液压单元和液压单元中的电动机的速度控制方法

专利名称：液压单元和液压单元中的电动机的速度控制方法
技术领域：
本发明涉及通过电动机驱动液压泵的液压单元。
背景技术：
以往，在将直接连接在电动机上的液压泵作为驱动源的液压单元中， 通过将电动机的速度指令值和当前的旋转速度进行比较来执行速度控制 (PI控制)运算并计算电流指令值，通过逆变器来实现基于电流指令值 的电流控制。而且，通过驱动由逆变器控制的电动机，从液压泵排出液 压油。(例如专利文献l)。
专利文献1:日本特开2004-162860号公报
在这种液压单元中，当通过液压泵的驱动从液压泵排出的油液的总 油液量增加时，该油液的压力(液压)增大。该液压的增大招致排出时 液压泵的负荷增大，使电动机的负荷转矩增大。
因此，在该液压单元中，例如在赋予了阶梯状的速度指令值的情况 下，当电动机的旋转速度响应速度指令值而急剧上升时，液压泵的负荷 急剧增大，进而电动机的负荷转矩急剧增大。而且，当电动机的负荷转 矩急剧增大时，由PI控制而构成的速度控制无法随动，这样有时会导致 电动机的旋转速度降低。
作为防止电动机旋转速度降低的方法，例如有如下方法提高进行 PI控制的微型计算机的处理速度来縮短Pl控制的控制周期，从而提高控 制的响应性。但是，当采用该方法时，产生微型计算机的成本提高。另 外，微型计算机的处理速度的提高在物理上存在极限，所以，在该方法 中，无法有效防止电动机旋转速度的降低。
并且，作为其他方法，有如下方法根据对电动机的旋转速度进行 微分而得到的加速度信息来估计负荷转矩，并在速度控制中利用负荷转
矩。但是，旋转速度是离散的信息，所以噪声成分由于微分而增大。因 此，使用负荷转矩执行速度控制时，动作可能不稳定。
并且，为了提高针对负荷变动的响应性而提高速度控制的增益时， 在赋予了阶梯状的速度指令值时可能产生振荡。

发明内容
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够提 高电动机的旋转速度相对于液压泵的负荷变动的随动性的技术。
本发明的液压单元的第一形态是如下液压单元，该液压单元通过电 动机(15)来驱动液压泵(16A)向液压传动装置提供油液，其特征在于， 该液压单元具有逆变器(14)，其向所述电动机(15)提供电力；负荷传感器(17)，其检测所述液压泵(16A)的负荷；旋转传感器(21)，其 检测所述电动机(15)的旋转速度；电流指令值运算单元(12)，其运算 电流指令值，使表示所述电动机(15)的目标旋转速度的速度指令值和 所述电动机(15)的旋转速度之间的偏差收敛于零；校正单元(18A、…、 18D)，其根据所述液压泵的负荷来校正所述电流指令值；以及控制信号
生成单元(13)，其根据校正后的电流指令值，向所述逆变器(14)输出 控制信号。
并且，液压单元的第二形态的特征是，在其第一形态中，所述校正 单元(18A、、 18D)校正所述电流指令值，以使所述电动机(15)的 旋转速度伴随所述液压泵(16A)的负荷的上升而上升。
并且，液压单元的第三形态的特征是，在其第一或第二形态中，所 述校正单元(18A、…、18D)使所述电流指令值伴随所述液压泵(16A) 的负荷的上升而增加。
并且，液压单元的第四形态的特征是，在其第一至第三形态的任意 一个形态中，所述校正单元(].8A)使用预先设定的校正系数(Kf)取得 校正值(If)，在所述电流指令值中加上所述校正值(If)。
并且，液压单元的第五形态的特征是，在其第一至第三形态的任意 一个形态中，所述校正单元(18B、 18C、 18D)使用预先取得的数据表(DT)取得校正值(If)，在所述电流指令值中加上所述校正值(If)。
并且，液压单元的第六形态的特征是，在其第一至第五形态的任意
一个形态中，所述负荷传感器(17)是检测所述液压泵(16A)的排出线 路(19)中的油液的压力的压力传感器(17)。'
