JP3772722B2 - エンジンベンチシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験対象になるエンジンにシャフトでダイナモメータを直結し、シャフトの軸トルク制御器とダイナモ速度制御器を切り替えてエンジンの各種試験を行うエンジンベンチシステムに係り、特に軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替えに際しての速度制御器の初期状態設定方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイナモメータを使用してエンジンを試験するエンジンベンチシステムを図１０に示す。エンジン１とダイナモメータ２をシャフト３により直結する。ダイナモメータ２には、回転検出器４やトルク検出器（ロードセル）５が設けられ、エンジン１には回転検出器６や軸トルクメータ７が設けられる。
【０００３】
このようなエンジンベンチシステムにおいて、各種試験には、コントローラ８はダイナモメータ２やエンジン１の速度制御またはトルク制御を可能にし、その内の１つの試験方法として、試験中にトルク制御と速度制御を切り替える場合がある。
【０００４】
このため、コントローラ８は、トルク制御器９と、速度制御器１０と、両制御器の出力を切替器１１で切り替えて制御装置（インバータやエンジンスロットルアクチェータ等）１２の制御指令とし、制御装置１２の出力でダイナモメータ２やエンジン１を速度制御またはトルク制御する。これら制御器９、１０は、トルク指令値や速度指令値が与えられ、そのフィードバック信号にはトルク検出器５、７や速度検出器４、６の検出値が取り込まれて自動制御を行う。
【０００５】
変化率制限器１３、１４は、トルク制御と速度制御の切り替え時に制御器９、１０の出力が急変しないようにするものである。例えば、トルク制御から速度制御に切り替えるときは、速度指令値として切り替える直前の速度検出値を速度指令値としてセットし、切り替え時に速度制御器１０に与える実際の速度指令値まで変化率を制限した指令値を与える。これにより、実際の速度指令値はランプ状に変化させることでダイナモメータ２に機械的なショックが発生するのを防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンベンチシステムにおけるトルク制御器や速度制御器は、線形時不変離散系ではｒ入力１出力ｎ次の次式で表すことができる。
【０００７】
【数２５】
【０００８】
ここで、Ａ，Ｂ，ｃ，ｄは制御器の特性を示す行列、ｕは制御器への入力、ｙは制御器の出力、ｘは制御器の状態を示す変数である。
【０００９】
従来の制御器の切り替え方式では、例えば、軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替えでは、速度制御器への入力ｕのひとつであるダイナモ速度を軸トルク制御時と同じに設定しているのみで、制御器への出力ｙであるダイナモトルクについては何ら連続性を補償していない。
【００１０】
したがって、図１１に示すように、速度制御器の構成によっては、速度制御器への切り替え時にダイナモトルクが振動的な応答になり、そのことによりダイナモ速度も振動的な応答になることがあり、この場合にはエンジンベンチシステムに不必要な電気的負荷や機械的負荷を与えることがある。
【００１１】
また、ダイナモ速度指令値を図１１の太線で示すように、ランプ状に変化させるためには、速度制御器の制御回路以外に速度指令値をランプ状に変化させるための変化率制限器が必要となり、制御回路全体が複雑な構成になる。
【００１２】
本発明の目的は、電気的および機械的な負荷の急変や振動の発生を抑制し、変化率制限器等の回路を不要にして軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替えができるエンジンベンチシステムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、動特性をもつ制御器の出力がその入力の履歴に依存し、入力の履歴の情報は状態変数として保存されていることに着目し、この状態変数情報を基にして切り替わる先のダイナモ速度制御器の初期状態を適切に設定することにより、軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替え時にその出力が切り替え前後でスムーズにつながるようにするものであり、以下の構成を特徴とする。
【００１４】
（１）試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
【００１５】
【数２６】
【００１６】
で表現されるｒ入力１出力ｎ次の線形時不変離散系の伝達関数Ｃ（ｓ）となる構成の場合、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕は次式、
【００１７】
【数２７】
【００１８】
【数２８】
【００１９】
におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度指令値とダイナモメータの速度検出値の偏差に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値に設定し、これら設定により求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、ｕ〔０〕＊は、ダイナモメータ速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定することを特徴とする。
【００２１】
また、ｕ〔０〕＊は、エンジン速度指令値とダイナモメータの速度検出値の偏差に設定することを特徴とする。
【００２２】
また、ｕ〔０〕＊は、エンジン速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定することを特徴とする。
【００２３】
