JP2003153401A - 電気車の制御装置及び制御方法 - Google Patents
電気車の制御装置及び制御方法Info
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Abstract
うにし、不必要な電流検出手段を削減しコスト低減を図
ると共に、制御装置を的確に動作停止または動作継続を
維持できるようにする電気車の制御装置を提供する。 【解決手段】上記課題を解決するために、制御手段内部
に3相の判定用電流指示値を演算する判定用2相3相変
換手段15を有し、電流検出手段8からの電流検出値と
判定用電流指示値を偏差演算手段17で比較し、その結
果を異常判定手段18によって判定して目標指令演算手
段10に伝達し、駆動装置の動作停止または継続処置を
行う。
Description
に係り、特に交流電動機の電動機電流を検出する電流検
出手段の異常を検出する装置及び方法に関する。
流検出手段の異常を検出する制御装置については、例え
ば特開平9−172791号公報及び特開2000−1
16176号公報に記載されたものが知られている。
機に印加すべき電圧の電圧指令値または瞬時電流を示す
電流指令値により、電流センサにて検出された電動機の
電流値を参照しながら交流電動機を制御し、電流センサ
にて検出された電動機の電流値と、電圧指令より推定し
た電動機の電流の推定値または電流指令値と比較し、電
流センサもしくは関連する回路、電力系統に異常が生じ
ていると判断する技術が記載されている。
3相の交流電動機を制御し2相分の電流センサによって
2相分の電流を検出し、電流検出値をもとに残り1相の
電流を推定する第一の推定手段、電流の位相角と2相の
電流検出値より残り1相の電流を推定する第二の推定手
段によって各々第一の電流推定値と第二の電流推定値を
求め、それらの比較により電流センサの異常を判断する
技術が記載されている。
は、例えば特開平9−172791号公報に記載された
ものでは、交流である電流センサの検出値と、電動機に
印加すべき電圧指令値または瞬時電流指令値とを直接比
較する構成となっている。しかし制御装置では、モータ
に流れる電流そのものを指令に追従させるように、電流
センサで検出した電流検出値を帰還制御することも並行
して行っている。このような構成においては、電流検出
値と、電圧指令値もしくは瞬時電流指令値は比較参照さ
れながら制御されている構成であるので、電流センサも
しくは電力系統に異常が生じた場合、制御装置は電動機
に流れる電流を電圧指令値もしくは瞬時電流指令に追従
させようとする帰還制御を行うことになる。そのため、
例えば電流センサの出力ゲインが低下した場合などは、
制御装置での帰還制御によって電流センサの出力ゲイン
が低下した相について電圧指令値もしくは電流指令値に
追従させようと制御するため、結果としてその相には過
大な電流が流れるおそれがあり、また結果的には電流検
出値と指令値が釣り合ってしまう状況も考えられ、特に
電流センサの異常判定については考慮されていない点が
ある。
ては、同様に電流指令値と電流検出値は比較参照されな
がら帰還制御されており、異常判定に用いる電流推定値
は電流センサによる電流検出値を基にしている。このた
め、やはり電流センサに異常が生じた場合に、電流指令
と電流検出値が釣り合う状況が考えられ、電流センサの
異常が判定できない場合があると考えられる。
障状態それぞれにおいて適切に異常を判定できるように
した電気車の制御装置及び制御方法を提供することにあ
る。
3相分ある電流検出手段のうち1相分に異常が生じても
継続的に動作可能となるようにした電気車の制御装置及
び制御方法を提供することにある。
を各々個別に判断できるように構成することによって、
不必要な電流検出手段を削減し装置のコスト低減を図る
ことにある。
るための本発明の電気車の制御装置は、交流電動機の固
定子に供給する一次電流をq軸制御用電流指令値、d軸
制御用電流指令値に基づいて分離独立して制御するdq
軸ベクトル電流制御により行い、電流検出手段によって
前記交流電動機の一次電流を検出して電流フィードバッ
ク制御を行う電気車の制御装置であって、前記制御装置
は、指令値に基づき制御用電流指令値を生成し前記交流
電動機に供給すると共に前記電流検出手段で検出し電流
変換手段による変換を施して電流フィードバック制御を
行う運転処理部と、判定用の電流指令値を生成し、前記
電流検出手段の正常、異状の判定処理を行う判定処理部
により構成され、前記判定処理部は、前記q軸制御用電
流指令値及び前記d軸制御用電流指令値を基に、指令値
変換手段を用いて前記制御用電流指令値とは独立し前記
電流フィードバックの影響を受けない比較判定用の判定
用電流指令値を生成し、前記電流検出手段で検出し前記
電流変換手段による変換を施さない交流電流検出値と、
前記判定用電流指令値とを突き合わせて比較し、比較結
果がしきい値を越えている場合に前記電流検出手段が異
常であると判定する構成を有する、ことを特徴とする。
値は3相分のうち任意の組合せの2相分の演算を行い、
前記交流電流検出値は3相分のうち任意の2相分の検出
値であって、2相の前記判定用電流指示値と前記交流電
流検出値を各相個別に比較し、2相の内いずれか、もし
くは双方に異常があると判定した場合には前記電気車の
