KR20160119260A - 구동 트레인의 시험 시스템 - Google Patents

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메이덴샤 코포레이션
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Abstract

단일 구동 모터를 구비한 구동 트레인의 시험 시스템에 있어서, 공시체에 고유의 공진 진동에는 영향을 주지 않고, 시험 시스템에 고유의 공진 진동만을 억제할 수 있는 시험 시스템을 제공한다. 구동 트레인의 시험 시스템은 구동 트레인인 공시체에 연결되는 단일 모터; 공시체-모터 간의 축 토크에 따른 신호를 발생하는 축 토크 센서; 및 소정의 가진 주파수의 교류 성분을 포함하는 토크 지령 신호와 상기 축 토크 센서의 축 토크 검출 신호를 바탕으로, 공시체-모터 간의 기계 공진이 억제되도록 하는 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로;를 구비한다. 공진 억제 제어 회로는 토크 전류 지령 신호부터 축 토크 검출 신호까지의 주파수 응답 특성 중 공시체-모터 간의 공진만을 억제하도록 H∞ 제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 의해 설계된 컨트롤러를 구비한다.

Description

구동 트레인의 시험 시스템{DRIVETRAIN TESTING SYSTEM}
본 발명은 구동 트레인의 시험 시스템에 관한 것이다.
구동 트레인이란, 엔진에서 발생한 에너지를 구동 바퀴에 전달하기 위한 복수의 장치의 총칭을 말하며, 엔진, 클러치, 트랜스미션, 구동 샤프트, 프로펠러 샤프트, 차동 기어 및 구동 바퀴 등으로 구성된다. 구동 트레인의 성능 평가 시험에서는 실제로 엔진으로 트랜스미션을 계속해서 구동함으로써 그 내구성과 품질 등이 평가된다. 최근에는 이러한 구동 트레인의 시험을 실시하는 시스템으로서, 워크에 입력하는 구동 토크를 실제 엔진 대신 모터로 발생시키는 것이 제안되었다(예를 들어 특허문헌 1, 2 참조).
실제 엔진에서는 각 기통에서의 연소 공정에 기인하여 주기적인 토크 변동이 일어나는데, 상기 특허문헌 1, 2에 나타난 시스템에서는 일정한 구동 토크를 발생시키기 위한 직류 성분에 정현파에 의한 교류 성분을 합산함으로써 모터에서 발생하는 구동 토크를 의사적(擬似的)으로 변동시키고 있다.
그러나 모터로의 토크 전류 지령 신호를 주기적으로 변동시키면, 그 주파수가 시험 시스템에 고유의 공진점을 통과할 때 공진 진동을 일으킬 우려가 있다. 이에 특허문헌 2의 시험 시스템에서는, H∞ 제어나 μ설계 등의 제어계 설계 방법을 이용하여 설계된 공진 억제 제어 회로를 이용해서 토크 전류 지령 신호를 발생함으로써 이러한 공진 진동의 발생을 억제하고 있다.
일본 특개2002-71520호공보 국제공개 제2013/105375호
그런데 특허문헌 2에 개시된 시험 시스템에서는 주로 FF 구동 차량에 탑재되는 3축 타입의 구동 트레인을 시험 대상으로 하고 있으며, 레이아웃 상의 제약으로 인해, 구동 트레인에 입력되는 구동 토크를 직렬로 접속한 2개의 구동 모터에 의해 발생시키고 있다. 그러나 구동 토크 발생원을 단일 모터로 구성하는 경우와 2개의 모터를 직렬로 접속하여 구성하는 경우에서는 시험 시스템에서 발생하는 공진 현상이 상이하기 때문에, 특허문헌 2에 개시된 공진 억제 제어 방법을 단일 모터로 구성된 시험 시스템에 그대로 적용할 수는 없다.
