JP3341236B2 - Speed and distance detection method - Google Patents

Speed and distance detection method

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JP3341236B2
JP3341236B2 JP15242197A JP15242197A JP3341236B2 JP 3341236 B2 JP3341236 B2 JP 3341236B2 JP 15242197 A JP15242197 A JP 15242197A JP 15242197 A JP15242197 A JP 15242197A JP 3341236 B2 JP3341236 B2 JP 3341236B2
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phase
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転数検
出方法に係り、特に自動車・鉄道車両等の車輪により移
動するものの速度及び走行距離検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting the number of revolutions of a rotating body, and more particularly, to a method for detecting the speed and travel distance of a moving object such as an automobile or a railway vehicle by wheels.

【0002】[0002]

【従来の技術】鉄道車両等の車輪により移動するものに
おける速度検出手段としては、速度発電機が広く用いら
れている。速度発電機とは通常の交流発電機と同様の構
造を有したもので、通常車軸端に装着され、車輪の回転
により駆動されることにより、車輪の回転数、即ち速度
に比例した周波数の交流を出力する。
2. Description of the Related Art A speed generator is widely used as a speed detecting means in a vehicle such as a railway car which is moved by wheels. A speed generator has the same structure as a normal AC generator, and is usually mounted at the end of the axle and driven by the rotation of the wheels, so that the AC having a frequency proportional to the rotation speed of the wheels, that is, the speed, is obtained. Is output.

【0003】図1は速度発電機を使用した鉄道車両制御
装置の例である。制御装置1は、列車の速度・位置と地
上から送られる制御情報に従い列車速度の制御を行う。
制御装置1には、列車の速度及び走行距離を検出するた
め、速度発電機2からの正弦波信号が入力されている。
速度発電機2は列車の車輪5により駆動されている。、
地上に設置された信号送信機(図示せず)から送信され
る制御情報は信号受電器3で受信され、信号受信器4に
伝送される。信号受信器4は、信号受電器3からの信号
を復調・解読し、制御装置1へ送信する。なお地上から
の制御情報としては、現時点(信号発信時点)での許容
速度および停止位置までの距離がある。制御装置1は、
列車の速度が、地上からの信号に示された許容速度を超
えた場合(あるいはそのままでは許容速度を超える場
合)、制御出力としてブレーキ指令を出力する。また信
号受信してからの走行距離が、地上からの信号に示され
た停止位置までの距離を超えた場合にも、制御出力とし
てブレーキ指令を出力する。
FIG. 1 shows an example of a railway vehicle control device using a speed generator. The control device 1 controls the train speed according to the train speed / position and control information sent from the ground.
A sine wave signal from the speed generator 2 is input to the control device 1 in order to detect the speed and the traveling distance of the train.
The speed generator 2 is driven by wheels 5 of the train. ,
Control information transmitted from a signal transmitter (not shown) installed on the ground is received by the signal receiver 3 and transmitted to the signal receiver 4. The signal receiver 4 demodulates and decodes the signal from the signal receiver 3 and transmits the signal to the control device 1. The control information from the ground includes the permissible speed and the distance to the stop position at the current time (signal transmission time). The control device 1
If the speed of the train exceeds the allowable speed indicated by the signal from the ground (or if it exceeds the allowable speed as it is), a brake command is output as a control output. Also, when the traveling distance after receiving the signal exceeds the distance to the stop position indicated by the signal from the ground, a brake command is output as a control output.

【0004】図2は従来の速度検出回路である。速度発
電機2には2つの発電巻線21a、21bが90度ずらし
て取り付けられている。22a、22bは負荷抵抗である。
各発電巻線21a、21bからの交流出力はそれぞれ、制御
装置1内に設けられた波形整形回路23a、23bに入力さ
れる。波形整形回路とは、速度発電機2からの正弦波入
力を矩形波(パルス出力)に変換する回路である。速度
発電機2の等価回路は図4に示すようなものであり、そ
の出力電圧は図5に示すように周波数依存性を持つが、
波形整形回路の出力はほぼ一定電圧となるよう設計され
ている。速度発電機1回転当たりの出力パルス数は決ま
っているので、波形整形回路からの単位時間毎のパルス
出力をマイコンのカウンタ等で計測することで、車輪の
回転数、ひいては速度や走行距離を計算する事ができ
る。具体的には、速度発電機1回転当たりの出力パルス
数をNtg、車輪の直径をWd(単位m)、1秒間のパ
ルスカウント数をnとすれば、列車の速度V及び1秒間
の列車の走行距離Sは、下記の式で計算される。
FIG. 2 shows a conventional speed detection circuit. Two power generation windings 21a and 21b are attached to the speed generator 2 with a shift of 90 degrees. 22a and 22b are load resistors.
The AC outputs from the power generation windings 21a and 21b are input to waveform shaping circuits 23a and 23b provided in the control device 1, respectively. The waveform shaping circuit is a circuit that converts a sine wave input from the speed generator 2 into a rectangular wave (pulse output). The equivalent circuit of the speed generator 2 is as shown in FIG. 4, and its output voltage has frequency dependence as shown in FIG.
The output of the waveform shaping circuit is designed to have a substantially constant voltage. Since the number of output pulses per rotation of the speed generator is fixed, the pulse output per unit time from the waveform shaping circuit is measured by a microcomputer counter, etc., to calculate the number of rotations of the wheels, and thus the speed and mileage. You can do it. Specifically, assuming that the number of output pulses per rotation of the speed generator is Ntg, the diameter of the wheel is Wd (unit m), and the number of pulse counts per second is n, the train speed V and the train The traveling distance S is calculated by the following equation.

