JP4334161B2 - 鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 - Google Patents
鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4334161B2 JP4334161B2 JP2001124440A JP2001124440A JP4334161B2 JP 4334161 B2 JP4334161 B2 JP 4334161B2 JP 2001124440 A JP2001124440 A JP 2001124440A JP 2001124440 A JP2001124440 A JP 2001124440A JP 4334161 B2 JP4334161 B2 JP 4334161B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- induction motor
- linear induction
- current
- railway vehicle
- equivalent circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両駆動用のリニア誘導電動機を駆動制御する鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両をリニア誘導電動機を用いて駆動するには、直流電力を電力変換装置で交流電力に変換してリニア誘導電動機に入力するようにしている。図３は、そのようなリニア誘導電動機を適用した鉄道車両の駆動制御システムの構成図である。
【０００３】
架線８から集電器７で入力された直流は、断流器１５、フィルタリアクトル１３およびフィルタコンデンサ１１を介して電力変換装置１に入力される。電力変換装置１は直流電力を三相の交流電力に変換するものであり、複数個のスイッチング素子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ、１４Ｘ、１４Ｙ、１４Ｚから構成されている。電力変換装置１からの交流電力はリニア誘導電動機の一次側コイル３に出力され、二次側に設けられた２次側リアクションプレート４との相互作用により直線的な駆動力を発生する。
【０００４】
鉄道車両にはリニア誘導電動機の一次側コイル３が設けられ、２次側リアクションプレート４はレール９側に設けられる。また、鉄道車両はレール９上に車輪６で支持される。
【０００５】
制御装置２は、車輪６に設けられた速度検出器５で検出された鉄道車両の速度、電流検出器１２で検出された電力変換装置１からリニア誘導電動機の一次側コイル３に供給される出力電流、電圧検出器１０で検出された電力変換装置１への入力電圧等に基づいて、電力変換装置１のスイッチング素子１４にゲート信号を出力しリニア誘導電動機を駆動制御する。
【０００６】
図４は、リニア誘導電動機と鉄道車両との関係の説明図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は鉄道車両下部の正面図である。図４（ａ）に示すように、鉄道車両の車体３１の下部には台車３０が取り付けられており、この台車３０にはリニア誘導電動機の一次側コイル３および車輪６が取り付けられている。そして、一次側コイル３に電力変換装置１から３相交流電流が供給され、軌道に設置された二次側２次側リアクションプレート４との間に推進力を発生させて駆動力を得るようになっている。図４（ｂ）に示すように、一次側コイル３は２次側リアクションプレート４に対面して設けられている。
【０００７】
図５は従来の鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置２の構成図である。電流指令演算手段１６は、リニア誘導電動機の磁束指令ΦＲｅｆと推進力指令ＴｏｒｑＲｅｆが入力され、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆとｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆとすべり角周波数ωｓを演算して出力する。
【０００８】
【数１】
【０００９】
ロータ角周波数演算手段１９は、速度検出器５の出力である車輪の回転数ωを入力として、リニア誘導電動機のロータ角周波数ωｒを演算して出力する。
【００１０】
ωｒ＝Ｋ×ω …（２）
ωｒ：ロータ角周波数
Ｋ：車輪回転数−ロータ角周波数変換係数
【００１１】
電力変換装置１の出力角周波数（１次角周波数）ω１は次式で求められる。
【００１２】
ω１＝ωｒ＋ωｓ …（３）
ω１：インバータ出力角周波数
ωｒ：ロータ角周波数
ωｓ：すべり角周波数
【００１３】
位相角演算手段２０は、電力変換装置１の出力角周波数ω１を時間積分して、位相角θを演算し出力する。座標変換手段１７は、電流検出器１２の出力であるＵ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗと、位相角演算手段２０の出力である位相角θとを入力として、次の演算を行い、電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを出力する。
【００１４】
【数２】
【００１５】
電流制御演算手段１８は、電流指令演算手段１６の出力であるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆおよびｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、座標変換手段１７からの電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとが入力され、下記の(５)式に示す演算が行われる。
【００１６】
【数３】
【００１７】
すなわち、電流フィードバック制御の比例積分演算によって電力変換装置１の出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを出力する。この比例積分演算によって電流指令値ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆに対して実際の電流Ｉｄ、Ｉｑが一致するように、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑが調整される。
【００１８】
次に、相電圧指令演算手段２１は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ、位相角θ、電圧検出器１０で検出されたフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃを入力として、各相の電圧指令Ｕ相電圧指令Ｖｕ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ、Ｗ相電圧指令Ｖｗを出力する。
【００１９】
ゲート信号発生手段２４は、相電圧指令演算手段２１の出力であるＵ相電圧指令Ｖｕ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ、Ｗ相電圧指令Ｖｗ が入力され、電力変換装置１のスイッチング素子１４Ｕ〜１４ＺへのＰＷＭゲート信号Ｇｕ〜Ｇｚを発生し出力する。
【００２０】
ここで、リニア誘導電動機では、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間に推進力が発生して車両の駆動源となる。１次側コイル３は台車３０に取り付けられており、２次側リアクションプレート４は、図４（ｂ）に示すようにレール９側の軌道に設置される。１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙は、例えば５ミリメートルから１０ミリメートル程度に設計される。
【００２１】
図６は、２次側リアクションプレート４の構造図である。２次側リアクションプレート４は、推進力を発生する渦電流を流すための非磁性体（アルミニウムや銅）製のプレート４ａと、１次側コイル３から誘起される磁束を通しやすくするための磁性体（鉄など）製のバックアイアン４ｂとで構成される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙は、車体の重量（荷重）の変化や、２次側リアクションプレート４の設置誤差などのために一定とはならす、数ミリメートルの範囲で変動する。また、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂの材質や厚みＨは路線全体で同一とは限らず、路線の区間によってバックアイアン４ｂの材質や厚みＨの異なる２次側リアクションプレート４が設置される場合がある。