制御装置の動作を停止することを特徴とする。
値は3相分の演算を行い、前記交流電流検出値は3相分
の検出値であって、3相の前記判定用電流指示値と前記
交流電流検出値を各相個別に比較し、3相のうち1相に
異常があると判定した場合には、残り2相の前記交流電
流検出値を基に異常が発生した相の前記交流電流検出推
定値を演算生成し、前記電気車の制御装置の動作を制限
または継続することを特徴とする。
くは3相全てに異常があると判定した場合には、前記電
気車の制御装置の動作を停止することを特徴とする。
に供給する一次電流をトルク成分であるq軸電流成分を
q軸制御用電流指令値、励磁成分であるd軸電流成分を
d軸制御用電流指令値に基づいて分離独立して制御する
dq軸ベクトル電流制御により、前記交流電動機への前
記一次電流の振幅と位相を調節して前記交流電動機の速
度またはトルクの制御を行い、前記一次電流を電力変換
手段によって前記交流電動機に印加制御し、前記交流電
動機への前記一次電流を電流検出手段によって交流電流
検出値として検出する電気車の制御方法であって、前記
一次電流をq軸電流検出値及びd軸電流検出値として検
出変換し、前記q軸制御用電流指令値と前記q前記軸電
流検出値、前記d軸制御用電流指令値と前記d軸電流検
出値を各々突き合わせてフィードバック電流制御を行
い、前記q軸制御用電流指令値及び前記d軸制御用電流
指令値を基に、前記フィードバック制御の為の電流指令
値とは独立した比較判定用の判定用電流指令値を生成
し、前記電流検出手段で検出し変換を施さない交流電流
成分である前記交流電流検出値と、前記判定用電流指令
値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越え
ている場合に前記電流検出手段が異常であると判定す
る、ことにある。
の電流指令値とは独立した判定用電流指令値を生成し、
これと電流検出手段で検出し変換を施さない交流電流成
分である交流電流検出値とを比較判定するため、電流検
出手段の様々な故障状態それぞれにおいて適切に異常を
判定できる電気車の制御装置及び制御方法を提供するこ
とができる。
装置について、図示の実施の形態により詳細に説明す
る。図1は本発明の電気車の制御装置における第一の実
施例を示す図である。本発明の電気車の制御装置は、制
御手段4,電力変換手段5,電源6,電動機7等によっ
て構成されている。制御手段4にはマイクロコンピュー
タ41が備えられ、マイクロコンピュータ41にはCP
U42,メモリ手段43、異常検出手段44、入出力手
段45、A/D変換手段46が内包されている。メモリ
手段43には、電動機の運転制御や各種の異常検出処理
を行うためのプログラムが保持されている。
9が備えられており、検出した回転を回転信号33とし
てマイクロコンピュータ41に伝達する。マイクロコン
ピュータ41の内部では、アクセル検出手段1,ブレー
キ検出手段2、U相電流検出値30及びV相電流検出値
31の信号をA/D変換手段46によって検出し、CP
U42またはメモリ手段43に伝達する。前後進選択手
段3や回転検出信号33の信号は入出力手段45によっ
て検出を行い、同様にCPU42またはメモリ手段43
に伝達する。
電動機7に供給すべき電力の演算を行い、入出力手段4
5を介して電力変換手段5を駆動して電源6の電力を電
動機7に供給すべき電力へ変換し、電動機7にこの電力
を供給する。電動機7は供給された電力に応じて車両を
駆動する駆動力を発生し電気車の駆動を行う。
8によって電流として検出し、U相電流検出値30及び
V相電流検出値31としてマイクロコンピュータ41に
伝達され、電流フィードバック制御を行う。マイクロコ
ンピュータ41のCPU42には異常検出手段44も備
えられ、メモリ手段43からの信号やCPU42からの
アクセスに従い異常検出処理、特に電流検出手段8の異
常を検出する動作を行う構成としている。
ュータ41で実行処理される機能を、分かり易く説明す
るためにブロック化して示したものが図2である。図2
において、制御手段4は、指令値に基づき制御用電流指
令値を生成し、電動機7に供給すると共に電流フィード
バック制御を行う運転処理部と、判定用の電流指令値を
生成し、電流検出手段の正常、異状の判定処理を行う判
定処理部により構成される。
段10、電流制御手段11、2相3相変換手段12、P
WM生成手段13、3相2相変換手段14、電気角演算
手段19の各機能を含んでいる。一方、判定処理部14
は、判定用2相3相変換手段15、偏差演算手段17、
判定手段18の各機能を含んでいる。判定処理部は、偏
差演算手段17において、電流検出手段8によって電流
として検出し3相2相変換手段による変換を施さない電
流値と判定用2相3相変換手段15の出力とを比較し、
その結果に基づき判定手段18において電流検出手段の
異状の有無を判定する。
手段1,ブレーキ検出手段2,前後進選択手段3、また
電気角演算値37等の信号をもとに電動機7が発生すべ
き目標トルクまたは目標回転速度を求め、その目標値を
基に電動機7に供給すべき電流の指令であるq軸電流指
令22とd軸電流指令23を演算出力する。
よって検出され、U相電流検出値30、V相電流検出値
31として3相2相変換手段14に伝達される。3相2
相変換手段14では、検出された交流の電動機7の電流
