JP5200713B2 - 動力計測システムの速度制御方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力計測システムの速度制御方法とその装置に関するものである。

図１８は特許文献１などによって公知となっているシャシーダイナモメータシステムの構成図を示したもので、Ｄｙは動力計、Ｒは動力計Ｄｙに連結されたローラ、ＩＶはインバータ、ＳＣは速度制御回路、ＴＭは軸トルクメータ、ＥＣ１は動力計の回転数を検出するためのエンコーダ、ＥＣ２はローラ回転数を検出するためのエンコーダで、これら軸トルクメータＴＭ、エンコーダＥＣ１，ＥＣ２によって検出された各検出信号は速度制御回路ＳＣに入力されてトルク電流指令が演算される。
図１９は速度制御回路の構成図を示したもので、シャシーダイナモメータシステムやドライブトレインベンチシステムの動力計システムで速度制御する場合、ＰＩＤ制御による速度制御方式が採用されている。この速度制御方式では、角速度指令値ｗ.refと角速度検出値ｗ.detとの関係にのみ着目して制御ゲインを調整している。
特開２００４−３６１２５５

シャシーダイナモメータシステムでは、動力計の機械系モデルは共振特性を持つ２慣性系となっている。また、特許文献１で示すように計測システムの負荷側、または駆動側で動力計測対象の機械慣性成分を電気的に補償する電気慣性制御方式が採られており、電気慣性制御はＰＩＤ制御方式となっている。同様に、動力計もしくはローラの速度制御を行う場合もPID制御となっている。この速度制御方式では、前述のように角速度指令値ｗ.refと角速度検出値ｗ.detとの関係にのみ着目して制御ゲインを調整し、機械系の共振特性を考慮していない制御であるため、制御応答を高めようとしたときに機械系の共振特性に起因する不安定現象が発生する。

また、シャシーダイナモメータシステムやドライブトレインベンチシステム等の動力計システムでは、機械系の共振特性以外の軸トルク検出特性、動力計角速度検出特性及びインバータ応答特性なども存在し、これらによる角速度の検出遅れやインバータのトルク制御応答遅れ要素なども考慮しないと、より高応答で安定した制御ができない。より高応答で安定した制御を実施するために、高応答で安定な速度制御を施すことが要求されている。

そこで、本発明が目的とするとこは、高応答で安定な速度制御方法とその装置を提供することにある。

本発明の請求項１は、ローラをシャフトにて連結した動力計を設け、動力計とローラの回転数、及び軸トルクの各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成し、このトルク電流指令に基づきインバータを介して動力計を制御する動力計システムであって、各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成するものにおいて、
前記速度制御回路の速度制御部を、速度制御一般化プラントモデルに基づき、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計し、この速度制御一般化プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と速度制御コントローラによって算出された動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデルを有し、
且つ前記速度制御一般化プラントモデルは、前記機械系モデル出力のシャフト捩れトルクを入力して軸トルクの検出信号を出力するトルクメータ特性モデル、機械系モデル出力の動力計角速度を入力して動力計角速度を検出するエンコーダ特性モデルを備え、
前記トルクメータ特性モデルからの軸トルク検出と重み付けされた軸トルク観測ノイズの和による軸トルク観測信号と、前記エンコーダ特性モデルからの動力計角速度検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号を角速度指令から減算し、この動力計角速度制御の制御偏差を前記速度制御コントローラに観測信号として入力して動力計トルク指令を演算すると共に、前記制御偏差に積分特性を持たせた重み付き動力計角速度制御信号を動力計の速度制御に用いることを特徴としたものである。

本発明の請求項２は、積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルのローラ角速度の偏差信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項３は、速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令観測信号、軸トルク観測信号、及びエンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項４は、積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルのローラ角速度の偏差信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項５は、動力計角速度を検出するエンコーダ特性モデルに代えて、機械系モデルのローラ角速度を入力してローラ角速度検出を生成する第２のエンコーダを設け、生成されたローラ角速度検出とローラ角速度観測ノイズの和と角速度指令の制御偏差を前記速度制御コントローラの観測信号に入力すると共に、この制御偏差に積分特性を持たせた重み付きローラ角速度制御信号としてローラの速度制御に用いることを特徴としたものである。

