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KR102069653B1 - 전기 관성 제어 장치 - Google Patents

전기 관성 제어 장치 Download PDF

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KR102069653B1
KR102069653B1 KR1020197032121A KR20197032121A KR102069653B1 KR 102069653 B1 KR102069653 B1 KR 102069653B1 KR 1020197032121 A KR1020197032121 A KR 1020197032121A KR 20197032121 A KR20197032121 A KR 20197032121A KR 102069653 B1 KR102069653 B1 KR 102069653B1
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KR
South Korea
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torque
inertia
dynamometer
detection signal
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타카시 야마구치
타카오 아키야마
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메이덴샤 코포레이션
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Abstract

본 발명은, 다이나모미터에 의해 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의하는 것으로서 고대역까지 제어 가능한 전기 관성 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전기 관성 제어 장치(5A)는, 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성 모멘트(Jset)를 갖는 관성체의 거동을 모의하는 것으로서, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 축토크 검출 신호(T12)를 빼서 얻어지는 신호에 설정 관성 모멘트(Jset)에 대한 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)의 비를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 이 토크 신호와 축토크 검출 신호 J1를 더함으로써 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성하는 관성 보상기(51A)와, 관성 보상 토크 신호(Tref)와 축토크 검출 신호(T12)를 이용함으로써, 공시체와 다이나모미터를 포함하는 기계계의 공진을 억제하도록 토크 전류 지령 신호(T1)를 생성하는 공진 억제 제어 회로(53A)를 구비한다.

Description

전기 관성 제어 장치
본 발명은 전기 관성 제어 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 공시체의 입력축 또는 출력축에 다이나모미터가 접속된 다이나모미터 시스템에서, 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의(模擬)하는 전기 관성 제어 장치에 관한 것이다.
드라이브 트레인이란, 엔진에서 발생한 에너지를 구동륜에 전달하기 위한 복수의 장치의 총칭을 말하고, 엔진, 클러치, 트랜스미션, 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트, 차동 기어, 및 구동륜 등으로 구성된다. 드라이브 트레인의 성능 평가 시험에서는, 실제로 엔진으로 트랜스미션을 계속해서 구동함으로써, 그 내구 성능이나 품질 등이 평가된다. 또한 최근에는, 공시체인 드라이브 트레인의 출력축이나 입력축에 다이나모미터를 연결한 다이나모미터 시스템을 이용하여, 드라이브 트레인의 성능 평가 시험을 수행하는 것이 제안되고 있다.
이러한 다이나모미터 시스템에서는, 드라이브 트레인의 입력축에 연결된 입력측 다이나모미터를 이용함으로써 엔진을 모의한 부하를 드라이브 트레인에 입력할 수 있고, 또한 드라이브 트레인의 출력축에 연결된 출력측 다이나모미터를 이용함으로써 주행 중의 차체를 모의한 부하를 흡수할 수 있다. 또한 이러한 다이나모미터 시스템에서는, 입력측 다이나모미터나 출력측 다이나모미터의 거동이 실기(實機) 상당의 거동에 가까워지도록, 다이나모미터의 관성을, 실기를 고려하여 정해지는 설정 관성에 전기적으로 보상하는 전기 관성 제어가 수행된다.
도 15는, 종래의 전기 관성 제어 장치(100)의 일례를 나타내는 도면이다. 전기 관성 제어 장치(100)는, 관성 모멘트가 J1인 다이나모미터와 관성 모멘트가 J2인 공시체를 축강성이 K12인 연결축으로 연결하여 구성되는 다이나모미터 시스템을 제어 대상(101)으로 한다. 전기 관성 제어 장치(100)는, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 축토크 검출 신호(T12)를 빼서 얻어지는 토크 신호를 적분한 것에, 미리 정해진 설정 관성 모멘트(Jset)의 역수를 곱함으로써 각속도 신호를 생성하고, 추가로 이 각속도 신호와 다이나모미터의 각속도 검출 신호(ω1)의 차에 따른 속도 제어를 수행함으로써, 관성 보상을 수행한다. 이것에 의해, 다이나모미터에서는, 설정 관성 모멘트를 갖는 관성체의 거동을 모의할 수 있다. 그러나 도 15의 전기 관성 제어 장치(100)에서는, 복수의 적분기가 존재하는 점에서, 제어 지연이 크고, 설비 공진의 상태에 따라 제어 대역의 향상에 한계가 있다.
도 16은 특허문헌 1의 기재에 근거하는 전기 관성 제어 장치(150)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 전기 관성 제어 장치(150)에서는, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 축토크 검출 신호(T12)를 빼서 얻어지는 토크 신호에, 설정 함수(Jset)에 대한 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)의 비를 곱하고, 이것에 의해 얻어진 토크 신호와 축토크 검출 신호(T12)를 더함으로써, 토크 전류 지령 신호(T1)를 생성한다. 도 16의 전기 관성 제어 장치(150)에 의하면, 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)를 상쇄하고, 다이나모미터의 관성 모멘트를 설정 관성(Jset)의 관성체로 하도록, 축토크 검출 신호(T12)가 직접 피드백된다.
일본 공개특허공보 특개2004-361255호
도 16의 전기 관성 제어 장치(150)에 의하면, 도 15의 전기 관성 제어 장치(100)보다 지연이 적은 제어가 가능해진다. 그러나 도 16의 전기 관성 제어 장치(150)에서는, 축토크 검출 신호가 직접 피드백되기 때문에, 설비 공진의 상태에 따라서는 제어가 불안정해질 우려가 있다. 이상과 같이 종래의 전기 관성 제어 장치(100, 150)에서는, 저대역의 제어 요구에는 응답할 수 있지만, 고대역의 제어 요구에는 충분히 응답할 수 없는 경우가 있다.
예를 들어, 입력측 다이나모미터를 이용하여 실제의 엔진을 모의한 시험을 수행하는 경우에는, 실제의 엔진에서 발생하는 토크 맥동을 모의하기 위해, 상위 지령 토크 신호로 고조파 성분을 포함하는 것을 전기 관성 제어 장치에 입력하는 경우가 있다. 또한 예를 들어, 출력측 다이나모미터를 이용하여 실제의 차체를 모의한 시험을 수행하는 경우에는, 실제의 차체에서 발생하는 슬립 현상을 재현하기 위해, 전기 관성 제어 장치에서는, 매우 작은 관성 모멘트를 갖는 관성체의 재빠른 거동을 모의하는 경우가 있다. 그러므로, 고대역의 제어 요구에 대해서도 충분히 응답할 수 있는 전기 관성 제어 장치가 요구되고 있었다.
