测功机系统的控制装置的制作方法

本发明涉及测功机系统的控制装置。更详细而言，涉及具备摆动式测功机、称重元件(loadcell)以及加速度传感器的测功机系统的控制装置。

背景技术：

在搭载有摆动式测功机的引擎测功机系统、底盘测功机系统以及动力传动系统等测试系统中，作为用于检测与其控制以及测量相关的转矩的传感器，使用称重元件。称重元件借助从摇杆(rocker)延伸的转矩臂检测对测功机的摇杆作用的转矩(参照专利文献1)。在这样的构造上，称重元件的输出信号成为除了实际用测功机检测的转矩以外，还重叠有与摇杆的固有振动相伴的转矩变动分量的信号，但该变动分量是在系统的控制、测量中本来不需要的分量。

在专利文献1中记载有通过使用固有振动抑制电路对控制对象施加阻尼(damping)，从而抑制摇杆的固有振动的控制方法。因为通过使用专利文献1的固有振动抑制电路来抑制摇杆的固有振动，所以用称重元件可以得到固有振动被抑制的稳定的检测信号。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-246152号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

但是，在设置于摆动式测功机的称重元件的检测信号中，除了上述的摇杆的固有振动以外还包含各种转矩脉动(变动)。具体而言，可以举出例如逆变器所引起的转矩脉动(torqueripple)。在使用专利文献1的固有振动抑制电路时，作为摇杆的固有振动被抑制的结果，导致用称重元件连与摇杆的固有振动相比非常小的转矩脉流都能够检测到。

因此，当如专利文献1所述，在具备固有振动抑制电路的控制装置中将称重元件的检测信号作为主环路(majorloop)的转矩控制装置的反馈信号时，当在转矩控制装置的控制频带中产生转矩脉动的情况下，有时会将其放大，结果会对测功机系统的测量精度造成不良影响。

本发明的目的在于提供一种能够进行抑制摇杆的固有振动和与该固有振动不同的转矩脉动这两方的影响的控制的测功机系统的控制装置。

解决技术问题的技术方案

(1)一种测功机系统(例如后述测功机系统1)，具备：摆动式测功机(例如后述测功机2)，与负载连接；逆变器(例如后述逆变器3)，对该测功机供给电力；称重元件(例如后述称重元件28)，借助从摇杆延伸的转矩臂(例如后述转矩臂26)，检测在所述测功机的该摇杆(例如后述摇杆23)产生的转矩；以及加速度传感器(例如后述加速度传感器30)，检测沿着所述称重元件的荷重方向的所述转矩臂的加速度。本发明的测功机系统的控制装置(例如后述控制装置4、4a、4b)的特征在于，具备：控制器(例如后述转矩控制器5、指令生成装置9a、速度控制器5b、指令生成装置9b等)，根据预定的输入信号，生成用于控制所述测功机的控制信号；固有振动抑制电路(例如后述固有振动抑制电路6)，根据预定的输入信号，生成校正所述控制信号的校正信号以抑制所述摇杆的固有振动；以及校正电路(例如后述校正电路7)，使所述加速度传感器的检测信号反转，使用该反转的信号从所述称重元件的检测信号中去掉交流分量，对所述控制器输入经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号，对所述固有振动抑制电路输入加上所述校正信号而得到的所述控制器的控制信号和未经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号。

(2)在该情况下，优选为所述测功机系统具备检测所述测功机的速度的速度检测装置(例如后述编码器29)，所述控制器具备：转矩控制器(例如后述转矩控制器5)，生成用于消除经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号与预定的指令信号的偏差的控制信号；以及指令生成装置(例如后述指令生成装置9a)，生成针对所述转矩控制器的转矩指令信号，所述指令生成装置具备：行驶阻力设定部(例如后述行驶阻力设定部91)，根据所述速度检测装置的检测信号，生成行驶阻力指令信号；电气惯性指令运算部(例如后述驱动力观测器92、减法部93以及电气惯性比率设定部94)，根据经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号和所述速度检测装置的检测信号，生成电气惯性指令信号；以及合计部(例如后述加法部96)，将把所述行驶阻力指令信号和所述电气惯性指令信号加在一起得到的结果作为对所述转矩控制器的转矩指令信号。

