JPH04275086A - ダイナミック・シミュレータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機やエンジン等の
原動機の模擬負荷として使用されるダイナミック・シミ
ュレータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に示すように、原動機１０１の模擬
負荷として使用されるダイナミック・シミュレータ１０
２は、発電機１０７と、この発電機１０７を制御する電
力変換器１０３と、この電力変換器１０３を制御する制
御手段１０４と、発電機１０７（原動機１０１）の速度
を検出する速度検出器１０５と、発電機１０７の電流を
検出する電流検出器１０６とから構成されている。ここ
で、上記原動機１０１とは電動機、エンジン等をいい、
発電機１０７とは直流機、誘導機、同期機等をいう。こ
のダイナミック・シミュレータ１０２は、発電機１０７
の制御によって原動機１０１から見た機械系の特性が図
７に示す１慣性系や図８に示す２慣性系その他の機械モ
デルと同等であり、制御可能な範囲内でモデルのパラメ
ータを調節できるようになっている。なお、図７及び図
８において、２０１は駆動側慣性（時定数ＴＭ）、２０
２は弾性を持った軸（時定数ＴＳ）、２０３は負荷側慣
性（時定数ＴＬ）、２０４は負荷抵抗（定数ｂＬ）、２
０５は負荷側機械系モデルを示している。

【０００３】ここで、模擬しようとする駆動側慣性２０
１の時定数ＴＭ、原動機１０１の速度ωＭ、原動機１０
１の駆動トルクτｄ、軸トルクτＳの間には、以下の数
式１に示す関係がある。なお、数式１においてｓはラプ
ラス演算子である。

【０００４】

【数１】τｄ−τＳ＝ｓＴＭωＭ

【０００５】また、原動機１０１及び発電機１０７の慣
性の和の機械時定数をＴＭＧ、電流による発電機１０７
のトルクをτａとすると、次の数式２に示す関係がある
。

【０００６】

【数２】τｄ−τａ＝ｓＴＭＧωＭ

【０００７】上記数式１及び数式２から、数式３が得ら
れる。なお、数式３におけるτＳは負荷側機械系２０５
のモデルによって与えられるとすると、τｄが得られれ
ば原動機１０１が駆動する慣性（原動機を含む）がＴＭ
になった場合と等価にすることができる。

【０００８】

【数３】

【０００９】上記τｄを推定する手段として、負荷トル
クのステップ状変化を推定するインパクトドロップ・オ
ブザーバを適用した第１の従来技術が、図９に示す１慣
性系ダイナミック・シミュレータの制御ブロック図であ
る。なお、この例ではτＳ＝０としてある。機械時定数
が可変である原動機１０１から見たみかけの駆動側慣性
２０１は、機械時定数がＴＭＧである原動機１０１及び
発電機１０７に対し、τｄを推定するインパクトドロッ
プ・オブザーバ３０１及び帰還ゲインＫ１＝（ＴＭ−Ｔ
ＭＧ）／ＴＭによって電流制御手段３０２に与えられる
トルク指令τａ＊（以下、便宜上、指令値には「＊」を
付して示す）は、次の数式４に示すとおりとなる。ここ
で、τｄの上部に付した記号「∧」は推定値を示す（以
下、各数式において同様とする）。

【００１０】

【数４】

【００１１】電流制御手段３０２と電力変換器１０３の
変換ゲインＫ２とによって決まる電流制御系の伝達特性
をｈ（Ｓ）、発電機１０７の磁束鎖交数をφとし、τａ
＊から電流指令への電流変換ゲインを１／φ，電流検出
値からトルクへのトルク変換ゲインをφとすると、τａ
は数式５によって表すことができる。

【００１２】

【数５】τａ＝φ・ｈ（Ｓ）・τａ＊／φ＝ｈ（Ｓ）・
τａ＊

【００１３】また、オブザーバ３０１のτｄに対
する伝達特性をｇ（Ｓ）とすると、前記数式４から、τ
ａは次の数式６のように表すことができる。

【００１４】

【数６】

【００１５】この制御方法の特性根の実部は必ず負で安
定であることが明らかにされているが、ｇ（Ｓ）は一般
に零点を持たず、ｈ（Ｓ）にも伝達遅れがあるので、τ
ｄに周期的変化がある場合、τａは振幅の減衰及び位相
遅れを生じることになる。

