JP4777812B2 - Pantograph current collecting method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、特に高速電気鉄道の高速走行時における離線及び著大トロリー線歪みを防止し得るようにしたパンタグラフの集電方法及び装置関するものである。 The present invention relates to a particular current collector method and apparatus pantograph was adapted to prevent contact break and Chodai trolley wire strain during high speed running of a high speed electric railway.

近年、電気鉄道の高速化が推進され、特に300km/h以上、例えば350km/h前後で走行する高速電気鉄道が実施された場合には、トロリー線からの変位外乱が大きくなることによって、パンタグラフのすり板とトロリー線の接触力の変動が大きくなることが予想される。そのため、従来のようなばね機構と押付け装置で構成した押付緩衝装置によるパッシブ制御のパンタグラフでは、追従振幅(離線しないための最大振幅)を十分に大きくとることができず、上記の高速化によって離線の頻度が高くなることが懸念される。また、離線を防止するために、前記パンタグラフのすり板がトロリー線に押付けられる押付け力を高く設定した場合には、トロリー線の変位外乱が大きい場合にトロリー線への負荷が増大してトロリー線の著大歪みを生じる懸念がある。   In recent years, speeding up of electric railways has been promoted, and in particular, when high-speed electric railways traveling at 300 km / h or higher, for example, around 350 km / h, are implemented, the displacement disturbance from the trolley line increases, It is expected that the fluctuation of the contact force between the sliding plate and the trolley wire will increase. For this reason, in the passive control pantograph with the pressing buffer device constituted by the conventional spring mechanism and the pressing device, the follow-up amplitude (maximum amplitude for not separating) cannot be made sufficiently large. There is a concern that the frequency of In addition, in order to prevent disconnection, when the pressing force with which the pantograph sliding plate is pressed against the trolley wire is set high, the load on the trolley wire increases when the displacement disturbance of the trolley wire is large, and the trolley wire There is a concern of causing a large distortion.

従って、高速電気鉄道のパンタグラフにおいては、トロリー線とすり板との接触力の変動を極力低減することが大きな課題となっている。   Therefore, in the pantograph of a high-speed electric railway, it has become a big subject to reduce the fluctuation | variation of the contact force of a trolley wire and a sliding board as much as possible.

このような高速電気鉄道におけるトロリー線とすり板との間に作用する接触力を低減するようにした集電装置としては、特許文献1及び特許文献2に示すようなものがある。   As a current collector that reduces the contact force acting between a trolley wire and a sliding plate in such a high-speed electric railway, there are those shown in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献1は、トロリー線高さの変化、不整に対する変動接触力制御、揚力変動に対する接触力制御等のすべての機能をアクティブ制御によって実現しようとしたものである。具体的には、すり板に作用するAC成分のトロリー線不整変位、DC成分の定常揚力と摩擦力等の外乱を周波数領域上で分離させて制御している。これを実現するために、H制御理論の混合感度問題を適用している。 Patent Document 1 attempts to realize all functions such as change in trolley line height, fluctuating contact force control for irregularities, and contact force control for lift fluctuation by active control. Specifically, disturbances such as AC component trolley wire irregular displacement acting on the sliding plate and DC component steady lift and friction force are separated and controlled in the frequency domain. To achieve this, the mixed sensitivity problem of H∞ control theory is applied.

また、特許文献2は、過渡特性の向上のため、フィードバック制御とフィードフォワード制御を組み合わせた2自由度制御系を適用している。   Further, Patent Document 2 applies a two-degree-of-freedom control system that combines feedback control and feedforward control in order to improve transient characteristics.

上記特許文献1及び2を具現化するアクチュエータとしては、油圧シリンダを用いており、接触力制御を行う力シリンダ式駆動機構と、トロリー線の高さの変化に対して大きなストロークを出す位置シリンダ式駆動機構の2種類を用意し、両者を直列に配置した構成としている。
特開平10−248111号公報 特開平09−252502号公報
As an actuator that embodies the above Patent Documents 1 and 2, a hydraulic cylinder is used, and a force cylinder type driving mechanism that performs contact force control and a position cylinder type that produces a large stroke with respect to a change in the height of the trolley wire. Two types of drive mechanisms are prepared, and both are arranged in series.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-248111 Japanese Patent Laid-Open No. 09-252502

しかしながら、前記特許文献1及び2は、パンタグラフのすべての機能をアクティブ制御で実現しようとした構成であるため、外乱を周波数領域上で分離させる制御アルゴリズムを採用しており、制御系が複雑になるという問題がある。   However, since Patent Documents 1 and 2 are configured to realize all functions of the pantograph by active control, a control algorithm that separates disturbances in the frequency domain is adopted, and the control system becomes complicated. There is a problem.

また、前記した如くパンタグラフのすべての機能をアクティブ制御で実現するために、力シリンダ駆動機構と変位シリンダ駆動機構を直列に配置した構成としており、このために信頼性の観点においてリスクが増加するという問題がある。即ち、パンタグラフに搭載するアクチュエータとしては、パンタグラフ本体が数万Vの高電位体であるために電動アクチュエータを採用することはできず、このために特許文献1及び2では油圧シリンダによる駆動方式を採用しているが、油圧シリンダを用いた場合には、パンタグラフから絶縁隔置させた油圧源からの油を配管を介して油圧シリンダに導く必要があるために構成が複雑になる問題があり、更に、油圧を用いた場合には常に油漏れの問題があり、また、油圧シリンダは効率(駆動速度)及びメンテナンスの面で電動アクチュエータに比して劣るという問題がある。   In addition, as described above, the force cylinder drive mechanism and the displacement cylinder drive mechanism are arranged in series in order to realize all the functions of the pantograph by active control, which increases the risk in terms of reliability. There's a problem. That is, as an actuator mounted on the pantograph, an electric actuator cannot be adopted because the pantograph body is a high potential body of tens of thousands of volts. For this reason, Patent Documents 1 and 2 adopt a drive system using a hydraulic cylinder. However, in the case of using a hydraulic cylinder, there is a problem that the configuration becomes complicated because it is necessary to guide oil from a hydraulic source insulated from the pantograph to the hydraulic cylinder through a pipe. When hydraulic pressure is used, there is always a problem of oil leakage, and the hydraulic cylinder is inferior to an electric actuator in terms of efficiency (driving speed) and maintenance.

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、電動式パンタグラフの実装を可能にし、すり板とトロリー線の接触力の変動を早い速度で精度よく抑制し、構成を簡略化してメンテナンスを軽減し、万一電動アクチュエータが故障した場合にもパンタグラフの機能を維持してパンタグラフの信頼性を高められるようにしたパンタグラフの集電方法及び装置提供することを目的としてなしたものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and enables the mounting of an electric pantograph, suppresses fluctuations in the contact force between the sliding plate and the trolley wire with high speed, and simplifies the configuration to reduce maintenance. An object of the present invention is to provide a pantograph current collecting method and apparatus capable of maintaining the function of the pantograph and improving the reliability of the pantograph even if the electric actuator fails.

請求項に記載の発明は、すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に配置し、前記すり板をトロリー線に押付けて集電を行うパンタグラフの集電方法であって、前記弾性支持装置を、押付緩衝装置と電動アクチュエータとを用いて電車屋根部に支持し、前記先端ばねと前記中間部材の間に設置したロードセルの荷重検出信号に基づいてH∞制御を行うH∞制御器の制御信号により前記電動アクチュエータを駆動して、すり板とトロリー線との接触力の変動が抑制されるように前記すり板の押付け力を制御することを特徴とするパンタグラフの集電方法、に係るものである。 According to the first aspect of the present invention, an elastic support device in which a sliding plate is supported by a supporting member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring is disposed on a train roof portion, and the current is collected by pressing the sliding plate against a trolley wire. A pantograph current collecting method, wherein the elastic support device is supported on a train roof portion using a pressing buffer device and an electric actuator, and a load detection signal of a load cell installed between the tip spring and the intermediate member The electric actuator is driven by the control signal of the H∞ controller that performs H∞ control based on the control, and the pressing force of the sliding plate is controlled so that the fluctuation of the contact force between the sliding plate and the trolley wire is suppressed. The present invention relates to a current collecting method for pantographs.

請求項に記載の発明は、すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に配置し、前記すり板をトロリー線に押付けて集電を行うパンタグラフの集電方法であって、前記弾性支持装置を、押付緩衝装置と電動アクチュエータとを用いて電車屋根部に支持し、前記すり板と中間部材と支持部材の夫々に設けた加速度計の各加速度信号に基づいて外乱包含型LQ制御を行う外乱包含型LQ制御器の制御信号により前記電動アクチュエータを駆動して、すり板とトロリー線との接触力の変動が抑制されるように前記すり板の押付け力を制御することを特徴とするパンタグラフの集電方法、に係るものである。 According to a second aspect of the present invention, an elastic support device in which a sliding plate is supported by a supporting member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring is disposed on a train roof portion, and the current is collected by pressing the sliding plate against a trolley wire. A method for collecting power of a pantograph, wherein the elastic support device is supported on a train roof portion using a pressing buffer device and an electric actuator, and an accelerometer provided on each of the sliding plate, the intermediate member, and the support member. The slippage is controlled so that fluctuations in the contact force between the sliding plate and the trolley wire are suppressed by driving the electric actuator by a control signal of a disturbance inclusion LQ controller that performs disturbance inclusion LQ control based on each acceleration signal. The present invention relates to a current collecting method for a pantograph, wherein the pressing force of the plate is controlled.

