JPH0619303B2 - 風洞の風速制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、風洞の風速制御装置に関する。

従来の技術 橋梁や高層ビルデイングのような構造物の空気力学的な
特性を調査するための手段として、風洞が広く用いられ
ている。また車両や飛行物体の空気力学的な性能を調べ
るためにも風洞は利用される。さらに、大気や気象状態
を模擬するためにも、風洞は利用される。一般に調査対
象が大きい場合は、縮尺模型が用いられ、その調査対象
が小さい場合は、実物が試験に供される。

風洞の設備は、基本的には、（ａ）空気の流れを惹起せ
しめる送風機である空気流発生源と、（ｂ）空気の温湿
度を調整する空調器と、（ｃ）調査対象である被試験物
体を設置する測定部と、（ｄ）測定部に設けられ、調査
対象の空気力学的性能を計測する計測装置と、（ｅ）空
気の流れを場所的に限定し、流れを一様にするための風
管と、（ｆ）空気発生源や空調器を調節して所定の気流
条件を得るための制御装置とを含む。本発明は、このよ
うな風洞における前記制御装置のうち、風速を調整する
風速制御装置に関する。

このような風洞の風速制御装置は、たとえば特開昭５７
−１４９９４３および特開昭５９−６９８１７に開示さ
れている。これらの先行技術では、風速設定値に対する
実際の風速の追従性は悪く、たとえば数秒以上の遅れを
有している。この遅れは、（ａ）実風速を検出するため
にピトー管を用いるとき、そのピトー管は送風機から離
れた場所である測定部付近に設置設備しかつ、（ｂ）そ
のピトー管自身が遅れを有していることとに、主として
起因しており、また（ｃ）ピトー管による実風速と前記
設定風速との偏差を零とするように制御するフイードバ
ツク制御装置が、いわゆる比例および積分動作（略称Ｐ
Ｉ）の制御を行うので、安定な運転を実現するためには
ゲインを大きく取ることができないことも１つの原因と
なつている。

風速制御の追随性の向上は、車両などの実験を行う風洞
で特に要求される。車両の駆動輪によつて回転されるシ
ヤーシダイナモが設けられ、このシヤーシダイナモの回
転速度出力を設定風速として用い、車両が測定部で停止
している状態で、車両の走行を模擬することが可能とな
るようにするために、その車両または車両の車輪の速度
に応じて、すなわち前述のシヤーシダイナモの回転速度
出力に応じて、風速の制御をする必要がある。したがつ
て車両の走行速度または車両の車輪の回転速度を、前述
のように設定風速として用い、この設定風速値に、実風
速を素早く追従させる必要がある。

ところが前述したように、先行技術では、その追従性を
向上することができず、また向上させようとすると、比
例ゲインを大きくしなければならず、その動作が不安定
になつてしまう。

発明が解決すべき課題 本発明の目的は、動作が不安定であり、しかも設定風速
に対する実風速の追従性の良好な風洞の風速制御装置を
提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、送風機からの空気を、ダンパが設けられた風
管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装置
において、 前記吹き出す空気の風速を設定する手段と、 前記吹き出す空気の風速を検出する手段と、 風速設定手段の出力と風速検出手段の出力とに応答し
て、風速設定手段の設定風速と風速検出手段の検出風速
との偏差に対応した送風機の回転速度を表すフイードバ
ツク信号ＭＶを導出するフイードバツク制御手段と、 風速設定手段の出力に応答して、設定された風速に対応
した送風機の回転速度を表すフイードフオワード信号Ｆ
Ｆを導出するフイードフオワード制御手段と、 フイードバツク信号とフイードフオワード信号とを加算
する加算回路とを含み、 加算回路の出力によつて送風機を駆動することを特徴と
する風洞の風速制御装置である。

また本発明は、送風機からの空気を、ダンパが設けられ
た風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御
装置において、 前記吹き出す空気の風速を設定する手段と、 風速設定手段の出力に応答して、設定された風速の時間
変化率が、予め定める上限値を超えるときに、その上限
値に置換されることで実現する変化率制御手段と、 前記吹き出す空気の風速を検出する手段と、 風速設定手段の出力と風速検出手段の出力とに応答し
て、風速設定手段の設定風速と風速検出手段の検出風速
との偏差に対応した送風機の回転速度を表すフイードバ
ツク信号ＭＶを導出するフイードバツク制御手段と、 変化率制限手段の出力に応答して、設定された風速に対
応した送風機の回転速度を表すフイードフオワード信号
ＦＦを導出するフイードフオワード制御手段と、 フイードバツク信号とフイードフオワード信号とを加算
する加算回路とを含み、 加算回路の出力によつて送風機を駆動することを特徴と
する風洞の風速制御装置である。

また本発明は、送風機からの空気を、ダンパが設けられ
た風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御
装置において、 前記吹き出す空気の風速を設定する手段と、 風速設定手段の出力に応答して、ダンパの開度を、設定
された風速に対応した開度となるように操作するフイー
ドフオワード制御手段と、 風速設定手段の出力に応答して、設定された風速の時間
変化率が、予め定める上限値を超えるときに、その上限
値でダンパの開度を時間経過に伴つて変化させてゆく変
化率制限手段を設けることを特徴とする風洞の風速制御
装置である。

作 用 本発明に従えば、風速設定値と実風速との偏差に基づい
て、フイードバツクを行うとともに、その設定風速から
直接に制御出力を演算するフイードフオワード制御手段
を設け、これによつてフイードバツク制御手段のみによ
る制御系の不安定などを生ぜずに、安定な状態で、しか
も追従性を向上することが可能になる。

そのフイードフオワード制御手段によつて送風機の回転
速度を操作し、また低風速の検出を行うことなしに、上
述のようにダンパの開度の制御を行うことにより送風機
を駆動するモータに電力付勢するインバータの低周波数
安定性の悪い領域での回転速度制御を避けて低風速域か
ら高風速域まで連続して風速制御を滑らかに行うことが
できる。

