JP5673938B2 - Electric vehicle control device - Google Patents

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信吾 牧島
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忍 保川
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Description

本発明は、インバータ制御電気機関車について、粘着力の有効利用を図った再粘着制御を実現するための電気車制御装置に関する。   The present invention relates to an electric vehicle control device for realizing re-adhesion control for effective use of adhesive force for an inverter-controlled electric locomotive.
電気車、例えば電車は、車輪・レール間の接線力(粘着力ともいう)によって加減速を行っているが、この接線力は、一般にすべり速度に対して図18に示すような特性を有している。図18はすべり速度に対する接線力(接線力係数)を示したものであり、横軸はすべり速度、縦軸は接線力(接線力係数)であり、実線はレール面湿潤時、破線はレール面乾燥時を示している。なお、接線力を軸重(車軸1軸当たりのレールに加わる垂直荷重)で割ったものを接線力係数、接線力係数の最大値を粘着係数という。
図示の如く、接線力の最大値を超えないトルクを主電動機で発生している場合は、空転・滑走は発生せず、接線力の最大値より左側の微小なすべり速度の粘着領域で電気車は走行する。もし最大値より大きなトルクを発生するとすべり速度は増大し、接線力が低下するので、ますます、すべり速度が増大する空転・滑走状態になるが、車輪およびレールが乾燥状態では主電動機で発生するトルクは接線力の最大値を超えないように車両の性能が設定されるので、空転・滑走は発生しない。
An electric vehicle, for example, a train, is accelerated and decelerated by a tangential force (also referred to as adhesive force) between wheels and rails. This tangential force generally has characteristics as shown in FIG. 18 with respect to the sliding speed. ing. FIG. 18 shows the tangential force (tangential force coefficient) with respect to the sliding speed, the horizontal axis is the sliding speed, the vertical axis is the tangential force (tangential force coefficient), the solid line is when the rail surface is wet, and the broken line is the rail surface. It shows the time of drying. The tangential force divided by the axial weight (vertical load applied to the rail per axle) is called the tangential force coefficient, and the maximum value of the tangential force coefficient is called the adhesion coefficient.
As shown in the figure, when torque that does not exceed the maximum value of the tangential force is generated by the main motor, idling / sliding does not occur, and the electric vehicle has a small sliding speed on the left side of the maximum value of the tangential force. Will travel. If a torque larger than the maximum value is generated, the sliding speed increases and the tangential force decreases, so the slipping speed increases and the slipping and sliding state increases, but the wheels and rails are generated by the main motor when the wheels and rails are dry. Since the performance of the vehicle is set so that the torque does not exceed the maximum value of the tangential force, idling / sliding does not occur.
しかし、実線で示すように、レール面が雨などによって湿潤状態にある場合は粘着係数が低下して、接線力の最大値が車両の設定性能に対応した主電動機の発生トルクより小さくなる。
この場合、すべり速度が増大して空転・滑走状態になり、そのまま放置するとこれに対応して接線力が低下し、車両の加速・減速に必要な加減速力がますます低下してしまうので、迅速に空転・滑走を検出し、主電動機が発生するトルクを低減して再粘着させることが必要になる。このようにトルクの制御を行って再粘着させる場合、小さなすべり速度に維持しつつ、主電動機の発生トルクが極力接線力の最大値近傍の値になるように制御すること、すなわち極力粘着力の有効利用を図ることが、電気車の加減速性能を高める上で必要である。
However, as shown by the solid line, when the rail surface is wet due to rain or the like, the adhesion coefficient decreases, and the maximum value of the tangential force becomes smaller than the generated torque of the main motor corresponding to the set performance of the vehicle.
In this case, the slip speed increases and the vehicle is idled or slid. If left as it is, the tangential force decreases correspondingly, and the acceleration / deceleration force required to accelerate / decelerate the vehicle further decreases. Therefore, it is necessary to detect slipping / sliding and reduce the torque generated by the main motor to re-adhere. When re-adhesion is performed by controlling the torque in this way, control is performed so that the torque generated by the main motor is as close to the maximum value of the tangential force as possible while maintaining a low sliding speed. Effective utilization is necessary to improve the acceleration / deceleration performance of an electric vehicle.
このような再粘着制御の実現を目的とした方法として、主電動機の回転速度を主電動機に印加される電圧・電流から推定し、この推定速度情報と主電動機発生トルクの演算値を入力情報として、最小次元外乱オブザーバを用いて車輪・レール間の接線力に対応した主電動機トルクを制御周期毎に推定して、空転・滑走検知時の推定トルクを用いて主電動機の発生トルクを制御する方式が、提案されている(特許文献1、非特許文献1参照)。
この制御方式によって、良好な乗り心地を保ちつつ、主電動機の発生トルクを極力接線力の最大値近傍に、すなわち粘着限界値に近い値に維持することができつつある。
As a method for realizing such re-adhesion control, the rotational speed of the main motor is estimated from the voltage / current applied to the main motor, and the estimated speed information and the calculated value of the main motor generated torque are used as input information. The main motor torque corresponding to the tangential force between the wheels and rails is estimated for each control cycle using the minimum dimension disturbance observer, and the generated torque of the main motor is controlled using the estimated torque at the time of idling / sliding detection Has been proposed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
With this control method, it is possible to maintain the generated torque of the main motor as close to the maximum value of the tangential force as possible, that is, close to the adhesion limit value, while maintaining a good riding comfort.
しかしながら、上記の制御が実現しているのは、旅客の乗車率が変動しても車両の加減速度がほぼ一定に保たれるため、動輪軸の演算加速度によって迅速に空転検知が可能な電車についてである。
これに対して、牽引質量を極力大きくすることの必要性が高い、すなわち粘着力の有効利用が電車以上に必要な電気機関車については、インバータ制御電気機関車のように1台の主電動機を1台のインバータで独立制御できる主回路構成であっても、速度センサから演算した動輪速度をもとに1両の電気機関車内の動輪速度の最小値を基準速度に設定してこの基準速度と動輪速度との速度差によって空転検知する方式が一般的に用いられているため空転検知が遅れることになる。したがって、トルク応答性の高い速度センサ付ベクトル制御を用いた場合でも、空転している動輪の接線力がすべり速度が少し大きくなると急速に低下するすべり速度・接線力係数特性を有していることから(電気機関車では電車に比して粘着係数が高いため、空転が発生した場合、電車と同じすべり速度の場合の接線力係数の粘着係数からの低下量が大きいため)、主電動機で発生するトルクを規定するトルク指令値を大きく低下させないと動輪を再粘着させることができない。この点から、粘着力の有効利用ができていないという問題点をまず挙げることができる。さらに、再粘着した時点以降、粘着力の有効利用の観点から空転直前の粘着力相当のトルクに主電動機のトルク指令値を急速に増大させる制御が一般的に行われることが多いが、この場合各動輪の牽引力(粘着力)の急激な変動に伴って、同一台車内の軸重の動的変動や台車間の軸重の動的変動が発生するため、各動輪の粘着係数相当の牽引力を発生することが難しくなることの理由からも、粘着力の有効利用が図られていないという問題点を有している。
However, the above control is realized because the acceleration / deceleration of the vehicle is kept almost constant even if the passenger's boarding rate fluctuates. It is.
On the other hand, for electric locomotives where it is highly necessary to increase the traction mass as much as possible, that is, for electric locomotives that require more effective use of adhesive force than trains, a single main motor is used like an inverter controlled electric locomotive. Even if the main circuit configuration can be controlled independently by a single inverter, the minimum value of the moving wheel speed in one electric locomotive is set as the reference speed based on the moving wheel speed calculated from the speed sensor. Since the method of detecting slipping according to the speed difference from the moving wheel speed is generally used, the slipping detection is delayed. Therefore, even when using vector control with a speed sensor with high torque response, the tangential force of the idling wheel has a slip speed / tangential force coefficient characteristic that decreases rapidly when the slip speed increases slightly. (Electric locomotives have a higher adhesion coefficient than trains, so if slipping occurs, the amount of decrease from the adhesion coefficient of the tangential force coefficient at the same sliding speed as the train is large). The driving wheel cannot be re-adhered unless the torque command value that defines the torque to be reduced is greatly reduced. From this point, the problem that the adhesive force cannot be effectively used can be mentioned first. In addition, after the point of re-adhesion, in general, control is performed to rapidly increase the torque command value of the main motor to the torque equivalent to the adhesive force immediately before idling from the viewpoint of effective use of the adhesive force. As the traction force (adhesive force) of each wheel changes rapidly, dynamic fluctuations in axle load within the same truck and dynamic fluctuations in axle load between trucks occur. For the reason that it becomes difficult to generate, there is a problem that effective use of adhesive force is not achieved.
このような現状を改善するために、前述の特許文献1(または非特許文献1)に記載されている、主電動機の回転速度を主電動機に印加される電圧・電流から推定し、この推定速度情報と主電動機発生トルクの演算値を入力情報として、最小次元外乱オブザーバを用いて車輪・レール間の接線力に対応した主電動機トルクを制御周期毎に推定して、空転・滑走検知時の推定トルクを用いて主電動機の発生トルクを制御する方式(速度センサレスベクトル制御方式・外乱オブザーバによる接線力推定を併用した再粘着制御方式)をインバータ制御電気機関車にそのまま適用しようとした場合、次のような問題が発生する。
上記の速度センサレスベクトル制御を用いた場合、動輪の推定軸加速度の推定遅れは小さいので閾値が適正に設定できれば動輪軸加速度によって迅速に空転検知が可能であり、したがって小さなすべり速度のうちに再粘着させることができるため粘着力の有効利用が可能となる。しかしながら、電車の場合とは違って、電気機関車で貨物列車を牽引する場合、牽引質量は列車によって大きく異なり、機関車1両で運転する場合から最大牽引質量の貨物列車を牽引する場合まであるため、機関車で同じ牽引力を発生している場合でも、列車の加速度が大きく変化する。この牽引質量が機関車の走行開始前に分かっていれば、軸加速度による空転検知の閾値を適正に設定することが可能になるが、実際には牽引質量を機関車の走行開始前に知る手段がないため、このままでは、適正な閾値の設定ができない。
また、機関車牽引の貨物列車の場合、種々の運転条件が想定されることから、電車の場合よりも列車の起動加速度が極端に小さくなる場合が考えられることから、速度ゼロから速度センサレスベクトル制御で列車を安定に加速させるにはかなり困難が伴うと考えられる。
In order to improve such a current situation, the rotational speed of the main motor described in Patent Document 1 (or Non-Patent Document 1) described above is estimated from the voltage / current applied to the main motor, and the estimated speed Information and the calculated value of the generated torque of the main motor are used as input information, and the main motor torque corresponding to the tangential force between the wheels and rails is estimated for each control cycle using the minimum dimensional disturbance observer, and estimation at the time of idling / sliding detection When the torque control method used to control the torque generated by the main motor (speed sensorless vector control method / re-adhesion control method combined with disturbance observer estimation) is applied to an inverter-controlled electric locomotive as is, Such a problem occurs.
When the above speed sensorless vector control is used, the estimated delay of the estimated wheel axis acceleration is small, so if the threshold can be set appropriately, the idle rotation can be detected quickly by the wheel axis acceleration. Therefore, the adhesive force can be effectively used. However, unlike the case of trains, when towing a freight train with an electric locomotive, the towing mass varies greatly depending on the train, ranging from operating with one locomotive to the towing of a freight train with the maximum towing mass. Therefore, even when the same traction force is generated in the locomotive, the acceleration of the train changes greatly. If this traction mass is known before the start of locomotive travel, it is possible to appropriately set the threshold for idling detection by axial acceleration, but in practice means to know the traction mass before the start of locomotive travel Therefore, an appropriate threshold cannot be set as it is.
