JP2012105452A - Electric vehicle control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、速度検出用パルスジェネレータが誘導電動機軸ではなく、車輪の車軸に実装される電気車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an electric vehicle in which a speed detection pulse generator is mounted not on an induction motor shaft but on a wheel axle.
線路幅等の寸法上の制限により、誘導電動機が大きく電動機軸に回転速度検出用パルスジェネレータが取り付けられない場合、車輪の車軸にパルスジェネレータを取り付ける方式がある。図3はこのような方式を適用する電気車両制御装置の従来構成例を示している。 When the induction motor is large and the rotation speed detection pulse generator cannot be attached to the motor shaft due to restrictions on dimensions such as the track width, there is a method of attaching the pulse generator to the wheel axle. FIG. 3 shows a conventional configuration example of an electric vehicle control apparatus to which such a method is applied.
電気車両制御装置101は、ベクトル制御部102、インバータ部103、誘導電動機104、パルスジェネレータ107、パルス/速度変換部108、空転滑走制御部107を含む。
The electric
ベクトル制御部102は、運転台のマスコン(master controller)から提供されるノッチ指令等に対応するトルク指令値を入力して電動機104のベクトル制御を実行する。インバータ部103は、このベクトル制御102によって生成された電圧指令に基づいて生成されるPWM信号により駆動される。誘導電動機104は、このインバータ部108から出力される交流電圧によって回転が制御される。パルスジェネレータ107は、この誘導電動機とギア105を介して接続される車輪106の車軸に取り付けられ、速度検出用のパルスを発生する。パルス/速度変換部108は、パルスジェネレータ107からのパルスを角速度に変換する。空転滑走制御部107は、車輪の空転又は滑走を検出しトルク指令の大きさを減少する。
The
図3のように、速度検出を車輪の車軸に取り付けられたパルスジェネレータにより検出する方法では、車軸はギア105を介して誘導電動機により駆動されるので、ギアのバックラッシュあるいは軸のねじり等により速度検出用パルス信号にリップル(検出誤差)が乗ってしまい、このリップルがノイズとなり速度検出の精度が悪くなってしまうという問題がある。 As shown in FIG. 3, in the method of detecting the speed by a pulse generator attached to the wheel axle, the axle is driven by an induction motor through the gear 105, and therefore the speed is detected by gear backlash or shaft torsion. There is a problem that ripple (detection error) is added to the pulse signal for detection, and this ripple becomes noise and speed detection accuracy is deteriorated.
パルスジェネレータ107の速度検出信号に重畳されるリップル分を取り除くためには、別途ノイズ除去用のフィルタ等が必要となり、その分だけ装置構成が複雑になるばかりでなく、制御に遅れが出てしまい、迅速なベクトル制御が不可能になるという不具合があった。
In order to remove the ripples superimposed on the speed detection signal of the
また従来の電気車制御装置において、誘導電動機が大きく、誘導電動機軸にパルスジェネレータが取り付けられない場合、センサレス制御を行うものがある。この場合、空転制御は推定速度に基づいて行わなければならず、空転速度検出に遅れがあり精度が悪かった。 Some conventional electric vehicle control devices perform sensorless control when the induction motor is large and a pulse generator is not attached to the induction motor shaft. In this case, the idling control must be performed based on the estimated speed, and the idling speed detection is delayed and the accuracy is poor.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パルスジェネレータが車軸に取り付けられた電気車両制御装置において、センサレスベクトル制御の速度推定部を共に用いることで、精度の良い速度検出制御ならびに電気車制御を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an electric vehicle control device in which a pulse generator is attached to an axle, the speed estimation unit of sensorless vector control is used together, so that accurate speed detection control and electric vehicle control can be performed. The purpose is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態は、主電動機をインバータにより制御する電気車両制御装置において、車軸の回転数に対応するパルス信号を発生するパルスジェネレータと、前記パルスジェネレータからのパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供するパルス速度変換部と、入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御するベクトル制御部と、前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を、前記パルス速度変換部から得られる検出角速度にて補正し、前記速度情報として前記ベクトル制御部に提供する速度補正部とを具備し、前記速度補正部は、前記パルス速度変換部からの前記検出角速度と前記推定角速度との差が所定値以上の場合、前記検出角速度を前記速度情報として提供し、それ以外の場合、前記推定角速度を提供する。 