JP5593240B2 - 電動機制御方法及び電動機制御装置 - Google Patents
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Description
動輪を駆動する電動機(例えば図3の電動機10)を制御して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御方法であって、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する第1の平滑化処理とを行って加速度を検出する第1の加速度検出ステップ(例えば図4の空転滑走検出用加速度検出部612による加速度検出)と、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第1の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第2の平滑化処理とを行って加速度を検出する第2の加速度検出ステップ(例えば図4の回復検出用加速度検出部622による加速度検出)と、
前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度を用いて空転滑走の発生を検出する空転滑走発生検出ステップ(例えば図4の空転滑走検出部610による空転滑走検出)と、
前記空転滑走発生検出ステップの検出に応じて前記電動機のトルク引き下げ制御を開始するトルク引き下げ開始ステップ(例えば図4の再粘着制御部640によるトルク引き下げ)と、
前記トルク引き下げ制御の開始後に、前記第2の加速度検出ステップにおいて検出された加速度を用いて空転滑走後の回復を検出する回復検出ステップ(例えば図4の回復検出部620による回復検出)と、
前記回復検出ステップの検出に応じて前記トルク引き下げ制御を終了するトルク引き下げ終了ステップ(例えば図4の再粘着制御部640によるトルク引き下げ制御の終了)と、
を含む電動機制御方法である。
動輪を駆動する電動機を制御して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置(例えば図3の電動機制御装置50)であって、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する第1の平滑化処理とを行って加速度を検出する第1の加速度検出部(例えば図4の空転滑走検出用加速度検出部612)と、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第1の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第2の平滑化処理とを行って加速度を検出する第2の加速度検出部(例えば図4の回復検出用加速度検出部622)と、
前記第1の加速度検出部により検出された加速度を用いて空転滑走の発生を検出する空転滑走発生検出部(例えば図4の空転滑走検出部610)と、
前記第2の加速度検出部により検出された加速度を用いて空転滑走後の回復を検出する回復検出部(例えば図4の回復検出部620)と、
を備え、前記空転滑走発生検出部の検出結果と前記回復検出部の検出結果とを用いて前記再粘着制御を行う電動機制御装置を構成することとしてもよい。
走行速度に応じて、前記第1の平滑化処理及び/又は前記第2の平滑化処理の平滑化時間幅を変更する速度基準平滑化幅範囲変更ステップ(例えば図5の平滑化時間幅設定部650による平滑化時間幅の設定)を更に含むように構成してもよい。
前記第1の平滑化処理及び/又は前記第2の平滑化処理において所与の信号周波数成分を抽出する抽出処理ステップを更に含む電動機制御方法を構成することとしてもよい。
前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の加速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第1の検出加速度振動検出ステップ(例えば図10の振動発生判定部760による振動発生の判定)と、
前記第1の検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第1の平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第1の平滑化幅変更ステップ(例えば図10の平滑化時間幅設定部770による平滑化時間幅の設定)と、
を含む電動機制御方法を構成することとしてもよい。
前記第2の加速度検出ステップにおいて検出された加速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の加速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第2の検出加速度振動検出ステップ(例えば図10の振動発生判定部760による振動発生の判定)と、
前記第2の検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第2の平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第2の平滑化幅変更ステップ(例えば図10の平滑化時間幅設定部770による平滑化時間幅の設定)と、
を含む電動機制御方法を構成することとしてもよい。
前記第2の検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記トルク引き下げ制御における引き下げ速度を変更する引き下げ速度変更ステップ(例えば図10の引き下げ速度制御部642による引き下げ速度の制御)を含む電動機制御方法を構成することとしてもよい。