請求項に記載の発明は、前記トロリー線とパンタグラフとの相対高さの変化による長周期の接触力の変動は押付緩衝装置により抑制し、トロリー線のばね特性の変動によって生じる短周期の接触力の変動は電動アクチュエータの駆動により抑制することを特徴とする請求項1又は2に記載のパンタグラフの集電方法、に係るものである。 According to a third aspect of the present invention, the fluctuation of the long-period contact force due to the change in the relative height between the trolley wire and the pantograph is suppressed by the pressing buffer device, and the short-period contact caused by the fluctuation of the spring characteristic of the trolley wire. 3. The method for collecting power of a pantograph according to claim 1, wherein fluctuations in force are suppressed by driving an electric actuator.

請求項に記載の発明は、前記電車屋根部側の移動速度が設定速度以下の時、或いは接触力にしきい値を設定しておき接触力がしきい値以下の時は押付緩衝装置により接触力の変動を抑制し、前記移動速度が設定速度を越えた時、或いは接触力が前記しきい値を越えた時は電動アクチュエータの駆動により接触力の変動を抑制するように電動アクチュエータの駆動と非駆動とを切替えることを特徴とする請求項1又は2に記載のパンタグラフの集電方法、に係るものである。 According to a fourth aspect of the present invention, when the moving speed on the side of the train roof is lower than a set speed, or when a threshold value is set for the contact force and the contact force is lower than the threshold value, the pressing shock absorber is used for contact. When the movement speed exceeds the set speed or when the contact force exceeds the threshold, the electric actuator is driven so that the fluctuation of the contact force is suppressed by driving the electric actuator. 3. The pantograph current collecting method according to claim 1, wherein the non-driving is switched.

請求項に記載の発明は、すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に備えて前記すり板をトロリー線に押付けることにより集電を行うパンタグラフの集電装置であって、前記弾性支持装置を電車屋根部に支持するように並設した押付緩衝装置及び電動アクチュエータと、前記先端ばねと前記中間部材との間に設けたロードセルと、該ロードセルからの荷重検出信号を入力し、H∞制御方法を用いてすり板とトロリー線との接触力の変動を抑制する制御信号を演算して前記電動アクチュエータに出力するH∞制御器と、を備えたことを特徴とするパンタグラフの集電装置、に係るものである。 According to a fifth aspect of the present invention, an elastic support device in which a sliding plate is supported by a support member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring is provided on a train roof, and the current collecting plate is pressed by pressing the sliding plate against a trolley wire. A pantograph current collector, wherein the elastic support device is arranged in parallel to support the elastic roof device on the train roof, an electric actuator, and a load cell provided between the tip spring and the intermediate member, An H∞ controller that inputs a load detection signal from the load cell, calculates a control signal that suppresses variation in contact force between the sliding plate and the trolley wire using the H∞ control method, and outputs the control signal to the electric actuator; , A pantograph current collector.

請求項に記載の発明は、すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に備えて前記すり板をトロリー線に押付けることにより集電を行うパンタグラフの集電装置であって、前記弾性支持装置を電車屋根部に支持するように並設した押付緩衝装置及び電動アクチュエータと、前記すり板と中間部材と支持部材の夫々に設けた加速度計と、各加速度計からの加速度信号を入力し、外乱包含型LQ制御方法を用いてすり板とトロリー線との接触力の変動を抑制する制御信号を演算して前記電動アクチュエータに出力する外乱包含型LQ制御器と、を備えたことを特徴とするパンタグラフの集電装置、に係るものである。 According to a sixth aspect of the present invention, an elastic support device in which a sliding plate is supported on a supporting member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring is provided on a train roof portion, and the current collecting plate is pressed by pressing the sliding plate against a trolley wire. A pantograph current collector, wherein the elastic support device is arranged side by side so as to support the train roof portion, an electric actuator, an acceleration provided on each of the sliding plate, the intermediate member, and the support member Disturbance that inputs acceleration signals from the accelerometer and each accelerometer, calculates a control signal that suppresses fluctuations in the contact force between the sliding plate and the trolley wire using the disturbance-including LQ control method, and outputs the control signal to the electric actuator And a pantograph current collector, comprising: an inclusion type LQ controller.

請求項に記載の発明は、前記電動アクチュエータが、リニアモータ、ベクトルインバータモータ、ACサーボモータのいずれか1つであることを特徴とする請求項5又は6に記載のパンタグラフの集電装置、に係るものである。 The invention according to claim 7 is characterized in that the electric actuator is any one of a linear motor, a vector inverter motor, and an AC servo motor, and a current collector for a pantograph according to claim 5 or 6 , It is related to.

本発明のパンタグラフの集電方法及び装置によれば、パッシブ制御を行う押付緩衝装置を備えると共にアクティブ制御を行う電動アクチュエータとを備えたので、高速走行時におけるすり板の接触力の変動を電動アクチュエータによる早い速度で抑制制御することができ、且つ従来の油圧シリンダを用いた場合に比し構成が簡略化できてメンテナンスを軽減できる効果がある。   According to the pantograph current collecting method and apparatus of the present invention, since it has a pressing buffer device that performs passive control and an electric actuator that performs active control, fluctuations in the contact force of the sliding plate during high-speed traveling can be detected. As a result, the control can be suppressed at a high speed, and the configuration can be simplified and the maintenance can be reduced as compared with the case where a conventional hydraulic cylinder is used.

また、すり板に設置した加速度計の加速度信号と先端ばねに設置した歪み計の歪み信号に基づいてH制御を行うH制御器からの制御信号で電動アクチュエータの駆動を制御するようにしたので、センサ装置とH制御器が簡略化でき、且つ接触力の変動を確実に抑制できる効果がある。 Also, so as to control the drive of the electric actuator by the control signal from the H controller for performing H control based on distortion signal distortion meter installed in the acceleration signal and the tip spring of the accelerometer installed in sliding plate Therefore, the sensor device and the H∞ controller can be simplified, and there is an effect that fluctuations in contact force can be reliably suppressed.

また、先端ばねと中間部材の間に設置したロードセルの荷重検出信号に基づいてH制御を行うH制御器からの制御信号で電動アクチュエータの駆動を制御するようにしたので、センサ装置とH制御器が更に簡略化でき、且つ接触力の変動を確実に抑制できる効果がある。 Also, since to control the drive of the electric actuator by the control signal from the H controller for performing H control based on the load detection signal of the load cell installed between the front end spring and the intermediate member, the sensor device and the H The ∞ controller can be further simplified and the fluctuation of the contact force can be reliably suppressed.

また、すり板と中間部材と支持部材の夫々に設けた加速度計の各加速度信号に基づいて外乱包含型LQ制御を行う外乱包含型LQ制御器からの制御信号で電動アクチュエータの駆動を制御するようにしたので、センサ装置と制御器が簡略化でき、且つ接触力の変動を確実に抑制できる効果がある。   Further, the driving of the electric actuator is controlled by a control signal from a disturbance inclusion type LQ controller that performs disturbance inclusion type LQ control based on each acceleration signal of an accelerometer provided on each of the sliding plate, the intermediate member, and the support member. As a result, the sensor device and the controller can be simplified, and there is an effect that fluctuations in contact force can be reliably suppressed.

一方、万一電動アクチュエータが故障した場合にも、押付緩衝装置によるパッシブ制御によりパンタグラフの機能は維持することができ、よってパンタグラフの信頼性を大幅に向上できる効果がある。   On the other hand, even if the electric actuator breaks down, the function of the pantograph can be maintained by the passive control by the pressing shock absorber, and thus the reliability of the pantograph can be greatly improved.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図4は高速電気鉄道の架線設備の一例を示したものであり、この架線設備は、支柱1により40〜50mの径間L1で支持した吊架線2と、該吊架線2にドロッパ3により8〜10mのドロッパ間隔L2で支持された補助架線4と、該補助架線4にハンガ5により4.5〜5mのハンガ間隔L3で支持されたトロリー線6とを備えており、該トロリー線6の高電圧を、走行する電車の電車屋根部7に備えたパンタグラフ8によって電車に給電するようにしている。   FIG. 4 shows an example of an overhead line facility of a high-speed electric railway. This overhead line facility has a suspension line 2 supported by a strut 1 with a span L1 of 40 to 50 m, and a dropper 3 on the suspension line 2. An auxiliary overhead line 4 supported by a dropper interval L2 of 10 m, and a trolley wire 6 supported by the hanger 5 on a hanger interval L3 of 4.5 to 5 m. A high voltage is supplied to the train by a pantograph 8 provided on the train roof portion 7 of the traveling train.

図5は高速電気鉄道用として従来開発されたパッシブ制御のパンタグラフの一例を示す概略切断側面図であり、このパンタグラフは、弾性支持装置9とエアシリンダ10とを備えた構成を有している。即ち、前記弾性支持装置9は、すり板11を先端ばね12(微動ばね)で支持する舟体及びホーン等の中間部材13と、該中間部材13を中間ばね14で支持する支持部材15とを有しており、前記中間部材13は前記支持部材15に対してベアリング等の案内部材16により上下に移動可能に支持され、また、前記支持部材15は電車屋根部7に固定した固定部材17に対してベアリング等の案内部材18により上下に移動可能に支持されている。   FIG. 5 is a schematic cut side view showing an example of a passively controlled pantograph conventionally developed for high-speed electric railways. This pantograph has a configuration including an elastic support device 9 and an air cylinder 10. That is, the elastic support device 9 includes an intermediate member 13 such as a boat body and a horn that supports the sliding plate 11 with a tip spring 12 (fine movement spring), and a support member 15 that supports the intermediate member 13 with an intermediate spring 14. The intermediate member 13 is supported by a guide member 16 such as a bearing so as to be movable up and down with respect to the support member 15, and the support member 15 is attached to a fixing member 17 fixed to the train roof portion 7. On the other hand, it is supported by a guide member 18 such as a bearing so as to be movable up and down.

