WO2024048070A1 - 試験システム、試験システムの制御方法 - Google Patents

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WO2024048070A1
WO2024048070A1 PCT/JP2023/024982 JP2023024982W WO2024048070A1 WO 2024048070 A1 WO2024048070 A1 WO 2024048070A1 JP 2023024982 W JP2023024982 W JP 2023024982W WO 2024048070 A1 WO2024048070 A1 WO 2024048070A1
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WO
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transfer function
actuator
control device
test system
specimen
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PCT/JP2023/024982
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English (en)
French (fr)
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栄生 伊
友宏 保阪
博文 河西
歩 榎本
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株式会社鷺宮製作所
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    • 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
    • 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
    • G01M17/04—Suspension or damping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a test system and a method for controlling the test system, and specifically relates to a test system using a virtual model and a specimen as part of an actual machine.
  • HILS Hard In the Loop Simulation
  • Patent Document 1 discloses a trajectory data correction device for eliminating contour cutting errors caused by servo characteristics occurring in a numerical control device attached to an NC machine tool etc. and performing contour cutting. ing. Correction of contour errors disclosed in Patent Document 1 involves creating command data in which errors are corrected in advance for known command values using an inverse transfer function corrector, and providing the command data to a control device. Furthermore, in Patent Document 2, a load test is performed by using a model consisting of a tire, a lower mass, and an upper mass, and a shock absorber specimen, in which an actuator applies a load to the shock absorber based on a signal from the model.
  • Patent Document 2 describes that the control waveform is corrected and updated so that the error (response delay) between the control waveform used by the controller and the reference waveform from the model becomes small; however, if the input waveform to the model is constant ( For example, after each test (with a time waveform of several tens of seconds), compare the model output (that is, the input to the load device) with the previous output, and use the inverse transfer function offline. Correct the error. The test is performed again using the corrected data, and once the error is reduced, a formal verification test is performed.
  • the error response delay
  • the input signal to the model changes in real time
  • the feedback signal from the load device to the model also change in real time.
  • the feedback from the model and the actual load device on the specimen constitutes one closed loop, and they interact with each other in real time. If the feedback signal is delayed or has a different magnitude due to the frequency characteristics of the load device, the results may differ from the original characteristics or diverge, making verification by simulation impossible.
  • correction calculations using the inverse transfer function must be performed in advance, and problems caused by delays in the load device cannot be solved in real time.
  • the command signal is determined in advance and there is no need to calculate it in real time.
  • Patent Document 2 during simulation, the output signal from the model at the same time is not used, but the signal corrected in the previous step is used, so it is an open loop, and one simulation is completed.
  • This is a non-real-time HILS system that cannot support HILS verification in which the input signal to the model changes in real-time because the signal for the next step is created offline. That is, Patent Document 2 does not have an inverse transfer function that can be calculated in real time in the time domain with high precision, and therefore has a problem in that it can only correct a predetermined signal.
  • the purpose of the present invention is to eliminate the response delay of the load system caused by the actuator that operates the specimen, and to provide a test system and test system control that enables real-time simulations that include models and actual equipment with higher accuracy.
  • the purpose is to provide a method.
  • a test system includes a specimen as a part of an actual machine to be tested, an actuator that operates the specimen, and an actuator that operates in conjunction with the specimen.
  • a virtual model a control device that controls the actuator, a calculation device that calculates the virtual model, a communication section between the specimen, the actuator, and the control device, and a communication unit between the calculation device and the control device.
  • an inverse transfer function correction section that corrects a signal from the virtual model by a proper inverse transfer function obtained based on a transfer function of a system including a communication section
  • the control device includes an inverse transfer function correction section that corrects a signal from the virtual model. The actuator is controlled based on the corrected signal.
  • the method for controlling a test system includes a specimen as a part of an actual machine to be tested, an actuator that operates the specimen, and a virtual model that operates in relation to the specimen.
  • a control method for a test system including a control device that controls the actuator, and a calculation device that calculates the virtual model, the test system comprising: the specimen, the actuator, the control device, and the calculation device and the control device.
  • FIG. 1(a) is a functional block diagram showing a known test system that does not perform correction using a transfer function.
  • FIG. 1(b) is a functional block diagram for explaining a test system that performs correction using an inverse transfer function of this embodiment.
  • 2 is a diagram for explaining the virtual model shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of creating an inverse transfer function used in the inverse transfer function correction section of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of an actual measurement of a transfer function of a load device including a control device, an actuator, and a specimen from the output section of the arithmetic device shown in FIG. 1(a).
  • FIG. 5(a) shows the gain
  • FIG. 5(b) shows the phase
  • 6A and 6B are diagrams for comparing a theoretical inverse transfer function and an inverse transfer function generated by approximation in this embodiment
  • FIG. 6A shows the gain
  • FIG. 6B shows the phase
  • FIG. 7B is a diagram illustrating a comparison between an input signal to the actuator control device without correction by the inverse transfer function correction section and an input signal to the actuator control device that has passed through the inverse transfer function correction section
  • 7(a) is an enlarged view of a part of FIG. 7(a).
  • FIG. 8(a) is a diagram showing the displacement input from the road surface shown in FIG. 2 to the virtual models shown in FIGS. 1(a) and 1(b).
  • Figures 8(b) and 8(f) show the calculation results of the input signals to the load devices in Figures 1(a) and 1(b) (the displacement difference between Y2 and Y1 calculated using the model in Figure 2).
  • FIGS. 8(c) and 8(g) show the loads of the specimens fed back from the specimens of FIGS. 1(a) and 1(b) to the virtual model.
  • FIGS. 8(d), (e), (h), and (i) are enlarged views of portions of FIGS. 8(b), (c), (f), and (g), respectively.
  • FIGS. 1(a) and 1(b) are functional block diagrams for explaining the test system of this embodiment.
  • FIG. 1(a) shows a test system 100 as a comparative example that does not perform correction using a transfer function
  • FIG. 1(b) shows a test system 1 that performs correction using an inverse transfer function of this embodiment.
  • the test system 100 of the comparative example and the test system 1 of the present embodiment both include a specimen 40 as a part of the actual machine to be tested, an actuator 30 that operates the specimen 40, and a It includes a virtual model 11 that operates, a control device 20 that controls the actuator 30, and a calculation device 10 that calculates the virtual model 11.
  • the control device 20, actuator 30, and specimen 40 constitute a load device (system) 60.
  • the test system 1 differs from the test system 100 according to the comparative example in that it includes an inverse transfer function correction section 50 that corrects the signal from the virtual model 11 between the virtual model 11 and the control device 20.
  • the inverse transfer function that this inverse transfer function correction unit 50 has as a function is a transfer function of a system including a communication unit between the specimen 40, the actuator 30, and the control device 20, and a communication unit between the arithmetic device 10 and the control device 20. It is a proper inverse transfer function obtained based on the function.
  • the communication section between the specimen 40, the actuator 30, and the control device 20, and the communication section between the arithmetic device 10 and the control device 20 are not shown, signals are transmitted from the control device 20 to the actuator 30 and the specimen 40.
  • the inverse transfer function that the inverse transfer function correction unit 50 has as a function is basically based on the signal S 0 output from the virtual model 11 and the specimen driven by the actuator 30 in the test system 100 shown in FIG. 1(a). This is an inverse transfer function of the transfer function established between the signal Sf 1 and the signal Sf 1 indicating a displacement of 40 degrees. Further, this inverse transfer function is obtained by approximating the inverse transfer function obtained from the above transfer function of the test system 100 as a proper inverse transfer function.
