JP3772720B2 - Automotive parts testing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイナモメータによる自動車部品の試験装置に係り、特に積分要素を含むコントローラの出力をリミッタを通してダイナモメータトルクを制御する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ダイナモメータを使用して、エンジンやトランスミッションおよびデファレンシャルギア等の自動車部品を試験する装置においては、エンジン駆動とダイナモメータ吸収システムとの組み合わせによりなるエンジンベンチシステム、ダイナモ駆動、ダイナモ吸収システムよりなるパワートレーンベンチ等がある。
【0003】
図18は、エンジンベンチシステムを示したものであり、エンジン1とトランスミッション2を組み合わせ(ATあるいはMT、MTの場合はクラッチ付き)、シャフト3を介してダイナモメータ4と結合する。エンジン1はスロットルアクチェータ5によりスロットル開度を制御することで出力制御を行う。ダイナモメータ4は、回転検出器6とトルク検出器(ロードセル)7を設け、これらの検出信号をフィードバックすることにより速度、トルクの制御を行う。このエンジンベンチシステムにより、エンジンの耐久性や性能試験(燃費、排ガス計測等)、ECU適合等の試験を可能とする。
【0004】
このようなエンジンベンチシステムでは、機械の共振点が低く、ダイナモメータ側からエンジン側へ高応答なトルク伝搬ができない、あるいはエンジン側の高応答な挙動をダイナモメータ側へ伝搬することができない場合がある。この場合、エンジンや車両関連部品の過渡性能試験には完成車両を使用せざるを得ないものであった。
【0005】
このような課題を解決する方式として、最近では図19に示すように、エンジン1とダイナモメータ4を高鋼性のシャフト3Aで結合し、ダイナモメータからエンジンに対して高い周波数特性をもってトルク伝搬を可能にし、実車に近い過渡性能を再現して車両レスでのエンジン試験を可能にするシステムが提案されている。
【0006】
上記のように、軸トルクやダイナモ速度、エンジン速度を制御する試験装置において、図18のシステム構成での制御装置は、コントローラ9がダイナモに与えるトルク指令値をダイナモが出力可能なトルクに制限するために、コントローラ9が演算したダイナモトルク指令値をリミッタ10によって制限する。
【0007】
同様に、図19のシステム構成での制御装置は、コントローラ11がエンジンに与える速度指令値をエンジンが出力可能な速度に制限するために、コントローラ11が演算した速度指令値をリミッタ12により制限する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、コントローラ9、11は、積分要素を含んでいる。このため、例えば、リミッタによりダイナモトルク指令値が制限されているときも、制限されていないときと同様にコントローラを動作させると、積分要素が過剰に積分演算を行い、ダイナモトルク指令値が必要以上に大きな値になる。そのため、例えば、軸トルク制御では、図20に示すように、軸トルク制御の応答が遅れてしまうという問題があった。
【0009】
また、速度制御では、図21に示すように、速度のオーバシュートが発生し、不安定な制御になるという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、積分要素を含むコントローラの出力をリミッタを通して制御対象を制御するにおいて、応答性と安定性を高めた試験ができる自動車部品の試験装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コントローラを積分要素を含む伝達関数C1(s)とそれ以外の伝達関数C2(s)に分離構成し、コントローラの出力からリミッタを通して得るダイナモトルク指令値がリミッタによって飽和し、かつコントローラの入力になる指令値とその検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数C1(s)への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数C1(s)への入力を有効にすることにより、応答性と安定性を高めるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【0012】
(1)試験対象となる自動車部品にシャフトでダイナモメータを結合し、シャフトの軸トルクまたはダイナモメータの速度もしくは自動車部品の速度の指令値と検出値の偏差を積分要素を含むコントローラの入力とし、コントローラの出力を上下限値をもつリミッタを通してダイナモメータのトルク指令値とする自動車部品の試験装置において、
前記コントローラは、積分要素を含む伝達関数C1(s)とそれ以外の伝達関数C2(s)に分離構成し、
前記ダイナモメータのトルク指令値が前記リミッタによって飽和し、かつコントローラへの指令値と検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数C1(s)への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数C1(s)への入力を有効にする飽和判別手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
(2)前記コントローラは、指令値と検出値の偏差を伝達関数C1(s)への入力とし、検出値を伝達関数C2(s)への入力とすることを特徴とする。
