JP3679599B2

JP3679599B2 - インバータ制御電気車の空転・滑走制御装置

Info

Publication number: JP3679599B2
Application number: JP05354598A
Authority: JP
Inventors: 東輝項; 聡鈴木; 康松本; 浩助油谷; 憲一黒谷
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: JPH11252708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１台のインバータにより並列駆動される複数の誘導電動機を車輪駆動用電動機として使用するインバータ制御電気車において、車輪の空転・滑走時に車輪とレールとの間の粘着状態に応じた適切なトルク絞りパターンを決定して電動機のトルクを制御するようにしたインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、複数の誘導電動機をインバータ制御するインバータ制御電気車の空転・滑走制御には、様々な方式が提案されている。
第１の方式として、特開平２−１５１２０４号公報に記載された方式があり、この方式は、インバータの電流と電圧とを利用して車輪とレールとの間の接線力を計算し、滑り速度と接線力との変化に基づくファジー制御を行うものである。
第２の方式として、特開平４−１２１００４号公報に記載された方式があり、この方式は、各電動機の電流の最大値を制御するものである。
第３の方式として、特開平４−２５１５０２号−公報に記載された方式があり、この方式は、各電動機の電流を利用してそれぞれの接線力を検出し、滑り速度と接線力との変化に基づくファジー制御を行うものである。
更に第４の方式として、特願平９−１７９７５１号に記載する方式があり、この方式は、各電動機の電流を利用してそれぞれの接線力を計算し、接線力を探索して滑り速度制御を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記第１の方式では、接線力の計算がエネルギーバランスの観点から行われており、損失エネルギー等の存在により計算誤差はかなり大きいと考えられる。
また、第２の方式では、各電動機電流の検出のために電流検出器が必要であるとともに、車輪とレールとの間の粘着状態が考慮されていないため、良好な制御性能を期待できるものとは言えない。
第３の方式でも電動機電流の検出が必要であり、また、トータルの接線力が最大になるような制御が行われていないといった問題がある。
更に、第４の方式では、複数の電動機を制御する場合に、トータルの接線力が最大になることは保証されていない。
【０００４】
加えて、上記第１〜第３の方式は、本質的に空転・滑走車輪軸速度と車両速度との差を用い、ファジー制御等によって直接に電動機トルクを操作するものであり、そのトルク絞りパターンの決定は困難であった。
更に、これらの制御方式では、上述した種々の欠点のほかに、滑り速度に依存する車輪とレールとの間の粘着状態は考慮されておらず、最大限に電車の加速度を確保することができなかった。
【０００５】
そこで本発明は、前記第４の方式と同様に、滑り速度と車輪・レール間の粘着状態との関係に容易に対応可能な滑り速度制御系を構成し、接線力を最大限に利用するために最適な滑り速度指令値を探索するようにした。ただし、本発明では、制御装置のハードウェア上の制約（例えば電動機ごとの電流検出器を使用しない等）を満たすために、各電動機電流を利用することなく電動機のトータル電流、すなわちインバータの出力電流を利用してトータルの接線力を推定し、空転・滑走制御系はトータルの接線力が常に最大になるように動作させて加速性能を向上させるようにしたインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下では、車輪の空転時を対象とした本発明の構成、作用につき説明する。なお、車輪の滑走時には、滑り速度の向きが空転時と逆になるだけであり、本質的には同様に考えることができる。
