JP3265152B2 - 位相同期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気浮上式リニア列車
制御用の位相同期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気浮上式リニア列車の駆動制御装置
は、目標速度と実列車速度の偏差に応じて電流指令を演
算し、地上に設置された各コイルへ電力を供給する変換
器に電流指令を出力する速度追従制御装置と、列車の位
置を検出する位置検出部から位相信号を取り込み、変換
器の制御精度および周期を満足するように補間した位相
信号を出力する位相同期制御装置を備えている。

【０００３】図６は位相同期制御装置の構成を示すブロ
ック図である。入力装置リミッタ装置１は、図示しない
位置検出部から送信される実入力位相θin(j) とサンプ
ルホ−ルド２で保持された前回の入力位相θin'(j-1)と
の入力位相偏差を演算し、あらかじめ設定された列車の
速度から想定されるリミッタ値と比較する。このリミッ
タ値は、列車の速度および加減速度の最大値から想定さ
れ、位置検出部から送出される入力位相のサンプリング
時間における変化量に若干の余裕を持たせた値としてい
る。そして、入力位相リミッタ装置１は入力位相偏差が
リミッタ値より大きい際には前回の入力位相θin'(j-1)
とリミッタ値との和を、入力位相偏差がリミッタ値より
小さい際には、実入力位相θin(j) を今回の入力位相θ
in'(j)として出力する。

【０００４】位相差演算装置３は、入力位相リミッタ装
置１から出力される入力位相θin'(j)と出力位相θout
(j)との位相差Δθn(j)を演算する。補償速度演算装置
４は、位相差演算装置３で演算した位相差Δθn(j)か
ら、比例積分制御を用いて列車の実速度Ｖ(j) を演算す
る。そして演算された実速度Ｖ(j) は図示しない速度追
従制御装置へも出力され、あらかじめ設定される速度指
令値実速度Ｖ(j) との偏差に応じた電流指令値の演算に
使用される。

【０００５】出力位相演算装置５は、補償速度演算装置
４で演算した実速度Ｖ(j) を積分する事により図示しな
い変換器に対しての出力位相θout(j)の演算を行う。又
出力位相θout(j)は、位相差演算装置３へ入力され、次
回の入力位相θin(j+1) との偏差の演算に使用される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した位相同期制御
装置には、位置検出部で検出された位相信号は予め定め
られた分解能（１ビット当たりの重み付け）によりディ
ジタル信号として入力されるため、位置検出部から位相
同期制御装置へ転送される間にノイズ等が生じると、ビ
ットが変化してしまい正確な位相信号が取り込まれなく
なる可能性がある。

【０００７】図７は、ノイズ等の影響により位相信号に
異常が生じた一例を示したものである。入力位相リミッ
タ装置１に入力される実入力位相は、実入力位相θin
(3) までは正常に取り込まれているが、実入力位相θin
(4) の時にノイズの影響を受け異常値となり、実入力位
相θin(5) にて正常に復帰している。この場合の位相同
期制御装置の動作を考えてみる。

【０００８】サンプル時間ｊ＝４の時、入力位相リミッ
タ装置１にて、実入力位相θin(4)とサンプルホールド
２で保持された入力位相θin(3) との偏差と、リミッタ
値θlimit との比較を行うと、入力位相の偏差の方が大
きい。

【０００９】

【数１】｜θin(4) −θin'(3)｜＞θlimit 従って、後段の位相差演算装置３には、前回の入力位相
θin'(3)にリミッタ値θlimit を加えた値が入力位相θ
in(4) として入力される。

【００１０】θin(4) ＝θin'(3)＋θlimit ところでリミッタ値θlimit はパターンにて設定される
加減速度の最大値を考慮し、さらに余裕を持って設定さ
れている値であるので、ここで演算されるθin'(4)は、
実入力位相θin(4) の真値よりも大きい値となっている
ことになる。

【００１１】次に位相差演算装置３では、入力位相リミ
ッタ装置１から出力される入力位相θin'(4)と出力位相
演算装置５から出力された前回のサンプル時間で演算さ
れた出力位相θout(4)との位相差Δθn(4)を演算する。