  • the test system 1, 100 is related to testing a suspension including tires of a vehicle.
  • the shock absorber A (FIG. 2)
  • an actual shock absorber of the specimen 40 is used instead of the virtual model 11, and the shock absorber A is operated by an actuator 30 controlled by the control device 20.
  • the virtual model 11 includes elements other than the shock absorber A, that is, the spring, the unsprung tire, and the sprung vehicle body.
  • the virtual model 11 is mounted on a real-time calculation device 10 capable of high-speed calculation, and its operation is executed.
  • the signal S 3 input to the virtual model 11 indicates the displacement given to the tires due to the unevenness of the road surface Z when the vehicle is running.
  • the displacement is generated by another road surface model (not shown) within the computing device 10.
  • the content describing the virtual model 11 shown in FIGS. 1A and 1B is a schematic representation of a formula expressing the virtual model 11, and does not represent an actual formula.
  • FIG. 2 is a diagram showing the physical system of the virtual model 11 shown in FIGS. 1(a) and 1(b).
  • the sprung mass M1 corresponds to the mass of the vehicle body above the spring Sp
  • the unsprung mass M2 corresponds to the mass of the axle, tire T, etc. below the spring Sp.
  • a shock absorber A is arranged between the sprung mass M1 and the unsprung mass M2.
  • the lower surface of the tire T is in contact with the road surface Z
  • the position Y0 of the lower end of the tire T is the displacement due to the unevenness of the road surface Z when the vehicle is running.
  • the input to shock absorber A is the displacement due to the difference between position Y2 and position Y1.
  • the output from the shock absorber A is a load, and the load acts on the unsprung mass M1 and the sprung mass M1.
  • shock absorber A in the case of HILS that uses an actual machine instead of a theoretical model, the difference between positions Y2 and Y1 is given to the load device 60, and the load generated by shock absorber A driven by the load device 60 is the virtual model. 11, plays the same role as the shock absorber A of the virtual model 11, and performs calculations of the virtual model 11.
  • the computing device 10 performs sampling at fixed time intervals (for example, 0.5 ms), and calculates the displacement of each mass in the virtual model 11 due to the input Y0 from the road surface Z. (Y1, Y2) and a signal S 0 (Y2-Y1) indicating the displacement of shock absorber A.
  • fixed time intervals for example, 0.5 ms
  • the control device 20 includes a comparison section 21 and a control section 22.
  • the comparison unit 21 receives the signal S 0 (signal S 1 : the above-mentioned absorber displacement Y2-Y1) from the model 11 (via the inverse transfer function unit 50 in FIG. 1(b)) and the feedback from the specimen 40. A difference with the signal Sf 1 is calculated and the difference is output to the control section 22.
  • the control unit 22 performs, for example, PID control based on the difference signal from the comparison unit 21 to control the amount of operation of the actuator 30 and the like.
  • this control device 20 can be, for example, an ECU (Electronic Control Unit) in a HILS test.
  • the actuator 30 operates according to the signal S 2 from the control unit 22 so that the specimen 40 (shock absorber A) performs an operation (displacement Y2-Y1) related to the test evaluation item.
  • This actuator 30 can be a hydraulic actuator, an actuator driven by a motor, or the like.
  • the specimen 40 is operated by being driven by the actuator 30. This operation is detected by a predetermined sensor (not shown), and the detected signal Sf 1 is output to the comparator 21 and used to control the actuator.
  • the signal Sf 2 (load) is output to the virtual model 11 and used for the next step calculation.
  • the displacement S0 of the absorber calculated on the model is input to the model's absorber at the same time, and the load calculated on the model's absorber is used to perform the next step. Perform the calculation.
  • a delay and an amplitude change due to the control device 20 and the actuator 30 occur between the signal Sf 1 indicating the displacement of the shock absorber A and the signal S 0 .
  • the load signal generated from the shock absorber A of the actual machine also becomes delayed compared to the original one, making it impossible to perform accurate simulation.
  • the simulation may diverge.
  • the inverse transfer function correction unit 50 functioning as this inverse transfer function corrects the signal S 0 from the virtual model 11, so that the signal S 1 input to the comparison unit 21 becomes the signal S 0
  • the load device 60 including the control device 20 and the actuator 30 can advance the same amount as the amount delayed by the control device 20 and the actuator 30.
  • the test system 1 eliminates the time delay of the signal Sf 1 indicating the displacement of the shock absorber A caused by the actuator 30 etc. with respect to the signal S 0 from the virtual model 11, and provides a more accurate simulation. It becomes possible to do this.
  • the signal S 1 is advanced by ⁇ t seconds compared to the signal S 0 by the correction by the inverse transfer function correction section 50. Since the relationship between the signals Sf 1 and S 1 does not change, the signal S 1 is delayed by ⁇ t seconds compared to the signal S 1 which is advanced by ⁇ t seconds compared to the signal S 0 , so the delay with respect to the signal S 0 is eliminated, The delay in the signal Sf 2 indicating the load input to the virtual model 11 is also eliminated. Note that in FIG. 1B, for the sake of explanation, the inverse transfer function correction unit 50 is shown between the arithmetic device 10 and the control device 20 of the load device 60; be implemented in either.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the process of creating an inverse transfer function in the inverse transfer function correction section 50 of FIG. This process is performed prior to the operation of the test system 1 in FIG. 1.
  • the control device 20 inputs a signal S2 indicating input data of each of a plurality of frequencies to the actuator 30 to input vibration to the specimen 40 (shock absorber).
  • the displacement Sf 1 of the shock absorber A at that time is obtained.
  • Vibrations can be applied using sinusoidal sweep excitation or random wave excitation in a predetermined frequency range.
  • the predetermined frequency range is determined based on the characteristics of the specimen 40 to be simulated. In the case of a vehicle absorber, for example, the frequency can be higher than 0 Hz and up to 100 Hz.
  • Table 1 below shows one actual measurement example of this embodiment.
  • the gain and phase (deg) of the signal Sf 1 with respect to the signal S 0 are shown for each frequency of vibration. Furthermore, the gain is shown both in dB and in real numbers.
  • the gain is the amplitude ratio of the signal Sf 1 , and a negative phase means a time delay.
  • FIG. 4 shows the transfer function represented by the measurement data in Table 1 in a Bode diagram.
  • G indicates the frequency characteristic of gain
  • P indicates the frequency characteristic of phase.
  • the measurement data in Table 1 above is expressed in complex numbers, it becomes Table 2 below. That is, the relationship between gain and phase in Table 1 above can be expressed using complex numbers as shown in the following equation.
  • A is the gain (actual amount)
  • ⁇ is the phase (deg)
  • each value in Table 1 becomes the contents of Table 2 according to the above formula.
  • 5(a) and (b) are Bode plots of the transfer function approximated by the third-order polynomial shown in equation (17) above, and the gain and phase are shown based on the measured data shown in FIG. The obtained gain G and phase P are shown in comparison.
  • Rg and Rp shown in FIGS. 5A and 5B indicate the gain and phase obtained by measurement, respectively
  • Ng and Np indicate the gain and phase obtained by calculation, respectively.
