JPS6124494B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は土木作業機のブーム、アーム、バケ
ツト、旋回等の位置決め制御系にソフトスタート
機能を持たせるためのソフトスタート制御装置に
関する。

設定値と検出値との偏差に応じた速度で位置決
めを行なう制御方式においては、設定値をそのま
ま与えると、与えた瞬間にフルスピードで作業機
が動き出し、パワーシヨベル等の大型機械では衝
撃が大きくなり、居住性が悪く、またバケツトに
入つている土砂を落としてしまうという不具合が
あり、これを改善するためには制御に系ソフトス
タート機能を持たせる必要がある。従来において
は制御系の応答性を悪くすることによりソフトス
タート機能を持たせて衝撃を柔げるようにしたも
のがあつたが、このような方式によるとオーバー
シユート気味あるいはハンチングの状態にもな
り、慣性の大きな機械では採用することはできな
かつた。また偏差信号をクランプして速度が上が
りすぎないようにするものがあつたが、このよう
な方式では動作時間が長くなつてしまうという欠
点があつた。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、
上記従来の欠点を除去して作業機のソフトスター
ト制御装置を提供しようとするものである。

この発明によれば、設定値（移動量）を一次遅
れ要素に入れて立上がりをなめらかにし、これと
制御開始前の検出値とを加算した値を位置の指令
値とし、該指令値と実際の位置との偏差に応じた
速度で位置決め制御を行なうようにしている。す
なわち、上記移動量の設定値を一次遅れ要素を介
して取出すようにしているため、制御が開始され
ると位置の指令値は制御開始前の位置を示す値か
ら徐々に最終的な目標位置を示す値に近づくよう
になり、移動速度の指令すなわち位置の指令値と
検出値との偏差は０から徐々に増大するようにな
つてソフトスタートが実現されるのである。この
ような方式によると制御すべき位置付近すなわち
停止直前においては指令値は定常状態となり一次
遅れ要素を用いない通常の制御と同じなので、制
御系の応答性を悪くする方式のようにオーバーシ
ユート気味あるいはハンチング状態となることは
なく、また、偏差信号をクランプするのでもない
ので動作時間が長くなつてしまうこともない。

以下この発明を添付図面の一実施例にもとづい
て詳しく説明する。

第１図において作業機シリンダ１は、この発明
における制御対象であるパワーシヨベルのブー
ム、アーム、バケツトおよび旋回等をその変位に
応じた位置に駆動するシリンダストローク検出器
２は上記作業機シリンダ１のストロークすなわち
上記制御対象の位置を検出し、検出信号e₁を加算
点３およびサンプルホールド回路４に加える。

スイツチ回路５に加わつている移動量設定信号
e₂は前記作業機シリンダ１の変位量すなわち前記
制御対象の移動量を設定する信号であり、目標位
置と制御開始前の位置との偏差に相当する信号で
ある。この信号e₂は位置決め制御の開始を指令す
る信号S₁の発生により当該スイツチ回路５から取
出されて一次遅れ要素６に入力される。抵抗R₆
とコンデンサC₆とで構成される一次遅れ要素は
上記設定信号e₂の立上がりを第２図ａに示すよう
になだらかにするためのものである。

前記サンプルホールド回路４は前記制御開始指
令信号S₁の発生により前記シリンダストローク検
出器２からの検出信号e₁をホールドする。すなわ
ち、サンプルホールド回路４は制御開始前の制御
対象の位置をホールドする。

インピーダンスの高い抵抗R₇₁，R₇₂およびR₇₃
を含む加算増幅器７は前記一次遅れ要素６から出
力される設定信号e₂および前記サンプルホールド
回路４にホールドされている制御開始前の位置を
示す信号e₀（第２図ｂに示す）を入力し、これら
を加算する。この加算された信号e₂₀（第２図ｃ
に示す）が制御対象への位置指令であり、制御開
始時は制御開始前の位置を示す値e₀で、時間の経
過にともなつて徐々に増大し、最終的な目標位置
を示す値e₀＋e₂に達すると定常状態となる。

加算点３は上記制御対象の位置指令信号e₂₀と
前記シリンダストローク検出器２から出力される
制御対象の位置検出信号e₁との偏差を求め、偏差
信号e₃を補償器８に加える。ここで上記偏差信号
e₃は第１図の制御系において作業機シリンダ１の
変位速度すなわち制御対象の移動速度を指令する
信号として用いられる。前述のように目標位置を
指令する信号e₂₀は制御開始前の位置を示す値e₀
から徐々に最終的な目標位置を示す値e₀＋e₂に増
大していく信号であるため、この信号e₂₀と前記
検出信号e₁（第２図ｄに示す）との偏差をとつた
偏差信号e₃は第２図ｅに示すように制御開始当初
においては０から徐々に増大するようになる。従
つて、この偏差信号e₃が速度指令として与えられ
ると、制御対象はゆるやかな速度をもつて動きは
じめることになりソフトスタートが実現される。
はじめのうちは位置指令信号e₂₀の変化がわりあ
い大きく偏差信号e₃はしだいに大きくなり、制御
対象は徐々に加速するが、時間の経過とともに位
置指令信号e₂₀の変化は小さくなり、これによつ
て偏差信号e₃はしだいに小さくなり、制御対象は
減速して目標位置で停止する。

補償器８はこの発明とは直接関係ないが、位置
決め精度の向上と動作時間の短縮を両立させるた
めに設けられているもので、上記偏差信号e₃の値
に応じてゲインを２段階に切換えるように構成さ
れている。すなわち、位置決め精度を向上させる
ためには制御系のゲインを上げることが必要であ
るが、ゲインが一様に高いと目標位置に近づくと
きの速度指令の変化が大きく、特に遠くあら目標
位置に近づく場合はパワーシヨベル等のような大
型機械では慣性によりこの速度指令に追従できず
目標位置から大幅に行き過ぎてしまうおそれがあ
るため、目標位置付近においてのみゲインを高く
するようにしている。そして、目標位置から離れ
た位置においては一定の値にクランプしてしまう
方法も考えられるが、このようにすると今度は動
作時間が長くなつてしまうため、上記目標位置付
近でのゲインよりも低くはあるが所定のゲインを
持たせるようにしているのである。すなわち、第
３図に示した入出力特性からもわかるように補償
器８は入力e₃が大きいときは低いゲインとなり、
入力e₃は小さくなると高いゲインになる。

ところで、第１図に示した補償器８は、ダイオ
ードD₁およびD₂の非線型特性を利用して（すな
わち、ダイオードは順方向電圧が加わつている場
合でもその値が小さければ非導通となることを利
用して）反転増幅器９のゲインを２段階に切換え
るようにしたものである。すなわち、偏差信号e₃
が正の場合（検出値が設定値よりも小さい場合）
はダイオードD₂には逆方向電圧が加わつて該ダ
イオードD₂は非導通となり、また、ダイオード
D₁には順方向電圧が加わるが、偏差信号e₃の値が
小さいときは該ダイオードD₁も非導通となる。
従つてこのとき電流は抵抗R₂から抵抗R₃へ流
れ、反転増幅器９のゲインはＲ_２＋Ｒ_３／Ｒ_１となる。
ま た、偏差信号e₃の値が大きいときはダイオードD₁
は導通となるので電流は抵抗R₂からダイオード
D₁へ流れ、反転増幅器９のゲインはＲ_２／Ｒ_１となる。

偏差信号e₃が負の場合（検出値が設定値よりも大
きう場合）はダイオードD₁には逆方向電圧が加
わつて該ダイオードD₁は非導通となり、また、
ダイオードD₂には順方向電圧が加わるが、偏差
信号e₃の値が小さいときは該ダイオードD₁も非導
通となる。従つてこのとき電流は抵抗R₂から抵
抗R₃へ流れ、反転増幅器９のゲインはＲ_２＋Ｒ_３／Ｒ_１
と なる。また、偏差信号e₃の値が大きいときはダイ
オードD₂は導通となるので電流は抵抗R₂からダ
イオードD₂へ流れ、反転増幅器９のゲインはＲ_２／Ｒ_１ となる。以上まとめると反転増幅器９のゲインは
偏差信号e₃の値が大きいとき（目標位置から遠い
とき）は小さいゲインＲ_２／Ｒ_１となり、偏差信号e₃の
値 が小さいとき（目標位置に近いとき）は大きいゲ
インＲ_２＋Ｒ_３／Ｒ_１となる。

反転増幅器９の出力は反転増幅器１０で更に反
転されて補償器８の出力e₄となる。

補償器８の出力信号e₄は加算点１１に加わる。
加算点１１は後述のレバー位置検出回路１６の検
出信号を他方から入力し、上記信号e₄との偏差を
求めて偏差信号e₅を補償器１２に加える。補償器
１２は偏差信号e₅の特性を適当に補償するもので
あるが、この発明とは直接関係ないのでここでは
特に説明しない。補償器１２の出力はドライバ１
３を介してアクチユエータ１４を駆動し、該アク
チユエータ１４に連動する作業機レバー１５を動
作させる。ここで、作業機レバー１５は手動運転
する場合に操作されるレバーで、その操作位置に
応じた速さでブーム、アーム、バケツト、旋回等
制御対象の作業機シリンダ１が駆動される。すな
わち、前記補償器８の出力e₄は前述のように作業
機シリンダ１の速度指令としてはたらいているの
である。レバー位置検出器１６は前記作業機レバ
ー１５のレバー位置を検出して検出信号を前記加
算点１１に加え、該加算点１１は前記信号e₄との
偏差を求め、該偏差e₅が０になるように作業機レ
バー１５の位置を制御する。

以上説明したようにこの発明によれば、指令位
置と検出位置との偏差に応じた速度で制御対象を
移動させる位置決め制御において、上記指令位置
を制御開始前の位置から徐々に最終的な目標位置
に近づけていくようにしたのでソフトスタートを
実現することができる。しかも、指令位置が目標
位置まで達した後は通常の位置決め制御と何ら変
わるところがないので、制御系の応答性が悪くし
てソフトスタートを実現する方式のようにオーバ
ーシユートあるいはハンチングをおこすこともな
く、また、偏差信号をクランプして全体の動作速
度をおそくしてしまう方式のように制御時間が長
くなることもないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図、第２図は第１図に示した実施例の動作説明
図、第３図は第１図の補償器の入出力特性を示す
ブロツク図である。 ４…サンプルホールド回路、５…スイツチ回
路、６…一次遅れ要素、７…加算増幅器、８…補
償器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 目標位置と検出位置との偏差に応じた速度で
   制御対象を移動させる作業機の位置決め制御系に
   おいて、制御開始指令にもとづいて目標位置と制
   御開始時における位置の偏差に相当する移動量を
   指令する信号を入力し、該移動量指令信号の立上
   がりをなめらかにする一次遅れ要素と、制御開始
   時の前記制御対象物の位置検出信号を保持するホ
   ールド回路と、前記一次遅れ要素およびホールド
   回路の出力を加算する加算回路とを具え、前記加
   算回路からの出力を前記位置決め制御系における
   目標位置を指令する信号として利用するようにし
   た作業機のソフトスタート制御装置。