【0014】
(3)前記コントローラは、指令値と検出値の偏差を伝達関数C1(s)及び伝達関数C2(s)への入力とすることを特徴とする。
【0015】
(4)前記コントローラは、伝達関数F(s)は、指令値に直流ゲインを乗じて検出値との偏差を伝達関数C1(s)とC2(s)への入力とする伝達関数F(s)と、指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数C1(s)とC2(s)の出力に加算する伝達関数M(s)とをもつ構成としたことを特徴とする。
【0016】
(5)前記コントローラは、軸トルク指令値と軸トルク検出値を入力として軸トルクを制御する構成を特徴とする。
【0017】
(6)前記コントローラは、ダイナモメータの速度指令値とダイナモメータの速度検出値を入力としてダイナモメータの速度を制御する構成を特徴とする。
【0018】
(7)前記コントローラは、ダイナモメータの速度指令値と自動車部品の速度検出値を入力としてダイナモメータの速度を制御する構成を特徴とする。
【0019】
(8)前記コントローラは、自動車部品の速度指令値とダイナモメータの速度検出値を入力として自動車部品の速度を制御する構成を特徴とする。
【0020】
(9)前記コントローラは、自動車部品の速度指令値と自動車部品の速度検出値を入力として自動車部品の速度を制御する構成を特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態1を示し、エンジンベンチシステムにおける軸トルクを検出して軸トルクを制御する制御装置の構成図である。
【0022】
コントローラ21は、軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差から比例積分(PI)等の演算をし、その演算結果をリミッタ22を通してダイナモトルク指令値とする。
【0023】
ここで、一般のコントローラは、適切な行列(A,B,C,D)と単位行列Iを用いて次式の伝達関数C(s)として表すことができる。
【0024】
【数1】
C(s)=C(sI−A)-1B+D …(1)
この式(1)を満たす行列(A,B,C,D)は、複数あるが、特に積分要素を含む伝達関数C(s)の場合は、行列Aを下記式に変換することができる。
【0025】
【数2】
【0026】
そこで、コントローラ21の伝達関数C(s)として、式(2)のεに対応する部分をC1(s)、それ以外の部分をC2(s)と分離構成し、伝達関数C1(s)への軸トルク偏差入力を有効または無効にするに係数「1」または「0」をもつ飽和信号を乗じる乗算器MXをもつ構成とする。
【0027】
この構成のコントローラ21は、乗算器MXへの係数入力が「1」の場合は、加算器ADDからの偏差信号は伝達関数C1(s)で積分され、その出力を増減させる。また、係数入力が「0」の場合は、加算器ADDからの偏差信号は伝達関数C1(s)で積分されることなく、その出力を現在値に保持する。
【0028】
乗算器MXに与える飽和信号は、飽和判定部23の判定で係数「1」または「0」の結果を得る。飽和判定部23は、ダイナモトルク指令値がリミッタ22によって飽和し、かつ軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差(加算器ADDの出力)がその飽和状態を解消する方向になっていないときに飽和信号として「0」を出力し、そうでない場合には飽和信号として「1」を出力するブロック構成にされる。
【0029】
このブロック構成において、比較演算器CMP1とCMP2は、コントローラ21の出力とリミッタ22の上限値、下限値との大小を比較することにより、ダイナモトルク指令値がリミッタ22によって飽和しているか否かを検出する。比較演算器CMP3とCMP4は、加算器ADDの出力と値「0」の大小を比較することにより、軸トルク指令値と軸トルク検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっているか否かを検出する。論理積G1,G2は、比較演算器CMP1とCMP2、CMP3とCMP4の両検出出力が同時に成立したか否かを検出する。論理積G3論理積G1,G2のいずれか一方の成立出力を得、この出力を反転論理G4で反転して「1」、「0」の飽和信号とする。
【0030】
したがって、本実施形態によれば、飽和判定部23の出力で積分要素を表す伝達関数C1(s)の入力に乗じることにより、リミッタ22によりダイナモトルク指令値が飽和し、かつ軸トルク指令値と検出トルクの偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに、積分要素が過剰に積分演算を行うのを防止することができ、応答性と安定性を高めることができる。
【0031】
図2は、本発明の実施形態2を示し、図1と同様に、軸トルクを検出し、軸トルクを制御する場合であり、飽和判定部23と乗算器MXにより積分要素を含む伝達関数C1(s)の入力を有効/無効にする。
【0032】
本実施形態では、コントローラ21の構成が伝達関数C2(s)の入力を加算器ADDからの偏差信号になる場合であり、実施形態1と同様に応答性と安定性を高めることができる。
【0033】
図3は、本発明の実施形態3を示し、図1または図2と同様に、軸トルクを検出し、軸トルクを制御する場合である。
【0034】
実施形態1または実施形態2はコントローラ21を伝達関数C1(s)とC2(s)の構成とする場合であるが、本実施形態は制御応答の仕様上で図3に示すように、伝達関数F(s)とM(s)とC1(s)とC2(s)の構成とする場合に適用するものである。
