JP4136234B2

JP4136234B2 - リニアシンクロナスモータ式車両の制御装置

Info

Publication number: JP4136234B2
Application number: JP33996399A
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: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001161005A

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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リニアシンクロナスモータ（以下ＬＳＭともいう）式車両の制御装置として、図６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１０１と、この推進コイル１０１に対向するように車両側に搭載された界磁コイル１０２と、速度指令値Ｖ^*と実速度Ｖとの偏差即ち速度偏差△Ｖ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１０３と、この電流指令値Ｉ^*と位相基準信号とから正弦波状の電流パターンを出力する乗算器１０４と、この乗算器１０４から出力された電流パターンに応じた三相交流電流を推進コイル１０１へ供給する電力変換器１０５と、推進コイル１０１と界磁コイル１０２との相対位置を検出して位置位相信号を出力する位置検出器１０６と、この位置位相信号を安定化させると共に電力変換器１０５に指令する位相基準信号や速度制御のための実速度を演算して出力する位相同期制御部１０７とを備えたものが知られている。
【０００３】
ＬＳＭ式車両は、超電導コイルである界磁コイル１０２によって発生する磁界と、電力変換器１０５から供給される三相交流電流によって推進コイル１０１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。ここで、速度制御部１０３は速度偏差△Ｖがゼロになるように電流指令値Ｉ^*を出力するが、具体的には図７のブロック図に示すように、速度指令値Ｖ^*と実速度Ｖとの速度偏差△Ｖを求め、この速度偏差△Ｖを比例・積分演算して両者を加算し、更に実速度Ｖを比例演算した分をそこから減算することにより電流演算値Ｉを求め、この電流演算値Ｉを電流リミッタ１０８に通すことにより、電流演算値Ｉが電流リミッタ１０８の範囲内であれば電流演算値Ｉをそのまま電流指令値Ｉ^*として出力し、電流演算値Ｉが電流リミッタ１０８の範囲外であればリミッタ値Ｉ_Lmを電流指令値Ｉ^*として出力する。この処理は所定サンプリング時間Ｔ_sごとに実行され、第ｎ番目に実行された場合の電流演算値Ｉ_nは下記式（１）で表される。なお、添字のｎは第ｎ番目のサンプリング時の値を表す。
【０００４】
【数２】

【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、電流演算値Ｉが電流リミッタ１０８の範囲外となり、電流指令値Ｉ^*が所定のリミッタ値に制限されている場合、電流演算値Ｉと電流指令値Ｉ^*とが不一致となるため速度偏差△Ｖは次第に大きくなり、それに伴って積分器への蓄積量即ち積分値Ｙは増加し続ける。これは上記式より明らかである。
【０００６】
しかしながら、その後速度偏差△Ｖが実質ゼロになったとき、積分器には大きな蓄積量が残っているため瞬時に所定の電流値Ｉｐまで電流演算値Ｉを絞り込むことはできず、積分器の蓄積量がキャンセルされるまで電流演算値Ｉは徐々にその電流値Ｉｐに絞り込まれていく。
【０００７】
この結果、絞り込み区間においては推進力となる電流が出力され続けるため、実速度Ｖが速度指令値Ｖ^*を超えてしまったり、あるいは、停止すべきところを後退してしまったりすることがある。この現象は一般にリセットワインドアップと呼ばれている。このうち前者をオーバーシュート、後者をアンダーシュートという。図８（ａ）はオーバーシュートの説明図、図８（ｂ）はアンダーシュートの説明図である。