また本発明に従えば、変化率制限手段を設けて、設定風
速の時間変化率の上限値を制限するようにしたので、フ
イードフオワード制御手段にたとえば微分回路を設けて
構成したときに、その微分出力が過度に大きくなるのを
防ぎ、また風速が急激に変わるのを防ぎ、さらにまた機
械的構成の強度的負担を低減して、故障を防ぐことがで
きるようになる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の全体のブロツク図であ
る。風速設定手段であるシヤーシダイナモ１からの風速
設定値Ｖｓｏｌｌに基づき、低風速領域では、送風機２
を駆動するモータ３は、最小風速設定回路４からの最小
風速設定値Ｃｍｉｎに対応した一定速度で回転制御さ
れ、このときダンパ５はフイードフオワード制御回路６
によつてフイードフオワード制御が行われる。風速の高
速域では、実際の風速を検出する手段７からの風速測定
値Ｖｉｓｔに基づき、比例および積分（略称ＰＩ）制御
回路８によつて送風機２を駆動するフイードバツク制御
が行われるとともに、実風速の応答速度の向上を図るた
めに、すなわちシヤーシダイナモ１からの出力である風
速設定値Ｖｓｏｌｌと実風速との追従性を向上するため
に、フイードフオワード制御回路９によつて制御され
る。

第２図は、風洞の全体の構成を示す図である。風路全体
は風管１０に覆われており、風管１０の内部に送風機２
が設置される。送風機２の前述のようにモータ３によつ
て駆動される。モータ３は送風機２に直結されるときも
あるが、ベルト掛けや歯車列を介して駆動するように構
成されているときもある。送風機２の下流には、空調器
１１が設けられる。この空調器１１は、気流の温度を調
節するために、温水が導かれて空気と熱交換をする熱交
換器を有し、温水に代えてたとえば常温の水が供給され
るときもある。風管１０内にはガイドベーン１２が備え
られる。計測実験を行う測定部１３には、被試験物体、
たとえば車両１４がおかれ、気流を形成するためのノズ
ル１５が前方に配置される。測定部１３には、路面熱を
作るヒータ１６および日射熱を作るヒータ１７などが設
けられ、空調器１１とともに、熱平衡状態を形成するこ
とができる。測定部１３の下流には、ベルマウス１８が
あり、測定部１３で拡散した空気の流れを再び風管内部
に引き入れる。第２図に示されるように測定部１３が開
いている開放形の他に、測定部１３自身が風管に覆われ
る閉鎖形の風洞であつてもよい。閉鎖形の風洞であると
きは、ノズル１５の代りに縮流部と称する気流絞り、お
よび風速の場所的な一様性を得るための所定条件形成手
段を設け、ハウジング１９によつて覆う。

ベルマウス１８に吸入された空気は、再び送風機２に供
給される。このような風洞を回流式風洞と称する。この
他、送風機２から出た空気が、大気などに放出され、送
風機２に再び供給されない風洞の形式であつてもよい。

空調器１１と測定部１３との間には、主ダンパ５が設け
られ、この主ダンパ５の手前にバイパスダクト２０が設
けられる。バイパスダクト２０のもう一方の端部は、測
定部１３の下流側で風管１０に接続されていて、バイパ
スダクト２０の入口寄りにはバイパスダンパ２１が配置
される。主ダンパ５およびバイパスダンパ２１は、開閉
可能になつていて、主風路風管１０ａとバイパスダクト
２０との風路断面積をそれぞれ調節することができる。
これらのダンパ５，２１は第１図に示されるように複動
油圧シリンダ２２によつて連動するように構成される。
ダンパ５，２１は、それらのうち、一方の開度が大きく
なると他方の開度が小さくなるようにいわば逆動作する
ように構成されており、主ダンパ５が閉のときには、バ
イパスダンパ２１は開、またはバイパスダンパ２１が閉
のときには主ダンパ５は開となる。

バイパスダクト２０は、低風速における気流性能、特
に、風速制御の性能を向上するために設置されている。
またこのバイパスダクト２０は、熱平衡状態を維持する
ためにも用いられる。測定部１３における実験目的によ
つては、これらのバイパスダクト２０およびダンパ２１
を省略してもよい。

測定部１３に設けられた被測定物体である車両１４の駆
動輪によつて、床に設けられたシヤーシダイナモ１が駆
動され、これによつて車輪の速度、すなわち車速に対応
した出力が、前述の風速設定値Ｖｓｏｌｌとして導出さ
れる。測定部１３における風速を測定するために、ピト
ー管２３が設けられ、またその測定部１３に供給される
空気の温度は温度計２４によつて検出される。ピトー管
２３および温度計２４からの出力は風速計算回路２５に
与えられ、こうして実風速Ｖｉｓｔが第１式に基づいて
計算される。

ここでｋｖは定数であり、ｔｅは温度計２４による測定
温度であり、ΔＰはピトー管２３によつて検出される動
圧である。ピトー管２３と温度計２４と風速計算回路２
５とは風速検出手段７を構成する。

風速計算回路２５からライン２６には実風速Ｖｉｓｔを
表す信号が導出され、減算回路２７から特性付与回路５
６およびライン２８を介して減算回路２９に与えられ
る。

シヤーシダイナモ１からの風速設定値Ｖｓｏｌｌは変化
率制限回路１２９によつて、風速設定値の過大変化率が
制限され、その出力ＳＶはライン３０から減算器３１に
与えられ、その出力ＳＶ１はさらに特性付与回路３２を
介して減算器３３に与えられ、その出力ＳＶＯはさらに
ライン３４から減算器２９に与えられる。ライン３４か
らの信号とライン２８からの信号との偏差εは、フイー
ドバツク制御のためのＰＩ制御回路８に与えられ、その
出力ＭＶはライン３６から加算回路３７を経て、加算出
力ＭＶ０はライン３８に導出される。このライン３８の
信号ＭＶ０は、加算回路３９に与えられる。加算回路３
９には、最小回転速度設定回路４からの出力Ｃｍｉｎが
前述のように与えられ、こうして得られる回転速度設定
値Ｎｓｏｌｌはライン４０からモータ駆動回路４１に与
えられる。

