WO2019155728A1 - 試験システムの機械特性推定方法及び機械特性推定装置 - Google Patents

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    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical property estimation method and a mechanical property estimation apparatus for a test system. More specifically, the present invention relates to a mechanical characteristic estimation method and a mechanical characteristic estimation apparatus that estimate mechanical characteristics of a test system including two electric motors connected in series to a specimen.
  • Patent Document 1 discloses a test system including a so-called tandem type dynamometer in which two dynamometers are connected in series to a specimen that is a drive train of a vehicle. Such a tandem-type dynamometer needs to generate a large driving torque, for example, but has an advantage when it is difficult to increase the diameter of the dynamometer due to layout constraints caused by the shape of the specimen. is there.
  • Patent Document 1 discloses a resonance suppression circuit that controls each dynamometer so that resonance is suppressed in a test system having a tandem dynamometer, and a design method thereof. More specifically, in the design method of Patent Document 1, the test system having a tandem dynamometer is regarded as a so-called three-inertia system configured by connecting three inertia bodies and two spring elements. A resonance suppression circuit having a high resonance suppression effect is designed by applying a control system design method called H ⁇ control or ⁇ design method to a generalized plant in which an inertial system model is incorporated.
  • H ⁇ control or ⁇ design method a control system design method
  • Patent Document 1 in order to create a three-inertia system model to be incorporated into a generalized plant, it is necessary to specify the values of mechanical characteristic parameters such as the moment of inertia of each dynamometer and specimen and the spring stiffness of a shaft.
  • the values of these mechanical property parameters are specified by analysis based on the mechanical property transfer function measured in an actual test system. Therefore, in order to design the resonance suppression circuit, it is necessary to measure the mechanical characteristic transfer function of the test system.
  • the mechanical characteristic transfer function generally obtains a response obtained when the input to the dynamometer is vibrated while some control (for example, speed control) is being executed by the control device. Is measured by However, in a test system including a tandem dynamometer, the one of the two dynamometers that is not subjected to vibration control is under the control of the control device. For this reason, the control circuit characteristic of the control device is reflected in the mechanical characteristic transfer function measured by the conventional method, and the true mechanical characteristic cannot be measured.
  • a test system (for example, a drive train bench system 1 described later) includes a first drive that is coaxially connected to an input shaft (for example, an input shaft W1 described later) of a specimen (for example, a specimen W described later).
  • a first electric motor (for example, a first dynamometer 21 described later) having a shaft (for example, a first drive shaft 21a described later) and rotating the first drive shaft in response to a first input, and the first drive
  • a second electric motor (for example, a second driving shaft described later) having a second driving shaft (for example, a second driving shaft 22a described later) connected coaxially with the shaft and rotating the second driving shaft in response to a second input.
  • a dynamometer 22 A dynamometer 22), a shaft torque sensor (for example, shaft torque sensor 3 to be described later) that connects the input shaft and the first drive shaft and generates a shaft torque detection signal according to the shaft torque, and the first drive First speed for generating a first speed detection signal corresponding to the rotational speed of the shaft
  • a detector for example, a first rotation speed detector 41 described later
  • a second speed detector for example, a second rotation speed described later
  • a control device for example, a measurement control circuit 55 described later
  • a mechanical property estimation method is a method for estimating mechanical properties (for example, a mechanical property transfer function, a mechanical property parameter, and the like, which will be described later) of such a test system.
  • a process for example, S3 in FIG. 3 to be described later
  • a mechanical property estimation step for example, S4 in FIG. 3 to be described later
  • a transfer function of the shaft torque detection signal with respect to the first input for example, a mechanical characteristic transfer function Pt1 to be described later
  • the shaft torque detection signal with respect to the second input for example, a mechanical characteristic transfer function Pt1 to be described later
  • a transfer function for example, a mechanical characteristic transfer function Pt2 to be described later
  • a transfer function of the first speed detection signal to the first input for example, a mechanical characteristic transfer function Pw11 to be described later
  • a transfer function of a speed detection signal for example, a mechanical characteristic transfer function Pw12 described later
  • a transfer function of the second speed detection signal for the first input for example, a mechanical characteristic transfer function Pw21 described later
  • the second input It is preferable to estimate at least one of a transfer function (for example, a mechanical characteristic transfer function Pw22 described later) of the second speed detection signal with respect to.
  • a transfer function for example, a transfer function Gtd1 described later of the shaft torque detection signal with respect to the first vibration signal and the first speed with respect to the first vibration signal.
  • a transfer function of a detection signal for example, a transfer function Gw1d1 described later
  • a transfer function of the second speed detection signal for the first vibration signal for example, a transfer function Gw2d1 described later
  • a function for the first vibration signal It is preferable to measure a transfer function of the first input (for example, a transfer function Gi1d1 described later) and a transfer function of the second input for the first excitation signal (for example, a transfer function Gi2d1 described later).
  • a transfer function for example, a transfer function Gtd2 described later
  • a transfer function of the shaft torque detection signal with respect to the second vibration signal and the first speed with respect to the second vibration signal.
  • a transfer function of a detection signal for example, a transfer function Gw1d2 described later
  • a transfer function of the second speed detection signal for the second vibration signal for example, a transfer function Gw2d2 described later
  • a function for the second vibration signal It is preferable to measure a transfer function of the first input (for example, a transfer function Gi1d2 described later) and a transfer function of the second input for the second vibration signal (for example, a transfer function Gi2d2 described later).
  • the mechanical characteristic estimation method uses a control circuit characteristic estimation step (for example, S5 in FIG. 3 described later) for estimating the control circuit characteristic of the control device using the results of the first and second measurement steps. ).
  • the first input transfer function for the first speed detection signal for example, a control circuit transfer function K11 described later
  • the second speed detection signal for the second speed detection signal.
  • One-input transfer function for example, a control circuit transfer function K12 described later
  • the second input transfer function for the first speed detection signal for example, a control circuit transfer function K21 described later
  • the first speed detection It is preferable to estimate at least one of a transfer function of the second input with respect to a signal and a transfer function of the second input with respect to the second speed detection signal (for example, a control circuit transfer function K22 described later).
  • a mechanical characteristic estimation device for example, arithmetic device 9 to be described later
  • the first and second electric motors are controlled by a first measuring means (for example, arithmetic unit 9 to be described later) that measures a response to the first vibration signal when one vibration signal is superimposed, and the control device.
  • a second measuring means for measuring a response to the second vibration signal when the second vibration signal is superimposed on the second input in a state where the second input signal is superimposed on the second input;
  • mechanical characteristic estimation means for example, arithmetic unit 9 to be described later for estimating the mechanical characteristics using the results measured by the two measurement means.
  • the first excitation signal is superimposed on the first input to the first motor.
  • the response to the first excitation signal is measured, and the response to the second excitation signal when the second excitation signal is superimposed on the second input to the second motor is measured.
  • the mechanical characteristics are estimated using the results measured in the first and second measurement steps.
  • a true machine that does not include the control circuit characteristic of the control device is obtained by estimating the mechanical property through measurement of the response to the first vibration signal and the response to the second vibration signal under the control of the control device. The characteristics can be estimated.