본 발명은 단일 구동 모터를 구비한 구동 트레인의 시험 시스템에 있어서, 공시체에 고유의 공진 진동에는 영향을 미치지 않고 시험 시스템에 고유의 공진 진동을 억제할 수 있는 시험 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 구동 트레인의 시험 시스템(예를 들어, 후술하는 시험 시스템(1))은, 차량의 구동 트레인인 공시체(예를 들어, 후술하는 공시체(W, W'))의 입력축에 연결되는 단일 모터(예를 들어, 후술하는 구동 모터(2)); 상기 공시체와 상기 모터 사이의 축 토크에 따른 신호를 발생하는 축 토크 센서(예를 들어, 후술하는 축 토크 센서(6)); 소정의 가진 주파수의 교류 성분을 포함하는 토크 지령 신호와 상기 축 토크 센서의 축 토크 검출 신호를 바탕으로, 상기 공시체 및 상기 모터 간의 기계 공진이 억제되도록 하는 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로(예를 들어, 후술하는 공진 억제 제어 회로(5)); 및 상기 토크 전류 지령 신호에 따라 상기 모터를 구동하는 인버터(예를 들어, 후술하는 인버터(3));를 구비하며, 상기 공진 억제 제어 회로는, 상기 토크 전류 지령 신호부터 상기 축 토크 검출 신호까지의 주파수 응답 특성 중 상기 공시체 고유의 공진을 억제하지 않고, 상기 공시체 고유의 공진점보다 고주파수 측의 상기 공시체 및 상기 모터 간의 공진을 억제하도록 H∞ 제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 의해 설계된 컨트롤러(Gc1, Gc2)를 구비한다.
(2) 이 경우, 상기 컨트롤러는 외부입력 및 제어입력으로부터 제어량 및 관측량을 출력하는 일반화 플랜트(예를 들어, 후술하는 일반화 플랜트(P))에 대해 상기 외부입력으로부터 상기 제어량까지의 응답을 작게 하도록 H∞ 제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 의해 설계되고, 상기 외부입력은 상기 공진 억제 제어 회로에 입력되는 토크 지령 신호에 해당하는 신호(w2)를 포함하고, 상기 제어량은 상기 외부입력(w2)과 상기 공진 억제 제어 회로로부터 출력되는 토크 전류 지령 신호에 해당하는 제어입력(u)의 차에 소정의 무게함수(Gw1)에 의해 무게를 준 신호(z3)를 포함하며, 상기 무게함수는 입력의 주파수가 높아질수록 게인이 저하되는 특성을 갖는 전달함수인 것이 바람직하다.
(1) 구동 트레인인 공시체와 단일 모터를 접속한 시험 시스템에는, 고주파수 측과 저주파수 측에서 2종류의 공진점이 존재한다(후술하는 도 3 참조). 이 중 고주파수 측에서 발생하는 공진 현상은 시험 대상과는 관계없는 공시체-모터 간의 연결축 고유의 현상이며 억제하는 것이 바람직하다. 한편, 저주파수 측에서 발생하는 공진 현상은 다양한 스프링 요소를 포함한 시험 대상인 공시체 고유의 현상이기 때문에 억제하는 것은 바람직하지 않다. 본 발명에서는 이들 2개의 공진점 중, 저주파수 측의 공시체 고유의 공진 현상에는 영향을 미치지 않게 하면서 고주파수 측의 공시체-모터 간의 기계 공진만을 억제하기 위해, 인버터에 입력하는 토크 전류 지령 신호를, 가진 주파수의 교류 성분을 포함하는 토크 지령 신호와 축 토크 검출 신호를 바탕으로 공진 억제 제어 회로에 의해 생성한다. 특히 본 발명에서는, 이러한 기능을 구비하는 공진 억제 제어 회로를, 토크 전류 지령 신호부터 축 토크 검출 신호까지의 주파수 응답 특성 중 공시체 고유의 공진을 억제하지 않고 공시체-모터 간의 공진을 억제하도록 H∞ 제어 또는 μ설계법에 의해 설계한다. 이로써, 공시체 고유의 공진 현상에는 영향을 주지 않고 공시체-모터 간의 연결축 고유의 공진만을 억제할 수 있다. 또한 본 발명에서는, 공시체에는 단일 모터를 접속한다. 이로써, 특허문헌 2에 나타낸 시험 시스템과 같이 모터를 직렬로 접속한 경우보다 억제하고 싶은 공시체-모터 간의 공진점을 높일 수 있다. 즉, 공시체 고유의 공진점과 공시체-모터 간의 공진점의 간격을 넓힐 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 특허문헌 2에 나타낸 시험 시스템보다 공진 억제 제어가 공시체 고유의 공진 현상에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
