WO2024004640A1 - 試験システム - Google Patents

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WO2024004640A1
WO2024004640A1 PCT/JP2023/021952 JP2023021952W WO2024004640A1 WO 2024004640 A1 WO2024004640 A1 WO 2024004640A1 JP 2023021952 W JP2023021952 W JP 2023021952W WO 2024004640 A1 WO2024004640 A1 WO 2024004640A1
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detection signal
signal
shaft torque
speed
feedforward
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Inventor
渉 宮崎
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株式会社明電舎
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    • G—PHYSICS
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a test system. More specifically, the present invention relates to a test system including an electric inertia control device that performs electric inertia control on a dynamometer connected to a workpiece.
  • Drivetrain is a general term for multiple devices that transmit the energy generated by the engine to the drive wheels, and is composed of the engine, clutch, transmission, drive shaft, propeller shaft, differential gear, drive wheels, etc.
  • the transmission is actually driven by the engine, and the dynamometer connected to the output shaft is controlled by electrical inertia, thereby applying appropriate load torque to the output shaft while ensuring the durability of the drivetrain. Performance, quality, etc. are evaluated (for example, see Patent Document 1).
  • FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional electric inertia control device 100 shown in the test system of Patent Document 1.
  • the conventional electric inertia control device 100 includes a target speed setting section 101 that generates a target speed signal by integrating a product obtained by multiplying a shaft torque detection signal by the reciprocal of the set inertia Jset, and a target speed setting section 101 that generates a target speed signal by integrating the shaft torque detection signal multiplied by the reciprocal of the set inertia Jset, and a combination of the target speed signal and the speed detection signal.
  • a feedback controller 102 that generates a feedback input signal such that there is no deviation; and a feedforward controller 103 that generates a feedforward input signal that generates a feedforward input signal by multiplying the shaft torque detection signal by a feedforward gain Jdy1. and a torque current command generation unit 104 that generates a torque current command signal for the dynamometer by combining the feedback input signal and the feedforward input signal.
  • the conventional electric inertia control device 100 excluding the control gains (Ki, Kp) in the feedback controller 102, only the control gain (Jdy1) of the feedforward controller 103 includes a control gain that can be freely adjusted.
  • the degree of freedom is low. For this reason, as will be explained later with reference to FIG. 6, the actual angular acceleration cannot follow the target angular acceleration, and overshoot may occur in the speed deviation. Therefore, a test system using the conventional electric inertia control device 100 cannot sufficiently reproduce a low inertia state.
  • the present invention aims to provide a test system that can reproduce a low inertia state.
  • a test system according to the present invention (for example, test system 1 described below) is connected to an output shaft (for example, output shafts S1 and S2 described below) of a workpiece (for example, a transmission T and an engine E described below).
  • a dynamometer for example, dynamometers 21 and 22 described below
  • an inverter for example, inverters 31 and 32 described below
  • an inverter that acts on the output shaft.
  • a shaft torque detector (for example, shaft torque detectors 51 and 52 described later) that outputs a shaft torque detection signal according to the shaft torque
  • a speed detector (for example, shaft torque detectors 51 and 52 described later) that outputs a speed detection signal according to the rotational speed of the dynamometer.
  • the shaft torque detection signal and the speed detection signal may be set so that the speed detectors 41, 42 (to be described later) and the dynamometer behave as an inertia body having a predetermined set inertia (for example, a set inertia Jset to be described later).
  • an electric inertia control device for example, electric inertia control devices 6 and 7 described below
  • a target speed setting section for example, a target speed setting section 60 described below
  • a feedforward controller for example, a feedforward controller 65, which will be described later
  • a torque current command signal generation unit for example, a torque current command signal generation unit 67 described below
  • the feedforward controller generates the shaft torque detection signal.
  • first feedforward gain e.g., first feedforward gain Kff described later
  • second feedforward gain e.g., second feedforward gain Kfi described later
  • the target speed setting section includes a phase adjuster (for example, a phase adjuster 601 described below) that performs phase adjustment processing on the shaft torque detection signal.
  • a phase adjuster for example, a phase adjuster 601 described below
  • the transfer function G(s) of the phase adjuster is preferably expressed by the following equation (1) using two phase adjustment constants (Q, P).
  • the transfer function from the shaft torque detection signal to the speed detection signal in the electric inertia control device approximates the controlled object including the dynamometer and the inverter with a single inertia system having a moment of inertia Jdy.
  • the speed controller is a PI controller characterized by a proportional gain Kp and an integral gain Ki
  • Kp proportional gain
  • Ki integral gain
  • "W" is the speed detection signal
  • Td is the shaft torque detection signal
  • Jset is the set inertia
  • Kff is the first feedforward
  • Kfi is the second feedforward gain.
  • the electric inertia control device of the test system includes a target speed setting section that generates a target speed signal based on a shaft torque detection signal and a set inertia, and a deviation signal between the target speed signal and the speed detection signal.
  • a speed controller that generates a feedback input signal based on the shaft torque detection signal
  • a feedforward controller that generates a feedforward input signal based on the shaft torque detection signal
  • a feedforward controller that generates a torque current command signal based on the feedback input signal and the feedforward input signal.
  • a torque current command signal generating section that is input to the inverter of the dynamometer.