をいわゆる直交座標系のdq軸電流値に変換し、q軸電
流検出値24とd軸電流検出値25を演算する。q軸電
流指令22とd軸電流指令23、q軸電流検出値24と
d軸電流検出値25はそれぞれ突き合わせの帰還制御を
行い、その結果を基に電流制御演算11にて電流制御
し、q軸電圧指令26とd軸電圧指令27を出力する。
この電流制御演算11の処理は通常の比例積分補償でも
良いし、また別の制御であっても同様の結果が得られる
ものである。
相3相変換手段12に入力され、ここで直交の2相座標
系から3相の電圧指令に変換が行われる。変換結果は3
相電圧指令28としてPMW生成手段13に伝達され、
電力変換手段5を駆動するためのPWM指令29が生成
され電力変換器5を動作させる。電力変換器5はPWM
指令29の信号を基にPWM変調を用いて電源6の電力
を電動機7に供給できる交流に変換し電動機7に供給す
る。先に述べたq軸電流指令22とd軸電流指令23
は、判定用2相3相変換手段15にも伝達される。判定
用2相3相変換手段15では、入力されたq軸電流指令
22とd軸電流指令23を基に座標変換を行い、交流の
成分であるU相判定用電流指令値34とV相判定用電流
指令値35を演算出力する。
おける、2相3相変換指示値の一例を示す図である。
らの電流検出値と突き合わせて比較するための値であ
り、この値は実際の電動機7への供給電流へは影響を及
ぼさない経路で生成される物である。よって、電流検出
手段8のいずれかに何らかの異常が生じてU相電流検出
値30、V相電流検出値31、W相電流検出値32の何
れが異常な値を示した場合でも、この帰還信号の影響を
受けることがない値として扱うことが出来る。その方法
は、q軸電流指令22とd軸電流指令23の値を基に式
(1)及び式(2)で示す様に、
5のスイッチングの周波数毎程度に高速多点に行っても
良いし、目標指令演算手段10の演算のタイミングと同
期して行っても良く、必ずしも交流の瞬時値を示す値で
ある必要は無い。
おける、2相3相変換指示値の第二の例を示す図であ
る。
2相3相の座標変換に基づく演算方法の他に、図4に示
す方法によっても求める事ができる、その方法は式
(3)及び式(4)に示すように、
3にて説明した事と同様に、電力変換手段5のスイッチ
ングの周波数毎に高速多点に行っても良いし、目標指令
演算手段10の演算のタイミングと同期して行っても良
く、必ずしも交流の瞬時値を示す値である必要は無い。
流指令値35は、q軸電流指令22とd軸電流指令23
から生成されるものであり、実際に電動機7に流れる電
流とは無関係の値であり、当然ながら電動機7に流れて
いる電流の状態の影響を受けないものである。
流指令値35は偏差演算手段17に伝達され、U相電流
検出値30とU相判定用電流指令値34、V相電流検出
値31とV相判定用電流指令値35がこの偏差演算手段
17にて比較される。
4とV相判定用電流指令値35及びU相電流検出値30
とV相電流検出値31それぞれの値を絶対値化し、U相
判定用電流指令値34とU相電流検出値30、V相判定
用電流指令値35とV相電流検出値31の差分を求めて
しきい値と比較しても良い。
相電流検出値30、V相判定用電流指令値35とV相電
流検出値31それぞれの組合せの差分を求めた結果を絶
対値化してしきい値と比較しても良い。あるいは、U相
判定用電流指令値34とU相電流検出値30、V相判定
用電流指令値35とV相電流検出値31の差分を求めた
結果を直接しきい値と比較しても良い。
比較する差分の値を、複数の差分演算結果の平均値を用
いてしきい値と比較する、あるいは差分演算の結果を一
次遅れフィルタ等でフィルタ処理した後に比較する等の
処置を行えば、ノイズ等による誤検出の可能性を低減す
ることもできる。
れる。異常判定手段18では偏差演算手段17にて求め
られた比較結果に基づき、U相とV相それぞれについて
しきい値と比較し、異常の有無を判定する。偏差がしき
い値以上である等の異常があった場合には、その相の電
流検出手段8の系統に異常が発生したものと判断して、
駆動装置モードフラグ21の設定を実行する。
置を停止させる状態に設定する。この駆動装置モードフ
ラグ21は目標指令演算手段10に伝達され、目標指令
演算手段10ではこの駆動装置モードフラグ21に従
い、駆動装置停止モードとなった場合には目標指令値の
演算中断、q軸電流指令22及びd軸電流指令23をリ
セットする等の処置を行い、駆動装置の動作を停止し電
動機7への電力供給を停止する動作を行う。
おける、偏差演算手段17の入力信号例を示す図であ
る。偏差演算手段17には、先に述べた電流検出手段8
からの信号であるU相電流検出値30、V相電流検出値
31,W相電流検出値32が入力される。また、2相3
相変換手段15によって先に述べた式(1)と式(2)
の演算、または式(3)と式(4)の演算に基づくU相
判定用電流指令値34、V相判定用電流指令値35,W
相判定用電流指令値36も入力される。この電流検出値
と電流指示値は偏差演算手段17にて比較を行われる。
には例えばU相判定用電流指令値34とU相電流検出値
30は比較的相似した波形となり、振幅及び位相につい
てもほぼ一致した波形を示す状態で動作する。ここでU
相の電流検出手段8に異常が生じた場合には、U相電流
検出値30の信号の振幅もしくは位相、あるいは振幅と
位相の両方がU相判定用電流指令値34と異なる状態が