  • the gain error at 100 Hz is about 1 dB
  • the phase error is within 5 degrees, which is sufficient accuracy for absorber simulation.
  • the precision is insufficient, it is possible to increase n and approximate with similar calculations.
  • Equation (25) includes parameters ⁇ a1 , ⁇ a2 , ⁇ b1 , ⁇ b2 , ⁇ a , and ⁇ b .
  • the proper inverse transfer function of equation (25) is tested while taking into account the effects of the first-order lag element (low-pass filter) and the second-order vibration element. It is determined to approximate the inverse transfer characteristic of the system's transfer function.
  • Each parameter may be determined manually or automatically. The conditions for determining the parameters are illustrated below.
  • frequencies ⁇ a1 and ⁇ a2 are set to four times or more of ⁇ 1 and ⁇ 2 or the maximum frequency that can be simulated by the arithmetic device.
  • ⁇ a is set to 0.2 or less.
  • the numerator of Equation (25) the phase is slightly delayed and the gain is reduced due to the second-order term and the first-order term in the denominator. Therefore, ⁇ b1 and ⁇ b2 are set to smaller values than ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • the "required gain or phase” is the gain and phase frequency characteristics expressed by the inverse transfer function (hereinafter referred to as "theoretical inverse transfer function") of the transfer function obtained as equation (24).
  • the above settings are a guideline, and the present embodiment is not limited to adjusting parameters using such procedures or settings.
  • FIGS. 6A and 6B are Bode diagrams showing the inverse transfer function obtained in this embodiment in comparison with the theoretical inverse transfer function
  • FIG. 6(a) shows the gain (dB)
  • FIG. 6(b) shows the frequency characteristics of each phase (deg).
  • Curves Ig and Ip in FIGS. 6A and 6B indicate the gain and phase of the theoretical inverse transfer function, respectively
  • curves Mg and Mp indicate the gain and phase of the inverse transfer function obtained in this embodiment, respectively.
  • the frequency characteristics of the obtained gain and phase are such that the difference from the theoretical inverse transfer function is within 3 dB for gain and within 10 deg for phase, and the response delay (phase delay) is sufficiently suppressed.
  • the gain and phase tolerances described here are for the absorber of the embodiment and do not apply to all systems. It changes depending on the characteristic frequency range of the system to be evaluated.
  • the parameters ⁇ b1 , ⁇ b , and ⁇ b2 can be brought close to the parameters ⁇ 1 , ⁇ 1 , and ⁇ 2 , and the theoretical It can be approximated as an inverse transfer function. In this case, it is necessary to perform calculations with a shorter sampling time, which means that a higher performance arithmetic device or control device is required.
  • the frequency range of the system to be evaluated by HILS is low, the matching at lower frequencies is sufficient, so it is possible to lower the parameters ⁇ a1 and ⁇ a2 to reduce the calculation load and construct an inexpensive evaluation system. .
  • Table 3 shows the parameters ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 1 of the theoretical inverse transfer function, and the parameters ⁇ a1 , ⁇ a2 , ⁇ b1 , ⁇ b2 , ⁇ a , ⁇ b of the inverse transfer function generated by approximation. show.
  • this inverse transfer function is implemented in the test system 1 as shown in FIG. 1(b).
  • this inverse transfer function can be implemented in the same arithmetic unit as the model arithmetic unit, or it can be implemented in an unillustrated arithmetic unit of the control device 20 of the test object 40, which is an actual machine. Note that the inverse transfer function is usually implemented on the side with higher computing power.
  • FIGS. 7(a) and (b) and FIGS. 8(a) to (i) are diagrams for explaining the effect of the inverse transfer function correction unit 50 that functions as an inverse transfer function of this embodiment.
  • FIG. 7(a) shows a signal (command) c2 input to the actuator 30 without correction by the inverse transfer function correction unit 50 of the test system 100 in FIG. 3 is a diagram illustrating a comparison with a signal (command) c1 input to an actuator 30.
  • FIG. FIG. 7(b) is an enlarged view showing the signals c1 and c2 in the range from 30s to 30.1s on the horizontal axis in FIG. 7(a).
  • the horizontal axes in FIGS. 7(a) and 7(b) indicate time (s), and the vertical axes indicate displacement (mm).
  • the phase delay ⁇ is expressed by the following equation (26).
  • ⁇ 360° ⁇ F ⁇ T... Formula (26)
  • the displacement of the signal c1 changes at a timing earlier than that of the signal c2 (the signal c1 advances compared to the signal c2).
  • the signals Sf 1 and Sf 2 output from the specimen 40 also advance, and there is no signal delay in the arithmetic device 10, so accurate simulation is possible.
  • FIG. 8(a) is a diagram showing a signal S0 indicating a displacement input from the road surface Z shown in FIG. 2 to the virtual model 11 shown in FIGS. 1(a) and 1(b).
  • FIG. 8(b) shows a signal S 1 input to the load device 60 of the test system 100
  • FIG. 8(c) shows a signal Sf 2 fed back from the specimen 40 of the test system 100 to the virtual model 11.
  • 8(d) is an enlarged view of region B in FIG. 8(b)
  • FIG. 8(e) is an enlarged view of region C in FIG. 8(c).
  • the horizontal axes in FIGS. 8(a) to (e) are all time, and the vertical axes in FIGS. 8(a), (b), and (d) are displacement, and the vertical axes in FIGS. 8(c) and (e) are The axis is the load.
  • FIG. 8(f) shows the signal S 1 input to the load device 60 of the test system 1
  • FIG. 8(g) shows the signal Sf 2 fed back from the specimen 40 of the test system 1 to the virtual model 11.
  • 8(h) is an enlarged view of region F in FIG. 8(f)
  • FIG. 8(i) is an enlarged view of region G in FIG. 8(g).
  • the horizontal axes in Figures 8(f) to (i) are time
  • the vertical axes in Figures 8(f) and (h) are displacement
  • the vertical axes in Figures 8(g) and (i) are load. be. That is, FIGS. 8(b) to 8(e) show the results using the test system 100 of FIG. 1(a) without correction by the inverse transfer function correction unit 50.
  • FIGS. 8(f) to 8(i) show the results using the test system 1 in which the inverse transfer function correction unit 50 performs correction.
  • the road surface input to the virtual model 11 is a simulated road surface with unevenness of ⁇ 50 mm, and as shown in FIG. 8(a), it changes sinusoidally along the vehicle traveling direction.
  • the simulated vehicle speed fluctuates at a cycle of 0.5 Hz.
  • the timing, frequency, and magnitude of the vibration described above vary depending on the test conditions, the characteristics of the test object, and the load device. That is, oscillation occurs due to changes in the phase and amplitude of the frequency included in the load component. Therefore, in the examples shown in FIGS. 8(b) and 8(c), the oscillation frequency and time are within the illustrated regions B and C, but the present embodiment is not limited to such examples, and the oscillation The frequency and time (timing) vary depending on the test conditions.
  • a proper transfer function is a transfer function that can be strictly realized in the real world, and specifically refers to a transfer function that satisfies the order of s in the numerator ⁇ the order of s in the denominator. That is, the non-proper transfer function is divided into proper terms and non-proper terms. Expanding this will give you the output of the test system. If the transfer function is not proper, the time derivative of the input will be included in the output due to the action of the terms that are not proper. Time differentiation is a factor that prevents implementation in the real world. As described above, in this embodiment, the output signal of the virtual model 11 is corrected using an inverse transfer function of a proper transfer function, that is, a proper inverse transfer function. Thereby, this embodiment eliminates the response delay in the test system caused by the actuator 30 and the like, and makes it possible to perform the simulation performed in the test system 1 with higher accuracy.