In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, in an electric vehicle control apparatus that controls a main motor by an inverter, a pulse generator that generates a pulse signal corresponding to the rotation speed of an axle, and the pulse generator The voltage to the inverter is converted based on the pulse speed conversion unit that converts the pulse signal of the motor to the angular speed and provides it as the detected angular speed, the input torque command, the output current detection value of the inverter, and the speed information of the motor. A vector control unit that calculates a command and vector-controls the electric motor, estimates an angular velocity of the electric motor from the voltage command and the current detection value, and calculates the estimated angular velocity by a detected angular velocity obtained from the pulse velocity conversion unit. A speed correction unit that corrects and provides the vector information to the vector control unit as the speed information. If the difference between the detected angular speed from the speed conversion unit and the estimated angular velocity is a predetermined value or more, to provide the angular velocity detected as the velocity information, otherwise, to provide said estimated angular velocity.
以下、本発明に係る電気車両制御装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of an electric vehicle control device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明による電気車両制御装置の第1実施例の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of an electric vehicle control device according to the present invention.
電気車両制御装置1aは、ベクトル制御部3と、このベクトル制御部3からの三相電圧指令によって誘導電動機6を駆動するインバータ部5と、誘導電動機6とギア7を介して繋がる車輪8の車軸の回転数に対応するパルス信号を出力するパルスジェネレータ9と、このパルス信号を速度信号に変換するパルス/速度変換部10と、インバータ部5から誘導電動機6に供給される三相出力電流を検出してベクトル制御部3に出力する電流センサ12とを備えている。
The electric vehicle control device 1 a includes a vector control unit 3, an inverter unit 5 that drives the induction motor 6 according to a three-phase voltage command from the vector control unit 3, and an axle of a wheel 8 that is connected to the induction motor 6 via a gear 7. A pulse generator 9 that outputs a pulse signal corresponding to the number of revolutions of the motor, a pulse /
ベクトル制御部3は、運転台等に設けられたマスコン2から入力されるトルク指令値から、回転子のd軸及びq軸(以下dq軸という)電流指令を内部で生成し、該d軸電流指令とフィードバックされたd軸電流検出値Id、ならびに該q軸電流指令とフィードバックされたq軸電流検出値Iqを用いてPI制御(比例・積分制御)を実行し、d軸電圧指令Vd及びq軸電圧指令Vqを生成する。またベクトル制御部3は、該dq軸電流指令及び速度補正部からの速度信号ω2に基づいて、回転子のd軸位置信号θを生成する。 The vector control unit 3 internally generates a d-axis and q-axis (hereinafter referred to as dq-axis) current command of the rotor from a torque command value input from the mass control 2 provided on the cab or the like, and the d-axis current PI control (proportional / integral control) is executed using the command and feedback d-axis current detection value Id, and the q-axis current command and feedback q-axis current detection value Iq, and d-axis voltage commands Vd and q A shaft voltage command Vq is generated. Further, the vector control unit 3 generates the d-axis position signal θ of the rotor based on the dq-axis current command and the speed signal ω2 from the speed correction unit.
