JP5304913B2 - ダイナモメータシステム - Google Patents

Description

本発明は、ダイナモメータシステムに関する。より詳しくは、ダイナモメータの角速度を検出するエンコーダと、負荷機器及びダイナモメータ間の軸トルクを検出する軸トルクメータとを備え、これらの検出値に基づいてダイナモメータを制御するダイナモメータシステムに関する。

ダイナモメータシステムでは、電動機、エンジン、ローラなどの負荷機器と、この負荷機器で発生した動力を吸収するダイナモメータとを共通の軸で連結するとともに、角速度やトルクなどを検出する各種センサの検出信号に基づいてダイナモメータを制御し、負荷機器に適当な負荷を与えながら負荷機器の出力を制御することにより、その各種性能試験を行う。

このようなダイナモメータシステムは、トルク検出手段の違いから大きく２種類に分けられる。
一つは、特許文献１に示されているような揺動式のダイナモメータを備えたシステムである。このシステムでは、ダイナモメータに設けられた揺動子は基台上に浮揚軸受を介して揺動自在に支持されており、この揺動子のトルクアームの先端と基台との間をロードセルによって連結し、このロードセルで検出した歪みからトルクを検出し、これを制御量とした制御系が構築される。
もう一つは、非揺動式、すなわち上述のようにダイナモメータを揺動させないように基台上に設けたシステムである。このシステムでは、上記ロードセルを用いたトルクの検出が困難となることから、特許文献２に示すように軸トルクメータでダイナモメータと負荷機器との間の軸トルクを検出し、これを制御量とした制御系が構築される。

特開２００９−１０９３０９号公報 特開２０１１−２５７２０５号公報

以上のように、ロードセルを用いたシステムと軸トルクメータを用いたシステムとでは、トルク検出手段の相違に起因して、加速、減速中の性能試験結果に差が生じてしまう場合があり、両システムで統一的な評価が困難になるという課題がある。

本発明は、軸トルクメータを備えたダイナモメータシステムにおいて、ロードセルを備えたシステムと同価値の評価が可能なシステムを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するため本発明は、負荷機器（例えば、後述の電動機９）と共通の軸（例えば、後述の軸Ｓ）で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２）と、当該ダイナモメータに電力を供給するインバータ（例えば、後述のインバータ３）と、当該ダイナモメータの角速度を検出するエンコーダ（例えば、後述のエンコーダ４）と、前記負荷機器及び前記ダイナモメータ間の軸トルクを検出する軸トルクメータ（例えば、後述の軸トルクメータ５）と、前記エンコーダの検出値及び前記軸トルクメータの検出値に基づいて前記ダイナモメータを制御する制御装置（例えば、後述のトルク制御装置６，６Ａ，６Ｂ，６Ｂ´，６Ｃ，６Ｃ´）と、を備えたダイナモメータシステムを提供する。前記制御装置は、前記エンコーダの検出値（ωＭ）から算出された前記ダイナモメータの角加速度（ωＭ・ｓ）に当該ダイナモメータの慣性モーメント（ＪＭ）を乗じた値と、前記軸トルクメータの検出値（Ｔｓｈ）とを合算することにより演算トルク値（Ｔｃａｌ）を算出する演算トルク算出部（例えば、後述の演算トルク算出部６１Ａ）と、外部から入力される前記演算トルク値に対する指令値（Ｔｒｅｆ）と前記演算トルク値（Ｔｃａｌ）とに基づいて前記インバータに対する入力となるトルク電流指令値（Ｔｄｙｒｅｆ，Ｔ１）を算出する演算トルクコントローラ（例えば、後述の演算トルクコントローラ６２Ａ）と、を備えることを特徴とする。

（１）本発明によれば、エンコーダの検出値から算出されたダイナモメータの角加速度にダイナモメータの慣性モーメントを乗じた値と、軸トルクメータの検出値とを合算することにより、上述のロードセルの検出値に相当する演算トルク値を算出し、演算トルクコントローラでは、外部から入力される指令値により、上記演算トルク値を制御量としてトルク電流指令値を算出する。これにより、軸トルクメータを備えたシステムにおいてロードセルの検出値を制御量としたトルク制御と同等の制御（演算ダイナモトルク制御）を行えるため、ロードセルを備えたシステムと同価値の評価を行うことができる。

