JP7633924B2 - MOTOR TESTING APPARATUS AND MOTOR TESTING METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、モータ試験装置およびモータ試験方法におけるトルク推定技術に関する。 The present invention relates to a torque estimation technique for a motor testing device and a motor testing method.
モータ制御システムの評価に当たっては、供試モータと負荷モータとを対向させ、負荷モータで所定の負荷を与えて評価する。このとき、負荷モータの慣性値は、最終製品である鉄道車両や自動車などの慣性値とは一致しない。そのため、負荷モータの制御によって見掛け上の慣性を模擬する必要があり、これを慣性模擬制御と呼ぶ。また、慣性の他、走行抵抗や回転軸の減衰率などを模擬することも可能であり、例えば、特許文献1および2には、それに関する技術の開示がある。
When evaluating a motor control system, a test motor and a load motor are placed opposite each other and a specified load is applied by the load motor for evaluation. At this time, the inertia value of the load motor does not match the inertia value of the final product, such as a railway vehicle or automobile. For this reason, it is necessary to simulate the apparent inertia by controlling the load motor, and this is called inertia simulation control. In addition to inertia, it is also possible to simulate running resistance and the damping rate of the rotating shaft, and related technologies are disclosed in
慣性模擬制御では、供試モータトルクが模擬対象とする慣性に入力された場合の挙動(角加速度・回転速度など)を演算し、それと負荷モータの実際の挙動が一致するように制御を行う。 Inertia simulation control, the behavior (angular acceleration, rotational speed, etc.) when the test motor torque is input to the inertia to be simulated is calculated, and control is performed so that this matches the actual behavior of the load motor.
このため、慣性模擬制御では、供試モータトルクを検出する必要があり、特許文献1および2では、そのためにトルク検出器を備えている。また、実用上はトルク検出器にはノイズが含まれるため、特許文献2に開示のように、ローパスフィルタ(LPF)をトルク検出器の後段に備えることが望ましい。
For this reason, in inertia simulation control, it is necessary to detect the torque of the test motor, and in
慣性模擬制御において、ローパスフィルタ(LPF)を備えると、トルク検出遅延が発生するため、慣性模擬精度が低下するという課題が生じる。そのために、ローパスフィルタ(LPF)の時定数を下げると、トルク検出遅延は減少するが、検出ノイズの影響を受ける問題が残ることになる。
そこで、本発明では、トルク検出時のノイズによる影響を抑制しつつ、トルク検出遅延を低減する技術を提供することを目的とする。
In the inertia simulation control, when a low pass filter (LPF) is provided, a torque detection delay occurs, which causes a problem of a decrease in the accuracy of the inertia simulation. Therefore, if the time constant of the low pass filter (LPF) is lowered, the torque detection delay is reduced, but the problem of being affected by detection noise remains.
Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for reducing the torque detection delay while suppressing the effect of noise during torque detection.
上記の課題を解決するために、代表的な本発明のモータ試験装置の一つは、供試モータの側または当該供試モータに負荷を与える負荷モータの側に設けられ供試モータまたは負荷モータの電流を検出して電流検出値を出力する電流検出部と、供試モータの側または負荷モータの側に設けられ供試モータまたは負荷モータのトルクを検出してトルク検出値を出力するトルク検出部と、トルク検出値をフィルタ処理してトルクフィルタ値を出力するフィルタ部と、トルク検出部を設けた側の供試モータまたは負荷モータの電流検出値に基づくか、または、トルク検出部を設けない側の供試モータまたは負荷モータの電流検出値および角加速度並びに供試モータと負荷モータとを含む回転軸の慣性値に基づいて、供試モータまたは負荷モータのトルク推定値を出力するトルク推定部と、トルク推定値をトルクフィルタ値に漸近させてトルク補正値を出力するトルク推定補正部と、トルク補正値に基づいて負荷モータを制御する制御部とを備えるものである。 In order to solve the above problems, one representative motor testing device of the present invention is provided with a current detection unit that is provided on the side of the test motor or the side of the load motor that applies a load to the test motor and detects the current of the test motor or the load motor and outputs a current detection value, a torque detection unit that is provided on the side of the test motor or the load motor and detects the torque of the test motor or the load motor and outputs a torque detection value, a filter unit that filters the torque detection value and outputs a torque filter value, a torque estimation unit that outputs a torque estimate of the test motor or the load motor based on the current detection value of the test motor or the load motor on the side where the torque detection unit is provided, or based on the current detection value and angular acceleration of the test motor or the load motor on the side where the torque detection unit is not provided and the inertia value of the rotating shaft including the test motor and the load motor, a torque estimation correction unit that asymptotically approaches the torque estimate value to the torque filter value and outputs a torque correction value, and a control unit that controls the load motor based on the torque correction value.
