JPH11351204A - 油圧アクチュエータの流量制御装置 - Google Patents
油圧アクチュエータの流量制御装置Info
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- JPH11351204A JPH11351204A JP10156333A JP15633398A JPH11351204A JP H11351204 A JPH11351204 A JP H11351204A JP 10156333 A JP10156333 A JP 10156333A JP 15633398 A JP15633398 A JP 15633398A JP H11351204 A JPH11351204 A JP H11351204A
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Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で、油圧シリンダ(油圧アクチュ
エータ)20の振動を抑え、ひいては、ブームや系全体
の振動を抑えることにより、高い操作性を得る。 【解決手段】 作業機械のブームを駆動する油圧シリン
ダ20のヘッド圧PHとロッド圧PRをセンサ51,52
によって検出し、コントローラ60が、操作レバー40
を介して入力されるオペレータの操作量udに、このヘ
ッド圧PHおよびロッド圧PRに基づくフィードバック量
を加えてコントロールバルブ30をフィードバック制御
する。
エータ)20の振動を抑え、ひいては、ブームや系全体
の振動を抑えることにより、高い操作性を得る。 【解決手段】 作業機械のブームを駆動する油圧シリン
ダ20のヘッド圧PHとロッド圧PRをセンサ51,52
によって検出し、コントローラ60が、操作レバー40
を介して入力されるオペレータの操作量udに、このヘ
ッド圧PHおよびロッド圧PRに基づくフィードバック量
を加えてコントロールバルブ30をフィードバック制御
する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧クレーンや油
圧ショベル等の油圧作業機械において、油圧シリンダ、
油圧モータ等の油圧アクチュエータに対する供給流量を
制御することにより油圧作業機械の振動を抑制する流量
制御装置に関する。
圧ショベル等の油圧作業機械において、油圧シリンダ、
油圧モータ等の油圧アクチュエータに対する供給流量を
制御することにより油圧作業機械の振動を抑制する流量
制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図9に、従来の油圧作業機械の流量制御
装置(特開平06−185501号)を示す。この図に
示すように、従来の油圧作業機械は、油圧ポンプ10
と、この油圧ポンプ10を油圧源とする油圧アクチュエ
ータ(ここではブーム81を起伏駆動する油圧シリンダ
を示している)20との間に、油圧アクチュエータへの
作動方向と速度を制御する油圧パイロット式のコントロ
ールバルブ30を設け、このコントロールバルブ30を
たとえばリモコン弁39を介して操作レバー40によっ
て操作する構成が一般的である。
装置(特開平06−185501号)を示す。この図に
示すように、従来の油圧作業機械は、油圧ポンプ10
と、この油圧ポンプ10を油圧源とする油圧アクチュエ
ータ(ここではブーム81を起伏駆動する油圧シリンダ
を示している)20との間に、油圧アクチュエータへの
作動方向と速度を制御する油圧パイロット式のコントロ
ールバルブ30を設け、このコントロールバルブ30を
たとえばリモコン弁39を介して操作レバー40によっ
て操作する構成が一般的である。
【0003】このような油圧作業機械は、油圧アクチュ
エータ20内の作動油の圧縮性、ブーム81等の弾性や
慣性、さらに、油圧クレーンであれば、巻上ロープの弾
性等によって系全体として振動しやすく、油圧アクチュ
エータ20を駆動することによって振動が生じれば、こ
の振動がブーム81の振動を励起し、さらには系全体の
振動を励起してしまうという特性がある。さらに、この
ような油圧作業機械は、振動を減衰させる要素が少ない
ために、一旦生じた振動は減衰しにくい。
エータ20内の作動油の圧縮性、ブーム81等の弾性や
慣性、さらに、油圧クレーンであれば、巻上ロープの弾
性等によって系全体として振動しやすく、油圧アクチュ
エータ20を駆動することによって振動が生じれば、こ
の振動がブーム81の振動を励起し、さらには系全体の
振動を励起してしまうという特性がある。さらに、この
ような油圧作業機械は、振動を減衰させる要素が少ない
ために、一旦生じた振動は減衰しにくい。
【0004】したがって、オペレータは、できるだけブ
ーム81等の振動を生じないように、特に、この振動に
よって系全体の固有振動数による共振を励起しないよう
に操作を行うことが求められるため、操作性が悪いとい
う問題があった。
ーム81等の振動を生じないように、特に、この振動に
よって系全体の固有振動数による共振を励起しないよう
に操作を行うことが求められるため、操作性が悪いとい
う問題があった。
【0005】このような問題を解決するため、この図に
示す流量制御装置は、油圧シリンダ20のヘッド側とコ
ントロールバルブ30との間に可変絞り弁92を介して
アキュムレータ91を接続して、このアキュムレータ9
1に油圧シリンダ20の圧力変動を吸収させることによ
ってブーム81の振動を抑制するようになっている。さ
らに、この流量制御装置では、シリンダヘッド圧を圧力
センサ59で検出し、シリンダヘッド圧が高いときは制
御ユニット69が前記可変絞り弁92の開度を大きくし
て振動抑制効果を高め、一方、シリンダヘッド圧が低い
ときはこの可変絞り弁92の開度を小さくしてリモコン
弁39への入力に対する応答性を高めている。
示す流量制御装置は、油圧シリンダ20のヘッド側とコ
ントロールバルブ30との間に可変絞り弁92を介して
アキュムレータ91を接続して、このアキュムレータ9
1に油圧シリンダ20の圧力変動を吸収させることによ
ってブーム81の振動を抑制するようになっている。さ
らに、この流量制御装置では、シリンダヘッド圧を圧力
センサ59で検出し、シリンダヘッド圧が高いときは制
御ユニット69が前記可変絞り弁92の開度を大きくし
て振動抑制効果を高め、一方、シリンダヘッド圧が低い
ときはこの可変絞り弁92の開度を小さくしてリモコン
弁39への入力に対する応答性を高めている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この流量制御
装置は、コントロールバルブ30による圧油の流量制御
を行う基本的な油圧作業機械の油圧回路構成を備えるこ
とを前提として、さらに、コントロールバルブ30と油
圧アクチュエータ20との間に備えたアキュムレータ9
1と可変絞り弁92により補助的な圧油の流量制御を行
って、振動の抑制を図るものである。
装置は、コントロールバルブ30による圧油の流量制御
を行う基本的な油圧作業機械の油圧回路構成を備えるこ
とを前提として、さらに、コントロールバルブ30と油
圧アクチュエータ20との間に備えたアキュムレータ9
1と可変絞り弁92により補助的な圧油の流量制御を行
って、振動の抑制を図るものである。
【0007】このため、この流量制御装置は油圧回路の
構成が複雑なものとなっており、装置全体としての大き
さや重量も増大するという問題が生じるとともに、これ
らアキュムレータ91や可変絞り弁92等の油圧機器を
付加する分だけ、コストが高くなってしまうという問題
があった。
構成が複雑なものとなっており、装置全体としての大き
さや重量も増大するという問題が生じるとともに、これ
らアキュムレータ91や可変絞り弁92等の油圧機器を
付加する分だけ、コストが高くなってしまうという問題
があった。
【0008】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構成でありながら、油圧アクチュエータ
の振動を抑制することで高い操作性が得られる油圧アク
チュエータの流量制御装置を提供することを目的とす
る。
であり、簡単な構成でありながら、油圧アクチュエータ
の振動を抑制することで高い操作性が得られる油圧アク
チュエータの流量制御装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は、作業機械を駆動する油圧アクチュエー
タと、前記油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポ
ンプと、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの
間に設けられて前記油圧アクチュエータに供給される圧
油の流量を制御するコントロールバルブと、前記油圧ア
クチュエータに対する供給流量を指令する操作入力手段
と、前記操作入力手段に入力される操作量に応じて前記
コントロールバルブに対する制御信号を形成するバルブ
制御手段とを備えた油圧アクチュエータの流量制御装置
において、前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧
力検出手段と、前記圧力検出手段によって検出された前
記油圧アクチュエータの圧力に基づいて、前記油圧アク
チュエータの振動を抑えるための前記制御信号へのフィ
ードバック量を算出するフィードバック量算出手段とを
備え、前記バルブ制御手段が、前記フィードバック量に
基づいて前記コントロールバルブのフィードバック制御
を行うように構成したものである(請求項1)。
め、この発明は、作業機械を駆動する油圧アクチュエー
タと、前記油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポ
ンプと、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの
間に設けられて前記油圧アクチュエータに供給される圧
油の流量を制御するコントロールバルブと、前記油圧ア
クチュエータに対する供給流量を指令する操作入力手段
と、前記操作入力手段に入力される操作量に応じて前記
コントロールバルブに対する制御信号を形成するバルブ
制御手段とを備えた油圧アクチュエータの流量制御装置
において、前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧
力検出手段と、前記圧力検出手段によって検出された前
記油圧アクチュエータの圧力に基づいて、前記油圧アク
チュエータの振動を抑えるための前記制御信号へのフィ
ードバック量を算出するフィードバック量算出手段とを
備え、前記バルブ制御手段が、前記フィードバック量に
基づいて前記コントロールバルブのフィードバック制御
を行うように構成したものである(請求項1)。
【0010】このような流量制御装置によれば、油圧ア
クチュエータに供給される圧油の流量を制御するコント
ロールバルブが、オペレータが操作入力手段を介して入
力した操作量に、油圧アクチュエータの圧力に基づいて
算出されるフィードバック量を加えて形成される制御信
号によってフィードバック制御されるため、後に詳述す
るように、油圧アクチュエータの圧力変動が抑えられ
る。したがって、この油圧アクチュエータの圧力変動に
起因するブーム等の振動が抑制され、ひいては、系全体
の振動も抑制される。
クチュエータに供給される圧油の流量を制御するコント