（２）この場合、前記演算トルク算出部は、Ｔｓｈを前記軸トルクメータの検出値とし、ＪＭを前記ダイナモメータの慣性モーメントとし、ωＭを前記エンコーダの検出値とし、ｓをラプラス演算子とし、ωｃＬをカットオフ周波数とし、ｎを１以上の任意の正の定数とし、ａ_ｎを所定のローパスフィルタ特性定数とし、下記式（１）により演算トルク値を算出することが好ましい。

（２）本発明では、上記式（１）に示すように、ロードセルの検出値に相当する演算トルクの理想値（Ｔｓｈ＋ＪＭ・ωＭ・ｓ）にｎ次のバタワース型フィルタを乗算したもので演算トルク値Ｔｃａｌを定義することにより、演算トルク値Ｔｃａｌをロードセルの特性に合わせたものにできるとともに、完全微分項を含まない性質の良いものとすることができる。

（３）この場合、前記演算トルクコントローラは、比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉで特徴付けられたＰＩ制御構造を有しており、前記比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉは、前記演算トルク算出部におけるカットオフ周波数ωｃＬ、及び０から前記カットオフ周波数ωｃＬの間で定められた任意の周波数応答設定値ωｃを用いて下記式（２）によって定められることが好ましい。

（３）一般的には比例ゲインや積分時定数などコントローラの可調整パラメータは相互に作用するので、その調整には時間がかかり、また調整する者によって調整結果に差が生じてしまい、ひいてはシステムによる評価結果にも差が生じてしまうおそれがある。本発明では、演算トルクコントローラの比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉを、上記式（２）に示すように、演算トルク値に導入したカットオフ周波数ωｃＬ、及び０からωｃＬの間で設定された任意の周波数応答設定値ωｃで定めることにより、可調整パラメータの調整を容易にするとともに、調整する者による不定性を極力解消できるので、さらに統一的な評価が可能となる。また、可調整パラメータをこのように定めることにより、設定通り制御して安定した結果が得られなかった場合には、逆にシステムに不具合があると推定することも可能となる。

（４）この場合、前記演算トルクコントローラは、比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉで特徴付けられたＰＩ制御構造を有しており、前記インバータへの入力（Ｔｄｙｒｅｆ）から前記演算トルク算出部の出力（Ｔｃａｌ）までの周波数応答特性は前記カットオフ周波数ωｃＬで特徴付けられた１次遅れローパスフィルタの周波数応答特性と等価であり（例えば、後述の式（９））、かつ開ループ伝達関数（Ｇｏ）が０から前記カットオフ周波数ωｃＬの間で定められた任意の周波数応答設定値ωｃで特徴付けられた積分特性を有する（例えば、後述の式（１０）、（１１））との条件下において、前記比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉは、前記カットオフ周波数ωｃＬ及び前記周波数応答設定値ωｃによって定められることが好ましい。

（４）本発明によれば、演算トルクコントローラの可調整パラメータの調整を容易にするとともに、調整する者による不定性を極力解消できるので、さらに統一的な評価が可能となる。

（５）この場合、前記制御装置は、前記軸トルクメータの検出値にフィルタ伝達関数及び抑制ゲインを乗じて得られる補償量を、前記演算トルクコントローラにより算出されたトルク電流指令値に加算し、当該トルク電流指令値を補正する軸トルク検出補償部をさらに備え、前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記負荷機器及び前記ダイナモメータからなる機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定されることが好ましい。

