JP2013148485A - Torque detection device of dynamometer - Google Patents

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Toshimitsu Maruki
利光 丸木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a fluctuation portion from overlapping with detection torque by allowing vibrations to vibrate an acceleration sensor through an oscillator when a rotator rotates at a high speed when performing torque detection by a dynamometer.SOLUTION: A torque operation part 3 is provided with a filter part 31 for vibration elimination. A difference between a torque command value detected by the torque operation part 3 and a detection torque value detected by a load cell is inputted to the filter part 31. A difference between an output from the filter part and the torque command value is defined as an output signal of the dynamometer.

Description

本発明は、動力計のトルク検出装置に係わり、特に加速度ゼンサーを不要としたトルク検出装置に関するものである。   The present invention relates to a torque detector for a dynamometer, and more particularly to a torque detector that does not require an acceleration sensor.

エンジンダイナモシステムやシャシダイナモメータなどに使用する搖動機構を持つダイナモメータ(動力計)の場合、トルク検出に用いられるロードセルには、実際にダイナモメータが検出したトルクの他に、ダイナモメータの搖動子の固有振動によるトルク変動が加算されて出力する。この搖動子の固有振動によるトルク変動は本来トルク検出には不要なものであり、この変動分を除去する手法として特許文献1や特許文献2が公知となっている。   In the case of a dynamometer (dynamometer) having a peristaltic mechanism used for an engine dynamometer system or a chassis dynamometer, the load cell used for torque detection includes a dynamometer perforator in addition to the torque actually detected by the dynamometer. Torque fluctuations due to the natural vibrations are added and output. The torque fluctuation due to the natural vibration of the slider is not necessary for torque detection, and Patent Documents 1 and 2 are known as methods for removing the fluctuation.

すなわち、特許文献1や特許文献2では搖動子に加速度ゼンサーを取り付けて加速度信号を検出し、この検出信号とロードセルの検出信号とを加算することで搖動子の固有振動を除去している。   That is, in Patent Document 1 and Patent Document 2, an acceleration sensor is attached to a swing element to detect an acceleration signal, and the detection signal and the load cell detection signal are added to remove the natural vibration of the swing element.

特開昭58−90135JP 58-90135 A 実開平1−148836Japanese Utility Model 1-14836

特許文献1,2の方法は、シャシダイナモメータのように比較的低速回転で使用する場合の変動分除去対策としては十分であるが、高速回転まで使用するエンジンベンチシステムではダイナモメータの回転子が高速で回転し、その回転による振動が搖動子を経由して加速度センサーを振動させる。この振動のうち、搖動方向はロードセルの出力信号とキャンセルされるが、軸方向や水平方向波形の振動が含まれるため従来の手法では高速回転でのトルク検出に上記振動が入り込み、
折角対策を施した高速応答での搖動子による変動成分の少ないトルク検出をスポイルしている。このため、従来では使用する回転周波数に応じたフィルタを追加して高速回転に伴うトルク変動を取り除く方法が採用されており、追加部品点数を多くしている。
The methods of Patent Documents 1 and 2 are sufficient as a countermeasure for eliminating fluctuations when used at a relatively low speed, such as a chassis dynamometer, but in an engine bench system used up to a high speed, a dynamometer rotor is used. It rotates at a high speed, and the vibration caused by the rotation causes the acceleration sensor to vibrate via the slider. Among these vibrations, the peristaltic direction is canceled with the output signal of the load cell, but since the vibration in the axial direction and horizontal waveform is included, the above-mentioned vibration enters the torque detection at high speed rotation in the conventional method,
Spoil detection with less fluctuation component due to swinging at high speed response with anti-folding measures. For this reason, conventionally, a method of removing a torque fluctuation associated with high-speed rotation by adding a filter according to the rotational frequency to be used is employed, and the number of additional parts is increased.

そこで、本発明が目的とするとこは、加速度センサーや追加部品を不要とする
動力計のトルク検出装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a torque detector for a dynamometer that does not require an acceleration sensor or additional components.

