KR101659363B1

KR101659363B1 - 다이나모미터 시스템

Info

Publication number: KR101659363B1
Application number: KR1020167011590A
Authority: KR
Inventors: 타카오 아키야마; 요시마사 사와다; 노부히코 아사쿠라
Original assignee: 메이덴샤 코포레이션
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2016-09-26
Also published as: KR20160055961A; JP2015075361A; JP5800001B2; WO2015053220A1; US20160252428A1; US9739687B2

Abstract

엔진의 시동 시에 정밀도 높게 무부하 상태를 재현할 수 있는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치를 제공하는 것이다. 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치는, 엔진에서 발생하는 엔진 토크에 상당하는 외부 입력(w) 및 인버터로의 토크전류 지령에 상당하는 제어 입력(u)으로부터 소정의 관측 출력(y1, y2) 및 제어량(z)을 출력하는 일반화 플랜트(Pa)에 대해, 외부 입력(w)에서 제어량(z)까지의 응답을 작게 하도록 H∞제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 따라 설계된 컨트롤러(Gc1, Gc2)를 포함한다. 일반화 플랜트(Pa)는 외부 입력(w) 및 제어 입력(u)으로부터 엔진의 각가속도를 출력하도록 다이나모미터 시스템의 특성을 동정한 동특성 모델(7)을 포함한다. 제어량(z)은 외부 입력(w)에 기초하여 산출한 엔진 단체의 각가속도와 동특성 모델(7)에 의해 산출한 엔진의 각가속도의 차분이다.

Description

다이나모미터 시스템{DYNAMOMETER SYSTEM}

본 발명은 다이나모미터 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 엔진을 구비한 공시체에 다이나모미터를 동력 흡수체로서 접속하고, 엔진의 각종 특성을 측정하는 다이나모미터 시스템에 관한 것이다.

도 26은 다이나모미터 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다.

다이나모미터 시스템(100)은 엔진(E) 및 그 출력축(S)으로 구성되는 공시체(W); 이 공시체(W)의 출력축(S)에 동력 흡수체로서 접속된 다이나모미터(D); 스로틀 액츄에이터(110)를 통해 엔진(E)을 제어하는 엔진 제어기(120); 인버터(130)를 통해 다이나모미터(D)를 제어하는 다이나모 제어기(140); 다이나모미터(D)의 출력축의 회전수를 검출하는 인코더(150); 및 공시체(W)의 출력축(S)과 다이나모미터(D)의 출력축과의 결합부의 축 토크(비틀림 토크)를 검출하는 축 토크 센서(160);를 구비한다. 또한, 도 26에서는 클러치, 트랜스미션 및 프로펠러 샤프트 등의 기계요소를 통합하여 출력축(S)으로 간략화하여 나타낸다.

엔진 제어기(120)는 시험 항목마다 미리 정해진 양태로 엔진(E)의 출력을 제어하고, 다이나모 제어기(140)는 인코더(150)나 축 토크 센서(160)의 출력 등에 기초하여 다이나모미터(D)의 회전수나 토크를 제어한다(예를 들어, 특허 문헌 1, 2 등 참조).

일본 특개2009-133714호공보 일본 특개2003-149085호공보 일본 특개2012-194117호공보

그런데 상기와 같은 다이나모미터 시스템(100)에서는 엔진 시동 시의 엔진 회전수를 엔진 단체(單體) 시동에서의 엔진 회전수에 상당하게 제어하는 경우, 엔진(E)에서 봤을 때 출력축(S) 및 다이나모미터(D)가 접속되어 있지 않은 듯한 무부하(無負荷) 상태로 제어할 필요가 있다. 이러한 무부하 상태는 엔진(E)과 다이나모미터(D) 사이의 출력축(S)에서의 비틀림 토크를 0[Nm]로 제어함으로써 실현된다.

도 27은 종래의 시스템(100)에서 상기 무부하 상태를 실현한 경우에 있어서의, 엔진 시동 시의 회전수 변화를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로는, 종래의 시스템(100)에서 비틀림 토크가 생기지 않도록 다이나모 제어기(140)에 입력하는 축 토크 지령값을 0으로 한 경우에 있어서의 엔진 시동 시의 회전수 변화를 나타내는 도면이다. 도 27에는 시스템(100)에 의한 측정 결과, 즉 인코더(150)에 의해 측정된 회전수를 가는 실선으로 나타낸다. 또한, 도 27에는 엔진(E)과 출력축(S)을 분리하여 엔진(E)을 무부하 상태로 하여 측정된 회전수, 즉 무부하 제어 시의 이상(理想)이 되는 값을 굵은 파선으로 나타낸다.

도 27에 나타낸 바와 같이, 종래의 시스템(100)에서 축 토크 지령값을 0[Nm]로 하고, 축 토크 센서의 검출값을 0[Nm]로 제어하는 것만으로는, 출력축(S) 중 축 토크 센서(160)보다 엔진(E) 쪽 부분의 관성을 엔진(E)에서 부담하지 않으면 안되므로, 시동 시의 엔진 회전수는 무부하 상태에 상당하는 이상값보다 작아진다.

더구나 이론적으로는, 축 토크 센서(160)의 위치를 보다 엔진(E)의 크랭크 샤프트 쪽으로 접근시키면 출력축(S)의 관성도 다이나모미터(D)에서 부담시킬 수 있다. 그러나 축 토크 센서(160)를 엔진(E)에 접근시킬수록 엔진(E)의 열이 전달되기 쉬워지므로, 온도 드리프트에 의한 측정값 변화의 영향이 커지게 된다. 또한, 축 토크 센서(160)를 엔진(E)에 접근시킬수록 엔진(E)의 진동이 전달되기 쉬워져 측정 정밀도가 저하된다. 이상과 같은 이유로, 축 토크 센서(160)의 위치는 엔진(E)보다 다이나모미터(D)에 가까운 편이 바람직하고, 따라서 상기의 과제는 현저한 것이 된다.

한편, 특허문헌 3에는 엔진 시동 시의 무부하 상태를 피드 포워드(feed forward) 제어에 의해 실현하고자 하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 3의 발명에서는, 미리 측정한 엔진 시동 시의 다이나모 회전수를 실현하는 것 같은 토크전류 지령값을, 엔진 시동의 타이밍(즉, 엔진의 초폭(初爆)의 점화 신호)에 맞춰 출력한다. 이것에 의해 무부하 상태를 정밀도 높게 재현할 수 있지만, 이를 실현하기 위해서는 엔진 단체에서의 시동 시의 회전수(도 27에서의 굵은 파선에 상당)를 측정하거나, 엔진 시동 시에 그 측정한 회전수를 실현하도록 다이나모의 회전수를 제어하는 경우에서의 토크전류 지령값을 기록하거나, 적절한 타이밍에 기록한 토크전류 지령값을 출력할 필요가 있어 시간이 걸린다.