一方、前記エアシリンダ10は、前記電車屋根部7に固定した固定部材17に鉛直に固定されており、且つシリンダロッド10aが前記弾性支持装置9の支持部材15に固定されており、エアシリンダ10は伸長によって弾性支持装置9を押し上げると共に、押し引きにより弾性支持装置9の昇降を行うようになっている。   On the other hand, the air cylinder 10 is fixed vertically to a fixing member 17 fixed to the train roof portion 7, and a cylinder rod 10 a is fixed to a support member 15 of the elastic support device 9. The elastic support device 9 is pushed up by extension, and the elastic support device 9 is moved up and down by pushing and pulling.

図5に示したパッシブ制御のパンタグラフ8では、エアシリンダ10を伸長して弾性支持装置9を上昇させることによりすり板11をトロリー線6に押付け、このときのすり板11の接触力が略30〜170Nに維持されるようにエアシリンダ10の押上げ力を設定している。また、このとき、すり板11は先端ばね12によって中間部材13に弾性支持され、中間部材13は中間ばね14によって支持部材15に弾性支持され、支持部材15はエアシリンダ10の空気圧によって弾性支持されている。   In the pantograph 8 of the passive control shown in FIG. 5, the sliding plate 11 is pressed against the trolley wire 6 by extending the air cylinder 10 and raising the elastic supporting device 9, and the contact force of the sliding plate 11 at this time is approximately 30. The push-up force of the air cylinder 10 is set so as to be maintained at ˜170N. At this time, the sliding plate 11 is elastically supported by the intermediate member 13 by the tip spring 12, the intermediate member 13 is elastically supported by the support member 15 by the intermediate spring 14, and the support member 15 is elastically supported by the air pressure of the air cylinder 10. ing.

図4において、電車が300km/h〜350km/hの高速走行を行うと、前記径間L1においては2Hz前後の振動数の径間振動が生じ、また、ドロッパ間隔L2においては10Hz前後の振動数のドロッパ間振動が生じ、また、ハンガ間隔L3においては17Hz前後の振動数のハンガ間振動が生じることが知られている。そしてこのとき、図5のパッシブ制御のパンタグラフでは、2Hz前後の径間振動は主にエアシリンダ10により吸収抑制し、10Hz前後のドロッパ間振動は主に中間ばねにより吸収抑制し、17Hz前後のハンガ間振動は主に先端ばね(微動ばね)により吸収抑制している。   In FIG. 4, when the train travels at a high speed of 300 km / h to 350 km / h, a span vibration having a frequency of about 2 Hz occurs in the span L1, and a frequency of about 10 Hz in the dropper interval L2. It is known that the vibration between the droppers is generated and the vibration between the hangers is generated at a frequency of about 17 Hz at the hanger interval L3. At this time, in the passive control pantograph of FIG. 5, the vibration between the diameters of around 2 Hz is mainly absorbed and suppressed by the air cylinder 10, and the vibration between the droppers around 10 Hz is mainly absorbed and suppressed by the intermediate spring, and the hanger around 17 Hz. The inter-frequency vibration is mainly suppressed by the tip spring (fine spring).

しかし、前記したように電車が300km/h〜350km/hの高速走行を行うと、トロリー線6からの強制振動によってすり板11の接触力が図6に示す如く大きく変動し、このために接触力がマイナスになる、即ち離線を生じる問題がある。   However, as described above, when the train travels at a high speed of 300 km / h to 350 km / h, the contact force of the sliding plate 11 greatly fluctuates as shown in FIG. There is a problem that the force becomes negative, that is, a separation occurs.

図1は、上記問題を解決するための本発明の集電装置の一例を示す概略切断側面図である。図1の集電装置は、図5と同様の弾性支持装置9の支持部材15と電車屋根部7に固定した固定部材17との間に、図5と同様のエアシリンダ10を備えると同時に、電動アクチュエータ19を並設してハイブリッド型パンタグラフ20としたものである。即ち、このハイブリッド型パンタグラフ20は、電動アクチュエータ19を作動するとアクティブ制御が可能な電動式パンタグラフとすることができ、また電動アクチュエータ19の駆動を停止すると、エアシリンダ10によりパッシブ制御されるパンタグラフとすることができる。尚、前記エアシリンダ10は、一定の静的押し上げ力を与える機能とトロリー線6の高さの変化等で生じた長周期振動を抑制する緩衝(ダンパ)の機能とを備えた押付緩衝装置21であり、従って、前記エアシリンダ10以外の渦巻きばね等の機械的なものも押付緩衝装置21として用いることができる。   FIG. 1 is a schematic cut side view showing an example of a current collector of the present invention for solving the above problem. The current collector of FIG. 1 includes an air cylinder 10 similar to FIG. 5 between a support member 15 of an elastic support device 9 similar to FIG. 5 and a fixing member 17 fixed to the train roof 7. The electric actuator 19 is provided in parallel to form a hybrid pantograph 20. That is, the hybrid pantograph 20 can be an electric pantograph capable of active control when the electric actuator 19 is operated, and is a pantograph passively controlled by the air cylinder 10 when the electric actuator 19 is stopped. be able to. The air cylinder 10 has a function of giving a constant static pushing force and a function of a buffer (damper) for suppressing long-period vibration caused by a change in the height of the trolley wire 6 or the like. Therefore, a mechanical device such as a spiral spring other than the air cylinder 10 can also be used as the pressing shock absorber 21.

また、図1の電動アクチュエータ19は、リニアモータ22を採用した場合を示しており、リニアモータ22は固定部材17に固定した上下に長い固定子22aと、前記弾性支持装置9の支持部材15に固定した可動子22bとを備えており、該可動子22bが固定子22aに沿って上下に移動するようになっている。尚、上記ではリニアモータ22を備えた場合について説明したが、電動アクチュエータ19には、前記リニアモータ22以外にも支持部材15を上下動させることができれば、ベクトルインバータモータ、或いはACサーボモータ等の回転駆動方式のものも採用することができる。   1 shows a case where a linear motor 22 is used. The linear motor 22 is fixed to a fixing member 17 and has a vertically long stator 22a and a support member 15 of the elastic support device 9. The movable element 22b is fixed, and the movable element 22b moves up and down along the fixed element 22a. In the above description, the linear motor 22 is provided. However, if the support member 15 can be moved up and down in addition to the linear motor 22, the electric actuator 19 can be a vector inverter motor or an AC servo motor. A rotational drive type can also be employed.

図1に示したハイブリッド型パンタグラフ20によれば、電動アクチュエータ19により弾性支持装置9を昇降させるアクティブ制御ができるだけでなく、トロリー線6の高さの長周期変動に対しては、従来のままのパッシブ制御の機能を活用することができる。従って、この場合には、トロリー線6のばね特性の変動によって生じる接触力変動のみを電動アクチュエータ19によるアクティブ制御に負担させればよい。   According to the hybrid type pantograph 20 shown in FIG. 1, not only can the active control to move the elastic support device 9 up and down by the electric actuator 19, but also the long-term fluctuation of the height of the trolley wire 6 remains unchanged. The passive control function can be utilized. Therefore, in this case, only the contact force fluctuation caused by the fluctuation of the spring characteristic of the trolley wire 6 may be imposed on the active control by the electric actuator 19.

アクティブ制御を実現するための制御理論としては、H制御理論、或いはLQ制御理論等のフィードバック制御理論や、これらとフィードフォワード制御を組み合わせることが考えられる。このような制御系を実現することによって、接触力の周波数応答(或いは、追従振幅の周波数特性)を改善することができ、トロリー線6に対するすり板11の接触力の変動を低減することができる。 As a control theory for realizing active control, feedback control theory such as H control theory or LQ control theory, or a combination of these with feedforward control can be considered. By realizing such a control system, it is possible to improve the frequency response of contact force (or frequency characteristics of follow-up amplitude), and to reduce fluctuations in the contact force of the sliding plate 11 with respect to the trolley wire 6. .

まず、図1のハイブリッド型パンタグラフ20によりアクティブ制御を行うための振動系について説明する。   First, a vibration system for performing active control using the hybrid pantograph 20 of FIG. 1 will be described.

図2は、前記図1のハイブリッド型パンタグラフ20をばね−質量系にモデル化した作動説明図、図3は前記図5のパッシブ制御のパンタグラフ8をばね−質量系にモデル化した作動説明図である。図2、図3中、m1はすり板11の質量、m2は中間部材13(舟体)の質量、m3は支持部材15の質量である。 2 is an operation explanatory diagram modeling the hybrid pantograph 20 of FIG. 1 as a spring-mass system, and FIG. 3 is an operation explanatory diagram modeling the passive control pantograph 8 of FIG. 5 as a spring-mass system. is there. 2 and 3, m 1 is the mass of the sliding plate 11, m 2 is the mass of the intermediate member 13 (boat body), and m 3 is the mass of the support member 15.

制御効果が達成されるメカニズムを説明するために、トロリー線6を特定の正弦波で強制加振させたときの状況をパッシブ制御とアクティブ制御とで比較した。図7(a),(b),(c)はパッシブ制御での各質点m1,m2,m3の絶対変位、図8(a),(b),(c)はアクティブ制御での各質点m1,m2,m3の絶対変位、図9(a),(b)はパッシブ制御での質点m1と質点m2との間、及び質点m2と質点m3との間の相対変位、図10(a),(b)はアクティブ制御での質点m1と質点m2との間、及び質点m2と質点m3との間の相対変位である。 In order to explain the mechanism by which the control effect is achieved, the situation when the trolley wire 6 was forcibly excited with a specific sine wave was compared between passive control and active control. 7 (a), (b), and (c) are absolute displacements of the mass points m 1 , m 2 , and m 3 in passive control, and FIGS. 8 (a), (b), and (c) are in active control. The absolute displacement of each mass point m 1 , m 2 , m 3 , FIGS. 9A and 9B are between the mass point m 1 and the mass point m 2 and between the mass point m 2 and the mass point m 3 in passive control. 10 (a) and 10 (b) show the relative displacement between the mass point m 1 and the mass point m 2 and between the mass point m 2 and the mass point m 3 in the active control.

