JP4462065B2 - Railway vehicle vibration control apparatus and vibration control method - Google Patents

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Description

本発明は、鉄道車両の振動制御装置及び振動制御方法に関し、特に、車体振動を複数の周波数成分において低減させる技術に関する。   The present invention relates to a railway vehicle vibration control apparatus and vibration control method, and more particularly to a technique for reducing vehicle body vibration in a plurality of frequency components.

近年、鉄道車両の乗り心地を向上させるために、走行時に車体に生じる振動をアクティブ制御によって抑制する技術が実用化されている。   In recent years, in order to improve the riding comfort of a railway vehicle, a technique for suppressing vibration generated in a vehicle body during traveling by active control has been put into practical use.

図6は、アクティブ制御を行う従来の振動制御装置の一般的な全体構成を、制御対象である車両を含めて示す構成図である。図6において、台車95の振動は二次ばね94を介して車体90へ伝わる。振動加速度計91は車体90の振動加速度を計測し、制御器92は計測された振動加速度に応じて車体90の振動を低減させる方向の制御指令信号を出力し、アクチュエータ93は制御指令信号に従って空気圧、油圧、電磁力等を用いて動作する。   FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a general overall configuration of a conventional vibration control device that performs active control, including a vehicle to be controlled. In FIG. 6, the vibration of the carriage 95 is transmitted to the vehicle body 90 via the secondary spring 94. The vibration accelerometer 91 measures the vibration acceleration of the vehicle body 90, the controller 92 outputs a control command signal in a direction to reduce the vibration of the vehicle body 90 according to the measured vibration acceleration, and the actuator 93 performs air pressure according to the control command signal. It operates using hydraulic pressure, electromagnetic force, etc.

このようなアクティブ制御器の設計は、例えばH∞制御理論に基づいて行うことができる。H∞制御は、周知のように、制御系の伝達関数Gのゲイン‖G‖の周波数領域でのピーク値を所定値以下に抑える制御である。前記車両を表す制御系についてH∞制御理論に基づいて設計される制御器を用いて車体の振動を抑制する技術が公知となっている(例えば、特許文献1を参照)。   Such an active controller can be designed based on, for example, H∞ control theory. As is well known, the H∞ control is a control that suppresses the peak value in the frequency domain of the gain ‖G‖ of the transfer function G of the control system to a predetermined value or less. A technique for suppressing vibration of a vehicle body using a controller designed based on the H∞ control theory for a control system representing the vehicle is known (for example, see Patent Document 1).

特許文献1は、振動加速度を含む複数の状態変数を用いて前記制御系を表し、特に振動加速度には周波数に応じて異なる重みを与えた上で制御器を設計し、設計された制御器を用いてH∞制御を行う技術を開示する。   Patent Document 1 expresses the control system using a plurality of state variables including vibration acceleration. In particular, the controller is designed after giving different weights to vibration acceleration according to the frequency. A technique for performing H∞ control using the same will be disclosed.

図7(A)は、振動加速度に与える重みの周波数分布の一例であり、図7(B)は、そのような重みを用いてH∞制御を行った場合の伝達関数のゲインの周波数特性の一例である。図に見られるように、重み分だけ伝達関数のゲインが小さくなり振動が効果的に抑制されることとなる。   FIG. 7A shows an example of a frequency distribution of weights given to vibration acceleration, and FIG. 7B shows the frequency characteristics of the gain of the transfer function when H∞ control is performed using such weights. It is an example. As can be seen from the figure, the gain of the transfer function is reduced by the weight and vibration is effectively suppressed.

特許文献1は、最大の振動抑制性能を得ようとする周波数f0を予め定め、この周波数f0において最大の重みを用いると共に、乗り心地を特に顕著に損なう原因となる特定の周波数範囲の振動についても、その周波数範囲において所定値以上の重みを用いてある程度抑制することによって、良好な乗り心地が得られるとしている。
特開平5−213196号公報
In Patent Document 1, a frequency f0 for obtaining the maximum vibration suppression performance is determined in advance, the maximum weight is used at this frequency f0, and vibration in a specific frequency range that causes a particularly significant loss in ride comfort is also disclosed. In this frequency range, it is said that a good ride comfort can be obtained by suppressing to some extent using a weight greater than a predetermined value.
JP-A-5-213196

しかしながら、上記従来の技術によれば、最大の振動抑制性能が得られる周波数f0が固定されるため、この周波数f0から離れた周波数の振動は車体へ比較的よく伝わることになる。そのため、台車に生じる振動のピーク周波数が、例えば車輪の磨耗といった経年変化や、トンネルの中か外かといった走行環境の変化に応じて周波数f0から変動すると、車体の振動が増大して乗り心地が損なわれるという問題がある。   However, according to the above conventional technique, the frequency f0 at which the maximum vibration suppression performance can be obtained is fixed. Therefore, the vibration having a frequency away from the frequency f0 is relatively well transmitted to the vehicle body. Therefore, if the peak frequency of vibration generated in the carriage fluctuates from the frequency f0 in accordance with a secular change such as wheel wear or a change in traveling environment such as inside or outside of the tunnel, the vibration of the vehicle body increases and the ride comfort is increased. There is a problem of being damaged.