  • the transfer function of the shaft torque detection signal for the first input the transfer function of the shaft torque detection signal for the second input, A transfer function of a first speed detection signal for one input, a transfer function of a first speed detection signal for a second input, a transfer function of a second speed detection signal for a first input, and a second speed detection signal for a second input Or at least one of the transfer functions.
  • the transfer function of the shaft torque detection signal with respect to the first vibration signal, the transfer function of the first speed detection signal with respect to the first vibration signal, and the first function with respect to the first vibration signal are measured.
  • a transfer function necessary for estimating the true mechanical characteristic not including the control circuit characteristic of the control device in the mechanical characteristic estimation step can be measured.
  • the transfer function of the shaft torque detection signal with respect to the second vibration signal, the transfer function of the first speed detection signal with respect to the second vibration signal, and the second function with respect to the second vibration signal are measured.
  • the transfer function necessary for estimating the true mechanical characteristic not including the control circuit characteristic of the control device in the mechanical characteristic estimation step can be measured.
  • control circuit characteristics of the control device are estimated using the results of the first and second measurement steps. Thereby, only the control device can be taken out from the test system, and the control circuit characteristic of the control device can be estimated without performing the identification test separately from the estimation of the mechanical characteristic.
  • the transfer function of the first input for the first speed detection signal, the transfer function of the first input for the second speed detection signal, and the second input for the first speed detection signal And / or a second input transfer function for the first speed detection signal and a second input transfer function for the second speed detection signal.
  • true mechanical characteristics that do not include the control circuit characteristics of the control device can be estimated as in the above-described invention of (1).
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a drive train bench system 1 to which a mechanical characteristic estimation method and a mechanical characteristic estimation apparatus according to the present embodiment are applied.
  • the drive train bench system 1 is a test system for a drive train used when a vehicle drive train is a specimen W and various performances of the specimen W are evaluated.
  • the drive train is a general term for a power transmission device that transmits driving force generated by a vehicle power generation source such as an engine or a motor to drive wheels, and is connected to the power generation source side when mounted on the vehicle. And an output shaft coupled to the drive wheel side.
  • the drive train bench system 1 includes a tandem dynamometer unit 2 configured by combining two dynamometers 21 and 22, a specimen W that transmits power input to the input shaft W1 to the output shaft W2, a shaft Torque current command signal for controlling the dynamometer unit 2 based on the torque sensor 3, the two rotational speed detectors 41 and 42, and the detection signals transmitted from the shaft torque sensor 3 and the rotational speed detectors 41 and 42
  • illustration is abbreviate
  • the dynamometer unit 2 is configured by coaxially connecting the first drive shaft 21 a of the first dynamometer 21 and the second drive shaft 22 a of the second dynamometer 22.
  • the distal end side of the first drive shaft 21 a of the first dynamometer 21 is coaxially connected to the input shaft W ⁇ b> 1 of the specimen W via the shaft torque sensor 3.
  • the distal end side of the second drive shaft 22a of the second dynamometer 22 is coaxially connected to the proximal end side of the first drive shaft 21a via a coupling member (not shown).
  • One end side of the shaft torque sensor 3 is connected to the first drive shaft 21a of the first dynamometer 21 via the first coupling 3a, and the other end side is input to the specimen W via the second coupling 3b. It is connected to the axis W1.
  • the shaft torque sensor 3 generates a shaft torque detection signal corresponding to a torsional torque (hereinafter referred to as “shaft torque”) generated between the input shaft W1 and the first drive shaft 21a, and this is generated as a dynamometer control device 51.
  • shaft torque a torsional torque
  • the first rotation speed detector 41 is an encoder, for example, and generates a first rotation speed detection signal that is a pulse signal corresponding to the rotation speed of the first drive shaft 21a of the first dynamometer 21, and this signal is used as the dynamometer. It transmits to the control apparatus 51 and the arithmetic unit 9.
  • the value of the first rotation speed detection signal that is, the first rotation speed detection value is expressed as “w1”.
  • the second rotation speed detector 42 is an encoder, for example, and generates a second rotation speed detection signal that is a pulse signal corresponding to the rotation speed of the second drive shaft 22a of the second dynamometer 22, and this signal is used as the dynamometer. It transmits to the control apparatus 51 and the arithmetic unit 9.
  • the value of the second rotation speed detection signal that is, the second rotation speed detection value is expressed as “w2”.
  • the dynamometer control device 51 transmits a shaft torque detection signal transmitted from the shaft torque sensor 3, a first rotation speed detection signal transmitted from the first rotation speed detector 41, and a second rotation speed detector 42.
  • a first torque current command signal for controlling the first dynamometer 21 and a second torque current command signal for controlling the second dynamometer 22 are generated,
  • the first and second torque current command signals are transmitted to the first and second inverters 52 and 53, respectively.
  • the value of the first torque command signal that is, the first torque current command value
  • the value of the second torque current command signal that is, the second torque current command value is expressed as “i2”.
  • the arithmetic device 9 is a computer, and inputs the first and second torque current command signals input from the dynamometer control device 51 to the first and second inverters 52 and 53, and the first and second torque current command signals. 3 by using the shaft torque detection signal obtained by the shaft torque sensor 3 and the first and second rotation speed detection signals obtained by the first and second rotation speed detectors 41 and 42.
  • the mechanical characteristics of the drive train bench system 1 are estimated by performing calculations according to the procedure described with reference to the drawings. More specifically, the mechanical characteristic means a mechanical characteristic transfer function between input and output of the drive train bench system 1, various mechanical characteristic parameters that characterize the mechanical model of the drive train bench system 1, and the like.
  • the mechanical characteristic estimation result obtained by the arithmetic unit 9 is used for designing a resonance suppression control circuit mounted on the dynamometer control device 51, for example.
  • a specific design procedure of the resonance suppression control circuit used in the drive train bench system 1 including the tandem type dynamometer unit 2 as in this embodiment is described in, for example, Japanese Patent No. 5561444 by the present applicant. Therefore, detailed description is omitted here. Below, the procedure which estimates the mechanical characteristic of the drive train bench system 1 in the arithmetic unit 9 is demonstrated.
  • FIG. 2 is a control circuit mounted on the dynamometer control device 51, and shows a configuration of the measurement control circuit 55 used when the arithmetic device 9 estimates the mechanical characteristics of the drive train bench system 1. is there.
  • the measurement control circuit 55 includes a rotation speed control circuit 56, an excitation torque generation unit 57, a first command generation unit 58, and a second command generation unit 59, and estimates mechanical characteristics by using these. First and second torque current command signals are generated when
  • the rotational speed control circuit 56 uses the first rotational speed detection signal (w1), the second rotational speed detection signal (w2), and the rotational speed command signal for these detection signals (w1, w2), thereby generating a speed.
  • the first base torque input signal and the second base torque input signal are generated by a known feedback algorithm so that the detected values w1 and w2 are both values corresponding to a predetermined rotational speed command signal.
  • the value of the first base torque input signal is expressed as “ib1”
  • the value of the second base torque input signal is expressed as “ib2”.
  • the value wa of the rotational speed command signal is kept constant at a predetermined value determined for testing.