まず、電気車１車両において、車輪軸に関する運動方程式は数式１によって表される。ただし、電動車１車両に車輪軸は４軸あるものとする。
【０００７】
【数１】
Ｊ_mi・ｄω_i／ｄｔ＝τ_i−Ｆ_i・Ｒ_wi （ｉ＝１，２，３，４）
【０００８】
ただし、数式１における各値は次のとおりである。
ｉ：車輪軸番号
Ｊ_mi:車輪軸慣性モーメント
ω_i:車輪軸角速度
τ_i:車輪軸駆動トルク
Ｆ_i:車輪・レール間接線力
Ｒ_wi:車輪半径
【０００９】
また、電動車１車両に関する運動方程式は数式２によって表される。
【００１０】
【数２】

【００１１】
ただし、数式２における各値は次のとおりである。
ｍ_t:車両質量
ｖ_t:車両速度
Ｆ_r:車両走行抵抗
ＦΔ：線路勾配・連結車両等による力
【００１２】
図１は、車両動特性を示すブロック図である。なお、ここでは第１車輪軸を例示している。この図１における各値は次の通りである。
α_t:車両加速度
ω'₁:第１車輪軸の角加速度
ｖ_m1:第１車輪軸の周速度
ｖ_s1:第１車輪軸の滑り速度
μ₁:第１車輪・レール間の接線力係数
Ｗ₁:第１車輪軸の軸重
ｆ₁( ｖ_s1)：「滑り速度−接線力係数」特性
【００１３】
ここで、滑り速度ｖ_s-接線力係数μの特性ｆ（ｖ_s)は、図２に示すように定性的に表現することができる。ｖ_sが最大値ｖ_smaxをとるとき、接線力係数μは最大値μ_mをとる。
【００１４】
本発明において、同一のインバータにより並列に制御される複数の電動機をベクトル制御する場合、各電動機の角速度の差は大きくならない。各車輪とレールとの粘着特性がそれぞれ図２の特性に属していれば、最小の滑り速度と各車輪の接線力係数の和との特性も一般に図２の特性に属することが確認できる。
【００１５】
車輪軸を４軸有する電動車１車両において、１台のインバータにより２個の誘導電動機が並列運転され、対応する２つの車輪軸が空転した場合、図３に示すような接線力探索機能付きの滑り速度制御を利用した空転制御系を得ることができる。
なお、図３において、１００はＰＩ（比例＋積分）制御器からなる空転制御補償手段、２０１，２０２は各々１台のインバータと２台の車両駆動用電動機とを含む電動機トルク制御系、３００は前述した数式１及び数式２によって表される車両動特性、４００は車両速度計算手段である。
【００１６】
また、ＯＮ／ＯＦＦ判断手段５００は、空転が発生したら自動的に空転制御補償手段１００による空転制御を力行制御に付加し、その後、空転が抑えられ、かつ、電動機トルクによる引張力が所要の値になったら自動的に空転制御を解除し、力行制御のみに戻るように作用する。
６００は予め定められた引張力特性であり、ノッチ指令と車両特性とに応じて電動機のトルク指令を出力する。７００は入力信号（車両動特性３００から出力されるｖ_m1,ｖ_m2)の最大値を求める最大値検出手段であり、その出力が空転発生の判断に使用される。８００は入力信号（ｖ_m1,ｖ_m2)の最小値を求める最小値検出手段であり、その出力が滑り速度の計算に使用される。
９００は接線力推定値と滑り速度とに基づいて最適な滑り速度指令値を探索して出力するロジック（最適滑り速度探索手段）であり、１０００は、インバータの出力電流と車輪軸の周速度とに基づいてトータルの接線力を推定し出力するロジック（接線力推定手段）である。また、１１０１〜１１０４は加算手段である。
【００１７】
なお、図３における各値は次の通りである。
τ^* ₀:力行時のトルク指令値（引張力特性６００の出力）
Δτ^*:絞りトルク指令値（空転制御補償手段１００の出力）
τ^*:電動機トルク指令値（加算手段１１０２の出力）
τ₁:第１の電動機の出力トルク（電動機トルク制御系２０１の出力）
τ₂:第２の電動機の出力トルク（同上）