送風機の回転速度を制御する手段であるモータ駆動回路
４１は、減算器４２と、回転速度制御回路４４と、モー
タ３の回転速度を検出する回転速度検出器４５とを備
え、フイードバツク制御を行うように構成される。こう
して送風機２は回転速度設定値ＮＳｏｌｌで制御され
る。

ライン３４からの信号ＳＶＯは、フイードフオワード制
御回路９に与えられ、その出力ＦＦは加算器３７に入力
され、こうしてモータ３したがつて送風機２のフイード
フオワード制御が行われる。

ライン３０からの信号ＳＶはダンパ５のためのフイード
フオワード制御回路６に与えられ、その出力ＳＶｄは関
数発生回路４６に与えられ、入力ＳＶｄに対応したダン
パ５の開度θを表す信号をライン４７に導出して、ダン
パ開度制御回路４８に与える。

このダンパ開度制御回路４８は、減算器４９と、サーボ
コントローラ５０と、電気油圧サーボ弁５１と、ダンパ
５の開度を検出する検出器５２とを有し、電気油圧サー
ボ弁５１の出力によつて油圧シリンダ２２が複動駆動さ
れ、関数発生回路４６の出力θに対応した開度にダンパ
５が制御され、これに応じてバイパスダンパ２１もまた
駆動される。

関数発生回路４６は、フイードフオワード制御回路６の
出力ＳＶｄが増大するのに応じて、ダンパ５の開度θが
増大する特性を有し、この特性は第３図に示されるとお
りである。こうしてダンパ５の開度θは信号ＳＶｄに基
づいて直接計算される。したがつて第４図（１）で示さ
れるように、車両１４の速度（すなわち車速）、したが
つて風速設定値Ｖｓｏｌｌに対応した信号ＳＶが増大す
るにつれて、第４図（１）で示されるようにダンパ５の
開度が増大してゆき、たとえば車速が４０ｋｍ／ｈ以上
では、その開度は１００％となる。また送風機２の駆動
を行うモータ３の回転速度は第４図（２）で示されるよ
うに、車両１４の速度、したがつて風速設定値Ｖｓｏｌ
ｌに対応した信号ＳＶが零〜３５ｋｍ／ｈの範囲では、
最小回転速度設定回路４で設定された値Ｃｍｉｎであ
り、その車速３５ｋｍ／ｈ以上では、信号ＳＶの増大に
応じて、モータ３の回転速度が増大するように構成され
る。風速３５〜４０ｋｍ／ｈの範囲では、ダンパ５と送
風機とがいずれも制御され、測定部１３における風速の
円滑な変化が達成される。

送風機２の制御を行うために、ライン３０の信号ＳＶ
は、前述のように減算器３１に与えられ、この減算器３
１には、下限風速設定回路５５からの出力ＳＶｍｉｎが
与えられる。下限風速設定回路５５から出力される信号
ＳＶｍｉｎは、第４図（２）に関連して説明した車速３
５ｋｍ／ｈに対応する値である。減算器３１は、その出
力ＳＶ１（＝ＳＶ−ＳＶｍｉｎ）を演算して、特性付与
回路３２に与える。この特性付与回路３２は、第５図の
ように、減算器３１の出力であるＳＶ１が負であるとき
には零である出力を導出し、減算器３１の出力が零以上
であるとき、その出力ＳＶ１を増幅率１で導出して減算
器３３に与える。このようにして、送風機２は風速ＳＶ
ｍｉｎ（＝たとえば車速３５ｋｍ／ｈに対応する値）未
満では、特性付与回路３２の出力は零であつて、最小回
転速度設定回路４で設定された回転速度Ｃｍｉｎの一定
回転速度で制御されることになる。

このようにして車速４０ｋｍ／ｈ以下の低風速域では、
ダンパ５の開度を調節して測定部１３における風速を調
整し、これによつて一般的に低風速の高精度の風速検出
が困難なことによる誤動作を防ぐとともに、モータ３の
低回転速度域でのモータ３を駆動する制御回路４４に含
まれているインバータの低周波数での安定性が悪いこと
に起因する動作の不安定性を防ぐ。車速４０ｋｍ／ｈ以
上では、ダンパ５は全開状態となり、送風機２を駆動す
るモータ３の回転速度の制御が安定に行われる。

下限風速設定回路５５の出力はまた、減算器２７に与え
られ、この減算器２７の出力は前述の特性付与回路３２
と同様な構成を有する特性付与回路５６に与えられ、こ
れによつて風速が下限値ＳＶｍｉｎ未満では特性付与回
路５６からライン２８に導出される出力は零である。回
転速度制御回路４４はインバータを有していてもよいけ
れども、その他の構成によつてモータ３の回転速度を制
御するように構成されていてもよい。

ダンパ５を駆動する複動油圧シリンダ２２と電気油圧サ
ーボ弁５１とに代えて、電力増幅回路とサーボモータと
が用いられてもよく、またその他の構成によつて実現さ
れてもよい。

減算器２９から導出される偏差εを表す信号は前述のよ
うにライン３５からＰＩ制御回路８に与えられる。この
ＰＩ制御回路８における比例ゲインＫｐは第６図に示さ
れるように、実風速Ｖｉｓｔに応じて比例ゲイン変化回
路５７によつて変化される。またこのＰＩ制御回路８の
積分時間Ｔｉも、実風速Ｖｉｓｔに応じて積分時間変化
回路５８によつて、第７図に示されるように、変化され
る。こうして低風速域から高風速域までの大幅なプラン
ト特性変化に即した良好な風速制御を実現している。