본 발명은, 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의하는 것으로서 고대역까지 제어 가능한 전기 관성 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 다이나모미터 시스템은, 입력축과 출력축을 구비하는 공시체와, 상기 입력축 또는 상기 출력축 중 어느 하나와 연결축을 통해 접속된 다이나모미터와, 토크 전류 지령 신호에 따라 상기 다이나모미터에 전력을 공급하는 인버터와, 상기 연결축에 발생하는 축토크에 따른 축토크 검출 신호를 발생하는 축토크 센서를 구비한다. 전기 관성 제어 장치는, 상기 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의하는 것으로서, 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 상기 설정 관성에 대한 상기 다이나모미터의 관성의 비를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 상기 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써, 상기 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호를 생성하는 관성 보상기와, 상기 관성 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 상기 공시체와 상기 다이나모미터를 포함하는 기계계의 공진을 억제하도록 상기 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(2) 이 경우, 상기 다이나모미터 시스템은, 상기 다이나모미터의 각속도에 따른 각속도 검출 신호를 발생하는 각속도 센서를 구비하고, 상기 전기 관성 제어 장치는, 상기 관성 보상기를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 상기 각속도 검출 신호를 이용하여 얻어지는 검출 신호의 차를 이용하여 외란(外亂) 보상 토크 신호를 생성하는 외란 옵저버(observer)를 더 구비하고, 상기 관성 보상기는, 상기 비를 곱하기 전에 얻어지는 토크 신호 또는 상기 비를 곱한 후에 얻어지는 토크 신호에 상기 외란 보상 토크 신호를 더함으로써 얻어지는 토크 신호를 이용하여 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하는 것이 바람직하다.
(3) 이 경우, 상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 외란 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고, 상기 외란 옵저버는, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 외란 보상 토크 신호를 더하여 얻어지는 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 미분하고, 추가로 상기 다이나모미터의 관성을 곱하여 얻어지는 신호를 뺌으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것이 바람직하다.
(4) 이 경우, 상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 상기 외란 보상 토크 신호를 더함으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고, 상기 외란 옵저버는, 상기 변환 전 토크 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 미분하고, 추가로 상기 설정 관성을 곱하여 얻어지는 신호를 뺌으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것이 바람직하다.
(5) 이 경우, 상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 외란 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고, 상기 외란 옵저버는, 상기 변환 후 토크 신호를 적분하고, 추가로 상기 다이나모미터의 관성의 역수를 곱하여 얻어지는 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 뺌으로써 각속도 신호를 생성하고, 상기 각속도 신호에 관성의 차원을 갖는 파라미터를 곱함으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것이 바람직하다.
(6) 이 경우, 상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼고, 추가로 상기 외란 보상 토크 신호를 더함으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고, 상기 외란 옵저버는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호를 적분하고, 추가로 상기 설정 관성의 역수를 곱하여 얻어지는 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 뺌으로써 각속도 신호를 생성하고, 상기 각속도 신호에 관성의 차원을 갖는 파라미터를 곱함으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것이 바람직하다.
(1) 본 발명의 전기 관성 제어 장치에서는, 관성 보상기에 의해 상위 지령 토크 신호에서 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 설정 관성에 대한 다이나모미터의 관성의 비를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 추가로 이 토크 신호와 축토크 검출 신호를 더함으로써, 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호를 생성한다. 관성 보상기에서는, 이와 같이 축토크 검출 신호를 직접 피드백하여 관성 보상 토크 신호를 생성함으로써, 다이나모미터에서는 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 정밀하게 모의하는 것이 가능해진다. 또한 본 발명의 전기 관성 제어 장치의 공진 억제 제어 회로에서는, 관성 보상기에 의해 얻어지는 관성 보상 토크 신호와 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 공시체와 다이나모미터를 포함하는 기계계의 공진을 억제하도록 토크 전류 지령 신호를 생성한다. 이것에 의해 본 발명의 전기 관성 제어 장치에 의하면, 상기 기계계에서의 공진 현상에 의한 불안정화를 방지하면서, 제어 요구를 고대역까지 확대하는 것이 가능해진다.
(2) 본 발명의 전기 관성 제어 장치에서는, 외란 옵저버에 의해 관성 보상기를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 각속도 검출 신호를 이용하여 얻어지는 검출 신호의 차를 이용하여 외란 보상 토크 신호를 생성하고, 관성 보상기에서는, 이 외란 보상 토크 신호를, 상기 비를 곱하기 전 또는 곱한 후의 토크 신호에 더함으로써 관성 보상 토크 신호를 생성한다. 본 발명의 전기 관성 제어 장치에 의하면, 인버터에서의 제어 오차나 다이나모미터의 손실 등의 외란에 의한 오차를 보상하면서 설정 관성에 따른 전기 관성 제어를 정밀하게 달성할 수 있다.
(3) 본 발명의 전기 관성 제어 장치에서의 관성 보상기는, 상위 지령 토크 신호에서 축토크 검출 신호를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 추가로 이 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 이 변환 후 토크 신호와 외란 보상 토크 신호와 축토크 검출 신호를 더함으로써 관성 보상 토크 신호를 생성한다. 또한 외란 옵저버에서는, 변환 후 토크 신호와 외란 보상 토크 신호를 더하여 얻어지는 신호에서, 각속도 검출 신호를 미분하고, 추가로 다이나모미터의 관성 모멘트를 곱하여 얻어지는 신호를 뺌으로써 외란 보상 토크 신호를 생성한다. 본 발명의 전기 관성 제어 장치에 의하면, 인버터에서의 제어 오차나 다이나모미터의 손실 등의 외란에 의한 오차를 보상하면서 설정 관성에 따른 전기 관성 제어를 정밀하게 달성할 수 있다.
(4) 본 발명의 전기 관성 제어 장치에서의 관성 보상기는, 상위 지령 토크 신호에서 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 외란 보상 토크 신호를 더함으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 이 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 추가로 이 변환 후 토크 신호와 축토크 검출 신호를 더함으로써 관성 보상 토크 신호를 생성한다. 또한 외란 옵저버에서는, 변환 전 토크 신호에서, 각속도 검출 신호를 미분하고 추가로 설정 관성을 곱하여 얻어지는 신호를 뺌으로써 외란 보상 토크 신호를 생성한다. 즉 본 발명의 전기 관성 제어 장치에서는, 상기 비가 곱해지기 전의 변환 전 토크 신호에 대하여 외란 보상을 수행하도록 함으로써, 다이나모미터의 관성 모멘트가 실제의 것과 오차가 있는 경우에도 이 오차를 보상하여, 설정 관성에 따른 전기 관성 제어를 더 정밀하게 달성할 수 있다.