本発明によれば、モータ試験装置において、高精度かつ高応答なトルク検出を実現できる。この結果、モータ試験装置によるモータ制御システムの評価時と運用時の差をなくすことができ、モータあるいはインバータ効率、トルク応答などの評価精度を高めることが可能となる。
また、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
According to the present invention, a motor testing device can achieve highly accurate and highly responsive torque detection. As a result, it is possible to eliminate the difference between when a motor control system is evaluated by the motor testing device and when it is in operation, and it is possible to improve the evaluation accuracy of motor or inverter efficiency, torque response, etc.
Furthermore, problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of the preferred embodiment of the invention.
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態として、実施例1から4について説明する。なお、これら各実施例により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。 Below, with reference to the drawings, Examples 1 to 4 will be described as modes for carrying out the present invention. Note that the present invention is not limited to these Examples. In addition, in the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の実施例1に係るモータ試験装置の構成を示す図である。
供試モータ(Mt)1と負荷モータ(Mg)2とは、対向して配置され、それぞれ、供試側インバータ(INV)3と負荷側インバータ(INV)4とにより駆動される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor testing device according to a first embodiment of the present invention.
A test motor (Mt) 1 and a load motor (Mg) 2 are disposed opposite to each other and are driven by a test side inverter (INV) 3 and a load side inverter (INV) 4, respectively.
供試モータ(Mt)1と負荷モータ(Mg)2との間には、実慣性5が備えられ、その慣性値をJrとする。この実慣性5としては、フライホイールが挙げられる。
ここで、供試モータ(Mt)1、負荷モータ(Mg)2、実慣性5およびそれらを接続する回転軸は、完全な剛性体であるとし、回転速度は、いずれもωrとする。
An
Here, the test motor (Mt) 1, the load motor (Mg) 2, the
電流検出部6は、供試モータ(Mt)1のU相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwを検出する。
The
トルク検出部7は、供試モータ(Mt)1のトルクτt(以下、「供試側トルクτt」という)を検出し、トルク検出値τt-dtcとして出力する。
The
トルク推定部8は、三相二相変換回路8aおよび電流・トルク換算回路8bから構成される。その内、三相二相変換回路8aは、U相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwをd軸電流idとq軸電流iqに換算する。また、電流・トルク換算回路8bは、供試モータ(Mt)1のパラメータ(誘起電圧係数、インダクタンスなど)に基づいて、d軸電流idとq軸電流iqをトルク推定値τt-obsに換算する。
The
フィルタ部9は、トルク検出値τt-dtcに含まれるノイズを除去するための手段である。例えば、ローパスフィルタ(LPF)を用いて、ノイズを除去したトルクフィルタ値τt-LPFを出力する。フィルタ部9は、ローパスフィルタ(LPF)の他、バンドパスフィルタ(BPF)などでもよい。
The
トルク推定補正部10は、トルク推定値τt-obsおよびトルクフィルタ値τt-LPFに基づいて、トルク補正値τt-revを出力する。トルク補正値τt-revは、供試モータ(Mt)1の最終的なトルク推定値となる。
The torque
慣性模擬部11は、トルク補正値τt-revに基づいて、実慣性5の慣性値Jrを見掛け上、Jに模擬するための手段であり、速度指令演算回路11a、速度制御回路11b、トルク・電流換算回路11c、電流制御回路11dおよび二相三相変換回路11eから構成される。
The
速度指令演算回路11aは、次の(数1)に従って、トルク補正値τt-revから速度指令ωr
*を演算する。
速度制御回路11bは、速度指令ωr
*と回転速度ωrが等しくなるように、負荷モータ(Mg)2のトルク指令τg
*を演算する。
The
トルク・電流換算回路11cは、トルク推定部8の電流・トルク換算回路8bとは逆に、トルク指令τg
*からd軸電流指令id
*とq軸電流指令iq
*を演算する。
Conversely to the current/
電流制御回路11dは、d軸電流指令id
*とq軸電流指令iq
*およびモータ電圧方程式に従って、d軸電圧指令vd
*とq軸電圧指令vq
*を演算する。
The
二相三相変換回路11eは、d軸電圧指令vd
*とq軸電圧指令vq
*を、U相電圧指令vu
*、V相電圧指令vv
*およびW相電圧指令vw
*に変換する。
The two-phase to three-
次に、慣性模擬制御の動作原理について説明する。
供試モータ(Mt)1に対して慣性値Jの慣性が接続された場合、次の(数2)が成り立つ。
When an inertia with an inertia value J is connected to the test motor (Mt) 1, the following (Equation 2) holds true.
また、供試モータ(Mt)1のトルクτtを理想的に検出でき、これをトルク補正値τt-revとするならば、「τt-rev = τt」となる。 Furthermore, if the torque τ t of the test motor (Mt) 1 can be ideally detected and this is taken as the torque correction value τ t-rev , then "τ t-rev = τ t " holds.
