(57)【要約】【課題】正確なブレーキ動作と等価な状態を電気的な制御のみで実現する。【解決手段】モータ可変速制御において、機械的なブレーキと同様な動作を電気的なトルク制御や位置制御のみにより実現するシステムにおいて、位置指令を目標値として、速度形の比例積分制御を行う位置制御部３０と、位置制御部の出力をトルク指令からブレーキトルク指令を加減算した値以内に制限する可変リミッタ３８と、トルクリミッタが飽和状態の場合には、可変リミッタの飽和検出フラグＦにより現在の位置検出θを指令値として更新し、トルクリミッタが非飽和になるとその指令値の更新を停止して飽和状態の最後の位相θを保持する機能を有する位置指令補正部２０とによって、電気的な制御により機械的なブレーキと等価な機能を実現する。【選択図】　図１
2004032826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ可変速制御において、機械的なブレーキと同様な動作を電気的なトルク制御や位置制御のみにより実現するシステムにおいて、
前記位置指令を目標値として、速度形の比例積分制御を行う位置制御部と、
前記位置制御部の出力をトルク指令からブレーキトルク指令を加減算した値以内に制限する可変リミッタと、
前記トルクリミッタが飽和状態の場合には、現在の位置検出を指令値として更新し、トルクリミッタが非飽和になるとその指令値の更新を停止して飽和状態の最後の位相を保持する機能を有する位置指令補正部と、
によって構成される、電気的な制御によりブレーキと等価な機能を実現するモータ可変速制御における制動制御装置。
【請求項２】
前記位置制御部の位相偏差に対して比例ゲインを乗算後に、ブレーキトルク指令と同じ幅の正負のトルクリミッタを挿入することにより、過大なトルク偏差の変化による影響を抑制しする請求項１に記載のモータ可変速制御における制動制御装置。
【請求項３】
前記位置指令補正部の位置指令値の更新・保持の切換え信号に、ディジタル的なフィルタを挿入し、更新と保持が交互に発生するような異常状態を防止する請求項１または２に記載のモータ可変速制御における制動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
自動車試験用ダイナモメータシステムなどの自動車などの開発テストのため、自動車などの挙動を模擬してトルクや速度を発生するブレーキ模擬制御、あるいは、エレベータなど機械的なブレーキを有するサーボシステムなどのブレーキの代わりを電気トルクで実現するモータ可変速制御における制動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７のように、自動車などのトランスミッション（ＴＭ）の試験をするダイナモメータシステムは、トランスミッション入力側のエンジン部を模擬するダイナモメータ（モータ）ＤＹ１と、トランスミッション出力側の自動車の慣性を加速するトルクや走行抵抗、ブレーキなどを模擬するためのダイナモメータ（モータ）ＤＹ２で構成されている。
【０００３】
この内トランスミッションからみた負荷を模擬するためには、自動車の慣性を加速するトルクや、走行抵抗や登坂に必要なトルク、およびブレーキトルクなどを計算して、ダイナモメータＤＹ２の吸収トルク指令とすればよい。そこで、ダイナモメータシステムの内部では上記の項目を演算しながら、恰も自動車が走行しているように吸収（負荷）トルク指令を設定している。しかしこれらの成分のうち、ブレーキの摩擦トルクは車が動いているときと停止した時との挙動が異なるため等価な制御が複雑となっている。
【０００４】
ダイナモメータＤＹ２のブレーキの機能を説明する。図８のようなシャフト１にブレーキ２のディスク２ａが取りつけられているモデルとする。このモデルの入力トルクＴｉ、出力トルクＴｏ、ブレーキトルクＴｂの関係式を（１）式に示す。
【０００５】
