JP2022055235A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ねじれ要素を介して駆動系と連結され、駆動系の負荷を再現する負荷モータの制御装置に関する。 The present invention relates to a load motor control device that is connected to a drive system via a twisting element and reproduces the load of the drive system.
内燃機関であるエンジンの単体検証において、駆動系としてのエンジンと、エンジンの負荷を再現する負荷モータおよびトルク計などの計測機器などを備えるダイナモメータとを連結して、エンジンの性能を試験することが行われている(例えば、非特許文献1参照)。 In a single verification of an engine that is an internal combustion engine, the performance of the engine is tested by connecting the engine as a drive system and a dynamometer equipped with measuring equipment such as a load motor and a torque meter that reproduces the load of the engine. (See, for example, Non-Patent Document 1).
上述したエンジンの単体検証に用いられるエンジン試験装置の構成例を図1に示す。 FIG. 1 shows a configuration example of the engine test device used for the above-mentioned unit verification of the engine.
図1に示すように、エンジン試験装置1は、エンジン2と、ダイナモメータ3と、シャフトとこれらを連結するカップリング4とを含む。図1に示すエンジン試験装置1は、カップリング4が有するねじれ要素により二慣性共振系としてモデル化することができる。図2は、図1に示すエンジン試験装置1を二慣性共振系としてモデル化したブロック図である。
As shown in FIG. 1, the
図2において、JEはエンジン2の慣性モーメントである。DEはエンジン2の粘性摩擦係数である。JGは、ダイナモメータ3が備える、エンジン2の負荷を再現する負荷モータの慣性モーメントである。DGは負荷モータの粘性摩擦係数である。Ksはカップリング4のバネ定数である。τEはエンジン2のトルク(エンジン入力)である。τsは軸ねじれトルクである。軸ねじれトルクτsは不図示のトルク計により計測される。ωEはエンジン2の回転速度である。ωGは負荷モータの回転速度である。sはラプラス演算子である。
In FIG. 2, J E is the moment of inertia of the
エンジン試験装置1を図2に示す二慣性共振系として定義した場合、当該二慣性共振系は、駆動系としてのエンジン2および負荷モータの慣性モーメントJE,JGならびにカップリング4のバネ定数Ksに応じた共振周波数を有する。エンジン2が発生するトルクの振動周波数と共振周波数とが一致すると、カップリング4およびシャフトにかかるトルク振動が増幅され、大きな負荷がかかってしまう。そのため、共振周波数においてトルク振動が増幅しないよう、共振抑制制御を行うことが求められている。
When the
二慣性共振系における共振抑制制御の従来の手法としては、真鍋多項式による制御設計、共振比制御、H∞制御などの手法がある。しかしながら、図1に示すエンジン試験装置1においては、エンジン2が発生するトルクおよびエンジン2の回転数を取得することができず、操作することができるのは負荷モータのトルク指令のみである。そのため、上述したような従来の手法を用いることができない。
As a conventional method of resonance suppression control in a bi-inertial resonance system, there are methods such as control design by Manabe polynomial, resonance ratio control, and H∞ control. However, in the
上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、駆動系と負荷モータとの共振による振動を抑制することができる制御装置を提供することにある。 An object of the present invention made in view of the above problems is to provide a control device capable of suppressing vibration due to resonance between a drive system and a load motor.
上記課題を解決するため、本発明に係る制御装置は、ねじれ要素を介して駆動系と連結され、前記駆動系の負荷を再現する負荷モータのトルク指令を所定のサンプリング周期で制御する制御装置であって、前記負荷モータの回転速度と、前記負荷モータの電気慣性値とに基づき、前記負荷モータの電気慣性トルクを演算する電気慣性トルク演算部と、前記負荷モータの回転速度と、前記負荷モータの電気摩擦値とに基づき、前記負荷モータの電気摩擦トルクを演算する電気摩擦トルク演算部と、前記電気慣性トルクと、前記電気摩擦トルクとに基づき、前記トルク指令を生成するトルク指令生成部と、前記サンプリング周期に基づき、前記電気慣性値および前記電気摩擦値を補正する補正部と、を備える。 In order to solve the above problems, the control device according to the present invention is a control device that is connected to a drive system via a twisting element and controls a torque command of a load motor that reproduces the load of the drive system at a predetermined sampling cycle. Therefore, an electric inertia torque calculation unit that calculates the electric inertia torque of the load motor based on the rotation speed of the load motor and the electric inertia value of the load motor, the rotation speed of the load motor, and the load motor. An electric friction torque calculation unit that calculates the electric friction torque of the load motor based on the electric friction value of the above, and a torque command generation unit that generates the torque command based on the electric inertia torque and the electric friction torque. A correction unit for correcting the electric inertia value and the electric friction value based on the sampling period.
