特許 5652857 作業機械の電動機トルク制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5652857

(24)【登録日】2014年11月28日

(45)【発行日】2015年1月14日

(54)【発明の名称】作業機械の電動機トルク制御装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20141218BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 Z

   E02F9/20 D

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2010-142743(P2010-142743)

(22)【出願日】2010年6月23日

(65)【公開番号】特開2012-7334(P2012-7334A)

(43)【公開日】2012年1月12日

【審査請求日】2012年12月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】505236469

【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル

(74)【代理人】

【識別番号】100085394

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 哲夫

(74)【代理人】

【識別番号】100165456

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 佑子

(72)【発明者】

【氏名】森田 大蔵

(72)【発明者】

【氏名】井口 高志

【審査官】 ▲高▼橋 祐介

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／０３３４０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１１５６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７３２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６３５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−００２１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２０ − ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ギヤ機構を介して作動体を電動機に連繋し、該電動機のトルク制御にもとづいて前記作動体を作動させる作業機械の電動機トルク制御装置であって、
該電動機トルク制御装置は、
前記作動体を操作する操作具の操作位置にもとづいて速度指令を演算する速度指令演算手段と、
前記電動機及び／又は前記作動体の速度フィードバック信号を読み込む速度フィードバック信号読込手段と、
前記速度指令と前記速度フィードバック信号との速度偏差を演算する速度偏差演算手段と、
前記速度偏差にもとづいて前記電動機のトルク指令を演算するトルク指令演算手段と、
前記トルク指令の演算に用いる制御ゲインを補正する制御ゲイン補正手段とを備え、
該制御ゲイン補正手段は、前記ギヤ機構のバックラッシュが影響する速度域の上限を定める速度閾値を備えると共に、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値以下のとき、前記制御ゲインを減少側に補正することを特徴とする作業機械の電動機トルク制御装置。

【請求項2】

前記制御ゲイン補正手段は、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値を超えているとき、前記制御ゲインを増加側に補正することを特徴とする請求項１記載の作業機械の電動機トルク制御装置。

【請求項3】

前記制御ゲイン補正手段は、前記制御ゲインに乗算される補正値を、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号に応じて変化させる補正演算パターンを有し、該補正演算パターンにおける補正値の最大値及び最小値を定めると共に、前記速度閾値よりも大きい第二の速度閾値を備え、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値以下のときは、前記補正値の最小値を前記制御ゲインに乗算して制御ゲインを減少側に補正し、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記第二の速度閾値を超えているときは、前記補正値の最大値を前記制御ゲインに乗算して制御ゲインを増加側に補正し、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値を超え、かつ、前記第二の速度閾値以下のときは、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号に比例する補正値を前記制御ゲインに乗算して制御ゲインを減少側又は増加側に補正することを特徴とする請求項２記載の作業機械の電動機トルク制御装置。

【請求項4】

前記制御ゲイン補正手段は、前記速度指令と前記速度フィードバック信号の比較にもとづいて加速時であるか減速時であるかを判断すると共に、加速時と減速時では異なる補正演算パターンを用いて前記制御ゲインを補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の作業機械の電動機トルク制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機（電動機及び発電機として機能する電動発電機を含む）のトルク制御にもとづいて作動体を作動させる油圧ショベル等の作業機械の電動機トルク制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、油圧ショベル等の作業機械においても、省エネルギー化や排ガス低減等を達成するべく、動力源として電動機等の電気式動力装置を用いる電気式システムや、エンジンと電気式動力装置とを併用するハイブリッドシステムの採用が図られている。例えば、このような電気式システムやハイブリッドシステムを採用した作業機械の一つとして、下部走行体上に旋回自在に設けられる上部旋回体（作動体）を、電動機で旋回駆動させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