ＰＩ制御回路８は、その入力される偏差εの信号に応答
し、回路５７，５８の出力Ｋｐ，Ｔｉに基づき、その出
力ＭＶを第２式のように演算する。

ここでＫｐ，Ｔｉは、第３式および第４式でそれぞれ示
され、ｆｉ，ｆｐは、実風速Ｖｉｓｔの関数である。

Ｋｐ＝ｐ（Ｖｉｓｔ） …(３) Ｔｉ＝ｉ（Ｖｉｓｔ） …(４) このようにして比例ゲインＫｐ，積分定数Ｔｉを適切に
算定することによつて、制御性能を向上することができ
る。

フイードフオワード制御回路９は、風速制御の追従性を
よくするために設けられている。つまり、風速設定値Ｖ
ｓｏｌｌに応じて、直接、送風機２を駆動するモータ３
を制御することによつてＰＩ制御回路８を含むフイード
バツク制御手段に特有な応答の遅れや不安定性を解消
し、安定した追従性のよい制御を実現する。フイードフ
オワード制御回路９の具体的な構成は第８図に示されて
いる。このフイードフオワード制御回路９には２つの経
路があり、１つはゲインＫ_NFF を有する第１の増幅回路
５９を経て、その出力Ｕ_FFI が加算器６０に与えられる
経路であつて、もう１つは微分器６１とゲインＫ_DFF の
増幅回路６２を経て、その出力Ｕ_FF2 が加算器６０に与
えられる経路である。加算器６０の出力ＦＦは、加算器
３７に与えられて、ＰＩ制御回路８の出力ＭＶに加算さ
れ、回転速度の指令のための出力ＭＶＯとして用いられ
る。

微分器６１は、第９図（１）に示されるようにそのライ
ン３４からの信号ＳＶＯが加速状態であるとき、増幅回
路６２に与える出力ΔＳＶがその時間変化率に対応した
レベルを有する。こうして微分器６１は、送風機２の加
速または減速時におけるエネルギーを追加する働きをす
る。

フイードフオワード制御回路９において微分回路６１を
設けることによつて、送風機２および風管１０内の空気
の加速に必要なエネルギーを、シヤーシダイナモ１の風
速設定値Ｖｓｏｌｌの増加と同時に、制御出力に反映す
ることができ、送風機２とダンパ５を速やかに駆動する
ことができるので、さらに追従性の向上を図ることがで
きる。

微分回路６１に後続して増幅回路６２を設け、そのゲイ
ンＫ_DFF を調整することによつて、設備に適合した加速
状態を得ることができる。

ダンパ５のためのフイードフオワード制御回路６は、上
述のフイードフオワード制御回路９と同様な構成を有す
る。

本発明の他の実施例としてダンパのためのフイードフオ
ワード制御回路６は省略されて、信号ＳＶが関数発生回
路４６に直接に与えられてもよい。

第１０図は、本発明の他の実施例の一部のブロツク図で
ある。フイードフオワード制御回路９は、第１０図に示
されるようにゲインＫ_NFF を有する増幅回路５９だけが
用いられてもよい。このゲインＫ_NFF は、１であつても
よくまた、零であつてその機能を不活性にしてもよく、
その値が可変である。

第１１図は、本発明のさらに他の実施例の一部を示す。
フイードフオワード制御回路９は、微分回路６１とゲイ
ンＫ_DFF を有する増幅回路６２とから成つてもよい。

さらにまた第１２図に示されるようにフイードフオワー
ド制御回路９は、微分回路６１と、増幅回路６２との間
にフイルタ６４が介在されてもよい。このフイルタ６４
は、モータ３の回転速度の過大な変化率を緩和して、安
定な追従性のよい風速制御を行うとともに機械的構成の
強度的負担を軽減して故障を防止する働きをする。

第１３図は、第１２図に示されるフイードフオワード制
御回路９の動作を説明するための波形図である。微分回
路６１の入力ｘとして、第１３図（１）で示されるステ
ツプ波形が入力されるとき、微分回路６１はフイルタ６
４に出力ｙとして、第１３図（２）で示されるパルスを
導出し、これによつてフイルタ６４はそのフイルタ出力
ｚを第１３図（３）で示されるｙの過大な変化率を緩和
した波形で導出する。

第１４図は、第１２図に示されるフイードフオワード制
御回路９の他の動作を説明するための波形図である。第
１４図（１）で示されるような波形が微分回路６１に入
力ｘとして入力されるとき、その微分回路６１は出力ｙ
として第１４図（２）の実線で示されるパルス状の波形
を導出する。フイルタ６４は、出力ｚとして第１４図
（２）の破線で示す波形を導出する。このようにして、
フイルタ６４は、前述のようにモータ３の回転速度を安
定化する働きをする。

第１５図は、フイルタ６４の具体的な構成を示す。この
フイルタ６４は演算増幅器６５と抵抗Ｒ１〜Ｒ３とコン
デンサＣ１とによつて実現され、その伝達関数Ｇは、時
定数をＴとし、ラプラス変換子をｓとするとき第５式で
示される。

第１６図は、フイルタ６４の他の具体的な構成を示すブ
ロツク図である。微分回路６１の出力ｙはライン６６か
ら減算器６７に与えられ、リミツタ６８に入力される。
このリミツタ６８は、第１７図に示される入出力特性を
有し、入力レベルが過大であるとき、上限または下限の
一定の出力を導出する。リミツタ６８の出力は、積分回
路６９に入力される。積分回路の伝達関数Ｇは、第６式
に示されるとおりである。

積分回路６９の出力ｚは、減算器６７に入力され、また
後続の第１２図に示される増幅回路６２に与えられる。

フイルタ６４をコンピユータのプログラムによつて実行
するには、そのフイルタ６４の入力をｙｉとし、そのフ
イルタ６４の出力をｚｉとし、ｉをサンプリング回数と
し、αを遅れの大きさを表す定数とするとき、第７式で
示される演算を行う。