生じる。偏差演算手段17では、このU相判定用電流指
令値34とU相電流検出値30の不一致を比較演算し、
結果を異常判定手段18に伝達して電流検出手段8の異
常判定を行うように動作する。また、この比較判定は他
のV相及びW相についても同様に行われ、各U,V,W
相は個別独立して比較判定を行うので、他の相の動作の
影響を受けずに各相の異常判定を行うことができる。
おける、2相の信号の異常判定方法を示すフローチャー
トを示す。まず処理7bにおいて、q軸電流指令22及
びd軸電流指令23の値を基にU相判定用電流指令値3
4及びV相判定用電流指令値35を算出する。次に処理
7cに電流検出手段8からの信号を基にU相判定用電流
指令値34及びV相判定用電流指令値35を取り込む。
次に処理7dにおいてU相判定用電流指令値34とU相
判定用電流指令値34より差分ΔIu、V相判定用電流
指令値35とV相判定用電流指令値35より差分ΔIv
を演算する。
V相判定用電流指令値35及びU相電流検出値30とV
相電流検出値31それぞれの値を絶対値化し、U相判定
用電流指令値34とU相電流検出値30、V相判定用電
流指令値35とV相電流検出値31の差分を求めてそれ
ぞれΔIu,ΔIvとしても良い。
相電流検出値30、V相判定用電流指令値35とV相電
流検出値31それぞれの組合せのの差分を求めた結果を
絶対値化して差分を求めて、それぞれΔIu,ΔIvと
しても良い。あるいは、U相判定用電流指令値34とU
相電流検出値30、V相判定用電流指令値35とV相電
流検出値31の差分を求めた結果をそれぞれ直接ΔI
u,ΔIvとしても良い。
演算結果の平均値を用いてΔIu,ΔIvとする、ある
いは差分演算の結果を一次遅れフィルタ等でフィルタ処
理した後にΔIu,ΔIvとする等の処置を行えば、ノ
イズ等による誤検出の可能性を低減することもできる。
ついて、処理7eにおいてしきい値との比較を行う。し
きい値との比較を行った結果がしきい値以上である場合
には、処理7fに進み、しきい値に達していない場合に
は処理7gに進む。しきい値以上か否かの判定について
は異常状態を積分し回数もしくは異常時間を判定に加え
ても良い。処理7fに進んだ場合には電流検出手段8に
異常が生じている状態であると判定できるので、駆動装
置モードフラグ21を駆動停止にセットし、電力変換手
段5及び電動機7の動作を停止させるように処置する。
処理7gに進んだ場合には電流検出手段8には異常が生
じていないと判断して良いので、駆動装置モードフラグ
21は通常動作にセットし、通常動作を継続させるよう
に動作させる。
うち2相分しか電流検出手段8が装備されていない場合
にはそのうち1個に異常が生じた場合を速やかに検知す
る事が出来、電力変換手段8と電動機7を速やかに動作
停止させることができ、電気車の制御装置の信頼性を向
上させることができる。また、電流検出手段8が2個し
か装備されていない場合であっても、各相の電流検出手
段8の異常を個別に診断できるようになるため、3相平
衡に基づく電流検出手段8の異常診断を行う必要がない
ので、余分な電流検出手段8の搭載が不要となるため電
気車の制御装置のコスト低減を図ることも可能である。
8の系統について、U相とV相それぞれに個別に異常を
診断することが可能となり、その判定結果を速やかに反
映して駆動装置を停止させることができる。また、U相
判定用電流指令値34及びV相判定用電流指令値35
は、電流検出手段8等に異常が発生しても、その電流検
出手段8の帰還信号に基づいて変化する値ではなく、目
標指令演算手段10によって演算されたq軸電流指令2
2とd軸電流指令23に基づく指示値である。電流検出
手段8の信号に基づくq軸電流検出値24とd軸電流検
出値25は電流検出手段8の信号が異常になるに伴って
不定な値を示すが、U相判定用電流指令値34及びV相
判定用電流指令値35は変化することがないので、この
U相判定用電流指令値34及びV相判定用電流指令値3
5とU相電流検出値30及びV相電流検出値31との比
較により、確実に異常を判定することが可能である。
出手段8が3相の内2相分の2個しか装備していない場
合であっても、いわゆる3相平衡の状態に基づく診断方
法に依っていないため各々の電流検出手段8の異常を個
別に判定できるので、不必要な電流検出手段8を搭載す
る必要がなく、装置のコストを削減する効果もある。
車の制御装置を示す図である。
はU相、V相、W相の3相すべてについて設けている。
この実施例においても同様に、q軸電流指令22とd軸
電流指令23を基にU相判定用電流指令値34,V相判
定用電流指令値35、W相判定用電流指令値36を判定
用2相3相変換手段15によって演算する。U相判定用
電流指令値34,V相判定用電流指令値35、W相判定
用電流指令値36は偏差演算手段17に伝達されてU相
電流検出値30とU相判定用電流指令値34、V相電流
検出値31とV相判定用電流指令値35、W相電流検出
値32とW相判定用電流指令値36がこの偏差演算手段
17にて比較される。比較した結果は異常判定手段18
に伝達される。異常判定手段18では偏差演算手段17
にて求められた比較結果に基づき、U相、V相、W相そ
れぞれについてしきい値と比較し、異常の有無を判定す
る。
った場合には、その相の電流検出手段8の系統に異常が
