CN1842432A - 电车控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种电车控制装置。从与各车轴速度对应的频率中提取最大频率和最小频率。从该最大频率减去最小频率得到第1频率偏差，同时将该第1频率偏差作为1次延迟信号输入得到第2频率偏差。再从所述第1频率偏差减去第2频率偏差得到空转检测设定偏差、同时得到按照频率等级判定车轮空转的空转检测设定值。比较所述空转频率偏差和空转检测设定值并输出空转检测信号、同时根据该空转检测信号计算交流电动机的转矩校正量。

Description

电车控制装置
技术领域
本发明涉及对用交流电动机驱动的电车进行车辆空转控制等的电车控制装置。
背景技术
电车通常依靠车轮与轨道间的粘附力来进行加速或减速，在交流电动机起动时，当施加大于上述粘附力的驱动力时，车轮就产生空转，另外，在制动时，若施加大于上述粘附力的制动力时，车轮就产生滑行。因此，很早就开始进行检测空转·滑行，减小交流电动机产生的转矩，通过迅速再次粘附从而提高电车的加减速性能。例如专利文献1中，首先，运算多台交流电动机转速的平均速度，根据该平均速度和各交流电动机转速之比，计算与各交流电动机连接的车轮轮径之差的校正量，接着，根据所述车轮轮径之差的校正量和平均速度，计算各控制单元中成为再粘附控制基准的基准速度。然后，在每台控制单元上根据所述平均速度和所控制的交流电动机的转速检测车轮的空转，每台控制单元根据基准速度和所控制的交流电动机转速之差，相应减小交流电动机的转矩进行空转再粘附控制。
专利文献1：特開2001-145207号公报(第3页、图1)
但在现有的电车控制装置中，如以上所述，因为根据交流电动机的平均速度和所控制的交流电动机转速，检测空转，根据基准速度和所控制的交流电动机转速之差，相应地对每台控制单元进行转矩控制，所以存在的问题是：需要平均速度运算单元或车轮轮径之差校正量运算单元，控制构成就变得复杂、
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种力求简化控制，同时能迅速进行处理的电车控制装置。
发明内容
本发明涉及的电车控制装置，对用逆变器进行转矩控制的多台交流电动机检测各自对应的车轴的车轴速度后，检测与车轴直接连接的车轴空转，包括：从与各车轴速度对应的频率中提取最大频率的高位优先运算单元；从与各车轴速度对应的频率中提取最小频率的低位优先运算单元；从最大频率减去最小频率计算第1频率偏差的第1减法器；将第1频率偏差作为一次延迟信号输入减法计算第2频率偏差的一次延迟单元；从第1频率偏差减去第2频率偏差计算空转频率偏差的第2减法器；输出根据频率等级判定车轮空转的、输出空转检测设定值的空转检测设定单元；比较所述空转频率偏差和空转检测设定值，在空转频率偏差大于空转检测设定值时，输出空转检测信号的空转检测单元；以及根据空转检测信号，计算交流电动机转矩校正量，指示逆变器进行转矩校正的转矩校正运算单元。
本发明具有以下的效果，即从第1频率偏差减去第2频率偏差，计算仅在空转时变化的空转频率偏差，通过比较空转频率偏差和空转检测设定值，输出空转检测信号，所以能不受车轮轮径之差的影响，在瞬间检测空转，能以简单的方法迅速而又正确地进行转矩校正控制。
附图说明
图1为表示实施本发明实施方式1的电车控制装置和逆变器及交流电动机间的关系用的构成图。
图2为表示实施本发明实施方式1的电车控制装置的方框图。
图3为说明图2中空转检测用的说明图。
图4为表示实施本发明实施方式2的电车控制装置的方框图。
图5为说明图4中空转检测用的说明图。
图6为表示实施本发明实施方式3的电车控制装置的方框图。
图7为说明图6中转矩图形切换用的说明图。