また、本発明に係る制御装置において、前記電気慣性値および前記電気摩擦値をそれぞれJa,Daとし、前記サンプリング周期による遅れ時間により変化する電気慣性値および電気摩擦値をそれぞれJa2,Da2とし、前記駆動系の入力トルクの角周波数をωとし、前記サンプリング周期をTsとし、前記サンプリング周期Tsによる遅れ時間をΔTsとすると、
前記補正部は、以下の式を満たすように、前記電気慣性値Jaおよび前記電気摩擦値Daを補正することが好ましい。
It is preferable that the correction unit corrects the electric inertia value J a and the electric friction value D a so as to satisfy the following equations.
本発明に係る制御装置によれば、駆動系と負荷モータとの共振による振動を抑制することができる。 According to the control device according to the present invention, vibration due to resonance between the drive system and the load motor can be suppressed.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の一実施形態に係る制御装置は、図1に示すエンジン試験装置1において、ダイナモメータ3が備える、駆動系であるエンジン2の負荷を再現する負荷モータのトルク指令を制御することで、エンジン2と負荷モータとの共振による振動を抑制するものである。まず、エンジン試験装置1をモデル化した、図2に示す二慣性共振系における共振抑制制御について説明する。
The control device according to the embodiment of the present invention controls the torque command of the load motor for reproducing the load of the
図2に示す二慣性共振系のエンジン入力τEから軸ねじれトルクτsまでの伝達関数は以下の式(1),(2)で示される。また、共振角周波数の理論値ωn0は以下の式(3)で示される。 The transfer function from the engine input τ E of the bi-inertial resonance system shown in FIG. 2 to the shaft torsional torque τ s is shown by the following equations (1) and (2). The theoretical value ω n0 of the resonance angular frequency is expressed by the following equation (3).
式(3)に示す共振角周波数の理論値ωn0は、図2に示す二慣性共振系において、共振角周波数と等しい角周波数の信号が入力されると、入出力特性が∞になることを示している。しかしながら、エンジン2の慣性モーメントJEおよび粘性摩擦係数DEが無視できない場合には、式(2)における減衰係数ξnおよび時定数αが存在する。式(1),(2)の分母多項式の係数比較を行うと以下の式(4),(5),(6)が得られる。
The theoretical value ω n0 of the resonance angle frequency shown in the equation (3) indicates that the input / output characteristics become ∞ when a signal having an angular frequency equal to the resonance angle frequency is input in the two-inertia resonance system shown in FIG. Shows. However, when the moment of inertia J E and the coefficient of viscous friction DE of the
式(4),(5),(6)より、減衰係数ξnおよび時定数αを算出すると以下の式(7),(8)で示される。 When the attenuation coefficient ξ n and the time constant α are calculated from the equations (4), (5) and (6), they are shown by the following equations (7) and (8).
また、上述した式より粘性摩擦係数DE,DGを考慮した実質的な共振角周波数ωnは以下の式(9)で示される。 Further, from the above equation, the substantial resonance angular frequency ω n considering the viscous friction coefficients DE and DG is expressed by the following equation (9).
以上より、二慣性共振系の共振角周波数ωnおよび減衰係数ξnが、エンジン2および負荷モータの慣性モーメントJE,JGおよび粘性摩擦係数DE,DGにより決定されることが分かる。
From the above, it can be seen that the resonance angular frequency ω n and the damping coefficient ξ n of the bi-inertial resonance system are determined by the moments of inertia J E , J G and the viscous friction coefficients DE , DG of the
本願発明者らは、鋭意検討した結果、図2に示す二慣性共振系において、負荷モータの電気慣性および電気摩擦を制御することで、共振角周波数ωnを制御可能であることを見出した。以下では、負荷モータの電気慣性および電気摩擦による共振角周波数ωnの制御について説明する。 As a result of diligent studies, the inventors of the present application have found that the resonance angular frequency ω n can be controlled by controlling the electric inertia and the electric friction of the load motor in the bi-inertia resonance system shown in FIG. In the following, the control of the resonance angular frequency ω n by the electric inertia and the electric friction of the load motor will be described.
図3は、図2に示す二慣性共振系に負荷モータの電気慣性(Electric inertia)および電気摩擦(Electric friction)を付加したブロック図である。図3において、Jaは負荷モータの電気慣性値である。Daは負荷モータの電気摩擦値である。τJは電気慣性としての電気慣性トルクである。τDは電気摩擦としての電気摩擦トルクである。τinは負荷モータのトルク指令である。なお、以下では、負荷モータの回転速度ωGに速度のオフセット成分はないものとする。 FIG. 3 is a block diagram in which the electric inertia and the electric friction of the load motor are added to the bi-inertial resonance system shown in FIG. 2. In FIG. 3, Ja is the electric inertia value of the load motor. Da is the electric friction value of the load motor. τ J is the electric inertia torque as the electric inertia. τ D is the electric friction torque as the electric friction. τ in is the torque command of the load motor. In the following, it is assumed that the rotation speed ω G of the load motor does not have a speed offset component.