本発明の請求項６は、積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルの動力計角速度の偏差信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項７は、速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令、軸トルク観測信号、及び第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号とし、且つ前記積分特性を有する制御偏差は、角速度指令と前記第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項８は、積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルの動力計角速度の偏差信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項９は、機械系モデルのローラ角速度を入力してローラ角速度検出を生成する第２のエンコーダを設け、生成されたローラ角速度検出とローラ角速度観測ノイズの和を前記速度制御コントローラの観測信号に入力することを特徴としたものである。

本発明の請求項１０は、速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令と、第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号との制御偏差、軸トルク観測信号、及びエンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号とし、且つ前記制御偏差に積分特性を持たせた重み付けローラ角速度制御信号としたことを特徴としたものである。

本発明の請求項１１は、速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令、第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号、軸トルク信号、及びエンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号とし、且つ前記積分特性を有する制御偏差は、角速度指令と前記エンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号の差であることを特徴としたものである。

本発明の請求項１２は、積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と、第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号との差であることを特徴としたものである。

本発明の請求項１３は、ローラをシャフトにて連結した動力計を設け、動力計とローラの回転数、及び軸トルクの各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成し、このトルク電流指令に基づきインバータを介して動力計を制御する動力計システムであって、各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成するものにおいて、
前記速度制御回路の速度制御部を、速度制御一般化プラントモデルに基づき、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計し、この速度制御一般化プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と速度制御コントローラによって算出された動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデルを有し、且つ前記速度制御一般化プラントモデルは、角速度指令値と角速度検出信号の差信号、軸トルク検出信号を入力して前記トルク電流指令を算出するよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の請求項１４は、トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値、角速度検出値、及び前記シャフトの軸トルク検出値であることを特徴としたものである。

本発明の請求項１５は、トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値と動力計の角速度検出信号の差信号、軸トルク検出信号、及びローラ角速度検出信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項１６は、トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値、動力計の角速度検出信号、軸トルク検出信号、及びローラ角速度検出信号であることを特徴としたものである。

本発明の請求項１７は、トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値とローラの角速度検出信号の差信号、軸トルク検出信号、及びローラ角速度検出信号であることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、ＡＳＲ部を一般化プラントモデルに基づき、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計することにより、動力計システムにおける機械系の共振特性、軸トルク検出特性、動力計角速度特性、ローラ角速度特性、及びインバータ応答特性などを考慮した速度制御設計が可能となる。また、このＡＳＲ一般化プラントモデルの観測量を、軸トルク検出を含む観測量から複数のパラメータで演算トルク電流指令を算出し、速度制御の制御偏差に積分特性を持たせたことにより、共振特性が抑制され、高応答で安定なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となるものである。

本発明は、特許文献１のように電気慣性制御回路そのものを提供するものではなく、速度制御（以下ＡＳＲと称す）部を「Ｈ∞制御」「・設計法」と呼称されるコントローラ設計手法により作成し、状態方程式のパラメータを算出して速度制御値とするものである。
なお、「Ｈ∞制御」「・設計法」「一般化プラント」については、例えば、劉康志著、「線形ロバスト制御」、コロナ社、２００２年などにおいて、ロバスト制御の一般的な教科書で説明されている。