  • the feedforward controller combines the shaft torque detection signal multiplied by the first feedforward gain and the integral value of the shaft torque detection signal multiplied by the second feedforward gain. Generate a feedforward input signal. Therefore, according to the present invention, the characteristics of the electric inertia control device can be determined so that overshoot is suppressed through adjustment of the first feedforward gain and the second feedforward gain. Can be reproduced.
  • the target speed setting section includes a phase adjuster that performs phase adjustment processing on the shaft torque detection signal. Therefore, according to the present invention, in addition to the first and second feedforward gains in the feedforward controller, the phase adjustment process by the phase adjuster can also be adjusted, which further increases the degree of freedom in control by the electric inertia control device. be able to.
  • a target speed signal is generated using a phase adjuster expressed by the transfer function shown in equation (1) above. Therefore, according to the present invention, electrical control is performed so that overshoot is suppressed through adjustment of the first and second feedforward gains in the feedforward controller and the two phase adjustment constants (Q, P) in the phase adjuster. Since the characteristics of the inertia control device can be determined, low inertia states can also be accurately reproduced.
  • the characteristics of the numerator of the transfer function can be adjusted with three control gains (Q, Kff, Kfi), making it easy to change the frequency characteristics. , whereby overshoot can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a test system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a first electric inertia control device.
  • FIG. 3 is a diagram comparing frequency characteristics between a conventional electric inertia control device and an electric inertia control device according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a waveform realized by the electric inertia control device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a waveform realized by a conventional electric inertia control device.
  • 1 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional electric inertia control device.
  • test system 1 including an electric inertia control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a test system 1 of this embodiment.
  • a test system 1 (so-called drive train bench system) in which a workpiece constituted by a transmission T and an engine E is used as a specimen will be described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to test systems such as an engine bench system using an engine as a test object and a chassis dynamometer system using a vehicle body as a test object.
  • FIG. 1 shows an example of a test system 1 in which a transmission T of a front-wheel drive vehicle and an engine E connected to its input shaft are used as specimens, the present invention is not limited to this.
  • the specimen may be a transmission and an engine of an FR drive type vehicle.
  • the power source connected to the input shaft of the transmission T may be a dynamometer instead of the actual engine E.
  • the test system 1 includes a first dynamometer 21 and a second dynamometer 22 connected to output shafts S1 and S2 of a transmission T, and a first inverter 31 and a second inverter that supply power to these dynamometers 21 and 22. 32, a first speed detector 41 and a second speed detector 42 that detect the rotation speeds of these dynamometers 21 and 22, and a first shaft torque detector 51 and a second shaft torque detector that detects the shaft torque of the output shafts S1 and S2.
  • the second electric inertia control device 7 controls the second dynamometer 22 based on the detection signals of the engine 42 and the second shaft torque detector 52, and an engine control device (not shown) that controls the engine E.
  • the transmission T is driven by the engine E, and the dynamometers 21 and 22 connected to the output shafts S1 and S2 are electrically inertia controlled by the electrical inertia control devices 6 and 7, so that an appropriate load can be controlled.
  • the durability, quality, etc. of the transmission T are evaluated while applying torque to the output shafts S1 and S2.
  • the first inverter 31 supplies the first dynamometer 21 with electric power according to the torque current command signal output from the first electric inertia control device 6.
  • the second inverter 32 supplies the second dynamometer 22 with electric power according to the torque current command signal output from the second electric inertia control device 7 .
  • the first speed detector 41 transmits a speed detection signal according to the rotational speed of the first dynamometer 21 to the first electric inertia control device 6.
  • the second speed detector 42 transmits a speed detection signal according to the rotational speed of the second dynamometer 22 to the second electric inertia control device 7.
  • the first shaft torque detector 51 detects the shaft torque acting on the output shaft S1 connected to the first dynamometer 21, for example, from the amount of distortion in the shaft's torsional direction, and outputs a shaft torque detection signal according to the detected value. It is transmitted to the first electric inertia control device 6.
  • the second shaft torque detector 52 detects the shaft torque acting on the output shaft S2 connected to the second dynamometer 22, for example, from the amount of distortion in the torsional direction of the shaft, and generates a shaft torque detection signal according to the detected value. is transmitted to the second electric inertia control device 7.
  • the first electric inertia control device 6 receives a shaft torque detection signal output from the first shaft torque detector 51 and a shaft torque detection signal outputted from the first speed detector 41 so that the first dynamometer 21 behaves as an inertial body having a predetermined set inertia.
  • a torque current command signal for the first dynamometer 21 is generated based on the speed detection signal output from the dynamometer 21 and input to the first inverter 31 .
  • the second electric inertia control device 7 controls the shaft torque detection signal output from the second shaft torque detector 52 and the second speed detector 42 so that the second dynamometer 22 behaves as an inertial body having a predetermined set inertia.
  • a torque current command signal for the second dynamometer 22 is generated based on the speed detection signal output from the dynamometer 22 and input to the second inverter 32 .
  • FIG. 2 is a diagram showing the circuit configuration of the first electric inertia control device 6. Note that the circuit configuration and effects of the second electric inertia control device 7 are substantially the same as those of the first electric inertia control device 6, so illustration and detailed explanation will be omitted.