（５）本発明では、演算トルクコントローラによって算出されたトルク電流指令値を、軸トルクメータの検出値に抑制ゲインを乗じたもので軸トルク検出補償部により補正することにより、負荷機器とダイナモメータからなる機械系の共振ゲインを抑制し、高応答な演算ダイナモトルク制御が可能となる。
ところで軸トルクメータのノイズを考慮すると、軸トルクメータの検出値を用いた上記軸トルク検出補償部のみでは、全周波数領域にわたる適切な補正が困難となり、外乱オブザーバ等の他の補償器と組み合わせる方が好ましい場合も想定される。そこで本発明では、軸トルク検出補償部では、負荷機器及びダイナモメータからなる機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定されたフィルタ伝達関数を軸トルクメータの検出値に乗算する。すなわち、軸トルク検出補償部では、機械系の共振周波数帯域のみを補償することとすることにより、他の補償器と組み合わせて用いた場合には、これとの干渉を抑制し、結果として全周波数領域にわたり安定したトルク制御が可能となる。

（６）この場合、前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、その帯域幅内に前記機械系の共振周波数が含まれるように設定されたバンドパスフィルタであることが好ましい。

（６）本発明によれば、フィルタ伝達関数を、その帯域幅内に共振周波数が含まれるように設定されたバンドパスフィルタとすることにより、上記（５）の効果をより確実に奏することができる。

（７）この場合、前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記共振周波数より高いカットオフ周波数を有するローパスフィルタと前記共振周波数より低いカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを直列に結合して構成されることが好ましい。

（７）本発明では、ローパスフィルタとハイパスフィルタを直列に結合してバンドパスフィルタの特性を有するフィルタ伝達関数を構成することにより、上記（６）と同様の効果を奏することができる。なお、ローパスフィルタとハイパスフィルタを組み合わせたものの方がバンドパスフィルタに比べると帯域幅を広く設定できるため、上記（６）の発明と比較すれば軸トルク検出補償部の設計の自由度を向上することができる。

（８）この場合、前記軸トルク検出補償部は、前記機械系の複数の共振周波数について、当該共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数及びその抑制ゲインを複数並列に接続して構成されることが好ましい。

（８）一般的には複数の共振周波数が存在するところ、本発明では各々の共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数及びその抑制ゲインを並列に接続することにより、各共振ゲインを適切に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るダイナモメータシステムの構成を示すブロック図である。 ２慣性系モデルの構成を示す図である。 実施例１の制御系の全体を示すブロック図である。 実施例２の制御系の全体を示すブロック図である。 実施例２のフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦの周波数特性を示す図である。 実施例２の変形例の制御系全体を示すブロック図である。 実施例３の制御系の全体を示すブロック図である。 実施例３のフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性を示す図である。 実施例３の変形例の制御系全体を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係るダイナモメータシステムついて、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のダイナモメータシステム１の構成を示すブロック図である。

ダイナモメータシステム１は、負荷機器としての電動機９と共通の軸Ｓで連結されたダイナモメータ２と、このダイナモメータ２に対し電力を供給するインバータ３と、ダイナモメータ２の角速度を検出するエンコーダ４と、電動機９及びダイナモメータ２間の軸トルクを検出する軸トルクメータ５と、これらエンコーダ４及び軸トルクメータ５の検出値に基づいてダイナモメータ２のトルクを制御するトルク制御装置６と、を備える。

エンコーダ４は、ダイナモメータ２の角速度を検出し、検出値に略比例した信号をトルク制御装置６に送信する。軸トルクメータ５は、電動機９及びダイナモメータ２間の軸Ｓ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、検出値に略比例した信号をトルク制御装置６に送信する。

インバータ３は、図示しない直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換し、ダイナモメータ２に供給する。トルク制御装置６は、エンコーダ４の検出値、軸トルクメータ５の検出値、及び外部から入力されるトルク指令値に基づいて、インバータ３に対する入力であるトルク電流指令値を決定する。このトルク制御装置６の詳細な構成については、後に各実施例において説明する。

ダイナモメータシステム１では、上記トルク制御装置６でダイナモメータ２のトルクを制御し、電動機９に適当な負荷を与えながら電動機９の出力を制御することにより、その各種性能試験が行われる。

次に、上記実施形態における速度制御装置の実施例１について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施例の説明では、ダイナモメータシステムの機械系の構成を図２に示すような２慣性系モデルとする。