图8为表示实施本发明实施方式4的电车控制装置和逆变器及交流电动机间的关系的构成图。
图9为表示实施本发明实施方式4的电车控制装置的方框图。
图10为说明图9中空转检测用的说明图。
图11为表示实施本发明实施方式5的电车控制装置的方框图。
图12为说明图11中空转检测用的说明图。
图13为表示实施本发明实施方式6的电车控制装置的方框图。
图14为说明图13中空转检测用的说明图。
标号说明
3逆变器、4～7交流电动机、12电车控制装置、20高位优先运算单元、21低位优先运算单元、22第1减法器、23一次延迟单元、24第2减法器、25、35、38空转检测设定单元、26、36、39空转检测单元、27、29、37、40、45、48、51指令校正运算单元、28转矩指令运转单元、30矢量控制运算单元、31第1时间微分单元、32第2时间微分单元、33变换单元、34第2减法器、41制动指令信号、42制动力指令信号、43、46、49滑行检测设定单元、44、47、50滑行检测单元。
具体实施方式
实施方式1
图1为表示实施本发明实施方式1的电车控制装置和逆变器及交流电动机间的关系用的构成图。图1中，从架空线1通过集电器2汇集的直流功率供给逆变器3，变换成U相、V相及W相3相交流电。利用逆变器3的输出即3相交流功率，驱动感应电动机等电车用交流电动机。用脉冲发生器8～11检测出的各交流电动机4～7的转速N1～N4，输入电车控制装置12。另外，用电流检测器13～15检测出的交流电动机4～7的输入电流INU、INV、INW，输入电车控制装置12。再从驾驶台(图中未示出)向电车控制装置12，输入动力运行换档指令的驾驶台指令信号16及来自负载装置(图中未示出)的负载指令信号17。然后，利用电车控制装置12输出的q轴电流控制信号18，控制逆变器3的q轴电流。
图2为表示实施本发明实施方式1的电车控制装的方框图。图1及图2中，车轴速度运算单元19根据脉冲发生器8～11检测出的交流电动机4～7的转速N1～N4，计算与车轮(图中未示出)直接连接的车轴(图中未示出)的各车轴速度对应的频率FM1～FM4。高位优先运算单元20从FM1～FM4中提取与轮径最小的车轮直接连接的车轴的车轴速度对应的最大频率FMMAX。另外，低位优先运算单元21同样从FM1～FM4中提取最小频率FMMIN。另外，第1减法器22从最大频率FMMAX减去最小频率FMMIN计算第1频率偏差ΔFM1。
然后，第1频率偏差ΔFM1作为一次延迟信号输入一次延迟单元23，减法计算第2频率偏差ΔFM2。然后，第2减法器24从上述第1频率偏差ΔFM1减去第2频率偏差ΔFM2，计算空转频率偏差ΔFMS。
再从空转检测设定单元25输出按照频率等级判定空转的空转检测设定值ΔFMA1。然后，空转检测单元26比较空转频率偏差ΔFMS和空转检测设定值ΔFMA1，在空转频率偏差ΔFMS大于空转检测设定值ΔFMA1时，输出与两者之差对应的模拟量的空转检测信号26a。输入空转检测信号26a的转矩指令校正运转单元27根据空转检测信号26a计算转矩图形的转矩校正量ΔT。
另一方面，在电车动力运行时，将从驾驶台指示的动力运行换档对应的驾驶台指令信号16及与电车重量对应的负载指令信号17，输入转矩指令运算单元28。转矩指令运转单元28输出与根据两指令信号16、17向交流电动机4～7输出的转矩对应的转矩指令信号TP。然后，因转矩指令校正运转单元29只在发生空转时输出，所以从转矩指令信号TP减去转矩校正量ΔT，减小转矩指令校正信号TP1。然后，矢量控制运算单元30根据交流电动机4～7的输入电流INU、INV、INW及转矩指令校正信号TP1，计算与交流电动机4～7转矩对应的q轴电流输出q轴电流控制信号18。然后，逆变器3根据q轴电流控制信号18使转矩图形减少，进行空转再粘附控制。