【００１２】Δθn(4)＝θin'(4)−θout(4) ここで演算される位相差Δθn(4)は真値よりも大きい値
となることになる。補償速度演算装置４では、位相差演
算装置３から出力される位相差Δθn(4)を列車の実速度
Ｖ(4) に変換するが、位相差Δθ(4) が真値よりも大き
い値であるため、これをもとに演算された実速度Ｖ(4)
も真値より大きい値となっている。

【００１３】出力位相演算装置５では、補償速度演算装
置４から出力される実速度Ｖ(4) をもとに積分して出力
位相θout(4)を求めるが、実速度Ｖ(4) が真値よりも大
きい値となっているため、出力位相θout(4)も真値より
大きい値となる。ここで演算された出力位相θout(4)が
次のサンプル時間ｊ＝５にて位相差演算装置へθout(5)
として入力される。

【００１４】次にサンプル時間ｊ＝５の時、入力位相リ
ミッタ装置１にて、実入力位相θin(5) とサンプルホー
ルド２で保持された入力位相θin'(4)との偏差と、リミ
ッタ値θlimit との比較を行うと、入力位相の偏差の方
が小さい。

【００１５】

【数２】｜θin(5) −θin'(4)｜≦θlimit 従って、後段の位相差演算装置３への出力値となる入力
位相θin'(5)としては、今回の入力位相そのままの値が
出力される。

【００１６】

【数３】θin'(5)＝θin(5) 次に位相差演算装置３では、入力位相リミッタ装置１か
ら出力される入力位相θin'(5)と、出力位相演算装置５
から出力された出力位相θout(5)との位相差Δθn を演
算する。

【００１７】

【数４】Δθn(5)＝θin'(5)−θout(5) ところが前回演算された出力位相θout(5)は真値よりも
大きい値となっているため、ここで演算される位相差Δ
θn(5)は真値よりも小さい値となることになる。

【００１８】次の補償速度演算装置４では、位相差演算
装置３から出力される位相差Δθn(5)を列車の実速度Ｖ
(5) に変換するが、位相差Δθn(5)が真値よりも小さい
値であるため、これをもとに演算された実速度Ｖ(5) も
真値より小さい値となっている。

【００１９】出力位相演算装置５では、補償速度演算装
置４から出力される実速度Ｖ(5) をもとに積分して出力
位相θout(5)を求めるが、実速度Ｖ(5) が真値よりも小
さい値となっているため、出力位相θout(5)も真値より
小さい値となる。

【００２０】以上の動作を繰り返して一定時間後には真
値へ収束することになるが、この結果、実速度演算の際
に実速度が一時的にハンチングする事になり、高速で運
転される磁気浮上式リニア列車ではその実速度を基に演
算される変換器に対しての電流指令値、及び出力位相に
影響を与え、乗り心地が悪化する問題が生じる事とな
る。

【００２１】そこで本発明は、上述した問題点を解決す
るためになされたもので、伝送中のノイズ等により生じ
る位相信号取り込み異常による悪影響を防ぎ、速度指令
値と実速度の偏差から変換器に対する電流指令値を演算
する速度追従制御装置及び実速度から変換器に対する出
力位相を演算する位相同期制御装置の精度を向上させる
ことにより、乗り心地の悪化を抑制する位相同期制御装
置を提供する事を目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１に記載の発明は、列車の位置を検出す
る位置検出部から位相信号を入力して列車の実速度を演
算し、実速度から出力位相を演算して出力する位相同期
制御装置において、位置検出部から入力される位相信号
の現在値と１サンプリング前の位相信号との入力位相偏
差の絶対値と、列車の実速度に応じて設定されるリミッ
タ値とを比較し、入力位相偏差の絶対値がリミッタ値よ
り小さい場合には、位相信号の現在値と出力位相との位
相差を演算して出力し、入力位相偏差の絶対値が前記リ
ミッタ値より大きい場合には、１サンプリング前の位相
差を出力する位相差演算手段と、この位相差演算手段か
ら出力される位相差に基づいて列車の実速度を演算する
補償速度演算手段と、この補償速度演算手段が演算する
列車の実速度に基づいて出力位相を演算する出力位相演
算手段とを有してなる。