  • the first aspect of the invention described above includes a specimen as a part of an actual machine to be tested, an actuator that operates the specimen, a virtual model that operates in relation to the specimen, and the actuator.
  • a system including a control device for controlling the virtual model, a computing device for computing the virtual model, a communication section between the specimen, the actuator, and the control device, and a communication section between the computing device and the control device.
  • an inverse transfer function correction section that corrects the signal from the virtual model by a proper inverse transfer function determined based on the transfer function, and the control device corrects the signal corrected by the inverse transfer function correction section.
  • a test system for controlling the actuator based on a test system.
  • a second aspect of the invention is the test system according to the above aspect, in which the inverse transfer function correction section is implemented in the arithmetic device.
  • a third aspect of the invention is the test system according to the above aspect, in which the inverse transfer function correction section is implemented in an actual machine control calculation section that operates the specimen.
  • a fourth aspect of the invention is the test system according to the above aspect, wherein the numerator of the transfer function is a zero-order Laplace variable and is an approximated transfer function.
  • a fifth aspect of the invention is the test system according to the above aspect, wherein the transfer function is a Laplace variable with a cubic denominator and is an approximated transfer function.
  • a sixth aspect of the invention provides a specimen as part of an actual machine to be tested, an actuator that operates the specimen, a virtual model that operates in relation to the specimen, and a virtual model that controls the actuator.
  • a method for controlling a test system including a control device and a calculation device that calculates the virtual model, the method comprising: the specimen, the actuator, the control device, and a communication unit between the calculation device and the control device. a step of correcting the signal from the virtual model by a proper inverse transfer function determined based on a transfer function of a system including the inverse transfer function, and a step of controlling the actuator based on the signal corrected in the inverse transfer function correction step.
  • a test system control method including:
  • a seventh aspect of the invention is a control of the test system, wherein the transfer function of the system including the actuator and the specimen is divided into a real part and an imaginary part, and the transfer function is determined by an approximation formula using the least squares method. It's a method.
  • An eighth aspect of the invention is a method for controlling the test system described above, in which the transfer function is divided into a first-order lag system and a second-order vibration system, and parameters of an approximated inverse transfer function are determined.

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Abstract

供試体を作動させるアクチュエータ等による負荷システムの応答遅れを解消し、より高い精度でリアルタイムにモデルと実機を含めたシミュレーションをすることを可能とする試験システムを提供する。このため、試験の対象となる実機の一部としての供試体（４０）、供試体（４０）を動作させるアクチュエータ（３０）、供試体（４０）と関連して動作する仮想モデル（１１）、アクチュエータ（３０）を制御する制御装置（２０）、仮想モデル（１１）を演算する演算装置（１０）、供試体（４０）、アクチュエータ（３０）及び制御装置（２０）間の通信部、並びに演算装置（１０）と制御装置（２０）との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数によって仮想モデルからの信号を補正する逆伝達関数補正部（５０）と、を備え、制御装置（２０）が、逆伝達関数補正部（５０）によって補正された信号に基づいてアクチュエータ（３０）を制御する試験システム１を構成する。