在这样构成的电车控制装置12上，用将第1频率偏差ΔFM1作为输入的一次延迟单元23，计算因车轮轮径之差而变化的第2频率偏差ΔFM2，并在第2减法器24从第1频率偏差ΔFM1减去第2频率偏差ΔFM2仅在空转时计算变化的空转频率偏差ΔFMS。然后，由于通过用空转检测单元26空转频率偏差ΔFMS和ΔFMA1比较，进行空转检测，所以从图3示出的各信号频率—时间特性可知：不受车轮轮径之差的影响，能设定空转检测设定值ΔFMA1，在空转频率偏差ΔFMS大于空转检测设定值ΔFMA1时，作为发生空转进行检测，并能根据偏差相应进行空转再粘附控制。因此，就不需要计算交流电动机4～7的平均速度或计算车轮轮径校正量。因构成简化，所以能迅速进行处理。
实施方式2
图4为表示本发明实施方式2的电车控制装置12的方框图。图4中，16～22、28～30和实施方式1相同。
在图1及图4中，和实施方式1相同，第1减法器22计算第1频率偏差ΔFM1。当第1频率偏差ΔFM1输入第1时间微分单元31时，就从对于第1频率偏差ΔFM1的规定的时间测量开始时起，利用规定的时间t1期间的对时间微分计算第1时间变化量ΔFM1D。另外，第1频率偏差ΔFM1输入第2时间微分单元32，从规定的时间测量开始时起，利用比时间t1长的规定时间t2期间的对时间的微分计算假定时间变化量ΔFM2D(t2)。
然后，变换单元33将假定时间变化量ΔFM2D(t2)变换成时间t1的变化量输出第2时间变化量ΔFM2D。然后，第2减法器34从第2时间变化量ΔFM2D减去第1时间变化量ΔFM1D计算空转频率偏差ΔFMS。再从空转检测设定单元35输出按照频率等级判定空转的空转检测设定值ΔFMAD。然后，空转检测设定单元36在空转频率偏差ΔFMS大于空转检测设定值ΔFMAD时，输出与两者之差对应的模拟量的空转检测信号36a。
输入空转检测信号36a的转矩指令校正运转单元37根据空转检测信号36a，计算转矩图形的转矩校正量ΔT。以后与实施方式1相同，利用从转矩指令信号Tp减去转矩校正量ΔT的转矩指令校正信号TP1，通过矢量控制运算单元30向逆变器3供给q轴电流控制信号18。通过控制交流电动机4～7的q轴电流，进行空转再粘附控制。
在这样构成的电车控制装置12中，从时间t2期间的第2时间变化量减去时间t1期间的第1时间变化量，计算空转频率偏差ΔFMS，在空转频率偏差ΔFMS大于空转检测设定值ΔFMAD时，检测出空转后输出空转检测信号，从图5示出的各信号的频率—时间特性可知：不需要计算交流电动机4～7的平均速度或计算车轮轮径校正量。因控制构成简化所以能迅速进行处理。
实施方式3
图6为表示本发明实施方式3的电车控制装置12的方框图。在图1及图6中，16～24、28～30和实施方式1相同。
在图1及图6中，与实施方式1相同，第1减法器22计算第1频率偏差ΔFM1。上述第1频率偏差ΔFM1再输入一次延迟单元23，作为1次延迟信号计算第2频率偏差ΔFM2。然后，在第2减法器24上从第1频率偏差ΔFM1减去第2频率偏差ΔFM2计算空转频率偏差ΔFMS。然后，从空转检测设定单元38输出按照频率等级判定空转的空转检测设定值ΔFMA2。该实施方式中，空转检测设定值ΔFMA2如图7所示，设定成在与从低位优先运算单元21输入的车轴速度对应的频率到达规定值时(例如从交流电动机4～7的等加速度区域到达电动机特性区域时)，只与特性值例如电动机特性相对应切换加速度。
接着，空转检测单元39将空转频率偏差ΔFMS和空转检测设定值ΔFMA2进行比较，在空转频率偏差ΔFMS大于空转检测设定值ΔFMA2时，输出与两者之差对应的模拟量的空转检测信号39a。根据空转检测信号39a计算转矩图形的转矩校正量ΔT。以后与实施方式1相同，从转矩指令信号TP减去转矩校正量ΔT，利用转矩指令校正信号TP1通过矢量控制运算单元30对交流电动机4～7的q轴电流进行控制。
