JP2884698B2 - Inertial simulator - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は原動機の試験等に用いられる慣性シュミレー
タに関する。The present invention relates to an inertial simulator used for testing a prime mover and the like.
B.発明の概要 電動機の回転速度を算出し、この回転速度を基に演算
した値と電動機の入力トルクを基に演算した値を基に負
荷トルクオブザーバにより推定負荷トルクを算出する慣
性シュミレータにおいて、 前記推定負荷トルクを基に所定の演算を実行すること
により、 見かけ上の慣性を自由に設定できるようにする。B. Summary of the Invention In an inertia simulator that calculates the rotation speed of a motor, calculates an estimated load torque by a load torque observer based on a value calculated based on the rotation speed and a value calculated based on the input torque of the motor, By performing a predetermined calculation based on the estimated load torque, the apparent inertia can be freely set.
C.従来の技術 モータと原動機が機械的に連結され該原動機の試験用
負荷として用いられるモータシステムにおいては、実際
の原動機の慣性を電気的に模擬する機能が必要であり、
従来よりモータの慣性を見かけ上大きくすることにより
モータシステムの慣性を電気的に模擬する方式は実現さ
れている。C. Prior Art In a motor system in which a motor and a prime mover are mechanically connected and used as a test load of the prime mover, a function of electrically simulating the inertia of an actual prime mover is required,
Conventionally, a method of electrically simulating the inertia of a motor system by increasing the apparent inertia of a motor has been realized.
D.発明が解決しようとする課題 モータの慣性を見かけ上大きくして、実際の原動機の
慣性を電気的に模擬し、これによりモータシステムの慣
性を模擬する方式では、モータ可変速装置のハードウェ
アを変更する必要があると共に、慣性を任意に設定でき
ず不便なものであった。D. Problems to be Solved by the Invention In a system in which the inertia of the motor is apparently increased and the inertia of the actual prime mover is electrically simulated, thereby simulating the inertia of the motor system, the hardware of the motor variable speed device is used. And the inertia cannot be set arbitrarily, which is inconvenient.
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、原動機試験などに用いられる模擬負荷装置と
してのモータシステムにおいて、このモータシステム全
体の見かけ上の慣性を自由に設定できる慣性シュミレー
タを提供することである。The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a motor system as a simulated load device used for a prime mover test or the like in which the apparent inertia of the entire motor system can be freely set. It is to provide a simulator.
E.課題を解決するための手段と作用 本発明においては、上記目的を達成するために、電動
機の速度検出信号と所定の伝達関数によって得られた第
１のトルク値と前記入力トルクと所定の伝達関数によっ
て得られた第２のトルク値を基に推定負荷トルク値を算
出し、前記入力トルクと推定負荷トルクに基づいて算出
された第３のトルク値を見かけ上の慣性モーメントを関
数とする伝達関数により演算して見かけ上の速度信号を
得ると共に、この見かけ上の速度信号と実機の速度検出
信号に基づく演算値を減算して、速度偏差を求め、この
速度偏差を伝達関数Ｇ（Ｓ）に入力し、この出力を前記
入力トルクに加算することにより慣性シュミレータを実
現している。E. Means and Action for Solving the Problems In the present invention, in order to achieve the above object, a first torque value obtained by a speed detection signal of a motor and a predetermined transfer function, the input torque, and a predetermined An estimated load torque value is calculated based on the second torque value obtained by the transfer function, and a third torque value calculated based on the input torque and the estimated load torque is defined as a function of an apparent moment of inertia. A transfer function is used to obtain an apparent speed signal, and the apparent speed signal is subtracted from a calculation value based on a speed detection signal of the actual machine to obtain a speed deviation. ), And this output is added to the input torque to realize an inertial simulator.
F.実施例 以下に本発明の実施例を第１図〜第４図を参照しなが
ら説明する。F. Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
直流電動機やベクルト制御された誘導電動機のよう
に、電流に比例したトルクを発生する電動機の伝達関数
は次式で表され、そのブロック図は第３図のようにな
る。The transfer function of a motor that generates torque proportional to current, such as a DC motor or a vector-controlled induction motor, is expressed by the following equation, and its block diagram is as shown in FIG.