図２において、“ＪＭ”は、ダイナモメータの慣性モーメント［ｋｇｍ^２］である。
“ＪＬ”は、電動機（負荷機器）の慣性モーメント［ｋｇｍ^２］である。
“Ｋｓｈ”は、ダイナモメータ−電動機間の軸のばね剛性［Ｎｍ／ｒａｄ］である。
“ωＭ”は、ダイナモメータの角速度［ｒａｄ／ｓ］であり、エンコーダの検出値に相当する。以下では、ダイナモメータ角速度という。
“ωＬ”は、電動機の角速度［ｒａｄ／ｓ］である。
“ＴＬ”は電動機の駆動トルク［Ｎｍ］である。
“Ｔｓｈ”は、ダイナモメータ−電動機間の軸に作用する軸トルク［Ｎｍ］であり、軸トルクメータの検出値に相当する。以下では、軸トルクメータ検出値という。
“Ｔｄｙｒｅｆ”は、ダイナモメータの駆動トルク［Ｎｍ］であり、インバータに対する入力に相当する。以下では、トルク電流指令値という。なお、上述の揺動式のダイナモメータとロードセルを備えたシステムにおいては、ダイナモメータの駆動トルクは、近似的にロードセルの検出値に相当すると考えられる。
以下の説明では、回転損失［Ｎｍｓ／ｒａｄ］やばね損失［Ｎｍｓ／ｒａｄ］については省略して説明するが、本発明はこれに限るものではない。

図２に示す２慣性系モデルの運動方程式をラプラス変換すると、下記式（３−１）〜（３−３）が導出される。

図３は、本実施例のトルク制御装置６Ａを適用した制御系の全体を示すブロック図である。なお、図３において太破線で示す部分は、上記式（３−１）〜（３−３）に示す２慣性系モデルの運動方程式を伝達関数で表したものである。
図３に示す制御系において、操作量はダイナモメータの駆動トルクＴｄｙｒｅｆとなっており、観測量はダイナモメータ角速度ωＭ及び軸トルクメータ検出値Ｔｓｈとなっており、制御量は後述の演算トルク値Ｔｃａｌとなっており、駆動トルクＴＬが外乱として電動機側に加わるようになっている。

実施例１のトルク制御装置６Ａは、演算トルク算出部６１Ａと、演算トルクコントローラ６２Ａと、を含んで構成される。トルク制御装置６Ａには、演算トルク値Ｔｃａｌに対する指令値として、演算トルク指令値Ｔｒｅｆ［Ｎｍ］が外部から入力される。

演算トルク算出部６１Ａは、上述の揺動式のダイナモメータシステムにおけるロードセルの検出値に相当する演算トルク値Ｔｃａｌを、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈ及びダイナモメータ角速度ωＭを用いて下記式（４）に基づいて算出する。ここで、“ωｃＬ”は、カットオフ周波数である。

以下、上記式（４）を導出する手順について説明する。先ず、上述のように、式（３−３）中の“Ｔｄｙｒｅｆ”は、ロードセルを備えたシステムにおけるロードセルの検出値に相当すると考えられる。そこで、下記式（５）に示すように、ロードセルの検出値に相当する演算トルクの理想値Ｔｃａｌ＿ｉｄｅを、ダイナモメータ角速度ωＭから算出されたダイナモメータの角加速度ωＭ・ｓにダイナモメータの慣性モーメントＪＭを乗じた値と、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈとを合算したもので定義する。

また、この演算トルク理想値Ｔｃａｌ＿ｉｄｅを、ロードセルの特性に合わせるため、下記式（６）に示すように、カットオフ周波数ωｃＬで特徴付けられた１次遅れローパスフィルタを両辺に乗算したもので演算トルク値を定義する。これによって、上記式（４）が導出される。なお、上記式（５）による演算トルクの理想値の定義には完全微分項（ＪＭ・ωＭ・ｓ）が含まれているが、下記式（６）に示すようにローパスフィルタを乗算し擬似微分とすることにより、ノイズが除去された性質の良いものとすることができる。

