JPH07261852A

JPH07261852A - 振動制御装置

Info

Publication number: JPH07261852A
Application number: JP6076454A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ishiguro; 正治石黒; Akira Sumi; 晃角
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】加振周波数に係わりなく、制御系の応答性を
最適化する。【構成】振幅ΔＮ^*および周波数Ｆ^*が制御装置１に供
給されると、これに対応した操作値Ｔ^*（交流信号）が
フーリエ逆変換器３において作成される。この操作値Ｔ
^*は、インバータ１１へ供給され、モータ１２の速度が
制御される。一方、駆動系１４の挙動が検出器１３によ
って制御量Ｎとして検出され、制御装置１にフィードバ
ックされる。この制御量Ｎは、微分器６２によって微分
されて、加速度Ｎ’に変換された後、フーリエ変換器２
において周波数Ｆ^*成分の加速度振幅△Ｎ’（直流信
号）に変換される。そして、偏差検出器４において、振
幅ΔＮ^*との偏差が検出され、この偏差がフーリエ逆変
換器３によって操作値Ｔ^*となる。この場合、制御量Ｎ
は、微分器６２によって微分されるため、制御対象のゲ
インは周波数Ｆ^*に依存せずに一定になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、自動車の駆
動系を試験する際に用いて好適な振動制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車の設計段階においては、エンジン
の振動に対する車体の強度や乗り心地などを評価する必
要がある。この場合、一つの手段としては、油圧加振機
を用いてエンジンと同様の振動を発生させ、この振動を
車体等に伝達させる方法がある。また、他の手段として
は、実際にエンジンを製作して車体に組み込んで試験す
る方法がある。

【０００３】しかしながら、前者においては、装置が大
型になって設置場所や騒音などの問題が生じるととも
に、振動の制御が思うようにできないという問題があっ
た。また、後者においては、エンジンを制作した後でな
いと、車体等の試験ができず、このため、総合的な開発
期間が長くなってしまうという問題が生じた。

【０００４】そこで、出願人は、上記欠点を解消するた
めに、モータによって加振を行う振動制御装置を開発し
た（特願平５−１９０８７号）。この装置は、モータへ
の供給電流を制御する際に、トルクや回転数の指令値
を、交流的に与えるのではなく、直流的に与えるように
したものである。すなわち、時々刻々変動するトルクや
回転数を直接的に与えるのではなく、その周波数と振幅
を指令値として与えるようにしたものである。

【０００５】ここで図５は、この装置の構成を示すブロ
ック図である。図に示すａ^*はトルク指令値であり、
Ａ^*、Ｆ^*は、その振幅および周波数を表している。すな
わち、これらは、次式のように表される。

【数１】

【数２】

【０００６】この振幅Ａ^*および周波数Ｆ^*が制御装置１
に供給されると、フーリエ逆変換器３において、振幅が
Ｂ^*で周波数がＦ^*の操作値ｂ^*（交流信号）が作成さ
れ、これがインバータ１１へ供給される。この結果、イ
ンバータ１１の出力電圧波形が制御され、モータ１２が
トルク振幅Ａ^*と周波数Ｆ^*に応じて制御される。

【０００７】一方、モータ１２の駆動力が伝達される駆
動系（自動車の駆動系）１４は、モータ１２によって発
生される振動（トルクリップル）に応じた挙動を示し、
その挙動が検出器１３によって制御量ａとして検出さ
れ、制御装置１にフィードバックされる。この制御量ａ
は、フーリエ変換器２において振幅値Ａに変換され、偏
差検出器４において振幅Ａ^*との偏差が検出される。そ
して、この偏差が新たな指令値Ｂ^*としてフーリエ逆変
換器３に供給され、操作値ｂ^*となる。

【０００８】以上のフィードバックループにより、偏差
検出器４における偏差が最小となるように制御が行わ
れ、これによって、モータ１２のトルクは、指令値ａ^*
に一致する。すなわち、直流的な指令値（Ａ^*、Ｆ^*）に
よって制御量ａを交流的に制御することができ、任意の
周波数で任意の振幅をもつトルク変動を制御対象に与え
ることができる。

【０００９】ここで、図６は、図５に示すフーリエ変換
器２の構成を示すブロック図である。図に示す位相検出
器２０においては、周波数Ｆ^*に基づいて現在の時刻ｔ
における位相値θ（＝２πＦ^*ｔ）が検出される。この
位相値θは、余弦方向単位成分検出器２１、正弦方向単
位成分検出器２２にそれぞれ供給され、これらの検出器
から余弦単位成分ｃｏｓθおよび正弦単位成分ｓｉｎθ
が出力される。