ロールバルブが、オペレータが操作入力手段を介して入
力した操作量に、油圧アクチュエータの圧力に基づいて
算出されるフィードバック量を加えて形成される制御信
号によってフィードバック制御されるため、後に詳述す
るように、油圧アクチュエータの圧力変動が抑えられ
る。したがって、この油圧アクチュエータの圧力変動に
起因するブーム等の振動が抑制され、ひいては、系全体
の振動も抑制される。
【0011】このフィードバック量算出のもととなる油
圧アクチュエータの圧力としては、たとえば、油圧アク
チュエータに供給される作動油の入口圧のみを用いても
よいが、油圧アクチュエータに供給される作動油の入口
圧と出口圧とを相殺させることで、油圧アクチュエータ
による駆動力あるいは油圧アクチュエータにかかる負荷
の大きさを検出できることから、これら入口圧と出口圧
との差圧を用いることが望ましい(請求項2)。
圧アクチュエータの圧力としては、たとえば、油圧アク
チュエータに供給される作動油の入口圧のみを用いても
よいが、油圧アクチュエータに供給される作動油の入口
圧と出口圧とを相殺させることで、油圧アクチュエータ
による駆動力あるいは油圧アクチュエータにかかる負荷
の大きさを検出できることから、これら入口圧と出口圧
との差圧を用いることが望ましい(請求項2)。
【0012】なお、油圧アクチュエータの入口側と出口
側とで受圧面積が異なる場合には、入口圧と出口圧の差
圧は、これらの受圧面積の比を考慮して求めることが望
ましい。
側とで受圧面積が異なる場合には、入口圧と出口圧の差
圧は、これらの受圧面積の比を考慮して求めることが望
ましい。
【0013】こうして検出された油圧アクチュエータの
圧力からフィードバック量を算出する過程においては、
油圧アクチュエータの圧力から、その変動成分を抽出
し、この変動成分に基づいてフィードバック量を算出す
ることが望ましい(請求項3)。
圧力からフィードバック量を算出する過程においては、
油圧アクチュエータの圧力から、その変動成分を抽出
し、この変動成分に基づいてフィードバック量を算出す
ることが望ましい(請求項3)。
【0014】このようにすれば、油圧アクチュエータの
圧力のうち作業機械の重量に起因する自重圧成分等は定
常成分として除かれ、振動を引き起こす変動成分のみに
基づいてフィードバック量が算出されるため、油圧アク
チュエータの圧力変動を低減する効果が高まる。
圧力のうち作業機械の重量に起因する自重圧成分等は定
常成分として除かれ、振動を引き起こす変動成分のみに
基づいてフィードバック量が算出されるため、油圧アク
チュエータの圧力変動を低減する効果が高まる。
【0015】このように、油圧アクチュエータの圧力か
ら変動成分を抽出する手段としては、センサによって検
出したブーム起伏角度や吊り荷重等の作業状態から作業
機械の自重圧成分等の定常成分を算出して、この値を油
圧アクチュエータの圧力の検出値から引き算することで
得る方法や、あるいは簡単な方法として、油圧アクチュ
エータの圧力に対して、定常成分が含まれる所定周波数
以下の低周波成分を除くフィルタ処理を行い、高周波域
にある変動成分を抽出する方法を挙げることができる
(請求項4)。
ら変動成分を抽出する手段としては、センサによって検
出したブーム起伏角度や吊り荷重等の作業状態から作業
機械の自重圧成分等の定常成分を算出して、この値を油
圧アクチュエータの圧力の検出値から引き算することで
得る方法や、あるいは簡単な方法として、油圧アクチュ
エータの圧力に対して、定常成分が含まれる所定周波数
以下の低周波成分を除くフィルタ処理を行い、高周波域
にある変動成分を抽出する方法を挙げることができる
(請求項4)。
【0016】このフィルタ処理を行う方法によれば、先
に述べたセンサによって検出した作業状態作業機械の自
重圧成分等の定常成分を算出する方法では、自重圧成分
等の定常成分は作業状態に応じて刻々変化するために生
じやすい誤差を吸収することができる。
に述べたセンサによって検出した作業状態作業機械の自
重圧成分等の定常成分を算出する方法では、自重圧成分
等の定常成分は作業状態に応じて刻々変化するために生
じやすい誤差を吸収することができる。
【0017】具体的に、このような低周波成分を取り除
くフィルタとしては、単純に構成することができるもの
として、1次進み要素を挙げることができる(請求項
5)。
くフィルタとしては、単純に構成することができるもの
として、1次進み要素を挙げることができる(請求項
5)。
【0018】このようにして油圧アクチュエータの圧力
の変動成分が抽出されれば、簡単なフィードバック量算
出手段として、この変動成分にフィードバックゲインを
乗じてフィードバック量を算出する方法を挙げることが
できる(請求項6)。
の変動成分が抽出されれば、簡単なフィードバック量算
出手段として、この変動成分にフィードバックゲインを
乗じてフィードバック量を算出する方法を挙げることが
できる(請求項6)。
【0019】また、上記のような構成の油圧アクチュエ
ータの流量制御装置には、ブーム起伏角度、ブーム長、
吊り荷重、エンジン回転数等の作業状態を検出する作業
状態検出手段をさらに備え、こうして検出された作業状
態に応じて、フィードバック量を算出することが望まし
い(請求項7)。
ータの流量制御装置には、ブーム起伏角度、ブーム長、
吊り荷重、エンジン回転数等の作業状態を検出する作業
状態検出手段をさらに備え、こうして検出された作業状
態に応じて、フィードバック量を算出することが望まし
い(請求項7)。
【0020】このようにすれば、たとえば、吊り荷重が
大きい場合やブームが長い場合などハンチングが発生し
やすい条件下においては、フィードバック量を大きくす
るように構成したり、逆にハンチングが発生しにくい条
件下では、フィードバック量を小さくするように構成す
るなど、時々刻々と変化する作業状態に応じて、最適な
フィードバック量を算出するように調整することが可能
となる。
大きい場合やブームが長い場合などハンチングが発生し
やすい条件下においては、フィードバック量を大きくす
るように構成したり、逆にハンチングが発生しにくい条
件下では、フィードバック量を小さくするように構成す
るなど、時々刻々と変化する作業状態に応じて、最適な
フィードバック量を算出するように調整することが可能
となる。
【0021】具体的には、フィードバック量算出手段に
より油圧アクチュエータの圧力からフィードバック量を
算出する過程において、低周波成分を除くフィルタ処理
を行う場合であれば、このフィルタの時定数等のパラメ
ータを作業状態に応じて変更するように構成したり、フ
ィードバックゲイン等を乗じてフィードバック量を算出
する場合であれば、このフィードバックゲイン等のパラ
メータを作業状態に応じて変更するように構成すること
によって、作業状態に応じたフィードバック量を算出す
ることができる。
より油圧アクチュエータの圧力からフィードバック量を
算出する過程において、低周波成分を除くフィルタ処理
を行う場合であれば、このフィルタの時定数等のパラメ
ータを作業状態に応じて変更するように構成したり、フ
ィードバックゲイン等を乗じてフィードバック量を算出
する場合であれば、このフィードバックゲイン等のパラ
メータを作業状態に応じて変更するように構成すること
によって、作業状態に応じたフィードバック量を算出す
ることができる。
【0022】さらに、フィードバック量が過剰に大きい
と、オペレータの操作入力による油圧アクチュエータの
動作に対して、フィードバックによる振動を抑制するた
めの油圧アクチュエータの動作が過剰に大きくなり、オ
ペレータの違和感を招いて逆に操作性を損ねることとな
ったり、さらに、高次の自励振動を発生させる原因とな
りうるため、フィードバック量算出手段には、フィード
バック量の絶対値の上限を設定するリミッターを備える
ことが望ましい(請求項8)。
と、オペレータの操作入力による油圧アクチュエータの
動作に対して、フィードバックによる振動を抑制するた
めの油圧アクチュエータの動作が過剰に大きくなり、オ
ペレータの違和感を招いて逆に操作性を損ねることとな
ったり、さらに、高次の自励振動を発生させる原因とな
りうるため、フィードバック量算出手段には、フィード
バック量の絶対値の上限を設定するリミッターを備える
ことが望ましい(請求項8)。
【0023】このリミッターが設定するフィードバック
量の上限は、フィードバックによる振動抑制動作によっ
てオペレータに違和感を感じさせることなく、また、高
次の自励振動を生じない程度に適宜設定すればよい。
量の上限は、フィードバックによる振動抑制動作によっ
てオペレータに違和感を感じさせることなく、また、高
次の自励振動を生じない程度に適宜設定すればよい。
【0024】このフィードバック量の上限は、常に一定
値を設定してもよいが、オペレータにより入力される操
作量に応じて設定することが望ましい(請求項9)。
値を設定してもよいが、オペレータにより入力される操
作量に応じて設定することが望ましい(請求項9)。
【0025】このようにすれば、オペレータの操作量が
小さい場合であっても、この操作量による油圧アクチュ
エータの動作に対して、フィードバックによる振動を抑
制するための油圧アクチュエータの動作が過剰に大きく
なることを防止して、操作性を高めることができる。
小さい場合であっても、この操作量による油圧アクチュ
エータの動作に対して、フィードバックによる振動を抑
制するための油圧アクチュエータの動作が過剰に大きく
なることを防止して、操作性を高めることができる。
【0026】さらに、リミッターは、オペレータの操作
量が0のときには、フィードバック量の上限が0に設定
されるように構成することが望ましい(請求項10)。
量が0のときには、フィードバック量の上限が0に設定
されるように構成することが望ましい(請求項10)。
【0027】このようにすれば、オペレータが操作入力
していないときに、フィードバックによって油圧アクチ
ュエータが勝手に動作することを防止して、高い操作性
とともに、高い安全性を得ることができる。
していないときに、フィードバックによって油圧アクチ
ュエータが勝手に動作することを防止して、高い操作性
とともに、高い安全性を得ることができる。
【0028】なお、以上のような流量制御装置は、必ず
しも油圧アクチュエータの正逆両方向の動作について適
用する必要はなく、一方向の動作についてのみ適用して
もよい。たとえば、ブームを起伏する油圧シリンダであ
れば、とくに振動が問題となる起伏下げ動作についての
み上記流量制御装置を適用して、オペレータの操作量と
フィードバック量とに応じて制御することとし、起伏上
げ動作については、フィードバックを行わず、たとえ
ば、オペレータの入力した操作量のみに応じて制御する
ように構成してもよい。
しも油圧アクチュエータの正逆両方向の動作について適
用する必要はなく、一方向の動作についてのみ適用して
もよい。たとえば、ブームを起伏する油圧シリンダであ
れば、とくに振動が問題となる起伏下げ動作についての
み上記流量制御装置を適用して、オペレータの操作量と
フィードバック量とに応じて制御することとし、起伏上
げ動作については、フィードバックを行わず、たとえ
ば、オペレータの入力した操作量のみに応じて制御する
ように構成してもよい。
【0029】
【発明の実施の形態】図1に、この発明にかかる油圧ア
クチュエータの流量制御装置の第1実施形態を示す。こ
の実施形態は、油圧クレーンのブームを起伏させる油圧