본 발명은 공시체의 시동 시에 정밀도 높게 무부하 상태를 재현할 수 있는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 다이나모미터 시스템(예를 들어, 후술하는 다이나모미터 시스템(1))은, 동력을 발생하는 공시체(예를 들어, 후술하는 엔진(E))와 중간 결합체(예를 들어, 후술하는 샤프트(S))를 통해 연결된 다이나모미터(예를 들어, 후술하는 다이나모미터(D)); 상기 중간 결합체의 비틀림 토크를 검출하는 토크 검출기(예를 들어, 후술하는 축 토크 센서(61)); 상기 다이나모미터의 회전수를 검출하는 회전수 검출기(예를 들어, 후술하는 인코더(62)); 및, 상기 다이나모미터에 전력을 공급하는 인버터(예를 들어, 후술하는 인버터(3));를 구비한다. 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 토크 검출기 및 상기 회전수 검출기의 검출 신호에 기초하여 상기 인버터로의 토크전류 지령을 생성하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치(예를 들어, 후술하는 다이나모 제어장치(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g))이며, 상기 공시체에서 발생하는 토크에 상당하는 외부 입력(예를 들어, 후술하는 외부 입력(w)) 및 상기 토크전류 지령에 상당하는 제어 입력(예를 들어, 후술하는 제어 입력(u))으로부터 소정의 관측 출력(예를 들어, 후술하는 관측 출력(y1, y2)) 및 제어량(예를 들어, 후술하는 제어량(z))을 출력하는 일반화 플랜트(예를 들어, 후술하는 일반화 플랜트(Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, Pf, Pg))에 대해, 상기 외부 입력에서 상기 제어량까지의 응답을 작게 하도록 H∞제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 따라 설계된 컨트롤러(예를 들어, 후술하는 컨트롤러(Gc1, Gc2))를 포함한다. 상기 일반화 플랜트는 상기 외부 입력 및 상기 제어 입력으로부터 상기 공시체의 각가속도를 출력하도록 상기 다이나모미터 시스템의 특성을 동정(同定)한 동특성(動特性) 모델(예를 들어, 후술하는 동특성 모델(7))을 포함한다. 상기 일반화 플랜트의 제어량은 상기 외부 입력에 기초하여 산출한 상기 공시체 단체의 각가속도와 상기 동특성 모델에 의해 산출한 상기 공시체의 각가속도의 차분(差分)에, 적분 특성을 갖는 무게 함수를 곱한 신호이다.

(2) 이 경우, 상기 일반화 플랜트의 동특성 모델은, 상기 인버터의 특성을 동정한 인버터 모델(예를 들어, 후술하는 인버터 모델(P12)); 상기 공시체와 상기 중간 결합체와 상기 다이나모미터를 연결하여 구성되는 3 관성계의 특성을 동정한 기계 모델(예를 들어, 후술하는 기계 모델(P4~P9)); 상기 토크 검출기의 특성을 동정한 토크 검출 모델(예를 들어, 후술하는 토크 검출 모델(P10)); 및, 상기 회전수 검출기의 특성을 동정한 회전수 검출 모델(예를 들어, 후술하는 회전수 검출 모델(P11)); 을 구비하는 것이 바람직하다.

(3) 이 경우, 상기 제어 입력에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고, 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력을 제 1 관측 출력으로 하고, 상기 회전수 검출 모델의 출력단에 마련된 비례 게인의 출력을 제 2 관측 출력으로 하는 것이 바람직하다.

(4) 이 경우, 상기 제어 입력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고, 소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 제 1 관측 출력으로 하고, 상기 토크 검출 모델의 출력을 제 2 관측 출력으로 하는 것이 바람직하다.

(5) 이 경우, 소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력과, 상기 제어 입력을 합성하여 얻어지는 출력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고, 상기 토크 검출 모델의 출력을 관측 출력으로 하는 것이 바람직하다.

(6) 이 경우, 상기 제어 입력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고, 소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 관측 출력으로 하는 것이 바람직하다.

(7) 이 경우, 상기 제어 입력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고, 소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 제 1 관측 출력으로 하고, 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 하이 패스 필터의 출력을 제 2 관측 출력으로 하는 것이 바람직하다.

(8) 이 경우, 상기 제어 입력에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고, 상기 토크 검출 모델의 출력을 제 1 관측 출력으로 하고, 소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력의 차분을 제 2 관측 출력으로 하는 것이 바람직하다.

(1) 본 발명에서는 공시체와 중간 결합체와 다이나모미터를 기계적으로 연결하는 동시에, 인버터, 토크 검출기 및 회전수 검출기를 마련함으로써 다이나모미터 시스템을 구성하고, 그 다이나모 제어장치를 H∞제어 또는 μ설계법이라 불리는 설계 방법에 따라 구축한다. 보다 구체적으로는, 상기 다이나모미터 시스템의 특성을 동정한 동특성 모델을 포함하는 일반화 플랜트를 정의하고, 공시체에서 발생하는 토크에 상당하는 외부 입력에서 소정의 제어량까지의 응답을 작게 하도록 컨트롤러를 설계하고, 이를 다이나모 제어장치에 이용한다. 특히 본 발명에서는, 일반화 플랜트의 제어량을, 외부 입력에 기초하여 산출된 공시체 단체의 각가속도(즉, 공시체와 중간 결합체 및 다이나모미터를 분리했다고 가정했을 때의 공시체의 각가속도)와 동특성 모델에 의해 산출된 공시체의 각가속도의 차분으로 한다. 제어량을 이와 같이 설정함으로써, 각각에서 동력을 발생하는 공시체와 다이나모미터를 중간 결합체로 연결한 시스템에 있어서, 중간 결합체의 관성을 다이나모미터로 보상하도록 토크전류 지령을 생성하는 다이나모 제어장치를 구축할 수 있다. 다시 말하면, 공시체와 다이나모미터를 중간 결합체로 연결하고 있음에도 불구하고, 공시체에서 봤을 때 중간 결합체가 접속되어 있지 않은 듯한 무부하 상태를 실현할 수 있는 다이나모 제어장치를 구축할 수 있다.