なお、本実施例では、上記式（５）の理想値Ｔｃａｌ＿ｉｄｅに１次遅れローパスフィルタを乗算したもので演算トルク値を定義したが、本発明はこれに限らない。例えば、下記式（７）に示すように、理想値にｎ次に一般化したバタワース型フィルタを乗算したもので演算トルク値を定義してもよい。下記式（７）において、ｎは１以上の任意の正の定数であり、ａ_ｎは所定のローパスフィルタ特性定数である。

演算トルクコントローラ６２Ａは、外部から入力される演算トルク指令値Ｔｒｅｆと演算トルク値Ｔｃａｌとに基づいて、インバータに対する入力となるトルク電流指令値Ｔｄｙｒｅｆを算出する。この演算トルクコントローラ６２Ａは、図３に示すように、比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉで特徴付けられるＰＩ制御構造を有している。これら比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉは、上記演算トルク算出部６１Ａにおいて導入されたカットオフ周波数ωｃＬと、０からカットオフ周波数ωｃＬの間で定められた任意の周波数応答設定値ωｃを用いて、下記式（８）によって一意的に定められる。

以下、パラメータＫＰ，Ｔｉを上記式（８）のように定める手順について説明する。先ず、本発明では、上記式（４）や（７）に示すように、ロードセルの特性を考慮してカットオフ周波数ωｃＬで特徴付けられたローパスフィルタ特性を伴う演算トルク値Ｔｃａｌを導入するが、この際に導入されるローパスフィルタ特性が制御帯域に影響するため、インバータへの入力（トルク電流指令値Ｔｄｙｒｅｆ）から演算トルク算出部の出力（演算トルク値Ｔｃａｌ）までの周波数応答特性は、近似的に下記式（９）で示す１次遅れローパスフィルタの特性と等価になっている。

従って、演算トルクコントローラ６２Ａの伝達関数Ｇ_ＰＩ＝ＫＰ（１＋１／Ｔｉ・ｓ）を用いると、開ループ伝達関数Ｇｏは、下記式（１０）で表される。

次に、開ループ伝達関数Ｇｏは、Ｇｏ＝ωｃ／ｓの積分特性を有すると仮定すると、下記式（１１）の恒等式が導出される。ここで、“ωｃ”は、０からωｃＬの間（０＜ωｃ＜ωｃＬ）で定められた任意の周波数応答設定値である。

さらに、上記式（１１）において、係数を比較することにより、上記式（８）に示されるように、比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉが一意的に定められる。

本実施例によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施例では、演算トルク算出部６１Ａでロードセルの検出値に相当する演算トルク値Ｔｃａｌを算出し、演算トルクコントローラ６２Ａでは、外部から入力される指令値Ｔｒｅｆにより、演算トルク値Ｔｃａｌを制御量としてトルク電流指令値Ｔｄｙｒｅｆを算出する。これにより、軸トルクメータを備えたシステムにおいてロードセルの検出値を制御量としたトルク制御と同等の制御を行えるため、ロードセルを備えたシステムと同価値の評価を行うことができる。
（２）本実施例では、演算トルクの理想値Ｔｃａｌ＿ｉｄｅにｎ次のバタワース型フィルタを乗算したもので演算トルク値Ｔｃａｌを定義することにより、演算トルク値を、ロードセルの特性に合わせたものにできるとともに、完全微分項を含まない性質の良いものとすることができる。
（３）本実施例では、演算トルクコントローラ６２Ａの比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉを、上記式（８）に示すように、演算トルク値Ｔｃａｌに導入したカットオフ周波数ωｃＬ、及び０からωｃＬの間で設定された任意の周波数応答設定値ωｃで定めることにより、可調整パラメータの調整を容易にするとともに、調整する者による不定性を極力解消できるので、さらに統一的な評価が可能となる。また、可調整パラメータをこのように定めることにより、設定通り制御して安定した結果が得られなかった場合には、逆にシステムに不具合があると推定することも可能となる。

次に、上記実施形態におけるトルク制御装置の実施例２について図面を参照しながら説明する。
図４は、本実施例のトルク制御装置６Ｂの構成を示すブロック図である。本実施例のトルク制御装置６Ｂは、上記実施例１と比較して軸トルク検出補償部６３Ｂをさらに備える点で異なる。