図7、図8に示す如く、パッシブ制御とアクティブ制御における絶対変位の相違はわずかであるのに対し、図9、図10に示す如く、アクティブ制御による質点間相対変位は、パッシブ制御のそれと大きく異なっている。従って、電動アクチュエータ19の駆動により質点間相対変位が積極的に制御され、これにより接触力の変動を低減できることがわかる。   As shown in FIGS. 7 and 8, the difference in absolute displacement between the passive control and the active control is slight. On the other hand, as shown in FIGS. 9 and 10, the relative displacement between the mass points by the active control is larger than that of the passive control. Is different. Therefore, it can be seen that the relative displacement between the mass points is positively controlled by driving the electric actuator 19, whereby the variation of the contact force can be reduced.

次に、前記トロリー線6に対するすり板11の接触力を求めるため、トロリー線6から入力される強制変位に対する場合を考える。尚、図2、図3のモデルで最上部の質点m1はすり板11であり、ばね定数kwと減衰係数cwの動特性を有するトロリー線6と接触している。図中、k1は先端ばね12のばね定数、k2は中間ばね14のばね定数、c1は先端ばね12の減衰係数、c2は中間ばね14の減衰係数、c3はエアシリンダ10の減衰係数、u3は電動アクチュエータ19の減衰係数である。このときの運動方程式は次式で与えられる。 Next, in order to obtain the contact force of the sliding plate 11 with respect to the trolley wire 6, consider the case of forced displacement input from the trolley wire 6. Incidentally, FIG. 2, a mass point m 1 Hasuriita 11 models at the top of FIG. 3, is in contact with the trolley wire 6 having the dynamic characteristics of the spring constant k w and damping coefficient c w. In the figure, k 1 is the spring constant of the tip spring 12, k 2 is the spring constant of the intermediate spring 14, c 1 is the damping coefficient of the tip spring 12, c 2 is the damping coefficient of the intermediate spring 14, and c 3 is the air cylinder 10. A damping coefficient u 3 is a damping coefficient of the electric actuator 19. The equation of motion at this time is given by the following equation.

Figure 0004777812
ここで、y1=yw+zである。図3のパッシブ制御の場合は、u3=0とすればよい。
Figure 0004777812
Here, y 1 = y w + z. In the case of the passive control in FIG. 3, u 3 = 0 may be set.

図2、図3において、トロリー線6に対するすり板11の接触力は以下で定義される。トロリー線6の動特性は、ばね定数kw、減衰係数cwとし、トロリー線6の質量を無視すれば、接触力fは、

Figure 0004777812
で与えられる。ただし、ywはトロリー線6のたわみである。ここではトロリー線6を剛体とみなし、ばね定数kwと減衰係数cwには、パンタグラフの特性と十分離れた大きな値を与えることにする。 2 and 3, the contact force of the sliding plate 11 with respect to the trolley wire 6 is defined as follows. If the dynamic characteristics of the trolley wire 6 are a spring constant k w and a damping coefficient c w, and the mass of the trolley wire 6 is ignored, the contact force f is
Figure 0004777812
Given in. Where y w is the deflection of the trolley wire 6. Here, the trolley wire 6 is regarded as a rigid body, and a large value sufficiently separated from the characteristics of the pantograph is given to the spring constant k w and the damping coefficient c w .

図11は、上記の運動方程式によって得られたパッシブ制御の追従振幅特性を実測値とともに示したもので、横軸に周波数、縦軸に追従振幅を示している。ここで、実測値と計算値は一致している。   FIG. 11 shows the follow-up amplitude characteristic of the passive control obtained by the above equation of motion together with the actual measurement value. The horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the follow-up amplitude. Here, the actual measurement value and the calculated value are the same.

次に、H制御理論を用いて接触力を制御する方法を、図12の制御ブロック図を参照して説明する。 Next, a method for controlling the contact force using the H∞ control theory will be described with reference to the control block diagram of FIG.

図12において、wは外乱、uは制御信号、yは観測出力、zi(i=1,2)は制御量である。ここでは、wをトロリー線6の高さ方向の不ぞろいによる強制変位入力(図2、図3のz)、uを電動アクチュエータ19の制御力、yをすり板11の接触力にとることにする。また、wT,wSは、夫々制御信号と観測出力(接触力)にかかる重み関数であり、周波数特性を有する。H制御理論によれば、H制御器23による制御は次式の形式で得られる。 In FIG. 12, w is a disturbance, u is a control signal, y is an observation output, and z i (i = 1, 2) is a control amount. Here, w is a forced displacement input (z in FIGS. 2 and 3) due to unevenness in the height direction of the trolley wire 6, u is a control force of the electric actuator 19, and y is a contact force of the sliding plate 11. . Further, w T and w S are weight functions relating to the control signal and the observation output (contact force), respectively, and have frequency characteristics. According to the H∞ control theory, the control by the H∞ controller 23 is obtained in the form of the following equation.

[数3]
u=H(s)y (5)
ここで、H(s)は動的な制御器であり、次式の状態空間形式で表示される。尚、式中ηは状態変数、A,B,C,DはH制御器を表わす状態空間マトリックスである。
[Equation 3]
u = H∞ (s) y (5)
Here, H (s) is a dynamic controller and is displayed in the state space format of the following equation. In the equation, η is a state variable, and A, B, C, and D are state space matrices representing the H∞ controller.

Figure 0004777812
Figure 0004777812

設計では、まず、

Figure 0004777812
と定義し、式(1)から式(4)を状態空間の形式で記述すると次式となる。 The design starts with
Figure 0004777812
When the expressions (1) to (4) are described in the state space format, the following expression is obtained.

Figure 0004777812
ここで、
Figure 0004777812
here,

Figure 0004777812
重み関数wT及びwSを以下のような状態空間で設定する。
Figure 0004777812
The weight functions w T and w S are set in the following state space.

Figure 0004777812
ここで、添え字のT及びSは、夫々重み関数wT,wSに関する量を意味する。
Figure 0004777812
Here, the subscripts T and S mean quantities related to the weight functions w T and w S , respectively.

制御系を設計するため、式(8)から式(11)を次式の一般化プラントで構成する。 In order to design the H∞ control system, the equations (8) to (11) are constituted by a generalized plant of the following equation.

Figure 0004777812
ここで、
Figure 0004777812
である。
Figure 0004777812
here,
Figure 0004777812
It is.

制御理論によれば、制御器23は系を内部安定にし、且つ次式を満足することにより得られる。 According to the H∞ control theory, the controller 23 is obtained by making the system internally stable and satisfying the following equation.

Figure 0004777812
ここで、N(s)とM(s)は、夫々外乱から制御信号までの伝達関数及び外乱から出力までの伝達関数である。
Figure 0004777812
Here, N (s) and M (s) are a transfer function from the disturbance to the control signal and a transfer function from the disturbance to the output, respectively.

計算例として、主成分2Hz付近に発生する変動力を積極的に低減し、17Hz付近の変動成分については、パッシブ制御と同程度になるように設計した場合の結果を以下に示す。図13は重み関数wT,wSの一例を示し、また、図14はアクティブ制御によって得られた接触力の周波数応答をパッシブ制御の場合と比較して示しており、また、図15はアクティブ制御によって得られた追従振幅特性をパッシブ制御の場合と比較して示している。 As a calculation example, the following is a result of a case where the fluctuation force generated in the vicinity of the main component of 2 Hz is positively reduced and the fluctuation component in the vicinity of 17 Hz is designed to be comparable to the passive control. FIG. 13 shows an example of the weight functions w T and w S , FIG. 14 shows the frequency response of the contact force obtained by the active control in comparison with the case of the passive control, and FIG. 15 shows the active function The tracking amplitude characteristic obtained by the control is shown in comparison with the case of the passive control.

図14によれば、アクティブ制御によって接触力の周波数応答が安定している。また、図15によれば、アクティブ制御によって、追従振幅特性がパッシブ制御に比して大幅に上昇しており、これにより、特に2Hz付近での離線の問題を防止できることがわかる。   According to FIG. 14, the frequency response of the contact force is stabilized by active control. Further, according to FIG. 15, it can be seen that the follow-up amplitude characteristic is significantly increased by the active control as compared with the passive control, and this can prevent the problem of separation particularly in the vicinity of 2 Hz.

上記で得られた接触力制御系の効果を時刻歴応答計算によって確認した。図16中破線は、2Hzの正弦波を入力した場合におけるパッシブ制御での接触力の変動の大きさを表わしたものである。これに対して、図17における電動アクチュエータ19による制御力を付加したところ、図16に実線で示すように接触力の変動が著しく低減した。   The effect of the contact force control system obtained above was confirmed by time history response calculation. The broken line in FIG. 16 represents the magnitude of the fluctuation of the contact force in passive control when a 2 Hz sine wave is input. On the other hand, when the control force by the electric actuator 19 in FIG. 17 was added, the fluctuation of the contact force was remarkably reduced as shown by the solid line in FIG.