【００１０】次に、乗算器２３において、制御量ａと余
弦単位成分とが乗算され、制御量ａの余弦方向に対する
相関値ａｘ（＝ａ・ｃｏｓθ）が出力される。一方、乗
算器２４において制御量ａと正弦単位成分とが乗算さ
れ、制御量ａの正弦方向に対する相関値ａｙ（＝ａ・ｓ
ｉｎθ）が出力される。一方、演算タイミング作成器２
７は、位相検出器２０から供給される位相値θの値
（「０」〜「２π」間の循環値）に応じ、θが「２π」
となる毎に演算タイミング信号Ｓを出力する。

【００１１】余弦方向フーリエ成分算出器２５は、相関
値ａｘを積分し、その積分結果を余弦方向中間フーリエ
成分Ａｘ’として出力するとともに、演算タインミング
信号Ｓが供給される毎に、積分結果をクリアする。同様
に、正弦方向フーリエ成分算出器２６は、相関値ａｙを
積分し、その積分結果を正弦方向中間フーリエ成分Ａ
ｙ’として出力するとともに、演算タイミング信号Ｓが
供給される毎に、積分結果をクリアする。

【００１２】そして、サンプルホールド部２８、２９
は、演算タイミング信号Ｓが供給されると、その直前の
余弦方向中間フーリエ成分Ａｘ’および正弦方向中間フ
ーリエ成分Ａｙ’を、各々余弦方向フーリエ成分Ａｘお
よび正弦方向フーリエ成分Ａｙとしてホールドする。こ
のようにして、ホールドされた余弦方向フーリエ成分Ａ
ｘおよび正弦方向フーリエ成分Ａｙは、振幅算出回路３
０に供給され、ここにおいて、これらの自乗和の正の平
方根、すなわち、振幅Ａが算出される。以上のようにし
て、フーリエ変換器２においては、制御量ａの周波数Ｆ
^*についての振幅Ａが算出される。

【００１３】ところで、図５、図６に示す装置において
は、制御量ａの振幅を検出するために、余弦方向フーリ
エ成分検出器２５と正弦方向成分検出器２６が区間積分
を行っているため、区間積分が終了する毎に、積分値を
リセットする必要がある。余弦方向フーリエ成分検出器
２５と正弦方向成分検出器２６をアナログ回路で構成し
た場合には、リセット動作にある程度の時間がかかって
しまうため、リセット期間において積分動作が欠落して
しまい、区間積分に誤差が生じるという問題が生じる。
特に、周波数が高くなると、積分期間に対するリセット
期間の割合が相対的に大きくなるために誤差が増大し、
振動制御の精度が悪化する。

【００１４】そこで、同出願人は、上記欠点を解消する
ために、加振周波数が高くなっても高精度の振動制御を
行うことができる振動制御装置を開発した（特願平６−
２２０５６号）。図７はこの装置の構成を示すブロック
図である。なお、図５に対応する部分には同一の符号を
付けて説明を省略する。この装置が図５に示す装置と異
なっている点は、フーリエ変換器２に換えてフーリエ変
換器５０を用いている点である。図７に示す構成におい
て、フーリエ変換器５０の入出力関係は、図５に示す回
路と同様であるから、回路全体の動作は図５のものと同
様である。ただし、フーリエ変換器５０の内部における
信号の処理が以下の点で異なる。

【００１５】まず、乗算器５３では、余弦方向単位成分
演算器５１によって周波数Ｆ^*に基づいて算出された余
弦方向単位成分ｃｏｓ（２πＦ^*ｔ）と、制御量ａ（検
出軸トルク）とが乗算され、この乗算結果ａｘがローパ
スフィルタ５５へ供給される。一方、乗算器５４では、
正弦方向単位成分演算器５２によって周波数Ｆ^*に基づ
いて算出された正弦方向単位成分ｓｉｎ（２πＦ^*ｔ）
と、制御量ａとが乗算され、この乗算結果ａｙがローパ
スフィルタ５６へ供給される。