軸トルク検出補償部６３Ｂは、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈにフィルタ伝達関数ＧＢＰＦ及び抑制ゲインＫ１を乗じることによって軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを算出し、これを演算トルクコントローラ６２Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ１に加算し、トルク電流指令値Ｔ１を補正する。本実施例では、演算トルクコントローラ６２Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ１に、軸トルク検出補償部６３Ｂにより算出された軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを加算したものが、最終的なトルク電流指令値Ｔｄｙｒｅｆとなる。

抑制ゲインＫ１は、０より大きくかつ１より小さな値の間で調整される。フィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦ（ｓ）は、下記式（１２）で表されるようなバンドパスフィルタが用いられる。下記式（１２）において、Ｂω１は中心周波数［ｒａｄ／ｓ］である。Ｐｇ１はピークゲインである。ＢＱ１はＱ値であり、中心周波数Ｂω１からの±３ｄＢ幅（帯域幅）をＢｗｉｄｔｈ１とすると、Ｑ値ＢＱ１は、Ｂω１／Ｂｗｉｄｔｈ１で表される。

ここで、上記式（１２）に示すフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦ（ｓ）において、ピークゲインＰｇ１は、例えば１に設定され、中心周波数Ｂω１及び帯域幅Ｂｗｉｄｔｈ１は、帯域幅Ｂｗｉｄｔｈ１内に機械系の共振周波数が含まれるように設定される。

図５は、フィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦの周波数特性を示す図である。図５には、１００［Ｈｚ］近傍に機械系の共振点があるとの想定の下、Ｂω１＝１００［Ｈｚ］、Ｂｗｉｄｔｈ１＝５０［Ｈｚ］、Ｐｇ１＝１として設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦの一例を示す。このように、軸トルク検出補償部６３Ｂのフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦは、予め求められる機械系の共振周波数に合わせ、当該共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定される。

本実施例によれば、上記（１）〜（３）の効果に加え、以下の効果を奏する。
（４）本実施例では、演算トルクコントローラ６２Ａによって算出されたトルク電流指令値Ｔ１を、軸トルク検出補償部６３Ｂで補正することにより、負荷機器とダイナモメータからなる機械系の共振ゲインを抑制し、高応答な演算ダイナモトルク制御が可能となる。また、軸トルク検出補償部６３Ｂでは、機械系の共振周波数帯域のみを補償することとすることにより、外乱オブザーバ等の他の補償器と組み合わせて用いた場合には、これとの干渉を抑制し、結果として全周波数領域にわたり安定したトルク制御が可能となる。

＜実施例２の変形例＞
次に、実施例２の変形例について図面を参照して詳細に説明する。
図６は、本変形例のトルク制御装置６Ｂ´を適用した制御系の全体を示すブロック図である。上記図４に示す実施例２と比較して軸トルク検出補償部６３Ｂ´の構成が異なる。

上記実施例では２慣性系モデルに簡略化したが、一般的には複数の共振点が存在する。本変形例の軸トルク検出補償部６３Ｂ´は、複数の共振点が存在することを想定し、共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数ＧＢＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを複数並列に接続して構成される。より具体的には、軸トルク検出補償部６３Ｂ´は、共振周波数ごとに上述のようにフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを設定し、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈを各フィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎに乗じて得られる補償量Ｔｓｈ＿Ｋｎを全て足し合わせたものを軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋとする。

ｎ番目の共振点に応じたｎ番目の抑制ゲインＫｎは０より大きくかつ１より小さな値の間で設定され、ｎ番目のフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎは、下記式（１３）のような、中心周波数Ｂωｎ、ピークゲインＰｇｎ、Ｑ値ＢＱｎ（＝Ｂωｎ／Ｂｗｉｄｔｈｎ）、及び帯域幅Ｂｗｉｄｔｈｎで特徴付けられるバンドパスフィルタが用いられる。中心周波数Ｂωｎや帯域幅Ｂｗｉｄｔｈｎは、上述のように、帯域幅Ｂｗｉｄｔｈｎ内に対応する共振周波数が含まれるように設定される。