モータのトルク−速度の式は（１）式となる。 The equation of torque-speed of the motor is equation (1).
ここで、J1をモータ慣性モーメント、J2を負荷慣性モ
ーメントとするとトータルの慣性モーメントＪはＪ＝J1
＋J2となる。また、ωｒは回転角速度、Ｓはラプラス演
算子である。 Here, the J 1 motor inertia, the total when the J 2 and load inertia moment of inertia J is J = J 1
+ The J 2. Ωr is the rotational angular velocity, and S is the Laplace operator.
第３図において負荷トルクTLを推定するために、最小
次元オブザーバをゴビナスの方法により導出すると、第
４図のブロック図で表現することが知られており、推定
負荷トルク は次式となる。In order to estimate the load torque T L in FIG. 3, it is known that when the minimum-dimensional observer is derived by the Govinas method, it is represented by a block diagram in FIG. Is given by
すなわち、第４図は負荷トルク推定部を示すもので、
３は負荷トルクオブザーバである。４は入力トルクT1を
入力として の演算を行うトルク演算部、５は回転角速度ωｒを入力
として の演算を行うトルク演算部、1aは加減算器であって、こ
れらによって負荷トルクオブザーバ３が構成される。第
４図においてTxは遅れ時定数である。 That is, FIG. 4 shows a load torque estimating unit.
3 is a load torque observer. 4 is input torque T 1 The torque calculation unit 5 calculates the rotational angular velocity ωr as an input. And 1a is an adder / subtracter, which constitutes a load torque observer 3. In FIG. 4, Tx is a delay time constant.
第１図は本発明の第１実施例による慣性シュミレータ
のブロック図であって、同図において1b,1c,1d,1eは加
減算器、２はモータの伝達関数、６は第１のトルク演算
部、７は第２のトルク演算部、８は速度演算部、９は第
３のトルク演算部である。FIG. 1 is a block diagram of an inertial simulator according to a first embodiment of the present invention, in which 1b, 1c, 1d, and 1e are adder / subtracters, 2 is a transfer function of a motor, and 6 is a first torque calculator. , 7 are a second torque calculator, 8 is a speed calculator, and 9 is a third torque calculator.
第１図の慣性シュミレータにおいて、加減算器1bは、
入力トルクT1と後述する第３のトルク演算部９の演算出
力を入力として、これらを加算してモータ入力トルクTa
を得る。第１のトルク演算部６はトルクTaを入力として を算出する。In the inertial simulator of FIG. 1, the adder / subtractor 1b
As input operation output of the third torque calculation unit 9 to be described later and the input torque T 1, and adds the motor input torque Ta
Get. The first torque calculator 6 receives the torque Ta as an input. Is calculated.
第２のトルク演算部７は、ωｒを入力として を算出する。The second torque calculator 7 receives ωr as an input Is calculated.
加減算器1cは、第１のトルク演算部６の演算出力 と第２のトルク演算部７の演算出力を入力として、 を算出する。加減算器1dは入力トルクT1と加減算器1cの
演算出力 を入力として加減算する。第２の速度検出部８は、加減
算器1dの演算出力を入力として の演算をして、 を算出する。加減算器1eは、ωｒと速度演算部８の演算
出力 を入力としてωｍ−ωｒを演算する。ここで として表わされ、 を算出する。第３のトルク演算部９は、（ωｍ−ωｒ）
を入力として、（ωｍ−ωｒ）Ｇ（Ｓ）の演算しモータ
入力トルクTaの安定化を図る。The adder / subtractor 1c calculates the calculation output of the first torque calculator 6 And the calculation output of the second torque calculation unit 7 as inputs, Is calculated. Subtractor 1d is calculated output of the input torque T 1 and the subtractor 1c Is input and subtracted. The second speed detector 8 receives the operation output of the adder / subtractor 1d as an input. And calculate Is calculated. The adder / subtracter 1e calculates the ωr and the calculation output of the speed calculator 8. Is used as an input to calculate ωm−ωr. here Represented as Is calculated. The third torque calculator 9 calculates (ωm−ωr)
, And (ωm−ωr) G (S) is calculated to stabilize the motor input torque Ta.