（２）試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
【００２４】
【数２９】
【００２５】
で表現されるｒ入力１出力ｎ次の線形時不変離散系となる伝達関数Ｃ（ｓ）と、ダイナモメータ速度指令値に直流ゲインを乗じてダイナモメータの速度検出値との偏差を伝達関数Ｃ（ｓ）の入力とする伝達関数Ｆ（ｓ）と、ダイナモメータの速度指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ（ｓ）の出力に加算する伝達関数Ｍ（ｓ）とからなり、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御する場合、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Cは次式、
【００２６】
【数３０】
【００２７】
【数３１】
【００２８】
におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から前記伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とする。
【００２９】
また、前記速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御することを特徴とする。
【００３０】
（３）試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
【００３１】
【数３２】
【００３２】
で表現されるｒ入力１出力ｎ次の線形時不変離散系となり伝達関数Ｃ1（ｓ）とＣ2（ｓ）にモード分解される伝達関数Ｃ（ｓ）と、ダイナモメータ速度指令値に直流ゲインを乗じてダイナモメータの速度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Ｆ（ｓ）と、ダイナモメータの速度指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ1（ｓ）とＣ2（ｓ）の両出力に加算する伝達関数Ｍ（ｓ）とからなり、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御する場合、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ1（ｓ）とＣ2（ｓ）の状態変数の初期値ｘ1〔０〕Cとｘ2〔０〕Cは次式、
【００３３】
【数３３】
【００３４】
【数３４】
【００３５】
におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から前記伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定してｘ〔０〕Cを求め、このｘ〔０〕Cを伝達関数Ｃ（ｓ）のモード分解に従ってｘ1〔０〕Cとｘ2〔０〕Cに分解してそれぞれ設定し、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とする。
【００３６】
また、前記速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示すダイナモメータのトルク制御から速度制御に切り替える場合のコントローラの構成図であり、図１０と異なる部分は、変化率制限器１３、１４を省いて指令値を直接に制御器９、１０の入力とし、制御器１０には初期状態設定器２１を設けた点にある。
【００３８】
設定器２１は、制御器切り替え前に、切り替え先の制御器の状態変数をその入力履歴情報として取り込んでおき、制御器が切り替わったときに、切り替わった先の制御器の入力がある値の時に、その制御器の出力を希望する値にするための初期状態を求め、この初期状態を切り替わり先の制御器に初期設定するものである。以下、設定器２１における初期状態の設定手順を離散系の場合で以下に詳細に説明する。
【００３９】
まず、図１の制御器１０は前記の式（１ａ）と（１ｂ）で表される。また、制御器が切り替わったときの切り替わり先の制御器への入力はｕ〔ｎ〕＊、その制御器出力に希望する値をｙ〔ｎ〕＊であるとする。なお、制御器切り替え時刻は０とする。
【００４０】
以上の条件で切り替わった先の制御器の初期状態ｘ〔０〕を求める。まず、切り替わったときに出力がｙ〔０〕＝ｙ〔０〕＊となるためには、式（１ｂ）より、
【００４１】
【数３５】
【００４２】
を満たす必要がある。
【００４３】
スムーズに切り替わるためには、切り替わる前後のそれぞれの制御器の出力値が連続になるだけではなく、切り替わった後も制御器の出力値が希望する値になることが必要である。したがって、
【００４４】
【数３６】
【００４５】
より、
【００４６】
【数３７】
【００４７】
を満たす必要がある。
【００４８】
さらに、次の時刻でも制御器の出力値が希望する値になるためには、式（３）より、
【００４９】
【数３８】
【００５０】
より、
【００５１】
【数３９】
【００５２】
を満たす必要がある。
【００５３】
以下、同様にして、１≦ｋ≦ｎとして、
【００５４】
【数４０】
【００５５】
のｎ個の方程式を満たすようにｘ〔０〕を設定すると、スムーズに制御器の切り替えを行うことができる。
【００５６】
ｎ個の方程式を行列を用いてまとめると、
【００５７】
【数４１】
【００５８】
となる。式（１ａ）、（１ｂ）が最小実現されていれば、〔ｃ、Ａ〕は可観測で、式（８）のｘ〔０〕の係数行列はフルランクになり、特に１出力の場合には正則な正方行列になることから、式（８）を満たすｘ〔０〕は一意に定まる。
【００５９】
制御器の切り替えは、定常状態になっているとすると、
【００６０】
【数４２】
【００６１】
とできるので、
【００６２】
【数４３】
【００６３】
として、
【００６４】
【数４４】
【００６５】
となる。だだし、１ｒはｒ次の単位行列である。
【００６６】