「ωr = ωr *」および「τt-rev = τt」であるときに、(数1)と(数2)は等価となり、供試モータ(Mt)1から見ると、その先には慣性値Jの慣性が接続されたように見える。 When " ωr = ωr * " and "τt -rev = τt ", (Equation 1) and (Equation 2) are equivalent, and when viewed from the test motor (Mt) 1, it appears that the inertia of inertia value J is connected beyond it.
以上が、慣性模擬制御の原理であり、これを実現するための条件が、以下に記す実現条件(1)および(2)である。
(1)速度制御回路11bによって、「ωr = ωr
*」が成り立つ。
(2)理想的なトルク検出手段によって、「τt-rev = τt」が成り立つ。
The above is the principle of inertia simulation control, and the conditions for realizing this are the realization conditions (1) and (2) described below.
(1) The
(2) With an ideal torque detection means, "τ t-rev = τ t " holds.
ところが、慣性模擬制御には課題があるので、それについて説明する。
実機では、トルク検出部7の検出精度や信号出力精度に依存して、トルク検出値τt-dtcにはノイズが含まれる。このノイズを除去するために、フィルタ部9を用いるが、その出力であるトルクフィルタ値τt-LPFは、トルク検出値τt-dtcおよび供試側トルクτtに対して遅延を含むことになる。
However, there are problems with the inertia simulation control, which will be explained below.
In an actual machine, noise is included in the torque detection value τ t-dtc depending on the detection accuracy and signal output accuracy of the
図2は、トルク推定補正部10を用いない場合のトルクおよび回転速度の波形を示す図である。図2に示すように、時刻t1において供試側トルクτtがステップ変化する場合、過渡的には「τt ≠ τt-LPF」となる。
2 is a diagram showing waveforms of torque and rotation speed when not using the torque
このため、「τt-rev = τt」および「τt-rev = τt-LPF」として、(数1)をそれぞれ演算した場合、前者の速度指令ωr
**および後者の速度指令ωr
*には差が生じる。この差を、速度誤差Δωr(= ωr
* - ωr
**)とする。
ここで、速度指令ωr
**は、慣性模擬制御における理想的な速度指令である。
For this reason, when (Equation 1) is calculated with "τt -rev = τt " and "τt -rev = τt -LPF ", a difference occurs between the former speed command ωr ** and the latter speed command ωr * . This difference is defined as the speed error Δωr (= ωr * -ωr ** ).
Here, the speed command ω r ** is an ideal speed command in the inertia simulation control.
一方、速度指令ωr
*は、供試側トルクτtをトルクフィルタ値τt-LPFで代替した場合の速度指令である。すなわち、図1に示すトルク推定補正部10を備えることなく、トルクフィルタ値τt-LPFを、速度指令演算回路11aに直接入力した場合の速度指令である。
速度誤差Δωrが負の場合、供試モータ(Mt)1から見て、出力したトルクの割には加速していないことを表し、見掛け上の慣性がJよりも大きくなっていることを意味する。これに対して、速度誤差Δωrが正の場合は、逆である。
On the other hand, the speed command ωr * is a speed command when the test-side torque τt is replaced with the torque filter value τt- LPF , that is, a speed command when the torque filter value τt- LPF is directly input to the speed
When the speed error Δωr is negative, it indicates that the test motor (Mt) 1 is not accelerating in proportion to the output torque, and means that the apparent inertia is greater than J. On the other hand, when the speed error Δωr is positive, the opposite is true.
いずれにしても、速度誤差Δωrは、見掛け上の慣性の誤差を表し、その原因は、「τt-rev = τt-LPF」としたことにより、「τt-rev = τt-LPF ≠ τt」となり、慣性模擬制御の実現条件の(2)「τt-rev = τt」が成り立たないためである。 In any case, the speed error Δωr represents an apparent inertia error, and the reason for this is that, since "τ t-rev = τ t-LPF " is satisfied, "τ t-rev = τ t-LPF ≠ τ t ", and the realization condition for inertia simulation control (2) "τ t-rev = τ t " does not hold.
フィルタ部9の時定数を小さくすれば、遅延の影響は小さくなるが、ノイズの影響を受けやすくなるため、結局、慣性模擬制御の実現条件(2)は成り立たない。
If the time constant of the
これが、慣性模擬制御の課題であり、フィルタ部9の時定数は維持したままで、トルク補正値τt-revとその真値である供試側トルクτtとを一致させることが求められる。
This is the issue in inertia simulation control, and it is required to make the torque correction value τ t-rev coincide with the test torque τ t, which is its true value, while maintaining the time constant of the
本発明では、トルク補正値τt-revとその真値である供試側トルクτtを一致させるために、トルク推定部8およびトルク推定補正部10を備えることを特徴とする。以下に、その効果について説明する。
The present invention is characterized by including a
図3は、トルク推定部8を用いた場合のトルクおよび回転速度の波形を示す図である。
トルク推定部8では、供試モータ(Mt)1の電流検出値に基づいてトルクを推定する。ここで、電流検出部6の周波数帯域は、1MHz~100MHzであるため、トルク検出部7の帯域である1kHz~10kHzよりも高い。
FIG. 3 is a diagram showing waveforms of torque and rotation speed when the
The
このため、トルク推定値τt-obsは、図3の時刻t1の箇所に示すように、供試側トルクτtを高応答に追従できる。すなわち、時刻t1において、図3に示すトルク推定誤差Δτt-obsは、同時刻t1の図2に示すトルク検出誤差Δτt-LPFよりも小さい。 Therefore, the torque estimation value τ t-obs can follow the test-side torque τ t with high response, as shown at time t 1 in Fig. 3. That is, at time t 1 , the torque estimation error Δτ t-obs shown in Fig. 3 is smaller than the torque detection error Δτ t-LPF shown in Fig. 2 at the same time t 1 .