したがって、加減算器1bの算出トルクTaはT1＋（ωｍ
−ωｒ）Ｇ（Ｓ）となる。Therefore, the calculated torque Ta of the adder / subtractor 1b is T 1 + (ωm
−ωr) G (S).
負荷トルクオフザーバを利用した慣性制御方法とし
て、第３図の電動機と負荷の慣性Ｊを制御で見かけ上任
意の慣性Jmにすることを考える。このためには、推定し
た負荷トルクとJmで構成されるモータモデルの角速度ω
ｍと実際の速度ωｒが一致するように制御すれば良い。As an inertia control method using the load torque off reservoir, it is considered that the inertia J of the electric motor and the load shown in FIG. 3 is controlled to an arbitrary inertia Jm by control. For this purpose, the angular velocity ω of the motor model composed of the estimated load torque and Jm
Control may be performed so that m and the actual speed ωr match.
第１図の慣性シュミレータにおいて要約すると次式が
得られる。To summarize in the inertial simulator of FIG.
Ta＝T1＋（ωｍ−ωｒ）Ｇ（Ｓ） ……（５） 上記（３）〜（５）式より、ωｒの伝達関数は （６）式において、負荷トルクオフザーバの推定遅れ
時定数Txが十分小さい（Tx《１）とすると、 ここで、Ｇ（Ｓ）を定数Ｋとすると（７）式は J/K《Jmとなるように定数Ｋを設定すれば、 は無視できるので（９）式を得る。 Ta = T 1 + (ωm−ωr) G (S) (5) From the above equations (3) to (5), the transfer function of ωr is In equation (6), assuming that the estimated delay time constant Tx of the load torque off reservoir is sufficiently small (Tx << 1), Here, if G (S) is a constant K, the equation (7) becomes By setting the constant K so that J / K << Jm, Is negligible, so equation (9) is obtained.
また、Ｇ（Ｓ）を比例微分要素（Ｇ（Ｓ）＝Kp＋Kd
S）とすると、 （10）式において、Kp,Kdを適当に調整すれば は（８）式に比べて広い周波数領域にわたって１に近似
でき、ωｒは（９）式の伝達関数で表される。 Further, G (S) is represented by a proportional differential element (G (S) = Kp + Kd
S) In equation (10), if Kp and Kd are appropriately adjusted, Can be approximated to 1 over a wide frequency range as compared with equation (8), and ωr is represented by the transfer function of equation (9).
以上より、 式と（９）式を比較すれば明らかなように、本来電動機
と負荷が持つ慣性Ｊを、第１図の構成により見かけ上Jm
の慣性を持ったシステムに近似できる。これより、本シ
ステムにおいては、実機の慣性モーメントを予め求めて
おけば、モータの速度を検出するのみで、任意の慣性で
の運転を可能とする慣性シュミレータを実現できる。From the above, As is clear from the comparison between the equations (9) and (9), the inertia J originally possessed by the motor and the load is apparently Jm
Can be approximated to a system with inertia. Thus, in the present system, if the moment of inertia of the actual machine is determined in advance, an inertia simulator that can operate with an arbitrary inertia can be realized only by detecting the speed of the motor.
上記第１実施例の慣性シュミレータによれば、次の如
き種々の利点がある。The inertial simulator of the first embodiment has various advantages as follows.
（１）検出としては、速度検出が必要なだけであり、第
１図に示すような簡単な演算で慣性シュミレータを構成
している。このため、従来の可変速装置のハードウェア
やソフトウェアを変更せずに容易に実現できる。(1) As for the detection, only the speed detection is required, and the inertial simulator is constituted by simple calculations as shown in FIG. For this reason, it can be easily realized without changing the hardware and software of the conventional variable speed device.
（２）（９）式からわかるように、Jmは実機の慣性Ｊに
対して大きい値でも小さい値でも任意に設定して、これ
を実現できる。(2) As can be seen from equation (9), Jm can be realized by arbitrarily setting Jm to a value larger or smaller than the inertia J of the actual machine.