このような作業機械には、電動機のトルク制御を行う電動機トルク制御装置が設けられている。従来の電動機トルク制御装置１００は、例えば、図１１に示すように、上部旋回体１０１を旋回操作する操作レバー１０２の操作位置にもとづいて速度指令ωｄを演算する速度指令演算手段１０３と、上部旋回体１０１の速度フィードバック信号ωを読み込む速度フィードバック信号読込手段１０４と、速度指令ωｄと速度フィードバック信号ωとの速度偏差Δωを演算する速度偏差演算手段１０５と、速度偏差Δωにもとづいて電動機１０６のトルク指令Ｔｒｄを演算するトルク指令演算手段１０７とを備えて構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２７３２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図１２に示すように、トルク指令Ｔｒｄの演算には、速度偏差Δωに対するトルク指令Ｔｒｄの比率を決める制御ゲインＧ１が用いられる。制御ゲインＧ１の最適値は、制御の安定性及び応答性を両立可能な値であり、一般的には、制御の安定性を確保し得るゲイン値の範囲内において、最大のゲイン値が用いられる。つまり、制御の安定性が高いシステムでは、制御ゲインＧ１の値を大きくして良好な応答性が得られるが、制御の安定性が低いシステムでは、応答性を犠牲にして制御ゲインＧ１の値を小さくする必要があった。

【0006】

特に、ギヤ機構（例えば、ギヤ式の減速機１０８）を介して作動体を電動機に連繋させる作業機械では、ギヤ機構に存在するバックラッシュが制御の不安定要素になり、制御ゲインを大きくできないという問題があった。つまり、ギヤ機構のバックラッシュは、電動機の微小指令応答を大きくし、ハンチングなどの不安定事象を引き起す可能性がある。これを防止して制御の安定性を増すには、制御ゲインの値を小さくする必要があるので、大きなトルクが必要な負荷状況であっても、十分なトルクを発生させることができず、応答性が低下するという問題があった。

【0007】

尚、特許文献１では、起動時（旋回体検出速度が設定値以下）や押し付け時（旋回体速度指令と旋回体検出速度の偏差が設定値以上）に制御ゲインを所定値以下にすることが示されているが、ギヤ機構に存在するバックラッシュとの関係や、負荷が大きいときの応答性の向上については、何ら言及されていない。また、特許文献１では、旋回体検出速度を制御ゲインの補正条件としているので、ギヤ機構のバックラッシュに起因する電動機の速度変動を把握して制御に反映することは困難である。しかも、特許文献１では、旋回体速度指令と旋回体検出速度の偏差が設定値以上のとき、制御ゲインを所定値以下にするので、オペレータが高応答を期待する状況において制御ゲインが減少し、逆効果となる可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、ギヤ機構を介して作動体を電動機に連繋し、該電動機のトルク制御にもとづいて前記作動体を作動させる作業機械の電動機トルク制御装置であって、該電動機トルク制御装置は、前記作動体を操作する操作具の操作位置にもとづいて速度指令を演算する速度指令演算手段と、前記電動機及び／又は前記作動体の速度フィードバック信号を読み込む速度フィードバック信号読込手段と、前記速度指令と前記速度フィードバック信号との速度偏差を演算する速度偏差演算手段と、前記速度偏差にもとづいて前記電動機のトルク指令を演算するトルク指令演算手段と、前記トルク指令の演算に用いる制御ゲインを補正する制御ゲイン補正手段とを備え、該制御ゲイン補正手段は、前記ギヤ機構のバックラッシュが影響する速度域の上限を定める速度閾値を備えると共に、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値以下のとき、前記制御ゲインを減少側に補正することを特徴とする。
また、前記制御ゲイン補正手段は、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値を超えているとき、前記制御ゲインを増加側に補正することを特徴とする。
また、前記制御ゲイン補正手段は、前記制御ゲインに乗算される補正値を、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号に応じて変化させる補正演算パターンを有し、該補正演算パターンにおける補正値の最大値及び最小値を定めると共に、前記速度閾値よりも大きい第二の速度閾値を備え、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値以下のときは、前記補正値の最小値を前記制御ゲインに乗算して制御ゲインを減少側に補正し、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記第二の速度閾値を超えているときは、前記補正値の最大値を前記制御ゲインに乗算して制御ゲインを増加側に補正し、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号が前記速度閾値を超え、かつ、前記第二の速度閾値以下のときは、前記速度指令又は前記電動機の速度フィードバック信号に比例する補正値を前記制御ゲインに乗算して制御ゲインを減少側又は増加側に補正することを特徴とする。
また、前記制御ゲイン補正手段は、前記速度指令と前記速度フィードバック信号の比較にもとづいて加速時であるか減速時であるかを判断すると共に、加速時と減速時では異なる補正演算パターンを用いて前記制御ゲインを補正することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