Ｔｏ＝Ｔｉ−Ｔｂ　　……（１）
このモデルのトルク特性は、ブレーキの最大トルクＴｂーｍａｘを境界とする非線形特性を有しているため、入、出力トルクＴｉ、ＴｏとブレーキトルクＴｂの関係は図９（ａ）（ｂ）のように非線形になる。
【０００６】
つまり、入力トルクＴｉがブレーキの最大トルクＴｂーｍａｘ以下のときには、ブレーキは常に入力トルクと同じ負荷トルクを反抗トルクとして発生する。そのため、出力トルクＴｏは零となり、加速できずに静止状態を維持する動作となる。もし、入力トルクＴｉが最大ブレーキトルクＴｂーｍａｘを越えた場合には、ブレーキトルクは最大値Ｔｂーｍａｘで一定になり、これを越えた分の入力トルク成分が出力トルクになる。このとき入力トルクＴｉはブレーキトルクＴｂに打ち勝って負荷を回転させることができるようになる。
【０００７】
従来ブレーキ模擬制御装置は、自動車のブレーキを模擬するために、速度＝０のサーボロック状態と、回転中の出力トルクに相当する負荷トルク指令にブレーキトルク指令Ｔｂーｍａｘを回転方向に応じて加減算する機能の２つのモードを切換える制御方式を採用している。その制御ブロック図を図１０に示す。
【０００８】
図１０について、走行抵抗を模擬する負荷トルク指令Ｔｏとブレーキ作動時を模擬するブレーキ指令±Ｔｂーｍａｘを加算器１３で加算し電流指令ｉｒーＴを得る。４５は静止時のブレーキを模擬するための位置サーボ用の位置指令をサンプルするサンプラで、零速度検出器７５からの零速度検出信号ｚｎと組み合わせて、回転中は検出位相をサンプルしておき、零速度になるとホールドする機能を実現している。位置制御部４７は偏差検出器４６で検出したサンプラ４５からの位置指令と位置検出θとの偏差をＰＩ演算し電流指令ｉｒーθを出力する。切換えスイッチ４８は、運転中は”０”側を選択し速度零の場合は”１”側を選択し、上記電流指令ｉｒーＴとｉｒーθを切換えて電流指令ｉｒを出力する。
【０００９】
電流制御器５２は上記電流指令ｉｒと電流検出器５４からの電流検出ｉとの偏差をＰＩ演算して電圧指令を出力し、電力変換器５３はこの電圧指令に基づきダイナモメータ（モータ）ＤＹ２を制御する。６０はダイナモメータＤＹ２の慣性ブロックで、電流指令相当のトルクにより加減速する慣性モーメントＪとして表現されたダイナモメータＤＹ２の機械系６１とその速度ωｒを積分して回転位相（回転位置）θを出力する積分系６２とからなる。
【００１０】
なお、零速度検出器７５は、ダイナモメータＤＹ２に取付けられた位置検出用パルスエンコーダ７１からの位置（位相）検出θを微分器７３で微分した速度検出ωから上記零速度検出信号ｚｎを検出している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のブレーキ模擬制御装置では、零速度検出器７５を用いて零速度を判定する必要があるが、この零速度検出に時間遅れがあると、零速度を通り越して逆転してしまうことになる。また位置検出器７１にインクリメンタルタイプのパルスエンコーダを使用すると、モータが低速になるとパルス発生周期が長くなる。特に、零速度ではパルスが発生せず、ある程度のパルスが休止してから初めて零速度を検出可能になるため、零速度検出に大きな遅延時間が発生してしまう。そのため、減速モードからサーボロックヘの切換え時に逆転現象が避けられないという問題がある。これらのことから、零速度の検出器を使用しないブレーキ模擬制御装置が必要になってくる。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、より正確なブレーキ動作と等価な状態を、電気的な制御のみで実現できるモータ可変速制御における制動制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ可変速制御における制動制御装置は、モータ可変速制御において、機械的なブレーキと同様な動作を電気的なトルク制御や位置制御のみにより実現するシステムにおいて、前記位置指令を目標値として、速度形の比例積分制御を行う位置制御部と、前記位置制御部の出力をトルク指令からブレーキトルク指令を加減算した値以内に制限する可変リミッタと、前記トルクリミッタが飽和状態の場合には、現在の位置検出を指令値として更新し、トルクリミッタが非飽和になるとその指令値の更新を停止して飽和状態の最後の位相を保持する機能を有する位置指令補正部とによって構成される、電気的な制御によりブレーキと等価な機能を実現するものである。