【０００８】
このようなオーバーシュートやアンダーシュートを防止する対策として、電流演算値Ｉと電流指令値Ｉ^*との誤差を検出して積分器の蓄積量を減少させることが提案されている（例えば、坂本哲三著、電気学会論文誌第１１８巻Ｄ、第５７２頁〜第５７８頁）。この対策は自動整合ＰＩ制御と呼ばれるが、この制御方式を採用するとなると、従来の制御定数を変更したりハードウェアを変更したりするなど大幅な制御系の変更が必要となる。つまり、現在安定した制御特性を示している制御系にこの自動整合ＰＩ制御を施すと、制御系設計の大幅なやり直しが必要となる。
【０００９】
また、オーバーシュートやアンダーシュートを防止できたとしても、実速度Ｖの速度指令値Ｖ^*への収束度が悪化したのでは制御系全体の速応性が悪化するので、この速応性も良好に保つ必要がある。
本発明は上記問題点を解決することを課題とするものであり、ＬＳＭ式車両の制御装置において、従来の安定した制御特性を示している制御系を有効に利用してオーバーシュートやアンダーシュートを防止すると共に速応性の優れた制御を行うことを目的とする。
【００１０】
【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、本発明は、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、速度制御器が電流指令値を出力し、電力変換器がこの電流指令値に応じた電流を推進コイルへ供給して前記推進コイルに磁界を発生させることにより前記界磁コイルを搭載した車両を推進させるＬＳＭ式車両の制御装置に関するものである。
【００１１】
本発明のＬＳＭ式車両の制御装置は速度制御器を含んで構成されているが、この速度制御器は、電流演算手段、電流演算値判定手段、電流指令値出力手段を備えている。そして、電流演算手段は、所定タイミングごとに速度指令値と実速度との速度偏差を比例・積分演算することにより電流演算値を求め、電流演算値判定手段は、前記電流演算手段により求められた電流演算値が許容範囲内か否かを判定し、電流指令値判定手段は、前記電流演算値判定手段により肯定判定されたならば電流演算値をそのまま電流指令値として出力し、前記電流演算値判定手段により否定判定されたならば所定のリミッタ値を電流指令値として出力する。
【００１２】
このうち、電流演算手段は、前回のタイミングにおいて前記電流演算値判定手段により否定判定されていたならば、“今回のタイミングにおける速度偏差が前回に比べてゼロに近づいており、且つ、その速度偏差が所定範囲内にある”という条件を満たすか否かを判定し、前記条件を満たさないならば、“電流演算値を求める際の積分値として、電流演算値が許容範囲外になる直前の積分値（直前積分値という）から速度偏差の比例項を削除した値を用いる”という処理（代替処理という）を実行し、前記条件を満たすならば、“電流演算値を求める際の積分値として、直前積分値を用いる”という処理（リセットワインドアップ対策処理又はＲＷ処理という）を速度偏差が実質ゼロになるまで実行するものであり、本発明はこの点を特徴とするものである。
【００１３】
本発明では、速度制御器の電流演算手段の構成自体は従来と同様、速度偏差を比例・積分演算することにより電流演算値を求めるものであるため、既に安定な制御特性が得られることがわかっている制御定数をそのまま有効に利用できる。
また、本発明では、前回のタイミングにおいて所定のリミッタ値を電流指令値として出力した場合において、前記条件を満たした時点で初めて、ＲＷ処理を開始することとした。これは、リセットワインドアップによるオーバーシュートやアンダーシュートを防止するためには上記条件を満たした時点でＲＷ処理を開始すれば十分であり、それ以前にＲＷ処理を開始したとしてもオーバーシュートやアンダーシュートは防止できるが制御系全体の速応性が悪くなるので好ましくなく、それ以後にＲＷ処理を開始したのではオーバーシュートやアンダーシュートを確実に防止することができないので好ましくない。
【００１４】