上記の問題に鑑み、本発明は、台車に生じる振動のピーク周波数(スペクトルの形状)が変動しても良好な振動抑制性能を維持できる鉄道車両の振動制御装置及び振動制御方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a vibration control device and a vibration control method for a railway vehicle that can maintain good vibration suppression performance even if the peak frequency (spectrum shape) of vibration generated in the carriage fluctuates. Objective.

上記問題を解決するため、本発明の振動制御装置は、台車、車体、及び前記台車と前記車体との間に設けられるアクチュエータを含んでなる鉄道車両において、前記アクチュエータを制御することによって前記車体の振動を抑制する振動制御装置であって、前記台車から前記車体への振動の伝達利得を所定の第1周波数において極小化するための第1制御指令信号を生成する第1制御手段と、前記伝達利得を所定の第2周波数において極小化するための第2制御指令信号を生成する第2制御手段と、前記台車の振動を表す外乱信号に含まれる前記第1周波数の成分信号の大きさと前記第2周波数の成分信号の大きさとに基づいて前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号との混合比を表す混合比信号を生成する混合比演算手段と、前記混合比演算手段にて生成された混合比信号に応じた比で前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号とを混合することによって前記アクチュエータへ供給する新たな制御指令信号を生成する混合手段とを備える。 In order to solve the above problems, a vibration control device of the present invention is a railway vehicle including a carriage, a vehicle body, and an actuator provided between the carriage and the vehicle body. A vibration control device for suppressing vibrations, the first control means for generating a first control command signal for minimizing a transmission gain of vibration from the carriage to the vehicle body at a predetermined first frequency; and the transmission Second control means for generating a second control command signal for minimizing the gain at a predetermined second frequency, the magnitude of the component signal of the first frequency included in the disturbance signal representing the vibration of the carriage, and the second A mixing ratio calculating means for generating a mixing ratio signal representing a mixing ratio of the first control command signal and the second control command signal based on the magnitude of a component signal of two frequencies; Mixing means for generating a new control command signal for supplying to the actuator by mixing the second control command signal and the first control command signal at a ratio corresponding to the mixing ratio signal generated at a ratio calculating means With.

この構成によれば、前記新たな制御信号を用いることによって、前記混合比信号によって示される比率で前記第1周波数及び前記第2周波数の振動伝達が抑制される。そして、前記混合比信号によって振動の周波数スペクトルの形状に適応した比率を指示できるので、振動スペクトルの形状が変化した場合でも常にそのスペクトルに追従して振動伝達を抑制することが可能となり、良好な振動抑制性能が維持されることとなる。   According to this configuration, by using the new control signal, vibration transmission of the first frequency and the second frequency is suppressed at a ratio indicated by the mixing ratio signal. And since the ratio suitable for the shape of the frequency spectrum of vibration can be instructed by the mixing ratio signal, even when the shape of the vibration spectrum changes, it becomes possible to always follow the spectrum and suppress vibration transmission, Vibration suppression performance will be maintained.

好ましくは、前記混合比演算手段は、前記第1周波数の成分信号の大きさをAとし、前記第2周波数の成分信号の大きさをBとするとき、A/(A+B)の値を混合比αとして算出し、算出された混合比αを表す混合比信号を生成し、前記混合手段は、前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号とをα:(1−α)の比で混合することによって新たな制御指令信号を生成してもよい。   Preferably, when the magnitude of the component signal of the first frequency is A and the magnitude of the component signal of the second frequency is B, the mixing ratio calculation means uses the value of A / (A + B) as a mixing ratio. Calculated as α, a mixing ratio signal representing the calculated mixing ratio α is generated, and the mixing unit sets the first control command signal and the second control command signal at a ratio of α: (1-α). A new control command signal may be generated by mixing.

この構成によれば、前記第1周波数及び前記第2周波数の振動伝達が、台車の振動のそれぞれの周波数成分量に比例して抑制されるので、台車の振動スペクトルの変化に正確に追従して振動抑制性能が発揮される。   According to this configuration, vibration transmission of the first frequency and the second frequency is suppressed in proportion to the amount of each frequency component of the vibration of the carriage, so that it can accurately follow the change in the vibration spectrum of the carriage. Vibration suppression performance is demonstrated.