【００１４】
また、前記位置制御部の位相偏差に対して比例ゲインを乗算後に、ブレーキトルク指令と同じ幅の正負のトルクリミッタを挿入することにより、過大なトルク偏差の変化による影響を抑制することができる。また、前記位置指令補正部の位置指令値の更新・保持の切換え信号に、ディジタル的なフィルタを挿入することにより、更新と保持が交互に発生するような異常状態を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に実施例１に係るブレーキ模擬制御装置のブロック構成図を示す。図１おいて、１３はトルクリミッタ演算部で、走行抵抗を模擬する負荷トルク指令Ｔｏとブレーキ作動時を模擬したブレーキ指令Ｔｂーｍａｘを加算し位置制御部３０の可変リミッタの上限値を計算する加算器１３ａと、走行抵抗を模擬する負荷トルク指令Ｔｏからブレーキ作動時を模擬するブレーキ指令Ｔｂーｍａｘを減算し可変リミッタ３８の上限値を計算する減算器１３ｂとからなる。
【００１６】
２０は可変リミッタ３８が飽和状態の場合には、現在の位置検出を位置指令値として更新し、可変リミッタ３８が非飽和になると位置指令値の更新を停止して飽和状態の最後の位相を保持する機能を有する位置指令補正部、３０は位置指令補正指令補正部２０からの位置偏差を演算して電流指令ｉｒを出力する可変リミッタ３８付きの位置制御部、５０は位置制御部３０に接続された電流制御ブロック、６０はダイナモメータＤＹ２の慣性ブロックである。
【００１７】
上記位置指令補正部２０は、静止時のブレーキを模擬するための位置サーボ用の位置（位相）指令をサンプルするサンプラ２１とノイズ対策用フィルタ２２及び位置偏差検出器２３からなり、サンプラ２１は異常状態防止用フィルタ４２を介してフィードバックされる可変リミッタ３８の飽和を検出する可変リミッタの飽和検出器３９から出力される飽和状態の時に”　サンプラ２１をサンプル”（サンプルモード）を、非飽和の時に”　サンプラ２１をホールド”（ホールドモード）となる飽和検出フラグＦにより制御され、ダイナモメータＤＹ２に取付けられた位置検出用パルスエンコーダ７１で検出した位置検出θを１サンプル遅延させる１サンプル遅延回路７２からの位置検出を位置指令として出力する。可変リミッタ３８が飽和時には、現在の位置検出をサンプルして位置指令を更新する。可変リミッタ３８が非飽和の時にはホールドとなり、飽和時の最終位置検出（位置指令）を保持する。位置偏差検出器２３はフィルタ２２を通して入力するサンプラ２１からの位置指令と１サンプル遅延回路７２からの位置検出との偏差を検出して位置制御部３０に出力する。
【００１８】
上記飽和検出フラグＦは位置指令補正部２０にフィードバックされるが、位置制御部３０のゲインが大きな場合には位置制御フィードバックのループのため、飽和・非飽和が交互に発生するようなリミットサイクルが発生することがある。異常状態防止用フィルタ４２はこれを防止するためのもので、数サンプル間以上フラグＦが安定になってから安定した状態のフラグＦを出力する。これにより、入力フラグＦが短い周期で変化した場合は、このフィルタ４２で除去される。
【００１９】