(5) 본 발명의 전기 관성 제어 장치에서의 관성 제어기는, 상위 지령 토크 신호에서 축토크 검출 신호를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 이 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 추가로 이 변환 후 토크 신호와 외란 보상 토크 신호와 축토크 검출 신호를 더함으로써 관성 보상 토크 신호를 생성한다. 또한 외란 옵저버에서는, 변환 후 토크 신호를 적분하고, 추가로 다이나모미터의 관성의 역수를 곱하여 얻어지는 신호에서, 각속도 검출 신호를 뺌으로써 각속도 신호를 생성하고, 이 각속도 신호에 관성의 차원을 갖는 파라미터를 곱함으로써 외란 보상 토크 신호를 생성한다. 본 발명의 전기 관성 제어 장치에 의하면, 상기 (3)의 발명과 동일한 효과를 나타낸다. 또한 상기 (3)의 발명에서는, 외란 옵저버에서는 노이즈가 발생하는 미분 조작을 수행하기 때문에, 외란 보상 토크 신호를 생성할 시에, 로우 패스 필터를 이용할 필요가 있는 경우가 있다. 이에 반해 본 발명의 외란 옵저버에서는, 적분 조작에 의해 외란 보상 토크 신호를 생성하기 때문에, 상술과 같은 로우 패스 필터가 불필요해진다.
(6) 본 발명의 전기 관성 제어 장치에서의 관성 제어기는, 상위 지령 토크 신호에서 축토크 검출 신호를 빼고, 추가로 외란 보상 토크 신호를 더함으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 이 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 추가로 이 변환 후 토크 신호와 축토크 검출 신호를 더함으로써 관성 보상 토크 신호를 생성한다. 또한 외란 옵저버에서는, 상위 지령 토크 신호에서 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호를 적분하고, 추가로 설정 함수의 역수를 곱하여 얻어지는 신호에서, 각속도 검출 신호를 뺌으로써 각속도 신호를 생성하고, 추가로 이 각속도 신호에 관성의 차원을 갖는 파라미터를 곱함으로써 외란 보상 토크 신호를 생성한다. 본 발명의 전기 관성 제어 장치에 의하면, 상기 (4)의 발명과 동일한 효과를 나타낸다. 또한 본 발명의 전기 관성 제어 장치에 의하면, 상기 (5)의 발명과 동일한 이유에 의해, 상술과 같은 로우 패스 필터가 불필요해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다이나모미터 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예 1의 전기 관성 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 일반화 플랜트를 이용한 H∞ 제어 및 μ설계법에 의한 제어계 설계 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 비교예의 전기 관성 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1의 전기 관성 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 2의 전기 관성 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 1의 전기 관성 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 2의 전기 관성 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 3의 전기 관성 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 3의 전기 관성 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시예 2의 전기 관성 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예 3의 전기 관성 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예 4의 전기 관성 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 5의 전기 관성 제어 장치의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 종래의 전기 관성 제어 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 16은 종래의 전기 관성 제어 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 다이나모미터 시스템(S)의 구성을 나타내는 도면이다. 다이나모미터 시스템(S)은, 입력축(Wi) 및 이 입력축(Wi)과 동력 전달 가능하게 접속된 출력축(Wo)을 구비하는 차량의 드라이브 트레인을 공시체(W)로 하고, 이 공시체(W)의 성능을 평가하는 것으로, 소위 드라이브 트레인 벤치 시스템이라고 불리는 것이다. 또한 아래에서는, 소위 후륜 구동(FR) 차량에 탑재되는 드라이브 트레인을 공시체(W)로 했을 경우에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 1개의 입력축과, 이 입력축과 동력 전달 가능하게 접속된 2개의 출력축을 구비하는, 소위 전륜 구동(FF) 차량에 탑재되는 드라이브 트레인을 공시체로 할 수도 있다.
다이나모미터 시스템(S)은, 공시체(W)와, 입력축(Wi)과 입력측 연결축(S1)을 통해 접속된 입력측 다이나모미터(11)와, 출력축(Wo)과 흡수측 연결축(S2)을 통해 접속된 흡수측 다이나모미터(12)와, 입력측 토크 전류 지령 신호에 따라 입력측 다이나모미터(11)에 전력을 공급하는 입력측 인버터(21)와, 흡수측 토크 전류 지령 신호에 따라 흡수측 다이나모미터(12)에 전력을 공급하는 흡수측 인버터(22)와, 각 다이나모미터(11, 12)의 축의 각속도를 검출하는 입력측 각속도 센서(31) 및 흡수측 각속도 센서(32)와, 각 연결축(S1, S2)에서의 축토크를 검출하는 입력측 축토크 센서(41) 및 흡수측 축토크 센서(42)와, 입력측 토크 전류 지령 신호를 생성하여 이것을 입력측 인버터(21)에 입력하는 전기 관성 제어 장치(5)와, 흡수측 토크 전류 지령 신호를 생성하여 이것을 흡수측 인버터(22)에 입력하는 흡수측 다이나모미터 제어 장치(6)를 구비한다.
입력측 각속도 센서(31)는, 입력측 다이나모미터(11)의 축의 단위 시간당 회전 각도를 검출하고, 이 각속도에 따른 입력측 각속도 검출 신호를 발생하여, 전기 관성 제어 장치(5)에 송신한다. 흡수측 각속도 센서(32)는, 흡수측 다이나모미터(12)의 축의 단위 시간당 회전 각도를 검출하고, 이 각속도에 따른 흡수측 각속도 검출 신호를 발생하여, 흡수측 다이나모미터 제어 장치(6)에 송신한다.
입력측 축토크 센서(41)는, 연결축(S1)에 발생하는 축토크를 검출하고, 이 축토크에 따른 입력측 축토크 검출 신호를 전기 관성 제어 장치(5)에 송신한다. 흡수측 축토크 센서(42)는, 연결축(S2)에 발생하는 축토크를 검출하고, 이 축토크에 따른 흡수측 축토크 검출 신호를 흡수측 다이나모미터 제어 장치(6)에 송신한다.
