JP3754862B2

JP3754862B2 - 模擬位相による出発制御装置

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Publication number: JP3754862B2
Application number: JP2000084151A
Authority: JP
Inventors: 俊作古賀; 淳一北野
Original assignee: Railway Technical Research Institute; Central Japan Railway Co
Current assignee: Railway Technical Research Institute; Central Japan Railway Co
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: US6515440B2; JP2001275208A; US20020047676A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアシンクロナスモータ式車両の制御装置に関し、特に模擬位相による出発制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リニアシンクロナスモータ（以下「ＬＳＭ」と称す）式車両の制御装置として、図４に示すように、地上側の軌道に沿って配置された推進コイル６１と、この推進コイル６１に対向するように車両６２に搭載された界磁コイル６２ａと、速度指令値ｖ^*と実速度ｖとの偏差を比例・積分演算した電流指令値Ｉ^*を出力する速度制御部６３と、この電流指令値Ｉ^*と推進コイル６１を流れるコイル電流Ｉとの偏差を比例・積分演算して、車両位置を示す位相基準としての位置検知位相θｐとの同期をとった正弦波状の電圧指令値Ｖ^*を出力する変換器制御部６４と、この電圧指令値Ｖ^*に応じた三相の出力電圧Ｖをき電線６６を介して推進コイル６１へ出力する電力変換器６５と、推進コイル６１を流れるコイル電流Ｉを検出する電流検出器６７と、車両位置情報を得るために軌道に沿って配置された交差誘導線６８ａと、この交差誘導線６８ａに生じる信号に基づき、推進コイル６１と界磁コイル６２ａとの相対位置を検出して位置検知位相θｐを出力する位置検知装置６８と、この位置検知位相θｐから速度制御のために必要な実速度ｖを演算して出力する速度検出器６９とを備えたものが知られている。
【０００３】
推進コイル６１は、詳細には、図５（ａ）に示すように、複数の推進コイル群を有する一定長のコイルセクション７１Ａ１、７１Ｂ１、７１Ｃ１、・・・が、車両６２の左右に１／２ずつずらして千鳥状に設置されて構成されている。各コイルセクションは、図５（ｂ）に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の各コイルを一組とする推進コイル群が車両進行方向に複数連なって配置されており、これらの推進コイル群に三相交流を供給することで、移動磁界を発生させる。そして、一つの推進コイル群の長さ２．７ｍを電気角の一周期（３６０度）として位相基準を定め、この位相基準を位置検知装置６８にて検知することにより、車両位置情報を得ている。
【０００４】
また、電力変換器６５から各コイルセクションへ電力を供給（即ち出力電圧Ｖを出力）するためのき電線６６も、電力変換器６５が有する各インバータ６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃに対応して３系統設置されている。そして、き電区分開閉器７２Ａ１、７２Ｂ１、７２Ｃ１、・・・（図４では省略）を個々に開閉制御することにより、車両６２が走行している近傍３系のコイルセクションのみに電力を供給するようにしている。
【０００５】
例えば、車両６２が図５（ａ）に示す位置を右方向に走行しているときは、三つのき電区分開閉器７２Ｃ１、７２Ａ２及び７２Ｂ２を投入して、コイルセクション７１Ｃ１にはインバータＣ系６５Ｃから、コイルセクション７１Ａ２にはインバータＡ系６５Ａから、コイルセクション７１Ｂ２にはインバータＢ系６５Ｂから、それぞれ電力供給を行う。そして、車両６２がコイルセクション７１Ｂ２の区間に移ったときは、き電区分開閉器７２Ｃ２を投入してき電区分開閉器７２Ｃ１を開くことにより、コイルセクション７１Ｃ１への電力供給をやめ、コイルセクション７１Ｃ２への電力供給を開始する。