本発明は、上記手法を用いて設計された一般化プラントモデルを用いて図１８
で示すシャシーダイナモメータシステムに使用される。以下、実施例に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントを、また、図２はＡＳＲの機械系モデルを示したもので、それぞれ一般化プラントに基づき「Ｈ∞制御」または、「・設計法」にて状態方程式のパラメータを算出するものである。
図１で示すＡＳＲ一般化プラントモデルは、その外乱としてローラ表面駆動力ｗ１、インバータトルク制御誤差ｗ２、角速度指令ｗ３、軸トルク観測ノイズｗ４、及び動力計角速度観測ノイズｗ５が入力され、制御量としてｚ１〜ｚ６が出力される。３０はＡＳＲコントローラで、観測量c_-in1，c_-in2が入力される。ＡＳＲコントローラ３０では速度制御のための状態方程式のパラメータを設定し、ゲインが小さくなるようアルゴリズムに基づいてパラメータを決定するための所定の演算を実行し、動力計のトルク指令c_-outを生成する。ここで、c_-in1は動力計角速度制御偏差、 c_-in2は軸トルク検出である。また、一般化プラントモデルでは、制御量としてｚ１〜ｚ５が生成される。

入力された外乱には、それぞれは重み係数付加手段１（Gw1(s)）〜５（Gw5(s)）、及び２０（Gz1(s)）〜２４（Gz5(s)）において各別に重み付けされ、求める特性が得られるようになっている。すなわち、手段１は車両駆動力に重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性となってローラの回転モーメントトルクJ1.Tとし機械系モデル４０（Gmec(s)）に入力される。手段２では、インバータのトルク電流制御誤差に重み付けされてある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされる。手段３では、角速度指令に重み付けしてある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性をかけ、減算部１２に出力する。手段４では、軸トルク観測ノイズに重み付けされてある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にして加算手段１０に出力する。手段５では、動力計角速度観測ノイズに重みがかけられ、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にして加算手段１１に出力する。

６はインバータ特性モデル部で、ＡＳＲコントローラ３０の出力c_-outに基づいてインバータの応答特性信号を生成し、手段２において重み付けされた信号と加算部１３で加算され、動力計トルクJ2.Tとして機械系モデル４０に入力される。
７は軸トルクを検出するトルクメータ特性モデルで、機械系モデル４０からの軸トルクK12.Tと、手段４で重み付けされた軸トルク観測ノイズとの和信号（加算部１０での）に基づいてトルクメータ特性信号を生成し、軸トルク検出信号
c_-in2としてＡＳＲコントローラ３０に出力する。
８は動力計角速度を検出するエンコーダ特性モデルで、機械系モデル４０からの動力計角速度Ｊ2.wと手段５で重み付けされた動力計角速度観測誤差との和信号（加算部１１にて）に基づいてエンコーダ特性信号が生成され、この信号は減算部１２に出力して角速度指令との差演算が実行され、動力計角速度制御偏差c_-in1としてＡＳＲコントローラ３０に入力される。また、動力計角速度制御偏差c_-in1は手段９にも入力される。手段９では動力計角速度制御偏差に積分特性を持つ重み関数がかけられ、さらに手段２２で動力計角速度制御偏差に重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが低くなるような特性にされて重み付き動力計角速度制御信号ｚ３となる。

ＡＳＲコントローラ３０では、入力された観測量c_-in1， c_-in2に基づき速度制御のための状態方程式のパラメータを設定し、ゲインが小さくなるようアルゴリズムに基づいてパラメータを決定するための所定の演算を実行し、演算された動力計トルク指令c_-outを生成してインバータ特性モデル部６に出力すると共に、手段２０に出力する。手段２０ではインバータのトルク電流指令に重み付けをし、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされて重み付トルク電流指令信号ｚ１となる。
手段２１には、機械系モデル４０から軸トルクK12.Tが入力されて重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされて重み付き軸トルク信号ｚ２となる。
手段２３には、機械系モデル４０から動力計角速度Ｊ2.wが入力されて重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされて重み付き動力計角速度信号ｚ４となる。
手段２４には、機械系モデル４０からローラ角速度Ｊ1.wが入力されて重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされて重み付きローラ角速度信号ｚ５となる。