전기 관성 제어 장치(5)는, 미도시의 상위 지령 생성 장치에 의해 생성되는 상위 지령 토크 신호와 입력측 각속도 검출 신호와 입력측 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 입력측 다이나모미터(11)에 의해 소정의 설정 관성 모멘트를 갖는 관성체의 거동을 모의하는 입력측 토크 전류 지령 신호를 생성하고, 이것을 입력측 인버터(21)에 입력한다.
흡수측 다이나모미터 제어 장치(6)는, 흡수측 각속도 검출 신호와 흡수측 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 기존의 알고리즘에 따라 흡수측 토크 전류 지령 신호를 생성하고, 이것을 흡수측 인버터(22)에 입력한다.
실시예 1
도 2는, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 전기 관성 제어 장치(5A)는, 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 공시체의 입력축과 입력측 다이나모미터를 입력측 연결축을 통해 연결하면서 공시체의 출력축과 흡수측 다이나모미터를 흡수측 연결축을 통해 연결하여 구성되는 다이나모미터 시스템을 제어 대상(P)으로 한다.
그리고 아래의 설명에서는, 라플라스 연산자를 "s"로 표기하고, 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트[kgm2]를 "J1"으로 표기하고, 공시체의 관성 모멘트[kgm2]를 "J2"로 표기하고, 입력측 연결축의 축강성[Nm/rad]을 "K12"로 표기한다. 또한 이들 파라미터 중, 적어도 관성 모멘트(J1)의 구체적인 값은 기존인 것으로 한다.
또한 아래의 설명에서는, 미도시의 상위 지령 생성 장치에 의해 생성되는 상위 지령 토크 신호[Nm]를 “T*"로 표기하고, 전기 관성 제어 장치(5A)에 의해 생성되는 입력측 토크 전류 지령 신호[Nm]를 "T1"으로 표기하고, 입력측 연결축에서 발생하는 축토크[Nm]로서 입력측 축토크 센서의 검출 신호인 입력측 축토크 검출 신호를 "T12"로 표기하고, 입력측 다이나모미터의 축의 각속도[rad/sec]로서 입력측 각속도 센서의 검출 신호인 입력측 각속도 검출 신호를 "ω1"으로 표기한다.
전기 관성 제어 장치(5A)는, 상위 지령 토크 신호(T*)[Nm]와 입력측 축토크 검출 신호(T12)[Nm]를 바탕으로, 소정의 설정 관성 모멘트(Jset)[kgm2]를 갖는 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호(Tref)[Nm]를 생성하는 관성 보상기(51A)와, 관성 보상 토크 신호(Tref)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 이용함으로써, 제어 대상의 공진을 억제하도록 입력측 토크 전류 지령 신호(T1)[Nm]를 생성하는 공진 억제 제어 회로(53A)를 구비한다.
관성 보상기(51A)는, 하기 식(1)에 나타내듯이, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 빼서 얻어지는 신호에, 설정 관성 모멘트(Jset)에 대한 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)의 비(J1/Jset)를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 이 토크 신호((J1/Jset)×(T*-T12))와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 더함으로써, 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다.
Tref=(J1/Jset)×(T*-T12)＋T12 (1)
공진 억제 제어 회로(53A)는, 관성 보상기(51A)에 의해 생성된 관성 보상 토크 신호(Tref)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 바탕으로 입력측 토크 전류 지령 신호(T1)를 생성하고, 이것을 입력측 인버터에 입력한다. 이 공진 억제 제어 회로(53A)는, 상기와 같이 입력측 다이나모미터(11)와 공시체(W)와 흡수측 다이나모미터(12)를 연결축(S1, S2)으로 연결하여 구성되는 다이나모미터 시스템(S)의 기계계 전체에서 발생할 수 있는 공진 현상 중, 시험 대상인 공시체(W) 고유의 공진 현상을 제외한 것을 억제하는 입력측 토크 전류 지령 신호(T1)를 생성하는 공진 억제 제어 기능을 구비한다.
여기서 공시체(W)는, 여러가지 스프링 요소를 포함하는 드라이브 트레인을 가정하고 있다. 즉 다이나모미터 시스템(S)에 있어서, 공시체(W)의 강성은, 연결축(S1, S2)의 강성보다 낮다. 그러므로, 다이나모미터 시스템(S)에 있어서 발생하는 공진 현상은, 공시체(W)에 고유한 것으로서 수 Hz~수십 Hz정도의 비교적 저주파수측에서 발생하는 공진 현상과, 연결축(S1, S2)에 고유한 것으로서 수백 Hz 이상의 비교적 고주파수측에서 발생하는 공진 현상으로 나뉘어진다. 또한 이 비교적 고주파수측에서 발생하는 공진은, 시험 대상인 공시체(W)의 특성과는 무관한 다이나모미터 시스템(S) 고유의 공진 현상이다. 따라서 이 고주파수측에서 발생하는 공진은, 공진 억제 제어 회로(53A)의 공진 억제 기능에 의해 억제하는 것이 바람직하다. 한편, 저주파수측에서 발생하는 공진은, 시험 대상인 공시체(W) 고유의 현상이다. 따라서, 상기 공진 억제 기능에 의해, 이러한 저주파수측에서 발생하는 공진까지 억제하는 것은 바람직하지 않다.
이상과 같은 공진 억제 제어 기능을 구비한 전기 관성 제어 장치(53A)는, 도 3에 나타낸 바와 같은 적어도 1개의 외부 입력(w) 및 적어도 1개의 제어 입력(u)으로부터, 적어도 1개의 제어량(z) 및 적어도 1개의 관측 출력(y)을 출력하는 일반화 플랜트(P)를 제어 대상으로 정의하고, 이것에 대해 외부 입력(w)으로부터 제어량(z)까지의 응답을 작게 하도록 H∞ 제어나 μ설계법이라 불리는 로버스트 제어계 설계 방법에 의해 설계된 콘트롤러(K)를 전자 계산기에 실장하여 구성된 것이 이용된다. H∞ 제어나 μ설계법을 이용하여, 일반화 플랜트(P)로부터 원하는 제어 목적을 달성하는 콘트롤러(K)를 수치적으로 도출하는 구체적인 순서에 대해서는, 예를 들어 류강지 저, 「선형 로버스트 제어」, 코로나사, 2002년이나, 노나미 켄조 편저, 니시무라 히데카즈, 히라타 미츠오 공저, 「MATLAB에 의한 제어계 설계」, 도쿄 전기 대학 출판국, 1998년 등에 자세히 설명되어 있으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
그 다음, 본 실시예의 전기 관성 제어 장치(5A)의 효과에 대하여, 도 16을 참조하여 설명한 전기 관성 제어 장치(150)를 비교예로 한 시뮬레이션의 결과와 비교하면서 설명한다.