그런데 중간 결합체는 샤프트, 클러치 및 트랜스미션 등의 여러 가지 기계요소로 구성되어 있고 그 강성은 차종에 따라 다양하지만, 중간 결합체의 강성이 높아질수록 시스템의 기계 공진점은 높아진다. 또한, 기계 공진점이 높아질수록 토크 검출기, 회전수 검출기 및 인버터 등의 응답 지연의 영향이 커지므로, 공진 억제가 보다 곤란해진다. 이에 대하여 본 발명에서는 H∞제어 또는 μ설계법에 따라 설계함으로써, 상술한 중간 결합체 분의 관성 보상 효과 이외에 공진 억제 효과가 높은 다이나모 제어장치를 구축할 수 있다.

(2) 본 발명에 따르면, 노미널 플랜트(nominal plant)에 상당하는 동특성 모델을, 3 관성계의 특성을 동정한 기계 모델과 인버터 모델과 토크 검출 모델과 회전수 검출 모델로 구성하고, 실제 시스템에 가까워지도록 동정함으로써, 상기 관성 보상 효과 및 공진 억제 효과가 높은 다이나모 제어장치를 구축할 수 있다.

(3) 본 발명에서는, 일반화 플랜트를 구성함에 있어서, 제어 입력과 인버터 모델 사이에 소정의 비례 게인을 마련하고, 토크 검출 모델과 제 1 관측 출력 사이에 적분기를 마련하고, 회전수 검출 모델과 제 2 관측 출력 사이에 비례 게인을 마련한다. 이들 적분기 및 비례 게인은 상술한 바와 같은 중간 결합체의 관성 보상 제어를 실시하는 경우에 필요한 제어 요소이다. 이러한 필수 제어 요소를 미리 일반화 플랜트에 포함시켜 넣어 둠으로써, H∞제어 또는 μ설계법에 따라 수치적으로 도출되는 2개의 컨트롤러로부터, 상기 필수 제어 요소를 분리할 수 있으므로, 도출된 컨트롤러의 평가가 용이해진다. 또한, 일단 도출된 2개의 컨트롤러의 특성을 변경하지 않고, 관성 보상량이나 제어 응답성을 조정할 수 있다. 다시 말하면, 원하는 특성의 다이나모 제어장치를 구축하기 위해, H∞제어나 μ설계법을 반복해서 실시할 필요가 없다.

(4) 본 발명에서는, 일반화 플랜트를 구성함에 있어서, 회전수 검출 모델과 제 2 관측 출력 사이에 적분기와 2개의 비례 게인을 마련한다. 이것에 의해, 상기 (3)의 발명과 같이, 도출되는 컨트롤러로부터 관성 보상 제어의 필수 제어 요소를 분리할 수 있으므로, 컨트롤러의 평가가 용이해지고, 또한 컨트롤러의 특성을 변경하지 않고 관성 보상량이나 제어 응답성을 조정할 수 있다.

(5) 본 발명에서는 일반화 플랜트를 구성함에 있어서, 제어 입력, 토크 검출 모델 및 회전수 검출 모델과 인버터 모델 사이에 적분기와 2개의 비례 게인을 마련한다. 이것에 의해, 상기 (3)의 발명과 같이, 도출되는 컨트롤러로부터 관성 보상 제어의 필수 제어 요소를 분리할 수 있으므로, 컨트롤러의 평가가 용이해지고, 또한 컨트롤러의 특성을 변경하지 않고 관성 보상량이나 제어 응답성을 조정할 수 있다. 또한, 일반화 플랜트의 관측 출력을 하나로 함으로써, 도출되는 컨트롤러의 수를 하나로 할 수 있다. 상술한 바와 같이 관성 보상 제어는 주로 공시체의 시동 시에 요구되는 바, 관성 보상 제어를 실시하는 컨트롤러의 수를 하나로 함으로써, 제어 양태를 관성 보상 제어에서 다른 것으로 전환할 때의 범프리스(BUMPLESS) 처리가 용이해진다.

(6) 본 발명에서는, 일반화 플랜트를 구성함에 있어서, 토크 검출 모델 및 회전수 검출 모델과 관측 출력 사이에 적분기와 2개의 비례 게인을 마련한다. 이것에 의해, 상기 (3)의 발명과 같이, 도출되는 컨트롤러로부터 관성 보상 제어의 필수 제어 요소를 분리할 수 있으므로 컨트롤러의 평가가 용이해지고, 또한 컨트롤러의 특성을 변경하지 않고 관성 보상량이나 제어 응답성을 조정할 수 있다. 또한, 일반화 플랜트의 관측 출력을 하나로 함으로써, 상기 (5)의 발명과 같이 범프리스 처리가 용이해진다.

(7) 본 발명에서는, 일반화 플랜트를 구성함에 있어서, 회전수 검출 모델 및 토크 검출 모델과 제 2 관측 출력 사이에 적분기와 2개의 비례 게인을 마련하고, 추가로 토크 검출 모델과 제 1 관측 출력 사이에 하이 패스 필터를 마련한다. 이것에 의해, 상기 (4)의 발명과 같이, 도출되는 컨트롤러로부터 관성 보상 제어의 필수 제어 요소를 분리할 수 있으므로 컨트롤러의 평가가 용이해지고, 또한 컨트롤러의 특성을 변경하지 않고 관성 보상량이나 제어 응답성을 조정할 수 있다.