In the case of a locomotive-driven freight train, since various operating conditions are assumed, it is possible that the starting acceleration of the train is extremely smaller than in the case of a train. Therefore, it seems that it is quite difficult to accelerate the train stably.
特開平11−252716号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-252716 特開昭58−215992号公報JP 58-215992 A 特開平8−196100号公報JP-A-8-196100
上述したように、電気機関車牽引列車の場合においても、電車で実現されている粘着力の有効利用を、電車の場合同様に速度センサレスベクトル制御方式・外乱オブザーバによる接線力推定を併用した再粘着制御方式を用いて、実現することが望まれる。
しかし、現状では前述のように、動輪軸加速度による空転検知の閾値を適正に設定する手段が見出されていないことである。
As described above, even in the case of electric locomotive tow trains, the effective use of the adhesive force realized in the train is re-adhesive using both the speed sensorless vector control method and the tangential force estimation by the disturbance observer as in the case of the train. It is desirable to realize this using a control method.
However, at present, as described above, no means has been found for appropriately setting the threshold value for detecting slipping by the wheel axle acceleration.
本発明は上述した点に鑑み創案されたもので、その目的とするところは、電気機関車牽引列車がヤードから発車して列車を加速制御する状態に移行したときに、機関車が発生する牽引力と列車の加速度データから牽引質量の推定を行い、この推定牽引質量をもとに適正な(動輪軸加速度による)空転検知の閾値を設定する手段を提供することにある。そして、列車の起動時には速度センサ付ベクトル制御によって安定に起動し、切換速度以上に列車速度がなった時点以降において、列車の起動時から主電動機の電圧電流をもとに速度センサ付ベクトル制御と同様に制御動作を開始した速度センサレスベクトル制御に移行し、このように設定した動輪軸加速度による空転検知の閾値を用いて、速度センサレスベクトル制御方式・外乱オブザーバによる接線力推定を併用した再粘着制御を行うことによって、粘着力の有効利用を図った電気機関車牽引列車の加速制御を行うことのできる電気車制御装置を提供することである。   The present invention has been devised in view of the above points, and the object of the present invention is to provide a traction force generated by the locomotive when the electric locomotive traction train departs from the yard and shifts to a state in which the train is accelerated. And a means for estimating a towed mass from train acceleration data, and setting an appropriate threshold for detecting slipping (by the wheel axle acceleration) based on the estimated towed mass. And when starting the train, it is stably started by the vector control with speed sensor, and after the time when the train speed becomes higher than the switching speed, the vector control with speed sensor is based on the voltage and current of the main motor from the time of starting the train. Similarly, the control moves to the speed sensorless vector control that started the control operation, and the re-adhesion control that uses the speed sensorless vector control method and the tangential force estimation by the disturbance observer using the threshold value of the idling detection based on the wheel axle acceleration set in this way. It is an object to provide an electric vehicle control device capable of performing acceleration control of an electric locomotive tow train that effectively uses adhesive force.
上述した課題を解決するため、本発明は、インバータ制御電気機関車の主電動機に取り付けられた速度センサからの速度情報をもとに前記主電動機をベクトル制御する速度センサ付ベクトル制御器と、前記主電動機の電圧電流から演算した推定速度をもとに前記主電動機をベクトル制御する速度センサレスベクトル制御器を有し、
車両の停止状態から起動するときに前記主電動機の速度情報をもとに前記速度センサ付ベクトル制御器によって起動・加速するとともに、前記速度センサ付ベクトル制御器によって前記インバータ制御電気機関車が起動・加速するのと同時に前記速度センサレスベクトル制御器も動作させ、
前記インバータ制御電気機関車の速度が切換速度に達した後は、前記速度センサレスベクトル制御器によって前記主電動機を加速制御する電気車制御装置であって、
前記切換速度に達するまでの間、速度センサレスベクトル制御器により推定された前記主電動機の推定速度と前記速度センサからの速度情報とから空転検知に用いる速度を演算する空転検知用速度演算器と、
前記インバータ制御電気機関車が速度ゼロから起動加速制御に移行した後の予め定められた期間中における前記インバータ制御電気機関車の平均加速度と平均牽引力とから推定牽引質量を演算する牽引質量推定器と、
推定した推定牽引質量から、前記速度センサレスベクトル制御機能によって前記主電動機を加速制御する場合の動輪軸加速度を用いた空転検知の閾値(すなわち、推定した推定牽引質量から、機関車が最大牽引力を発揮して加速する場合の列車の速度・加速度特性を求め、これと空転検知閾値設定用定数とを加算することにより設定された空転検知の閾値、以下、「動輪軸加速度による空転検知の閾値」ともいう)を設定する閾値演算器と
前記空転検知に用いる速度を各動輪速度とみなし、前記動輪速度のうちの最小値を基準速度に設定してこの基準速度に対する各動輪速度の差速度と、上記閾値演算器により求めた閾値に基づき空転検知を行う空転検知器とを備え速度センサ付ベクトル制御機能と速度センサレスベクトル制御機能を有するインバータ制御電気機関車について、速度ゼロから切換速度に達するまでは速度センサ付ベクトル制御によって加速制御を行い、これと併行して、速度ゼロから速度センサレスベクトル制御機能も動作させて主電動機の電圧・電流から推定速度を演算し、速度センサから得た速度と推定速度とから差速度による空転検知に用いる速度を演算し、この空転検知に用いる速度を各動輪速度とみなし、上記切換速度に達するまでは、この動輪速度のうちの最小値を基準速度に設定してこの基準速度に対する各動輪速度の差速度と、差速度による空転検知閾値とにより空転を検知しながら加速制御を行い、この加速制御中のある期間中の平均加速度と機関車の平均牽引力から牽引質量を推定し、この推定牽引質量をもとに動輪軸加速度による空転検知の閾値を設定し、列車速度が切換速度以上になって速度センサレスベクトル制御に移行した後は、この設定した空転検知の閾値と上記速度センサレスベクトル制御器によって演算された動輪軸加速度とによって空転検知を行うようにして、すべり速度の小さいうちに迅速に再粘着制御を行い、粘着力の有効利用を図るようにしている。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a vector controller with a speed sensor that vector-controls the main motor based on speed information from a speed sensor attached to the main motor of the inverter-controlled electric locomotive, A speed sensorless vector controller that vector-controls the main motor based on the estimated speed calculated from the voltage and current of the main motor,
When starting from the stop state of the vehicle, the vector controller with speed sensor is started and accelerated based on the speed information of the main motor, and the inverter-controlled electric locomotive is started and accelerated by the vector controller with speed sensor. The speed sensorless vector controller is operated simultaneously with acceleration,
After the speed of the inverter-controlled electric locomotive reaches the switching speed, the electric vehicle control device controls acceleration of the main motor by the speed sensorless vector controller,
A speed calculator for idling detection that computes a speed used for idling detection from the estimated speed of the main motor estimated by the speed sensorless vector controller and the speed information from the speed sensor until the switching speed is reached;
A traction mass estimator for calculating an estimated traction mass from an average acceleration and an average traction force of the inverter control electric locomotive during a predetermined period after the inverter control electric locomotive shifts from zero speed to start acceleration control; ,
A threshold of idling detection using the wheel axle acceleration when the main motor is accelerated by the speed sensorless vector control function from the estimated estimated traction mass (that is, the locomotive exhibits the maximum traction force from the estimated estimated traction mass) The speed / acceleration characteristics of the train when accelerating the vehicle, and the idling detection threshold value set by adding this to the idling detection threshold setting constant, hereinafter referred to as the idling detection threshold value by the wheel axle acceleration a threshold calculator for setting the say),
The speed used for the idling detection is regarded as each wheel speed, the minimum value of the wheel speed is set as a reference speed, and the difference speed of each wheel speed with respect to the reference speed and the threshold obtained by the threshold calculator are used. For an inverter-controlled electric locomotive equipped with an idling detector that detects idling and having a speed sensorless vector control function and a speed sensorless vector control function, acceleration control is performed by vector control with a speed sensor until the switching speed is reached from speed zero. In parallel with this, the speed sensorless vector control function is also operated from zero speed, the estimated speed is calculated from the voltage and current of the main motor, and it is used for slip detection by the differential speed from the speed obtained from the speed sensor and the estimated speed. The speed is calculated, and the speed used for the idling detection is regarded as each wheel speed, and this wheel speed is reached until the switching speed is reached. The minimum value is set as the reference speed, and acceleration control is performed while detecting idling based on the difference speed of each wheel speed with respect to this reference speed and the idling detection threshold based on the difference speed, and during a certain period during this acceleration control. Estimate the traction mass from the average acceleration and the average traction force of the locomotive. Based on this estimated traction mass, set the threshold for idling detection based on the wheel axle acceleration, and shift to speed sensorless vector control when the train speed exceeds the switching speed. After that, idling detection is performed based on the set threshold value for idling detection and the driving wheel shaft acceleration calculated by the speed sensorless vector controller. The power is used effectively.
すなわち、本発明においては、次のようにして上記課題を解決する。
速度センサ付ベクトル制御機能と速度センサレスベクトル制御機能を有するインバータ制御電気機関車について、速度ゼロから切換速度に達するまでは前記速度センサ付ベクトル制御によって加速制御を行い、これと併行して、速度ゼロから前記速度センサレスベクトル制御機能も動作させて主電動機の電圧・電流から推定速度を演算し、速度センサから得た速度と推定速度とから差速度による空転検知に用いる速度を演算し、この空転検知に用いる速度を各動輪速度とみなし、この動輪速度のうちの最小値を基準速度に設定してこの基準速度に対する各動輪速度の差速度によって空転検知を行うようにしながら加速制御を行う。
そして、前記主電動機の加速制御中に以下の(1)〜(4)のいずれかの方法によって牽引質量の推定を行い、この推定牽引質量をもとに動輪軸加速度検知による空転検知の閾値を設定し、列車速度が切換速度に達した後は、速度センサレスベクトル制御に移行し、このように設定した閾値と、上記速度センサレスベクトル制御器によって演算された動輪軸加速度とによって空転検知を行い、速度センサレスベクトル制御方式に外乱オブザーバによる接線力推定を併用した再粘着制御を行いながら列車の加速制御を行う。
(1)インバータ制御電気機関車が速度ゼロから起動加速制御に移行した後、予め設定した時刻から過去のある期間中におけるインバータ制御電気機関車の平均加速度と平均牽引力とからインバータ制御電気機関車の牽引質量を推定する。
(2)各動輪において最初の空転を検知した場合に、最初の空転検知時点からある一定時間遡った期間中におけるインバータ機関車の平均加速度と平均牽引力とから牽引質量を推定する。
(3)インバータ制御電気機関車の各動輪が空転することのない範囲でできるだけ大きなある設定したトルク指令値τcを指令して起動加速を始めた時点以降、予め設定した時刻から過去のある期間中におけるインバータ制御電気機関車の平均加速度とトルク指令値τcとからインバータ制御電気機関車の牽引質量を推定する。
(4)インバータ制御電気機関車で想定される最大牽引質量を牽引する場合の編成列車全体の出発抵抗よりも大きい牽引力をインバータ制御電気機関車で発生して起動した後、インバータ制御電気機関車の各動輪速度から演算されるインバータ制御電気機関車の加速度の時間変化がある設定したレベル以下になった時点以降において、上記(1)、(2)または(3)に記載の方法によってインバータ制御電気機関車の牽引質量を推定する。
That is, in the present invention, the above problem is solved as follows.
