WO2020121611A1 - 試験システムの軸トルク制御器及びフィードバック制御器の設計方法、並びにこの設計方法に基づいて設計される軸トルク制御器 - Google Patents

試験システムの軸トルク制御器及びフィードバック制御器の設計方法、並びにこの設計方法に基づいて設計される軸トルク制御器 Download PDF

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shaft torque
plant
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岳夫 秋山
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation

Definitions

  • the present invention relates to a method of designing a shaft torque controller and a feedback controller of a test system, and a shaft torque controller designed by this design method. More specifically, the present invention relates to a design method for designing a shaft torque controller and a feedback controller based on a generalized plant, and a shaft torque controller designed by this design method.
  • ⁇ Drive train is a general term for a plurality of devices for transmitting energy generated in the engine to the drive wheels, and is composed of an engine, a clutch, a transmission, a drive shaft, a propeller shaft, a differential gear, a drive wheel, and the like.
  • the transmission is actually driven by the engine and the output side dynamometer connected to the output shaft is electrically inertially controlled, so that the load torque that simulates the inertia of the tire or vehicle body is output to the output shaft. While giving, the durability and quality of the drive train are evaluated.
  • a dynamometer is connected to the input shaft of the drive train, and the dynamometer is driven by using the shaft torque controller, so that the drive torque input to the input shaft of the drive train is changed to the actual engine.
  • a dynamometer is also proposed.
  • a technique of designing a shaft torque controller used in a test system by a controller design method based on a generalized plant such as a ⁇ design method or H ⁇ control has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). ).
  • the generalized plant has a command value and this command value.
  • a control amount output port is set that outputs a value obtained by weighting the deviation from the signal to be tracked with a weighting function having an integral characteristic (see, for example, the weighting function Ws in Non-Patent Document 1).
  • the gain of the integrator included in the controller designed based on such a generalized plant is equal to the gain of the weighting function defined in the generalized plant. Does not match. In other words, the conventional controller design method based on the generalized plant cannot specify the value of the integral gain of the finally obtained controller at the design stage.
  • the response performance of the controller is almost determined by the value of the integral gain. Therefore, in some cases, it is required to be able to specify the value of the integral gain of the controller finally obtained in the controller designing method at the design stage.
  • Patent Document 1 by the applicant of the present application discloses an electric inertia control device configured by combining an existing shaft torque controller and a low-pass filter.
  • the control device it is necessary to tune the values of a plurality of control parameters (a1, a2, b1, etc.) that characterize the low-pass filter using the value of the integral gain of the shaft torque controller. Therefore, even when designing a shaft torque controller incorporated in such an electric inertia control device by a controller design method based on a generalized plant, the value of the integral gain of the shaft torque controller finally obtained is set at the design stage. It is required to be able to specify.
  • the present invention is a design method of a shaft torque controller or a general feedback controller of a test system designed based on a generalized plant, and a design method capable of bringing an integral gain of these controllers close to a specified value. It is also an object of the present invention to provide a shaft torque controller designed by using this design method.
  • a dynamometer for example, an input side dynamometer 21 described below
  • a shaft for example, an input shaft SI described below
  • a sample for example, a test sample W described below
  • an inverter that supplies electric power according to the torque current command signal to the dynamometer (for example, an input-side inverter 23 described later), and a shaft torque detection signal according to the shaft torque between the dynamometer and the DUT.
  • a test system (for example, a test system 1 described later) including a shaft torque detector (for example, an input side shaft torque meter 25 described later) that generates
  • the present invention relates to a method of designing a shaft torque controller (for example, a shaft torque controller 5 described later) that generates the torque current command signal so as to suppress a deviation from a torque detection signal.
  • the shaft torque controller calculates a first input by integrating a deviation between the shaft torque command signal and the shaft torque detection signal and multiplying the integrated gain by a specified value (for example, an integration gain Ki described later).
  • An integrator for example, an integrator 52 described below
  • a non-integrator for example, a non-integrator 53 described below
  • a torque current command generator for example, a torque current command generator 54 described later
  • the designing method is a generalized plant (for example, a general plant described later) including a nominal plant (for example, a nominal plant N described later) that imitates an input/output characteristic from the torque current command signal of the control target to the shaft torque detection signal.
  • Generalized plant P and a controller (for example, a ⁇ controller K described later) that gives an input to the generalized plant based on the output of the generalized plant, a feedback control system (for example, a feedback control system described later).
  • a mounting step for example, S3 of FIG. 6 described later.
  • a first disturbance input port for example, a later-described first disturbance input w1 corresponding to the shaft torque command signal is input to the generalized plant.
  • the integral operation amount calculation unit calculates the integral operation amount by multiplying by the integral gain of the specified value (for example, by inputting an integral manipulated variable calculation unit 90) described below and the output of the nominal plant to the controller, the output obtained by the controller and the integral manipulated variable are summed, and input to the nominal plant.
  • a summing unit for example, a summing unit 91 to be described later
  • a product obtained by multiplying the deviation input by a predetermined first output weighting function for example, a first output weighting function Ge(s) to be described later
  • a first controlled variable output port (for example, a first controlled variable output port 84 described later) that outputs as a variable output (for example, a first controlled variable output z1 described later), and a predetermined second output weight for the output of the controller.
  • a second control amount output port (for example, a second control amount output port (for example, a second control amount output z2 described below)) that is multiplied by a function (for example, a second output weighting function Gip(s) described below) is output.
  • a second controlled variable output port 85 described later.
  • the first and second output weighting functions have integral characteristics.
  • the second disturbance input (for example, a second disturbance input w2 described later) corresponding to the torque control error of the dynamometer is input to the generalized plant as the second disturbance.
  • An input port (for example, a second disturbance input port 82 described later) is further set, and the output of the controller, the integral operation amount, and the second disturbance input having a predetermined second input weight with respect to the nominal plant. It is preferable to input the sum of a function (for example, a product obtained by multiplying a second input weighting function Gid(s) described later).
  • a third disturbance input (for example, a third disturbance input w3 described later) corresponding to a torque detection error by the shaft torque detector is input to the generalized plant.
  • Three disturbance input ports (for example, a third disturbance input port 83 described later) are further set, and a predetermined first input weighting function for the first disturbance input (for example, a first disturbance described below
  • An output of the nominal plant and the third disturbance input are multiplied by a predetermined third input weighting function (for example, a third input weighting function Gn(s) described later) from a product of the input weighting function Gr(s)). It is preferable to input a value obtained by subtracting the sum of the calculated value and the calculated value.
  • the output of the nominal plant is multiplied by a predetermined third output weighting function (for example, a third output weighting function Gt(s) described later) with respect to the generalized plant.
  • a third controlled variable output for example, a third controlled variable output z3 described below
  • a third controlled variable output port for example, a third controlled variable output port 86 described later
  • the function is set to have a larger weight in a frequency band including the torsional resonance frequency between the dynamometer and the sample than in other frequency bands.
  • the design method according to the present invention integrates a deviation between a control output of a control target (for example, a test system 1 described later) and a command for the control output, and integrates a specified value of an integral gain (for example, an integration gain described later). Ki) and an integrator (for example, integrator 52 described later) that calculates the first input, and a non-integrator (for example, non-integrator 53 described later) that calculates the second input based on the control output. ) And a control input generator (for example, a torque current command generator 54 described later) that generates the control input based on the first and second inputs and inputs the control input to the controlled object ().
  • Ki an integrator
  • a non-integrator for example, non-integrator 53 described later
  • the design method includes a generalized plant (for example, a generalized plant P described later) including a nominal plant (for example, a nominal plant N described later) that imitates an input/output characteristic from the control input to the control output of the control target. And a controller that gives an input to the generalized plant based on the output of the generalized plant (for example, a ⁇ controller K described later), the control that satisfies a predetermined design condition.
  • a computer for example, S1 and S2 in FIG. 6 described later
  • mounting process for mounting the controller as the non-integrator in the feedback controller for example, S3 in FIG.
  • a first disturbance input port for example, a first disturbance input described later to which a first disturbance input (for example, a first disturbance input w1 described later) corresponding to the command is input to the generalized plant.
  • Port 81 and a deviation input between the first disturbance input and the output of the nominal plant, and an integral operation amount calculation unit (for example, which will be described later) that calculates an integral operation amount by multiplying by an integral gain of the specified value.
  • a summation unit for example, a summation unit 91 described later
  • a product obtained by multiplying the deviation input by a predetermined first output weighting function for example, a first output weighting function Ge(s) described later
  • a predetermined first output weighting function for example, a first output weighting function Ge(s) described later
  • a first control amount output for example, a first controlled variable output port (for example, a first controlled variable output port 84 described later) that outputs as a first controlled variable output z1 described later, and a predetermined second output weighting function (for example, a first controlled variable output port 84 described later) for the output of the controller.
  • a second control amount output port (for example, a later-described second control amount output Z2) that outputs a product of a later-described second output weighting function Gip(s) as a second control amount output (for example, a later-described second control amount output z2). 2 control amount output port 85).
  • a shaft torque controller (for example, a shaft torque controller 5 described later) according to the present invention is connected to a shaft (for example, an input shaft SI described below) of a sample (for example, a sample W described below).
  • a dynamometer for example, an input side dynamometer 21 described later
  • an inverter for example, an input side inverter 23 described later
  • a test system for example, a test system 1 described later including a shaft torque detector (for example, an input side shaft torque meter 25 described later) that generates a shaft torque detection signal according to a shaft torque between Then, the torque current command signal is generated so as to suppress the deviation between the shaft torque command signal and the shaft torque detection signal with respect to the shaft torque.
  • the shaft torque controller calculates a first input by integrating a deviation between the shaft torque command signal and the shaft torque detection signal and multiplying the integrated gain by a specified value (for example, an integration gain Ki described later).
  • An integrator for example, an integrator 52 described below
  • a non-integrator for example, a non-integrator 53 described below
  • the first and the first The torque current command signal is generated by summing two inputs
  • the non-integrator is a nominal plant (for example, a model of the input/output characteristics from the torque current command signal of the control target to the shaft torque detection signal).
  • a generalized plant for example, a generalized plant P described later
  • a controller for example, a ⁇ controller described later described
  • the generalized plant has a first disturbance input port (for example, a first disturbance input port 81 described later) to which a first disturbance input (for example, a first disturbance input w1 described later) corresponding to the shaft torque command signal is input.
  • a first disturbance input for example, a first disturbance input w1 described later
  • an integral manipulated variable calculating unit that calculates an integral manipulated variable by integrating the deviation input between the first disturbance input and the output of the nominal plant and multiplying it by the integral gain of the specified value (for example, the integral manipulation described later).
  • Quantity calculation unit 90 and a summing unit that sums the output obtained by the controller by inputting the output of the nominal plant to the controller and the integral manipulated variable, and generates the input to the nominal plant.
  • a summing unit 91 described later and a product obtained by multiplying the deviation input by a predetermined first output weighting function are output as a first control amount output (for example, later described).
  • a first controlled variable output port e.g., a first controlled variable output port 84 described below
  • a second output weighting function e.g., a later described later
  • a second control amount output port (for example, a second control amount described below) that outputs a product of the second output weighting function Gip(s)) as a second control amount output (for example, a second control amount output z2 described below).
  • Output port 85 (for example, a second control amount described below) that outputs a product of the second output weighting function Gip(s)) as a second control amount output (for example, a second control amount output z2 described below).
  • the present invention relates to a method for designing a shaft torque controller for a test system including a dynamometer, an inverter, and a shaft torque detector.
  • This shaft torque controller integrates the deviation between the shaft torque command signal and the shaft torque detection signal, and further multiplies the integral gain of a predetermined specified value to calculate the first input, and the shaft torque detection signal.
  • a non-integrator that calculates a second input based on the first input and a torque current command generator that generates a torque current command signal based on the first and second inputs are provided.