从图7示出的各信号的频率—时间特性可知：由于在交流电动机4～7的特性上，高速区加速性能为变化的，所以通过使空转检测设定值也与此相应变化，从而能更可靠地对高速区的空转进行检测。
在实施方式1至实施方式3中，对驱动4台交流电动机4～7的例子进行了说明，但可以期望：本发明对于驱动4台及4台以上交流电动机的情况，也能获得同样的效果。
实施方式4
以下的实施方式表示除了空转控制外还同样地进行滑行控制的例子。
图8为表示进行上述滑行控制时实施方式4的电车控制装置和逆变器及交流电动机间的关系的构成图。在图8中，1～15、18与实施方式1相同。
图8中与实施方式1相同，利用车辆制动器动作由脉冲发生器8～11检测出的各交流电动机4～7的转速N1～N4及由电流检测器13～15检测出的交流电动机4～7的输入电流INU、INV、INW输入电车控制装置12。再从驾驶台(图中未示出)向电车控制装置12输入制动指令信号41及从制动接收装置(图中未示出)向电车控制装置12输入与制动的量相当的制动力指令信号42。然后，利用自电车控制装置12输出的q轴电流控制信号18，对逆变器3的q轴电流进行控制。
图9为表示实施本发明实施方式4的电车控制装置的方框图。图9中，18～24、28～30与实施方式1相同。在图8及图9中，与实施方式1相同，第1减法器22计算第1频率偏差ΔFM1。上述第1频率偏差ΔFM1再输入一次延迟单元23，作为1次延迟信号计算第2频率偏差ΔFM2。然后，在第2减法器24上从第1频率偏差ΔFM1减去第2频率偏差ΔFM2，计算滑行频率偏差ΔFMS。然后，从滑行检测设定单元43输出按照频率等级判定滑行的滑行，检测设定值ΔFMA3。然后滑行检测单元44将滑行频率偏差ΔFMS1和滑行检测设定值ΔFMA1进行比较，在大于滑行检测设定值ΔFMA3时，输出与两者之差对应的模拟量的滑行检测信号44a。输入滑行检测信号44a的转矩指令校正运转单元45根据滑行检测信号44a，计算转矩图形的转矩校正量ΔT。
另一方面，在电车制动之际，在向转矩指令运转单元28输入与驾驶台指示的动力运行换档对应的制动指令信号41及从制动接收装置向转矩指令运转单元28输入与电车的制动力相当的制动力指令信号42。转矩指令运转单元从两指令信号41、42，输出与向交流电动机4～7输出的转矩对应的转矩指令信号TP。以后与实施方式1相同，利用从转矩指令信号TP减去滑行时发生的转矩校正量ΔT的转矩指令校正信号TP1，通过矢量控制运算单元30对交流电动机的q轴电流进行控制。
这样，即使在制动器正在动作的滑行中，利用将第1频率偏差ΔFM1作为输入的一次延迟单元23计算因车轮轮径之差而变化的第2频率偏差ΔFM2，在第2减法器24从第1频率偏差ΔFM1减去第2频率偏差ΔFM2计算仅在滑行时变化的滑行频率偏差ΔFMS1。然后，在滑行频率偏差ΔFMS1大于滑行检测设定值ΔFMA3时，滑行检测单元44检测出滑行输出滑行检测信号，所以从图10示出的各信号的频率—时间特性可知：不需要计算交流电动机4～7的平均速度或计算车轮轮径校正量。在简化控制构成的同时，能迅速进行处理。
实施方式5
图11为表示实施本发明实施方式5的电车控制装置的方框图。
图11中，18～22、28～30与实施方式1相同，31～34与实施方式2相同，而41、42与实施方式4相同。
在图1、图4、图9、图11中，与实施方式1相同，用第1减法器22计算第1频率偏差ΔFM1。另外，与实施方式2相同，，当第1频率偏差ΔFM1输入第1时间微分单元31时，就从对于第1频率偏差ΔFM1的规定的时间测量开始时起，利用规定的时间t1期间的对时间的微分计算第1时间变化量ΔFM1D。另外第1频率偏差ΔFM1输入第2时间微分单元32，利用从规定的时间测量开始时起，比时间t1长的规定的时间t2期间的对时间的微分，计算假定时间变化量ΔFM2D(t2)。