(2) 본 발명에서는 공진 억제 제어 회로를 구성하기 위한 일반화 플랜트에서, 토크 전류 지령 신호에 해당하는 제어입력과 토크 지령 신호에 해당하는 외부입력의 차를 제어량으로 하고, 이 제어량에 무게함수를 설정한다. 또한, 이 무게함수는 고역(高域)에서 게인이 저하되는 특성을 갖는 전달함수로 한다. 본 발명에 따르면, 이러한 무게함수 하에서 H∞ 제어 또는 μ설계법에 의해 컨트롤러를 설계함으로써, 보다 저주파수 측의 공시체 고유의 공진 현상에는 영향을 미치지 않게 하면서, 보다 고주파수 측의 공시체-모터 간의 공진점 근방만의 게인을 억제하도록 기능하는 공진 억제 제어 회로를 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 구동 트레인(3축 타입)의 시험 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 2축 타입의 구동 트레인의 시험 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 공진 억제 제어가 없는 경우에서의 토크 전류 지령 신호부터 축 토크 검출 신호까지의 응답 특성을 나타낸 보드 선도이다.
도 4는 일반화 플랜트를 이용한 H∞ 제어 및 μ설계법에 의한 제어계 설계 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예 1의 일반화 플랜트의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 시험 시스템의 기계계를 근사한 2관성계 모델의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예 1의 공진 억제 제어 회로의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 실시예 1의 컨트롤러(Gc1)의 주파수 응답 특성을 나타낸 보드 선도이다.
도 9는 실시예 1의 컨트롤러(Gc2)의 주파수 응답 특성을 나타낸 보드 선도이다.
도 10은 실시예 1의 공진 억제 제어 회로를 이용한 시험 시스템에서의 토크 전류 지령 신호부터 축 토크 검출까지의 응답 특성을 나타낸 보드 선도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 시험 시스템에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시 형태의 시험 시스템(1)의 구성을 나타낸 블록도이다. 아울러 이하에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 공시체(W)를 FF 구동 방식의 차량에 탑재되는 3축 타입의 구동 트레인으로 한 경우에 대해 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 공시체(W')를 FR 구동 방식의 차량에 탑재되는 2축 타입의 구동 트레인으로 할 수도 있다.
시험 시스템(1)은 공시체(W)의 입력축에 연결되는 단일의 구동 모터(2)와, 이 구동 모터(2)에 전력을 공급하는 인버터(3)와, 공시체(W)-모터(2) 간의 축 토크를 검출하는 축 토크 센서(6)와, 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로(5)를 구비한다.
구동 모터(2)와 공시체(W)는 연결축(S1)을 통해 연결된다. 또한, 공시체(W)의 구동 샤프트(S2) 양단에는 각각 부하를 발생하는 회생 모터(7L, 7R)가 접속되어 있다. 축 토크 센서(6)는 공시체(W)-모터(2) 간의 연결축(S1)에 마련되며, 이 연결축(S1)에 발생하는 축 토크에 따른 축 토크 검출 신호를 생성하여 공진 억제 제어 회로(5)에 입력한다. 인버터(3)는 공진 억제 제어 회로(5)로부터 입력되는 토크 전류 지령 신호에 따라 구동 모터(2)를 구동한다.
공진 억제 제어 회로(5)는 외부로부터 입력되는 토크 지령 신호와 축 토크 센서(6)로부터 입력되는 축 토크 검출 신호를 바탕으로 토크 전류 지령 신호를 생성하여 인버터(3)에 입력한다. 이 공진 억제 제어 회로(5)는 공시체(W)를 포함한 시험 시스템(1) 전체에서 발생할 수 있는 공진 현상 중, 시험 대상인 공시체(W) 고유의 공진 현상을 제외한 것을 억제하도록 하는 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 기능을 구비한다. 또한, 공진 억제 제어 회로(5)에 입력되는 토크 지령 신호는 구동 모터(2)에서 발생시킬 구동 토크에 대한 지령에 해당하며, 베이스 토크에 해당하는 소정 크기의 직류 성분에, 엔진의 토크 맥동을 본뜬 소정의 가진 주파수의 교류 성분을 중첩하여 구성된다.