  • a design for designing a controller that satisfies a predetermined design condition by a computer is designed through a process and a mounting process in which the controller obtained through the design process is mounted on the shaft torque controller as a non-integrator.
  • the shaft torque controller includes the integrator that performs the integration operation under the integral gain of the specified value.
  • the integrator and the non-integrator are designed.
  • the integral gain of the integral element in the entire shaft torque controller which is set to, deviates from the specified value. Therefore, in the design method of the present invention, the first disturbance input port to which the first disturbance input corresponding to the shaft torque command signal is input, and the deviation input between the first disturbance input and the output of the nominal plant are input to the generalized plant.
  • the integral manipulated variable calculator that integrates and multiplies the integral gain by the specified value to calculate the integral manipulated variable, and the output and integral manipulated variable obtained by this controller by inputting the output of the nominal plant to the controller.
  • a summing unit that generates an input to the nominal plant, a first control amount output port that outputs a product obtained by multiplying the deviation input by a predetermined first output weighting function as a first control amount output, and a controller. And a second controlled variable output port for outputting a product of the output of ##EQU1## multiplied by a predetermined second output weighting function as a second controlled variable output.
  • the first output weighting function for multiplying the deviation input to the integral manipulated variable calculating unit (corresponding to the integrator in the shaft torque controller) in the generalized plant, and the controller in generalization has an integral characteristic.
  • the second disturbance input port to which the second disturbance input corresponding to the torque control error of the dynamometer is input is set for the generalized plant, and the controller for the nominal plant is set to the second disturbance input port.
  • the sum of the output, the integrated operation amount, and the product of the second disturbance input and a predetermined second input weighting function is input.
  • the third disturbance input port to which the third disturbance input corresponding to the torque detection error by the shaft torque detector is input is set in the generalized plant, and the integrated manipulated variable calculating unit is set. Inputs the sum of the output of the nominal plant and the third disturbance input multiplied by the third input weighting function from the first disturbance input multiplied by the first input weighting function.
  • the third control amount output port for outputting the product of the output of the nominal plant multiplied by the third output weighting function as the third control amount output is set in the generalized plant.
  • the third output weighting function is set so that the frequency band including the torsional resonance frequency between the dynamometer and the test piece has a greater weight than other frequency bands.
  • the present invention is based on the integrator that calculates the first input by integrating the deviation between the control output of the controlled object and the command for this control output, and by multiplying the integral gain of the command value, and the control output.
  • the present invention relates to a feedback controller design method including a non-integrator that calculates a second input and a control input generator that generates a control input based on the first and second inputs and inputs the control input to a control target.
  • a design for designing a controller that satisfies a predetermined design condition by a computer is designed through the steps and the mounting step of mounting the controller obtained through the designing step on the feedback controller as a non-integrator.
  • the feedback controller includes an integrator that performs an integral operation under an integral gain of a specified value, but if the non-integrator is designed by a design method based on the conventional generalized plant, the integrator and the non-integrator are The integrated gain of the integrated elements in the combined feedback controller may deviate from the specified value.
  • the first disturbance input port to which the first disturbance input corresponding to the command is input, and the deviation input between the first disturbance input and the output of the nominal plant are integrated into the generalized plant,
  • An integral manipulated variable calculating unit that calculates the integral manipulated variable by multiplying the integral gain of the specified value
  • an integral manipulated variable calculator that calculates the integral manipulated variable by inputting the output of the nominal plant to the controller, and a nominal
  • the output obtained by this integrator and the integral operation amount are summed up, and a summing unit for generating an input to the nominal plant, and a predetermined first output weighting function for the deviation input.
  • a first controlled variable output port that outputs the multiplied one as a first controlled variable output, and a second controlled variable output that outputs the one obtained by multiplying the output of the controller by a predetermined second output weighting function as a second controlled variable output.
  • the non-integrator does not include the integral element as much as possible by incorporating the integral operation amount calculation unit corresponding to the integrator of the Fordback controller in the generalized plant in the design stage in advance. Therefore, it is possible to bring the integral gain of the integral element in the entire feedback controller close to the specified value.
  • the shaft torque controller of the test system of the present invention includes a non-integrator designed using the generalized plant according to the design method of (1) above. Therefore, according to the present invention, since the non-integrator can be made to contain the integral element as little as possible, the integral gain of the integral element in the entire shaft torque controller can be brought close to the specified value.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a drive train test system 1 including a shaft torque controller 5 according to the present embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of a test system 1 in which a drive train of a vehicle of the FF drive system is used as a sample W and the performance of the sample W is evaluated, but the present invention is not limited to this.
  • the sample W may be, for example, a drive train of an FR drive type vehicle.
  • the test piece W is a drive train for a vehicle, and when mounted on a completed vehicle, an input shaft SI to which an engine (not shown) is connected, left and right output shafts SO1 and SO2 that are drive shafts, and input to the input shaft SI are input.
  • a torque converter TC that amplifies the generated power and transmits it to the output shafts SO1 and SO2, and a transmission TM that shifts the power input to the input shaft SI and transmits it to the output shafts SO1 and SO2.
  • the test system 1 includes an input-side dynamometer 21, an input-side inverter 23, an input-side shaft torque meter 25, an input-side encoder 26, and a shaft torque controller 5, which are provided on the input shaft SI side of the sample W, and a sample.
  • the tip side of the output shaft S of the input side dynamometer 21 is connected to the input shaft SI of the sample W.
  • the input side inverter 23 supplies the input side dynamometer 21 with electric power according to the input side torque current command signal.
  • the input side dynamometer 21 generates torque according to the input side torque current command signal.
  • the input side shaft torque meter 25 generates an input side shaft torque detection signal corresponding to the shaft torque between the output shaft S of the input side dynamometer 21 and the input shaft SI of the sample W, and sends it to the shaft torque controller 5.
  • the input side encoder 26 detects the rotation speed (the number of rotations of the shaft per unit time) of the output shaft S of the input side dynamometer 21, generates an input side speed detection signal corresponding to this rotation speed, and controls the shaft torque. Input to the container 5.
  • the shaft torque controller 5 is based on an input side shaft torque detection signal from the input side shaft torque meter 25 and an upper shaft torque command signal corresponding to a command signal for the shaft torque detected by the input side shaft torque meter 25. This is a feedback controller that generates an input side torque current command signal and inputs this input side torque current command signal to the input side inverter 23.
  • the upper axis torque command signal is generated in an upper controller (not shown) according to the contents of the test on the sample W.
  • the shaft torque controller 5 causes the input-side dynamometer 21 to generate a drive torque simulating the engine of the completed vehicle in which the test piece W is mounted, and drives the input shaft SI of the test piece W.
  • the shaft torque controller 5 controls the input side torque current command signal so as to suppress the shaft torque deviation (upper side shaft torque command signal-input side shaft torque detection signal) between the higher order shaft torque command signal and the input side shaft torque detection signal. It has at least both functions of a shaft torque deviation suppressing function to be generated and a resonance suppressing function of suppressing torsional resonance between the output shaft S and the input shaft SI.
  • a shaft torque controller 5 designed according to a procedure described later with reference to FIGS. 2 to 6 is used.
  • the output shaft of the first output-side dynamometer 31 is connected to the output shaft SO1 of the sample W.
  • the first output-side inverter 33 supplies power corresponding to the first output-side torque current command signal to the first output-side dynamo. Supply to the meter 31.
  • the first output-side dynamometer 31 generates torque according to the first output-side torque current command signal.
  • the first output-side shaft torque meter 35 generates a first output-side shaft torque detection signal corresponding to the shaft torque between the output shaft of the first output-side dynamometer 31 and the output shaft SO1 of the sample W, and outputs it. Input to the side controller 6.
  • the first output-side encoder 36 detects the rotation speed of the output shaft of the first output-side dynamometer 31, generates a first output-side speed detection signal corresponding to this rotation speed, and inputs it to the output-side control device 6. ..
  • the output shaft of the dynamometer 32 on the second output side is connected to the output shaft SO2 of the sample W.
  • the second output side torque current command signal generated by the output side control device 6 is input to the second output side inverter 34, the second output side dynamo outputs electric power corresponding to the second output side torque current command signal.
  • Supply to the meter 32 As a result, the second output side dynamometer 32 generates torque according to the second output side torque current command signal.
  • the second output-side shaft torque meter 37 generates a second output-side shaft torque detection signal corresponding to the shaft torque between the output shaft of the second output-side dynamometer 32 and the output shaft SO2 of the sample W, and outputs it. Input to the side controller 6.
  • the second output side encoder 38 detects the rotation speed of the output shaft of the second output side dynamometer 32, generates a second output side speed detection signal corresponding to this rotation speed, and inputs it to the output side control device 6. ..
  • the output-side control device 6 uses the first output-side shaft torque meter 35 to output a first output-side shaft torque detection signal, the first output-side encoder 36 to output a first speed-side detection signal, and the second output-side shaft torque meter 37 to output a first output-side speed torque signal.
  • the input signal such as the second output side torque detection signal and the second output side speed detection signal from the second output side encoder 38
  • the first output side torque current command signal and the second output side torque current command signal are generated. It is generated and these are input to the first output side inverter 33 and the second output side inverter 34.
  • the output-side control device 6 determines the load simulating the tire inertia and the vehicle body inertia in the completed vehicle in which the test piece W is mounted and the load applied to the test piece W on the first output side dynamometer 31 and the second output side. It is applied to the output shafts SO1 and SO2 via the dynamometer 32.
  • the shaft torque controller 5 drives the input shaft SI of the test piece W, and at the same time, the output side control device 6 applies a load to the output shafts SO1 and SO2 of the test piece W to simulate the tire inertia and the vehicle body inertia, and the like.
  • the durability performance, quality, etc. of the sample W are evaluated under a state close to the running state of the actual vehicle.
  • the shaft torque controller 5 having the shaft torque deviation suppressing function and the resonance suppressing function as described above will be described with reference to the drawings.
  • the configuration of the test system 1 on the side of the input shaft SI of the sample W will be described. Therefore, the input side dynamometer 21 is simply referred to as the dynamometer 21, and the input side inverter 23 is simply referred to as the inverter 23.
  • the input side shaft torque meter 25 is simply referred to as the shaft torque meter 25
  • the input side shaft torque detection signal is simply referred to as the shaft torque detection signal
  • the input side encoder 26 is simply referred to as the encoder 26
  • the input side speed detection signal is simply referred to as It is called a speed detection signal
  • the input side torque current command signal is simply called a torque current command signal.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control circuit of the shaft torque controller 5.
  • the shaft torque controller 5 includes a deviation calculation unit 51 that calculates the deviation between the higher-order shaft torque command signal and the shaft torque detection signal, and an integrator 52 that calculates the first input based on the deviation calculated by the deviation calculation unit 51.
  • a non-integrator 53 that calculates a second input based on the shaft torque detection signal, and a torque current command generator 54 that generates a torque current command signal based on the first and second inputs and inputs the torque current command signal to the inverter 23. , Is provided.
  • the deviation calculation unit 51 calculates the deviation by subtracting the axis torque detection signal from the upper axis torque command signal.
  • the integrator 52 includes an integration calculation unit 521 that integrates the deviation, and an integration gain multiplication unit 522 that calculates the first input by multiplying the output of the integration calculation 521 by the integration gain Ki of a specified value.
  • the ⁇ controller K designed according to the procedure described later with reference to FIGS. 3 to 6 is used.
  • the torque current command generator 54 generates a torque current command signal by adding the first input and the second input.
  • the shaft torque controller 5 combines the deviation calculator 51, the integrator 52, the non-integrator 53, and the torque current command generator 54 having the above-described functions with a digital signal as shown in the circuit diagram of FIG. It is configured by being mounted on hardware including an input/output port such as a processor or a microcomputer.
  • the shaft torque controller 5 in which the ⁇ controller K described later is mounted has a shaft torque command signal transmitted via communication from a host controller (not shown) and an axis torque command signal.