Description

試験システム、試験システムの制御方法
　本発明は、試験システム、試験システムの制御方法に関し、詳しくは、仮想モデルと実機の一部としての供試体を用いた試験システムに関する。
　新型の車両等を、この種のシステムを用いて開発することにより、開発に係るコストや期間を短縮することができる。この試験システムでは、例えば、モデル作成が困難な部品やアセンブリを実物で代用しそれを供試体としたり、試作した実機の部品等を供試体としたりすることがある。そして、供試体の特性の検証、あるいは供試体以外のモデルの検証はいわゆるＨＩＬＳ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｏｐ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）によって実施される。
　このような試験システムでは、実機の挙動とモデルからの要求の間に何らかの誤差が存在し得る。この誤差の補正に関して、特許文献１には、ＮＣ工作機械等に付設され、輪郭切削を行う数値制御装置において発生するサーボ特性に起因する輪郭切削誤差を排除するための軌跡データ補正装置が開示されている。特許文献１に開示されている輪郭誤差の補正は、既知の指令値に対し、逆伝達関数補正器を用いて、あらかじめ誤差を補正した指令データを作成し、制御装置に与えるものである。また、特許文献２には、タイヤ、下部質量、上部質量で構成されるモデルとショックアブソーバの供試体とを用い、アクチュエータがモデルからの信号に基づいてショックアブソーバに負荷を加えて負荷試験を行う試験システムが開示されている。特許文献２では、コントローラが用いる制御波形とモデルからの参照波形との誤差（応答遅れ）が小さくなるように制御波形を補正、更新することが記載されているがモデルへの入力波形が一定(例えば、数十秒の時間波形)で、一回の試験を終わるたびに、モデルの出力(つまり負荷装置への入力)と前回の出力を比較して、オフラインに逆伝達関数を使用して、その誤差分を補正する。補正したデータで再度試験し、誤差が小さくなったところで、正式的な検証試験を行うものである。
特開昭６３－２３３４０２号公報 特開２００４－５３４５２号公報
　ところで、ＨＩＬＳ試験システムでは、モデルへの入力信号がリアルタイムに変化し、モデルから負荷装置（制御装置）への入力、負荷装置からモデルへのフィードバック信号もリアルタイムに変化する。このように、モデルと実負荷装置による供試体のフィードバックが一つの閉ループを構成し、お互いにリアルタイム的に作用する。負荷装置の周波数特性により、フィードバック信号が遅れたり、大きさが異なったりすると、本来の特性と異なった結果になったり、発散してシミュレーションによる検証ができなくなる。これに対し、特許文献１と特許文献２とは、いずれも逆伝達関数による補正計算があらかじめ行う必要があり、負荷装置の遅れに起因する問題をリアルタイムに解決することができない。特許文献１にあっては、モデルが関係していないので、指令信号があらかじめ決まっていて、リアルタイムに演算する必要がなかった。
　また、特許文献２にあっては、シミュレーションする間、モデルから同時刻の出力信号を使わず、前のステップで補正された信号を用いるため、開ループとなっており、一回のシミュレーションが終わると、オフラインで次のステップ用の信号を作成するため、モデルへの入力信号がリアルタイムに変化するＨＩＬＳ検証には対応できない非リアルタイムＨＩＬＳシステムである。すなわち、特許文献２において、高精度で、時間領域でリアルタイムに計算できる逆伝達関数を持ち合わせていないため、あらかじめ決まった信号にしか補正することができないという不具合を生じていた。
　本発明の目的は、供試体を作動させるアクチュエータ等による負荷システムの応答遅れを解消し、より高い精度でリアルタイムにモデルと実機を含めたシミュレーションをすることを可能とする試験システムおよび試験システムの制御方法を提供することである。
　上記の課題を解決するため、本発明の態様の試験システムは、試験の対象となる実機の一部としての供試体と、前記供試体を動作させるアクチュエータと、前記供試体と関連して動作する仮想モデルと、前記アクチュエータを制御する制御装置と、前記仮想モデルを演算する演算装置と、前記供試体、前記アクチュエータ及び前記制御装置間の通信部、並びに前記演算装置と前記制御装置との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数によって、前記仮想モデルからの信号を補正する逆伝達関数補正部と、を備え、前記制御装置は、前記逆伝達関数補正部によって補正された信号に基づいて前記アクチュエータを制御する。
　また、本発明の態様の試験システムの制御方法は、試験の対象となる実機の一部としての供試体と、前記供試体を動作させるアクチュエータと、前記供試体と関連して動作する仮想モデルと、前記アクチュエータを制御する制御装置と、前記仮想モデルを演算する演算装置と、を含む試験システムの制御方法であって、前記供試体、前記アクチュエータ、前記制御装置、および前記演算装置と前記制御装置との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数によって、前記仮想モデルからの信号を補正する工程と、前記逆伝達関数補正工程において補正された信号に基づいて前記アクチュエータを制御する工程と、を含む。
　以上の形態によれば、試験システムにおいて、供試体を作動させるアクチュエータによる負荷システムの応答遅れを解消し、より高い精度でリアルタイムにモデルと実機を含めたシミュレーションをすることが可能となる。
図１（ａ）は、伝達関数により補正を行わない公知の試験システムを示す機能ブロック図である。図１（ｂ）は、本実施形態の逆伝達関数により補正を行う試験システムを説明するための機能ブロック図である。 図１に示す仮想モデルを説明するための図である。 図１の逆伝達関数補正部において使用される逆伝達関数を作成する方法を説明するためのフローチャートである。 図１（ａ）に示す演算装置の出力部から、制御装置、アクチュエータ、供試体を含めた負荷装置の伝達関数の実測例を示す図である。 ３次多項式に近似された伝達特性を実測された伝達特性（図４）と比較して示したグラフであり、図５（ａ）はゲインを、図５（ｂ）は位相を示している。 理論的な逆伝達関数と、本実施形態において近似により生成した逆伝達関数とを比較するための図であり、図６（ａ）はゲインを、図６（ｂ）は位相を示している。 逆伝達関数補正部による補正のないアクチュエータの制御装置への入力信号と、逆伝達関数補正部を通ったアクチュエータの制御装置への入力信号とを比較して示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の一部を拡大して示す図である。 本実施形態の試験システムを車両のＨＩＬＳ試験に適用した例を示す図である。図８（ａ）は、図２に示した路面から図１（ａ）、図１（ｂ）の仮想モデルに入力される変位を示す図である。図８（ｂ）、図８（ｆ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）の負荷装置への入力信号（図２のモデルで計算されたＹ２とＹ１の変位差）の計算結果を示し、図８（ｃ）、図８（ｇ）は図１（ａ）、図１（ｂ）の供試体から仮想モデルへフィードバックされる供試体の荷重を示している。図８（ｄ）、（ｅ）、（ｈ）、（ｉ）は、それぞれ図８（ｂ）、（ｃ）、（ｆ）、（ｇ）の一部を拡大して示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。本実施形態の説明に用いる図面は、本実施形態の構成、構成に含まれる各部の位置関係、作用、効果及び技術思想を説明することを目的とし、本発明を本実施形態の具体的な構成に限定するものではない。