τ₃,τ₄:第３、第４の電動機の出力トルク（電動機トルク制御系２０２の出力）
ｖ_m1:第１の車輪周速度（車両動特性３００の出力）
ｖ_m2:第２の車輪周速度（同上）
ｖ_m3,ｖ_m4:第３、第４の車輪周速度（同上）
ｖ_m:第１及び第２の車輪軸の車輪周速度の最大値（最大値検出手段７００の出力）
ｖ_n:第１及び第２の車輪軸の車輪周速度の最小値（最小値検出手段８００の出力）
ｖ_t:基準速度（各軸の車輪周速度の最小値、全軸空転時車両速度の推定値；基準速度計算手段４００の出力）
ｖ_s:滑り速度（＝ｖ_n-ｖ_t;加算手段１１０４の出力）
ｖ_sr:滑り速度指令値（最適滑り速度探索手段９００の出力）
ｖ_sm:滑り速度最大値（加算手段１１０３の出力）
Ｉ_inv:インバータ電流（電動機トルク制御系２０１の出力）
Ｆ（この本文内では便宜上、記号「＾」を省略する）：接線力推定値（接線力推定手段１０００の出力
【００１８】
トルク絞り指令値は、数式３に示すように、ＰＩ制御器からなる空転制御補償手段１００の演算により決定される。
なお、数式３における各値は次のとおりである。
ｋ_p=ＰＩ制御器の比例ゲイン
Ｔ_i= ＰＩ制御器の積分時間
【００１９】
【数３】
Δτ^*＝ｋ_p・（１＋１／Ｔ_iｓ）・Δｖ_s
【００２０】
前述した数式１を考慮して、トータルの接線力は数式４のように推定することができる。
なお、数式４における各値は次の通りである。
Ｔ_s:空転制御ループの制御周期
ω_i(ｋ）：ｉ番目の車輪軸の現時刻の角速度
ω_i(ｋ−１）：ｉ番目の車輪軸の一制御周期前の角速度
τ（ｋ）：トータルの電動機トルク
ｋ：制御周期の数
【００２１】
【数４】

【００２２】
また、トータルの電動機トルクは数式５により計算することができる。ここで、数式５におけるｅ_1q,ｅ_1dは数式６の通りであり、添字のｄ，ｑは誘導電動機のｄ軸成分、ｑ軸成分を示す。
なお、数式５、数式６における各値は次の通りである。
ｉ₁:インバータ電流
ｖ₁:インバータ電圧
ｅ₁:電動機の一次電圧演算値
Ｒ₁:電動機の一次抵抗値
τ^*:電動機のトルク指令値
【００２３】
【数５】

【００２４】
【数６】
ｅ_1q=ｖ_1q-Ｒ₁i_1q
ｅ_1d=ｖ_1d-Ｒ₁i_1d
【００２５】
最適な滑り速度の探索は、図２に示した「滑り速度−接線力係数」特性に基づき、下記の基本ルールに従って行われる。
（１）ＩＦ（ｖ_sが増）＆（Ｆが増）ＴＨＥＮｖ_srが増
（２）ＩＦ（ｖ_sが減）＆（Ｆが減）ＴＨＥＮｖ_srが増
（３）ＩＦ（ｖ_sが増）＆（Ｆが減）ＴＨＥＮｖ_srが減
（４）ＩＦ（ｖ_sが減）＆（Ｆが増）ＴＨＥＮｖ_srが減
【００２６】
すなわち、前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、インバータにより車輪駆動用の複数台の誘導電動機を並列に駆動して電気車を運転するインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、車輪周速度と車両速度相当値との差である滑り速度最大値に基づいて車輪の空転・滑走を検出する手段と、滑り速度指令値と滑り速度最小値との差に基づいて誘導電動機に対するトルク絞り指令値を求めることにより空転・滑走制御を行う空転・滑走制御補償手段と、滑り速度最大値と前記空転・滑走制御補償手段の出力とに基づいて、通常制御としての力行・制動制御に対する空転・滑走制御の付加の要否を判断する手段と、を備えたものである。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、前記空転・滑走制御補償手段は、滑り速度指令値と滑り速度最小値との差に対し比例・積分制御を行ってトルク絞り指令値を生成し、このトルク絞り指令値をノッチ指令と車両速度相当値とに基づく通常制御時のトルク指令値に加算して電動機制御系に対するトルク指令値を得るものである。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、トータルの車輪・レール間の接線力が最大になるように、滑り速度及び接線力推定値の増減情報を用いて最適な滑り速度指令値を探索し、前記空転・滑走制御補償手段における制御に用いるものである。