  • a torque current command signal is generated and input to the inverter 23 via communication.
  • the inverter 23 electrically connected to the dynamometer 21 causes the dynamometer 21 to generate a torque according to the torque current command signal.
  • Disturbance factors assumed at this time include noise generated when measuring the shaft torque in the shaft torque meter 25, time delay in each communication path, torque current command signal due to control response of the inverter 23, and dynamometer.
  • the above-described higher-level shaft torque command signal may be generated by a higher-level controller other than the shaft torque controller 5 as described above, or may be constructed inside the shaft torque controller 5 separately from the ⁇ controller K and the like. May be generated by the created module.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the feedback control system 8 used when designing the non-integrator 53 of the shaft torque controller 5.
  • the feedback control system of FIG. 3 provides a generalized plant P having a nominal plant N imitating the input/output characteristics of the test system 1 and an input ⁇ to the generalized plant P based on the output of the generalized plant P. It is configured by combining the controller K and.
  • the generalized plant P has an input composed of a first disturbance input w1, a second disturbance input w2, and a third disturbance input w3, a first controlled variable output z1, a second controlled variable output z2, and a third controlled variable.
  • the output z3 and the output composed of the fourth controlled variable output z4 are defined.
  • an observation output y corresponding to a shaft torque detection signal and a control input u corresponding to a torque current command signal are defined between the generalized plant P and the ⁇ controller K.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a generalized plant P used when designing the non-integrator 53.
  • the generalized plant P has a first disturbance input port 81 to which the first disturbance input w1 is input, a second disturbance input port 82 to which the second disturbance input w2 is input, and a third disturbance input w3.
  • Unit 91 simulating the input/output characteristics of the torque current command generator 54 of the controller 5, a subtractor 94 simulating the input/output characteristics of the deviation calculator 51 of the shaft torque controller 5, and a plurality of weighting functions Gid(s). ), Gr(s), Gn(s), Ge(s), Gip(s), Gir(s), Gt(s).
  • the nominal plant N is an input/output characteristic that imitates a characteristic from a dynamometer torque i1 which is one of the inputs in the test system 1 described with reference to FIG. 1 to a transmission torque t1 which is one of the outputs in the test system 1. Equipped with.
  • the dynamometer torque i1 corresponds to the torque generated in the dynamometer 21 based on the torque current command signal input to the inverter 23 in the test system 1.
  • the transmission torque t1 corresponds to the torque transmitted from the output shaft S of the dynamometer 21 to the input shaft SI of the sample W in the test system 1, in other words, the shaft torque between the output shaft S and the input shaft SI.
  • the transmission torque t1 is detected by the axial torque meter 25 in the test system 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the nominal plant N.
  • the nominal plant N has, for example, two inertial bodies configured by connecting two inertial bodies having a specimen inertia moment Jw and a dynamo inertia moment J1 in series with a shaft body having a torsional rigidity K1. It is constructed based on the equation of motion of the system (see the following equations (1-1) to (1-3)). In the present embodiment, in the test system 1, the case where the test piece torque input to the test piece W by the output side dynamometers 31, 32 via the output shafts SO1, SO2 is ignored will be described. Not limited to
  • the specimen moment of inertia Jw corresponds to the moment of inertia of the specimen W in the test system 1.
  • the dynamo inertia moment J1 corresponds to the inertia moment of the dynamo meter 21 in the test system 1.
  • the torsional rigidity K1 corresponds to the torsional rigidity of the device that connects the sample W and the dynamometer 21 in the test system 1.
  • the transfer function Gtm(s) corresponds to the response characteristic of the axial torque meter 25 in the test system 1.
  • the nominal model N generates the transmission torque t1 based on the dynamo torque i1 by using the motion equations shown in FIG. 5 and the above equations (1-1) to (1-3).
  • a fourth controlled variable output z4, a control input u, and an observation output y are defined. The correspondence between these input/output signals and the test system 1 of FIG. 1 is as follows.
  • the second disturbance input w2 is an input signal input to the generalized plant P via the second disturbance input port 82.
  • the second disturbance input w2 is a disturbance input corresponding to the torque control error (deviation between the torque current command signal and the dynamo torque i1) of the inverter 23 and the dynamometer 21 in the test system 1.
  • the influence of the torque control error is evaluated by inputting such a second disturbance input w2 to the second disturbance input port 82.
  • the signal obtained by summing the signal obtained by weighting the second disturbance input w2 by the second input weighting function Gid(s) and the output signal of the summing unit 91, which will be described later, is nominally the dynamo torque i1.
  • the second input weighting function Gid(s) is set according to the frequency characteristic of the torque control error in the inverter 23 and the dynamometer 21. Since the control response of the inverter 23 has an upper limit, the torque control error has a characteristic of becoming large in the high frequency band. Therefore, the second input weighting function Gid(s) is set to have a larger weight in the high frequency band in which the torque control error tends to increase than in the low frequency band.
  • the third disturbance input w3 is an input signal input to the generalized plant P via the third disturbance input port 83.
  • the third disturbance input w3 is a disturbance input corresponding to a torque detection error (deviation between the shaft torque detection signal and the transmission torque t1) by the shaft torque meter 25 in the test system 1.
  • the influence of the torque detection error is evaluated by inputting such a third disturbance input w3 to the third disturbance input port 83.
  • the signal obtained by adding the signal obtained by weighting the third disturbance input w3 by the third input weighting function Gn(s) and the transfer torque t1 output from the nominal plant N is the observation output y. Is output from the observation output port 89.
  • the third disturbance input w3 is set according to the frequency characteristic of the torque detection error by the shaft torque meter 25. More specifically, in the high frequency band in which the torque detection error tends to increase, the weight is set to be larger than in the low frequency band in which the torque detection error tends to decrease.
  • the first disturbance input w1 is an input signal input to the generalized plant P via the first disturbance input port 81.
  • the first disturbance input w1 is a disturbance input corresponding to the upper axis torque command signal in the test system 1.
  • the influence of the upper shaft torque command signal is evaluated.
  • the signal obtained by weighting the first disturbance input w1 by the first input weighting function Gr(s) is input to the subtraction unit 94 described later.
  • the first input weighting function Gr(s) is set to a constant, for example.
  • the observation output y is a signal output from the generalized plant P to the observation output port 89 and input to the ⁇ controller K, and the shaft torque input to the non-integrator 53 in the shaft torque controller 5 of the test system 1. It corresponds to the detection signal.
  • the observation output y is calculated by adding the third disturbance input w3 weighted by the third input weighting function Gn(s) and the transmission torque t1 output from the nominal plant N as described above. It
  • the control input u is a signal output from the ⁇ controller K and input to the generalized plant P via the control input port 88, and is output from the non-integrator 53 in the shaft torque detector 5 of the test system 1. It corresponds to the second input.
  • the control input u input via the control input port 88 is input to the summing unit 91 described later.
  • the subtraction unit 94 corresponds to the deviation calculation unit 51 in the shaft torque controller 5.
  • the subtraction unit 94 calculates the deviation input by subtracting the observation output y from the signal obtained by weighting the first disturbance input w1 with the first input weighting function Gr(s), and inputs the deviation input to the integral operation amount calculation unit 90.
  • the integral manipulated variable calculation unit 90 corresponds to the integrator 52 in the shaft torque controller 5.
  • the integral operation amount calculation unit 90 integrates the deviation input calculated by the subtraction unit 94 and multiplies the integral operation amount Ki by the same specified value as the integral gain multiplication unit 522 of the shaft torque controller 5 to calculate the integral operation amount.
  • the calculated value is input to the summing unit 91.
  • the summing unit 91 corresponds to the torque current command generator 54 in the shaft torque controller 5.
  • the summing unit 91 inputs the observation output y including the torque detection error to the ⁇ controller K as described above, and the control input u obtained by this ⁇ controller and the integral calculated by the integral operation amount calculating unit 90.
  • An input signal to the nominal plant N is generated by adding the manipulated variable.
  • the output signal of the summing unit 91 corresponds to the torque current command signal generated by the shaft torque controller 5 in the test system 1.
  • the sum of the output signal of the summing unit 91 and the signal obtained by weighting the second disturbance input w2 with the second input weighting function Gid(s) is input to the nominal plant N as the dynamo torque i1.
  • the first controlled variable output z1 is an output signal output from the generalized plant P via the first controlled variable output port 84.
  • the first control amount output z1 corresponds to a deviation input (upper axis torque command signal-axis torque detection signal) input to the integrator 52 in the shaft torque controller 5.
  • the first control amount output z1 is calculated by multiplying the deviation input input to the integral operation amount calculation unit 90 by the first output weighting function Ge(s).
  • the deviation input to the integrator 52 can be evaluated by outputting such a first controlled variable output z1 from the first controlled variable output port 84.
  • the first output weighting function Ge(s) is set to have an integral characteristic so that the shaft torque controller 5 having the shaft torque deviation suppressing function can be obtained.
  • the second controlled variable output z2 is an output signal output from the generalized plant P via the second controlled variable output port 85.
  • the second controlled variable output z2 corresponds to the second input output from the non-integrator 53 in the shaft torque controller 5.
  • the second control amount output z2 is calculated by multiplying the control input u output from the ⁇ controller K by the second output weighting function Gip(s).
  • the second input from the non-integrator 53 can be evaluated by outputting such a second controlled variable output z2 from the second controlled variable output port 85.
  • This second output weighting function Gip(s) is set so that the integral gain of the integral element in the entire shaft torque controller 5 in which the ⁇ controller K is incorporated as the non-integrator 53 becomes equal to the integral gain Ki of the integrator 52. Are set to have integral characteristics.
  • the third controlled variable output z3 is an output signal output from the generalized plant P via the third controlled variable output port 86.
  • the third controlled variable output z3 corresponds to the transmission torque t1 in the test system 1.
  • the third controlled variable output z3 is calculated by multiplying the transfer torque t1 output from the nominal plant N by the third output weighting function Gt(s).
  • the transfer torque t1 can be evaluated by outputting such a third controlled variable output z3 from the third controlled variable output port 86.
  • the third output weighting function Gt(s) is set based on the resonance characteristic in the device that connects the sample W and the dynamometer 21 so that the axial torque controller 5 having the resonance suppressing function can be obtained. More specifically, the third output weighting function Gt(s) is set to have a larger weight in the torsional resonance frequency band in the device that connects the sample W and the dynamometer 21 than in other frequency bands. It
  • the fourth controlled variable output z4 is an output signal output from the generalized plant P via the fourth controlled variable output port 87.
  • the fourth controlled variable output z4 corresponds to the torque current command signal output from the shaft torque controller 5 in the test system 1.
  • the fourth controlled variable output z4 is calculated by multiplying the output signal of the summing unit 91 by the fourth output weighting function Gir(s).
  • the torque current command signal of the shaft torque controller 5 can be evaluated by outputting such a fourth controlled variable output z4 from the fourth controlled variable output port 87.
  • the fourth output weighting function Gir(s) is set to have a higher weight in the high frequency band than in the low frequency band, for example.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for designing the shaft torque controller 5 based on the generalized plant P.
  • a computer is used so that a predetermined design condition determined to realize robust stability is satisfied.
  • Design the ⁇ controller K More specifically, such a ⁇ controller K is derived by performing iterative calculation based on the DK iteration method on a computer, for example.
  • the ⁇ controller K obtained in S2 is used as the non-integrator 53, and the deviation calculation unit 51, the integrator 52, the non-integrator 53, and the torque current command generation unit 54 in FIG.
  • the shaft torque controller 5 is designed by mounting the combination as shown in the circuit diagram on the hardware having the input/output ports.
  • the shaft torque controller of the comparative example is one designed based on the controller design method described in Non-Patent Document 1.
  • a control amount output port for outputting the shaft torque deviation weighted by the weighting function having the integral characteristic was set in the generalized plant.