(8) 본 발명에서는 일반화 플랜트를 구성함에 있어서, 제어 입력과 인버터 모델 사이에 비례 게인을 마련하고, 토크 검출 모델 및 회전수 검출 모델과 제 2 관측 출력 사이에 적분기와 비례 게인을 마련한다. 이것에 의해, 상기 (3)의 발명과 같이, 도출되는 컨트롤러로부터 관성 보상 제어의 필수 제어 요소를 분리할 수 있으므로 컨트롤러의 평가가 용이해지고, 또한 컨트롤러의 특성을 변경하지 않고 관성 보상량이나 제어 응답성을 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다이나모 제어장치가 이용된 다이나모미터 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일반화 플랜트를 이용한 H∞제어 및 μ설계법에 따른 제어계 설계 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시예 1의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 다이나모미터 시스템의 기계계(機械系)에 상당하는 3 관성계 모델을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1의 다이나모 제어장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1의 컨트롤러의 보드 선도이다.
도 7은 실시예 1의 다이나모 제어장치를 이용한 다이나모미터 시스템에서의 엔진 시동 시의 엔진 회전수의 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 2의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 2의 다이나모 제어장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 2의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다.
도 11은 실시예 3의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예 3의 다이나모 제어장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예 3의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다.
도 14는 실시예 4의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예 4의 다이나모 제어장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 16은 실시예 4의 컨트롤러(Gc1)의 보드 선도이다.
도 17은 실시예 5의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예 5의 다이나모 제어장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는 실시예 5의 컨트롤러(Gc2)의 보드 선도이다.
도 20은 실시예 6의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 실시예 6의 다이나모 제어장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예 6의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다.
도 23은 실시예 7의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는 실시예 7의 다이나모 제어장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 25는 실시예 7의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다.
도 26은 종래의 다이나모미터 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 27은 종래의 다이나모미터 시스템에서 무부하 상태를 실현한 경우에서의 엔진 시동 시의 회전수 변화를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 다이나모 제어장치(6)가 이용된 다이나모미터 시스템(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 다이나모미터 시스템(1)은 공시체로서의 엔진(E); 이 엔진(E)과 대략 봉(棒) 형상의 샤프트(S)를 통해 연결된 다이나모미터(D); 스로틀 액츄에이터(2)를 통해 엔진(E)을 제어하는 엔진 제어장치(5); 다이나모미터(D)에 전력을 공급하는 인버터(3); 인버터(3)를 통해 다이나모미터(D)를 제어하는 다이나모 제어장치(6); 샤프트(S)의 비틀림 토크를 검출하는 축 토크 센서(61); 및, 다이나모미터(D)의 출력축(SD)의 회전수를 검출하는 인코더(62); 를 구비한다.

축 토크 센서(61)는 엔진(E)에서 다이나모미터(D)까지 연장되는 샤프트(S) 중, 엔진(E)보다 다이나모미터(D)에 가까운 부분에 작용하는 비틀림 토크를, 예를 들어 샤프트(S)의 비틀림 방향의 변형량으로부터 검출하고, 검출값에 대략 비례한 신호를 다이나모 제어장치(6)에 송신한다.

엔진 제어장치(5)는 소정의 타이밍에 엔진(E)을 시동시킨 후, 미리 정해진 양태에 따라 엔진(E)의 출력을 제어한다.

다이나모 제어장치(6)는 엔진(E)에서 발생한 동력이 미리 정해진 양태로 흡수되도록, 축 토크 센서(61) 및 인코더(62)의 검출 신호에 기초하여 다이나모미터(D)에서 발생시켜야 할 토크값에 상당하는 토크전류 지령을 생성하여, 인버터(3)에 입력한다. 이 다이나모 제어장치(6)는 도 2에 나타낸 것과 같은 소정의 외부 입력(w) 및 제어 입력(u)으로부터 소정의 제어량(z) 및 관측 출력(y)을 출력하는 일반화 플랜트(P)를 제어 대상으로 정의하고, 이에 대해 외부 입력(w)에서 제어량(z)까지의 응답을 작게 하도록 H∞제어나 μ설계법이라 불리는 로버스트(robust) 제어계 설계 방법에 따라 설계된 컨트롤러(K)를 전자 계산기에 실장하여 구성된 것이 이용된다.

일반화 플랜트(P)란, 상기 로버스트 제어계 설계 방법에서 사용되는 것으로, 제어 대상의 동특성 모델과 제어 사양을 정하는 무게 함수로 구성된다. 이들 H∞제어나 μ설계법에 따라, 일반화 플랜트(P)로부터 원하는 제어 목적을 달성하는 컨트롤러(K)를 수치적으로 도출하는 구체적인 순서에 대해서는 예를 들어 류강지(劉康志)저, 「선형 로버스트 제어」, 코로나사, 2002년 또는, 노나미 켄조 편저, 니시무라 히데카즈, 히라타 미츠오 공저, 「MATLAB에 의한 제어계 설계」, 도쿄 덴끼 대학 출판국, 1998년 등에 자세하게 설명되어 있으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 일반화 플랜트(P) 및 그것에 따라 도출되는 다이나모 제어장치(6)의 구체적인 구성에 대해, 실시예 1~7로 설명한다.

[실시예 1]

도 3은 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.

실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)에서, 입력 신호(w)는 외부 입력을 나타내고, 엔진에서 발생하는 엔진 토크에 상당한다. 입력 신호(u)는 미도시된 컨트롤러로부터 출력되는 제어 입력을 나타내고, 인버터에 입력되는 토크전류 지령에 상당한다. 출력 신호(z)는 제어량을 나타내고, H∞제어 또는 μ설계법에 따라 작게 하고 싶은 차분값에 상당한다. 이 차분값의 구체적인 내용에 대해서는 후에 상술한다. 2개의 출력 신호(y1, y2)는 미도시된 컨트롤러에 입력되는 제 1, 제 2 관측 출력을 나타내고, 각각 축 토크 센서의 검출값 및 인코더의 검출값에 상당한다.

일반화 플랜트(Pa)는 외부 입력(w) 및 제어 입력(u)으로부터 엔진의 각가속도를 출력하도록 도 1에 나타내는 다이나모미터 시스템(1)의 특성을 동정한 동특성 모델(7); 및, 외부 입력(w) 및 동특성 모델(7)의 출력에 기초하여 제어량(z)을 산출하는 제어량 연산부(8);를 구비한다.

동특성 모델(7)은 엔진과 샤프트와 다이나모미터를 연결하여 구성되는 3 관성계의 특성을 동정한 기계 모델(P4~P9); 축 토크 센서에 의한 축 토크 검출 특성을 동정한 축 토크 검출 모델(P10); 인코더에 의한 다이나모미터의 회전수 검출 특성을 동정한 회전수 검출 모델(P11); 및, 인버터에 의한 토크전류 제어 특성을 동정한 인버터 모델(P12);을 구비한다.

다이나모미터 시스템(1)의 기계계의 구성은 도 4에 나타낸 것과 같은 각각 고유의 관성 모멘트를 갖는 3개의 강체(剛體)를, 2개의 스프링 요소로 연결하여 구성되는 3 관성계 모델로 근사(近似))시킬 수 있다. 도 3 및 도 4에서, “J1”은 엔진의 관성 모멘트[kgm²]에 상당하고, “J2”는 샤프트의 관성 모멘트[kgm²]에 상당하고, “J3”은 다이나모미터의 관성 모멘트[kgm²]에 상당한다. “K1”은 엔진-샤프트 사이의 스프링 강성[Nm/rad]에 상당하고, “K2”는 샤프트-다이나모미터 사이의 스프링 강성[Nm/rad]에 상당한다.