【0035】
伝達関数F(s)は、軸トルク指令値に直流ゲインを乗じて軸トルク検出値との偏差を伝達関数C1(s)とC2(s)の入力とする。伝達関数M(s)は、軸トルク指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数C1(s)とC2(s)の出力に加算する。
【0036】
本実施形態においても、分離構成した伝達関数C1(s)の入力を飽和判別部23と乗算器MXにより有効/無効に切り替えることにより、応答性と安定性を高めることができる。
【0037】
図4〜図6は、本発明の実施形態4〜6を示し、ダイナモ速度を検出し、ダイナモ速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図1〜図3にそれぞれ対応する。
【0038】
こられ実施形態において、コントローラ21の入力はダイナモ速度指令値とダイナモ速度検出値にされる。また、飽和判定部23の加算器出力としては、ダイナモ速度指令値とダイナモ速度検出値の偏差になる。
【0039】
図7〜図9、本発明の実施形態7〜9を示し、エンジン速度を検出し、ダイナモ速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図1〜図3または図4〜図6にそれぞれ対応する。
【0040】
こられ実施形態において、コントローラ21の入力はダイナモ速度指令値とエンジン速度検出値にされる。また、飽和判定部23の加算器出力としては、ダイナモ速度指令値とエンジン速度検出値の偏差になる。
【0041】
図10〜図12、本発明の実施形態10〜12を示し、ダイナモ速度を検出し、エンジン速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図1〜図3等にそれぞれ対応する。
【0042】
こられ実施形態において、コントローラ21の入力はエンジン速度指令値とダイナモ速度検出値にされる。また、飽和判定部23の加算器出力としては、エンジン速度指令値とダイナモ速度検出値の偏差になる。
【0043】
図13〜図15、本発明の実施形態13〜15を示し、エンジン速度を検出し、エンジン速度を制御する場合であり、コントローラの構成が図1〜図3等にそれぞれ対応する。
【0044】
こられ実施形態において、コントローラ21の入力はエンジン速度指令値とエンジン速度検出値にされる。また、飽和判定部23の加算器出力としては、エンジン速度指令値とエンジン速度検出値の偏差になる。
【0045】
以上までの各実施形態4〜15においても、実施形態1〜3と同様に応答性と安定性を高めることができる。図16には、各実施形態を基にした軸トルク制御系の軸トルク応答とダイナモトルク応答の計測結果を示し、図17には速度制御系の速度応答とダイナモトルク応答の計測結果を示し、これら結果からも明らかなように、応答性を高めると共にオーバーシュートを抑制できる。
【0046】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、コントローラを積分要素を含む伝達関数C1(s)とそれ以外の伝達関数C2(s)に分離構成し、コントローラの出力からリミッタを通して得るダイナモトルク指令値がリミッタによって飽和し、かつコントローラの入力になる指令値とその検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数C1(s)への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数C1(s)への入力を有効にするようにしたため、応答性と安定性を高めた試験ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示す制御装置の構成図。
【図2】本発明の実施形態2を示す制御装置の構成図。
【図3】本発明の実施形態3を示す制御装置の構成図。
【図4】本発明の実施形態4を示す制御装置の構成図。
【図5】本発明の実施形態5を示す制御装置の構成図。
【図6】本発明の実施形態6を示す制御装置の構成図。
【図7】本発明の実施形態7を示す制御装置の構成図。
【図8】本発明の実施形態8を示す制御装置の構成図。
【図9】本発明の実施形態9を示す制御装置の構成図。
【図10】本発明の実施形態10を示す制御装置の構成図。
【図11】本発明の実施形態11を示す制御装置の構成図。
【図12】本発明の実施形態12を示す制御装置の構成図。
【図13】本発明の実施形態13を示す制御装置の構成図。
【図14】本発明の実施形態14を示す制御装置の構成図。
【図15】本発明の実施形態15を示す制御装置の構成図。
【図16】実施形態におけるトルク制御系の応答波形。
【図17】実施形態における速度制御系の応答波形。
【図18】従来のエンジンベンチシステムの構成図(その1)。
【図19】従来のエンジンベンチシステムの構成図(その2)。
【図20】従来のトルク制御系の応答波形。
【図21】従来の速度制御系の応答波形。
【符号の説明】
1…エンジン
3…シャフト
4…ダイナモメータ
21…コントローラ
22…リミッタ
23…飽和判別部
MX…乗算器
ADD…加算器
CMP1〜CMP4…比較演算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automobile parts testing apparatus using a dynamometer, and more particularly to a control apparatus for controlling dynamometer torque through a limiter of an output of a controller including an integration element.