また、前記振動制御装置は、さらに、前記車体の振動加速度を表す振動加速度信号、及び前記新たな制御指令信号を用いて前記台車の振動を推定し、推定の結果に応じて前記外乱信号を生成する外乱オブザーバを備えてもよい。   The vibration control device further estimates vibration of the carriage using a vibration acceleration signal representing vibration acceleration of the vehicle body and the new control command signal, and generates the disturbance signal according to the estimation result. A disturbance observer may be provided.

この構成によれば、車体において得られる信号から推定される台車の振動に追従して振動抑制制御を行うため、振動や温度変化の激しい台車にセンサを設ける必要がないので、信頼性の高い振動制御装置が比較的容易に実現される。   According to this configuration, since vibration suppression control is performed following the vibration of the carriage estimated from the signal obtained from the vehicle body, there is no need to provide a sensor on the carriage where the vibration and temperature change drastically. The control device can be realized relatively easily.

また、前記台車には外乱センサが備えられ、前記混合比演算手段は、前記外乱信号を前記外乱センサから取得してもよい。   The carriage may be provided with a disturbance sensor, and the mixing ratio calculation means may acquire the disturbance signal from the disturbance sensor.

この構成によれば、前記外乱センサの機能を振動や温度変化の激しい台車において維持する必要がある反面、外乱オブザーバが省略され制御器の構成を簡素化できる。   According to this configuration, it is necessary to maintain the function of the disturbance sensor in a cart that vibrates and changes in temperature, but the disturbance observer is omitted and the configuration of the controller can be simplified.

本発明の振動制御方法は、台車、車体、及び前記台車と前記車体との間に設けられるアクチュエータを含んでなる鉄道車両において、前記アクチュエータを制御することによって前記車体の振動を抑制する振動制御方法であって、前記台車から前記車体への振動の伝達利得を所定の第1周波数において極小化するための第1制御指令信号を生成する第1制御ステップと、前記伝達利得を所定の第2周波数において極小化するための第2制御指令信号を生成する第2制御ステップと、前記台車の振動を表す外乱信号に含まれる前記第1周波数の成分信号の大きさと前記第2周波数の成分信号の大きさとに基づいて前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号との混合比を表す混合比信号を生成する混合比演算ステップと、前記混合比演算ステップにて生成された混合比信号に応じた比で前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号とを混合することによって前記アクチュエータへ供給する新たな制御指令信号を生成する混合ステップとを含む。 The vibration control method of the present invention is a vibration control method for suppressing vibration of the vehicle body by controlling the actuator in a railway vehicle including a vehicle, a vehicle body, and an actuator provided between the vehicle and the vehicle body. A first control step for generating a first control command signal for minimizing a transmission gain of vibration from the carriage to the vehicle body at a predetermined first frequency; and the transmission gain at a predetermined second frequency. A second control step for generating a second control command signal for minimization in step 1, a magnitude of the first frequency component signal and a magnitude of the second frequency component signal included in the disturbance signal representing the vibration of the carriage A mixing ratio calculation step for generating a mixing ratio signal representing a mixing ratio between the first control command signal and the second control command signal, and the mixing ratio calculation step. A mixing step of generating a new control command signal for supplying to the actuator by mixing the second control command signal and the first control command signal at a ratio corresponding to the mixing ratio signal generated by the flop Including.

本発明のプログラムは、前述の振動制御方法に含まれるステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。   The program of the present invention causes a computer to execute the steps included in the vibration control method described above.

これらの方法及びプログラムを用いて振動抑制制御を行うことによって、前述と同様の効果を得ることができる。   By performing vibration suppression control using these methods and programs, the same effects as described above can be obtained.

本発明の実施の形態に係る振動制御装置について、図面を参照しながら説明する。この振動制御装置の全体構成は、従来技術の一般的な全体構成(図6参照)と同様であるが、制御器が、異なる周波数において伝達関数のゲインを極小化する複数のH∞制御器を備え、各H∞制御器から出力される制御指令を台車の振動の周波数成分に応じて混合して得られる新たな制御指令を出力する点に特徴がある。   A vibration control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The overall configuration of this vibration control apparatus is the same as the general overall configuration of the prior art (see FIG. 6), but the controller includes a plurality of H∞ controllers that minimize the gain of the transfer function at different frequencies. And a new control command obtained by mixing the control command output from each H∞ controller in accordance with the frequency component of the vibration of the carriage.

以下、本実施の形態に係る制御器について詳細に説明する。この制御器は、図6に示される全体構成において制御器92として用いられるものである。   Hereinafter, the controller according to the present embodiment will be described in detail. This controller is used as the controller 92 in the overall configuration shown in FIG.