ｚ_i ＝（１−α）・ｙ_i ＋α・ｚ_i-1 …(７) 第１８図は、本発明のさらに他の実施例の一部のブロツ
ク図である。この実施例では、フイードフオワード制御
回路９は、微分回路６１と、リミツタ７１と、ゲインＫ
_DFF を有する増幅回路６２とによつて実現される。すな
わちこのリミツタ７１は、前述の第１２図に示される実
施例のフイルタ６４に代えて用いられる。リミツタ７１
は、微分回路６１の出力が過大なとき、その出力を制限
する働きをする。

第１９図は、変化率制限回路１２９の具体的な構成を示
す。この変化率制限回路１２９は、第１変化率制限回路
７２と第２変化率制限回路７３とを有する。第１変化率
制限回路７２は、手動入力手段７４によつて、スイツチ
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を連動して動作させる。スイツ
チＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の第１９図に示されるスイツ
チング状態は、通常の動作時、すなわち風速零に設定し
ないときの状態であつて、風速零に設定するときには、
スイツチＳＷ１の接点ＳＷ１ａが導通し、これによつて
風速零を設定する設定回路７５からの信号が導出され、
また接点ＳＷ１ｂが遮断し、スイツチＳＷ２が遮断し、
接点ＳＷ３ａが導通し、接点ＳＷ３ｂが遮断する。

この第１変化率制限回路７２において、シヤーシダイナ
モ１からの信号は、接点ＳＷ１ｂを介して減算器７６に
与えられ、ライン７７ａからその信号ＳＶＡが第２変化
率制限回路７３に入力される。ライン７７ａの出力はま
た、接点ＳＷ３ａに与えられる。風速零設定回路７５か
らの信号は、接点ＳＷ３ｂから減算回路７７に与えられ
る。減算回路７７の出力は、リミツタ７８に入力され
る。リミツタ７８は、第２０図に示されるようにその入
力が過大のとき、出力が制限される。リミツタ７８の出
力は、積分回路７９に入力される。積分回路７９は、時
定数Ｔ_SVを有し、第８式で示される伝達関数Ｇを有す
る。

この積分回路７９の出力は、減算回路７６に与えられる
とともに、スイツチＳＷ２を介して減算回路７７に与え
られる。

第２１図は、第１９図に示される第１変化率制限回路７
２の動作を説明するためのグラフである。第２１図
（１）の時刻ｔ１以前においては、接点ＳＷ１ａとＳＷ
３ａが導通している状態であつて、ライン７７ａの信号
ＳＶは風速０ｋｍ／ｈを出力しているとき、ダンパ５は
全閉であつて、送風機２は最小回転速度設定値Ｃｍｉｎ
で運転されている。時刻ｔ１において、手動入力手段７
４を操作し、第１９図で示されるスイツチＳＷ１，ＳＷ
２，ＳＷ３のスイツチング状態となるとき、時刻ｔ１〜
ｔ２の期間にわたつて、信号ＳＶＡが時間経過に伴つて
増大するように変化して、時刻ｔ２で、シヤーシダイナ
モ１の出力Ｖｓｏｌｌの値に達する。こうして出力ＳＶ
Ａの突変を防ぐ。

また第２１図（２）で示さるように、スイツチＳＷ１，
ＳＷ２，ＳＷ３のスイツチング状態が第１９図で示され
る状態となつているとき、ライン７７ａの出力がシヤー
シダイナモ１の値Ｖｓｏｌｌであり、時刻ｔ３において
手動入力手段７４を操作し、スイツチＳＷ１，ＳＷ２，
ＳＷ３のスイツチング状態を変化させて、接点ＳＷ１
ａ，ＳＷ３ａを導通させると、時刻ｔ３〜ｔ４において
ライン７７ａの信号ＳＷＡが時間経過に伴つて減少し
て、時刻ｔ４において零となる。このようにして、ライ
ン７７の出力ＳＶＡが突変するのを防ぐ。これによつ
て、フイードフオワード制御回路９に含まれている微分
回路６１（前述の第８図、第１１図、第１２図および第
１８図参照）の出力が過度に大きくなるのを防ぎ、また
急激に風速が変化するのを防ぎ、さらにまた機械の保護
が可能になる。

第２変化率制限回路７３は、入力される信号ＳＶＡの時
間変化率に応じて、その出力ＳＶを導出する。ここでΔ
Ｔ（ｓ）をサンプリング周期とし、ｊをサンプリング回
数とするとき、 (ａ１) ＳＶＡ_(j) −ＳＶ_(j-1) ６ｋｍ／ｈ／ｓ・ΔＴ…(９) のとき、 ＳＶ_(j) ＝ＳＶ_(j-1) ＋６ｋｍ／ｈ／ｓ・ΔＴ…(10) (ｂ１) ＳＶＡ_(j) −ＳＶ_(j-1) −６ｋｍ／ｈ／ｓ・ΔＴ…(1
1) のとき、 ＳＶ_(j) ＝ＳＶ_(j-1) −６ｋｍ／ｈ／ｓ・ΔＴ…(12) (ｃ１) 上記(ａ１)，(ｂ１)以外のとき、 ＳＶ_(j) ＝ＳＶＡ_(j) …(13) 第２２図は、第２変化率制限回路７３の具体的な構成を
示すブロツク図である。この第２変化率制限回路７３
は、微分回路８１と、リミツタ８２と、積分回路８３と
を有する。リミツタ８２は、前述のリミツタ７８と同様
な構成を有する。微分回路８１は、その入力をｘ１と
し、出力をｙ１とするときアナログ系では、 またこの微分回路８１は、デジタル系ではｉをサンプリ
ング回数とするとき、 ｙ１_i ＝ｘ１_i−ｘ１_i-1 …(15) また第２３図に示されるように、微分回路８１は演算増
幅回路８４と、抵抗Ｒ５と、コンデンサＣ２とから成
り、第１６式で示される演算を行うように構成してもよ
い。ここでＣ１１は定数である。