도 4는, 비교예의 전기 관성 제어 장치(150)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 또한 이 시뮬레이션에서는, 실환경을 가정하여, 입력측 축토크 검출 신호(T12)에는 소정의 낭비 시간을 설정했다. 도 4의 상단은, 상위 지령 토크 신호(T*) 및 입력측 축토크 검출 신호(T12)의 시간 변화를 나타내고, 도 4의 하단은, 입력측 각속도 검출 신호(ω1) 및 관성 상당 속도(ωset)의 시간 변화를 나타낸다. 여기서 관성 상당 속도(ωset)란, 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트를 J1이 아니라 설정 관성 모멘트(Jset)로 한 가상적인 제어 대상에 상위 지령 토크 신호(T*)를 직접 입력했을 경우에 얻어지는 입력측 다이나모미터의 축의 각속도(ωset=(1/Jset·s)×(T*-T12))이다. 즉, 이 관성 상당 속도(ωset)와 입력측 각속도 검출 신호(ω1)가 일치하고 있는지 어떤지가, 전기 관성 제어의 달성 정도를 판정할 때의 기준이 된다. 또한 이번 시뮬레이션에서는, 상위 지령 토크 신호(T*)는, 시각 0 내지 1초 정도에서 0[Nm]에서 10[Nm]까지 상승시키고, 그 후는 10[Nm]로 일정하게 했다(후술의 도 5 참조).
도 4의 상단에 나타내듯이, 비교예의 전기 관성 제어 장치(150)에서는, 상위 지령 토크 신호(T*)의 약간의 변화에 대해, 입력측 축토크 검출 신호(T12)는, 다이나모미터 시스템에 존재하는 공진에 의해 약 -10000[Nm] 내지 ＋10000[Nm] 사이에서 진동하는 거동을 나타낸다. 또한 도 4의 하단에 나타내듯이 비교예의 전기 관성 제어 장치(150)에서는, 입력측 축토크 검출 신호(T12)의 발산 거동에 의해 입력측 각속도 검출 신호(ω1)도 크게 진동한다. 그러므로 입력측 각속도 검출 신호(ω1)와 관성 상당 속도(ωset)는 크게 괴리되어, 전기 관성 제어 장치(150)는 전기 관성 제어의 목적을 달성하지 못하고 있다.
도 5는, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)에서는, 관성 보상기(51A)에 의해 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 직접 피드백하여 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성함으로써, 상위 지령 토크 신호(T*)의 변화에 대해 신속하게 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 추종시키면서, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 정밀하게 관성 상당 속도(ωset)에 일치시킬 수 있다. 또한 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)에서는, 관성 보상기(51A)에 의해 생성된 관성 보상 토크 신호(Tref)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 이용하여 공진 억제 제어 회로(53A)에 의해 입력측 토크 전류 지령 신호(T1)를 생성함으로써, 비교예의 전기 관성 제어 장치(150)에서는 억제할 수 없었던 입력측 축토크 검출 신호(T12)의 공진을 억제할 수 있고, 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 상위 지령 토크 신호(T*)에 대략 일치시킬 수 있다. 또한 이것에 의해, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 관성 상당 속도(ωset)에 일치시킬 수 있다.
실시예 2
다음으로, 도 6을 참조하여 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)에 대하여 설명한다. 또한 아래의 설명에서는, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 6은, 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 전기 관성 제어 장치(5B)는, 상위 지령 토크 신호(T*)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 바탕으로, 소정의 설정 관성 모멘트(Jset)를 갖는 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성하는 관성 보상기(51B)와, 공진 억제 제어 회로(53A)와, 관성 보상기(51B)를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 이용하여 얻어지는 검출 신호의 차를 이용하여 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 생성하는 외란 옵저버(57B)를 구비한다.
관성 보상기(51B)는, 하기 식(2)에 근거하여 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다. 보다 구체적으로는, 관성 보상기(51B)는, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 이 변환 전 토크 신호에 설정 관성 모멘트(Jset)에 대한 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)의 비(J1/Jset)를 곱함으로써, 변환 후 토크 신호((J1/Jset)×(T*-T12))를 생성한다. 또한 관성 보상기(51B)는, 이 변환 후 토크 신호에, 외란 옵저버(57B)에 의해 생성되는 외란 보상 토크 신호(Tobs)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 더함으로써 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다.
Tref=(J1/Jset)×(T*-T12)＋Tobs＋T12 (2)
외란 옵저버(57B)는, 관성 보상기(51B)에 있어서 변환 후 토크 신호와 외란 보상 토크 신호를 더하여 얻어지는 토크의 차원을 갖는 토크 추정 신호((J1/Jset)×(T*-T12)＋Tobs)에서, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 미분하고 추가로 이것에 입력측 다이나모미터(11)의 관성 모멘트(J1)를 곱하여 얻어지는 토크 검출 신호(J1·s·ω1)를 빼고, 추가로 이 신호에서 로우 패스 필터(571)에 의해 소정의 절단 주파수보다 높은 주파수 성분의 노이즈를 제거한 것을 외란 보상 토크 신호(Tobs)로 하여, 관성 보상기(51B)에 출력한다.
그런데, 실제의 다이나모미터 시스템(S)은, 도 6에 나타내는 제어 대상(P)과 달리, 전기 관성 제어 장치에 의해 생성된 토크 전류 지령 신호(T1)는, 입력측 인버터(21)를 통해 입력측 다이나모미터(11)에 입력되고, 또한 입력측 다이나모미터(11)에는 어느 정도의 손실이 존재한다. 그러므로, 입력측 다이나모미터(11)에서는, 토크 전류 지령 신호(T1)와 동일한 토크가 발생하는 경우는 없고, 어느 정도의 오차가 발생한다. 본 실시예에서는, 외란 옵저버(57B)에 의해, 관성 보상기(51B)에 있어서 얻어지는 추정 신호와 입력측 각속도 센서(31)를 이용하여 얻어지는 검출 신호의 차를 이용하여 이러한 외란을 보상하는 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 생성하고, 이것을 관성 보상기(51B)에 피드백함으로써, 오차가 없는 전기 관성 제어를 실현한다.