一方、前回のタイミングにおいて所定のリミッタ値を電流指令値として出力した場合において、前記条件を満たさないならば、ＲＷ処理を開始すると速応性が悪くなるため、このＲＷ処理に代わる代替処理を開始することとした。電流演算値は速度偏差を比例・積分演算したものであり、これを積分値について解くと積分値は電流演算値から速度偏差の比例項を差し引いた形となる。このため、直前積分値を用いて電流演算値を演算すると速度偏差の比例項が現れにくくなり、速応性が劣化する。一方、積分値に速度偏差が蓄積され続けるのはリセットワインドアップによるオーバーシュートやアンダーシュートが生じるため好ましくない。そこで、代替処理では、これらを考慮して、電流演算値を求める際の積分値として、直前積分値から速度偏差の比例項を削除した値を用いることにより、速度偏差が蓄積され続けるのを防止すると共に電流演算値に速度偏差の比例項が現れやすくし、良好な速応性が得られるようにしたのである。
【００１５】
以上のように、本発明によれば、ＬＳＭ式車両の制御装置において、従来の安定した制御特性を示している制御系を有効に利用してオーバーシュートやアンダーシュートを防止すると共に速応性の優れた制御を行うことができるという効果が得られる。
【００１６】
本発明のＬＳＭ式車両の制御装置において、前記電流演算手段は、所定タイミングごとに下記式（１）により電流演算値を求めるものであり、前回のタイミングにおいて前記電流演算値判定手段により肯定判定されていたならば、電流演算値を求める際の積分値を下記式（２）とし、前回のタイミングにおいて前記電流演算値判定手段により否定判定されていたならば、“今回のタイミングにおける速度偏差が前回に比べてゼロに近づいており、且つ、その速度偏差が所定範囲内にある”という条件を満たすか否かを判定し、前記条件を満たさないならば、電流演算値を求める際の積分値を下記式（３）とする処理を実行し、前記条件を満たすならば、電流演算値を求める際の積分値を下記式（４）とする処理を速度偏差が実質ゼロになるまで実行することが好ましい。
【００１７】
【数３】

【００１８】
式（１）からわかるように、Ｉ_nはいわゆるＩ−Ｐ制御により算出される値であるが、Ｋ１をゼロとすればＰＩ制御により算出される値となる。また、式（３）は、式（４）の速度偏差の比例項を削除したものである。ここで、式（１）中、Ｋ１・Ｖ_n（Ｋ１≠０）の項が存在するとオーバーシュートの速度偏差を小さく抑えられるものの速応性が悪くなるため、速応性を重視する場合にはＫ１をゼロとして演算するのが好ましい。
【００１９】
本発明のＬＳＭ式車両の制御装置において、速度偏差が所定範囲内にあるという条件を満たすか否かを判定する際の所定範囲につき、速度指令値と実速度とが一致する直前に、電流指令値が所定のリミッタ値から所定の電流値に達するように定められていることが好ましい。このように速度指令値と実速度とが一致する直前に電流指令値が所定のリミッタ値から所定の電流値に絞り込まれれば、速度指令値と実速度とが一致した後に過剰の電流が推進コイルに付与されることがないため、オーバーシュートやアンダーシュートが発生するのを確実に防止できるし、速応性が悪くなることもない。
【００２０】
例えば、上述の所定範囲は、電流指令値が所定のリミッタ値から所定の電流値に達する時刻をｔ１、電流指令値が所定のリミッタ値から所定の電流値に達するまでの時間をｔ２としたとき、時刻ｔ１における速度偏差がゼロとなるように時刻（ｔ１−ｔ２）における速度偏差を求め、この速度偏差を超えない範囲を所定範囲としてもよい。
【００２１】
【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、ＬＳＭ式車両の制御装置のシミュレーションシステムを表す概略ブロック図である。このシミュレーションシステムは、速度制御部３、変換器模擬部５、車両模擬部１０、位置検知模擬部６、位相同期制御部７から構成されている。
【００２２】