積分回路８３は、その入力をｘ２とし、その出力をｙ２
とするとき、第１７式の演算を行う。

ｙ２＝∫ｘ２・ｄｔ …(17) デジタル系では、ｉをサンプリング回数とし、ΔＴをサ
ンプリング周期とするとき、 Δｘ２_i ＝ｘ２_i −ｘ２_i-1 …(18b) この積分回路８３は、第２４図に示されるように、演算
増幅回路８５と、抵抗Ｒ６と、コンデンサＣ３とによつ
て実現し、第１９式の演算を行うように構成してもよ
い。

ｙ２＝−Ｃ２１・∫ｘ２・ｄｔ …(19) ここで第１９式のＣ２１は定数である。

第２５図を参照して、第２変化率制限回路７３に第２５
図（１）で示される信号が入力されるとき、 ΔＳＶを、 ΔＳＶ＝ＳＶＡ_(j) −ＳＶ_(j-1) …(20) とするとき、ΔＳＶに関して第２５図（２）で示される
ように上限値６ｋｍ／ｈ／ｓ・ΔＴ以上となつて第９式
が成立するときには、時刻ｔ５〜ｔ５ａの期間では、そ
の出力ＳＶは第１０式に従い変化し、第２５図（３）と
なる。またΔＳＶが時刻ｔ６〜ｔ６ａ，ｔ〜ｔ７ａで下
限値−６ｋｍ／ｈ／ｓ・ΔＴ以下となつて前述の第１１
式が成立するとき、ＳＶは第１２式に従い緩やかに変化
する。

また同様にして第２６図（１）で示されるように第２変
化率制限回路７３に信号ＳＶＡが入力されるとき、その
出力ＳＶは第２６図（２）で示されるとおりとなる。す
なわち時刻ｔ８〜ｔ８ａで信号ＳＶＡが急変するとき、
時刻ｔ８〜ｔ８ｂでは前述の第９式が成立し、出力ＳＶ
が緩やかに変化する。また同様にして時刻ｔ９〜ｔ９ａ
において信号ＳＶＡが急変すると、時刻ｔ９〜ｔ９ｂに
おいて前述の第１１式が成立し、出力ＳＶが緩やかに変
化する。

なお第２７図に示されるように入力ＳＶＡが第２７図
（１）で示されるように前述の第９式および第１１式の
いずれもが成立しないとき、すなわち信号ＳＶＡが緩や
かに変化したときには、第２７図（２）で示されるよう
に出力ＳＶは入力ＳＶＡと同一波形となり、このとき前
述の第１３式が成立する。このようにして送風機２のた
めの設定値ＳＶが急変することを防ぐ。

フイードバツクのためのＰＩ制御回路８およびフイード
フオワード制御回路９ならびにフイードフオワード制御
回路６の前段に、変化率制限手段２９を設けているの
で、シヤーシダイナモ１から風速設定値Ｖｓｏｌｌがノ
イズを含んでいるとき、またあるいはアナログ／デジタ
ル変換回路の分解能に起因するゆらぎなどによつて、後
続の微分回路６１などの出力が生じて制御系を乱調させ
るのを防ぐことができる。

さらに本発明によれば、モータ３および回転速度制御回
路４４に含まれているインバータが過負荷で運転を停止
してトリツプするのを防ぐために次に述べる構成が採用
される。この構成では、過負荷で運転を続行するが、長
時間過負荷運転することは防止する。トリツプとは、何
らか異常が発生したときにこれを検知して設備や装置の
運転を停止させることである。この実施例では、過負荷
が生じても直ちにトリツプはしない。過負荷がある時間
継続して発生した場合（たとえば１分間）これを検知し
て、設備や装置を守るために運転を停止させる。この構
成の目的は、過負荷による運転の停止を防ぎ、実験の効
率化を図る。また、設備容量を低く抑え、コストダウン
を図ることにある。すなわちこの構成は、過負荷が発生
すれば、これを検知して設備や装置が過負荷領域に長時
間止まることを未然に防ぐことを目的としている。

モータ３の回転速度制御回路４４からの電力が供給され
るライン８８には、第２８図に示す如くその負荷電流を
検出する変流器８９が設けられる。この変流器８９の出
力は、第３０図に示される比較回路９０に入力される。
比較回路９０は、第２９図に示されるように、いわゆる
ヒステリシス特性を有する。この比較回路９０は、負荷
電流が予め定める過負荷の値Ｉａ（たとえば定格電流の
１２０％）以上になると論理「１」、すなわちオンの出
力を導出し、その後、負荷電流が定格電流未満の値Ｉｂ
（たとえば定格電流の９０％）未満になると論理
「０」、すなわちオフの出力を導出する。比較回路９０
の出力は、過負荷制御手段である過負荷制限回路９１に
入力される。

過負荷制限回路、９１の具体的な構成は、第３０図に示
される。この第３０図において、偏差εを表す信号が導
出されるライン３５は、スイツチＳＷ４の接点ＳＷ４ａ
を介してライン１００からゲイン９９を乗じた後、ライ
ン９２から減算器９３に入力される。減算器９３の出力
は、リミツタ９４に与えられて、その過大な入力が制限
され、その後、積分回路９５に与えられる。積分回路９
５は第２１式で示される伝達関数Ｇを有する。

ここでＴ_LMT は時定数を表す。

この積分回路９５の出力は、減算回路３３に与えられる
とともに、減算回路９３に与えられる。風速零設定回路
７５の出力は、接点ＳＷ４ｂを介してライン９２に与え
られる。スイツチＳＷ４は、比較回路９０の出力に応答
し、その出力が論理「１」であるとき、接点ＳＷ４ａを
導通し、かつ接点ＳＷ４ｂを遮断し、その比較回路９０
の出力が論理「０」であるとき、接点ＳＷ４ａを第３０
図のように遮断し、かつ接点ＳＷ４ｂを導通する。