上記の式（１２）は、速度制御器の初期値ｘ〔０〕を設定することにより、速度制御器に切り替わったときの速度制御器への入力が行列Ａの次数ｋとすると、ｎ＝０，１,,,ｋ−１では、速度制御器の出力がｙ〔ｎ〕＝ｙ〔０〕となることが保証される。すなわち、速度制御器の出力が速度制御器に切り替わった時の出力に保たれることにより、速度制御器の出力（ダイナモトルク）の振動が抑制される。
【００６７】
以上のことから、初期状態設定器２１は、トルク制御器９から速度制御器１０に切り替えるとき、速度制御器１０の伝達関数をＣ（ｓ）で表す式（１ｂ）の初期設定入力ｕ〔０〕＊として、ダイナモ速度指令値とダイナモ速度検出値の偏差に設定し、さらに初期制御器出力ｙ〔０〕＊としてダイナモトルク検出値に設定し、式（１１）および式（１２）に従って求めたｘ〔０〕をＣ（ｓ）の初期値として設定する。これに並行して切替器１１を切り替えることで振動を伴うことなく速度制御への切り替えを得る。
【００６８】
図２は、本実施形態を基にしてトルク制御から速度制御に切り替えた場合のダイナモメータ速度とトルクの計測値を示し、それらに振動的な応答が無くなった。また、ダイナモメータ速度指令値は従来のようにランプ状に変化させることが不要であり、従来の変化率制限器を不要にする。
【００６９】
同様に、図３に示すように、設定器２１の演算に使用するｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定して同等の作用効果を得ることができる。
【００７０】
さらに、図４または図５に示すように、ｕ〔０〕＊をエンジン速度指令値とダイナモメータの速度検出値の偏差に設定すること、ｕ〔０〕＊をエンジン速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定して同等の作用効果を得ることができる。
【００７１】
（実施形態２）
実施形態１では、速度制御器１０は、前記式（１ａ、１ｂ）で表せる伝達関数Ｃ（ｓ）とする場合であるが、制御応答の仕様上で図６に示すように、伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合がある。
【００７２】
伝達関数Ｆ（ｓ）は、ダイナモメータ速度指令値に直流ゲインを乗じてダイナモメータの速度検出値との偏差を伝達関数Ｃ（ｓ）の入力とする。伝達関数Ｍ（ｓ）は、ダイナモメータの速度指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ（ｓ）の出力に加算する。
【００７３】
本実施形態では、速度制御器１０を上記の伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合であって、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御することで振動を抑制した初期値設定方式とするものである。
【００７４】
本実施形態は、図６に示すように、設定器２２は、各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ（ｓ）毎にそれぞれｕ〔０〕＊とｙ〔０〕＊を設定し、前記式（１２）から各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ（ｓ）の初期設定値ｘ〔０〕C、ｘ〔０〕F、ｘ〔０〕Mを求める。
【００７５】
このうち、伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Cは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定して求められた値に設定する。
【００７６】
また、伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００７７】
また、伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００７８】
なお、図７に示すように、速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御する場合に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００７９】
（実施形態３）
実施形態２では、速度制御器１０は、伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合であるが、制御応答の仕様上で図８に示すように、伝達関数Ｃ（ｓ）＝Ｃ1（ｓ）＋Ｃ2（ｓ）にモード分解される場合がある。
【００８０】
本実施形態では、速度制御器１０を上記の伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合であって、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御することで振動を抑制した初期値設定方式とするものである。
【００８１】
本実施形態は、図８に示すように、設定器２２は、各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ1（ｓ）、Ｃ2（ｓ）毎にそれぞれｕ〔０〕＊とｙ〔０〕＊を設定し、前記式（１２）から各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ1（ｓ）、Ｃ2（ｓ）の初期設定値ｘ1〔０〕C、ｘ2〔０〕C、ｘ〔０〕F、ｘ〔０〕Mを求める。
【００８２】
このうち、伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ1〔０〕C、ｘ2〔０〕Cは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定し、求めた値ｘ〔０〕をｘ1〔０〕Cとｘ2〔０〕Cに分解し、それぞれ初期値として設定する。
【００８３】
また、伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００８４】