また、図18は、2Hzと17Hzの複合波を入力した場合におけるパッシブ制御での接触力の変動の大きさを表わしたものである。これに対して、前記電動アクチュエータ19により高周波での制御の影響を小さくしつつ、2Hzの変動力成分を約1/3に低減することで、図19に示す如く複合力成分を1/2以下に低減することができた。尚、前記入力振幅は、2Hzが10mm、17Hzが0.9mmであり、通常のパンタグラフの追従振幅特性で要求される振幅値である。   Moreover, FIG. 18 represents the magnitude | size of the fluctuation | variation of the contact force in passive control when a 2 Hz and 17 Hz composite wave is input. On the other hand, by reducing the influence of the high frequency control by the electric actuator 19, the fluctuating force component at 2 Hz is reduced to about 1/3, thereby reducing the composite force component to 1/2 or less as shown in FIG. It was possible to reduce it. The input amplitude is 10 mm for 2 Hz and 0.9 mm for 17 Hz, and is an amplitude value required for the follow-up amplitude characteristics of a normal pantograph.

次に、前記H制御理論を用いた実際の制御装置の一例を説明する。図20は、図2の力学モデルにH制御系を具現化する場合の制御装置の一例を示したものである。 Next, an example of an actual control device using the H∞ control theory will be described. FIG. 20 shows an example of a control device when the H∞ control system is embodied in the dynamic model of FIG.

前記すり板11の接触力は、直接には検出することができない。このため、図20に示す如く、すり板11に加速度計24を取り付け、また、先端ばね12に歪み計25を取り付ける。尚、上記加速度計24には積分機能が備えられた速度計を用いることもできる。そして、前記加速度計24の加速度信号と歪み計25の歪み信号をアンプ26を介して夫々接触力の演算を行う演算装置27に入力すると共に、前記歪み計25の歪み信号を微分器28を介して演算装置27に入力する。演算装置27で演算した結果に基づき、H制御器23は、すり板11とトロリー線6との接触力の変動を抑制する制御信号uを前記電動アクチュエータ19に出力する。30は制御装置(デジタル制御器)である。 The contact force of the sliding plate 11 cannot be detected directly. Therefore, as shown in FIG. 20, an accelerometer 24 is attached to the sliding plate 11, and a strain gauge 25 is attached to the tip spring 12. The accelerometer 24 may be a speedometer having an integration function. Then, the acceleration signal of the accelerometer 24 and the strain signal of the strain gauge 25 are input to the arithmetic unit 27 for calculating the contact force via the amplifier 26, and the strain signal of the strain gauge 25 is input via the differentiator 28. To the arithmetic unit 27. Based on the result calculated by the calculation device 27, the H∞ controller 23 outputs a control signal u that suppresses fluctuations in the contact force between the sliding plate 11 and the trolley wire 6 to the electric actuator 19. Reference numeral 30 denotes a control device (digital controller).

上記によれば、直接検出することができない接触力が、すり板11に取り付けた加速度計24と、先端ばね12に取り付けた歪み計25の検出信号から、次式によって間接的に検出することができる。   According to the above, the contact force that cannot be directly detected can be indirectly detected from the detection signals of the accelerometer 24 attached to the sliding plate 11 and the strain gauge 25 attached to the tip spring 12 by the following equation. it can.

Figure 0004777812
尚、すり板11の弾性変形が無視できない場合は、すり板11の歪みも考慮する。
Figure 0004777812
In addition, when the elastic deformation of the sliding plate 11 cannot be ignored, the distortion of the sliding plate 11 is also considered.

上記したように、すり板11に取り付けた加速度計24と、先端ばね12に取り付けた歪み計25からの検出信号をフィードバック信号として、H制御器23によって制御信号uが演算され、この制御信号uにより電動アクチュエータ19の作動が制御されて、接触力の変動が有効に低減されるようになる。 As described above, the control signal u is calculated by the H∞ controller 23 using the detection signals from the accelerometer 24 attached to the sliding plate 11 and the strain gauge 25 attached to the tip spring 12 as feedback signals. The operation of the electric actuator 19 is controlled by u, and the fluctuation of the contact force is effectively reduced.

図21はH制御系を具現化する制御装置の他の例を示すブロック図、図22は図21のハイブリッド型パンタグラフ20をばね−質量系にモデル化した作動説明図であり、図中、図1、図2及び図20と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。尚、図22では図1における支持部材15と中間部材13とを剛結合して質点を二つ(m1,m2)とした2元系の場合を対象として示しているが、質点が三つの3元系の場合も同様に扱うことができる。 FIG. 21 is a block diagram showing another example of a control device that embodies the H∞ control system, and FIG. 22 is an operation explanatory diagram in which the hybrid pantograph 20 of FIG. 21 is modeled as a spring-mass system. The same components as those in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 22 shows the case of a binary system in which the support member 15 and the intermediate member 13 in FIG. 1 are rigidly coupled to have two mass points (m 1 , m 2 ), but the mass point is three. The case of three ternary systems can be handled similarly.

図21、図22に示すように、前記中間部材13(舟体)の上面にロードセル60(圧電素子及び歪みゲージ型検出器)を設けてすり板11を支持する先端ばね12に掛る負荷を直接検出するようにしており、ロードセル60で検出した荷重検出信号f1は、アンプ26を介して直接H制御器23に入力されており、H制御器23はすり板11とトロリー線6との接触力の変動を抑制する制御信号uをデジタル演算し、該制御信号uにより前記電動アクチュエータ19を制御力fで制御するようにしている。 As shown in FIGS. 21 and 22, a load cell 60 (piezoelectric element and strain gauge type detector) is provided on the upper surface of the intermediate member 13 (boat body) to directly apply a load applied to the tip spring 12 supporting the sliding plate 11. The load detection signal f 1 detected by the load cell 60 is directly input to the H controller 23 via the amplifier 26, and the H controller 23 includes the sliding plate 11, the trolley wire 6, and the like. suppressing control signal u the variation of the contact force digital operations, so as to control the electric actuator 19 in the control force f c by the control signal u.

図22の質点m2である中間部材13の運動方程式は式(16)のように表わされる。

Figure 0004777812
The equation of motion of the intermediate member 13 which is the mass point m 2 in FIG. 22 is expressed as in Expression (16).
Figure 0004777812

ここで、すり板11とトロリー線6との接触力は次式(17)となる。

Figure 0004777812
Here, the contact force between the sliding plate 11 and the trolley wire 6 is expressed by the following equation (17).
Figure 0004777812

この時ロードセル60の荷重検出信号は次式(18)で表わされる。

Figure 0004777812
At this time, the load detection signal of the load cell 60 is expressed by the following equation (18).
Figure 0004777812

制御手法にはH制御理論を用い、同理論によると、電動アクチュエータ19への制御信号uは前記式(5)で与えられる。 The control method uses the H∞ control theory, and according to the theory, the control signal u to the electric actuator 19 is given by the above equation (5).

上記の系に対してH制御器23を設計し、追従振幅特性と走行時の時刻歴応答解析によって制御効果を確認した。設計したアクティブ制御系の追従振幅特性を図23に実線で示す。比較のため、パッシブ系の特性を破線で示した。図23から、接触力を直接フィードバックする前述の方法の結果と同等の特性が得られた。 The H∞ controller 23 was designed for the above system, and the control effect was confirmed by the following amplitude characteristic and the time history response analysis during traveling. The tracking amplitude characteristic of the designed active control system is shown by a solid line in FIG. For comparison, the characteristics of the passive system are indicated by broken lines. From FIG. 23, a characteristic equivalent to the result of the above-described method for directly feeding back the contact force was obtained.

また、走行時における接触力の時刻歴応答解析結果を、前後に設けたパンタグラフ20の前パンタグラフの場合を図24に示し、後パンタグラフの場合を図25に示した。外乱に相当するトロリー線6の強制変位入力には、実測された接触力をもとに解析的に求めたすり板11の変位を用いた。図24、図25から、変動接触力の主要成分である2Hzの成分が大きく低減され、パッシブ系よりも変動成分が更に小さくなっていることが確認できる。   Further, the time history response analysis result of the contact force during traveling is shown in FIG. 24 for the front pantograph of the pantograph 20 provided before and after, and in FIG. 25 for the rear pantograph. For the forced displacement input of the trolley wire 6 corresponding to the disturbance, the displacement of the sliding plate 11 obtained analytically based on the actually measured contact force was used. From FIG. 24 and FIG. 25, it can be confirmed that the 2 Hz component which is the main component of the fluctuating contact force is greatly reduced, and the fluctuating component is further smaller than that of the passive system.

次に、外乱包含型LQ制御理論を用いて接触力を制御する方法について説明する。   Next, a method for controlling the contact force using the disturbance inclusion type LQ control theory will be described.

外乱包含型LQ制御理論を用いて接触力を制御するには、パッシブ機構を有効に活用するため、制御する周波数領域を限定する方法を用いる。   In order to control the contact force using the disturbance inclusion type LQ control theory, a method of limiting the frequency region to be controlled is used in order to effectively use the passive mechanism.

接触力の変動は、トロリー線6を支持する図4の支柱1の径間L1及びハンガ5によるハンガ間隔L3によって生じるから、一般には、パンタグラフ系の共振点からは外れ、強制振動として作用する。従って、減衰付与による共振ピークの低減だけでは高い効果は期待できない。そこで、制御の強さを周波数領域で変化させるようにし、強制振動に対して高い性能を確保できるようにする。例えば、アクティブ制御の稼働を速度300km/s以上のように限定すれば、抑制するべき接触力変動の周波数領域はほぼ決定できる。このような考えのもとに適用できる制御方法としては外乱包含型LQ制御がある。外乱包含型LQ制御は、フィードバック制御にフィードフォワード制御を組み合わせた方式である。   The fluctuation of the contact force is caused by the span L1 of the support 1 shown in FIG. 4 supporting the trolley wire 6 and the hanger interval L3 by the hanger 5, so that it generally deviates from the resonance point of the pantograph system and acts as a forced vibration. Therefore, a high effect cannot be expected only by reducing the resonance peak by applying attenuation. Therefore, the strength of control is changed in the frequency domain so that high performance against forced vibration can be ensured. For example, if the operation of active control is limited to a speed of 300 km / s or higher, the frequency region of contact force fluctuations to be suppressed can be almost determined. As a control method that can be applied based on this idea, there is a disturbance inclusion type LQ control. Disturbance inclusion type LQ control is a method in which feedforward control is combined with feedback control.