  • FIG. 7 is a Bode diagram showing the characteristics of the torque current command signal with respect to the shaft torque deviation in each shaft torque controller.
  • the thick line shows the characteristic of the shaft torque controller of the comparative example.
  • the thick broken line shows the ideal integrator characteristics required for the shaft torque controller.
  • the thin line is equal to the specified value of the integral gain Ki of the integrator 52 of FIG. 2 and the integral gain Ki of the generalized plant P of FIG.
  • the designing method of the present embodiment by making the specified values of the integration gain Ki of the integrator 52 and the integration gain Ki of the generalized plant P equal to the value of the ideal integration gain of the integrator at the design stage, The finally obtained value of the integral gain of the shaft torque controller 5 can be brought close to the designated value set at the design stage. Therefore, as shown in FIG. 7, according to the designing method of the present embodiment, the value of the integral gain of the shaft torque controller 5 can be brought close to the value of the ideal integral gain of the integrator.
  • the design method of the shaft torque controller according to the present invention is applied to the input side connected to the input shaft SI of the sample W in the drive train test system 1 in which the vehicle drive train is the sample W.
  • the case where the invention is applied to the shaft torque controller 5 that controls the dynamometer 21 has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the method for designing the shaft torque controller according to the present invention includes, in the drive train test system 1, the first output-side dynamometer 31 connected to the output shaft SO1 of the sample W and the second output connected to the output shaft SO2. It may be applied to a shaft torque controller that controls the side dynamometer 32.
  • the design method of the axial torque controller according to the present invention is applied to the axial torque controller whose control target is the drive train test system 1 in which the vehicle drive train is the specimen W.
  • the present invention is not limited to this.
  • the axial torque controller designing method according to the present invention may be applied to an axial torque controller whose control target is an engine test system (so-called engine bench system) in which a vehicle engine is used as a test object.
  • a feedback controller design method according to the present invention is a feedback controller in which a control target generates a control output when a control input is input, and a control output of the control target and a command for the control output. And a non-integrator that calculates the second input based on the control output of the control target, and the first and the second It may be applied to a feedback controller including a control input generator that generates a control input based on two inputs and inputs the control input to a controlled object.

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Abstract

設計方法は、公称プラントＮを備える一般化プラントＰ及びμ制御器Ｋを備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようなμ制御器Ｋをコンピュータによって設計する設計工程を備える。設計工程では、第１外乱入力ポート８１と、第１外乱入力と公称プラントＮの出力との偏差入力を積分し、指定値の積分ゲインＫｉを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部９０と、μ制御器Ｋの出力と積分操作量とを合算し公称プラントＮへの入力を生成する合算部９１と、偏差入力に第１出力重み関数Ｇｅ（ｓ）を乗算したものを第１制御量出力ｚ１として出力する第１制御量出力ポート８４と、μ制御器Ｋの出力に第２出力重み関数Ｇｉｐ（ｓ）を乗算したものを第２制御量出力ｚ２として出力する第２制御量出力ポート８５と、を設定する。

Description

試験システムの軸トルク制御器及びフィードバック制御器の設計方法、並びにこの設計方法に基づいて設計される軸トルク制御器
　本発明は、試験システムの軸トルク制御器及びフィードバック制御器の設計方法、並びにこの設計方法によって設計される軸トルク制御器に関する。より詳しくは、軸トルク制御器やフィードバック制御器を一般化プラントに基づいて設計する設計方法並びにこの設計方法によって設計される軸トルク制御器に関する。
　ドライブトレインとは、エンジンで発生したエネルギーを駆動輪に伝達するための複数の装置の総称をいい、エンジン、クラッチ、トランスミッション、ドライブシャフト、プロペラシャフト、デファレンシャルギヤ、及び駆動輪等で構成される。ドライブトレインの試験システムでは、実際にエンジンでトランスミッションを駆動するとともに、その出力軸に接続された出力側ダイナモメータを電気慣性制御することにより、タイヤや車体の慣性を模した負荷トルクを出力軸に付与しながら、ドライブトレインの耐久性能や品質等が評価される。
　またこのような試験システムでは、ドライブトレインの入力軸にダイナモメータを連結し、軸トルク制御器を用いてこのダイナモメータを駆動することにより、ドライブトレインの入力軸に入力する駆動トルクを、実エンジンの代わりにダイナモメータで発生させるものも提案されている。また近年では、試験システムに用いられる軸トルク制御器を、μ設計法やＨ∞制御等の一般化プラントに基づく制御器設計方法によって設計する技術も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
特願２０１８－１６８３３２
君嶋和之、西村秀和、「車両運動シミュレーション用エンジンベンチのロバスト制御」、日本機械学会論文集（Ｃ編）６７巻６５３号（２００１）
　ところで、制御対象の制御出力をある指令値に追従させる制御器を、上述のような一般化プラントに基づく制御器設計方法によって設計する場合、一般化プラントには、指令値と、この指令値に追従させようとする信号との偏差を、積分特性を備える重み関数で重み付けしたものを出力する制御量出力ポートが設定される（例えば、非特許文献１における重み関数Ｗｓ参照）。しかしながら後に図７を参照して説明するように、このような一般化プラントに基づいて設計される制御器に含まれる積分器のゲインは、一般化プラントにおいて規定される重み関数のゲインと一般的には一致しない。換言すれば、一般化プラントに基づく従来の制御器設計方法では、最終的に得られる制御器の積分ゲインの値を設計段階で指定することはできない。
　しかしながら制御器の応答性能は積分ゲインの値によってほぼ決定される。このため、上述のような制御器設計方法において最終的に得られる制御器の積分ゲインの値を設計段階で指定できるようにすることが求められる場合がある。
　また例えば本願出願人による特許文献１には、既存の軸トルク制御器とローパスフィルタとを組み合わせることによって構成される電気慣性制御装置が示されているが、この特許文献１に示された電気慣性制御装置では、ローパスフィルタを特徴付ける複数の制御パラメータ（ａ１，ａ２，ｂ１等）の値を、軸トルク制御器の積分ゲインの値を用いてチューニングする必要がある。従ってこのような電気慣性制御装置に組み込まれる軸トルク制御器を一般化プラントに基づく制御器設計方法で設計する場合にも、最終的に得られる軸トルク制御器の積分ゲインの値を設計段階で指定できるようにすることが求められる。
　本発明は、一般化プラントに基づいて設計される試験システムの軸トルク制御器又は一般的なフィードバック制御器の設計方法であって、これら制御器の積分ゲインを指定値に近づけることができる設計方法、並びにこの設計方法を用いて設計される軸トルク制御器を提供することを目的とする。