【００１６】一方、前記数式３を変形して数式７とする
と、同様に原動機１０１が駆動する慣性をＴＭに等しく
することができる。

【００１７】

【数７】τａ＝（ＴＭ−ＴＭＧ）・ｓωＭ＋τＳ

【００
１８】上記の例として、図１０に第２の従来技術である
２慣性系ダイナミック・シミュレータの制御ブロック図
を示す。この例において、トルク指令τａ＊は微分器４
０１、帰還ゲインＫ３及び負荷側機械系模擬手段４０２
によって与える。まず、駆動側慣性制御についてみると
上記数式７における右辺第１項の速度の微分は実現困難
なので、微分器４０１を用い、１次のハイパスフィルタ
または差分による等価的な微分ｇ′（Ｓ）を使用して数
式８に示す演算によりトルク指令τａ＊を与える。なお
、数式８における（ＴＭ−ＴＭＧ）は帰還ゲインＫ３で
ある。

【００１９】

【数８】τａ＊＝（ＴＭ−ＴＭＧ）・ｇ′（Ｓ）ωＭ＋
τＳ＊

【００２０】このとき、発電機１０７のトルクτ
ａは数式９によって示される。

【００２１】

【数９】 τａ＝ｈ（Ｓ）｛（ＴＭ−ＴＭＧ）・ｇ′（Ｓ）ωＭ＋
τＳ＊｝

【００２２】微分器４０１に１次のハイパスフ
ィルタを使用する場合は、ハイパスフィルタの極とｈ（
Ｓ）の影響により、第１の従来技術と同様にτｄの周期
的変化に対してτａの振幅の減衰及び位相遅れを生じる
。また、差分を使用すると等価的な微分ｇ′（Ｓ）は次
の数式１０のようになり、微分器４０１に不安定零点を
持つようになるから、τｄの周期的変化に対してτａの
振幅の減衰及び位相の変化だけでなく、条件によっては
制御系の安定性が損なわれる。

【００２３】

【数１０】

【００２４】次に、軸トルク指令τＳ＊を与える負荷側
機械系模擬手段４０２は、軸（時定数ＴＳ）モデル４０
３、負荷側慣性（時定数ＴＬ）モデル４０４及び粘性抵
抗などの負荷抵抗（定数ｂＬ）モデル４０５によって構
成されている。いま、負荷側速度をωＬとすると、軸ト
ルクτＳに関して数式１１、数式１２が成立する。

【００２５】

【数１１】ｓＴＳτＳ＝ωＭ−ωＬ

【００２６】

【数１２】ｓＴＬωＬ＝τＳ−ｂＬωＬ

【００２７】従
って、軸トルク指令τＳ＊を数式１３、数式１４のよう
にする。模擬する機械系の軸トルクτＳは電流制御手段
３０２の伝達特性によってｈ（Ｓ）τＳ＊となるから、
理想的な状態に対して位相遅れを持つことになる。

【００２８】

【数１３】

【００２９】

【数１４】

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術による
と、まず第１の課題として、原動機の駆動トルク及び速
度は運転状態によって複雑に変化するにもかかわらず、
図９に示したように駆動側慣性補償トルクの演算にイン
パクトドロップ・オブザーバを使用した場合、オブザー
バと電流制御手段の伝達特性の影響で軸トルク、速度の
振動成分の周波数が高くなるほど推定したトルクあるい
は慣性補償トルクの振幅及び位相の誤差が大きくなり、
駆動側慣性が周波数に対して変化するという問題があっ
た。

【００３１】第２の課題として、図１０に示したように
駆動側慣性トルクの演算に１次のハイパスフィルタある
いは差分を微分器として使用した場合、微分器と電流制
御手段の伝達特性の影響で軸トルク、速度の振動成分の
周波数が高くなるほど推定したトルクあるいは慣性補償
トルクの振幅及び位相の誤差が大きくなり、駆動側慣性
が周波数に対して変化するだけでなく、設定によっては
安定性が低下するという問題があった。

【００３２】第３の課題として、従来の制御方法では、
負荷側機械系のモデルで計算した軸トルクを軸トルク指
令として電流制御手段に与えていたため、電流制御遅れ
の影響で周波数に対するモデルのパラメータ変化、共振
周波数及びダンピングの変化を生じるという問題があっ
た。