また、伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００８５】
なお、図９に示すように、速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御する場合に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、動特性をもつ制御器の状態変数情報を基にして切り替わる先の制御器の初期状態を適切に設定することにより、制御器の切り替え時にその出力が切り替え前後でスムーズにつながるようにするため、制御器の切り替え時に電気的および機械的な負荷の急変や振動の発生を抑制することができ、過電流事故や機械破損事故を防止した制御器の切り替えができる。
【００８７】
また、切り替え前後でスムーズにつながるようにするための従来の変化率制限器が不要になり、この変化率制限器による制御器切り替え時の遅れ時間を無くし、高速切り替えが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示すコントローラの構成図。
【図２】実施形態における切り替え時のダイナモメータ速度とトルクの波形図。
【図３】本発明の実施形態１の他の構成図。
【図４】本発明の実施形態１の他の構成図。
【図５】本発明の実施形態１の他の構成図。
【図６】本発明の実施形態２を示すコントローラの構成図。
【図７】本発明の実施形態２の他の構成図。
【図８】本発明の実施形態３を示すコントローラの構成図。
【図９】本発明の実施形態３の他の構成図。
【図１０】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【図１１】従来の切り替え時の振動波形図。
【符号の説明】
１…エンジン
２…ダイナモメータ
８…コントローラ
９…トルク制御器
１０…速度制御器
１１…切替器
１２…制御装置
２１、２２、２３…設定器
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験対象になるエンジンにシャフトでダイナモメータを直結し、シャフトの軸トルク制御器とダイナモ速度制御器を切り替えてエンジンの各種試験を行うエンジンベンチシステムに係り、特に軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替えに際しての速度制御器の初期状態設定方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイナモメータを使用してエンジンを試験するエンジンベンチシステムを図１０に示す。エンジン１とダイナモメータ２をシャフト３により直結する。ダイナモメータ２には、回転検出器４やトルク検出器（ロードセル）５が設けられ、エンジン１には回転検出器６や軸トルクメータ７が設けられる。
【０００３】
このようなエンジンベンチシステムにおいて、各種試験には、コントローラ８はダイナモメータ２やエンジン１の速度制御またはトルク制御を可能にし、その内の１つの試験方法として、試験中にトルク制御と速度制御を切り替える場合がある。
【０００４】
このため、コントローラ８は、トルク制御器９と、速度制御器１０と、両制御器の出力を切替器１１で切り替えて制御装置（インバータやエンジンスロットルアクチェータ等）１２の制御指令とし、制御装置１２の出力でダイナモメータ２やエンジン１を速度制御またはトルク制御する。これら制御器９、１０は、トルク指令値や速度指令値が与えられ、そのフィードバック信号にはトルク検出器５、７や速度検出器４、６の検出値が取り込まれて自動制御を行う。
【０００５】
変化率制限器１３、１４は、トルク制御と速度制御の切り替え時に制御器９、１０の出力が急変しないようにするものである。例えば、トルク制御から速度制御に切り替えるときは、速度指令値として切り替える直前の速度検出値を速度指令値としてセットし、切り替え時に速度制御器１０に与える実際の速度指令値まで変化率を制限した指令値を与える。これにより、実際の速度指令値はランプ状に変化させることでダイナモメータ２に機械的なショックが発生するのを防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンベンチシステムにおけるトルク制御器や速度制御器は、線形時不変離散系ではｒ入力１出力ｎ次の次式で表すことができる。
【０００７】
【数２５】
ここで、Ａ，Ｂ，ｃ，ｄは制御器の特性を示す行列、ｕは制御器への入力、ｙは制御器の出力、ｘは制御器の状態を示す変数である。
【０００９】
従来の制御器の切り替え方式では、例えば、軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替えでは、速度制御器への入力ｕのひとつであるダイナモ速度を軸トルク制御時と同じに設定しているのみで、制御器への出力ｙであるダイナモトルクについては何ら連続性を補償していない。
【００１０】
したがって、図１１に示すように、速度制御器の構成によっては、速度制御器への切り替え時にダイナモトルクが振動的な応答になり、そのことによりダイナモ速度も振動的な応答になることがあり、この場合にはエンジンベンチシステムに不必要な電気的負荷や機械的負荷を与えることがある。
【００１１】
また、ダイナモ速度指令値を図１１の太線で示すように、ランプ状に変化させるためには、速度制御器の制御回路以外に速度指令値をランプ状に変化させるための変化率制限器が必要となり、制御回路全体が複雑な構成になる。
【００１２】