【００２３】また、請求項２に記載の発明は、列車の位
置を検出する位置検出部から位相信号を入力して列車の
実速度を演算し、実速度から出力位相を演算して出力す
る位相同期制御装置において、位置検出部から入力され
る位相信号の現在値と１サンプリング前の位相信号との
入力位相偏差の絶対値と、列車の最高速度に応じて予め
設定されるリミッタ値とを比較し、入力位相偏差の絶対
値がリミッタ値より小さい場合には、位相信号の現在値
と出力位相との位相差を演算して出力し、入力位相偏差
の絶対値がリミッタ値より大きい場合には、１サンプリ
ング前の位相差を出力する位相差演算手段と、この位相
差演算手段から出力される位相差に基づいて列車の実速
度を演算する補償速度演算手段と、この補償速度演算手
段が演算する列車の実速度に基づいて出力位相を演算す
る出力位相演算手段とを有してなる。

【００２４】さらに、請求項３に記載の発明は、請求項
１または請求項２に記載の発明において、位相差演算手
段は、入力位相偏差の絶対値がリミッタ値より大きい場
合が複数サンプリング連続した際には、位相信号の現在
値と出力位相との位相差を演算して出力することを特徴
とする。

【００２５】

【作用】上述した構成により、請求項１乃至請求項２に
記載の発明では、位相差演算手段が、入力位相偏差の絶
対値がリミッタ値より大きい場合には１サンプリング前
の位相差を出力することにより、伝送途中のノイズなど
により一時的に正しい位相信号が取り込まれない場合
に、後段の補償速度演算手段、出力位相演算手段で演算
される実速度や出力位相のハンチングを防止でき、列車
の乗り心地の向上を図ることができる。

【００２６】また請求項３に記載の発明では、位相差演
算手段が、入力位相偏差の絶対値がリミッタ値より大き
い場合が複数サンプリング連続した際には、位相信号の
現在値と出力位相との位相差を演算して出力することに
より、後段の出力位相演算手段で演算される出力位相を
位相信号に忠実に同期させることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例を示す位相同期制
御装置の構成図、図２は位相同期制御装置の動作フロー
チャートを示す図、図３はノイズ等の影響により位相信
号に異常が生じた一例を示した図である。

【００２８】図示しない位置検出部は、例えば誘導線を
一定の間隔ごとにひねって交差させてなる交差誘導線で
あり、列車に搭載された送信機からの電波を受けて位置
を検出するものである。列車の進行により芯線が交差し
ている部分に列車の送信機がくると、交差誘導線側は電
波を受信しないため、得られる電波信号は正弦波状にな
る。この正弦波から位相信号が得られる。

【００２９】入力位相リミッタ装置６は、図示しない位
置検出部から送出される実入力位相θin(j) とサンプル
ホールド７で保持された前回の入力位相θin(j-1) との
入力位相偏差を演算し、その絶対値と列車の実速度に応
じてリミッタ値設定装置８で演算されるリミッタ値θli
mit とを比較する（Ｓ１）。そして入力位相リミッタ装
置６は入力位相偏差の絶対値がリミッタ値θlimit より
小さい場合には、フラグ信号ｆｌｇとして“０”を出力
し（Ｓ２）、実入力位相θin(j) をそのまま出力する。
又入力位相リミッタ装置６は入力位相偏差がリミッタ値
θlimit より大きい場合には、フラグ信号ｆｌｇとして
“１”を出力し（Ｓ３）、実入力位相θin(j) をそのま
ま出力する。

【００３０】位相差演算装置９は、入力位相リミッタ装
置６からフラグ信号ｆｌｇとして“０”が入力された際
には、入力位相リミッタ装置６から出力される入力位相
θin(j) と出力位相θout(j)の位相差Δθn(j)を演算す
る（Ｓ４）。又、位相差演算装置９は、入力位相リミッ
タ装置６からフラグ信号ｆｌｇとして“１”が入力され
た際には、サンプルホールド10で保持されている前回の
位相差Δθn （ｊ−１）を今回の位相差Δθn(j)として
出力する（Ｓ５）。サンプルホールド10は位相差演算装
置９から出力される位相差Δθn(j)を保持する（Ｓ
６）。

【００３１】補償速度演算装置11は、位相差演算装置９
から出力される位相差Δθn(j)から、比例積分制御を用
いて列車の実速度Ｖ(j) を演算する（Ｓ７）。ここで演
算された実速度は速度追従制御装置へも出力され、あら
かじめ設定される速度指令値と実速度Ｖ(j) との偏差に
応じた電流指令値の演算に使用される。