【００３３】第１ないし第４の発明は上記第１または第
２の課題を解決するためになされたもので、その目的と
するところは、駆動側慣性を広い周波数帯域にわたって
一定値に保つことができるダイナミック・シミュレータ
の制御装置を提供することにある。また、第５の発明は
、上記第３の課題を解決するためになされたもので、そ
の目的とするところは、電流制御系の遅れを解消して軸
トルクを正確に模擬するようにしたダイナミック・シミ
ュレータの制御装置を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るために、第１の発明は、発電機電流によるトルク及び
速度の検出値から原動機による駆動トルク及びそのｎ（
ｎ≧１）階までの時間微分値を推定するオブザーバと、
このオブザーバの出力と、負荷側機械系模擬手段から出
力される軸トルク指令とに基づいて駆動側慣性の制御に
必要な慣性補償トルク指令を演算する慣性補償トルク演
算手段と、前記軸トルク指令と慣性補償トルク指令とを
加算した結果を発電機のトルク指令として電力変換器の
電流制御手段に与える手段とを備え、前記オブザーバ及
び電流制御手段の伝達特性の影響が最小になるように前
記オブザーバ及び慣性補償トルク演算手段のパラメータ
を最適設定することを特徴とする。

【００３５】前記第１の課題を解決するために、第２の
発明は、発電機電流によるトルクの検出値及び軸トルク
指令並びに速度の検出値から駆動側慣性に与えられるト
ルク及びそのｎ（ｎ≧１）階までの時間微分値を推定す
るオブザーバと、このオブザーバの出力に基づいて駆動
側慣性の制御に必要な慣性補償トルク指令を演算する慣
性補償トルク演算手段と、負荷側機械系模擬手段から出
力される軸トルク指令と前記慣性補償トルク指令とを加
算した結果を発電機のトルク指令として電力変換器の電
流制御手段に与える手段とを備え、前記オブザーバ及び
電流制御手段の伝達特性の影響が最小になるように前記
オブザーバ及び慣性補償トルク演算手段のパラメータを
最適設定することを特徴とする。なお、この発明におい
ては負荷側機械系模擬手段から出力される軸トルク演算
値を発電機トルクから直接減算して慣性補償トルクを演
算するようにしてもよい。

【００３６】前記第１の課題を解決するために、第３の
発明は、電力変換器の電流制御手段と同一の伝達特性を
持ち、駆動側慣性の制御に必要な慣性補償トルク指令に
基づき慣性補償トルクを推定するフィルタと、このフィ
ルタの出力及び発電機の速度の検出値から駆動側慣性に
与えられるトルク及びそのｎ（ｎ≧１）階までの時間微
分値を推定するオブザーバと、このオブザーバの出力に
基づいて前記慣性補償トルク指令を演算する慣性補償ト
ルク演算手段と、負荷側機械系模擬手段から出力される
軸トルク指令と前記慣性補償トルク指令とを加算した結
果を発電機のトルク指令として前記電流制御手段に与え
る手段とを備え、前記オブザーバ及び電流制御手段の伝
達特性の影響が最小になるように前記オブザーバ及び慣
性補償トルク演算手段のパラメータを最適設定すること
を特徴とする。

【００３７】前記第２の課題を解決するために、第４の
発明は、発電機の速度の検出値から慣性補償トルクを演
算するハイパスフィルタ（分母・分子多項式はｐ次、ｐ
≧２）と、このハイパスフィルタの出力と帰還ゲインと
を組み合わせて慣性補償トルク指令を演算する慣性補償
トルク演算手段と、負荷側機械系模擬手段から出力され
る軸トルク指令と前記慣性補償トルク指令とを加算した
結果を発電機のトルク指令として電力変換器の電流制御
手段に与える手段とを備え、前記ハイパスフィルタ及び
電流制御手段の伝達特性の影響が最小になるように前記
ハイパスフィルタのパラメータを最適設定することを特
徴とする。

【００３８】前記第３の課題を解決するために、第５の
発明は、少なくとも発電機の速度の検出値から駆動側慣
性の制御に必要な慣性補償トルク指令を演算する手段と
、軸ねじりのある機械系を模擬する負荷側機械系模擬手
段から出力される軸トルク指令と前記慣性補償トルク指
令とを加算した結果を発電機のトルク指令として電力変
換器の電流制御手段に与える手段とを備え、機械系モデ
ルの軸両端の速度差から得られる軸トルク演算値の微分
値を電流制御手段の伝達遅れを補償するためのゲインを
介して軸トルク演算値に加算することにより前記軸トル
ク指令を生成することを特徴とする。