  • the first electric inertia control device 6 includes a target speed setting section 60 that generates a target speed signal corresponding to a target for the speed detection signal based on the shaft torque detection signal and a predetermined set inertia Jset, and an output from the target speed setting section 60.
  • a speed controller 63 that generates a feedback input signal based on a deviation signal between a target speed signal and a speed detection signal
  • a feedforward controller 65 that generates a feedforward input signal based on a shaft torque detection signal
  • a first torque current command signal for the first dynamometer 21 is generated based on the feedback input signal output from the controller 63 and the feedforward input signal output from the feedforward controller 65, and is input to the first inverter 31.
  • a torque current command signal generation section 67 is provided.
  • the target speed setting unit 60 includes a phase adjuster 601 that performs phase adjustment processing on the shaft torque detection signal, a multiplier 602 that multiplies the shaft torque detection signal that has undergone the phase adjustment processing by the reciprocal of the set inertia Jset, and a multiplier 602. and an integrator 603 that generates a target speed signal for the speed detection signal by integrating the output signal.
  • the target speed setting unit 60 uses the phase adjuster 601, the multiplier 602, and the integrator 603 to set a target for matching the behavior of the first dynamometer 21 with the behavior of the inertial body having the set inertia Jset. Generate a speed signal.
  • the transfer function G(s) of the phase adjuster 601 is expressed by the following equation (3) using two phase adjustment constants (Q, P). Note that in the following formula, "s" represents a Laplace operator.
  • the speed controller 63 includes a deviation signal generation section 631 that generates a deviation signal by subtracting the speed detection signal from the target speed signal, a first multiplier 632 that multiplies the deviation signal by a proportional gain Kp, and a first multiplier 632 that integrates the deviation signal. a second multiplier 634 that multiplies the signal output from the integrator 633 by an integral gain Ki, and an output signal of the first multiplier 632 and an output signal of the second multiplier 634. and a summer 635 that generates a feedback input signal by.
  • the speed controller 63 generates a feedback input signal that eliminates the deviation signal between the target speed signal and the speed detection signal according to the PI control law, but the present invention is not limited to this.
  • the speed controller 63 may generate the feedback input signal according to a known feedback control law in addition to the PI control law.
  • the feedforward controller 65 includes a first multiplier 651 that multiplies the shaft torque detection signal by a first feedforward gain Kff, an integrator 652 that integrates the shaft torque detection signal, and a first multiplier 652 that multiplies the shaft torque detection signal by a first feedforward gain Kff. 2 a second multiplier 653 that multiplies the feedforward gain Kfi; a summer 654 that generates a feedforward input signal by summing the output signal of the first multiplier 651 and the output signal of the second multiplier 653; Equipped with.
  • the torque current command signal generation section 67 generates a torque current command signal by adding up the feedback input signal output from the speed controller 63 and the feedback input signal output from the feedforward controller 65.
  • the first electrical inertia control device 6 differs from the conventional electrical inertia control device 100 in that the target speed setting section 60 includes a phase adjuster 601, and the feedforward controller 65 includes an integrator 652 and a second multiplier 653. different from.
  • Equation (4) represents a transfer function from the shaft torque detection signal (Td) to the angular acceleration (W) in the first electric inertia control device 6.
  • Equation (5) represents a transfer function from the shaft torque detection signal (Td) to the angular acceleration (W) in the conventional electric inertia control device 100.
  • the controlled object was considered to be a single inertial system having a moment of inertia "Jdy".
  • the characteristics of the numerator of the transfer function (W/Td) can only be adjusted by the control gain Jdy1.
  • the characteristics of the numerator of the transfer function (W/Td) can be adjusted using three control gains (Q, Kff, Kfi). Therefore, the first electric inertia control device 6 has a higher degree of freedom in adjustment than the conventional electric inertia control device 100.
  • the characteristics of the numerator of the transfer function (W/Td) can be freely adjusted with the three control gains (Q, Kff, Kfi), making it easy to change the frequency characteristics. , whereby overshoot can be suppressed.
  • FIG. 3 is a diagram comparing the frequency characteristics of the conventional electric inertia control device 100 and the first electric inertia control device 6 according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of waveforms (angular acceleration and speed deviation) realized by the first electric inertia control device 6.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of waveforms (angular acceleration and speed deviation) realized by the conventional electric inertia control device 100. Note that in FIGS. 4 and 5, a superimposition of the target angular acceleration derived from the target speed and the actual angular acceleration is plotted in the upper row, and the speed deviation is plotted in the lower row.
  • the responsiveness is improved as shown in FIG. 3 through adjustment of the three control gains (Q, Kff, Kfi) as described above. be able to. Therefore, the first electric inertia control device 6 according to this embodiment can also reproduce a low inertia state. Therefore, as shown in FIG. 4, in the first electric inertia control device 6 according to the present embodiment, the actual angular acceleration can be made to follow the target angular acceleration, and speed deviation can also be suppressed.
  • the electric inertia control devices 6 and 7 of the test system 1 include a target speed setting unit 60 that generates a target speed signal based on the shaft torque detection signal and the set inertia Jset, and a deviation between the target speed signal and the speed detection signal.