図1は、制御器92aの構成を示す機能ブロック図である。制御器92aは、第1H∞制御器11、第2H∞制御器12、乗算器21及び22、加算器30、外乱オブザーバ40、第1バンドパスフィルタ51、第2バンドパスフィルタ52、混合比演算器60から構成される。   FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the controller 92a. The controller 92a includes a first H∞ controller 11, a second H∞ controller 12, multipliers 21 and 22, an adder 30, a disturbance observer 40, a first bandpass filter 51, a second bandpass filter 52, and a mixture ratio calculation. The device 60 is configured.

制御器92aは、例えば、DSP(Digital Signal Processor)を用いて実現されるとしてもよい。その場合、各構成要素はDSPが所定のプログラムを実行することによって発揮される機能を表す。もちろん、制御器92aを各構成要素の機能を発揮するハードウェア回路を用いて実現してもよい。   The controller 92a may be realized using, for example, a DSP (Digital Signal Processor). In that case, each component represents a function exhibited by the DSP executing a predetermined program. Of course, the controller 92a may be realized by using a hardware circuit that exhibits the function of each component.

制御器92aは、振動加速度計91から車体の振動加速度(例えば左右方向の加速度)を表す振動加速度信号S10を与えられ、アクチュエータ93へ制御指令信号S30を出力する。なお、これらの信号をアナログ形式とデジタル形式との間で変換するために、図示しないD/A変換器及びA/D変換器が適宜用いられるものとする。   The controller 92 a is provided with a vibration acceleration signal S 10 representing vibration acceleration (for example, lateral acceleration) of the vehicle body from the vibration accelerometer 91, and outputs a control command signal S 30 to the actuator 93. In addition, in order to convert these signals between an analog format and a digital format, a D / A converter and an A / D converter (not shown) are appropriately used.

第1H∞制御器11は予め定められる周波数f1にピークを持つ第1の重みを用いて設計され、第2H∞制御器12は予め定められる周波数f2にピークを持つ第2の重みを用いて設計される。そして、互いに独立してH∞制御を行うことによって、振動加速度信号S10からそれぞれ、周波数f1において伝達関数のゲインを極小化する第1個別制御指令信号S11、及び周波数f2において伝達関数のゲインを極小化する第2個別制御指令信号S12を出力する。   The first H∞ controller 11 is designed using a first weight having a peak at a predetermined frequency f1, and the second H∞ controller 12 is designed using a second weight having a peak at a predetermined frequency f2. Is done. Then, by performing H∞ control independently of each other, the first individual control command signal S11 that minimizes the gain of the transfer function at the frequency f1 and the gain of the transfer function at the frequency f2, respectively, from the vibration acceleration signal S10. The second individual control command signal S12 to be converted is output.

ここで、周波数f1及びf2は、予め知られた振動成分が大きい代表的な2つの周波数であり、例えば1Hz及び3Hzである。   Here, the frequencies f1 and f2 are two typical frequencies having large vibration components known in advance, for example, 1 Hz and 3 Hz.

図2(A)は、前記第1の重みの周波数分布71、及び前記第2の重みの周波数分布72を、一例として示す。   FIG. 2A shows the frequency distribution 71 of the first weight and the frequency distribution 72 of the second weight as an example.

乗算器21は、第1個別制御指令信号S11に混合比信号S60によって示される混合比α(0≦α≦1)を乗じ、乗算器22は、第2個別制御指令信号S12に(1−α)を乗じ、加算器30は、それぞれの乗算結果を加算することによって得られる制御指令信号S30を出力する。   The multiplier 21 multiplies the first individual control command signal S11 by the mixing ratio α (0 ≦ α ≦ 1) indicated by the mixing ratio signal S60, and the multiplier 22 multiplies the second individual control command signal S12 by (1-α ), And the adder 30 outputs a control command signal S30 obtained by adding the multiplication results.

外乱オブザーバ40は、振動加速度信号S10及び制御指令信号S30を用いて台車の左右振動速度を推定し、推定結果を表す外乱信号S40を出力する。   The disturbance observer 40 estimates the left-right vibration speed of the carriage using the vibration acceleration signal S10 and the control command signal S30, and outputs a disturbance signal S40 representing the estimation result.

第1バンドパスフィルタ51は、中心周波数がf1の帯域通過フィルタであり、第2バンドパスフィルタ52は、中心周波数がf2の帯域通過フィルタである。そして、外乱信号S40を入力とし、それぞれ第1周波数成分信号S51及び第2周波数成分信号S52を出力する。   The first bandpass filter 51 is a bandpass filter having a center frequency of f1, and the second bandpass filter 52 is a bandpass filter having a center frequency of f2. Then, the disturbance signal S40 is input, and the first frequency component signal S51 and the second frequency component signal S52 are output, respectively.