【００３９】

【作用】第１の発明において、原動機の駆動トルクτｄ
とトルク電流で制御される発電機のトルクτａと発電機
（原動機）の速度ωＭとの間には、次の数式１５に示す
関係がある。

【００４０】

【数１５】

【００４１】原動機と負荷機械系との組合せにおける各
部の速度及び軸トルクは、一定値あるいは振動成分を含
む場合共に、一般に時間ｔの級数で展開することができ
る。いま、τｄはｎ（ｎ≧１）次の時間微分まで可能で
あるとすると、τｄからそのｎ次の時間微分値τｄ（ｎ
）（微分次数（ｎ）は本来、上付き文字にて表記すべき
であるが、便宜上、本文中ではこのように表記する）ま
でをオブザーバにより推定することが可能である。ここ
で、τａを入力ｕ、ωＭ及びτｄ（ｉ）（ｉ＝０，１，
２，……，ｎ）を状態変数ｘとし、τｄは未知の外乱と
してこれらの関係を式で示すと、数式１６のようになる
。

【００４２】

【数１６】

【００４３】出力ｙはωＭであるから、数式１７が成り
立つ。ただし、ｘ（０）≠０とする。

【００４４】

【数１７】ｙ＝Ｃｘ＝（１，０，……，０）ｘ

【００４
５】上記数式１７に対してｘの推定値を得るためのオブ
ザーバ（同一次元または最小次元）は、一般に次の数式
１８、数式１９、数式２０で与えられる（オブザーバの
設計は、Ｇｏｐｉｎａｔｈの方法等による）。

【００４６】

【数１８】

【００４７】

【数１９】

【００４８】

【数２０】

【００４９】ただし、数式１８ないし数式２０において
、ｚはオブザーバの状態変数であり、また、Ａ，Ｂ，Ｊ
，Ｃ，Ｄの各推定値はパラメータ行列、Ａの推定値の全
ての特性根の実部は負である。

【００５０】これらの式を解いて次の数式２１、数式２
２で示されるオブザーバ出力が得られる。

【００５１】

【数２１】

【００５２】

【数２２】

【００５３】数式２２のτａの影響は出力に現われない
ので、τｄ（ｉ）（ｉ＝０，１，２，……，ｎ）の行列
ｘｄは数式２３のようになる。

【００５４】

【数２３】

【００５５】駆動側慣性に与えられるトルクτＭは、次
の数式２４によって表される。なお、数式２４において
、ｈ（Ｓ）は電流制御系の伝達特性である。

【００５６】

【数２４】τＭ＝τｄ−ｈ（Ｓ）τＳ＊

【００５７】そ
こで、τＭ及びそのｎ階までの微分値τＭ（ｎ）の推定
値は、オブザーバから得られるτｄ及びそのｎ階までの
微分値τｄ（ｎ）の推定値から、数式２５で表されるフ
ィルタＦ（Ｓ）を通したτＳ＊を減算して求める。

【００５８】

【数２５】

【００５９】τＭ（ｉ）（ｉ＝０，１，……，ｎ）の行
列ｘＭの推定値は、数式２６となる。

【００６０】

【数２６】

【００６１】数式２６において、次の数式２７を前提と
した結果を帰還ゲインＫ（＝ｋ０，ｋ１，……，ｋｎ）
を通して数式２８に示す慣性補償トルク指令ΔτＭ＊と
し、数式２９に示すようにΔτＭ＊とτＳ＊とを加算し
てトルク指令τａ＊とする。

【００６２】

【数２７】Ｆ（Ｓ）＝Ｇ（Ｓ）ｈ（Ｓ）

【００６３】

【数２８】

【００６４】

【数２９】

【００６５】このとき、トルク電流による発電機のトル
クτａと速度ωＭとは、次の数式３０及び数式３１によ
って表される。

【００６６】

【数３０】 τａ＝ｈ（Ｓ）τａ＊＝ｈ（Ｓ）｛ＫＧ（Ｓ）τＭ＋τ
Ｓ＊｝

【００６７】

【数３１】

【００６８】また、駆動側慣性ＴＭは、軸トルク指令の
値に関わらず次の数式３２により表される。

【００６９】

【数３２】

【００７０】ここで、Ｇ（Ｓ）はτｄのｎ階微分までの
項を導出する構造となっているため、ＫＧ（Ｓ）に１つ
以上、（ｎ−１）以下の零点を持たせることができる。 そこで、ｈ（Ｓ）に対してゲインＫ及びＧ（Ｓ）の伝達
特性を最適に設定し、ｈ（Ｓ），ＫＧ（Ｓ）の周波数に
対するゲイン変化と位相遅れとが最小になるようにする
と、駆動側慣性ＴＭは数式３３のようになり、広い周波
数範囲にわたって一定の値を保つことができる。