本発明は、トルク電流指令値に基づきインバータを介して搖動形動力計を制御し、ロードセルを用いてトルクを検出するトルク検出装置において、
前記トルク電流指令値を入力してダイナモメータのトルク指令値を演算するトルク演算部を設けると共に、トルク演算部にフィルタ部を設け、このフィルタ部より出力された信号TLc^と前記トルク指令値Tdyとの差分Tdy^と前記ロードセルにより検出された検出トルク値TLcとの差分をフィルタ部に入力し、フィルタ部より出力された信号と前記トルク指令値との差分をダイナモメータの出力信号とするよう構成したことを特徴としたものである。
The present invention controls a peristaltic dynamometer through an inverter based on a torque current command value, and detects torque using a load cell.
A torque calculation unit for inputting the torque current command value and calculating a torque command value of the dynamometer is provided, and a filter unit is provided in the torque calculation unit. The signal TLc ^ output from the filter unit and the torque command value Tdy The difference between the difference Tdy ^ and the detected torque value TLc detected by the load cell is input to the filter unit, and the difference between the signal output from the filter unit and the torque command value is used as the output signal of the dynamometer. It is characterized by comprising.

前記本発明に使用されるフィルタ部は、1/Tk・sの積分器で構成したことを特徴としたものである。   The filter section used in the present invention is characterized by comprising a 1 / Tk · s integrator.

ただし、Tkはフィルタ定数、sはラプラス演算子   Where Tk is a filter constant and s is a Laplace operator.

以上のとおり、本発明によれば、トルク検出装置としてロードセルによるトルク検出の他に、ダイナモメータを制御するインバータのトルク電流指令値を使用するだけでよいので、従来のように搖動子に加速度センサーを取付けることなく固有振動が除去でき、トルク検出の部品点数の削減が可能となる。また、加速度センサーを使用しないので、高速回転時における回転振動のないトルク検出が可能となる。   As described above, according to the present invention, it is only necessary to use the torque current command value of the inverter that controls the dynamometer in addition to the torque detection by the load cell as the torque detection device. The natural vibration can be removed without mounting the torque, and the number of parts for torque detection can be reduced. Further, since no acceleration sensor is used, it is possible to detect torque without rotational vibration during high-speed rotation.

本発明の実施形態を示すトルク検出装置の構成図。The block diagram of the torque detection apparatus which shows embodiment of this invention. 説明のための波形図。Waveform diagram for explanation.

図1は、本発明の実施例を示す回路構成図で、1はトルク指令部、2はインバータと動力計本体などで構成される計測部、3はトルク演算部である。トルク指令部1はダイナモメータを制御するインバータの制御回路の一部であって、インバータ盤内に収納されて設定値やフィードバックされたトルク検出値などに基づいた値を用いて演算し、その制御回路におけるトルク電流指令生成部10からトルク電流指令Isが出力される。トルク電流指令Isは計測部2とトルク演算部3に出力される。   FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention, in which 1 is a torque command unit, 2 is a measurement unit including an inverter and a dynamometer body, and 3 is a torque calculation unit. The torque command unit 1 is a part of an inverter control circuit that controls the dynamometer, and uses a value based on a set value or a torque detection value fed back and stored in the inverter panel, and controls it. A torque current command Is is output from the torque current command generation unit 10 in the circuit. The torque current command Is is output to the measurement unit 2 and the torque calculation unit 3.

計測部2は、トルク電流指令Isに基づいてダイナモメータをトルク制御するためのインバータ20、インバータ20の出力によって制御される動力計部21、ダイナモメータ搖動子に連結されたロードセルによってトルクを検出するロードセルトルク検出部22、及びトルクアンプ23を有している。
ダイナモメータの軸出力である動力計部21のトルクTdには、搖動子の固有振動などの外乱Tdisの和となってロードセル検出部22の検出信号TLc0として出力され、トルクアンプ23で所定値に増幅されてロードセル検出信号TLcとなり、トルク演算部3に入力される。
The measuring unit 2 detects torque by an inverter 20 for controlling torque of the dynamometer based on the torque current command Is, a dynamometer unit 21 controlled by the output of the inverter 20, and a load cell connected to the dynamometer slider. A load cell torque detector 22 and a torque amplifier 23 are provided.
The torque Td of the dynamometer 21, which is the shaft output of the dynamometer, is output as a detection signal TLc0 of the load cell detector 22 as a sum of disturbances Tdis such as natural vibrations of the slider, and is set to a predetermined value by the torque amplifier 23. Amplified to become a load cell detection signal TLc, which is input to the torque calculator 3.