位置制御部３０は、サーボロックのための位置制御を離散系の速度アンプで実現する。この際、最終の積算部分に上記トルクリミッタの上下限値で制限する可変リミッタ３８を挿入する。位置制御部３０は、比例ゲイン（Ｋｐθ）３１、積分ゲイン（Ｋｉθ）３５、比例ゲイン３１に接続された微分回路３４、微分回路３４の出力と積分ゲイン３５の出力を加算する加算器３６と、可変リミッタ３８から出力される電流指令ｉｒを１サンプル遅延させる１サンプル遅延回路４１と加算器３６の出力とを加算する加算器３７とからなる最終の積算部分と、加算器３７に接続され電流指令ｉｒを出力する可変リミッタ３８と、可変リミッタ３８の飽和状態を判定するコンパレータであり、上記飽和状態の時に”１”を、非飽和の時に”０”　となる飽和検出フラグＦを出力する可変リミッタの飽和検出器とにより構成されている。
【００２０】
電流制御ブロック５０は、従来図１０のものと同様に構成されており、電流制御器５２は上記電流指令ｉｒと電流検出器５４からの電流検出ｉとの偏差を演算して電圧指令を出力し、電力変換器５３はこの電圧指令に基づきダイナモメータ（モータ）ＤＹ２を制御する。またダイナモメータＤＹ２の慣性ブロック６０も従来図１０のものと同様に、電流指令相当のトルクにより加減速する慣性モーメントＪとして表現されたダイナモメータＤＹ２の機械系６１とその速度を積分して回転位相を出力する積分系６２とからなる。
【００２１】
上記制御ブロックの動作を図３のタイムチャートを用いて説明する。図３のタイムチャートは、図２のように自動車が下り勾配の坂道を０〜１ｓの期間走行し、１〜１．４ｓの期間は下り急勾配となり、１．４〜２ｓの期間は逆に上り勾配となっており、この状態で、ブレーキを０．４〜２ｓの期間ブレーキ動作を行う場合の例である。
【００２２】
期間Ａの動作：下り勾配のため加速を始める。この下り勾配に相当する加速トルクをダイナモメータＤＹ２に出力する。この際、ブレーキトルクＴｂは零であるため、トルクリミッタ値演算部１３から出力されるトルクリミッタ値はＴｏで、可変リミッタ３８の上下限値は負荷トルク指令Ｔｏと一致する。ダイナモメータＤＹ２はこの加速トルクにより速度を増していく。
【００２３】
期間Ｂの動作：０．４ｓの時点でブレーキトルク指令Ｔｂーｍａｘ３８が入力され、トルクリミッタ値演算部１３の出力はＴｏ±Ｔｂーｍａｘとなるので、可変リミッタ３８のリミッタ値はＴｏ±Ｔｂーｍａｘに広がっていく。ダイナモメータＤＹ２が回転中であるため、位置指令補正部２０の位置（位相）指令を更新しても、同時に位置検出も進むため、位置制御部３０に入力する位置偏差は常に減速方向に発生することになる。位置制御部３０のゲインを大きく取ると、負の大きな値を制御出力としようとする。これに可変リミッタ３８を掛けると、可変リミッタ３８の負側のリミッタに制限されることになる。負側のリミッタが、マイナス領域にあるため減速トルクがダイナモメータＤＹ２に入力されることになり、減速を開始する。
【００２４】
期間Ｃの動作：０．８ｓの時点で速度が零となると、位相の進みが停止する。そのため位相指令が遅れても位相検出の方が停止するため追いつくことができ、位相差が小さくなってくる。そうして可変リミッタ３８の非飽和領域に入ってくる。非飽和領域に入ると、飽和検出フラグＦが”０”となり位相指令の更新を停止し、位相指令をホールドしてサーボロック状態になる。
【００２５】
期間Ｄの動作：丁度サーボロック状態の場合ではあるが、坂道の下り勾配が急になり、加速トルクが増加した条件がこの期間Ｄである。可変リミッタ３８の下限値はマイナス領域からプラス領域に変化するため、下限のリミッタに張りつくものの加速トルクとなり、また増速を始める。これはブレーキトルク以上に勾配による加速トルクが発生した状態である。
【００２６】
期間Ｅの動作：増速しながら、上り勾配に突入すると、トルク指令Ｔｏが減速指令（負値）となるため、この値とブレーキのトルクとを加算した減速トルクがダイナモメータＲＹ２に入力される。そのため今度は急減速を始める。
【００２７】
