JP2013179810A

JP2013179810A - ダイナモメータシステム

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Publication number: JP2013179810A
Application number: JP2012043215A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Takahashi; 利道高橋
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-09
Anticipated expiration: 2032-02-29
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Abstract

【課題】負荷の慣性が大きくなっても安定した速度制御や位置制御が可能なダイナモメータシステムを提供すること。
【解決手段】ダイナモメータシステムの速度制御装置６Ｃは、角速度指令値ωｒｅｆ及びダイナモメータ角速度ωＭに基づいてトルク電流指令値Ｔ２を算出する速度制御回路部６１Ａと、外乱オブザーバＴｏｂｓを速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ２から減算し、当該トルク電流指令値を補正する外乱オブザーバ補償部６３Ｃと、軸トルク検出値Ｔｓｈにフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦ及び抑制ゲインＫ１を乗じて得られる軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを、トルク電流指令値Ｔ１に加算し、当該トルク電流指令値を補正する軸トルク検出補償部６２Ａと、を備える。軸トルク検出補償部６２Ａのフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦは、負荷機器及びダイナモメータからなる機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定される。
【選択図】図９

Description

本発明は、ダイナモメータシステムに関する。より詳しくは、ダイナモメータの回転位置又は角速度を検出するエンコーダと、負荷機器及びダイナモメータ間の軸トルクを検出する軸トルクメータとを備え、これらの検出値に基づいてダイナモメータを制御するダイナモメータシステムに関する。

ダイナモメータシステムでは、電動機、エンジン、ローラなどの負荷機器と、この負荷機器で発生した動力を吸収するダイナモメータとを共通の軸で連結するとともに、エンコーダや軸トルクメータの検出信号に基づいてダイナモメータの速度や位置を制御し、負荷機器に適当な負荷を与えながら負荷機器の出力を制御することにより、その各種性能試験を行う。

このようなダイナモメータ（電動機）の速度制御装置としては、例えば特許文献１が公知となっている。より具体的には、特許文献１の速度制御装置は、指令値に対する応答と外乱に対する応答を両立すべく、Ｉ−Ｐ速度制御にフィードフォワード補償を付加した２自由度制御系で構成されている。特にこの特許文献１には、このような２自由度制御系において、比例ゲインや積分ゲインなど複数の制御パラメータを一意的に設定する方法が示されている。

特開２０１１−１５２００５号公報

特許文献１の速度制御装置によれば、制御パラメータの調整を容易としつつ定常偏差の少ない速度制御が可能となるが、しかしながらダイナモメータに接続される負荷の慣性については十分に検討されていない。このため、特許文献１の速度制御装置を上記ダイナモメータシステムにそのまま適用した場合、例えば制御応答を高めようとすると、ダイナモメータと負荷機器とで構成された機械系の共振特性に起因して、ハンチングや発散など不安定現象が生じるおそれがあり、安定した速度制御が困難となる。特に負荷機器の慣性モーメントが大きくなるほどその傾向は顕著となる。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、負荷の慣性が大きくなっても安定した速度制御や位置制御が可能なダイナモメータシステムを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため本発明は、負荷機器（例えば、後述の電動機９）と共通の軸（例えば、後述の軸Ｓ）で連結されたダイナモメータ（例えば、後述のダイナモメータ２）と、当該ダイナモメータに電力を供給するインバータ（例えば、後述のインバータ３）と、前記ダイナモメータの回転位置又は角速度を検出するエンコーダ（例えば、後述のエンコーダ４）と、前記負荷機器及び前記ダイナモメータ間の軸トルクを検出する軸トルクメータ（例えば、後述の軸トルクメータ５）と、前記エンコーダの検出値及び前記軸トルクメータの検出値に基づいて前記ダイナモメータを制御する制御装置（例えば、後述の速度制御装置６，６Ａ，６Ａ´，６Ｂ，６Ｂ´，６Ｃ，６Ｄ又は位置制御装置）と、を備えたダイナモメータシステム（例えば、後述のダイナモメータシステム１）を提供する。前記制御装置は、外部から入力される前記エンコーダの検出値（ωＭ）に対する指令値（ωｒｅｆ）及び前記エンコーダの検出値（ωＭ）に基づいて前記インバータに対する入力（Ｔｄｙｒｅｆ）となるトルク電流指令値（Ｔ１，Ｔ２）を算出する主制御部（例えば、後述の速度制御回路部６１Ａ）と、前記軸トルクメータの検出値にフィルタ伝達関数（Ｇ_ＢＰＦ、Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦ）及び抑制ゲイン（Ｋ１）を乗じたものを、前記主制御部により算出されたトルク電流指令値（Ｔ１，Ｔ２）に加算し、当該トルク電流指令値を補正する軸トルク検出補償部（例えば、後述の軸トルク検出補償部６２Ａ，６２Ａ´，６２Ｂ，６２Ｂ´）と、を備え、前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記負荷機器及び前記ダイナモメータからなる機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定されることを特徴とする。

