DE112016006222T5

DE112016006222T5 - Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE112016006222T5
Application number: DE112016006222.2T
Authority: DE
Inventors: Kota Teramoto; Shinsuke Kadoi; Sho KATO
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2018-09-27
Also published as: JP6490246B2; JPWO2017122296A1; US20190039460A1; WO2017122296A1; US11312242B2

Abstract

Eine Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug weist eine Spannungssteuerungseinheit zum Steuern einer Ausgangsspannung eines Umrichters und eine Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 zum Berechnen eines Rotationsgeschwindigkeitsschätzwerts eines elektrischen Motors auf. Die Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 weist eine Ausgangsgeschwindigkeitsschätzeinheit 201 zum Ausgeben eines Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwerts ω, eine Stabilgeschwindigkeitsschätzeinheit 202 zum Ausgeben eines Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω, eine Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 203 zum Berechnen eines Korrekturkoeffizienten k basierend auf dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ωund einer Sicherheitsgeschwindigkeit ω, und eine Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit 22 zum Speichern des Korrekturkoeffizienten k in einer Speichereinheit 204 und Berechnen einer Korrekturgeschwindigkeit ωdurch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten k mit der Sicherheitsgeschwindigkeit ωauf.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug, die einen Leistungswandler zum Zuführen von Leistung zu einem elektrischen Motor steuert, der ein elektrisches Schienenfahrzeug ohne einen Sensor antreibt.
Hintergrund
Patentliteratur 1 offenbart eine Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug mit einem Wagengeschwindigkeitsfrequenzkonverter der eine Ausgabe eines Wagengeschwindigkeitssensors nutzt, der permanent in einem Fahrzeug des elektrischen Schienenfahrzeugs installiert ist, als eine Sicherheitsgeschwindigkeit (eine Definition von „Sicherheitsgeschwindigkeit“ wird später beschrieben werden) und wandelt die Ausgabe in eine Rotationsfrequenz eines Induktionsmotors um und weist einen Begrenzer auf, der verhindert, dass ein Schätzwert einer Rotorrotationsfrequenz einer Rotorrotationsfrequenzberechnungseinheit von einem Steuerungsbereich abweicht, basierend auf einer Ausgabe von dem Wagengeschwindigkeitsfrequenzkonverter.
Gemäß der Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, kann der Begrenzer verhindern, dass der Schätzwert der Rotorrotationsfrequenz sich von dem Steuerungsbereich entfernt. Daher wird eine Instabilität einer Steuerung in einem Prozess vom Ausrollen des elektrischen Schienenfahrzeugs zum Neustart eliminiert, und Antriebscharakteristiken mit hoher Stabilität und hoher Verlässlichkeit können erlangt werden.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-324998
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Jedoch hat die Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, ein System, das eine Sicherheitsgeschwindigkeit nutzt, sogar obwohl die Steuerungseinrichtung des elektrischen Schienenfahrzeugs eine sensorlose Steuerung durchführt. Die Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug hat ein Problem darin gehabt, dass wenn ein Fehler zwischen der Sicherheitsgeschwindigkeit einer tatsächlichen Geschwindigkeit (im Folgenden als „tatsächliche Motorgeschwindigkeit“ bezeichnet) des elektrischen Motors zum Antreiben des elektrischen Schienenfahrzeugs (richtig als „Motor“ im Folgenden bezeichnet) sich erhöht, eine Begrenzerverarbeitung einer geschätzten Geschwindigkeit, die ursprünglich zur Verbesserung der Verlässlichkeit einer Geschwindigkeitsschätzung durchgeführt wird, eine genaue Geschwindigkeitsschätzung verhindert, und dieses bewirkt eine Verschlechterung der Genauigkeit der Geschwindigkeitsschätzung.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf das Voranstehende gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug zu erlangen, die dazu in der Lage ist, eine Verschlechterung in der Genauigkeit einer Geschwindigkeitsschätzung sogar in einem System, das eine Sicherheitsgeschwindigkeit benutzt, zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Um das voranstehende Problem zu lösen und die Aufgabe zu lösen, weist eine Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug zum Steuern eines Leistungswandlers, der einem elektrischen Motor zum Antreiben eines elektrischen Schienenfahrzeugs ohne einen Sensor Leistung zuführt, gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: eine Spannungssteuerungseinheit, die eine Ausgangsspannung des Leistungswandlers steuert; und eine Geschwindigkeitsschätzeinheit, die einen Rotationsgeschwindigkeitsschätzwert des elektrischen Motors berechnet. Die Geschwindigkeitsschätzeinheit weist Folgendes auf: eine Ausgangsgeschwindigkeitsschätzeinheit, die einen Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert ausgibt; eine Stabilgeschwindigkeitsschätzeinheit, die einen Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ausgibt; eine Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit, die einen Korrekturkoeffizienten basierend auf dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert und einer Sicherheitsgeschwindigkeit berechnet, die eine Geschwindigkeitsinformation von außerhalb ist, die in einem Satz von elektrischen Schienenfahrzeugen gespeichert ist; und eine Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die den Korrekturkoeffizienten in einer Speichereinheit speichert und eine Korrekturgeschwindigkeit durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit der Sicherheitsgeschwindigkeit berechnet.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Effekt zum Unterdrücken einer Verschlechterung einer Genauigkeit einer Geschwindigkeitsschätzung sogar wenn ein System verwendet wird, das eine Sicherheitsgeschwindigkeit nutzt, erlangt werden.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Gesamtsystems, das eine Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist.
2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Geschwindigkeitsschätzeinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
3 zeigt ein Diagramm, das einen Übergang von Geschwindigkeitsinformation darstellt, die zur Steuerung eines elektrischen Schienenfahrzeugs genutzt wird oder zur Darstellung in dem elektrischen Schienenfahrzeug.
4 zeigt ein Diagramm, das Betriebsprofil gemäß der verwandten Technik in einem Fall zeigt, wenn ein Fehler zwischen Sicherheitsgeschwindigkeit und einer tatsächlichen Motorgeschwindigkeit bewirkt ist.
5 zeigt ein Diagramm, das ein Betriebsprofil gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Fall zeigt, wenn eine Korrekturgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt während eines Leistungsfahrtbetriebs berechnet wird.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf der Korrekturkoeffizientenberechnung in der Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
7 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration der Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
8 zeigt ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Hardwarekonfiguration der Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Zuerst, bevor begonnen wird, die Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben, werden Bedeutungen von Hauptbegriffen klargestellt, die hier verwendet werden.