【0005】 V=π・Wd・n/Ntg(単位m/sec) S=V・1sec(単位m) 単位時間当たりの走行距離Sを積算すれば、ある時点か
らの列車の走行距離を算出することが可能である。
V = π · Wd · n / Ntg (unit m / sec) S = V · 1 sec (unit m) If the traveling distance S per unit time is integrated, the traveling distance of the train from a certain point in time is calculated. It is possible.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の方式にお
いては、以下のような問題がある。
However, such a conventional system has the following problems.

【0007】図3は波形整形回路の動作を示した図であ
る。図に示すとおり、速度発電機からの入力電圧Esgl
(またはEsg2)が基準電圧+Eminを越えると、出力
パルスSGP1(またはSGP2)がハイレベルにな
り、また、速度発電機からの入力電圧Esg1(またはE
sg2)が基準電圧−Eminを下回ると、出力パルスSG
P1(またはSGP2)がローレベルとなる。このよう
な動作により、速度発電機からの正弦波入力がパルス信
号に変換される。
FIG. 3 shows the operation of the waveform shaping circuit. As shown in the figure, the input voltage Esgl from the speed generator
When (or Esg2) exceeds the reference voltage + Emin, the output pulse SGP1 (or SGP2) goes high, and the input voltage Esg1 (or E
sg2) falls below the reference voltage -Emin, the output pulse SG
P1 (or SGP2) becomes low level. By such an operation, a sine wave input from the speed generator is converted into a pulse signal.

【0008】この場合問題となるのが、速度発電機の出
力電圧特性である。速度発電機の等価回路は図4に示す
通りであり、従って出力電圧特性は図5のようになる。
図5に示すように、速度発電機の回転数が少ない(即
ち、列車速度が低い)状態では、速度発電機出力電圧E
sgは基準電圧(波形整形回路動作電圧)を下回るため波
形整形回路は動作せず、列車が走行しているにも関わら
ず、パルスが出力されず、結果として制御装置では列車
速度は0(停止)と認識してしまう。
In this case, the problem is the output voltage characteristic of the speed generator. The equivalent circuit of the speed generator is as shown in FIG. 4, and the output voltage characteristics are as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, when the speed of the speed generator is low (that is, the train speed is low), the speed generator output voltage E
Since sg is lower than the reference voltage (operating voltage of the waveform shaping circuit), the waveform shaping circuit does not operate, and no pulse is output even though the train is running. As a result, the train speed is 0 (stop) in the control device. ).

【0009】例えば、地上からの信号により、停止目標
地点までの距離が示されている場合において、波形整形
回路が動作しない低い速度で列車が走行した場合、車上
では走行距離0と判定しているにも関わらず、実際には
停止目標位置を通過したといった事態も想定され、非常
に危険である。
For example, if the signal from the ground indicates the distance to the target stop point, and if the train runs at a low speed at which the waveform shaping circuit does not operate, it is determined that the running distance is 0 on the car. In spite of the fact that the vehicle actually passed the stop target position, it is extremely dangerous.

【0010】波形整形回路の基準電圧Esgを低い値とす
れば、より低速まで速度を検出することが可能となる
が、この場合微少なノイズによる誤動作の可能性があ
り、実用上のEsgの下限値には限界がある。
If the reference voltage Esg of the waveform shaping circuit is set to a low value, it is possible to detect the speed down to a lower speed, but in this case, there is a possibility of malfunction due to minute noise, and the practical lower limit of Esg. There are limits to the values.