（１）本発明によれば、エンコーダの検出値とその指令値に基づいて主制御部により算出されたトルク電流指令値を、軸トルクメータの検出値に抑制ゲインを乗じたもので軸トルク検出補償部により補正することにより、負荷機器とダイナモメータからなる機械系の共振ゲインを抑制し、安定したダイナモメータの速度制御や位置制御が可能となる。
ところで軸トルクメータのノイズを考慮すると、軸トルクメータの検出値を用いた上記軸トルク検出補償部のみでは、全周波数領域にわたる適切な補正が困難となり、他の補償器と組み合わせる方が好ましい場合も想定される。そこで本発明では、軸トルク検出補償部では、負荷機器及びダイナモメータからなる機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定されたフィルタ伝達関数を軸トルクメータの検出値に乗算する。すなわち、軸トルク検出補償部では、機械系の共振周波数帯域のみを補償することとすることにより、他の補償器と組み合わせて用いた場合には、これとの干渉を抑制し、結果として全周波数領域にわたり安定した速度制御や位置制御が可能となる。

（２）この場合、前記ダイナモメータシステムは、前記エンコーダの検出値（ωＭ）及び前記主制御部により算出されたトルク電流指令値（Ｔ１）に基づいて外乱オブザーバ（Ｔｏｂｓ）を算出し、当該算出した外乱オブザーバを前記主制御部により算出されたトルク電流指令値（Ｔ２）から減算し、当該トルク電流指令値を補正する外乱オブザーバ補償部（例えば、後述の外乱オブザーバ補償部６３Ｃ）をさらに備えることが好ましい。

（２）本発明によれば、外乱オブザーバ補償部をさらに設け、エンコーダの検出値やトルク電流指令値に基づいて算出した外乱オブザーバで主制御部により算出されたトルク電流指令値を補正することにより、外乱応答を向上し、ひいてはより高応答なダイナモメータの速度制御や位置制御が可能となる。また本発明では、外乱オブザーバ補償部を、上述のように共振周波数帯域のみを補償するように設定された軸トルク検出補償部と組み合わせて用いることにより、両者を協調し、全周波数領域にわたり高応答かつ安定した速度制御や位置制御が可能となる。

（３）この場合、前記外乱オブザーバ補償部は、Ｊを前記ダイナモメータ及び前記負荷機器を合わせた全体の慣性モーメントとし、ωＭを前記エンコーダの検出値とし、Ｔ１を前記主制御部により算出されたトルク電流指令値とし、ｓをラプラス演算子とし、１／Ｇｆｃ（ｓ）を相対次数が１次以上であり所定のカットオフ周波数より高い周波数帯域を阻止する特性を有する任意の伝達関数とし、下記式（１）により外乱オブザーバＴｏｂｓを算出することが好ましい。

（３）本発明によれば、上記式（１）のように、負荷機器とダイナモメータを合わせた全体の慣性モーメントを考慮したモデルで外乱の推定値としての外乱オブザーバを算出し、これでトルク電流指令値を補正することにより、外乱応答を向上し、ひいてはより高応答なダイナモメータの速度制御や位置制御が可能となる。また、外乱オブザーバとなる外乱の推定値には、エンコーダの検出値の擬似微分が含まれているためノイズの影響により高周波数側での対応が困難となるところ、上記のようなローパス特性を有する伝達関数１／Ｇｆｃ（ｓ）を乗算することにより、このようなノイズの影響を取り除くことができる。

（４）この場合、前記伝達関数１／Ｇｆｃ（ｓ）のカットオフ周波数は、前記共振周波数より低く設定されることが好ましい。

（４）本発明によれば、カットオフ周波数を上記のように機械系の共振周波数より低くすることにより、低周波数側では外乱オブザーバ補償部にて補償し、高周波数側では軸トルク検出補償部にて補償するようにし、両者を協調して全周波数領域にわたり高応答かつ安定した速度制御や位置制御が可能となる。