【０００６】
ＬＳＭ式車両は、超電導コイルである界磁コイル６２ａによって発生する磁界と、電力変換器６５から出力される三相の出力電圧Ｖによって推進コイル６１に発生する磁界との相互作用により、推進力を得て駆動される。ＬＳＭ式車両の駆動制御においては、位置検知位相θｐが車両６２の位置を示す位相基準として変換器制御部６４へ入力され、速度検出器６９でもこの位置検知位相θｐから実速度ｖが演算されることなどから、この位置検知位相θｐ（即ち車両位置）を高精度で検出する必要がある。
【０００７】
このために、軌道上の全線に渡って交差誘導線６８ａを敷設し、車両６２から交差誘導線６８ａへ信号（電波）を発信することにより交差誘導線６８ａに生じる正弦波状の信号を、位置検知装置６８にて信号処理して位置検知位相θｐを得ている。これにより、非常に正確な位置検知を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、上記方法で車両６２の位置を検知するためには、軌道上の全線に渡って高精度に交差誘導線６８ａを敷設し、維持管理する必要があり、車両位置を検知するための設備の施工及び保守に多大な労力・コストが必要となる。
そこで、交差誘導線６８ａのような地上設備を設けることなく車両位置を検知する方法として、車両６２の走行により推進コイル６１に誘起される起電力（以下「速度起電力」と称す）を推定し、この推定値から車両位置を示す位相（以下「速度起電力位相」と称す）θｅを得ることが考えられている。具体的には、図４で示したＬＳＭ式車両の制御装置において、電力変換器６５から出力される出力電圧Ｖと推進コイル６１を流れるコイル電流Ｉと車両角速度とに基づいて速度起電力を推定し、その速度起電力推定値から速度起電力位相θｅを算出する。
【０００９】
このようにして速度起電力位相θｅを算出し、この速度起電力位相θｅを位置検知位相θｐの代わりに位相基準として用いることにより、交差誘導線６８ａや位置検知装置６８などの地上設備が不要となる。
しかしながら、低速域では速度起電力が小さくなるため、速度起電力位相θｅは不安定な位相となる。特に出発時は、速度起電力は全く発生していないため、速度起電力位相θｅを得ることができない。
【００１０】
そこで、速度起電力位相による制御が不可能な出発時には、模擬位相を位相基準として用いることが考えられている。この模擬位相は、速度制御部６３から出力される電流指令値Ｉ^*に基づいて演算により得られるものである。具体的には、図６に示すように、電流指令値Ｉ^*に基づき、推力演算器８１にて推力Ｆを算出し、この推力Ｆと走行抵抗演算器８５から出力される走行抵抗Ｄとに基づき、加速度演算器８２にて加速度αを算出し、この加速度αに基づき、速度演算器８３にて速度ｖを算出し、この速度ｖに基づき、位相演算器８４にて模擬位相θｎを算出する。
【００１１】
このように、速度起電力位相θｅを得ることができない出発時であっても、電流指令値Ｉ^*から演算により模擬位相θｎを得ることができる。そのため、例えば出発時にはこの模擬位相θｎを位相基準として用い、所定の速度以上では速度起電力位相θｅを位相基準として用いることにより、交差誘導線６８ａ等の地上設備によらず、位相基準を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示したように、模擬位相θｎは、その算出過程において実際の位相基準（例えば位置検知位相θｐ）或いは出力電圧Ｖなどをフィードバック信号として用いることなく、電流指令値^*Ｉに基づいて単に理論演算により得られるものである。そのため、この模擬位相θｎを位相基準として用いたＬＳＭ式車両の駆動制御はいわゆる開ループ制御になり、外乱等の影響で制御特性が不安定になるおそれが大きい。
【００１３】
特に、推力演算器８１による推力Ｆの演算や、走行抵抗演算器８５による走行抵抗Ｄの演算では、演算に必要な諸係数を、実走行やシミュレーション等の結果に基づいて設定しているが、実際には車両走行時の諸条件は走行毎に常に変化するため、演算により算出された推力Ｆや走行抵抗Ｄを実走行時の数値と正確に合わせるのはほとんど不可能であり、誤差が生じてしまう。その結果、最終的に算出される模擬位相θｎと実際の位相との誤差も大きくなる。
【００１４】