【００２９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、トータルの車輪・レール間の接線力を、インバータの電流・電圧の計測値と、車輪角速度の前回計測値と今回計測値との差分と、計測周期とを用いて推定することにより得ると共に、滑り速度指令値を、最適な滑り速度指令値の探索によって得た滑り速度補正値と前回の滑り速度指令値とを加算して得るものである。
【００３０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、滑り速度補正値を制限関数とし、滑り速度指令値に上下限を設けるものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図４は、２台のインバータが各々２台（合計４台）の誘導電動機を駆動する場合の実施形態を示すブロック図である。
図において、１は電気車制御用の２台のインバータ、２１，２２及び２３，２４は各インバータにより並列的に駆動され、かつ車輪軸に対応して設けられた車輪駆動用の第１〜第４の誘導電動機、３は各電動機２１〜２４にそれぞれ設けられたパルスジェネレータ（ＰＧ）、４は速度演算手段、５はインバータ１に対するトルク成分電流指令発生手段、６は加算手段、７はトルク指令発生手段である。
【００３２】
また、Ａ１２，Ａ３４は同一構成の空転・滑走制御ユニットであり、Ａ１２は第１、第２の電動機２１，２２に対応する制御ユニット、Ａ３４は第３、第４の電動機に対応する制御ユニットである。ここでは、一方の制御ユニットＡ１２の内部構成のみを図示してある。
この制御ユニットＡ１２において、８は接線力推定手段、９は最適滑り速度探索手段、１０は滑り速度演算手段、１１は空転・滑走制御手段である。
なお、１２はインバータ１の電流（電動機２１，２２のトータル電流、電動機２３，２４のトータル電流）を検出する電流検出手段である。
【００３３】
以下、図４における主要部の作用を説明する。
まず、速度演算手段４は、パルスジェネレータ３の出力信号から各車輪の角速度ω_i及び車両速度ｖ_tを演算する。トルク指令発生手段７は、ノッチ指令と車両速度ｖ_tとに応じて通常制御における力行制御時のトルク指令値τ^* ₀₁₂,τ^* ₀₃₄を出力する。
接線力推定手段８は、前述の数式４〜数式６により接線力推定値Ｆ₁₂,Ｆ₃₄を得る。最適滑り速度探索手段９は、接線力推定値Ｆ₁₂,Ｆ₃₄及び滑り速度ｖ_s12,ｖ_s34から最適な滑り速度指令値ｖ_sr12,ｖ_sr34を探索して出力する。
滑り速度演算手段１０は、車両速度ｖ_tとｍｉｎ（ω₁,ω₂)，ｍｉｎ（ω₃,ω₄)とから、滑り速度ｖ_s12,ｖ_s34及び空転発生の判断に利用するｖ_m12=ｍａｘ（ω₁,ω₂)，ｖ_m34=ｍａｘ（ω₃,ω₄)を演算し、出力する。
【００３４】
具体的に、滑り速度ｖ_s12,ｖ_s34の計算は数式７によって行われる。
ただし、数式７におけるＲ_wiは該当車輪の半径である。
【００３５】
【数７】
ｖ_s12＝ｍｉｎ（ω₁，ω₂）・Ｒ_wi−ｖ_t
ｖ_s34＝ｍｉｎ（ω₃，ω₄）・Ｒ_wi−ｖ_t
【００３６】
空転・滑走制御手段１１では、数式３によりトルク絞り指令値Δτ^* ₁₂,Δτ^* ₃₄を演算して出力する。
加算手段６は、τ^* ₁₂=τ^* ₀₁₂+Δτ^* ₁₂、τ^* ₃₄=τ^* ₀₃₄+Δτ^* ₃₄の演算を行い、トルク成分電流指令発生手段５に対する最終的なトルク指令値τ^* ₁₂,τ^* ₃₄を出力する。
そして、電流指令発生手段５は、トルク指令値τ^* ₁₂,τ^* ₃₄をトルク成分電流指令値Ｉ_m ^* ₁₂,Ｉ_m ^* ₃₄に変換する。