図２で示すＡＳＲ部の機械系モデル４０は、動力計の機械特性を伝達関数で表現したもので、２慣性機械系のモデルである。この実施例での機械系モデルは、J1.TとJ2.Tを入力として持ち、J1.w、K12.T、及びJ2.wを出力として持つ。
同図において、４１はローラ慣性モーメント要素で、その出力はローラ角速度J1.wとして一般化プラントへ出力すると共に、減算手段４６に出力する。４２はばね剛性要素で、減算手段４６により演算された動力計角速度とローラ角速度の差信号が入力されてシャフト捩れトルクK12.T信号として一般化プラントへ出力すると共に、加算手段４４と減算手段４５に出力する。加算手段４４では、ローラ表面にかかる車両駆動力によるローラの回転モーメントJ1.Tとシャフト捩れトルクK12.Tが加算されてローラ慣性モーメント要素４１に入力する。また、減算手段４５では、入力された動力計トルク信号J2.Tとシャフト捩れトルクK12.Tの差信号が求められて動力計慣性モーメント要素４３に出力され、この動力計慣性モーメント要素４３において動力計角速度J2.wを演算して一般化プラントへ出力すると共に、減算手段４６に出力する。

図３は図１に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部をシャシーダイナモメータシステムに適用する場合の例である。このＡＳＲ部は、角速度指令値w.refとエンコーダにより検出された角速度信号w.detの差信号であるin1と、軸トルクメータによって検出された軸トルク信号SH.Tがin2として入力され、動力計のトルク電流指令（インバータトルク電流指令）Dy.Trefが出力される。

第１の実施例によれば、ＡＳＲ部を一般化プラントモデルにて、観測量を動力計角速度制御の制御偏差と軸トルク検出とし、動力計角速度制御の制御偏差に積分特性を持たせて作成したものである。これにより、動力計システムにおける機械系の共振特性、軸トルク検出特性、動力計角速度特性、及びインバータ応答特性などを考慮した速度制御設計が可能となり、共振特性が抑制され、高応答で安定なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。

図４は第２の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図１と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
この実施例において図１と相違する点は、角速度制御の制御偏差を算出する手法として、角速度指令ｗ３と機械系モデル４０が求めたローラ角速度Ｊ1.wを減算部１４に入力し、この減算部１４においてローラ角速度制御の制御偏差を求めたことである。制御偏差は、手段９でローラ角速度制御偏差に積分特性を持つ重み関数がかけられ、さらに手段２２でローラ角速度制御偏差に重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが低くなるような特性にされて重み付きローラ角速度制御信号ｚ３として出力される。他は図１と同様である。

なお、図４において用いられる機械系モデル４０は、図２のものが使用され、
また、図４に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合は図３と同様にして使用される。
この実施例も、実施例１と同様の効果が得られる。

図５は第３の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図１と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
この実施例において図１と相違する点は、エンコーダ特性モデル８に代えて１７としたことである。１７はローラ角速度を検出する第２のエンコーダ特性モデルで、機械系モデル４０が算出したローラ角速度J1.wを入力してローラ角速度を検出する。この信号は加算部１８で重み付けされたローラ角速度観測ノイズｗ６と加算された後、減算部１２で角速度指令との差演算が実行されてローラ角速度制御偏差が求められ、ＡＳＲコントローラ３０ａと手段９に出力される。以下は図１と同様である。

なお、図５において用いられる機械系モデル４０は、図２のものが使用され、
また、図５に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合は図３と同様にして使用される。
この実施例も、実施例１と同様の効果が得られる。

図６は第４の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図５と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
この実施例において図５と相違する点は、制御偏差の演算手法が異なることである。すなわち、重み付けされた角速度指令ｗ３と機械系モデル４０が算出した動力計角速度J2.wを減算部１４に入力して両者の差信号を求め、この差信号が手段９において積分特性を持つ重み関数がかけられ、さらに手段２２で動力計角速度制御偏差に重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが低くなるような特性にされて重み付き動力計角速度制御信号ｚ３として出力される。
他は図５と同様である。