여기서, 도 3을 참조하여 공진 억제 제어 회로(5)의 공진 억제 제어 기능에 대해 설명한다.
도 3은 공진 억제 제어가 없는 경우에서의 토크 전류 지령 신호부터 축 토크 검출 신호까지의 응답 특성을 나타낸 보드 선도이다. 여기서, 공진 억제 제어가 없는 경우란, 공진 억제 제어 회로(5)를 거치지 않고, 직류 성분과 교류 성분을 합성하여 얻어진 토크 지령 신호를 그대로 토크 전류 지령 신호로서 인버터(3)에 입력한 경우를 말한다. 또한 도 3에는, 회생 모터(7L, 7R)에서 발생하는 부하의 크기를 소, 중, 대의 3단계로 나누어 변화시킨 경우에 대해 선의 종류을 바꾸어 나타낸다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 공시체(W)에 복수의 모터(2, 7L, 7R)를 접속하여 구성되는 시험 시스템(1)에는, 비교적 저주파수 측(수 Hz~수십 Hz)에서 발생하는 공진과, 비교적 고주파수 측(300Hz 이상)에서 발생하는 공진의 2종류의 공진점이 존재한다. 상술한 바와 같이 시험 시스템(1)에서는 공시체(W)로서 다양한 스프링 요소를 포함하여 구성되는 차량의 구동 트레인을 상정하고 있다. 즉, 공시체(W)의 강성은 연결축(S1)의 강성보다 낮다. 따라서, 저주파수 측에서 발생하는 공진은 시험 대상인 공시체(W) 고유의 현상이며, 고주파수 측에서 발생하는 공진은 시험 대상이 아닌 공시체(W)-모터(2) 간의 연결축(S1) 고유의 현상이다.
이와 같이 공시체(W)를 포함한 시험 시스템(1)에는 크게 나누어 2종류의 공진점이 존재하는데, 이 중 고주파수 측에서 발생하는 공진은 시험 대상인 공시체(W)의 특성과는 관계없는 시험 시스템(1) 고유의 공진 현상이다. 또한 이 고주파수 측에서 발생하는 공진은 진동이 크기 때문에, 가진 주파수가 이 공진점을 통과할 때 장치가 파손될 우려도 있다. 따라서, 이 고주파수 측에서 발생하는 공진은 공진 억제 제어 회로(5)의 공진 억제 기능에 의해 억제하는 것이 바람직하다. 한편, 저주파수 측에서 발생하는 공진은 시험 대상인 공시체(W) 고유의 현상이다. 따라서, 상기 공진 억제 기능에 의해 이러한 저주파수 측에서 발생하는 공진까지 억제하는 것은 바람직하지 않다.
이상과 같은 공진 억제 제어 기능을 구비한 공진 억제 제어 회로(5)는, 도 4에 나타낸 바와 같은 적어도 하나의 외부입력(w) 및 적어도 하나의 제어입력(u)으로부터, 적어도 하나의 제어량(z) 및 적어도 하나의 관측 출력(y)을 출력하는 일반화 플랜트(P)를 제어 대상으로 정의하고, 이에 대해 외부입력(w)으로부터 제어량(z)까지의 응답을 작게 하도록 H∞ 제어나 μ설계법이라 불리는 로버스트(robust) 제어계 설계 방법에 의해 설계된 컨트롤러(K)를 전자 계산기에 실장하여 구성된 것이 이용된다.