図2(B)は、第1バンドパスフィルタ51のゲインの周波数特性73、及び第2バンドパスフィルタ52のゲインの周波数特性74を、一例として示す。   FIG. 2B shows the frequency characteristic 73 of the gain of the first bandpass filter 51 and the frequency characteristic 74 of the gain of the second bandpass filter 52 as an example.

混合比演算器60は、第1周波数成分信号S51の大きさをAとし第2周波数成分信号S52の大きさをBとするとき、A/(A+B)の値を混合比αとして算出する。ここで、A及びBとして、例えば、第1周波数成分信号S51及び第2周波数成分信号S52それぞれの振幅を用いることができる。   The mixing ratio calculator 60 calculates the value of A / (A + B) as the mixing ratio α, where A is the magnitude of the first frequency component signal S51 and B is the magnitude of the second frequency component signal S52. Here, as A and B, for example, the amplitudes of the first frequency component signal S51 and the second frequency component signal S52 can be used.

図3(A)及び(B)は、それぞれ第1周波数成分信号S51及び第2周波数成分信号S52の時間波形の一例を示し、それぞれの振幅がA及びBとして用いられることを表している。   3A and 3B show examples of time waveforms of the first frequency component signal S51 and the second frequency component signal S52, respectively, and show that the respective amplitudes are used as A and B. FIG.

また、A及びBとして、他に例えば、第1周波数成分信号S51及び第2周波数成分信号S52のRMS(Root Mean Square)を用いることも考えられる。   In addition, as A and B, for example, RMS (Root Mean Square) of the first frequency component signal S51 and the second frequency component signal S52 may be used.

混合比演算器60は、算出した混合比αを表す混合比信号S60を乗算器21及び22へ出力する。そして、前述したように、第1個別制御指令信号S11と第2個別制御指令信号S12とは、乗算器21及び22、並びに加算器30によってα:(1−α)の比率で混合され制御指令信号S30として出力される。   The mixture ratio calculator 60 outputs a mixture ratio signal S60 representing the calculated mixture ratio α to the multipliers 21 and 22. As described above, the first individual control command signal S11 and the second individual control command signal S12 are mixed at a ratio of α: (1−α) by the multipliers 21 and 22 and the adder 30, and the control command. Output as signal S30.

図4は、制御指令信号S30を用いてアクチュエータ93を制御する場合の伝達関数Gのゲイン‖G‖の周波数特性80を示す。また、対比のために、第1個別制御指令信号S11を単独で用いた場合の周波数特性81、及び第2個別制御指令信号S12を単独で用いた場合の周波数特性82を示している。   FIG. 4 shows the frequency characteristic 80 of the gain ‖G‖ of the transfer function G when the actuator 93 is controlled using the control command signal S30. For comparison, a frequency characteristic 81 when the first individual control command signal S11 is used alone and a frequency characteristic 82 when the second individual control command signal S12 is used alone are shown.

制御指令信号S30には、台車の振動の周波数分布(スペクトル)に適応して決定される比で第1個別制御指令信号S11及び第2個別制御指令信号S12が含まれるので、制御指令信号S30を用いることによって、一方の個別制御指令信号を単独で用いる従来の技術に比べてより大きな周波数変動に対して振動抑制性能が維持される。   The control command signal S30 includes the first individual control command signal S11 and the second individual control command signal S12 at a ratio determined in accordance with the frequency distribution (spectrum) of the vibration of the carriage. By using it, the vibration suppression performance is maintained against larger frequency fluctuations as compared with the conventional technique using one individual control command signal alone.

以上のように、本実施の形態に係る振動制御装置は、台車の振動に含まれる2つの周波数成分を分析し、その成分の量に応じた比率で各周波数の振動伝達を抑制する。そのため、経年変化等によって振動スペクトルの形状(振動のピーク周波数)が変化しても、常にそのスペクトルに追従して振動伝達が抑制されるので、良好な振動抑制性能が維持されることとなる。   As described above, the vibration control device according to the present embodiment analyzes two frequency components included in the vibration of the carriage and suppresses vibration transmission at each frequency at a ratio according to the amount of the components. Therefore, even if the shape (vibration peak frequency) of the vibration spectrum changes due to secular change or the like, vibration transmission is always suppressed following the spectrum, so that a good vibration suppression performance is maintained.

なお、本発明を上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。   Although the present invention has been described based on the above-described embodiment, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment. The following cases are also included in the present invention.

実施の形態では、外乱オブザーバによって台車の振動を推定するとしたが、台車に設けられる外乱センサ(速度センサ、振動センサなど)を用いて台車の振動を計測してもよい。   In the embodiment, the vibration of the carriage is estimated by the disturbance observer. However, the vibration of the carriage may be measured using a disturbance sensor (speed sensor, vibration sensor, etc.) provided on the carriage.