  • a speed controller 63 generates a feedback input signal based on the shaft torque detection signal
  • a feedforward controller 65 generates a feedforward input signal based on the shaft torque detection signal
  • a torque current controller 65 generates a feedforward input signal based on the feedback input signal and the feedforward input signal.
  • a torque current command signal generating section 67 that generates a command signal and inputs the command signal to the inverters 31 and 32 of the dynamometers 21 and 22 is provided.
  • the feedforward controller 65 uses a signal obtained by multiplying the shaft torque detection signal by the first feedforward gain Kff, and a signal obtained by multiplying the integral value of the shaft torque detection signal by the second feedforward gain Kfi.
  • a feedforward input signal is generated by combining the Therefore, according to the electric inertia control devices 6 and 7, the characteristics of the electric inertia control devices 6 and 7 are determined so that overshoot is suppressed through adjustment of the first feedforward gain Kff and the second feedforward gain Kfi. Therefore, low inertia conditions can also be reproduced.
  • the target speed setting unit 60 includes a phase adjuster 601 that performs phase adjustment processing on the shaft torque detection signal. Therefore, according to the electric inertia control devices 6 and 7, in addition to the first and second feedforward gains (Kff, Kfi) in the feedforward controller 65, the phase adjustment process by the phase adjuster 601 can also be adjusted. The degree of freedom in control by the electric inertia control devices 6 and 7 can be further increased.
  • a target speed signal is generated using the phase adjuster 601 expressed by the transfer function G(s) shown in the above equation (2). Therefore, according to the electric inertia control devices 6 and 7, the first and second feedforward gains (Kff, Kfi) in the feedforward controller 65 and the two phase adjustment constants (Q, P) in the phase adjuster 601 can be adjusted. Since the characteristics of the electric inertia control devices 6 and 7 can be determined so that overshoot is suppressed through this method, a low inertia state can also be reproduced with high accuracy.
  • the characteristics of the numerator of the transfer function can be adjusted with three control gains (Q, Kff, Kfi), making it easy to change the frequency characteristics. Overshoot can be suppressed.

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Abstract

試験システムの電気慣性制御装置６は、ダイナモメータが所定の設定慣性Ｊｓｅｔを有する慣性体として振舞うようにトルク電流指令信号を生成する。電気慣性制御装置６は、軸トルク検出信号及び設定慣性に基づいて目標速度信号を生成する目標速度設定部６０と、目標速度信号と速度検出信号との偏差信号に基づいてフィードバック入力信号を生成する速度制御器６３と、軸トルク検出信号に基づいてフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード制御器６５と、を備える。フィードフォワード制御器６５は、軸トルク検出信号に第１フィードフォワードゲインＫｆｆを乗算したものと、軸トルク検出信号の積分値に第２フィードフォワードゲインＫｆｉを乗算したものとを合わせることによってフィードフォワード入力信号を生成する。