発生したものと判断して、駆動装置モードフラグ21を
発生させると同時に、モードデータ20を生成し電流選
択手段16に伝達する。電流選択手段16では、モード
データ20が示すデータに基づき、電流検出手段8の異
常が3相のうち1相である場合には、異常が発生した相
については2相分の信号から3相平衡の式、 Iu+Iv+Iw=0 ・・・式(5) に基づき、異常が発生した相について演算した電流検出
値を代替演算し、3相2相変換手段14に伝達する処理
を行う。電流検出手段8が3相のうち2相以上に異常が
発生している場合には、電流選択手段16では代替演算
は行わない。この場合には駆動装置モードフラグ21に
より目標指令演算手段10によって駆動装置停止の措置
が行われる。
検出手段8に発生した異常が3相のうち1相だけであっ
た場合には、その異常な相の検出値を補い駆動装置の動
作を継続させることが可能となる。また、3相のうち2
相以上の電流検出手段8に異常が生じた場合には、先に
述べた3相平衡に基づく処置が不可能であるため、この
場合にはすみやかに駆動装置の動作を停止させるように
適切な処置を行うことができるようになる。
における、3相信号の状態判定例を示す図である。すな
わち、U相、V相、W相の3相ともに電流検出手段8が
備えられている場合において、図7で述べた異常判定を
もとに図8に示すような処置を行うものである。
ードデータ20は0であり、電流選択手段16は正常な
ので特に代替処置はせず、駆動装置モードフラグ21も
通常動作を指し示す状態になっている。ここで例えばW
相の電流検出手段8に異常が生じた事が判定された場
合、異常判定手段18はモードデータ=2,駆動装置モ
ードフラグ21を駆動制限設定に設定し出力する。この
出力を受けて電流選択手段16では異常が発生したW相
のW相電流検出信号32に変わり、 Iw=−Iu−Iv ・・・式(6) の演算処置によって代替のW相電流検出信号を生成す
る。この処置によって3相2相変換手段14の出力であ
るq軸電流検出値24及びd軸電流検出値25は異常発
生前の状態を維持できることになり、動作を継続するこ
とが可能である。目標指令演算手段10では、制御装置
の動作が継続可能ではあっても異常は発生していると認
識しているので、目標指令及びq軸電流指令22とd軸
電流指令23の値を制限するなどの制限処置を行い、使
用者に修理を促すなどの処置を行う。むろんそのまま制
御装置を継続使用しても特に不都合は生じない。
異常が生じた場合には異常判定手段18はモードデータ
=5,駆動装置モードフラグ21を駆動停止に設定し出
力する。この出力を受けた場合には電流選択手段16は
特に何も処置を行わない。何故ならば、3相の電流検出
手段8の3個の内2個に異常が生じた場合には先に述べ
た3相平衡の関係式、 Iu+Iv+Iw=0 ・・・式(5) に基づいて行う、異常が発生した相の電流検出信号を演
算によって求める処置が出来ないためである。
目標指令演算手段10にも伝達されているので、目標指
令演算手段10ではこの駆動装置モードフラグ21が駆
動停止に設定されている場合には直ちに目標指令のリセ
ット及びq軸電流指令22及びd軸電流指令23のリセ
ットを行い、電力変換手段5の動作を停止させて電動機
7の駆動を遮断する。このような構成とすることによっ
て、3相の電流検出手段8の3個の内2個以上に異常が
発生した場合には直ちに電動機7の駆動を停止できるよ
うにできるため、信頼性の高い電気車の制御装置を提供
することができる。
の制御装置における、3相の信号の異常判定方法を示す
フローチャートを示す。
及びd軸電流指令23の値を基にU相判定用電流指令値
34及びV相判定用電流指令値35を算出する。
令値34及びV相判定用電流指令値35の値を基に、 Iw*=−Iu*−Iv* ・・・式(7) の演算式によりW相判定用電流指令値36を演算する。
次に処理8dにて電流検出手段8からの信号を基にU相
判定用電流指令値34及びV相判定用電流指令値35、
W相判定用電流指令値36を取り込む。次に処理8eに
おいてU相判定用電流指令値34とU相電流検出値30
より差分ΔIu、V相判定用電流指令値35とV相電流
検出値31より差分ΔIv、W相判定用電流指令値36
とW相電流検出値32より差分ΔIwを演算する。
V相判定用電流指令値35とW相判定用電流指令値36
及びU相電流検出値30とV相電流検出値31とW相電
流検出値32それぞれの値を絶対値化し、U相判定用電
流指令値34とU相電流検出値30、V相判定用電流指
令値35とV相電流検出値31、W相判定用電流指令値
36とW相電流検出値32の差分を求めてそれぞれΔI
u,ΔIv、ΔIwとしても良い。
相電流検出値30、V相判定用電流指令値35とV相電
流検出値31、W相判定用電流指令値36とW相電流検
出値32それぞれの組合せの差分を求めた結果を絶対値
化して差分を求めてそれぞれΔIu,ΔIv,ΔIwと
しても良い。あるいは、U相判定用電流指令値34とU
相電流検出値30、V相判定用電流指令値35とV相電
流検出値31、W相判定用電流指令値36とW相電流検
出値32の差分を求めた結果をそれぞれ直接ΔIu,Δ
Iv,ΔIwとしても良い。
演算結果の平均値を用いてΔIu,ΔIv,ΔIwとす
る、あるいは差分演算の結果を一次遅れフィルタ等でフ
ィルタ処理した後にΔIu,ΔIv,ΔIwとする等の