【００２３】
１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との空隙や、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂが変化すると、リニア誘導電動機の特性すなわち等価回路パラメータが変化する。この等価回路パラメータの変化は、主として相互インダクタンスＭの変化として表れる。
【００２４】
図７はリニア誘導電動機の等価回路の回路図である。図７において、Ｒ１は一次抵抗、ｌ１は一次漏れインダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、ｌ２は二次漏れインダクタンス、Ｒ２は二次抵抗、Ｓはすべり、Ｖ１は一次電圧、Ｉ１は一次電流、Ｉｍは磁束電流、Ｉｔはトルク電流である。相互インダクタンスＭの値が変化すると、磁束電流Ｉｍ、トルク電流Ｉｔが変化し、リニア誘導電動機の特性が変化する。
【００２５】
リニア誘導電動機を安定に制御するためには、電流フィードバック制御が有効である。また、制御される実際の電流の制御応答が速く、かつ実際の電流が指令値に対してオーバーシュートを生じないことが望ましい。電流フィードバック制御を安定にするためには、実際の電流の応答（電流指令値に対する追従）が１次遅れとなるように制御ゲインが選ばれる。
【００２６】
図８は、誘導電動機の電圧・電流をベクトルで表し、２次磁束の方向の電圧をＶｄ、電流をＩｄ、また２次磁束と直交する方向の電圧をＶｑ、電流をＩｑと表現した場合の誘導電動機の等価回路ブロック図である。この等価回路は、リニア誘導電動機の場合も回転形誘導電動機の場合も同様である。
【００２７】
図８において、ＩｄＲｅｆはｄ軸電流指令、ＩｑＲｅｆはｑ軸電流指令、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流、Ｇｐは比例ゲイン、Ｇｉは積分ゲイン、ｐは微分演算子、Ｖｄはｄ軸電圧、Ｖｑはｑ軸電圧、ω１は１次角周波数、Ｒ１は１次抵抗、Ｌ１は１次インダクタンス、Ｌ２は２次インダクタンス、σは漏れ係数、Ｍは相互インダクタンス、Φ２ｄは２次ｄ軸磁束、Φ２ｄは２次ｑ軸磁束である。
【００２８】
電流フィードバック制御は、誘導電動機の等価回路ブロックの「１／（Ｒ１＋ｐσＬ１）」の項に対して１次遅れ応答となるように比例積分演算で構成される。
【００２９】
ここで、比例積分演算において比例ゲインＧｐが小さすぎる場合は、図９に示すように、電流指令値の変化に対して電流の応答がオーバーシュートする。また比例ゲインＧｐが大きすぎる場合には電流の応答が１次遅れとならず、かつ、指令値への収束が遅くなり電流制御の安定には望ましくない動作になる。
前述の（５）式で示した比例積分演算の場合、その比例ゲインＧｐ、および積分ゲインＧｉは（６）式で求められる。
【００３０】
【数４】
【００３１】
ここで、（６）式から、比例ゲインＧｐの最適値は誘導電動機の相互インダクタンスＭに関係することがわかる。
【００３２】
車両駆動用リニア誘導電動機では、前述のように等価回路の相互インダクタンスＭが、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙の変化、または、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂの材質によって変化する。
【００３３】
しかしながら、従来の鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置では、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化を正確に把握できなかったために、比例ゲインＧｐは、相互インダクタンスＭの予想される変動範囲内で一定の値に設定していた。つまり、車両の走行にともなって逐次変化するリニア誘導電動機の等価回路パラメータに対して、常に安定に制御するための最適な電流フィードバック制御ゲインを得ることができなかった。
【００３４】
本発明の目的は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して最適な電流制御応答を維持して制御できる鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置を提供することである。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、鉄道車両を駆動するリニア誘導電動機に電力変換装置を介して電力を供給し鉄道車両を駆動制御する鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、前記電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいて前記リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスを演算するパラメータ演算手段と、前記パラメータ演算手段で演算されたリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスから電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを演算するゲイン演算手段と、前記電力変換装置の出力電流が前記等価回路パラメータにより補正された電流指令値になるように前記ゲイン演算手段で演算された制御ゲインの比例ゲインを用いて前記電力変換装置の出力電圧を調整する電流制御演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
請求項１の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、パラメータ演算手段は、電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいてリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスを演算し、ゲイン演算手段は、パラメータ演算手段で演算されたリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスから電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを演算する。そして、電流制御演算手段は、電力変換装置の出力電流が等価回路パラメータにより補正された電流指令値になるようにゲイン演算手段で演算された制御ゲインの比例ゲインを用いて電力変換装置の出力電圧を調整する。これにより、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの変化に対応して最適な電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを得てリニア誘導電動機を安定に制御する。
【００３７】
請求項２の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、請求項１の発明において、前記パラメータ演算手段は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を所定値内に制限することを特徴とする。
【００３８】
請求項２の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、請求項１の発明の作用に加え、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を所定値内に制限して大幅な変化を伴わずに、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの変化に対応して最適な電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを得て、リニア誘導電動機を安定に制御する。
【００３９】
請求項３の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、請求項１の発明において、前記パラメータ演算手段は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を一次遅れフィルタを通して出力することを特徴とする。
【００４０】