たとえばシヤーシダイナモ１の出力が加速中であつて、
比較回路９０の出力が論理「１」となつてオンとなれ
ば、偏差ε＞０であるので、積分回路９５の出力ＬＭＴ
は、正であつて、特性付与回路３２を介して与えられる
信号ＳＶ２が減算回路３３によつて小さくされ、したが
つて見かけ上、シヤーシダイナモ１からの風速設定値が
小さく制限されることになる。換言すれば、過負荷の原
因となる急加速が弱められ、ライン３４の信号ＳＶＯが
減少するので、モータ３およびそれを制御する回転速度
制御回路４４に備えられているインバータは過負荷領域
から脱する。

第３０図および第３１図を参照して、減算器２９のライ
ン３５に導出される偏差εが変化するのに応じて、積分
回路９５から減算回路３３に与えられる正の出力が時間
経過に伴つて増大し、ライン９２の信号と積分回路９５
から減算回路９３にライン９６を介して与えられる信号
とが等しくなつて、そのため減算回路９３からライン９
７を介してリミツタ９４を経て積分回路９５に与えられ
る信号が零となつて積分回路９５の出力ＬＭＴが偏差ε
に比例する。

したがつて、第３２図に示されるように、急加速時にお
いて、減算回路３３からの信号ＳＶＯの時間変化率は、
積分回路９５の出力ＬＭＴに対応する角度θ１だけ低下
され、急加速が弱められる。こうして上述のように、モ
ータ３およびインバータが過負荷領域から脱してそれら
がトリツプするのが防がれる。

モータ３の負荷電流が減少したことが変流器８９によつ
て検出されて、その負荷電流が値Ｉｂ（第２９図参照）
未満になると、比較回路９０の出力は論理「０」とな
り、そのためスイツチＳＷ４のスイツチング状態は第３
０図の状態から切換わつて、風速零設定回路７５からの
風速が零である信号が与えられる。これによつて積分回
路９５の出力は時間経過に伴つて減少し、その積分回路
９５の出力が零となる。これによつて過負荷制限回路９
１は送風機２のためのＰＩ制御回路８およびフイードフ
オワード制御回路９に、何も影響を与えなくなる。

第３３図に次の実施例を示す。すなわち過負荷制限回路
の入力に前記偏差以外に風速設定手段の変化率を計算す
る手段の出力を使用してもよい。風速設定手段の変化率
を計算する手段は、変化率計算器１０４とゲイン１０５
を有する。ライン１０１から導出された出力ＳＶは、変
化率計算器１０４に入力される。変化率計算器１０４の
計算式は、Ｊをサンプリング回数として、第２２式で表
される。

ＤＳＶ＝ＳＶ_(J) −ＳＶ_(J-1) …(22) ただし、ＤＳＶは変化率計算器の出力である。

変化率計算器１０４の出力は、ライン１０２を介しゲイ
ン１０５にて増幅され、ＤＳＶ１としてライン１０３を
介し、前記偏差と同様に過負荷制限回路に入力される。
過負荷制限回路にＤＳＶ１が入力された後の説明は、前
記偏差が入力されたときの実施例の説明と同じである。

また過負荷制限回路の入力には、第３４図に示すよう
に、送風機の回転速度を制御する手段の変化率を計算す
る手段の入力Ｎｓｏｌｌを使用してもよい。

風速設定手段の変化率を計算する手段と、送風機の回転
速度を制御する手段の変化率を計算する手段との違い
は、風速設定手段の変化率を計算する手段では、その入
力は風速設定値であり、送風機の回転速度を制御する手
段の変化率を計算する手段の入力は、送風機の回転速度
を制御する手段の入力を使用することである。

また第３５図に次の実施例を示す。すなわち、過負荷制
限回路の出力には、風速設定手段の出力から減算する以
外に、送風機の回転速度を制御する手段の入力から減算
してもよい。過負荷制限回路の出力ＬＭＴはライン１０
６を介し、ライン４０から導出される入力Ｎｓｏｌｌか
ら減算器１０７を介し減算される。減算器の出力Ｎｓｏ
ｌｌ１はライン１０８を介し、送風機の回転速度を制御
する手段に入力される。

第３６図では、過負荷制御手段の入力が風速設定手段の
出力の変化率を計算する手段の出力であり、過負荷制御
手段の出力が風速設定手段の出力から減算される場合の
構成を示す。

第３７図では、過負荷制御手段の入力が風速設定手段の
出力の変化率を計算する手段の出力であり、過負荷制御
手段の出力が送風機の回転速度を制御する手段の入力か
ら減算される場合の構成を示す。

第３８図では、過負荷制御手段の入力が送風機の回転速
度を制御する手段の変化率を計算する手段の出力であ
り、過負荷制御手段の出力が風速設定手段の出力から減
算される場合の構成を示す。

第３９図は、過負荷制御手段の入力が送風機の回転速度
を制御する手段の変化率を計算する手段の出力であり、
過負荷制御手段の出力が送風機の回転速度を制御する手
段の入力から減算される場合の構成を示す。

このような過負荷制限回路９１は、シヤーシダイナモ１
が急減速を行い、これによつてモータ３が回生制動を行
うときにもまた動作する。

本発明は、回流式風洞および単流式風洞に関連して実施
することができ、またダンパ５，２１を有していない風
洞に関しても実施することができ、さらにまたダンパ
５，２１は、油圧式および電動式だけでなく、空気式で
サーボ系が構成されていてもよく、さらにまたモータ３
の回転速度制御はインバータだけでなく、その他の構成
によつて制御されてもよい。

上記実施例では、過負荷検出手段として変流器８９を例
にとつたが、この代わりにモータに供給される電力量を
使用してもよい。電力量は公知の手段により検知でき
る。さらにモータ軸にトルク計を取付けて、このトルク
計を過負荷検出手段としてもよい。さらに、モータの駆
動回路とバイメタルとより成る電子サーマル回路を設
け、これにより過負荷を検知してもよい。