(Sicherheitsgeschwindigkeit)
Eine Sicherheitsgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit, die von einem Wagengeschwindigkeitssensor, der permanent in einem Fahrzeug eines elektrischen Schienenfahrzeugs installiert ist, erlangt wird. Als der Wagengeschwindigkeitssensor, ist ein Pulserzeuger (PG; engl. pulse generator) -Sensor, der an ein nicht antreibendes Rad des Fahrzeugs, das als Hinterrad bezeichnet wird, im Allgemeinen verwendet. Geschwindigkeitsinformation, die durch den PG-Sensor erlangt wird, wird durch ein Zuginformationsmanagementsystem zum Managen von Zuginformation als Geschwindigkeitsinformation eines Satzes von elektrischen Schienenfahrzeugen gespeichert, und die Geschwindigkeitsinformation wird für einen Betrieb oder eine Sicherheit des Zugs genutzt. Aus einem Blickpunkt einer Steuerungseinrichtung ist die Sicherheitsgeschwindigkeit als Geschwindigkeitsinformation positioniert, die von außerhalb erlangt wird. Da Raddurchmesser des Hinterrads eines Antriebsrad, das ein Hauptantriebsrad ist, verschieden voneinander sind, streng genommen, fällt die Sicherheitsgeschwindigkeit nicht notwendigerweise mit einer Rotationsgeschwindigkeit des Motors (richtig hier als „Motorgeschwindigkeit“ nachstehend bezeichnet) zusammen. Daher ist die Sicherheitsgeschwindigkeit nicht ausreichend, um die Motorgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit zu steuern, und der Motor wird durch Schätzen einer Geschwindigkeit gesteuert, indem zusätzlich ein in dem Motor fließender Strom (richtig hier nachstehend als „Motorstrom“ bezeichnet) erfasst wird. In einigen Fällen ist der Wagengeschwindigkeitssensor an dem Antriebsrad angebracht, um direkt die Geschwindigkeit des Antriebsrads zu erfassen. Dieses Verfahren wird als Sensorsteuerungsverfahren bezeichnet. Ein Verfahren auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist ein Verfahren, das nicht direkt die Geschwindigkeit des Antriebsrads erfasst und wird als ein sensorloses Steuerungsverfahren bezeichnet.
(Stabilgeschwindigkeitsschätzung)
In dem sensorlosen Steuerungsverfahren ist eine Stabilgeschwindigkeitsschätzung eine Verarbeitung oder ein Verfahren zum Schätzen der Motorgeschwindigkeit durch Nutzen eines Spannungsbefehls des Motors und des von einem Stromsensor erlangen Motorströme. Wenn ein Umrichter zum Antreiben des Motors „gating“ ist und kontinuierlich in einem Leistungsfahrzustand oder einem regenerativen Zustand ist, wird eine Algorithmussequenz zur Stabilgeschwindigkeitsschätzung angewendet. Der Begriff „stabil“ wird dazu genutzt, den Begriff von „Ausgangsgeschwindigkeitsschätzung“ zu unterscheiden, die nachfolgend beschrieben ist.
(Ausgangsgeschwindigkeitsschätzung)
Wenn das elektrische Schienenfahrzeug in einem Ausrollzustand ist, ist der Umrichter in einem „Gate-Aus“-Zustand. Wenn der Umrichter von diesem Zustand neu gestartet wird, ist es notwendig, den Umrichter „Gate an“ zu schalten, während eine Ausgangsspannungsfrequenz des Umrichters eingestellt wird, gleich der Motorgeschwindigkeit zu sein. Während des Ausrollens, da der Motor nicht angeregt ist und die Geschwindigkeit nicht geschätzt werden kann, wird eine Algorithmussequenz für die Ausgangsgeschwindigkeitsschätzung dazu vorbereitet, den Umrichter neu zu starten um nicht Überstrom oder Ähnliches zu erzeugen.
(Raddurchmesserfehler)
Da das Antriebsrad leer rotieren kann, wenn Leistung auf eine Schiene übertragen wird, wird eine Abnutzung des Antriebsrads erhöht. Jedoch ist eine Abnutzung des Hinterrads bzw. Laufrads geringer als die des Antriebsrads. Zusätzlich kann eine Wartung zum Schneiden der Räder durchgeführt werden, um keinen Unterschied zwischen den Durchmessern der Räder eines einzelnen Fahrzeugs zu bewirken. Aus diesen Gründen wird ein Unterschied zwischen den Durchmessern, d.h. der Raddurchmesserfehler, in den Rädern des Satzes der Fahrzeuge bewirkt.
Hiernach wird die Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehende Ausführungsform beschränkt. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall als Beispiel beschrieben, in dem ein elektrischer Motor ein Induktionsmotor ist. Jedoch erübrigt es sich zu sagen, dass Hauptteile der vorliegenden Erfindung auf einen elektrischen Synchronmotor angewendet werden können.
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Gesamtsystems, das die Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach der vorliegenden Ausführungsform aufweist. In 1 weist die Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Spannungssteuerungseinheit 3, einen Gate-Ansteuerungsschaltkreis 8 und eine Geschwindigkeitsschätzeinheit 20. Der Gate-Ansteuerungsschaltkreis 8 erzeugt ein Gate-Ansteuerungssignal zum Treiben eines Schaltelements 1a eines Umrichters 1, der eine Komponente des elektrischen Schienenfahrzeugs ist, und gibt das Signal an den Umrichter 1 aus. Die Spannungssteuerungseinheit 3 erzeugt ein PWM-Signal zum Ausführen einer Pulsweitenmodulation (PWM)-Steuerung an dem Umrichter 1, der ein Leistungswandler ist, und gibt das PWM-Signal an den Gate-Ansteuerungsschaltkreis 8 aus. Die Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 erzeugt einen Geschwindigkeitsschätzwert ω_e, der einen Rotationsgeschwindigkeitsschätzwert eines elektrischen Motors 2 ist, unter Nutzung einer Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b und gibt den Wert an die Spannungssteuerungseinheit 3 aus.