Description

試験システム
　本発明は、試験システムに関する。より詳しくは、ワークに連結されたダイナモメータに対し電気慣性制御を行う電気慣性制御装置を備える試験システムに関する。
　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、及び駆動輪などで構成される。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ダイナモメータを電気慣性制御することにより、適切な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などが評価される（例えば、特許文献１参照）。
　図６は、特許文献１の試験システムに示された従来の電気慣性制御装置１００の回路構成を示す図である。従来の電気慣性制御装置１００は、軸トルク検出信号に設定慣性Ｊｓｅｔの逆数を乗算したものを積分することによって目標速度信号を生成する目標速度設定部１０１と、目標速度信号と速度検出信号との偏差が無くなるようにフィードバック入力信号を生成するフィードバック制御器１０２と、軸トルク検出信号にフィードフォワードゲインＪｄｙ１を乗算することによってフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード制御器１０３と、フィードバック入力信号とフィードフォワード入力信号とを合わせることによりダイナモメータに対するトルク電流指令信号を生成するトルク電流指令生成部１０４と、を備える。
特許第５７３３４７７号
　しかしながら従来の電気慣性制御装置１００では、フィードバック制御器１０２における制御ゲイン（Ｋｉ，Ｋｐ）を除くと、フィードフォワード制御器１０３の制御ゲイン（Ｊｄｙ１）しか自由に調整できる制御ゲインを含まないため、調整の自由度が低い。このため、後に図６を参照して説明するように、目標角加速度に対し実角加速度を追従させることができず、速度偏差にオーバシュートが生じてしまう場合がある。このため従来の電気慣性制御装置１００を用いた試験システムでは、低慣性状態を十分に再現することができない。
　本発明は、低慣性状態を再現することができる試験システムを提供することを目的とする。
　（１）本発明に係る試験システム（例えば、後述の試験システム１）は、ワーク（例えば、後述の変速機Ｔ及びエンジンＥ）の出力軸（例えば、後述の出力軸Ｓ１，Ｓ２）に連結されたダイナモメータ（例えば、後述のダイナモメータ２１，２２）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、後述のインバータ３１，３２）と、前記出力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号を出力する軸トルク検出器（例えば、後述の軸トルク検出器５１，５２）と、前記ダイナモメータの回転速度に応じた速度検出信号を出力する速度検出器（例えば、後述の速度検出器４１，４２）と、前記ダイナモメータが所定の設定慣性（例えば、後述の設定慣性Ｊｓｅｔ）を有する慣性体として振舞うように、前記軸トルク検出信号及び前記速度検出信号に基づいて前記トルク電流指令信号を生成する電気慣性制御装置（例えば、後述の電気慣性制御装置６，７）と、を備え、前記電気慣性制御装置は、前記軸トルク検出信号及び前記設定慣性に基づいて目標速度信号を生成する目標速度設定部（例えば、後述の目標速度設定部６０）と、前記目標速度信号と前記速度検出信号との偏差信号に基づいてフィードバック入力信号を生成する速度制御器（例えば、後述の速度制御器６３）と、前記軸トルク検出信号に基づいてフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード制御器（例えば、後述のフィードフォワード制御器６５）と、前記フィードバック入力信号及び前記フィードフォワード入力信号に基づいて前記トルク電流指令信号を生成するトルク電流指令信号生成部（例えば、後述のトルク電流指令信号生成部６７）と、を備え、前記フィードフォワード制御器は、前記軸トルク検出信号に第１フィードフォワードゲイン（例えば、後述の第１フィードフォワードゲインＫｆｆ）を乗算したものと、前記軸トルク検出信号の積分値に第２フィードフォワードゲイン（例えば、後述の第２フィードフォワードゲインＫｆｉ）を乗算したものとを合わせることによって前記フィードフォワード入力信号を生成することを特徴とする。
　（２）この場合、前記目標速度設定部は、前記軸トルク検出信号に位相調整処理を施す位相調整器（例えば、後述の位相調整器６０１）を備えることが好ましい。
　（３）この場合、前記位相調整器の伝達関数Ｇ（ｓ）は、２つの位相調整定数（Ｑ，Ｐ）を用いて、下記式（１）で表されることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　（４）この場合、前記電気慣性制御装置における前記軸トルク検出信号から前記速度検出信号までの伝達関数は、前記ダイナモメータ及び前記インバータを含む制御対象を、慣性モーメントＪｄｙを有する単慣性系で近似し、前記速度制御器を、比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉで特徴付けられるＰＩ制御器とした場合、下記式（２）で表されることが好ましい。但し下記式（２）において、“Ｗ”は前記速度検出信号であり、“Ｔｄ”は前記軸トルク検出信号であり、“Ｊｓｅｔ”は前記設定慣性であり、“Ｋｆｆ”は前記第１フィードフォワードゲインであり、“Ｋｆｉ”は前記第２フィードフォワードゲインである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　（１）本発明に係る試験システムの電気慣性制御装置は、軸トルク検出信号及び設定慣性に基づいて目標速度信号を生成する目標速度設定部と、目標速度信号と速度検出信号との偏差信号に基づいてフィードバック入力信号を生成する速度制御器と、軸トルク検出信号に基づいてフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード制御器と、フィードバック入力信号及びフィードフォワード入力信号に基づいてトルク電流指令信号を生成し、ダイナモメータのインバータへ入力するトルク電流指令信号生成部と、を備える。ここで本発明では、フィードフォワード制御器は、軸トルク検出信号に第１フィードフォワードゲインを乗算したものと、軸トルク検出信号の積分値に第２フィードフォワードゲインを乗算したものとを合わせることによってフィードフォワード入力信号を生成する。よって本発明によれば、第１フィードフォワードゲインと第２フィードフォワードゲインとの調整を介し、オーバシュートが抑制されるように電気慣性制御装置の特性を決定することができるので、低慣性状態も再現することができる。