(3)在该情况下，优选为所述指令生成装置还具备速度控制器(例如后述速度控制器95)，所述速度控制器根据所述速度检测装置的检测信号、所述行驶阻力指令信号以及经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号，生成用于使所述测功机的速度与预定的目标速度一致的转矩校正信号，所述合计部将把所述行驶阻力指令信号、所述电气惯性指令信号以及所述转矩校正信号加在一起得到的结果作为对所述转矩控制器的转矩指令信号。

(4)在该情况下，优选为所述测功机系统具备检测所述测功机的速度的速度检测装置(例如后述编码器29)，所述控制器具备：速度控制器(例如后述速度控制器5b)，生成用于消除所述速度检测装置的检测信号与预定的速度指令信号的偏差的控制信号；以及指令生成装置(例如后述指令生成装置9b)，生成针对所述速度控制器的速度指令信号，所述指令生成装置具备：行驶阻力设定部(例如后述行驶阻力设定部91)，根据所述速度检测装置的检测信号，生成行驶阻力指令信号；驱动力观测器(例如后述驱动力观测器92)，根据所述速度检测装置的检测信号及经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号，生成与对所述测功机施加的驱动力相当的干扰转矩信号；以及积分器(例如后述积分器98b)，通过对从所述干扰转矩信号减去所述行驶阻力指令信号而得到的结果进行积分，生成所述速度指令信号。

(5)在该情况下，优选为所述控制器具备转矩控制器(例如后述转矩控制器5)，所述转矩控制器生成用于消除经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号与预定的转矩指令信号的偏差的控制信号。

(6)在该情况下，优选为所述测功机系统具备检测所述测功机的轴的速度的速度检测装置，所述控制器具备速度控制器(例如后述速度控制器5b)，所述速度控制器生成用于消除速度指令信号与所述速度检测装置的检测信号的偏差的控制信号，所述速度指令信号是根据经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号而生成的。

(7)在该情况下，优选为所述测功机系统具备检测所述测功机的轴的位置的位置检测装置，所述控制器具备位置控制器，所述位置控制器生成用于消除位置指令信号与所述位置检测装置的检测信号的偏差的控制信号，所述位置指令信号是根据经过所述校正电路的所述称重元件的检测信号而生成的。

发明效果

(1)在本发明中，在具备摆动式测功机的系统中设置：固有振动抑制电路，用于抑制摇杆的固有振动；以及校正电路，从称重元件的检测信号中去掉交流分量。另外，在本发明中，将利用控制器进行的测功机的控制作为主环路，将利用固有振动抑制电路进行的固有振动抑制控制作为副环路(minorloop)，在副环路的控制中使用未经过校正电路的称重元件的检测信号，在主环路的控制中使用经过校正电路而去掉了交流分量的称重元件的检测信号。由此，能够实现降低了摇杆的固有振动和与该固有振动不同的转矩脉动这两方的影响的控制，所以能够提高利用测功机系统进行的测试的测量精度。

(2)在本发明中，将利用转矩控制器进行的转矩控制作为主环路，将利用固有振动抑制电路进行的固有振动抑制控制作为副环路。另外，如上所述，在固有振动抑制控制中使用未经过校正电路的称重元件的检测信号，在转矩控制中使用经过校正电路的称重元件的检测信号、和使用该经过校正电路的称重元件的检测信号而计算出的转矩指令信号。由此，能够降低摇杆的固有振动和转矩脉动这两方的影响，实现高响应且稳定的电气惯性控制。

(3)在本发明中，根据速度检测装置的检测信号、行驶阻力指令信号以及经过校正电路的称重元件的检测信号，生成用于使测功机的速度与预定的目标速度一致的转矩校正信号，使用该转矩校正信号来生成对转矩控制器的转矩指令信号。由此，能够降低摇杆的固有振动和与该固有振动不同的转矩脉动这两方的影响，实现高响应且稳定的电气惯性控制。

(4)根据本发明，与(2)同样地能够降低摇杆的固有振动和转矩脉动这两方的影响，实现高响应且稳定的电气惯性控制。

(5)在本发明中，将利用转矩控制器进行的转矩控制作为主环路，将利用固有振动抑制电路进行的固有振动抑制控制作为副环路。另外，在固有振动抑制控制中使用未经过校正电路的称重元件的检测信号，在转矩控制中使用经过校正电路的称重元件的检测信号。由此，能够实现抑制了摇杆的固有振动和转矩脉动这两方的影响的控制。