【００７１】

【数３３】

【００７２】第２の発明において、前記数式１５及び数
式２６を数式２７に代入すると、次の数式３４が得られ
る。

【００７３】

【数３４】

【００７４】これにより、フィルタＦ（Ｓ）を除去する
代わりに前記数式５と等しい伝達特性ｈ（Ｓ）のフィル
タにτＳ＊を通してτａから減算した結果（τａ−ｈ（
Ｓ）τＳ＊）をτａの代わりにオブザーバに入力すれば
、オブザーバはτＭ及びそのｎ階までの微分値τＭ（ｎ
）となり、上記数式３４で表される出力が得られる。そ
こで、これを用いて慣性を制御すると、前記数式３１、
数式３２が第１の発明と同様に成立し、広い周波数帯域
にわたって駆動側慣性を安定して模擬することができる
。数式３４に数式２８、数式２９を代入すると、オブザ
ーバの出力は数式３５のようになり、第１の発明と同じ
結果が得られる。

【００７５】

【数３５】

【００７６】第３の発明において、上記のオブザーバへ
の入力（τａ−ｈ（Ｓ）τＳ＊）を変形すると、次の数
式３６が得られる。すなわち、帰還ゲイン出力を電流制
御手段と同一の伝達特性ｈ（Ｓ）のフィルタに通してオ
ブザーバに与えても、第１、第２の発明と同一の結果を
得ることができる。

【００７７】

【数３６】

【００７８】第４の発明において、上記第３の発明を変
形すると、数式３５から次の数式３７が得られる。

【００７９】

【数３７】

【００８０】上記数式は、伝達特性が次の数式３８によ
り表されるハイパスフィルタを示している。

【００８１】

【数３８】

【００８２】このハイパスフィルタは、行列ｘＭを推定
するオブザーバにほかならないから、数式３９のように
書き替えると、ωＭとＴＭは数式４０及び数式４１のよ
うになる。なお、数式３９において、ｐ≧２，ａ０＝１
，ｂ０＝１であり、また、ｇ′（Ｓ）ｓはハイパスフィ
ルタの伝達特性であって極、零点はｐ個ずつであり、零
点の１つはｓ＝０である。更に、数式３９ないし数式４
１において、ｋ′は帰還ゲインを示す。

【００８３】

【数３９】

【００８４】

【数４０】

【００８５】

【数４１】ＴＭ＝｛ＴＭＧ＋ｈ（Ｓ）ｋ′ｇ′（Ｓ）｝

【００８６】すなわち、フィルタの係数を最適に選ぶこ
とによって、オブザーバを用いた場合と同様に広い周波
数範囲にわたって駆動側慣性を模擬することができる。

【００８７】第４の発明の前提として、軸トルクを模擬
する場合、電流制御手段の遅れが入り、機械系モデルの
演算結果を軸トルク指令としたのでは正確な模擬を行な
うことができないので、電流制御の遅れを打ち消すよう
な軸トルク指令を与えなくてはならない。負荷側機械系
模擬手段は、時定数ＴＳの軸に接続された負荷側の第１
の慣性の速度演算値をωＬ１とすると、次の数式４２に
示すように軸トルクは軸両端の速度差を積分して得るこ
とができる。

【００８８】

【数４２】

【００８９】従って、軸両端の速度差は軸トルクの１次
微分値の推定値に比例する。そこで、軸トルク指令τＳ
＊を次の数式４３によって与える。

【００９０】

【数４３】

【００９１】ｈ（Ｓ）がｈ（Ｓ＝０）＝１であるとする
と、ｈ（Ｓ）・（１−Ｌ・ｓ）≒１となる（ｈ（Ｓ）が
１次遅れの時は完全に打ち消せる）ように補償ゲインＬ
を設定するとき、数式４４のようになり、τＳとその推
定値とを一致させることができる。