図5は、そのような変形例に係る制御器92bの構成を示す機能ブロック図である。制御器92aと比べて、外乱オブザーバ40が省略され、代わりに外乱センサ45から台車の信号の計測結果を表す外乱信号S45を取得する点が異なる。   FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the controller 92b according to such a modification. Compared with the controller 92a, the disturbance observer 40 is omitted, and a disturbance signal S45 representing the measurement result of the bogie signal is obtained from the disturbance sensor 45 instead.

制御器92bによれば、振動や温度変化の激しい台車において外乱センサの機能を維持する必要がある反面、外乱オブザーバが省略され制御器の構成を簡素化できる。   According to the controller 92b, it is necessary to maintain the function of the disturbance sensor in a cart with severe vibration and temperature change, but the disturbance observer is omitted and the configuration of the controller can be simplified.

また、実施の形態では簡明のため2つの周波数を用いて説明したが、一般にn個の周波数に拡張することは容易である。その場合には、周波数fi(i=1,…,n)に対応して、第i個別制御指令信号を出力する第iH∞制御器と、第i周波数成分信号を出力する第iバンドパスフィルタとが設けられる。そして、第i周波数成分信号の大きさをAiとするとき、Ai/(Σj=1,,n(Aj))の
値を混合比αiとして、Σj=1,,n(αj×第i個別制御指令信号)に従って制
御指令信号を生成すればよい。
In the embodiment, the description has been made using two frequencies for the sake of brevity, but it is generally easy to expand to n frequencies. In this case, the iH∞ controller that outputs the i-th individual control command signal and the i-th bandpass filter that outputs the i-th frequency component signal corresponding to the frequency fi (i = 1,..., N). And are provided. When the size of the i-th frequency component signal and Ai, Ai / a value mixing ratio αi of (Σ j = 1, ..., n (Aj)), Σ j = 1, ..., n (αj × The control command signal may be generated according to the i-th individual control command signal.

また、本発明は、実施の形態で説明した処理ステップを含む方法であるとしてもよい。また、その方法を、コンピュータシステムを用いて実現するためのコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記プログラムを表すデジタル信号であるとしてもよい。   Further, the present invention may be a method including the processing steps described in the embodiments. The method may be a computer program for realizing the method using a computer system, or may be a digital signal representing the program.

また、本発明は、前記プログラム又は前記デジタル信号を記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD、MO、DVD、BD、半導体メモリ等であるとしてもよい。   Further, the present invention may be a computer-readable recording medium in which the program or the digital signal is recorded, for example, a flexible disk, a hard disk, a CD, an MO, a DVD, a BD, a semiconductor memory, or the like.

また、本発明は、電気通信回線、無線又は有線通信回線、若しくはインターネットに代表されるネットワーク等を経由して伝送される前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号であるとしてもよい。   Further, the present invention may be the computer program or the digital signal transmitted via an electric communication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, or the like.

また、前記プログラム又は前記デジタル信号は、前記記録媒体に記録されて移送され、若しくは、前記ネットワーク等を経由して移送され、独立した他のコンピュータシステムにおいて実行されるとしてもよい。   Further, the program or the digital signal may be recorded on the recording medium and transferred, or transferred via the network or the like, and executed in another independent computer system.

本発明に係る振動制御装置及び振動制御方法は、鉄道車両における車体の振動抑制に利用できる。   The vibration control device and the vibration control method according to the present invention can be used for suppressing vibration of a vehicle body in a railway vehicle.

実施の形態に係る制御部の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the control part which concerns on embodiment. (A)前記制御部における個々のH∞制御器の設計に用いられる重みの周波数分布の一例である。(B)前記制御部における個々のバンドパスフィルタの周波数特性の一例である。(A) It is an example of the frequency distribution of the weight used for the design of each Hinfinity controller in the said control part. (B) It is an example of the frequency characteristic of each band pass filter in the said control part. (A)及び(B)前記バンドパスフィルタからの出力信号の時間波形の一例である。(A) And (B) It is an example of the time waveform of the output signal from the said band pass filter. 制御指令信号を用いる場合、及び個別制御指令信号を単独で用いる場合それぞれの伝達関数のゲインの周波数特性の一例である。It is an example of the frequency characteristic of the gain of each transfer function when a control command signal is used and when an individual control command signal is used alone. 変形例に係る制御部の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the control part which concerns on a modification. 従来の振動制御装置の一般的な全体構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the general whole structure of the conventional vibration control apparatus. (A)従来のH∞制御器の設計に用いられる重みの周波数分布の一例である。(B)前記重みを用いた場合の伝達関数のゲインの周波数特性の一例である。(A) It is an example of the frequency distribution of the weight used for the design of the conventional H∞ controller. (B) It is an example of the frequency characteristic of the gain of a transfer function at the time of using the said weight.