【００１６】ローパスフィルタ５５、５６は、周波数Ｆ
^*に対して十分に減衰する特性を有しているため、上記
乗算結果ａｘ、ａｙの周波数Ｆ^*に係る成分は減衰され
る。したがって、ローパスフィルタ５５、５６の出力信
号Ａｘ、Ａｙには、周波数Ｆ^*に依存しない余弦成分お
よび正弦成分のみが残る。そして、演算器５７におい
て、出力信号Ａｘ、Ａｙに基づいて、制御量ａの振幅Ａ
が算出される。

【００１７】このように、図７に示す装置では、相関値
ａｘ、ａｙのフーリエ成分をローパスフィルタ５５、５
６を用いて検出しており、区間積分を行わないので、リ
セット動作による誤差が発生しない。また、積分区間を
単位とする離散的な振幅検出ではなく、連続的な振幅検
出ができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した図
５または図７に示す振動制御装置は、慣性ねじり振動系
をモデルとして構成されている。ここで、２慣性ねじり
振動系を例にとり、その特性について説明する。２慣性
ねじり振動系は、図８に示すモデル構成となる。図にお
いて、Ｊ_Mはモータイナーシャであり、Ｊ_Lは、モータイ
ナーシャＪ_Mとバネ定数Ｋを介して結合された負荷イナ
ーシャである。また、Ｄは、粘性減衰係数であり、負荷
イナーシャＪ_LとモータイナーシャＪ_Mの回転角速度差ω
_M−ω_Lに比例してトルクを発生する際の摩擦抵抗に相当
する。次に、Ｔ_Lは負荷が吸収するトルクであり、ω_Lは
負荷イナーシャＪ_Lの回転角速度である。また、Ｔ_Mはモ
ータの発生トルクである。

【００１９】ここで、上記モデルを制御系に置き換える
と図９に示すようになる。図において、各符号は上述し
た通りである。なお、Ｔ_Kは軸のねじり角を電気的に検
出する歪ゲージ（トルクセンサ）により検出した、ねじ
り剛性の最も弱いところのトルクである。図示の制御系
の運動方程式は次のように表される。

【数３】

【数４】

【数５】

【００２０】なお、上記式において、負荷トルクＴ_L＝
一定のときには、脈動成分の解を求めるために、Ｔ_L＝
０とおける。ここで、上記数４に数３と数５を代入する
と、同モデルの伝達関数Ｔ_K／Ｔ_Mが次式として求められ
る。

【数６】また、上述した数３を上記数６に代入すると、トルク加
振制御時の伝達関数ω_M／Ｔ_Mが次式として求められる。

【数７】次に、上記数７を次のように変形する。

【数８】上記数８の大括弧内における第１項ないし第３項のゲイ
ン特性は図１０に示すようになる。ここで、数８の第１
項と第３項とは共振点付近で相殺されるため、第２項を
無視できない。また、上記数８は次式のように変形でき
る。

【数９】そして、最終的な上記数９からトルク加振制御時におけ
る伝達係数ω_M／Ｔ_Mのゲイン特性Ｇωを求めると、次の
ようになる。

【数１０】

【００２１】ここで、図１１に上記数１０によるゲイン
特性Ｇωを示す。図示において、制御対象のゲインは、
周波数Ｆ^*の増加に伴って漸次減少し、１０³（rad/se
c）近傍で急激に減衰し、再び立ち上がって最大ピーク
をとり、その後、また減衰するという傾向を示す。この
最大ピークをとる点が２慣性ねじり振動系における共振
点である。

【００２２】このように、２慣性ねじり振動系では、ト
ルク加振制御において、図１１に示すように、周波数Ｆ
^*に応じて制御対象のゲイン特性が変化することが分か
る。すなわち、従来の加振制御装置では、周波数Ｆ^*の
上昇に伴って制御対象のゲイン特性が変化するため、偏
差増幅器５のゲインを固定とすると、周波数Ｆ^*に応じ
て制御系の応答にかなりの違いが生じてしまうという問
題がある。仮に、制御対象のゲインＧが最大のときに偏
差増幅器５のゲインを設定すると、ゲインＧが小さくな
るほど制御系の応答も小さくなり、制御が非常に困難に
なるという問題があった。

【００２３】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、加振周波数に係わらず、制御系の応答を最適化
できる振動制御装置を提供することを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項１記載の発明においては、振幅指令値
と周波数指令値に対応した交流制御信号を発生し、この
交流制御信号に応じた駆動電流を振動発生用モータに供
給する振動制御装置において、前記振動発生用モータに
接続された制御対象から制御量を検出する制御量検出手
段と、前記制御量を微分する微分手段と、前記微分され
た制御量の振幅を算出するフーリエ変換手段と、前記フ
ーリエ変換手段が算出した振幅と前記振幅指令値との偏
差を検出する偏差検出手段と、前記周波数指令値および
前記偏差検出手段の偏差に対応した交流制御信号を発生
するフーリエ逆変換手段とを具備し、前記偏差が最小と
なるように制御を行うことを特徴とする。