【００９２】

【数４４】

【００９３】

【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明する
。図１は第１の発明及び第５の発明を組合せた実施例に
かかるダイナミック・シミュレータの制御ブロック図で
ある。この実施例は、オブザーバ５０２と、フィルタ５
０３と、帰還ゲインＫと、電流制御手段３０２と、電流
変換ゲイン１／φと、トルク変換ゲインφと、負荷側機
械系模擬手段５０１とにより、変換ゲインがＫ２である
電力変換器及び磁束鎖交数がφである発電機を制御する
ように構成されている。

【００９４】ここで、オブザーバ５０２は、原動機によ
る駆動トルクτｄ及びそのｎ階微分値を推定する働きを
するように、前記数式１８ないし数式２０に従い、数式
２３に示す出力ｘｄ（Ｓ）を得るように設計する。フィ
ルタ５０３は数式２７の構造とし、軸トルク指令τＳ＊
から数式２６のτＭ及びそのｎ階微分であるｘＭを演算
するために設ける。このｘＭは帰還ゲインＫ（＝ｋ０，
ｋ１，……，ｋｎ）を通り、慣性補償トルク指令ΔτＭ
＊として軸トルク指令τＳ＊に加算され、発電機のトル
ク指令τａ＊となる。実現しようとする駆動側慣性（時
定数ＴＭ）は、オブザーバ５０２及びフィルタ５０３の
伝達特性の設定と、帰還ゲインＫの調整により、広い周
波数帯域にわたって一定に制御されることになる。

【００９５】一方、軸トルク指令τＳ＊を与える負荷側
機械系模擬手段５０１は、軸ねじり及び負荷側慣性の部
分のみの構成を示してある。ここでは第５の発明の実施
例として、軸両端の速度差から得られる軸トルク演算値
τＳの微分値を補償ゲインＬに通した後、τＳに加算し
てτＳ＊を生成している。なお、補償ゲインＬはトルク
指令に対する伝達特性を打ち消すように設定してあり、
駆動側慣性とは独立して、模擬しようとする任意の個数
の慣性を持った機械系と等価な軸トルクを実現している
。

【００９６】次に、図２は第２の発明及び第５の発明を
組合せた実施例にかかるダイナミック・シミュレータの
制御ブロック図である。この実施例は、オブザーバ６０
１と、前記フィルタ５０３の代わりとして伝達特性がｈ
（Ｓ）であるフィルタ６０２と、帰還ゲインＫと、電流
制御手段３０２と、電流変換ゲイン１／φと、トルク変
換ゲインφと、負荷側機械系模擬手段５０１とにより、
変換ゲインがＫ２である電力変換器及び磁束鎖交数がφ
である発電機を制御するように構成されている。ここで
、フィルタ６０２を通したτＳ＊をτａから減算した結
果が入力されるオブザーバ６０１は、図１の実施例と同
一の構成であるが、得られる出力はｘＭとなっている。 このｘＭを、図１の実施例と同様に帰還ゲインＫを介し
て慣性補償トルク指令ΔτＭ＊に変換し、軸トルク指令
τＳ＊に加算することにより、発電機のトルク指令τａ
＊を生成する。

【００９７】図３は図２の実施例の変形例であり、負荷
側機械系模擬手段７０１における軸トルク演算値τＳを
発電機のトルクτａから直接減算して慣性補償トルク指
令ΔτＭ＊を演算するもので、この例においても図２の
実施例と同様の特性を得ることができる。

【００９８】図４は第３の発明及び第５の発明を組合せ
た実施例にかかるダイナミック・シミュレータの制御ブ
ロック図である。この実施例では、伝達特性がｈ（Ｓ）
であるフィルタ８０１により帰還ゲインＫの出力から慣
性補償トルクを演算し、オブザーバ６０１にてこの慣性
補償トルク演算値と速度ωＭとからｘＭを推定する構造
とする。オブザーバ６０１及び帰還ゲインＫは図２の実
施例と同一であり、作用効果においても同等となる。

【００９９】図５は第４の発明及び第５の発明を組合せ
た実施例が適用されるダイナミック・シミュレータの制
御ブロック図である。この実施例では、ハイパスフィル
タ９０１及び帰還ゲインｋ′のパラメータを最適設定す
ることによって慣性補償トルク指令ΔτＭ＊を得、上記
各実施例と同様に各種の機械系を広い周波数帯域にわた
って安定に模擬するようにした。