다이나모미터 시스템(1)의 기계계의 구성을 도 4와 같은 3 관성계 모델로 근사시키면, 그 운동 방정식은 전달 함수 “1/J1”, “1/s”, “K1/s”, “1/J2ㆍs”, “K2/s”, “1/J3ㆍs”를 도 3의 P4~P9에 나타낸 바와 같이 조합하여 표현된다. 그리고 이들 3개의 관성 모멘트(J1~J3) 및 스프링 상수(K1~K2)의 구체적인 값은 예를 들어, 실제 기계(實機)로 미리 측정해 두는 것에 의해 특정된 값이 이용된다.

축 토크 검출 모델(P10)의 전달 함수(Gy1(s)), 회전수 검출 모델(P11)의 전달 함수(Gy2(s)), 및 인버터 모델(P12)의 전달 함수(Gu1(s))에는 각각 시스템 동정에 의해 미리 정해진 것이 이용된다.

제어량 연산부(8)는 엔진 토크에 상당하는 외부 입력(w)에 엔진 단체의 관성 모멘트(J1)의 역수를 곱하는 것에 의해 얻어지는 엔진 단체의 각가속도(블록(P1)의 출력)로부터, 상술한 동특성 모델(7)에 의해 산출되는 엔진의 각가속도(블록(P4)의 출력)를 빼는 것에 의해 얻어지는 차분값를 산출하고, 추가로 이 차분값에 소정의 무게 함수(G(s))를 곱하는 것에 의해 제어량(z)을 산출한다. 이 무게 함수(G(s))에는 예를 들어 적분 특성을 갖는 것이 이용된다. 이상과 같이 본 발명에서는 엔진 단체의 각가속도와 동특성 모델에 의해 산출되는 엔진의 각가속도의 차분값를 제어량(z)으로 하고, 추가로 외부 입력(w)으로부터 제어량(z)으로의 응답을 작게 하도록 H∞제어나 μ설계법에 따라 컨트롤러를 설계함으로써, 다이나모미터로 샤프트 관성을 보상하는 샤프트 관성 보상 효과와 기계 공진을 억제하는 공진 억제 효과 양쪽 모두를 구비한 컨트롤러를 도출할 수 있다.

도 5는 실시예 1의 다이나모 제어장치(6a)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 다이나모 제어장치(6a)에는 상기 일반화 플랜트(Pa)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1 및 Gc2)가 이용된다. 컨트롤러(Gc1)는 제 1 관측 출력(y1)에 대응하여 도출된 것이고, 컨트롤러(Gc2)는 제 2 관측 출력(y2)에 대응하여 도출된 것이다.

도 6은 실시예 1의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다. 도 6의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(Gc1)의 저역에서는 적분 특성이 보여지고, 컨트롤러(Gc2)의 저역에서는 비례 특성이 보여진다. 이들 적분 특성 및 비례 특성은 다이나모미터로 샤프트 관성을 보상하기 위해 필요한 제어 요소로 되어 있다. 한편, 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 고역에서는 소정의 기계 공진점에서 게인이 저하되고 있다. 이상으로, 이들 컨트롤러(Gc1, Gc2) 및 이를 이용한 다이나모 제어장치(6a)에 따르면, 엔진에서 봤을 때 무부하 상태가 되도록 샤프트 관성을 보상하는 샤프트 관성 보상 효과와, 기계 공진점을 억제하는 공진 억제 효과 양쪽 모두를 동시에 나타내는 것이 밝혀졌다.

그리고 샤프트 관성 보상 제어의 응답성은 컨트롤러(Gc1, Gc2)가 각각 어느 정도의 주파수까지 적분 특성 및 비례 특성을 갖는가로 대략 평가할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 컨트롤러(Gc1, Gc2)에 따르면, 약 10Hz 정도의 응답을 갖는다고 평가할 수 있다.

도 7은 도 6의 다이나모 제어장치를 이용한 다이나모미터 시스템에서의 엔진 시동 시의 엔진 회전수의 변화를 나타내는 도면이다. 도 7에는 도 6의 다이나모 제어장치를 이용한 시스템에 의한 측정 결과를 가는 실선으로 나타낸다. 또한, 엔진과 샤프트를 분리하여 엔진을 실제로 무부하 상태로 하여 측정했을 경우의 결과, 즉 샤프트 관성 보상 시의 이상이 되는 값을 굵은 파선으로 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 가는 실선과 굵은 파선은 거의 일치한다. 본 실시예의 다이나모 제어장치(6a)를 이용한 시스템에 따르면, 엔진 시동 시에는 다이나모미터로 샤프트 관성이 보상되기 때문에, 엔진 단체에 상당하는 시동 파형을 얻을 수 있는 것이 검증되었다. 즉, 본 실시예의 다이나모 제어장치를 이용함으로써, 엔진에서 봤을 때 무부하 상태를 실현할 수 있는 것이 검증되었다.

[실시예 2]

도 8은 실시예 2의 일반화 플랜트(Pb)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는 도 3의 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)와 상이한 구성만 설명한다. 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 6을 참조하여 설명한 것처럼, 샤프트 관성 보상 효과가 얻어지도록 도출된 컨트롤러에는 결과적으로 적분 특성과 비례 특성이 나타난다. 실시예 2에서는 이들 샤프트 관성 보상 효과를 얻기 위해 필요한 제어 요소를 컨트롤러에서 분리하기 위하여, 이들 제어 요소가 미리 포함되어 넣어진 일반화 플랜트(Pb)를 이용한다.

본 실시예의 일반화 플랜트(Pb)는 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)에서, 적분기(P13)와 2개의 게인 블록(P14, P15)이 추가되어 있다. 보다 구체적으로는, 실시예 2에서는 토크 검출 모델(P10)의 출력단에 마련된 적분기(P13)의 출력을 제 1 관측 출력(y1)으로 하고, 회전수 검출 모델(P11)의 출력단에 마련된 샤프트의 관성 모멘트(J2)의 게인 블록(P14)의 출력을 제 2 관측 출력(y2)으로 한다. 또한, 실시예 2에서는 제어 입력(u)에, 제어 응답성의 기준이 되는 소정의 비례 게인(K)을 곱하여 얻어지는 출력을 인버터 모델(P12)로의 입력으로 한다.