トルク演算部3は、インバータとダイナモメータをモデル化したモデル部30とフィルタ31を有し、入力されたトルク電流指令Isはこのモデル部30において軸トルクTdyに変換される。なお、算出された軸トルクTdyは、図示省略されたインバータの制御回路においてトルク電流指令Isに基づいたトルク指令値が使用されるが、ここでは、判りやすくするためにモデル部30を用いた場合で説明する。すなわち、ダイナモメータが発生するトルクは、基本的にインバータがベクトル制御を行うトルク電流指令Isに略一致する。そこで、モデル部30はIs/Tdy変換の制御モデルに構成され、トルク電流指令Isに比例した軸トルクTdyとして減算部33に出力される。   The torque calculation unit 3 includes a model unit 30 that models an inverter and a dynamometer, and a filter 31, and the input torque current command Is is converted into a shaft torque Tdy in the model unit 30. As the calculated shaft torque Tdy, a torque command value based on the torque current command Is is used in an inverter control circuit (not shown). Here, in order to facilitate understanding, the model unit 30 is used. I will explain it. That is, the torque generated by the dynamometer basically matches the torque current command Is for which the inverter performs vector control. Therefore, the model unit 30 is configured as a control model of Is / Tdy conversion, and is output to the subtracting unit 33 as a shaft torque Tdy proportional to the torque current command Is.

減算部33にはフィルタ部31を通過した出力TLc^が入力されており、この減算部33で軸トルクTdyと出力TLc^との差演算が実行されてダイナモメータの出力信号Tdy^となる。ダイナモメータの出力信号Tdy^は、減算部34においてロードセル検出信号TLcとの差演算が実行され、その偏差信号がフィルタ部31に入力される。ここで、フィルタ部31におけるTkはフィルタ係数、sはラプラス演算子である。   An output TLc ^ that has passed through the filter unit 31 is input to the subtractor 33, and the subtractor 33 performs a difference operation between the shaft torque Tdy and the output TLc ^ to obtain an output signal Tdy ^ of the dynamometer. The output signal Tdy ^ of the dynamometer is subjected to a difference operation with the load cell detection signal TLc in the subtracting unit 34, and the deviation signal is input to the filter unit 31. Here, Tk in the filter unit 31 is a filter coefficient, and s is a Laplace operator.

次に本発明の動作について説明する。
定常状態時では、モデル部30の出力Tdyは振動除去用のフィルタ部31を通るループで減算部33においてマイナス加算されることで、フィルタ出力のロードセル検出トルク(31の出力)TLc^と、モデル演算上のダイナモメータトルクとフィルタ出力の演算結果のダイナモメータトルク(33の出力)Tdy^は(1)〜(3)式から求とまる。
TLc^=(Tdy^−TLc)×(1/Tk・s) …(1)
Tdy^=Tdy−TLc^=Tdy−(Tdy^−TLc)×(1/Tk・s) …(2)
これを展開して
Tdy^=Tdy−Tdy^×(1/Tk・s)+TLc×(1/Tk・s) …(3)
また、(これをTdy^でまとめるために左辺に移行する)
Tdy^+Tdy^×(1/Tk・s)=Tdy+TLc×(1/Tk・s) …(4)
(これをTdy^でまとめて)
Tdy^{1+(1/Tk・s)}=Tdy+TLc×(1/Tk・s) …(5)
の関係にある。よって、ダイナモメータの出力信号Tdy^は、
Next, the operation of the present invention will be described.
In the steady state, the output Tdy of the model unit 30 is negatively added in the subtraction unit 33 in a loop that passes through the filter unit 31 for vibration removal, so that the load cell detection torque (output of 31) TLc ^ of the filter output and the model The dynamometer torque in operation and the dynamometer torque (output of 33) Tdy ^ as the calculation result of the filter output are obtained from the equations (1) to (3).
TLc ^ = (Tdy ^ -TLc) * (1 / Tk.s) (1)
Tdy ^ = Tdy-TLc ^ = Tdy- (Tdy ^ -TLc) * (1 / Tk.s) (2)
Expanding this, Tdy ^ = Tdy-Tdy ^ * (1 / Tk * s) + TLc * (1 / Tk * s) (3)
Also, (Move to the left side to compile this with Tdy ^)
Tdy ^ + Tdy ^ × (1 / Tk · s) = Tdy + TLc × (1 / Tk · s) (4)
(Summarize this with Tdy ^)
Tdy ^ {1+ (1 / Tk · s)} = Tdy + TLc × (1 / Tk · s) (5)
Are in a relationship. Therefore, the output signal Tdy ^ of the dynamometer is