【0011】またこの方式では速度・走行距離の分解能
は速度発電機1回転当たりのパルス数の制約を受けるた
め、超低速や微少走行距離の検出ができないという問題
がある。例えば、速度発電機1回転当たりのパルス数を
90、車輪の直径を80cmとすれば、1パルス当たりの
距離の分解能は約2.8cmであり、これ以下の走行距離
は検出できない。このため、列車の定位置停止制御やエ
レベータの着床制御等においては速度発電機の分解能の
低さが制御精度向上の妨げとなっている。速度発電機1
回転当たりのパルス数(速度発電機の極数)を増やすこ
とで原理的には分解能の向上を図ることができるが、構
造が複雑化し高コスト化・信頼性低下を招くこと、およ
び極数を増やすにも物理的制限があるため、現状(一般
に90)以上に1回転当たりのパルス数を増やすことは
現実的ではない。
Further, in this method, since the resolution of the speed and the traveling distance is restricted by the number of pulses per rotation of the speed generator, there is a problem that an ultra-low speed or a very small traveling distance cannot be detected. For example, if the number of pulses per revolution of the speed generator is 90 and the diameter of the wheel is 80 cm, the resolution of the distance per pulse is about 2.8 cm, and a travel distance shorter than this cannot be detected. For this reason, in the fixed position stop control of the train, the landing control of the elevator, and the like, the low resolution of the speed generator hinders the improvement of the control accuracy. Speed generator 1
The resolution can be improved in principle by increasing the number of pulses per rotation (the number of poles of the speed generator), but the structure becomes complicated, leading to higher cost and lower reliability. Since there is a physical limitation in increasing the number of pulses, it is not practical to increase the number of pulses per rotation more than the current state (generally 90).

【0012】本発明の課題は、従来の速度発電機を使用
しつつ、極めて0に近い低速域まで安定に動作し、かつ
超低速や微少走行距離の検出を可能とする手段を提供す
ることにある。
It is an object of the present invention to provide a means which can operate stably in a low speed range extremely close to 0 and detect an extremely low speed or a minute traveling distance while using a conventional speed generator. is there.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記のような問題は、速
度発電機からの正弦波入力をパルスに変換し、そのパル
ス数をカウントすることにより速度・走行距離を計測し
ようとしたために生じている。本発明では、速度発電機
からの周波数出力に追従する周波数を、いわゆるPLL
(Phase Locked Loop、位相同期ループ)により生
成し、直接速度発電機出力の位相(回転角)を検出する
ことにより、速度発電機からの出力電圧が極めて小さい
場合にも安定した速度及び走行距離の検出を可能とし
た。
SUMMARY OF THE INVENTION The above problem arises because the sine wave input from the speed generator is converted into a pulse and the number of pulses is counted to measure the speed and the traveling distance. I have. In the present invention, the frequency that follows the frequency output from the speed generator is referred to as a so-called PLL.
(Phase Locked Loop, phase locked loop), and by directly detecting the phase (rotation angle) of the output of the speed generator, a stable speed and traveling distance can be obtained even when the output voltage from the speed generator is extremely small. Detection was enabled.

【0014】速度発電機からの入力信号と、関数発生器
からの発振出力とを、位相差検出手段(相関器)にて相
関を取ることにより、両者の位相差成分を検出する。前
記位相差成分をディジタルフィルタを通して位相差に比
例した角速度成分に変化させて積分し位相角として関数
発生器に入力し、位相差成分が0となるよう関数発生器
の発振出力周波数を制御する。この位相差成分が0のと
き、関数発生器の出力は速度発電機からの入力信号に追
従しており、このとき関数発生器の発信出力の周波数か
ら加速度・速度・距離を検出することができる。
The input signal from the speed generator and the oscillation output from the function generator are correlated by a phase difference detecting means (correlator) to detect a phase difference component between the two. The phase difference component is changed into an angular velocity component proportional to the phase difference through a digital filter, integrated, input to the function generator as a phase angle, and the oscillation output frequency of the function generator is controlled so that the phase difference component becomes zero. When the phase difference component is 0, the output of the function generator follows the input signal from the speed generator, and at this time, acceleration, velocity, and distance can be detected from the frequency of the output of the function generator. .