For an inverter-controlled electric locomotive having a vector control function with a speed sensor and a speed sensorless vector control function, acceleration control is performed by the vector control with the speed sensor until the switching speed is reached from the speed zero. The speed sensorless vector control function is also operated to calculate the estimated speed from the voltage and current of the main motor, and the speed used for slip detection by the difference speed is calculated from the speed obtained from the speed sensor and the estimated speed. The speed used in the above is regarded as each wheel speed, and the minimum value among the wheel speeds is set as the reference speed, and the acceleration control is performed while detecting the idling based on the difference speed of each wheel speed with respect to the reference speed.
Then, during the acceleration control of the main motor, the traction mass is estimated by any one of the following methods (1) to (4), and the threshold value of the idling detection by the wheel axle acceleration detection is set based on the estimated traction mass. Set, after the train speed reaches the switching speed, it shifts to speed sensorless vector control, performs idling detection by the threshold value set in this way and the driving wheel shaft acceleration calculated by the speed sensorless vector controller, Train acceleration control is performed while performing re-adhesion control in combination with speed sensorless vector control method and tangential force estimation by disturbance observer.
(1) After the inverter-controlled electric locomotive shifts from the zero speed to the start acceleration control, the inverter-controlled electric locomotive is detected from the average acceleration and the average traction force of the inverter-controlled electric locomotive during a certain period from the preset time. Estimate the traction mass.
(2) When the first idling is detected in each driving wheel, the traction mass is estimated from the average acceleration and the average traction force of the inverter locomotive during a period that is a certain time after the first idling detection time.
(3) From the time when start acceleration is started by instructing a set torque command value τc that is as large as possible within a range in which each driving wheel of the inverter-controlled electric locomotive does not idle, during a certain period from the preset time The traction mass of the inverter-controlled electric locomotive is estimated from the average acceleration of the inverter-controlled electric locomotive and the torque command value τc.
(4) After generating and starting a traction force greater than the starting resistance of the entire train when the maximum traction mass assumed in the inverter-controlled electric locomotive is towed, the inverter-controlled electric locomotive After the time when the time change of the acceleration of the inverter controlled electric locomotive calculated from the respective wheel speeds falls below a set level, the inverter controlled electric is performed by the method described in (1), (2) or (3) above. Estimate the traction mass of the locomotive.
本発明においては、上記したように、速度ゼロからの列車の起動加速は速度センサ付ベクトル制御器によって行い、速度センサ付ベクトル制御器による起動の開始と同時に速度センサレスベクトル制御器も動作させ、主電動機の電圧・電流から速度センサレスベクトル制御器によって推定速度を演算し、速度センサから得た速度と推定速度とから差速度による空転検知に用いる速度を演算し、この空転検知に用いる速度を各動輪速度とみなし、動輪速度のうちの最小値を基準速度に設定してこの基準速度に対する各動輪速度の差速度と、差速度による空転検知閾値とにより空転を検知しながら加速制御を行い、切換速度に列車速度が達するまでのある定めた期間中にインバータ制御電気機関車の平均牽引力と平均加速度から牽引質量を牽引質量推定器によって推定して、この推定質量をもとに動輪軸加速度による空転検知の閾値を設定し、列車速度が切換速度以上になった後は、速度センサレスベクトル制御器による速度センサレスベクトル制御に移行し、設定された空転検知の閾値を用いて動輪軸加速度による空転検知を行っているので以下の効果を得ることができる。   In the present invention, as described above, the start acceleration of the train from the zero speed is performed by the vector controller with a speed sensor, and the speed sensorless vector controller is also operated simultaneously with the start of the start by the vector controller with the speed sensor. The estimated speed is calculated by the speed sensorless vector controller from the voltage and current of the motor, the speed used for slip detection by the differential speed is calculated from the speed obtained from the speed sensor and the estimated speed, and the speed used for the slip detection is calculated for each driving wheel. It is regarded as a speed, the minimum value of the wheel speed is set as the reference speed, acceleration control is performed while detecting idling based on the difference speed of each wheel speed with respect to this reference speed and the idling detection threshold based on the difference speed, and the switching speed The traction mass is derived from the average traction force and average acceleration of the inverter-controlled electric locomotive during a certain period until the train speed reaches Estimated by the estimator, set the threshold for idling detection by the wheel axle acceleration based on this estimated mass, and after the train speed exceeds the switching speed, shift to speed sensorless vector control by the speed sensorless vector controller Since the idling detection based on the wheel axle acceleration is performed using the set idling detection threshold, the following effects can be obtained.
(1)列車速度が切換速度以下の場合、速度センサから得た速度と速度センサレスベクトル制御により得た推定速度とから空転検知に用いる速度を演算し、この空転検知に用いる速度を各動輪速度とみなし、この動輪速度のうちの最小値を基準速度に設定してこの基準速度に対する各動輪速度の差速度によって空転検知を行うようにしながら加速制御を行っている。
このように、列車速度が切り替え速度以下の場合、速度センサレスベクトル制御により推定速度を演算しており、この推定速度は、速度センサから得られる速度の計測遅れよりはるかに小さい推定遅れの速度情報であるので、速度センサからの速度のみを用いて差速度により空転検知するよりも迅速に空転検知ができる。
特に、上記推定速度の、空転検知に用いる速度に対する影響が、速度の増加とともに大きくなるようにすることで、速度センサからの速度のみを用いて差速度により空転検知するよりも迅速に空転検知ができ、空転検知時の動輪のすべり速度が小さくなるので、その分粘着力の有効利用が可能となる。
(1) When the train speed is less than or equal to the switching speed, the speed used for idling detection is calculated from the speed obtained from the speed sensor and the estimated speed obtained by speed sensorless vector control, and the speed used for idling detection is calculated as each wheel speed. Therefore, acceleration control is performed while the minimum value of the moving wheel speed is set as a reference speed and idling detection is performed based on the difference speed of each moving wheel speed with respect to the reference speed.
Thus, when the train speed is less than or equal to the switching speed, the estimated speed is calculated by speed sensorless vector control, and this estimated speed is the speed information of the estimated delay that is much smaller than the speed measurement delay obtained from the speed sensor. Therefore, the idling detection can be performed more quickly than the idling detection based on the differential speed using only the speed from the speed sensor.
In particular, since the influence of the estimated speed on the speed used for idling detection increases as the speed increases, idling detection can be performed more quickly than idling detection based on the differential speed using only the speed from the speed sensor. In addition, since the sliding speed of the moving wheel at the time of idling is reduced, the adhesive force can be effectively used correspondingly.
(2)列車速度が切換速度以上となった場合には、速度センサレスベクトル制御に移行し、前記のように推定質量をもとに求めた動輪軸加速度による空転検知の閾値を用いて動輪軸加速度による空転検知を行うので、迅速な空転検知と外乱オブザーバによって推定する接線力係数に対応した電動機トルクを小さな推定遅れで推定でき、この推定トルクを用いて、非特許文献1に記載のように再粘着制御が可能であることから、高い粘着力の利用率を実現できる。
また、この推定トルクを用いて、空転検知後の再粘着制御を行うことにより、非特許文献1に記載されるように、トルク指令値の大きな変動が発生せず、したがってトルク指令値の制御に伴う同一台車内や台車間の動的な軸重変動がほとんど発生しない。このため各動軸の粘着係数に近い粘着力を発生することができ、この点からも粘着力の有効利用ができる。
(3)電気機関車の平均牽引力あるいはトルク指令値と、平均加速度から牽引質量を推定することで、牽引質量を適正に推定することができ、この推定質量をもとに、動輪軸加速度による空転検知の閾値を適切な値に設定することができる。
(4)本発明においては速度センサ付ベクトル制御機能と、速度センサレスベクトル制御機能の2種類の制御機能を用いているが、速度センサ付ベクトル制御機能は、速度センサレスベクトル制御機能を実現するソフトウェアを一部変更/追加することで実現できる。したがって、共通の制御装置で、速度センサ付ベクトル制御機能と、速度センサレスベクトル制御機能の2種類の制御機能を実現することが可能であり、従来のものに比べ装置構成を格別複雑にすることなく、本発明を実現することができる。
(2) If the train speed exceeds the switching speed, the control shifts to speed sensorless vector control, and using the threshold value of idling detection by the driving wheel axis acceleration obtained based on the estimated mass as described above, the driving wheel axis acceleration is determined. Therefore, it is possible to estimate the motor torque corresponding to the tangential force coefficient estimated by the rapid idling detection and the disturbance observer with a small estimated delay. Since adhesion control is possible, it is possible to realize a high utilization rate of adhesive force.
Further, by performing the re-adhesion control after the idling detection using this estimated torque, as described in Non-Patent Document 1, a large fluctuation of the torque command value does not occur, and therefore, the torque command value is controlled. There is almost no dynamic change in axle load within the same truck or between trucks. For this reason, it is possible to generate an adhesive force close to the adhesive coefficient of each moving shaft, and from this point, the adhesive force can be effectively used.
(3) By estimating the traction mass from the average traction force or torque command value of the electric locomotive and the average acceleration, the traction mass can be estimated appropriately. The detection threshold can be set to an appropriate value.
(4) In the present invention, two types of control functions are used: a vector control function with a speed sensor and a vector control function with a speed sensor. The vector control function with a speed sensor uses software that implements a speed sensorless vector control function. This can be realized by changing / adding a part. Therefore, it is possible to realize two types of control functions, that is, a vector control function with a speed sensor and a vector control function without a speed sensor, with a common control apparatus, without complicating the apparatus configuration compared to the conventional one. The present invention can be realized.
本発明の第1の実施例における牽引質量推定方法を示す図である。It is a figure which shows the traction mass estimation method in 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例における牽引質量推定方法を示す図である。It is a figure which shows the traction mass estimation method in 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例における牽引質量推定方法を示す図である。It is a figure which shows the traction mass estimation method in the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例における牽引質量推定方法を示す図である。It is a figure which shows the traction mass estimation method in the 4th Example of this invention. 本発明の電気車制御装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the electric vehicle control apparatus of this invention. 空転検知用速度演算器の動作を示すブロック図である。It is a block diagram which shows operation | movement of the speed calculator for idling detection. 空転検知に用いる速度演算用係数を示す図である。It is a figure which shows the coefficient for speed calculation used for idling detection. 本発明の第1の実施例における牽引質量推定器(A)の動作を表すフローチャート(1)である。It is a flowchart (1) showing operation | movement of the traction mass estimator (A) in 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例における牽引質量推定器(A)の動作を表すフローチャート(2)である。It is a flowchart (2) showing operation | movement of the traction mass estimator (A) in 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例における牽引質量推定器(B)の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of the traction mass estimator (B) in 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例における牽引質量推定器(C)の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of the traction mass estimator (C) in the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例における牽引質量推定器(D)の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of the traction mass estimator (D) in the 4th Example of this invention. 動輪軸加速度による空転検知の閾値演算器の動作を示すブロック図である。It is a block diagram which shows operation | movement of the threshold value calculator of the idling detection by a driving wheel shaft acceleration. 基準速度演算器の動作を示すブロック図である。It is a block diagram which shows operation | movement of a reference speed calculator. 空転検知器の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of a slipping detector. 推定牽引質量から演算した動輪軸加速度による空転検知の閾値を示す図である。It is a figure which shows the threshold value of the idling | spinning detection by a driving wheel shaft acceleration computed from the estimated pulling mass. 速度センサレスベクトル制御方式・外乱オブザーバによる接線力推定を併用した粘着制御におけるトルク指令値の制御方法を示す図である。It is a figure which shows the control method of the torque command value in the adhesion control which used speed sensorless vector control system and the tangential force estimation by a disturbance observer together. 接線力係数(あるいは接線力)のすべり速度に対する一般的な特性を示す図である。It is a figure which shows the general characteristic with respect to the sliding speed of a tangential force coefficient (or tangential force).