　図１（ａ）、図１（ｂ）は、本実施形態の試験システムを説明するための機能ブロック図である。図１（ａ）は、伝達関数により補正を行わない、比較例としての試験システム１００を示し、図１（ｂ）は、本実施形態の逆伝達関数により補正を行う試験システム１を示している。比較例の試験システム１００、本実施形態の試験システム１は、いずれも試験の対象となる実機の一部としての供試体４０と、供試体４０を動作させるアクチュエータ３０と、供試体と関連して動作する仮想モデル１１と、アクチュエータ３０を制御する制御装置２０と、仮想モデル１１を演算する演算装置１０と、を備えている。制御装置２０、アクチュエータ３０、供試体４０は、負荷装置（システム）６０を構成する。
　さらに、試験システム１は、仮想モデル１１と制御装置２０との間に、仮想モデル１１からの信号を補正する逆伝達関数補正部５０を備える点で、比較例に係る試験システム１００と異なる。この逆伝達関数補正部５０が機能として有する逆伝達関数は、供試体４０、アクチュエータ３０及び制御装置２０間の通信部、並びに演算装置１０と制御装置２０との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数である。なお、供試体４０、アクチュエータ３０及び制御装置２０間の通信部、演算装置１０と制御装置２０との間の通信部は図示を略しているが、制御装置２０からアクチュエータ３０、供試体４０へ信号Ｓ1、Ｓ2が順次伝達されていることにより供試体４０、アクチュエータ３０及び制御装置２０間に通信部があることは明らかである。また、演算装置１０から制御装置２０へ信号Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2が順次伝達されることにより、演算装置１０と制御装置２０との間に通信部があることは明らかである。
　逆伝達関数補正部５０が機能として有する逆伝達関数は、基本的に、図１（ａ）に示す試験システム１００において、仮想モデル１１から出力する信号Ｓ0と、アクチュエータ３０により駆動される供試体４０の変位を示す信号Ｓｆ1との間に成り立つ伝達関数の逆伝達関数である。また、この逆伝達関数は、試験システム１００の上記伝達関数から求められる逆伝達関数を、プロパーな逆伝達関数として近似したものである。
　試験システム１、１００は、車両のタイヤを含むサスペンションの試験に関するものである。ショックアブソーバＡとして（図２）は、仮想モデル１１の代わりに供試体４０の実機のショックアブソーバが使用され、ショックアブソーバＡは、制御装置２０に制御されるアクチュエータ３０によって動作させられる。ショックアブソーバＡ以外の要素、すなわち、ばね、ばね下のタイヤ、ばね上の車体を仮想モデル１１としている。そして、仮想モデル１１は、高速演算可能なリアルタイム演算装置１０に実装され、その動作が実行されている。仮想モデル１１へ入力される信号Ｓ3は、車両走行時、路面Ｚの凹凸により、タイヤに与えられる変位を示す。変位は、演算装置１０内の不図示の別の路面モデルによって生成される。また、図１（ａ）および（ｂ）に示す仮想モデル１１を記述する内容は、仮想モデル１１を表現する式を模式的に示したものであり、実際の式を表したものではない。
　図２は、図１（ａ）、１（ｂ）に示す仮想モデル１１の物理系を示す図である。仮想モデル１１において、ばね上質量Ｍ１はバネＳｐより上の車体の質量に対応し、ばね下質量Ｍ２は車軸、タイヤＴ等のバネＳｐより下の質量に対応する。ばね上質量Ｍ１とばね下質量Ｍ２との間にショックアブソーバＡが配置される。タイヤＴの下面は路面Ｚに接地し、タイヤＴの下端の位置Ｙ０は上記車両走行時の路面Ｚの凹凸による変位で、ばね下質量Ｍ２の位置をＹ２、ばね上質量Ｍ１の位置をＹ１とするとき、ショックアブソーバＡへの入力は、位置Ｙ２と位置Ｙ１の差による変位である。ショックアブソーバＡからの出力は荷重であり、荷重は、ばね下質量Ｍ１およびばね上質量Ｍ１に作用する。
　ショックアブソーバＡは、理論モデルの代わりに実機を使用するＨＩＬＳの場合、位置Ｙ２と位置Ｙ１の差が負荷装置６０に与えられ、負荷装置６０により駆動されるショックアブソーバＡが発生した荷重が仮想モデル１１にフィードバックされ、仮想モデル１１のショックアブソーバＡと同様な役割を果たし、仮想モデル１１の演算が実施される。
　再び、図１（ａ）および（ｂ）を参照すると、演算装置１０は、一定時間（例えば、０．５ｍｓ）ごとにサンプリングを行い、路面Ｚからの入力Ｙ０による仮想モデル１１における各質量の変位（Ｙ１，Ｙ２）およびショックアブソーバＡの変位を示す信号Ｓ0（Ｙ２－Ｙ１）を計算する。
　制御装置２０は、比較部２１と制御部２２とを含んで構成される。比較部２１は、モデル１１からの（図１（ｂ）では逆伝達関数部５０を介した）信号Ｓ0（信号Ｓ1：上記アブソーバ変位Ｙ２－Ｙ１）と、供試体４０からのフィードバックされる信号Ｓｆ1との差分を演算し、その差分を制御部２２に出力する。制御部２２は、比較部２１からの差分信号に基づき、一例としてＰＩＤ制御を行い、アクチュエータ３０の動作量等を制御する。なお、この制御装置２０は、例えば、ＨＩＬＳ試験におけるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）とすることができる。
　アクチュエータ３０は、制御部２２からの信号Ｓ2に従い、供試体４０（ショックアブソーバＡ）がその試験評価項目に関した動作（変位Ｙ２－Ｙ１）をするよう作動する。このアクチュエータ３０は、油圧アクチュエータ、モータで駆動されるアクチュエータ等とすることができる。供試体４０は、アクチュエータ３０による駆動によって動作する。そして、この動作は所定のセンサ（不図示）によって検出され、検出された信号Ｓｆ1は比較部２１に出力され、アクチュエータの制御に使用される。信号Ｓｆ2（荷重）は、仮想モデル１１に出力されて、次のステップの計算に使用される。
　ショックアブソーバＡを実機ではなく、モデルのみでシミュレーションする場合、モデル上で計算されたアブソーバの変位Ｓ0は同時刻でモデルのアブソーバに入力され、モデルのアブソーバで計算した荷重を使い、次のステップの演算を行う。しかし、実機のショックアブソーバＡを用いたＨＩＬＳシステムにおいては、ショックアブソーバＡの変位を示す信号Ｓｆ1が、信号Ｓ0との間に制御装置２０、アクチュエータ３０に起因する遅れと振幅変化が生じる。このため、実機のショックアブソーバＡから発生した荷重信号も本来のものに比べて遅れたものとなり、正確なシミュレーションができなくなる。条件によっては、シミュレーションが発散してしまうことが発生し得る。
　本実施形態の試験システム１は、この逆伝達関数として機能する逆伝達関数補正部５０が仮想モデル１１からの信号Ｓ0を補正することによって、比較部２１に入力する信号Ｓ1が信号Ｓ0に対して制御装置２０、アクチュエータ３０を含む負荷装置６０により遅れる量と同じ量を進めることができる。これにより、試験システム１は、アクチュエータ３０等に起因したショックアブソーバＡの変位を示す信号Ｓｆ1が仮想モデル１１からの信号Ｓ0に対して時間的に遅れることを解消し、より精度の高いシミュレーションを行うことが可能となる。
　すなわち、図１（ａ）のシステムにおいて、Ｓ0＝Ｓ1であり、信号Ｓｆ1は信号Ｓ1より例えばδｔ秒遅れる。このため、信号Ｓｆ2もモデルのみのシミュレーションよりδｔ秒遅れる。図１（ｂ）において、逆伝達関数補正部５０の補正により、信号Ｓ1は信号Ｓ0に比べてδｔ秒進められる。信号Ｓｆ1と信号Ｓ1との関係は変化しないので、信号Ｓ0に比べてδｔ秒進められた信号Ｓ1に対し、信号Ｓｆ1はδｔ秒遅れるので、信号Ｓ0に対する遅れが解消され、仮想モデル１１に入力される荷重を示す信号Ｓｆ2の遅れも解消される。
　なお、図１（ｂ）において、説明のため、逆伝達関数補正部５０は演算装置１０と負荷装置６０の制御装置２０の間に示しているが、実施状態では、演算装置１０あるいは制御装置２０のどちらかに実装される。
　（逆伝達関数の生成）
　図３は、図１の逆伝達関数補正部５０における逆伝達関数を作成する処理を示すフローチャートである。本処理は、図１の試験システム１の動作に先立って行われる。