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図を用
いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図6は本発明を用いた列車制御装置の構成
図である。速度発電機2からの速度入力(正弦波信号)
Esg1,Esg2は、高域のノイズを除去するためローパ
スフィルタ14aおよび14bを通ったのち、AD変換器13
a及び13bでディジタル信号に変換される。ディジタル
化された速度入力は、信号処理装置12に送られ、DSP
(Digital Signal Processor)を用いてディジタ
ル処理され、列車の速度Vtp、移動距離(回転角に比例
した信号であり、回転角と考えてよい)Stpが検出され
る。検出された列車速度Vtp、移動距離Stpは制御情報
処理装置11に送られ、制御情報処理装置11は、入力され
た列車速度Vtp、移動距離Stpと信号受信器4からの制
御情報とに基づいて列車のブレーキ制御を行う。
FIG. 6 is a configuration diagram of a train control device using the present invention. Speed input from speed generator 2 (sine wave signal)
Esg1 and Esg2 pass through low-pass filters 14a and 14b in order to remove high-frequency noise, and then go to an AD converter 13
The signals are converted into digital signals at a and 13b. The digitized speed input is sent to the signal processing device 12 and
(Digital Signal Processor), and the train speed Vtp and the moving distance (a signal proportional to the rotation angle, which may be considered as the rotation angle) Stp are detected. The detected train speed Vtp and the moving distance Stp are sent to the control information processing device 11, and the control information processing device 11 based on the input train speed Vtp, the moving distance Stp, and the control information from the signal receiver 4. Performs brake control of the train.

【0017】図7は信号処理装置12内の、位相同期ルー
プによる詳細な処理を示す図である。速度発電機からの
入力信号(AD変換器13a及び13bでディジタル信号に
変換されたもの)Esg1(sin),Esg2(cos)と、DS
P内部の関数発生器126で生成された正弦波信号Er1,
Er2は、乗算器121aおよび121bに入力され、乗算器1
21aでEsg1(sin)とEr1の相関(積)が、乗算器121
bでEsg2(cos)とEr2の相関(積)が、それぞれ演
算される。演算結果は加算器122に入力され、乗算器121
aおよび乗算器121bにおける相関の差が位相差検出出
力eVとして算出される。すなわち、乗算器121a,乗
算器121b及び加算器122が位相差検出手段を構成する。
FIG. 7 is a diagram showing the detailed processing by the phase locked loop in the signal processing device 12. Input signals from the speed generator (converted to digital signals by the AD converters 13a and 13b) Esg1 (sin), Esg2 (cos), and DS
The sine wave signal Er1, generated by the function generator 126 inside P
Er2 is input to multipliers 121a and 121b,
At 21a, the correlation (product) between Esg1 (sin) and Er1 is calculated by the multiplier 121.
In b, the correlation (product) between Esg2 (cos) and Er2 is calculated. The operation result is input to the adder 122 and the multiplier 121
The difference between a and the correlation in the multiplier 121b is calculated as the phase difference detection output eV. That is, the multiplier 121a, the multiplier 121b, and the adder 122 constitute a phase difference detecting unit.

【0018】ここで、入力信号Esg1=sinαと表せ
ば、速度発電機2は、Esg2として、Esg1とは90度位
相が遅れた出力を発生するよう作られているため、Esg
2=cosαと表される。ここで、関数発生器126で発振さ
れる正弦波信号は、Er1=cosβ、Er2=sinβであ
る。従って、乗算器121aおよび121bにおける演算結果
は、式(1),(2)で表される。
If the input signal Esg1 = sinα, the speed generator 2 is designed to generate an output delayed by 90 degrees from Esg1 as Esg2.
2 = cosα. Here, the sine wave signal oscillated by the function generator 126 is Er1 = cosβ, Er2 = sinβ. Therefore, the operation results of the multipliers 121a and 121b are expressed by the equations (1) and (2).

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】[0020]

【数2】 (Equation 2)

【0021】したがって、加算器122からの出力eV
は、式(3)で表され、入力信号と関数発生器生成信号
との位相差Δθ=α−βに依存したものとなる。
Therefore, the output eV from the adder 122
Is represented by equation (3) and depends on the phase difference Δθ = α−β between the input signal and the function generator generated signal.

【0022】[0022]

【数3】 [Equation 3]

【0023】図8は位相差検出出力eVと、入力信号と
関数発生器生成信号との位相差Δθ=α−βとの関係を
示した図である。図示したように、位相差Δθ=0にお
いてeV=0であるので、eV=0となるよう関数発生
器からの出力信号の位相βを制御することにより、関数
発生器126からの出力信号を速度発電機2からの入力信
号と同期させることができる。この制御には、いわゆる
PLL(位相同期ループ)の原理を用いている。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between the phase difference detection output eV and the phase difference Δθ = α−β between the input signal and the function generator generated signal. As shown, since eV = 0 at the phase difference Δθ = 0, the output signal from the function generator 126 is controlled by controlling the phase β of the output signal from the function generator so that eV = 0. It can be synchronized with the input signal from the generator 2. This control uses the so-called PLL (Phase Locked Loop) principle.