図3に示すように、負荷モータの電気慣性および電気摩擦を付加した二慣性共振系では、負荷モータの回転速度ωGと、電気慣性値Jaとに基づき、負荷モータの電気慣性トルクτJが演算される。また、負荷モータの回転速度ωGと、電気摩擦値Daとに基づき、負荷モータの電気摩擦トルクτDが演算される。そして、電気慣性トルクτJと電気摩擦トルクτDとが加算されて、負荷モータのトルク指令τinが生成される。 As shown in FIG. 3, in the bi-inertia resonance system to which the electric inertia and the electric friction of the load motor are added, the electric inertia torque τ J of the load motor is based on the rotational speed ω G of the load motor and the electric inertia value J a . Is calculated. Further, the electric friction torque τ D of the load motor is calculated based on the rotation speed ω G of the load motor and the electric friction value D a . Then, the electric inertia torque τ J and the electric friction torque τ D are added to generate the torque command τ in of the load motor.
図3に示す二慣性共振系において、エンジン入力τEから軸ねじれトルクτsまでの伝達関数は以下の式(10)で示される。 In the bi-inertial resonance system shown in FIG. 3, the transfer function from the engine input τ E to the shaft torsional torque τ s is expressed by the following equation (10).
式(10)において、粘性摩擦係数DE,DGおよび電気摩擦値Daを無視した場合、式(10)の分母多項式から共振角周波数ω’noを求めると、以下の式(11)で示される。 When the viscous friction coefficient DE , DG and the electric friction value D a are ignored in the equation (10), the resonance angular frequency ω'no is obtained from the denominator polynomial of the equation (10 ) , and the following equation (11) is used. Shown.
式(10),(11)はそれぞれ、式(1),(3)の慣性モーメントJGをJG+Jaに、粘性慣性係数DGをDG+Daに書き換えたものに等しい。したがって、電気慣性および電気摩擦を用いて、すなわち、電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daを用いて共振角周波数ωnoを制御可能であることが分かる。 Equations (10) and (11) are equivalent to rewriting the moment of inertia J G of the equations (1) and (3) to J G + Ja and the viscosity coefficient DG to DG + Da, respectively. Therefore, it can be seen that the resonance angular frequency ω no can be controlled using the electric inertia and the electric friction, that is, the electric inertia value J a and the electric friction value D a .
電気慣性および電気摩擦を付加した二慣性共振系における減衰係数ξ’nは以下の式(12)で示され、粘性摩擦係数DE,DGを考慮した実質的な共振角周波数ω’nは以下の式(13)で示される。 The attenuation coefficient ξ'n in the bi-inertia resonance system to which electric inertia and electric friction are added is shown by the following equation (12), and the substantial resonance angular frequency ω'n considering the viscous friction coefficients DE and DG is It is represented by the following equation (13).
所定のサンプリング周期Tsでトルク指令τinを制御する場合、電気慣性(電気慣性トルクτJ)および電気摩擦(電気摩擦トルクτD)がサンプリング周期Tsでサンプリングされる。この場合、電気慣性および電気摩擦が離散化される。以下では、電気慣性および電気摩擦の離散化による影響について説明する。 When the torque command τ in is controlled in a predetermined sampling period T s , the electric inertia (electric inertia torque τ J ) and the electric friction (electric friction torque τ D ) are sampled in the sampling period T s . In this case, the electric inertia and the electric friction are discretized. In the following, the effects of discretization of electrical inertia and electrical friction will be described.
図3より、負荷モータのトルク指令τin、電気慣性トルクτJおよび電気摩擦トルクτDはそれぞれ、以下の式(14),(15),(16)で示される。 From FIG. 3, the torque command τ in , the electric inertia torque τ J , and the electric friction torque τ D of the load motor are represented by the following equations (14), (15), and (16), respectively.
エンジン入力τEが以下の式(17)に示すような、一定角周波数ωを有する振幅AτEの正弦波トルクであると仮定し、負荷モータの回転速度ωGは、エンジン入力τEと同じ角周波数を有する振幅AωG、位相遅れΨの正弦波振動であると仮定する。 Assuming that the engine input τ E is a sinusoidal torque of amplitude A τ E having a constant angular frequency ω as shown in the following equation (17), the rotation speed ω G of the load motor is the same as the engine input τ E. It is assumed that the amplitude Aω G has an angular frequency and the phase lag Ψ is a sinusoidal vibration.
式(15)に示すように、電気慣性トルクτJは微分要素(s:ラプラス演算子)を含んでいるため、式(15),(16)は以下の式(19),(20)に書き換えられる。 As shown in the equation (15), since the electric inertia torque τJ includes a differential element (s: Laplace operator), the equations (15) and (16) are expressed in the following equations (19) and (20). Can be rewritten.