  • the excitation torque generation unit 57 includes a first excitation torque input signal that randomly varies within a predetermined range centered on 0 under a predetermined excitation frequency, and A second excitation torque input signal is generated.
  • the value of the first excitation torque input signal is expressed as “d1”
  • the value of the second excitation torque input signal is expressed as “d2”.
  • the first command generator 58 superimposes the first excitation torque input signal on the first base torque input signal.
  • the first and second rotation speed detection signals using the first and second rotation speed detection signals are used by using the measurement control circuit 55 as described above. While performing speed control of the second dynamometers 21 and 22, excitation control is performed by appropriately superimposing the first and second excitation torque input signals.
  • the drive train bench system 1 including the tandem dynamometer unit 2 has two inputs (first and second torque current command signals) and three outputs (shaft torque detection signals and first and second rotations). Speed detection signal). Therefore, the mechanical characteristics of the drive train bench system 1 are represented by six transfer functions (Pt1, Pt2, Pw11, Pw12, Pw21, Pw22) as shown in the following formulas (1-1) to (1-6). . As shown in the following equation, the transfer function Pt1 is a mechanical characteristic transfer function of the shaft torque detection signal with respect to the first torque current command signal, and the transfer function Pt2 is a mechanical characteristic of the shaft torque detection signal with respect to the second torque current command signal.
  • the transfer function Pw11 is a mechanical characteristic transfer function of the first rotational speed detection signal for the first torque current command signal
  • the transfer function Pw12 is the first rotational speed detection signal for the second torque current command signal. It is a mechanical characteristic transfer function
  • the transfer function Pw21 is a mechanical characteristic transfer function of the second rotational speed detection signal for the first torque current command signal
  • the transfer function Pw22 is the second rotational speed detection for the second torque current command signal. It is the transfer function of the mechanical properties of the signal.
  • the control circuit characteristics of the rotational speed control circuit 56 are four transfer functions (K11, K12, K21) as shown in the following equations (3-1) to (3-4). , K22).
  • the transfer function K11 is a control circuit transfer function of the first base torque input signal with respect to the first rotation speed detection signal in the rotation speed control circuit 56
  • the transfer function K12 is in the rotation speed control circuit 56.
  • the transfer function K21 is a control circuit transfer function of the second base torque input signal with respect to the first rotational speed detection signal in the rotational speed control circuit 56.
  • the transfer function K22 is a control circuit transfer function of the second base torque input signal with respect to the second rotation speed detection signal in the rotation speed control circuit 56.
  • the arithmetic expression in the measurement control circuit 55 is expressed by the following expressions (4-1) and (4-2).
  • the arithmetic unit 9 measures the frequency characteristics at the time of vibration using the first and second vibration torque input signals, so that the following equations (4-1) and (4-2) ), The rotation speed command signal maintained at a constant value can be ignored.
  • the measurement signal (t, w1, w2, from the second excitation torque input signal (d2) when the first excitation torque input signal is turned off and only the second excitation torque input signal is superimposed By using the frequency characteristics to i1, i2), in the arithmetic unit 9, six mechanical characteristic transfer functions (Pt1, Pt2, Pw11, Pw12, Pw21, Pw22) and four control circuit transfer functions (K11, K12, A method for estimating K21, K22) will be described.
  • the transfer function Gtd1 is a transfer function of the shaft torque detection signal with respect to the first excitation torque input signal
  • the transfer function Gw1d1 is a transfer function of the first rotation speed detection signal with respect to the first excitation torque input signal.
  • Gw2d1 is a transfer function of the second rotation speed detection signal with respect to the first excitation torque input signal
  • transfer function Gi1d1 is a transfer function of the first rotation speed detection signal with respect to the first excitation torque input signal
  • Gi2d1 is a transfer function of the second rotational speed detection signal with respect to the first excitation torque input signal.
  • the transfer function Gtd2 is a transfer function of the shaft torque detection signal with respect to the second excitation torque input signal
  • the transfer function Gw1d2 is a transfer function of the first rotational speed detection signal with respect to the second excitation torque input signal.
  • Gw2d2 is a transfer function of the second rotation speed detection signal with respect to the second excitation torque input signal
  • transfer function Gi1d2 is a transfer function of the first rotation speed detection signal with respect to the second excitation torque input signal
  • Gi2d2 is a transfer function of the second rotational speed detection signal with respect to the second excitation torque input signal.
  • a total of ten transfer functions (Gtd1, Gw1d1, Gw2d1, Gi1d1, Gi2d1, Gtd2, Gw1d2, Gw2d2) measured by the first and second measurement means as described above.
  • Gi1d2, Gi2d2) are input to the above equations (7-1) to (7-10), so that six mechanical characteristic transfer functions (Pt1, Pt2, Pw11, Pw12, Pw21, Pw22) and 4 Two control circuit transfer functions (K11, K12, K21, K22) are estimated.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for estimating the mechanical characteristics of the drive train bench system 1 in the arithmetic unit 9.
  • the arithmetic unit 9 uses the measurement control circuit 55 to start constant speed control for maintaining the rotation speeds of the first dynamometer 21 and the second dynamometer 22 at a constant speed.
  • the rotational speed command value wa is kept constant at a predetermined value determined for testing, and the values of the first vibration torque input signal and the second vibration torque input signal are set to zero.
  • the arithmetic unit 9 maintains the value of the second excitation torque input signal at 0 while the constant speed control is being continued, and inputs the first excitation torque input.
  • Various responses to the first vibration torque input signal when only the signal is vibrated and this first vibration torque input signal is superimposed on the first torque current command signal more specifically, the above equation (5-1) )
  • the five transfer functions Gtd1, Gw1d1, Gw2d1, Gi1d1, Gi2d1 described with reference to FIG.
  • the arithmetic unit 9 sets the value of the first excitation torque input signal to 0 and ends the excitation control for the first dynamometer 21.
  • the arithmetic unit 9 maintains the value of the first excitation torque input signal at 0 while the constant speed control is being continued, and the second excitation torque input.
  • Various responses to the second vibration torque input signal when only the signal is vibrated and this second vibration torque input signal is superimposed on the second torque current command signal more specifically, the above equation (6-1) )
  • the five transfer functions Gtd2, Gw1d2, Gw2d2, Gi1d2, Gi2d2
  • the arithmetic unit 9 finishes the excitation control for the second dynamometer 22 and the constant speed control using the measurement control circuit 55.
  • the arithmetic unit 9 measures the five transfer functions (Gtd1, Gw1d1, Gw2d1, Gi1d1, Gi2d1) measured in the first measurement step and the second measurement step.
  • the arithmetic unit 9 measures the five transfer functions (Gtd1, Gw1d1, Gw2d1, Gi1d1, Gi2d1) measured in the first measurement step and the second measurement step.
  • the arithmetic unit 9 causes the five transfer functions (Gtd1, Gw1d1, Gw2d1, Gi1d1, Gi2d1) measured in the first measurement step and 5 measured in the second measurement step.
  • the two transfer functions (Gtd2, Gw1d2, Gw2d2, Gi1d2, Gi2d2) into the above equations (7-7) to (7-10)
  • the four control circuit transfer functions K11, K12, K21, K22) ).