　（１）本発明に係る設計方法は、供試体（例えば、後述の供試体Ｗ）の軸（例えば、後述の入力軸ＳＩ）に連結されたダイナモメータ（例えば、後述の入力側ダイナモメータ２１）と、トルク電流指令信号に応じた電力を前記ダイナモメータに供給するインバータ（例えば、後述の入力側インバータ２３）と、前記ダイナモメータと前記供試体との間の軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器（例えば、後述の入力側軸トルクメータ２５）と、を備える試験システム（例えば、後述の試験システム１）を制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を抑制するように前記トルク電流指令信号を生成する軸トルク制御器（例えば、後述の軸トルク制御器５）を設計する方法に関する。前記軸トルク制御器は、前記軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を積分し、指定値の積分ゲイン（例えば、後述の積分ゲインＫｉ）を乗算することにより第１入力を算出する積分器（例えば、後述の積分器５２）と、前記軸トルク検出信号に基づいて第２入力を算出する非積分器（例えば、後述の非積分器５３）と、前記第１及び第２入力に基づいて前記トルク電流指令信号を生成し、前記インバータへ入力するトルク電流指令生成器（例えば、後述のトルク電流指令生成器５４）と、を備える。前記設計方法は、前記制御対象の前記トルク電流指令信号から前記軸トルク検出信号までの入出力特性を模した公称プラント（例えば、後述の公称プラントＮ）を備える一般化プラント（例えば、後述の一般化プラントＰ）と、当該一般化プラントの出力に基づいて当該一般化プラントへ入力を与える制御器（例えば、後述のμ制御器Ｋ）と、を備えるフィードバック制御系（例えば、後述のフィードバック制御系８）において、所定の設計条件を満たすような前記制御器をコンピュータによって設計する設計工程（例えば、後述の図６のＳ１、Ｓ２）と、前記制御器を前記非積分器として前記軸トルク制御器に実装する実装工程（例えば、後述の図６のＳ３）と、を備える。前記設計工程では、前記一般化プラントに対し、前記軸トルク指令信号に相当する第１外乱入力（例えば、後述の第１外乱入力ｗ１）が入力される第１外乱入力ポート（例えば、後述の第１外乱入力ポート８１）と、前記第１外乱入力と前記公称プラントの出力との偏差入力を積分し、前記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部（例えば、後述の積分操作量算出部９０）と、前記公称プラントの出力を前記制御器へ入力することにより当該制御器で得られる出力と前記積分操作量とを合算し、前記公称プラントへの入力を生成する合算部（例えば、後述の合算部９１）と、前記偏差入力に所定の第１出力重み関数（例えば、後述の第１出力重み関数Ｇｅ（ｓ））を乗算したものを第１制御量出力（例えば、後述の第１制御量出力ｚ１）として出力する第１制御量出力ポート（例えば、後述の第１制御量出力ポート８４）と、前記制御器の出力に所定の第２出力重み関数（例えば、後述の第２出力重み関数Ｇｉｐ（ｓ））を乗算したものを第２制御量出力（例えば、後述の第２制御量出力ｚ２）として出力する第２制御量出力ポート（例えば、後述の第２制御量出力ポート８５）と、を設定する。
　（２）この場合、前記第１及び第２出力重み関数は、積分特性を備えることが好ましい。
　（３）この場合、前記設計工程では、前記一般化プラントに対し、前記ダイナモメータのトルク制御誤差に相当する第２外乱入力（例えば、後述の第２外乱入力ｗ２）が入力される第２外乱入力ポート（例えば、後述の第２外乱入力ポート８２）をさらに設定し、前記公称プラントに対し、前記制御器の出力と、前記積分操作量と、前記第２外乱入力に所定の第２入力重み関数（例えば、後述の第２入力重み関数Ｇｉｄ（ｓ））を乗算したものと、の和を入力することが好ましい。
　（４）この場合、前記設計工程では、前記一般化プラントに対し、前記軸トルク検出器によるトルク検出誤差に相当する第３外乱入力（例えば、後述の第３外乱入力ｗ３）が入力される第３外乱入力ポート（例えば、後述の第３外乱入力ポート８３）をさらに設定し、前記積分操作量算出部には、前記第１外乱入力に所定の第１入力重み関数（例えば、後述の第１入力重み関数Ｇｒ（ｓ））を乗算したものから、前記公称プラントの出力と前記第３外乱入力に所定の第３入力重み関数（例えば、後述の第３入力重み関数Ｇｎ（ｓ））を乗算したものとの和を減算したものを入力することが好ましい。
　（５）この場合、前記設計工程では、前記一般化プラントに対し、前記公称プラントの出力に所定の第３出力重み関数（例えば、後述の第３出力重み関数Ｇｔ（ｓ））を乗算したものを第３制御量出力（例えば、後述の第３制御量出力ｚ３）として出力する第３制御量出力ポート（例えば、後述の第３制御量出力ポート８６）をさらに設定し、前記第３出力重み関数を、前記ダイナモメータと前記供試体との間におけるねじり共振周波数を含む周波数帯域において他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定することが好ましい。
　（６）本発明に係る設計方法は、制御対象（例えば、後述の試験システム１）の制御出力と当該制御出力に対する指令との偏差を積分し、指定値の積分ゲイン（例えば、後述の積分ゲインＫｉ）を乗算することにより第１入力を算出する積分器（例えば、後述の積分器５２）と、前記制御出力に基づいて第２入力を算出する非積分器（例えば、後述の非積分器５３）と、前記第１及び第２入力に基づいて前記制御入力を生成し、前記制御対象に入力する制御入力生成器（例えば、後述のトルク電流指令生成器５４）と、を備えるフィードバック制御器（例えば、後述の軸トルク制御器５）を設計する方法に関する。前記設計方法は、前記制御対象の前記制御入力から前記制御出力までの入出力特性を模した公称プラント（例えば、後述の公称プラントＮ）を備える一般化プラント（例えば、後述の一般化プラントＰ）と、当該一般化プラントの出力に基づいて当該一般化プラントへ入力を与える制御器（例えば、後述のμ制御器Ｋ）と、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすような前記制御器をコンピュータによって設計する設計工程（例えば、後述の図６のＳ１、Ｓ２）と、前記制御器を前記非積分器として前記フィードバック制御器に実装する実装工程（例えば、後述の図６のＳ３）と、を備える。前記設計工程では、前記一般化プラントに対し、前記指令に相当する第１外乱入力（例えば、後述の第１外乱入力ｗ１）が入力される第１外乱入力ポート（例えば、後述の第１外乱入力ポート８１）と、前記第１外乱入力と前記公称プラントの出力との偏差入力を積分し、前記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部（例えば、後述の積分操作量算出部９０）と、前記公称プラントの出力を前記制御器へ入力することにより当該制御器で得られる出力と前記積分操作量とを合算し、前記公称プラントへの入力を生成する合算部（例えば、後述の合算部９１）と、前記偏差入力に所定の第１出力重み関数（例えば、後述の第１出力重み関数Ｇｅ（ｓ））を乗算したものを第１制御量出力（例えば、後述の第１制御量出力ｚ１）として出力する第１制御量出力ポート（例えば、後述の第１制御量出力ポート８４）と、前記制御器の出力に所定の第２出力重み関数（例えば、後述の第２出力重み関数Ｇｉｐ（ｓ））を乗算したものを第２制御量出力（例えば、後述の第２制御量出力ｚ２）として出力する第２制御量出力ポート（例えば、後述の第２制御量出力ポート８５）と、を設定することを特徴とする。
　（７）本発明に係る軸トルク制御器（例えば、後述の軸トルク制御器５）は、供試体（例えば、後述の供試体Ｗ）の軸（例えば、後述の入力軸ＳＩ）に連結されたダイナモメータ（例えば、後述の入力側ダイナモメータ２１）と、トルク電流指令信号に応じた電力を前記ダイナモメータに供給するインバータ（例えば、後述の入力側インバータ２３）と、前記ダイナモメータと前記供試体との間の軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器（例えば、後述の入力側軸トルクメータ２５）と、を備える試験システム（例えば、後述の試験システム１）を制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を抑制するように前記トルク電流指令信号を生成する。前記軸トルク制御器は、前記軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を積分し、指定値の積分ゲイン（例えば、後述の積分ゲインＫｉ）を乗算することにより第１入力を算出する積分器（例えば、後述の積分器５２）と、前記軸トルク検出信号に基づいて第２入力を算出する非積分器（例えば、後述の非積分器５３）と、を備え、前記第１及び第２入力を合算することにより前記トルク電流指令信号を生成し、前記非積分器は、前記制御対象の前記トルク電流指令信号から前記軸トルク検出信号までの入出力特性を模した公称プラント（例えば、後述の公称プラントＮ）を備える一般化プラント（例えば、後述の一般化プラントＰ）と、当該一般化プラントの出力に基づいて当該一般化プラントへ入力を与える制御器（例えば、後述のμ制御器Ｋ）と、を備えるフィードバック制御系（例えば、後述のフィードバック制御系８）において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計された前記制御器を備える。前記一般化プラントは、前記軸トルク指令信号に相当する第１外乱入力（例えば、後述の第１外乱入力ｗ１）が入力される第１外乱入力ポート（例えば、後述の第１外乱入力ポート８１）と、前記第１外乱入力と前記公称プラントの出力との偏差入力を積分し、前記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部（例えば、後述の積分操作量算出部９０）と、前記公称プラントの出力を前記制御器へ入力することにより当該制御器で得られる出力と前記積分操作量とを合算し、前記公称プラントへの入力を生成する合算部（例えば、後述の合算部９１）と、前記偏差入力に所定の第１出力重み関数（例えば、後述の第１出力重み関数Ｇｅ（ｓ））を乗算したものを第１制御量出力（例えば、後述の第１制御量出力ｚ１）として出力する第１制御量出力ポート（例えば、後述の第１制御量出力ポート８４）と、前記制御器の出力に所定の第２出力重み関数（例えば、後述の第２出力重み関数Ｇｉｐ（ｓ））を乗算したものを第２制御量出力（例えば、後述の第２制御量出力ｚ２）として出力する第２制御量出力ポート（例えば、後述の第２制御量出力ポート８５）と、を備える。
　（１）本発明は、ダイナモメータ、インバータ、及び軸トルク検出器を備える試験システムを制御対象とした軸トルク制御器の設計方法に関する。この軸トルク制御器は、軸トルク指令信号と軸トルク検出信号の偏差を積分し、さらに所定の指定値の積分ゲインを乗算することにより第１入力を算出する積分器と、軸トルク検出信号に基づいて第２入力を算出する非積分器と、これら第１及び第２入力に基づいてトルク電流指令信号を生成するトルク電流指令生成器と、を備える。また本発明では、制御対象の入出力特性を模した公称プラントを備える一般化プラントと、制御器と、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすような制御器をコンピュータによって設計する設計工程と、この設計工程を経て得られる制御器を非積分器として軸トルク制御器に実装する実装工程と、を経て軸トルク制御器を設計する。このように軸トルク制御器は、指定値の積分ゲインの下で積分演算を行う積分器を備えるが、非積分器を従来の一般化プラントに基づく設計方法によって設計すると、積分器及び非積分器を合せた軸トルク制御器全体における積分要素の積分ゲインは、上記指定値からずれてしまう場合がある。そこで本発明の設計方法では、一般化プラントに対し、軸トルク指令信号に相当する第１外乱入力が入力される第１外乱入力ポートと、第１外乱入力と公称プラントの出力との偏差入力を積分し、上記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部と、公称プラントの出力を制御器へ入力することによりこの制御器で得られる出力と積分操作量とを合算し、公称プラントへの入力を生成する合算部と、偏差入力に所定の第１出力重み関数を乗算したものを第１制御量出力として出力する第１制御量出力ポートと、制御器の出力に所定の第２出力重み関数を乗算したものを第２制御量出力として出力する第２制御量出力ポートと、を設定する。このように本発明では、設計段階で一般化プラントに軸トルク制御器の積分器に相当する積分操作量算出部を予め組み込んでおくことにより、非積分器には積分要素を極力含まないようにすることができるので、軸トルク制御器全体における積分要素の積分ゲインを指定値に近づけることができる。
　（２）本発明の設計方法では、一般化プラントにおいて積分操作量算出部（軸トルク制御器における積分器に相当）への偏差入力に乗算する第１出力重み関数、及び一般化において制御器（軸トルク制御器における非積分器に相当）の出力に乗算する第２出力重み関数には、それぞれ積分特性を持たせる。これにより、本発明の設計方法を経て得られる軸トルク制御器全体における積分要素の積分ゲインを指定値に近づけることができる。
　（３）本発明の設計方法では、一般化プラントに対し、ダイナモメータのトルク制御誤差に相当する第２外乱入力が入力される第２外乱入力ポートを設定し、公称プラントに対し、制御器の出力と、積分操作量と、上記第２外乱入力に所定の第２入力重み関数を乗算したものと、の和を入力する。これにより、積分要素の積分ゲインを指定値に近づけ、かつダイナモメータのトルク制御誤差に対しロバスト性の高い軸トルク制御器を設計することができる。
　（４）本発明の設計方法では、一般化プラントに対し、軸トルク検出器によるトルク検出誤差に相当する第３外乱入力が入力される第３外乱入力ポートを設定し、積分操作量算出部には、第１外乱入力に第１入力重み関数を乗算したものから、公称プラントの出力と第３外乱入力に第３入力重み関数を乗算したものとの和を減算したものを入力する。これにより、積分要素の積分ゲインを指定値に近づけ、かつ軸トルク検出器のトルク検出誤差に対しロバスト性の高い軸トルク制御器を設計することができる。
　（５）本発明の設計方法では、一般化プラントに対し、公称プラントの出力に第３出力重み関数を乗算したものを第３制御量出力として出力する第３制御量出力ポートを設定し、この第３出力重み関数をダイナモメータと供試体との間におけるねじり共振周波数を含む周波数帯域において他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定する。これにより、積分要素の積分ゲインを指定値に近づけ、かつダイナモメータと供試体との間におけるねじり共振を抑制する機能を備える軸トルク制御器を設計することができる。