本発明は、インバータ制御電気機関車の電気車制御装置に、速度センサ付ベクトル制御器と速度センサレスベクトル制御器を有していて、速度ゼロから切換速度に達するまでは速度センサ付ベクトル制御器によって加速制御を行い、これと併行して、速度ゼロから速度センサレスベクトル制御器も動作させて主電動機の電圧・電流から推定速度を演算し、速度センサから得た速度と推定速度とから差速度による空転検知に用いる速度を演算し、この空転検知に用いる速度を各動輪速度とみなし、この動輪速度のうちの最小値を基準速度に設定してこの基準速度に対する各動輪速度の差速度によって空転検知を行うようにしながら加速制御を行い、この加速制御中のある期間中の平均加速度と機関車の平均牽引力から牽引質量を推定し、この推定牽引質量をもとに動輪軸加速度による空転検知の閾値を設定して、列車速度が切換速度以上になって速度センサレスベクトル制御に移行した後は、この設定した空転検知の閾値を用いて動輪軸加速度による空転検知を行うようにして、すべり速度の小さいうちに迅速に再粘着制御を行い粘着力の有効利用を図るようにするものである。   The present invention has an electric vehicle control device for an inverter-controlled electric locomotive having a vector controller with a speed sensor and a speed sensorless vector controller. In parallel with this, the speed sensorless vector controller is also operated from zero speed to calculate the estimated speed from the voltage and current of the main motor, and the speed difference obtained from the speed and estimated speed obtained from the speed sensor Calculates the speed used for idling detection, regards the speed used for idling detection as each wheel speed, sets the minimum value of this wheel speed as the reference speed, and detects idling by the difference speed of each wheel speed with respect to this reference speed. The traction mass is estimated from the average acceleration and the average traction force of the locomotive during a certain period during the acceleration control. After setting the slip detection threshold based on the pulling mass and moving to the speed sensorless vector control when the train speed exceeds the switching speed, use the set slip detection threshold. By detecting idling by acceleration, re-adhesion control is quickly performed while the sliding speed is small so as to effectively use the adhesive force.
以下、本発明の実施例について説明する。なお、以下の説明では、各記号を以下の意味で使用する。
Fav1〜Fav4:動輪第1軸〜第4軸の平均牽引力、
Slip1〜Slip4:動輪第1軸〜第4軸の空転検知信号、
a1:平均牽引力計算開始時刻(実施例1)、
b1:平均牽引力計算終了時刻(実施例1)、
Favj:最初に空転検知した動輪jの空転検知時刻T02から時間δT遡った時点からさらに遡った期間ΔT1における平均牽引力、
Slipj:動輪jの空転検知信号、
δT:動輪jが空転を開始したと思われる時刻(設定値)
ΔT1:平均牽引力計算期間(実施例1)、αb1:機関車の平均加速度
a1:時刻Ta1における機関車の速度、Vb1:時刻Tb1における機関車の速度、
V(t):機関車の速度、α(t):機関車の加速度、
a2:平均牽引力計算開始時刻(実施例2)、Tb2:平均牽引力計算終了時刻(実施例2)、
ΔT2:平均牽引力計算期間(実施例2)、
αb2:平均牽引力に対応した機関車の平均加速度、
a2:時刻Ta2における機関車の速度、Vb2:時刻Tb2における機関車の速度、
end:牽引質量推定動作上限時刻、Ta3:牽引質量推定のための運転モード開始時刻、
b3:牽引質量推定のための運転モード終了時刻、
ΔT3:牽引質量推定のための運転モードの期間、
αb3:牽引質量推定のための運転モードの期間に対応した機関車の平均加速度、
a3:時刻Ta3における機関車の速度、Vb3:時刻Tb3における機関車の速度、
z:想定される最大牽引質量を牽引する場合の編成列車全体の出発抵抗よりも大きい牽引力を指令し続ける最終時刻、
PG:速度センサ、Puls:速度パルス、Slipz:空転検知信号、
ref :基準速度、Vpg:速度センサ付ベクトル制御器CAで速度パルスをもとに演算した速度
cmbj:空転検知用速度、Vest:推定速度、Vch:切換速度
α^d:推定動輪軸加速度、
αslip:動輪軸加速度による空転検知の閾値
ΔVslip:差速度による空転検知の閾値
:3相電圧指令、Vu:u相電圧、Vv:v相電圧、iu:u相電流、iv:v相電流
cmbj:他の動輪速度、Tcmdi:他の動輪のトルク指令値、Mestj:推定牽引質量、
est:速度ゼロにおいて値はゼロであり、速度の増大とともに1次関数状に増大し、切換速度Vchに達したときにその値が1となる係数、
pg:速度ゼロにおいて値は1であり、速度の増大とともに1次関数状に減少し、切換速度Vchに達したときにその値がゼロとなる係数、
αz:機関車が最大牽引力を発揮したときの推定牽引質量の列車の加速度、
δτ:空転検知した後のトルク指令値の引き下げ量、
τest:空転検知時の接線力に対応した推定トルク、
τa:動輪を再粘着させるためのトルク指令値の最小値で、確実に再粘着させることのできる範囲で極力大きな値となるように選定される、
T1:τaを指令する期間、T2:τcを指令する期間、
τc:再粘着後に指令するトルク、
v: 電圧、i1:1次電流、R1:1次抵抗、t:時間、
1:1次自己インダクタンス、L2:2次自己インダクタンス、M:相互インダクタンス
ω^s:すべり角速度、ω^:2次磁束角速度、ω^m:電動機角速度
Ψ2v:電圧モデル2次磁束、Ψ2vα:電圧モデル2次磁束のα成分、
Ψ2vβ:電圧モデル2次磁束のβ成分、
:1次電流のα成分、i:1次電流のβ成分
Examples of the present invention will be described below. In the following description, each symbol is used in the following meaning.
Fav1 to Fav4: Driving wheel first axis to fourth axis average traction force,
Slip1 to Slip4: Driving wheel first axis to fourth axis idling detection signal,
T a1 : Average traction force calculation start time (Example 1),
T b1 : Average tractive force calculation end time (Example 1),
Favj: First the average tractive force in the period ΔT1 further back from the timing predated idling detection time T 02 from time δT idling sensed wheel j,
Slipj: idling detection signal of driving wheel j
δT: Time when the driving wheel j is assumed to start idling (set value)
ΔT1: Average tractive force calculation period (Example 1), α b1 : locomotive average acceleration V a1 : locomotive speed at time T a1 , V b1 : locomotive speed at time T b1 ,
V (t): locomotive speed, α (t): locomotive acceleration,
T a2 : Average traction force calculation start time (Example 2), T b2 : Average traction force calculation end time (Example 2),
ΔT2: Average traction force calculation period (Example 2),
α b2 : locomotive average acceleration corresponding to the average traction force,
V a2 : locomotive speed at time T a2 , V b2 : locomotive speed at time T b2 ,
T end : Traction mass estimation operation upper limit time, T a3 : Operation mode start time for tractive mass estimation,
T b3 : Operation mode end time for estimating the traction mass,
ΔT3: period of operation mode for traction mass estimation,
α b3 : the average acceleration of the locomotive corresponding to the period of the driving mode for towing mass estimation,
V a3 : locomotive speed at time T a3 , V b3 : locomotive speed at time T b3 ,
T z : The last time to continue to command a traction force that is larger than the starting resistance of the entire train when the maximum traction mass is assumed,
PG: speed sensor, Pulse: speed pulse, Slipz: idling detection signal,
V ref : reference speed, V pg : speed calculated based on speed pulse by vector controller CA with speed sensor V cmbj : idling detection speed, V est : estimated speed, V ch : switching speed α ^ d : estimated Driving wheel axis acceleration,
α slip : slipping detection threshold value due to wheel axle acceleration ΔV slip : slipping detection threshold value V * : three-phase voltage command, V u : u-phase voltage, V v : v-phase voltage, i u : u-phase current, i v : v-phase current V cmbj : other wheel speed, T cmdi : torque command value of other wheel, M estj : estimated traction mass,
k est : a coefficient at which the value is zero at zero speed, increases linearly as the speed increases, and becomes 1 when the switching speed V ch is reached,
k pg : a value of 1 at zero speed, a coefficient that decreases as a linear function as the speed increases and reaches zero when the switching speed V ch is reached,
α z : Train acceleration of estimated tractive mass when locomotive exerts maximum tractive force,
δτ: Decrease amount of torque command value after idling detection,
τ est : Estimated torque corresponding to the tangential force when slipping is detected,
τ a : The minimum value of the torque command value for re-adhering the driving wheel, and selected to be as large as possible within the range where it can be reliably re-adhered.
T1: period for commanding τ a , T2: period for commanding τ c ,
τ c : Torque commanded after re-adhesion,
v: voltage, i 1 : primary current, R 1 : primary resistance, t: time,
L 1 : primary self-inductance, L 2 : secondary self-inductance, M: mutual inductance ω ^ s : slip angular velocity, ω ^: secondary magnetic flux angular velocity, ω ^ m : motor angular velocity Ψ 2v : voltage model secondary magnetic flux, Ψ 2vα : α component of voltage model secondary magnetic flux,
Ψ 2vβ : β component of voltage model secondary magnetic flux,
i : α component of primary current, i : β component of primary current
図1は本発明の第1の実施例における牽引質量推定方法を示す図、図5は本発明の電気車制御装置の概略構成を示すブロック図、図6は空転検知用速度演算器の動作を示す図、図7は空転検知に用いる速度演算用係数を示す図、図8、図9は本発明の第1の実施例における牽引質量推定器(A)の動作を示すフローチャートである。
また、図13は動輪軸加速度による空転検知の閾値演算器の動作を示すブロック図、図14は基準速度演算器の動作を示すブロック図、図15は空転検知器の動作を示すフローチャートである。
図16は推定牽引質量から演算した動輪軸加速度による空転検知の閾値を示す図であり、横軸は速度、縦軸は、機関車の最大牽引力特性、推定牽引質量より求められた軸加速度による空転検知の閾値(A,B)、機関車が最大牽引力を発揮したときの推定牽引質量の列車の加速度を示している。
図17は速度センサレスベクトル制御方式に外乱オブザーバによる接線力推定を併用した粘着制御におけるトルク指令値の制御方法を示す図である。横軸は時間であり、同図(a)はトルク指令値を示し、空転検知時の接線力に対応した推定トルクτestから、再粘着させることのできる範囲でτaが最大となるように、また、再粘着後に指令するトルクτcを推定トルクτestに極力近づけるようにトルク指令値を設定することを示している。また、同図(b)は動輪速度を示し、(c)は空転検知信号を示す。
FIG. 1 is a diagram showing a traction mass estimation method in a first embodiment of the present invention, FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle control device of the present invention, and FIG. 6 is an operation of a speed calculator for idling detection. FIG. 7 is a diagram showing speed calculation coefficients used for idling detection, and FIGS. 8 and 9 are flowcharts showing the operation of the traction mass estimator (A) in the first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing the operation of the threshold calculator for idling detection by the wheel axle acceleration, FIG. 14 is a block diagram showing the operation of the reference speed calculator, and FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the idling detector.
FIG. 16 is a diagram showing a threshold for idling detection based on the driving wheel shaft acceleration calculated from the estimated traction mass. The horizontal axis represents the speed, the vertical axis represents the maximum traction force characteristic of the locomotive, and the idling by the axis acceleration obtained from the estimated traction mass. The detection thresholds (A, B) and the acceleration of the estimated tractive mass train when the locomotive exerts the maximum tractive force are shown.