  • FIG. 4A to 4J are Bode diagrams of ten transfer functions measured in the first and second measurement steps, respectively. More specifically, FIG. 4A is a Bode diagram of the transfer function Gtd1, FIG. 4B is a Bode diagram of the transfer function Gtd2, FIG. 4C is a Bode diagram of the transfer function Gw1d1, and FIG. 4D is a transfer function. 4E is a Bode diagram of the transfer function Gw2d1, FIG. 4F is a Bode diagram of the transfer function Gw2d2, FIG. 4G is a Bode diagram of the transfer function Gi1d1, and FIG. FIG. 4I is a Bode diagram of the transfer function Gi2d1, and FIG. 4J is a Bode diagram of the transfer function Gi2d2.
  • the transfer function obtained directly by controlling the vibration of one of the two dynamometers is under the control of the measurement control circuit 55 for the dynamometer that does not perform the vibration control. For this reason, ten transfer functions obtained directly in the first and second measurement steps have characteristics of the rotational speed control circuit 56 of the measurement control circuit 55 in the several tens Hz band as shown in FIGS. 4A to 4J. Appears. That is, true mechanical characteristics that do not include the characteristics of the rotational speed control circuit 56 cannot be obtained directly.
  • FIG. 5A to 5F are Bode diagrams of six mechanical characteristic transfer functions estimated in the mechanical characteristic transfer function estimation step. More specifically, FIG. 5A is a Bode diagram of the mechanical property transfer function Pt1, FIG. 5B is a Bode diagram of the mechanical property transfer function Pt2, and FIG. 5C is a Bode diagram of the mechanical property transfer function Pw11. 5D is a Bode diagram of the mechanical property transfer function Pw12, FIG. 5E is a Bode diagram of the mechanical property transfer function Pw21, and FIG. 5F is a Bode diagram of the mechanical property transfer function Pw22.
  • FIG. 6A to 6D are Bode diagrams of the four control circuit transfer functions estimated in the control circuit characteristic estimation step. More specifically, FIG. 6A is a Bode diagram of the control circuit transfer function K11, FIG. 6B is a Bode diagram of the control circuit transfer function K12, and FIG. 6C is a Bode diagram of the control circuit transfer function K21. FIG. 6D is a Bode diagram of the control circuit transfer function K22.
  • a thick broken line indicates a true transfer function prepared for the simulation
  • a thin solid line indicates a mechanical characteristic transfer function estimation step and a control circuit characteristic estimation step. Shows the transfer function estimated in. As shown in FIGS. 5A to 5F, the thin solid line and the thick broken line almost coincide with each other. Therefore, according to the mechanical characteristic estimation method and the mechanical characteristic estimation apparatus according to the present embodiment, it has been clarified that a true mechanical characteristic transfer function excluding the control characteristic of the measurement control circuit 55 can be estimated. Further, as shown in FIGS. 6A to 6D, the thin solid line and the thick broken line almost coincide.
  • the mechanical characteristic estimation method and the mechanical characteristic estimation apparatus According to the mechanical characteristic estimation method and the mechanical characteristic estimation apparatus according to the present embodiment, only the measurement control circuit 55 is extracted from the drive train bench system 1 and the identification test using only the measurement control circuit 55 is performed. In addition, it has been clarified that the characteristics of the measurement control circuit 55 can be easily estimated using the results of the first and second measurement steps used when estimating the mechanical characteristic transfer function.
  • the application target of the present invention is not limited to the drive train bench system.
  • the present invention can be applied to any system as long as it is a test system including a tandem dynamometer unit configured by connecting two dynamometers in series.

Abstract

目的は、タンデム型の動力計を備える試験システムにおいて、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる機械特性推定方法及び機械特性推定装置を提供すること。　ドライブトレインベンチシステムは、供試体に対し直列に連結された２つの動力計を備える。機械特性推定方法は、測定用制御回路により２つの動力計が制御されている状態で、第１トルク電流指令信号に第１加振トルク入力信号を重畳したときにおける第１加振トルク入力信号に対する応答を測定する第１測定工程（Ｓ３）と、測定用制御回路により２つの動力計が制御されている状態で、第２トルク電流指令信号に第２加振トルク入力信号を重畳したときにおける第２加振トルク入力信号に対する応答を測定する第２測定工程（Ｓ４）と、第１及び第２測定工程の結果を用いて機械特性伝達関数を推定する機械特性伝達関数推定工程（Ｓ５）と、を備える。

Description

試験システムの機械特性推定方法及び機械特性推定装置
　本発明は、試験システムの機械特性推定方法及び機械特性推定装置に関する。より詳しくは、供試体に対し直列に連結された２つの電動機を備える試験システムの機械特性を推定する機械特性推定方法及び機械特性推定装置に関する。
　特許文献１には、車両のドライブトレインである供試体に対し、２つの動力計を直列に連結した所謂タンデム型の動力計を備える試験システムが示されている。このようなタンデム型の動力計は、例えば、大きな駆動トルクを発生させる必要があるが、供試体の形状等に起因するレイアウト上の制約から動力計の大径化が困難である場合に利点がある。