つまり、実際の車両位置（実位相）とは異なった模擬位相θｎを位相基準として用いることになるため、図７に示すように、例えば位相基準を模擬位相θｎから他の位相（位置検知位相θｐ）へ切り替えたとき、速度や電流指令値Ｉ^*が変動し、乗り心地が損なわれる。また、誤差の程度によってはＬＳＭが脱調してしまい、ＬＳＭの制御そのものが不可能になるおそれもある。
【００１５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、出発時の位相基準として模擬位相を用いたＬＳＭ式車両の制御装置において、安定した出発特性を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の模擬位相による出発制御装置は、電力変換手段から出力される出力電圧によって地上側の軌道に沿って配置された推進コイルに発生する磁界と、その推進コイルに対向するように車両側に搭載された界磁コイルによって発生する磁界との相互作用により、推進力を得て駆動されるＬＳＭ式車両の制御装置において、車両の出発時における、車両位置信号としての位相基準を生成するものである。
【００１７】
ＬＳＭ式車両の制御装置では、既述した従来の駆動制御装置と同様、電力変換手段が、速度制御手段から出力される電流指令値Ｉ^*と位相基準とに基づいて、推進コイルへ出力電圧を出力する。
車両位置信号としての位相基準は、界磁コイルと推進コイルとで構成されるＬＳＭにおいて、推進コイルに対する界磁コイルの相対的位置を電気角で表したものである。例えば推進コイルに三相交流を供給して移動磁界を発生させるＬＳＭの場合、車両進行方向におけるＵ相コイルと界磁コイルとの距離を電気角で表し、これを位相基準とするものである。
【００１８】
本発明の出発制御装置では、まず模擬位相基準値生成手段にて、電流指令値Ｉ^*に基づく演算により、模擬位相基準値を算出する。模擬位相基準値は、速度制御部から出力される電流指令値Ｉ^*に基づいて車両を推進させた場合に、車両が進むべき距離（位相）を理論的に算出したものである。この模擬位相基準値は、例えば従来技術（図６参照）で述べた方法と同様の方法で算出することができ、その場合、図６で示した模擬位相θｎが本発明の模擬位相基準値となる。しかしながら、このような演算は外乱等を考慮したものではなく、単に予め設定された理論演算式に従って得られたものである。そのため、この模擬位相基準値をそのまま位相基準として用いると、従来技術で述べたような、実位相との誤差に起因する問題が生じてしまう。
【００１９】
そのため、本発明では、模擬位相生成手段にて、模擬位相基準値に所定の位相遅れ量θｄを付加した模擬位相θｎを算出し、この模擬位相θｎを位相基準として出力する。即ち、所定の位相遅れ量θｄを付加することで、得られた模擬位相θｎは実位相より遅れた位置にある。この状態で制御を開始する（即ち車両を出発させる）と、界磁コイルをＬＳＭの同期速度に引き込もうとするいわゆる同期化力の働きにより、模擬位相θｎと実位相との位相誤差はほとんどなくなる。尚、位相遅れ量θｄは、同期化力により実位相と模擬位相θｎとの誤差が少なくなるよう、例えば実走行やシミュレーション等の結果に基づいて設定するなど、適宜設定すればよい。
【００２０】
ここで、模擬位相基準値は、例えば請求項２に記載したように、電流指令値Ｉ^*に基づいて推力を算出する推力演算部と、現在の速度に基づいて走行抵抗を算出する走行抵抗演算部と、その推力及び走行抵抗とに基づいて、加速度を算出する加速度演算部と、その加速度に基づいて速度を算出する速度演算部と、その速度に基づいて、模擬位相基準値を算出する位相演算部とを備えた模擬位相基準値生成手段により生成することができる。現在の速度としては、速度演算部により得られる速度を用いればよい。
【００２１】
従って、上記の出発制御装置によれば、模擬位相基準値生成手段により理論的に得られる模擬位相基準値に対し、位相遅れ量θｄを付加して模擬位相θｎを算出し、この模擬位相θｎを位相基準として用いることにより、同期化力の作用で模擬位相θｎと実位相との位相偏差を大幅に低減できる。そのため、出発時の特性（速度・加速度特性など）が安定化し、出発後、位相基準を模擬位相θｎから他の位相（例えば図４で説明した位置検知位相θｐ）に切り替えても、速度・加速度・推進コイルを流れる電流などの不安定な変動はほとんどなくなる。
【００２２】