도 9는 실시예 2의 다이나모 제어장치(6b)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 다이나모 제어장치(6b)에는 상기 일반화 플랜트(Pb)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1(s) 및 Gc2(s))가 이용된다. 컨트롤러(Gc1)는 제 1 관측 출력(y1)에 대응하여 도출된 것이고, 컨트롤러(Gc2)는 제 2 관측 출력(y2)에 대응하여 도출된 것이다. 다만 상술한 바와 같이, 적분기 및 비례 게인을 일반화 플랜트(Pb)에 미리 포함시켜 둠으로써, 도출되는 컨트롤러(Gc1, Gc2)로부터 이들 적분기 및 비례 게인의 특성이 분리된다. 그러므로, 다이나모 제어장치(6b)는 일반화 플랜트(Pb)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1, Gc2) 외에, 샤프트 관성 보상 제어에 필요한 적분기와 2개의 비례 게인(K, J2)이 도 9에 나타낸 바와 같이 추가적으로 마련된다.

도 10은 실시예 2의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다. 도 10의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 일반화 플랜트(Pb)에 적분기나 비례 게인을 포함해 넣음으로써, 저역이 동일한 게인의 비례 특성을 갖는 컨트롤러(Gc1, Gc2)가 도출된다. 이와 같이, 양쪽 컨트롤러(Gc1, Gc2)에서 저역이 동일한 게인이 되는 것에 의해, 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)를 이용했을 경우와 비교하여, 응답성의 평가가 용이해지는 이점이 있다.

그리고 공진 억제 효과를 얻기 위해서는 고역의 축 토크 신호를 피드백하는 것이 유효하지만, 도 9에 나타낸 바와 같이, 축 토크 신호는 적분기에 의해 고역이 감쇠된 후, 컨트롤러(Gc1)에 입력된다. 이에 대해, 본 실시예의 컨트롤러(Gc1)에 따르면, 상기 적분기에 의한 고역에서의 감쇠를 보상하도록 고역의 게인이 커져 있다. 따라서, 실시예 1과 비교하여 공진 억제 효과가 손상될 일은 없다.

또한, 예를 들어 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)를 이용했을 경우, 관성 보상량의 특성은 도 5의 컨트롤러(Gc2)에 포함되기 때문에, 일단 컨트롤러를 도출한 후에 관성 보상량을 변경하려고 하면, H∞제어나 μ설계법 등에 의해 다시 컨트롤러를 도출할 필요가 있다. 반면, 본 실시예의 일반화 플랜트(Pb)를 이용했을 경우, 관성 보상량의 특성은 도 9에 나타낸 바와 같이 샤프트 관성 모멘트의 게인 블록(J2)으로서 컨트롤러(Gc2)에서 분리된다. 따라서 본 실시예에 따르면, H∞제어나 μ설계법 등에 의해 일단 컨트롤러를 도입한 후에도, 다시 H∞제어나 μ설계법을 실행하지 않고, 상기 게인(J2)을 조정하는 것에 의해 관성 보상량을 용이하게 변경할 수 있다. 또한, 루프 게인이 될 게인 블록(K)도 컨트롤러(Gc1, Gc2)에서 분리되어 있다. 그러므로, 관성 보상량과 동일하게 다시 H∞제어나 μ설계법을 실행하지 않고 어느 정도의 범위에서 루프 게인을 용이하게 변경할 수 있다. 그리고 도시 및 상세한 설명은 생략하지만, 실시예 2의 다이나모 제어장치(6b)를 이용한 다이나모미터 시스템에서도, 도 7과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

[실시예 3]

도 11은 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는 도 3의 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)와 상이한 구성만 설명한다. 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

실시예 2와 동일하게, 본 실시예에서는 샤프트 관성 보상 효과를 얻기 위해서 필요한 적분기나 비례 게인 등의 제어 요소를 컨트롤러에서 분리하기 위하여, 이들 제어 요소가 미리 포함되어 넣어진 일반화 플랜트(Pc)를 이용한다.

본 실시예의 일반화 플랜트(Pc)는 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)에서, 적분기(13); 2개의 게인 블록(P14, P15); 및, 가산기(P16);가 추가되어 있다. 보다 구체적으로는 실시예 3에서는 회전수 검출 모델(P11)의 출력단에 마련된 샤프트 관성 모멘트(J2)의 게인 블록(P14)의 출력으로부터, 토크 검출 모델(P10)의 출력단에 마련된 적분기(P13)의 출력을 빼서 얻어지는 출력에, 제어 응답성의 기준이 되는 소정의 비례 게인(K)을 곱하여 얻어지는 출력을 제 1 관측 출력(y1)으로 한다. 또한, 토크 검출 모델(P10)의 출력을 제 2 관측 출력(y2)으로 한다.

도 12는 실시예 3의 다이나모 제어장치(6c)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 다이나모 제어장치(6c)에는 상기 일반화 플랜트(Pc)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1(s) 및 Gc2(s))가 이용된다. 컨트롤러(Gc1)는 제 1 관측 출력(y1)에 대응하여 도출된 것이고, 컨트롤러(Gc2)는 제 2 관측 출력(y2)에 대응하여 도출된 것이다. 다만 실시예 2와 동일한 이유에 의해, 다이나모 제어장치(6c)는 일반화 플랜트(Pc)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1, Gc2) 외에, 샤프트 관성 보상 제어에 필요한 적분기와 2개의 비례 게인(K, J2)이 도 12에 나타낸 바와 같이 추가적으로 마련된다.

도 13은 본 실시예의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다. 도 14의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 일반화 플랜트(Pc)에 적분기나 비례 게인을 포함해 넣는 것에 의해, 실시예 2와 거의 동일한 효과를 나타낸다. 그리고 본 실시예에 따르면, 샤프트 관성 보상 제어에 유효한 컨트롤러는 Gc1만이 된다. 실시예 2에서 설명한 바와 같이, 컨트롤러(Gc1)에는 적분기에 의해 고역이 감쇠된 신호가 입력되기 때문에, 컨트롤러(Gc1)의 고역의 게인은 커진다. 그러나, 본 실시예에서는 도 13에 나타낸 바와 같이 컨트롤러(Gc2)에 의한 축 토크 검출 신호의 피드백이 추가되도록 되어 있으므로, 실시예 2와 비교하면 컨트롤러(Gc1)의 고역의 게인은 작아지고 있다. 그리고 도시 및 상세한 설명은 생략하지만, 실시예 3의 다이나모 제어장치(6b)를 이용한 다이나모미터 시스템에서도, 도 7과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

[실시예 4]

도 14는 실시예 4의 일반화 플랜트(Pd)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는 도 3의 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)와 상이한 구성만 설명한다. 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

실시예 2와 동일하게, 본 실시예에서는 샤프트 관성 보상 효과를 얻기 위해 필요한 적분기나 비례 게인 등의 제어 요소를 컨트롤러에서 분리하기 위하여, 이들 제어 요소가 미리 포함되어 넣어진 일반화 플랜트(Pd)를 이용한다. 또한, 실시예 1에서는 2개의 관측 출력(y1, y2)을 정의했지만, 본 실시예에서는 관측 출력을 y1만으로 한다.