請求項１の発明によれば、ギヤ機構のバックラッシュが影響する速度域の上限を定める速度閾値を備えると共に、速度指令又は電動機の速度フィードバック信号が速度閾値以下のとき、制御ゲインを減少側に補正するので、ギヤ機構のバックラッシュが影響する速度域においては、制御ゲインを小さくして制御の安定性を向上させることができる一方、ギヤ機構のバックラッシュが影響しない速度域においては、適正な制御ゲインを用いることにより応答性の低下を防止することができる。特に、速度指令に応じて制御ゲインを補正する場合は、オペレータが高応答を期待する状況（速度指令大）において、制御ゲインが減少側に補正されるというオペレータの意思に反した制御動作を確実に防止することができる。また、電動機の速度フィードバック信号に応じて制御ゲインを補正する場合は、作動体の速度フィードバック信号を用いる場合に比べ、ギヤ機構のバックラッシュに起因する速度変動を明確に把握して制御に反映することができる。
また、請求項２の発明によれば、速度指令又は電動機の速度フィードバック信号が速度閾値を超えているとき、制御ゲインを増加側に補正するので、ギヤ機構のバックラッシュが影響しない速度域において、可及的に大きな制御ゲインを適用し、負荷が大きい状況でも良好な応答性を示すことができる。
また、請求項３の発明によれば、制御ゲインを減少側に補正する速度域と、制御ゲインを増加側に補正する速度域との間において、制御ゲインが急激に変化することを防止できるので、制御ゲインの急激な変化に伴う速度変動や衝撃の発生を回避することができる。
また、請求項４の発明によれば、速度指令と速度フィードバック信号の比較にもとづいて加速時であるか減速時であるかを判断すると共に、加速時と減速時では異なる補正演算パターンを用いて制御ゲインを補正するので、加速時と減速時の特性の違いが反映された制御ゲインの補正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】油圧ショベルの側面図である。

【図2】電気式旋回システムの制御構成を示す制御ブロック図である。

【図3】電動機トルク制御に用いる制御ゲインの補正演算パターンを示す説明図である。

【図4】電動機トルク制御の処理手順を示すフローチャート図である。

【図5】制御ゲイン補正演算（パターンＡ）の処理手順を示すフローチャート図である。

【図6】制御ゲイン補正演算（パターンＢ）の処理手順を示すフローチャート図である。

【図7】制御ゲイン補正演算（パターンＣ）の処理手順を示すフローチャート図である。

【図8】第二実施形態に係る制御ブロック図である。

【図9】第三実施形態に係る制御ブロック図である。

【図10】第三実施形態に係る制御ゲインの補正演算パターンを示す説明図である。

【図11】従来例に係る制御ブロック図である。

【図12】（Ａ）は、速度指令演算の例を示す説明図、（Ｂ）は、トルク指令演算の例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、作業機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着される作業部４等から構成され、さらに、該作業部４は、ブーム５、アーム６、バケット７等を用いて構成されている。

【0012】

図２は、油圧ショベル１に適用される電気式旋回システムの制御構成を示す制御ブロック図であって、油圧ショベル１では、ギヤ式の減速機（ギヤ機構）８を介して上部旋回体３を電動機９に連繋し、該電動機９のトルク制御にもとづいて上部旋回体３を旋回作動させるように構成されている。尚、電動機９としては、電動機及び発電機として機能する電動発電機を用いてもよい。

【0013】

油圧ショベル１には、電動機９のトルク制御を行う電動機トルク制御装置１０が設けられている。本実施形態の電動機トルク制御装置１０は、操作レバー（操作具）１１の操作位置を検出する操作位置検出手段１２、電動機９の速度ωａを検出する電動機速度検出手段１３ａ、上部旋回体３の速度ωｂを検出する旋回体速度検出手段１３ｂなどから検出信号を入力すると共に、これらの入力信号に応じて電動機９の駆動トルクを制御するが、制御対象が電動発電機である場合は、駆動トルクだけでなく、回生トルクの制御も行うことができる。