本発明の目的は、電気的および機械的な負荷の急変や振動の発生を抑制し、変化率制限器等の回路を不要にして軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替えができるエンジンベンチシステムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、動特性をもつ制御器の出力がその入力の履歴に依存し、入力の履歴の情報は状態変数として保存されていることに着目し、この状態変数情報を基にして切り替わる先のダイナモ速度制御器の初期状態を適切に設定することにより、軸トルク制御からダイナモ速度制御への切り替え時にその出力が切り替え前後でスムーズにつながるようにするものであり、以下の構成を特徴とする。
【００１４】
（１）試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
【００１５】
【数２６】
で表現されるｒ入力１出力ｎ次の線形時不変離散系の伝達関数Ｃ（ｓ）となる構成の場合、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕は次式、
【００１７】
【数２７】
【数２８】
におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度指令値とダイナモメータの速度検出値の偏差に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値に設定し、これら設定により求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、ｕ〔０〕＊は、ダイナモメータ速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定することを特徴とする。
【００２１】
また、ｕ〔０〕＊は、エンジン速度指令値とダイナモメータの速度検出値の偏差に設定することを特徴とする。
【００２２】
また、ｕ〔０〕＊は、エンジン速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定することを特徴とする。
【００２３】
（２）試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
【００２４】
【数２９】
で表現されるｒ入力１出力ｎ次の線形時不変離散系となる伝達関数Ｃ（ｓ）と、ダイナモメータ速度指令値に直流ゲインを乗じてダイナモメータの速度検出値との偏差を伝達関数Ｃ（ｓ）の入力とする伝達関数Ｆ（ｓ）と、ダイナモメータの速度指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ（ｓ）の出力に加算する伝達関数Ｍ（ｓ）とからなり、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御する場合、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Cは次式、
【００２６】
【数３０】
【数３１】
におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から前記伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とする。
【００２９】
また、前記速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御することを特徴とする。
【００３０】
（３）試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
【００３１】
【数３２】
で表現されるｒ入力１出力ｎ次の線形時不変離散系となり伝達関数Ｃ1（ｓ）とＣ2（ｓ）にモード分解される伝達関数Ｃ（ｓ）と、ダイナモメータ速度指令値に直流ゲインを乗じてダイナモメータの速度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Ｆ（ｓ）と、ダイナモメータの速度指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ1（ｓ）とＣ2（ｓ）の両出力に加算する伝達関数Ｍ（ｓ）とからなり、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御する場合、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ1（ｓ）とＣ2（ｓ）の状態変数の初期値ｘ1〔０〕Cとｘ2〔０〕Cは次式、
【００３３】
【数３３】
【数３４】
におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から前記伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定してｘ〔０〕Cを求め、このｘ〔０〕Cを伝達関数Ｃ（ｓ）のモード分解に従ってｘ1〔０〕Cとｘ2〔０〕Cに分解してそれぞれ設定し、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とする。
【００３６】
また、前記速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示すダイナモメータのトルク制御から速度制御に切り替える場合のコントローラの構成図であり、図１０と異なる部分は、変化率制限器１３、１４を省いて指令値を直接に制御器９、１０の入力とし、制御器１０には初期状態設定器２１を設けた点にある。
【００３８】
設定器２１は、制御器切り替え前に、切り替え先の制御器の状態変数をその入力履歴情報として取り込んでおき、制御器が切り替わったときに、切り替わった先の制御器の入力がある値の時に、その制御器の出力を希望する値にするための初期状態を求め、この初期状態を切り替わり先の制御器に初期設定するものである。以下、設定器２１における初期状態の設定手順を離散系の場合で以下に詳細に説明する。
【００３９】
まず、図１の制御器１０は前記の式（１ａ）と（１ｂ）で表される。また、制御器が切り替わったときの切り替わり先の制御器への入力はｕ〔ｎ〕＊、その制御器出力に希望する値をｙ〔ｎ〕＊であるとする。なお、制御器切り替え時刻は０とする。