그 다음, 본 실시예의 전기 관성 제어 장치(5B)의 효과에 대하여, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)와 비교하면서 설명한다. 여기서는, 도 4 및 도 5에 나타내는 시뮬레이션과 마찬가지로, 실환경을 가정하여, 입력측 축토크 검출 신호(T12)에는 소정의 낭비 시간을 설정했다. 또한 여기서는, 의도치 않은 외란이 입력되는 경우를 가정하여, 입력측 다이나모미터에는, 전기 관성 제어 장치(5A, 5B)에서 생성되는 토크 전류 지령 신호(T1)에 소정의 외란 토크 신호를 중첩한 것을 입력했다.
도 7은, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)에서는, 외란의 존재를 고려하고 있지 않으므로, 도 7에 나타내듯이, 상위 지령 토크 신호(T*)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)의 사이에는 일정량의 오차가 잔류한다. 또한 그러므로, 입력 각속도 검출 신호(ω1)와 관성 상당 속도(ωset)는 크게 괴리된다. 그러므로, 외란이 존재하면 전기 관성 제어 장치(5A)에서는 전기 관성 제어의 목적을 달성할 수 없게 되는 경우가 있다.
도 8은, 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)에서는, 관성 보상기(51B)에 의해 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 직접 피드백하는 동시에, 이것에 외란 옵저버(57B)에 의해 생성된 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 이용함으로써 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다. 그러므로, 외란에 의한 오차를 해소하면서, 상위 지령 토크 신호(T*)의 변화에 대해 신속하게 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 추종시키면서, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 정밀하게 관성 상당 속도(ωset)에 일치시킬 수 있다.
실시예 3
다음으로, 도 9를 참조하여 실시예 3의 전기 관성 제어 장치(5C)에 대하여 설명한다. 그리고 아래의 설명에서는, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 9는, 실시예 3의 전기 관성 제어 장치(5C)의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 전기 관성 제어 장치(5C)는, 상위 지령 토크 신호(T*)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 바탕으로, 소정의 설정 관성 모멘트(Jset)를 갖는 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성하는 관성 보상기(51C)와, 공진 억제 제어 회로(53A)와, 관성 보상기(51C)를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 이용하여 얻어지는 검출 신호의 차를 이용하여 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 생성하는 외란 옵저버(57C)를 구비한다.
관성 보상기(51C)는, 하기 식(3)을 바탕으로 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다. 보다 구체적으로는, 관성 보상기(51C)는, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 뺌으로써 얻어지는 토크 신호와, 외란 옵저버(57C)에 의해 생성되는 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 더함으로써 변환 전 토크 신호(T*-T12＋Tobs)를 생성한다. 관성 보상기(51C)는, 이 변환 전 토크 신호에 설정 관성 모멘트(Jset)에 대한 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)의 비(J1/Jset)를 곱함으로써, 변환 후 토크 신호를 생성한다. 또한 관성 보상기(51C)는, 이 변환 후 토크 신호에, 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 더함으로써 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다.
Tref=(J1/Jset)×(T*-T12＋Tobs)＋T12 (3)
외란 옵저버(57C)는, 관성 보상기(51C)에서의 변환 전 토크 신호(T*-T12＋Tobs)에서, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 미분하고 추가로 이것에 설정 관성 모멘트(Jset)를 곱하여 얻어지는 토크 검출 신호(Jset·s·ω1)를 빼고, 추가로 이 신호에서 로우 패스 필터(571)에 의해 소정의 절단 신호보다 높은 주파수 성분의 노이즈를 제거한 것을 외란 보상 토크 신호(Tobs)로 하여, 관성 보상기(51C)에 출력한다.
그 다음, 본 실시예의 전기 관성 제어 장치(5C)의 효과를 설명한다. 여기서는, 도 4 및 도 5에 나타내는 시뮬레이션과 마찬가지로, 실환경을 가정하여, 입력측 축토크 검출 신호(T12)에는 소정의 낭비 시간을 설정했다. 또한 상위 지령 토크 신호(T*)는, 실엔진에서의 토크 맥동을 재현하기 위해, 최대값을 100[Nm]로 하고 최소값을 -100[Nm]로 하여, 다이나모미터 시스템의 공진 주파수보다 낮은 소정의 가진 주파수로 진동시켰다.
도 10은, 실시예 3의 전기 관성 제어 장치(5C)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내듯이, 실시예 3의 전기 관성 제어 장치(5C)에서는, 관성 보상기(51C)에 의해 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 직접 피드백하여 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성하고, 추가로 이 관성 보상 토크 신호(Tref)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 이용하여 공진 억제 제어 회로(53A)에 의해 입력측 토크 전류 지령 신호(T1)를 생성한다. 이것에 의해, 다이나모미터 시스템에서의 공진 현상을 억제하면서, 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 가진 주파수로 진동하는 상위 지령 토크 신호(T*)에 추종시킬 수 있다. 또한 이것에 의해, 도 10에 나타내듯이, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 가진 주파수로 진동하는 관성 상당 속도(ωset)에 정밀하게 일치시킬 수 있다.
그 다음, 본 실시예의 전기 관성 제어 장치(5C)의 효과에 대하여, 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)와 비교하면서 설명한다. 여기서는, 도 4 및 도 5에 나타내는 시뮬레이션과 마찬가지로, 실환경을 가정하여, 입력측 축토크 검출 신호(T12)에는 소정의 낭비 시간을 설정하고, 또한 도 10의 시뮬레이션과 마찬가지로 상위 지령 토크 신호(T*)를 소정의 가진 주파수로 진동시켰다. 또한 여기서는, 전기 관성 제어 장치(5B, 5C)에 있어서 설정되는 관성 모멘트(J1)에는, 실제의 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트에 대해 소정의 오차를 마련했다.
도 11은, 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 11에 나타내듯이, 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)에서는, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)와 관성 상당 속도(ωset)의 사이에는 약간의 오차가 발생한다. 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)의 외란 옵저버(57B)는, 도 6에 나타내듯이, 관성 모멘트의 비(J1/Jset)가 곱해진 후의 변환 후 토크 신호에 대해 외란 보상을 수행하도록 되어 있다. 그러므로, 전기 관성 제어 장치(5B)에서의 관성 모멘트(J1)에, 설계 오차나 기타 부재 등에 의한 오차가 발생한 경우에는, 도 11에 나타낸 바와 같은 보상 오차가 발생하는 경우가 있다.