【0024】なおここでは速度発電機の2つの出力Esg
1とEsg2の両方を使用したが、何れか一方のみを使用
することも可能である。この場合、式(1)または式(2)
からわかる通り、sin(α+β)という成分が生じるこ
とになるが、この成分はsin(α−β)と比較して高周
波であるので、適当なローパスフィルタを通すことによ
り、sin(α+β)という成分をカットし、位相差検出
出力eV=sin(α−β)を抽出することができる。但
し、低速においてはsin(α+β)とsin(α−β)の周
波数の差は小さく、従って、sin(α−β)成分のみを
取り出すことが難しく、結果として速度検出精度が落ち
る可能性がある。
Here, the two outputs Esg of the speed generator
Although both 1 and Esg2 were used, it is also possible to use only one of them. In this case, equation (1) or equation (2)
As can be understood from FIG. 2, a component called sin (α + β) is generated. Since this component has a higher frequency than sin (α−β), a component called sin (α + β) is obtained by passing through an appropriate low-pass filter. And the phase difference detection output eV = sin (α−β) can be extracted. However, at low speeds, the difference between the frequencies of sin (α + β) and sin (α-β) is small, so it is difficult to extract only the sin (α-β) component, and as a result, speed detection accuracy may decrease. .

【0025】加算器122からの出力eVは、ディジタル
フィルタ123に入力される。ディジタルフィルタ123は列
車の運転をモデル化したものであり、位相差検出出力e
Vの入力に対して、位相差に比例した角速度成分に変化
させて積分し位相角として出力する。これは、列車の積
算走行距離Stpに比例した信号である。
The output eV from the adder 122 is input to the digital filter 123. The digital filter 123 is a model of train operation, and has a phase difference detection output e.
The input of V is changed into an angular velocity component proportional to the phase difference, integrated, and output as a phase angle. This is a signal proportional to the accumulated running distance Stp of the train.

【0026】ディジタルフィルタ123からの出力(積算
走行距離Stp)は係数器125に入力される。係数器125
は、ディジタルフィルタ123からの出力(積算走行距離
Stpを表す信号)に一定の係数を乗じることにより、速
度発電機(車輪)の回転角を得ている。これは、列車の
走行距離は車輪の回転角に比例していることによる。
The output (integrated running distance Stp) from the digital filter 123 is input to the coefficient unit 125. Coefficient unit 125
Obtains the rotation angle of the speed generator (wheel) by multiplying the output from the digital filter 123 (the signal representing the accumulated traveling distance Stp) by a constant coefficient. This is because the traveling distance of the train is proportional to the rotation angle of the wheels.

【0027】係数器125の出力である回転角は前記関数
発生器126に入力される。関数発生器126は、前述した通
り、速度発電機2からの入力信号に追従する正弦波を生
成するためのものであり、係数器125の出力である回転
角に応じた正弦波信号Er1=cos(2πkS)およびE
r2=sin(2πkS)を出力する。
The rotation angle which is the output of the coefficient unit 125 is input to the function generator 126. As described above, the function generator 126 is for generating a sine wave that follows the input signal from the speed generator 2, and the sine wave signal Er1 = cos according to the rotation angle output from the coefficient unit 125. (2π kS) and E
r2 = sin (2πkS) is output.

【0028】図9はディジタルフィルタ123内部の処理
を示したものである。時刻tにおける列車の加速度をa
(t)、速度をV(t)、位置(走行距離)をS(t)
として列車の運動をモデル化すれば、加速度a(t)の
積分が速度V(t)であり、さらに速度V(t)の積分
が位置S(t)である。図中1231a〜cはそれぞれ加算
器である。加算器1231aには、係数器1232aで定数倍さ
れた位相差検出出力と加速度a(t)のフィードバック
が入力されており、本フィルタの入力である位相差検出
出力eVが0となるよう制御している。加算器1231bに
より加速度a(t)は積分され速度V(t)となるが、
ここでも、係数器1232bで定数倍された位相差検出出力
と速度V(t)のフィードバックが入力されており、同
様に位相差検出出力eVが0となるよう制御している。
更に、加算器1231cにより速度V(t)は積分され距離
S(t)となるが、ここでも、係数器1232cで定数倍さ
れた位相差検出出力と距離S(t)のフィードバッグが
入力されており、同様に位相差検出出力eVが0となる
よう制御している。
FIG. 9 shows the processing inside the digital filter 123. Let the acceleration of the train at time t be a
(T), speed V (t), position (travel distance) S (t)
If the motion of the train is modeled as follows, the integral of the acceleration a (t) is the speed V (t), and the integral of the speed V (t) is the position S (t). In the drawing, reference numerals 1231a to c denote adders, respectively. The phase difference detection output multiplied by a constant by the coefficient unit 1232a and the feedback of the acceleration a (t) are input to the adder 1231a, and the adder 1231a is controlled so that the phase difference detection output eV, which is the input of this filter, becomes zero. ing. The acceleration a (t) is integrated by the adder 1231b to become the speed V (t),
Also in this case, the phase difference detection output multiplied by a constant by the coefficient unit 1232b and the feedback of the speed V (t) are input, and similarly, the phase difference detection output eV is controlled to be 0.
Further, the speed V (t) is integrated by the adder 1231c to become the distance S (t). Here, the phase difference detection output multiplied by a constant by the coefficient unit 1232c and the feedback of the distance S (t) are input. Similarly, control is performed such that the phase difference detection output eV becomes 0.