シリンダ20を対象として、この油圧シリンダ20を駆
動する油圧回路に振動を抑制する流量制御装置を適用し
たものである。なお、上述した従来の流量制御装置と同
様の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付して
いる。
クチュエータの流量制御装置の第1実施形態を示す。こ
の実施形態は、油圧クレーンのブームを起伏させる油圧
シリンダ20を対象として、この油圧シリンダ20を駆
動する油圧回路に振動を抑制する流量制御装置を適用し
たものである。なお、上述した従来の流量制御装置と同
様の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付して
いる。
【0030】この油圧回路は、ブームを起伏駆動する油
圧シリンダ(油圧アクチュエータ)20に、油圧源とし
ての油圧ポンプ10から供給される圧油の流量および送
油方向を、油圧シリンダ20と油圧ポンプ10との間に
配置された油圧パイロット式のコントロールバルブ30
によって制御することによって、所望のブーム起伏角度
を得るように構成されている。
圧シリンダ(油圧アクチュエータ)20に、油圧源とし
ての油圧ポンプ10から供給される圧油の流量および送
油方向を、油圧シリンダ20と油圧ポンプ10との間に
配置された油圧パイロット式のコントロールバルブ30
によって制御することによって、所望のブーム起伏角度
を得るように構成されている。
【0031】このコントロールバルブ30は、電磁比例
式のパイロット減圧弁31,32によって制御され、こ
のパイロット減圧弁31,32は、電子計算機によって
構成されたコントローラ60からの制御信号によって制
御されるようになっている。
式のパイロット減圧弁31,32によって制御され、こ
のパイロット減圧弁31,32は、電子計算機によって
構成されたコントローラ60からの制御信号によって制
御されるようになっている。
【0032】一方、オペレータは、操作入力手段である
起伏操作レバー40を操作することにより、ブームを起
伏駆動させるための油圧シリンダ20に対する作動油の
供給流量を指令する。この操作レバー40に入力された
操作量udは、レバーセンサ41に検出され、コントロ
ーラ60に入力されるようになっている。すなわち、こ
の装置においては、オペレータによる操作量udは、コ
ントローラ60を介してパイロット減圧弁31,32、
コントロールバルブ30、油圧シリンダ20へと伝達さ
れ、ブームを起伏駆動するように構成されている。
起伏操作レバー40を操作することにより、ブームを起
伏駆動させるための油圧シリンダ20に対する作動油の
供給流量を指令する。この操作レバー40に入力された
操作量udは、レバーセンサ41に検出され、コントロ
ーラ60に入力されるようになっている。すなわち、こ
の装置においては、オペレータによる操作量udは、コ
ントローラ60を介してパイロット減圧弁31,32、
コントロールバルブ30、油圧シリンダ20へと伝達さ
れ、ブームを起伏駆動するように構成されている。
【0033】また、油圧シリンダ20のヘッド側および
ロッド側の管路には、圧力検出手段として、それぞれシ
リンダヘッド圧センサ51およびシリンダロッド圧セン
サ52が配置されており、これらのセンサ51,52に
よって検出されるシリンダヘッド圧PHおよびシリンダ
ロッド圧PRが、コントローラ60に入力されるように
なっている。これらシリンダヘッド圧PHおよびシリン
ダロッド圧PRは、その時間変化から油圧シリンダ20
の振動状態が検出されるものであり、この装置は、後で
詳述するように、コントローラ60が、上述したオペレ
ータからの操作量uに加えて、これらシリンダヘッド圧
PHおよびシリンダロッド圧PRをフィードバックして制
御信号を形成し、この制御信号によって油圧シリンダ2
0を制御することで油圧シリンダ20の振動、ひいては
ブーム、系全体の振動を抑制する効果が得られるように
なっている。
ロッド側の管路には、圧力検出手段として、それぞれシ
リンダヘッド圧センサ51およびシリンダロッド圧セン
サ52が配置されており、これらのセンサ51,52に
よって検出されるシリンダヘッド圧PHおよびシリンダ
ロッド圧PRが、コントローラ60に入力されるように
なっている。これらシリンダヘッド圧PHおよびシリン
ダロッド圧PRは、その時間変化から油圧シリンダ20
の振動状態が検出されるものであり、この装置は、後で
詳述するように、コントローラ60が、上述したオペレ
ータからの操作量uに加えて、これらシリンダヘッド圧
PHおよびシリンダロッド圧PRをフィードバックして制
御信号を形成し、この制御信号によって油圧シリンダ2
0を制御することで油圧シリンダ20の振動、ひいては
ブーム、系全体の振動を抑制する効果が得られるように
なっている。
【0034】また、この装置においては、作業状態検出
手段として、ブーム起伏角θを検出するブーム起伏角セ
ンサ71、ブーム長さRを検出するブーム長さセンサ7
2、吊り荷重Tを検出する吊り荷重センサ73、エンジ
ン回転数ωを検出するエンジン回転数センサ74が設け
られており、これら各センサ71,72,73,74の
検出信号もまたコントローラ60に入力される。
手段として、ブーム起伏角θを検出するブーム起伏角セ
ンサ71、ブーム長さRを検出するブーム長さセンサ7
2、吊り荷重Tを検出する吊り荷重センサ73、エンジ
ン回転数ωを検出するエンジン回転数センサ74が設け
られており、これら各センサ71,72,73,74の
検出信号もまたコントローラ60に入力される。
【0035】なお、図1において、35は、ブームの急
降下を防止するためカウンタバランス弁であり、33,
34はコントローラ60から出力される制御量uを増幅
してパイロット減圧弁31,32に伝達するためのアン
プである。
降下を防止するためカウンタバランス弁であり、33,
34はコントローラ60から出力される制御量uを増幅
してパイロット減圧弁31,32に伝達するためのアン
プである。
【0036】次に、コントローラ60について説明す
る。このコントローラ60は、各センサ41,51,5
2,71,72,73,74から入力される信号をデジ
タル変換するA/D変換器、演算回路、記憶装置、パイ
ロット減圧弁31,32への制御量uをアナログ変換す
るD/A変換器から構成されている。
る。このコントローラ60は、各センサ41,51,5
2,71,72,73,74から入力される信号をデジ
タル変換するA/D変換器、演算回路、記憶装置、パイ
ロット減圧弁31,32への制御量uをアナログ変換す
るD/A変換器から構成されている。
【0037】図2に、コントローラ60における制御量
uの算出過程の概略を示す。
uの算出過程の概略を示す。
【0038】この図に示すように、このコントローラ6
0における制御量uの算出過程は、シリンダヘッド圧P
Hとシリンダロッド圧PRとから油圧シリンダ差圧PLを
算出するシリンダ差圧算出過程61と、このシリンダ差
圧PLからその変動成分ΔPLを抽出する変動成分抽出過
程62と、このシリンダ差圧変動成分ΔPLにフィード
バックゲインKPLを乗じてフィードバック量ufbを算出
するゲイン調整過程63と、フィードバック量ufbを所
定の上限値以下に調整するリミッター処理過程64と、
こうして算出されたフィードバック量ufbをオペレータ
による操作量udから引いて制御量uを算出する制御量
算出過程65とからなっている。
0における制御量uの算出過程は、シリンダヘッド圧P
Hとシリンダロッド圧PRとから油圧シリンダ差圧PLを
算出するシリンダ差圧算出過程61と、このシリンダ差
圧PLからその変動成分ΔPLを抽出する変動成分抽出過
程62と、このシリンダ差圧変動成分ΔPLにフィード
バックゲインKPLを乗じてフィードバック量ufbを算出
するゲイン調整過程63と、フィードバック量ufbを所
定の上限値以下に調整するリミッター処理過程64と、
こうして算出されたフィードバック量ufbをオペレータ
による操作量udから引いて制御量uを算出する制御量
算出過程65とからなっている。
【0039】以下、これらの各過程について説明する。
【0040】シリンダ差圧算出過程61は、シリンダヘ
ッド圧センサ51によって検出されるシリンダヘッド圧
PHと、シリンダロッド圧センサ52によって検出され
るシリンダロッド圧PRとから、シリンダ差圧PLを算出
する過程である。
ッド圧センサ51によって検出されるシリンダヘッド圧
PHと、シリンダロッド圧センサ52によって検出され
るシリンダロッド圧PRとから、シリンダ差圧PLを算出
する過程である。
【0041】これらシリンダヘッド圧PHとシリンダロ
ッド圧PRは、油圧シリンダ20内のロッドに対して互
いに反対方向への駆動力を与える圧力であるから、これ
らの差として算出されるシリンダ差圧PLは、油圧シリ
ンダ20が発生する駆動力あるいは油圧シリンダ20に
かかる負荷の大きさを表している。
ッド圧PRは、油圧シリンダ20内のロッドに対して互
いに反対方向への駆動力を与える圧力であるから、これ
らの差として算出されるシリンダ差圧PLは、油圧シリ
ンダ20が発生する駆動力あるいは油圧シリンダ20に
かかる負荷の大きさを表している。
【0042】したがって、シリンダヘッド圧PHとシリ
ンダロッド圧PRによる反対方向の駆動力を相殺してこ
のシリンダ差圧PLを得るためには、シリンダヘッド側
の受圧面積AHと、シリンダロッド側の受圧面積ARとが
異なる場合を考慮して、シリンダ差圧PLは次式によっ
て算出される。
ンダロッド圧PRによる反対方向の駆動力を相殺してこ
のシリンダ差圧PLを得るためには、シリンダヘッド側
の受圧面積AHと、シリンダロッド側の受圧面積ARとが
異なる場合を考慮して、シリンダ差圧PLは次式によっ
て算出される。
【0043】
【数1】PL=PH−(AR/AH)・PR …(1) なお、コントローラ60は、このシリンダ差圧算出過程
61を行う点で、油圧アクチュエータ(油圧シリンダ2
0)の圧力を検出する圧力検出手段の一部をなしてい
る。
61を行う点で、油圧アクチュエータ(油圧シリンダ2
0)の圧力を検出する圧力検出手段の一部をなしてい
る。
【0044】変動成分抽出過程62は、上述のようにし
て算出されたシリンダ差圧PLから、その変動成分ΔPL
を抽出する過程である。
て算出されたシリンダ差圧PLから、その変動成分ΔPL
を抽出する過程である。
【0045】ブームを起伏駆動する油圧シリンダ20に
は、停止状態においてもブームや吊り荷等の重量が作用
しているため、油圧シリンダ20には、定常的に、これ
らブーム等の重量による圧力(自重圧)が作用している
が、油圧シリンダ20の振動を表している成分は、シリ
ンダ差圧PLのうち、このような自重圧成分(定常成
分)を取り除いた変動成分である。
は、停止状態においてもブームや吊り荷等の重量が作用
しているため、油圧シリンダ20には、定常的に、これ
らブーム等の重量による圧力(自重圧)が作用している
が、油圧シリンダ20の振動を表している成分は、シリ
ンダ差圧PLのうち、このような自重圧成分(定常成
分)を取り除いた変動成分である。
【0046】そこで、この変動成分抽出過程62では、
上述のようにして算出されたシリンダ差圧PLから、自
重圧成分を除くことによって、油圧シリンダ20の振動
の原因となるその変動成分ΔPLを抽出する。
上述のようにして算出されたシリンダ差圧PLから、自
重圧成分を除くことによって、油圧シリンダ20の振動