前記動輪の回転を検出する回転検出器による前記動輪の回転検出信号をもとに第1の回転検出結果平滑化処理を行って速度を検出する第1の速度検出ステップ(例えば図7の空転滑走検出用速度検出部611による速度検出)と、
前記第1の速度検出ステップにおいて検出された速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第1の検出速度振動検出ステップ(例えば図10の振動発生判定部760による振動発生の判定)と、
前記第1の検出速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第1の回転検出結果平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第1の回転検出結果平滑化幅変更ステップ(例えば図10の平滑化時間幅設定部770による平滑化時間幅の設定)と、
を含み、
前記第1の加速度検出ステップでは、前記第1の速度検出ステップにおいて検出された速度をもとに加速度を検出する、
電動機制御方法を構成することとしてもよい。
前記回転検出信号をもとに、前記第1の回転検出結果平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第2の回転検出結果平滑化処理を行って速度を検出する第2の速度検出ステップ(例えば図7の回復検出用速度検出部621による速度検出)と、
前記第2の速度検出ステップにおいて検出された速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第2の検出速度振動検出ステップ(例えば図10の振動発生判定部760による振動発生の判定)と、
前記第2の検出速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第2の回転検出結果平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第2の回転検出結果平滑化幅変更ステップ(例えば図10の平滑化時間幅設定部770による平滑化時間幅の設定)と、
を含み、
前記第2の加速度検出ステップでは、前記第2の速度検出ステップにおいて検出された速度をもとに加速度を検出する、
電動機制御方法を構成することとしてもよい。
例えば、第9の形態として、第1〜第8の何れかの形態の電動機制御方法であって、
前記空転滑走発生検出ステップが、前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第1の加速度閾値条件を満たし、更に、前記動輪の速度と所与の基準速度との速度差が所与の速度差閾値条件を満たした場合に、空転滑走の発生を検出するステップである、
電動機制御方法を構成することとしてもよい。
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第1の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第3の平滑化処理とを行って加速度を検出する第3の加速度検出ステップを更に含み、
前記空転滑走発生検出ステップは、前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第1の加速度閾値条件を満たし、且つ、前記第3の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第3の加速度閾値条件を満たした場合に、空転滑走の発生を検出するステップである、
電動機制御方法を構成することとしてもよい。
前記空転滑走発生検出ステップは、前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第1の加速度閾値条件を満たし、且つ、前記第2の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第2の加速度閾値条件を満たした場合に、空転滑走の発生を検出するステップである、
電動機制御方法を構成することとしてもよい。
動輪を駆動する電動機を制御して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御方法であって、
前記動輪の回転を検出する回転検出器による前記動輪の回転検出信号をもとに回転検出結果平滑化処理を行って速度を検出する速度検出ステップ(例えば図10の速度検出部701による速度検出)と、
前記速度検出ステップにおいて検出された速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する検出速度振動検出ステップ(例えば図10の速度用判定部762による振動発生の判定)と、
前記検出速度振動検出ステップでの検出に応じて前記回転検出結果平滑化処理の平滑化時間幅を変更する回転検出結果平滑化幅変更ステップ(例えば図10の速度用設定部772による平滑化時間幅の設定)と、
前記速度検出ステップにおいて随時検出される速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する加速度平滑化処理とを行って加速度を検出する加速度検出ステップ(例えば図10の加速度検出部702による加速度検出)と、
前記加速度検出ステップにおいて検出された加速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の加速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する検出加速度振動検出ステップ(例えば図10の加速度用判定部761による振動発生の判定)と、