【0029】ここで入力eVが0であれば、a(t)、
V(t)、S(t)はそれぞれ列車の加速度、速度、位
置と完全に一致していることになる。この速度V
(t)、位置S(t)が、前記図6において、信号処理
装置12から出力される列車速度Vtp、移動距離Stpと
なる。なおV(t)およびS(t)のフィードバッグ制
御は特に必要ではないが、この制御を省略した場合、a
(t)、V(t)、S(t)の収束は遅くなり、従って
速度検出の遅延が大きくなる。従来の方式では、単位時
間内の速度発電機の出力パルスをカウントして走行距離
を求め、その値を微分して速度を、更に微分して加速度
を求めていたため、加速度、速度、および位置の瞬時値
を求めることは不可能であったが、本実施例のようなフ
ィルタ処理を行うことにより、加速度・速度・位置の瞬
時値を直接検出することが可能となるため、従来困難で
あった車輪の空転および滑走の検出を精度良く行うこと
も可能となる。
If the input eV is 0, a (t),
V (t) and S (t) completely match the train acceleration, speed and position, respectively. This speed V
(T) and the position S (t) are the train speed Vtp and the moving distance Stp output from the signal processing device 12 in FIG. Note that feedback control of V (t) and S (t) is not particularly necessary, but if this control is omitted, a
The convergence of (t), V (t), and S (t) becomes slow, and thus the delay in speed detection becomes large. In the conventional method, the output pulse of the speed generator within a unit time is counted to determine the traveling distance, the value is differentiated to obtain the speed, and the speed is further differentiated to obtain the acceleration. Although it was impossible to obtain an instantaneous value, it has been difficult in the past because it is possible to directly detect an instantaneous value of acceleration, velocity, and position by performing a filtering process as in the present embodiment. It is also possible to accurately detect wheel slip and gliding.

【0030】図10は本発明による列車速度の静的検出
特性を示す図である。図に示す通り、速度0から最高速
度に至るまで、リニアな速度検出特性が得られている。
特に、速度発電機からの入力として、位相が異なる2相
信号を入力した場合、Esg1,Esg2の位相差により前
進・後退の判別も可能である。
FIG. 10 is a diagram showing the static detection characteristics of the train speed according to the present invention. As shown in the figure, a linear speed detection characteristic is obtained from the speed 0 to the maximum speed.
In particular, when a two-phase signal having a different phase is input as an input from the speed generator, it is possible to determine whether the vehicle is moving forward or backward based on the phase difference between Esg1 and Esg2.

【0031】図11は本発明による列車速度の動的検出
特性を示す図である。図では停止状態から起動する際の
特性を示してある。起動直後から数サイクルの間は、内
部のPLL参照信号(関数発生器126からの出力Er1お
よびEr2)は、速度発電機からの入力Esg1およびEs
g2に対して若干の遅延がある。これはディジタルフィ
ルタ123の応答遅れによるものである。このため起動直
後のごく短かい時間においては、表の最下段に示すよう
に、検出速度Vtpは列車の実速度Vtを下回るが、起
動直後から数サイクル経過した後は、Er1(Er2)は
Esg1(Esg2)に追従して、Vtp=Vtとなり、正
確な速度を検出することが可能となる。
FIG. 11 is a diagram showing dynamic detection characteristics of train speed according to the present invention. The figure shows the characteristics when starting from a stopped state. During a few cycles immediately after startup, the internal PLL reference signals (outputs Er1 and Er2 from function generator 126) provide inputs Esg1 and Es from the speed generator.
There is some delay for g2. This is due to the response delay of the digital filter 123. For this reason, in a very short time immediately after the start, the detected speed Vtp is lower than the actual speed Vt of the train, as shown at the bottom of the table, but after several cycles from immediately after the start, Er1 (Er2) becomes Esg1. Following (Esg2), Vtp = Vt, and an accurate speed can be detected.