速度制御部３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、速度指令値Ｖ^*と実速度Ｖとの偏差即ち速度偏差△Ｖを比例・積分演算することにより電流演算値Ｉを求め、これを電流指令値Ｉ^*として出力する。具体的には、加減算器３１にて速度指令値Ｖ^*と実速度Ｖとの速度偏差△Ｖを求め、この速度偏差△Ｖを比例器３２、積分器３３にて比例・積分演算して両者を加減算器３４にて加算し、更に実速度Ｖを比例器３５にて比例演算した分を加減算器３４にて減算することにより電流演算値Ｉを求める。そして、この電流演算値Ｉを電流リミッタ３８に通すことにより、電流演算値Ｉが電流リミッタ３８の許容範囲内であれば電流演算値Ｉをそのまま電流指令値Ｉ^*として出力し、電流演算値Ｉが電流リミッタ３８の許容範囲外であれば所定のリミッタ値Ｉ_Lmを電流指令値Ｉ^*として出力する。なお、リミッタ値ＩLmには正のリミッタ値と負のリミッタ値の二つがあり、電流演算値Ｉがリミッタ値ＩLmを越えるとは、電流演算値Ｉが正のリミッタ値を上回るか、負のリミッタ値を下回ることをいう。
【００２３】
変換器模擬部５は、速度制御部３から出力された電流指令値Ｉ^*に電流推力変換係数Ｋｆを乗じて推力Ｆを出力する。
車両模擬部１０は、変換器模擬部５から出力された推力Ｆから走行抵抗（つまり走行抵抗係数Ｋｄに速度Ｖを乗じた値Ｋｄ・Ｖ）を減じ、これを車両重量Ｍで除して加速度αを求め、この加速度αを積分して速度Ｖを求め、この速度Ｖを積分して変位Ｘを求めて出力する。
【００２４】
位置検知模擬部６は、車両模擬部１０から出力された変位Ｘを、位相基準と移動距離との関係（ここでは位相基準３６０度は移動距離２．７ｍに当たるという関係）に基づいて位相θに変換し、これを出力する。
位相同期制御部７は、所定時間の周期で位置検知模擬部６から出力された位相θを車両の実位置として取り込み、入力位相と位相基準との位相偏差から補償演算を行い、実速度Ｖを演算してこれを出力する。この位相同期制御部７は、二次のＰＩ制御系であり、一定加減速度時に位相の定常偏差をゼロとする制御系となっている。この位相同期制御部７で演算された実速度Ｖが、速度制御部３で速度偏差を演算するために利用される。
【００２５】
次に、本実施形態の速度制御部３について詳細に説明する。速度制御部３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータとして構成されており、その機能は既に述べたとおりであるが、具体的な動作については図２の電流指令値出力処理のフローチャートに基づいて説明する。この電流指令値出力処理のプログラムは速度制御部３のＲＯＭに記憶されており、所定サンプリング時間Ｔ_sおきに速度制御部３のＣＰＵがＲＯＭから読み出して実行するものである。
【００２６】
速度制御部３は、この処理が開始されると、今回が初回か否かを判断し（Ｓ１００）、今回が初回ならばサンプリング番号ｎに「１」をセットすると共にフラグｆをリセットし（Ｓ１０１）、Ｓ１０３へ進む。このフラグｆは後述するリセットワインドアップ対策処理（ＲＷ処理という）の実行中に「１」にセットされるフラグである。一方、Ｓ１００において今回が初回でなければサンリング番号ｎをインクリメントし（Ｓ１０２）、Ｓ１０３へ進む。
【００２７】
Ｓ１０３では、後述の積分値設定ルーチンを行う。この積分値設定ルーチンにより積分値Ｙ_nを決定する。続くＳ１０４では、速度指令値Ｖ_n ^*と実速度Ｖ_nから速度偏差△Ｖ_nを求め、下記式（１）により電流演算値Ｉ_nを算出する。なお、本実施形態では、Ｋ１・Ｖ_n（Ｋ１≠０）の項が存在するとオーバーシュートの速度偏差を小さく抑えられる反面、速応性が悪くなることから、Ｋ１はゼロとしている。
【００２８】
【数４】

【００２９】
続くＳ１０５では、電流演算値Ｉ_nが許容範囲内か否かを判定し、電流演算値Ｉ_nが許容範囲内ならば（Ｓ１０５でＹＥＳ）、電流演算値Ｉ_nをそのまま電流指令値Ｉ_n ^*として出力し（Ｓ１０６）、この電流指令値出力処理を終了する。一方、電流演算値Ｉ_nが許容範囲を越えているならば（Ｓ１０５でＮＯ）、即ち電流演算値Ｉ_nが正のリミッタ値を上回るか又は負のリミッタ値を下回るならば、電流リミッタ値Ｉ_Lmを電流指令値Ｉ_n ^*として出力し（Ｓ１０７）、この電流指令値出力処理を終了する。即ち、Ｓ１０７では、電流演算値Ｉ_nが正のリミッタ値を上回る場合にはその正のリミッタ値を電流指令値Ｉ_n ^*とし、電流演算値Ｉ_nが負のリミッタ値を下回る場合にはその負のリミッタ値を電流指令値Ｉ_n ^*として出力し、この電流指令値出力処理を終了する。