式(19),(20)より、電気慣性トルクτJは、電気摩擦トルクτDに対して90度の進み位相を有する操作量であることが分かる。電気慣性トルクτJと、電気摩擦トルクτDとの関係を図4A,4Bに示す。図4Aは、電気慣性トルクτJと、電気摩擦トルクτDとの関係をベクトルで記述した図である。図4Bは、電気慣性トルクτJと、電気摩擦トルクτとの関係を、式(19),(20)に示すベクトルの要素で記述した図である。図4A,4Bでは、電気摩擦トルクτDとトルク指令τinとが成す角をθと定義している。 From equations (19) and (20), it can be seen that the electric inertia torque τ J is an operation amount having a lead phase of 90 degrees with respect to the electric friction torque τ D. The relationship between the electric inertia torque τ J and the electric friction torque τ D is shown in FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A is a diagram illustrating the relationship between the electric inertia torque τ J and the electric friction torque τ D as a vector. FIG. 4B is a diagram describing the relationship between the electric inertia torque τ J and the electric friction torque τ by the elements of the vectors shown in the equations (19) and (20). In FIGS. 4A and 4B, the angle formed by the electric friction torque τ D and the torque command τ in is defined as θ.
サンプリング周期Tsで電気慣性および電気摩擦を離散化させると、サンプリング周期Tsによるサンプル遅れ(位相遅れ)が発生する。サンプリング周期Tsによる遅れ時間をΔTsとし、エンジン入力τEが式(17)に示すような角周波数成分を有すると仮定すると、位相遅れφは以下の式(21)で示される。 When the electric inertia and the electric friction are discretized by the sampling period Ts , a sample delay (phase delay) occurs due to the sampling period Ts. Assuming that the delay time due to the sampling period T s is ΔT s and the engine input τ E has an angular frequency component as shown in the equation (17), the phase delay φ is expressed by the following equation (21).
以下では、位相遅れφが発生した場合の電気慣性トルク、電気摩擦トルクおよびトルク指令をそれぞれ、τ’J,τ’D,τ’inとする。図4Aに示す電気慣性トルクτJと電気摩擦トルクτDとの関係に、電気慣性トルクτ’J、電気摩擦トルクτ’Dおよびトルク指令τ’inを書き加えると図5のようになる。 In the following, the electric inertia torque, the electric friction torque, and the torque command when the phase delay φ occurs are τ'J , τ'D , and τ'in , respectively. FIG. 5 is obtained by adding the electric inertia torque τ'J , the electric friction torque τ'D , and the torque command τ'in to the relationship between the electric inertia torque τ J and the electric friction torque τ D shown in FIG. 4A.
図5に示すように、電気慣性および電気摩擦を離散化した場合のトルク指令τ’inは、トルク指令τinに対してφだけ位相が遅れる。電気慣性および電気摩擦を離散化しない連続時間上における、トルク指令τ’inの電気慣性トルクおよび電気摩擦トルクを、図5に示すように、τJ2,τD2とする。 As shown in FIG. 5, the torque command τ'in when the electric inertia and the electric friction are discretized is delayed in phase by φ with respect to the torque command τ in . As shown in FIG. 5, the electric inertia torque and the electric friction torque of the torque command τ'in on the continuous time without discretizing the electric inertia and the electric friction are τ J2 and τ D2 .
式(19),(20)および図4Bに示すように、電気慣性トルクτJおよび電気摩擦トルクτDの大きさは、電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daによって決まる。電気慣性トルクτJ2の場合の電気慣性値をJa2とし、電気摩擦トルクτD2の場合の電気摩擦値をDa2とする。つまり、電気慣性および電気摩擦をサンプリング周期Tsで離散化した際の負荷モータのトルク指令τ’inは、離散化を行わない場合の電気慣性値Ja2および電気摩擦値Da2に基づくトルク指令と等しい。以下では、τJ2を真の電気慣性トルクと定義し、τD2を真の電気摩擦トルクと定義する。また、以下では、Ja2を真の電気慣性値と定義し、Da2を真の電気摩擦値と定義する。
As shown in equations (19) and (20) and FIG. 4B, the magnitudes of the electric inertia torque τ J and the electric friction torque τ D are determined by the electric inertia value J a and the electric friction value D a . Let J a2 be the electric inertia value in the case of the electric inertia torque τ J2 , and let D a 2 be the electric friction value in the case of the electric friction torque τ D 2 . That is, the torque command τ'in of the load motor when the electric inertia and the electric friction are separated by the sampling period T s is the torque command based on the electric inertia value J a2 and the electric friction value D a 2 when the dispersal is not performed. Is equal to. In the following,
真の電気慣性値Da2および真の電気摩擦値Ja2の算出について説明する。まず、位相遅れφが発生した電気慣性トルクτ’Jおよび電気摩擦トルクτ’Dをそれぞれ、位相遅れなしの電気慣性トルクと電気摩擦トルクとに分解する。位相遅れφを考慮した電気慣性トルクτ’Jおよび電気摩擦トルクτ’Dに対し、位相遅れなしの位相成分をそれぞれ、τJJ,τDDとする。また、位相遅れなしの位相成分τJJ,τDDに対して90度の位相遅れ成分をそれぞれ、τJD,τDJとする。すると、位相遅れφを考慮した電気慣性トルクτ’Jおよび電気摩擦トルクτ’Dはそれぞれ、図6A,6Bに示す関係にある。図6Aは、電気慣性トルクτ’Jと、位相遅れなしの位相成分τJJならびに位相遅れ成分τJDとの関係を示す図である。図6Bは、電気摩擦トルクτ’Dと、位相遅れなしの位相成分τDDならびに位相遅れ成分τDJとの関係を示す図である。 The calculation of the true electric inertia value D a2 and the true electric friction value J a2 will be described. First, the electric inertia torque τ'J and the electric friction torque τ'D in which the phase delay φ is generated are decomposed into the electric inertia torque without the phase delay and the electric friction torque, respectively. For the electric inertia torque τ'J and the electric friction torque τ'D in consideration of the phase lag φ, the phase components without the phase lag are τ JJ and τ DD , respectively. Further, the phase lag components of 90 degrees with respect to the phase components τ JJ and τ DD without phase lag are τ JD and τ DJ , respectively. Then, the electric inertia torque τ'J and the electric friction torque τ'D in consideration of the phase delay φ are in the relationship shown in FIGS. 6A and 6B, respectively. FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the electric inertia torque τ'J and the phase component τ JJ without phase lag and the phase lag component τ JD . FIG. 6B is a diagram showing the relationship between the electric friction torque τ'D and the phase component τ DD and the phase lag component τ DJ without phase lag.