도 12는, 실시예 3의 전기 관성 제어 장치(5C)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 실시예 3의 전기 관성 제어 장치(5C)의 외란 옵저버(57C)는, 실시예 2의 전기 관성 제어 장치(5B)와 달리, 관성 모멘트의 비(J1/Jset)가 곱해지기 전의 변환 전 토크 신호에 대해 외란 보상을 수행하도록 되어 있다. 그러므로, 전기 관성 제어 장치(5C)에 의하면, 관성 모멘트(J1)의 추정 오차에 대해서도 보상할 수 있으므로, 도 12에 나타내듯이, 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 관성 상당 속도(ωset)에 정밀하게 추종시킬 수 있다.
실시예 4
다음으로, 도 13을 참조하여 실시예 4의 전기 관성 제어 장치(5D)에 대해 설명한다. 또한 아래의 설명에서는, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 13은, 실시예 4의 전기 관성 제어 장치(5D)의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 전기 관성 제어 장치(5D)는, 상위 지령 토크 신호(T*)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 바탕으로, 소정의 설정 관성 모멘트(Jset)를 갖는 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성하는 관성 보상기(51D)와, 공진 억제 제어 회로(53A)와, 관성 보상기(51D)를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 입력측 각속도 검출 신호(ω1)을 이용하여 얻어지는 검출 신호의 차를 이용하여 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 생성하는 외란 옵저버(57D)를 구비한다.
관성 보상기(51D)는, 하기 식(4)를 바탕으로 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다. 보다 구체적으로는, 관성 보상기(51D)는, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 이 변환 전 토크 신호에 설정 관성 모멘트(Jset)에 대한 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)의 비(J1/Jset)를 곱함으로써, 변환 후 토크 신호((J1/Jset)×(T*-T12))를 생성한다. 또한 관성 보상기(51D)는, 이 변환 후 토크 신호에, 외란 옵저버(57D)에 의해 생성되는 외란 보상 토크 신호(Tobs)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 더함으로써 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다.
Tref=(J1/Jset)×(T*-T12)＋Tobs＋T12 (4)
외란 옵저버(57D)는, 관성 보상기(51D)에서의 변환 후 토크 신호((J1/Jset)×(T*-T12))를 적분하고 추가로 이것에 입력측 다이나모미터(11)의 관성 모멘트(J1)의 역수를 곱하여 얻어지는 각속도의 차원을 갖는 각속도 추정 신호에서, 입력 각속도 검출 신호(ω1)를 빼고, 추가로 이 신호에 입력측 다이나모미터(11)의 관성 모멘트(J1)와 무차원의 게인(g)을 곱한 것을 외란 보상 토크 신호(Tobs)로 하여, 관성 보상기(51D)에 출력한다.
실시예 5
다음으로, 도 14를 참조하여 실시예 5의 전기 관성 제어 장치(5E)에 대하여 설명한다. 또한 아래의 설명에서는, 실시예 1의 전기 관성 제어 장치(5A)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 14는, 실시예 5의 전기 관성 제어 장치(5E)의 제어 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 전기 관성 제어 장치(5E)는, 상위 지령 토크 신호(T*)와 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 바탕으로, 소정의 설정 관성 모멘트(Jset)를 갖는 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성하는 관성 보상기(51E)와, 공진 억제 제어 회로(53A)와, 관성 보상기(51E)를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 입력측 각속도 검출 신호(ω1)를 이용하여 얻어지는 검출 신호의 차를 이용하여 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 생성하는 외란 옵저버(57E)를 구비한다.
관성 보상기(51E)는, 하기 식(5)을 바탕으로 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다. 보다 구체적으로는, 관성 보상기(51E)는, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 뺌으로써 얻어지는 토크 신호와 외란 옵저버(57E)에 의해 생성되는 외란 보상 토크 신호(Tobs)를 더함으로써 변환 전 토크 신호(T*-T12＋Tobs)를 생성한다. 관성 보상기(51E)는, 이 변환 전 토크 신호에 설정 관성 모멘트(Jset)에 대한 입력측 다이나모미터의 관성 모멘트(J1)의 비(J1/Jset)를 곱함으로써, 변환 후 토크 신호를 생성한다. 또한 관성 보상기(51E)는, 이 변환 후 토크 신호에, 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 더함으로써 관성 보상 토크 신호(Tref)를 생성한다.
Tref=(J1/Jset)×(T*-T12＋Tobs)＋T12 (5)
외란 옵저버(57E)는, 관성 보상기(51E)에 있어서, 상위 지령 토크 신호(T*)에서 입력측 축토크 검출 신호(T12)를 뺌으로써 얻어지는 토크 신호(T*-T12)를 적분하고 추가로 여기에 설정 관성 모멘트(Jset)의 역수를 곱하여 얻어지는 각속도의 차원을 갖는 각속도 추정 신호에서, 입력 각속도 검출 신호(ω1)를 빼고, 추가로 이 신호에 설정 관성 모멘트(Jset)와 무차원의 게인(g)을 곱한 것을 외란 보상 토크 신호(Tobs)로 하여, 관성 보상기(51E)에 출력한다.
이상 본 발명의 실시예 1~5의 전기 관성 제어 장치(5A~5E)에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 보다 구체적으로는, 상기 실시예 1~5에서는, 입력측 다이나모미터(11)와 공시체(W)와 흡수측 다이나모미터(12)를 연결하여 구성되는 다이나모미터 시스템(S)에 있어서, 입력측 다이나모미터(11)에 전기 관성 제어를 수행하는 전기 관성 제어 장치(5A~5E)에 본 발명을 적용했을 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 전기 관성 제어 장치는, 상기 다이나모미터 시스템(S)에 있어서, 흡수측 다이나모미터(12)에 전기 관성 제어를 수행하는 것에 적용할 수도 있다.