然后，变换单元33将假定时间变化量ΔFM2D(t2)变换成时间t1的变化量输出第2时间变化量ΔFM2D。然后，第2减法器34从第2时间变化量ΔFM2D减去第1时间变化量ΔFM1D，计算滑行频率偏差ΔFMS1。再从滑行检测设定单元46输出按照频率等级判定滑行的滑行检测设定值ΔFMAD1。然后，在滑行频率偏差ΔFMS1大于滑行检测设定值ΔFMAD1时，滑行检测单元47输出与两者之差对应的滑行检测信号47a。
输入滑行检测信号47a的转矩指令校正运算单元48根据滑行检测信号47a，计算转矩图形的转矩校正量ΔT。以后与实施方式1相同，利用从转矩指令信号TP减去转矩校正量的转矩指令校正信号TP1，通过矢量控制运算单元30将q轴电流控制信号18供给逆变器3，通过对交流电动机4～7的q轴电流进行控制，从而进行滑行再粘附控制。
在这样构成的电车控制装置12中，从时间t2期间的第2时间变化量减去时间t 1期间的第1时间变化量，计算滑行频率偏差ΔFMS1，在滑行频率偏差ΔFMS1大于滑行检测设定值ΔFMAD1时，检测出滑行输出滑行检测信号，所以从图12示出的各信号的频率—时间特性可知：即使在车辆的制动器动作中发生滑行时，依旧不需要计算交流电动机4～7的平均速度或计算车轮轮径校正量。在简化控制构成的同时，能迅速进行处理。
实施方式6
图13为表示实施本发明实施方式6的电车控制装置的方框图。
图13中，16～24、28～30与实施方式1相同，41～42与实施方式3相同。
在图1、图9、图13中，与实施方式1相同，第1减法器22计算第1频率偏差ΔFM1。再将上述1第1频率偏差ΔFM1输入一次延迟单元23，作为一次延迟信号计算第2频率偏差ΔFM2。然后，在第2减法器24从第1频率偏差ΔFM1减去第2频率偏差ΔFM2，计算滑行频率偏差ΔFMS1。然后滑行检测设定单元41，输出按照频率等级判定滑行的滑行检测设定值ΔFMA4。该实施方式6中滑行检测设定值ΔFMA4如图13所示，设定成在与从高位优先运算单元20输入的车轴速度对应的频率达到规定值时(例如从交流电动机4～7的等加速度区到达电动机特性区域时)，仅与规定值例如电动机特性相对应切换加速度。
然后，滑行检测单元50将滑行频率偏差ΔFMS1和滑行检测设定值ΔFMA4进行比较，在滑行频率偏差ΔFMS1大于滑行检测设定值ΔFMA4时，输出与两者之差对应的模拟量的滑行检测信号50a。根据滑行检测信号50a，计算转矩图形的转矩校正量ΔT。以后与实施方式1相同，从转矩指令信号TP减去转矩校正量ΔT，利用转矩指令校正信号TP1通过矢量控制运算单元30对交流电动机4～7的q轴电流进行控制。
从图14示出的各信号的频率—时间特性可知：利用交流电动机4～7的特性，在高速区因其减速性能变化，故通过滑行检测设定值ΔFMA4也能与此相应变化，从而能更可靠地检测车辆在高速区、制动器动作中发生的滑行。
在实施方式4至实施方式6中，对驱动4台交流电动机4～7的例子进行了说明，但可以期望：本发明对于驱动4台及4台以上交流电动机的情况，也能得到同样的效果。

Claims (7)

1.一种电车控制装置，对用逆变器进行转矩控制的多台交流电动机检测各自对应的车轴的车轴速度后，检测与车轴直接连接的车轴空转，其特征在于，包括：
从与所述各车轴速度对应的频率中提取最大频率的高位优先运算单元；
从与所述各车轴速度对应的频率中提取最小频率的低位优先运算单元；
从所述最大频率减去所述最小频率计算第1频率偏差的第1减法器；
将所述第1频率偏差作为一次延迟信号输入、减法运算第2频率偏差的一次延迟单元；