　（２）目標速度設定部は、軸トルク検出信号に位相調整処理を施す位相調整器を備える。よって本発明によれば、フィードフォワード制御器における第１及び第２フィードフォワードゲインに加え、位相調整器による位相調整処理も調整することができるので、電気慣性制御装置による制御の自由度をさらに高めることができる。
　（３）本発明に係る試験システムでは、上記式（１）に示す伝達関数で表される位相調整器を用いて目標速度信号を生成する。よって本発明によれば、フィードフォワード制御器における第１及び第２フィードフォワードゲインと位相調整器における２つの位相調整定数（Ｑ，Ｐ）との調整を介し、オーバシュートが抑制されるように電気慣性制御装置の特性を決定することができるので、低慣性状態も精度良く再現することができる。
　（４）本発明に係る試験システムによれば、伝達関数（Ｗ／Ｔｄ）の分子の特性を３つの制御ゲイン（Ｑ，Ｋｆｆ，Ｋｆｉ）で調整することができるので、周波数特性を変更しやすく、これによりオーバシュートを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る試験システムの構成を示す図である。 第１電気慣性制御装置の回路構成を示す図である。 従来の電気慣性制御装置と本実施形態に係る電気慣性制御装置とで周波数特性を比較した図である。 本実施形態に係る電気慣性制御装置によって実現される波形の一例を示す図である。 従来の電気慣性制御装置によって実現される波形の一例を示す図である。 従来の電気慣性制御装置の回路構成を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る電気慣性制御装置を備える試験システム１について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本実施形態の試験システム１の構成を模式的に示す図である。なお本実施形態では、変速機Ｔ及びエンジンＥによって構成されるワークを供試体とする試験システム１（所謂、ドライブトレインベンチシステム）を例に説明するが、本発明はこれに限らない。本発明は、エンジンを供試体とするエンジンベンチシステムや、車体を供試体とするシャシダイナモメータシステム等の試験システムに適用することもできる。また図１には、ＦＦ駆動方式の車両の変速機Ｔ及びその入力軸に接続されたエンジンＥを供試体とした試験システム１の例を示すが、本発明はこれに限るものではない。供試体は、ＦＲ駆動方式の車両の変速機及びエンジンでもよい。また、変速機Ｔの入力軸に接続する動力源は、実エンジンＥの代わりにダイナモメータとしてもよい。
　試験システム１は、変速機Ｔの出力軸Ｓ１，Ｓ２に連結された第１ダイナモメータ２１及び第２ダイナモメータ２２と、これらダイナモメータ２１，２２に電力を供給する第１インバータ３１及び第２インバータ３２と、これらダイナモメータ２１，２２の回転速度を検出する第１速度検出器４１及び第２速度検出器４２と、出力軸Ｓ１，Ｓ２の軸トルクを検出する第１軸トルク検出器５１及び第２軸トルク検出器５２と、第１速度検出器４１及び第１軸トルク検出器５１の検出信号に基づいて第１ダイナモメータ２１を制御する第１電気慣性制御装置６と、第２速度検出器４２及び第２軸トルク検出器５２の検出信号に基づいて第２ダイナモメータ２２を制御する第２電気慣性制御装置７と、エンジンＥを制御する図示しないエンジン制御装置と、を備える。この試験システムでは、エンジンＥで変速機Ｔを駆動するとともに、その出力軸Ｓ１，Ｓ２に連結されたダイナモメータ２１，２２を電気慣性制御装置６，７によって電気慣性制御することにより、適切な負荷トルクを出力軸Ｓ１，Ｓ２に付与しながら、変速機Ｔの耐久性能や品質などを評価する。
　第１インバータ３１は、第１電気慣性制御装置６から出力されるトルク電流指令信号に応じた電力を第１ダイナモメータ２１に供給する。第２インバータ３２は、第２電気慣性制御装置７から出力されるトルク電流指令信号に応じた電力を第２ダイナモメータ２２に供給する。
　第１速度検出器４１は、第１ダイナモメータ２１の回転速度に応じた速度検出信号を第１電気慣性制御装置６に送信する。第２速度検出器４２は、第２ダイナモメータ２２の回転速度に応じた速度検出信号を第２電気慣性制御装置７に送信する。
　第１軸トルク検出器５１は、第１ダイナモメータ２１に連結される出力軸Ｓ１に作用する軸トルクを、例えば軸のねじれ方向の歪み量から検出し、検出値に応じた軸トルク検出信号を第１電気慣性制御装置６に送信する。第２軸トルク検出器５２は、第２ダイナモメータ２２に連結される出力軸Ｓ２に作用する軸トルクを、例えば、軸のねじれ方向の歪み量から検出し、検出値に応じた軸トルク検出信号を第２電気慣性制御装置７に送信する。
　第１電気慣性制御装置６は、第１ダイナモメータ２１が所定の設定慣性を有する慣性体として振舞うように、第１軸トルク検出器５１から出力される軸トルク検出信号及び第１速度検出器４１から出力される速度検出信号に基づいて第１ダイナモメータ２１に対するトルク電流指令信号を生成し、第１インバータ３１に入力する。第２電気慣性制御装置７は、第２ダイナモメータ２２が所定の設定慣性を有する慣性体として振舞うように、第２軸トルク検出器５２から出力される軸トルク検出信号及び第２速度検出器４２から出力される速度検出信号に基づいて第２ダイナモメータ２２に対するトルク電流指令信号を生成し、第２インバータ３２に入力する。