請求項３の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、請求項１の発明の作用に加え、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を一次遅れフィルタを通して出力し、過渡変動に対してリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスが異常な演算値となることを防止し、リニア誘導電動機を安定に制御する。
【００４１】
請求項４の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、請求項１の発明において、前記電流制御演算手段は、前記リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を用いてフィードフォワード電圧を演算し前記リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償することを特徴とする。
【００４２】
請求項４の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、請求項１の発明の作用に加え、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を用いてフィードフォワード電圧を演算し、リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償する。これにより、リニア誘導電動機を安定に制御する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図である。この第１の実施の形態は、図５に示した従来例に対し、電力変換装置１の出力電圧および出力電流に基づいてリニア誘導電動機の等価回路パラメータを演算するパラメータ演算手段２２と、パラメータ演算手段２２で演算されたリニア誘導電動機の等価回路パラメータから電流フィードバック制御ゲインを演算するゲイン演算手段２３とを追加して設け、電流制御演算手段１８は電力変換装置１の出力電流が等価回路パラメータにより補正された電流指令値になるように、ゲイン演算手段２３で演算された制御ゲインにより、電力変換装置１の出力電圧を調整するようにしたものである。
【００４４】
電流指令演算手段１６は、リニア誘導電動機の磁束指令ΦＲｅｆおよび推進力指令ＴｏｒｑＲｅｆと、パラメータ演算手段２２から出力された相互インダクタンスＭとが入力され、前述の（１）式によってｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆ、およびすべり角周波数ωｓを演算して出力する。
パラメータ演算手段２２は、電流制御演算手段１８の出力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑ、座標変換手段１７の出力である電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ、電力変換装置１の出力角周波数（１次角周波数）ω１を入力として、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスＭを演算して出力する。
【００４５】
ここで、図８の誘導電動機の等価回路ブロックから微分演算子ｐを含む過渡成分項を除き、２次磁束に関してΦ２＝Φ２ｄ、Φ２ｑ＝０ が成立していると、誘導電動機の電圧・電流方程式は（７）式で表され、この（７）式から、相互インダクタンスの実際値Ｍａｃｔを求めると（８）式になる。
【００４６】
【数５】
【００４７】
パラメータ演算手段２２は、（８）式で求めた相互インダクタンスの実際値Ｍａｃｔを相互インダクタンスＭとして出力する。
【００４８】
ここで、パラメータ演算手段２２は、（８）式と異なる演算式で相互インダクタンスＭを求めることもできる。例えば、相互インダクタンスＭの実際値Ｍａｃｔが、予め設定された相互インダクタンスの初期値Ｍｏｒｇと一致している場合は、２次磁束Φ２に着目すると「２次磁束Φ２＝磁束指令値Φｒｅｆ」となるので、相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔと相互インダクタンスの初期設定値Ｍｏｒｇとに差があると、２次磁束Φ２と磁束指令値ΦＲｅｆの偏差が生じるので、（９）式から相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔを求めることができる。
【００４９】
【数６】
【００５０】
ゲイン演算手段２３は、パラメータ演算手段２２から出力された相互インダクタンスＭを入力として、前述の（６）式によって比例ゲインＧｐを演算して出力する。
【００５１】
電流制御演算手段１８は、前記電流指令演算手段１６の出力であるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆおよびｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆ、座標変換手段１７の出力である電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ、ゲイン演算手段２３の出力である比例ゲインＧｐが入力され、前述の（５）式の比例積分演算によって電力変換装置１の出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを出力する。
【００５２】
これにより、リニア誘導電動機の１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙の変化、または、２次側リアクションプレート４のバックアイアンの材質の変化に伴う等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得られ、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００５３】
なお、以上の説明では、パラメータ演算手段２２の入力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑには電流制御演算手段１８の出力を用いているが、電力変換装置１の三相出力回路に電圧検出器を設置して線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕのうちの少なくとも２つを直接検出して、座標変換手段１７と同様な座標変換によってｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑを求めても良い。
【００５４】
また、２次側リアクションプレート４のプレート４ａの材質によってリニア誘導電動機の等価回路パラメータの２次抵抗Ｒ２が異なることが一般的に知られており、この２次抵抗Ｒ２が変化に対して、制御装置２に２次抵抗Ｒ２の変化を補償する機能を付与した場合も、パラメータ演算手段２２およびゲイン演算手段２３の動作は同様である。
【００５５】
また、パラメータ演算手段２２において演算されたリニア誘導電動機の相互インダクタンスＭａｃｔの値に制限を設けて相互インダクタンスＭを出力するようにしても良い。すなわち、
ＬｉｍｉｔＬ≦Ｍａｃｔ≦ＬｉｍｉｔＵのとき
Ｍ＝Ｍａｃｔ
Ｍａｃｔ＞ＬｉｍｉｔＵのとき
Ｍ＝ＬｉｍｉｔＵ
Ｍａｃｔ＜ＬｉｍｉｔＬのとき
Ｍ＝ＬｉｍｉｔＬ
ＬｉｍｉｔＵ：予め設定した相互インダクタンスの値の上限
ＬｉｍｉｔＬ：予め設定した相互インダクタンスの値の下限
【００５６】
この機能によって、リニア誘導電動機の相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔの演算結果が予想される相互インダクタンスの値を逸脱した場合に制限を与えて、ゲイン演算手段２３において演算される電流フィードバック制御の比例ゲインＧｐが異常な値となることを防止する。
【００５７】
これにより、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得られ、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００５８】
また、パラメータ演算手段２２において、演算されたリニア誘導電動機の相互インダクタンスＭａｃｔの値に１次遅れフィルタを設けて相互インダクタンスＭを出力する機能を追加するようにしても良い。
【００５９】
【数７】
【００６０】
この機能によって、台車３０に取り付けられている１次側コイル３が２次側リアクションプレート４の継ぎ目などを通過する際に生じる相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔの演算値の不要な過渡変化を制限して、ゲイン演算手段２３において演算される電流フィードバック制御の比例ゲインＧｐが異常な値となることを防止する。