【０１００】

【発明の効果】以上のように第１ないし第３の発明によ
れば、原動機駆動トルクまたは原動機及び発電機に与え
られるトルク及びそのｎ階（ｎ≧１）微分をオブザーバ
により推定し、最適な帰還ゲインを通して慣性補償トル
ク指令を電流制御手段に与えることにより、原動機側（
駆動側）慣性を広い周波数帯域にわたって安定して制御
することができる。

【０１０１】第４の発明によれば、速度をｐ（ｐ≧２）
個の極・零点を持つハイパスフィルタと最適な帰還ゲイ
ンとに通して慣性補償トルク指令を電流制御手段に与え
ることにより、上記各発明と同様に原動機側慣性を広帯
域にわたって安定して制御することができる。

【０１０２】第５の発明によれば、負荷側機械系模擬手
段により軸両端の速度差を重み付けして軸トルク演算値
に加算して軸トルク指令としたことにより、正確な軸ト
ルクを模擬することができる。

【０１０３】また、第１ないし第４の発明と第５の発明
とをそれぞれ組み合わせた状態において、駆動側から見
た機械的な共振周波数が原動機側慣性制御の周波数帯域
と負荷側機械系が模擬できる周波数帯域に入っている場
合は、安定して共振周波数、ダンピングファクタを模擬
する機械系の特性に等しい特性を得ることができる等の
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明及び第５の発明を組合せた実施例を
示す制御ブロック図である。