なお、図６において用いられる機械系モデル４０は、図２のものが使用され、
また、図６に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合は図３と同様にして使用される。この実施例も、実施例１と同様の効果が得られる。

図７は第５の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図１と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。この実施例において図１と相違する点は、ＡＳＲコントローラ３０ｂでの観測量として、角速度指令c_-in5、軸トルク検出c_-in2、及び動力計角速度検出c_-in3の３量としたことである。これに伴って、加算部１１での動力計角速度観測ノイズと動力計角速度検出の和信号がc_-in3としてＡＳＲコントローラ３０bに入力され、ＡＳＲコントローラ３０bでは、c_-in5、c_-in2、c_-in3を用いて速度制御のための状態方程式のパラメータを設定し、ゲインが小さくなるようアルゴリズムに基づいてパラメータを決定するための所定の演算を実行し、演算された動力計トルク指令c_-outを演算してインバータ特性モデル部６と、手段２０に出力する。以下は図１と同様である。

図８は図７に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部をシャシーダイナモメータシステムに適用する場合の例である。このＡＳＲ部には、角速度指令値w.refがin5、軸トルクメータによって検出された軸トルク信号SH.Tがin2、エンコーダにより検出された動力計角速度信号w.detがin3としてそれぞれ入力される。他は実施例１と同様であり、また、実施例１と同様の効果が得られる。

図９は第６の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図７と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
この実施例において図７と相違する点は、角速度制御の制御偏差を算出する手法として、角速度指令ｗ３と機械系モデル４０が求めたローラ角速度Ｊ1.wを減算部１４に入力し、この減算部１４においてローラ角速度制御の制御偏差を求めたことである。制御偏差は、手段９でローラ角速度制御偏差に積分特性を持つ重み関数がかけられ、さらに手段２２でローラ角速度制御偏差に重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが低くなるような特性にされて重み付きローラ角速度制御信号ｚ３として出力される。他は図７と同様である。

なお、図９に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合は図８と同様にして使用される。この実施例も、実施例５と同様の効果が得られる。

図１０は第７の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図７と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
この実施例において図７と相違する点は、エンコーダ特性モデルを８に代えて、第２のエンコーダ特性モデル１７を用いたことである。ローラ角速度を検出するエンコーダ特性モデル１７は、機械系モデル４０が算出したローラ角速度J1.wを入力してローラ角速度を演算し検出する。この信号は加算部１８で重み付けされたローラ角速度観測ノイズｗ６と加算され、その信号は観測量としてＡＳＲコントローラ３０ｃに出力されると共に減算部１２に出力され、この減算部１２で重み付けされた角速度指令との差演算が実行されてローラ角速度制御偏差を求める。また、図１０に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合は図８と同様にして使用される。この実施例も、図８と同様の効果が得られる

図１１は第８の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図９と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
この実施例において図１０と相違する点は、角速度制御の制御偏差を算出する手法として、重み付けされた角速度指令ｗ３と機械系モデル４０が求めた動力計角速度Ｊ２.wを減算部１２に入力し、この減算部１２において動力計角速度制御の制御偏差を求めたことである。制御偏差は、手段９で動力計角速度制御偏差に積分特性を持つ重み関数がかけられ、さらに手段２２で動力計角速度制御偏差に重み付けされ、ある定数、または、高域でゲインが低くなるような特性にされて重み付き動力計角速度制御信号ｚ３として出力される。他は図１０と同様である。
なお、図１１に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合は図８と同様にして使用される。この実施例も、実施例６と同様の効果が得られる。

図１２は第９の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図１と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。この実施例において図１と相違する点は、ＡＳＲコントローラ３０ｄでの観測量として、動力計角速度制御偏差c_-in1、軸トルク検出c_-in2の他にローラ角速度検出c_-in6の３量としたことである。これに伴って、ＡＳＲ一般化プラントにはローラ角速度観測ノイズｗ６が入力され、手段１６で重み付けされてある定数、または、高域でゲインが高くなるような特性にされて加算部１８に出力される。この加算部１８では、第２のエンコーダ特性モデル１７によって検出されたローラ角速度検出と加算され、ローラ角速度検出c_-in6としてＡＳＲコントローラ３０ｄに入力される。