(6)根据本发明，在将利用速度控制器进行的速度控制作为主环路的系统中，起到与上述(5)的发明等同的效果。

(7)根据本发明，在将利用位置控制器进行的位置控制作为主环路的系统中，起到与上述(5)的发明等同的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的摆动式测功机系统的结构的图。

图2是示出实施例1的控制装置的结构的框图。

图3是示出实施例2的控制装置的结构的框图。

图4是示出利用以往的控制装置进行的电气惯性控制的结果的图。

图5是示出利用实施例2的控制装置进行的电气惯性控制的结果的图。

图6是示出实施例3的控制装置的结构的框图。

(符号说明)

1：测功机系统；2：测功机；23：摇杆；26：转矩臂；28：称重元件；29：编码器(速度检测装置、位置检测装置)；3：逆变器；30：加速度传感器；4、4a、4b：控制装置；5：转矩控制器(控制器)；5b：速度控制器(控制器)；6：固有振动抑制电路；7：校正电路；9a、9b：指令生成装置(控制器)；91：行驶阻力设定部；92：驱动力观测器(电气惯性指令运算部)；93：减法部(电气惯性指令运算部)；94：电气惯性比率设定部(电气惯性指令运算部)；96：加法部(合计部)；98b：积分器。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是示出摆动式测功机系统1的结构的图。

摆动式测功机系统1具备摆动式测功机2、对测功机2供给电力的逆变器3以及控制测功机2的控制装置4。

测功机2具备：圆筒形的定子21；以可旋转的方式被支承在该定子21内的转子22；基座25，在固定于设置面g的基台24上，沿着圆周方向可摆动地支承由这些转子22及定子21构成的摇杆23；滚轴(roller)27，与转子22同轴旋转；作为荷重检测器的称重元件28，检测在定子21产生的转矩；以及编码器29，检测转子22的转速。

对转子22连接作为测试对象的试样(未图示)。在定子21的侧部设置有沿着径向向外侧延伸的转矩臂26。称重元件28设置于转矩臂26的前端部与设置面g之间。称重元件28检测作用于转矩臂26与设置面g之间的荷重(测功机2的输出转矩)，将与检测值大致成比例的信号发送到控制装置4。

另外，在该转矩臂26的前端部设置有检测转矩臂26的加速度的加速度传感器30。加速度传感器30检测沿着称重元件28的荷重方向的转矩臂26的加速度，将与检测值大致成比例的信号发送到控制装置4。

编码器29根据转子22的旋转而产生脉冲信号，将该脉冲信号发送到控制装置4。根据来自该编码器29的脉冲信号，通过控制装置4计算转子22的角速度(速度)以及角度(位置)。此外，以下将与根据编码器29的脉冲信号而生成的角速度成比例的信号称为速度检测信号，将与角度成比例的信号称为位置检测信号。

对滚轴27载放车辆的驱动轮(未图示)，该车辆作为测功机系统1的测试对象。控制装置4通过使用以下说明的控制电路，对载放于滚轴27的车辆负载与实际车辆等效的惯性，模拟实际路面行驶，同时进行其排气测试、油耗测试等各种测试。

以下，针对每个实施例，对以上的摆动式测功机系统1的控制装置4的结构进行说明。

实施例1

图2是示出实施例1的测功机系统的控制装置4的结构的框图。在图2中，控制对象p构成为包括参照图1说明的逆变器、测功机、称重元件以及加速度传感器等。控制装置4具备：转矩控制器5，生成用于控制测功机的转矩的控制信号；固有振动抑制电路6，生成校正转矩控制器5的控制信号的校正信号；校正电路7，校正称重元件的检测信号(以下称为“称重元件转矩信号”)；以及减法部8。

转矩控制器5根据已知的反馈算法，生成用于消除通过经过后述校正电路7而去除了转矩脉动、噪声等的称重元件转矩信号与通过未图示的处理而决定的转矩指令信号的偏差的控制信号。减法部8从由转矩控制器5生成的控制信号中减去由固有振动抑制电路6生成的校正信号，生成对逆变器的控制信号。