　また動力計を用いた試験システムでは、軸のねじれに起因して共振が発生するおそれがある。そこで特許文献１には、タンデム型の動力計を有する試験システムにおいて、共振が抑制されるように各動力計を制御する共振抑制回路と、その設計方法が示されている。より具体的には、特許文献１の設計方法では、タンデム型の動力計を有する試験システムを、３つの慣性体と２つのばね要素で連結して構成される所謂３慣性系とみなし、この３慣性系モデルが組み込まれた一般化プラントにＨ∞制御又はμ設計法と呼称される制御系設計方法を適用することによって共振抑制効果の高い共振抑制回路を設計する。
特許第５５６１４４４号
　特許文献１の発明において、一般化プラントに組み込まれる３慣性系モデルを作成するためには、各動力計及び供試体の慣性モーメントや軸のばね剛性等などの機械特性パラメータの値を特定する必要があるが、これら機械特性パラメータの値は、実際の試験システムにおいて測定した機械特性伝達関数に基づく解析によって特定される。したがって共振抑制回路を設計するためには、試験システムの機械特性伝達関数を測定しておく必要がある。
　ところで機械特性伝達関数は、一般的には、動力計が制御装置によって何らかの制御（例えば、速度制御）が実行されている状態で、動力計への入力を加振したときに得られる応答を取得することによって測定される。しかしながらタンデム型の動力計を備える試験システムでは、２つの動力計のうち加振制御されない方は、制御装置による制御下にある。このため、従来の方法によって測定される機械特性伝達関数には、制御装置の制御回路特性が反映されており、真の機械特性を測定することができない。
　本発明は、タンデム型の動力計を備える試験システムにおいて、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる機械特性推定方法及び機械特性推定装置を提供することを目的とする。
　（１）試験システム（例えば、後述のドライブトレインベンチシステム１）は、供試体（例えば、後述の供試体Ｗ）の入力軸（例えば、後述の入力軸Ｗ１）と同軸で連結された第１駆動軸（例えば、後述の第１駆動軸２１ａ）を有し、第１入力に応じて当該第１駆動軸を回転させる第１電動機（例えば、後述の第１動力計２１）と、前記第１駆動軸と同軸で連結された第２駆動軸（例えば、後述の第２駆動軸２２ａ）を有し、第２入力に応じて当該第２駆動軸を回転させる第２電動機（例えば、後述の第２動力計２２）と、前記入力軸と前記第１駆動軸とを連結し軸トルクに応じた軸トルク検出信号を生成する軸トルクセンサ（例えば、後述の軸トルクセンサ３）と、前記第１駆動軸の回転速度に応じた第１速度検出信号を生成する第１速度検出器（例えば、後述の第１回転速度検出器４１）と、前記第２駆動軸の回転速度に応じた第２速度検出信号を生成する第２速度検出器（例えば、後述の第２回転速度検出器４２）と、前記第１及び第２速度検出信号に基づいて前記第１及び第２入力を生成する制御装置（例えば、後述の測定用制御回路５５）と、を備える。本発明に係る機械特性推定方法は、このような試験システムの機械特性（例えば、後述の機械特性伝達関数や機械特性パラメータ等）を推定する方法であって、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定工程（例えば、後述の図３のＳ２）と、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定工程（例えば、後述の図３のＳ３）と、前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定工程（例えば、後述の図３のＳ４）と、を備えることを特徴とする。
　（２）この場合、前記機械特性推定工程では、前記第１入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｔ１）と、前記第２入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｔ２）と、前記第１入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ１１）と、前記第２入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ１２）と、前記第１入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ２１）と、前記第２入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の機械特性伝達関数Ｐｗ２２）と、のうち少なくとも何れかを推定することが好ましい。
　（３）この場合、前記第１測定工程では、前記第１加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｔｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ１ｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ２ｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ１ｄ１）と、前記第１加振信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ２ｄ１）と、を測定することが好ましい。
　（４）この場合、前記第２測定工程では、前記第２加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｔｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ１ｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｗ２ｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ１ｄ２）と、前記第２加振信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の伝達関数Ｇｉ２ｄ２）と、を測定することが好ましい。
　（５）この場合、前記機械特性推定方法は、前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記制御装置の制御回路特性を推定する制御回路特性推定工程（例えば、後述の図３のＳ５）をさらに備えることが好ましい。
　（６）この場合、前記制御回路特性推定工程では、前記第１速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ１１）と、前記第２速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ１２）と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ２１）と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、前記第２速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数（例えば、後述の制御回路伝達関数Ｋ２２）と、のうち少なくとも何れかを推定することが好ましい。
　（７）本発明に係る試験システムの機械特性推定装置（例えば、後述の演算装置９）は、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定手段（例えば、後述の演算装置９）と、前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定手段（例えば、後述の演算装置９）と、前記第１及び第２測定手段によって測定された結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定手段（例えば、後述の演算装置９）と、を備えることを特徴とする。
　（１）本発明では、制御装置によって、直列に連結された第１及び第２電動機が制御されている状態で、第１電動機への第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける、この第１加振信号に対する応答を測定し、さらに第２電動機への第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける、この第２加振信号に対する応答を測定する。また本発明では、このようにして第１及び第２測定工程において測定された結果を用いて機械特性を推定する。本発明では、制御装置による制御下での第１加振信号に対する応答及び第２加振信号に対する応答の測定を経て機械特性を推定することにより、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる。
　（２）本発明では、第１及び第２測定工程において測定された結果を用いて、第１入力に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第２入力に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第１入力に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第２入力に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第１入力に対する第２速度検出信号の伝達関数と、第２入力に対する第２速度検出信号の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定する。これにより、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性であって、共振抑制回路をＨ∞制御やμ設計法に基づいて設計するにあたり必要となるものを推定できる。
　（３）本発明の第１測定工程では、第１加振信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第１加振信号に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第１加振信号に対する第２速度検出信号の伝達関数と、第１加振信号に対する第１入力の伝達関数と、第１加振信号に対する第２入力の伝達関数と、を測定する。これにより第１測定工程では、機械特性推定工程において、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定する際に必要となる伝達関数を測定できる。
　（４）本発明の第２測定工程では、第２加振信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数と、第２加振信号に対する第１速度検出信号の伝達関数と、第２加振信号に対する第２速度検出信号の伝達関数と、第２加振信号に対する第１入力の伝達関数と、第２加振信号に対する第２入力の伝達関数と、を測定する。これにより第２測定工程では、機械特性推定工程において、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定する際に必要となる伝達関数を測定できる。