符号の説明Explanation of symbols

11 第1H∞制御器
12 第2H∞制御器
21、22 乗算器
30 加算器
40 外乱オブザーバ
45 外乱センサ
51 第1バンドパスフィルタ
52 第2バンドパスフィルタ
60 混合比演算器
90 車体
91 振動加速度計
92 制御器
93 アクチュエータ
94 2次ばね
95 台車
11 First H∞ Controller 12 Second H∞ Controller 21, 22 Multiplier 30 Adder 40 Disturbance Observer 45 Disturbance Sensor 51 First Bandpass Filter 52 Second Bandpass Filter 60 Mixing Ratio Calculator 90 Car Body 91 Vibration Accelerometer 92 Controller 93 Actuator 94 Secondary spring 95 Cart

Claims (8)

台車、車体、及び前記台車と前記車体との間に設けられるアクチュエータを含んでなる鉄道車両において、前記アクチュエータを制御することによって前記車体の振動を抑制する振動制御装置であって、
前記台車から前記車体への振動の伝達利得を所定の第1周波数において極小化するための第1制御指令信号を生成する第1制御手段と、
前記伝達利得を所定の第2周波数において極小化するための第2制御指令信号を生成する第2制御手段と、
前記台車の振動を表す外乱信号に含まれる前記第1周波数の成分信号の大きさと前記第2周波数の成分信号の大きさとに基づいて前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号との混合比を表す混合比信号を生成する混合比演算手段と、
前記混合比演算手段にて生成された混合比信号に応じた比で前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号とを混合することによって前記アクチュエータへ供給する新たな制御指令信号を生成する混合手段と
を備えることを特徴とする振動制御装置。
In a railway vehicle including a carriage, a vehicle body, and an actuator provided between the carriage and the vehicle body, a vibration control device that suppresses vibration of the vehicle body by controlling the actuator,
First control means for generating a first control command signal for minimizing a transmission gain of vibration from the carriage to the vehicle body at a predetermined first frequency;
Second control means for generating a second control command signal for minimizing the transfer gain at a predetermined second frequency;
Mixing of the first control command signal and the second control command signal based on the magnitude of the component signal of the first frequency and the magnitude of the component signal of the second frequency included in the disturbance signal representing the vibration of the carriage A mixing ratio calculating means for generating a mixing ratio signal representing the ratio;
A new control command signal to be supplied to the actuator is generated by mixing the first control command signal and the second control command signal at a ratio corresponding to the mixing ratio signal generated by the mixing ratio calculation means. A vibration control apparatus comprising: a mixing unit.
前記混合比演算手段は、前記第1周波数の成分信号の大きさをAとし、前記第2周波数の成分信号の大きさをBとするとき、A/(A+B)の値を混合比αとして算出し、算出された混合比αを表す混合比信号を生成し、
前記混合手段は、前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号とをα:(1−α)の比で混合することによって新たな制御指令信号を生成する
ことを特徴とする請求項に記載の振動制御装置。
The mixing ratio calculating means calculates a value of A / (A + B) as a mixing ratio α, where A is the magnitude of the first frequency component signal and B is the magnitude of the second frequency component signal. Generating a mixture ratio signal representing the calculated mixture ratio α,
Said mixing means, said first control command signal and the second control command signal alpha: claim 1, characterized in that to generate a new control command signal by mixing (1-alpha) ratio The vibration control device described in 1.
前記振動制御装置は、さらに、
前記車体の振動加速度を表す振動加速度信号、及び前記新たな制御指令信号を用いて前記台車の振動を推定し、推定の結果に応じて前記外乱信号を生成する外乱オブザーバを備える
ことを特徴とする請求項に記載の振動制御装置。
The vibration control device further includes:
A disturbance observer is provided that estimates vibrations of the carriage using a vibration acceleration signal representing vibration acceleration of the vehicle body and the new control command signal, and generates the disturbance signal according to the estimation result. The vibration control device according to claim 1 .
前記台車には外乱センサが備えられ、
前記混合比演算手段は、前記外乱信号を前記外乱センサから取得する
ことを特徴とする請求項に記載の振動制御装置。
The carriage is provided with a disturbance sensor,
The vibration control apparatus according to claim 1 , wherein the mixing ratio calculation unit acquires the disturbance signal from the disturbance sensor.
台車、車体、及び前記台車と前記車体との間に設けられるアクチュエータを含んでなる鉄道車両において、前記アクチュエータを制御することによって前記車体の振動を抑制する振動制御装置であって、
n個の所定の周波数fi(i=1、…、n)それぞれに対応して、前記台車から前記車体への振動の伝達利得をfiにおいて極小化するための第i制御指令信号を生成する第i制御手段と、
前記台車の振動を表す外乱信号に含まれる前記周波数fi(i=1、…、n)の成分信号の大きさに基づいて混合比信号を生成する混合比演算手段と、
前記混合比演算手段にて生成された混合比信号に応じた比で前記第i制御指令信号(i=1、…、n)を混合することによって前記アクチュエータへ供給する新たな制御指令信号を生成する混合手段と
を備えることを特徴とする振動制御装置。