[0002]
[Prior art]
In an apparatus for testing automotive parts such as engines, transmissions, and differential gears using a dynamometer, a power train consisting of an engine bench system, a dynamometer drive, and a dynamometer absorption system, which is a combination of an engine drive and a dynamometer absorption system There are benches.
[0003]
FIG. 18 shows an engine bench system, in which the
[0004]
In such an engine bench system, there is a case where the resonance point of the machine is low and high-response torque cannot be propagated from the dynamometer side to the engine side, or high-response behavior on the engine side cannot be propagated to the dynamometer side. is there. In this case, the completed vehicle must be used for the transient performance test of the engine and vehicle-related parts.
[0005]
Recently, as shown in FIG. 19, as a method for solving such a problem, the
[0006]
As described above, in the test apparatus that controls the shaft torque, the dynamo speed, and the engine speed, the control apparatus in the system configuration of FIG. 18 limits the torque command value that the
[0007]
Similarly, the control device in the system configuration of FIG. 19 limits the speed command value calculated by the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the
[0009]
Further, the speed control has a problem that, as shown in FIG. 21, speed overshoot occurs, resulting in unstable control.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an automobile parts testing apparatus capable of performing a test with improved responsiveness and stability in controlling a control target through an output of a controller including an integrating element through a limiter.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a controller is separated into a transfer function C1 (s) including an integral element and another transfer function C2 (s), and a dynamo torque command value obtained from the output of the controller through the limiter is saturated by the limiter. The input to the transfer function C1 (s) is invalidated when the deviation between the command value to be input and the detected value is not in the direction to cancel the saturation state, otherwise the transfer function C1 (s By enabling the input to), the responsiveness and stability are improved, and it has the following configuration.