본 실시예의 일반화 플랜트(Pd)에서는 실시예 1의 일반화 플랜트(Pa)에서, 적분기(P13); 2개의 게인 블록(P14, P15); 및, 2개의 가산기(P16, P17);가 추가되어 있다. 보다 구체적으로는 실시예 4에서는 토크 검출 모델(P10)의 출력을 관측 출력(y1)으로 한다. 또한, 샤프트의 관성 모멘트(J2)가 곱해진 회전수 검출 모델(P11)의 출력으로부터, 토크 검출 모델(P10)의 출력단에 마련된 적분기(P13)의 출력을 빼서 얻어지는 차분값에, 제어 응답의 기준이 되는 소정의 비례 게인(K)을 곱하여 얻어지는 출력과 제어 입력(u)을 합성하여 얻어지는 출력을 인버터 모델(P12)로의 입력으로 한다.

도 15는 실시예 4의 다이나모 제어장치(6d)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 다이나모 제어장치(6d)에는 상기 일반화 플랜트(Pd)로부터 관측 출력(y1)에 대응하여 도출된 컨트롤러(Gc1(s))가 이용된다. 다만 실시예 2와 동일한 이유에 의해, 다이나모 제어장치(6d)는 일반화 플랜트(Pd)로부터 도출된 컨트롤러(Gc1) 외에, 샤프트 관성 보상 제어에 필요한 적분기와 2개의 비례 게인(K, J2)이 도 15에 나타낸 바와 같이 추가적으로 마련된다.

도 16은 본 실시예의 컨트롤러(Gc1)의 보드 선도이다. 도 16의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 일반화 플랜트(Pd)에 적분기나 비례 게인을 포함해 넣음으로써, 실시예 2와 거의 동일한 효과를 나타낸다. 또한 본 실시예에서는 일반화 플랜트(Pd)의 관측 출력을 y1만으로 했으므로, 도출되는 고차(高次)의 컨트롤러는 Gc1 하나만이 된다. 그러므로 본 실시예에 따르면, 샤프트 관성 보상 제어에서 다른 제어로 전환할 때의 범프리스 처리가 용이해진다. 그리고 도시 및 상세한 설명은 생략하지만, 실시예 4의 다이나모 제어장치(6d)를 이용한 다이나모미터 시스템에서도, 도 7과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

[실시예 5]

도 17은 실시예 5의 일반화 플랜트(Pe)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는 도 11의 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)와 상이한 구성만 설명한다. 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)에서는 토크 검출 모델(P10)의 출력을 관측 출력(y1)으로 했던 바, 본 실시예의 일반화 플랜트(Pe)에서는 이를 삭제하고, 관측 출력을 하나만으로 했다. 즉 본 실시예의 일반화 플랜트(Pe)에서는 회전수 검출 모델(P11)의 출력단에 마련된 샤프트의 관성 모멘트(J2)의 게인 블록(P14)의 출력으로부터, 토크 검출 모델(P10)의 출력단에 마련된 적분기(P13)의 출력을 빼서 얻어지는 출력에, 제어 응답성의 기준이 되는 소정의 비례 게인(K)을 곱하여 얻어지는 출력을 관측 출력(y1)으로 한다.

도 18은 실시예 5의 다이나모 제어장치(6e)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 다이나모 제어장치(6e)에는 상기 일반화 플랜트(Pe)로부터, 관측 출력(y1)에 대응하여 도출된 컨트롤러(Gc1(s))가 이용된다. 다만 실시예 2와 동일한 이유에 의해, 다이나모 제어장치(6e)는 일반화 플랜트(Pe)로부터 도출된 컨트롤러(Gc1) 외에, 샤프트 관성 보상 제어에 필요한 적분기와 2개의 비례 게인(K, J2)이 도 18에 나타낸 바와 같이 추가적으로 마련된다.

도 19는 실시예 5의 컨트롤러(Gc1)의 보드 선도이다. 도 19의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 일반화 플랜트(Pd)에 적분기나 비례 게인을 포함해 넣는 것에 의해, 실시예 2와 거의 동일한 효과를 나타낸다. 특히 루프 게인이 되는 게인 블록(K)을 컨트롤러(Gc1)에서 분리함으로써(도 18 참조), 다시 H∞제어나 μ설계법을 실행하지 않고 어느 정도의 범위에서 루프 게인을 용이하게 변경할 수 있다. 또한 본 실시예에서는 일반화 플랜트(Pe)의 관측 출력을 y1만으로 했으므로, 도출되는 고차의 컨트롤러는 Gc1 하나만이 된다. 그러므로 본 실시예에 따르면, 샤프트 관성 보상 제어에서 다른 제어로 전환할 때의 범프리스 처리가 용이해진다. 그리고 도시 및 상세한 설명은 생략하지만, 실시예 5의 다이나모 제어장치(6e)를 이용한 다이나모미터 시스템에서도, 도 7과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

[실시예 6]

도 20은 실시예 6의 일반화 플랜트(Pf)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는 도 11의 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)와 상이한 구성만 설명한다. 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예의 일반화 플랜트(Pf)에서는 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)에서, 하이 패스 필터(P17)가 추가되어 있다. 보다 구체적으로는 실시예 6에서는 토크 검출 모델(P10)의 출력단에 마련된 하이 패스 필터(P17)의 출력을 제 2 관측 출력(y2)으로 한다. 제 1 관측 출력(y1)은 실시예 3과 동일하다.

도 21은 실시예 6의 다이나모 제어장치(6f)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 다이나모 제어장치(6f)에는 상기 일반화 플랜트(Pf)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1(s) 및 Gc2(s))가 이용된다. 컨트롤러(Gc1)는 제 1 관측 출력(y1)에 대응하여 도입된 것이고, 컨트롤러(Gc2)는 제 2 관측 출력(y2)에 대응하여 도출된 것이다. 다만 실시예 3과 동일한 이유에 의해, 다이나모 제어장치(6f)는 일반화 플랜트(Pf)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1, Gc2) 외에, 샤프트 관성 보상 제어에 필요한 적분기; 2개의 비례 게인(K, J2); 및, 하이 패스 필터;가 도 21에 나타낸 바와 같이 추가적으로 마련된다.