　（６）本発明は、制御対象の制御出力とこの制御出力に対する指令との偏差を積分し、指令値の積分ゲインを乗算することにより第１入力を算出する積分器と、制御出力に基づいて第２入力を算出する非積分器と、第１及び第２入力に基づいて制御入力を生成し、制御対象に入力する制御入力生成器と、を備えるフィードバック制御器の設計方法に関する。また本発明では、制御対象の入出力特性を模した公称プラントを備える一般化プラントと、制御器と、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすような制御器をコンピュータによって設計する設計工程と、この設計工程を経て得られる制御器を非積分器としてフィードバック制御器に実装する実装工程と、を経てフィードバック制御器を設計する。このようにフィードバック制御器は、指定値の積分ゲインの下で積分演算を行う積分器を備えるが、非積分器を従来の一般化プラントに基づく設計方法によって設計すると、積分器及び非積分器を合せたフィードバック制御器全体における積分要素の積分ゲインは、上記指定値からずれてしまう場合がある。そこで本発明の設計方法では、一般化プラントに対し、指令に相当する第１外乱入力が入力される第１外乱入力ポートと、第１外乱入力と公称プラントの出力との偏差入力を積分し、上記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部と、公称プラントの出力を制御器へ入力することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部と、公称プラントの出力を制御器へ入力することによりこの積分器で得られる出力と積分操作量とを合算し、公称プラントへの入力を生成する合算部と、偏差入力に所定の第１出力重み関数を乗算したものを第１制御量出力として出力する第１制御量出力ポートと、制御器の出力に所定の第２出力重み関数を乗算したものを第２制御量出力として出力する第２制御量出力ポートと、を設定する。このように本発明では、設計段階で一般化プラントにフォードバック制御器の積分器に相当する積分操作量算出部を予め組み込んでおくことにより、非積分器には積分要素を極力含まないようにすることができるので、フィードバック制御器全体における積分要素の積分ゲインを指定値に近づけることができる。
　（７）本発明の試験システムの軸トルク制御器は、上記（１）の設計方法に係る一般化プラントを用いて設計された非積分器を備える。よって本発明によれば、非積分器には積分要素を極力含まないようにすることができるので、軸トルク制御器全体における積分要素の積分ゲインを指定値に近づけることができる。
本発明の一実施形態に係る軸トルク制御器が適用されたドライブトレインの試験システムの構成を示す図である。 軸トルク制御器の制御回路の構成を示す図である。 軸トルク制御器を設計する際に用いられるフィードバック制御系の構成を示す図である。 軸トルク制御器の非積分器を設計する際に用いられる一般化プラントの構成を示す図である。 公称プラントの構成を示す図である。 一般化プラントに基づいて軸トルク制御器を設計する手順を示すフローチャートである。 各軸トルク制御器における軸トルク偏差に対するトルク電流指令信号の特性を示すボード線図である。
　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、本実施形態に係る軸トルク制御器５を備えるドライブトレインの試験システム１の構成を示す図である。なお図１には、ＦＦ駆動方式の車両のドライブトレインを供試体Ｗとし、この供試体Ｗの性能を評価する試験システム１の例を示すが、本発明はこれに限るものではない。供試体Ｗは、例えばＦＲ駆動方式の車両のドライブトレインとしてもよい。
　供試体Ｗは、車両用のドライブトレインであり、完成車に搭載した状態では図示しないエンジンが接続される入力軸ＳＩと、ドライブシャフトである左右の出力軸ＳＯ１，ＳＯ２と、入力軸ＳＩに入力された動力を増幅して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に伝達するトルクコンバータＴＣと、入力軸ＳＩに入力された動力を変速して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に伝達する変速機ＴＭと、を備える。
　試験システム１は、供試体Ｗの入力軸ＳＩ側に設けられた入力側ダイナモメータ２１、入力側インバータ２３、入力側軸トルクメータ２５、入力側エンコーダ２６、及び軸トルク制御器５と、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２側に設けられた第１出力側ダイナモメータ３１、第２出力側ダイナモメータ３２、第１出力側インバータ３３、第２出力側インバータ３４、第１出力側軸トルクメータ３５、第１出力側エンコーダ３６、第２出力側軸トルクメータ３７、第２出力側エンコーダ３８、及び出力側制御装置６と、を備える。
　入力側ダイナモメータ２１の出力軸Ｓの先端側は、供試体Ｗの入力軸ＳＩに連結されている。入力側インバータ２３は、軸トルク制御器５において生成される入力側トルク電流指令信号が入力されると、この入力側トルク電流指令信号に応じた電力を入力側ダイナモメータ２１に供給する。これにより入力側ダイナモメータ２１は、入力側トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。
　入力側軸トルクメータ２５は、入力側ダイナモメータ２１の出力軸Ｓと供試体Ｗの入力軸ＳＩとの間の軸トルクに応じた入力側軸トルク検出信号を生成し、軸トルク制御器５へ入力する。入力側エンコーダ２６は、入力側ダイナモメータ２１の出力軸Ｓの回転速度（軸の単位時間当たりの回転数）を検出し、この回転速度に応じた入力側速度検出信号を生成し、軸トルク制御器５へ入力する。
　軸トルク制御器５は、入力側軸トルクメータ２５による入力側軸トルク検出信号と、入力側軸トルクメータ２５によって検出される軸トルクに対する指令信号に相当する上位軸トルク指令信号と、に基づいて入力側トルク電流指令信号を生成し、この入力側トルク電流指令信号を入力側インバータ２３へ入力するフィードバック制御器である。なお上位軸トルク指令信号は、供試体Ｗに対する試験の内容に応じて図示しない上位コントローラにおいて生成される。これにより軸トルク制御器５は、供試体Ｗが搭載される完成車におけるエンジンを模擬した駆動トルクを入力側ダイナモメータ２１に発生させ、供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動する。
　軸トルク制御器５は、上位軸トルク指令信号と入力側軸トルク検出信号との軸トルク偏差（上位軸トルク指令信号－入力側軸トルク検出信号）を抑制するように入力側トルク電流指令信号を生成する軸トルク偏差抑制機能と、出力軸Ｓと入力軸ＳＩとの間におけるねじり共振を抑制する共振抑制機能との両方の機能を少なくとも備える。これら軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備える軸トルク制御器５は、後に図２～図６等を参照して説明する手順に従って設計されたものが用いられる。
　第１出力側ダイナモメータ３１の出力軸は、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１に連結されている。第１出力側インバータ３３は、出力側制御装置６によって生成される第１出力側トルク電流指令信号が入力されると、この第１出力側トルク電流指令信号に応じた電力を第１出力側ダイナモメータ３１に供給する。これにより第１出力側ダイナモメータ３１は、第１出力側トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。第１出力側軸トルクメータ３５は、第１出力側ダイナモメータ３１の出力軸と供試体Ｗの出力軸ＳＯ１との間の軸トルクに応じた第１出力側軸トルク検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。第１出力側エンコーダ３６は、第１出力側ダイナモメータ３１の出力軸の回転速度を検出し、この回転速度に応じた第１出力側速度検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。
　第２出力側ダイナモメータ３２の出力軸は、供試体Ｗの出力軸ＳＯ２に連結されている。第２出力側インバータ３４は、出力側制御装置６によって生成される第２出力側トルク電流指令信号が入力されると、この第２出力側トルク電流指令信号に応じた電力を第２出力側ダイナモメータ３２に供給する。これにより第２出力側ダイナモメータ３２は、第２出力側トルク電流指令信号に応じたトルクを発生する。第２出力側軸トルクメータ３７は、第２出力側ダイナモメータ３２の出力軸と供試体Ｗの出力軸ＳＯ２との間の軸トルクに応じた第２出力側軸トルク検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。第２出力側エンコーダ３８は、第２出力側ダイナモメータ３２の出力軸の回転速度を検出し、この回転速度に応じた第２出力側速度検出信号を生成し、出力側制御装置６へ入力する。
　出力側制御装置６は、第１出力側軸トルクメータ３５による第１出力側軸トルク検出信号、第１出力側エンコーダ３６による第１出力側速度検出信号、第２出力側軸トルクメータ３７による第２出力側軸トルク検出信号、及び第２出力側エンコーダ３８による第２出力側速度検出信号等の入力信号を用いることにより、第１出力側トルク電流指令信号及び第２出力側トルク電流指令信号を生成し、これらを第１出力側インバータ３３及び第２出力側インバータ３４へ入力する。これにより出力側制御装置６は、供試体Ｗが搭載される完成車におけるタイヤ慣性や車体慣性を模擬した負荷やその他供試体Ｗにかかる負荷を、第１出力側ダイナモメータ３１及び第２出力側ダイナモメータ３２を介して出力軸ＳＯ１，ＳＯ２に付与する。
　試験システム１では、軸トルク制御器５によって供試体Ｗの入力軸ＳＩを駆動すると同時に、出力側制御装置６によって供試体Ｗの出力軸ＳＯ１，ＳＯ２にタイヤ慣性や車体慣性を模擬した負荷やその他供試体Ｗにかかる負荷を付与することにより、実車の走行状態に近い状態の下で供試体Ｗの耐久性能や品質等を評価する。
　次に、以上のような軸トルク偏差抑制機能及び共振抑制機能を備える軸トルク制御器５を設計する手順について、図面を参照しながら説明する。なお以下では、試験システム１のうち供試体Ｗの入力軸ＳＩ側の構成に着目して説明することから、入力側ダイナモメータ２１を単にダイナモメータ２１といい、入力側インバータ２３を単にインバータ２３といい、入力側軸トルクメータ２５を単に軸トルクメータ２５といい、入力側軸トルク検出信号を単に軸トルク検出信号といい、入力側エンコーダ２６を単にエンコーダ２６といい、入力側速度検出信号を単に速度検出信号といい、入力側トルク電流指令信号を単にトルク電流指令信号という。
　図２は、軸トルク制御器５の制御回路の構成を示す図である。軸トルク制御器５は、上位軸トルク指令信号と軸トルク検出信号との偏差を算出する偏差演算部５１と、偏差演算部５１によって算出される偏差に基づいて第１入力を算出する積分器５２と、軸トルク検出信号に基づいて第２入力を算出する非積分器５３と、第１及び第２入力に基づいてトルク電流指令信号を生成し、インバータ２３へ入力するトルク電流指令生成器５４と、を備える。
　偏差演算部５１は、上位軸トルク指令信号から軸トルク検出信号を減算することにより偏差を算出する。積分器５２は、偏差を積分する積分演算部５２１と、この積分演算５２１の出力に、指定値の積分ゲインＫｉを乗算することにより第１入力を算出する積分ゲイン乗算部５２２と、を備える。非積分器５２は、後に図３～図６等を参照して説明する手順に従って設計されるμ制御器Ｋが用いられる。トルク電流指令生成器５４は、第１入力と第２入力とを合算することにより、トルク電流指令信号を生成する。軸トルク制御器５は、以上のような機能を備える偏差演算部５１、積分器５２、非積分器５３、及びトルク電流指令生成部５４を、図２の回路図に示すような組み合わせでデジタルシグナルプロセッサやマイクロコンピュータ等の入出力ポートを備えるハードウェアに実装することによって構成される。
　また以上のように構成された試験システム１において、後述のμ制御器Ｋが実装された軸トルク制御器５は、図示しない上位コントローラから通信を介して送信される上位軸トルク指令信号と、軸トルクメータ２５から送信される軸トルク検出信号とが入力されると、トルク電流指令信号を生成し、通信を介してインバータ２３へ入力する。ダイナモメータ２１と電気的に接続されているインバータ２３は、軸トルク制御器５からトルク電流指令信号が入力されると、このトルク電流指令信号に応じたトルクをダイナモメータ２１に発生させる。なおこの際に想定される外乱要素は、軸トルクメータ２５において軸トルクを計測する際に発生するノイズや、各通信経路における時間の遅れ、インバータ２３の制御応答等によるトルク電流指令信号とダイナモメータ２１における発生トルクとの間の非線形性のずれ等がある。なお上述の上位軸トルク指令信号は、上述のように軸トルク制御器５とは別の上位コントローラによって生成してもよいし、軸トルク制御器５の内部においてμ制御器Ｋ等とは別に構築されたモジュールによって生成してもよい。