　先ず、ステップＳ１０１で、仮想モデル１１と接続しない状態で、制御装置２０が、複数の周波数それぞれの入力データを示す信号Ｓ2をアクチュエータ３０に入力して供試体４０（ショックアブソーバ）に振動入力を加え、その時のショックアブソーバＡの変位Ｓｆ1を取得する。振動は、所定の周波数範囲において正弦波スイープ加振、またはランダム波加振を用いて加えることができる。所定の周波数の範囲は、シミュレーションする供試体４０の特性により決定する。車両のアブソーバの場合、例えば、０Ｈｚより高く１００Ｈｚまでとすることができる。
　以下の表１は、本実施形態の一つの実測例を示す。振動の周波数ごとに信号Ｓ0に対する信号Ｓｆ1のゲインと位相（ｄｅｇ）を示している。また、ゲインはｄＢ表示と実数表示の両方で示している。ゲインは信号Ｓｆ1の振幅比で、負の位相が時間的な遅れを意味している。
　図４は、表１の測定データが表す伝達関数をボード線図で示している。図４において、Ｇはゲイン、Ｐは位相のそれぞれ周波数特性を示している。
　上記表１の測定データを複素数で表現すると、以下の表２となる。すなわち、上記表１のゲインと位相の関係は以下の式のように複素数で表現することができる。
　　Ｇ（ｊωk）=Ａｅjφ=Ａ（ｃｏｓφ+ｊｓｉｎφ）=Ａｃｏｓφ+ｊＡｓｉｎφ
　　　　　　=Ｒm+ｊＩm
　ここで、Ａがゲイン（実量）、φが位相（ｄｅｇ）であるから、表１のそれぞれの値はそれぞれ上記式に従って、表２の内容となる。
　図５（ａ）および（ｂ）は、上記の式（１７）に示す３次多項式で近似された伝達関数のボード線図であり、ゲインおよび位相を図４に示した、測定データに基づいて求めたゲインＧと位相Ｐとの対比でそれぞれ示している。図５（ａ）、（ｂ）に示したＲｇ、Ｒｐは、それぞれ測定によって得られたゲインと位相を示し、Ｎｇ、Ｎｐは、それぞれ計算によって得られたゲインと位相を示す。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、１００Ｈｚにおけるゲインの誤差が１ｄＢ程度で、位相の誤差が５ｄｅｇ以内で、アブソーバのシミュレーションに十分な精度である。システムによって、精度が不十分な場合、ｎを大きくし、同様な計算で近似することが可能である。
　式（２５）には、パラメータωa1、ωa2、ωb1、ωb2、ζa、ζbが含まれる。本実施形態は、このようなパラメータを調整することにより、式（２５）のプロパーな逆伝達関数を、上記１次遅れ要素（ローパスフィルタ）と２次振動要素それぞれの影響を考慮しながら、試験システムの伝達関数の逆伝達特性に近づけるようにして求める。各パラメータの決定は、手動で行ってもよく、また、自動で行ってもよい。パラメータを決定する際の条件を以下に例示する。
　（１）式（２５）の分母に関し、位相遅れの影響を小さくするため、周波数ωa1、ωa2は、ω1、ω2の４倍以上、または、演算装置がシミュレーションできる最大周波数とする。
　（２）同じく分母に関し、同じく位相遅れの影響を小さくするため、ζaを０．２以下にする。
　（３）式（２５）の分子に関し、分母の２次の項と１次の項とによって位相はやや遅れ、ゲインも低下する。このため、ωb1、ωb2は、ω1、ω2に対して小さい値に設定する。
　（４）上記のようにパラメータを調整し、そのパラメータによる逆伝達関数のボード線図（ゲインおよび位相の周波数特性）を求める。そして、求めたゲインと要求されるゲインとの差が３ｄＢ以内、位相差が１０ｄｅｇ以内になるまで、上記調整を繰り返す。ここで「要求されるゲインまたは位相」は、式（２４）として求められる伝達関数の逆伝達関数（以下、「理論的な逆伝達関数」と言う）が表すゲインおよび位相周波数特性である。
　以上の設定は、目安の一つであって、本実施形態はこのような手順あるいは設定によりパラメータを調整することに限定されるものではない。
　図６（ａ）および（ｂ）は、本実施形態で求めた逆伝達関数を、理論的な逆伝達関数との対比で示すボード線図であり、図６（ａ）はゲイン（ｄＢ）、図６（ｂ）は位相（ｄｅｇ）のそれぞれ周波数特性を示している。図６（ａ）、（ｂ）にける曲線Ｉｇ、Ｉｐは、理論的な逆伝達関数のそれぞれゲイン、位相を示し、曲線Ｍｇ、Ｍｐは、本実施形態で求めた逆伝達関数のそれぞれゲイン、位相を示す。求めたゲイン、位相の周波数特性は、上述したように、理論的な逆伝達関数との差が、ゲインが３ｄＢ以内、位相が１０ｄｅｇ以内とされて、本実施形態の試験システムにおける応答遅れ（位相遅れ）が十分に抑制されている。
　ここで述べたゲインと位相の許容誤差は実施形態のアブソーバに対するもので、すべてのシステムに当てはまるものではない。評価するシステムの特性周波数範囲に応じて、変化するものである。
　本実施形態は、パラメータωa1、ωa2をなるべく高くすることにより、パラメータωb1、ζb、ωb2をパラメータω1、ζ1、ω2に近づけることができ、より高い周波数まで理論的な逆伝達関数に近づけることができる。この場合、より短いサンプリング時間で計算を行うことが必要で、つまり、より高性能な演算装置、あるいは制御装置が必要となる。ＨＩＬＳにより評価するシステムの周波数範囲が低い場合、より低い周波数での一致が十分なので、パラメータωa1、ωa2を低くし、計算負荷を低減し、安価な評価システムを構築することが可能である。
　表３は、理論的な逆伝達関数のパラメータω1、ω2、ζ1、及び近似により生成された逆伝達関数のパラメータωa1、ωa2、ωb1、ωb2、ζa、ζbを示す。
　（逆伝達関数による評価）
　再び図３を参照すると、プロパーな逆伝達関数を求めると、ステップＳ１０５で、この逆伝達関数を、図１（ｂ）に示したように、試験システム１に実装する。なお、この逆伝達関数はモデルの演算と同じ演算装置側に実装するか、実機である供試体４０の制御装置２０の図示しない演算部に実装することができる。なお、逆伝達関数は、通常、演算能力が高い側に実装される。
　図７（ａ）および（ｂ）、図８（ａ）から（ｉ）は、本実施形態の逆伝達関数として機能する逆伝達関数補正部５０による効果を説明するための図である。図７（ａ）は、図１の試験システム１００の逆伝達関数補正部５０による補正のないアクチュエータ３０へ入力される信号（命令）ｃ２と、試験システム１の逆伝達関数補正部５０を通ったアクチュエータ３０へ入力される信号（命令）ｃ１とを比較して示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）中の横軸３０ｓから３０．１ｓの範囲の信号ｃ１、ｃ２を拡大して示す図である。図７（ａ）、図７（ｂ）の横軸は時間（ｓ）、縦軸は変位（ｍｍ）を示している。
　信号の遅れ時間と位相との関係は、周波数をＦ、遅れをδＴとすると、位相遅れΦは以下の式（２６）によって表される。
　Φ　＝３６０°×Ｆ×δＴ・・・　式（２６）
　図７（ａ）に示す例では、δＴ＝０．００４３ｓ、Ｆ＝６０Ｈｚとすると、Φ＝９２．８°（約１／４周期）の遅れ（供試体４０から出力された信号Ｓｆ2が演算装置１０に入力されるまでの時間）が生じ、正確なシミュレーションを行うことができなくなる。本実施形態は、図７（ｂ）に示すように、信号ｃ１は信号ｃ２よりも早いタイミングで変位が変化する（信号ｃ１が信号ｃ２に比べて進む）。本実施形態は、信号ｃ１の進みによって供試体４０が出力する信号Ｓｆ1、Ｓｆ2も進み、演算装置１０における信号の遅れがなくなるので正確なシミュレーションが可能になる。
　図８（ａ）は、図２に示した路面Ｚから図１（ａ）、図１（ｂ）の仮想モデル１１に入力される変位を示す信号Ｓ0を示す図である。図８（ｂ）は試験システム１００の負荷装置６０に入力される信号Ｓ1を示す図、図８（ｃ）は試験システム１００の供試体４０から仮想モデル１１へフィードバックされる信号Ｓｆ2を示す図、図８（ｄ）は図８（ｂ）の領域Ｂを拡大して示す図、図８（ｅ）は図８（ｃ）の領域Ｃを拡大して示す図である。図８（ａ）から（ｅ）の横軸はいずれも時間であって、図８（ａ）、（ｂ）、（ｄ）の縦軸は変位、図８（ｃ）、（ｅ）の縦軸は荷重である。
　図８（ｆ）は試験システム１の負荷装置６０に入力される信号Ｓ1を示す図、図８（ｇ）は試験システム１の供試体４０から仮想モデル１１へフィードバックされる信号Ｓｆ2を示す図、図８（ｈ）は図８（ｆ）の領域Ｆを拡大して示す図、図８（ｉ）は図８（ｇ）の領域Ｇを拡大して示す図である。図８（ｆ）から（ｉ）の横軸はいずれも時間であって、図８（ｆ）、（ｈ）の縦軸は変位、図８（ｇ）、（ｉ）の縦軸は荷重である。すなわち、図８（ｂ）から図８（ｅ）は、逆伝達関数補正部５０による補正を行わない、図１（ａ）の試験システム１００を用いた結果を示す。図８（ｆ）から図８（ｉ）は、逆伝達関数補正部５０による補正を行う、試験システム１を用いた結果を示す。