一方、電流・トルク換算回路8bは、供試モータ(Mt)1のパラメータを参照する必要があり、それには設定誤差が伴う。故に、図3に示すトルク推定誤差Δτt-obsは、時間が経過してもゼロに収束するとは限らず、速度誤差Δωrが増加し続ける可能性がある。
On the other hand, the current/
そこで、トルク推定誤差Δτt-obsの影響を抑制するために、トルク推定補正部10は、トルク推定値τt-obsを基本値としながらも、トルクフィルタ値τt-LPFに漸近する値をトルク補正値τt-revとする。これには、図1に示すように、トルク補正値τt-revとトルクフィルタ値τt-LPFとの差分を、ゲインKの積分回路10aへ入力し、積分(K/s)した結果を、トルク推定値τt-obsにフィードバックすればよい。ここで、積分回路10aは、一巡伝達関数が安定となるような特性を有する関数であれば、置き換え可能である。
Therefore, in order to suppress the influence of the torque estimation error Δτ t-obs , the torque
図4は、トルク推定補正部10を用いた場合のトルクおよび回転速度の波形を示す図である。
トルク推定誤差Δτt-revは、時刻t1では、図3に示すトルク推定誤差Δτt-obsと同じであるが、時刻t1以降では、トルク補正値τt-revが、トルクフィルタ値τt-LPFに漸近することに起因して、ゼロに収束する。つまり、図4に示すトルク推定誤差Δτt-revは、図3に示すトルク推定誤差Δτt-obsと比較すれば、時刻t1以降における定常的な誤差が低減されることになる。また、図2に示す(図4と同じ)トルク検出誤差Δτt-LPFと比較すれば、時刻t1における過渡的な誤差が低減される。
FIG. 4 is a diagram showing waveforms of torque and rotation speed when the torque
At time t1 , the torque estimation error Δτ t-rev is the same as the torque estimation error Δτ t-obs shown in Fig. 3, but after time t1 , the torque correction value τ t-rev converges to zero due to the asymptotic approach of the torque filter value τ t-LPF . That is, the torque estimation error Δτ t-rev shown in Fig. 4 has a reduced steady-state error after time t1 compared to the torque estimation error Δτ t-obs shown in Fig. 3. Also, compared to the torque detection error Δτ t-LPF shown in Fig. 2 (the same as Fig. 4), the transient error at time t1 is reduced.
すなわち、定常時と過渡時のどちらの面においても誤差が低減されていることから、図4に示す速度誤差Δωrは、図2から図4に示す特性の中で最小となる。
これが、トルク推定値τt-obsを基本値としながらも、トルクフィルタ値τt-LPFに漸近する値をトルク補正値τt-revとした効果である。
That is, since the error is reduced both in the steady state and in the transient state, the speed error Δωr shown in FIG. 4 is the smallest among the characteristics shown in FIGS.
This is the effect of using the torque estimated value τ t-obs as the basic value, while setting a value that asymptotically approaches the torque filtered value τ t-LPF as the torque correction value τ t-rev .
トルク推定補正部10は、一般化して言えば、電流検出部6およびトルク推定部8によるトルク推定値τt-obsをフィードフォワード側、トルク検出部7およびフィルタ部9によるトルクフィルタ値τt-LPFをフィードバック側とする二自由度制御系である。この二自由度制御系を用いることで、電流検出部6の応答性とトルク検出部7の精度とを両方活用していることになる。これによって、トルク補正値τt-revを供試側トルクτtに高応答かつ高精度に追従させ、慣性模擬精度を高めている。
Generally speaking, the torque
また、電流・トルク換算回路8bへの入力は、供試側の電流制御部(図示省略)におけるd軸電流指令id
*およびq軸電流指令iq
*に置き換えてもよい。この場合には、電流検出部6を省くことが可能となる。
The input to the current/
図5は、本発明の実施例2に係るモータ試験装置の構成の一部を示す図である。図5では、図1に示す実施例1の構成と制御部分で同じ構成要素については省略している。
実施例2では、負荷モータ(Mg)2側のU相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwを電流検出部6によって検出する。
Fig. 5 is a diagram showing a part of the configuration of a motor testing device according to a second embodiment of the present invention. In Fig. 5, components in the control portion that are the same as those in the configuration of the first embodiment shown in Fig. 1 are omitted.