　図２は、第１電気慣性制御装置６の回路構成を示す図である。なお第２電気慣性制御装置７の回路構成や奏する効果は、第１電気慣性制御装置６とほぼ同じであるので、図示及び詳細な説明を省略する。
　第１電気慣性制御装置６は、軸トルク検出信号及び所定の設定慣性Ｊｓｅｔに基づいて速度検出信号に対する目標に相当する目標速度信号を生成する目標速度設定部６０と、目標速度設定部６０から出力される目標速度信号と速度検出信号との偏差信号に基づいてフィードバック入力信号を生成する速度制御器６３と、軸トルク検出信号に基づいてフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード制御器６５と、速度制御器６３から出力されるフィードバック入力信号及びフィードフォワード制御器６５から出力されるフィードフォワード入力信号に基づいて第１ダイナモメータ２１に対する第１トルク電流指令信号を生成し、第１インバータ３１へ入力するトルク電流指令信号生成部６７と、を備える。
　目標速度設定部６０は、軸トルク検出信号に位相調整処理を施す位相調整器６０１と、位相調整処理を経た軸トルク検出信号に設定慣性Ｊｓｅｔの逆数を乗算する乗算器６０２と、乗算器６０２の出力信号を積分することによって速度検出信号に対する目標速度信号を生成する積分器６０３と、を備える。目標速度設定部６０は、これら位相調整器６０１、乗算器６０２、及び積分器６０３を用いることによって、第１ダイナモメータ２１の挙動を、設定慣性Ｊｓｅｔを有する慣性体の挙動と一致させるための目標速度信号を生成する。
　位相調整器６０１の伝達関数Ｇ（ｓ）は、２つの位相調整定数（Ｑ，Ｐ）を用いて、下記式（３）によって表される。なお以下の式において、“ｓ”はラプラス演算子を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　速度制御器６３は、目標速度信号から速度検出信号を減算することによって偏差信号を生成する偏差信号生成部６３１と、偏差信号に比例ゲインＫｐを乗算する第１乗算器６３２と、偏差信号を積分する積分器６３３と、積分器６３３から出力される信号に積分ゲインＫｉを乗算する第２乗算器６３４と、第１乗算器６３２の出力信号と第２乗算器６３４の出力信号とを合算することによってフィードバック入力信号を生成する合算器６３５と、を備える。なお本実施形態では、速度制御器６３は、ＰＩ制御則に従って目標速度信号と速度検出信号との偏差信号が無くなるようなフィードバック入力信号を生成する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。速度制御器６３は、ＰＩ制御則の他、既知のフィードバック制御則に従ってフィードバック入力信号を生成してもよい。
　フィードフォワード制御器６５は、軸トルク検出信号に第１フィードフォワードゲインＫｆｆを乗算する第１乗算器６５１と、軸トルク検出信号を積分する積分器６５２と、積分器６５２から出力される信号に第２フィードフォワードゲインＫｆｉを乗算する第２乗算器６５３と、第１乗算器６５１の出力信号と第２乗算器６５３の出力信号とを合算することによってフィードフォワード入力信号を生成する合算器６５４と、を備える。
　トルク電流指令信号生成部６７は、速度制御器６３から出力されるフィードバック入力信号とフィードフォワード制御器６５から出力されるフィードバック入力信号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。
　次に、以上のような本実施形態に係る第１電気慣性制御装置６と、図６に示す従来の電気慣性制御装置１００と、を比較する。
　先ず第１電気慣性制御装置６は、目標速度設定部６０が位相調整器６０１を備え、フィードフォワード制御器６５が積分器６５２及び第２乗算器６５３を備える点において、従来の電気慣性制御装置１００と異なる。
　下記式（４）は、第１電気慣性制御装置６における軸トルク検出信号（Ｔｄ）から角加速度（Ｗ）までの伝達関数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また下記式（５）は、従来の電気慣性制御装置１００における軸トルク検出信号（Ｔｄ）から角加速度（Ｗ）までの伝達関数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　なお上記式（４）及び（５）を導出するにあたり、制御対象は慣性モーメント“Ｊｄｙ”を有する単慣性系とみなした。上記式（５）に示すように、従来の電気慣性制御装置１００では、伝達関数（Ｗ／Ｔｄ）の分子の特性を制御ゲインＪｄｙ１でしか調整することができない。これに対し本実施形態に係る第１電気慣性制御装置６では、伝達関数（Ｗ／Ｔｄ）の分子の特性を３つの制御ゲイン（Ｑ，Ｋｆｆ，Ｋｆｉ）で調整することができる。このため第１電気慣性制御装置６は、従来の電気慣性制御装置１００よりも調整の自由度が高い。このように第１電気慣性制御装置６によれば、伝達関数（Ｗ／Ｔｄ）の分子の特性を３つの制御ゲイン（Ｑ，Ｋｆｆ，Ｋｆｉ）で自由に調整できることにより、周波数特性を変更しやすく、これによりオーバシュートを抑制することができる。
　図３は、従来の電気慣性制御装置１００と本実施形態に係る第１電気慣性制御装置６とで周波数特性を比較した図である。
　図４は、第１電気慣性制御装置６によって実現される波形（角加速度、及び速度偏差）の一例を示す図である。
　図５は、従来の電気慣性制御装置１００によって実現される波形（角加速度、及び速度偏差）の一例を示す図である。なお図４及び図５では、目標速度から導出される目標角加速度と実角加速度とを重ねたものを上段にプロットし、速度偏差を下段にプロットする。
　図３に示すように、従来の電気慣性制御装置１００では、１～１０［Ｈｚ］程度の範囲においてゲインが低下する帯域が存在する。したがってこの帯域では、応答が悪化してしまい、低慣性状態を再現することができない。またこのため図５に示すように、従来の電気慣性制御装置１００では、実角加速度を目標角加速度に追従させることができず、速度偏差も大きくなってしまう。
　これに対し本実施形態に係る第１電気慣性制御装置６では、上述のように３つの制御ゲイン（Ｑ，Ｋｆｆ，Ｋｆｉ）の調整を介して、図３に示すように応答性を良好にすることができる。このため本実施形態に係る第１電気慣性制御装置６では、低慣性状態も再現することができる。このため図４に示すように、本実施形態に係る第１電気慣性制御装置６では、実角加速度を目標角加速度に追従させることができ、速度偏差も抑制することができる。