【００３７】
以下、実施形態の動作について説明する。ここでは、第１または第２の車輪軸に空転が発生した場合を例にとって述べる。
車両速度や第１、第２の車輪軸の滑り速度を計算し、大きい方の滑り速度（滑り速度の最大値）が予め与えられた空転速度閾値を超えたら、図３におけるＯＮ／ＯＦＦ判断ブロック５００の出力をオンとし、通常制御（力行制御）に空転制御系を付加して、滑り速度指令値と小さい方の滑り速度（滑り速度最小値）との差に対して空転制御補償手段１００により計算した結果をトルク絞り量として電動機トルクを絞る。
【００３８】
空転制御を行うと同時に、接線力推定値と滑り速度とを利用して、最大接線力が得られるような最適な滑り速度を最適滑り速度探索手段９００により探索し、オンラインで滑り速度指令値を変えていく。
粘着係数が回復しなければ、空転制御系が動作を継続し、制御される車輪は適当な滑り速度を維持する。粘着係数が回復すれば、空転制御補償手段１００の出力であるトルク絞り量は小さくなり、その後、粘着係数の回復程度に応じたあるレベルで継続する。もし、そのトルク絞り量のレベルがある時間帯において所定の小さい値以下になったら、粘着係数はもう完全に回復したと判断し、ＯＮ／ＯＦＦ判断手段５００の出力をオフにして力行制御から空転制御を切り離す。
【００３９】
車両速度としては、各車輪周速度の最小値をとり、履歴から予想される速度を大きく外れる場合には補正する。あるいは、車両速度として付随車の車輪軸のパルスジェネレータ信号を使用できる場合にはこれを利用して車両速度の推定値とする。
ここでは、各車輪周速度の最小値を基本とする車両速度及びその推定値を含めて、車両速度相当値という。
【００４０】
次いで、図４における空転・滑走制御手段１１（図３の空転制御補償手段１００）の補償動作を図５に基づいて説明する。
まず、空転制御のＯＮ／ＯＦＦを判断する（Ｓ１）。通常の力行制御時には空転制御はオフとなっている。現在、空転制御がオフである場合には、滑り速度ｖ_sm12と閾値ｖ_sdとを比較し（Ｓ２）、ｖ_sm12≦ｖ_sdならば引き続き空転制御のオフ状態を維持してトルク絞り指令値Δτ^* ₁₂を０として出力する（Ｓ３）。
【００４１】
また、空転制御が現在、オフの状態であってｖ_sm12>ｖ_sdならば、空転制御をオンとする（Ｓ４）。このように閾値ｖ_sdを設けて滑り速度ｖ_sm12との比較結果に応じて空転制御の要否を決定することにより、レールの継ぎ目等での誤信号による空転制御系の誤動作を防止することができる。
同時に、微少滑りによるトルク低下の頻発を防ぐ効果もある。
【００４２】
空転制御が現在、オンである場合には、滑り速度指令値ｖ_sr12と滑り速度ｖ_s12とを入力として、空転制御補償手段１００によりトルク補正値Δτ^** ₁₂を求める（Ｓ５）。そして、このトルク補正値Δτ^** ₁₂の正負を判断し（Ｓ６）、補正値Δτ^** ₁₂が正であるときには現在の引張力は引張力指令を満足しているので、空転制御をオフとし、トルク絞り指令値Δτ^* ₁₂を０として出力する（Ｓ３）。
【００４３】
ステップＳ６において、トルク補正値Δτ^** ₁₂が負である時には、その絶対値とトルク絞り量の最大値Δτ_maxとを比較し（Ｓ８）、補正値Δτ^** ₁₂の絶対値が最大値Δτ_maxよりも小さいときには、トルク絞り指令値Δτ^* ₁₂としてトルク補正値Δτ^** ₁₂をそのまま出力する（Ｓ９）。
また、補正値Δτ^** ₁₂の絶対値が最大値Δτ_maxよりも小さいときには、トルク絞り指令値Δτ^* ₁₂としてトルク補正値Δτ^** ₁₂をそのまま出力する（Ｓ９）。補正値Δτ^** ₁₂の絶対値が最大値Δτ_maxよりも大きいときには、トルク絞り指令値Δτ^* ₁₂として−Δτ_maxを出力する（Ｓ１０）。これにより、トルクの急激な変動を抑制して乗り心地の悪化を防ぐ効果がある。
【００４４】