ＡＳＲコントローラ３０ｄでは、c_-in1、c_-in2、c_-in6を用いて速度制御のための状態方程式のパラメータを設定し、ゲインが小さくなるようアルゴリズムに基づいてパラメータを決定するための所定の演算を実行し、演算された動力計トルク指令c_-outをインバータ特性モデル部６と、手段２０に出力する。
なお、第２のエンコーダ特性モデル１７は、機械系モデル４０からのローラ角速度J1.wを入力してローラ角速度を演算し検出する。以下は図１と同様である。

図１３は図１２に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部をシャシーダイナモメータシステムに適用する場合の例である。このＡＳＲ部には、角速度指令値w.refとエンコーダにより検出された動力計角速度信号w.dy.detの差信号であるin1と、軸トルクメータによって検出された軸トルク信号SH.Tがin2、及びエンコーダにより検出されたローラ角速度w.roller.detがin6としてそれぞれ入力され、動力計のトルク電流指令（インバータへのトルク電流指令）Dy.Trefが出力される。

この実施例によれば、ＡＳＲ部を一般化プラントモデルにて、観測量を動力計角速度制御の制御偏差、軸トルク検出、及びローラ角速度検出の３量とし、動力計角速度制御の制御偏差に積分特性を持たせて作成したものである。これにより、動力計システムにおける機械系の共振特性、軸トルク検出特性、動力計角速度特性、及びインバータ応答特性などを考慮した速度制御設計が可能となり、共振特性が抑制され、高応答で安定なシャシーダイナモメータシステムの速度制御が可能となる。

図１４は第１０の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図１２と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。この実施例において図１２と相違する点は、ＡＳＲコントローラ３０ｅでの観測量として、ローラ角速度制御偏差c_-in4、軸トルク検出c_-in2、及び動力計角速度検出c_-in3の３量としたことである。そのために、減算部１２で角速度指令と加算部１８からのローラ角速度検出との差演算が実行され、ローラ角速度制御の制御偏差c_-in4としてＡＳＲコントローラ３０ｅに入力される。また、この信号は手段９に入力されてローラ角速度制御偏差に積分特性が付加され、手段２２を介してある定数、または、高域でゲインが低くなる特性とされ、制御量として重み付ローラ角速度ｚ３として出力する。
なお、図２０は、図１４に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合に使用される。他は図１２と同様である。

この実施例によれば、ローラ角速度制御偏差、軸トルク検出、及び動力計角速度検出を観測量とし、ローラ角速度制御偏差に積分特性を持たせたものである。これにより、実施例９と同等の効果が得られるものである。

図１５は第１１の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図１２と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。この実施例における観測量は、角速度制御指令c_-in5、軸トルク検出c_-in2、動力計角速度検出c_-in3、及びローラ角速度検出c_-in6の４量とし、減算部１２で求まった動力計角速度制御の制御偏差を、手段９にて積分特性を持たせた後、手段２２を介して重み付き動力計角速度信号ｚ３の制御量を出力する。角速度制御指令c_-in5は、角速度指令ｗ３が重み付けされて所望の特性とされた信号が観測量とされる。また、動力計角速度検出c_-in3は、エンコーダ特性モデル８により検出された動力計角速度と動力計トルク観測ノイズの和信号（加算部１１）がc_-in3とされ、さらに、ローラ角速度検出c_-in6は第２のエンコーダ特性モデル１７により検出されたローラ角速度とローラトルク観測ノイズの和信号（加算部１８）がc_-in6となってそれぞれＡＳＲコントローラ３０ｆに入力される。他は図１２と同様である。