【００６１】
以上のように、第１の実施の形態によれば、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得られ、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対し、電流制御演算手段１８に、フィードフオワード電圧を演算してリニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償する機能を追加したものである。
【００６３】
電流制御演算手段１８は、電流指令演算手段１６の出力であるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆおよびｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、座標変換手段１７の出力である電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、ゲイン演算手段２３の出力である比例ゲインＧｐと、パラメータ演算手段２２の出力である相互インダクタンスＭと、１次角周波数ω１とが入力され、電力変換装置１の出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを演算して出力する。
【００６４】
【数８】
【００６５】
この機能によって、ｄ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令値ＩｑＲｅｆ、磁束指令値Φｒｅｆから演算したフィードフオワード電圧によって、リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償して電流フィードバック制御をより安定にすることができる。
【００６６】
この第２の実施の形態によれば、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得るとともに、リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償して、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置によれば、リニア誘導電動機に電力を供給する電力変換装置の出力電圧と出力電流からリニア誘導電動機の等価回路パラメータを演算し、この等価回路パラメータから電流フィードバック制御ゲインを求めるので、リニア誘導電動機の１次側コイルと２次側リアクションプレートとの間の空隙の変化、または、２次側リアクションプレートのバックアイアンの材質の変化に伴う等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適な制御ゲインを得られる。従って、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図。
【図３】リニア誘導電動機を適用した鉄道車両の駆動制御システムの構成図。
【図４】リニア誘導電動機と鉄道車両との関係の説明図。
【図５】従来の鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置２の構成図。
【図６】鉄道車両用リニア誘導電動機の２次側リアクションプレートの構造の一例を示す説明図。
【図７】リニア誘導電動機の等価回路の回路図。
【図８】誘導電動機の等価回路ブロック図。
【図９】比例ゲインに対する電流制御応答特性の特性図。
【符号の説明】
１…電力変換装置、２…制御装置、３…一次側コイル、４…２次側リアクションプレート、５…、６…車輪、７…集電器、８…架線、９…レール、１０…電圧検出器、１１…フィルタコンデンサ、１２…電流検出器、１３…フィルタリアクトル、１４…スイッチング素子、１５…断流器、１６…電流指令演算手段、１７…座標変換手段、１８…電流制御演算手段、１９…ロータ角周波数演算手段、２０…位相角演算手段、２１…相電圧指令演算手段、２２…パラメータ演算手段、２３…ゲイン演算手段、２４…ゲート信号発生手段、２５…、２６…、２７…、２８…、２９…、３０…台車、３１…車体
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両駆動用のリニア誘導電動機を駆動制御する鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両をリニア誘導電動機を用いて駆動するには、直流電力を電力変換装置で交流電力に変換してリニア誘導電動機に入力するようにしている。図３は、そのようなリニア誘導電動機を適用した鉄道車両の駆動制御システムの構成図である。
【０００３】
架線８から集電器７で入力された直流は、断流器１５、フィルタリアクトル１３およびフィルタコンデンサ１１を介して電力変換装置１に入力される。電力変換装置１は直流電力を三相の交流電力に変換するものであり、複数個のスイッチング素子１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗ、１４Ｘ、１４Ｙ、１４Ｚから構成されている。電力変換装置１からの交流電力はリニア誘導電動機の一次側コイル３に出力され、二次側に設けられた２次側リアクションプレート４との相互作用により直線的な駆動力を発生する。
【０００４】
鉄道車両にはリニア誘導電動機の一次側コイル３が設けられ、２次側リアクションプレート４はレール９側に設けられる。また、鉄道車両はレール９上に車輪６で支持される。
【０００５】
制御装置２は、車輪６に設けられた速度検出器５で検出された鉄道車両の速度、電流検出器１２で検出された電力変換装置１からリニア誘導電動機の一次側コイル３に供給される出力電流、電圧検出器１０で検出された電力変換装置１への入力電圧等に基づいて、電力変換装置１のスイッチング素子１４にゲート信号を出力しリニア誘導電動機を駆動制御する。
【０００６】
図４は、リニア誘導電動機と鉄道車両との関係の説明図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は鉄道車両下部の正面図である。図４（ａ）に示すように、鉄道車両の車体３１の下部には台車３０が取り付けられており、この台車３０にはリニア誘導電動機の一次側コイル３および車輪６が取り付けられている。そして、一次側コイル３に電力変換装置１から３相交流電流が供給され、軌道に設置された二次側２次側リアクションプレート４との間に推進力を発生させて駆動力を得るようになっている。図４（ｂ）に示すように、一次側コイル３は２次側リアクションプレート４に対面して設けられている。
【０００７】
図５は従来の鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置２の構成図である。電流指令演算手段１６は、リニア誘導電動機の磁束指令ΦＲｅｆと推進力指令ＴｏｒｑＲｅｆが入力され、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆとｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆとすべり角周波数ωｓを演算して出力する。
【０００８】
【数１】
ロータ角周波数演算手段１９は、速度検出器５の出力である車輪の回転数ωを入力として、リニア誘導電動機のロータ角周波数ωｒを演算して出力する。
【００１０】
ωｒ＝Ｋ×ω …（２）
ωｒ：ロータ角周波数
Ｋ：車輪回転数−ロータ角周波数変換係数
【００１１】
電力変換装置１の出力角周波数（１次角周波数）ω１は次式で求められる。
【００１２】
ω１＝ωｒ＋ωｓ …（３）
ω１：インバータ出力角周波数
ωｒ：ロータ角周波数
ωｓ：すべり角周波数
【００１３】
位相角演算手段２０は、電力変換装置１の出力角周波数ω１を時間積分して、位相角θを演算し出力する。座標変換手段１７は、電流検出器１２の出力であるＵ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗと、位相角演算手段２０の出力である位相角θとを入力として、次の演算を行い、電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを出力する。
【００１４】
【数２】