次に、図４における接線力推定手段８では、前述した数式４〜６により当該時刻における当該車輪での接線力を推定する（この推定値がＦ₁₂(ｋ）である。）。
接線力推定手段８内のディジタルローパスフィルタにかけた接線力の推定結果を接線力探索に用いることとし、このようにローパスフィルタを用いることにより、ノイズや誤信号による誤動作を防ぐことができる。
【００４５】
図６は、ｋ番目の探索周期における最適滑り速度探索手段９の動作を示すフローチャートである。ここでは、周期Ｔ_pで滑り速度指令値ｖ_sr12を更新するものとする。
【００４６】
まず、接線力推定値Ｆ₁₂の前回値Ｆ₁₂(ｋ−１）と今回値Ｆ₁₂(ｋ）の接線力推定値の増減情報としてΔＦ₁₂を求め（Ｓ１１）、滑り速度ｖ_s12の前回値（ｖ_s12(ｋ−１））と今回値（ｖ_s12(ｋ））とから滑り速度の増減情報としてΔｖ'_s12を求める（Ｓ１２）。
更に、図７に示すΔｖ_sの関数を発生する関数発生器により、Δｖ'_s12からΔｖ_s12を求める（Ｓ１３）。ここで、図７の関数の上下限の設定により、滑り速度の変動幅が大きくなり過ぎるのを防いでいる。また、この関数でΔｖ'_s12に対する閾値があることから、滑り速度の変化が小さいときでも強制的に探索を行うことができる。
【００４７】
次に、ΔＦ₁₂の正負及びΔｖ_s12の正負の関係から、滑り速度指令値の補正値Δｖ_sr12の値を決定する（Ｓ１４〜Ｓ２０）。
すなわち、ΔＦ₁₂>０かつΔｖ_s12>０、あるいは、ΔＦ₁₂<０かつΔｖ_s12<０である場合には、現在の滑り速度は接線力が最大になる滑り速度よりも小さく、ΔＦ₁₂>０かつΔｖ_s12<０、あるいは、ΔＦ₁₂<０かつΔｖ_s12>０である場合には、現在の滑り速度は接線力が最大となる滑り速度よりも大きい。これに基づき、Δｖ_sr12=β・Δｖ_s12(Ｓ１５，Ｓ２０）、または、Δｖ_sr12=−β・Δｖ_s12(Ｓ１７，Ｓ１９）とする。但し、βは設計パラメータであり、０＜β≦１の定数である。
【００４８】
更に、ステップＳ２１により求めたｖ_sr12に上下限のリミッタｖ_sru,ｖ_srlを設けて、ｖ_srl≦ｖ_sr12＜ｖ_sruとする（Ｓ２２〜Ｓ２５，Ｓ２６）。このように上下限のリミッタを設けることで、滑り速度が過大になるのを防ぐことができる。
【００４９】
滑走の場合の制御には、ｖ_s12=ｖ_t-ｍａｘ（ω₁,ω₂)・Ｒ_wiとする。また、図４におけるＯＮ／ＯＦＦ判断にｍｉｎ（ω₁,ω₂)を利用する。
但し、車両速度としては各車輪の周速度の最大値をとり、履歴から予想される車両速度を大きく外れる場合には補正する。あるいは、車両速度として付随車の車輪軸のパルスジェネレータ信号を利用できる場合にはこれを用いることとする。
他は空転の場合と同様である。
【００５０】
上記実施形態では、１台のインバータにより２台の誘導電動機を駆動する場合につき説明したが、本発明は、図８に示すように１台のインバータ１により４台の誘導電動機２１〜２４を駆動する場合にも適用可能である。この場合、空転滑走制御ユニットＡ１は単一で良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、滑り速度を制御することで空転や滑走を制御し、車輪とレールとの間の接線力を一定にして閉ループ的な安定した空転・滑走制御を行うことができる。また、自動的に生成される滑り速度指令値に従い、レールと車輪との間の粘着状態に応じて電動機を制御することができる。
また、接線力係数特性を推定して電気車の運転状態を把握できるため、力行・制動制御等の通常制御に付加する空転・滑走制御のオン・オフを自動的に選択することができる。
更に、接線力の探索がオンラインでできるので、空転・滑走時に電気車の加速度を最大限に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１車輪軸を例にとった車両動特性のブロック図である。
【図２】滑り速度と接線力係数との関係を示す図である。