（５）この場合、前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、その上側カットオフ周波数と下側カットオフ周波数との間の帯域幅内に前記機械系の共振周波数が含まれるように設定されたバンドパスフィルタであることが好ましい。

（５）フィルタ伝達関数を、その帯域幅内に共振周波数が含まれるように設定されたバンドパスフィルタとすることにより、上記（１）の効果をより確実に奏することができる。

（６）この場合、前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記共振周波数より高いカットオフ周波数を有するローパスフィルタと前記共振周波数より低いカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを直列に結合して構成されることが好ましい。

（６）本発明では、ローパスフィルタとハイパスフィルタを直列に結合してバンドパスフィルタの特性を有するフィルタ伝達関数を構成することにより、上記（５）と同様の効果を奏することができる。なお、ローパスフィルタとハイパスフィルタを組み合わせたものの方がバンドパスフィルタに比べると帯域幅を広く設定できるため、上記（５）の発明と比較すれば軸トルク検出補償部の設計の自由度を向上することができる。

（７）この場合、前記軸トルク検出補償部は、前記機械系の複数の共振周波数について、当該共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数及びその抑制ゲインを複数並列に接続して構成されることが好ましい。

（７）一般的には複数の共振周波数が存在するところ、本発明では各々の共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数及びその抑制ゲインを並列に接続することにより、各共振ゲインを適切に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るダイナモメータシステムの構成を示すブロック図である。２慣性系モデルの構成を示す図である。実施例１の制御系の全体を示すブロック図である。実施例１のフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦの周波数特性を示す図である。実施例１の変形例の制御系の全体を示すブロック図である。実施例２の制御系の全体を示すブロック図である。実施例２のフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性を示す図である。実施例２の変形例の制御系の全体を示すブロック図である。実施例３の制御系の全体を示すブロック図である。トルク電流指令値から軸トルクメータ検出値までの周波数応答を示すボード線図である。実施例４の制御系の全体を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係るダイナモメータシステムついて、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のダイナモメータシステム１の構成を示すブロック図である。

ダイナモメータシステム１は、負荷機器としての電動機９と共通の軸Ｓで連結されたダイナモメータ２と、このダイナモメータ２に対し電力を供給するインバータ３と、ダイナモメータ２の回転位置又は角速度を検出するエンコーダ４と、電動機９及びダイナモメータ２間の軸トルクを検出する軸トルクメータ５と、これらエンコーダ４及び軸トルクメータ５の検出値に基づいてダイナモメータ２の角速度を制御する速度制御装置６と、を備える。

エンコーダ４は、ダイナモメータ２の回転位置又は角速度を検出し、検出値に略比例した信号を速度制御装置６に送信する。軸トルクメータ５は、電動機９及びダイナモメータ２間の軸Ｓに作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、検出値に略比例した信号を速度制御装置６に送信する。

インバータ３は、図示しない直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換し、電動機１に供給する。速度制御装置６は、エンコーダ４の検出値、軸トルクメータ５の検出値、及び外部から入力される角速度指令値に基づいて、インバータ３に対する入力であるトルク電流指令値を決定する。この速度制御装置６の詳細な構成については、後に各実施例において説明する。

ダイナモメータシステム１では、上記速度制御装置６でダイナモメータ２の角速度を制御し、電動機９に適当な負荷を与えながら電動機９の出力を制御することにより、その各種性能試験が行われる。

次に、上記実施形態における速度制御装置の実施例１について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施例の説明では、ダイナモメータシステムの機械系の構成を図２に示すような２慣性系モデルとする。

図２において、“ＪＭ”は、ダイナモメータの慣性モーメント［ｋｇｍ^２］である。
“ＪＬ”は、電動機（負荷機器）の慣性モーメント［ｋｇｍ^２］である。
“Ｋｓｈ”は、ダイナモメータ−電動機間の軸のばね剛性［Ｎｍ／ｒａｄ］である。
“ωＭ”は、ダイナモメータの角速度［ｒａｄ／ｓ］であり、エンコーダの検出値に相当する。以下では、ダイナモメータ角速度という。
“ωＬ”は、電動機の角速度［ｒａｄ／ｓ］である。
“ＴＬ”は電動機の駆動トルク［Ｎｍ］である。
“Ｔｓｈ”は、ダイナモメータ−電動機間の軸に作用する軸トルク［Ｎｍ］であり、軸トルクメータの検出値に相当する。以下では、軸トルクメータ検出値という。
“Ｔｄｙｒｅｆ”は、ダイナモメータの駆動トルク［Ｎｍ］であり、インバータに対する入力に相当する。以下では、トルク電流指令値という。
以下の説明では、回転損失［Ｎｍｓ／ｒａｄ］やばね損失［Ｎｍｓ／ｒａｄ］については省略して説明するが、本発明はこれに限るものではない。