の原因となるその変動成分ΔPLを抽出する。
【0047】このシリンダ差圧変動成分ΔPLを抽出す
る方法としては、各センサによって検出されるブーム起
伏角θ等の作業状態から各時刻ごとのシリンダ差圧PL
の自重圧成分の値を具体的に算出して、こうして算出さ
れる自重圧成分をシリンダ差圧PLから引くことで変動
成分ΔPLを抽出する方法がある。ところが、この方法
は、時間とともに変化する作業状態の検出誤差等のため
に、各時刻ごとの自重圧成分を正確に得ることは困難で
あり、得られる変動成分ΔPLが比較的大きな誤差を含
むものとなりやすいという問題がある。
る方法としては、各センサによって検出されるブーム起
伏角θ等の作業状態から各時刻ごとのシリンダ差圧PL
の自重圧成分の値を具体的に算出して、こうして算出さ
れる自重圧成分をシリンダ差圧PLから引くことで変動
成分ΔPLを抽出する方法がある。ところが、この方法
は、時間とともに変化する作業状態の検出誤差等のため
に、各時刻ごとの自重圧成分を正確に得ることは困難で
あり、得られる変動成分ΔPLが比較的大きな誤差を含
むものとなりやすいという問題がある。
【0048】そこで、ここでは、このような誤差を吸収
できる方法として、シリンダ差圧PLに対して、所定周
波数以下の低周波成分を除くハイパスフィルタを用いる
ことによって、シリンダ差圧変動成分ΔPLを抽出す
る。
できる方法として、シリンダ差圧PLに対して、所定周
波数以下の低周波成分を除くハイパスフィルタを用いる
ことによって、シリンダ差圧変動成分ΔPLを抽出す
る。
【0049】このようなハイパスフィルタによってシリ
ンダ差圧変動成分が抽出できるのは、一般に、自重圧成
分は変化率の小さい低周波成分であり、一方、振動の原
因となっている変動成分は高周波成分であるためであ
る。
ンダ差圧変動成分が抽出できるのは、一般に、自重圧成
分は変化率の小さい低周波成分であり、一方、振動の原
因となっている変動成分は高周波成分であるためであ
る。
【0050】具体的なハイパスフィルタとしては、伝達
関数が次式に示されるような、時定数をTとする1次進
み要素からなる簡単な構成のフィルタを挙げることがで
きる。
関数が次式に示されるような、時定数をTとする1次進
み要素からなる簡単な構成のフィルタを挙げることがで
きる。
【0051】
【数2】G(s)=Ts/(1+Ts) …(2) なお、このような1次進み要素からなるフィルタを用い
る場合であっても、ブーム起伏角θ、ブーム長さR、吊
り荷重T、エンジン回転数ω等の作業状態に応じたフィ
ードバック量を算出するため、これら作業状態に応じて
時定数Tを調整することが望ましい。たとえば、ブーム
起伏角θが小さい場合、ブーム長さRが長い場合、吊り
荷重Tが大きい場合等には振動が発生しやすいので時定
数Tを大きくして振動抑制効果を高め、その他の場合に
は振動が発生しにくいので時定数Tを小さくしてオペレ
ータが入力する操作量udに対する応答性を高めるよう
に構成することが望ましい。
る場合であっても、ブーム起伏角θ、ブーム長さR、吊
り荷重T、エンジン回転数ω等の作業状態に応じたフィ
ードバック量を算出するため、これら作業状態に応じて
時定数Tを調整することが望ましい。たとえば、ブーム
起伏角θが小さい場合、ブーム長さRが長い場合、吊り
荷重Tが大きい場合等には振動が発生しやすいので時定
数Tを大きくして振動抑制効果を高め、その他の場合に
は振動が発生しにくいので時定数Tを小さくしてオペレ
ータが入力する操作量udに対する応答性を高めるよう
に構成することが望ましい。
【0052】ゲイン調整過程63は、上述のようにして
算出されたシリンダ差圧変動成分ΔPLにフィードバッ
クゲインKPLを乗じて、オペレータによって入力される
操作量udに対するフィードバック量ufbの大きさを調
整する過程である。
算出されたシリンダ差圧変動成分ΔPLにフィードバッ
クゲインKPLを乗じて、オペレータによって入力される
操作量udに対するフィードバック量ufbの大きさを調
整する過程である。
【0053】具体的には、フィードバック量ufbは、次
式によって算出される。
式によって算出される。
【0054】
【数3】ufb=KPL・ΔPL …(3) このフィードバックゲインKPLは、油圧シリンダ20の
振動を抑制することができる大きさであれば一定値に固
定してもよいが、ブーム起伏角θ等の作業状態に応じて
フィードバックゲインKPLの大きさを調整して、作業状
態に応じたフィードバック量ufbを算出することが望ま
しい。たとえば、上述したような振動が発生しやすい作
業状態においてはフィードバックゲインKPLを大きくし
て振動抑制効果を高め、振動が発生しにくい作業状態に
おいてはフィードバックゲインKPLを小さくしてオペレ
ータの入力に対する応答性を高めることが望ましい。
振動を抑制することができる大きさであれば一定値に固
定してもよいが、ブーム起伏角θ等の作業状態に応じて
フィードバックゲインKPLの大きさを調整して、作業状
態に応じたフィードバック量ufbを算出することが望ま
しい。たとえば、上述したような振動が発生しやすい作
業状態においてはフィードバックゲインKPLを大きくし
て振動抑制効果を高め、振動が発生しにくい作業状態に
おいてはフィードバックゲインKPLを小さくしてオペレ
ータの入力に対する応答性を高めることが望ましい。
【0055】リミッター処理過程64は、上述のように
して算出されたフィードバック量ufbを、所定の上限値
ulim以下に調整する過程である。
して算出されたフィードバック量ufbを、所定の上限値
ulim以下に調整する過程である。
【0056】この装置は、油圧シリンダ(油圧アクチュ
エータ)20の制御において、この油圧シリンダ20の
圧力PH,PRに基づくフィードバックを行うことで、油
圧シリンダ20の振動を抑制し、オペレータの操作性向
上を図ることを目的としているが、オペレータが操作レ
バー50を介して入力する操作量udに対して、振動を
抑えるためのフィードバック量ufbが過剰に大きいと、
かえってオペレータに違和感を与え、操作性の悪化を招
くことになる。また、非常に大きなフィードバック量u
fbが許容されれば、このフィードバックが高次の自励振
動を発生させる原因となる場合もある。
エータ)20の制御において、この油圧シリンダ20の
圧力PH,PRに基づくフィードバックを行うことで、油
圧シリンダ20の振動を抑制し、オペレータの操作性向
上を図ることを目的としているが、オペレータが操作レ
バー50を介して入力する操作量udに対して、振動を
抑えるためのフィードバック量ufbが過剰に大きいと、
かえってオペレータに違和感を与え、操作性の悪化を招
くことになる。また、非常に大きなフィードバック量u
fbが許容されれば、このフィードバックが高次の自励振
動を発生させる原因となる場合もある。
【0057】そこで、ここでは、オペレータの操作量u
dに応じて、フィードバック量の上限値ulimを設定し、
上記の算出過程で得られたフィードバック量ufbがこの
上限値ulimを超える場合には、この上限値ulimをフィ
ードバック量ufbとする。
dに応じて、フィードバック量の上限値ulimを設定し、
上記の算出過程で得られたフィードバック量ufbがこの
上限値ulimを超える場合には、この上限値ulimをフィ
ードバック量ufbとする。
【0058】図3に、オペレータの操作量udに対する
フィードバック量の上限値ulimの設定の一例を示す。
フィードバック量の上限値ulimの設定の一例を示す。
【0059】この図3に示す設定によれば、オペレータ
の操作量udが0の場合、あるいは操作量udが非常に微
小な場合には、フィードバック量ufbの上限値は0であ
り、フィードバックが行われないようになっている。こ
れにより、オペレータが操作を行っていない場合や非常
に微小な操作しか行っていない場合に、振動を抑制する
ためのフィードバックによって油圧シリンダ20が自動
的に動作してしまうことが防止され、高い安全性が得ら
れる。
の操作量udが0の場合、あるいは操作量udが非常に微
小な場合には、フィードバック量ufbの上限値は0であ
り、フィードバックが行われないようになっている。こ
れにより、オペレータが操作を行っていない場合や非常
に微小な操作しか行っていない場合に、振動を抑制する
ためのフィードバックによって油圧シリンダ20が自動
的に動作してしまうことが防止され、高い安全性が得ら
れる。
【0060】オペレータの操作量udが小さい場合に
は、この操作量udに対応して許容されるフィードバッ
ク量上限値ulimも小さく設定されており、フィードバ
ック量ufbがオペレータの操作量udを超えることがな
く、オペレータに違和感を与えず、操作性が高いものと
なっている。
は、この操作量udに対応して許容されるフィードバッ
ク量上限値ulimも小さく設定されており、フィードバ
ック量ufbがオペレータの操作量udを超えることがな
く、オペレータに違和感を与えず、操作性が高いものと
なっている。
【0061】また、オペレータの操作量udが大きな場
合であっても、フィードバック量ufbは一定の上限値以
下に制限されており、過剰なフィードバックを防止し、
高い操作性を得るとともに、フィードバックによる高次
の自励振動を生じることが防止されている。
合であっても、フィードバック量ufbは一定の上限値以
下に制限されており、過剰なフィードバックを防止し、
高い操作性を得るとともに、フィードバックによる高次
の自励振動を生じることが防止されている。
【0062】制御量算出過程65は、オペレータから操
作レバー40を介して入力された操作量udから、上述
のようにして算出されたフィードバック量ufbを引くこ
とによって制御量uを算出する過程である。
作レバー40を介して入力された操作量udから、上述
のようにして算出されたフィードバック量ufbを引くこ
とによって制御量uを算出する過程である。
【0063】具体的には、制御量uは、次式によって算
出される。
出される。
【0064】
【数4】u=ud−ufb …(4) このように、オペレータによる操作量udに油圧シリン
ダ20の振動の原因となっている成分を引いて制御量u
を算出し、この制御量uをもって油圧シリンダ20を操
作することで油圧シリンダ20の振動を抑制することが
できる。
ダ20の振動の原因となっている成分を引いて制御量u
を算出し、この制御量uをもって油圧シリンダ20を操
作することで油圧シリンダ20の振動を抑制することが
できる。
【0065】次に、以上のようなフィードバック制御に
よる油圧シリンダ20に対する振動抑制効果を理論モデ
ルを用いて検証する。
よる油圧シリンダ20に対する振動抑制効果を理論モデ
ルを用いて検証する。
【0066】図4に、油圧クレーンのブーム81を起伏
駆動する油圧シリンダ系のモデルを示す。
駆動する油圧シリンダ系のモデルを示す。
【0067】クレーン本体82は、アウトリガー83に
よって地面に固定されており、ブーム81は、このクレ
ーン本体82にピン支持されている。吊り荷84は、ワ
イヤロープ85によってブーム81先端のトップシーブ
86を介して巻上ウインチ21で保持されている。油圧
シリンダ20は、そのヘッド側がクレーン本体82にピ
ン結合しており、ロッド側がブーム81の中間位置にピ
ン結合していることで、その伸縮駆動によって、ブーム
81を吊り荷84ごと起伏駆動するようになっている。
よって地面に固定されており、ブーム81は、このクレ
ーン本体82にピン支持されている。吊り荷84は、ワ