前記検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記加速度検出ステップにおける前記平滑化処理の平滑化時間幅を変更する平滑化幅変更ステップ(例えば図10の加速度用設定部771による平滑化時間幅の設定)と、
前記加速度検出ステップにおいて検出された加速度を用いて空転滑走の発生を検出する空転滑走発生検出ステップ(例えば図10の空転滑走検出部610による空転滑走検出)と、
前記空転滑走発生検出ステップの検出に応じて前記電動機のトルク引き下げ制御を開始するトルク引き下げ開始ステップ(例えば図10の再粘着制御部640によるトルク引き下げ制御)と、
前記トルク引き下げ制御の開始後に、前記加速度検出ステップにおいて検出された加速度を用いて空転滑走後の回復を検出する回復検出ステップ(例えば図10の回復検出部620による回復検出)と、
前記回復検出ステップの検出に応じて前記トルク引き下げ制御を終了するトルク引き下げ終了ステップ(例えば図10の再粘着制御部640によるトルク引き下げ制御の終了)と、
を含む電動機制御方法である。
動輪を駆動する電動機を制御して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置であって、
前記動輪の回転を検出する回転検出器による前記動輪の回転検出信号をもとに回転検出結果平滑化処理を行って速度を検出する速度検出部(例えば図10の速度検出部701)と、
前記速度検出部により検出された速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する検出速度振動検出部(例えば図10の速度用判定部762)と、
前記検出速度振動検出部の検出に応じて前記回転検出結果平滑化処理の平滑化時間幅を変更する回転検出結果平滑化幅変更部(例えば図10の速度用設定部772)と、
前記速度検出部により随時検出される速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する加速度平滑化処理とを行って加速度を検出する加速度検出部(例えば図10の加速度検出部702)と、
前記加速度検出部により検出された加速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の加速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する検出加速度振動検出部(例えば図10の加速度用判定部761)と、
前記検出加速度振動検出部の検出に応じて前記加速度検出部による前記平滑化処理の平滑化時間幅を変更する平滑化幅変更部(例えば図10の加速度用設定部771)と、
前記加速度検出部により検出された加速度を用いて空転滑走の発生を検出する空転滑走発生検出部(例えば図10の空転滑走検出部610)と、
前記加速度検出部により検出された加速度を用いて空転滑走後の回復を検出する回復検出部(例えば図10の回復検出部620)と、
を備え、前記空転滑走発生検出部の検出結果と前記回復検出部の検出結果とを用いて、前記再粘着制御を行う電動機制御装置を構成することとしてもよい。
前記検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記トルク引き下げ制御における引き下げ速度を変更する引き下げ速度変更ステップ(例えば図10の引き下げ速度制御部642による引き下げ速度の変更)を含む電動機制御方法を構成することとしてもよい。
また、本発明の考え方の基礎となる問題点を先に説明した後に、具体的な実施例について詳細に説明する。また、以下では説明の簡明化のために適宜「電動機トルク」を増減させるとして説明するが、より正確には「トルク分電流」、ひいては「トルク分電流指令」を増減させる意味である。
図1は、再粘着制御を説明するための図であり、空転滑走が発生していない一定加速中の状態から空転滑走が発生し、再粘着制御を行って再粘着するまでの一連の各信号波形を示している。横軸を時間tとして、上から順に、制御対象の動軸の軸速度V及び基準速度Vmを示すグラフ、制御対称軸の加速度αを示すグラフ、電動機トルクτeを示すグラフ、空転滑走検出信号のグラフ、回復検出信号のグラフを示す。空転滑走が発生していない状態では、軸速度Vは基準速度Vmにほぼ一致し、電動機トルクτeはほぼ一定に保たれている。空転滑走が発生すると、軸速度Vが上昇し始め、基準速度Vmとの差分である速度差Vdが増加する。そして、時刻t1において、速度差Vdが予め定められた空転滑走検出閾値Vsに達すると、空転滑走の発生が検出される。ここで、空転滑走検出信号がONとなる。
また、加速度αは軸速度Vを更に微分演算することで求められる。
図3は、電車の主回路の回路ブロックのうち、第1実施例に関係する構成を概略的に示した図であり、一の駆動軸について示している。すなわち、電動機の制御は個別制御(いわゆる1C1M)として以下説明するが、本発明の適用可能な形態がこれに限られるものではない。例えば、動輪2軸を一括して制御する1C2Mに適用することも可能である。図3によれば、第1実施例に関わる電車の主回路としては、電動機10と、パルスジェネレータ20と、インバータ30と、電流センサ40と、電動機制御装置50とが有る。