図２に示すような２慣性系モデルにおいて速度制御応答を高めようとした場合、負荷の慣性モーメントＪＬがダイナモメータの慣性モーメントＪＭより大きくなると（ＪＬ≧ＪＭ）、機械系の共振によりハンチングや発散などの不安定現象が発生し易くなる。以下では、このような共振を抑制すべく構成された速度制御装置の構成について説明する。

図３は、本実施例の速度制御装置６Ａを適用した制御系の全体を示すブロック図である。なお、図２において太破線で示す部分は、図２を参照して説明した２慣性系モデルを伝達関数で表したものである。
図３に示す制御系において、操作量はダイナモメータの駆動トルクＴｄｙｒｅｆとなっており、観測量はダイナモメータ角速度ωＭ及び軸トルクメータ検出値Ｔｓｈとなっており、制御量はダイナモメータ角速度ωＭとなっており、駆動トルクＴＬが外乱として電動機側に加わるようになっている。

実施例１の速度制御装置６Ａは、速度制御回路部６１Ａと、軸トルク検出補償部６２Ａと、を含んで構成される。速度制御装置６Ａには、ダイナモメータ角速度ωＭに対する指令値として、角速度指令値ωｒｅｆ［ｒａｄ／ｓ］が外部から入力される。

速度制御回路部６１Ａは、外部から入力される角速度指令値ωｒｅｆとダイナモメータ角速度検出値ωＭとに基づいて、これらの偏差が速やかに０になるように、インバータに対する入力となるトルク電流指令値Ｔ１を算出する。この速度制御回路部６１Ａには、従来既知のものが用いられる。

軸トルク検出補償部６２Ａは、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈにフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦ及び抑制ゲインＫ１を乗じることによって軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを算出し、これを速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ１に加算し、トルク電流指令値Ｔ１を補正する。

本実施例では、速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ１に、軸トルク検出補償部６２Ａにより算出された軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを加算したものが、最終的なトルク電流指令値Ｔｄｙｒｅｆとなる。

抑制ゲインＫ１は、０より大きくかつ１より小さな値の間で調整される。フィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦ（ｓ）は、下記式（２）で表されるようなバンドパスフィルタが用いられる。下記式（２）において、Ｂω１は中心周波数［ｒａｄ／ｓ］である。Ｐｇ１はピークゲインである。ＢＱ１はＱ値であり、中心周波数Ｂω１からの±３ｄＢ幅（帯域幅）をＢｗｉｄｔｈ１とすると、Ｑ値ＢＱ１は、Ｂω１／Ｂｗｉｄｔｈ１で表される。

ここで、上記式（２）に示すフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦ（ｓ）において、ピークゲインＰｇ１は、例えば１に設定され、中心周波数Ｂω１及び帯域幅Ｂｗｉｄｔｈ１は、帯域幅Ｂｗｉｄｔｈ１内に機械系の共振周波数が含まれるように設定される。

図４は、フィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦの周波数特性を示す図である。図４には、１００［Ｈｚ］近傍に機械系の共振点（後述の図１０参照）があるとの想定の下で設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦの一例を示す。このように、軸トルク検出補償部６２Ａのフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦは、予め求められる機械系の共振周波数に合わせ、当該共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定される。

本実施例によれば、以下の効果を奏する。
（１）ダイナモメータ角速度ωＭとその指令値ωｒｅｆに基づいて速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ１を、軸トルク検出補償部６２Ａにより補正することにより、機械系の共振ゲインを抑制し、安定したダイナモメータの速度制御が可能となる。また、軸トルク検出補償部６２Ａでは、機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦを軸トルクメータ検出値Ｔｓｈに乗算する。すなわち、軸トルク検出補償部６２Ａでは、機械系の共振周波数帯域のみを補償することとすることにより、後述の外乱オブザーバ補償部等の他の補償器と組み合わせて用いた場合には、これとの干渉を抑制し、結果として全周波数領域にわたり安定した速度制御が可能となる。