期間Ｆの動作：急減速により零速度に達すると、期間Ｃと同様にサーボロックモードに移行する。サーボロックに移行時のトルクの応答は、位置制御部３０のゲインにより決定される
以上のように、回転中のトルク制御モードとサーボロックとが、零速度検出器７５（図１０）を使用しなくても連続的に移行できる。
【００２８】
上記実施例１によれば、（１）低速域では検出遅れが大きな速度検出情報を使用せずに制御できる。（２）トルクを制御するモードと、位置をロックするモードとを連続的に切り替えることができる。（３）位置制御部の積分項は、制御が選択されていなくても適切な値になる。このため、より正確なブレーキ動作と等価な状態を、電気的な制御のみで実現できる。
【００２９】
なお、上記機能を利用すると、エンジンなど試験用ダイナモメータの場合には、実際のブレーキ機構が不要となる。また、従来エレベータは、速度を低下して目標位置に達した後、機械的なブレーキをかけるが、機械的なメカ系には時間遅れが犬きい。それに対して上記機能をエレベータなどに適用すれば、恰も停止前からブレーキをかけた状態にさせることができるためブレーキ動作遅れが存在しない。つまり、電気的にロックした後にゆっくりと機械的ブレーキを動作させることができ、安定な停止が可能となる。
【００３０】
（実施例２）
図４に実施例２に係るブレーキ模擬制御装置のブロック構成図を示す。実施例１（図１）との相違は、位置指令補正部２０にある。この位置指令補正部２０は、静止時のブレーキを模擬するための位置サーボ用の位置（位相）指令をサンプルするサンプラ２４、位相積算器２５、位置偏差検出器２６、位置（位相）偏差を１サンプル遅延させる１サンプル遅延回路２７とこの１サンプル遅延回路２７から出力を制限する変化率制限回路２８とからなる。そして、サンプラ２４はフィルタ４２を介してフィードバックされる可変リミッタ飽和検出器３９から出力される飽和状態の時に”１”を、非飽和の時に”０”となる飽和検出フラグＦにより制御され、変化率制限回路２８の出力を位相積算器２５に出力するようになっている。また、位相積算器２５はサンプラ２４を介して入力する変化率制限回路２８の出力を積算して位相指令として出力し、位置偏差検出器２６はこの位相（位置）指令と１サンプル遅延回路７２からの位置検出との偏差を検出し位置制御部３０に出力するように構成されている。その他の構成は、実施例１のものと変わりがない。
【００３１】
この位置指令補正部２０は、位置指令と位置検出の偏差を変化率制限値（１サンプル間の許容偏差分）で制限したものを、サンプルホールド動作させている。そして、この偏差分を積算することにより、位相指令の更新を行っている。機能的には、図１のフィルタ２２と同じような動作を行う。フィルタのままでは、偏差が少ないときには位相指令の応答も遅くなってしまうため、偏差量によらず一定の位相補正量を確保できる点が図１の位置指令補正と異なる。
【００３２】
（実施例３）
図５に実施例３に係るブレーキ模擬制御装置のブロック構成図を示す。実施例２（図４）との相違点は、位置制御部３０における比例ゲイン部３１と積分ゲイン３５の間に比例ゲイン部３１の出力を制御するリミッタ３３を設け、この正側のリミッタ値をブレーキトルク指令Ｔｂーｍａｘで制御し、負側のリミッタ値は極性反転回路３２で反転させてブレーキトルク指令−Ｔｂーｍａｘで制御するようにした点にある。その他の構成は、実施例２と変わりがない。
【００３３】
上記図１、図４の制御ブロックは、位相制御器３０のゲインを高く設定しないと、ブレーキと等価な高速なサーボロックが実現できない。速度形のＰ１制御を適用すると、位置（位相）偏差に比例ゲインを乗算した結果が可変リミッタ３８の飽和レベルよりも高い値になった場合でも、微分成分は積分器に入力されてしまうため、位置偏差の変化時に出力に影響を与えてしまう。実施例３の位置制御部３０は、比例ゲインを掛けた後に、ブレーキトルク（指令）で制限するリミッタ３３を挿入しているので、位置制御部３０のゲインを高く設定しても、飽和時の異常現象を防止することができる。