【００３０】
次に、積分値設定ルーチンについて図３のフローチャートに基づいて説明する。まず、Ｓ２００では、前回の電流演算値Ｉ_n-1が許容範囲内だったか否かを判断し、前回の電流演算値Ｉ_n-1が許容範囲内だったならば（Ｓ２００でＹＥＳ）、Ｓ２０１においてフラグｆが「０」か「１」かを判断し、フラグｆが「０」ならば、通常走行であるので、Ｓ２０４に進んで積分値Ｙ_nを式（２）により算出し、このルーチンを抜ける。
【００３１】
【数５】

【００３２】
一方、Ｓ２０１においてフラグｆが「１」ならば、ＲＷ処理を実行中であるので、Ｓ２０２に進んで速度偏差△Ｖ_nが実質ゼロであるか否かを判断し、速度偏差△Ｖ_nが実質ゼロであれば（Ｓ２０２でＹＥＳ）、ＲＷ処理の終点であるため、Ｓ２０３においてフラグｆを「０」にリセットしたあと、Ｓ２０４に進んで積分値Ｙ_nを前出の式（２）により算出し、このルーチンを抜ける。Ｓ２０２において速度偏差△Ｖ_nが実質ゼロでなければ（Ｓ２０２でＮＯ）、ＲＷ処理の終点に達していないため、ＲＷ処理を続行すべく、後述のＳ２１３に進む。
【００３３】
さて、Ｓ２００において前回の電流演算値Ｉ_n-1が許容範囲外だったならば（Ｓ２００でＮＯ）、積分器３３への蓄積量が貯まり続けるのを防止するためにＳ２１０以降の処理を実行する。まずＳ２１０では、速度偏差△Ｖ_nがゼロに近づきつつあるか否か、つまり実速度Ｖが速度指令値Ｖ^*に近づきつつあるか否か、具体的には偏差△Ｖ_nが正のときには今回の速度偏差△Ｖ_nが前回の速度偏差Ｖ_n-1より小さいか否か、また、速度偏差△Ｖ_nが負のときには今回の速度偏差△Ｖ_nが前回の速度偏差Ｖ_n-1より大きいか否かを判断する。
【００３４】
そして、速度偏差△Ｖ_nがゼロに近づきつつあるならば（Ｓ２１０でＹＥＳ）、今回の速度偏差△Ｖ_nが所定範囲内になったか否か、つまり速度偏差△Ｖ_nが正のときには今回の速度偏差△Ｖ_nが所定偏差△Ｖ０（＞０）より小さくなったか否か、また、速度偏差△Ｖ_nが負の時には今回の速度偏差Ｖ_nが所定偏差△Ｖｂ（＜０）より大きくなったか否かを判断する（Ｓ２１１）。そして、今回の速度偏差△Ｖ_nが所定範囲内になったならば（Ｓ２１１でＹＥＳ）、Ｓ２１２に進んでＲＷ処理の実行中を表すためにフラグｆに「１」をセットし、続くＳ２１３において、積分値Ｙ_nとして所定の積分値Ｙ_kをセットし、このルーチンを抜ける。ここで、所定の積分値Ｙ_kは、電流演算値が許容範囲外になる直前の積分値（直前積分値）であり、式（４）で表される。なお、このＳ２１３の処理がＲＷ処理である。
【００３５】
【数６】

【００３６】
但し、ｋ：電流演算値が許容範囲外になる直前のサンプル番号
一方、Ｓ２１０において速度偏差△Ｖ_nがゼロから離れつつある（Ｓ２１０でＮＯ）か、あるいは、Ｓ２１１において今回の速度偏差△Ｖ_nが所定範囲を超えている（Ｓ２１１でＮＯ）ならば、ＲＷ処理を実行するとオーバーシュートやアンダーシュートは防止できるものの速応性が悪化するため、Ｓ２１４において積分値Ｙ_nとしてＲＷ処理のときとは異なる所定の積分値Ｙ’_kをセットし、このルーチンを抜ける。ここで、所定の積分値Ｙ’_kは、電流指令値Ｉ_nの速応性を高める比例演算系Ｋ０・△Ｖ_nの応答が現れるように、式（４）における速度偏差の比例項である−Ｋ０・△Ｖ_kを削除したものであり、式（３）で表される。
【００３７】
【数７】

【００３８】
ところで、電流演算値が許容範囲外になっている全域にわたってＲＷ処理を行う、つまりＳ２００で否定判定されたときに直ちにＳ２１２、Ｓ２１３の処理を行うことも考えられる。しかし、この場合には、オーバーシュートやアンダーシュートによる制御特性の悪化は改善されるものの、実速度の目標速度パターン（速度指令値）への収束度が悪化し、制御系全体の速応性が悪くなるという問題が発生する。このような速応性悪化の原因として、Ｓ２１３を行う式（４）において、Ｋ０・△Ｖ_kの項が引かれているために、式（１）における電流指令値Ｉ^*に比例演算系Ｋ０・△Ｖ_nの応答が現れにくく、電流指令値Ｉ^*が許容範囲外になった後の変化が緩やかになったことが考えられる。