从所述第1频率偏差减去所述第2频率偏差计算空转频率偏差的第2减法器；
输出根据频率等级判定所述车轮空转的、输出空转检测设定值的空转检测设定单元；
比较所述空转频率偏差和所述空转检测设定值，在所述空转频率偏差大于所述空转检测设定值时，输出空转检测信号的空转检测单元；以及
根据所述空转检测信号，计算所述交流电动机转矩校正量，指示所述逆变器进行转矩校正的转矩指令校正运算单元。
2.一种电车控制装置，对用逆变器进行转矩控制的多台交流电动机检测各自对应的车轴的车轴速度后，检测与车轴直接连接的车轴空转，其特征在于，
在用逆变器按照1台逆变器使与规定数量的主动轮轴对应的规定台数的感应电动机并联运转的电车控制装置中，包括：
从与各车轴速度对应的频率中提取最大频率的高位优先运算单元；
从与所述各车轴速度对应的频率中提取最小频率的低位优先运算单元；
从所述最大频率减去所述最小频率计算第1频率偏差的第1减法器；
从规定的时间测量开始时刻起，对规定的时间t1期间的所述第1频率偏差进行时间微分，计算第1时间变化量的第1时间微分单元；
从所述时间测量开始时刻起，对比所述规定时间t1长的规定时间t2期间的所述第1频率偏差进行时间微分，计算假定时间变化量的第2时间微分单元；
将所述假定时间变化量变换成所述时间t1的变化量，计算第2时间变化量的变换单元；以及
从所述第2时间变化量减去所述第1时间变化量，计算空转频率偏差的第2减法器；
输出根据频率等级判定所述车轮空转的空转检测设定值的空转检测设定单元；
比较所述空转频率偏差和所述空转检测设定值在所述空转频率偏差大于所述空转检测设定值时，输出空转检测信号的空转检测信号产生单元；以及
根据所述空转检测信号，计算所述交流电动机转矩校正量，指示所述逆变器进行转矩校正的转矩指令校正运算单元。
3.一种电车控制装置，对用逆变器进行转矩控制的多台交流电动机检测各自对应的车轴的车轴速度后，检测与车轴直接连接的车轴空转，其特征在于，包括：
从与所述各车轴速度对应的频率中提取最大频率的高位优先运算单元；
从与所述各车轴速度对应的频率中提取最小频率的低位优先运算单元；
从所述最大频率减去所述最小频率，计算第1频率偏差的第1减法器；
将所述第1频率偏差作为一次延迟信号输入、减法运算第2频率偏差的一次延迟单元；
从所述第1频率偏差减去所述第2频率偏差计算空转频率偏差的第2减法器；
输出根据频率等级判定所述车轮空转的空转检测设定，并在与所述车轴速度对应的频率到达规定值时，将所述空转检测设定值和规定值进行比较，所述空转频率偏差只将所述空转检测设定值减少规定值后输出的空转检测设定单元；
比较所述空转频率偏差和所述空转检测设定值，在所述空转频率偏差大于所述空转检测设定值时，输出空转检测信号的空转检测单元；以及
根据所述空转检测信号，计算所述交流电动机转矩校正量，指示所述逆变器进行转矩校正的转矩指令校正运算单元。
4.如权利要求3所述的电车控制装置，其特征在于，
在与所述车轴速度对应的频率从所述感应电动机的等加速度区到达电动机特性区域时，所述空转检测设定值与所述电动机特性对应切换。
5.如权利要求1所述的电车控制装置，其特征在于，
在车辆的制动器动作中检测分别和多台交流电动机对应的、与车轴直接连接的车轮处发生的滑行，并进行转矩控制。
6.如权利要求2所述的电车控制装置，其特征在于，
在车辆的制动器动作中检测分别和多台交流电动机对应的、与车轴直接连接的车轮处发生的滑行，并进行转矩控制。
7.如权利要求3所述的电车控制装置，其特征在于，
在车辆的制动器动作中检测分别和多台交流电动机对应的、与车轴直接连接的车轮处发生的滑行，并进行转矩控制。
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