イヤロープ85によってブーム81先端のトップシーブ
86を介して巻上ウインチ21で保持されている。油圧
シリンダ20は、そのヘッド側がクレーン本体82にピ
ン結合しており、ロッド側がブーム81の中間位置にピ
ン結合していることで、その伸縮駆動によって、ブーム
81を吊り荷84ごと起伏駆動するようになっている。
【0068】このように、この油圧シリンダ系は、ブー
ム81、クレーン本体82、吊り荷84等の慣性と、ブ
ーム81の曲げ、油圧シリンダ20内の作動油、アウト
リガ83、ワイヤロープ85等の弾性によって、減衰す
る要素の少ない複雑な振動系として構成されている。
ム81、クレーン本体82、吊り荷84等の慣性と、ブ
ーム81の曲げ、油圧シリンダ20内の作動油、アウト
リガ83、ワイヤロープ85等の弾性によって、減衰す
る要素の少ない複雑な振動系として構成されている。
【0069】そこで、この複雑な振動系を、油圧シリン
ダ20が駆動するブーム81等の負荷を単純な質点とし
た単純なモデルに置き換えて考察を進める。
ダ20が駆動するブーム81等の負荷を単純な質点とし
た単純なモデルに置き換えて考察を進める。
【0070】図5に、この単純なモデルとして直交シリ
ンダ系のモデルを示す。なお、質点の質量をm、質点の
変位をy、油圧シリンダ20のヘッド側およびロッド側
の受圧面積をともにA、ヘッド側とロッド側の差圧を
p、容積をV、供給される作業油の流量をQ、体積弾性
率をβとする。
ンダ系のモデルを示す。なお、質点の質量をm、質点の
変位をy、油圧シリンダ20のヘッド側およびロッド側
の受圧面積をともにA、ヘッド側とロッド側の差圧を
p、容積をV、供給される作業油の流量をQ、体積弾性
率をβとする。
【0071】重力加速度を無視すると、質点の運動方程
式は、次式で与えられる。
式は、次式で与えられる。
【0072】
【数5】m(d2y/dt2)=Ap …(5) この系における入力は、オペレータが、所望のシリンダ
速度dy/dtを目標値として、操作レバー40を介し
て入力する操作量udとする。すなわち、油圧シリンダ
20に振動が生じなければ、油圧シリンダ20はこの操
作量udと一致するシリンダ速度dy/dtで動作する
こととなる。このオペレータによる操作量udが、油圧
ポンプ10から油圧シリンダ20に至る管路上に設けら
れた流量制御弁87を直接制御する(制御量u=操作量
ud)とすれば、この流量制御弁87の制御量uによっ
て、作動油の流量Qは、次式に示すように、この制御量
uとシリンダ受圧面積Aとの積として与えられる。
速度dy/dtを目標値として、操作レバー40を介し
て入力する操作量udとする。すなわち、油圧シリンダ
20に振動が生じなければ、油圧シリンダ20はこの操
作量udと一致するシリンダ速度dy/dtで動作する
こととなる。このオペレータによる操作量udが、油圧
ポンプ10から油圧シリンダ20に至る管路上に設けら
れた流量制御弁87を直接制御する(制御量u=操作量
ud)とすれば、この流量制御弁87の制御量uによっ
て、作動油の流量Qは、次式に示すように、この制御量
uとシリンダ受圧面積Aとの積として与えられる。
【0073】
【数6】Q=A・u …(6) 一方、この作動油の流量Qは、シリンダ速度dy/dt
に伴うシリンダヘッド側(あるいはロッド側)の体積変
化と、シリンダ差圧の変化率dp/dtを用いれば、次
式によって表すことができる。
に伴うシリンダヘッド側(あるいはロッド側)の体積変
化と、シリンダ差圧の変化率dp/dtを用いれば、次
式によって表すことができる。
【0074】
【数7】 Q=A(dy/dt)+Vβ(dy/dp) …(7) これら式(6)および(7)より流量Qを消去すれば、
次式が得られる。
次式が得られる。
【0075】
【数8】 A(dy/dt)+Vβ(dp/dt)=A・u …(8) ここで、この系における出力をシリンダ速度dy/dt
とすれば、式(5)および(8)をラプラス変換して、
シリンダ差圧pを消去することにより、制御量uからシ
リンダ速度dy/dtへの伝達関数G1(s)が次式の
ように求められる。
とすれば、式(5)および(8)をラプラス変換して、
シリンダ差圧pを消去することにより、制御量uからシ
リンダ速度dy/dtへの伝達関数G1(s)が次式の
ように求められる。
【0076】
【数9】
【0077】こうして求められた式(9)に示すこの系
の伝達関数G1(s)は、特性方程式を示す分母をみれ
ば、sの1次の項が欠けていることから不安定であり、
振動が生じやすい系であることがわかる。また、このよ
うな2次の系では、1次の項の係数が減衰特性の大きさ
を示すが、この系には1次の項がないことから、非常に
減衰しにくい特性を備えていることがわかる。
の伝達関数G1(s)は、特性方程式を示す分母をみれ
ば、sの1次の項が欠けていることから不安定であり、
振動が生じやすい系であることがわかる。また、このよ
うな2次の系では、1次の項の係数が減衰特性の大きさ
を示すが、この系には1次の項がないことから、非常に
減衰しにくい特性を備えていることがわかる。
【0078】以上の考察は、単なる質点と仮定したブー
ムの慣性およびシリンダ内の作動油の弾性のみを考慮し
た単純なモデルを仮定したものであるにもかかわらず、
シリンダの定常速度を想定した入力に対する実際の応答
が不安定であり、振動が生じやすく、かつ、減衰しにく
いという特性を持っていることを示しているものであ
る。したがって、さらに多くの振動要素を備え、複雑な
振動が生じる実際の油圧クレーンにおいて、操作レバー
に入力される操作量のみによって油圧シリンダを駆動す
る構成をとっている場合には、オペレータが油圧シリン
ダのシリンダ速度dy/dtを想定して操作しても、実
際のシリンダ速度dy/dtの応答は振動しやすく、か
つ、減衰しにくい特性をもつことが予想される。
ムの慣性およびシリンダ内の作動油の弾性のみを考慮し
た単純なモデルを仮定したものであるにもかかわらず、
シリンダの定常速度を想定した入力に対する実際の応答
が不安定であり、振動が生じやすく、かつ、減衰しにく
いという特性を持っていることを示しているものであ
る。したがって、さらに多くの振動要素を備え、複雑な
振動が生じる実際の油圧クレーンにおいて、操作レバー
に入力される操作量のみによって油圧シリンダを駆動す
る構成をとっている場合には、オペレータが油圧シリン
ダのシリンダ速度dy/dtを想定して操作しても、実
際のシリンダ速度dy/dtの応答は振動しやすく、か
つ、減衰しにくい特性をもつことが予想される。
【0079】次に、油圧シリンダ20に供給される作動
油流量Qを決定する流量制御弁87への制御量uに、油
圧シリンダ20のシリンダ差圧pをフィードバックした
構成について考察する。
油流量Qを決定する流量制御弁87への制御量uに、油
圧シリンダ20のシリンダ差圧pをフィードバックした
構成について考察する。
【0080】具体的には、流量制御弁87への制御量u
を、次式に示すように、オペレータが操作レバー等を介
して入力する操作量udに加えて、フィードバックゲイ
ンKpを乗じたフィードバック量ufbを引き算して構成
する。
を、次式に示すように、オペレータが操作レバー等を介
して入力する操作量udに加えて、フィードバックゲイ
ンKpを乗じたフィードバック量ufbを引き算して構成
する。
【0081】
【数10】u=ud−Kp・p …(10) この式(10)の制御則を、式(6)に代入して、上記
と同様の演算をすれば、オペレータによる操作量udか
らシリンダ速度dy/dtへの伝達関数G2(s)は次
式によって与えられる。
と同様の演算をすれば、オペレータによる操作量udか
らシリンダ速度dy/dtへの伝達関数G2(s)は次
式によって与えられる。
【0082】
【数11】
【0083】こうして求められた伝達関数G2(s)
は、式(9)に示した伝達関数G1(s)と比較して、
特性方程式を示す分母にsの1次の項が加わっており、
振動の減衰効果を備えている。すなわち、シリンダ差圧
pのフィードバックを行うことによって、粘性を備えた
ダンパを加えた状態と同様の減衰効果が得られているこ
とがわかる。
は、式(9)に示した伝達関数G1(s)と比較して、
特性方程式を示す分母にsの1次の項が加わっており、
振動の減衰効果を備えている。すなわち、シリンダ差圧
pのフィードバックを行うことによって、粘性を備えた
ダンパを加えた状態と同様の減衰効果が得られているこ
とがわかる。
【0084】なお、上述したように、この特性方程式の
sの1次の項の係数の大きさは減衰効果を表しているた
め、フィードバックゲインKpを大きくするほど減衰効
果は大きいものとなる。
sの1次の項の係数の大きさは減衰効果を表しているた
め、フィードバックゲインKpを大きくするほど減衰効
果は大きいものとなる。
【0085】次に、ハイパスフィルタによるフィルタ処
理を行ってフィードバック量を算出する構成について検
討する。
理を行ってフィードバック量を算出する構成について検
討する。
【0086】このハイパスフィルタによるフィルタ処理
は、このシリンダ差圧pの成分のうち、ブーム等の重量
による自重圧成分を除き、油圧シリンダ20の振動を表
している変動成分を抽出するものである。ここでは、こ
のようなハイパスフィルタとして、次式に示す1次進み
要素のフィルタを用いることとする。
は、このシリンダ差圧pの成分のうち、ブーム等の重量
による自重圧成分を除き、油圧シリンダ20の振動を表
している変動成分を抽出するものである。ここでは、こ
のようなハイパスフィルタとして、次式に示す1次進み
要素のフィルタを用いることとする。
【0087】
【数12】G(s)=Ts/(1+Ts) …(12) センサ等によって検出されたシリンダ差圧pを、この1
次進み要素のフィルタを通してその変動成分を抽出し、
この変動成分にフィードバックゲインKpを乗じること
でフィードバック量を算出し、このフィードバック量
を、オペレータが入力する操作量udから引くことによ
って、流量制御弁87に対する制御量uを求める。この
制御則は、次式によって表される。
次進み要素のフィルタを通してその変動成分を抽出し、
この変動成分にフィードバックゲインKpを乗じること
でフィードバック量を算出し、このフィードバック量
を、オペレータが入力する操作量udから引くことによ
って、流量制御弁87に対する制御量uを求める。この
制御則は、次式によって表される。
【0088】
【数13】
【0089】このとき、オペレータによる操作量udか
らシリンダ速度dy/dtへの伝達関数G3(s)は、
次式によって与えられる。
らシリンダ速度dy/dtへの伝達関数G3(s)は、
次式によって与えられる。
【0090】
【数14】
【0091】ただし、
【0092】
【数15】
【0093】ここで、この伝達関数G3(s)の安定性
について、Hurwitzの安定判別法によって検討す
る。この伝達関数G3(s)の特性方程式は、次式とな
る。
について、Hurwitzの安定判別法によって検討す
る。この伝達関数G3(s)の特性方程式は、次式とな
る。
【0094】
【数16】s3+a1s2+a2s+a3=0 …(16) この系が安定であるためには、特性方程式(16)の係
数がすべて正値であることが必要であるが、定数A,
V,β,mは全て正値であるため、1次進み要素の時定
数TおよびフィードバックゲインKpを正値にとれば、
この係数は全て正値となる。
数がすべて正値であることが必要であるが、定数A,