【００３９】
そこで、電流指令値Ｉ^*としてリミッタ値Ｉ_Lmが出力されている期間の全域にわたってＲＷ処理を行うのではなく、オーバーシュートやアンダーシュートを防止可能な最小限の速度偏差の範囲でのみＲＷ処理を行い、それ以外の範囲では、速応性を悪化させない式（３）を適用し、速応性悪化の影響を最小限に限定したのである。なお、式（３）の代わりに通常走行時の式（２）を適用するとすれば、積分器３３への蓄積量が貯まり続けることになるため好ましくない。
【００４０】
以上のことから、本実施形態では、オーバーシュートやアンダーシュートを防止可能な最小限の速度偏差△Ｖ０、△Ｖｂを求めて、速度偏差△Ｖが所定範囲内つまり△Ｖｂ以上△Ｖ０以下の範囲になったときに初めてＲＷ処理を実行するようにし、このＲＷ処理を速度偏差が実質ゼロになるまで実行し続けているのである。
【００４１】
さて、ＲＷ処理を開始する限界タイミング（速度偏差△Ｖ０、△Ｖｂ）は、実加減速度変化点ｔ１つまり速度指令値Ｖ^*と実速度Ｖとの一致点の直前に、電流指令値Ｉ^*の絞り込みが終了するように選択すればよい。ここで、電流指令値Ｉ^*の絞り込みが終了するとは、電流指令値Ｉ^*がリミッタ値Ｉ_Lmから所定の電流変化率βで絞り込まれて所定電流値に至ることを意味する。限界タイミングより前でＲＷ処理を開始すると、オーバーシュートやアンダーシュートは発生しないが速応性が悪化するため好ましくなく、限界タイミングより後でＲＷ処理を開始するとオーバーシュートやアンダーシュートが発生するため好ましくない。
【００４２】
ここで、所定の速度偏差△Ｖ０について図４に基づいて説明する。電流指令値Ｉ^*の絞り込みが終了するのに要する時間ｔ２（電流絞り込み時間という）は、リミッタ値Ｉ_Lmと所定電流値Ｉｐとの差Ｉｍを電流変化率β（定数）で除した値である。つまり、ｔ２＝Ｉｍ／βとなる。したがって、実加減速度変化点ｔ１から時間ｔ２だけ遡った時点ｔ０（＝ｔ１−ｔ２）が限界タイミングである。この限界タイミング時の速度偏差△Ｖ０は、加速度α（電流指令値Ｉ^*が正のリミッタ値のときの加速度であり、最大実加速度）に時間ｔ２を乗じた値となる。つまり、△Ｖ０＝α・ｔ２となる。速度偏差△Ｖがこの△Ｖ０以下になったときにＲＷ処理を開始すれば、リセットワインドアップによるオーバーシュートを防止でき、しかも速応性を損なうこともないという効果が得られる。なお、リセットワインドアップによるアンダーシュートを防止する場合には、上述の所定偏差△Ｖ０と同様にして所定偏差△Ｖｂ（＜０）を求めればよい。
【００４３】
次に、上述の電流指令値出力処理について具体的な一例を図５のタイムチャートを用いて説明する。まず、時間領域Ａについて説明する。この時間領域Ａは、電流演算値Ｉ_nが許容範囲内であり、その電流演算値Ｉ_nをそのまま電流指令値Ｉ_n ^*として出力する領域である。この領域では、積分値設定ルーチンにおいて、Ｓ２００でＹＥＳ→Ｓ２０１でｆ＝０→Ｓ２０４と進み、このＳ２０４で積分値Ｙ_nを得る。そして、電流指令値出力処理において、Ｓ１０４でこの積分値Ｙ_nを用いて電流演算値Ｉ_nを演算し、Ｓ１０５でＹＥＳ→Ｓ１０６と進み、このＳ１０６で電流指令値Ｉ_n ^*として電流演算値Ｉ_nをそのまま出力する。この時間領域Ａでは良好な追従制御が行われる。
【００４４】
続いて、時間領域Ｂについて説明する。この時間領域Ｂは、電流演算値Ｉ_nが許容範囲外であり、速度偏差△Ｖは徐々に増加しており、電流指令値Ｉ_n ^*としてリミッタ値Ｉ_Lm（正のリミッタ値）を出力する領域である。この領域では、積分値設定ルーチンにおいて、Ｓ２００でＮＯ→Ｓ２１０でＮＯ→Ｓ２１４と進み、このＳ２１４で積分値Ｙ_n（＝Ｙ_k’）を得る。そして、電流指令値出力処理において、Ｓ１０４でこの積分値Ｙ_n（＝Ｙ_k’）を用いて電流演算値Ｉ_nを演算し、Ｓ１０５でＮＯ→Ｓ１０７と進み、このＳ１０７で電流指令値Ｉ_n ^*として正のリミッタ値を出力する。なお、時間領域ＡからＢへ変移するときのサンプル番号ｋの積分値Ｙ_kおよびこの積分値Ｙ_kから速度偏差の比例項を削除した積分値Ｙ_k’が速度制御部３のＲＡＭに記憶される。