【0014】

電動機トルク制御装置１０は、操作レバー１１の操作位置にもとづいて速度指令ωｄを演算する速度指令演算手段１４と、電動機９及び／又は上部旋回体３の速度フィードバック信号ωを読み込む速度フィードバック信号読込手段１５と、速度指令ωｄと速度フィードバック信号ωとの速度偏差Δωを演算する速度偏差演算手段１６と、速度偏差Δωにもとづいて電動機９のトルク指令Ｔｒｄを演算するトルク指令演算手段１７とを備えている。

【0015】

トルク指令Ｔｒｄの演算には、速度偏差Δωに対するトルク指令Ｔｒｄの比率を決める制御ゲインＧ１が用いられる。例えば、Ｐ制御（比例制御）の場合は、比例要素である制御ゲインＧ１が伝達関数として使用され、ＰＩ制御（比例積分制御）の場合は、比例要素である制御ゲインＧ１と、積分要素（Ｔ１／ｓ）との加算値が伝達関数として使用される。尚、Ｔ１は時定数パラメータであり、ｓはラプラス演算子である。

【0016】

制御ゲインＧ１の最適値は、制御の安定性及び応答性を両立可能な値であり、一般的には、制御の安定性を確保し得る制御ゲインの範囲内において、最大の値が用いられる。しかしながら、ギヤ式の減速機８を介して上部旋回体３を旋回させる油圧ショベル１では、減速機８に存在するバックラッシュが制御の不安定要素になるので、応答性を犠牲にして制御ゲインＧ１を小さくする必要があった。

【0017】

例えば、減速機８の機器ゲイン（指令速度に対する出力速度の比率）をＧ２とした場合、バックラッシュによってギヤが噛み合っていない状態では、機器ゲインＧ２が大きく、ギヤが噛み合っている状態では、機器ゲインＧ２が小さくなる。このような機器ゲインＧ２の変動は、電動機９の微小指令応答を大きくし、ハンチングなどの不安定事象を引き起す可能性があるので、従来では、制御の安定性を確保するために制御ゲインＧ１の値を小さくしていた。その結果、大きなトルクが必要な負荷状況（負荷＝１／Ｍ１ｓ＋ｃ）であっても、十分なトルクを発生させることができず、応答性が低下するという問題が生じていた。尚、Ｍ１は純粋な負荷と装置の慣性力との加算値であり、ｃは装置の抵抗係数である。

【0018】

上記のような問題は、制御ゲインＧ１を運転状態に応じて可変とすることにより解決可能と考えられる。例えば、システム全体のゲインをＧ０、Ｔ１≒０とすると、システムゲインＧ０は、下記の式で表すことができる。
Ｇ０＝Ｇ１×Ｇ２／（Ｍ１ｓ＋ｃ）
ここで、Ｇ０が最適なシステムゲインとすると、最適な制御ゲインＧ１は、下記の式で表すことができる。
Ｇ１＝Ｇ０／Ｇ２×（Ｍ１ｓ＋ｃ）
そして、機器ゲインＧ２と負荷Ｍ１は、運転状況に応じて変化する変数であるため、機器ゲインＧ２と負荷Ｍ１を把握することにより、制御ゲインＧ１を最適値に調整（補正）することが可能になる。具体的には、負荷が小さく、かつ、バックラッシュが影響する運転状況では、制御ゲインＧ１を減少側に補正し、負荷が大きい運転状況では、制御ゲインＧ１を増加側に補正することにより、制御の安定性及び応答性を両立可能な最適な制御ゲインＧ１を得る。
以下、制御ゲインＧ１の補正処理について詳細に説明する。

【0019】

図２に示すように、電動機トルク制御装置１０は、制御ゲインＧ１を補正する制御ゲイン補正手段１８を備えている。制御ゲイン補正手段１８は、減速機８のバックラッシュが影響する速度域の上限を定める速度閾値ωｄ０を備えると共に、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０以下のとき、制御ゲインＧ１を減少側に補正するようになっている。このようにすると、減速機８のバックラッシュが影響する速度域においては、制御ゲインＧ１を小さくして制御の安定性を向上させることができる一方、減速機８のバックラッシュが影響しない速度域においては、適正な制御ゲインＧ１を用いることにより応答性の低下を防止することができる。特に、本実施形態では、速度指令ωｄに応じて制御ゲインＧ１を補正するので、オペレータが高応答を期待する状況（速度指令ωｄ大）において、制御ゲインＧ１が減少側に補正されるというオペレータの意思に反した制御動作を確実に防止することができる。