空転滑走検出部610は、空転滑走検出用加速度検出部612により検出された加速度α1を空転滑走したと見なす所定の加速度閾値以上か否かを比較判定する比較器614と、速度差Vdを空転滑走したと見なす所定の速度差閾値以上か否かを比較判定する比較器615,616と、論理積部617と、論理和部618とを有し、加速度α1及び速度差Vdを用いて空転滑走の発生を検出して検出信号を再粘着制御部640に出力する。尚、比較器616の速度差閾値は、比較器615の速度差閾値よりも大きく定められており、比較器614,615による閾値判定が働かない場合の安全のために設けられている。従って、比較器614による判定のみで安全が確保される場合、或いは別途の安全対策が施されている場合には、比較器615,616、論理積部617、論理和部618を不要としてもよい。また、比較器615、論理積部617を残し、比較器616、論理和部618を不要としてもよい。
図5は、第1実施例の再粘着制御装置60の変形例を示す図であり、平滑化時間幅設定部650が追加されている。平滑化時間幅設定部650は、空転滑走検出用加速度検出部612、回復検出用加速度検出部622、及び再粘着検出用加速度検出部632それぞれの加速度検出に係る平滑化時間幅を走行速度域に応じて可変に設定する。図6は、速度域に応じた平滑化時間幅の設定の一例を示しており、図6(a)が空転滑走検出用加速度検出部612に設定する平滑化時間幅を、図6(b)が回復検出用加速度検出部622及び再粘着検出用加速度検出部632に設定する平滑化時間幅を示している。図6に示す通り、どちらの加速度検出部であっても平滑化時間幅は、高速になる程広く(長く)、低速になる程狭く(短く)設定する。これは、低速域においては時間遅れによるトルク低下(牽引力低下)が大きな問題の1つであり、また、高速域においては時間遅れよりも検出の正確性が問題とされるためである。
なお、図7のそれぞれの速度検出部611,621,631の平滑化時間幅を、図5,6を参照して説明したように、走行速度に応じて可変に設定することとしてもよい。
この場合も、比較器614,619による判定のみで安全が確保される場合、或いは別途の安全対策が施されている場合には、比較器615,616、論理和部618を不要としてもよい。また、比較器615を残し、論理和部618を不要としてもよい。
次に第2実施例について説明する。第2実施例は、第1実施例の再粘着制御装置60を再粘着制御装置70に置き換えた実施例である。従って、第1実施例と同じ構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
以上2つの実施例について説明したが、本発明が適用可能な実施例はこれらに限られるわけではない。例えば、第1実施例と第2実施例とを組み合わせた形態にも適用可能である。具体的には、例えば図4の再粘着制御装置60に、図10の振動発生判定部760と、平滑化時間幅設定部770と、引き下げ速度制御部642とを設け、平滑化時間幅設定部770が、空転滑走検出用加速度検出部612と、回復検出用加速度検出部622と、再粘着検出用加速度検出部632との平滑化時間幅それぞれを変更設定する。そして、引き下げ速度制御部642は、回復検出用加速度検出部622の平滑化時間幅に応じて引き下げ速度を可変に設定する。
20 パルスジェネレータ
30 インバータ
50 電動機制御装置
60 再粘着制御装置
601 速度検出部
610 空転滑走検出部
612 空転滑走検出用加速度検出部
620 回復検出部
622 回復検出用加速度検出部
640 再粘着制御部
Claims (12)
- 動輪を駆動する電動機を制御して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御方法であって、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する第1の平滑化処理とを行って加速度を検出する第1の加速度検出ステップと、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第1の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第2の平滑化処理とを行って加速度を検出する第2の加速度検出ステップと、
前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度を用いて空転又は滑走(以下「空転滑走」という。)の発生を検出する空転滑走発生検出ステップと、
前記空転滑走発生検出ステップの検出に応じて前記電動機のトルク引き下げ制御を開始するトルク引き下げ開始ステップと、
前記トルク引き下げ制御の開始後に、前記第2の加速度検出ステップにおいて検出された加速度を用いて空転滑走後の回復を検出する回復検出ステップと、
前記回復検出ステップの検出に応じて前記トルク引き下げ制御を終了するトルク引き下げ終了ステップと、
を含む電動機制御方法。 - 走行速度に応じて、前記第1の平滑化処理及び/又は前記第2の平滑化処理の平滑化時間幅を変更する速度基準平滑化幅変更ステップを更に含む請求項1に記載の電動機制御方法。
- 前記第1の平滑化処理及び/又は前記第2の平滑化処理において所与の信号周波数成分を抽出する抽出処理ステップを更に含む請求項1又は2に記載の電動機制御方法。
- 前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の加速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第1の検出加速度振動検出ステップと、