일반화 플랜트(P)는 제어 대상의 동특성(動特性) 모델과 제어 사양을 결정하는 무게함수를 구비한다. H∞ 제어나 μ설계법을 이용하여, 일반화 플랜트(P)로부터 원하는 제어 목적을 달성하도록 하는 컨트롤러(K)를 수치적으로 도출하는 구체적인 순서에 대해서는, 예를 들어 '선형 로버스트 제어'(Kang-Zhi LIU 저, 코로나사, 2002년)이나 'MATLAB에 의한 제어계 설계'(Nonami Kenzo 편저, Nishimura Hidekazu, Hirata Mitsuo 공저, 도쿄덴키다이가쿠 출판국, 1998년) 등에 자세히 설명되어 있으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 일반화 플랜트(P) 및 이에 따라 도출되는 공진 억제 제어 회로(5)의 구체적인 구성에 대해서는 뒤에서 실시예 1로 설명한다.
이상과 같은 구성에 의해, 시험 시스템(1)에서는 엔진의 토크 맥동을 본뜬 변동을 포함하는 구동 토크를 단일 구동 모터(2)에서 발생하고, 이 구동 토크를 공시체(W)에 입력함으로써 이 공시체(W)의 내구성이나 품질 등이 평가된다.
실시예 1
도 5는 실시예 1의 일반화 플랜트(P)의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 5의 일반화 플랜트(P)에서, 부호 w1, w2, w3을 붙인 입력 신호는 각각 외부입력을 나타내며, 부호 u를 붙인 입력 신호는 컨트롤러(K)로부터 출력되는 제어입력을 나타내며, 부호 z1, z2, z3을 붙인 출력 신호는 제어량을 나타내며, 부호 y1, y2를 붙인 출력 신호는 컨트롤러(K)에 입력되는 관측 출력을 나타낸다.
일반화 플랜트(P)는 공시체, 모터, 인버터 및 축 토크 센서 등으로 구성되는 도 1의 시험 시스템(1)의 특성을 동정(同定)한 동특성 모델(8)과, 바람직한 제어 사양을 실현하기 위한 제1 무게함수(P6) 및 제2 무게함수(P7)를 구비한다. 동특성 모델(8)은 모터와 공시체를 연결하여 구성되는 2관성계의 특성을 동정한 기계 모델(P1~P3)과, 축 토크 센서에 의한 축 토크 검출 특성을 동정한 축 토크 검출 모델(P4)과, 인버터에 의한 모터의 토크 전류 제어 특성을 동정한 인버터 모델(P5)을 구비한다. 이하, 도 5에 나타낸 일반화 플랜트(P) 중의 각종 신호 및 전달함수와, 도 1의 시험 시스템의 구성의 대응 관계에 대해 설명한다.
공시체(W)와 조합하여 구성되는 시험 시스템(1)의 기계계 구성은, 도 6에 나타낸 바와 같은 각각 고유의 관성모멘트(J1, J2)를 갖는 2개의 강체를 스프링 상수 K1의 스프링 요소로 연결하여 구성되는 2관성계 모델로 근사할 수 있다. 도 5 및 도 6에서 "J1"은 모터의 관성모멘트［kgm2］에 해당하고, "J2"는 공시체의 관성모멘트에 해당하며, "K2"는 모터-공시체 간의 스프링 강성［Nm/rad］에 해당한다.
시험 시스템(1)의 기계계 구성을 도 6에 나타낸 바와 같은 2관성계 모델로 근사하면, 그 운동 방정식은 "1/J1", "K1/s" 및 "1/J2·s"를 도 5의 P1~P3에 나타낸 바와 같이 조합하여 표현된다. 아울러, 이들 관성모멘트(J1, J2) 및 스프링 상수(K1)의 구체적인 값은, 예를 들어 실제 기기에서 미리 측정하여 둠으로써 특정된 값이 이용된다.
축 토크 검출 모델(P4)의 전달함수(Gy(s)) 및 인버터 모델(P5)의 전달함수 (Gu(s))에는, 각각 시스템 동정에 의해 미리 결정된 것이 이용된다.
제1 외부입력(w1)은 인버터에서의 제어 오차 또는 노이즈에 의한 영향을 평가하기 위한 신호이다. 제2 외부입력(w2)은 컨트롤러(K)에 입력되는 토크 지령 신호에 해당하는 신호이다. 제3 외부입력(w3)은 축 토크 센서에서의 검출 오차 또는 노이즈에 의한 영향을 평가하기 위한 신호이다.