FIG. 17 is a diagram showing a torque command value control method in the adhesion control in which the velocity sensorless vector control method is combined with tangential force estimation by a disturbance observer. The horizontal axis represents time, and FIG. 5A shows the torque command value so that τ a is maximized within a range where it can be re- adhered from the estimated torque τ est corresponding to the tangential force at the time of idling detection. In addition, the torque command value is set so that the torque τ c commanded after re-adhesion is as close as possible to the estimated torque τ est . FIG. 5B shows the moving wheel speed, and FIG. 5C shows the idling detection signal.
以下において、図1、図5、図6、図7、図8、図9、図13〜図17に基づいて、実施例1の説明をする。
図1は本発明の第1の実施例における牽引力推定方法を示す図であり、同図の横軸は時間であり、同図(a)(b)は第1〜第4軸動輪の牽引力、第1軸〜第4軸の平均牽引力、第1軸〜第4軸の空転検知信号を示し、(c)(d)は第1軸〜第4軸の動輪のすべり速度を示し、(e)は機関車の速度、(f)は機関車の加速度と平均加速度を示す。
図5は、本発明の電気車制御装置の概略構成を示す図である。
図5において、1は電気車を駆動する主電動機、2は主電動機の速度を検出する速度センサ、3は、主電動機1を駆動するPWMインバータであり、本実施例の電気車制御装置は、同図に示すように、上記PWMインバータを制御する速度センサ付ベクトル制御器CAと速度センサレスベクトル制御器CBを有している。
また、図5において、4はノッチ指令に対応してトルク指令値を発生するトルク指令値発生器、5は速度センサ付ベクトル制御器CAで演算された速度VPGと、速度センサレスベクトル制御器CBで推定された推定速度Vestとから、j軸動輪の空転検知用速度Vcmbjを演算する空転検知用速度演算器、6は空転検知用速度Vcmbj、基準速度Vref、動輪軸加速度による空転検知の閾値αslipを受信して空転検知信号Slipzを出力する空転検知器、7は入力される他の動輪速度Vcmbiと空転検知用速度Vcmbjの中で最も低い速度のものを演算して基準速度Vrefとして出力する基準速度演算器、8は推定牽引質量を受信し動輪軸加速度による空転検知の閾値αslipを演算して出力する軸加速度による空転検知の閾値を演算する演算器、9は機関車が牽引する牽引質量を推定して推定牽引質量Mestjとして出力する牽引質量推定器である。
Hereinafter, the first embodiment will be described based on FIGS. 1, 5, 6, 7, 8, 9, and 13 to 17. FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a traction force estimation method in the first embodiment of the present invention, in which the horizontal axis is time, and FIGS. 1A and 1B are traction forces of the first to fourth shaft driving wheels. The average traction force of the first axis to the fourth axis, the idling detection signal of the first axis to the fourth axis are shown, (c) and (d) show the sliding speed of the driving wheels of the first axis to the fourth axis, and (e) Is the locomotive speed, and (f) is the locomotive acceleration and average acceleration.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the electric vehicle control device of the present invention.
In FIG. 5, 1 is a main motor that drives an electric vehicle, 2 is a speed sensor that detects the speed of the main motor, 3 is a PWM inverter that drives the main motor 1, and the electric vehicle control device of this embodiment is As shown in the figure, a vector controller CA with speed sensor and a speed sensorless vector controller CB for controlling the PWM inverter are provided.
In FIG. 5, 4 is a torque command value generator for generating a torque command value corresponding to the notch command, 5 is a speed V PG calculated by the vector controller CA with a speed sensor, and a speed sensorless vector controller CB. The idling detection speed calculator for calculating the idling detection speed V cmbj of the j-axis driving wheel from the estimated speed V est estimated in step 5, and 6 is the idling detection speed V cmbj , the reference speed V ref , and idling by the driving wheel axis acceleration. slipping detector for outputting idling detection signal Slipz receives the threshold alpha slip detection, 7 calculates what the lowest rate in the other driving wheel speed V Cmbi inputted idling sensing velocity V Cmbj A reference speed calculator 8 for outputting as a reference speed V ref ; 8 a calculator for calculating an idle detection threshold value based on an axial acceleration, which is obtained by calculating an estimated slip detection threshold value α slip based on a moving wheel shaft acceleration upon receiving an estimated traction mass; Is the locomotive This is a traction mass estimator that estimates the traction mass to be pulled and outputs it as an estimated traction mass M estj .
速度センサ付ベクトル制御器CAでは、例えば、公知の特許文献2に記載の方式を用いて主電動機1を制御する。主電動機制御に用いることのできる時間的変動成分の十分小さな速度情報を速度センサ2から得るには、例えば、時間間隔25(ms)程度は必要であり、空転検知に用いる速度としては検出遅れが大きいが、登り勾配区間に停止した状態で列車を起動する場合に、時として列車が低速度で後退した状態から起動する状況となることがあるが、その場合でも安定した勾配起動が実現できる。
一方、速度センサレスベクトル制御器CBで用いる速度センサレスベクトル制御方式としては、非特許文献2〜非特許文献4に記載の方式および、非特許文献1(あるいは非特許文献5あるいは特許文献3)に記載の方式が考えられる。
In the vector controller CA with a speed sensor, for example, the main motor 1 is controlled using a method described in Patent Document 2 known in the art. In order to obtain from the speed sensor 2 speed information having a sufficiently small temporal variation component that can be used for main motor control, for example, a time interval of about 25 (ms) is required, and a detection delay is a speed used for idling detection. Although it is large, when the train is started in a state where it is stopped in the climb slope section, sometimes the train starts from a state where the train is retreated at a low speed, but even in that case, stable slope start can be realized.
On the other hand, as the speed sensorless vector control system used in the speed sensorless vector controller CB, the system described in Non-Patent Document 2 to Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 1 (or Non-Patent Document 5 or Patent Document 3) are described. Can be considered.
これらの中で、非特許文献2に記載の方式の場合、速度指令値(ωr *)に推定速度(ω^r)が追随するように比例・積分制御を用いた速度調節器(ASR)で制御され、その結果得られるq軸電流値〔トルク分電流〕指令値(i1q *)にq軸電流(i1q)が追随するように比例・積分制御を用いた電流調節器(ACR1)で制御される。この過程において推定速度(ω^r)が演算されるようになっている。すなわち、推定速度(ω^r)演算過程において積分制御が用いられているため、速度の推定が積分制御の分だけ遅れることになる。
また、非特許文献3に記載の方式の場合、推定速度の演算式に積分制御が用いられており、やはり速度推定が積分制御の分だけ遅れることになる。
さらに、非特許文献4に記載の方式の場合、適応磁束オブザーバを用いた速度の推定が行われているが、その中に積分制御が用いられており、同様に速度推定に遅れが発生する。
Among these, in the case of the method described in Non-Patent Document 2, a speed regulator (ASR) using proportional / integral control so that the estimated speed (ω ^ r ) follows the speed command value (ω r * ). The current regulator (ACR1) using proportional / integral control so that the q-axis current (i 1q ) follows the q-axis current value [torque current] command value (i 1q * ) obtained as a result. It is controlled by. In this process, the estimated speed (ω ^ r ) is calculated. That is, since integral control is used in the process of calculating the estimated speed (ω ^ r ), the speed estimation is delayed by the integral control.
In the case of the method described in Non-Patent Document 3, integral control is used in the calculation formula for the estimated speed, and the speed estimation is also delayed by the integral control.
Further, in the case of the method described in Non-Patent Document 4, speed estimation using an adaptive magnetic flux observer is performed, but integral control is used therein, and a delay occurs in speed estimation as well.
このように非特許文献2〜非特許文献4に記載のいずれの方式においても、速度の推定に遅れが発生することが明らかである。このように、速度の推定に遅れが発生する方式では、再粘着制御のように空転・滑走速度が急速に増大するとか空転・滑走している動輪が急速に再粘着する事象が頻繁に発生する可能性がある応用例においては、推定速度の追従が遅れるために発生トルクにも追従遅れが生じて、速度センサレスベクトル制御を用いることによる再粘着制御性能の向上が望めない可能性が高い。
これに対して、非特許文献1(あるいは非特許文献5あるいは特許文献3)に記載の方式では、速度推定遅れが1制御周期(100μs程度以下)しかない。
As described above, in any of the methods described in Non-Patent Document 2 to Non-Patent Document 4, it is apparent that there is a delay in speed estimation. In this way, in the method in which there is a delay in the speed estimation, there is a frequent occurrence of an event in which the idling / sliding speed increases rapidly, or the idling / sliding wheels rapidly re-adhere, as in the re-adhesion control. In a possible application example, since the follow-up of the estimated speed is delayed, the follow-up delay also occurs in the generated torque, and there is a high possibility that the improvement of the re-adhesion control performance by using the speed sensorless vector control cannot be expected.
On the other hand, in the method described in Non-Patent Document 1 (or Non-Patent Document 5 or Patent Document 3), the speed estimation delay is only one control cycle (about 100 μs or less).
その理由は以下のとおりである。
非特許文献1(あるいは非特許文献5あるいは特許文献3)に記載の速度センサレスベクトル制御では、誘導電動機の入力電圧vと電流iから、以下の(1)−(4)式に従って誘導電動機の速度ω^mを推定する。
The reason is as follows.
In the speed sensorless vector control described in Non-Patent Document 1 (or Non-Patent Document 5 or Patent Document 3), the speed of the induction motor is calculated from the input voltage v and current i of the induction motor according to the following equations (1) to (4). Estimate ω ^ m .
・・・・・・・(1)
・・・・・・・(2)
・・・・・・・(3)
・・・・・・・(4)
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1)
(2)
.... (3)
.... (4)
ここに、
Ψ2v :電圧モデル2次磁束、v:電圧、i1:1次電流、R:1次抵抗、t:時間、L1、L2、M:1次自己インダクタンス、2次自己インダクタンス、相互インダクタンス、ω^s:すべり角速度、
ω^:2次磁束角速度、ω^m:電動機角速度、Ψ2vα、Ψ2vβ:電圧モデル2次磁束のα成分、β成分、i、・i:1次電流のα成分、β成分
here,
Ψ 2v : voltage model secondary magnetic flux, v: voltage, i 1 : primary current, R 1 : primary resistance, t: time, L1, L2, M: primary self inductance, secondary self inductance, mutual inductance, ω ^ s : slip angular velocity,
ω ^: 2-order magnetic flux angular velocity, ω ^ m: motor angular velocity, Ψ 2vα, Ψ 2vβ: α component of the voltage model secondary magnetic flux, β component, i 1α, · i 1α: α component of the primary current, β component
すなわち、(1)式で電圧モデル2次磁束を、(2)式からすべり角速度ω^s を演算する。また、(3)式に示すように電圧モデル2次磁束Ψ2vの位相角を時間微分して2次磁束角速度ω^sを求める。そして、(4)式によって2次磁束角速度ω^からすべり角速度ω^sを減算して電動機角速度ω^mを求める。なお、(2)式で求まるすべり角速度ω^s は制御上の種々の誤差を含む可能性が高いので、実際には一義的に定まるすべり角速度指令値ωs *を用いる。 That is, the voltage model secondary magnetic flux is calculated by the equation (1), and the slip angular velocity ω ^ s is calculated from the equation (2). Further, as shown in the equation (3), the phase angle of the voltage model secondary magnetic flux Ψ 2v is time-differentiated to obtain the secondary magnetic flux angular velocity ω ^ s . Then, the angular velocity ω ^ m of the motor is obtained by subtracting the slip angular velocity ω ^ s from the secondary magnetic flux angular velocity ω ^ according to the equation (4). Since the slip angular velocity ω ^ s obtained by the equation (2) is highly likely to include various control errors, the slip angular velocity command value ω s * uniquely determined is actually used.