V,β,mは全て正値であるため、1次進み要素の時定
数TおよびフィードバックゲインKpを正値にとれば、
この係数は全て正値となる。
【0095】また、系が安定であるためには、特性方程
式(16)の係数から作られる行列式(a1・a2−
a3)の値が正であることが必要であるが、この特性方
程式(16)においては、次式に示すようにこの行列式
の値は正となっている。
式(16)の係数から作られる行列式(a1・a2−
a3)の値が正であることが必要であるが、この特性方
程式(16)においては、次式に示すようにこの行列式
の値は正となっている。
【0096】
【数17】 a1・a2−a3=AKp/(Vβ)>0…(17) したがって、1次進み要素の時定数Tおよびフィードバ
ックゲインKpを正値とすれば、シリンダ差圧pに1次
進み要素からなるハイパスフィルタを用いてフィードバ
ックを行うことにより、この系の安定性が保証されてい
るといえる。
ックゲインKpを正値とすれば、シリンダ差圧pに1次
進み要素からなるハイパスフィルタを用いてフィードバ
ックを行うことにより、この系の安定性が保証されてい
るといえる。
【0097】以上のように、油圧シリンダ20のシリン
ダ差圧pから、1次進み要素からなるハイパスフィルタ
を用いて変動成分を抽出し、この変動成分にフィードバ
ックゲインKpを乗じることでフィードバック量を算出
して、オペレータの入力する操作量udからこのフィー
ドバック量を引くことで制御量uを算出する系を構成す
れば、系の安定性が保証され、振動を抑えることができ
ることがわかる。
ダ差圧pから、1次進み要素からなるハイパスフィルタ
を用いて変動成分を抽出し、この変動成分にフィードバ
ックゲインKpを乗じることでフィードバック量を算出
して、オペレータの入力する操作量udからこのフィー
ドバック量を引くことで制御量uを算出する系を構成す
れば、系の安定性が保証され、振動を抑えることができ
ることがわかる。
【0098】第2実施形態次に、上述した第1実施形態
においては、オペレータの入力する操作量udに対し
て、過大なフィードバックが行われることを抑制するた
めに、コントローラ60の中で電気的な演算処理過程と
して構成していたリミッター(リミッター処理過程6
4)を、油圧回路の構成によって実現した第2実施形態
について説明する。
においては、オペレータの入力する操作量udに対し
て、過大なフィードバックが行われることを抑制するた
めに、コントローラ60の中で電気的な演算処理過程と
して構成していたリミッター(リミッター処理過程6
4)を、油圧回路の構成によって実現した第2実施形態
について説明する。
【0099】図6に、この第2実施形態の油圧回路構成
を示す。なお、第1実施形態と同様の構成部分には同一
の符号を付して重複説明を省略する。
を示す。なお、第1実施形態と同様の構成部分には同一
の符号を付して重複説明を省略する。
【0100】まず、この図において、コントロールバル
ブ30のブーム起伏上げ側の油圧回路構成をみると、こ
の起伏上げ側の電磁比例パイロット減圧弁36は、オペ
レータが操作する操作レバー43によって直接制御され
るようになっている。すなわち、この起伏上げ側の動作
については、振動を抑制するためのフィードバックを行
わない構成となっている。これは、油圧式クレーン等に
おいては、ブームの起伏上げ動作は起伏下げ動作と比較
して振動が発生することが少ないため、このブームの起
伏上げ動作については振動を抑制するフィードバック構
成を省略して構成の簡素化を図っているものである。
ブ30のブーム起伏上げ側の油圧回路構成をみると、こ
の起伏上げ側の電磁比例パイロット減圧弁36は、オペ
レータが操作する操作レバー43によって直接制御され
るようになっている。すなわち、この起伏上げ側の動作
については、振動を抑制するためのフィードバックを行
わない構成となっている。これは、油圧式クレーン等に
おいては、ブームの起伏上げ動作は起伏下げ動作と比較
して振動が発生することが少ないため、このブームの起
伏上げ動作については振動を抑制するフィードバック構
成を省略して構成の簡素化を図っているものである。
【0101】このように、この発明にかかる流量制御装
置は、油圧アクチュエータの動作方向のうち、必要性の
高い一方のみについて採用し、全体としての構成の簡素
化を図ってもよい。
置は、油圧アクチュエータの動作方向のうち、必要性の
高い一方のみについて採用し、全体としての構成の簡素
化を図ってもよい。
【0102】つづいて、コントロールバルブ30のブー
ム起伏下げ動作を行う油圧回路構成をみると、この起伏
下げ側の電磁比例パイロット減圧弁37は、上述した第
1実施形態と同様に、コントローラ30が出力する制御
量uによってその開度が制御されるようになっている。
そして、オペレータから操作レバー44に入力された操
作量udは、油圧リモコン弁45の2次圧として圧力セ
ンサ46を介してコントローラ60に入力され、このコ
ントローラ30が出力する制御量uは、このオペレータ
の操作量udに、油圧シリンダ20のシリンダヘッド圧
PHおよびシリンダロッド圧PR等に基づくフィードバッ
ク量ufbを加えて算出されるようになっている。
ム起伏下げ動作を行う油圧回路構成をみると、この起伏
下げ側の電磁比例パイロット減圧弁37は、上述した第
1実施形態と同様に、コントローラ30が出力する制御
量uによってその開度が制御されるようになっている。
そして、オペレータから操作レバー44に入力された操
作量udは、油圧リモコン弁45の2次圧として圧力セ
ンサ46を介してコントローラ60に入力され、このコ
ントローラ30が出力する制御量uは、このオペレータ
の操作量udに、油圧シリンダ20のシリンダヘッド圧
PHおよびシリンダロッド圧PR等に基づくフィードバッ
ク量ufbを加えて算出されるようになっている。
【0103】したがって、通常は、上述した第1実施形
態と同様に、このフィードバックによって油圧シリンダ
20の振動を抑制しながら、オペレータの操作量udに
応じて油圧シリンダ20が制御される。
態と同様に、このフィードバックによって油圧シリンダ
20の振動を抑制しながら、オペレータの操作量udに
応じて油圧シリンダ20が制御される。
【0104】ところが、この第2実施形態の起伏下げ側
の油圧回路の構成は、オペレータの入力する操作量ud
は、一旦油圧リモコン弁45の2次圧として出力され、
この油圧リモコン弁45の2次圧は、起伏下げ側のパイ
ロット減圧弁37の油圧源となっている点において、第
1実施形態と相違している。
の油圧回路の構成は、オペレータの入力する操作量ud
は、一旦油圧リモコン弁45の2次圧として出力され、
この油圧リモコン弁45の2次圧は、起伏下げ側のパイ
ロット減圧弁37の油圧源となっている点において、第
1実施形態と相違している。
【0105】このような起伏下げ側の油圧回路構成によ
れば、このコントローラ30が出力する制御量uがオペ
レータの入力する操作量udより大きい場合、すなわ
ち、オペレータの操作量udに対して過大なフィードバ
ック量ufbが加えられた制御量uが出力された場合であ
っても、パイロット減圧弁37が、オペレータの操作量
udに応じて設定される油圧リモコン弁45の2次圧を
油圧源としているため、このパイロット減圧弁37から
オペレータの操作量udを越える出力がなされることは
ない。すなわち、オペレータの入力手段となっている油
圧リモコン弁45と起伏下げ側のパイロット減圧弁37
とが直列に接続された構成となっていることにより、過
大なフィードバックが行われることが防止され、これら
の構成がリミッターとして機能している。
れば、このコントローラ30が出力する制御量uがオペ
レータの入力する操作量udより大きい場合、すなわ
ち、オペレータの操作量udに対して過大なフィードバ
ック量ufbが加えられた制御量uが出力された場合であ
っても、パイロット減圧弁37が、オペレータの操作量
udに応じて設定される油圧リモコン弁45の2次圧を
油圧源としているため、このパイロット減圧弁37から
オペレータの操作量udを越える出力がなされることは
ない。すなわち、オペレータの入力手段となっている油
圧リモコン弁45と起伏下げ側のパイロット減圧弁37
とが直列に接続された構成となっていることにより、過
大なフィードバックが行われることが防止され、これら
の構成がリミッターとして機能している。
【0106】このように、上述の第1実施形態において
コントローラ30内で電気的に行うように構成した種々
の演算動作は、たとえばリミッターについてはこの第2
実施形態に示したように、油圧回路の構成によって実現
してもよい。あるいはまた、他の機械的な構成によって
実現してもよい。
コントローラ30内で電気的に行うように構成した種々
の演算動作は、たとえばリミッターについてはこの第2
実施形態に示したように、油圧回路の構成によって実現
してもよい。あるいはまた、他の機械的な構成によって
実現してもよい。
【0107】
【実施例】次に、第1実施形態(図1)の油圧回路構成
を最大吊上荷重25tonのラフテレーンクレーンに適
用して、実際に振動抑制効果の実験を行い、その効果を
検証する。
を最大吊上荷重25tonのラフテレーンクレーンに適
用して、実際に振動抑制効果の実験を行い、その効果を
検証する。
【0108】実験条件としては、ブーム長30m、吊荷
荷重なし、エンジン回転数1000rpmを設定し、オ
ペレータは、ブームに対して起伏角40degから33
degまでの起伏下げ動作させる操作量udを入力し
た。
荷重なし、エンジン回転数1000rpmを設定し、オ
ペレータは、ブームに対して起伏角40degから33
degまでの起伏下げ動作させる操作量udを入力し
た。
【0109】まず、比較のため、リミッター(リミッタ
ー処理手段64)によりフィードバック量ufbの上限値
が常に0となるように設定することにより、油圧シリン
ダ20の圧力のフィードバックを行わない場合について
検討する。
ー処理手段64)によりフィードバック量ufbの上限値
が常に0となるように設定することにより、油圧シリン
ダ20の圧力のフィードバックを行わない場合について
検討する。
【0110】図7に、フィードバックを行わない場合の
結果を示す。
結果を示す。
【0111】図7(a)は、オペレータによる操作量u
dを表している。縦軸は、この操作量udの大きさ、横軸
は時間である。この図に示すように、オペレータによる
操作量udは、ステップ状の入力となっている。
dを表している。縦軸は、この操作量udの大きさ、横軸
は時間である。この図に示すように、オペレータによる
操作量udは、ステップ状の入力となっている。
【0112】図7(b)は、コントローラ60が出力し
た制御量uを表している。この実験ではフィードバック
を行っていないため、このコントローラ60の制御量u
の大きさの変化は、オペレータによる操作量udと同一
である。
た制御量uを表している。この実験ではフィードバック
を行っていないため、このコントローラ60の制御量u
の大きさの変化は、オペレータによる操作量udと同一
である。
【0113】図7(c)は、このような制御量uの入力
に対する油圧シリンダ20のシリンダ差圧PLの時間応
答を示している。この図に示すように、ステップ状の入
力操作に対して生じた振動が、時間とともに増幅され
て、レバー操作量が0となった後も大きな振動が残って
いる。
に対する油圧シリンダ20のシリンダ差圧PLの時間応
答を示している。この図に示すように、ステップ状の入