제어입력(u)은 컨트롤러(K)로부터 출력되어 인버터 모델(P5)에 입력되는 신호, 즉 토크 전류 지령 신호에 해당하는 신호이다. 제1 관측 출력(y1)은 컨트롤러(K)에 입력되는 토크 지령 신호에 해당하는 신호, 즉 제2 외부입력(w2)과 동일하다. 제2 관측 출력(y2)은 컨트롤러(K)에 입력되는 축 토크 검출 신호에 해당하는 신호이며, 인버터 모델(P5)의 출력과 제3 외부입력(w3)을 합친 신호가 이용된다. 제1 제어량(z1)에는 축 토크 검출 모델(P4)의 출력이 이용된다.
제2 제어량(z2)에는 제어입력(u)에 제2 무게함수(Gw2)를 곱한 것이 이용된다. 또한, 이 제2 무게함수(Gw2)에는 입력의 주파수가 높아질수록 게인이 커지는 특성을 갖는 전달함수가 이용된다. 뒤에서 도 8~10을 참조하여 설명하는 바와 같이, 이러한 특성을 갖는 무게함수(Gw2) 하에서 제2 제어량(z2)을 평가함으로써, 축 토크 센서의 노이즈의 증대를 억제하는 기능을 갖는 컨트롤러가 수득된다.
제3 제어량(z3)에는 제2 외부입력(w2)과 제어입력(u)의 차분에 제1 무게함수(Gw1)를 곱한 것이 이용된다. 또한, 이 제1 무게함수(Gw1)에는 입력의 주파수가 높아질수록 게인이 저하되는 특성을 갖는 전달함수가 이용된다. 뒤에서 도 8~10을 참조하여 설명하는 바와 같이, 이러한 특성을 갖는 무게함수(Gw1) 하에서 제3 제어량(z3)을 평가함으로써, 토크 지령 신호부터 축 토크 검출 신호까지의 특성에서, 공시체-모터 간의 공진점만의 게인을 낮추는 원하는 공진 억제 제어 기능을 구비한 컨트롤러가 수득된다.
도 7은 실시예 1의 공진 억제 제어 회로(5)의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다. 이 공진 억제 제어 회로(5)에는 도 5에 나타낸 일반화 플랜트(P)로부터 도출된 2개의 컨트롤러(Gc1 및 Gc2)가 이용된다. 컨트롤러(Gc1)는 제1 관측 출력(y1)에 대응하여 도출된 것이며, 컨트롤러(Gc2)는 제2 관측 출력(y2)에 대응하여 도출된 것이다.
다음으로, 실시예 1의 공진 억제 제어 회로(5)의 효과에 대해 도 8~도 10을 참조하여 설명한다.
도 8 및 도 9는 각각 실시예 1의 컨트롤러(Gc1, Gc2)의 주파수 응답 특성을 나타낸 보드 선도이다. 이들 도 8 및 도 9의 상단은 게인 특성을 나타내고, 하단은 위상 특성을 나타낸다.
도 10은 실시예 1의 공진 억제 제어 회로(5)를 이용한 시험 시스템에서의 토크 전류 지령 신호부터 축 토크 검출 신호까지의 응답 특성을 나타낸 보드 선도이다. 이 도 10에서도 도 3과 마찬가지로 부하의 크기를 소, 중, 대의 3단계로 나누어 변화시킨 경우에 대해 선의 종류을 바꾸어 나타낸다. 또한 도 10에는 실시예 1의 효과를 명확하게 하기 위해, 공진 억제 제어가 없는 경우의 응답 특성을 파선으로 나타낸다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(Gc1(s))는 3~400Hz 사이에 존재하는 공시체-모터 간 고유의 공진점(도 3 참조)만을 억제하도록 하기 때문에, 이 공진점 근방에서만 게인이 저하되고 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(Gc2(s))는 6~700Hz 이하의 영역에서는 주파수가 저하됨에 따라 게인도 저하되는 특성을 갖는다. 컨트롤러(Gc2(s))의 이러한 저주파수 측에서의 게인 저하 특성은, 도 5의 일반화 플랜트(P)에서 제1 무게함수(Gw1(s))로서 적분 특성을 갖는 전달함수를 채용했기 때문이다. 이러한 컨트롤러(Gc2(s))를 채용함으로써, 공시체-모터 간의 공진점(3~400Hz)보다 낮은 주파수, 즉 공시체 고유의 공진점(수 Hz~수십 Hz)에서는 축 토크 센서로부터의 축 토크 검출 신호가 피드백되지 않게 된다. 이 때문에, 도 10에 나타낸 바와 같이, 공시체-모터 간의 공진에 대해서는 거의 완전히 억제되지만, 공시체 고유의 공진에 대해서는 거의 영향이 없다.