【００４５】
続いて、時間領域Ｃについて説明する。この時間領域Ｃは、電流演算値Ｉ_nが許容範囲外であり、速度偏差△Ｖは徐々にゼロに近づいているが△Ｖ０より大であり、電流指令値Ｉ_n ^*としてリミッタ値Ｉ_Lm（正のリミッタ値）を出力する領域である。この領域では、積分値設定ルーチンにおいて、Ｓ２００でＮＯ→Ｓ２１０でＹＥＳ→Ｓ２１１でＮＯ→Ｓ２１４と進み、このＳ２１４で積分値Ｙ_n（＝Ｙ_k’）を得る。そして、電流指令値出力処理において、Ｓ１０４でこの積分値Ｙ_n（＝Ｙ_k’）を用いて電流演算値Ｉ_nを演算し、Ｓ１０５でＮＯ→Ｓ１０７と進み、このＳ１０７で電流指令値Ｉ_n ^*として正のリミッタ値を出力する。つまり、時間領域Ｂ及びＣでは代替処理が実行される。
【００４６】
続いて、時間領域Ｄについて説明する。この時間領域Ｄは、電流演算値Ｉ_nが許容範囲内であり、速度偏差△Ｖは徐々にゼロに近づいており、且つ、△Ｖ０以下であり、電流指令値Ｉ_n ^*として電流演算値Ｉ_nをそのまま出力する領域である。この領域に入った直後では、積分値設定ルーチンにおいて、Ｓ２００でＮＯ→Ｓ２１０でＹＥＳ→Ｓ２１１でＹＥＳ→Ｓ２１２→Ｓ２１３と進み、このＳ２１３で積分値Ｙ_n（＝Ｙ_k）を得る。そして、電流指令値出力処理において、Ｓ１０４でこの積分値Ｙ_n（＝Ｙ_k’）を用いて電流演算値Ｉ_nを演算し、Ｓ１０５でＹＥＳ→Ｓ１０６と進み、このＳ１０６で電流指令値Ｉ_n ^*として電流演算値Ｉ_nをそのまま出力する。そして、次回以降では、積分値設定ルーチンにおいて、Ｓ２００でＹＥＳ→Ｓ２０１でｆ＝１→Ｓ２０２でＮＯ→Ｓ２１３と進み、その後は先ほどと同様の処理を行い、電流指令値Ｉ_n ^*として電流演算値Ｉ_nをそのまま出力する。そして、最終的に速度偏差△Ｖnが実質ゼロになったとき、積分値設定ルーチンにおいて、Ｓ２００でＹＥＳ→Ｓ２０１でｆ＝１→Ｓ２０２でＹＥＳ→Ｓ２０３→Ｓ２０４と進み、このＳ２０４で積分値Ｙ_nを得、電流指令値出力処理のＳ１０４でこの積分値Ｙ_nを用いて電流演算値Ｉ_nを演算し、Ｓ１０５でＹＥＳ→Ｓ１０６と進み、このＳ１０６で電流指令値Ｉ_n ^*として電流演算値Ｉ_nをそのまま出力する。これがＲＷ処理の終点である。つまり、時間領域ＤではＲＷ処理が実行される。
【００４７】
この図５のタイムチャートと図８（ａ）のタイムチャートを比較すると、実速度と速度指令値とが一致した時点をみたとき、前者では電流の絞り込みが終了しているのに対して、後者では電流の絞り込みがはじまっている。換言すれば、電流指令値がリミッタ値（正のリミッタ値）から解除されるタイミングは、後者よりも前者の方が早められている。この結果、前者では実速度と速度指令値とが一致した後は過剰な電流が流れることはないため、リセットワインドアップによるオーバーシュートが防止されるが、後者では実速度と速度指令値とが一致した後に過剰な電流が流れるため、リセットワインドアップによるオーバーシュートが発生する。
【００４８】
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。本実施形態の変換器模擬部５が本発明の電力変換器、推進コイル、界磁コイルに相当し、本実施形態の速度制御部３が本発明の速度制御器に相当する。また図１の速度制御部３における比例器３２、３５、積分器３３、加減算器３１、３４が本発明の電流演算手段に相当し、電流リミッタ３８が本発明の電流演算値判定手段及び電流指令値出力手段に相当する。更に、図２のＳ１００〜Ｓ１０４が電流演算手段の処理に相当し、Ｓ１０５が電流演算値判定手段の処理に相当し、Ｓ１０６及びＳ１０７が電流指令値出力手段の処理に相当する。
【００４９】
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ＬＳＭ式車両の制御装置のシミュレーションシステムについて説明したが、速度制御部３を図６の速度制御部１０３の代わりに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＳＭ式車両の制御装置のシミュレーションシステムを表す概略ブロック図である。