Als Nächstes wird das elektrische Schienenfahrzeug beschrieben. Ein Hochpotentialseitenverbindungsanschlussende des Umrichters 1 ist elektrisch mit einer Oberleitungskontaktleitung 11 mittels eines Stromabnehmers 15, und eine Niedrigpotentialseitenverbindungsende des Umrichters 1 ist elektrisch mit einer Schiene 18 über ein Rad 16 verbunden. Der Umrichter 1 ist ein Leistungswandler, der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom mit einer veränderlichen Spannung und einer veränderlichen Frequenz wandelt. Eine Wechselstromseite des Umrichters 1 ist mit dem elektrischen Motor 2 verbunden, der ein Induktionsmotor ist. Der Umrichter 1 treibt den elektrischen Motor 2 an. Der elektrische Motor 2 treibt ein Antriebsrad 17 an, das mit dem elektrischen Motor 2 über ein Getriebe 10 gekoppelt ist, um eine Antriebskraft auf das elektrische Schienenfahrzeug zu beaufschlagen. Ein Stromerfasser 4 ist zwischen dem Umrichter 1 und dem elektrischen Motor 2 bereitgestellt. Der Stromerfasser 4 erfasst Motorströme i_u, i_v und i_w, die Phasenströme sind, die in dem elektrischen Motor 2 fließen. Die Phasenströme i_u, i_v und i_w, die durch den Stromerfasser 4 erfasst werden, werden in die Spannungssteuerungseinheit 3 eingegeben. In 1 ist als Beispiel ein Elektrisches, mit Gleichstrom betriebenes Schienenfahrzeug als Beispiel dargestellt. Jedoch bedarf es keiner Erwähnung, dass die vorliegende Erfindung auch auf ein Elektrisches, mit Wechselstrom betriebenes Schienenfahrzeug angewendet werden kann.
Eine detaillierte Konfiguration der Spannungssteuerungseinheit 3 ist in 1 dargestellt. Wie in 1 dargestellt ist, weist die Spannungssteuerungseinheit 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Strombefehlerzeugungseinheit 31, eine Schlupffrequenzberechnungseinheit 32, eine Spannungsbefehlberechnungseinheit 33, ein Integrator 34, eine PWM-Steuerungseinheit 35 und einen Koordinatenwandler 36 auf.
Der Koordinatenwandler 36 wandelt die Motorströme i_u, i_v und i_w, die durch den Stromerfasser 4 erfasst wurden, in zwei Achsen eines dq-Achsenrotationskoordinatensystems um und berechnet einen d-Achsenstrom i_d und einen q-Achsenstrom i_q. Hier werden die d-Achse und die q-Achse jeweils als eine magnetische Fluss-Achse und eine Momentenachse bezeichnet und beide Achsen sind in Bezug auf Vektoren senkrecht zueinander.
Die Strombefehlerzeugungseinheit 31 berechnet ein q-Achsenstrombefehl i_q* der ein Momentenachsenstrombefehl ist, und einen d-Achsenstrombefehl i_d*m, der ein magnetischer Fluss-Achsenstrombefehl ist, basierend auf einem magnetischen Fluss-Befehl Φ* und einem Momentenbefehl T_m* gemäß der folgenden Formeln (1) und (2). $i_{d} * = Φ * / M$
$i_{q} * = (L2 \times T_{m} *) / (M \times Φ_{m} *)$
In den Formeln (1) und (2) gibt das Bezugszeichen M eine gegenseitige Induktivität an und das Bezugszeichen L2 gibt eine Sekundärinduktivität an.
Die Schlupffrequenzberechnungseinheit 32 berechnet eine Schlupffrequenz f_s, die auf die d-Achsenstrombefehl i_d* und die q-Achsenstrombefehl i_q*-Ausgabe von der Strombefehlerzeugungseinheit 31 gemäß der Formel (3) beaufschlagt. In dem Beispiel in 1 wird eine Schlupfgeschwindigkeit ω_s ausgegeben, die durch Multiplizieren der Schlupffrequenz f_s durch 2n erlangt wird, um später in Bezug auf eine Ausgabe von der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20, die später beschrieben wird, in Bezug gesetzt zu werden. $f_{s} = (R2 \times i_{q} *) / (2 π \times L2 \times i_{q} *)$
In der Formel (3) gibt das Bezugszeichen R2 einen Sekundärwiderstand an und das Bezugszeichen L2 gibt eine Sekundärinduktivität an.
Gemäß der Formeln (4) und (5) empfängt die Spannungsbefehlberechnungseinheit 33 den d-Achsenstrombefehl i_d* und den q-Achsenstrombefehl i_q*, die von der Strombefehlerzeugungseinheit 31 berechnet wurden, die d-Achsenstrom i_d- und die q-Achsenstrom i_q-Ausgabe von dem Koordinatenwandler 36, eine Winkelfrequenz ω_i, die durch die Spannungssteuerungseinheit 3 erzeugt ist und in der Spannungssteuerungseinheit 3 als Eingaben genutzt ist und berechnet einen d-Achsenspannungsbefehl v_d* und einen q-Achsenspannungsbefehl v_q* basierend auf diesen Eingaben. Die Winkelfrequenz ω_i wird später im Detail beschrieben. $v_{d} * = R1 \times i_{d} * - ω_{i} \times σ \times L1 \times i_{q} * + (K_{p} + K_{i} / s) \times (i_{d} * - i_{d}^{*})$
$v_{q} * = R1 \times i_{q} * - ω_{i} \times σ \times L1 \times i_{d} * + (K_{p} + K_{i} / s) \times (i_{d} * - i_{d}^{*})$
In den Formeln (4) und (5) gibt das Bezugszeichen R1 einen Primärwiderstand, das Bezugszeichen L1 eine Primärinduktivität und das Bezugszeichen L2 eine Sekundärinduktivität an. Des Weiteren gibt das Bezugszeichen K_p eine Stromsteuerungs-Proportionalerhöhung und das Bezugszeichen K_i eine Stromsteuerungs-Integralerhöhung an. Zusätzlich gibt das Bezugszeichen σ eine Streuinduktivität an, die durch die folgende Formel (6) angegeben ist. $σ=1− (M \times M) / (L1 \times L2)$
Der Integrator 34 berechnet eine Phase θ_i durch Integrieren einer Eingangswinkelfrequenz ω_i. Wie in 1 dargestellt kann die Winkelfrequenz ω_i durch Addieren der Schlupfgeschwindigkeit ω_s und des Geschwindigkeitsschätzwerts ω_e, der durch die Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 erzeugt ist, die später im Detail beschrieben wird, erzeugt werden.
Basierend auf der Phase θ_i, die durch den Integrator 34 berechnet ist, und den d-Achsenspannungsbefehl v_d* und den q-Achsenspannungsbefehl v_q*, der durch die Spannungsbefehlberechnungseinheit 33 berechnet ist, erzeugt die PWM-Steuerungseinheit 35 das PWM-Signal, das genutzt wird, eine PWM-Steuerung auf das Schaltelement 1a des Umrichters 1 auszuführen.