処置を行えば、ノイズ等による誤検出の可能性を低減す
ることもできる。
ΔIwについて、処理8fにおいてしきい値との比較を
行う。しきい値との比較を行った結果がしきい値以上で
ある場合には処理8gに進み、しきい値に達していない
場合にはの経路に進む。しきい値以上か否かの判定に
ついては異常状態を積分し回数もしくは異常時間を判定
に加えても良い。処理8gに進んだ場合には、電流検出
手段8に異常が生じている状態であると判定できるの
で、さらに処理8g以降の処理においてしきい値を越え
ている相の判別を行う。処理8gでΔIuとΔIvにつ
いてしきい値を越えているかを判定し、この両者がしき
い値を越えている場合には処理8jに進んでモードデー
タ20の値を”4”に設定し、の経路に進む。処理8
gでΔIuとΔIvいずれかがしきい値を越えていない
場合には、処理8hに進んで今度はΔIuとΔIwにつ
いてしきい値を越えているかの判定を行う。このΔIu
とΔIwの両者がしきい値を越えている場合には処理8
kに進んでモードデータ20の値を”5”に設定し、
の経路に進む。
い値を越えていない場合には、処理8iに進んで今度は
ΔIvとΔIwについてしきい値を越えているかの判定
を行う。このΔIvとΔIwの両者がしきい値を越えて
いる場合には処理8lに進んでモードデータ20の値
を”6”に設定し、の経路に進む。
ドデータ20の値を参照する。モードデータ20の値
が”4”以上である場合、この場合はU相、V相、W相
の3相の内2つ以上の相に異常が発生したことが判定さ
れた結果であるので、この場合には処理8nに進み、駆
動装置モードフラグ21を駆動停止にセットして処理を
終了する。この駆動停止モードフラグ21が駆動停止に
セットされると、目標指令演算手段10では電動機7を
駆動するための目標指令のリセット、q軸電流指令22
及びq軸電流指令23のリセット等の措置を行い。電力
変換手段5及び電動機7の動作を停止させるように動作
する。処理8mにおいてモードデータ20の値が”4”
未満である場合には、3相の内異常が発生した相が1つ
であると判定された状態であるので、処理8oに進む。
処理8o以降ではさらに3相の各相個別に異常の判定を
行う。処理8oにてしきい値を越えているのがΔIuで
あるかどうかの判定を行い、ΔIuである場合には処理
8rに進んでモードデータ20の値を”3”に設定す
る。
ない場合にはU相に異常が発生していないことを示して
いるので、処理8pに進んで今度はΔIvがしきい値を
越えていないかどうかの判定を行う。しきい値を越えて
いるのがΔIvである場合には処理8sに進んでモード
データ20の値を”2”に設定する。処理8pにてΔI
vがしきい値を越えていない場合にはV相に異常が発生
していないことを示しているので、処理8qに進んで今
度はΔIwがしきい値を越えていないかどうかの判定を
行う。しきい値を越えているのがΔIwである場合には
処理8uに進んでモードデータ20の値を”1”に設定
する。処理8o、処理8p、処理8qでいずれも該当し
なかった場合には3相全てについて異常が無かった事に
なるので、処理8wに進んで駆動装置モードフラグ21
を通常動作に設定し、処理を終了する。
ードデータ20の値に応じ図8で述べたように、3相の
内1相に異常が生じた場合には他の残り2相で異常が発
生した相の信号を生成し、電気車の制御装置の動作を継
続させることが可能であるし、3相の内2相に異常が生
じた場合にはその異常を直ちに検知し、電気車の制御装
置を速やかに停止させることができるようになり、電気
車の制御装置の信頼性向上を図る事ができるようにな
る。
ける第三の実施例を示す図である。本実施例の制御装置
は、制御手段4,電力変換手段5,電源6,電動機7等
によって構成されている。制御手段4にはマイクロコン
ピュータ41が備えられ、マイクロコンピュータ41に
はCPU42,メモリ手段43、入出力手段45、A/
D変換手段46が内包されている。
動力源として電動機7の他に内燃機関48を備えてお
り、内燃機関48は内燃機関制御手段47からの信号を
基に制御が実施される。この内燃機関制御手段47は制
御手段4との間で通信手段50を介して協調した制御を
行うように構成すれば、電動機7の駆動力を内燃機関4
8の駆動力と協調して制御するハイブリッド車両として
構成することもできる。電動機7には回転を検出する回
転検出手段9が備えられており、検出した回転を回転信
号33としてマイクロコンピュータ41に伝達する。
クセル検出手段1,ブレーキ検出手段2、U相電流検出
値30及びV相電流検出値31の信号をA/D変換手段
46によって検出しCPU42またはメモリ手段43に
伝達する。前後進選択手段3や回転検出信号33の信号
は入出力手段45によって検出を行い、同様にCPU4
2またはメモリ手段43に伝達する。
7に供給すべき電力の演算を行い、入出力手段45を介
して電力変換手段5を駆動して電源6の電力を電動機7
に供給すべき電力に変換を行い、電動機7に電力を供給
する。電動機7は供給された電力に応じて駆動力を発生
し、その動力は動力伝達手段49を介して内燃機関48
の駆動力出力部に伝達され電気車の駆動あるいは内燃機
関48の駆動補助動力を発生するように動作を行う。電
動機7に供給した電力は電流検出手段8によって電流と