　本実施形態では、仮想モデル１１への路面入力は凹凸が±５０ｍｍの模擬路面であり、図８（ａ）に示すように、車両走行方向に沿って正弦波的に変化する。シミュレーションの車速では、０．５Ｈｚの周期で変動する。
　この試験では、供試体４０にショックアブソーバの実機を用いている。図８（ｂ）、（ｆ）のように、正弦波の路面入力に対し、実機へのアブソーバの変位入力も正弦波に近い滑らかな変動に対し、アブソーバの荷重の変化勾配が不連続で、強い非線形性と高い周波数成分が含まれる。この荷重信号はモデルへフィードバックされる（図中領域Ｂ、Ｆで示す部分）。
　図８（ｂ）から（ｅ）に示すように、逆伝達関数による補正がない場合、図８（ｂ）、図８（ｃ）においては領域Ｂ、領域Ｃで示す部分、図８（ｄ）、図８（ｅ）においては時間２．４ｓから時間３．０ｓの範囲で約４０Ｈｚ弱の高周波成分による影響が徐々に増え、モデル上から計算された実機への指令が本来はあるべきでない高い周波数成分の振動が重畳されている。この振動指令により、ショックアブソーバＡも高い周波数で振動し、仮想モデル１１への荷重信号も振動的になる。これは上述した荷重信号中の高周波成分の位相遅れにより、間違った計算結果によるものである。一方、図８（ｆ）から図８（ｉ）に示すように、逆伝達関数による補正を行った場合、上述のような振動がなくなり、正しいＨＩＬＳ評価ができる。本実施形態の場合、実車両走行時、上述のような振動がないことが既知なので、シミュレーションミスと想定できるが、特性が既知でない新製品の場合、逆伝達関数による補正がない場合、間違った結果となる。
　なお、試験条件や、試験体、負荷装置の特性により、上記振動のタイミングや、周波数、大きさが変化する。すなわち、発振は、荷重成分に含まれる周波数の位相と振幅の変化によって発生する。したがって、図８（ｂ）、（ｃ）に示した例では発振する周波数と時間が図示した領域Ｂ、Ｃ内にあるが、本実施形態はこのような例に限定されるものでなく、発振の周波数及び時間（タイミング）は試験条件により変化する。
　ここで、プロパーな伝達関数は、現実世界で厳密な実現が可能である伝達関数であり、具体的には分子のｓの次数≦分母のｓの次数を満たす伝達関数をいう。すなわち、プロパーでない伝達関数は、プロパーな項とプロパーでない項とに分けられる。これを展開すると試験システムの出力が得られる。伝達関数がプロパーでない場合、プロパーでない項の作用で入力の時間微分が出力に含まれる。時間微分は、現実世界での実現を妨げる要因となる。以上説明したように、本実施形態は、プロパーな伝達関数の逆伝達関数、すなわちプロパーな逆伝達関数により仮想モデル１１の出力信号を補正する。これにより、本実施形態は、アクチュエータ３０等に起因した試験システムにおける応答遅れを解消し、試験システム１において行われるシミュレーションをより高い精度で行うことが可能になる。
　以上説明した第１の発明の態様は、試験の対象となる実機の一部としての供試体と、前記供試体を動作させるアクチュエータと、前記供試体と関連して動作する仮想モデルと、前記アクチュエータを制御する制御装置と、前記仮想モデルを演算する演算装置と、前記供試体、前記アクチュエータ及び前記制御装置間の通信部、並びに前記演算装置と前記制御装置との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数によって、前記仮想モデルからの信号を補正する逆伝達関数補正部と、を備え、前記制御装置は、前記逆伝達関数補正部によって補正された信号に基づいて前記アクチュエータを制御する、試験システムである。
　第２の発明の態様は、前記逆伝達関数補正部を、前記演算装置に実装した上記の態様の試験システムである。
　第３の発明の態様は、前記逆伝達関数補正部を、前記供試体を動作させる実機制御演算部に実装した上記の態様の試験システムである。
　第４の発明の態様は、前記伝達関数は分子が０次のラプラス変数であり、近似した伝達関数である、上記の態様の試験システムである。
　第５の発明の態様は、前記伝達関数は分母が３次のラプラス変数であり、近似した伝達関数である、上記の態様の試験システムである。
　第６の発明の態様は、試験の対象となる実機の一部としての供試体と、前記供試体を動作させるアクチュエータと、前記供試体と関連して動作する仮想モデルと、前記アクチュエータを制御する制御装置と、前記仮想モデルを演算する演算装置と、を含む試験システムの制御方法であって、前記供試体、前記アクチュエータ、前記制御装置、および前記演算装置と前記制御装置との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数によって、前記仮想モデルからの信号を補正する工程と、前記逆伝達関数補正工程において補正された信号に基づいて前記アクチュエータを制御する工程と、を含む試験システムの制御方法である。
　第７の発明の態様は、前記アクチュエータ及び前記供試体を含めた系の伝達関数を実数部と虚数部に分けて、最小二乗法による近似式により前記伝達関数を求める、上記の試験システムの制御方法である。
　第８の発明の態様は、前記伝達関数を１次遅れ系と２次振動系に分割して、近似する逆伝達関数のパラメータを求める、上記の試験システムの制御方法である。
１、１００　試験システム
１０　演算装置
１１　仮想モデル
２０　制御装置
２１　比較部
２２　制御部
３０　アクチュエータ
４０　供試体
５０　逆伝達関数補正部
６０　負荷装置
Ａ　ショックアブソーバ

Claims (8)

  1. 　試験の対象となる実機の一部としての供試体と、
    　前記供試体を動作させるアクチュエータと、
    　前記供試体と関連して動作する仮想モデルと、
    　前記アクチュエータを制御する制御装置と、
    　前記仮想モデルを演算する演算装置と、
    　前記供試体、前記アクチュエータ及び前記制御装置間の通信部、並びに前記演算装置と前記制御装置との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数によって、前記仮想モデルからの信号を補正する逆伝達関数補正部と、を備え、
    　前記制御装置は、前記逆伝達関数補正部によって補正された信号に基づいて前記アクチュエータを制御する、
    試験システム。
  2. 　前記逆伝達関数補正部を、前記演算装置に実装した請求項１記載の試験システム。
  3. 　前記逆伝達関数補正部を、前記供試体を動作させる実機制御演算部に実装した請求項１に記載の試験システム。
  4. 　前記伝達関数は、分子が０次のラプラス変数であり、近似した伝達関数である、請求項１に記載の試験システム。
  5. 　前記伝達関数は、分母が３次のラプラス変数であり、近似した伝達関数である、請求項４に記載の試験システム。
  6. 　試験の対象となる実機の一部としての供試体と、前記供試体を動作させるアクチュエータと、前記供試体と関連して動作する仮想モデルと、前記アクチュエータを制御する制御装置と、前記仮想モデルを演算する演算装置と、を含む試験システムの制御方法であって、
    　前記供試体、前記アクチュエータ及び前記制御装置間の通信部、並びに前記演算装置と前記制御装置との間の通信部を含む系の伝達関数に基づいて求められるプロパーな逆伝達関数によって、前記仮想モデルからの信号を補正する逆伝達関数補正工程と、
    　前記逆伝達関数補正工程において補正された信号に基づいて前記アクチュエータを制御する工程と、
    を含む試験システムの制御方法。
  7. 　前記アクチュエータ及び前記供試体を含めた系の伝達関数を実数部と虚数部に分けて、最小二乗法による近似式により前記伝達関数を求めることを特徴とする請求項６に記載の試験システムの制御方法。
  8. 　前記伝達関数を１次遅れ系と２次振動系に分割して、近似する逆伝達関数のパラメータを求める請求項６に記載の試験システムの制御方法。
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