[0012]
(1) Connect a dynamometer with a shaft to an automobile part to be tested, and use the shaft torque or dynamometer speed or the deviation between the command value of the automobile part speed and the detected value as the input of the controller including the integration element. In automotive parts testing equipment that uses the controller output as the torque command value of the dynamometer through a limiter with upper and lower limits.
The controller is configured to be separated into a transfer function C1 (s) including an integral element and another transfer function C2 (s),
When the torque command value of the dynamometer is saturated by the limiter and the deviation between the command value to the controller and the detected value is not in a direction to cancel the saturation state, the input to the transfer function C1 (s) is performed. It is characterized by comprising a saturation discrimination means for invalidating and otherwise validating the input to the transfer function C1 (s).
[0013]
(2) The controller is characterized in that a deviation between the command value and the detected value is input to the transfer function C1 (s), and the detected value is input to the transfer function C2 (s).
[0014]
(3) The controller is characterized in that a deviation between the command value and the detected value is input to the transfer function C1 (s) and the transfer function C2 (s).
[0015]
(4) In the controller, the transfer function F (s) is obtained by multiplying the command value by a DC gain and using a deviation from the detected value as an input to the transfer functions C1 (s) and C2 (s). ), And a transfer function M (s) that multiplies the command value by a DC gain and adds it to the output of the transfer functions C1 (s) and C2 (s).
[0016]
(5) The controller is configured to control the shaft torque with the shaft torque command value and the shaft torque detection value as inputs.
[0017]
(6) The controller is configured to control the speed of the dynamometer by inputting a speed command value of the dynamometer and a speed detection value of the dynamometer.
[0018]
(7) The controller is configured to control the speed of the dynamometer by inputting a speed command value of the dynamometer and a speed detection value of the automobile part.
[0019]
(8) The controller is configured to control the speed of the automobile part by inputting the speed command value of the automobile part and the detected speed value of the dynamometer.
[0020]
(9) The controller is configured to control the speed of the automobile part by inputting the speed command value of the automobile part and the detected speed value of the automobile part.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram of a control device that controls a shaft torque by detecting a shaft torque in an engine bench system according to a first embodiment of the present invention.
[0022]
The
[0023]
Here, a general controller can be expressed as a transfer function C (s) of the following equation using an appropriate matrix (A, B, C, D) and a unit matrix I.
[0024]
[Expression 1]
C (s) = C (sI−A) −1 B + D (1)
There are a plurality of matrices (A, B, C, D) that satisfy this equation (1). In particular, in the case of a transfer function C (s) including an integral element, the matrix A can be converted into the following equation.
[0025]
[Expression 2]
[0026]
Therefore, as the transfer function C (s) of the
[0027]
When the coefficient input to the multiplier MX is “1”, the
[0028]
The saturation signal supplied to the multiplier MX obtains the result of the coefficient “1” or “0” as determined by the
[0029]
In this block configuration, the comparison arithmetic units CMP1 and CMP2 compare the output of the
[0030]
Therefore, according to the present embodiment, by multiplying the input of the transfer function C1 (s) representing the integral element by the output of the
[0031]
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, which is a case where the shaft torque is detected and the shaft torque is controlled as in FIG. 1, and a transfer function C1 including an integral element by the
[0032]
In the present embodiment, the configuration of the
[0033]
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, which is a case where the shaft torque is detected and the shaft torque is controlled, as in FIG. 1 or FIG.
[0034]
The first embodiment or the second embodiment is a case where the
[0035]
The transfer function F (s) is obtained by multiplying the shaft torque command value by a DC gain and using the deviation from the shaft torque detection value as input of the transfer functions C1 (s) and C2 (s). The transfer function M (s) is added to the output of the transfer functions C1 (s) and C2 (s) by multiplying the shaft torque command value by a DC gain.