ところで、上記のような位相遅れ量θｄを付加した模擬位相θｎを位相基準として用いることにより、位相基準と実位相との位相偏差をほぼゼロにする（以下、このことを「同期する」という）ことが可能となるが、出発直後の過渡期（即ち、同期化力により同期するまでの間）は、当然ながら模擬位相θｎと実位相との位相偏差が存在する。つまり、車両がまだ停止している出発時は、位相遅れ量θｄがそのまま位相偏差となり、出発後、同期化力の働きによりこの位相偏差が徐々に減少して最終的に同期し、同期後はその状態を保持することになる。
【００２３】
そのため、出発直後の過渡期においては、位相基準は実位相よりも遅れた位置にあり、その分車両が実際の位置よりも後方に位置しているものと判断され、結果として本来車両が必要とする推進力（実位相に応じた推進力）が得られないことになる。尚、推進力は通常推進コイルを流れる電流の大きさにより決まるものである。
【００２４】
このような出発直後の過渡期に生じる推進力不足分を補うため、請求項３に記載したように、電流指令値補正手段によって電流指令値Ｉ^*を所定量増加させ、それを電流指令補正値Ｉ^*ｃとして出力し、電流指令値Ｉ^*の代わりにこの電流指令補正値Ｉ^*ｃに基づいて、推進コイルへ出力電圧を出力したり模擬位相基準値生成手段にて模擬位相基準値を生成するようにするのが望ましい。増加させる所定量は、車両の実位相に応じた推進力を得られる範囲で適宜決めればよい。
【００２５】
上記の出発制御装置によれば、出発直後から同期するまでの過渡期において生じる推進力不足を、電流指令値Ｉ^*を所定量増加させることで補うことができるため、出発直後から十分な推進力を得ることができ、より早く同期させることが可能となる。尚、位相偏差が徐々に減少して同期した後は、電流指令値Ｉ^*をそのまま用いればよいが、速度制御部では通常、車両位置に応じた所定の速度パターンと実際の車両速度とを比較し、その結果に基づいて電流指令値Ｉ^*を出力するため、同期後引き続き電流指令補正値Ｉ^*ｃを用いても、推進コイルに過大な電流が流れるおそれはなく、特に問題ない。
【００２６】
また、一般に、実位相との位相偏差が例えば dθであるような位相基準を用いて出力電圧を出力した場合、結果として得られる推進力は本来必要な推進力のｃｏｓ dθ倍となる。そこで、電流指令値補正手段では、例えば請求項４に記載したように、電流指令値Ｉ^*及び位相遅れ量θｄに基づき、次式の演算を行うことにより、電流指令補正値Ｉ^*ｃを得ることができる。
【００２７】
Ｉ^*ｃ＝Ｉ^*／ｃｏｓθｄ
前記式にて電流指令補正値Ｉ^*ｃを得ることにより、出発時の位相偏差θｄによる推進力不足分を必要十分なだけ補うことができ、速度や加速度等を安定させつつより早く同期させることが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明が適用されたＬＳＭ式車両の制御システムの概略構成を表す概略ブロック図である。この制御システムは、主に速度制御部１０、変換器制御部２０、模擬位相発生部３０、位相同期制御部４０、速度起電力位相生成部５０、入力位相切換器５５、推進コイル６１、界磁コイル６２ａ、電力変換器６５、き電線６６、電流検出器６７、位置検知装置６８、交差誘導線６８ａとから構成されている。
【００２９】
速度制御部１０は、所定時間の周期で速度指令値ｖ^*に対する追従制御を行うため、ＰＩ制御系で構成され、速度指令値ｖ^*と車両速度（実速度）ｖとの速度偏差を比例・積分演算することにより電流指令補正値Ｉ^*ｃを演算し出力する。具体的には、加減算器１１にて速度指令値ｖ^*と車両速度ｖとの速度偏差を求め、この速度偏差を比例器１２、積分器１３にて比例・積分演算し、両演算結果を加減算器１４にて加算することにより電流指令値Ｉ^*を求める。そして、この電流指令値Ｉ^*に対し、補正演算器１５にて次式による演算を行うことにより、電流指令補正値Ｉ^*ｃを算出する。
【００３０】
Ｉ^*ｃ＝Ｉ^*／ｃｏｓθｄ
尚、この電流指令補正値Ｉ^*ｃは、ｄｑ０回転座標系における値（Ｉ^*ｄ、Ｉ^*ｑ、Ｉ^*０）である。また、前記式中のθｄは、模擬位相演算部３２にて模擬位相基準値θｎ’に付加される位相遅れ量（詳細は後述）である。
【００３１】
変換器制御部２０は、速度制御部１０から出力された電流指令補正値Ｉ^*ｃと推進コイル６１を流れる電流（以下「コイル電流」と称す）Ｉとの電流偏差を補償し、さらに推進コイル６１に誘起される速度起電力の補償分を加えて、電力変換器６５への出力電圧Ｖ（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を演算する。