【図３】１台のインバータが２台の電動機を駆動する場合の接線力探索機能付きの空転制御系のブロック図である。
【図４】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図５】図４における空転制御補償手段の動作を示すフローチャートである。
【図６】図４における最適滑り速度探索手段の動作を示すフローチャートである。
【図７】図６における関数発生器の動作説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００空転制御補償手段
２０１，２０２電動機トルク制御系
３００車両動特性
４００基準速度計算手段
５００ＯＮ／ＯＦＦ判断手段
６００引張力特性
７００最大値検出手段
８００最小値検出手段
９００最適滑り速度探索手段
１０００接線力推定手段
１１０１〜１１０４加算手段
１インバータ
２１〜２４誘導電動機
３パルスジェネレータ
４速度演算手段
５トルク成分電流指令発生手段
６加算手段
７トルク指令発生手段
８接線力推定手段
９最適滑り速度探索手段
１０滑り速度演算手段
１１空転・滑走制御手段
１２電流検出手段
Ａ１，Ａ１２，Ａ３４空転・滑走制御ユニット

Claims

インバータにより車輪駆動用の複数台の誘導電動機を並列に駆動して電気車を運転するインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、
車輪周速度と車両速度相当値との差である滑り速度最大値に基づいて車輪の空転・滑走を検出する手段と、
滑り速度指令値と滑り速度最小値との差に基づいて誘導電動機に対するトルク絞り指令値を求めることにより空転・滑走制御を行う空転・滑走制御補償手段と、
滑り速度最大値と前記空転・滑走制御補償手段の出力とに基づいて、通常制御としての力行・制動制御に対する空転・滑走制御の付加の要否を判断する手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置。
請求項１記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、
前記空転・滑走制御補償手段は、滑り速度指令値と滑り速度最小値との差に対し比例・積分制御を行ってトルク絞り指令値を生成し、
このトルク絞り指令値をノッチ指令と車両速度相当値とに基づく通常制御時のトルク指令値に加算して電動機制御系に対するトルク指令値を得ることを特徴とするインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置。
請求項２記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、
トータルの車輪・レール間の接線力が最大になるように、滑り速度及び接線力推定値の増減情報を用いて最適な滑り速度指令値を探索し、前記空転・滑走制御補償手段における制御に用いることを特徴とするインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置。
請求項３記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、
トータルの車輪・レール間の接線力を、インバータの電流・電圧の計測値と、車輪角速度の前回計測値と今回計測値との差分と、計測周期とを用いて推定することにより得ると共に、滑り速度指令値を、最適な滑り速度指令値の探索によって得た滑り速度補正値と前回の滑り速度指令値とを加算して得ることを特徴とするインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置。
請求項４記載のインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置において、
滑り速度補正値を制限関数とし、滑り速度指令値に上下限を設けることを特徴とするインバータ制御電気車の空転・滑走制御装置。