Figure 2013148485
Figure 2013148485

又は、(分子分母を(1/Tk・s)で割ると) Or (divide the numerator denominator by (1 / Tk · s))

Figure 2013148485
Figure 2013148485

となり、(6−1),(6−2)式が評価式となる。 Thus, the expressions (6-1) and (6-2) become the evaluation expressions.

すなわち、(6−1)において、(1/Tk・s)≒0とすると、t=0時の
Tdy^になって、
That is, in (6-1), if (1 / Tk · s) ≈0, then Tdy ^ at t = 0,

Figure 2013148485
Figure 2013148485

となり、出力はTdy^=Tdyとなる。 And the output is Tdy ^ = Tdy.

また、(6−2)式において、t=∞時には、1/Tk・s=∞であり、   In the equation (6-2), when t = ∞, 1 / Tk · s = ∞,

Figure 2013148485
Figure 2013148485

となるので、 So,

Figure 2013148485
Figure 2013148485

となり、出力はTdy^=TLcとなる。 The output is Tdy ^ = TLc.

図2は、上記の関係を示した波形図である。モデル部30よりトルク指令Tdyの出力は、フィルタ部31の時定数により減算部33の出力Tdy^は図2(a)で示すように徐々に低下してある時刻t時には0となる(ただし、TLc=0)。
一方、計測部2による検出トルクTLcは、振動除去用のフィルタ31を通るループによってフィルタリングされることで、最終的には図2(b)で示すように
検出トルクTLc≒出力トルクTdy^となる(ただし、Tdy=0)。したがって、減算部33の出力であるダイナモメータ出力信号Tdy^は、図2(c)で示すように減算部33では(a)図と(b)図の和の信号出力信号Tdy^となり、搖動子の固有振動トルクやロードセルの検出ノイズ成分の除去されたダイナモメータ出力信号Tdy^となる。
FIG. 2 is a waveform diagram showing the above relationship. The output of the torque command Tdy from the model unit 30 becomes 0 at the time t when the output Tdy ^ of the subtraction unit 33 gradually decreases as shown in FIG. TLc = 0).
On the other hand, the detected torque TLc by the measuring unit 2 is filtered by a loop passing through the filter 31 for vibration removal, and finally becomes the detected torque TLc≈output torque Tdy ^ as shown in FIG. (However, Tdy = 0). Therefore, the dynamometer output signal Tdy ^ which is the output of the subtractor 33 becomes the signal output signal Tdy ^ of the sum of (a) and (b) in the subtractor 33 as shown in FIG. The dynamometer output signal Tdy ^ from which the natural vibration torque of the child and the detection noise component of the load cell are removed is obtained.