電流制御演算手段１８は、電流指令演算手段１６の出力であるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆおよびｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、座標変換手段１７からの電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとが入力され、下記の(５)式に示す演算が行われる。
【００１６】
【数３】
すなわち、電流フィードバック制御の比例積分演算によって電力変換装置１の出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを出力する。この比例積分演算によって電流指令値ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆに対して実際の電流Ｉｄ、Ｉｑが一致するように、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑが調整される。
【００１８】
次に、相電圧指令演算手段２１は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ、位相角θ、電圧検出器１０で検出されたフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃを入力として、各相の電圧指令Ｕ相電圧指令Ｖｕ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ、Ｗ相電圧指令Ｖｗを出力する。
【００１９】
ゲート信号発生手段２４は、相電圧指令演算手段２１の出力であるＵ相電圧指令Ｖｕ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ、Ｗ相電圧指令Ｖｗ が入力され、電力変換装置１のスイッチング素子１４Ｕ〜１４ＺへのＰＷＭゲート信号Ｇｕ〜Ｇｚを発生し出力する。
【００２０】
ここで、リニア誘導電動機では、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間に推進力が発生して車両の駆動源となる。１次側コイル３は台車３０に取り付けられており、２次側リアクションプレート４は、図４（ｂ）に示すようにレール９側の軌道に設置される。１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙は、例えば５ミリメートルから１０ミリメートル程度に設計される。
【００２１】
図６は、２次側リアクションプレート４の構造図である。２次側リアクションプレート４は、推進力を発生する渦電流を流すための非磁性体（アルミニウムや銅）製のプレート４ａと、１次側コイル３から誘起される磁束を通しやすくするための磁性体（鉄など）製のバックアイアン４ｂとで構成される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙は、車体の重量（荷重）の変化や、２次側リアクションプレート４の設置誤差などのために一定とはならす、数ミリメートルの範囲で変動する。また、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂの材質や厚みＨは路線全体で同一とは限らず、路線の区間によってバックアイアン４ｂの材質や厚みＨの異なる２次側リアクションプレート４が設置される場合がある。
【００２３】
１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との空隙や、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂが変化すると、リニア誘導電動機の特性すなわち等価回路パラメータが変化する。この等価回路パラメータの変化は、主として相互インダクタンスＭの変化として表れる。
【００２４】
図７はリニア誘導電動機の等価回路の回路図である。図７において、Ｒ１は一次抵抗、ｌ１は一次漏れインダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、ｌ２は二次漏れインダクタンス、Ｒ２は二次抵抗、Ｓはすべり、Ｖ１は一次電圧、Ｉ１は一次電流、Ｉｍは磁束電流、Ｉｔはトルク電流である。相互インダクタンスＭの値が変化すると、磁束電流Ｉｍ、トルク電流Ｉｔが変化し、リニア誘導電動機の特性が変化する。
【００２５】
リニア誘導電動機を安定に制御するためには、電流フィードバック制御が有効である。また、制御される実際の電流の制御応答が速く、かつ実際の電流が指令値に対してオーバーシュートを生じないことが望ましい。電流フィードバック制御を安定にするためには、実際の電流の応答（電流指令値に対する追従）が１次遅れとなるように制御ゲインが選ばれる。
【００２６】
図８は、誘導電動機の電圧・電流をベクトルで表し、２次磁束の方向の電圧をＶｄ、電流をＩｄ、また２次磁束と直交する方向の電圧をＶｑ、電流をＩｑと表現した場合の誘導電動機の等価回路ブロック図である。この等価回路は、リニア誘導電動機の場合も回転形誘導電動機の場合も同様である。
【００２７】
図８において、ＩｄＲｅｆはｄ軸電流指令、ＩｑＲｅｆはｑ軸電流指令、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流、Ｇｐは比例ゲイン、Ｇｉは積分ゲイン、ｐは微分演算子、Ｖｄはｄ軸電圧、Ｖｑはｑ軸電圧、ω１は１次角周波数、Ｒ１は１次抵抗、Ｌ１は１次インダクタンス、Ｌ２は２次インダクタンス、σは漏れ係数、Ｍは相互インダクタンス、Φ２ｄは２次ｄ軸磁束、Φ２ｄは２次ｑ軸磁束である。
【００２８】
電流フィードバック制御は、誘導電動機の等価回路ブロックの「１／（Ｒ１＋ｐσＬ１）」の項に対して１次遅れ応答となるように比例積分演算で構成される。
【００２９】
ここで、比例積分演算において比例ゲインＧｐが小さすぎる場合は、図９に示すように、電流指令値の変化に対して電流の応答がオーバーシュートする。また比例ゲインＧｐが大きすぎる場合には電流の応答が１次遅れとならず、かつ、指令値への収束が遅くなり電流制御の安定には望ましくない動作になる。
前述の（５）式で示した比例積分演算の場合、その比例ゲインＧｐ、および積分ゲインＧｉは（６）式で求められる。
【００３０】
【数４】
ここで、（６）式から、比例ゲインＧｐの最適値は誘導電動機の相互インダクタンスＭに関係することがわかる。
【００３２】
車両駆動用リニア誘導電動機では、前述のように等価回路の相互インダクタンスＭが、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙の変化、または、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂの材質によって変化する。
【００３３】
しかしながら、従来の鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置では、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化を正確に把握できなかったために、比例ゲインＧｐは、相互インダクタンスＭの予想される変動範囲内で一定の値に設定していた。つまり、車両の走行にともなって逐次変化するリニア誘導電動機の等価回路パラメータに対して、常に安定に制御するための最適な電流フィードバック制御ゲインを得ることができなかった。
【００３４】
本発明の目的は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して最適な電流制御応答を維持して制御できる鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置を提供することである。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、鉄道車両を駆動するリニア誘導電動機に電力変換装置を介して電力を供給し鉄道車両を駆動制御する鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、前記電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいて前記リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスを演算するパラメータ演算手段と、前記パラメータ演算手段で演算されたリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスから電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを演算するゲイン演算手段と、前記電力変換装置の出力電流が前記等価回路パラメータにより補正された電流指令値になるように前記ゲイン演算手段で演算された制御ゲインの比例ゲインを用いて前記電力変換装置の出力電圧を調整する電流制御演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