　（５）本発明では、第１及び第２測定工程の結果を用いて、制御装置の制御回路特性を推定する。これにより、試験システムから制御装置のみを取り出し、上記機械特性の推定とは別に同定試験を行うことなく制御装置の制御回路特性を推定できる。
　（６）本発明の制御回路特性推定工程では、第１速度検出信号に対する第１入力の伝達関数と、第２速度検出信号に対する第１入力の伝達関数と、第１速度検出信号に対する第２入力の伝達関数と、第１速度検出信号に対する第２入力の伝達関数と、第２速度検出信号に対する第２入力の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定する。これにより、試験システムから制御装置のみを取り出し、上記機械特性の推定とは別に同定試験を行うことなく制御装置の制御回路特性を推定できる。
　（７）本発明の機械特性推定装置によれば、上記（１）の発明と同様に、制御装置の制御回路特性を含まない真の機械特性を推定できる。
本発明の一実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置が適用されたドライブトレインベンチシステムの構成を示す図である。 演算装置によって機械特性を推定する際に用いられる測定用制御回路の構成を示す図である。 演算装置においてドライブトレインベンチシステムの機械特性を推定する手順を示すフローチャートである。 伝達関数Ｇｔｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｔｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ１ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ１ｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ２ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｗ２ｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ１ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ１ｄ２のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ２ｄ１のボード線図である。 伝達関数Ｇｉ２ｄ２のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｔ１のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｔ２のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ１１のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ１２のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ２１のボード線図である。 機械特性伝達関数Ｐｗ２２のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ１１のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ１２のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ２１のボード線図である。 制御回路伝達関数Ｋ２２のボード線図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置が適用されたドライブトレインベンチシステム１の構成を示す図である。
　ドライブトレインベンチシステム１は、車両用のドライブトレインを供試体Ｗとし、この供試体Ｗの各種性能を評価する際に用いられるドライブトレインに対する試験システムである。ここで、ドライブトレインとは、エンジンやモータ等の車両用動力発生源で発生した駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達装置の総称をいい、車両に搭載された状態では動力発生源側に連結される入力軸と、駆動輪側に連結される出力軸と、を備える。
　ドライブトレインベンチシステム１は、２つの動力計２１，２２を組み合わせて構成されるタンデム型の動力計ユニット２と、入力軸Ｗ１に入力される動力を出力軸Ｗ２に伝達する供試体Ｗと、軸トルクセンサ３と、２つの回転速度検出器４１，４２と、軸トルクセンサ３及び回転速度検出器４１，４２から送信される検出信号に基づいて動力計ユニット２を制御するためのトルク電流指令信号を生成する動力計制御装置５１と、動力計制御装置５１から送信されるトルク電流指令信号に応じて各動力計２１，２２に電力を供給する２つのインバータ５２，５３と、ドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定するための各種演算を行う演算装置９と、を備える。なお図１では、供試体Ｗの出力軸Ｗ２に連結され、この出力軸Ｗ２で発生する動力を吸収する動力吸収体の構成については、図示を省略する。
　動力計ユニット２は、第１動力計２１の第１駆動軸２１ａと、第２動力計２２の第２駆動軸２２ａとを同軸で連結することによって構成される。第１動力計２１の第１駆動軸２１ａの先端側は、軸トルクセンサ３を介して供試体Ｗの入力軸Ｗ１と同軸で連結されている。第２動力計２２の第２駆動軸２２ａの先端側は、第１駆動軸２１ａの基端側と、図示しないカップリング部材を介して同軸で連結されている。第１動力計２１は、第１インバータ５２から電力が供給されると、その第１駆動軸２１ａを回転させる。また第２動力計２２は、第２インバータ５３から電力が供給されると、その第２駆動軸２２ａを回転させる。
　軸トルクセンサ３は、その一端側は第１カップリング３ａを介して第１動力計２１の第１駆動軸２１ａに連結され、その他端側は第２カップリング３ｂを介して供試体Ｗの入力軸Ｗ１に連結されている。これにより第２動力計２２と、第１動力計２１と、軸トルクセンサ３と、供試体Ｗと、は同軸に連結される。軸トルクセンサ３は、入力軸Ｗ１と第１駆動軸２１ａとの間で発生する捩れトルク（以下、「軸トルク」という）に応じた軸トルク検出信号を生成し、これを動力計制御装置５１及び演算装置９へ送信する。以下では、軸トルク検出信号の値、すなわち軸トルク検出値を“ｔ”と表記する。
　第１回転速度検出器４１は、例えばエンコーダであり、第１動力計２１の第１駆動軸２１ａの回転速度に応じたパルス信号である第１回転速度検出信号を生成し、この信号を動力計制御装置５１及び演算装置９へ送信する。以下では、第１回転速度検出信号の値、すなわち第１回転速度検出値を“ｗ１”と表記する。
　第２回転速度検出器４２は、例えばエンコーダであり、第２動力計２２の第２駆動軸２２ａの回転速度に応じたパルス信号である第２回転速度検出信号を生成し、この信号を動力計制御装置５１及び演算装置９へ送信する。以下では、第２回転速度検出信号の値、すなわち第２回転速度検出値を“ｗ２”と表記する。
　動力計制御装置５１は、軸トルクセンサ３から送信される軸トルク検出信号、第１回転速度検出器４１から送信される第１回転速度検出信号、及び第２回転速度検出器４２から送信される第２回転速度検出信号を用いることによって、第１動力計２１を制御するための第１トルク電流指令信号及び第２動力計２２を制御するための第２トルク電流指令信号を生成し、これら第１及び第２トルク電流指令信号を、それぞれ第１及び第２インバータ５２，５３へ送信する。以下では、第１トルク指令信号の値、すなわち第１トルク電流指令値を“ｉ１”と表記し、第２トルク電流指令信号の値、すなわち第２トルク電流指令値を“ｉ２”と表記する。
　演算装置９は、コンピュータであり、動力計制御装置５１から第１及び第２インバータ５２，５３へ入力する第１及び第２トルク電流指令信号と、これら第１及び第２トルク電流指令信号を入力することによって軸トルクセンサ３によって得られる軸トルク検出信号並びに第１及び第２回転速度検出器４１，４２によって得られる第１及び第２回転速度検出信号と、を用いることによって、後に図３を参照して説明する手順に従って演算を行うことにより、ドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する。ここで機械特性とは、より具体的には、ドライブトレインベンチシステム１の入出力間の機械特性伝達関数や、ドライブトレインベンチシステム１の機械モデルを特徴付ける各種機械特性パラメータ等をいう。なお演算装置９によって得られる機械特性の推定結果は、例えば動力計制御装置５１に搭載される共振抑制制御回路の設計に用いられる。また本実施形態のように、タンデム型の動力計ユニット２を備えるドライブトレインベンチシステム１に用いられる共振抑制制御回路の具体的な設計手順については、例えば本願出願人による特許第５５６１４４４号に記載されているので、ここでは詳細な説明を省略する。以下では、演算装置９において、ドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する手順について説明する。
　図２は、動力計制御装置５１に搭載されている制御回路であって、演算装置９によってドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する際に用いられる測定用制御回路５５の構成を示す図である。
　測定用制御回路５５は、回転速度制御回路５６と、加振トルク生成部５７と、第１指令生成部５８と、第２指令生成部５９と、を備え、これらを用いることによって機械特性を推定する際における第１及び第２トルク電流指令信号を生成する。
　回転速度制御回路５６は、第１回転速度検出信号（ｗ１）と、第２回転速度検出信号（ｗ２）と、これら検出信号（ｗ１，ｗ２）に対する回転速度指令信号と、を用いることによって、速度検出値ｗ１，ｗ２がともに、所定の回転速度指令信号に応じた値になるように、既知のフィードバックアルゴリズムによって第１ベーストルク入力信号及び第２ベーストルク入力信号を生成する。以下では、第１ベーストルク入力信号の値を“ｉｂ１”と表記し、第２ベーストルク入力信号の値を“ｉｂ２”と表記する。また演算装置９において機械特性を推定する際には、回転速度指令信号の値ｗａは試験用に定められた所定値で一定に維持される。
　加振トルク生成部５７は、演算装置９からの要求に応じて、０を中心とした所定の幅内で、所定の加振周波数の下でランダムに変動する第１加振トルク入力信号、及び第２加振トルク入力信号を生成する。以下では、第１加振トルク入力信号の値を“ｄ１”と表記し、第２加振トルク入力信号の値を“ｄ２”と表記する。