【００４０】
以上の条件で切り替わった先の制御器の初期状態ｘ〔０〕を求める。まず、切り替わったときに出力がｙ〔０〕＝ｙ〔０〕＊となるためには、式（１ｂ）より、
【００４１】
【数３５】
を満たす必要がある。
【００４３】
スムーズに切り替わるためには、切り替わる前後のそれぞれの制御器の出力値が連続になるだけではなく、切り替わった後も制御器の出力値が希望する値になることが必要である。したがって、
【００４４】
【数３６】
より、
【００４６】
【数３７】
を満たす必要がある。
【００４８】
さらに、次の時刻でも制御器の出力値が希望する値になるためには、式（３）より、
【００４９】
【数３８】
より、
【００５１】
【数３９】
を満たす必要がある。
【００５３】
以下、同様にして、１≦ｋ≦ｎとして、
【００５４】
【数４０】
のｎ個の方程式を満たすようにｘ〔０〕を設定すると、スムーズに制御器の切り替えを行うことができる。
【００５６】
ｎ個の方程式を行列を用いてまとめると、
【００５７】
【数４１】
となる。式（１ａ）、（１ｂ）が最小実現されていれば、〔ｃ、Ａ〕は可観測で、式（８）のｘ〔０〕の係数行列はフルランクになり、特に１出力の場合には正則な正方行列になることから、式（８）を満たすｘ〔０〕は一意に定まる。
【００５９】
制御器の切り替えは、定常状態になっているとすると、
【００６０】
【数４２】
とできるので、
【００６２】
【数４３】
として、
【００６４】
【数４４】
となる。だだし、１ｒはｒ次の単位行列である。
【００６６】
上記の式（１２）は、速度制御器の初期値ｘ〔０〕を設定することにより、速度制御器に切り替わったときの速度制御器への入力が行列Ａの次数ｋとすると、ｎ＝０，１,,,ｋ−１では、速度制御器の出力がｙ〔ｎ〕＝ｙ〔０〕となることが保証される。すなわち、速度制御器の出力が速度制御器に切り替わった時の出力に保たれることにより、速度制御器の出力（ダイナモトルク）の振動が抑制される。
【００６７】
以上のことから、初期状態設定器２１は、トルク制御器９から速度制御器１０に切り替えるとき、速度制御器１０の伝達関数をＣ（ｓ）で表す式（１ｂ）の初期設定入力ｕ〔０〕＊として、ダイナモ速度指令値とダイナモ速度検出値の偏差に設定し、さらに初期制御器出力ｙ〔０〕＊としてダイナモトルク検出値に設定し、式（１１）および式（１２）に従って求めたｘ〔０〕をＣ（ｓ）の初期値として設定する。これに並行して切替器１１を切り替えることで振動を伴うことなく速度制御への切り替えを得る。
【００６８】
図２は、本実施形態を基にしてトルク制御から速度制御に切り替えた場合のダイナモメータ速度とトルクの計測値を示し、それらに振動的な応答が無くなった。また、ダイナモメータ速度指令値は従来のようにランプ状に変化させることが不要であり、従来の変化率制限器を不要にする。
【００６９】
同様に、図３に示すように、設定器２１の演算に使用するｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定して同等の作用効果を得ることができる。
【００７０】
さらに、図４または図５に示すように、ｕ〔０〕＊をエンジン速度指令値とダイナモメータの速度検出値の偏差に設定すること、ｕ〔０〕＊をエンジン速度指令値とエンジンの速度検出値の偏差に設定して同等の作用効果を得ることができる。
【００７１】
（実施形態２）
実施形態１では、速度制御器１０は、前記式（１ａ、１ｂ）で表せる伝達関数Ｃ（ｓ）とする場合であるが、制御応答の仕様上で図６に示すように、伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合がある。
【００７２】
伝達関数Ｆ（ｓ）は、ダイナモメータ速度指令値に直流ゲインを乗じてダイナモメータの速度検出値との偏差を伝達関数Ｃ（ｓ）の入力とする。伝達関数Ｍ（ｓ）は、ダイナモメータの速度指令値に直流ゲインを乗じて伝達関数Ｃ（ｓ）の出力に加算する。
【００７３】
本実施形態では、速度制御器１０を上記の伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合であって、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御することで振動を抑制した初期値設定方式とするものである。
【００７４】
本実施形態は、図６に示すように、設定器２２は、各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ（ｓ）毎にそれぞれｕ〔０〕＊とｙ〔０〕＊を設定し、前記式（１２）から各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ（ｓ）の初期設定値ｘ〔０〕C、ｘ〔０〕F、ｘ〔０〕Mを求める。
【００７５】
このうち、伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Cは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定して求められた値に設定する。
【００７６】
また、伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００７７】
また、伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００７８】
なお、図７に示すように、速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御する場合に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００７９】
（実施形態３）
実施形態２では、速度制御器１０は、伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合であるが、制御応答の仕様上で図８に示すように、伝達関数Ｃ（ｓ）＝Ｃ1（ｓ）＋Ｃ2（ｓ）にモード分解される場合がある。