Als Nächstes wird die Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 beschrieben. Die Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 empfängt den d-Achsenspannungsbefehl v_d* und den q-Achsenspannungsbefehl v_q*, der durch die Spannungsbefehlberechnungseinheit 33 berechnet ist, den d-Achsenstrom i_d und den q-Achsenstrom i_q, die Ausgaben des Koordinatenwandlers 36 sind, und die Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b als Eingaben und erzeugt den Geschwindigkeitsschätzwert ω_e des elektrischen Motors 2 basierend auf diesen Eingaben und gibt den erzeugten Wert an die Spannungssteuerungseinheit 3 aus. Wie voranstehend beschrieben wurde, wird die Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b eingegeben als die Geschwindigkeitsinformation eines Zugs von elektrischen Schienenfahrzeugen. Die Geschwindigkeitsinformation, die durch ein Zuginformationsmanagementsystem, das nicht dargestellt ist, gemanagt werden, Geschwindigkeitsinformation von einem Wagengeschwindigkeitssensor, der nicht dargestellt ist und an dem Hinterrad angebracht ist, und dergleichen werden beispielhaft angegeben. In der folgenden Beschreibung wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem die Geschwindigkeitsinformation von dem Wagengeschwindigkeitssensor eingegeben wird, der an das Hinterrad angebracht ist.
2 zeigt ein Blockdiagramm, das die detaillierte Konfiguration der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 darstellt, die in 1 dargestellt ist. Wie in 2 dargestellt ist, weist die Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ausgangsgeschwindigkeitsschätzeinheit 201, eine Stabilgeschwindigkeitsschätzeinheit 202, eine Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 203, eine Speichereinheit 204, einen Multiplizierer 205, einen Begrenzer 206 und einen Ausgangsschalter 207 auf. Die Speichereinheit 204 und der Multiplizierer 205 dienen als eine Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit 22.
Die Ausgangsgeschwindigkeitsschätzeinheit 201 empfängt den d-Achsenspannungsbefehl v_d*, den q-Achsenspannungsbefehl v_q*, den d-Achsenstrom i_d, und den q-Achsenstrom i_q als Eingaben und schätzt einen Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert ω_x basierend auf diesen Eingaben ab. Man beachte, dass ein Verfahren zum Schätzen des Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwerts ω_x gut bekannt ist und dass die detaillierte Beschreibung davon hier ausgelassen wird.
Die Stabilgeschwindigkeitsschätzeinheit 202 empfängt das dem d-Achsenspannungsbefehl v_d*, den q-Achsenspannungsbefehl v_q*, den d-Achsenstrom i_d und den q-Achsenstrom i_q als Eingaben und schätzt einen Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y basierend auf diesen Eingaben ab. Man beachte, dass ein Verfahren zum Schätzen des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω_y allgemein bekannt ist und die detaillierte Beschreibung davon wird ausgelassen.
Die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 203 empfängt die Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b und den Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y als Eingaben. Die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 203 berechnet einen Korrekturkoeffizienten k und speichert den Korrekturkoeffizienten k in der Speichereinheit 204. Der aktuellste Korrekturkoeffiziente k ist in der Speichereinheit 204 gespeichert und wird an dem Multiplizierer 205 ausgegeben. Ein typisches Beispiel des Korrekturkoeffizienten k ist ein Verhältnis zwischen dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y und der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b, d.h., ω_y/ω_b wird als der Korrekturkoeffizient k berechnet. Man beachte, dass der Korrekturkoeffizient k durch Ausführen einer Integralverarbeitung erlangt werden kann, wie später beschrieben wird. Des Weiteren muss die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 203 den Korrekturkoeffizienten k nicht in Echtzeit berechnen, eine Berechnungsfrequenz des Korrekturkoeffizienten k kann auf etwa einmal am Tag festgesetzt sein. Des Weiteren, da angenommen werden kann, dass der Raddurchmesser des Antriebsrads sich signifikant über mehrere Tage oder Wochen ändert, die Berechnungsfrequenz des Korrekturkoeffizienten k auf diese mehrere Tage oder Wochen festgesetzt werden. Die zu beachtenden Punkte in einem Fall, in dem der Zug fährt werden später beschrieben.
Zurück zu der Beschreibung der 2 gibt der Multiplizierer 205 einen Wert von kω_b, der durch Multiplizieren der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b mit dem Korrekturkoeffizienten k erlangt wurde, an den Begrenzer 206 als eine Korrekturgeschwindigkeit aus. In der 2 wird die Korrekturgeschwindigkeit, die eine korrigierte Sicherheitsgeschwindigkeit ist, durch ω_b' repräsentiert und das Verhältnis zwischen der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b und der Korrekturgeschwindigkeit ω_b' wird angegeben durch $ω b' = k ω_{b} .$
Der Begrenzer 206 empfängt den Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert ω_x und die Korrekturgeschwindigkeit ω_b' als Eingaben und bestimmt einen Schwellwert des Begrenzers 206 basierend auf diesen Eingaben. Basierend auf den festgesetzten Schwellwert erzeugt der Begrenzer 206 einen Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert ω_x', der innerhalb eines Begrenzungsbereichs begrenzt ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird, bezogen auf die Funktion des Begrenzers 206, ein Verfahren genutzt, wie es in Patentliteratur 1 offenbart ist. Details des Verarbeitens werden in Patentliteratur 1 offenbart. Daher wird eine detaillierte Beschreibung davon hier ausgelassen. Die gesamte oder Teile der Inhalte, die in Patentliteratur 1 offenbart sind, werden hier eingefügt und bilden einen Teil der vorliegenden Beschreibung aus.
Die Ausgabe des Begrenzers 206, d.h. der Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert ω_x' und der Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y, die innerhalb des Begrenzungsbereichs begrenzt sind, werden an den Ausgangsschalter 207 eingegeben. Die Ausgangsschalter 207 wählt einen von dem Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert ω_x' und dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y, die innerhalb des Begrenzungsbereichs begrenzt sind, aus und gibt den ausgewählten Wert als den Geschwindigkeitsschätzwert ω_e aus.
Eine ergänzende Beschreibung bezüglich eines Teils der Verarbeitung wird gemacht werden. Da der Korrekturkoeffizient k, der eine Ausgabe der Speichereinheit 204 ist, durch das Verhältnis des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω_y und der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b erlangt werden kann, sogar falls keine genaue Raddurchmesserinformation zum Zeitpunkt der Berechnung gibt, ist es möglich, einen Einfluss des Raddurchmesserfehlers herabzusetzen. Tatsächlich, falls nur Standardraddurchmesserinformationen vor einem Schneiden der Räder eingegeben wird, sogar wenn sich die Räder abnutzen, wenn der Zug fährt oder wenn die Räder zur Wartung geschnitten werden, folgt der Wert des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω_y der Abnutzung oder dem Schneiden. Daher wird der Korrekturkoeffizient konstant aktualisiert, um passend zu sein.