【００２５】また、請求項２記載の発明においては、前
記振幅指令値は、前記制御対象の速度を制御するための
速度振幅であり、該速度振幅を加速度振幅に変換した
後、前記偏差検出手段へ供給する変換手段を有すること
を特徴とする。

【００２６】

【作用】微分手段によって、振動発生用モータに接続さ
れた制御対象からの制御量を微分し、前記制御対象の周
波数指令値に応じた利得特性の変化を打ち消す。したが
って、制御系の応答は、加振周波数に係わらず、常に、
最適になる。

【００２７】

【実施例】

Ａ．実施例の構成次に図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。図１はこの発明の第１実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図において前述した図５の各部と対応
する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。

【００２８】図において、６０は、周波数Ｆ^*に定数
（２π）を乗算し、この乗算結果（２πＦ^*）を算出す
る乗算器である。次に、△Ｎ^*は指令値の１つである速
度振幅であり、６１は、該速度振幅△Ｎ^*に上記乗算結
果（２πＦ^*）を乗算して、速度振幅△Ｎ^*を加速度振幅
△Ｎ^*’に変換し、これを偏差検出器４の一方の入力端
へ供給する乗算器である。一方、検出器１３は、駆動系
１４に与えられるモータの回転軸の（回転）速度を検出
し、制御量Ｎとして制御装置１にフィードバックするよ
うになっている。また、６２は、上記制御量Ｎを微分す
ることにより、加速度Ｎ’に変換する微分器である。

【００２９】したがって、この実施例では、フーリエ変
換器２は、周波数Ｆ^*および加速度Ｎ’に従って、図２
に示すように、該加速度Ｎ’に含まれる、周波数Ｆ^*成
分の加速度振幅△Ｎ’（直流信号）を算出する。また、
偏差検出器４は、上記加速度振幅△Ｎ’を上述した加速
度振幅△Ｎ^*’から減算することにより、加速度振幅に
関する偏差を算出することになる。偏差増幅器５は、上
記偏差を固定のゲインで増幅し、指令値△Ｔ^*として出
力し、フーリエ逆変換器３は、指令値△Ｔ^*および周波
数Ｆ^*が供給されると、振幅が△Ｔ^*で周波数がＦ^*の操
作値Ｔ^*（交流信号）を作成し、これをインバータ１１
へ供給する。

【００３０】なお、上述した乗算器６１において、速度
振幅ΔＮ^*に乗算器６０の乗算結果（２πＦ^*）を乗算す
るのは、指令値として入力する速度振幅ΔＮ^*を、速度
である制御量Ｎを微分して得られた加速度振幅ΔＮ’の
次元に合わせるためである。

【００３１】次に、この実施例の制御原理について図３
および図４を参照して説明する。速度である制御量Ｎを
図１１に示す共振点以下で加振制御する場合、制御量Ｎ
は、図８に示すモデルに基づいて次式で表される。

【数１１】上記制御対象のゲイン（Ｎ／Ｔ^*）は、前述したよう
に、図１１に示す特性となるが、共振点以下で制御する
という条件の下では、図３に示すように、周波数の上昇
に伴って直線的に減衰する領域についてのみ考えればよ
い。ここで、数１１を微分すると、

【数１２】となる。

【００３２】上記数１２によれば、図１に示す微分器６
２の出力で見た制御対象のゲイン（Ｎ’／Ｔ^*）は、図
４に示すように、平坦な特性となる。すなわち、共振点
以下で制御するという条件の下において、制御量Ｎを微
分すれば、制御対象のゲイン特性は、周波数に依存せ
ず、一定となる。したがって、前述したように、速度振
幅△Ｎ^*および周波数Ｆ^*によって制御対象を制御し、該
制御対象から検出した制御量Ｎを微分した後にフィード
バックすれば、周波数Ｆ^*に応じて変化する制御装置の
ゲインＧを考慮する必要がなくなる。