【0020】

また、制御ゲイン補正手段１８は、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０を超えているとき、制御ゲインＧ１を増加側に補正するようになっている。このようにすると、減速機８のバックラッシュが影響しない速度域において、可及的に大きな制御ゲインを適用し、負荷が大きい状況でも良好な応答性を示すことができる。特に、本実施形態では、速度指令ωｄに応じて制御ゲインＧ１を補正するので、オペレータが高応答を期待する状況において制御ゲインＧ１を確実に増加させることができる。

【0021】

また、制御ゲイン補正手段１８は、図３に示すように、制御ゲインＧ１に乗算される補正値ｈを、速度指令ωｄに応じて変化させる補正演算パターン（パターンＡ〜Ｃ）を有する。これらの補正演算パターンのうち、パターンＢ、Ｃでは、補正演算パターンにおける補正値ｈの最大値ｈｍａｘ及び最小値ｈｍｉｎを定めると共に、速度閾値ωｄ０よりも大きい第二の速度閾値ωｄ１を備え、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０以下のときは、最小値ｈｍｉｎを用いて制御ゲインＧ１を減少側に補正し、速度指令ωｄが第二の速度閾値ωｄ１を超えているときは、最大値ｈｍａｘを用いて制御ゲインＧ１を増加側に補正し、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０を超え、かつ、第二の速度閾値ωｄ１以下のときは、速度指令ωｄに比例する後述の補正値を用いて制御ゲインＧ１を減少側又は増加側に補正するように設定されている。このようにすると、制御ゲインＧ１を減少側に補正する速度域と、制御ゲインＧ１を増加側に補正する速度域との間において、制御ゲインＧ１が急激に変化することを防止できるので、制御ゲインＧ１の急激な変化に伴う速度変動や衝撃の発生を回避することができる。

【0022】

また、制御ゲイン補正手段１８は、速度指令ωｄと速度フィードバック信号ωの比較にもとづいて加速時であるか減速時であるかを判断すると共に、加速時と減速時では異なる補正演算パターンを用いて制御ゲインＧ１を補正することができる。このようにすると、加速時と減速時の特性の違いが反映された制御ゲインＧ１の補正を行うことができる。

【0023】

次に、電動機トルク制御装置１０における電動機トルク制御の具体的な制御手順について、図４〜図７を参照して説明する。但し、制御ゲインＧ１、時定数パラメータＴ１、停止用時定数パラメータＴ１ｓｔｏｐ、停止用補正値ｈｓｔｏｐ、速度閾値ωｄ０、ωｄ１などは、予め与えられているものとする。

【0024】

図４に示すように、電動機トルク制御では、操作レバー１１の操作位置にもとづいて速度指令ωｄを演算すると共に（Ｓ１）、電動機９及び／又は上部旋回体３の速度フィードバック信号ωを読み込み（Ｓ２）、速度指令ωｄと速度フィードバック信号ωとの速度偏差Δωを演算する（Ｓ３）。

【0025】

次に、速度指令ωｄと速度フィードバック信号ωの比較にもとづいて加速時であるか減速時であるかを判断する（Ｓ４）。そして、加速時であると判断した場合は、加速用の補正値演算パターン（図３参照）を用いて補正値ｈを演算し（Ｓ５：図５〜図７参照）、減速時であると判断した場合は、加速用とは異なる減速用の補正値演算パターン（図示せず）を用いて補正値ｈを演算する（Ｓ６）。

【0026】

次に、上部旋回体３が旋回停止状態であるか否かを判断する（Ｓ７）。例えば、速度指令ωｄ＝０、かつ、速度フィードバック信号ω＝０の状態が所定時間継続したとき、旋回停止状態であると判断する。そして、旋回停止状態であると判断した場合は、停止位置保持に必要なトルク指令Ｔｒｄを出力するべく、補正値ｈに停止用補正値ｈｓｔｏｐをセットすると共に、時定数パラメータＴ１に停止用時定数パラメータＴ１ｓｔｏｐをセットする（Ｓ８）。

【0027】

次に、制御ゲインＧ１と補正値ｈを乗算して補正制御ゲインＧ１を求めると共に（Ｓ９）、トルク指令Ｔｒｄを下記の式を用いて演算し（Ｓ１０）、トルク指令Ｔｒｄにもとづいたトルク出力Ｔｒを行う（Ｓ１１）。
トルク指令Ｔｒｄ＝Δω×（Ｇ１×ｈ＋Ｔ１／ｓ）