（３）任意に慣性を設定できるため、原動機等の試験用
負荷として使用すれば、実際の負荷の慣性を容易に模擬
できる。(3) Since the inertia can be set arbitrarily, the inertia of the actual load can be easily simulated if used as a test load for a prime mover or the like.
（４）実機の慣性Ｊよりも低い慣性に設定できるため、
（３）項とは逆にモータに比べて慣性の小さい原動機を
模擬することも可能であり、原動機につながる負荷装置
の試験にも適用できる。(4) Since the inertia can be set lower than the inertia J of the actual machine,
Conversely to the item (3), it is possible to simulate a prime mover having a smaller inertia than a motor, and the present invention can be applied to a test of a load device connected to the prime mover.
第２図は本発明の第２実施例による慣性シュミレータ
のブロック図であって、同図において第１図のものと同
一又は相当部分には同一符号を付しており、10は第４の
トルク演算部、11は第５のトルク演算部である。FIG. 2 is a block diagram of an inertial simulator according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same or corresponding parts as those in FIG. The calculation unit 11 is a fifth torque calculation unit.
第２図の慣性シュミレータにおいて、加減算器1bには
入力トルクT1と第５のトルク演算部11の演算値を加算し
てトルクTaを得る。トルクTaは第１のトルク演算部６と
モータに入力される。In the inertial simulator of FIG. 2, the adder-subtractor 1b obtain torque Ta by adding the calculated value of the input torque T 1 and the fifth torque calculation unit 11. The torque Ta is input to the first torque calculator 6 and the motor.
第１のトルク演算部６はトルクTaを入力として を算出する。第２のトルク演算部７は回転角速度ωｒを
入力として を算出する。加減算器1cは第１のトルク演算部６の演算
出力である と第２のトルク演算部７の演算出力を入力として を算出する。The first torque calculator 6 receives the torque Ta as an input. Is calculated. The second torque calculator 7 receives the rotational angular velocity ωr as an input. Is calculated. The adder / subtractor 1c is a calculation output of the first torque calculator 6 And the calculation output of the second torque calculation unit 7 as inputs Is calculated.
加減算器1dは加減算器1cの演算出力 と第４のトルク演算部10の演算出力 を算出する。第５のトルク演算部11は加減算器1dの演算
出力 を算出する。したがって、加減算器1bの演算出力Taは となる。Adder / subtractor 1d is the operation output of adder / subtractor 1c And the calculation output of the fourth torque calculation unit 10 Is calculated. The fifth torque calculator 11 calculates the output of the adder / subtractor 1d. Is calculated. Therefore, the operation output Ta of the adder / subtractor 1b is Becomes
第２図の慣性シュミレータにおいて要約すると、次式
が得られる。To summarize in the inertial simulator of FIG. 2, the following equation is obtained.
（11），（12），（13）式より ここで、負荷トルク推定の一次遅れ時定数Txが全体の
系の応答に比べて十分小さければ、STx≒０と考えられ
るので、 は１に近似でき、伝達関数は（15）式となる。 From equations (11), (12), and (13) Here, if the primary delay time constant Tx of the load torque estimation is sufficiently smaller than the response of the entire system, it is considered that STx ≒ 0, so that Can be approximated to 1 and the transfer function is given by equation (15).
（１）式のω と（15）式を比較すれば明らかなように、電動機と負荷
が持つ慣性Ｊを、第２図の構成より見かけ上Jmの慣性を
持ったシステムとして取り扱えることになる。これによ
り、Jmを任意に設定することにより、任意の慣性での運
転を可能とする慣性シュミレータを実現できる。 Ω in equation (1) As is clear from the comparison between the equations (15) and (15), the inertia J of the motor and the load can be treated as a system having an apparent inertia of Jm from the configuration of FIG. Thus, an inertia simulator that enables operation with an arbitrary inertia can be realized by setting Jm arbitrarily.