＜実施例１の変形例＞
次に、実施例１の変形例について図面を参照して詳細に説明する。
図５は、本変形例の速度制御装置６Ａ´を適用した制御系の全体を示すブロック図である。上記図３に示す実施例１と比較して、軸トルク検出補償部６２Ａ´の構成が異なる。

上記実施例では２慣性系モデルに簡略化したが、一般的には複数の共振点が存在する。本変形例の軸トルク検出補償部６２Ａ´は、複数の共振点が存在することを想定し、共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数ＧＢＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを複数並列に接続して構成される。より具体的には、軸トルク検出補償部６２Ａ´は、共振周波数ごとに上述のようにフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを設定し、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈを各フィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎに乗じて得られる補償量Ｔｓｈ＿Ｋｎを全て足し合わせたものを軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋとする。

ｎ番目の共振点に応じたｎ番目の抑制ゲインＫｎは０より大きくかつ１より小さな値の間で設定され、ｎ番目のフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎは、下記式（３）のような、中心周波数Ｂωｎ、ピークゲインＰｇｎ、Ｑ値ＢＱｎ（＝Ｂωｎ／Ｂｗｉｄｔｈｎ）、及び帯域幅Ｂｗｉｄｔｈｎで特徴付けられるバンドパスフィルタが用いられる。中心周波数Ｂωｎや帯域幅Ｂｗｉｄｔｈｎは、上述のように、帯域幅Ｂｗｉｄｔｈｎ内に対応する共振周波数が含まれるように設定される。

本変形例によれば、上記（１）の効果に加え、以下の効果がある。
（２）共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎ及びその抑制ゲインＫｎを並列に接続することにより、各共振ゲインを適切に抑制することができる。

次に、上記実施形態における速度制御装置の実施例２について図面を参照しながら説明する。
図６は、本実施例の速度制御装置６Ｂを適用した制御系の全体を示すブロック図である。なお、本実施例の速度制御装置６Ｂは、上記実施例１と比較して軸トルク検出補償部６２Ｂの構成が異なる。

軸トルク検出補償部６２Ｂは、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈにフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＦＰ（ｓ），Ｇ_ＨＰＦ（ｓ）、及び抑制ゲインＫ１を乗じることによって軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを算出し、これを速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ１に加算し、トルク電流指令値Ｔ１を補正する。

抑制ゲインＫ１は、０より大きくかつ１より小さな値の間で調整される。フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＦＰ（ｓ）及びフィルタ伝達関数Ｇ_ＨＦＰ（ｓ）は、それぞれ、例えば下記式（４）に示すように、カットオフ周波数ＬＰＦωｃ特徴付けられたローパスフィルタ及びカットオフ周波数ＨＰＦωｃで特徴付けられたハイパスフィルタが用いられる。

ここで、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを直列結合したもので上記式（２）に示すバンドパスフィルタとほぼ同じ特性を実現するため、カットオフ周波数ＬＰＦωｃは、カットオフ周波数ＨＰＦωｃよりも大きな値に設定される。また、実施例１において、バンドパスフィルタの帯域幅内に機械系の共振周波数を設定したのと同様、フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＦＰ・Ｇ_ＨＦＰは、そのカットオフ周波数ＨＰＦωｃとＬＰＦωｃとの間の帯域幅内に上記共振周波数が含まれるように設定される。

図７は、フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性を示す図である。図７には、図４と同様に１００［Ｈｚ］近傍に機械系の共振点があるとの想定の下で設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの一例を示す。

本実施例によれば、上記（１）の効果に加え、以下の効果を奏する。
（３）図７に示すフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性と、図４に示すフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性とを比較すると明らかなように、ローパスフィルタとハイパスフィルタを直列結合して構成した方が、ピークゲイン近傍の帯域幅を広く設定しやすい。このため、上記実施例１と比較すれば、軸トルク検出補償部の設計の自由度を向上することができる。

＜実施例２の変形例＞
次に、実施例２の変形例について図面を参照して詳細に説明する。
図８は、本変形例の速度制御装置６Ｂ´を適用した制御系の全体を示すブロック図である。上記図６に示す実施例２と比較して、軸トルク検出補償部６２Ｂ´の構成が異なる。