【0028】

図５は、制御ゲイン補正演算（パターンＡ）の処理手順を示すフローチャート図であって、パターンＡを用いて補正値ｈを演算する場合は、まず、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０以下であるか否かを判断する（Ｓ２１）。そして、この判断結果がＹＥＳの場合は、補正値ｈに最小値ｈｍｉｎをセットし（Ｓ２２）、判断結果がＮＯの場合は、補正値ｈに１をセットする（Ｓ２３）。

【0029】

図６は、制御ゲイン補正演算（パターンＢ）の処理手順を示すフローチャート図であって、パターンＢを用いて補正値ｈを演算する場合は、まず、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０以下であるか否かを判断する（Ｓ３１）。そして、この判断結果がＹＥＳの場合は、補正値ｈに最小値ｈｍｉｎをセットする（Ｓ３２）。一方、ステップＳ３１の判断結果がＮＯの場合は、速度指令ωｄが第二の速度閾値ωｄ１を超えているか否かを判断する（Ｓ３３）。そして、この判断結果がＹＥＳの場合は、補正値ｈに最大値ｈｍａｘをセットするが（Ｓ３４）、判断結果がＮＯの場合は、下記の式を用いて速度指令ωｄに比例する補正値を演算して補正値ｈにセットする（Ｓ３５）。
補正値ｈ＝ｈｍｉｎ＋｛（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／（ωｄ１−ωｄ０）｝×（ωｄ−ωｄ０）

【0030】

図７は、制御ゲイン補正演算（パターンＣ）の処理手順を示すフローチャート図であって、パターンＣを用いて補正値ｈを演算する場合は、まず、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０以下であるか否かを判断する（Ｓ４１）。そして、この判断結果がＹＥＳの場合は、補正値ｈに最小値ｈｍｉｎをセットする（Ｓ４２）。一方、ステップＳ４１の判断結果がＮＯの場合は、速度指令ωｄが第二の速度閾値ωｄ１を超えているか否かを判断する（Ｓ４３）。そして、この判断結果がＹＥＳの場合は、補正値ｈに最大値ｈｍａｘをセットするが（Ｓ４４）、判断結果がＮＯの場合は、下記の式を用いて速度指令ωｄに比例する補正値を演算して補正値ｈにセットする（Ｓ４５）。
補正値ｈ＝１＋｛（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／（ωｄ１−ωｄ０）｝×（ωｄ−ωｄ０）

【0031】

叙述の如く構成された本実施形態によれば、減速機８を介して上部旋回体３を電動機９に連繋し、該電動機９のトルク制御にもとづいて上部旋回体３を旋回作動させる油圧ショベル１の電動機トルク制御装置１０であって、該電動機トルク制御装置１０は、上部旋回体３を旋回操作する操作レバー１１の操作位置にもとづいて速度指令ωｄを演算する速度指令演算手段１４と、電動機９及び／又は上部旋回体３の速度フィードバック信号ωを読み込む速度フィードバック信号読込手段１５と、速度指令ωｄと速度フィードバック信号ωとの速度偏差Δωを演算する速度偏差演算手段１６と、速度偏差Δωにもとづいて電動機９のトルク指令Ｔｒｄを演算するトルク指令演算手段１７と、トルク指令Ｔｒｄの演算に用いる制御ゲインＧ１を補正する制御ゲイン補正手段１８とを備え、該制御ゲイン補正手段１８は、減速機８のバックラッシュが影響する速度域の上限を定める速度閾値ωｄ０を備えると共に、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０以下のとき、制御ゲインＧ１を減少側に補正するので、減速機８のバックラッシュが影響する速度域においては、制御ゲインＧ１を小さくして制御の安定性を向上させることができる一方、減速機８のバックラッシュが影響しない速度域においては、適正な制御ゲインＧ１を用いることにより応答性の低下を防止することができる。特に、本実施形態では、速度指令ωｄに応じて制御ゲインＧ１を補正するので、オペレータが高応答を期待する状況（速度指令ωｄ大）において、制御ゲインＧ１が減少側に補正されるというオペレータの意思に反した制御動作を確実に防止することができる。