도 22는 본 실시예의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다. 도 22의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 일반화 플랜트(Pf)에 적분기나 비례 게인을 포함해 넣는 것에 의해, 실시예 2와 거의 동일한 효과를 나타낸다. 그리고 본 실시예는 실시예 3과 비교하여 하이 패스 필터가 추가되어 있다. 도 13에 나타내는 실시예 3의 결과와 비교하면, 실시예 3에서는 컨트롤러(Gc2)의 저역 특성이 비례 특성이 되지만, 본 실시예에서는 하이 패스 필터의 효과에 의해 컨트롤러(Gc2)의 저역 특성이 적분 특성이 된다. 그리고 도시 및 상세한 설명은 생략하지만, 실시예 3의 다이나모 제어장치(6f)를 이용한 다이나모미터 시스템에서도, 도 7과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

[실시예 7]

도 23은 실시예 7의 일반화 플랜트(Pg)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는 도 11의 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)와 상이한 구성만 설명한다. 실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

실시예 3의 일반화 플랜트(Pc)(도 11 참조)와 본 실시예의 일반화 플랜트(Pg)(도 23 참조)는 비례 게인(K)을 곱하는 게인 블록(P14)을 마련하는 장소가 상이하다. 본 실시예에서는 제어 입력(u)에, 제어 응답성의 기준이 되는 소정의 비례 게인(K)을 곱하여 얻어지는 출력을 인버터 모델(P12)로의 입력으로 한다.

도 24는 실시예 7의 다이나모 제어장치(6g)의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 다이나모 제어장치(6g)에는 상기 일반화 플랜트(Pg)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1(s) 및 Gc2(s))가 이용된다. 컨트롤러(Gc1)는 제 1 관측 출력(y1)에 대응하여 도출된 것이고, 컨트롤러(Gc2)는 제 2 관측 출력(y2)에 대응하여 도출된 것이다. 다만 실시예 2와 동일한 이유에 의해, 다이나모 제어장치(6c)는 일반화 플랜트(Pg)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1, Gc2) 외에, 샤프트 관성 보상 제어에 필요한 적분기와 2개의 비례 게인(K, J2)이 도 25에 나타낸 바와 같이 추가적으로 마련된다.

도 25는 실시예 7의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 보드 선도이다. 도 25의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 일반화 플랜트(Pg)에 적분기나 비례 게인을 포함해 넣는 것에 의해, 실시예 2와 거의 동일한 효과를 나타낸다. 특히 루프 게인이 되는 게인 블록(K)을 컨트롤러(Gc1, Gc2)에서 분리하는 것에 의해(도 24 참조), 다시 H∞제어나 μ설계법을 실행하지 않고 어느 정도의 범위에서 루프 게인을 용이하게 변경할 수 있다.

1 : 다이나모미터 시스템
E : 엔진(공시체)
S : 샤프트(중간 결합체)
D : 다이나모미터
Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, Pf, Pg : 일반화 플랜트
3 : 인버터
6 a, 6 b, 6 c, 6 d, 6 e, 6 f, 6 g : 다이나모 제어장치
61 : 축 토크 센서(토크 검출기)
62 : 인코더(회전수 검출기)
7 : 동특성 모델
8 : 제어량 연산부
P4~P9 : 기계 모델
P10 : 토크 검출 모델
P11 : 회전수 검출 모델
P12 : 인버터 모델

Claims

동력을 발생하는 공시체와 중간 결합체를 통해 연결된 다이나모미터; 상기 중간 결합체의 비틀림 토크를 검출하는 토크 검출기; 상기 다이나모미터의 회전수를 검출하는 회전수 검출기; 및, 상기 다이나모미터에 전력을 공급하는 인버터;를 구비하는 다이나모미터 시스템에서, 상기 토크 검출기 및 상기 회전수 검출기의 검출 신호에 기초하여, 상기 공시체에서 봤을 때 무부하 상태가 실현되도록 상기 인버터로의 토크전류 지령을 생성하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치로서,
상기 다이나모 제어장치는, 상기 공시체에서 발생하는 토크에 상당하는 외부 입력 및 상기 토크전류 지령에 상당하는 제어 입력으로부터 소정의 관측 출력 및 제어량을 출력하는 일반화 플랜트에 대해, 상기 외부 입력에서 상기 제어량까지의 응답을 작게 하도록 H∞제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 따라 설계된 컨트롤러를 포함하고,
상기 일반화 플랜트는, 상기 외부 입력 및 상기 제어 입력으로부터 상기 공시체의 각가속도를 출력하도록 상기 다이나모미터 시스템의 특성을 동정(同定)한 동특성 모델을 포함하고,
상기 일반화 플랜트의 제어량은, 상기 외부 입력에 상기 공시체의 관성 모멘트의 역수를 곱함으로써 산출한 상기 공시체 단체의 각가속도와, 상기 동특성 모델에 의해 산출한 상기 공시체의 각가속도의 차분에, 적분 특성을 갖는 무게 함수를 곱한 신호인 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 일반화 플랜트의 동특성 모델은, 상기 인버터의 특성을 동정한 인버터 모델; 상기 공시체와 상기 중간 결합체와 상기 다이나모미터를 연결하여 구성되는 3 관성계의 특성을 동정한 기계 모델; 상기 토크 검출기의 특성을 동정한 토크 검출 모델; 및, 상기 회전수 검출기의 특성을 동정한 회전수 검출 모델;을 구비하는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 입력에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고,
상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력을 제 1 관측 출력으로 하고,
상기 회전수 검출 모델의 출력단에 마련된 비례 게인의 출력을 제 2 관측 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 입력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고,
소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 제 1 관측 출력으로 하고,
상기 토크 검출 모델의 출력을 제 2 관측 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.
제 2 항에 있어서,
소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력과, 상기 제어 입력을 합성하여 얻어지는 출력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고,
상기 토크 검출 모델의 출력을 관측 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 입력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고,
소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 관측 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 입력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고,
소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 적분기의 출력의 차분에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 제 1 관측 출력으로 하고,
상기 토크 검출 모델의 출력단에 마련된 하이 패스 필터의 출력을 제 2 관측 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 입력에 소정의 비례 게인을 곱하여 얻어지는 출력을 상기 인버터 모델로의 입력으로 하고,
상기 토크 검출 모델의 출력을 제 1 관측 출력으로 하고,
소정의 비례 게인이 곱해진 상기 회전수 검출 모델의 출력과 상기 토크 검출 모델의 출력의 차분을 제 2 관측 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 다이나모미터 시스템의 다이나모 제어장치.