【図２】第２の発明及び第５の発明を組合せた実施例を
示す制御ブロック図である。

【図３】図２の実施例の変形例を示す制御ブロック図で
ある。

【図４】第３の発明及び第５の発明を組合せた実施例を
示す制御ブロック図である。

【図５】第４の発明及び第５の発明を組合せた実施例を
示す制御ブロック図である。

【図６】ダイナミック・シミュレータの構成を示すブロ
ック図である。

【図７】模擬する１慣性系機械系モデルの説明図である
。

【図８】模擬する２慣性系機械系モデルの説明図である
。

【図９】第１の従来技術である１慣性系ダイナミック・
シミュレータの制御ブロック図である。

【図１０】第２の従来技術である２慣性系ダイナミック
・シミュレータの制御ブロック図である。

【符号の説明】

１０１　　原動機 １０２　　ダイナミックシミュレータ １０３　　電力変換器 １０４　　制御手段 １０５　　速度検出器 １０６　　電流検出器 １０７　　発電機 ２０１　　駆動側慣性 ２０２　　弾性を持った軸 ２０３　　負荷側慣性 ２０４　　負荷抵抗 ２０５　　負荷側機械系 ３０２　　電流制御手段 ５０１，７０１　　負荷側機械系模擬手段５０２，６０
１　　オブザーバ ５０３，６０２，８０１　　フィルタ ９０１　　ハイパスフィルタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　軸を介して原動機により駆動される発
   電機と、この発電機を制御する電力変換器と、発電機電
   流を検出する電流検出器と、発電機の速度を検出する速
   度検出器と、前記電流検出器及び速度検出器の出力に基
   づいて前記電力変換器を制御する制御手段とを備えたダ
   イナミック・シミュレータにおいて、発電機電流による
   トルク及び速度の検出値から原動機による駆動トルク及
   びそのｎ（ｎ≧１）階までの時間微分値を推定するオブ
   ザーバと、このオブザーバの出力と、負荷側機械系模擬
   手段から出力される軸トルク指令とに基づいて駆動側慣
   性の制御に必要な慣性補償トルク指令を演算する慣性補
   償トルク演算手段と、前記軸トルク指令と慣性補償トル
   ク指令とを加算した結果を発電機のトルク指令として電
   力変換器の電流制御手段に与える手段とを備え、前記オ
   ブザーバ及び電流制御手段の伝達特性の影響が最小にな
   るように前記オブザーバ及び慣性補償トルク演算手段の
   パラメータを最適設定することを特徴とするダイナミッ
   ク・シミュレータの制御装置。
2. 【請求項２】　　軸を介して原動機により駆動される発
   電機と、この発電機を制御する電力変換器と、発電機電
   流を検出する電流検出器と、発電機の速度を検出する速
   度検出器と、前記電流検出器及び速度検出器の出力に基
   づいて前記電力変換器を制御する制御手段とを備えたダ
   イナミック・シミュレータにおいて、発電機電流による
   トルクの検出値及び軸トルク指令並びに速度の検出値か
   ら駆動側慣性に与えられるトルク及びそのｎ（ｎ≧１）
   階までの時間微分値を推定するオブザーバと、このオブ
   ザーバの出力に基づいて駆動側慣性の制御に必要な慣性
   補償トルク指令を演算する慣性補償トルク演算手段と、
   負荷側機械系模擬手段から出力される軸トルク指令と前
   記慣性補償トルク指令とを加算した結果を発電機のトル
   ク指令として電力変換器の電流制御手段に与える手段と
   を備え、前記オブザーバ及び電流制御手段の伝達特性の
   影響が最小になるように前記オブザーバ及び慣性補償ト
   ルク演算手段のパラメータを最適設定することを特徴と
   するダイナミック・シミュレータの制御装置。
3. 【請求項３】　　軸を介して原動機により駆動される発
   電機と、この発電機を制御する電力変換器と、発電機電
   流を検出する電流検出器と、発電機の速度を検出する速
   度検出器と、前記電流検出器及び速度検出器の出力に基
   づいて前記電力変換器を制御する制御手段とを備えたダ
   イナミック・シミュレータにおいて、電力変換器の電流
   制御手段と同一の伝達特性を持ち、駆動側慣性の制御に
   必要な慣性補償トルク指令に基づき慣性補償トルクを推
   定するフィルタと、このフィルタの出力及び発電機の速
   度の検出値から駆動側慣性に与えられるトルク及びその
   ｎ（ｎ≧１）階までの時間微分値を推定するオブザーバ
   と、このオブザーバの出力に基づいて前記慣性補償トル
   ク指令を演算する慣性補償トルク演算手段と、負荷側機
   械系模擬手段から出力される軸トルク指令と前記慣性補
   償トルク指令とを加算した結果を発電機のトルク指令と
   して前記電流制御手段に与える手段とを備え、前記オブ
   ザーバ及び電流制御手段の伝達特性の影響が最小になる
   ように前記オブザーバ及び慣性補償トルク演算手段のパ
   ラメータを最適設定することを特徴とするダイナミック
   ・シミュレータの制御装置。
4. 【請求項４】　　軸を介して原動機により駆動される発
   電機と、この発電機を制御する電力変換器と、発電機電
   流を検出する電流検出器と、発電機の速度を検出する速
   度検出器と、前記電流検出器及び速度検出器の出力に基
   づいて前記電力変換器を制御する制御手段とを備えたダ
   イナミック・シミュレータにおいて、発電機の速度の検
   出値から慣性補償トルクを演算するハイパスフィルタ（
   分母・分子多項式はｐ次、ｐ≧２）と、このハイパスフ
   ィルタの出力と帰還ゲインとを組み合わせて慣性補償ト
   ルク指令を演算する慣性補償トルク演算手段と、負荷側
   機械系模擬手段から出力される軸トルク指令と前記慣性
   補償トルク指令とを加算した結果を発電機のトルク指令
   として電力変換器の電流制御手段に与える手段とを備え
   、前記ハイパスフィルタ及び電流制御手段の伝達特性の
   影響が最小になるように前記ハイパスフィルタのパラメ
   ータを最適設定することを特徴とするダイナミック・シ
   ミュレータの制御装置。
5. 【請求項５】　　軸を介して原動機により駆動される発
   電機と、この発電機を制御する電力変換器と、発電機電
   流を検出する電流検出器と、発電機の速度を検出する速
   度検出器と、前記電流検出器及び速度検出器の出力に基
   づいて前記電力変換器を制御する制御手段とを備えたダ
   イナミック・シミュレータにおいて、少なくとも発電機
   の速度の検出値から駆動側慣性の制御に必要な慣性補償
   トルク指令を演算する手段と、軸ねじりのある機械系を
   模擬する負荷側機械系模擬手段から出力される軸トルク
   指令と前記慣性補償トルク指令とを加算した結果を発電
   機のトルク指令として電力変換器の電流制御手段に与え
   る手段とを備え、機械系モデルの軸両端の速度差から得
   られる軸トルク演算値の微分値を電流制御手段の伝達遅
   れを補償するためのゲインを介して軸トルク演算値に加
   算することにより前記軸トルク指令を生成することを特
   徴とするダイナミック・シミュレータの制御装置。