して検出し、U相電流検出値30及びV相電流検出値3
1としてマイクロコンピュータ41に伝達する。
れ、メモリ手段43からの信号やCPU42からのアク
セスに従い異常検出処理、特に電流検出手段8の異常を
検出する動作を行う。
例と同様に、電流検出手段8が3相の内2相分の2個し
か装備していない場合であっても、いわゆる3相平衡の
状態に基づく診断方法に依っていないため各々の電流検
出手段8の異常を個別に判定できるので、不必要な電流
検出手段8を搭載する必要がなく、装置のコストを削減
する効果もある。なお、ハイブリッド車両の制御装置と
して、第二の実施例のような、電流検出手段を3相分3
個搭載した方式を採用しても良いことは言うまでもな
い。
いて電流検出手段に異常が発生した場合にその異常を直
ちに検知する事ができ、信頼性の高い電気車の制御装置
及び方法を提供する事ができる。
給の3相の内2相分しか電流検出手段を装備していなく
ても個別に電流検出手段の異常を判別でき、電流検出手
段の異常発生時には速やかに電気車の制御装置を駆動停
止する事ができるため、不必要な電流検出手段を搭載す
る必要が無くなるのでコストを低減する事が可能とな
り、使用者にとって経済的な電気車の制御装置及び方法
を提供する事ができる。
相分3個搭載した場合には個別の電流検出手段の異常判
定により異常な1相のみの電流検出手段の信号を排除
し、残り2相で電気車の制御装置の駆動を継続すること
が可能となり、使い勝手の良い電気車の制御装置及び方
法を提供することができる。
置の構成例を示す図である。
ブロックを示す図である。
2相3相変換指示値の一例を示す図である。
2相3相変換指示値の第二の実施を示す図である。
偏差演算手段の入力信号例を示す図である。
2相の信号の異常判定方法を示すフローチャートであ
る。
置の構成を示す図である。
3相信号の状態判定例を示す図である。
3相の信号の異常判定方法を示すフローチャートであ
る。
る、3相の信号の異常判定方法を示すフローチャート
(図9の続き)である。
装置の構成を示す図である。
後進選択手段、4…制御手段、5…電力変換手段、6…
電源、7…電動機、8…電流検出手段、9…回転検出手
段、10…目標指令演算手段、11…電流制御手段、1
2…2相3相変換手段、13…PWM生成手段、14…
3相2相変換手段、15…判定用2相3相変換手段、1
6…電流選択手段、17…偏差演算手段、18…判定手
段、19…電気角演算手段、20…モードデータ、21
…駆動装置モードフラグ、22…q軸電流指令、23…
d軸電流指令、30…U相電流検出値、31…V相電流
検出値、32…W相電流検出値、34…U相判定用電流
指令値、35…V相判定用電流指令値、36…W相判定
用電流指令値、37…電気角演算値、41…マイクロコ
ンピュータ、42…CPU、43…メモリ手段、44…
異常検出手段、45…入出力手段、46…A/D変換手
段、47…内燃機関制御手段、48…内燃機関、49…
動力伝達手段、50…通信手段。
Claims (11)
- 【請求項1】交流電動機の固定子に供給する一次電流を
q軸制御用電流指令値、d軸制御用電流指令値に基づい
て分離独立して制御するdq軸ベクトル電流制御により
行い、電流検出手段によって前記交流電動機の一次電流
を検出して電流フィードバック制御を行う電気車の制御
装置であって、 前記制御装置は、指令値に基づき制御用電流指令値を生
成し前記交流電動機に供給すると共に前記電流検出手段
で検出し電流変換手段による変換を施して電流フィード
バック制御を行う運転処理部と、判定用の電流指令値を
生成し、前記電流検出手段の正常、異状の判定処理を行
う判定処理部により構成され、 前記判定処理部は、前記q軸制御用電流指令値及び前記
d軸制御用電流指令値を基に、指令値変換手段を用いて
前記制御用電流指令値とは独立し前記電流フィードバッ
クの影響を受けない比較判定用の判定用電流指令値を生
成し、前記電流検出手段で検出し前記電流変換手段によ
る変換を施さない交流電流検出値と、前記判定用電流指
令値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越
えている場合に前記電流検出手段が異常であると判定す
る構成を有する、ことを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項2】交流電動機の固定子に供給する一次電流
を、トルク成分であるq軸電流成分をq軸制御用電流指
令値、励磁成分であるd軸電流成分をd軸制御用電流指
令値に基づいて各々分離独立して制御するdq軸ベクト
ル電流制御により、前記交流電動機への前記一次電流の
振幅と位相を調節して前記交流電動機の速度またはトル
クの制御を行う構成を有し、 前記一次電流は、電力変換手段によって前記交流電動機
に印加制御され、前記交流電動機への前記一次電流が電
流検出手段によって交流電流検出値として検出される電
気車の制御装置であって、 前記制御装置は、指令値に基づき制御用電流指令値を生
成し、前記交流電動機に供給すると共に電流フィードバ
ック制御を行う運転処理部と、判定用の電流指令値を生
成し、前記電流検出手段の正常、異状の判定処理を行う
判定処理部により構成され、 前記運転処理部は、前記一次電流を電流変換手段によっ
てq軸電流検出値及びd軸電流検出値として検出変換