【００３２】
具体的には、まず電流検出器６７により検出されるコイル電流Ｉ（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を三相／ｄ−ｑ変換器２１によりｄｑ０回転座標系における電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉ０に変換し、電流制御部２４にて、この電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉ０と速度制御部１０から出力された電流指令補正値Ｉ^*ｃ（ｄｑ０回転座標系でのＩ^*ｄ、Ｉ^*ｑ、Ｉ^*０）との電流偏差に対し、一次のＰＩ制御により電圧演算値を算出する。また、電流制御部２４には、車両角速度ωや、制御定数として推進コイル６１やき電線６６の抵抗値及びインダクタンス値（いずれも図示せず）も入力され、電圧演算値に対してこの抵抗値やインダクタンス値による電圧降下分を補償演算した上で、電圧指令演算値Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０として出力する。
【００３３】
一方、電力変換器６５から出力された出力電圧Ｖも三相／ｄ−ｑ変換器２２によりｄｑ０回転座標系における電圧Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０に変換され、この電圧Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０と、電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉ０と、車両角速度ωとに基づいて、速度起電力オブザーバ２５が速度起電力推定値Ｚｄ、Ｚｑ、Ｚ０を演算して出力する。この速度起電力推定値Ｚｄ、Ｚｑ、Ｚ０は、現代制御理論のオブザーバ理論を適用することにより得ている。
【００３４】
そして、この速度起電力推定値Ｚｄ、Ｚｑ、Ｚ０と電流制御部２４から出力される電圧指令演算値Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０とを加減算器２６にて加算することにより、ｄｑ軸電圧指令値Ｖ^*ｄ、Ｖ^*ｑ、Ｖ^*０を得る。そして、このＶ^*ｄ、Ｖ^*ｑ、Ｖ^*０をｄ−ｑ／三相変換器２３により三相交流座標系における電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換し、この電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを電圧指令値として電力変換器６５へ出力する。
【００３５】
模擬位相発生部３０は、速度制御部１０から出力される電流指令補正値Ｉ^*ｃに基づき、模擬位相基準値演算部３１にて模擬位相基準値θｎ’を算出し、この模擬位相基準値θｎ’から、模擬位相演算部３２にて模擬位相θｎを算出する。具体的には、図２に示すように、まず電流指令補正値Ｉ^*ｃに基づき、推力演算器８１にて推力Ｆを算出し、この推力Ｆと走行抵抗演算器８５から出力される走行抵抗Ｄとに基づき、加速度演算器８２にて加速度αを算出し、この加速度αに基づき、速度演算器８３にて速度ｖを算出し、この速度ｖに基づき、位相演算器８４にて模擬位相基準値θｎ’を算出する。次に、模擬位相基準値演算部３１にて得られた模擬位相基準値θｎ’に対し、模擬位相演算部３２にて所定の位相遅れ量θｄ（本実施形態では３０度）を付加することにより、模擬位相θｎを算出する。
【００３６】
つまり、模擬位相基準値演算部３１で得られる模擬位相基準値θｎ’は、図６で示した従来の方法による模擬位相θｎと同じものであり、本実施形態では、この模擬位相基準値θｎ’（従来の模擬位相θｎに相当）に位相遅れ量θｄを付加したものを模擬位相θｎとしている。尚、図示はしていないが、既に述べたように、模擬位相演算部３２で演算に用いる位相遅れ量θｄは、速度制御部１０の補正演算器１５にも入力され、電流指令補正値Ｉ^*ｃの演算に用いられる。
【００３７】