　本実施形態に係る試験システム１によれば、以下の効果を奏する。
　（１）試験システム１の電気慣性制御装置６，７は、軸トルク検出信号及び設定慣性Ｊｓｅｔに基づいて目標速度信号を生成する目標速度設定部６０と、目標速度信号と速度検出信号との偏差信号に基づいてフィードバック入力信号を生成する速度制御器６３と、軸トルク検出信号に基づいてフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード制御器６５と、フィードバック入力信号及びフィードフォワード入力信号に基づいてトルク電流指令信号を生成し、ダイナモメータ２１，２２のインバータ３１，３２へ入力するトルク電流指令信号生成部６７と、を備える。ここで本実施形態では、フィードフォワード制御器６５は、軸トルク検出信号に第１フィードフォワードゲインＫｆｆを乗算したものと、軸トルク検出信号の積分値に第２フィードフォワードゲインＫｆｉを乗算したものとを合わせることによってフィードフォワード入力信号を生成する。よって電気慣性制御装置６，７によれば、第１フィードフォワードゲインＫｆｆと第２フィードフォワードゲインＫｆｉとの調整を介し、オーバシュートが抑制されるように電気慣性制御装置６，７の特性を決定することができるので、低慣性状態も再現することができる。
　（２）目標速度設定部６０は、軸トルク検出信号に位相調整処理を施す位相調整器６０１を備える。よって電気慣性制御装置６，７によれば、フィードフォワード制御器６５における第１及び第２フィードフォワードゲイン（Ｋｆｆ，Ｋｆｉ）に加え、位相調整器６０１による位相調整処理も調整することができるので、電気慣性制御装置６，７による制御の自由度をさらに高めることができる。
　（３）試験システム１では、上記式（２）に示す伝達関数Ｇ（ｓ）で表される位相調整器６０１を用いて目標速度信号を生成する。よって電気慣性制御装置６，７によれば、フィードフォワード制御器６５における第１及び第２フィードフォワードゲイン（Ｋｆｆ，Ｋｆｉ）と位相調整器６０１における２つの位相調整定数（Ｑ，Ｐ）との調整を介し、オーバシュートが抑制されるように電気慣性制御装置６，７の特性を決定することができるので、低慣性状態も精度良く再現することができる。
　（４）試験システム１によれば、伝達関数（Ｗ／Ｔｄ）の分子の特性を３つの制御ゲイン（Ｑ，Ｋｆｆ，Ｋｆｉ）で調整することができるので、周波数特性を変更しやすく、これによりオーバシュートを抑制することができる。
　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。
　１…試験システム
　Ｔ…変速機（ワーク）
　Ｓ１，Ｓ２…出力軸
　Ｅ…エンジン（ワーク）
　２１…第１ダイナモメータ（ダイナモメータ）
　２２…第２ダイナモメータ（ダイナモメータ）
　３１…第１インバータ（インバータ）
　３２…第２インバータ（インバータ）
　４１…第１速度検出器（速度検出器）
　４２…第２速度検出器（速度検出器）
　５１…第１軸トルク検出器（軸トルク検出器）
　５２…第２軸トルク検出器（軸トルク検出器）
　６…第１電気慣性制御装置（電気慣性制御装置）
　７…第２電位慣性制御装置（電気慣性制御装置）
 

Claims (4)

  1. 　ワークの出力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、
    　前記出力軸に作用する軸トルクに応じた軸トルク検出信号を出力する軸トルク検出器と、
    　前記ダイナモメータの回転速度に応じた速度検出信号を出力する速度検出器と、
    　前記ダイナモメータが所定の設定慣性を有する慣性体として振舞うように、前記軸トルク検出信号及び前記速度検出信号に基づいて前記トルク電流指令信号を生成する電気慣性制御装置と、を備える試験システムであって、
    　前記電気慣性制御装置は、
    　前記軸トルク検出信号及び前記設定慣性に基づいて目標速度信号を生成する目標速度設定部と、
    　前記目標速度信号と前記速度検出信号との偏差信号に基づいてフィードバック入力信号を生成する速度制御器と、
    　前記軸トルク検出信号に基づいてフィードフォワード入力信号を生成するフィードフォワード制御器と、
    　前記フィードバック入力信号及び前記フィードフォワード入力信号に基づいて前記トルク電流指令信号を生成するトルク電流指令信号生成部と、を備え、
    　前記フィードフォワード制御器は、前記軸トルク検出信号に第１フィードフォワードゲインを乗算したものと、前記軸トルク検出信号の積分値に第２フィードフォワードゲインを乗算したものとを合わせることによって前記フィードフォワード入力信号を生成することを特徴とする試験システム。
  2. 　前記目標速度設定部は、前記軸トルク検出信号に位相調整処理を施す位相調整器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。
  3. 　前記位相調整器の伝達関数Ｇ（ｓ）は、２つの位相調整定数（Ｑ，Ｐ）を用いて、下記式（１）で表されることを特徴とする請求項２に記載の試験システム。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  4. 　前記電気慣性制御装置における前記軸トルク検出信号から前記速度検出信号までの伝達関数は、前記ダイナモメータ及び前記インバータを含む制御対象を、慣性モーメントＪｄｙを有する単慣性系で近似し、前記速度制御器を、比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉで特徴付けられるＰＩ制御器とした場合、下記式（２）で表されることを特徴とする請求項３に記載の試験システム。但し下記式（２）において、“Ｗ”は前記速度検出信号であり、“Ｔｄ”は前記軸トルク検出信号であり、“Ｊｓｅｔ”は前記設定慣性であり、“Ｋｆｆ”は前記第１フィードフォワードゲインであり、“Ｋｆｉ”は前記第２フィードフォワードゲインである。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
      
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