【００３２】出力位相演算装置12は、補償速度演算装置
11で演算された実速度Ｖ(j) を積分する事により図示し
ない変換器に対しての出力位相θout(j)の演算を行う
（Ｓ８）。

【００３３】又、出力位相θout(j)は、位相差演算装置
９へ入力され、次回の入力位相θin(j+1) との偏差の演
算に使用される。リミッタ値設定装置８は、補償速度演
算装置11で演算された実速度Ｖ(j) に応じて入力位相θ
in(j) のサンプリング時間の変化量に若干の余裕をもた
せた値をリミッタ値θlimit として設定する（Ｓ９）。

【００３４】このように構成された本実施例において、
伝送中のノイズ等の影響により一時的に入力位相の値が
異常となった場合の動作の一例を、図３により説明す
る。入力位相リミッタ装置６には、入力位相θin(3) ま
では正常に取り込まれているが、入力位相θin(4) の時
にノイズの影響を受け異常値となり、入力位相θin(5)
にて復帰している。

【００３５】サンプル時間ｊ＝４の時、入力位相リミッ
タ装置６にて、実入力位相θin(4)とサンプルホールド
７で保持された入力位相θin(3) との偏差と、リミッタ
値θlimit との比較を行うと、入力位相の偏差の方が大
きい。

【００３６】

【数５】｜θin(4) −θin(3) ｜＞θlimit 従って、後段の位相差演算装置９に対してフラグ信号ｆ
ｌｇ“１”と入力位相θin(4) が入力される。

【００３７】位相差演算装置９では、入力位相リミッタ
装置１より出力されたフラグ信号ｆｌｇ“１”を受け
て、サンプルホールド10で保持された前回の位相差Δθ
n(3)を今回の位相差Δθn(4)として後段の補償速度演算
装置11へ出力する。

【００３８】

【数６】Δθn(4)＝Δθn(3) ここで演算される位相差Δθn(4)は列車が加速または減
速していなければ真値であり、加速または減速している
場合には加減速度に応じた分だけ真値よりも若干ずれた
値となるが、そのずれとしては速度100k/hの場合で数％
程度であり、従来の方式より精度は大幅に向上する。

【００３９】そして、サンプルホールド10にて位相差Δ
θn(4)が保持される。補償速度演算装置11では、位相差
演算装置９から出力される位相差Δθn(4)を列車の実速
度Ｖ(4) に変換する。この実速度Ｖ(4) を受けてリミッ
タ値設定装置８ではリミッタ値θlimit を設定し出力す
る。又出力位相演算装置12では、実速度Ｖ(4) をもとに
積分して出力位相θout(4)を求める。

【００４０】ここで、位相差演算装置９から出力される
位相差Δθn(4)が前回の位相差θn(3)と等しく変動しな
いため、補償速度演算装置11にて演算される実速度Ｖ
(4) が変動することはなく、従って出力位相演算装置12
にて演算される出力位相θout(4)は真値から大幅にずれ
ることはない。

【００４１】次に、入力位相θin(5) が正常に復帰した
場合、入力位相リミッタ装置６にて、入力位相θin(5)
とサンプルホールド７で保持された入力位相θin(4) と
の偏差と、リミッタ値θlimit との比較を行い、入力位
相の偏差の方が大きい場合には、サンプル時間ｊ＝４の
時の動作と同じになるため、位相差演算装置９からはサ
ンプルホールド10で保持された前回の位相差Δθn(4)が
今回の位相差Δθn(5)として出力され、従って実速度Ｖ
(5) や出力位相θout(5)のハンチングが起きることはな
い。又、入力位相θin(5) とサンプルホールド７で保持
された入力位相θin(4) との偏差がリミッタ値θlimit
より小さい場合には、変動は許容範囲であるため、通常
の制御となる。

【００４２】このように、伝送途中のノイズ等により一
時的に正しい入力位相が取り込まれない場合でも、位相
同期制御装置内部にて演算される実速度や出力位相のハ
ンチングを引き起こすことがなくなり、速度追従制御装
置および位相同期制御装置の精度の向上を図る事がで
き、列車の乗り心地の向上を図る事が可能となる。