本変形例によれば、上記（１）〜（４）の効果に加え、以下の効果がある。
（５）一般的には複数の共振周波数が存在するところ、本実施例では各々の共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＢＰＦｎ及びその抑制ゲインＫ１を並列に接続することにより、各共振ゲインを適切に抑制することができる。

次に、上記実施形態におけるトルク制御装置の実施例３について図面を参照しながら説明する。
図７は、本実施例のトルク制御装置６Ｃを適用した制御系の全体を示すブロック図である。なお、本実施例のトルク制御装置６Ｃは、上記実施例２と比較して軸トルク検出補償部６３Ｃの構成が異なる。

軸トルク検出補償部６３Ｃは、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈにフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＦＰ（ｓ），Ｇ_ＨＰＦ（ｓ）、及び抑制ゲインＫ１を乗じることによって軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋを算出し、これを演算トルクコントローラ６２Ａにより算出されたトルク電流指令値Ｔ１に加算し、トルク電流指令値Ｔ１を補正する。

抑制ゲインＫ１は、０より大きくかつ１より小さな値の間で調整される。フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＦＰ（ｓ）及びフィルタ伝達関数Ｇ_ＨＦＰ（ｓ）は、それぞれ、例えば下記式（１４）に示すように、カットオフ周波数ＬＰＦωｃ特徴付けられたローパスフィルタ及びカットオフ周波数ＨＰＦωｃで特徴付けられたハイパスフィルタが用いられる。

ここで、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを直列結合したもので上記式（１２）に示すバンドパスフィルタとほぼ同じ特性を実現するため、カットオフ周波数ＬＰＦωｃは、カットオフ周波数ＨＰＦωｃよりも大きな値に設定される。また、実施例２において、バンドパスフィルタの帯域幅内に機械系の共振周波数を設定したのと同様、フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＦＰ・Ｇ_ＨＦＰは、そのカットオフ周波数ＨＰＦωｃとＬＰＦωｃとの間の帯域幅内に上記共振周波数が含まれるように設定される。

図８は、フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性を示す図である。図８には、図５と同様に１００［Ｈｚ］近傍に機械系の共振点があるとの想定の下で設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの一例を示す。

本実施例によれば、上記（１）〜（４）の効果に加え、以下の効果を奏する。
（６）図８に示すフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性と、図５に示すフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦ・Ｇ_ＨＰＦの周波数特性とを比較すると明らかなように、ローパスフィルタとハイパスフィルタを直列結合して構成した方が、ピークゲイン近傍の帯域幅を広く設定しやすい。このため、上記実施例２と比較すれば、軸トルク検出補償部の設計の自由度を向上することができる。

＜実施例３の変形例＞
次に、実施例３の変形例について図面を参照して詳細に説明する。
図９は、本変形例のトルク制御装置６Ｃ´を適用した制御系の全体を示すブロック図である。上記図７に示す実施例３と比較して、軸トルク検出補償部６３Ｃ´の構成が異なる。

本変形例の軸トルク検出補償部６３Ｃ´は、複数の共振点が存在することを想定し、共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦｎ・Ｇ_ＨＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを複数並列に接続して構成される。より具体的には、軸トルク検出補償部６３Ｃ´は、共振周波数ごとに上記実施例２で説明したようにフィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦｎ・Ｇ_ＨＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎを設定し、軸トルクメータ検出値Ｔｓｈを各フィルタ伝達関数Ｇ_ＬＰＦｎ・Ｇ_ＨＰＦｎ及び抑制ゲインＫｎに乗じて得られる補償量Ｔｓｈ＿Ｋｎを全て足し合わせたものを軸トルク検出補償量Ｔｓｈ＿Ｋとする。
本変形例によれば、上記（１）〜（６）の効果とほぼ同じ効果を奏する。