并且，液压单元的第七形态是--种电动机(5)的速度控制方法， 所述电动机(5)用于通过由逆变器(14)控制的所述电动机(15)来 驱动液压泵(16A)向液压传动装置提供油液的液压单元，其特征是，该 速度控制方法具有以下步骤a)检测所述液压泵(16A)的负荷的步骤；
b)检测所述电动机(15)的旋转速度的步骤；C)运算电流指令值，使
表示所述电动机(15)的目标旋转速度的速度指令值和所述电动机(15) 的旋转速度之间的偏差收敛于零的步骤；d)根据所述液压泵(16A)的 负荷来校正所述电流指令值的步骤；以及e)根据校正后的电流指令值， 向所述逆变器(14)输出控制信号的步骤。
根据本发明的液压单元的第一形态至第七形态，根据液压泵的负荷 来校正电流指令值，所以能够提高电动机的旋转速度相对于液压泵的负 荷(负荷液压)的变动的随动性。
尤其根据本发明的液压单元的第二形态，校正电流指令值，使电动 机的旋转速度伴随液压泵的负荷的上升而上升，所以能够防止电动机的 旋转速度伴随液压泵的负荷的上升而降低。
通过以下的详细说明和附图使本发明的目的、特征、形态以及优点 更加明确。


图1是示出实施方式的液压单元的结构的概略图。 图2是示出没有校正部的液压单元的结构的概略图。 图3是示出在实施方式的液压单元中赋予了阶梯状的速度指令时的 动作情况的图。
图4是示出在没有校正部的液压单元液压单元中赋予了阶梯状的速 度指令时的动作情况的图。
图5是示出具有能够使用数据表取得校正值的校正部的液压单元的 概略图。
图6是示出利用一个电动机驱动两个液压泵的液压单元的概略图。 图7是示出串联连接有两个液压泵的液压单元的概略图。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施方式。 <结构〉
图1是示出本发明的实施方式的液压单元10A的结构的概略图。该 液压单元IOA例如与成型机等连接，向以液压为动力源的液压传动装置 (actuator)(未图示)提供油液作为工作流体。
如图1所示，液压单元10A具有控制器20、逆变器部14、电动机 15、液压泵16A、压力传感器17以及脉冲发生器21。在具有这种结构的 液压单元10A中，通过由电动机15驱动的液压泵16A，从油液罐(未图 示)抽吸油液，并排出该油液。所排出的油液通过排出线路19提供给液 压缸或液压电动机等液压传动装置。
压力传感器17作为对液压泵的负荷进行检测的负荷传感器发挥功 能。而且，压力传感器17检测液压泵的排出线路19中的油液压力(也 称为"当前压力"或"负荷液压")。
脉冲发生器21作为旋转传感器发挥功能，向控制器20 (速度检测 部22)输出用于检测电动机的旋转速度的脉冲信号。
逆变器部14通过根据来自控制器20的控制信号进行切换，来控制 电动机15的转速。
控制器20具有P-Q控制部11、电流指令值运算部12、校正部18A、 控制信号生成部13以及速度检测部22。而且，控制器20输出用于驱动 逆变器的控制信号。
P-Q控制部11根据来自成型机等上位系统的设定压力和设定流量， 生成排出压力-排出流量特性(P-Q特性)。而且，P-Q控制部11将来自 压力传感器17的当前压力作为输入，输出速度指令值。
电流指令值运算部(也称为"PI控制部")12将速度指令值和当前 速度作为输入，进行比例积分(PI)控制，输出电流指令值。更详细地 说，PI控制部12运算电流指令值，使表示电动机15的目标旋转速度的
速度指令值和电动机15的旋转速度之间的偏差收敛为零。
校正部18A根据来自压力传感器17的当前压力来校正电流指令值。
详细情况在后面叙述。
控制信号生成部13根据校正后的电流指令值，生成控制逆变器部
14的控制信号。 <校正部>
接着，详细叙述校正部18A。
图2是示出一般的液压单元10B的结构的概略图。液压单元10B除 了没有校正部18A这点以外，具有与液压单元IOA相同的结构。