In a railway vehicle including a carriage, a vehicle body, and an actuator provided between the carriage and the vehicle body, a vibration control device that suppresses vibration of the vehicle body by controlling the actuator,
Corresponding to each of n predetermined frequencies fi (i = 1,..., n), the i-th control command signal for minimizing the transmission gain of vibration from the carriage to the vehicle body at fi is generated. i control means;
A mixture ratio calculation means for generating a mixture ratio signal based on the magnitude of the component signal of the frequency fi (i = 1,..., N) included in the disturbance signal representing the vibration of the carriage,
A new control command signal to be supplied to the actuator is generated by mixing the i-th control command signal (i = 1,..., N) at a ratio corresponding to the mixing ratio signal generated by the mixing ratio calculation means. A vibration control apparatus comprising: a mixing unit that performs the following.
台車、車体、及び前記台車と前記車体との間に設けられるアクチュエータを含んでなる鉄道車両において、前記アクチュエータを制御することによって前記車体の振動を抑制する振動制御方法であって、
前記台車から前記車体への振動の伝達利得を所定の第1周波数において極小化するための第1制御指令信号を生成する第1制御ステップと、
前記伝達利得を所定の第2周波数において極小化するための第2制御指令信号を生成する第2制御ステップと、
前記台車の振動を表す外乱信号に含まれる前記第1周波数の成分信号の大きさと前記第2周波数の成分信号の大きさとに基づいて前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号との混合比を表す混合比信号を生成する混合比演算ステップと、
前記混合比演算ステップにて生成された混合比信号に応じた比で前記第1制御指令信号と前記第2制御指令信号とを混合することによって前記アクチュエータへ供給する新たな制御指令信号を生成する混合ステップと
を含むことを特徴とする振動制御方法。
In a railway vehicle including a carriage, a vehicle body, and an actuator provided between the carriage and the vehicle body, a vibration control method for suppressing vibration of the vehicle body by controlling the actuator,
A first control step of generating a first control command signal for minimizing a transmission gain of vibration from the carriage to the vehicle body at a predetermined first frequency;
A second control step of generating a second control command signal for minimizing the transfer gain at a predetermined second frequency;
Mixing of the first control command signal and the second control command signal based on the magnitude of the component signal of the first frequency and the magnitude of the component signal of the second frequency included in the disturbance signal representing the vibration of the carriage A mixing ratio calculation step for generating a mixing ratio signal representing the ratio;
A new control command signal to be supplied to the actuator is generated by mixing the first control command signal and the second control command signal at a ratio corresponding to the mixing ratio signal generated in the mixing ratio calculation step. A vibration control method comprising: a mixing step.
台車、車体、及び前記台車と前記車体との間に設けられるアクチュエータを含んでなる鉄道車両において、前記アクチュエータを制御することによって前記車体の振動を抑制する振動制御方法であって、
n個の所定の周波数fi(i=1、…、n)それぞれに対応して、前記台車から前記車体への振動の伝達利得をfiにおいて極小化するための第i制御指令信号を生成する第i制御ステップと、
前記台車の振動を表す外乱信号に含まれる前記周波数fi(i=1、…、n)の成分信号の大きさに基づいて混合比信号を生成する混合比演算ステップと、
前記混合比演算ステップにて生成された混合比信号に応じた比で前記第i制御指令信号(i=1、…、n)を混合することによって前記アクチュエータへ供給する新たな制御指令信号を生成する混合ステップと
を備えることを特徴とする振動制御方法。
In a railway vehicle including a carriage, a vehicle body, and an actuator provided between the carriage and the vehicle body, a vibration control method for suppressing vibration of the vehicle body by controlling the actuator,
Corresponding to each of n predetermined frequencies fi (i = 1,..., n), the i-th control command signal for minimizing the transmission gain of vibration from the carriage to the vehicle body at fi is generated. i control step;
A mixing ratio calculation step for generating a mixing ratio signal based on the magnitude of the component signal of the frequency fi (i = 1,..., N) included in the disturbance signal representing the vibration of the carriage;
A new control command signal to be supplied to the actuator is generated by mixing the i-th control command signal (i = 1,..., N) at a ratio corresponding to the mixing ratio signal generated in the mixing ratio calculation step. A vibration control method comprising: a mixing step.
請求項又は請求項に記載の振動制御方法に含まれるステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 A program for causing a computer to execute the steps included in the vibration control method according to claim 6 or 7 .
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