【００３４】
（実施例４）
図６に実施例４に係るブレーキ模擬制御装置のブロック構成図を示す。実施例４は、実施例３（図５）の負荷トルク指令Ｔｏの前段に速度制御部１２を設けて速度制御方式としたものである。即ち、速度指令Ｎｏと位相検出θを微分器７３で微分し１サンプル遅延回路７４で１サンプル遅延させた速度検出Ｎｄとの偏差を検出する速度偏差検出器１１とこの速度偏差をＰＩ演算して負荷トルク指令Ｔｏを出力する速度制御部１２及びエンコーダ７１からの位置検出を微分して測度を得るための微分器７３とこの測度検出の前回値を速度検出として出力する測度前回値回路７４を設けて速度制御するようにしたものである。
【００３５】
上記のように速度制御部１２を設けて速度制御方式としても実施例３と同様にブレーキ機能を構成できる。また、実施例１，２においても同様に速度制御部１２を設けて速度制御方式とすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、上述の通り構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
（１）低速域では検出遅れが大きな速度検出情報を使用することなくブレーキ動作を模擬できる。
（２）トルクを制御するモードと、位置をロックするモードとを連続的に切り替えることができる。
（３）位置制御部の積分項は、可変リミッタにより制御が選択されていなくても可変リミッタにより適切な値になっている。
（４）上記（１）〜（３）の機能を有しているため、より正確なブレーキ動作と等価な状態を、電気的な制御のみで実現できる。
【００３７】
（５）上記（１）〜（３）の機能を、エンジンなど試験用ダイナモメータに利用すると、実際のブレーキ機構が不要となる。また、エレベータなどに適用すると、電気的にロックした後にゆっくりと機械的ブレーキを動作させることができるので、ブレーキ動作遅れのない安定な停止が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るブレーキ模擬制御装置の制御ブロック図。
【図２】道路勾配とブレーキの関係例を示す説明図。
【図３】図２に基づく図１の制御ブロックの動作説明用タイムチャート。
【図４】本発明の実施例２に係るブレーキ模擬制御装置の制御ブロック図。
【図５】本発明の実施例３に係るブレーキ模擬制御装置の制御ブロック図。
【図６】本発明の実施例４に係るブレーキ模擬制御装置の制御ブロック図。
【図７】ダイナモメータを用いたトランスミッション試験装置の構成図。
【図８】ブレーキの機能説明図。
【図９】ブレーキのトルク特性説明図。
【図１０】従来例に係るブレーキ模擬制御装置の制御ブロック図
【符号の説明】
１２…速度制御部
１３…トルクリミッタ値演算部
２０…位置指令補正部
２２…ノイズ対策用フィルタ
３０…位置制御部
３１…比例ゲイン
３５…積分ゲイン
３８…可変リミッタ
３９…可変リミッタの飽和検出器
４２…異常状態防止用フィルタ
５０…電流制御ブロック
６０…ダイナモメータＤＹ２の慣性ブロック
７１…位置検出用パルスエンコーダ
７３…微分器
【図１】
2004032826.tif 000003
【図２】
2004032826.tif 000004
【図３】
2004032826.tif 000005
【図４】
2004032826.tif 000006
【図５】
2004032826.tif 000007
【図６】
2004032826.tif 000008
【図７】
2004032826.tif 000009
【図８】
2004032826.tif 000010
【図９】
2004032826.tif 000011
【図１０】
2004032826.tif 000012