Als Nächstes wird die Bedeutung des Begriffs „Geschwindigkeit“ beschrieben werden. 3 zeigt ein Diagramm, das einen Übergang von Information darstellt, die ein Konzept der Geschwindigkeit aufweist und genutzt wird zum Darstellen oder Steuern des elektrischen Schienenfahrzeugs. Wenn die Geschwindigkeitsinformation des Hinterrads genutzt wird, wird zunächst die Ausgabe des PG-Sensors, der in das Hinterrad angebracht ist, erlangt und die Ausgabe des PG-Sensors wird in Einheiten der Rotationsgeschwindigkeit des Hinterrads konvertiert. Als Einheit der Rotationsgeschwindigkeit des Hinterrads werden „Hz“, „rad/s“ und Ähnliches genutzt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Hinterrads wird in Einheiten der Wagengeschwindigkeit durch Nutzen des Raddurchmessers des Hinterrads konvertiert. Die Wagengeschwindigkeit wird auf einem Bedienpanel angezeigt. Als Einheit der Wagengeschwindigkeit werden „m/s“, „km/h“ und Ähnliches genutzt.
Zusätzlich gibt es einen Fall, in dem die Wagengeschwindigkeit in Einheiten der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsrads durch Nutzung des Raddurchmessers des Antriebsrads konvertiert werden. Als Einheit der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsrads werden „Hz“, „rad/s“ und Ähnliches genutzt. Zusätzlich gibt es einen Fall, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsrads in Einheiten einer mechanischen Motorgeschwindigkeit und einer elektrischen Motorgeschwindigkeit durch Nutzen des Raddurchmessers des Antriebsrads, eines Getriebeverhältnisses und der Anzahl von Paaren von Motorpolen konvertiert wird. Als Einheiten der mechanischen Motorgeschwindigkeit und der elektrischen Motorgeschwindigkeit werden „Hz“, „rad/s“ und Ähnliches genutzt.
Wie voranstehend beschrieben, existieren bei der Anzeige oder der Steuerung des elektrischen Schienenfahrzeugs eine Mehrzahl von Begriffen, die das Konzept der Geschwindigkeit aufweisen. Jedoch entsprechen diese Begriffe bzw. Ausdrücke einander 1:1 und Einheiten werden zwischen den Ausdrücken konvertiert. Daher kann jeder Ausdruck als die Sicherheitsgeschwindigkeit verwendet werden.
Als Nächstes wird Betrieb von Hauptteilen der Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform und ein Effekt der Steuerungseinrichtung des elektrischen Schienenfahrzeugs werden mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt ein Diagramm zum Beschreiben gegenwärtiger Probleme und stellt ein Betriebsprofil in einem Fall dar, in dem ein Fehler zwischen der Sicherheitsgeschwindigkeit und tatsächlichen Motorgeschwindigkeit existiert. 5 zeigt ein Diagramm zum Beschreiben des Betriebs der Steuerungseinrichtung des elektrischen Schienenfahrzeugs gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zur 4. 5 stellt ein Betriebsprofil in einem Fall dar, in dem die Korrekturgeschwindigkeit an einem bestimmten Zeitpunkt während eines Leistungsfahrtbetriebs berechnet wird. In 4 und 5 repräsentiert eine Kurve K1, die durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, die tatsächliche Motorgeschwindigkeit, eine Kurve K2, die durch alternierende lange und kurze Striche angegeben ist, repräsentiert die Sicherheitsgeschwindigkeit und eine Kurve K3, die durch eine gestrichelte Linie angegeben ist, repräsentiert eine geschätzte Geschwindigkeit.
Als Erstes wird das in 4 dargestellte Betriebsprofil beschrieben. In einem Leistungsfahrtabschnitt von dem Nullstart zu einem Stopp des Umrichters ist ein Effekt des Raddurchmesserfehlers klein in einem Geschwindigkeitsbereich, in dem die Geschwindigkeit relativ gering ist und der Fehler beeinflusst die Ausgangsgeschwindigkeitsschätzung nicht sehr viel. Auf der anderen Seite, in dem Leistungsfahrtabschnitt, wird der Effekt des Raddurchmesserfehlers groß in einem Geschwindigkeitsbereich, in dem die Geschwindigkeit relativ schnell ist, ein Fehler zwischen der Sicherheitsgeschwindigkeit und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit nimmt zu. In einem Ausrollabschnitt von dem Stopp des Umrichters zum Neustart (auch bezeichnet als „Wieder-Leistungsfahrt“), wird ein Motormoment gesteuert Null zu sein, und der Motorstrom fließt nicht oder ist gering. Daher wird im Allgemeinen die Geschwindigkeit nicht geschätzt. Falls eine Wieder-Leistungsfahrt in diesem Zustand durchgeführt wird, wie in 4 dargestellt ist, besteht ein Problem darin, dass eine Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass die Ausgangsgeschwindigkeitsschätzung zum Zeitpunkt des Neustarts fehlgeht, weil ein großer Fehler zwischen der Sicherheitsgeschwindigkeit und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit bewirkt ist und der Begrenzungsbereich der geschätzten Geschwindigkeit in einem Bereich von Δv begrenzt ist, wie in 4 dargestellt ist, durch Verarbeiten des Begrenzers.