　図３は、軸トルク制御器５の非積分器５３を設計する際に用いられるフィードバック制御系８の構成を示す図である。図３のフィードバック制御系は、試験システム１の入出力特性を模した公称プラントＮを備える一般化プラントＰと、この一般化プラントＰの出力に基づいてこの一般化プラントＰに対し入力を与えるμ制御器Ｋと、を組み合わせることによって構成される。
　一般化プラントＰには、第１外乱入力ｗ１、第２外乱入力ｗ２、及び第３外乱入力ｗ３で構成される入力と、第１制御量出力ｚ１、第２制御量出力ｚ２、第３制御量出力ｚ３、及び第４制御量出力ｚ４で構成される出力とが定義されている。また一般化プラントＰとμ制御器Ｋとの間には、軸トルク検出信号に相当する観測出力ｙと、トルク電流指令信号に相当する制御入力ｕと、が定義されている。
　図４は、非積分器５３を設計する際に用いられる一般化プラントＰの構成を示す図である。一般化プラントＰは、第１外乱入力ｗ１が入力される第１外乱入力ポート８１と、第２外乱入力ｗ２が入力される第２外乱入力ポート８２と、第３外乱入力ｗ３が入力される第３外乱入力ポート８３と、第１制御量出力ｚ１を出力する第１制御量出力ポート８４と、第２制御量出力ｚ２を出力する第２制御量出力ポート８５と、第３制御量出力ｚ３を出力する第３制御量出力ポート８６と、第４制御量出力ｚ４を出力する第４制御量出力ポート８７と、制御入力ｕが入力される制御入力ポート８８と、観測出力ｙを出力する観測出力ポート８９と、制御対象である試験システム１の入出力特性を模した公称プラントＮと、軸トルク制御器５の積分器５２の入出力特性を模した積分操作量算出部９０と、軸トルク制御器５のトルク電流指令生成器５４の入出力特性を模した合算部９１と、軸トルク制御器５の偏差演算部５１の入出力特性を模した減算部９４と、複数の重み関数Ｇｉｄ（ｓ），Ｇｒ（ｓ），Ｇｎ（ｓ），Ｇｅ（ｓ），Ｇｉｐ（ｓ），Ｇｉｒ（ｓ），Ｇｔ（ｓ）と、を備える。
　公称プラントＮは、図１を参照して説明した試験システム１における入力の１つであるダイナモトルクｉ１から、試験システム１における出力の１つである伝達トルクｔ１までの特性を模した入出力特性を備える。
　ダイナモトルクｉ１は、試験システム１において、インバータ２３に入力されるトルク電流指令信号に基づいて、ダイナモメータ２１において発生するトルクに相当する。伝達トルクｔ１は、試験システム１において、ダイナモメータ２１の出力軸Ｓから供試体Ｗの入力軸ＳＩへ伝達するトルク、換言すれば出力軸Ｓと入力軸ＳＩとの間における軸トルクに相当する。なおこの伝達トルクｔ１は、試験システム１では軸トルクメータ２５によって検出される。
　図５は、公称プラントＮの構成を示す図である。図５に示すように、公称プラントＮは、例えば供試体慣性モーメントＪｗ、及びダイナモ慣性モーメントＪ１を有する２つの慣性体を、ねじり剛性Ｋ１を有する軸体で直列に連結して構成される２慣性系の運動方程式（下記式（１－１）～（１－３）参照）に基づいて構築される。なお本実施形態では、試験システム１において、出力側ダイナモメータ３１，３２により出力軸ＳＯ１，ＳＯ２を介して供試体Ｗに入力される供試体トルクを無視する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図５及び以下の説明において、“ｓ”はラプラス演算子である。供試体慣性モーメントＪｗは、試験システム１において供試体Ｗの慣性モーメントに相当する。ダイナモ慣性モーメントＪ１は、試験システム１においてダイナモメータ２１の慣性モーメントに相当する。ねじり剛性Ｋ１は、試験システム１において供試体Ｗとダイナモメータ２１とを連結する装置のねじり剛性に相当する。また図５において伝達関数Ｇｔｍ（ｓ）は、試験システム１において、軸トルクメータ２５の応答特性に相当する。また上記式（１－１）～（１－３）において“ω１”は、ダイナモメータ２１の出力軸Ｓの回転速度に相当し、“ωｗ”は、供試体Ｗの入力軸ＳＩの回転速度に相当する。
　公称モデルＮは、図５及び上記式（１－１）～（１－３）に示すような運動方程式を用いることにより、ダイナモトルクｉ１に基づいて、伝達トルクｔ１を生成する。
　図４に戻り、一般化プラントＰには、第１外乱入力ｗ１、第２外乱入力ｗ２、第３外乱入力ｗ３、第１制御量出力ｚ１、第２制御量出力ｚ２、第３制御量出力ｚ３、第４制御量出力ｚ４、制御入力ｕ、及び観測出力ｙから成る複数の入出力信号が定義されている。これら入出力信号と、図１の試験システム１との対応関係は以下の通りである。
　第２外乱入力ｗ２は、第２外乱入力ポート８２を介して一般化プラントＰへ入力される入力信号である。第２外乱入力ｗ２は、試験システム１においてインバータ２３及びダイナモメータ２１のトルク制御誤差（トルク電流指令信号とダイナモトルクｉ１との間のずれ）に相当する外乱入力である。一般化プラントＰでは、このような第２外乱入力ｗ２を第２外乱入力ポート８２へ入力することにより、トルク制御誤差による影響が評価される。一般化プラントＰにおいて、第２外乱入力ｗ２を第２入力重み関数Ｇｉｄ（ｓ）によって重み付けされた信号と後述の合算部９１の出力信号とを合算して得られる信号は、ダイナモトルクｉ１として公称プラントＮに入力される。この第２入力重み関数Ｇｉｄ（ｓ）は、インバータ２３及びダイナモメータ２１におけるトルク制御誤差の周波数特性に応じて設定される。インバータ２３の制御応答には上限があることから、トルク制御誤差は、高周波数帯域において大きくなる特性がある。そこで第２入力重み関数Ｇｉｄ（ｓ）は、トルク制御誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第３外乱入力ｗ３は、第３外乱入力ポート８３を介して一般化プラントＰへ入力される入力信号である。第３外乱入力ｗ３は、試験システム１において軸トルクメータ２５によるトルク検出誤差（軸トルク検出信号と伝達トルクｔ１とのずれ）に相当する外乱入力である。一般化プラントＰでは、このような第３外乱入力ｗ３を第３外乱入力ポート８３へ入力することにより、トルク検出誤差による影響が評価される。一般化プラントＰにおいて、第３外乱入力ｗ３を第３入力重み関数Ｇｎ（ｓ）によって重み付けされた信号と公称プラントＮから出力される伝達トルクｔ１とを合算して得られる信号は、観測出力ｙとして観測出力ポート８９から出力される。この第３外乱入力ｗ３は、軸トルクメータ２５によるトルク検出誤差の周波数特性に応じて設定される。より具体的には、トルク検出誤差が大きくなる傾向がある高周波数帯域では、トルク検出誤差が小さくなる傾向がある低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第１外乱入力ｗ１は、第１外乱入力ポート８１を介して一般化プラントＰへ入力される入力信号である。第１外乱入力ｗ１は、試験システム１において上位軸トルク指令信号に相当する外乱入力である。一般化プラントＰでは、このような第１外乱入力ｗ１を第１外乱入力ポート８１へ入力することにより、上位軸トルク指令信号による影響が評価される。一般化プラントＰにおいて、第１外乱入力ｗ１を第１入力重み関数Ｇｒ（ｓ）によって重み付けされた信号は、後述の減算部９４に入力される。この第１入力重み関数Ｇｒ（ｓ）は、例えば定数に設定される。
　観測出力ｙは、一般化プラントＰから観測出力ポート８９へ出力され、μ制御器Ｋへ入力される信号であり、試験システム１の軸トルク制御器５において非積分器５３へ入力される軸トルク検出信号に相当する。この観測出力ｙは、上述のように第３外乱入力ｗ３を第３入力重み関数Ｇｎ（ｓ）によって重み付けされたものと、公称プラントＮから出力される伝達トルクｔ１とを合算することによって算出される。
　制御入力ｕは、μ制御器Ｋから出力され、制御入力ポート８８を介して一般化プラントＰへ入力される信号であり、試験システム１の軸トルク検出器５において非積分器５３から出力される第２入力に相当する。一般化プラントＰにおいて、制御入力ポート８８を介して入力される制御入力ｕは、後述の合算部９１に入力される。
　減算部９４は、軸トルク制御器５において偏差演算部５１に相当する。減算部９４は、第１外乱入力ｗ１を第１入力重み関数Ｇｒ（ｓ）で重み付けした信号から、観測出力ｙを減算することによって偏差入力を算出し、積分操作量算出部９０へ入力する。
　積分操作量算出部９０は、軸トルク制御器５において積分器５２に相当する。積分操作量算出部９０は、減算部９４によって算出される偏差入力を積分するとともに、軸トルク制御器５の積分ゲイン乗算部５２２と同じ指定値の積分ゲインＫｉを乗算することによって積分操作量を算出し、合算部９１へ入力する。
　合算部９１は、軸トルク制御器５においてトルク電流指令生成器５４に相当する。合算部９１は、上述のようにトルク検出誤差を含む観測出力ｙをμ制御器Ｋへ入力することによりこのμ制御器で得られる制御入力ｕと、積分操作量算出部９０によって算出される積分操作量とを合算することにより、公称プラントＮへの入力信号を生成する。この合算部９１の出力信号は、試験システム１において軸トルク制御器５によって生成されるトルク電流指令信号に相当する。上述のように合算部９１の出力信号と第２外乱入力ｗ２を第２入力重み関数Ｇｉｄ（ｓ）で重み付けした信号とを合算したものは、ダイナモトルクｉ１として公称プラントＮに入力される。
　第１制御量出力ｚ１は、第１制御量出力ポート８４を介して一般化プラントＰから出力される出力信号である。第１制御量出力ｚ１は、軸トルク制御器５において積分器５２に入力される偏差入力（上位軸トルク指令信号－軸トルク検出信号）に相当する。一般化プラントＰにおいて、第１制御量出力ｚ１は、積分操作量算出部９０に入力される偏差入力に第１出力重み関数Ｇｅ（ｓ）を乗算することによって算出される。一般化プラントＰでは、このような第１制御量出力ｚ１を第１制御量出力ポート８４から出力することにより、積分器５２への偏差入力を評価することができる。この第１出力重み関数Ｇｅ（ｓ）は、軸トルク偏差抑制機能を備える軸トルク制御器５が得られるように、積分特性を有するように設定される。
　第２制御量出力ｚ２は、第２制御量出力ポート８５を介して一般化プラントＰから出力される出力信号である。第２制御量出力ｚ２は、軸トルク制御器５において非積分器５３から出力される第２入力に相当する。一般化プラントＰにおいて、第２制御量出力ｚ２は、μ制御器Ｋから出力される制御入力ｕに第２出力重み関数Ｇｉｐ（ｓ）を乗算することによって算出される。一般化プラントＰでは、このような第２制御量出力ｚ２を第２制御量出力ポート８５から出力することにより、非積分器５３からの第２入力を評価することができる。この第２出力重み関数Ｇｉｐ（ｓ）は、μ制御器Ｋが非積分器５３として組み込まれた軸トルク制御器５全体における積分要素の積分ゲインが、積分器５２の積分ゲインＫｉと等しくなるように、積分特性を有するように設定される。
　第３制御量出力ｚ３は、第３制御量出力ポート８６を介して一般化プラントＰから出力される出力信号である。第３制御量出力ｚ３は、試験システム１において伝達トルクｔ１に相当する。一般化プラントＰにおいて、第３制御量出力ｚ３は、公称プラントＮから出力される伝達トルクｔ１に第３出力重み関数Ｇｔ（ｓ）を乗算することによって算出される。一般化プラントＰでは、このような第３制御量出力ｚ３を第３制御量出力ポート８６から出力することにより、伝達トルクｔ１を評価することができる。この第３出力重み関数Ｇｔ（ｓ）は、共振抑制機能を備える軸トルク制御器５が得られるように、供試体Ｗとダイナモメータ２１とを連結する装置における共振特性に基づいて設定される。より具体的には、第３出力重み関数Ｇｔ（ｓ）は、供試体Ｗとダイナモメータ２１とを連結する装置におけるねじり共振周波数帯域において、他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　第４制御量出力ｚ４は、第４制御量出力ポート８７を介して一般化プラントＰから出力される出力信号である。第４制御量出力ｚ４は、試験システム１において軸トルク制御器５から出力されるトルク電流指令信号に相当する。一般化プラントＰにおいて、第４制御量出力ｚ４は、合算部９１の出力信号に第４出力重み関数Ｇｉｒ（ｓ）を乗算することによって算出される。一般化プラントＰでは、このような第４制御量出力ｚ４を第４制御量出力ポート８７から出力することにより、軸トルク制御器５のトルク電流指令信号を評価することができる。この第４出力重み関数Ｇｉｒ（ｓ）は、例えば、高周波数帯域において低周波数帯域よりも大きな重みになるように設定される。
　図６は、一般化プラントＰに基づいて軸トルク制御器５を設計する手順を示すフローチャートである。
　始めにＳ１では、コンピュータを用いて、公称プラントＮと、各種入力（ｗ１～ｗ３，ｕ）と、各種出力（ｚ１～ｚ４，ｙ）と、各種ポート８１～８９と、重み関数Ｇｉｄ（ｓ），Ｇｒ（ｓ），Ｇｎ（ｓ），Ｇｅ（ｓ），Ｇｉｐ（ｓ），Ｇｉｒ（ｓ），Ｇｔ（ｓ）と、積分操作量算出部９０と、合算部９１と、減算部９４と、を設定することにより、図３及び図４を参照して説明したような一般化プラントＰを構築する。
　次にＳ２では、一般化プラントＰとμ制御器Ｋとを組み合わせて構成されるフィードバック制御系８において、ロバスト安定性が実現するように定められた所定の設計条件が満たされるように、コンピュータによってμ制御器Ｋを設計する。より具体的には、このようなμ制御器Ｋは、例えばコンピュータ上でＤ－Ｋイタレーション法に基づく反復演算を行うことによって導出される。