請求項１の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、パラメータ演算手段は、電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいてリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスを演算し、ゲイン演算手段は、パラメータ演算手段で演算されたリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスから電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを演算する。そして、電流制御演算手段は、電力変換装置の出力電流が等価回路パラメータにより補正された電流指令値になるようにゲイン演算手段で演算された制御ゲインの比例ゲインを用いて電力変換装置の出力電圧を調整する。これにより、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの変化に対応して最適な電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを得てリニア誘導電動機を安定に制御する。
【００３７】
請求項２の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、請求項１の発明において、前記パラメータ演算手段は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を所定値内に制限することを特徴とする。
【００３８】
請求項２の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、請求項１の発明の作用に加え、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を所定値内に制限して大幅な変化を伴わずに、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの変化に対応して最適な電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを得て、リニア誘導電動機を安定に制御する。
【００３９】
請求項３の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、請求項１の発明において、前記パラメータ演算手段は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を一次遅れフィルタを通して出力することを特徴とする。
【００４０】
請求項３の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、請求項１の発明の作用に加え、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を一次遅れフィルタを通して出力し、過渡変動に対してリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスが異常な演算値となることを防止し、リニア誘導電動機を安定に制御する。
【００４１】
請求項４の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置は、請求項１の発明において、前記電流制御演算手段は、前記リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を用いてフィードフォワード電圧を演算し前記リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償することを特徴とする。
【００４２】
請求項４の発明に係る鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置においては、請求項１の発明の作用に加え、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を用いてフィードフォワード電圧を演算し、リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償する。これにより、リニア誘導電動機を安定に制御する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図である。この第１の実施の形態は、図５に示した従来例に対し、電力変換装置１の出力電圧および出力電流に基づいてリニア誘導電動機の等価回路パラメータを演算するパラメータ演算手段２２と、パラメータ演算手段２２で演算されたリニア誘導電動機の等価回路パラメータから電流フィードバック制御ゲインを演算するゲイン演算手段２３とを追加して設け、電流制御演算手段１８は電力変換装置１の出力電流が等価回路パラメータにより補正された電流指令値になるように、ゲイン演算手段２３で演算された制御ゲインにより、電力変換装置１の出力電圧を調整するようにしたものである。
【００４４】
電流指令演算手段１６は、リニア誘導電動機の磁束指令ΦＲｅｆおよび推進力指令ＴｏｒｑＲｅｆと、パラメータ演算手段２２から出力された相互インダクタンスＭとが入力され、前述の（１）式によってｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆ、およびすべり角周波数ωｓを演算して出力する。
パラメータ演算手段２２は、電流制御演算手段１８の出力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑ、座標変換手段１７の出力である電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ、電力変換装置１の出力角周波数（１次角周波数）ω１を入力として、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスＭを演算して出力する。
【００４５】
ここで、図８の誘導電動機の等価回路ブロックから微分演算子ｐを含む過渡成分項を除き、２次磁束に関してΦ２＝Φ２ｄ、Φ２ｑ＝０ が成立していると、誘導電動機の電圧・電流方程式は（７）式で表され、この（７）式から、相互インダクタンスの実際値Ｍａｃｔを求めると（８）式になる。
【００４６】
【数５】
パラメータ演算手段２２は、（８）式で求めた相互インダクタンスの実際値Ｍａｃｔを相互インダクタンスＭとして出力する。
【００４８】
ここで、パラメータ演算手段２２は、（８）式と異なる演算式で相互インダクタンスＭを求めることもできる。例えば、相互インダクタンスＭの実際値Ｍａｃｔが、予め設定された相互インダクタンスの初期値Ｍｏｒｇと一致している場合は、２次磁束Φ２に着目すると「２次磁束Φ２＝磁束指令値Φｒｅｆ」となるので、相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔと相互インダクタンスの初期設定値Ｍｏｒｇとに差があると、２次磁束Φ２と磁束指令値ΦＲｅｆの偏差が生じるので、（９）式から相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔを求めることができる。
【００４９】
【数６】
ゲイン演算手段２３は、パラメータ演算手段２２から出力された相互インダクタンスＭを入力として、前述の（６）式によって比例ゲインＧｐを演算して出力する。
【００５１】
電流制御演算手段１８は、前記電流指令演算手段１６の出力であるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆおよびｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆ、座標変換手段１７の出力である電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑ、ゲイン演算手段２３の出力である比例ゲインＧｐが入力され、前述の（５）式の比例積分演算によって電力変換装置１の出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを出力する。
【００５２】