前記第1の検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第1の平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第1の平滑化幅変更ステップと、
を含む請求項1〜3の何れか一項に記載の電動機制御方法。 - 前記第2の加速度検出ステップにおいて検出された加速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の加速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第2の検出加速度振動検出ステップと、
前記第2の検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第2の平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第2の平滑化幅変更ステップと、
を含む請求項1〜4の何れか一項に記載の電動機制御方法。 - 前記第2の検出加速度振動検出ステップでの検出に応じて前記トルク引き下げ制御における引き下げ速度を変更する引き下げ速度変更ステップを含む請求項5に記載の電動機制御方法。
- 前記動輪の回転を検出する回転検出器による前記動輪の回転検出信号をもとに第1の回転検出結果平滑化処理を行って速度を検出する第1の速度検出ステップと、
前記第1の速度検出ステップにおいて検出された速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第1の検出速度振動検出ステップと、
前記第1の検出速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第1の回転検出結果平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第1の回転検出結果平滑化幅変更ステップと、
を含み、
前記第1の加速度検出ステップでは、前記第1の速度検出ステップにおいて検出された速度をもとに加速度を検出する、
請求項1〜6の何れか一項に記載の電動機制御方法。 - 前記回転検出信号をもとに、前記第1の回転検出結果平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第2の回転検出結果平滑化処理を行って速度を検出する第2の速度検出ステップと、
前記第2の速度検出ステップにおいて検出された速度に、前記電動機の駆動による前記動輪の速度に係る主信号成分以外の高周波成分が含まれていることを検出する第2の検出速度振動検出ステップと、
前記第2の検出速度振動検出ステップでの検出に応じて前記第2の回転検出結果平滑化処理の平滑化時間幅を変更する第2の回転検出結果平滑化幅変更ステップと、
を含み、
前記第2の加速度検出ステップでは、前記第2の速度検出ステップにおいて検出された速度をもとに加速度を検出する、
請求項7に記載の電動機制御方法。 - 前記空転滑走発生検出ステップは、前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第1の加速度閾値条件を満たし、更に、前記動輪の速度と所与の基準速度との速度差が所与の速度差閾値条件を満たした場合に、空転滑走の発生を検出するステップである、
請求項1〜8の何れか一項に記載の電動機制御方法。 - 随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第1の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第3の平滑化処理とを行って加速度を検出する第3の加速度検出ステップを更に含み、
前記空転滑走発生検出ステップは、前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第1の加速度閾値条件を満たし、且つ、前記第3の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第3の加速度閾値条件を満たした場合に、空転滑走の発生を検出するステップである、
請求項1〜8の何れか一項に記載の電動機制御方法。 - 前記空転滑走発生検出ステップは、前記第1の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第1の加速度閾値条件を満たし、且つ、前記第2の加速度検出ステップにおいて検出された加速度が第2の加速度閾値条件を満たした場合に、空転滑走の発生を検出するステップである、
請求項1〜8の何れか一項に記載の電動機制御方法。 - 動輪を駆動する電動機を制御して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置であって、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する第1の平滑化処理とを行って加速度を検出する第1の加速度検出部と、
随時検出される前記動輪の速度をもとに、微分演算と、時間軸方向に平滑化する平滑化処理であって前記第1の平滑化処理よりも平滑化時間幅が狭い第2の平滑化処理とを行って加速度を検出する第2の加速度検出部と、
前記第1の加速度検出部により検出された加速度を用いて空転滑走の発生を検出する空転滑走発生検出部と、
前記第2の加速度検出部により検出された加速度を用いて空転滑走後の回復を検出する回復検出部と、
を備え、前記空転滑走発生検出部の検出結果と前記回復検出部の検出結果とを用いて前記再粘着制御を行う電動機制御装置。
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