固有振动抑制电路6根据对逆变器的控制信号和未经过后述校正电路7的称重元件转矩信号，生成校正转矩控制器5的控制信号的校正信号以抑制摇杆的固有振动。更具体而言，固有振动抑制电路6通过使用以预定的阻尼系数以及摇杆的固有振动频率为特征的运算式来生成称重元件的近似信号，生成校正信号以使得使该近似信号延迟预定的空耗时间而得到的信号与称重元件转矩信号的偏差为最小。此外，关于用于生成具有这样的功能的校正信号的具体的结构，记载于例如由本申请申请人所申请的日本特开2013-246152号公报，所以在此省略详细的说明。

校正电路7具备：直流分量去除部71，从加速度传感器的检测信号中去除预定频率以下的直流分量；相位反转部72，使经过了该直流分量去除部71的加速度传感器的检测信号相对于称重元件转矩信号的相位反转180度；转矩变换部73，对经过了该相位反转部72的信号乘以预定系数而变换为转矩信号；加法部74，通过对称重元件转矩信号加上经过了转矩变换部73的信号，从称重元件转矩信号中去除转矩脉动分量；以及低通滤波器75，从经过了加法部74的称重元件转矩信号中去除高次谐波的噪声。

根据本实施例的控制装置4，起到以下的效果。

在本实施例的控制装置4中，如图2所示，对构成副环路的固有振动抑制电路6输入未经过校正电路7的称重元件转矩信号，另一方面对构成主环路的转矩控制器5输入经过校正电路7而去除了转矩脉动、高次谐波噪声的称重元件转矩信号。由此，能够实现降低了摇杆的固有振动和与该固有振动不同的转矩脉动这两方的影响的控制，所以能够提高利用测功机系统进行的测试的测量精度。

实施例2

图3是示出实施例2的测功机系统的控制装置4a的结构的框图。本实施例的控制装置4a还具备指令生成装置9a和前馈控制器10a，这点与上述实施例1的控制装置4(参照图2)不同。另外，实施例2的控制装置4a还使用编码器的检测信号这点与上述实施例1的控制装置4不同。以下，对于与实施例1的控制装置4相同的结构附加相同的符号，省略其说明。

指令生成装置9a具备行驶阻力设定部91、驱动力观测器92、减法部93、电气惯性比率设定部94、速度控制器95以及加法部96。指令生成装置9a通过利用加法部96将由行驶阻力设定部91生成的行驶阻力指令信号、由电气惯性比率设定部94生成的电气惯性指令信号以及由速度控制器95生成的校正信号这3个信号加起来，从而生成对转矩控制器5的转矩指令信号。

行驶阻力设定部91通过检索预定的行驶阻力表格，从而生成与利用编码器得到的速度检测信号对应的行驶阻力指令信号。该行驶阻力指令信号是与行驶中的车辆从路面以及大气受到的阻力相当的信号。该行驶阻力表格使用通过进行利用实际车辆的测试而决定的内容。

驱动力观测器92根据经过校正电路7的称重元件转矩信号和利用编码器得到的速度检测信号，生成与对测功机施加的驱动力相当的干扰转矩信号。更具体而言，驱动力观测器92通过将针对对速度检测信号进行微分而得到的结果乘以预定的固定惯性质量的值而得到的信号、和经过校正电路7的称重元件转矩信号加在一起，来生成干扰转矩信号。在此，固定惯性质量是指测功机系统固有的惯性质量，相当于对在滚轴上行驶的车辆自动地附加的固定惯性量。

减法部93从由驱动力观测器92生成的干扰转矩信号减去由行驶阻力设定部91生成的行驶阻力指令信号。电气惯性比率设定部94通过对由减法部93生成的信号乘以预定的电气惯性质量的值与预定的设定惯性质量的值之比(电气惯性质量值/设定惯性质量值)，来生成电气惯性指令信号。在此，设定惯性质量是指根据作为测试对象的车辆的重量而决定的惯性质量。如下式所示，设定惯性质量是用将固定惯性质量以及电气惯性质量加起来得到的结果来定义的。

设定惯性质量＝固定惯性质量+电气惯性质量

速度控制器95生成用于校正转矩指令信号的校正信号，以使预定的目标速度与根据速度检测信号而得到的实际速度之差为0。在此，根据来自编码器的速度检测信号、利用行驶阻力设定部91设定的行驶阻力指令信号以及经过校正电路7的称重元件转矩信号，来计算目标速度。