在连接有液压单元10B的成型机中，根据大量生产的观点，需要较 高的响应性。因此，在驱动该成型机的液压单元10B中，以较短周期赋 予阶梯状的速度指令。
并且，当从液压泵16A排出的油液的总油液量增加时，液压泵16A 的排出线路19中的液压(负荷液压)增大。而且，当负荷液压增大时， 排出时液压泵16A的负荷增大。即，负荷液压和电动机15的负荷转矩大 致具有比例关系，当负荷液压增大时，电动机15的负荷转矩增大。
因此，在液压单元10B中，当赋予阶梯状的速度指令时，电动机15 的旋转速度响应速度指令值而急剧上升。由于电动机15的旋转速度上升， 使负荷液压急剧增大。而且，负荷转矩伴随负荷液压的增大而急剧增大。 由此，基于PI控制的速度控制无法随动，电动机15的旋转速度降低。
为了防止由于这样的负荷转矩增大而导致的电动机15的旋转速度 的降低，只要电动机15的产生转矩伴随负荷转矩的增大而增大即可。这 里，电动机15的产生转矩与电动机电流具有比例关系，所以，为了增大 电动机15的产生转矩，只要使电动机电流即电流指令值增大即可。
艮口，直接地说，如果使电流指令值伴随负荷液压的变动而变化，则 能够提高电动机15的旋转速度相对于负荷液压的变动的随动性。并且，
如果使电流指令值伴随负荷液压的上升而增加，则能够防止电动机15的 旋转速度的降低。
因此，在本实施方式的液压单元10A中，设有根据负荷液压来校正
电流指令值的校正部18A。在该校正部18A中，使用由压力传感器17检 测出的当前压力(压力检测值)Pd和预先取得的校正系数Kf来取得校正 值(电流校正值)If。然后，将该校正值If附加(相加)到从电流指令值 运算部12输出的电流指令值中。
利用上述校正部18A，根据液压泵16A的负荷即排出线路19中的油 液的压力(负荷液压)来校正电流指令值。因此，能够提高(改善)电动 机15的旋转速度相对于液压泵16A的负荷(负荷液压)的变动的随动性。
作为校正系数Kf，使用预先通过试验取得的系数。具体而言，校正 系数Kf被设定成在校正部18A中能够取得防止电动机15的旋转速度的 降低并使其随动速度指令所需要的电流指令值。并且，校正系数Kf也能 够表现为被设定成能够取得防止电动机15的旋转速度的降低并使其随动 速度指令所需要的电流指令值的不足部分作为校正值。
这样，通过使用被设定成能够取得电流指令值的不足部分作为校正 值的校正系数Kf，能够将电动机15的旋转速度控制为由速度指令值所赋 予的旋转速度。
并且，使用校正系数Kf取得的校正值If伴随负荷液压的上升而增大。 因此，在校正部18A中，能够校正电流指令值，以使电动机15的旋转速 度伴随负荷液压的上升而上升，能够防止电动机15的旋转速度伴随负荷 液压的上升而降低。
接着，具体说明在液压单元10A中赋予了阶梯状的速度指令SC时 的动作。图3是示出在本实施方式的液压单元10A中赋予了阶梯状的速 度指令SC时的动作情况的图。
如图3 (a)所示，在液压单元10A中赋予了阶梯状的速度指令SC 时，电动机15的旋转速度Rsl响应该速度指令SC而急剧上升。而且，从 液压泵16A排出的油液的压力Pdl急剧增大，电动机15的负荷转矩增大。
但是，在液压单元10A中，在校正部18A中取得其值伴随负荷液压Pdl的增大而增大的校正值If。而且，在来自电流指令值运算部12的输
出中加上该校正值If，取得校正后的电流指令值Icl (参照图3 (b))。这 样，电流指令值Icl随动负荷液压Pdl的增大而增大，所以，能够防止电
动机15的旋转速度Rsl由于负荷转矩的增大而降低。而且，能够使电动 机15的旋转速度Rsl随动于由速度指令SC所赋予的旋转速度。
这里，将在液压单元10A中赋予阶梯状的速度指令SC时的动作、 和在没有校正部18A的液压单元10B中赋予阶梯状的速度指令SC时的 动作进行对比。图4是示出在液压单元10B中赋予了阶梯状的速度指令 SC时的动作情况的图。