【図２】電流指令値出力処理のフローチャートである。
【図３】積分値設定ルーチンのフローチャートである。
【図４】所定偏差△Ｖ０の求め方を表す説明図である。
【図５】本実施形態の一具体例を表すタイムチャートである。
【図６】ＬＳＭ式車両の制御装置の概略ブロック図である。
【図７】速度制御部の機能を表す概略ブロック図である。
【図８】オーバーシュート及びアンダーシュートの説明図であり、（ａ）はオーバーシュート、（ｂ）はアンダーシュートの説明図である。
【符号の説明】
３・・・速度制御部、５・・・変換器模擬部、６・・・位置検知模擬部、７・・・位相同期制御部、１０・・・車両模擬部、３１・・・加減算器、３２・・・比例器、３３・・・積分器、３４・・・加減算器、３５・・・比例器、３８・・・電流リミッタ。

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、速度制御器が電流指令値を出力し、電力変換器がこの電流指令値に応じた電流を推進コイルへ供給して前記推進コイルに磁界を発生させることにより前記界磁コイルを搭載した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、
前記速度制御器は、
所定タイミングごとに速度指令値と実速度との速度偏差を比例・積分演算することにより電流演算値を求める電流演算手段と、
前記電流演算手段により求められた電流演算値が許容範囲内か否かを判定する電流演算値判定手段と、
前記電流演算値判定手段により肯定判定されたならば電流演算値をそのまま電流指令値として出力し、前記電流演算値判定手段により否定判定されたならば所定のリミッタ値を電流指令値として出力する電流指令値出力手段と
を備え、
前記電流演算手段は、
前回のタイミングにおいて前記電流演算値判定手段により否定判定されていたならば、今回のタイミングにおける速度偏差が前回に比べてゼロに近づいており、且つ、その速度偏差が所定範囲内にあるという条件を満たすか否かを判定し、
前記条件を満たさないならば、電流演算値を求める際の積分値として、電流演算値が許容範囲外になる直前の積分値（直前積分値という）から速度偏差の比例項を削除した値を用いるという処理を実行し、
前記条件を満たすならば、電流演算値を求める際の積分値として、前記直前積分値を用いるという処理を、速度偏差が実質ゼロになるまで実行する
ことを特徴とするリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置。
前記電流演算手段は、
所定タイミングごとに下記式（１）により電流演算値を求めるものであり、
前回のタイミングにおいて前記電流演算値判定手段により肯定判定されていたならば、電流演算値を求める際の積分値を下記式（２）とし、
前回のタイミングにおいて前記電流演算値判定手段により否定判定されていたならば、今回のタイミングにおける速度偏差が前回に比べてゼロに近づいており、且つ、その速度偏差が所定範囲内にあるという条件を満たすか否かを判定し、
前記条件を満たさないならば、電流演算値を求める際の積分値を下記式（３）とする処理を実行し、
前記条件を満たすならば、電流演算値を求める際の積分値を下記式（４）とする処理を速度偏差が実質ゼロになるまで実行する
ことを特徴とする請求項１記載のリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置。
前記電流演算手段は、Ｋ１をゼロとして演算することを特徴とする請求項２記載のリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置。
速度偏差が所定範囲内にあるという条件を満たすか否かを判定する際の所定範囲につき、速度指令値と実速度とが一致する直前に、電流指令値が前記リミッタ値から所定の電流値に達するように定められていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置。