　第１指令生成部５８は、第１加振トルク入力信号が生成されていない場合（ｄ１＝０の場合）には、第１ベーストルク入力信号をそのまま第１トルク電流指令信号として出力する（ｉ１＝ｉｂ１）。第１指令生成部５８は、第１加振トルク入力信号が生成されている場合（ｄ１≠０の場合）には、第１ベーストルク入力信号に第１加振トルク入力信号を重畳したものを第１トルク電流指令信号として出力する（ｉ１＝ｉｂ１＋ｄ１）。
　第２指令生成部５９は、第２加振トルク入力信号が生成されていない場合（ｄ２＝０の場合）には、第２ベーストルク入力信号をそのまま第２トルク電流指令信号として出力する（ｉ２＝ｉｂ２）。第２指令生成部５９は、第２加振トルク入力信号が生成されている場合（ｄ２≠０の場合）には、第２ベーストルク入力信号に第２加振トルク入力信号を重畳したものを第２トルク電流指令信号として出力する（ｉ２＝ｉｂ２＋ｄ２）。
　演算装置９における演算によってドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する際には、上述のような測定用制御回路５５を用いることによって、第１及び第２回転速度検出信号を用いた第１及び第２動力計２１，２２の速度制御を行いながら、適宜第１及び第２加振トルク入力信号を重畳して加振制御を行う。
　上述のようにタンデム型の動力計ユニット２を備えるドライブトレインベンチシステム１は、２つの入力（第１及び第２トルク電流指令信号）と３つの出力（軸トルク検出信号並びに第１及び第２回転速度検出信号）とを備える。よってドライブトレインベンチシステム１の機械特性は、下記式（１－１）～（１－６）に示すように、６つの伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）によって表される。下記式に示すように、伝達関数Ｐｔ１は、第１トルク電流指令信号に対する軸トルク検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｔ２は、第２トルク電流指令信号に対する軸トルク検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ１１は、第１トルク電流指令信号に対する第１回転速度検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ１２は、第２トルク電流指令信号に対する第１回転速度検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ２１は、第１トルク電流指令信号に対する第２回転速度検出信号の機械特性伝達関数であり、伝達関数Ｐｗ２２は、第２トルク電流指令信号に対する第２回転速度検出信号の機械特性伝達関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また以上のような６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）を用いると、動力計ユニット２の運動方程式は、下記式（２－１）～（２－３）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また図２に示す測定用制御回路５５において、回転速度制御回路５６の制御回路特性は下記式（３－１）～（３－４）に示すように、４つの伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）によって表される。下記式に示すように、伝達関数Ｋ１１は、回転速度制御回路５６における第１回転速度検出信号に対する第１ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数であり、伝達関数Ｋ１２は、回転速度制御回路５６における第２回転速度検出信号に対する第１ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数であり、伝達関数Ｋ２１は、回転速度制御回路５６における第１回転速度検出信号に対する第２ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数であり、伝達関数Ｋ２２は、回転速度制御回路５６における第２回転速度検出信号に対する第２ベーストルク入力信号の制御回路伝達関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また以上のような４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を用いると、測定用制御回路５５における演算式は、下記式（４－１）及び（４－２）によって表される。なお、演算装置９では、機械特性を推定するにあたり、第１及び第２加振トルク入力信号を用いた加振時の周波数特性を計測するため、下記式（４－１）及び（４－２）では、一定の値で維持される回転速度指令信号は無視できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで第２加振トルク入力信号をオフにしかつ第１加振トルク入力信号のみを重畳した場合における第１加振トルク入力信号（ｄ１）から計測信号（ｔ，ｗ１，ｗ２，ｉ１，ｉ２）への周波数特性と、第１加振トルク入力信号をオフにしかつ第２加振トルク入力信号のみを重畳した場合における第２加振トルク入力信号（ｄ２）から計測信号（ｔ，ｗ１，ｗ２，ｉ１，ｉ２）への周波数特性と、を用いることによって、演算装置９において６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）と４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を推定する方法について説明する。
　演算装置９に構成されている第１測定手段では、測定用制御回路５５によって第１及び第２動力計２１，２２が制御されている状態で、第２加振入力信号をオフにし（ｄ２＝０）かつ第１加振トルク入力信号のみを重畳することにより、下記式（５－１）～（５－５）に示す５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）を測定する。伝達関数Ｇｔｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ１ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ２ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ１ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ２ｄ１は、第１加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　演算装置９に構成されている第２測定手段では、測定用制御回路５５によって第１及び第２動力計２１，２２が制御されている状態で、第１加振入力信号をオフにし（ｄ１＝０）、かつ第２加振トルク入力信号のみを重畳することにより、下記式（６－１）～（６－５）に示す５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）を測定する。伝達関数Ｇｔｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する軸トルク検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ１ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｗ２ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ１ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第１回転速度検出信号の伝達関数であり、伝達関数Ｇｉ２ｄ２は、第２加振トルク入力信号に対する第２回転速度検出信号の伝達関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで上記式（２－１）～（２－３）及び上記式（４－１）及び（４－２）を、上記式（５－１）～（５－５）及び上記式（６－１）～（６－５）に示す伝達関数を用いて書き換えることにより、６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）及び４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）に対する下記式（７－１）～（７－１０）が導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　演算装置９に構成されている機械特性推定手段では、上述のように第１及び第２測定手段によって測定された合計１０の伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１，Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）の測定結果を、上記式（７－１）～（７－１０）に入力することにより、６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）及び４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を推定する。
　図３は、演算装置９においてドライブトレインベンチシステム１の機械特性を推定する手順を示すフローチャートである。
　始めにＳ１では、演算装置９は、測定用制御回路５５を用いて、第１動力計２１及び第２動力計２２の回転速度を一定の速度で維持する定速制御を開始する。なおこの定速制御では、回転速度指令値ｗａは試験用に定められた所定値で一定に維持し、第１加振トルク入力信号及び第２加振トルク入力信号の値を０とする。
　次にＳ２の第１測定工程では、演算装置９は、上記の定速制御が継続されている状態で、第２加振トルク入力信号の値を０で維持しながら、第１加振トルク入力信号のみを加振し、この第１加振トルク入力信号を第１トルク電流指令信号に重畳したときにおける第１加振トルク入力信号に対する各種応答、より具体的には、上記式（５－１）～（５－５）を参照して説明した５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）を測定する。また演算装置９は、これら５つの伝達関数の測定が完了したら、第１加振トルク入力信号の値を０にし、第１動力計２１に対する加振制御を終了する。
　次にＳ３の第２測定工程では、演算装置９は、上記の定速制御が継続されている状態で、第１加振トルク入力信号の値を０で維持しながら、第２加振トルク入力信号のみを加振し、この第２加振トルク入力信号を第２トルク電流指令信号に重畳したときにおける第２加振トルク入力信号に対する各種応答、より具体的には、上記式（６－１）～（６－５）を参照して説明した５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）を測定する。また演算装置９は、これら５つの伝達関数の測定が完了したら、第２動力計２２に対する加振制御と、測定用制御回路５５を用いた定速制御と、を終了する。
　次にＳ４の機械特性伝達関数推定工程では、演算装置９は、第１測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）と、第２測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）とを、上記式（７－１）～（７－６）に入力することにより、６つの機械特性伝達関数（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｗ１１，Ｐｗ１２，Ｐｗ２１，Ｐｗ２２）を推定する。
　次にＳ５の制御回路特性推定工程では、演算装置９は、第１測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ１，Ｇｗ１ｄ１，Ｇｗ２ｄ１，Ｇｉ１ｄ１，Ｇｉ２ｄ１）と、第２測定工程において測定された５つの伝達関数（Ｇｔｄ２，Ｇｗ１ｄ２，Ｇｗ２ｄ２，Ｇｉ１ｄ２，Ｇｉ２ｄ２）とを、上記式（７－７）～（７－１０）に入力することにより、４つの制御回路伝達関数（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ２１，Ｋ２２）を推定する。
　以下、本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置の効果について、シミュレーションによる結果を参照しながら説明する。
　図４Ａ～図４Ｊは、それぞれ第１及び第２測定工程において測定される１０の伝達関数のボード線図である。より具体的には、図４Ａは伝達関数Ｇｔｄ１のボード線図であり、図４Ｂは伝達関数Ｇｔｄ２のボード線図であり、図４Ｃは伝達関数Ｇｗ１ｄ１のボード線図であり、図４Ｄは伝達関数Ｇｗ１ｄ２のボード線図であり、図４Ｅは伝達関数Ｇｗ２ｄ１のボード線図であり、図４Ｆは伝達関数Ｇｗ２ｄ２のボード線図であり、図４Ｇは伝達関数Ｇｉ１ｄ１のボード線図であり、図４Ｈは伝達関数Ｇｉ１ｄ２のボード線図であり、図４Ｉは伝達関数Ｇｉ２ｄ１のボード線図であり、図４Ｊは伝達関数Ｇｉ２ｄ２のボード線図である。
　２つの動力計のうち何れかを加振制御することによって直接的に得られる伝達関数は、加振制御を行わない動力計は測定用制御回路５５の制御下にある。このため、第１及び第２測定工程において直接的に得られる１０の伝達関数は、図４Ａ～図４Ｊに示すように、数１０Ｈｚ帯域において、測定用制御回路５５の回転速度制御回路５６の特性が表れる。すなわち、回転速度制御回路５６の特性を含まない真の機械特性は、直接的には得ることができない。
　図５Ａ～図５Ｆは、それぞれ機械特性伝達関数推定工程において推定される６の機械特性伝達関数のボード線図である。より具体的には、図５Ａは機械特性伝達関数Ｐｔ１のボード線図であり、図５Ｂは機械特性伝達関数Ｐｔ２のボード線図であり、図５Ｃは機械特性伝達関数Ｐｗ１１のボード線図であり、図５Ｄは機械特性伝達関数Ｐｗ１２のボード線図であり、図５Ｅは機械特性伝達関数Ｐｗ２１のボード線図であり、図５Ｆは機械特性伝達関数Ｐｗ２２のボード線図である。
　図６Ａ～図６Ｄは、それぞれ制御回路特性推定工程において推定される４の制御回路伝達関数のボード線図である。より具体的には、図６Ａは制御回路伝達関数Ｋ１１のボード線図であり、図６Ｂは制御回路伝達関数Ｋ１２のボード線図であり、図６Ｃは制御回路伝達関数Ｋ２１のボード線図であり、図６Ｄは制御回路伝達関数Ｋ２２のボード線図である。
　なお、これら図５Ａ～図５Ｆ及び図６Ａ～図６Ｄにおいて、太破線は、シミュレーションを行うために準備した真の伝達関数を示し、細実線は、機械特性伝達関数推定工程及び制御回路特性推定工程において推定された伝達関数を示す。これら図５Ａ～図５Ｆに示すように、細実線と太破線はほぼ一致している。したがって本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置によれば、測定用制御回路５５の制御特性を除いた真の機械特性伝達関数を推定できることが明らかとなった。また図６Ａ～図６Ｄに示すように、細実線と太破線はほぼ一致している。したがって本実施形態に係る機械特性推定方法及び機械特性推定装置によれば、ドライブトレインベンチシステム１から、測定用制御回路５５のみを取り出し、この測定用制御回路５５のみを用いた同定試験を行うことなく、機械特性伝達関数を推定する際に用いられる第１及び第２測定工程の結果を用いて測定用制御回路５５の特性も容易に推定できることが明らかとなった。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。例えば上記実施形態では、ドライブトレインベンチシステム１に本発明の機械特性推定方法及び機械特性推定装置を適用した場合について説明したが、本発明の適用対象は、ドライブトレインベンチシステムに限らない。本発明は、２つの動力計を直列に接続して構成されるタンデム型の動力計ユニットを備える試験システムであれば、どのようなシステムにも適用できる。
　１…ドライブトレインベンチシステム（試験システム）
　Ｗ…供試体
　Ｗ１…入力軸
　２１…第１動力計（第１電動機）
　２１ａ…第１駆動軸
　２２…第２動力計（第２電動機）
　２２ａ…第２駆動軸
　３…軸トルクセンサ
　４１…第１回転速度検出器
　４２…第２回転速度検出器
　５１…動力計制御装置
　５５…測定用制御回路（制御装置）
　９…演算装置（機械特性推定装置、第１測定手段、第２測定手段、機械特性推定手段）

Claims (7)

  1. 　供試体の入力軸と同軸で連結された第１駆動軸を有し、第１入力に応じて当該第１駆動軸を回転させる第１電動機と、前記第１駆動軸と同軸で連結された第２駆動軸を有し、第２入力に応じて当該第２駆動軸を回転させる第２電動機と、前記入力軸と前記第１駆動軸とを連結し軸トルクに応じた軸トルク検出信号を生成する軸トルクセンサと、前記第１駆動軸の回転速度に応じた第１速度検出信号を生成する第１速度検出器と、前記第２駆動軸の回転速度に応じた第２速度検出信号を生成する第２速度検出器と、前記第１及び第２速度検出信号に基づいて前記第１及び第２入力を生成する制御装置と、を備える試験システムの機械特性を推定する機械特性推定方法であって、
    　前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定工程と、
    　前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定工程と、
    　前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定工程と、を備えることを特徴とする試験システムの機械特性推定方法。
  2. 　前記機械特性推定工程では、前記第１入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第２入力に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第１入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第２入力に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第１入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、前記第２入力に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定することを特徴とする請求項１に記載の試験システムの機械特性推定方法。
  3. 　前記第１測定工程では、前記第１加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第１加振信号に対する前記第２入力の伝達関数と、を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の試験システムの機械特性推定方法。
  4. 　前記第２測定工程では、前記第２加振信号に対する前記軸トルク検出信号の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第１速度検出信号の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第２速度検出信号の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第２加振信号に対する前記第２入力の伝達関数と、を測定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の試験システムの機械特性推定方法。
  5. 　前記第１及び第２測定工程の結果を用いて前記制御装置の制御回路特性を推定する制御回路特性推定工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の試験システムの機械特性推定方法。
  6. 　前記制御回路特性推定工程では、前記第１速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第２速度検出信号に対する前記第１入力の伝達関数と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、前記第１速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、前記第２速度検出信号に対する前記第２入力の伝達関数と、のうち少なくとも何れかを推定することを特徴とする請求項５に記載の試験システムの機械特性推定方法。
  7. 　供試体の入力軸と同軸で連結された第１駆動軸を有し、第１入力に応じて当該第１駆動軸を回転させる第１電動機と、前記第１駆動軸と同軸で連結された第２駆動軸を有し、第２入力に応じて当該第２駆動軸を回転させる第２電動機と、前記入力軸と前記第１駆動軸とを連結し軸トルクに応じた軸トルク検出信号を生成する軸トルクセンサと、前記第１駆動軸の回転速度に応じた第１速度検出信号を生成する第１速度検出器と、前記第２駆動軸の回転速度に応じた第２速度検出信号を生成する第２速度検出器と、前記第１及び第２速度検出信号に基づいて前記第１及び第２入力を生成する制御装置と、を備える試験システムの機械特性を推定する機械特性推定装置であって、
    　前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第１入力に第１加振信号を重畳したときにおける当該第１加振信号に対する応答を測定する第１測定手段と、
    　前記制御装置により前記第１及び第２電動機が制御されている状態で、前記第２入力に第２加振信号を重畳したときにおける当該第２加振信号に対する応答を測定する第２測定手段と、
    　前記第１及び第２測定手段によって測定された結果を用いて前記機械特性を推定する機械特性推定手段と、を備えることを特徴とする試験システムの機械特性推定装置。
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