【0032】なお、本実施例においては、関数発生やフ
ィルタ演算は全てDSPを用いているが、入力信号をA
D変換器でディジタル信号に変換せず、アナログ回路で
PLLを実施しても良いことは言うまでもない。
In this embodiment, DSP is used for all of the function generation and the filter operation.
It goes without saying that the PLL may be implemented by an analog circuit without converting the digital signal by the D converter.

【0033】[0033]

【発明の効果】位相同期ループを用いて速度発電機から
の出力信号の回転角を直接検出するため、速度発電機か
らの出力電圧が低下する低速時においても安定して速度
検出をすることが可能となる。また速度発電機からの出
力を波形整形回路でパルス信号に変換し、そのパルス数
を計測する方式とは異なり、速度や距離の分解能が、速
度発電機1回転当たりの発生パルス数の制約を受けない
ため、速度・距離検出精度が飛躍的に向上する。このた
め、特殊なセンサを用いることなく、安価で丈夫である
という特徴を持つ従来の速度発電機を使用しながら、超
低速まで精度良く安定した速度・距離検出を行うことが
できる。
Since the rotation angle of the output signal from the speed generator is directly detected using the phase locked loop, the speed can be detected stably even at low speed when the output voltage from the speed generator decreases. It becomes possible. Also, unlike the method of converting the output from the speed generator into a pulse signal by a waveform shaping circuit and measuring the number of pulses, the resolution of speed and distance is limited by the number of pulses generated per rotation of the speed generator. Since there is no speed, the speed / distance detection accuracy is dramatically improved. For this reason, it is possible to accurately and stably detect speed and distance down to an extremely low speed without using a special sensor and using a conventional speed generator having features of being inexpensive and robust.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】速度発電機を用いた列車制御装置の構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a train control device using a speed generator.

【図2】従来の速度検出方式の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional speed detection method.

【図3】従来の速度検出方式における波形整形回路の動
作を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an operation of a waveform shaping circuit in a conventional speed detection method.

【図4】速度発電機の等価回路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the speed generator.

【図5】速度発電機の出力電圧特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing output voltage characteristics of a speed generator.

【図6】本発明による速度検出方式を用いた列車制御装
置の一実施例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of a train control device using the speed detection method according to the present invention.

【図7】本発明による位相同期ループを用いた速度検出
方式の一実施例を示す制御系統図である。
FIG. 7 is a control system diagram showing one embodiment of a speed detection method using a phase locked loop according to the present invention.

【図8】速度発電機出力と関数発生器出力の位相差検出
出力と位相差の関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a phase difference detection output between a speed generator output and a function generator output, and a phase difference.

【図9】本発明による速度検出方式の一実施例における
位相差検出出力に対するフィルタ処理を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a filtering process on a phase difference detection output in one embodiment of the speed detection method according to the present invention.

【図10】本発明による速度検出方式の速度検出静特性
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a speed detection static characteristic of the speed detection system according to the present invention.

【図11】本発明による速度検出方式の速度検出動特性
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a speed detection dynamic characteristic of the speed detection system according to the present invention.