In the second embodiment, the U-phase current iu , the V-phase current iv and the W-phase current iw on the load motor (Mg) 2 side are detected by the
また、トルク推定部8は、U相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwを入力にして、三相二相変換回路8aおよび電流・トルク変換回路8bによって、負荷モータ(Mg)2のトルク推定値τg-obsを演算し、また、負荷モータ(Mg)2の回転速度ωrを入力にして、微分回路8cおよび慣性値乗算回路8dによって負荷モータ(Mg)2のトルク値を演算する。その上で、トルク推定部8は、両者の差分を取ることにより、次の(数3)で表されるトルク推定値τt-obsを演算する。
次に、(数3)によって、供試側トルクτtを推定できる理由を説明する。
負荷モータ(Mg)2のトルク(以下、負荷側トルク)をτgとすると、次の(数4)が成り立つ。
If the torque of the load motor (Mg) 2 (hereinafter, load side torque) is τg , the following (Equation 4) is established.
電流・トルク変換回路8bによって、理想的にトルク推定値τg-obsを演算できるならば、「τg-obs = τg」となり、これを(数4)に代入すれば、(数3)が得られることになる。
If the torque estimate τ g-obs can be calculated ideally by the current-
図5に示す実施例2の構成では、図1に示す実施例1の構成と比較して、電流検出部6を負荷側に設けたことから、電流・トルク変換回路8bは、負荷モータ(Mg)2のパラメータを参照することになる。負荷モータ(Mg)2は、供試モータ(Mt)1のように最終製品に合わせて変更する必要がないため、メリットとして、パラメータ測定は一度で済むことになる。また、負荷モータ(Mg)2は、据え置き型でよいことから、負荷モータ(Mg)2を専用設計して、そのパラメータについては精度よく把握することが可能となる。この結果、電流・トルク変換回路8bにおけるトルク推定誤差を低減することができる。
In the configuration of Example 2 shown in FIG. 5, compared to the configuration of Example 1 shown in FIG. 1, the
図1に示す実施例1の構成および図5に示す実施例2の構成では、電流検出部6に基づくトルク推定値τt-obsと、トルク検出部7に基づくトルクフィルタ値τt-LPFとを利用することが共通点となっている。
The configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 and the configuration of the second embodiment shown in FIG. 5 have in common that they use a torque estimation value τ t-obs based on the
一般化して考えると、実施形態としては、以下(a)~(d)の4つが考えられる。
(a)電流検出部6:供試側、トルク検出部7:供試側(図1に示す実施例1)
(b)電流検出部6:負荷側、トルク検出部7:供試側(図5に示す実施例2)
(c)電流検出部6:供試側、トルク検出部7:負荷側(図示省略)
(d)電流検出部6:負荷側、トルク検出部7:負荷側(図示省略)
Generally speaking, the following four embodiments (a) to (d) are conceivable.
(a) Current detection unit 6: Test piece, torque detection unit 7: Test piece (Example 1 shown in FIG. 1)
(b) Current detection unit 6: load side, torque detection unit 7: test side (Example 2 shown in FIG. 5)
(c) Current detection unit 6: test piece side, torque detection unit 7: load side (not shown)
(d) Current detection unit 6: load side, torque detection unit 7: load side (not shown)
ここで、上記(a)および(d)のように、電流検出部6とトルク検出部7とを同じ側に設けた場合には、図1に示すトルク推定部8の構成によって、電流検出値に基づいてトルクの推定を行えばよい。
When the
また、上記(b)および(c)のように、電流検出部6とトルク検出部7とを反対側に設けた場合には、図5に示すトルク推定部8の構成によって、電流検出側とは反対側にあるモータのトルクを推定すればよいことになる。この場合、反対側にあるモータのトルクを推定することは、(数3)および図5に示すトルク推定部8の構成から、回転速度ωrの微分値である角加速度(dωr/dt)および実慣性5の慣性値Jrを用いることで可能となる。
Furthermore, when the
本発明は、上記(a)~(d)のいずれの形態でも実施可能であるが、上記(b)および(d)の電流検出部6を負荷側に設ける場合は、負荷モータ(Mg)2が据え置き型でよいことに起因して、そのパラメータ測定を1回で済ませられる点、また、専用設計によりパラメータを精度よく把握できる点のメリットがある。
The present invention can be implemented in any of the above (a) to (d) forms, but when the
図6は、本発明の実施例3に係るモータ試験装置の構成の一部を示す図である。図6では、図1に示す実施例1の構成と制御部分で同じ構成要素については省略している。
実施例3では、トルク検出補正部12を設け、供試モータ(Mt)1の慣性(慣性値Jt)に起因するトルク検出誤差を補正する。
6 is a diagram showing a part of the configuration of a motor testing device according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 6, components in the control portion that are the same as those in the configuration of the first embodiment shown in FIG.