Im Gegensatz, in dem Betriebsprofil, das in 5 dargestellt ist, wird in einem Leistungsfahrtabschnitt von dem Nullstart zu dem Stopp des Umrichters die Berechnungsverarbeitung der Korrekturgeschwindigkeit ausgeführt. Das Betriebsprofil in 5 ist verschieden von dem in 4 in diesem Punkt. Wie in 5 dargestellt, falls die Berechnungsverarbeitung der Korrekturgeschwindigkeit an einem bestimmten Zeitpunkt in dem Leistungsfahrtabschnitt ausgeführt wird, nimmt der Fehler zwischen der Sicherheitsgeschwindigkeit und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit ab, und die Sicherheitsgeschwindigkeit wird an die tatsächliche Motorgeschwindigkeit angenähert. Sogar falls die Verarbeitung den Ausrollabschnitt in diesem Zustand erreicht, ist der Fehler gering. Daher, wie in 5 dargestellt, kann ein Neustart mit einem geringen Fehler ausgeführt werden, und der Begrenzungsbereich der geschätzten Geschwindigkeit durch die Begrenzerverarbeitung bewirkt keinen nachteiligen Effekt. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Ausgangsgeschwindigkeitsschätzung zum Zeitpunkt des Neustarts fehlgeht, kann deutlich verringert werden. Da der Neustart mit einem kleinen Fehler ausgeführt werden kann, kann der Begrenzer weggelassen werden, um die Konfiguration zu vereinfachen. Zusätzlich kann ein gewisser Zeitpunkt Zeitpunkt sein, wenn eine stabile zugewiesene Geschwindigkeit größer als ein erster Wert ist. Zum Beispiel kann der erste Wert auf einen Wert von 40% oder 60% der Maximalgeschwindigkeit basierend auf der Maximalgeschwindigkeit des elektrischen Schienenfahrzeugs auf einer bestimmten Route oder in einem bestimmten Reiseabschnitt festgesetzt werden.
Des Weiteren in dem Betriebsprofil in 5, wird die Berechnungsverarbeitung der Korrekturgeschwindigkeit in dem Leistungsfahrtabschnitt durchgeführt. Jedoch kann die Berechnungsverarbeitung in dem Ausrollabschnitt durchgeführt werden. In dem Ausrollabschnitt wird die Wagengeschwindigkeit gewöhnlicherweise dazu gesteuert, konstant zu sein. Daher ist es zu erwarten, dass eine Änderung in der Sicherheitsgeschwindigkeit abnimmt und eine Berechnungsgenauigkeit der Korrekturgeschwindigkeit höher wird. Man beachte, dass ein Fall, in dem ein Momentenstrombefehl auf Null gesetzt ist oder ein Fall, in dem eine Beschleunigung Null ist im Wesentlichen gleich mit einem Fall sind, in dem die Wagengeschwindigkeit konstant ist. Daher ist ein solcher Zeitpunkt geeignet als ein Zeitpunkt zum Durchführen der Berechnungsverarbeitung.
Speziell in der Ausführungsform in der die Geschwindigkeitsinformation, die die durch ein externes System gemanagt ist, nicht die Information des Wagengeschwindigkeitssensors, als die Sicherheitsgeschwindigkeit empfangen ist, beinhaltet eine Sicherheitsgeschwindigkeitsaktualisierung einen Zeitversatz aufgrund einer Übertragungsverzögerung. Daher, falls die Berechnungsverarbeitung der Korrekturgeschwindigkeit während einer Beschleunigung ausgeführt wird, kann der Fehler der Korrekturgeschwindigkeit sich vergrößern. Sogar in einem solchen Fall, wenn die Wagengeschwindigkeit konstant ist, wird die Korrekturgeschwindigkeit nicht durch die Übertragungsverzögerung beeinflusst. Demgemäß kann eine Vergrößerung des Fehlers der Korrekturgeschwindigkeit vermieden werden.
In einem Fall in dem die Berechnungsverarbeitung der Korrekturgeschwindigkeit in dem Ausrollabschnitt durchgeführt wird, in 5, wird der Betrieb des Umrichters 1 gestoppt, wenn der Leistungsfahrtabschnitt in den Ausrollabschnitt wechselt. Jedoch kann die Berechnungsverarbeitung der Korrekturgeschwindigkeit durch geführt werden, während des Betriebs des Umrichters 1 für eine kurze Zeit fortgesetzt wird. Da eine Schätzungsverarbeitung der Stabilgeschwindigkeit mit dem Betrieb des Umrichters 1 verknüpft ist, sogar nachdem der Momentenbefehl von der Steuerungseinrichtung für das elektrische Schienenfahrzeug zu dem elektrischen Motor 2 Null geworden ist, falls der Betrieb des Umrichters 1 für eine kurze Zeit fortgesetzt wird, wird die Schätzungsverarbeitung der Stabilgeschwindigkeit fortgesetzt. Daher kann ein Effekt erlangt werden, dass die Berechnungsverarbeitung der Korrekturgeschwindigkeit ausgeführt werden kann in einen Zustand, in dem der Betrieb des Steuerungssystem stabil ist.
Als Nächstes wird ein Verarbeitungsablauf bezüglich der Berechnung des Korrekturkoeffizienten mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf der Korrekturkoeffizientenberechnung in der Steuerungseinrichtung für das elektrische Schienenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Es gibt einen gewissen Freiheitsgrad in Bezug auf eine Zeitdauer, in der der Berechnungszyklus des Flussdiagramms in 6 wiederholt wird, und der Berechnungszyklus kann gemäß einer Aktualisierungsfrequenz des Korrekturkoeffizienten und einer Möglichkeit einer CPU, die später beschrieben wird, bestimmt sein.
In 6 wird in Schritt S101 bestimmt, ob die Stabilgeschwindigkeitsschätzung gültig ist. Falls die Stabilgeschwindigkeitsschätzung nicht gültig ist (Schritt S101, Nein), setzt sich die Prozedur in Schritt S102 fort. In Schritt S102 werden sowohl ein Integralwert des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω_y, der in der Verarbeitung in Schritt S106, der später beschrieben wird, berechnet wurde und ein Integralwert der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b zurückgesetzt (was nachstehend als „Zurücksetzungsverarbeitung von einem Integralwert“ benannt wird), und die Prozedur kehrt zu der Verarbeitung in Schritt S101 zurück. Auf der anderen Seite, falls die Stabilgeschwindigkeitsschätzung gültig ist (Schritt S101, Ja), setzt sich die Prozedur mit Schritt S103 fort.
In Schritt S103 wird bestimmt, ob das elektrische Schienenfahrzeug ausrollt. Falls das elektrische Schienenfahrzeug nicht ausrollt (Schritt S103, Nein), setzt sich die Prozedur in Schritt S102 fort, um den Integralwert zurückzusetzen. Dann kehrt die Prozedur zu der Verarbeitung in Schritt S101 zurück. Auf der anderen Seite, falls das elektrische Schienenfahrzeug ausrollt (Schritt S103, Ja), setzt sich die Prozedur in Schritt S104 fort.