図１６は、図１５に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用した場合の構成図で、このＡＳＲ部には、角速度指令値w.refがin5、軸トルクメータによって検出された軸トルク信号SH.Tがin2、エンコーダＥＣ１により検出された動力計角速度信号w.dy.detがin3、エンコーダＥＣ２により検出されたローラ角速度信号w.roller.detがin6としてそれぞれ入力される。他は実施例９と同様で、また、同様の効果が得られる。

図１７は第１２の実施例を示すＡＳＲ一般化プラントの構成図で、図１５と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。この実施例で、図１５と相違する点は、重み付きローラ角速度ｚ３の生成過程が異なることである。すなわち、第２のエンコーダ特性モデル１７により検出されたローラ角速度とローラトルク観測ノイズの和信号（加算部１８）は、減算部１２においてローラ角速度制御指令c_-in5との差が求められ、その差信号に手段９で積分特性を持たせた後、手段２２を介して重み付きローラ角速度信号ｚ３を制御量として出力する。

図１７に基づいて、Ｈ∞制御、・設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計されたＡＳＲ部を、シャシーダイナモメータシステムに適用する場合は、図１６の構成となる。
以下は実施例１１と同様であり、また同様の効果が得られるものである。

本発明の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 ＡＳＲ一般プラントモデルに使用される機械系モデルの構成図。 動力計システムでのＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 動力計システムでのＡＳＲ一般プラントモデルの他の構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 動力計システムでのＡＳＲ一般プラントモデルの他の構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 動力計システムでのＡＳＲ一般プラントモデルの他の構成図。 本発明の他の実施形態を示すＡＳＲ一般プラントモデルの構成図。 シャシーダイナモメータシステムの構成図。 従来の速度制御回路の構成図。 動力計システムでのＡＳＲ一般プラントモデルの他の構成図。

符号の説明

Ｄｙ…動力計
ＩＶ…インバータ
ＳＣ…速度制御回路
Ｒ…ローラ
ＥＣ（ＥＣ１，ＥＣ２）…エンコーダ
ＴＭ…トルクメータ
３０…ＡＳＲコントローラ
４０…機械系モデル

Claims (17)

1. ローラをシャフトにて連結した動力計を設け、動力計とローラの回転数、及び軸トルクの各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成し、このトルク電流指令に基づきインバータを介して動力計を制御する動力計システムであって、各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成するものにおいて、
   前記速度制御回路の速度制御部をＨ∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法により速度制御一般化プラントモデルで作成し、
   この速度制御一般化プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と速度制御コントローラによって算出された動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデルを有し、
   且つ前記速度制御一般化プラントモデルは、前記機械系モデル出力のシャフト捩れトルクを入力して軸トルクの検出信号を出力するトルクメータ特性モデル、機械系モデル出力の動力計角速度を入力して動力計角速度を検出するエンコーダ特性モデルを備え、
   前記トルクメータ特性モデルからの軸トルク検出と重み付けされた軸トルク観測ノイズの和による軸トルク観測信号と、前記エンコーダ特性モデルからの動力計角速度検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号を角速度指令から減算し、この動力計角速度制御の制御偏差を前記速度制御コントローラに観測信号として入力して動力計トルク指令を演算すると共に、前記制御偏差に積分特性を持たせた重み付き動力計角速度制御信号を動力計の速度制御に用いることを特徴とした動力計システムの速度制御方法。
2. 前記積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルのローラ角速度の偏差信号であることを特徴とした請求項1記載の動力計システムの速度制御方法。
3. 前記速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令観測信号、軸トルク観測信号、及びエンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号である動力計角速度観測信号ことを特徴とした請求項１記載の動力計システムの速度制御方法。
4. 前記積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルのローラ角速度の偏差信号であることを特徴とした請求項１記載の動力計システムの速度制御方法。
5. 前記動力計角速度を検出するエンコーダ特性モデルに代えて、機械系モデルのローラ角速度を入力してローラ角速度検出を生成する第２のエンコーダを設け、生成されたローラ角速度検出とローラ角速度観測ノイズの和と角速度指令の制御偏差を前記速度制御コントローラの観測信号に入力すると共に、この制御偏差に積分特性を持たせた重み付きローラ角速度制御信号としてローラの速度制御に用いることを特徴とした請求項１記載の動力計システムの速度制御方法。
6. 前記積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルの動力計角速度の偏差信号であることを特徴とした請求項５記載の動力計システムの速度制御方法。
7. 前記速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令観測信号、軸トルク観測信号、及び第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号であるローラ角速度観測信号とし、且つ前記積分特性を有する制御偏差は、角速度指令と前記第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号であることを特徴とした請求項５記載の動力計システムの速度制御方法。
8. 前記積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と前記機械系モデルの動力計角速度の偏差信号であることを特徴とした請求項７記載の動力計システムの速度制御方法。
9. 前記機械系モデルのローラ角速度を入力してローラ角速度検出を生成する第２のエンコーダを設け、生成されたローラ角速度検出とローラ角速度観測ノイズの和を前記速度制御コントローラの観測信号に入力することを特徴とした請求項１記載の動力計システムの速度制御方法。
10. 前記速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令と、第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号との制御偏差、軸トルク観測信号、及びエンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号とし、且つ前記制御偏差に積分特性を持たせた重み付けローラ角速度制御信号としたことを特徴とした請求項９記載の動力計システムの速度制御方法。
11. 前記速度制御コントローラに入力される観測信号は、前記角速度指令、第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号、軸トルク信号、及びエンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号とし、且つ前記積分特性を有する制御偏差は、角速度指令と前記エンコーダ特性モデルの動力計角速度軸検出と重み付けされた動力計角速度観測ノイズの和信号の差であることを特徴とした請求項９記載の動力計システムの速度制御方法。
12. 前記積分特性を有する制御偏差は、前記角速度指令と、第２のエンコーダ特性モデルのローラ角速度軸検出と重み付けされたローラ角速度観測ノイズの和信号との差であることを特徴とした請求項９記載の動力計システムの速度制御方法。
13. ローラをシャフトにて連結した動力計を設け、動力計とローラの回転数、及び軸トルクの各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成し、このトルク電流指令に基づきインバータを介して動力計を制御する動力計システムであって、各検出信号を速度制御回路に入力してトルク電流指令を生成するものにおいて、
    前記速度制御回路の速度制御部をＡＳＲ一般化プラントモデルに基づき、Ｈ∞制御、μ設計法と呼称されるコントローラ設計手法により設計し、この速度制御一般化
    プラントモデルは、それぞれ重み付けされたローラ表面駆動力信号と速度制御コントローラによって算出された動力計トルク指令を入力してローラ角速度信号とシャフトの軸トルク信号及び動力計角速度信号を演算する機械系モデルを有し、
    且つ前記速度制御一般化プラントモデルは、角速度指令値と角速度検出信号の差信号、軸トルク検出信号を入力して前記トルク電流指令を算出するよう構成したことを特徴とした動力計システムの速度制御装置。
14. 前記トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値、角速度検出値、及び前記シャフトの軸トルク検出値であることを特徴とした請求項1３記載の動力計システムの速度制御装置。
15. 前記トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値と動力計の角速度検出信号の差信号、軸トルク検出信号、及びローラ角速度検出信号であることを特徴とした請求項1３記載の動力計システムの速度制御装置。
16. 前記トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値、動力計の角速度検出信号、軸トルク検出信号、及びローラ角速度検出信号であることを特徴とした請求項1３記載の動力計システムの速度制御装置。
17. 前記トルク電流指令算出のための速度制御一般化プラントモデルへの入力信号は、角速度指令値とローラの角速度検出信号の差信号、軸トルク検出信号、及びローラ角速度検出信号であることを特徴とした請求項1３記載の動力計システムの速度制御装置。

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