルブ116eは流体アクチュエータ12
0のヘッド・エンド・チャンバ122に接続されてお
り、バルブ116fは流体アクチュエータ120のロッ
ド・エンド・チャンバ118に接続されている。バルブ
116gは流体アクチュエータ126のヘッド・エンド
・チャンバ128に接続されており、バルブ116hは
流体アクチュエータ126のロッド・エンド・チャンバ
248に接続されている。スプール・バルブ116a、
116b、116c、116dはポンプからシリンダへ
の駆動中のチャンバに対する流体流量を制御し、スプー
ル・バルブ116e、116f、116g、116hは
シリンダからタンクへの駆動中のチャンバからタンクへ
の流体流量を制御する。スプール・バルブ116a、1
16b、116c、116d、116e、116f、1
16g、116hの各々はそれぞれのアクチュエータ9
4、96、102、104、98、106、108に接
続されている。スプール・バルブ116fはフロート・
スイッチ80によりアクチュエータ100に接続可能で
ある。バルブ116a、116b、116e、116f
は装具を持ち上げるために流体アクチュエータ120を
働かせる(extend する) ように制御され、装具を持ち下
げるためにアクチュエータ120を解除(retract) する
ように制御される。バルブ116c、116d、116
g、116hは装具の積み上げのためにアクチュエータ
126を解除するように制御され、装具を積み下ろすた
めにアクチュエータ126を働かせるように制御され
る。
【0012】スプール・バルブ116a、116b、1
16c、116d、116e、116f、116g、1
16hの各々は、スプール・バルブ116aのみを詳細
に記載するが、スプール・バルブのすべての要素に共通
の参照番号にそれに続く適当な文字を付してあり、実質
的に同等である。スプール・バルブの各々は、対向する
端部132aおよび134aを有するソレノイド駆動さ
れるバルブ・スプール130aを含んでいる。端部13
2a上のソレノイド136aは94のようなそれぞれの
アクチュエータに接続されている。スプリング138a
がソレノイド136aに対向する端部134aに配置さ
れている。このスプリング138aは通常はバルブ・ス
プール130aを中立即ち非励起位置にバイアスする。
スプール・バルブは、制御レバー18および20が中央
位置にあるときの中立位置において示されている。
【0013】動作において、制御システム10の電子部
14は、機械の装具を制御するために流体部16におい
て必要な運動を規定する。電子部14はオペレータ入力
である、制御レバー18および20の動きを、所望の装
具速度およびポンプ圧力に変換する要求段26を含んで
いる。電子部はさらに、要求を受け取り、所望の結果を
達成するために必要なコマンドを決定する実施段28を
含んでいる。
【0014】装具を持ち上げる場合は、オペレータは制
御レバー18を正方向に動かして、入力信号22を生成
する。入力信号22は、信号22を所望の装具速度又は
ポンプ圧力に変換するための要求段26内のマップ3
0、32、34に送られる。要求信号44および50は
次いで実施段に渡されて、所望の要求に合致するために
は何の信号および値が必要かを決定する。信号44は要
求を満たすためには何のコマンドが必要かを決定するマ
ップ56および58に送られる。信号44は又、スイッ
チ74、75、78、79に送られて、それらのスイッ
チを動かして信号72および76を、アクチュエータ1
20を働かせるために必要なバルブ116a、116
b、116e、116fを駆動するために必要とされる
アクチュエータ94、96、98、100に接続する。
信号42はフロート・スイッチ80に送られて必要な時
にアクチュエータ100をバルブ116fに接続する。
ポンプからシリンダへのおよびシリンダからタンクへの
流体流量はバルブで個々に制御可能なので、アクチュエ
ータ120の仮想的にすべての動作条件で、アクチュエ
ータ120の正確な制御が可能である。特に、アクチュ
エータが働くと、ポンプからシリンダへの流量を制御す
ることにより正確な制御がなされる。逆に、アクチュエ
ータが解除されているときは、シリンダからタンクへの
流量を制御することにより正確な制御が達成される。所
望の結果を達成するために、任意の数のバルブを制御す
ることができる。信号84はマップ60に送られ、マッ
プ60は所望の要求を達成するために必要な流体システ
ム圧力を決定し、バイパス・バルブ114を開閉して圧
力を制御するためのアクチュエータ86を制御するため
に信号85を送る。
【0015】以上の記載から、制御システムは互いに分
離した2つの段を有していることは明らかである。段は
独立に設計でき、次いで結合されて、開発時間を改善
し、価格を低減し、性能を向上させる。本発明の他の態
様、目的および利益は、図面と開示内容と特許請求の範
囲から得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概略的流れ図および流体システムを示
す図である。
【符号の説明】
10…制御システム 12…オペレータ入力制御部 14…電子的制御部 16…流体制御部 26…要求段 28…実施段 30、32、34、36、38、40…マップ 54、56、58、60、63、64…マップ 110…ポンプ 116a〜116h…ソレノイド変位制御メータリング
・スプール・バルブ 129…タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ジェイ.クローン アメリカ合衆国,イリノイ 61525,ダン ラップ,ブレントウッド 1409 (72)発明者 ジェイムス エー.アーデマ アメリカ合衆国,イリノイ 60544,プレ インフィールド,シモ ドライブ 24055

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力部と、 電子部と、 ポンプ、関連するバルブおよびアクチュエータを有する
    流体部と、 前記入力部からの信号を所望の装具速度およびポンプ圧
    力に変換する、前記電子部の要求段と、 所望の装具速度およびポンプ圧力を達成するために必要
    なバルブ・コマンドを決定する、前記電子部の実施段
    と、を備える機械の装具を操作するために適合された制
    御システム。
  2. 【請求項2】 前記要求段は入力信号を所望の装具速度
    およびポンプ圧力に変換する複数の制御マップを含んで
    いる、請求項1記載の制御システム。
  3. 【請求項3】 前記実施段は前記アクチュエータを移動
    させるためのバルブを制御するための複数の制御マップ
    を含んでいる、請求項1記載の制御システム。
  4. 【請求項4】 前記電子部は、バルブを制御するための
    前記実施段からの信号に選択的に接続可能なアクチュエ
    ータを含んでいる、請求項1記載の制御システム。
  5. 【請求項5】 前記流体部のバルブは、前記アクチュエ
    ータに接続された独立動作可能ソレノイド変位制御流量
    メータリングスプール・バルブである、請求項4記載の
    制御システム。
  6. 【請求項6】 前記流体部は、前記ポンプとタンクの間
    に配置されたバイパス・バルブを含んでいる、請求項1
    記載の制御システム。
  7. 【請求項7】 前記バイパス・バルブは前記電子部の前
    記実施段により制御される、請求項6記載の制御システ
    ム。
  8. 【請求項8】 オペレータ制御入力部と、電子的制御部
    と、ポンプ、関連するバルブおよびアクチュエータを有
    する流体部とを有する制御システムを動作させる方法で
    あって、該方法は、 前記電子的制御を用いてオペレータ制御入力信号を検知
    し、オペレータ制御入力を所望の速度およびポンプ圧力
    信号に変換し、 所望の速度およびポンプ圧力信号を検知し、 所望の速度およびポンプ圧力を達成するために必要なバ
    ルブ・コマンドを決定し、そして前記流体制御における
    バルブを制御して所望の速度およびポンプ圧力を達成す
    る、というステップを備える制御システムの動作方法。
JP19441097A 1996-07-19 1997-07-18 機械の装具を操作するために適合された制御システムおよびその動作方法 Withdrawn JPH1096405A (ja)

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