【００８０】
本実施形態では、速度制御器１０を上記の伝達関数Ｆ（ｓ）とＭ（ｓ）とＣ（ｓ）の構成とする場合であって、ダイナモメータ速度を検出してダイナモメータ速度を制御することで振動を抑制した初期値設定方式とするものである。
【００８１】
本実施形態は、図８に示すように、設定器２２は、各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ1（ｓ）、Ｃ2（ｓ）毎にそれぞれｕ〔０〕＊とｙ〔０〕＊を設定し、前記式（１２）から各伝達関数Ｆ（ｓ）、Ｍ（ｓ）、Ｃ1（ｓ）、Ｃ2（ｓ）の初期設定値ｘ1〔０〕C、ｘ2〔０〕C、ｘ〔０〕F、ｘ〔０〕Mを求める。
【００８２】
このうち、伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ1〔０〕C、ｘ2〔０〕Cは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊を値０に設定し、ｙ〔０〕＊をダイナモメータのトルク検出値から伝達関数Ｍ（ｓ）を減じた値に設定し、求めた値ｘ〔０〕をｘ1〔０〕Cとｘ2〔０〕Cに分解し、それぞれ初期値として設定する。
【００８３】
また、伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００８４】
また、伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記の式（１２）におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する。
【００８５】
なお、図９に示すように、速度制御器はエンジン速度を検出してエンジン速度を制御する場合に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、動特性をもつ制御器の状態変数情報を基にして切り替わる先の制御器の初期状態を適切に設定することにより、制御器の切り替え時にその出力が切り替え前後でスムーズにつながるようにするため、制御器の切り替え時に電気的および機械的な負荷の急変や振動の発生を抑制することができ、過電流事故や機械破損事故を防止した制御器の切り替えができる。
【００８７】
また、切り替え前後でスムーズにつながるようにするための従来の変化率制限器が不要になり、この変化率制限器による制御器切り替え時の遅れ時間を無くし、高速切り替えが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示すコントローラの構成図。
【図２】実施形態における切り替え時のダイナモメータ速度とトルクの波形図。
【図３】本発明の実施形態１の他の構成図。
【図４】本発明の実施形態１の他の構成図。
【図５】本発明の実施形態１の他の構成図。
【図６】本発明の実施形態２を示すコントローラの構成図。
【図７】本発明の実施形態２の他の構成図。
【図８】本発明の実施形態３を示すコントローラの構成図。
【図９】本発明の実施形態３の他の構成図。
【図１０】従来のエンジンベンチシステムの構成図。
【図１１】従来の切り替え時の振動波形図。
【符号の説明】
１…エンジン
２…ダイナモメータ
８…コントローラ
９…トルク制御器
１０…速度制御器
１１…切替器
１２…制御装置
２１、２２、２３…設定器
Claims (8)
- 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕は次式、
- 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕は次式、
- 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕は次式、
- 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕は次式、
- 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Cは次式、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。 - 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Cは次式、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。 - 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記軸トルク制御からダイナモ速度制御に切り替えるとき、前記速度制御器の伝達関数Ｃ1（ｓ）とＣ2（ｓ）の状態変数の初期値ｘ1〔０〕Cとｘ2〔０〕Cは次式、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。 - 試験対象になるエンジンにダイナモメータをシャフトで直結し、トルク制御器によるエンジンの軸トルク制御から速度制御器によるダイナモメータの速度制御またはエンジンの速度制御に切り替えてエンジンの試験を行うエンジンベンチシステムにおいて、
前記速度制御器は次式、
前記伝達関数Ｆ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Fは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定し、
前記伝達関数Ｍ（ｓ）の状態変数の初期値ｘ〔０〕Mは、前記式におけるｕ〔０〕＊をダイナモメータ速度検出値に設定し、ｙ〔０〕＊を直流ゲイン×ダイナモメータの速度検出値に設定して求められた値に設定する設定器を備えたことを特徴とするエンジンベンチシステム。
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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