位相同期制御部４０は、所定時間の周期（本実施形態では５ｍsec.）で、入力位相切換器５５により選択された模擬位相θｎ、速度起電力位相θｅ或いは位置検知位相θｐのいずれか一つを、車両位置を示す位相信号として取り込む。そして、取り込まれた位相信号と現在出力している位相基準θ^*との位相偏差を加減算器４１にて算出し、その位相偏差に基づいて補償演算部４２にて補償演算を行い、車両角速度ωを演算する。補償演算部４２は、二次のＰＩ制御系として構成され、加減速時の定常偏差をゼロとして入力位相を安定化させる制御系となっている。この車両角速度ωをさらに積分器４３にて積分演算することにより、位相基準θ^*が出力される。
【００３８】
位相信号の入力は、上記の通り５ｍsec.毎に行うが、ＰＷＭ制御にてインバータの制御が行われる電力変換器６５では、そのＰＷＭ制御の周期が約３００Ｈｚであるため、位相基準θ^*は、このＰＷＭ制御周期より早い２００μsec.周期で出力される。この位相基準θ^*は、車両の実位置を示す信号として、変換器制御部２０や速度起電力位相生成部５０等へ出力される。
【００３９】
尚、補償演算部４２では、図示はしていないが、演算された車両角速度ωが車両速度ｖにも変換される。そして、車両角速度ωと車両速度ｖは共にローパスフィルタ５６を介して出力される。
また、位相信号として位相同期制御部４０に入力される模擬位相θｎ、速度起電力位相θｅ、位置検知位相θｐはいずれも、それ自身が既に車両位置を位相として表したものであるため、位相同期制御部４０を介さずにそのまま位相基準θ^*として用いることができるが、定常偏差をなくし、より安定した位相基準θ^*を得るために、位相同期制御部４０にてこれらの入力位相を安定化させた上で、位相基準θ^*として出力するようにしている。
【００４０】
特に低速度域で速度起電力位相θｅを位相信号として用いる場合、速度起電力が小さくなること等に起因して位相が乱れたり実位相との定常偏差が大きくなりやすいため、位相同期制御部４０を介して出力するのが望ましい。
速度起電力位相生成部５０では、まず、速度起電力オブザーバ２５にて推定された速度起電力推定値Ｚｄ、Ｚｑに基づき、速度起電力位相補正量演算器５１にて速度起電力位相補正量Δθが演算される。そして、この速度起電力位相補正量Δθと、現在出力されている位相基準θ^*とが、加減算器５２にて加算されることにより、速度起電力位相θｅが演算される。
【００４１】
入力位相切換器５５は、位相同期制御部４０に入力される位相信号として、模擬位相発生部３０にて生成された模擬位相θｎ、速度起電力位相生成部５０にて生成された速度起電力位相θｅ、又は位置検知装置６８にて生成された位置検知位相θｐのいずれか一つのみを選択するためのスイッチである。
【００４２】
推進コイル６１、界磁コイル６２ａ、電力変換器６５、き電線６６、電流検出器６７、交差誘導線６８ａ、位置検知装置６８は、いずれも図４及び図５で説明したものと同様の構成であるため、これらについては図４、図５と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
以上詳述したように、本実施形態のＬＳＭ式車両の制御装置では、電流指令値Ｉ^*を補正演算して得た電流指令補正値Ｉ^*ｃに基づいて模擬位相基準値演算部３１により模擬位相基準値θｎ’を算出し、さらにこの模擬位相基準値θｎ’に対して、模擬位相演算部３２にて所定の位相遅れ量θｄ（３０度）を付加することにより、模擬位相θｎを出力している。この模擬位相θｎは、電流指令補正値Ｉ^*ｃに基づく理論演算にて得られるものであるため、車両６２の出発時であっても得ることができる。
【００４４】
そして、この模擬位相θｎ、速度起電力位相生成部５０にて生成された速度起電力位相θｅ、又は位置検知装置６８にて生成された位置検知位相θｐのいずれか一つを適宜選択して、位相信号として位相同期制御部４０に入力し、位相基準θ^*として出力している。尚、模擬位相演算部３２にて用いられる位相遅れ量θｄは、位相信号として模擬位相θｎを用いる場合にのみ有効となり、それ以外（位相信号として速度起電力位相θｅ或いは位置検知位相θｐを用いる場合）は、通常ゼロに設定される。そしてこのとき（θｄがゼロのとき）は、電流指令値Ｉ^*と電流指令補正値Ｉ^*ｃとは等しくなるため、実質的に電流指令値Ｉ^*がそのまま速度制御部１０から出力されることになる。
【００４５】
図３に、出発時に模擬位相θｎを、出発後、所定速度になったとき位置検知位相θｐを、それぞれ入力位相として用いた場合の具体例を示す。図３は、位相同期制御部４０に入力される位相信号を模擬位相θｎから位置検知位相θｐに切り換えた時の位相基準θ^*を、模擬位相θｎ、位置検知位相θｐ、電流指令値Ｉ^*、及び車両速度ｖと共に示したものである。図３からわかるように、従来の模擬位相θｎ（図７参照）に比べ、模擬位相基準値θｎ’に位相遅れ量θｄを付加して得られた模擬位相θｎは、その位相遅れ量θｄ付加による効果（同期化力）により、位置検知位相θｐとの差はほとんどない。そのため、模擬位相θｎから位置検知位相θｐへの切換時でも、車両速度ｖ、電流指令値Ｉ^*の変動はほとんどなく、安定した切換を行うことができる。
【００４６】
また、図示はしないものの、出発時に模擬位相θｎを、出発後所定速度になったとき速度起電力位相θｅを、それぞれ入力位相として用いた場合であっても、図３と同様、模擬位相θｎと速度起電力位相θｅとの位相誤差はほとんどなく、入力位相切換時において、車両速度ｖ、電流指令値Ｉ^*の変動はほとんどなく、安定した切換を行うことができる。
【００４７】
従って、本実施形態のＬＳＭ式車両の制御装置によれば、模擬位相基準値演算部３１により理論的に得られる模擬位相基準値θｎ’に対し、位相遅れ量θｄを付加したものを模擬位相θｎとし、この模擬位相θｎを位相同期制御部４０を介して位相基準θ^*として用いることにより、同期化力の作用で模擬位相θｎと実位相との位相偏差を大幅に低減できる。そのため、出発時の特性（速度・加速度特性など）が安定化し、位相基準θ^*を模擬位相θｎから他の位相（例えば位置検知位相θｐや速度起電力位相θｅ）に切り替えても、速度・加速度・コイル電流などの変動はほとんどなくなる。
【００４８】
しかも、模擬位相θｎを算出するために模擬位相発生部３０に入力する電流指令補正値Ｉ^*ｃは、電流指令値Ｉ^*に対し前記式（Ｉ^*ｃ＝Ｉ^*／ｃｏｓθｄ）の演算にて算出した値（電流指令値Ｉ^*より大きい値）であるため、出発直後のまだ同期していない過渡期であっても、出発時の位相偏差θｄによる推進力不足を必要十分なだけ補うことができ、速度や加速度を安定させつつより早く同期させることができる。
【００４９】
そのため、例えば通常は位置検知位相θｐを位相信号として用い、位置検知装置６８等の故障により位置検知位相θｐが得られなくなった場合のバックアップとして、模擬位相θｎ或いは速度起電力位相θｅを用いるようにすれば、制御システム全体の信頼度をより向上させることができる。
【００５０】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、速度制御部１０（但し補正演算器１５を除く）は本発明の速度制御手段に相当し、補正演算器１５は本発明の電流指令値補正手段に相当し、変換器制御部２０及び電力変換器６５は本発明の電力変換手段に相当し、模擬位相基準値演算部３１は本発明の模擬位相基準値生成手段に相当し、模擬位相演算部３２は本発明の模擬位相生成手段に相当し、推力演算器８１は本発明の推力演算部に相当し、加速度演算器８２は本発明の加速度演算部に相当し、速度演算器８３は本発明の速度演算部に相当し、位相演算器８４は本発明の位相演算部に相当し、走行抵抗演算器８５は本発明の走行抵抗演算部に相当する。また、本実施形態の模擬位相θｎは、本発明の位相基準としての模擬位相θｎに相当するものである。
【００５１】
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では模擬位相θｎ、速度起電力位相θｅ、位置検知位相θｐのいずれか一つを位相信号として選択する構成にしたが、これに限らず、速度起電力が発生しない出発時には模擬位相θｎを位相信号として用い、出発後、所定速度になったら速度起電力位相θｅに切り換えるようにすることもできる。このようにすれば、位置検知装置６８や交差誘導線６８ａなどの地上設備を省くことが可能となって、経済的メリットも大きい。
【００５２】
また、本実施形態では、模擬位相基準値θｎ’に付加する位相遅れ量θｄを３０度としたが、３０度に限らず、同期化力により実位相と模擬位相θｎとの誤差が少なくなるよう、例えば実走行やシミュレーション等の結果に基づいて最適な値を設定するなど、適宜設定できることはいうまでもない。
【００５３】