以下にその計算例を示す。   The calculation example is shown below.

径間変動の振動数を2Hzとし、外乱の特性を以下の二次遅れ系で与える。   The frequency of the span fluctuation is 2 Hz, and the disturbance characteristic is given by the following second-order lag system.

Figure 0004777812
ここで、ωd
Figure 0004777812
は夫々、二次遅れ系で定義された固有角振動数と減衰比であり、固有角振動数は、抑制したい振動数に設定する。設計では、
Figure 0004777812
Where ω d and
Figure 0004777812
Are the natural angular frequency and damping ratio defined in the second-order lag system, and the natural angular frequency is set to the frequency to be suppressed. In design,

Figure 0004777812
と定義し、式(7)の代わりに状態方程式(21)を用いる。
Figure 0004777812
And equation of state (21) is used instead of equation (7).

Figure 0004777812
式(21)にLQ制御理論を適用すれば、制御信号は二次形式の評価関数
Figure 0004777812
If LQ control theory is applied to equation (21), the control signal is a quadratic evaluation function.

Figure 0004777812
を最小にする入力として決定できる(図27)。
Figure 0004777812
Can be determined as an input that minimizes (FIG. 27).

Figure 0004777812
Figure 0004777812

こうすることで、外乱には周波数領域で重みが与えられたことになり、特定の周波数で制御効果を高めるような制御系、即ち外乱包含型LQ制御が設計できる。図26に外乱包含型LQ制御による接触力の周波数応答をパッシブ制御の場合と比較して示した。外乱の振動数を2Hz(ωd=2×pi×2 )、減衰比を In this way, the disturbance is given a weight in the frequency domain, and a control system that enhances the control effect at a specific frequency, that is, a disturbance inclusion type LQ control can be designed. FIG. 26 shows the frequency response of the contact force by the disturbance inclusion type LQ control in comparison with the case of the passive control. Disturbance frequency is 2 Hz (ω d = 2 × pi × 2), damping ratio is

Figure 0004777812
とした場合であり、2Hz近傍で接触力の周波数応答が安定した大きな効果を確認できる。
Figure 0004777812
In this case, a large effect that the frequency response of the contact force is stable in the vicinity of 2 Hz can be confirmed.

次に、前記外乱包含型LQ制御理論を用いた実際の制御装置の一例を説明する。図27は、図2の力学モデルに外乱包含型LQ制御理論を具現化する場合の制御装置の一例を示したものである。   Next, an example of an actual control apparatus using the disturbance inclusion type LQ control theory will be described. FIG. 27 shows an example of a control apparatus in the case where the disturbance inclusion type LQ control theory is embodied in the dynamic model of FIG.

すり板11の接触力は直接には検出できないため、図27では、前記すり板11と、中間部材13と、支持部材15の夫々に加速度計31,32,33を取り付け、各加速度計31,32,33からの加速度信号をアンプ34を介して積分器35に導くことにより速度を求め、一方、積分器35で積分した信号を更に積分器36に導くことにより変位を求めて出力すると共に、前記速度及び変位を観測器29に入力する。この時、強制変位入力zと

Figure 0004777812
はオブザーバ理論により推定する。前記算出された速度、変位、観測器29の出力の各信号にフィードバックゲインk1〜k8を乗じ、加算する加算器37を備えた外乱包含型LQ制御器38により制御信号uを得、この制御信号uを電動アクチュエータ19に入力するようにしている。又、前記制御信号uは観測器29に入力されている。 Since the contact force of the sliding plate 11 cannot be directly detected, in FIG. 27, accelerometers 31, 32, and 33 are attached to the sliding plate 11, the intermediate member 13, and the support member 15, respectively. The speed is obtained by guiding the acceleration signals from 32 and 33 to the integrator 35 via the amplifier 34, while the signal integrated by the integrator 35 is further guided to the integrator 36 to obtain and output the displacement. The velocity and displacement are input to the observer 29. At this time, forced displacement input z and
Figure 0004777812
Is estimated by observer theory. A control signal u is obtained by a disturbance inclusion type LQ controller 38 having an adder 37 for multiplying and adding each of the calculated velocity, displacement and output of the observer 29 by feedback gains k 1 to k 8. The control signal u is input to the electric actuator 19. The control signal u is input to the observer 29.

上記により、外乱に周波数領域で重みが与えられ、特定の周波数で制御効果が高められた制御系が設計でき、外乱包含型LQ制御器38からの制御信号uにより電動アクチュエータ19の作動が制御されて、図26に示すように2Hz近傍での周波数応答が安定し、接触力の変動が有効に抑制されるようになる。   As described above, it is possible to design a control system in which the disturbance is weighted in the frequency domain and the control effect is enhanced at a specific frequency, and the operation of the electric actuator 19 is controlled by the control signal u from the disturbance inclusion type LQ controller 38. Thus, as shown in FIG. 26, the frequency response in the vicinity of 2 Hz is stabilized, and the fluctuation of the contact force is effectively suppressed.

図1に示したように、パッシブ制御を行う押付緩衝装置21と、H制御器23(図20、図21)又は外乱包含型LQ制御器38(図27)を備えた電動アクチュエータ19によりアクティブ制御を行うようにした電動アクチュエータ19とを有するハイブリッド型パンタグラフ20を構成したことにより、高速走行時におけるすり板11の接触力の変動を電動アクチュエータ19による早い速度で抑制制御することができ、且つ従来の油圧シリンダを用いた場合に比して構成を大幅に簡略化することができ、よってメンテナンスの軽減が図れる。 As shown in FIG. 1, it is activated by the electric shock absorber 21 that performs passive control and the electric actuator 19 including the H∞ controller 23 (FIGS. 20 and 21) or the disturbance-including LQ controller 38 (FIG. 27). By configuring the hybrid pantograph 20 having the electric actuator 19 that performs the control, fluctuations in the contact force of the sliding plate 11 during high-speed traveling can be suppressed and controlled at a high speed by the electric actuator 19, and Compared with the case of using a conventional hydraulic cylinder, the configuration can be greatly simplified, and the maintenance can be reduced.

また、図20に示したすり板11に設置した加速度計24と歪み計25からの信号に基づいてH制御器23から出力される制御信号uにより電動アクチュエータ19の駆動を制御するようにしたので、センサ類及び制御器が簡略化でき、且つ接触力の変動を確実に抑制できるようになる。 Further, the driving of the electric actuator 19 is controlled by the control signal u output from the H∞ controller 23 based on the signals from the accelerometer 24 and the strain gauge 25 installed on the sliding plate 11 shown in FIG. As a result, the sensors and the controller can be simplified, and fluctuations in the contact force can be reliably suppressed.

また、図21に示した先端ばね12と中間部材13(舟体)の間に設置したロードセル60からの荷重検出信号f1に基づいてH制御器23から出力される制御信号uにより電動アクチュエータ19の駆動を制御するようにしたので、センサ類及び制御器が更に簡略化でき、且つ接触力の変動を確実に抑制できるようになる。 Further, the electric actuator is controlled by the control signal u output from the H∞ controller 23 based on the load detection signal f 1 from the load cell 60 installed between the tip spring 12 and the intermediate member 13 (boat body) shown in FIG. Since the drive of 19 is controlled, the sensors and the controller can be further simplified and the fluctuation of the contact force can be surely suppressed.

また、図27に示したすり板11と中間部材13と支持部材15の夫々に設けた加速度計31,32,33からの信号に基づいて外乱包含型LQ制御器38から出力される制御信号uにより電動アクチュエータ19の駆動を制御するようにしたので、センサ類及び制御器が簡略化でき、且つ接触力の変動を確実に抑制できるようになる。   Further, the control signal u output from the disturbance inclusion type LQ controller 38 based on the signals from the accelerometers 31, 32, 33 provided on the sliding plate 11, the intermediate member 13, and the support member 15 shown in FIG. Thus, the driving of the electric actuator 19 is controlled, so that the sensors and the controller can be simplified and the fluctuation of the contact force can be surely suppressed.

図1に示したハイブリッド型パンタグラフ20によれば、パッシブ制御を行う押付緩衝装置21と、アクティブ制御を行う電動アクチュエータ19を同時に作用させて、前記トロリー線6とハイブリッド型パンタグラフ20との相対高さの変化による長周期の接触力の変動は押付緩衝装置21により抑制し、トロリー線6のばね特性の変動によって生じる短周期の接触力の変動は電動アクチュエータ19の駆動により抑制することができる。   According to the hybrid pantograph 20 shown in FIG. 1, the relative height between the trolley wire 6 and the hybrid pantograph 20 is obtained by simultaneously operating the pressing shock absorber 21 that performs passive control and the electric actuator 19 that performs active control. The fluctuation of the long-period contact force due to the change of the pressure can be suppressed by the pressing buffer device 21, and the fluctuation of the short-cycle contact force caused by the fluctuation of the spring characteristic of the trolley wire 6 can be suppressed by driving the electric actuator 19.