本変形例の軸トルク検出補償部６２Ｂ´は、複数の共振点が存在することを想定し、共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦｎ・Ｇ_ＨＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを複数並列に接続して構成される。より具体的には、軸トルク検出補償部６２Ｂ´は、共振周波数ごとに上記実施例２で説明したようにフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦｎ・Ｇ_ＨＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを設定し、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈを各フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦｎ・Ｇ_ＨＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎに乗じて得られる補償量Ｔｓｈ＿Ｋｎを全て足し合わせたものを軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋとする。
本変形例によれば、上記（１）、（２）、（３）の効果とほぼ同じ効果を奏する。

次に、上記実施形態における速度制御装置の実施例３について図面を参照しながら説明する。
図９は、本実施例の速度制御装置６Ｃを適用した制御系の全体を示すブロック図である。本実施例の速度制御装置６Ｃは、上記実施例１と比較して、外乱オブザーバ補償部６３Ｃをさらに備える点で異なっている。

本実施例では、速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ２に、外乱オブザーバ補償部６３Ｃにより算出された外乱オブザーバＴｏｂｓを減算し、さらに軸トルク検出補償部６２Ａにより算出された軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを加算したものが、最終的なトルク電流指令値Ｔｄｙｒｅｆとなる。

外乱オブザーバ補償部６３Ｃは、ダイナモメータ角速度ωＭ及びトルク電流指令値Ｔ１に基づいて、下記式（６）により外乱オブザーバＴｏｂｓを算出し、これを速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ２から減算し、トルク電流指令値Ｔ２を補正する。より具体的には、外乱オブザーバ補償部６３Ｃは、下記式（６）に示すように、ダイナモメータ角速度ωＭを逆モデル伝達関数Ｊ・ｓに乗算して得られる値から、トルク電流指令値Ｔ１を減算することによって外乱の推定値を算出し、さらに伝達関数１／Ｇｆｃ（ｓ）を乗算したものを外乱オブザーバＴｏｂｓとする。

ここで、逆モデル伝達関数Ｊ・ｓに用いられる慣性モーメントＪは、ダイナモメータ及び電動機を合わせた全体の慣性モーメント（Ｊ＝ＪＭ＋ＪＬ）とする。
外乱オブザーバの精度を向上するため、伝達関数１／Ｇｆｃ（ｓ）は、所定のカットオフ周波数より高い周波数帯域を阻止する特性を有する相対次数が１以上の任意の伝達関数が用いられる。また、この伝達関数１／Ｇｆｃ（ｓ）のカットオフ周波数は、軸トルク検出補償部６２Ａとの干渉を避けるため、フィルタ伝達関数Ｇ_ＰＢＦの設定に用いた上記機械系の共振周波数より低く設定される。

本実施例によれば、上記（１）の効果に加え、以下の効果を奏する。
（４）本実施例では、外乱オブザーバ補償部６３Ｃをさらに設け、ダイナモメータ角速度ωＭやトルク電流指令値Ｔ１に基づいて算出した外乱オブザーバＴｏｂｓで速度制御回路部６１Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ２を補正することにより、外乱応答を向上し、ひいてはより高応答なダイナモメータの速度制御が可能となる。また本実施例では、外乱オブザーバ補償部６３Ｃを、共振周波数帯域のみを補償するように設定された軸トルク検出補償部６２Ａと組み合わせて用いることにより、両者を協調し、全周波数領域にわたり高応答かつ安定した速度制御が可能となる。
（５）本実施例によれば、電動機とダイナモメータを合わせた全体の慣性モーメントＪを考慮した逆モデルで外乱の推定値としての外乱オブザーバＴｏｂｓを算出し、これでトルク電流指令値Ｔ２を補正することにより、外乱応答を向上し、ひいてはより高応答なダイナモメータの速度制御が可能となる。また、上記のようなローパス特性を有する伝達関数１／Ｇｆｃ（ｓ）を乗算することにより、外乱オブザーバＴｏｂｓの精度を向上できる。

（６）図１０は、トルク電流指令値Ｔｄｙｒｅｆから軸トルクメータ検出値Ｔｓｈまでの周波数応答を示すボード線図である。図１０に示すように、この機械系には、１００［Ｈｚ］の近傍に共振点が存在する。これに対し、本実施例では、軸トルク検出補償部６２Ａには共振周波数の近傍に帯域幅を有するバンドパスフィルタＧ_ＢＰＦを設け、かつ外乱オブザーバ補償部６３Ｃのカットオフ周波数を上記共振周波数より低くすることにより、図１０中、太矢印で模式的に示すように、低周波数側では外乱オブザーバ補償部６３Ｃにて補償するようにし、高周波数側では軸トルク検出補償部６２Ａにて補償するようにし、両者を協調して全周波数領域にわたり高応答かつ安定した速度制御が可能となる。