【符号の説明】 1 列車制御装置 2 速度発電機 3 信号受電器 4 信号受信器 5 車輪 11 制御処理
装置(CPU) 12 信号処理装置(DSP) 13a,13
b AD変換器 14a,14b ローパスフィルタ 21a,21
b 発電巻線 22a,22b 整合抵抗 23a,23
b 波形整形回路 24 回転磁極 121a,1
21b 乗算器 122 加算器 123 フィ
ルタ 125 係数器 126 関数
発生器 1231a 加算器 1231b
加算器 1231c 加算器 1232a
係数器 1232b 係数器 1232c
係数器
[Description of Signs] 1 Train control device 2 Speed generator 3 Signal receiver 4 Signal receiver 5 Wheel 11 Control processor (CPU) 12 Signal processor (DSP) 13a, 13
b AD converters 14a, 14b Low-pass filters 21a, 21
b Power generating windings 22a, 22b Matching resistors 23a, 23
b Waveform shaping circuit 24 Rotating magnetic pole 121a, 1
21b Multiplier 122 Adder 123 Filter 125 Coefficient Unit 126 Function Generator 1231a Adder 1231b
Adder 1231c Adder 1232a
Coefficient unit 1232b Coefficient unit 1232c
Coefficient unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−225581(JP,A) 特開 平1−133585(JP,A) 特開 昭57−33355(JP,A) 特開 平8−201109(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/00 G01P 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-225581 (JP, A) JP-A-1-133585 (JP, A) JP-A-57-33355 (JP, A) JP-A 8- 201109 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02P 5/00 G01P 3/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 回転体の回転角に比例した距離を移動す
る移動体の速度及び移動距離を前記回転角に基づいて検
出する速度および距離の検出方法において、前記回転体
の回転に同期して回転するよう固定された交流発電機か
らの入力信号と、関数発生器から出力される発振信号と
を位相差検出手段にて位相比較し、その位相差成分をデ
ィジタルフィルタを通して位相差に比例した角速度成分
に変化させて積分し移動距離に比例した回転角として出
力するとともに、この出力を前記関数発生器に供給し、
前記発振信号の位相が前記入力信号の位相に追従するよ
う前記発振信号を制御する位相同期ループ回路を用いて
前記回転体の回転角を検出することを特徴とする速度及
び距離の検出方法。
1. A speed and distance detecting method for detecting a speed and a moving distance of a moving body that moves a distance proportional to a rotation angle of the rotating body based on the rotation angle, wherein the speed and the moving distance are synchronized with the rotation of the rotating body. The phase difference between the input signal from the AC generator fixed to rotate and the oscillation signal output from the function generator is compared by a phase difference detecting means, and the phase difference component is passed through a digital filter, and the angular velocity is proportional to the phase difference. While changing the components to integrate and outputting as a rotation angle proportional to the moving distance, this output is supplied to the function generator,
A method for detecting a speed and a distance, comprising detecting a rotation angle of the rotating body using a phase locked loop circuit that controls the oscillation signal so that the phase of the oscillation signal follows the phase of the input signal.
【請求項2】 請求項1記載の速度および距離の検出方
法において、交流発電機からの位相が90度異なる2相
入力信号と、関数発生器から出力される位相が90度異
なる2相発振信号とを位相差検出手段にて位相比較し、
その位相差成分を用いて前記2相発振信号を制御するこ
とを特徴とする速度及び距離の検出方法。
2. A method according to claim 1, wherein a two-phase input signal having a phase difference of 90 degrees from the AC generator and a two-phase oscillation signal having a phase difference of 90 degrees output from the function generator. And phase comparison by the phase difference detection means,
A speed and distance detection method, wherein the two-phase oscillation signal is controlled using the phase difference component.
【請求項3】 請求項1記載の速度および距離の検出方
法において、位相差検出手段から出力される位相差成分
を、該位相差成分を入力として回転体の加速度、速度、
および走行距離をフィードバッグ制御するフィルタによ
り回転角に変換した上で、関数発生器に供給することを
特徴とする速度及び距離の検出方法。
3. The speed and distance detection method according to claim 1, wherein the phase difference component output from the phase difference detection means is used as the acceleration, speed,
And a speed and distance detection method characterized in that the travel distance is converted into a rotation angle by a filter for feedback control and then supplied to a function generator.
【請求項4】 回転体の回転角に比例した距離を移動す
る移動体の速度及び移動距離を前記回転角に基づいて検
出する速度および距離の検出装置において、前記回転体
の回転に同期して回転するよう固定され正弦波信号を出
力する交流発電機と、該交流発電機から出力される正弦
波信号を入力として前記移動体の速度及び移動距離を検
出する信号処理装置とを含んでなり、該信号処理装置
が、正弦波信号を発信する関数発生器と、該関数発生器
から出力される発振信号と前記交流発電機から出力され
る正弦波信号を位相比較して位相差成分を出力する位相
差検出手段と、出力された位相差成分を入力として回転
体の加速度、速度、および走行距離をフィードバッグ制
御して回転角に変換して前記関数発生器に供給するフィ
ルタと、を含んで構成されていることを特徴とする速度
および距離の検出装置。
4. A speed and distance detecting device for detecting a speed and a moving distance of a moving body that moves a distance proportional to a rotation angle of the rotating body based on the rotation angle. An AC generator that is fixed to rotate and outputs a sine wave signal, and a signal processing device that receives the sine wave signal output from the AC generator as input and detects a speed and a moving distance of the moving body, The signal processing device outputs a phase difference component by comparing a phase of a function generator that transmits a sine wave signal and a phase of an oscillation signal output from the function generator and a sine wave signal output from the AC generator. A phase difference detection unit, and a filter that receives the output phase difference component as input, converts the acceleration, speed, and traveling distance of the rotating body into a rotation angle by performing feedback control and supplies the rotation angle to the function generator. Constitution A speed and distance detecting device, characterized in that the speed and the distance are detected.
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