これらの式から了解できるように、電流の瞬時値から速度の推定ができるため、速度の推定遅れは1制御周期(100μs程度以下)しかなく、時間的な変動成分の十分小さな速度情報がほぼ無視できる程小さい遅れで得ることができる。
すなわち、本実施例で使用される速度センサレスベクトル制御では、電圧モデル2次磁束のα成分、β成分から2次磁束角速度回転ω^を求め、また、すべり角速度指令値ωs *をすべり角速度ω^sとして、2次磁束角速度回転ω^からすべり角速度ω^sを減算して電動機角速度ω^mを求めており、このようにして電動機角速度ω^mを求めることにより、小さな遅れで推定速度を得ることができる。
そのため、再粘着制御時において空転・滑走速度が急速に増大するとか空転・滑走している動輪が急速に再粘着する事象が発生しても推定速度の追従が遅れることがないために発生トルクの高速の応答特性が維持できる。したがって、速度センサ付ベクトル制御を用いるよりも再粘着制御性能の向上が期待できる。
また、速度の差分として得られる動輪軸加速度についても、時間的な変動成分の十分小さな安定な加速度情報が、速度センサを用いて安定な速度情報を得るための検出遅れより短い遅れで得ることができる。前述の非特許文献1に記載の速度センサレスベクトル制御・外乱オブザーバによる空転再粘着制御において良好な制御性能が得られているのは、この推定遅れの極めて小さい動輪軸加速度を用いて空転を迅速に検出できていることと空転検知時の推定遅れの小さい接線力の推定値を用いて適正なトルク制御ができることによるものである。したがって、電気機関車牽引の貨物列車の場合でも、牽引質量が適正に推定できれば動輪軸加速度による空転検知の閾値が妥当な値に設定でき、迅速な空転検知による粘着力の利用率の高い再粘着制御性能が得られる可能性がある。
As can be understood from these equations, since the speed can be estimated from the instantaneous value of the current, the speed estimation delay is only one control period (about 100 μs or less), and the speed information with sufficiently small temporal fluctuation component is almost ignored. It can be obtained with as little delay as possible.
That is, in the speed sensorless vector control used in this embodiment, the secondary magnetic flux angular velocity rotation ω ^ is obtained from the α component and β component of the voltage model secondary magnetic flux, and the slip angular velocity command value ω s * is obtained as the slip angular velocity ω. as ^ s, from the secondary magnetic flux angular velocity rotation omega ^ slip angular velocity omega ^ s subtracted and seeking motor angular velocity omega ^ m, by obtaining the motor angular velocity omega ^ m in this manner, the estimated speed with a small delay Can be obtained.
Therefore, even if the idling / sliding speed increases rapidly during re-adhesion control or the event that the idling / sliding wheel rapidly re-adheres, the follow-up of the estimated speed will not be delayed. High-speed response characteristics can be maintained. Therefore, the improvement of the re-adhesion control performance can be expected as compared with the vector control with speed sensor.
Also, with regard to the driving wheel shaft acceleration obtained as a speed difference, stable acceleration information with sufficiently small temporal fluctuation components can be obtained with a delay shorter than a detection delay for obtaining stable speed information using a speed sensor. it can. Good control performance is obtained in the idling re-adhesion control by the speed sensorless vector control / disturbance observer described in Non-Patent Document 1 described above. This is due to the fact that it can be detected and that an appropriate torque control can be performed using an estimated value of the tangential force with a small estimated delay at the time of slipping detection. Therefore, even in the case of an electric locomotive towing freight train, if the towing mass can be estimated appropriately, the threshold for idling detection based on the wheel axle acceleration can be set to an appropriate value, and re-adhesion with a high adhesive force utilization rate due to rapid idling detection. Control performance may be obtained.
以上に示した理由によって、速度センサレスベクトル制御器CBでは、上記の非特許文献1(あるいは非特許文献5あるいは特許文献3)に記載の速度センサレスベクトル制御を用いて主電動機を制御する。
速度センサレスベクトル制御では、前述のように列車が低速度で後退した状態から起動する状況では、インバータ周波数の制御中に周波数が一旦ゼロとなる場合が発生する可能性がある。制御原理的にインバータ周波数がゼロすなわち直流となったときには主電動機の回転子からの速度に関する情報が得られなくなるので、予測制御的な手法を用いてゼロ周波数を切り抜けて加速させる必要があり、起動加速度が極端に低くなる可能性がある貨物列車を牽引する場合、速度センサレスベクトル制御だけで安定に列車を加速するのにはかなりの困難を伴うことが考えられる。
そのため、極低速度域では速度センサ付ベクトル制御を用いて主電動機を制御し、極低速度域を切り抜けた後は、非特許文献1(あるいは非特許文献5あるいは特許文献3)に記載の速度センサレスベクトル制御に移行する制御を行えば、迅速な空転検知による粘着力の利用率の高い再粘着制御性能が得られる可能性が高くなる。
For the reasons described above, the speed sensorless vector controller CB controls the main motor using the speed sensorless vector control described in Non-Patent Document 1 (or Non-Patent Document 5 or Patent Document 3).
In the speed sensorless vector control, there is a possibility that the frequency once becomes zero during the control of the inverter frequency in the situation where the train is started from a state where the train is retreated at a low speed as described above. In principle, when the inverter frequency becomes zero, that is, when the inverter becomes DC, information on the speed from the rotor of the main motor cannot be obtained. Therefore, it is necessary to accelerate through the zero frequency using a predictive control method. When towing a freight train whose acceleration may be extremely low, it can be considered that it is quite difficult to accelerate the train stably only by speed sensorless vector control.
Therefore, after the main motor is controlled using vector control with a speed sensor in the extremely low speed region, and after passing through the extremely low speed region, the speed described in Non-Patent Document 1 (or Non-Patent Document 5 or Patent Document 3). If control that shifts to sensorless vector control is performed, there is a high possibility that re-adhesion control performance with a high utilization rate of adhesive force by rapid idling detection will be obtained.
なお、図5においては速度センサ付ベクトル制御器CAと速度センサレスベクトル制御器CBを別々に持つ構成例を示したが、電動機角速度ω^mとして速度センサからの情報をもとに演算した速度を用い、上記(4)式の関係から2次磁束角速度ω^を求める速度センサ付ベクトル制御の構成を適用すれば、速度センサレスベクトル制御機能を中心にして速度センサ付ベクトル制御の機能を組み込むことができるので、ベクトル制御のためのソフトウェアの量を圧縮でき、速度センサ付ベクトル制御器CAと速度センサレスベクトル制御器CBの機能を単一のベクトル制御器で構成する構成例も考えることができる。
本発明における速度センサ付ベクトル制御器CAと速度センサレスベクトル制御器CBについては以上に述べたとおりである。
Although FIG. 5 shows a configuration example in which the vector controller with speed sensor CA and the speed sensorless vector controller CB are separately provided, the speed calculated based on the information from the speed sensor as the motor angular speed ω ^ m is shown. If the configuration of the vector control with speed sensor for obtaining the secondary magnetic flux angular velocity ω ^ from the relationship of the above equation (4) is applied, the function of vector control with speed sensor can be built around the speed sensorless vector control function. Since the amount of software for vector control can be reduced, a configuration example in which the functions of the vector controller with speed sensor CA and the speed sensorless vector controller CB are configured by a single vector controller can be considered.
The speed sensor-equipped vector controller CA and the speed sensorless vector controller CB in the present invention are as described above.
図5において、機関士の操作する図示していない主幹制御器から出されるノッチ指令がトルク指令値発生器4に入力される。トルク指令値発生器4ではこのノッチ指令に対応してトルク指令値を発生して、速度センサ付ベクトル制御器CAと速度センサレスベクトル制御器CBに出力する。また、他の電気車制御装置における牽引質量推定に必要になるので、ノッチ指令に対応したトルク指令値を他の電気車制御装置に対して送信する。PWMインバータ3からは、2相分の電圧(図5ではu相電圧、v相電圧)、電流(u相電流、v相電流)が、速度センサレスベクトル制御器CBに入力されるほか、速度センサ付ベクトル制御器CAには主電動機1に取り付けられた速度センサ2からの速度パルスが入力される。   In FIG. 5, a notch command issued from a master controller (not shown) operated by the engineer is input to the torque command value generator 4. In response to the notch command, the torque command value generator 4 generates a torque command value and outputs it to the speed sensor-equipped vector controller CA and the speed sensorless vector controller CB. Further, since it is necessary for estimating the traction mass in another electric vehicle control device, a torque command value corresponding to the notch command is transmitted to the other electric vehicle control device. From the PWM inverter 3, a voltage for two phases (in FIG. 5, a u-phase voltage and a v-phase voltage) and a current (a u-phase current and a v-phase current) are input to the speed sensorless vector controller CB, and the speed sensor. A speed pulse from a speed sensor 2 attached to the main motor 1 is input to the attached vector controller CA.
速度センサ付ベクトル制御器CAでは、速度センサ2からの速度パルスPulsをもとに速度Vpgを演算し、入力されたトルク指令値どおりのトルクを発生すべく3相電圧指令Vを発生してPWMインバータに出力する。3相電圧指令Vを入力したPWMインバータ3では、電圧指令どおりの電圧を発生してこれを主電動機1に印加してトルク指令値どおりのトルクを発生して主電動機1を回転させ、これにより機関車が加速を始める。速度センサ付ベクトル制御器CAの動作により機関車が加速を始めるのと同時に、トルク指令値発生器4からのトルク指令値が入力されている速度センサレスベクトル制御器CBも動作を開始し、主電動機1の電圧・電流から速度を推定演算して、この推定速度Vestをもとにトルク指令値どおりのトルクを発生すべく速度センサ付ベクトル制御器CAと同様に3相電圧指令を発生する。ただし、機関車の速度が切換速度Vch以下である場合は、速度センサレスベクトル制御器CBからの出力であるベクトル制御切換指令がオフのままであるため電圧指令切換器SW1,SW2は同図に示すようにSW1がオン、SW2がオフであり、速度センサレスベクトル制御器CBが発生した3相電圧指令は、PWMインバータ3に入力されることはない。 The vector controller CA with speed sensor calculates the speed V pg based on the speed pulse Pulse from the speed sensor 2 and generates a three-phase voltage command V * to generate torque according to the input torque command value. Output to the PWM inverter. In the PWM inverter 3 to which the three-phase voltage command V * is input, a voltage according to the voltage command is generated and applied to the main motor 1 to generate a torque according to the torque command value to rotate the main motor 1. The locomotive begins to accelerate. The speed sensorless vector controller CB to which the torque command value is input from the torque command value generator 4 starts operating simultaneously with the start of acceleration of the locomotive by the operation of the vector controller CA with speed sensor. A three-phase voltage command is generated in the same manner as the vector controller CA with a speed sensor so as to generate a torque according to the torque command value based on the estimated speed V est by estimating and calculating the speed from the voltage / current of 1. However, if the speed of the locomotive is less than switching speed V ch, the voltage command switcher SW1 for the output from the speed sensor-less vector controller CB vector control switching command remains off, SW2 in FIG As shown, SW1 is on, SW2 is off, and the three-phase voltage command generated by the speed sensorless vector controller CB is not input to the PWM inverter 3.