【００４３】なお、通常の伝送途中に乗るノイズは１サ
ンプリングのみの場合が多いため、入力位相リミッタ装
置６から出力されるフラグ信号ｆｌｇが２回連続して
“１”となった時（２回以上連続してリミッタ値を越え
た場合）には位相差として今回演算値を採用してもよい
（図４Ｓ10〜Ｓ15）。このような構成においては、図示
しない位置検出部から送信される位相信号そのものが異
常の場合に、入力位相リミッタ装置６においてのリミッ
タ検出が継続することにより、入力位相に忠実に同期し
なくなることを防ぐことができる。

【００４４】また、入力位相リミッタ装置６から出力さ
れるフラグ信号ｆｌｇがＮ回以上連続して“１”となっ
た時（図５Ｓ20〜Ｓ24の判定により）には、位相差とし
て今回演算値を採用（図５Ｓ18，Ｓ19）してもよい。あ
るいはＭサンプリング中Ｎサンプリング異常を検出する
までなどと変えることにより、入力位相に重畳するノイ
ズ条件に応じた対応も可能となる。更に、リミッタ値設
定装置８で設定されるリミッタ値θlimit を、列車の最
高速度に応じてあらかじめ設定しておいてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、伝送途
中のノイズ等により一時的に正しい入力位相が取り込ま
れない場合でも、演算される実速度や出力位相のハンチ
ングを引き起こすことのない位相同期制御装置を提供で
き、速度追従制御装置および位相同期制御装置の精度の
向上を図ることにより、列車の乗り心地を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す位相同期制御装置のブ
ロック構成図である。

【図２】図１の動作フローチャートである。

【図３】図１の動作を示す図である。

【図４】図２のフローチャートＡ部分の他の動作を示す
フローチャートである。

【図５】図２のフローチャートＡ部分の他の動作を示す
フローチャートである。

【図６】従来の位相同期制御装置のブロック構成図であ
る。

【図７】図６の動作を示す図である。

【符号の説明】

６ 入力位相リミッタ装置 ８ リミッタ値設定装置 ９ 位相差演算装置 11 補償速度演算装置 12 出力位相演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−221895（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−251506（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−285407（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−70507（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 13/03 H02P 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 列車の位置を検出する位置検出部から位
   相信号を入力して前記列車の実速度を演算し、前記実速
   度から出力位相を演算して出力する位相同期制御装置に
   おいて、 前記位置検出部から入力される前記位相信号の現在値と
   １サンプリング前の前記位相信号との入力位相偏差の絶
   対値と、前記列車の実速度に応じて設定されるリミッタ
   値とを比較し、前記入力位相偏差の絶対値が前記リミッ
   タ値より小さい場合には、前記位相信号の現在値と前記
   出力位相との位相差を演算して出力し、前記入力位相偏
   差の絶対値が前記リミッタ値より大きい場合には、１サ
   ンプリング前の前記位相差を出力する位相差演算手段
   と、 この位相差演算手段から出力される前記位相差に基づい
   て前記列車の実速度を演算する補償速度演算手段と、 この補償速度演算手段が演算する前記列車の実速度に基
   づいて前記出力位相を演算する出力位相演算手段と、を
   有する位相同期制御装置。
2. 【請求項２】 列車の位置を検出する位置検出部から位
   相信号を入力して前記列車の実速度を演算し、前記実速
   度から出力位相を演算して出力する位相同期制御装置に
   おいて、 前記位置検出部から入力される前記位相信号の現在値と
   １サンプリング前の前記位相信号との入力位相偏差の絶
   対値と、前記列車の最高速度に応じて予め設定されるリ
   ミッタ値とを比較し、前記入力位相偏差の絶対値が前記
   リミッタ値より小さい場合には、前記位相信号の現在値
   と前記出力位相との位相差を演算して出力し、前記入力
   位相偏差の絶対値が前記リミッタ値より大きい場合に
   は、１サンプリング前の前記位相差を出力する位相差演
   算手段と、 この位相差演算手段から出力される前記位相差に基づい
   て前記列車の実速度を演算する補償速度演算手段と、 この補償速度演算手段が演算する前記列車の実速度に基
   づいて前記出力位相を演算する出力位相演算手段と、を
   有する位相同期制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の位相同
   期制御装置において、 前記位相差演算手段は、前記入力位相偏差の絶対値が前
   記リミッタ値より大きい場合が複数サンプリング連続し
   た際には、前記位相信号の現在値と前記出力位相との位
   相差を演算して出力することを特徴とする位相同期制御
   装置。