し、前記q軸制御用電流指令値と前記q前記軸電流検出
値、前記d軸制御用電流指令値と前記d軸電流検出値を
各々突き合わせてフィードバック電流制御を行う構成を
有し、 前記判定処理部は、前記q軸制御用電流指令値及び前記
d軸制御用電流指令値を基に、指令値変換手段を用いて
前記フィードバック制御の為の電流指令値とは独立した
比較判定用の判定用電流指令値を生成し、前記電流検出
手段で検出し前記電流変換手段による変換を施さない交
流電流成分である前記交流電流検出値と、前記判定用電
流指令値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値
を越えている場合に前記電流検出手段が異常であると判
定する構成を有する、ことを特徴とする電気車の制御装
置。 - 【請求項3】請求項2において、前記交流電流検出値と
前記判定用電流指示値は3相の各相個別に独立した値と
して演算を行い、 前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各相個別
に独立して比較し、前記電流検出手段に異常がある事を
各相個別に識別判定することを特徴とした電気車の制御
装置。 - 【請求項4】請求項3において、前記交流電流検出値は
3相分のうち任意の2相分の検出値であって、前記判定
用電流指示値は任意の組合せの前記交流電流検出値の各
相に対応した2相分の演算を行い、 2相の前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各
相個別に独立して比較し、2相の内いずれかもしくは双
方の前記電流検出手段に異常がある事を識別判定し、前
記電気車の制御装置の動作を停止することを特徴とした
電気車の制御装置。 - 【請求項5】請求項3において、前記交流電流検出値は
3相分の検出値であって、前記判定用電流指示値は前記
交流電流検出値の各相に対応した3相分の演算を行い3
相の前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各相
個別に独立して比較識別判定し、3相のうち1相に異常
があると判定した場合には残り2相の前記交流電流検出
値を基に異常が発生した相の前記交流電流検出推定値を
演算生成し、前記電気車の制御装置の動作を制限または
継続することを特徴とした電気車の制御装置。 - 【請求項6】請求項5において、3相のうち2相もしく
は3相全てに異常があると判定した場合には、前記電気
車の制御装置の動作を停止することを特徴とした電気車
の制御装置。 - 【請求項7】請求項1〜6のいずれかにおいて、前記運
転処理部は、目標指令演算手段、電流制御手段、2相3
相変換手段、PWM生成手段、3相2相変換手段、電気
角演算手段の各機能を含んでおり、前記判定処理部は、
判定用2相3相変換手段、偏差演算手段、判定手段の各
機能を含んでおり、 前記判定処理部は、前記偏差演算手段において、前記電
流検出手段によって電流として検出され前記3相2相変
換手段による変換を施さない電流値と前記判定用2相3
相変換手段の出力とを比較することを特徴とした電気車
の制御装置。 - 【請求項8】交流電動機の固定子に供給する一次電流を
トルク成分であるq軸電流成分をq軸制御用電流指令
値、励磁成分であるd軸電流成分をd軸制御用電流指令
値に基づいて分離独立して制御するdq軸ベクトル電流
制御により、前記交流電動機への前記一次電流の振幅と
位相を調節して前記交流電動機の速度またはトルクの制
御を行い、前記一次電流を電力変換手段によって前記交
流電動機に印加制御し、前記交流電動機への前記一次電
流を電流検出手段によって交流電流検出値として検出す
る電気車の制御方法であって、 前記一次電流をq軸電流検出値及びd軸電流検出値とし
て検出変換し、前記q軸制御用電流指令値と前記q前記
軸電流検出値、前記d軸制御用電流指令値と前記d軸電
流検出値を各々突き合わせてフィードバック電流制御を
行い、 前記q軸制御用電流指令値及び前記d軸制御用電流指令
値を基に、前記フィードバック制御の為の電流指令値と
は独立した比較判定用の判定用電流指令値を生成し、前
記電流検出手段で検出し変換を施さない交流電流成分で
ある前記交流電流検出値と、前記判定用電流指令値とを
突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越えている
場合に前記電流検出手段が異常であると判定する、こと
を特徴とする電気車の制御方法。 - 【請求項9】請求項8において、前記しきい値と比較す
る差分の値を、複数の差分演算結果の平均値を用いてし
きい値と比較する、ことを特徴とする電気車の制御方
法。 - 【請求項10】請求項8において、前記交流電流検出値
は3相分のうち任意の2相分の各相の判定用電流指令値
及び電流検出値それぞれの値を絶対値化し、各相の電流
指令値と電流検出値の差分を求めてしきい値と比較す
る、ことを特徴とする電気車の制御方法。 - 【請求項11】請求項8において、前記交流電流検出値
は3相分の各相の判定用電流指令値及び電流検出値それ
ぞれの値を絶対値化し、各相の電流指令値と電流検出値
の差分を求めてしきい値と比較する、ことを特徴とする
電気車の制御方法。
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