図6A,6Bの各ベクトルを式で表すと以下の式(22)~式(27)となる。 When each vector of FIGS. 6A and 6B is expressed by an equation, the following equations (22) to (27) are obtained.
なお、位相遅れφを考慮した電気慣性トルクτ’Jおよび電気摩擦トルクτ’Dはそれぞれ、位相遅れなしの電気慣性トルクτJおよび電気摩擦トルクτDと同じベクトルの大きさを有することに留意する。 Note that the electric inertia torque τ'J and the electric friction torque τ'D considering the phase delay φ have the same vector magnitude as the electric inertia torque τ J and the electric friction torque τ D without the phase delay, respectively. do.
図7は、電気慣性が正である場合の、位相遅れφと、式(22)~(27)に示す各トルクとの関係を示す図である。図7における各ベクトルをその大きさのみで記述しなおすと、式(26),(27)は以下の式(28),(29)となる。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the phase lag φ and each torque shown in the equations (22) to (27) when the electric inertia is positive. When each vector in FIG. 7 is rewritten only by its magnitude, the equations (26) and (27) become the following equations (28) and (29).
また、真の電気慣性トルクτJ2および電気摩擦トルクτD2は、以下の式(30),(31)で表すこともできる。また、位相遅れφを考慮した電気慣性トルクτ’J、電気摩擦トルクτ’Dおよびトルク指令τ’inは、式(32)~(34)に示す関係がある。 Further, the true electric inertia torque τ J2 and the electric friction torque τ D2 can also be expressed by the following equations (30) and (31). Further, the electric inertia torque τ'J , the electric friction torque τ'D , and the torque command τ'in in consideration of the phase delay φ have the relations shown in the equations (32) to (34).
よって、位相遅れφなしの電気慣性値Ja2と電気摩擦値Da2とについてベクトルの大きさでまとめると以下の式(35),(36)が得られる。 Therefore, the following equations (35) and (36) can be obtained by summarizing the electric inertia value J a2 without the phase delay φ and the electric friction value D a 2 by the size of the vector.
以上より、サンプリング周期Tsで電気慣性および電気摩擦を離散化させることは、電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daをそれぞれ、真の電気慣性値Ja2および真の電気摩擦値Da2に変化させることに等しいことが分かる。また、真の電気慣性値Ja2および真の電気摩擦値Da2は、エンジン入力τEの角周波数ω、電気慣性値Ja,電気摩擦値Daおよびサンプリング周期Tsによる遅れ時間ΔTsに基づき算出できることが分かる。なお、位相遅れφの向きと、θの向きとが逆向きであることに注意する。 From the above, dissociating the electric inertia and the electric friction in the sampling period T s causes the electric inertia value J a and the electric friction value D a to become the true electric inertia value J a 2 and the true electric friction value D a 2 , respectively. It turns out that it is equivalent to changing. Further, the true electric inertia value J a2 and the true electric friction value D a2 have the angular frequency ω of the engine input τ E , the electric inertia value J a , the electric friction value D a , and the delay time ΔT s due to the sampling period T s . It can be seen that it can be calculated based on. Note that the direction of the phase delay φ and the direction of θ are opposite.
電気慣性を導入することにより、式(11)は電気慣性値Jaを変化させることによって負荷モータの慣性モーメントJGを変化させるとも考えられる。また、電気慣性値Jaを変化させることによって、共振角周波数ωnを高くすることも可能である。そこで、電気慣性を負の値に設定することを考える。以下では、「電気慣性値Jaを正の値に設定する」ことを、「正の電気慣性」ということがある。また、「電気慣性値Jaを負の値に設定する」ことを、「負の電気慣性」ということがある。 It is also considered that the equation (11) changes the moment of inertia J G of the load motor by changing the electric inertia value J a by introducing the electric inertia. It is also possible to increase the resonance angular frequency ω n by changing the electric inertia value J a . Therefore, consider setting the electrical inertia to a negative value. In the following, "setting the electric inertia value Ja to a positive value" may be referred to as "positive electric inertia". Further, "setting the electric inertia value Ja to a negative value" may be referred to as "negative electric inertia".