力操作に対して生じた振動が、時間とともに増幅され
て、レバー操作量が0となった後も大きな振動が残って
いる。
【0114】図7(d)は、シリンダ差圧PLの変動成
分ΔPLを示している。この変動成分ΔPLは、シリンダ
差圧PLに対して1次進み要素によるハイパスフィルタ
処理を行ったものである。この図に示すように、この変
動成分ΔPLもシリンダ差圧PLの時間変動と同様の時間
応答を示している。
分ΔPLを示している。この変動成分ΔPLは、シリンダ
差圧PLに対して1次進み要素によるハイパスフィルタ
処理を行ったものである。この図に示すように、この変
動成分ΔPLもシリンダ差圧PLの時間変動と同様の時間
応答を示している。
【0115】図7(e)は、ブームの起伏角θの時間応
答を示している。この図に示すように、ブームは起伏角
40degから起伏角33degまで起伏下げ動作をし
ているが、シリンダ差圧の変動成分と同様に大きく振動
しており、かつ、起伏下げ動作中はこの振動が時間とと
もに増大している。
答を示している。この図に示すように、ブームは起伏角
40degから起伏角33degまで起伏下げ動作をし
ているが、シリンダ差圧の変動成分と同様に大きく振動
しており、かつ、起伏下げ動作中はこの振動が時間とと
もに増大している。
【0116】このように、油圧シリンダ20によってブ
ームの起伏動作を行う場合、作業状態によってはハンチ
ングを生じる場合があり、実際にクレーン作業を行うオ
ペレータは、このハンチングを生じさせることなく、ま
た、生じたハンチングを抑えるように操作レバーを操作
する必要があり、操作性が悪いものとなっていることが
わかる。
ームの起伏動作を行う場合、作業状態によってはハンチ
ングを生じる場合があり、実際にクレーン作業を行うオ
ペレータは、このハンチングを生じさせることなく、ま
た、生じたハンチングを抑えるように操作レバーを操作
する必要があり、操作性が悪いものとなっていることが
わかる。
【0117】次に、フィードバック量ufbの上限値u
limを、図3に示す関係により、オペレータの操作量ud
に応じて設定するようにリミッター(リミッター処理手
段64)を構成して、油圧シリンダ20の圧力のフィー
ドバックを行った場合について検討する。
limを、図3に示す関係により、オペレータの操作量ud
に応じて設定するようにリミッター(リミッター処理手
段64)を構成して、油圧シリンダ20の圧力のフィー
ドバックを行った場合について検討する。
【0118】図8に、このフィードバックを行った場合
の結果を示す。
の結果を示す。
【0119】図8(a)は、オペレータによる操作量u
dを表している。この操作量udは、上述のフィードバッ
クを行わない場合と同一の入力となっている。
dを表している。この操作量udは、上述のフィードバッ
クを行わない場合と同一の入力となっている。
【0120】図8(b)は、コントローラ60が出力し
た制御量uを表している。この制御量uは、オペレータ
による操作量(図8(a))に、シリンダ差圧変動成分
ΔPL(後述する図8(d))に基づいて算出されたフ
ィードバック量ufbをフィードバックさせて求められた
ものである。なお、この図に示すように、この制御量u
は、オペレータの操作量udを基本としながら所定の振
幅をもって振動しているが、これは、リミッター処理に
より、過大なフィードバックが行われることで操作性を
害することがないようにフィードバック量ufbを所定の
上限値ulim以下に調整しているためである。
た制御量uを表している。この制御量uは、オペレータ
による操作量(図8(a))に、シリンダ差圧変動成分
ΔPL(後述する図8(d))に基づいて算出されたフ
ィードバック量ufbをフィードバックさせて求められた
ものである。なお、この図に示すように、この制御量u
は、オペレータの操作量udを基本としながら所定の振
幅をもって振動しているが、これは、リミッター処理に
より、過大なフィードバックが行われることで操作性を
害することがないようにフィードバック量ufbを所定の
上限値ulim以下に調整しているためである。
【0121】図8(c)は、このような制御量uの入力
に対する油圧シリンダ20のシリンダ差圧PLの時間応
答を示している。この図に示すように、ステップ状の入
力操作に対して生じた振動は、すぐにほとんど収束して
おり、図7(c)と比較すれば、フィードバックによっ
て高い振動抑制効果が得られていることがわかる。
に対する油圧シリンダ20のシリンダ差圧PLの時間応
答を示している。この図に示すように、ステップ状の入
力操作に対して生じた振動は、すぐにほとんど収束して
おり、図7(c)と比較すれば、フィードバックによっ
て高い振動抑制効果が得られていることがわかる。
【0122】図8(d)は、シリンダ差圧PLの変動成
分ΔPLを示している。この変動成分ΔPLは、シリンダ
差圧PLに対して1次進み要素によるハイパスフィルタ
処理を行って得られたものであり、この変動成分ΔPL
に基づいてフィードバック量ufbが算出される。この図
に示すように、この変動成分ΔPLもシリンダ差圧PLの
時間変動と同様の時間応答を示している。
分ΔPLを示している。この変動成分ΔPLは、シリンダ
差圧PLに対して1次進み要素によるハイパスフィルタ
処理を行って得られたものであり、この変動成分ΔPL
に基づいてフィードバック量ufbが算出される。この図
に示すように、この変動成分ΔPLもシリンダ差圧PLの
時間変動と同様の時間応答を示している。
【0123】図8(e)は、ブームの起伏角θの時間応
答を示している。この図に示すように、ブームは、ハン
チングが生じることもなく、起伏角40degから起伏
角33degまで滑らかに動作をしていることがわか
る。
答を示している。この図に示すように、ブームは、ハン
チングが生じることもなく、起伏角40degから起伏
角33degまで滑らかに動作をしていることがわか
る。
【0124】このように、油圧シリンダ20のシリンダ
差圧変動成分ΔPLに基づいてフィードバックを行うこ
とによって、高い振動の抑制効果が得られ、ほぼオペレ
ータの入力する操作量ud通りにブームの起伏動作が行
われるため、実際にクレーン作業を行うオペレータは、
ハンチング等を気にすることなく、所望のブーム起伏角
θを得ることのみを考えて操作レバーを操作することが
できる。
差圧変動成分ΔPLに基づいてフィードバックを行うこ
とによって、高い振動の抑制効果が得られ、ほぼオペレ
ータの入力する操作量ud通りにブームの起伏動作が行
われるため、実際にクレーン作業を行うオペレータは、
ハンチング等を気にすることなく、所望のブーム起伏角
θを得ることのみを考えて操作レバーを操作することが
できる。
【0125】
【発明の効果】以上のように、本発明にかかる油圧アク
チュエータの流量制御装置によれば、油圧アクチュエー
タに供給される圧油の流量を制御するコントロールバル
ブが、オペレータが操作入力手段を介して入力した操作
量と、油圧アクチュエータの圧力に基づいて算出される
フィードバック量とに応じて制御されるため、油圧アク
チュエータの圧力変動を抑え、この圧力変動に起因する
ブーム等の作業機械や系全体の振動を抑制し、高い操作
性を得ることができる。このとき、振動抑制効果を果た
すのは、油圧アクチュエータの圧力に基づくフィードバ
ック系であるから、アキュムレータ等の振動抑制のため
だけの油圧機器を必要とせず、簡単な構成とすることが
できる。
チュエータの流量制御装置によれば、油圧アクチュエー
タに供給される圧油の流量を制御するコントロールバル
ブが、オペレータが操作入力手段を介して入力した操作
量と、油圧アクチュエータの圧力に基づいて算出される
フィードバック量とに応じて制御されるため、油圧アク
チュエータの圧力変動を抑え、この圧力変動に起因する
ブーム等の作業機械や系全体の振動を抑制し、高い操作
性を得ることができる。このとき、振動抑制効果を果た
すのは、油圧アクチュエータの圧力に基づくフィードバ
ック系であるから、アキュムレータ等の振動抑制のため
だけの油圧機器を必要とせず、簡単な構成とすることが
できる。
【0126】また、油圧アクチュエータの圧力として、
油圧アクチュエータに供給される作動油の入口圧と出口
圧の差圧を用いることすれば、これら入口圧と出口圧と
の相殺分を除いた油圧アクチュエータの駆動力あるいは
油圧アクチュエータにかかる負荷の大きさを検出するこ
とができ、フィードバックによる振動抑制の精度を高め
ることができる。
油圧アクチュエータに供給される作動油の入口圧と出口
圧の差圧を用いることすれば、これら入口圧と出口圧と
の相殺分を除いた油圧アクチュエータの駆動力あるいは
油圧アクチュエータにかかる負荷の大きさを検出するこ
とができ、フィードバックによる振動抑制の精度を高め
ることができる。
【0127】また、油圧アクチュエータの圧力から、振
動を引き起こす原因となる変動成分を抽出し、この変動
成分に基づいてフィードバック量を算出すれば、油圧ア
クチュエータの圧力のうち作業機械の重量等に起因する
自重圧成分等は定常成分として除かれるため、高い圧力
変動の低減効果を得ることができる。
動を引き起こす原因となる変動成分を抽出し、この変動
成分に基づいてフィードバック量を算出すれば、油圧ア
クチュエータの圧力のうち作業機械の重量等に起因する
自重圧成分等は定常成分として除かれるため、高い圧力
変動の低減効果を得ることができる。
【0128】また、油圧アクチュエータの圧力に対し
て、所定周波数以下の低周波成分を除くフィルタ処理を
行うこととすれば、作業状態から求めた自重圧成分を用
いて変動成分を抽出する場合に生じやすい計算誤差を吸
収して、より正確に変動成分を抽出することができる。
て、所定周波数以下の低周波成分を除くフィルタ処理を
行うこととすれば、作業状態から求めた自重圧成分を用
いて変動成分を抽出する場合に生じやすい計算誤差を吸
収して、より正確に変動成分を抽出することができる。
【0129】また、ブーム起伏角度、ブーム長、吊り荷
重、エンジン回転数等の作業状態を検出する作業状態検
出手段をさらに備え、こうして検出された作業状態に応
じて、フィードバック量を算出することとすれば、たと
えば、振動が発生しやすい条件下においては、フィード
バック量を大きくするように構成したり、逆に振動が発
生しにくい条件下では、フィードバック量を小さくする
ように構成するなど、時々刻々と変化する作業状態に応
じて、最適なフィードバック量を算出するように調整す
ることができる。
重、エンジン回転数等の作業状態を検出する作業状態検
出手段をさらに備え、こうして検出された作業状態に応
じて、フィードバック量を算出することとすれば、たと
えば、振動が発生しやすい条件下においては、フィード
バック量を大きくするように構成したり、逆に振動が発
生しにくい条件下では、フィードバック量を小さくする
ように構成するなど、時々刻々と変化する作業状態に応
じて、最適なフィードバック量を算出するように調整す
ることができる。
【0130】また、フィードバック量の絶対値の上限を
設定するリミッタ―を備えれば、過剰なフィードバック
による操作性の悪化や高次の自励振動の発生を防止する
ことができる。
設定するリミッタ―を備えれば、過剰なフィードバック
による操作性の悪化や高次の自励振動の発生を防止する
ことができる。
【0131】特に、フィードバック量の上限を、オペレ
ータにより入力される操作量に応じて設定するようにリ
ミッターを構成すれば、オペレータによる微小な操作が