したがって、切換速度Vchに達するまでは、速度センサ付ベクトル制御器CAの制御によって機関車は加速することになる。なお、速度センサレスベクトル制御器CBで演算した推定速度Vestが切換速度Vch以上となった場合は、速度センサレスベクトル制御器CBはベクトル制御切換指令をオンにして電圧指令切換器SW1,SW2をSW1をオフ、SW2をオンに切換えて、それまでPWMインバータ3に入力されていた速度センサ付ベクトル制御器CAからの3相電圧指令を開放して、速度センサレスベクトル制御器CBからの3相電圧指令がPWMインバータ3に入力されるようにする。そしてそれ以降、速度センサレスベクトル制御器CBにおいて、PWMインバータ3の出力電圧・電流から推定速度Vestを演算して、この速度を用いて入力されたトルク指令値どおりのトルクを発生すべく3相電圧指令Vを発生してPWMインバータ3に出力する。また、速度センサレスベクトル制御器CBにおいて、推定速度Vestをもとに演算した推定動輪軸加速度α^を空転検知器6に対して出力する。 Therefore, the locomotive is accelerated under the control of the vector controller CA with speed sensor until the switching speed V ch is reached. Incidentally, if the estimated speed V est calculated by the speed sensorless vector controller CB becomes switching speed V ch or more, the speed sensorless vector control unit CB has a voltage command switcher SW1, SW2 and turns on the vector control switching command SW1 is turned off, SW2 is turned on, the three-phase voltage command from the vector controller CA with speed sensor that has been input to the PWM inverter 3 until then is released, and the three-phase voltage from the speed sensorless vector controller CB is released. The command is input to the PWM inverter 3. Thereafter, the speed sensorless vector controller CB calculates the estimated speed V est from the output voltage / current of the PWM inverter 3, and uses this speed to generate a torque according to the input torque command value. A voltage command V * is generated and output to the PWM inverter 3. Further, the speed sensorless vector controller CB outputs the estimated moving wheel shaft acceleration α ^ d calculated based on the estimated speed V est to the idling detector 6.
速度センサ付ベクトル制御器CAで演算した速度VPGと速度センサレスベクトル制御器CBで演算した推定速度Vestは、ともに空転検知用速度演算器5に入力される。この空転検知用速度Vcmb演算器5では、入力された速度VPGと推定速度Vestとから、以下の(5)式に従って、当該j軸動輪の空転検知用速度Vcmbjを演算する。 The speed V PG calculated by the vector controller CA with speed sensor and the estimated speed V est calculated by the speed sensorless vector controller CB are both input to the idling speed detecting calculator 5. The idling detection speed V cmb calculator 5 calculates the idling detection speed V cmbj of the j-axis driving wheel from the input speed V PG and the estimated speed V est according to the following equation (5).
cmbj=Vest×kest+Vpg×kpg ・・・・・(5)
この空転検知用速度演算器5の構成を図6に示す。同図に示すように、空転検知用速度演算器5は、係数kpgを出力する第1の関数発生器21と、係数kestを出力する第2の関数発生器22と、第1、第2の乗算器Mp1,Mp2と、加算器A1から構成される。そして、入力された速度センサ付ベクトル制御器CAで演算した速度VPGと係数kpgとを乗算器Mp1で乗算するとともに、入力された推定速度Vestと係数kestとを乗算器Mp1で乗算し、加算器A1でその和を求めて、空転検知用速度Vcmbjとして出力する。
ここに、係数kestは、図7に示すように、速度ゼロにおいて値はゼロであり、速度の増大とともに1次関数状に増大し、切換速度Vchに達したときにその値が1となる。また、kpgは同じく図7に示すように、速度ゼロにおいて値は1であり、速度の増大とともに1次関数状に減少し切換速度Vchに達したときにその値がゼロとなる。
したがって、速度ゼロ付近では速度Vpgが支配的であるため空転検知用速度Vcmbの演算のための遅れは大きいが、速度の増大とともに空転検知用速度Vcmbjの演算に及ぼす速度Vpgの影響度は低下し、推定遅れの小さい推定速度Vestの影響が支配的となって、空転検知用速度Vcmbjの演算遅れは小さくなっていき、切換速度Vchに達したときには、空転検知用速度Vcmbの演算遅れは推定速度Vestと同じになり、小さな演算遅れで空転検知用速度Vcmbjが演算されることになる。
V cmbj = V est × k est + V pg × k pg (5)
The configuration of the idling detection speed calculator 5 is shown in FIG. As shown in the figure, the idling speed calculator 5 includes a first function generator 21 that outputs a coefficient k pg , a second function generator 22 that outputs a coefficient k est , 2 multipliers Mp1 and Mp2 and an adder A1. The speed V PG calculated by the input vector controller CA with speed sensor and the coefficient k pg are multiplied by the multiplier Mp1, and the input estimated speed V est and the coefficient k est are multiplied by the multiplier Mp1. Then, the sum is obtained by the adder A1 and output as the idling detection speed V cmbj .
Here, as shown in FIG. 7, the coefficient k est has a value of zero at zero speed, increases in a linear function as the speed increases, and becomes 1 when the switching speed V ch is reached. Become. Similarly, as shown in FIG. 7, k pg has a value of 1 at zero speed, and decreases to a linear function as the speed increases and becomes zero when the switching speed V ch is reached.
Therefore, since the speed V pg is dominant near zero speed, the delay for calculating the idling detection speed V cmb is large, but the influence of the speed V pg on the calculation of the idling detection speed V cmbj as the speed increases. The speed decreases, the influence of the estimated speed V est with a small estimated delay becomes dominant, the calculation delay of the idling detection speed V cmbj decreases, and when the switching speed V ch is reached, the idling detection speed The calculation delay of V cmb is the same as the estimated speed V est, and the idling detection speed V cmbj is calculated with a small calculation delay.
このようにして演算された空転検知用速度Vcmbjは、空転検知器6、基準速度演算器7および牽引質量推定器9に対して出力される。また、他の電気車制御装置においても牽引質量を推定するために当該j軸動輪の空転検知用速度Vcmbjが必要であるため、他の電気車制御装置に対しても出力される。
牽引質量推定器9ではこの空転検知用速度Vcmbjを用いて後述の方法によって機関車が牽引する牽引質量を推定して、これを推定牽引質量Mestjとして動輪軸加速度による空転検知の閾値演算器に対して出力する。推定牽引質量を受信した動輪軸加速度による空転検知の閾値演算器では、後述の方法によって動輪軸加速度による空転検知の閾値αslipを演算して、これを空転検知器6に対して出力する。
また、空転検知用速度Vcmbjを受信した基準速度演算器7では、図14に示すように、この他に入力される他の動輪速度Vcmbi(ここにiは1から動輪数Ndまでの値をとるが、i≠jである)とこの空転検知用速度Vcmbjの中で最も低い速度のものを最小値演算器24において演算してこれを基準速度Vrefとして空転検知器6に対して出力する。
The slipping detection speed V cmbj calculated in this way is output to the slipping detector 6, the reference speed calculator 7 and the traction mass estimator 9. In addition, since the idling speed V cmbj of the j-axis driving wheel is necessary for estimating the traction mass also in other electric vehicle control devices, it is also output to the other electric vehicle control devices.
The traction mass estimator 9 estimates the traction mass pulled by the locomotive by the method described later using the idling detection speed V cmbj, and uses this as the estimated traction mass M estj to detect the idling detection by the wheel axle acceleration. Output for. The threshold calculator for idling detection based on the driving wheel axis acceleration that has received the estimated traction mass calculates the idling detection threshold value α slip based on the driving wheel axis acceleration by the method described later, and outputs this to the idling detector 6.
Further , in the reference speed calculator 7 that has received the idling detection speed V cmbj , as shown in FIG. 14, the other moving wheel speed V cmbi (where i is a value from 1 to the number of moving wheels Nd). , I ≠ j), and the lowest value of the idling speed V cmbj for the idling detection is calculated by the minimum value computing unit 24 and this is used as the reference speed Vref for the idling detector 6. Output.
空転検知用速度Vcmbj、基準速度Vref、動輪軸加速度による空転検知の閾値αslipを受信した空転検知器6では、図15にフローチャートで示すような動作をする。まず、ステップS101で空転検知用速度Vcmbjと切換速度Vchとの大小比較を行い、Vcmbj<Vchの場合には速度センサ付ベクトル制御中であるのでステップS102に行き、ステップS102において、空転検知用速度Vcmbjと基準速度Vrefとの差速度を演算する。そして、この差速度が、差速度による空転検知の閾値ΔVslipに対して、差速度≧ΔVslipとなった場合には、差速度による空転検知状態であるのでステップS103に行き、空転検知信号Slipzをオンにしてトルク指令値発生器4に対して出力する。
一方、差速度<ΔVslipの場合にはステップS104に行き、空転検知信号Slipzをオフにしてトルク指令値発生器4に対して出力する。
また、ステップS101において、Vcmbj≧Vchである場合は速度センサレスベクトル制御中であるのでステップS105に行き、推定動輪軸加速度α^と、動輪軸加速度による空転検知の閾値αslipとの大小比較を行い、α^≧αslipの場合は動輪軸加速度による空転検知状態であるので、ステップS103に行き、空転検知信号Slipzをオンにしてトルク指令値発生器に対して出力する。α^<αslipである場合は、動輪軸加速度による空転検知状態ではないので、ステップS104に行き、空転検知信号Slipzをオフにしてトルク指令値発生器4に対して出力する。
The idling detector 6 that has received the idling detection speed V cmbj , the reference speed V ref , and the idling detection threshold value α slip based on the driving wheel shaft acceleration operates as shown in the flowchart of FIG. 15. First, in step S101, a comparison between the idling detection speed V cmbj and the switching speed V ch is performed. If V cmbj <V ch , vector control with a speed sensor is in progress, so the process goes to step S102. In step S102, The difference speed between the idling detection speed V cmbj and the reference speed V ref is calculated. If this difference speed is the difference speed ≧ ΔV slip with respect to the slippage detection threshold ΔV slip due to the difference speed, it is in the slip detection state due to the difference speed, so the process goes to step S103 and the slip detection signal Slipz Is turned on and output to the torque command value generator 4.
On the other hand, if the differential speed <ΔV slip, the process goes to step S104 to turn off the idling detection signal Slipz and output it to the torque command value generator 4.
In step S101, if V cmbj ≧ V ch , the speed sensorless vector control is being performed, so the process goes to step S105, where the magnitude of the estimated driving wheel axis acceleration α ^ d and the threshold value α slip for detecting slipping by the driving wheel axis acceleration is larger or smaller. Comparison is made, and when α ^ d ≥ α slip , the idling state is detected by the driving wheel shaft acceleration, so the process goes to step S103 to turn on the idling detection signal Slipz and output it to the torque command value generator. If α ^ dslip , it is not the idling detection state due to the driving wheel shaft acceleration, so the process goes to step S104 to turn off the idling detection signal Slipz and output it to the torque command value generator 4.