パルス/速度変換部10は、車軸に設けられたパルスジェネレータ9からのパルス信号を速度信号(回転角速度)ω1に変換する。速度補正部11は、dq軸電圧指令Vd、Vq、dq軸電流検出値Id、Iq及びパルス/速度変換部10からの速度信号ω1に基づいて、後述の補正速度信号ω2を生成する。
The pulse /
座標変換部4は位置信号θに基づいて、dq軸電圧指令Vd、Vqを三相交流電圧指令Vu、Vv、Vwに変換しインバータ部5に供給する。座標変換部13は位置信号θに基づいて、電流センサ12で検出された三相出力電流検出値Iu、Iwをdq軸電流Id、Iqに変換する。 The coordinate conversion unit 4 converts the dq axis voltage commands Vd and Vq into three-phase AC voltage commands Vu, Vv, and Vw based on the position signal θ and supplies them to the inverter unit 5. The coordinate conversion unit 13 converts the three-phase output current detection values Iu and Iw detected by the current sensor 12 into dq-axis currents Id and Iq based on the position signal θ.
この第1実施例では、車輪8の車軸に取り付けられたパルスジェネレータ9から出力されるパルス信号がパルス/速度変換部10により角速度ω1に変換され、速度補正部11に供給される。速度補正部11は角速度推定値ωhを、速度信号ω1を参照して補正し、補正速度信号ω2を提供する。
In the first embodiment, the pulse signal output from the pulse generator 9 attached to the axle of the wheel 8 is converted into the angular velocity ω 1 by the pulse /
以下、速度補正部11について詳述する。 Hereinafter, the speed correction unit 11 will be described in detail.
速度補正部11は例えばdq軸電圧指令Vd,Vq、dq軸電流検出値Id,Iqに基づいて、電動機6の推定角速度ωhを演算する。この推定角速度ωhは外乱のない通常運転においては、パルス/速度変換部10から得られる検出角速度ω1より一般に精度が高い(実際値に近い)。しかし、空転あるいは滑走が生じた場合、推定演算が速度変化に追い付いてゆけず、演算誤差が生じる。従って空転あるいは滑走が生じた場合は、推定角速度ωhより検出角速度ω1の方が精度が高い。
The speed correction unit 11 calculates the estimated angular speed ωh of the electric motor 6 based on, for example, the dq axis voltage commands Vd and Vq and the dq axis current detection values Id and Iq. This estimated angular velocity ωh is generally more accurate (close to the actual value) than the detected angular velocity ω1 obtained from the pulse /
比較部15は推定角速度ωhとパルス/速度変換部10からの検出角速度ω1とを比較し、その差分速度(=ωh−ω1)の絶対値が所定値Aより大きい時、空転あるいは滑走が生じていると判断し、検出角速度ω1を補正角速度ω2として出力する。差分速度が所定値以下の場合つまり通常走行時、補正角速度ω2として速度補正部11は推定角速度ωhを出力する。
The
この結果、ベクトル制御部3は常に精度の高い方の角速度すなわち補正角速ω2を使用するので、電動機のベクトル制御の精度が向上する。尚、空転・滑走の判断基準である所定値Aを電気車両制御装置の特性に応じて、空転時と滑走時とで異なる値に設定してもよい。 As a result, since the vector control unit 3 always uses the higher angular velocity, that is, the corrected angular velocity ω2, the accuracy of vector control of the electric motor is improved. It should be noted that the predetermined value A, which is a judgment criterion for idling / sliding, may be set to a different value between idling and sliding according to the characteristics of the electric vehicle control device.