離散系制御では、位相遅れが負の電気慣性にも作用する。図8は、電気慣性が負の場合の、位相遅れと各トルクとの関係を示す図である。図8に示すように、電気慣性が負の場合にも、電気慣性が正の場合と同様に、電気摩擦方向の成分τJDが出現する。ただし、電気慣性が負の場合には、電気摩擦方向の成分τJDは、電気慣性が正の場合とは逆向きの方向に作用している。図8においては、電気摩擦方向の成分τJDは、加速方向の摩擦力となっており、系を不安定にする摩擦力となる。そのため、この摩擦力を打ち消すために、正の摩擦力成分による補正が必要となる。補正量は、式(29)において、真の電気摩擦トルクτD2が正となれば、少なくとも系が不安定とはならない。これは、真の電気摩擦値Da2が正である場合と同等であるので、式(36)より、以下の式(37)が得られる。 In discrete system control, the phase lag also affects the negative electrical inertia. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the phase lag and each torque when the electric inertia is negative. As shown in FIG. 8, even when the electric inertia is negative, the component τ JD in the electric friction direction appears as in the case where the electric inertia is positive. However, when the electric inertia is negative, the component τJD in the electric friction direction acts in the direction opposite to the case where the electric inertia is positive. In FIG. 8, the component τJD in the electric friction direction is the frictional force in the acceleration direction, which is the frictional force that makes the system unstable. Therefore, in order to cancel this frictional force, it is necessary to correct it by a positive frictional force component. As for the correction amount, if the true electric friction torque τ D2 is positive in the equation (29), at least the system is not unstable. Since this is equivalent to the case where the true electric friction value D a2 is positive, the following equation (37) can be obtained from the equation (36).
式(37)は以下の式(38)のように変形することができる。 Equation (37) can be modified as the following equation (38).
式(38)は、電気慣性値Jaを負の値に設定した場合、負荷モータの回転速度ωGの角周波数ωが大きい、あるいは、サンプリング周期Tsによる遅れ時間ΔTsが大きければ、より大きな電気摩擦値Daによる補正が必要となることを示している。 Equation (38) is more if the angular frequency ω of the rotation speed ω G of the load motor is large or the delay time ΔT s due to the sampling period T s is large when the electric inertia value J a is set to a negative value. It shows that the correction by a large electric friction value D a is required.
また、電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daは、位相遅れφにより真の電気慣性値Ja2および真の電気摩擦値Da2に変化してしまう。そのため、真の電気慣性値Ja2および真の電気摩擦値Da2がそれぞれ、元の電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daと同等となるように設計する必要がある。式(35),(36)を変形すると、以下の式(39),(40)が得られる。 Further, the electric inertia value J a and the electric friction value D a change to the true electric inertia value J a 2 and the true electric friction value D a 2 due to the phase delay φ. Therefore, it is necessary to design so that the true electric inertia value J a2 and the true electric friction value D a2 are equal to the original electric inertia value J a and the electric friction value D a , respectively. By modifying the equations (35) and (36), the following equations (39) and (40) are obtained.
式(39),(40)は、離散制御系において、電気慣性および電気摩擦を制御する場合、位相遅れφを考慮して、電気慣性値Jaは真の電気慣性値Ja2よりも小さく、また、電気摩擦値Daは、真の電気摩擦値Da2よりも大きな値に設定する必要があることを示す。 In equations (39) and (40), when controlling electric inertia and electric friction in a discrete control system, the electric inertia value J a is smaller than the true electric inertia value J a 2 in consideration of the phase delay φ. Further, it is shown that the electric friction value D a needs to be set to a value larger than the true electric friction value D a 2 .
本願発明者らは、上述した検討に基づき、シミュレーションソフトMATLAB(登録商標)を用いて、電気慣性および電気摩擦を含む二慣性系を構築してシミュレーションを行った。シミュレーションは、図1に示すエンジン試験装置1を想定し、エンジン2が発生するトルクの振動周波数が共振周波数と一致するように二慣性系を構築した。構築した二慣性系のブロック図を図9A,9Bに示す。図9Aは、電気慣性および電気摩擦の位相遅れがない、連続系制御が行われる二慣性共振系の構成を示すブロック図である。また、図9Bは、電気慣性および電気摩擦の位相遅れがある、離散系制御が行われる二慣性共振系の構成を示すブロック図である。なお、図9A,9Bにおいては、電気摩擦が負荷モータの回転速度ωGの振動成分のみに働くように、電気摩擦側にハイパスフィルタを設けている。Tdはハイパスフィルタの時定数である。
Based on the above-mentioned study, the inventors of the present application constructed a bi-inertial system including electric inertia and electric friction using the simulation software MATLAB (registered trademark) and performed a simulation. In the simulation, assuming the
図9A,9Bに示す二慣性共振系において、サンプリング周波数Tsは500μsとし、位相遅れφは、図2に示す二慣性共振系における共振周波数をωとして設定し、ΔTsは、サンプリング周波数Tsの1.5倍の値(1.5Ts)としてシミュレーションを行った。また、JE=3.5×10-3kgm2、JG=1.5×10-2kgm2、DE=5.2×10-3Nm(rad/s)、DG=1.1×10-2Nm(rad/s)、Ks=800Nm/rad、Td=0.1sとした。 In the bi-inertial resonance system shown in FIGS. 9A and 9B, the sampling frequency T s is set to 500 μs, the phase delay φ sets the resonance frequency in the bi-inertial resonance system shown in FIG. 2 as ω, and ΔT s is the sampling frequency T s . The simulation was performed with a value 1.5 times that of (1.5 T s ). In addition, J E = 3.5 × 10 -3 kgm 2 , J G = 1.5 × 10 -2 kgm 2 , DE = 5.2 × 10 -3 Nm (rad / s), DG = 1. 1 × 10 −2 Nm (rad / s), K s = 800 Nm / rad, and T d = 0.1 s.
離散系制御の位相遅れφを考慮した電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daの組み合わせの1つ(Ja,Da=(-4.72×10-3,4.31)を用いて、図2および図9A,9Bに示す二慣性共振系における、エンジン入力τEから軸ねじれトルクτsまでの関係を図10のボード線図により示す。図10においては、図2に示す二慣性共振系におけるシミュレーション結果を実線で示し、図9Aに示す二慣性共振系におけるシミュレーション結果を一点鎖線で示し、図9Bに示す二慣性共振系におけるシミュレーション結果を点線で示す。 Using one of the combinations of the electric inertia value J a and the electric friction value D a (J a , D a = (-4.72 × 10 -3 , 4.31) considering the phase delay φ of the discrete system control). The relationship from the engine input τ E to the shaft torsional torque τ s in the bi-inertia resonance system shown in FIGS. 2 and 9A and 9B is shown by the Bode diagram of FIG. 10. In FIG. 10, the bi-inertia shown in FIG. 2 is shown. The simulation result in the resonance system is shown by a solid line, the simulation result in the bi-inertia resonance system shown in FIG. 9A is shown by a one-point chain line, and the simulation result in the bi-inertia resonance system shown in FIG. 9B is shown by a dotted line.
図10に示すように、電気慣性および電気摩擦を考慮しない二慣性共振系(図2)における共振周波数(約84Hz)と比べて、電気慣性および電気摩擦を考慮した二慣性共振系(図9A,9B)における共振周波数(約87Hz)は、高周波数側にシフトした。また、図2に示す二慣性共振系における共振周波数のゲインと比べて、図9A,9Bに示す二慣性共振系における共振周波数のゲインは低下した。したがって、電気慣性および電気摩擦を考慮することで、共振による振動が抑制された。また、離散系制御を行わない連続系で設計した電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daの組み合わせ(Ja,Da=(-7.50×10-3,3.00)を用いた図9Aに示す二慣性共振系におけるシミュレーション結果と、図9Bに示す二慣性共振系におけるシミュレーション結果とが一致した。したがって、電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daを補正することで、離散系制御においても、連続系制御と同様の制御が可能であることが分かった。 As shown in FIG. 10, a bi-inertia resonance system (FIG. 9A, 9A, which considers electric inertia and electric friction) as compared with a resonance frequency (about 84 Hz) in a bi-inertia resonance system (FIG. 2) which does not consider electric inertia and electric friction. The resonance frequency (about 87 Hz) in 9B) was shifted to the high frequency side. Further, the gain of the resonance frequency in the bi-inertial resonance system shown in FIGS. 9A and 9B was lower than the gain of the resonance frequency in the bi-inertia resonance system shown in FIG. Therefore, by considering the electric inertia and the electric friction, the vibration due to the resonance was suppressed. In addition, a combination of electric inertia value J a and electric friction value D a (J a , D a = (-7.50 × 10 -3 , 3.00) designed in a continuous system without discrete system control was used. The simulation result in the bi-inertia resonance system shown in FIG. 9A and the simulation result in the bi-inertia resonance system shown in FIG. 9B were in agreement. Therefore, by correcting the electric inertia value J a and the electric friction value D a , the discrete system It was found that control similar to continuous system control is possible.