１…ダイナモメータシステム
２…ダイナモメータ
３…インバータ
４…エンコーダ
５…軸トルクメータ
６，６Ａ，６Ａ´，６Ｂ，６Ｂ´，６Ｃ，６Ｃ´…トルク制御装置（制御装置）
６１Ａ…演算トルク算出部
６２Ａ…演算トルクコントローラ
６３Ｂ，６３Ｂ´，６３Ｃ，６３Ｃ´…軸トルク検出補償部

Claims (8)

1. 負荷機器と共通の軸で連結されたダイナモメータと、
   当該ダイナモメータに電力を供給するインバータと、
   当該ダイナモメータの角速度を検出するエンコーダと、
   前記負荷機器及び前記ダイナモメータ間の軸トルクを検出する軸トルクメータと、
   前記エンコーダの検出値及び前記軸トルクメータの検出値に基づいて前記ダイナモメータを制御する制御装置と、を備えたダイナモメータシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記エンコーダの検出値から算出された前記ダイナモメータの角加速度に当該ダイナモメータの慣性モーメントを乗じた値と、前記軸トルクメータの検出値とを合算することにより演算トルク値を算出する演算トルク算出部と、
   外部から入力される前記演算トルク値に対する指令値と前記演算トルク値とに基づいて前記インバータに対する入力となるトルク電流指令値を算出する演算トルクコントローラと、を備えることを特徴とするダイナモメータシステム。
2. 前記演算トルク算出部は、Ｔｓｈを前記軸トルクメータの検出値とし、ＪＭを前記ダイナモメータの慣性モーメントとし、ωＭを前記エンコーダの検出値とし、ｓをラプラス演算子とし、ωｃＬをカットオフ周波数とし、ｎを１以上の任意の正の定数とし、ａ_ｎを所定のローパスフィルタ特性定数とし、下記式により演算トルク値を算出することを特徴とする請求項１に記載のダイナモメータシステム。
   

   
3. 前記演算トルクコントローラは、比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉで特徴付けられたＰＩ制御構造を有しており、
   前記比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉは、前記演算トルク算出部におけるカットオフ周波数ωｃＬ、及び０から前記カットオフ周波数ωｃＬの間で定められた任意の周波数応答設定値ωｃを用いて下記式によって定められることを特徴とする請求項２に記載のダイナモメータシステム。
   

   
4. 前記演算トルクコントローラは、比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉで特徴付けられたＰＩ制御構造を有しており、
   前記インバータへの入力から前記演算トルク算出部の出力までの周波数応答特性は前記カットオフ周波数ωｃＬで特徴付けられた１次遅れローパスフィルタの周波数応答特性と等価であり、かつ開ループ伝達関数が０から前記カットオフ周波数ωｃＬの間で定められた任意の周波数応答設定値ωｃで特徴付けられた積分特性を有するとの条件下において、前記比例ゲインＫＰ及び積分時定数Ｔｉは、前記カットオフ周波数ωｃＬ及び前記周波数応答設定値ωｃによって定められることを特徴とする請求項２に記載のダイナモメータシステム。
5. 前記制御装置は、前記軸トルクメータの検出値にフィルタ伝達関数及び抑制ゲインを乗じて得られる補償量を、前記演算トルクコントローラにより算出されたトルク電流指令値に加算し、当該トルク電流指令値を補正する軸トルク検出補償部をさらに備え、
   前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記負荷機器及び前記ダイナモメータからなる機械系の共振周波数及びその近傍のみを通過帯域として設定されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のダイナモメータシステム。
6. 前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、その帯域幅内に前記機械系の共振周波数が含まれるように設定されたバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項５に記載のダイナモメータシステム。
7. 前記軸トルク検出補償部のフィルタ伝達関数は、前記共振周波数より高いカットオフ周波数を有するローパスフィルタと前記共振周波数より低いカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを直列に結合して構成されることを特徴とする請求項５に記載のダイナモメータシステム。
8. 前記軸トルク検出補償部は、
   前記機械系の複数の共振周波数について、当該共振周波数ごとに設定されたフィルタ伝達関数及びその抑制ゲインを複数並列に接続して構成されることを特徴とする請求項６又は７に記載のダイナモメータシステム。

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