[0036]
Also in this embodiment, responsiveness and stability can be improved by switching the input of the separated transfer function C1 (s) to valid / invalid by the
[0037]
4 to 6 show Embodiments 4 to 6 of the present invention, in which the dynamo speed is detected and the dynamo speed is controlled, and the configuration of the controller corresponds to each of FIGS. 1 to 3.
[0038]
In these embodiments, the input of the
[0039]
FIGS. 7 to 9 and
[0040]
In these embodiments, the input of the
[0041]
FIGS. 10 to 12 and
[0042]
In these embodiments, the input of the
[0043]
FIGS. 13 to 15 and Embodiments 13 to 15 of the present invention are shown, in which the engine speed is detected and the engine speed is controlled, and the configuration of the controller corresponds to FIGS.
[0044]
In these embodiments, the input of the
[0045]
In each of the fourth to fifteenth embodiments described above, the responsiveness and stability can be improved as in the first to third embodiments. FIG. 16 shows the measurement results of the shaft torque response and dynamo torque response of the shaft torque control system based on each embodiment, and FIG. 17 shows the measurement results of the speed response and dynamo torque response of the speed control system, As is clear from these results, the responsiveness can be enhanced and overshoot can be suppressed.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the dynamo torque command value obtained by separating the controller into the transfer function C1 (s) including the integral element and the other transfer function C2 (s) from the controller output through the limiter is obtained. The input to the transfer function C1 (s) is invalidated when the deviation between the command value that is saturated by the controller and the detected value that is input to the controller is not in the direction to cancel the saturated state, and otherwise Since the input to the transfer function C1 (s) is made effective, a test with improved responsiveness and stability can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a control
FIG. 2 is a configuration diagram of a control device showing Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a control
FIG. 4 is a configuration diagram of a control device showing Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a control
FIG. 6 is a configuration diagram of a control
FIG. 7 is a configuration diagram of a control
FIG. 8 is a configuration diagram of a control device showing Embodiment 8 of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a control
FIG. 10 is a configuration diagram of a control
FIG. 11 is a configuration diagram of a control
FIG. 12 is a configuration diagram of a control
FIG. 13 is a configuration diagram of a control device showing Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of a control device showing Embodiment 14 of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of a control device showing Embodiment 15 of the present invention.
FIG. 16 is a response waveform of the torque control system in the embodiment.
FIG. 17 is a response waveform of the speed control system in the embodiment.
FIG. 18 is a configuration diagram of a conventional engine bench system (part 1).
FIG. 19 is a configuration diagram of a conventional engine bench system (part 2).
FIG. 20 is a response waveform of a conventional torque control system.
FIG. 21 is a response waveform of a conventional speed control system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記コントローラは、積分要素を含む伝達関数C1(s)とそれ以外の伝達関数C2(s)に分離構成し、
前記ダイナモメータのトルク指令値が前記リミッタによって飽和し、かつコントローラへの指令値と検出値との偏差がその飽和状態を解消する方向になっていないときに伝達関数C1(s)への入力を無効にし、それ以外のときは伝達関数C1(s)への入力を有効にする飽和判別手段を備えたことを特徴とする自動車部品の試験装置。Connect the dynamometer with the shaft to the automotive part to be tested, and use the shaft torque or the dynamometer speed or the difference between the command value and the detected value of the speed of the automobile part as the input of the controller including the integration element, and the controller output In the automotive parts testing device that sets the torque command value of the dynamometer through a limiter with upper and lower limit values,
The controller is configured to be separated into a transfer function C1 (s) including an integral element and another transfer function C2 (s),
When the torque command value of the dynamometer is saturated by the limiter and the deviation between the command value to the controller and the detected value is not in a direction to cancel the saturation state, the input to the transfer function C1 (s) is performed. A test apparatus for automobile parts, comprising saturation determining means for disabling and otherwise enabling input to the transfer function C1 (s).
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