如图4 (a)所示，当在液压单元10B中赋予了阶梯状的速度指令SC 时，利用电动机15的旋转速度Rs2的急剧上升来影响负荷液压Pd2的增 大，由此使电动机15的旋转速度Rs2降低。
并且，比较图3 (b)和图4 (b)，在区间BT中，电流指令值的大 小不同。电流指令值的大小的不同表示，在液压单元10B中，没有取得 (运算)使电动机15的旋转速度随动于速度指令SC所需要的适当的电 流指令值(图4 (b))。
这样，可知仅通过由PI控制构成的速度控制，在赋予了阶梯状的速 度指令SC这样的急剧的速度指令时，无法使电动机15的旋转速度随动 该速度指令。
在本实施方式中，在校正部18A中使用由压力传感器17检测出的负 荷液压Pd和预先取得的校正系数Kf来取得伴随负荷液压Pd的增大而增 大的校正值If。然后，将该校正值If附加到从电流指令值运算部12输出 的电流指令值中。
如上所述，通过将根据负荷液压Pdl取得的校正值If前馈地加到从 电流指令值运算部12输出的电流指令值中，能够使电流指令值Icl随动 负荷液压Pdl的增大而增大。而且，能够防止电动机15的旋转速度Rsl 由于负荷转矩的增大而降低。
<变形例>
以上，说明了本发明的实施方式，但是，本发明不限于上述所说明
的内容。
例如，在上述实施方式中，在校正部18A中使用预先取得的校正系 数Kf来取得校正值If，但是不限于此。图5是示出具有能够使用数据表 DT来取得校正值If的校正部18B的液压单元10C的概略图。
具体而言，如图5所示，在校正部18B中，也可以使用表示预先取 得的负荷液压(压力检测值)Pd和校正值If之间的关系的数据表DT来 取得(运算)校正值If。
由此，在负荷压力和随动速度指令所需要的校正值不具有比例关系 时，也能够取得相对于来自压力传感器17的负荷压力Pd适当的校正值If。
并且，在上述实施方式中，使用一台液压泵16A驱动液压单元IOA， 但是不限于此。
具体而言，也可以使用多个液压泵驱动液压单元。图6是示出利用 一个电动机驱动两个液压泵16A、 16B的液压单元10D的概略图。
例如，如图6所示，在利用两个液压泵16A、 16B构成液压单元10D 的情况下，根据泵的切换，从P-Q控制部11向校正部18C输出表示哪个 液压泵被驱动的信息(泵驱动信息)。而且，在校正部18C中，根据泵驱 动信息来切换用于取得校正值If的数据表，并取得与所驱动的泵对应的 校正值If。
另外，在同时驱动两个液压泵16A、 16B的情况下，在校正值If的 取得中，使用表示同时驱动两个液压泵16A、 16B时的负荷液压(压力 检测值)Pd和校正值If之间的关系的数据表。
并且，也可以不并联连接两个液压泵16A、 16B。图7是示出串联连 接有两个液压泵的液压单元的概略图。如图7所示，在以由一个液压泵 16B排出的油液被另一个液压泵16A抽吸的方式串联连接两个液压泵的 情况下，通过压力传感器(17)检测由下游侧的液压泵16A排出的油液的 压力。而且，根据由下游侧的液压泵16A排出的液压来校正电流指令值。
虽然对本发明进行了详细的说明，但上述说明仅是所有形态中的示 例，本发明并不仅限于此。不用脱离本发明的范围就能够想到未例示的 多个变形例。
权利要求
1.一种液压单元，该液压单元通过电动机(15)驱动液压泵(16A)而向液压传动装置提供油液，其特征在于，该液压单元具有逆变器(14)，其向所述电动机(15)提供电力；负荷传感器(17)，其检测所述液压泵(16A)的负荷；旋转传感器(21)，其检测所述电动机(15)的旋转速度；电流指令值运算单元(12)，其运算电流指令值，使表示所述电动机(15)的目标旋转速度的速度指令值和所述电动机(15)的旋转速度之间的偏差收敛为零；校正单元(18A、…、18D)，其根据所述液压泵的负荷来校正所述电流指令值；以及控制信号生成单元(13)，其根据校正后的电流指令值，向所述逆变器(14)输出控制信号。