また、電車の移動速度が設定速度以下の時、或いは接触力にしきい値を設定しておき接触力がしきい値以下の時は、パッシブ制御を行う押付緩衝装置21により接触力の変動を抑制し、前記移動速度が設定速度を越えた時、或いは接触力が前記しきい値を越えた時は、アクティブ制御を行う電動アクチュエータ19の駆動により接触力の変動を抑制するようにし、このようにして電動アクチュエータ19の駆動と非駆動とを切替えて使用することもできる。   In addition, when the moving speed of the train is lower than the set speed, or when a threshold is set for the contact force and the contact force is lower than the threshold, fluctuation of the contact force is suppressed by the pressing buffer device 21 that performs passive control. When the moving speed exceeds the set speed or the contact force exceeds the threshold value, the variation of the contact force is suppressed by driving the electric actuator 19 that performs active control. Thus, the electric actuator 19 can be switched between driving and non-driving.

また、ハイブリッド型パンタグラフ20は電動アクチュエータ19を備えて伸縮できるようにしているので、ハイブリッド型パンタグラフ20を格納する際には、電動アクチュエータ19を縮小させることで迅速に格納することができる。   Further, since the hybrid pantograph 20 includes the electric actuator 19 so that it can be expanded and contracted, when the hybrid pantograph 20 is stored, it can be quickly stored by reducing the electric actuator 19.

また、万一電動アクチュエータ19が故障した場合にも、押付緩衝装置21によるパッシブ制御は機能を維持できるので、パンタグラフの信頼性を大幅に向上することができる。   In addition, even if the electric actuator 19 fails, the function of the passive control by the pressing shock absorber 21 can be maintained, so that the reliability of the pantograph can be greatly improved.

次に、前記電動アクチュエータ19によって駆動される電動式パンタグラフ39を電車屋根部7上へ実装するための本発明の形態例を説明する。   Next, an embodiment of the present invention for mounting the electric pantograph 39 driven by the electric actuator 19 on the train roof 7 will be described.

図28に示す如く、トロリー線6に対するすり板11の接触力を調整するための前記電動式パンタグラフ39を駆動する電動アクチュエータ19と、電動アクチュエータ用AC/DC電源40と、ドライバ41と、インターフェースユニット42と、トロリー線6に対するすり板11の接触力を検出するための前記加速度計24及び歪み計25、又は加速度計31,32,33等のセンサ装置43とを取付台44に設置する。そして、該取付台44を電車屋根部7上に搭載すると共にトロリー線6の高電圧(例えば25kV)に接続して取付台44をトロリー線6と同電位とする。更に、前記電動アクチュエータ用AC/DC電源40の交流電源の片側40aを取付台44にアースし、直流電源のマイナス側40bを取付台44にアースする。   As shown in FIG. 28, the electric actuator 19 for driving the electric pantograph 39 for adjusting the contact force of the sliding plate 11 to the trolley wire 6, the AC / DC power supply 40 for the electric actuator, the driver 41, and the interface unit 42 and the sensor device 43 such as the accelerometer 24 and the strain gauge 25 or the accelerometers 31, 32, 33 for detecting the contact force of the sliding plate 11 with the trolley wire 6 are installed on the mounting base 44. The mounting base 44 is mounted on the train roof 7 and connected to a high voltage (for example, 25 kV) of the trolley wire 6 so that the mounting base 44 has the same potential as the trolley wire 6. Further, one side 40 a of the AC power source of the AC / DC power source 40 for the electric actuator is grounded to the mounting base 44, and the negative side 40 b of the DC power source is grounded to the mounting base 44.

更に、前記電動アクチュエータ用AC/DC電源40と、ドライバ41と、インターフェースユニット42を放射ノイズから保護するための収納箱45に収容し、且つ該収納箱45を取付台44に対し接続部45aでアースする。   Further, the AC / DC power supply 40 for the electric actuator, the driver 41, and the interface unit 42 are accommodated in a storage box 45 for protecting from radiation noise, and the storage box 45 is connected to the mounting base 44 by a connecting portion 45a. Ground.

また、前記インターフェースユニット42には、取付台44の外部に設けた前記H制御器23或いは外乱包含型LQ制御器38等の制御器46が光ファイバ47によって接続されており、制御器46には外部制御信号48が入力されていると共に前記センサ装置43からの検出信号が入力されており、また制御器46からの制御信号がドライバ41に入力されて電動アクチュエータ19の駆動が制御されるようになっている。図中49はトロリー線6の高電圧に上乗せするように電気を供給する電動アクチュエータ用電源(AC)、50は高耐電圧ケーブル、51は避雷器、52は碍子を示す。 The interface unit 42 is connected to a controller 46 such as the H∞ controller 23 or a disturbance-including LQ controller 38 provided outside the mounting base 44 by an optical fiber 47. The external control signal 48 is input, the detection signal from the sensor device 43 is input, and the control signal from the controller 46 is input to the driver 41 to control the drive of the electric actuator 19. It has become. In the figure, 49 is an electric actuator power supply (AC) for supplying electricity so as to be added to the high voltage of the trolley wire 6, 50 is a high withstand voltage cable, 51 is a lightning arrester, and 52 is an insulator.

図28に示した電動式パンタグラフ39の実装装置によれば、トロリー線6に接続されて高電圧となるパンタグラフに電動式パンタグラフ39を実装することが可能となり、よって、電動アクチュエータ19により電動式パンタグラフ39を早い速度で精度よく制御できること、及び、従来の油圧シリンダを用いた場合に比して簡単な構成でメンテナンスが軽減できること、が有効に活用できるようになる。   According to the mounting device for the electric pantograph 39 shown in FIG. 28, the electric pantograph 39 can be mounted on the pantograph connected to the trolley wire 6 and having a high voltage. 39 can be controlled at high speed with high accuracy, and the maintenance can be reduced with a simple configuration as compared with the case where a conventional hydraulic cylinder is used.

更に、電動アクチュエータ用AC/DC電源40と、ドライバ41と、インターフェースユニット42を収納箱45に収容して放射ノイズから保護し、且つ取付台44にアースして高電圧の帯電を回避するようにしたので、放射ノイズの影響を防止して電動アクチュエータの作動を確実に行わせることできる。   Further, the AC / DC power supply 40 for the electric actuator, the driver 41, and the interface unit 42 are accommodated in the storage box 45 to protect them from radiation noise, and grounded to the mounting base 44 so as to avoid high voltage charging. Therefore, the effect of radiation noise can be prevented and the electric actuator can be operated reliably.

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明の集電装置の一例を示す概略切断側面図である。It is a general | schematic cutting side view which shows an example of the current collection apparatus of this invention. 図1のハイブリッド型パンタグラフをばね−質量系にモデル化した作動説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram in which the hybrid pantograph of FIG. 1 is modeled as a spring-mass system. 図5のパッシブ制御のパンタグラフをばね−質量系にモデル化した作動説明図である。FIG. 6 is an operation explanatory diagram modeling the passive control pantograph of FIG. 5 as a spring-mass system. 高速電気鉄道の架線設備の一例を示した側面図である。It is the side view which showed an example of the overhead line installation of the high-speed electric railway. 高速電気鉄道用として従来開発されたパッシブ制御のパンタグラフの一例を示す概略切断側面図である。It is a general | schematic cutting side view which shows an example of the pantograph of the passive control conventionally developed for high-speed electric railways. パンタグラフがトロリー線によって強制振動した状態を示す線図である。It is a diagram which shows the state which the pantograph forcedly vibrated with the trolley line. (a),(b),(c)はパッシブ制御での各質点の絶対変位を示す線図である。(A), (b), (c) is a diagram which shows the absolute displacement of each mass point in passive control. (a),(b),(c)はアクティブ制御での各質点の絶対変位を示す線図である。(A), (b), (c) is a diagram which shows the absolute displacement of each mass point in active control. (a),(b)はパッシブ制御での質点間の相対変位を示す線図である。(A), (b) is a diagram which shows the relative displacement between the mass points in passive control. (a),(b)はアクティブ制御での質点間の相対変位を示す線図である。(A), (b) is a diagram which shows the relative displacement between the mass points in active control. 運動方程式によって得られたパッシブ制御の追従振幅特性を実測値とともに示した線図である。It is the diagram which showed the follow-up amplitude characteristic of the passive control obtained by the equation of motion with the actual measurement value. 制御理論を用いて接触力を制御する方法を説明するための制御ブロック図である。It is a control block diagram for demonstrating the method of controlling contact force using H infinity control theory. 重み関数wT,wSの一例を示す線図である。Weighting function w T, is a diagram showing an example of a w S. アクティブ制御によって得られた接触力の周波数応答をパッシブ制御の場合と比較して示した線図である。It is the diagram which showed the frequency response of the contact force obtained by active control compared with the case of passive control. アクティブ制御によって得られた追従振幅特性をパッシブ制御の場合と比較して示した線図である。It is the diagram which showed the follow-up amplitude characteristic obtained by active control compared with the case of passive control. パッシブ制御とアクティブ制御での接触力の変動の大きさを表わした線図である。It is a diagram showing the magnitude | size of the fluctuation | variation of the contact force in passive control and active control. 電動アクチュエータに制御力を付加してアクティブ制御する制御信号の一例を示す線図である。It is a diagram which shows an example of the control signal which adds control force to an electric actuator and performs active control. 2Hzと17Hzの複合波を入力した場合におけるパッシブ制御での接触力の変動の大きさを表わした線図である。It is a diagram showing the magnitude | size of the fluctuation | variation of the contact force in passive control at the time of inputting the 2Hz and 17Hz composite wave. 電動アクチュエータに制御力を付加してアクティブ制御することにより複合力成分が低減した状態を示す線図である。It is a diagram which shows the state which compound force component reduced by adding control force to an electric actuator and performing active control. 図2の力学モデルにH制御系を具現化する場合の制御装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the control apparatus in the case of embodying a Hinfinity control system in the dynamic model of FIG. 制御系を具現化する場合の他の制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the other control apparatus at the time of embodying a Hinfinity control system. 図21のハイブリッド型パンタグラフをばね−質量系にモデル化した作動説明図である。FIG. 22 is an operation explanatory diagram in which the hybrid pantograph of FIG. 21 is modeled as a spring-mass system. 図21で設計したアクティブ制御系の追従振幅特性を示す線図である。FIG. 22 is a diagram showing a follow-up amplitude characteristic of the active control system designed in FIG. 21. 走行時における前パンタグラフの場合の接触力の時刻歴応答解析結果を示す線図である。It is a diagram which shows the time history response analysis result of the contact force in the case of the front pantograph at the time of driving | running | working. 走行時における後パンタグラフの場合の接触力の時刻歴応答解析結果を示す線図である。It is a diagram which shows the time history response analysis result of the contact force in the case of the rear pantograph at the time of driving | running | working. 外乱包含型LQ制御による接触力の周波数応答をパッシブ制御の場合と比較して示した線図である。It is the diagram which showed the frequency response of the contact force by disturbance inclusion type | mold LQ control compared with the case of passive control. 図2の力学モデルに外乱包含型LQ制御理論を具現化する場合の制御装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the control apparatus in the case of embodying a disturbance inclusion type | mold LQ control theory in the dynamic model of FIG. 電動アクチュエータによって駆動される電動式パンタグラフを電車屋根部7上へ実装するための形態例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example for mounting the electric pantograph driven by an electric actuator on the train roof part.