次に、本発明の第2実施例を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図2は本発明に係る電気車両制御装置の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。図1の第1実施例と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、説明を省略する。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the electric vehicle control device according to the present invention. The same components as those in the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第2実施例における電気車両制御装置1bは、第1実施例の電気車両制御装置1aに比べ、空転滑走制御部14が追加され、速度補正部11aの代わりに速度推定部11bが設けられている。第2実施形態における電気車両制御装置1bの特徴は、パルス/速度変換部10により変換された速度信号のみに基づいて、車軸の空転・滑走が判断され、トルク指令が補正される点である。
The electric vehicle control device 1b according to the second embodiment includes an idle
速度推定部11bは、速度補正部11aと同様に、例えばdq軸電圧指令Vd,Vq、dq軸電流検出値Id,Iqに基づいて、電動機6の推定角速度ωhを演算する。しかし速度推定部11bは、速度補正部11aとは異なり、速度補正は行わない。空転滑走制御部14は、パルス/速度変換部10により変換された速度信号に基づいて、車輪とレール間の空転・滑走状況を判断する。空転滑走制御部14は微分演算部16を有し、パルス/速度変換部10から提供される検出角速度ω1を微分し、加減速度を求める。空転滑走制御部14は、この加減速度の絶対値が所定値Bを超えた場合、その超過分を出力する。減速時、この超過分にはマイナスの符号が付加され、加速時はプラスが付加される。
Similar to the
減算器17は、マスコンからのトルク指令から、空転滑走制御部14から供給される超過分を減算する。マスコン2から提供されるトルク指令値は、加速指令であればプラスの値、減速指令であればマイナスの値である。つまり、マスコン2からのトルク指令値はこの超過分だけ弱められる。この結果、空転あるいは滑走状態は回避される。尚、空転・滑走の判断基準である所定値Bを電気車両制御装置の特性に応じて、空転時と滑走時とで異なる値に設定してもよい。
The
このように本実施例では、パルス/速度変換部10からの速度信号のみを用いて空転・滑走制御をおこなうことにより、精度の良い空転・滑走制御が可能となり、空転による加速度不足や滑走による制動距離の増加を防ぐことができる。
As described above, in this embodiment, by performing the idling / sliding control using only the speed signal from the pulse /
尚、上記した本発明の実施例は、空転及び滑走を生じやすい貨物列車の機関車などに特に好適に適用される。また、上記した実施例は、誘導電動機のみならず、同期電動機にも適用可能である。 The above-described embodiment of the present invention is particularly preferably applied to a locomotive of a freight train that easily causes slipping and sliding. Moreover, the above-described embodiments can be applied not only to induction motors but also to synchronous motors.
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。例えば、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。 The above description is an embodiment of the present invention, and does not limit the apparatus and method of the present invention, and various modifications can be easily implemented. For example, various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.
1a,1b…電気車両制御装置、2…マスコン、3…ベクトル制御部、4…座標変換部、5…インバータ部、6…誘導電動機、7…ギア、8…車輪、9…パルスジェネレータ、10…パルス/速度変換、11…速度補正部、12…電流センサ、13…座標変換部、14…空転滑走制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Electric vehicle control apparatus, 2 ... Masscon, 3 ... Vector control part, 4 ... Coordinate conversion part, 5 ... Inverter part, 6 ... Induction motor, 7 ... Gear, 8 ... Wheel, 9 ... Pulse generator, 10 ... Pulse / velocity conversion, 11 ... speed correction unit, 12 ... current sensor, 13 ... coordinate conversion unit, 14 ... idling and sliding control unit.
Claims (6)
車軸の回転数に対応するパルス信号を発生するパルスジェネレータと、
前記パルスジェネレータからのパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供するパルス速度変換部と、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を、前記パルス速度変換部から得られる検出角速度を用いて補正し、前記速度情報として前記ベクトル制御部に提供する速度補正部とを具備し、
前記速度補正部は、前記パルス速度変換部からの前記検出角速度と前記推定角速度との差が所定値以上の場合、前記検出角速度を前記速度情報として提供し、それ以外の場合、前記推定角速度を提供することを特徴とする電気車両制御装置。 In an electric vehicle control device for controlling a main motor by an inverter,
A pulse generator that generates a pulse signal corresponding to the rotational speed of the axle;
A pulse speed converter that converts the pulse signal from the pulse generator into an angular velocity and provides it as a detected angular velocity;
Based on the input torque command, the output current detection value of the inverter, and the speed information of the electric motor, a voltage command to the inverter is calculated, and a vector control unit that vector-controls the electric motor,
The angular velocity of the electric motor is estimated from the voltage command and the detected current value, the estimated angular velocity is corrected using the detected angular velocity obtained from the pulse velocity conversion unit, and the velocity provided to the vector control unit as the velocity information A correction unit,
The speed correction unit provides the detected angular speed as the speed information when a difference between the detected angular speed and the estimated angular speed from the pulse speed conversion unit is a predetermined value or more, and otherwise, the estimated angular speed is An electric vehicle control device characterized by being provided.