In Schritt S104 wird bestimmt, ob der kleinere von dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y und der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b größer ist als ein Bestimmungswert, in anderen Worten, ob beide von dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y und der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b größer als der Bestimmungswert sind. In einem Fall in dem der Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y und die Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b kleiner ist als der Bestimmungswert (Schritt S104, Nein), setzt sich die Prozedur in Schritt S102 fort und die Zurücksetzverarbeitung der Integralwerte wird durchgeführt. Dann, setzt sich die Prozedur in der Verarbeitung in Schritt S101 fort. Auf der anderen Seite, in einem Fall in dem beide von dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y und der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b größer als der Bestimmungswert (Schritt S104, Ja) sind, setzt sich die Prozedur in der Verarbeitung in Schritt S105 fort.
In Schritt S105 wird erfasst, ob eine Leerlaufrotation des elektrischen Schienenfahrzeugs vorliegt. Falls die Leerlaufrotation des elektrischen Schienenfahrzeugs erfasst ist (Schritt S105, Ja), setzt sich die Prozedur in der Verarbeitung in Schritt S102 fort und die Zurücksetzverarbeitung der Integralwerte wird ausgeführt. Dann, kehrt die Prozedur auf in der Verarbeitung in Schritt S101 zurück. Auf der anderen Seite, falls die Leerlaufrotation des elektrischen Schienenfahrzeugs nicht erfasst wird (Schritt S105, Nein), setzt sich die Prozedur in Schritt S106 fort.
In Schritt S106 werden der Integralwert des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω_y, der ein erster Integralwert ist und der Integralwert der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b, der ein zweiter Integralwert ist, aktualisiert.
In Schritt S107, eine vergangene Integrationszeit wird bestimmt. Falls die Integrationszeit nicht eine gewünschte verstrichene Zeit erreicht (Schritt S107, Nein), kehrt die Prozedur auf die Verarbeitung in Schritt S101 zurück. Auf der anderen Seite, falls die Integrationszeit die gewünschte vergangene Zeit (Schritt S107, Ja), erreicht, setzt sich die Prozedur in Schritt S108 fort und ein Verhältnis zwischen dem Integralwert des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω_y und des Integralwerts der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b wird berechnet als der Korrekturkoeffizient k. Dann wird der Verarbeitungsablauf in 6 beendet.
Gemäß des Prozessablaufs in 6, da der Korrekturkoeffizient k berechnet wird durch Nutzen des Integralwerts des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts ω_y und des Integralwerts der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b, sogar wenn ein abnormaler Wert in die Berechnung als Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y und die Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b hereinkommt, kann der Korrekturkoeffizient k fast, ohne durch einen abnormalen Wert beeinflusst zu sein, berechnet werden. Soll ein Effekt kann erzielt werden.
In dem Verarbeitungsablauf in 6, in einem Fall in dem das elektrische Schienenfahrzeug nicht ausrollt (Schritt S103, Nein), in einem Fall in dem eine von dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ω_y und der Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b kleiner ist als der Bestimmungswert (Schritt S104, Nein), und in einem Fall in dem die Leerlaufrotation des elektrischen Schienenfahrzeugs erfasst ist (Schritt S105, Ja) wird die Zurücksetzverarbeitung des Integralwerts durchgeführt. Jedoch nur die Daten zu dem Zeitpunkt können verworfen werden anstatt der Zurücksetzverarbeitung des Integralwerts. Mit solch einer Verarbeitung kann ein Effekt erzielt werden, dass die in der Vergangenheit erlangten Daten effektiv genutzt werden können.
Des Weiteren, in einem Fall in dem der Umrichter den Betrieb durch ein Betriebsbefehl während der Berechnung des Korrekturkoeffizienten stoppt, ist es bevorzugt, dass der Korrekturkoeffizient durch Nutzung nur des Integralwerts vor dem Stoppen des Betriebs des Umrichters berechnet werden kann, um den Korrekturkoeffizienten zu aktualisieren. Auf diese Weise ist es möglich, den Korrekturkoeffizienten ohne Verschwenden der integrierten Daten zu aktualisieren.
Letztendlich wird eine Hardwarekonfiguration der Spannungssteuerungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 beschrieben. 7 zeigt ein Blockdiagramm, das die Hardwarekonfiguration der Spannungssteuerungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 darstellt. In einem Fall in dem Funktionen der Spannungssteuerungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 durch Software realisiert werden, wie in 7 dargestellt, kann eine Konfiguration verwendet werden, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU: Central Processing Unit) 100 zum Durchführen von Berechnungen, ein Speicher 102 zum Speichern eines Programms, das durch die CPU 100 zu lesen ist, und eine Schnittstelle 104 zum Eingeben und Ausgeben von Signalen aufweisen. Die CPU 100 kann eine Einrichtung sein, die als Computereinrichtung bezeichnet wird, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein Prozessor, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder Ähnliches. Des Weiteren ist der Speicher 102 zum Beispiel ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher wie etwa ein Zufallszugangsspeicher (RAM, engl. Random Access Memory), ein Nurlesespeicher (ROM, engl. Read Only Memory), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer ROM (EPROM, engl. Erasable Programmable ROM), und ein elektrischer EPROM (EEPROM; Electrically EPROM), eine Magnetdiskette, eine flexible Diskette, eine optische Scheibe, eine Kompaktscheibe, eine Minidisk, eine digitale vielfältige Scheibe (DVD, engl. Digital Versatile Disc), eine Blu-ray (eingetragene Marke) Scheibe (BD; engl. Blu-ray disc) oder Ähnliches.
Insbesondere speichert der Speicher 102 Programme zum Ausführen der Funktionen der Spannungssteuerungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20. Die CPU 100 empfängt Informationen der Motorströme i_u, i_v und i_w, den d-Achsenstrombefehl i_d*, den q-Achsenstrombefehl i_q*, den d-Achsenstrom i_d, den q-Achsenstrom i_q, die Winkelfrequenz ω_i, das d-Achsenspannungsbefehl v_d*, den q-Achsenspannungsbefehl v_q*, die Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b und den Geschwindigkeitsschätzwert ω_e über die Schnittstelle 104.
In einem Fall in dem die Funktion der Spannungssteuerungseinheit 3 realisiert wird, wird ein Programm für die Spannungssteuerungseinheit 3 in dem Speicher 102 gespeichert und die CPU 100 führt das gespeicherte Programm aus um die Funktion der Spannungssteuerungseinheit 3 zu realisieren.
In einem Fall in dem die Funktion der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 realisiert ist, ist ein Programm für die Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 in dem Speicher 102 gespeichert und die CPU 100 führt das gespeicherte Programm aus, um die Funktion der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 auszuführen.