これにより、リニア誘導電動機の１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙の変化、または、２次側リアクションプレート４のバックアイアンの材質の変化に伴う等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得られ、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００５３】
なお、以上の説明では、パラメータ演算手段２２の入力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑには電流制御演算手段１８の出力を用いているが、電力変換装置１の三相出力回路に電圧検出器を設置して線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕのうちの少なくとも２つを直接検出して、座標変換手段１７と同様な座標変換によってｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑを求めても良い。
【００５４】
また、２次側リアクションプレート４のプレート４ａの材質によってリニア誘導電動機の等価回路パラメータの２次抵抗Ｒ２が異なることが一般的に知られており、この２次抵抗Ｒ２が変化に対して、制御装置２に２次抵抗Ｒ２の変化を補償する機能を付与した場合も、パラメータ演算手段２２およびゲイン演算手段２３の動作は同様である。
【００５５】
また、パラメータ演算手段２２において演算されたリニア誘導電動機の相互インダクタンスＭａｃｔの値に制限を設けて相互インダクタンスＭを出力するようにしても良い。すなわち、
ＬｉｍｉｔＬ≦Ｍａｃｔ≦ＬｉｍｉｔＵのとき
Ｍ＝Ｍａｃｔ
Ｍａｃｔ＞ＬｉｍｉｔＵのとき
Ｍ＝ＬｉｍｉｔＵ
Ｍａｃｔ＜ＬｉｍｉｔＬのとき
Ｍ＝ＬｉｍｉｔＬ
ＬｉｍｉｔＵ：予め設定した相互インダクタンスの値の上限
ＬｉｍｉｔＬ：予め設定した相互インダクタンスの値の下限
【００５６】
この機能によって、リニア誘導電動機の相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔの演算結果が予想される相互インダクタンスの値を逸脱した場合に制限を与えて、ゲイン演算手段２３において演算される電流フィードバック制御の比例ゲインＧｐが異常な値となることを防止する。
【００５７】
これにより、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得られ、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００５８】
また、パラメータ演算手段２２において、演算されたリニア誘導電動機の相互インダクタンスＭａｃｔの値に１次遅れフィルタを設けて相互インダクタンスＭを出力する機能を追加するようにしても良い。
【００５９】
【数７】
この機能によって、台車３０に取り付けられている１次側コイル３が２次側リアクションプレート４の継ぎ目などを通過する際に生じる相互インダクタンス実際値Ｍａｃｔの演算値の不要な過渡変化を制限して、ゲイン演算手段２３において演算される電流フィードバック制御の比例ゲインＧｐが異常な値となることを防止する。
【００６１】
以上のように、第１の実施の形態によれば、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得られ、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対し、電流制御演算手段１８に、フィードフオワード電圧を演算してリニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償する機能を追加したものである。
【００６３】
電流制御演算手段１８は、電流指令演算手段１６の出力であるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆおよびｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、座標変換手段１７の出力である電力変換装置１の出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、ゲイン演算手段２３の出力である比例ゲインＧｐと、パラメータ演算手段２２の出力である相互インダクタンスＭと、１次角周波数ω１とが入力され、電力変換装置１の出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを演算して出力する。
【００６４】
【数８】
この機能によって、ｄ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令値ＩｑＲｅｆ、磁束指令値Φｒｅｆから演算したフィードフオワード電圧によって、リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償して電流フィードバック制御をより安定にすることができる。
【００６６】
この第２の実施の形態によれば、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインを得るとともに、リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償して、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置によれば、リニア誘導電動機に電力を供給する電力変換装置の出力電圧と出力電流からリニア誘導電動機の等価回路パラメータを演算し、この等価回路パラメータから電流フィードバック制御ゲインを求めるので、リニア誘導電動機の１次側コイルと２次側リアクションプレートとの間の空隙の変化、または、２次側リアクションプレートのバックアイアンの材質の変化に伴う等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適な制御ゲインを得られる。従って、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の構成図。
【図３】リニア誘導電動機を適用した鉄道車両の駆動制御システムの構成図。
【図４】リニア誘導電動機と鉄道車両との関係の説明図。
【図５】従来の鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置２の構成図。
【図６】鉄道車両用リニア誘導電動機の２次側リアクションプレートの構造の一例を示す説明図。
【図７】リニア誘導電動機の等価回路の回路図。
【図８】誘導電動機の等価回路ブロック図。
【図９】比例ゲインに対する電流制御応答特性の特性図。
【符号の説明】
１…電力変換装置、２…制御装置、３…一次側コイル、４…２次側リアクションプレート、５…、６…車輪、７…集電器、８…架線、９…レール、１０…電圧検出器、１１…フィルタコンデンサ、１２…電流検出器、１３…フィルタリアクトル、１４…スイッチング素子、１５…断流器、１６…電流指令演算手段、１７…座標変換手段、１８…電流制御演算手段、１９…ロータ角周波数演算手段、２０…位相角演算手段、２１…相電圧指令演算手段、２２…パラメータ演算手段、２３…ゲイン演算手段、２４…ゲート信号発生手段、２５…、２６…、２７…、２８…、２９…、３０…台車、３１…車体
Claims (4)
- 鉄道車両を駆動するリニア誘導電動機に電力変換装置を介して電力を供給し鉄道車両を駆動制御する鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、前記電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいて前記リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスを演算するパラメータ演算手段と、前記パラメータ演算手段で演算されたリニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスから電流フィードバック制御ゲインの比例ゲインを演算するゲイン演算手段と、前記電力変換装置の出力電流が前記等価回路パラメータにより補正された電流指令値になるように前記ゲイン演算手段で演算された制御ゲインの比例ゲインを用いて前記電力変換装置の出力電圧を調整する電流制御演算手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