また、本実施例のシステムは、実機の慣性を予め求め
ておけば、モータの速度を検出するだけの簡単な構成で
慣性シュミレータを実現でき、第１図の慣性シュミレー
タと同様な利点を有すると共に、第１図のものに比べて
演算が簡単になっており、コンピュータを用いてハード
ウェアとソフトウェアで実現する時は演算時間を短くで
きる。Further, the system of the present embodiment can realize an inertial simulator with a simple configuration that only detects the speed of the motor if the inertia of the actual machine is determined in advance, and has the same advantages as the inertial simulator of FIG. The operation is simpler than that of FIG. 1, and the operation time can be shortened when the operation is realized by hardware and software using a computer.
G.発明の効果 本発明は、上述の如くであって、検出要素として速度
検出が必要なだけであり、簡単な演算で慣性シュミレー
タが可能にして、任意に慣性を設定できるので、適用範
囲が広く、しかも高性能な慣性シュミレータを得ること
ができる。G. Effects of the Invention As described above, the present invention requires only speed detection as a detection element, enables an inertia simulator with simple calculation, and can set the inertia arbitrarily. A wide and high-performance inertial simulator can be obtained.
第１図は本発明の第１実施例による慣性シュミレータの
ブロック図、第２図は本発明の第２実施例による慣性シ
ュミレータのブロック図、第３図はモータのブロック
図、第４図は負荷トルクオブザーバのブロック図であ
る。 1,1b,1c,1d,1e……加減算器、２……モータの伝達関
数、６……第１のトルク演算部、７……第２のトルク演
算部、８……速度検出部、９……第３のトルク演算部、
10……第４のトルク演算部、11……第５のトルク演算
部。FIG. 1 is a block diagram of an inertial simulator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of an inertial simulator according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram of a motor, and FIG. It is a block diagram of a torque observer. 1, 1b, 1c, 1d, 1e: adder / subtractor, 2: motor transfer function, 6: first torque calculator, 7: second torque calculator, 8: speed detector, 9 ... A third torque calculator,
10... A fourth torque calculator, 11... A fifth torque calculator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−170836（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−144449（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−11001（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01M 15/00,13/02 G01L 3/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-170836 (JP, A) JP-A-59-144449 (JP, U) JP-B-50-11001 (JP, B1) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) G01M 15 / 00,13 / 02 G01L 3/22
Claims (2)
よって得られた第１のトルク値と電動機の入力トルクと
所定の伝達関数によって得られた第２のトルク値を基に
推定負荷トルク値を算出し、前記入力トルクと推定負荷
トルクに基づいて算出された第３のトルク値を見かけ上
の慣性モーメントを関数とする伝達関数により演算して
見かけ上の速度信号を得ると共に、この見かけ上の速度
信号と前記速度信号に基づく演算値を前記入力トルクに
加算するようにして構成したことを特徴とする慣性シュ
ミレータ。An estimated load torque value based on a speed detection signal of a motor, a first torque value obtained by a predetermined transfer function, an input torque of the motor, and a second torque value obtained by a predetermined transfer function. And a third torque value calculated based on the input torque and the estimated load torque is calculated by a transfer function having a function of an apparent moment of inertia to obtain an apparent speed signal. An inertia simulator configured to add the speed signal and a calculation value based on the speed signal to the input torque.
よって得られた第１のトルク値と前記入力トルクと所定
の伝達関数によって得られた第２のトルク値を基に推定
負荷トルク値を算出し、前記入力トルクを所定の伝達関
数を基に演算して第３のトルク値を得、この第３のトル
ク値と前記推定負荷トルク値を加減算して第４のトルク
値を得ると共に、この第４のトルク値を見かけ上の慣性
モーメントと実機の慣性モーメントの比による伝達関数
により第５のトルク値を得、この第５のトルク値を前記
入力トルクに加算するように構成したことを特徴とする
慣性シュミレータ。2. An estimated load torque value based on a speed detection signal of a motor, a first torque value obtained by a predetermined transfer function, the input torque and a second torque value obtained by a predetermined transfer function. Calculating the input torque based on a predetermined transfer function to obtain a third torque value, and adding and subtracting the third torque value and the estimated load torque value to obtain a fourth torque value. The fourth torque value is obtained by a transfer function based on a ratio of an inertial moment of an apparent moment of inertia to the inertia moment of an actual machine, and a fifth torque value is obtained, and the fifth torque value is added to the input torque. Characteristic inertial simulator.
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