In einem Fall in dem die Funktionen der Spannungssteuerungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 mit der Hardware ausgeführt werden, kann in der 8 dargestellte Konfiguration genutzt werden. Gemäß 8 wird ein Verarbeitungsschaltkreis 103 bereitgestellt anstatt der CPU 100 und der Speicher 102, der in der 7 dargestellt ist. In einem Fall der in 8 dargestellten Konfiguration führt der Verarbeitungsschaltkreis 103 Berechnungen aus und empfängt Information von den Motorströmen i_u, i_v und i_w, den d-Achsenstrombefehl i_d*, den q-Achsenstrombefehl i_q*, den d-Achsenstrom i_d, den q-Achsenstrom i_q, die Winkelfrequenz ω_i, den d-Achsenspannungsbefehl v_d*, den q-Achsenspannungsbefehl v_q*, die Sicherheitsgeschwindigkeit ω_b und den Geschwindigkeitsschätzwert ω_e über die Schnittstelle 104.
Der Verarbeitungsschaltkreis 103 entspricht, zum Beispiel, einem einzelnen Schaltkreis, einem zusammengesetzten Schaltkreis, einem programmierten Prozessor, einem parallelprogrammierten Prozessor, einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASiC), einer feldprogrammierten Gate-Anordnung (FPGA, fieldprogrammable gate array) oder Kombination davon. Durch Konstruieren der Funktionen der Spannungssteuerungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 in dem Verarbeitungsschaltkreis 103 können die Funktionen der Spannungssteuerungseinheit 3 und der Geschwindigkeitsschätzeinheit 20 realisiert werden.
Die in der voranstehenden Ausführungsform angehenden Strukturen geben beispielhafte Inhalte der vorliegenden Erfindung an und können mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden. Des Weiteren können die angegeben Strukturen in der Ausführungsform teilweise ausgelassen werden und geändert werden ohne von dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung sich zu entfernen.
Bezugszeichenliste
1 Umrichter; 1a Schaltelement; 2 elektrischer Motor; 3 Spannungssteuerungseinheit; 4 Stromerfasser; 8 Gate--Ansteuerungsschaltkreis); 10 Getriebe; 11 Oberleitungskontaktleitung; 15 Stromabnehmer; 16 Rad; 17 Antriebsrad; 18 Schiene; 20 Geschwindigkeitsschätzeinheit; 22 Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit; 31 Strombefehlerzeugungseinheit; 32 Schlupffrequenzberechnungseinheit; 33 Spannungsbefehlberechnungseinheit; 34 Integrator; 35 PWM-Steuerungseinheit; 36 Koordinatenwandler; 100 CPU; 102 Speicher; 103 Verarbeitungsschaltkreis; 104 Schnittstelle; 201 Ausgangsgeschwindigkeitsschätzeinheit; 202 Stabilgeschwindigkeitsschätzeinheit; 203 Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit; 204 Speichereinheit; 205 Multiplizierer; 206 Begrenzer; 207 Ausgangsschalter.

Claims

Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug zum Steuern eines Leistungswandlers, der einem elektrischen Motor zum Antreiben eines elektrischen Schienenfahrzeugs ohne einen Sensor Leistung zuführt, wobei die Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug Folgendes aufweist: eine Spannungssteuerungseinheit, die eine Ausgangsspannung des Leistungswandlers steuert; und eine Geschwindigkeitsschätzeinheit, die einen Rotationsgeschwindigkeitsschätzwert des elektrischen Motors berechnet, wobei die Geschwindigkeitsschätzeinheit Folgendes aufweist: eine Ausgangsgeschwindigkeitsschätzeinheit, die einen Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert ausgibt; eine Stabilgeschwindigkeitsschätzeinheit, die einen Stabilgeschwindigkeitsschätzwert ausgibt; eine Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit, die einen Korrekturkoeffizienten basierend auf dem Stabilgeschwindigkeitsschätzwert und einer Sicherheitsgeschwindigkeit berechnet, die eine Geschwindigkeitsinformation von außerhalb ist, die in einem Satz von elektrischen Schienenfahrzeugen gespeichert ist; und eine Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die den Korrekturkoeffizienten in einer Speichereinheit speichert und eine Korrekturgeschwindigkeit durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten mit der Sicherheitsgeschwindigkeit berechnet.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, des Weiteren mit: einem Begrenzer, der den Ausgangsgeschwindigkeitsschätzwert innerhalb eines Begrenzungsbereichs begrenzt, wobei die Geschwindigkeitsschätzeinheit einen Schwellwert des Begrenzers basierend auf der Korrekturgeschwindigkeit bestimmt.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit die Korrekturgeschwindigkeit berechnet, wenn der Stabilgeschwindigkeitsschätzwert größer als ein erster Wert ist.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem Fall, in dem der Leistungswandler einen Betrieb aufgrund eines Betriebsbefehls während der Berechnung des Korrekturkoeffizienten stoppt, die Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit die Korrekturgeschwindigkeit durch Nutzung des Korrekturkoeffizienten berechnet, der mittels der vorherigen Berechnung erlangt wurde und in der Speichereinheit gespeichert ist.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit den Korrekturkoeffizienten basierend auf einem Verhältnis zwischen einem ersten Integralwert, der durch Integrieren des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts erlangt ist, und einem zweiten Integralwert, der durch Integrieren der Geschwindigkeitsinformation erlangt ist, berechnet.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei in einem Fall, in dem das elektrische Schienenfahrzeug nicht ausrollt, die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit den ersten Integralwert und den zweiten Integralwert zurücksetzt.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei in einem Fall, in dem in dem einer des Stabilgeschwindigkeitsschätzwerts und die Sicherheitsgeschwindigkeit kleiner als ein Bestimmungswert ist, die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit den ersten Integralwert und den zweiten Integralwert zurücksetzt.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei in einem Fall, in dem eine Leerlaufrotation des elektrischen Schienenfahrzeugs auftritt, die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit den ersten Integralwert und den zweiten Integralwert zurücksetzt.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei in einem Fall, in dem der Leistungswandler einen Betrieb durch einen Betriebsbefehl während der Berechnung des Korrekturkoeffizienten stoppt, die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit den Korrekturkoeffizienten basierend auf dem Berechnungsergebnis aktualisiert, bevor der Leistungswandler den Betrieb stoppt.
Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wenn ein Zustand des elektrischen Schienenfahrzeugs von einem Leistungsfahrzustand in einen Ausrollzustand gewechselt ist, die Korrekturgeschwindigkeitsberechnungseinheit die Korrekturgeschwindigkeit als Fortsetzen des Betriebs des Leistungswandlers berechnet, sogar nachdem ein Momentenbefehl des elektrischen Motors Null geworden ist.