行われている場合においても高い操作性を得ることがで
きる。
ータにより入力される操作量に応じて設定するようにリ
ミッターを構成すれば、オペレータによる微小な操作が
行われている場合においても高い操作性を得ることがで
きる。
【0132】さらに、リミッターを、オペレータの操作
量が0のときにはフィードバック量の上限が0に設定さ
れるように構成すれば、オペレータが操作入力していな
いときに、フィードバックによって油圧アクチュエータ
が勝手に動作することを防止して、高い操作性ととも
に、高い安全性を得ることができる。
量が0のときにはフィードバック量の上限が0に設定さ
れるように構成すれば、オペレータが操作入力していな
いときに、フィードバックによって油圧アクチュエータ
が勝手に動作することを防止して、高い操作性ととも
に、高い安全性を得ることができる。
【図1】本発明にかかる油圧アクチュエータの流量制御
装置の第1実施形態を示す概略図である。
装置の第1実施形態を示す概略図である。
【図2】同装置のコントローラ60における算出過程を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図3】同装置のリミッター処理過程64におけるオペ
レータの操作量udとフィードバック量上限値ulimとの
関係の一例を示すグラブである。
レータの操作量udとフィードバック量上限値ulimとの
関係の一例を示すグラブである。
【図4】油圧クレーンの油圧シリンダ系のモデルを示す
構成図である。
構成図である。
【図5】直交シリンダ系のモデルを示す構成図である。
【図6】本発明にかかる油圧アクチュエータの流量制御
装置の第2実施形態を示す概略図である。
装置の第2実施形態を示す概略図である。
【図7】フィードバックを行わない場合のブーム起伏角
θ等の時間応答を示すグラフである。
θ等の時間応答を示すグラフである。
【図8】フィードバックを行った場合のブーム起伏角θ
等の時間応答を示すグラフである。
等の時間応答を示すグラフである。
【図9】従来の油圧アクチュエータの流量制御装置を示
す概略図である。
す概略図である。
10 油圧ポンプ 20 油圧シリンダ(油圧アクチュエータ) 30 コントロールバルブ 31,32 電磁比例式パイロット減圧弁(バルブ制御
手段) 40 操作レバー(操作入力手段) 51 ヘッド側圧力センサ(圧力検出手段) 52 ロッド側圧力センサ(圧力検出手段) 60 コントローラ(バルブ制御手段、圧力検出手段)
手段) 40 操作レバー(操作入力手段) 51 ヘッド側圧力センサ(圧力検出手段) 52 ロッド側圧力センサ(圧力検出手段) 60 コントローラ(バルブ制御手段、圧力検出手段)
Claims (10)
- 【請求項1】 作業機械を駆動する油圧アクチュエータ
と、前記油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポン
プと、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間
に設けられて前記油圧アクチュエータに供給される圧油
の流量を制御するコントロールバルブと、前記油圧アク
チュエータに対する供給流量を指令する操作入力手段
と、前記操作入力手段に入力される操作量に応じて前記
コントロールバルブに対する制御信号を形成するバルブ
制御手段とを備えた油圧アクチュエータの流量制御装置
において、 前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力検出手段
と、前記圧力検出手段によって検出された前記油圧アク
チュエータの圧力に基づいて、前記油圧アクチュエータ
の振動を抑えるための前記制御信号へのフィードバック
量を算出するフィードバック量算出手段とを備え、 前記バルブ制御手段が、前記フィードバック量に基づい
て前記コントロールバルブのフィードバック制御を行う
ように構成されたことを特徴とする油圧アクチュエータ
の流量制御装置。 - 【請求項2】 前記圧力検出手段が、前記油圧アクチュ
エータの圧力として、前記油圧アクチュエータの入口圧
と出口圧との差圧を検出するように構成された請求項1
記載の油圧アクチュエータの流量制御装置。 - 【請求項3】 前記フィードバック量算出手段が、前記
圧力検出手段が検出した前記油圧アクチュエータの圧力
から、その変動成分を抽出し、この変動成分に基づいて
前記フィードバック量を算出するように構成された請求
項1または2記載の油圧アクチュエータの流量制御装
置。 - 【請求項4】 前記フィードバック量算出手段が、前記
圧力検出手段が検出した前記油圧アクチュエータの圧力
に対して、所定周波数以下の低周波成分を除くフィルタ
処理を行うことにより、その変動成分を抽出し、この変
動成分に基づいて前記フィードバック量を算出するよう
に構成された請求項3記載の油圧アクチュエータの流量
制御装置。 - 【請求項5】 前記フィードバック量算出手段が、前記
圧力検出手段が検出した前記油圧アクチュエータの圧力
に対して、1次進み要素によるフィルタ処理を行うこと
により、その変動成分を抽出し、この変動成分に基づい
て前記フィードバック量を算出するように構成された請
求項4記載の油圧アクチュエータの流量制御装置。 - 【請求項6】 前記フィードバック量算出手段が、前記
変動成分にフィードバックゲインを乗じた値を前記フィ
ードバック量として算出するように構成された請求項3
〜5のうちいずれかに記載の油圧アクチュエータの流量
制御装置。 - 【請求項7】 請求項1〜6のうちいずれかに記載の油
圧アクチュエータの流量制御装置において、 ブーム起伏角度、ブーム長、吊り荷重、エンジン回転数
等の作業状態を検出する作業状態検出手段をさらに備
え、 前記フィードバック量算出手段が、前記作業状態検出手
段によって検出された前記作業状態に応じて前記フィー
ドバック量を算出するように構成された油圧アクチュエ
ータの流量制御装置。 - 【請求項8】 前記フィードバック量算出手段が、前記
フィードバック量の絶対値の上限を設定するリミッター
を備えた請求項1〜7のうちいずれかに記載の油圧アク
チュエータの流量制御装置。 - 【請求項9】 前記リミッターが、前記フィードバック
量の絶対値の上限を、前記操作入力手段の操作量に応じ
て設定するように構成された請求項8記載の油圧アクチ
ュエータの流量制御装置。 - 【請求項10】 前記リミッターが、前記操作入力手段
の操作量が0のときは、前記フィードバック量を0とす
るように構成された請求項8または9記載の油圧アクチ
ュエータの流量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10156333A JPH11351204A (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 油圧アクチュエータの流量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10156333A JPH11351204A (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 油圧アクチュエータの流量制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11351204A true JPH11351204A (ja) | 1999-12-24 |
Family
ID=15625495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10156333A Withdrawn JPH11351204A (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 油圧アクチュエータの流量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11351204A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100929420B1 (ko) * | 2006-12-28 | 2009-12-03 | 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 | 굴삭기의 붐 충격 완화장치 및 그 제어방법 |
| KR100974286B1 (ko) * | 2009-09-11 | 2010-08-06 | 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 | 굴삭기의 붐 충격 완화장치 |
| KR101275012B1 (ko) * | 2007-12-14 | 2013-06-13 | 현대중공업 주식회사 | 굴삭기용 유량분배 제어장치 및 제어방법 |
| WO2013105357A1 (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-18 | 日立建機株式会社 | 油圧閉回路の駆動装置 |
| JP2015203466A (ja) * | 2014-04-15 | 2015-11-16 | 日立建機株式会社 | 建設機械 |
| WO2018230601A1 (ja) * | 2017-06-13 | 2018-12-20 | 株式会社タダノ | クレーン |
| JP2020009423A (ja) * | 2018-07-02 | 2020-01-16 | 東京エレクトロン株式会社 | 流量制御器、ガス供給系及び流量制御方法 |
| CN111132922A (zh) * | 2017-09-29 | 2020-05-08 | 株式会社多田野 | 起重机 |
| WO2026070244A1 (ja) * | 2024-09-27 | 2026-04-02 | 株式会社小松製作所 | 作業機械 |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP10156333A patent/JPH11351204A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100929420B1 (ko) * | 2006-12-28 | 2009-12-03 | 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 | 굴삭기의 붐 충격 완화장치 및 그 제어방법 |
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| JP2020009423A (ja) * | 2018-07-02 | 2020-01-16 | 東京エレクトロン株式会社 | 流量制御器、ガス供給系及び流量制御方法 |
| US12033834B2 (en) | 2018-07-02 | 2024-07-09 | Tokyo Electron Limited | Flow rate controller, gas supply system, and flow rate control method |
| WO2026070244A1 (ja) * | 2024-09-27 | 2026-04-02 | 株式会社小松製作所 | 作業機械 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050906 |