In the third embodiment, a torque
トルク検出補正部12は、微分回路12aおよび慣性値乗算回路12bを備え、入力する回転速度ωrに対して、次の(数5)で表されるトルク検出誤差Δτt-dtcを演算する。
また、トルク検出補正部12は、トルク検出誤差Δτt-dtcをトルク検出値τt-dtcに加算し、トルク検出補正値τt-dtc’として出力する。
Furthermore, the torque
次に、トルク検出補正部12による効果について説明する。実慣性5の慣性値Jrに比較して、供試モータ(Mt)1の慣性値Jtが無視できない大きさの場合、供試側トルクτtによって実慣性5および供試モータ1自身の慣性を回転させることから、次の(数6)が成り立つ。
また、トルク検出部7は、実慣性5のみを回転させるトルクを検出することから、次の(数7)が成り立つ。
上記(数6)と(数7)とを比較すると、(数5)で表されるトルク検出誤差が存在することが分かる。すなわち、このトルク検出誤差を補正できることが、トルク検出補正部12による効果である。
Comparing the above (Equation 6) and (Equation 7), it can be seen that there is a torque detection error represented by (Equation 5). In other words, the effect of the torque
これにより、供試モータ(Mt)1の慣性値Jtに比べて、実慣性5の慣性値Jrを十分に大きく設計する必要がない。つまり、慣性値Jrを小さく設計し、モータ試験装置の設置スペースを小さくすることが可能となる。
As a result, it is not necessary to design the inertia value Jr of the
また、上記(c)および(d)のトルク検出部7を負荷側に設ける場合には、トルク検出補正部12は、負荷モータ(Mg)1の慣性値Jgを用いて、(数5)と同様に、トルク検出誤差を演算すればよい。
When the
図7は、本発明の実施例4に係るモータ試験装置の構成の一部を示す図である。図7では、図1に示す実施例1の構成と制御部分で同じ構成要素については省略している。また、図8は、実施例4で模擬対象とする車両の車両機構を示す図である。 Figure 7 is a diagram showing a part of the configuration of a motor testing device according to Example 4 of the present invention. In Figure 7, components that are the same as those in the control section of Example 1 shown in Figure 1 are omitted. Also, Figure 8 is a diagram showing the vehicle mechanism of the vehicle to be simulated in Example 4.
実施例4は、車両模擬回路11fを備えたもので、図1に示す実施例1の慣性模擬部11の構成要素である速度指令演算回路11aに替わる回路である。実施例1の速度指令演算回路11aでは、供試モータ(Mt)1に慣性値Jrの実慣性が接続された場合の挙動を模擬することを目的としたが、車両模擬回路11fでは、図8に示す車両機構が接続された場合の挙動を模擬することを目的とする。
The fourth embodiment includes a
図8に示す車両機構では、供試モータ(Mt)1の先にギア比Grのギア13を介して半径rで慣性Jwの車輪14を接続する。この車輪14には、質量Mbの車体15が接続され、車輪14が回転速度ωwで回転すると共に車体15が速度vbで移動する。
ここで、μは車輪14と接地面との間の摩擦係数、Wは車輪14と車体15の合計質量、Wgは車輪14が接地面に与える力、μWgは車輪14が接地面から受ける接線力を表す。
In the vehicle mechanism shown in Fig. 8, a
Here, μ represents the coefficient of friction between the
次に、図8に示す車両機構が、図7に示す車両模擬回路11fによって模擬されることを説明する。
図7に示す車両模擬回路11fの中のギア比乗算回路11f1は、図8に示すギア13のギア比Grに応じて供試側トルクτtがGr倍されることを模擬し、ギア比乗算回路11f2は、図8に示す車輪14の回転速度ωwがGr倍されて、供試モータ1の速度指令ωr
*となることを模擬している。
Next, it will be described how the vehicle mechanism shown in FIG. 8 is simulated by the
The gear ratio multiplication circuit 11f1 in the
車輪速度演算回路11f3は、図8に示す車輪14の慣性Jwに応じて、車輪14の回転速度ωwが定まることを模擬している。
The wheel speed calculation circuit 11f3 simulates that the rotation speed ωw of the
車輪半径乗算回路11f4は、車輪14の接地面に対する速度がrωwであることを模擬し、車輪半径乗算回路11f5は、車輪14に加わる接線力μWgのr倍がトルクとして車輪14にフィードバックされることを模擬している。
The wheel radius multiplication circuit 11f4 simulates that the speed of the
接地面に対する車輪14のすべり速度vsは、図7に示すように、車輪14の接地面に対する速度rωwと車体15の速度vbとの差分として演算される。
The slip velocity v s of the
また、摩擦係数演算回路11f6は、すべり速度vsに基づいて摩擦係数μを演算し、接線力演算回路11f7は、摩擦係数μに車輪14が接地面に与える力Wgを乗算することで車輪14に加わる接線力μWgを演算する。
In addition, the friction coefficient calculation circuit 11f6 calculates the friction coefficient μ based on the slip velocity vs , and the tangential force calculation circuit 11f7 calculates the tangential force μWg applied to the
車両速度演算回路11f8は、接線力μWgと車体15の走行抵抗Fdとの差分に基づいて、車両速度vbを演算し、車両抵抗演算回路11f9は、車両速度vbに基づいて走行抵抗Fdを演算する。 The vehicle speed calculation circuit 11f8 calculates the vehicle speed vb based on the difference between the tangential force μWg and the running resistance Fd of the vehicle body 15 , and the vehicle resistance calculation circuit 11f9 calculates the running resistance Fd based on the vehicle speed vb .
以上のように、車両模擬回路11fは、図8に示す車両機構を模擬し、車両模擬回路11fより出力される速度指令ωr
*に応じて負荷モータ2を制御する。これにより、供試モータ(Mt)1から見ると、あたかも図8に示す車両機構が接続された模擬を行うことができる。
As described above, the
また、供試モータ(Mt)1、負荷モータ(Mg)2および車両模擬回路11fを複数用意して、複数の供試モータ(Mt)1によって、それぞれに接続された車輪14を駆動し、その車輪14を複数備えた車体15を模擬してもよい。
In addition, multiple test motors (Mt) 1, load motors (Mg) 2, and
図8に示す車両機構では、摩擦係数μの変化によって車輪14が空転する場合がある。これは、図7に示す速度指令ωr
*が急増する場合であり、負荷モータ(Mg)2の速度制御によって回転速度ωrも急増する。このとき、供試モータ(Mt)1の空転再粘着制御と呼ばれる制御技術の評価においては、空転を抑えるために供試側トルクτtが急峻に絞られる。このような場合であっても、本発明のトルク推定補正部10によれば、供試側トルクτtを高応答かつ高精度に推定することができ、意図したとおりに車両機構を模擬することができる。
In the vehicle mechanism shown in Fig. 8, the
以上、本発明の実施例1から4について説明したが、本発明は、上述した実施例1から4に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Although the first to fourth embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the first to fourth embodiments described above, and various modifications are possible without departing from the spirit and scope of the present invention.
1…供試モータ、2…負荷モータ、3…供試側インバータ、4…負荷側インバータ、
5…実慣性、6…電流検出部、7…トルク検出部、8…トルク推定部、
8a…三相二相変換回路、8b…電流・トルク換算回路、8c…微分回路、
8d…慣性値乗算回路、9…フィルタ部、
10…トルク推定補正部、10a…積分回路、11…慣性模擬部、
11a…速度指令演算回路、11b…速度制御回路、11c…トルク・電流換算回路、
11d…電流制御回路、11e…二相三相変換回路、12…トルク検出補正部、
12a…微分回路、12b…慣性値乗算回路、13…ギア、14…車輪、15…車体
1... test motor, 2... load motor, 3... test side inverter, 4... load side inverter,
5... actual inertia, 6... current detection unit, 7... torque detection unit, 8... torque estimation unit,
8a... Three-phase to two-phase conversion circuit, 8b... Current/torque conversion circuit, 8c... Differentiation circuit,
8d... inertia value multiplication circuit, 9... filter section,
10...torque estimation correction unit, 10a...integration circuit, 11...inertia simulation unit,
11a...speed command calculation circuit, 11b...speed control circuit, 11c...torque/current conversion circuit,
11d...current control circuit, 11e...two-phase to three-phase conversion circuit, 12...torque detection correction unit,
12a...differential circuit, 12b...inertia value multiplication circuit, 13...gear, 14...wheel, 15...vehicle body
Claims (8)
前記供試モータの側または前記負荷モータの側に設けられ、前記供試モータまたは前記負荷モータのトルクを検出してトルク検出値を出力するトルク検出部と、
前記トルク検出値をフィルタ処理してトルクフィルタ値を出力するフィルタ部と、
前記トルク検出部を設けた側の前記供試モータまたは前記負荷モータの電流検出値に基づくか、または、前記トルク検出部を設けない側の前記供試モータまたは前記負荷モータの電流検出値および角加速度並びに前記供試モータと前記負荷モータとを含む回転軸の慣性値に基づいて、前記供試モータまたは前記負荷モータのトルク推定値を出力するトルク推定部と、
前記トルク推定値を前記トルクフィルタ値に漸近させてトルク補正値を出力するトルク推定補正部と、
前記トルク補正値に基づいて前記負荷モータを制御する制御部と
を備えるモータ試験装置。 a current detection unit provided on the side of a test motor or on the side of a load motor that applies a load to the test motor, the current detection unit detecting a current of the test motor or the load motor and outputting a current detection value;
a torque detection unit provided on the side of the test motor or the side of the load motor, which detects the torque of the test motor or the load motor and outputs a torque detection value;
a filter unit that filters the torque detection value and outputs a torque filter value;
a torque estimation unit that outputs a torque estimation value of the test motor or the load motor based on a current detection value of the test motor or the load motor on the side where the torque detection unit is provided, or based on a current detection value and an angular acceleration of the test motor or the load motor on the side where the torque detection unit is not provided, and an inertia value of a rotating shaft including the test motor and the load motor;
a torque estimation correction unit that outputs a torque correction value by making the torque estimation value asymptotic to the torque filtered value;
a control unit that controls the load motor based on the torque correction value.
前記トルク推定補正部は、前記トルク推定値をフィードフォワード側、前記トルクフィルタ値をフィードバック側とする二自由度制御系を構成する
ことを特徴とするモータ試験装置。 2. The motor testing device according to claim 1,
The motor testing device according to the present invention, wherein the torque estimation correction unit constitutes a two-degree-of-freedom control system in which the torque estimation value is on the feedforward side and the torque filter value is on the feedback side.
前記制御部は、前記負荷モータの速度指令演算回路を有し、
前記速度指令演算回路は、前記トルク補正値と所定の慣性値とに基づいて、前記負荷モータの速度指令値を演算する
ことを特徴とするモータ試験装置。 3. The motor testing device according to claim 1,
The control unit has a speed command calculation circuit for the load motor,
The motor testing device according to claim 1, wherein the speed command calculation circuit calculates a speed command value for the load motor based on the torque correction value and a predetermined inertia value.
前記制御部は、車両模擬回路を有し、
前記車両模擬回路は、前記トルク補正値から、ギア比を持って前記供試モータと車両の車輪とを連結するギア、当該車輪および当該車輪を接続した車体それぞれに関する物理量並びに前記車輪の回転速度に基づいて、前記負荷モータの速度指令を演算する
ことを特徴するモータ試験装置。 3. The motor testing device according to claim 1,
The control unit has a vehicle simulation circuit,
A motor testing device characterized in that the vehicle simulation circuit calculates a speed command for the load motor from the torque correction value based on a gear that connects the test motor to the vehicle wheels with a gear ratio, physical quantities related to the wheels and the vehicle body to which the wheels are connected, and the rotational speed of the wheels.
前記供試モータまたは前記負荷モータの角加速度と前記供試モータまたは前記負荷モータの慣性値とに基づいてトルク検出補正値を演算して前記トルク検出値に加算するトルク検出補正部をさらに備える
ことを特徴とするモータ試験装置。 5. A motor testing device according to claim 1,
A motor testing apparatus further comprising a torque detection correction unit that calculates a torque detection correction value based on the angular acceleration of the test motor or the load motor and the inertia value of the test motor or the load motor, and adds the torque detection correction value to the torque detection value.
前記供試モータまたは前記負荷モータのトルク検出値をフィルタ処理してトルクフィルタ値を求め、
トルク検出を行う側の前記供試モータまたは前記負荷モータの電流検出値に基づくか、または、当該トルク検出を行わない側の前記供試モータまたは前記負荷モータの電流検出値および角加速度並びに前記供試モータと前記負荷モータとを含む回転軸の慣性値に基づいて、前記供試モータまたは前記負荷モータのトルク推定値を算出し、
前記トルク推定値を前記トルクフィルタ値に漸近させてトルク補正値を求め、
前記トルク補正値に基づいて前記負荷モータを制御する
ことを特徴とするモータ試験方法。 Detecting a current of a test motor or a load motor that applies a load to the test motor;
A torque filter value is obtained by filtering the torque detection value of the test motor or the load motor.
Calculating a torque estimate of the test motor or the load motor based on a current detection value of the test motor or the load motor on the side where torque detection is performed, or based on a current detection value and an angular acceleration of the test motor or the load motor on the side where torque detection is not performed, and an inertia value of a rotating shaft including the test motor and the load motor;
obtaining a torque correction value by making the torque estimated value asymptotic to the torque filtered value;
a torque compensation value for compensating for a torque applied to a load motor;
前記トルク補正値を、前記トルク推定値をフィードフォワード側、前記トルクフィルタ値をフィードバック側とする二自由度制御系を用いて、前記トルク推定値を前記トルクフィルタ値に漸近させることにより求める
ことを特徴とするモータ試験方法。 7. A motor testing method according to claim 6, comprising the steps of:
A motor testing method, characterized in that the torque correction value is obtained by using a two-degree-of-freedom control system in which the torque estimated value is on the feedforward side and the torque filter value is on the feedback side, and making the torque estimated value asymptotic to the torque filtered value.
前記供試モータまたは前記負荷モータの角加速度と前記供試モータまたは前記負荷モータの慣性値とに基づいてトルク検出補正値を演算して前記トルク検出値に加算する
ことを特徴とするモータ試験方法。 8. A motor testing method according to claim 6 or 7, comprising:
A motor testing method comprising: calculating a torque detection correction value based on the angular acceleration of the test motor or the load motor and the inertia value of the test motor or the load motor, and adding the correction value to the torque detection value.
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