車軸の回転数に対応するパルス信号を発生するパルスジェネレータと、
前記パルスジェネレータからのパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供するパルス速度変換部と、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を前記速度情報として前記ベクトル制御部に提供する速度推定部と、
前記パルス速度変換部からの前記検出角速度を微分し、該微分値の絶対値が所定値より大きい場合、空転又は滑走が生じたと判断し、該微分値に応じて前記トルク指令の絶対値を小さい値に補正する空転滑走制御部と、
を具備することを特徴とする電気車両制御装置。 In an electric vehicle control device for controlling a main motor by an inverter,
A pulse generator that generates a pulse signal corresponding to the rotational speed of the axle;
A pulse speed converter that converts the pulse signal from the pulse generator into an angular velocity and provides it as a detected angular velocity;
Based on the input torque command, the output current detection value of the inverter, and the speed information of the electric motor, a voltage command to the inverter is calculated, and a vector control unit that vector-controls the electric motor,
A speed estimation unit that estimates an angular velocity of the electric motor from the voltage command and the current detection value, and provides the estimated angular velocity to the vector control unit as the speed information;
Differentiating the detected angular velocity from the pulse velocity conversion unit, if the absolute value of the differential value is greater than a predetermined value, it is determined that idling or sliding has occurred, and the absolute value of the torque command is reduced according to the differential value An idling control unit that corrects the value,
An electric vehicle control device comprising:
車軸の回転数に対応するパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供し、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御し、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を前記検出角速度にて補正し、前記速度情報として前記ベクトル制御に提供することを含み、
前記推定角速度の補正は、前記検出角速度と前記推定角速度との差分が所定値以上の場合、前記検出角速度を前記速度情報として提供し、それ以外の場合、前記推定角速度を提供することを特徴とする電気車両制御方法。 In a method for controlling an electric vehicle in which a main motor is controlled by an inverter,
Convert the pulse signal corresponding to the rotation speed of the axle to the angular velocity and provide it as the detected angular velocity,
Based on the input torque command, the output current detection value of the inverter, and the speed information of the electric motor, the voltage command to the inverter is calculated, and the electric motor is vector-controlled,
Estimating the angular velocity of the electric motor from the voltage command and the detected current value, correcting the estimated angular velocity with the detected angular velocity, and providing the vector control as the velocity information,
The correction of the estimated angular velocity provides the detected angular velocity as the velocity information when a difference between the detected angular velocity and the estimated angular velocity is a predetermined value or more, and otherwise provides the estimated angular velocity. Electric vehicle control method.
車軸の回転数に対応するパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供し、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御し、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を前記速度情報として前記ベクトル制御に提供し、
前記検出角速度を微分し、該微分値の絶対値が所定値より大きい場合、空転又は滑走が生じたと判断し、該微分値に応じて前記トルク指令の絶対値を小さい値に補正することを含むことを特徴とする電気車両制御方法。 In a method for controlling an electric vehicle in which a main motor is controlled by an inverter,
Convert the pulse signal corresponding to the rotation speed of the axle to the angular velocity and provide it as the detected angular velocity,
Based on the input torque command, the output current detection value of the inverter, and the speed information of the electric motor, the voltage command to the inverter is calculated, and the electric motor is vector-controlled,
Estimating the angular velocity of the motor from the voltage command and the current detection value, providing the estimated angular velocity as the velocity information to the vector control,
Including differentiating the detected angular velocity, determining that idling or sliding has occurred when the absolute value of the differential value is greater than a predetermined value, and correcting the absolute value of the torque command to a smaller value according to the differential value. An electric vehicle control method.
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