또한 도 9에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(Gc2(s))는 6~700Hz 이상의 영역에서는 주파수가 상승함에 따라 게인도 저하되는 특성을 갖는다. 컨트롤러(Gc2(s))의 이러한 고주파수 측에서의 게인 저하 특성은 도 5의 일반화 플랜트(P)에서 제2 무게함수(Gw2(s))로서 고역에서 높은 게인이 되는 특성을 갖는 전달함수를 채용했기 때문이다. 이러한 특성을 갖는 컨트롤러(Gc2(s))를 공진 억제 제어 회로로 채용함으로써 축 토크 검출 신호의 노이즈 증대가 억제된다.
또한, 이상과 같은 특성을 갖는 공진 억제 제어 회로를 이용하여 토크 전류 지령 신호를 생성함으로써, 도 10에 나타낸 바와 같이 공시체 고유의 공진 현상에는 거의 영향을 미치지 않고 공시체-모터 간 고유의 공진만을 억제할 수 있다.
1: 시험 시스템
2: 구동 모터
3: 인버터
5: 공진 억제 제어 회로
6: 축 토크 센서
Gc1, Gc2: 컨트롤러
P: 일반화 플랜트
W, W': 공시체

Claims (2)

  1. 공시체의 입력축에 연결되는 단일 모터;
    상기 공시체와 상기 모터 사이의 축 토크에 따른 신호를 발생하는 축 토크 센서;
    소정의 가진 주파수의 교류 성분을 포함하는 토크 지령 신호와 상기 축 토크 센서의 축 토크 검출 신호를 바탕으로, 상기 공시체 및 상기 모터 간의 기계 공진이 억제되도록 하는 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로; 및
    상기 토크 전류 지령 신호에 따라 상기 모터를 구동하는 인버터;를 구비하며, 상기 공시체는 차량의 구동 트레인으로 하는 구동 트레인의 시험 시스템에 있어서,
    상기 공진 억제 제어 회로는 상기 토크 전류 지령 신호부터 상기 축 토크 검출 신호까지의 주파수 응답 특성 중 상기 공시체 고유의 공진을 억제하지 않고, 상기 공시체 고유의 공진점보다 고주파수 측의 상기 공시체 및 상기 모터 간의 공진을 억제하도록 H∞ 제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 의해 설계된 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 구동 트레인의 시험 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 외부입력 및 제어입력으로부터 제어량 및 관측량을 출력하는 일반화 플랜트에 대해 상기 외부입력으로부터 상기 제어량까지의 응답을 작게 하도록 H∞ 제어 또는 μ설계법이라 불리는 제어계 설계 방법에 의해 설계되고,
    상기 외부입력은 상기 공진 억제 제어 회로에 입력되는 토크 지령 신호에 해당하는 신호를 포함하고,
    상기 제어량은 상기 외부입력과 상기 공진 억제 제어 회로로부터 출력되는 토크 전류 지령 신호에 해당하는 제어입력의 차에 소정의 무게함수에 의해 무게를 준 신호를 포함하며,
    상기 무게함수는 입력의 주파수가 높아질수록 게인이 저하되는 특성을 갖는 전달함수인 것을 특징으로 하는 구동 트레인의 시험 시스템.
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