S: 다이나모미터 시스템
W: 공시체
Wi: 입력축
Wo: 출력축
11: 입력측 다이나모미터(다이나모미터)
S1: 입력측 연결축(연결축)
21: 입력측 인버터(인버터)
31: 입력측 각속도 센서(각속도 센서)
41: 입력측 축토크 센서(축토크 센서)
5, 5A, 5B, 5C, 5D, 5E: 전기 관성 제어 장치

Claims (6)

  1. 입력축과 출력축을 구비하는 공시체;
    상기 입력축 또는 상기 출력축 중 어느 하나와 연결축을 통해 접속된 다이나모미터;
    토크 전류 지령 신호에 따라 상기 다이나모미터에 전력을 공급하는 인버터;
    상기 연결축에 발생하는 축토크에 따른 축토크 검출 신호를 발생하는 축토크 센서; 및
    상기 다이나모미터의 각속도에 따른 각속도 검출 신호를 발생하는 각속도 센서;를 구비하는 다이나모미터 시스템에서, 상기 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의하는 전기 관성 제어 장치로서,
    상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 상기 설정 관성에 대한 상기 다이나모미터의 관성의 비를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 상기 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써, 상기 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호를 생성하는 관성 보상기;
    상기 관성 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 상기 공시체와 상기 다이나모미터를 포함하는 기계계의 공진 중 상기 연결축에 고유의 공진을 억제하도록 상기 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로; 및
    상기 관성 보상기를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 상기 각속도 검출 신호를 이용하여 얻어지는 검출 신호를 이용하여 외란 보상 토크 신호를 생성하는 외란 옵저버;를 구비하고,
    상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 외란 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고,
    상기 외란 옵저버는, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 외란 보상 토크 신호를 더하여 얻어지는 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 미분하고, 추가로 상기 다이나모미터의 관성을 곱하여 얻어지는 신호를 뺌으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기 관성 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 입력축과 출력축을 구비하는 공시체;
    상기 입력축 또는 상기 출력축 중 어느 하나와 연결축을 통해 접속된 다이나모미터;
    토크 전류 지령 신호에 따라 상기 다이나모미터에 전력을 공급하는 인버터;
    상기 연결축에 발생하는 축토크에 따른 축토크 검출 신호를 발생하는 축토크 센서; 및
    상기 다이나모미터의 각속도에 따른 각속도 검출 신호를 발생하는 각속도 센서;를 구비하는 다이나모미터 시스템에서, 상기 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의하는 전기 관성 제어 장치로서,
    상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 상기 설정 관성에 대한 상기 다이나모미터의 관성의 비를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 상기 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써, 상기 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호를 생성하는 관성 보상기;
    상기 관성 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 상기 공시체와 상기 다이나모미터를 포함하는 기계계의 공진 중 상기 연결축에 고유의 공진을 억제하도록 상기 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로; 및
    상기 관성 보상기를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 상기 각속도 검출 신호를 이용하여 얻어지는 검출 신호를 이용하여 외란 보상 토크 신호를 생성하는 외란 옵저버;를 구비하고,
    상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 상기 외란 보상 토크 신호를 더함으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고,
    상기 외란 옵저버는, 상기 변환 전 토크 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 미분하고, 추가로 상기 설정 관성을 곱하여 얻어지는 신호를 뺌으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기 관성 제어 장치.
  5. 입력축과 출력축을 구비하는 공시체;
    상기 입력축 또는 상기 출력축 중 어느 하나와 연결축을 통해 접속된 다이나모미터;
    토크 전류 지령 신호에 따라 상기 다이나모미터에 전력을 공급하는 인버터;
    상기 연결축에 발생하는 축토크에 따른 축토크 검출 신호를 발생하는 축토크 센서; 및
    상기 다이나모미터의 각속도에 따른 각속도 검출 신호를 발생하는 각속도 센서;를 구비하는 다이나모미터 시스템에서, 상기 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의하는 전기 관성 제어 장치로서,
    상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 상기 설정 관성에 대한 상기 다이나모미터의 관성의 비를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 상기 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써, 상기 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호를 생성하는 관성 보상기;
    상기 관성 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 상기 공시체와 상기 다이나모미터를 포함하는 기계계의 공진 중 상기 연결축에 고유의 공진을 억제하도록 상기 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로; 및
    상기 관성 보상기를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 상기 각속도 검출 신호를 이용하여 얻어지는 검출 신호를 이용하여 외란 보상 토크 신호를 생성하는 외란 옵저버;를 구비하고,
    상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 뺌으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 외란 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고,
    상기 외란 옵저버는, 상기 변환 후 토크 신호를 적분하고, 추가로 상기 다이나모미터의 관성의 역수를 곱하여 얻어지는 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 뺌으로써 각속도 신호를 생성하고, 상기 각속도 신호에 관성의 차원을 갖는 파라미터를 곱함으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기 관성 제어 장치.
  6. 입력축과 출력축을 구비하는 공시체;
    상기 입력축 또는 상기 출력축 중 어느 하나와 연결축을 통해 접속된 다이나모미터;
    토크 전류 지령 신호에 따라 상기 다이나모미터에 전력을 공급하는 인버터;
    상기 연결축에 발생하는 축토크에 따른 축토크 검출 신호를 발생하는 축토크 센서; 및
    상기 다이나모미터의 각속도에 따른 각속도 검출 신호를 발생하는 각속도 센서;를 구비하는 다이나모미터 시스템에서, 상기 다이나모미터에 의해 소정의 설정 관성을 갖는 관성체의 거동을 모의하는 전기 관성 제어 장치로서,
    상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호에 상기 설정 관성에 대한 상기 다이나모미터의 관성의 비를 곱함으로써 토크 신호를 생성하고, 상기 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써, 상기 관성체를 모의한 관성 보상 토크 신호를 생성하는 관성 보상기;
    상기 관성 보상 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 이용함으로써, 상기 공시체와 상기 다이나모미터를 포함하는 기계계의 공진 중 상기 연결축에 고유의 공진을 억제하도록 상기 토크 전류 지령 신호를 생성하는 공진 억제 제어 회로; 및
    상기 관성 보상기를 이용하여 얻어지는 추정 신호와 상기 각속도 검출 신호를 이용하여 얻어지는 검출 신호를 이용하여 외란 보상 토크 신호를 생성하는 외란 옵저버;를 구비하고,
    상기 관성 보상기는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼고, 추가로 상기 외란 보상 토크 신호를 더함으로써 변환 전 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 전 토크 신호에 상기 비를 곱함으로써 변환 후 토크 신호를 생성하고, 상기 변환 후 토크 신호와 상기 축토크 검출 신호를 더함으로써 상기 관성 보상 토크 신호를 생성하고,
    상기 외란 옵저버는, 상기 상위 지령 토크 신호에서 상기 축토크 검출 신호를 빼서 얻어지는 신호를 적분하고, 추가로 상기 설정 관성의 역수를 곱하여 얻어지는 신호에서, 상기 각속도 검출 신호를 뺌으로써 각속도 신호를 생성하고, 상기 각속도 신호에 관성의 차원을 갖는 파라미터를 곱함으로써 상기 외란 보상 토크 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기 관성 제어 장치.
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