【００３３】Ｂ．実施例の動作次に、上述した実施例の動作について説明する。速度振
幅ΔＮ^*および周波数Ｆ^*が制御装置１に供給されると、
乗算器６０において、周波数Ｆ^*に定数（２π）が乗算
され、乗算器６１において、乗算結果（２πＦ^*）と速
度振幅ΔＮ^*とが乗算されて、加速度振幅△Ｎ^*’に変換
され、これが偏差検出器４に供給される。偏差検出器４
では、フィードバックされる制御対象の加速度振幅△
Ｎ’と、上記指令値としての加速度振幅△Ｎ^*’との偏
差が算出され、偏差増幅器５において、偏差が増幅され
指令値△Ｔ^*としてフーリエ逆変換器３へ供給される。

【００３４】そして、フーリエ逆変換器３において、振
幅が△Ｔ^*で周波数がＦ^*の操作値Ｔ^*（交流信号）が作
成され、これがインバータ１１へ供給される。この結
果、インバータ１１の出力電圧波形が制御され、モータ
１２の速度振幅△Ｎ^*と周波数Ｆ^*とが制御される。

【００３５】一方、駆動系１４は、モータ１２によって
発生される振動（トルクリップル）に応じた挙動を示
し、その挙動が検出器１３によって、速度である制御量
Ｎとして検出され、制御装置１にフィードバックされ
る。この制御量Ｎは、微分器６２において加速度Ｎ’に
変換され、フーリエ変換器２において、周波数Ｆ^*成分
の加速度振幅△Ｎ’に変換される。そして、偏差検出器
４において振幅△Ｎ^*’との偏差が検出される。そし
て、この偏差が新たな指令値△Ｔ^*としてフーリエ逆変
換器３に供給され、操作値Ｔ^*となる。

【００３６】以上のフィードバックループにより、偏差
検出器４における偏差が最小となるように制御が行われ
る。この場合、制御対象のゲインは、共振点以下の周波
数Ｆ^*において、加振周波数Ｆ^*に依存することなく一定
となるため、制御系の応答を常に最適な状態にでき、ま
た、直流的な指令値（△Ｎ^*、Ｆ^*）によって制御量Ｎを
交流的に制御することができ、任意の周波数で任意の振
幅をもつトルク変動を制御対象に与えることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、加振周波数に係わらず、制御系の応答を最適化でき
るという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】同実施例のフーリエ変換器２における演算を説
明するための波形図である。

【図３】同実施例における速度加振制御における制御対
象のゲイン特性を示す特性図である。

【図４】同実施例における微分器６２によって得られる
制御対象のゲイン特性を示す特性図である。

【図５】従来の振動制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図６】図５に示すフーリエ変換器２の構成を示すブロ
ック図である。

【図７】従来の他の振動制御装置の構成を示すブロック
図である。

【図８】２慣性ねじり振動系のモデル構成を示す概念図
である。

【図９】図７に示す２慣性ねじり振動系の制御系の構成
を示すブロック図である。

【図１０】２慣性ねじり振動系において、トルクを加振
制御するときの数１１に基づく制御対象のゲイン特性を
示す特性図である。

【図１１】２慣性ねじり振動系において、トルクを加振
制御するときの制御対象のゲイン特性の変動を示す特性
図である。

【符号の説明】

２フーリエ変換器（フーリエ変換手段）３フーリエ逆変換器（フーリエ逆変換手段）４偏差検出器（偏差検出手段）１２モータ（振動発生用モータ）１３検出器（制御量検出手段）１４駆動系（制御対象）６０乗算器（変換手段）６１乗算器（変換手段）６２微分器（微分手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振幅指令値と周波数指令値に対応した交
流制御信号を発生し、この交流制御信号に応じた駆動電
流を振動発生用モータに供給する振動制御装置におい
て、前記振動発生用モータに接続された制御対象から制御量
を検出する制御量検出手段と、前記制御量を微分する微分手段と、前記微分された制御量の振幅を算出するフーリエ変換手
段と、前記フーリエ変換手段が算出した振幅と前記振幅指令値
との偏差を検出する偏差検出手段と、前記周波数指令値および前記偏差検出手段の偏差に対応
した交流制御信号を発生するフーリエ逆変換手段とを具
備し、前記偏差が最小となるように制御を行うことを特
徴とする振動制御装置。
【請求項２】前記振幅指令値は、前記制御対象の速度
を制御するための速度振幅であり、該速度振幅を加速度
振幅に変換した後、前記偏差検出手段へ供給する変換手
段を有することを特徴とする請求項１記載の振動制御装
置。