更に、本実施形態では、位相信号として模擬位相θｎ、速度起電力位相θｅ、位置検知位相θｐのいずれを用いた場合でも、速度制御部１０から電流制御部２４及び模擬位相発生部３０へ電流指令補正値Ｉ^*ｃを出力する構成にしたが、模擬位相θｎを位相信号として用いる場合にのみ電流指令補正値Ｉ^*ｃを出力し、速度起電力位相θｅ又は位置検知位相θｐを用いる場合は補正演算器１５を介さずに電流指令値Ｉ^*をそのまま出力するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたＬＳＭ式車両の制御システムの概略構成を表す概略ブロック図である。
【図２】模擬位相発生部の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】模擬位相から位置検知位相に切り換えた時の位相基準、模擬位相、位置検知位相、電流指令値、及び車両速度を示す説明図である。
【図４】従来のＬＳＭ式車両の制御システムの概略構成を表す概略ブロック図である。
【図５】き電線及び推進コイルの詳細を示す説明図である。
【図６】従来の模擬位相を算出する方法を示す概略ブロック図である。
【図７】従来の模擬位相から位置検知位相に切り換えた時の位相基準、模擬位相、位置検知位相、電流指令値、及び速度を示す説明図である。
【符号の説明】
１０・・・速度制御部
１１、１４、２６、４１、５２・・・加減算器、
１２・・・比例器、１３、４３・・・積分器
１５・・・補正演算器、２０・・・変換器制御部
２４・・・電流制御部
２５・・・速度起電力オブザーバ
３０・・・模擬位相発生部
３１・・・模擬位相基準値演算部
３２・・・模擬位相演算部
４０・・・位相同期制御部
４２・・・補償演算部
５０・・・速度起電力位相生成部
５１・・・速度起電力位相補正量演算器
５５・・・入力位相切換器
５６・・・ローパスフィルタ
６１・・・推進コイル、６２・・・車両
６２ａ・・・界磁コイル、６３・・・速度制御部
６４・・・変換器制御部、６５・・・電力変換器
６６・・・き電線、６７・・・電流検出器
６８・・・位置検知装置、６８ａ・・・交差誘導線
６９・・・速度検出器、８１・・・推力演算器
８２・・・加速度演算器、８３・・・速度演算器
８４・・・位相演算器、８５・・・走行抵抗演算器

Claims

推進コイルが地上側の軌道に沿って配置され、界磁コイルが前記推進コイルに対向するように車両側に搭載され、速度制御手段が電流指令値Ｉ^*を出力し、電力変換手段がこの電流指令値Ｉ^*と、前記推進コイルに対する前記界磁コイルの相対的位置を電気角で表した位相基準とに基づいて、推進コイルへ出力電圧を出力することにより、車両を推進させるリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置において、
車両の出発時における前記位相基準を生成する出発制御装置であって、
前記電流指令値Ｉ^*に基づいて模擬位相基準値を生成する模擬位相基準値生成手段と、
前記模擬位相基準値に所定の位相遅れ量θｄを付加して模擬位相θｎを算出し、その模擬位相θｎを前記位相基準として出力する模擬位相生成手段と
を備えたことを特徴とする模擬位相による出発制御装置。
前記模擬位相基準値生成手段は、
前記電流指令値Ｉ^*に基づいて推力を算出する推力演算部と、
現在の速度に基づいて走行抵抗を算出する走行抵抗演算部と、
前記推力と前記走行抵抗とに基づいて、加速度を算出する加速度演算部と、
前記加速度に基づいて前記速度を算出する速度演算部と、
前記速度演算部により算出された前記速度に基づいて、前記模擬位相基準値を算出する位相演算部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の模擬位相による出発制御装置。
出発直後の車両の推進力を補うために前記電流指令値Ｉ^*を所定量増加させた電流指令補正値Ｉ^*ｃを出力する電流指令値補正手段を備え、前記電力変換手段は、この電流指令補正値Ｉ^*ｃと前記位相基準とに基づいて前記推進コイルへ出力電圧を出力し、前記模擬位相基準値生成手段は、この電流指令補正値Ｉ^*ｃに基づいて前記模擬位相基準値を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の模擬位相による出発制御装置。
前記電流指令値補正手段は、前記電流指令値Ｉ^*及び前記位相遅れ量θｄに基づき、次式の演算を行うことにより、前記電流指令補正値Ｉ^*ｃを得ることを特徴とする請求項３記載の模擬位相による出発制御装置。
Ｉ^*ｃ＝Ｉ^*／ｃｏｓθｄ