(57)【要約】【課題】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を提供すること。【解決手段】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。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１８−１６８３３２
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】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）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（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���出力ポート８５）と、を設定する。
【００１１】
（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。
【００１２】
（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。
【００１３】
（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。
【００１４】
（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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【発明の効果】
【００１７】
（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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
（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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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。
【図２】軸トルク制御器の制御回路の構成を示す図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】公称プラントの構成を示す図である。
【図６】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。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【数１】
2020094855.tif 000003
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
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
【図１】
2020094855.tif 000004
【図２】
2020094855.tif 000005
【図３】
2020094855.tif 000006
【図４】
2020094855.tif 000007
【図５】
2020094855.tif 000008
【図６】
2020094855.tif 000009
【図７】
2020094855.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月28日(2020.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。