【0032】

また、制御ゲイン補正手段１８は、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０を超えているとき、制御ゲインＧ１を増加側に補正するので、減速機８のバックラッシュが影響しない速度域において、可及的に大きな制御ゲインを適用し、負荷が大きい状況でも良好な応答性を示すことができる。特に、本実施形態では、速度指令ωｄに応じて制御ゲインＧ１を補正するので、オペレータが高応答を期待する状況において制御ゲインＧ１を確実に増加させることができる。

【0033】

また、制御ゲイン補正手段１８は、制御ゲインＧ１に乗算される補正値ｈを、速度指令ωｄに応じて変化させる補正演算パターン（パターンＢ、Ｃ）を有し、該補正演算パターンにおける補正値ｈの最大値ｈｍａｘ及び最小値ｈｍｉｎを定めると共に、速度閾値ωｄ０よりも大きい第二の速度閾値ωｄ１を備え、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０以下のときは、最小値ｈｍｉｎを用いて制御ゲインＧ１を減少側に補正し、速度指令ωｄが第二の速度閾値ωｄ１を超えているときは、最大値ｈｍａｘを用いて制御ゲインＧ１を増加側に補正し、速度指令ωｄが速度閾値ωｄ０を超え、かつ、第二の速度閾値ωｄ１以下のときは、速度指令ωｄに比例する補正値を用いて制御ゲインＧ１を減少側又は増加側に補正するので、制御ゲインＧ１を減少側に補正する速度域と、制御ゲインＧ１を増加側に補正する速度域との間において、制御ゲインＧ１が急激に変化することを防止でき、その結果、制御ゲインＧ１の急激な変化に伴う速度変動や衝撃の発生を回避することができる。

【0034】

また、制御ゲイン補正手段１８は、速度指令ωｄと速度フィードバック信号ωの比較にもとづいて加速時であるか減速時であるかを判断すると共に、加速時と減速時では異なる補正演算パターンを用いて制御ゲインＧ１を補正するので、加速時と減速時の特性の違いが反映された制御ゲインＧ１の補正を行うことができる。

【0035】

次に、本発明の第二実施形態に係る電動機トルク制御装置１０Ｂについて、図８を参照して説明する。但し、前記実施形態と共通する部分については、前記実施形態を同じ符号を付与することにより、前記実施形態の説明を援用する。

【0036】

図８は、第二実施形態に係る制御ブロック図であって、第二実施形態の電動機トルク制御装置１０Ｂは、補正前の制御ゲインＧ１にもとづいてトルク指令Ｔｒｄを演算した後に、演算したトルク指令Ｔｒｄを補正値ｈにもとづいて補正する点が前記実施形態と相違している。このような電動機トルク制御装置１０Ｂであっても、前記実施形態と同等な効果を奏することが可能であるが、時定数パラメータＴ１も補正値ｈの影響を受けるので、ＰＩ制御では注意が必要である。

【0037】

次に、本発明の第三実施形態に係る電動機トルク制御装置１０Ｃについて、図９及び図１０を参照して説明する。但し、前記実施形態と共通する部分については、前記実施形態を同じ符号を付与することにより、前記実施形態の説明を援用する。

【0038】

図９は、第三実施形態に係る制御ブロック図、図１０は、第三実施形態に係る制御ゲインの補正演算パターンを示す説明図であって、第三実施形態の電動機トルク制御装置１０Ｃは、電動機９の速度フィードバック信号ω（ωａ）にもとづいて制御ゲインＧ１を補正する点が前記実施形態と相違している。このようにすると、速度フィードバック信号ωにもとづいて制御ゲインＧ１を補正するにあたり、上部旋回体３の速度フィードバック信号ω（ωｂ）を用いる場合に比べ、減速機８のバックラッシュに起因する速度変動を明確に把握して制御に反映することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ 油圧ショベル
３ 上部旋回体
８ 減速機
９ 電動機
１０ 電動機トルク制御装置
１１ 操作レバー
１２ 操作位置検出手段
１３ａ 電動機速度検出手段
１３ｂ 旋回体速度検出手段
１４ 速度指令演算手段
１５ 速度フィードバック信号読込手段
１６ 速度偏差演算手段
１７ トルク指令演算手段
１８ 制御ゲイン補正手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】