本発明の他の実施例として、インバータ装置などを利用
した回転数制御装置の代わりに、ベーン開度制御装置を
設けてもよい。

一般に送風機の回転数を変更しても風速は調節できる
が、インバータ装置は高価である。送風機を駆動する電
動機は電源周波数に同期した一定回転とし、送風機の入
口（上流）または出口（降流）に回路断面積を加減する
ベーンを設け、このベーン開度を調節して風速を変更す
ることもできる。かかる構成の風洞設備の場合、回転数
制御装置の代わりに前記ベーンの開度を制御する装置を
置いて本発明を実施することができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、フイードバツク制御手段
のみでは実現の難しい安定でかつ追従性の良好な風速制
御をフイードフオワード制御手段を用いて容易に行うこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体のブロツク図、第２図
は本発明の一実施例の風洞の系統図、第３図はダンパの
非線形特性を補償する特性を有する関数発生器４６の特
性を示すグラフ、第５図は特性付与回路３２，５６の特
性を示すグラフ、第４図はダンパ５およびモータ３の制
御特性を示すグラフ、第６図はゲイン変化回路の特性を
示すグラフ、第７図は積分時間変化回路５８の特性を示
すグラフ、第８図はフイードフオワード回路９の構成を
示すブロツク図、第９図はそのフイードフオワード回路
９の特性を示すグラフ、第１０図はフイードフオワード
制御回路９の他の構成を示すブロツク図、第１１図はフ
イードフオワード制御回路９の他の構成を示すブロツク
図、第１２図はフイードフオワード制御回路９の他の構
成を示すブロツク図、第１３図および第１４図は第１２
図に示されるフイルタ６４の特性を示す波形図、第１５
図はフイルタ６４の具体的な構成を示すグラフ、第１６
図はフイルタ６４の他の具体的構成を示すブロツク図、
第１７図はリミツタ６８の特性を示すグラフ、第１８図
はフイードフオワード制御回路９の他の構成を示すブロ
ツク図、第１９図は変化率制限手段２９の具体的な構成
を示すブロツク図、第２０図は第１変化率制限回路７２
に含まれているリミツタ７８の動作を説明するためのグ
ラフ、第２１図は第１変化率制限回路７２の動作を説明
するための波形図、第２２図は変化率制限手段２９に含
まれる第２変化率制限回路７３の具体的な構成を示すブ
ロツク図、第２３図は微分回路８１の具体的な構成を示
す電気回路図、第２４図は積分回路８３の具体的な構成
を示す電気回路図、第２５図、第２６図および第２７図
は第２変化率制限回路７３の動作を説明するための波形
図、第２８図は過負荷検出のための変流器８９の構成を
示す電気回路図、第２９図は比較回路９０の動作を説明
するための図、第３０図は過負荷制限回路９１の具体的
な構成を示すブロツク図、第３１図および第３２図は過
負荷制限回路９１の動作を説明するための図、第３３
図、第３４図および第３５図は過負荷制限回路を有する
他の実施例を示すブロツク図、第３６図、第３７図、第
３８図および第３９図は過負荷制限回路を有する他の実
施例の構成を示すブロツク図である。 １……シヤーシダイナモ、２……送風機、３……モー
タ、５，２１……ダンパ、６，９……フイードフオワー
ド制御回路、７……風速検出手段、８……ＰＩ制御回
路、１０……風管、１３……測定部、１４……被試験物
体、１２９……変化率制限回路、８９……変流器、９０
……比較回路、９１……過負荷制限回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送風機からの空気を、ダンパが設けられた
   風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装
   置において、 前記吹き出す空気の風速を設定する手段と、 前記吹き出す空気の風速を検出する手段と、 風速設定手段の出力と風速検出手段の出力とに応答し
   て、風速設定手段の設定風速と風速検出手段の検出風速
   との偏差に対応した送風機の回転速度を表すフイードバ
   ツク信号ＭＶを導出するフイードバツク制御手段と、 風速設定手段の出力に応答して、設定された風速に対応
   した送風機の回転速度を表すフイードフオワード信号Ｆ
   Ｆを導出するフイードフオワード制御手段と、 フイードバツク信号とフイードフオワード信号とを加算
   する加算回路とを含み、 加算回路の出力によつて送風機を駆動することを特徴と
   する風洞の風速制御装置。
2. 【請求項２】送風機からの空気を、ダンパが設けられた
   風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装
   置において、 前記吹き出す空気の風速を設定する手段と、風速設定手
   段の出力に応答して、設定された風速の時間変化率が、
   予め定める上限値を超えるときに、その上限値に置換さ
   れることで実現する変化率制限手段と、 前記吹き出す空気の風速を検出する手段と、 風速設定手段の出力と風速検出手段の出力とに応答し
   て、風速設定手段の設定風速と風速検出手段の検出風速
   との偏差に対応した送風機の回転速度を表すフイードバ
   ツク信号ＭＶを導出するフイードバツク制御手段と、 変化率制限手段の出力に応答して、設定された風速に対
   応した送風機の回転速度を表すフイードフオワード信号
   ＦＦを導出するフイードフオワード制御手段と、 フイードバツク信号とフイードフオワード信号とを加算
   する加算回路とを含み、 加算回路の出力によつて送風機を駆動することを特徴と
   する風洞の風速制御装置。
3. 【請求項３】送風機からの空気を、ダンパが設けられた
   風管を介して、被試験物体に吹き出す風洞の風速制御装
   置において、 前記吹き出す空気の風速を設定する手段と、 風速設定手段の出力に応答して、ダンパの開度を、設定
   された風速に対応した開度となるように操作するフイー
   ドフオワード制御手段と、 風速設定手段の出力に応答して、設定された風速の時間
   変化率が、予め定める上限値を超えるときに、その上限
   値でダンパの開度を時間経過に伴つて変化させてゆく変
   化率制限手段を設けることを特徴とする風洞の風速制御
   装置。