- 前記パラメータ演算手段は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を所定値内に制限することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
- 前記パラメータ演算手段は、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を一次遅れフィルタを通して出力することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
- 前記電流制御演算手段は、前記リニア誘導電動機の等価回路パラメータの相互インダクタンスの演算値を用いてフィードフォワード電圧を演算し前記リニア誘導電動機の誘起電圧を予め補償することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001124440A JP4334161B2 (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001124440A JP4334161B2 (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002325487A JP2002325487A (ja) | 2002-11-08 |
| JP4334161B2 true JP4334161B2 (ja) | 2009-09-30 |
Family
ID=18973827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001124440A Expired - Fee Related JP4334161B2 (ja) | 2001-04-23 | 2001-04-23 | 鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4334161B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018093892A1 (en) * | 2016-11-21 | 2018-05-24 | Illinois Tool Works Inc. | Welding-type system with controller for calculating output inductance of a weld secondary associated non-transitory machine readable storage device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112468047B (zh) * | 2019-09-06 | 2022-07-05 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种电机参数测试方法以及一种直线电机的控制方法 |
-
2001
- 2001-04-23 JP JP2001124440A patent/JP4334161B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018093892A1 (en) * | 2016-11-21 | 2018-05-24 | Illinois Tool Works Inc. | Welding-type system with controller for calculating output inductance of a weld secondary associated non-transitory machine readable storage device |
| US10391576B2 (en) | 2016-11-21 | 2019-08-27 | Illinois Tool Works Inc. | Calculating output inductance of a weld secondary |
| US11117210B2 (en) | 2016-11-21 | 2021-09-14 | Illinois Tool Works Inc. | Calculating output inductance of a weld secondary |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002325487A (ja) | 2002-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2392732C1 (ru) | Устройство управления вектором асинхронного двигателя, способ управления вектором асинхронного двигателя и устройство управления приводом асинхронного двигателя | |
| JP3337076B2 (ja) | 誘導電動機の制御装置 | |
| KR100795283B1 (ko) | 유도 전동기의 벡터 제어 장치 | |
| WO2012014526A1 (ja) | 交流回転機の制御装置 | |
| US9143064B2 (en) | Control apparatus for electric power steering apparatus | |
| WO2011039794A1 (ja) | 電力変換装置 | |
| JP4650110B2 (ja) | 電動機の制御装置 | |
| JPH0984400A (ja) | サーボモータの電流制御方法 | |
| JPH1198900A (ja) | 電力変換器の電流制御装置 | |
| JP2010130837A (ja) | 鉄道車両用モータ駆動制御装置 | |
| EP0526915B1 (en) | Control system for controlling revolution speed of electric motor | |
| JP4334161B2 (ja) | 鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 | |
| JPH09233898A (ja) | 交流電動機の制御装置及びエレベータの制御装置 | |
| JP4114942B2 (ja) | 誘導電動機の制御装置 | |
| JP2004248450A (ja) | 電力変換装置 | |
| JP4842179B2 (ja) | 電力変換装置及びその制御方法 | |
| JP2003264907A (ja) | 鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 | |
| JP3323900B2 (ja) | リニアモータ電気車の制御装置 | |
| JP6869130B2 (ja) | 同期電動機を駆動するインバータの制御装置および制御方法 | |
| JPH1084689A (ja) | ビートレス制御装置 | |
| JP3323901B2 (ja) | リニアモータ電気車の制御装置 | |
| JPH08187000A (ja) | 誘導電動機のベクトル制御装置 | |
| JP4671521B2 (ja) | 電動機制御装置 | |
| JPH11285299A (ja) | 誘導電動機のベクトル制御装置および方法 | |
| JP3793919B2 (ja) | 誘導電動機の制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050314 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050325 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060904 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090106 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090227 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090602 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090623 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130703 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |