[发明专利]发动机台架系统控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机台架系统控制系统，其中待测试的发动机被直接耦接到作为能量吸收器的测力计，并且测量发动机的各种特性，以及具体地涉及用于测力计的转矩控制。

背景技术

图13示出了一种发动机台架系统。在图13中，发动机E/G与变速箱TIM(具有离合器的AT或者MT)相结合，所述变速箱TIM通过耦接轴与测力计DY相连接。发动机E/G配置有用于控制油门开度的油门传动机构ACT。

另一方面，测力计DY配置有转速检测器PP和转矩检测器(测力传感器，load cell)LC。基于该检测器的检测信号来控制测力计DY的速度或者转矩。利用控制器(测力计控制器)C(多个)通过PID控制来实现上述控制。图13示出了转矩控制的情况，其中控制器C(多个)在计算部分处进行设置的转矩输入和测力计DY的测量转矩之间的差的PID计算，并且基于所述计算结果通过控制逆变器INV的输出来执行测力计DY的转矩控制。

在执行测力计的PID控制的发动机台架系统中，发动机可能会产生脉动转矩，其可能会导致耦接轴由于共振而毁坏。存在一种用于防止该共振破坏的控制系统，其中在发动机、耦接轴和测力计构成的机械系统的共振点被设置为等于或者低于所述发动机产生的脉动转矩的频率的同时，对测力计进行PID控制。然而，如果机械系统的共振点被设置为等于或者低于发动机的脉动转矩频率，则执行具有高速响应的速度控制或者轴转矩控制是非常困难的。

申请人已经提出了一种利用μ设计方法的轴转矩控制系统，其是鲁棒性控制设计理论中的一种，该设计方法在抑制轴共振的情况下对于发动机台架系统来说是一种稳定且高速的轴转矩控制系统(例如，参见专利文件1和2)。根据μ设计方法，实际系统的每个扰动的幅值可以用结构的奇异值μ来表示。在专利文献1中，在设计控制器期间，确定每个扰动的幅值以满足鲁棒性的稳定性和鲁棒性的性能条件，并且其被结合到所述控制器中以构成所述控制器的传递函数。

专利文献1：日本专利No.3775284

专利文献2：日本专利申请公开No.2003-121307

发明内容

利用μ设计方法的轴转矩控制系统通常需要两个操作，即，(1)被控对象的建模，以及(2)确定加权函数。加权函数的确定需要反复试验。

专利文献2中提出的方法确保了相对于轴的弹簧刚度波动的某种程度的鲁棒性。然而，在弹簧刚度显著地变化的情况下，例如，从约100Nm/rad到约3000Nm/rad的情况下，很难实现基于μ设计方法的稳定的转矩控制。

本发明的一个目的在于提供一种发动机台架系统控制系统，其能够提供共振抑制效果，并且即使在轴的弹簧刚度显著变化的情况下也能够执行稳定的控制。

以下描述根据本发明的控制系统的原理。通常发动机台架系统的机械系统可以表示为多惯量(两个或更多惯量)的机械系统模型。本发明的目的在于一种能够被近似为二惯量系统的发动机台架系统。图14示出了机械系统模型。在该模型中，假定测力计通过耦接轴与发动机直接耦接。

图14所示的机械系统模型的每个部分的物理量被表示为：J1：发动机惯性力矩；J2：测力计惯性力矩；K12：耦接轴的弹簧刚度；T12：耦接轴的扭转转矩(轴转矩)；ω1：发动机角速度；ω2：测力计角速度；以及T2：测力计转矩，利用拉普拉斯算子s由以下公式(1)至(3)表示所述发动机台架系统的运动公式。

J1×s×ω1＝T12          …(1)

T12＝(K12/s)×(ω2-ω1)  …(2)

J2×s×ω2＝-T12+T2      …(3)

在本发明中，轴转矩指令值(T12的指令值)被表示为T12r，并且基于由以下公式(4)表示的传递函数来控制测力计转矩T2。该公式(4)包括：具有积分系数K_I的积分环节，用于对轴转矩指令T12r和测量的轴转矩T12之间的差(T12r-T12)进行积分计算；具有微分系数K_D的微分环节，用于利用一阶延迟(时间常数f₁)对测量的轴转矩T12进行微分计算；以及比例环节K_P，用于利用一阶延迟(时间常数f₁)对测量的轴转矩T12进行比例计算。该公式通过从所述积分环节减去微分环节和比例环节来获得转矩控制信号T2。