次に、図11を参照して、本発明の一実施形態に係る制御装置10の構成ついて説明する。本実施形態に係る制御装置10は、図1に示すエンジン試験装置1のような、エンジンなどの駆動系と、駆動系の負荷を再現する負荷モータとがねじれ要素であるカップリング4を介して連結された系において、サンプリング周期Tsで負荷モータの出力トルクを指示するトルク指令τinを制御するものである。すなわち、本実施形態に係る制御装置10は、離散系制御によりトルク指令τinを制御する。
Next, with reference to FIG. 11, the configuration of the
図11に示すように、本実施形態に係る制御装置10は、電気慣性トルク演算部11と、電気摩擦トルク演算部12と、トルク指令生成部13と、補正部14とを備える。
As shown in FIG. 11, the
電気慣性トルク演算部11は、負荷モータの回転速度ωGが入力される。電気慣性トルク演算部11は、入力された負荷モータの回転速度ωGと、負荷モータの電気慣性値Jaとに基づき、負荷モータの電気慣性トルクτJを演算する。具体的には、電気慣性トルク演算部11は、上述した式(15)に基づき、電気慣性トルクτJを演算する。電気慣性トルク演算部11は、演算した電気慣性トルクτJをトルク指令生成部13に出力する。
The rotation speed ω G of the load motor is input to the electric inertia
電気摩擦トルク演算部12は、負荷モータの回転速度ωGが入力される。電気摩擦トルク演算部12は、入力された負荷モータの回転速度ωGと、負荷モータの電気摩擦値Daとに基づき、負荷モータ電気摩擦トルクτDを演算する。具体的には、電気摩擦トルク演算部12は、上述した式(16)に基づき、電気摩擦トルクτDを演算する。電気摩擦トルク演算部12は、演算した電気摩擦トルクτDをトルク指令生成部13に出力する。
The rotation speed ω G of the load motor is input to the electric friction
トルク指令生成部13は、電気慣性トルク演算部11により演算された電気慣性トルクτJおよび電気摩擦トルク演算部12により演算された電気摩擦トルクτDに基づき、トルク指令τinを生成する。具体的には、トルク指令生成部13は、式(14)に基づき、トルク指令τinを生成する。
The torque
補正部14は、サンプリング周期Tsに基づき、電気慣性トルク演算部11が演算に用いる電気慣性値Ja、および、電気摩擦トルク演算部12が演算に用いる電気摩擦値Daを補正する。具体的には、補正部14は、上述した式(39),(40)に基づき、電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daを補正する。
The
上述したように、負荷モータの電気慣性および電気摩擦を考慮することで、共振による振動を抑制することができる。したがって、本実施形態に係る制御装置10によれば、共振による振動を抑制することができる。また、サンプリング周期Tsに基づき電気慣性値Jaおよび電気摩擦値Daを補正することで、離散系制御を行う場合にも、連続系制御を行う場合と同様の制御を行うことができる。したがって、本実施形態に係る制御装置10によれば、離散系制御を行う場合にも、連続系制御を行う場合と同様の負荷モータの制御が可能となる。
As described above, vibration due to resonance can be suppressed by considering the electric inertia and electric friction of the load motor. Therefore, according to the
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions are possible within the spirit and scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limiting by the embodiments described above, and various modifications and modifications can be made without departing from the claims.
1 エンジン試験装置
2 エンジン(駆動系)
3 ダイナモメータ
4 カップリング
10 制御装置
11 電気慣性トルク演算部
12 電気摩擦トルク演算部
13 トルク指令生成部
14 補正部
1
3 Dynamometer 4
Claims (2)
前記負荷モータの回転速度と、前記負荷モータの電気慣性値とに基づき、前記負荷モータの電気慣性トルクを演算する電気慣性トルク演算部と、
前記負荷モータの回転速度と、前記負荷モータの電気摩擦値とに基づき、前記負荷モータの電気摩擦トルクを演算する電気摩擦トルク演算部と、
前記電気慣性トルクと、前記電気摩擦トルクとに基づき、前記トルク指令を生成するトルク指令生成部と、
前記サンプリング周期に基づき、前記電気慣性値および前記電気摩擦値を補正する補正部と、を備える制御装置。 It is a control device that is connected to the drive system via a twisting element and controls the torque command of the load motor that reproduces the load of the drive system at a predetermined sampling cycle.
An electric inertia torque calculation unit that calculates the electric inertia torque of the load motor based on the rotation speed of the load motor and the electric inertia value of the load motor.
An electric friction torque calculation unit that calculates the electric friction torque of the load motor based on the rotation speed of the load motor and the electric friction value of the load motor.
A torque command generator that generates the torque command based on the electric inertia torque and the electric friction torque,
A control device including a correction unit that corrects the electric inertia value and the electric friction value based on the sampling period.
前記電気慣性値および前記電気摩擦値をそれぞれJa,Daとし、前記サンプリング周期による遅れ時間により変化する電気慣性値および電気摩擦値をそれぞれJa2,Da2とし、前記駆動系の入力トルクの角周波数をωとし、前記サンプリング周期をTsとし、前記サンプリング周期Tsによる遅れ時間をΔTsとすると、
前記補正部は、以下の式を満たすように、前記電気慣性値Jaおよび前記電気摩擦値Daを補正する。
The electric inertia value and the electric friction value are set to J a and D a , respectively, and the electric inertia value and the electric friction value changed by the delay time due to the sampling cycle are set to J a 2 and D a 2 , respectively, and the input torque of the drive system is set. Let ω be the angular frequency, T s be the sampling period, and ΔT s be the delay time due to the sampling period T s .
The correction unit corrects the electric inertia value J a and the electric friction value D a so as to satisfy the following equations.
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