2. 根据权利要求l所述的液压单元，其特征在于， 所述校正单元(18A、…、18D)校正所述电流指令值，以使所述电动机(15)的旋转速度伴随所述液压泵(16A)的负荷的上升而上升。
3. 根据权利要求1或2所述的液压单元，其特征在于， 所述校正单元U8A、…、18D)使所述电流指令值伴随所述液压泵(16A)的负荷的上升而增加。
4. 根据权利要求1或2所述的液压单元，其特征在于， 所述校正单元(18A)使用预先设定的校正系数(Kf)取得校正值(If)，并在所述电流指令值中加上所述校正值(If)。
5. 根据权利要求3所述的液压单元，其特征在于， 所述校正单元(18A)使用预先设定的校正系数(Kf)取得校正值(If)，并在所述电流指令值中加上所述校正值(If)。
6. 根据权利要求1或2所述的液压单元，其特征在于， 所述校正单元(18B、 18C、 18D)使用预先取得的数据表(DT)取得校正值(If)，并在所述电流指令值中加上所述校正值(If)。
7. 根据权利要求3所述的液压单元，其特征在于，所述校正单元(18B、 18C、 18D)使用预先取得的数据表(DT)取 得校正值(If)，并在所述电流指令值中加上所述校正值(If)。
8. 根据权利要求1或2所述的液压单元，其特征在于， 所述负荷传感器(17)是检测所述液压泵(16A)的排出线路(19)中的油液的压力的压力传感器(17)。
9. 根据权利要求3所述的液压单元，其特征在于， 所述负荷传感器(17)是检测所述液压泵(16A)的排出线路(19)中的油液的压力的压力传感器(17)。
10. 根据权利要求4所述的液压单元，其特征在于， 所述负荷传感器(17)是检测所述液压泵(16A)的排出线路(19)中的油液的压力的压力传感器(17)。
11. 根据权利要求5或7所述的液压单元，其特征在于， 所述负荷传感器(17)是检测所述液压泵(16A)的排出线路(19)中的油液的压力的压力传感器(17)。
12. 根据权利耍求6所述的液压单元，其特征在于， 所述负荷传感器(17)是检测所述液压泵(16A)的排出线路(19)中的油液的压力的压力传感器(17)。
13. —种电动机(15)的速度控制方法，所述电动机(15)用于通过 由逆变器(14)控制的所述电动机(15)驱动液压泵U6A)而向液压传 动装置提供油液的液压单元，其特征在于，该速度控制方法具有以下步骤a) 检测所述液压泵(16A)的负荷的步骤；b) 检测所述电动机(15)的旋转速度的步骤；c) 运算电流指令值，使表示所述电动机(15)的目标旋转速度的速 度指令值和所述电动机(15)的旋转速度之间的偏差收敛为零的步骤；d) 根据所述液压泵(16A)的负荷来校正所述电流指令值的步骤；以及e) 根据校正后的电流指令值，向所述逆变器(14)输出控制信号的 步骤。
全文摘要
本发明提供一种液压单元和液压单元中的电动机的速度控制方法。在本发明中，液压单元具有逆变器(14)，其向电动机(15)提供电力；负荷传感器(17)，其检测液压泵(16A)的负荷；旋转传感器(19)，其检测电动机(15)的旋转速度；电流指令值运算单元(12)，其运算电流指令值，使表示电动机(15)的目标旋转速度的速度指令值和所述电动机(15)的旋转速度之间的偏差收敛于零；校正单元(18A)，其根据液压泵(16A)的负荷来校正电流指令值；以及控制信号生成单元，其根据校正后的电流指令值，向逆变器(14)输出控制信号。
文档编号F04B49/00GK101360917SQ20078000153
公开日2009年2月4日 申请日期2007年8月27日 优先权日2006年8月30日
发明者仲田哲雄, 宫城淳一, 柳田靖人 申请人:大金工业株式会社