符号の説明Explanation of symbols

6 トロリー線
7 電車屋根部
9 弾性支持装置
11 すり板
12 先端ばね
13 中間部材
14 中間ばね
15 支持部材
19 電動アクチュエータ
20 ハイブリッド型パンタグラフ
21 押付緩衝装置
22 リニアモータ
23 H<SUB>∞</SUB>制御器
24 加速度計
25 歪み計
31,32,33 加速度計
38 外乱包含型LQ制御器
39 電動式パンタグラフ
40 電動アクチュエータ用AC/DC電源
40a 片側
40b マイナス側
41 ドライバ
42 インターフェースユニット
43 センサ装置
44 取付台
45 収納箱
45a 接続部(アース)
46 制御器
47 光ファイバ
49 電動アクチュエータ用AC電源
60 ロードセル
u 制御信号
6 Trolley Line 7 Train Roof 9 Elastic Support Device 11 Sliding Plate 12 Tip Spring 13 Intermediate Member 14 Intermediate Spring 15 Support Member 19 Electric Actuator 20 Hybrid Pantograph 21 Pushing Buffer 22 Linear Motor 23 H <SUB> ∞ </ SUB> Controller 24 Accelerometer 25 Strain meter 31, 32, 33 Accelerometer 38 Disturbance inclusion type LQ controller 39 Electric pantograph 40 AC / DC power supply for electric actuator 40a One side 40b Minus side 41 Driver 42 Interface unit 43 Sensor device 44 Mounting base 45 Storage box 45a Connection (ground)
46 Controller 47 Optical fiber 49 AC power supply for electric actuator
60 Load cell u control signal

Claims (7)

すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に配置し、前記すり板をトロリー線に押付けて集電を行うパンタグラフの集電方法であって、前記弾性支持装置を、押付緩衝装置と電動アクチュエータとを用いて電車屋根部に支持し、前記先端ばねと前記中間部材の間に設置したロードセルの荷重検出信号に基づいてH∞制御を行うH∞制御器の制御信号により前記電動アクチュエータを駆動して、すり板とトロリー線との接触力の変動が抑制されるように前記すり板の押付け力を制御することを特徴とするパンタグラフの集電方法。   A pantograph current collecting method in which an elastic support device in which a sliding plate is supported by a supporting member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring is arranged on a train roof, and the sliding plate is pressed against a trolley wire to collect current. The elastic support device is supported on a train roof using a pressing buffer device and an electric actuator, and H∞ control is performed based on a load detection signal of a load cell installed between the tip spring and the intermediate member. ∞ The pantograph current collector is characterized in that the pressing force of the sliding plate is controlled so that the fluctuation of the contact force between the sliding plate and the trolley wire is suppressed by driving the electric actuator by a control signal of the controller. Method. すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に配置し、前記すり板をトロリー線に押付けて集電を行うパンタグラフの集電方法であって、前記弾性支持装置を、押付緩衝装置と電動アクチュエータとを用いて電車屋根部に支持し、前記すり板と中間部材と支持部材の夫々に設けた加速度計の各加速度信号に基づいて外乱包含型LQ制御を行う外乱包含型LQ制御器の制御信号により前記電動アクチュエータを駆動して、すり板とトロリー線との接触力の変動が抑制されるように前記すり板の押付け力を制御することを特徴とするパンタグラフの集電方法。   A pantograph current collecting method in which an elastic support device in which a sliding plate is supported by a supporting member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring is arranged on a train roof, and the sliding plate is pressed against a trolley wire to collect current. The elastic support device is supported on a train roof portion by using a pressing buffer device and an electric actuator, and includes a disturbance inclusion type based on each acceleration signal of an accelerometer provided on each of the sliding plate, the intermediate member, and the support member. Driving the electric actuator with a control signal of a disturbance-including LQ controller that performs LQ control, and controlling the pressing force of the sliding plate so that fluctuations in the contact force between the sliding plate and the trolley wire are suppressed. A pantograph current collection method. 前記トロリー線とパンタグラフとの相対高さの変化による長周期の接触力の変動は押付緩衝装置により抑制し、トロリー線のばね特性の変動によって生じる短周期の接触力の変動は電動アクチュエータの駆動により抑制することを特徴とする請求項1又は2に記載のパンタグラフの集電方法。 Long-period fluctuations in contact force due to changes in the relative height between the trolley wire and the pantograph are suppressed by the pressing shock absorber, and short-cycle fluctuations in contact force caused by fluctuations in the spring characteristics of the trolley wire are driven by the electric actuator. The pantograph current collecting method according to claim 1 , wherein the pantograph current collecting method is suppressed. 前記電車屋根部側の移動速度が設定速度以下の時、或いは接触力にしきい値を設定しておき接触力がしきい値以下の時は押付緩衝装置により接触力の変動を抑制し、前記移動速度が設定速度を越えた時、或いは接触力が前記しきい値を越えた時は電動アクチュエータの駆動により接触力の変動を抑制するように電動アクチュエータの駆動と非駆動とを切替えることを特徴とする請求項1又は2に記載のパンタグラフの集電方法。 When the movement speed on the side of the train roof is lower than the set speed, or when a threshold value is set for the contact force and the contact force is less than the threshold value, the fluctuation of the contact force is suppressed by the pressing buffer device, and the movement When the speed exceeds the set speed or when the contact force exceeds the threshold value, the drive of the electric actuator is switched between driving and non-drive so as to suppress the fluctuation of the contact force by driving the electric actuator. The pantograph current collecting method according to claim 1 or 2 . すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に備えて前記すり板をトロリー線に押付けることにより集電を行うパンタグラフの集電装置であって、前記弾性支持装置を電車屋根部に支持するように並設した押付緩衝装置及び電動アクチュエータと、前記先端ばねと前記中間部材との間に設けたロードセルと、該ロードセルからの荷重検出信号を入力し、H∞制御方法を用いてすり板とトロリー線との接触力の変動を抑制する制御信号を演算して前記電動アクチュエータに出力するH∞制御器と、を備えたことを特徴とするパンタグラフの集電装置。   The pantograph current collector is a pantograph current collector that is provided with an elastic support device supported on a support member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring on a train roof, and that collects current by pressing the slide plate against a trolley wire. A pressing shock absorber and an electric actuator arranged side by side so as to support the elastic support device on the train roof, a load cell provided between the tip spring and the intermediate member, and a load detection signal from the load cell. An H∞ controller that inputs and calculates a control signal that suppresses fluctuations in the contact force between the sliding plate and the trolley wire using the H∞ control method and outputs the control signal to the electric actuator. Pantograph current collector. すり板が先端ばねと中間部材と中間ばねにより支持部材に支持された弾性支持装置を電車屋根部に備えて前記すり板をトロリー線に押付けることにより集電を行うパンタグラフの集電装置であって、前記弾性支持装置を電車屋根部に支持するように並設した押付緩衝装置及び電動アクチュエータと、前記すり板と中間部材と支持部材の夫々に設けた加速度計と、各加速度計からの加速度信号を入力し、外乱包含型LQ制御方法を用いてすり板とトロリー線との接触力の変動を抑制する制御信号を演算して前記電動アクチュエータに出力する外乱包含型LQ制御器と、を備えたことを特徴とするパンタグラフの集電装置。   The pantograph current collector is a pantograph current collector that is provided with an elastic support device supported on a support member by a tip spring, an intermediate member, and an intermediate spring on a train roof, and that collects current by pressing the slide plate against a trolley wire. A pressing shock absorber and an electric actuator arranged side by side so as to support the elastic support device on a train roof, an accelerometer provided on each of the sliding plate, the intermediate member, and the support member, and an acceleration from each accelerometer A disturbance inclusion type LQ controller that inputs a signal, calculates a control signal that suppresses fluctuations in contact force between the sliding plate and the trolley wire using a disturbance inclusion type LQ control method, and outputs the control signal to the electric actuator; A pantograph current collector characterized by that. 前記電動アクチュエータが、リニアモータ、ベクトルインバータモータ、ACサーボモータのいずれか1つであることを特徴とする請求項5又は6に記載のパンタグラフの集電装置。 The pantograph current collector according to claim 5 , wherein the electric actuator is one of a linear motor, a vector inverter motor, and an AC servo motor.
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