前馈控制器10a通过进行预定的运算，来生成与转矩指令信号对应的前馈信号。减法部8a通过从将由转矩控制器5生成的控制信号和由前馈控制器10a生成的前馈信号加起来得到的信号减去由固有振动抑制电路6生成的校正信号，来生成对逆变器的控制信号。

参照图4以及图5，对本实施例的控制装置4a所起到的效果进行说明。

图4是示出利用以往的控制装置得到的电气惯性控制的结果的图，图5是示出利用本实施例的控制装置得到的电气惯性控制的结果的图。在此，以往的控制装置相当于从图3的控制装置去掉了固有振动抑制电路6的结构。另外，在图4以及图5中，示出使载放于滚轴的车辆在一定的加速度下加速时的车速、称重元件转矩信号以及车速偏差的变化。在此，对车速使用了将利用编码器得到的速度检测信号换算为车辆的速度而得到的结果。另外，车速偏差使用了将速度检测信号与目标速度的偏差换算为车辆的速度而得到的结果。

如比较图4和图5可知，在不伴随固有振动抑制控制的以往的控制装置中，在称重元件转矩信号中出现摇杆的固有振动。另外，在以往的控制装置中，从开始车辆的加速到车速偏差收敛为止所花费的时间也长。相对于此，根据在利用固有振动抑制电路进行的固有振动抑制控制中使用未经过校正电路的称重元件转矩信号，在利用转矩控制器进行的转矩控制中使用经过校正电路的称重元件转矩信号的本实施例的控制装置，在称重元件转矩信号中出现的摇杆的固有振动被抑制，进而车速上升时的测功机的响应也提高。

实施例3

图6是示出实施例3的测功机系统的控制装置4b的结构的框图。本实施例的控制装置4b通过速度控制器5b生成输入到逆变器的控制信号，这点与实施例2的控制装置4a(参照图3)不同。以下，对于与实施例2的控制装置4a相同的结构附加相同的符号，省略其说明。

速度控制器5b根据已知的反馈算法，生成用于消除速度指令信号与利用编码器得到的速度检测信号的偏差的控制信号，该速度指令信号是根据经过校正电路7的称重元件转矩信号而由后述指令生成装置9b生成的。

指令生成装置9b具备行驶阻力设定部91、驱动力观测器92、减法部93、电气惯性比率设定部94、加法部96、设定惯性除法部97b以及积分器98b。关于该指令生成装置9b中的行驶阻力设定部91、驱动力观测器92、减法部93、电气惯性比率设定部94以及加法部96的结构，与实施例2的控制装置4a相同，所以省略说明。

设定惯性除法部97b通过将从由驱动力观测器92生成的干扰转矩信号减去行驶阻力指令信号而得到的结果除以设定惯性质量的值，来生成具有加速度的维度的信号。积分器98b通过对由设定惯性除法部97b生成的信号进行积分，生成具有速度的维度的信号，将其作为针对速度控制器5b的速度指令信号。

根据本实施例的控制装置4b，与实施例2的控制装置4a同样地，能够降低摇杆的固有振动和转矩脉动这两方的影响，能够进行高响应且稳定的电气惯性控制。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于此。也可以在本发明的主旨的范围内适当地变更细部的结构。

例如，在上述实施例中，对将本发明应用于所谓底盘测功机系统的情况进行了说明，该底盘测功机系统在具备摆动式测功机的测试系统中还具备滚轴，但本发明不限于此。只要具备摆动式测功机，即使是引擎测功机系统、动力传动系统等测试系统，也能够应用本发明。

例如，在上述实施例中，对将利用转矩控制器进行的转矩控制(参照实施例1、2)或者利用速度控制器进行的速度控制(参照实施例3)作为主环路，将利用固有振动抑制电路进行的固有振动抑制控制作为副环路的情况进行了说明，但本发明不限于这些。例如，针对将利用位置控制器进行的位置控制作为主环路的控制装置也能够应用本发明。在该情况下，对构成副环路的固有振动抑制电路输入未经过校正电路的称重元件转矩信号，对构成主环路的位置控制器输入位置指令信号，所述位置指令信号是根据经过校正电路的称重元件转矩信号而生成的。另外，也可以设为在位置控制器中生成用于消除上述位置指令信号与利用编码器得到的位置检测信号的偏差的控制信号。