　次にＳ３では、Ｓ２で得られたμ制御器Ｋを非積分器５３とし、偏差演算部５１と、積分器５２と、非積分器５３と、トルク電流指令生成部５４と、を図２の回路図に示すような組み合わせで入出力ポートを備えるハードウェアに実装することによって、軸トルク制御器５を設計する。
　次に、本実施形態の設計方法に基づいて設計される軸トルク制御器５の特性について、比較例の軸トルク制御器の特性と比較しながら説明する。ここで比較例の軸トルク制御器とは、非特許文献１に記載された制御器設計方法に基づいて設計されたものをいう。なおこの比較例の軸トルク制御器に軸トルク偏差抑制機能を持たせるため、一般化プラントには、積分特性を備える重み関数によって重み付けした軸トルク偏差を出力する制御量出力ポートを設定した。
　図７は、各軸トルク制御器における軸トルク偏差に対するトルク電流指令信号の特性を示すボード線図である。図７において太線は比較例の軸トルク制御器の特性を示す。また図７において太破線は軸トルク制御器に対し要求される理想的な積分器の特性を示す。また図７において細線は、図２の積分器５２の積分ゲインＫｉ及び図４の一般化プラントＰの積分ゲインＫｉの指定値を、太破線で示す理想的な積分器の積分ゲインの値と等しく設定した上で、図２～図６を参照して説明した手順に従って設計された本実施形態に係る軸トルク制御器５の特性を示す。
　上述のように非特許文献１に記載された制御器設計方法では、最終的に得られる軸トルク制御器の積分ゲインの値を設計段階で指定することができない。このため、図７に示すように比較例の軸トルク制御器の積分ゲインは、理想的な積分器の積分ゲインと一致しない。
　これに対し本実施形態の設計方法では、設計段階で積分器５２の積分ゲインＫｉ及び一般化プラントＰの積分ゲインＫｉの指定値を理想的な積分器の積分ゲインの値と等しくすることにより、最終的に得られる軸トルク制御器５の積分ゲインの値を設計段階で設定した指定値に近づけることができる。このため図７に示すように、本実施形態の設計方法によれば、軸トルク制御器５の積分ゲインの値を理想的な積分器の積分ゲインの値に近づけることができる。
　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、本発明に係る軸トルク制御器の設計方法を、車両のドライブトレインを供試体Ｗとしたドライブトレインの試験システム１において、供試体Ｗの入力軸ＳＩに接続される入力側ダイナモメータ２１を制御する軸トルク制御器５に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明に係る軸トルク制御器の設計方法は、ドライブトレインの試験システム１において、供試体Ｗの出力軸ＳＯ１に接続される第１出力側ダイナモメータ３１や出力軸ＳＯ２に接続される第２出力側ダイナモメータ３２を制御する軸トルク制御器に適用してもよい。
　また上記実施形態では、本発明に係る軸トルク制御器の設計方法を、車両のドライブトレインを供試体Ｗとしたドライブトレインの試験システム１を制御対象とする軸トルク制御器に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明に係る軸トルク制御器の設計方法は、車両のエンジンを供試体としたエンジンの試験システム（所謂、エンジンベンチシステム）を制御対象とする軸トルク制御器に適用してもよい。
　また上記実施形態では、本発明に係るフィードバック制御器の設計方法を、試験システム１を制御対象とした軸トルク制御器に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明に係るフィードバック制御器の設計方法は、何らかの制御入力が入力されると何らかの制御出力を発生するものを制御対象としたフィードバック制御器であって、制御対象の制御出力とこの制御出力に対する指令との偏差を積分し、指定値の積分ゲインを乗算することにより第１入力を算出する積分器と、制御対象の制御出力に基づいて第２入力を算出する非積分器と、第１及び第２入力に基づいて制御入力を生成し、制御対象に入力する制御入力生成器と、を備えるフィードバック制御器に適用してもよい。
　１…試験システム
　Ｗ…供試体
　ＳＩ…入力軸（軸）
　ＳＯ１，ＳＯ２…出力軸
　２１…入力側ダイナモメータ２１（ダイナモメータ）
　２３…入力側インバータ（インバータ）
　２５…入力側軸トルクメータ（軸トルク検出器）
　５…軸トルク制御器
　５２…積分器
　５３…非積分器
　８…フィードバック制御系
　Ｐ…一般化プラント
　Ｎ…公称プラント
　８１…第１外乱入力ポート
　８２…第２外乱入力ポート
　８３…第３外乱入力ポート
　８４…第１制御量出力ポート
　８５…第２制御量出力ポート
　８６…第３制御量出力ポート
　９０…積分操作量算出部
　９１…合算部
　Ｋ…μ制御器（制御器）
　ｗ１…第１外乱入力
　Ｇｒ（ｓ）…第１入力重み関数
　ｗ２…第２外乱入力
　Ｇｉｄ（ｓ）…第２入力重み関数
　ｗ３…第３外乱入力
　Ｇｎ（ｓ）…第３入力重み関数
　ｚ１…第１制御量出力
　Ｇｅ（ｓ）…第１出力重み関数
　ｚ２…第２制御量出力
　Ｇｉｐ（ｓ）…第２出力重み関数
　ｚ３…第３制御量出力
　Ｇｔ（ｓ）…第３出力重み関数

 

Claims (7)

  1. 　供試体の軸に連結されたダイナモメータと、トルク電流指令信号に応じた電力を前記ダイナモメータに供給するインバータと、前記ダイナモメータと前記供試体との間の軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器と、を備える試験システムを制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を抑制するように前記トルク電流指令信号を生成する試験システムの軸トルク制御器の設計方法であって、
    　前記軸トルク制御器は、前記軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を積分し、指定値の積分ゲインを乗算することにより第１入力を算出する積分器と、前記軸トルク検出信号に基づいて第２入力を算出する非積分器と、前記第１及び第２入力に基づいて前記トルク電流指令信号を生成し、前記インバータへ入力するトルク電流指令生成器と、を備え、
    　前記設計方法は、
    　前記制御対象の前記トルク電流指令信号から前記軸トルク検出信号までの入出力特性を模した公称プラントを備える一般化プラントと、当該一般化プラントの出力に基づいて当該一般化プラントへ入力を与える制御器と、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすような前記制御器をコンピュータによって設計する設計工程と、
    　前記制御器を前記非積分器として前記軸トルク制御器に実装する実装工程と、を備え、
    　前記設計工程では、
    　前記一般化プラントに対し、
    　前記軸トルク指令信号に相当する第１外乱入力が入力される第１外乱入力ポートと、
    　前記第１外乱入力と前記公称プラントの出力との偏差入力を積分し、前記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部と、
    　前記公称プラントの出力を前記制御器へ入力することにより当該制御器で得られる出力と前記積分操作量とを合算し、前記公称プラントへの入力を生成する合算部と、
    　前記偏差入力に所定の第１出力重み関数を乗算したものを第１制御量出力として出力する第１制御量出力ポートと、
    　前記制御器の出力に所定の第２出力重み関数を乗算したものを第２制御量出力として出力する第２制御量出力ポートと、を設定することを特徴とする試験システムの軸トルク制御器の設計方法。
  2. 　前記第１及び第２出力重み関数は、積分特性を備えることを特徴とする請求項１に記載の試験システムの軸トルク制御器の設計方法。
  3. 　前記設計工程では、
    　前記一般化プラントに対し、前記ダイナモメータのトルク制御誤差に相当する第２外乱入力が入力される第２外乱入力ポートをさらに設定し、
    　前記公称プラントに対し、前記制御器の出力と、前記積分操作量と、前記第２外乱入力に所定の第２入力重み関数を乗算したものと、の和を入力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軸トルク制御器の設計方法。
  4. 　前記設計工程では、
    　前記一般化プラントに対し、前記軸トルク検出器によるトルク検出誤差に相当する第３外乱入力が入力される第３外乱入力ポートをさらに設定し、
    　前記積分操作量算出部には、前記第１外乱入力に所定の第１入力重み関数を乗算したものから、前記公称プラントの出力と前記第３外乱入力に所定の第３入力重み関数を乗算したものとの和を減算したものを入力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軸トルク制御器の設計方法。
  5. 　前記設計工程では、
    　前記一般化プラントに対し、前記公称プラントの出力に所定の第３出力重み関数を乗算したものを第３制御量出力として出力する第３制御量出力ポートをさらに設定し、
    　前記第３出力重み関数を、前記ダイナモメータと前記供試体との間におけるねじり共振周波数を含む周波数帯域において他の周波数帯域よりも大きな重みになるように設定す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軸トルク制御器の設計方法。
  6. 　制御対象の制御出力と当該制御出力に対する指令との偏差を積分し、指定値の積分ゲインを乗算することにより第１入力を算出する積分器と、前記制御出力に基づいて第２入力を算出する非積分器と、前記第１及び第２入力に基づいて前記制御入力を生成し、前記制御対象に入力する制御入力生成器と、を備えるフィードバック制御器の設計方法であって、
    　前記設計方法は、
    　前記制御対象の前記制御入力から前記制御出力までの入出力特性を模した公称プラントを備える一般化プラントと、当該一般化プラントの出力に基づいて当該一般化プラントへ入力を与える制御器と、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすような前記制御器をコンピュータによって設計する設計工程と、
    　前記制御器を前記非積分器として前記フィードバック制御器に実装する実装工程と、を備え
    　前記設計工程では、
    　前記一般化プラントに対し、
    　前記指令に相当する第１外乱入力が入力される第１外乱入力ポートと、
    　前記第１外乱入力と前記公称プラントの出力との偏差入力を積分し、前記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部と、
    　前記公称プラントの出力を前記制御器へ入力することにより当該制御器で得られる出力と前記積分操作量とを合算し、前記公称プラントへの入力を生成する合算部と、
    　前記偏差入力に所定の第１出力重み関数を乗算したものを第１制御量出力として出力する第１制御量出力ポートと、
    　前記制御器の出力に所定の第２出力重み関数を乗算したものを第２制御量出力として出力する第２制御量出力ポートと、を設定することを特徴とするフィードバック制御器の設計方法。
  7. 　供試体の軸に連結されたダイナモメータと、トルク電流指令信号に応じた電力を前記ダイナモメータに供給するインバータと、前記ダイナモメータと前記供試体との間の軸トルクに応じた軸トルク検出信号を発生する軸トルク検出器と、を備える試験システムを制御対象とし、前記軸トルクに対する軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を抑制するように前記トルク電流指令信号を生成する試験システムの軸トルク制御器であって、
    　前記軸トルク制御器は、前記軸トルク指令信号と前記軸トルク検出信号との偏差を積分し、指定値の積分ゲインを乗算することにより第１入力を算出する積分器と、前記軸トルク検出信号に基づいて第２入力を算出する非積分器と、を備え、前記第１及び第２入力を合算することにより前記トルク電流指令信号を生成し、
    　前記非積分器は、前記制御対象の前記トルク電流指令信号から前記軸トルク検出信号までの入出力特性を模した公称プラントを備える一般化プラントと、当該一般化プラントの出力に基づいて当該一般化プラントへ入力を与える制御器と、を備えるフィードバック制御系において、所定の設計条件を満たすようにコンピュータによって設計された前記制御器を備え、
    　前記一般化プラントは、
    　前記軸トルク指令信号に相当する第１外乱入力が入力される第１外乱入力ポートと、
    　前記第１外乱入力と前記公称プラントの出力との偏差入力を積分し、前記指定値の積分ゲインを乗算することにより積分操作量を算出する積分操作量算出部と、
    　前記公称プラントの出力を前記制御器へ入力することにより当該制御器で得られる出力と前記積分操作量とを合算し、前記公称プラントへの入力を生成する合算部と、
    　前記偏差入力に所定の第１出力重み関数を乗算したものを第１制御量出力として出力する第１制御量出力ポートと、
    　前記制御器の出力に所定の第２出力重み関数を乗算したものを第２制御量出力として出力する第２制御量出力ポートと、を備えることを特徴とする試験システムの軸トルク制御器。

     
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