次に、上記実施形態における速度制御装置の実施例４について図面を参照しながら説明する。
図１１は、本実施例の速度制御装置６Ｄの構成を示すブロック図である。本実施例の速度制御装置６Ｄは、上記実施例２と比較して、外乱オブザーバ補償部６３Ｃをさらに備える点で異なっている。なお、この外乱オブザーバ補償部６３Ｃの構成は、上記実施例３で説明したものと同じ構成であるので、その詳細な説明は省略する。
本実施例によれば、上記（１）、（３）、（４）、（５）、（６）の効果とほぼ同じ効果を奏する。

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、上記実施例では、ダイナモメータ角速度を制御量とした速度制御装置に軸トルク検出補償部や外乱オブザーバ補償部を適用した例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、ダイナモメータの回転位置を制御量としマイナーループに速度制御部を持つ位置制御装置に、同様の軸トルク検出補償部や外乱オブザーバ補償部を適用しても同様の効果が期待できる。

１…ダイナモメータシステム
２…ダイナモメータ
３…インバータ
４…エンコーダ
５…軸トルクメータ
６，６Ａ，６Ａ´，６Ｂ，６Ｂ´，６Ｃ，６Ｄ…速度制御装置（制御装置）
６１Ａ…速度制御回路部（主制御部）
６２Ａ，６２Ａ´，６２Ｂ，６２Ｂ´…軸トルク検出補償部
６３Ｃ…外乱オブザーバ補償部

Claims

負荷機器と共通の軸で連結されたダイナモメータと、
当該ダイナモメータに電力を供給するインバータと、
前記ダイナモメータの回転位置又は角速度を検出するエンコーダと、
前記負荷機器及び前記ダイナモメータ間の軸トルクを検出する軸トルクメータと、
前記エンコーダの検出値及び前記軸トルクメータの検出値に基づいて前記ダイナモメータを制御する制御装置と、を備えたダイナモメータシステムであって、
前記制御装置は、
外部から入力される前記エンコーダの検出値に対する指令値及び前記エンコーダの検出値に基づいて前記インバータに対する入力となるトルク電流指令値を算出する主制御部と、
前記軸トルクメータの検出値にフィルタ伝達関数及び抑制ゲインを乗じて得られる補償量を、前記主制御部により算出されたトルク電流指令値に加算し、当該トルク電流指令値を補正する軸トルク検出補償部と、を備え、
前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記負荷機器及び前記ダイナモメータからなる機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定されることを特徴とするダイナモメータシステム。
前記エンコーダの検出値及び前記主制御部により算出されたトルク電流指令値に基づいて外乱オブザーバを算出し、当該算出した外乱オブザーバを前記主制御部により算出されたトルク電流指令値から減算し、当該トルク電流指令値を補正する外乱オブザーバ補償部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のダイナモメータシステム。
前記外乱オブザーバ補償部は、Ｊを前記ダイナモメータ及び前記負荷機器を合わせた全体の慣性モーメントとし、ωＭを前記エンコーダの検出値とし、Ｔ１を前記主制御部により算出されたトルク電流指令値とし、ｓをラプラス演算子とし、１／Ｇｆｃ（ｓ）を相対次数が１次以上であり所定のカットオフ周波数より高い周波数帯域を阻止する特性を有する任意の伝達関数とし、下記式により外乱オブザーバＴｏｂｓを算出することを特徴とする請求項２に記載のダイナモメータシステム。
前記伝達関数１／Ｇｆｃ（ｓ）のカットオフ周波数は、前記共振周波数より低く設定されることを特徴とする請求項３に記載のダイナモメータシステム。
前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、その帯域幅内に前記機械系の共振周波数が含まれるように設定されたバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のダイナモメータシステム。
前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記共振周波数より高いカットオフ周波数を有するローパスフィルタと前記共振周波数より低いカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを直列に結合して構成されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のダイナモメータシステム。
前記軸トルク検出補償部は、
前記機械系の複数の共振周波数について、当該共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数及びその抑制ゲインを複数並列に接続して構成されることを特徴とする請求項５又は６に記載のダイナモメータシステム。