なお、過渡状態でのモデル部30の出力Tdyは、フィルタ31を通るループでマイナス加算されないので、その変化分ΔTdy^は、変化前のフィルタリングされた検出トルクTLc^(≒ダイナモメータトルクTd)に加算されて変化後のダイナモメータトルクTdに略一致する。すなわち、Tdy=ΔTdy^+TLc≒Td
となる。したがって、過渡状態では出力信号Tdy^にはフィルタリングによる検出遅れのないダイナモメータトルクTdが高速応答で検出可能となる。
Since the output Tdy of the model unit 30 in the transient state is not negatively added in the loop passing through the filter 31, the change ΔTdy ^ is the filtered detected torque TLc ^ (≈dynamometer torque Td) before the change. It is added and substantially coincides with the changed dynamometer torque Td. That is, Tdy = ΔTdy ^ + TLc≈Td
It becomes. Therefore, in the transient state, the dynamometer torque Td without detection delay due to filtering can be detected in the output signal Tdy ^ with a high-speed response.

以上本発明によれば、トルク検出装置としてロードセルによるトルク検出の他に、ダイナモメータを制御するインバータのトルク指令値を使用するだけでよいので、高速回転などに伴うトルク変動を取り除くために、搖動子に従来のような
加速度センサーなどの部品取付けは不要となるものである。
また、フィルタ部によって、搖動子の固有振動によるトルク変動やロードセルによるトルク検出のノイズ成分が除去でき、定常状態でのロードセルによるトルク検出精度が確保できるものである。
さらに、過度状態においても、トルク電流制御による高速なトルク検出が可能となり、高速回転時での回転振動など変動のないトルク検出ができ、且つフィルタリングによる検出遅れのない高応答のトルク検出が可能となるものである。
As described above, according to the present invention, it is only necessary to use the torque command value of the inverter that controls the dynamometer in addition to the torque detection by the load cell as the torque detection device. The conventional parts such as an acceleration sensor need not be attached to the child.
In addition, the filter unit can remove torque fluctuations due to the natural vibration of the slider and noise components of torque detection by the load cell, and can ensure the torque detection accuracy by the load cell in a steady state.
Furthermore, even in an excessive state, high-speed torque detection by torque current control is possible, torque detection without fluctuation such as rotational vibration at high-speed rotation is possible, and high-response torque detection without detection delay by filtering is possible It will be.

1… トルク指令部
2… 計測部
3… トルク演算部
10… トルク電流指令生成部
20… インバータ
21… 動力計部
22… ロードセル
30… モデル部
31… フィルタ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Torque command part 2 ... Measuring part 3 ... Torque calculating part 10 ... Torque current command generation part 20 ... Inverter 21 ... Dynamometer part 22 ... Load cell 30 ... Model part 31 ... Filter part

Claims (2)

トルク電流指令値に基づきインバータを介して搖動形動力計を制御し、ロードセルを用いてトルクを検出するトルク検出装置において、
前記トルク電流指令値を入力してダイナモメータのトルク指令値を演算するトルク演算部を設けると共に、トルク演算部にフィルタ部を設け、このフィルタ部より出力された信号TLc^と前記トルク指令値との差分Tdy^と、前記ロードセルにより検出された検出トルク値TLcとの差分をフィルタ部に入力し、フィルタ部より出力された信号と前記トルク指令値との差分をダイナモメータの出力信号とするよう構成したことを特徴とした動力計のトルク検出装置。
In a torque detection device that controls a peristaltic dynamometer via an inverter based on a torque current command value and detects torque using a load cell,
A torque calculation unit for inputting the torque current command value and calculating a torque command value of the dynamometer is provided, and a filter unit is provided in the torque calculation unit. The signal TLc ^ output from the filter unit and the torque command value The difference between the difference Tdy ^ and the detected torque value TLc detected by the load cell is input to the filter unit, and the difference between the signal output from the filter unit and the torque command value is used as the output signal of the dynamometer. A torque detector for a dynamometer characterized by comprising.
前記フィルタ部は、1/Tk・sの積分器で構成したことを特徴とした請求項1記載の動力計のトルク検出装置。
ただし、Tkはフィルタ定数、sはラプラス演算子
The dynamometer torque detection device according to claim 1, wherein the filter unit includes a 1 / Tk · s integrator.
Where Tk is a filter constant and s is a Laplace operator.
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