トルク指令値発生器4では、空転検知信号Slipzがオフである場合は、ノッチ指令に対応したトルク指令値を出力する。空転検知信号Slipzがオンになって空転の発生を検知した場合は、図17のようにトルク指令値を制御して、空転している動輪を再粘着させるようにする。
すなわち、常時車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸上のトルクを、前記特許文献1、非特許文献1に記載されるように、最小次元外乱オブザーバによって推定していて、空転検知した場合には空転検知時の接線力に対応した推定トルクτestから、再粘着させることのできる範囲でトルク引き下げ量δτ(=τest−τ)が極力小さくなるように再粘着期間中に指令するトルク指令値τを設定する。そして、このトルク指令値τをある期間T1だけ指令して動輪を再粘着させ、期間T1が経過した時点で、空転検知時の接線力に対応した推定トルクτestより僅かに小さいトルクτcを短時間のうちに指令し、このトルク指令値を期間T2だけ保持する。このように推定トルクτestより僅かに小さいトルクτcを指令するのは、τcを指令した時点ですぐに再空転が発生するのを回避するためである。そして、期間T2だけトルクτcを指令しても再空転がなければトルク指令値を徐々に増大させる。やがて再空転が発生すると、上記の空転検知時のトルク指令値制御と同様の制御を繰り返す。
The torque command value generator 4 outputs a torque command value corresponding to the notch command when the idling detection signal Slipz is off. When the idling detection signal Slipz is turned on and the occurrence of idling is detected, the torque command value is controlled as shown in FIG. 17 so that the idling wheels are re-adhered.
That is, the torque on the main motor shaft corresponding to the tangential force between the wheel and the rail is always estimated by the minimum dimension disturbance observer as described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, and slipping is detected. In this case, a command is issued during the re-adhesion period so that the torque reduction amount δτ (= τ est −τ a ) is as small as possible from the estimated torque τ est corresponding to the tangential force at the time of idling detection. setting the torque command value tau a for. Then, the torque command value τa is commanded for a certain period T1 to re-adhere the driving wheel. When the period T1 elapses, the torque τ c slightly smaller than the estimated torque τ est corresponding to the tangential force at the time of idling is detected. In a short time, and this torque command value is held for the period T2. The reason why the torque τ c slightly smaller than the estimated torque τ est is commanded in this way is to avoid the occurrence of re-spinning immediately when τ c is commanded. Then, even if the torque τ c is commanded only during the period T2, the torque command value is gradually increased if there is no re-spinning. When re- idling eventually occurs, the same control as the torque command value control when the idling is detected is repeated.
以上に述べたように動作する図5に示した電気車制御装置において、実施例1における牽引質量の推定は図1および図8、図9に示すようにして行われる。
なお、図1は動輪の数Nが4軸のインバータ機関車の例を示しているが、動輪の数はこの4軸に限定されるものではなく、6軸、8軸なども想定される。
図1に示してあるように、予め設定した時刻Ta1から時刻Tb1までの期間ΔT1について、各動輪のトルク指令値から各動輪の平均牽引力Faviを求める。ここに、i=1〜4である。
図1の場合は、期間ΔT1の間に各動輪に空転が発生しているので、トルク指令値から求めた平均牽引力Faviは、車輪・レール間の接線力を厳密に反映している訳ではないので、実際の平均牽引力とは異なるが、微小な空転のうちに再粘着させることができていれば、トルク指令値から平均牽引力を算定しても大きな誤差を含むことはないと考えられる。
制御動作の詳細を図8、図9を中心にして述べる。図8において、ステップS101において機関車が加速制御開始直後かの判定を行い、制御開始直後である場合にはステップS102へ行き、すべての動輪の平均牽引力Favkをリセットする(k=1,・・,j,・・Nd)。また、当該j軸で演算する推定牽引質量Mestjもリセットする。
In the electric vehicle control apparatus shown in FIG. 5 that operates as described above, the estimation of the traction mass in the first embodiment is performed as shown in FIGS.
FIG. 1 shows an example of an inverter locomotive in which the number of moving wheels Nd is 4 axes. However, the number of moving wheels is not limited to 4 axes, and 6 axes, 8 axes, and the like are also assumed. .
As shown in FIG. 1, the average traction force Favi of each driving wheel is obtained from the torque command value of each driving wheel for a period ΔT1 from time T a1 to time T b1 set in advance. Here, i = 1 to 4.
In the case of FIG. 1, since the idling of each driving wheel occurred during the period ΔT1, the average traction force F avi obtained from the torque command value does not accurately reflect the tangential force between the wheels and the rails. Since there is no difference, it is different from the actual average traction force, but if it can be re-adhered during a minute idling, it can be considered that even if the average traction force is calculated from the torque command value, a large error is not included.
Details of the control operation will be described with reference to FIGS. In FIG. 8, it is determined whether the locomotive is immediately after the start of acceleration control in step S101. If it is immediately after the start of control, the process goes to step S102 to reset the average traction force Favk of all the driving wheels (k = 1,... , J,... Nd). Further, the estimated traction mass M estj calculated on the j axis is also reset.
次にステップS103において、当該動輪j軸の平均加速度αb1(t)、平均値演算用カウンタ(平均加速度演算に用いる加速度データの数を表す)をリセットする。そして、ステップS104に行く。なお、ステップS101においての判定結果で機関車が加速制御開始直後でない場合は、直接ステップS104に行く。
ステップS104では、空転検知用速度Vcmb演算器から入力されたVcmbjを機関車の速度V(t)に設定する。次にステップS105において、1制御周期(δTc)前の機関車の速度V-1(t)と今回の機関車の速度V(t)から、機関車の加速度α(t)を{V(t)−V-1(t)}/δTcによって演算する。
そして、ステップS106において、制御開始からの経過時間tが図1に示してある第1の設定時刻Ta1以上であるか否かの判定を行い、まだ第1の設定時刻Ta1に達していない場合はリターンして、次の制御周期を待つ。
Next, in step S103, the average acceleration α b1 (t) of the driving wheel j-axis and the average value calculation counter (representing the number of acceleration data used for average acceleration calculation) are reset. Then, the process goes to step S104. Note that if the result of determination in step S101 is not immediately after the start of acceleration control, the locomotive goes directly to step S104.
In step S104, V cmbj input from the idling detection speed V cmb calculator is set to the locomotive speed V (t). Next, in step S105, from the locomotive speed V -1 (t) one control cycle (δTc) ago and the current locomotive speed V (t), the locomotive acceleration α (t) is calculated as {V (t ) −V −1 (t)} / δTc.
In step S106, it is determined whether or not the elapsed time t from the start of control is equal to or longer than the first set time Ta1 shown in FIG. 1, and has not yet reached the first set time Ta1. If so, return and wait for the next control cycle.
第1の設定時刻Ta1以上である場合には、ステップS107において第1の設定時刻Ta1になったばかりか否かの判定を行い、なったばかりである場合は、ステップS108において機関車の速度V(t)をVa1に設定する。ここにVa1は図1に示すように、速度データから機関車の平均加速度を演算するための第1の速度データである。そしてステップS109に移行して、すべての動輪の平均牽引力Favkについて(k=1,・・,j,・・Nd)、トルク指令値Tcmdkを、牽引力に換算して加算する。また、平均加速度αb1(t)に機関車の加速度α(t)を加算する。次いで、ステップS110において平均値演算用カウンタMcountに1を加算してリターンして、次の制御周期を待つ。
ステップS107の判定において第1の設定時刻Ta1になったばかりではないとの判定結果である場合は、ステップS111の条件判定に行き、制御開始からの経過時間tが図1に示す第2の設定時刻Ta2以上ではない場合は、上記のステップS109へ行く。経過時間tが第2の設定時刻Ta2以上である場合はステップS112に行き、経過時間tが第2の設定時刻Ta2になった直後でない場合(既に推定牽引質量Mestjが得られている)はリターンして次の制御周期を待ち、経過時間tが第2の設定時刻Ta2になった直後である場合にはステップS113に行き、機関車の速度V(t)をVa2に設定する。
If it is not less than the first set time Ta1, it is determined in step S107 whether or not the first set time Ta1 has just been reached. If it has just become, the locomotive speed V is determined in step S108. (T) is set to V a1 . Here, V a1 is first speed data for calculating the average acceleration of the locomotive from the speed data, as shown in FIG. Then, the process proceeds to step S109, and the torque command value T cmdk is converted into traction force and added for the average traction force Favk of all the driving wheels (k = 1,..., J,... Nd). Also, the locomotive acceleration α (t) is added to the average acceleration α b1 (t). Next, in step S110, 1 is added to the average value calculation counter Mcount and the process returns to wait for the next control cycle.
If it is determined in step S107 that the first set time Ta1 has not just been reached, the condition determination in step S111 is performed, and the elapsed time t from the start of control is the second setting shown in FIG. If it is not the time T a2 or more, go to step S109 described above. If the elapsed time t is the second set time T a2 or goes to step S112, if the elapsed time t is not immediately after it becomes the second set time T a2 (already estimated traction mass M Estj is obtained ) waits for the next control cycle in return, set the elapsed time t is go to the step S113, if it is immediately after became the second of the set time t a2, the speed of the locomotive V (t) to V a2 To do.
そしてステップS114において、平均加速度αb1(t)をそのデータの個数を表しているMcountで割ったものを平均加速度αb1(t)に設定する。あるいは、速度データVa1、Va2を用いて、(Va1−Va2)/ΔT1を平均加速度αb1(t)に設定する。そして図9のステップS115において、各動輪のFavkをMcountで割ったものを平均牽引力Favkに設定する。そしてステップS116において、このように求めた平均牽引力Favkを用いて、期間ΔT1の間の機関車の平均牽引力FLは、以下の(6)式で求める。
そしてステップS117において、期間ΔT1の間の機関車の平均加速度をαb1として、推定牽引質量Mestjを(7)式から求める(列車の走行抵抗は無視している)。
なお、(7)式において、期間ΔT1の間の機関車の平均加速度αb1を用いる代わりに、時刻Ta1、Tb1における機関車の速度Va1、Va1から114において求めた(8)式で表される平均加速度αavを用いてもよい。
In step S114, the average acceleration α b1 (t) obtained by dividing the average acceleration α b1 (t) by M count representing the number of data is set. Alternatively, (V a1 −V a2 ) / ΔT1 is set to the average acceleration α b1 (t) using the speed data V a1 and V a2 . In step S115 of FIG. 9, it sets what the Favk of each wheel divided by M count the average traction Favk. In step S116, the average traction force F L of the locomotive during the period ΔT1 is obtained by the following equation (6) using the average traction force Favk thus obtained.
In step S117, an average acceleration of the locomotive during the period ΔT1 is α b1 , and an estimated traction mass M estj is obtained from Equation (7) (train running resistance is ignored).
In the equation (7), instead of using the average acceleration α b1 of the locomotive during the period ΔT1, the equation (8) obtained from the locomotive speeds V a1 and V a1 at the times T a1 and T b1 is 114. An average acceleration α av expressed by the following may be used.
・・・・・・・(6)
・・・・・・・(7)
・・・・・・(8)
.... (6)
.... (7)
(8)
以上に述べた方法で推定牽引質量Mestjが求められると、図13に示してあるように、動輪軸加速度による空転検知の閾値演算器に入力された推定牽引質量Mestjと、機関車の最大牽引力特性から、演算器23により、推定牽引質量Mestjの機関車が最大牽引力を発揮して加速する場合の列車の速度・加速度αZ特性を求める。そして、加算器A2で、このαZに軸加速度による空転検知閾値設定用定数Δαmarを加算して、動輪軸加速度による空転検知の閾値αslipとして求めて、空転検知器に対して出力される。
ここに、空転検知閾値設定用定数Δαmarは、機関車が走行する線区の最大勾配による重力成分によって列車加速度の変化が発生しても空転の誤検知が発生しないように、閾値にマージンを持たせるために用いられる定数である。このようにして求められた閾値αslipは、図16に示されている空転検知の閾値(A)を表している。この動輪軸加速度による空転検知の閾値(A)は、速度に応じて連続的に変化する速度域がある。しかし、現実には僅かな速度変化で閾値を実際には変える必要がないので、図16に示してある閾値(B)のように、幾つかの速度帯毎に閾値を変える方法も考えられる。
When the estimated traction mass M estj is obtained by the above-described method, as shown in FIG. 13, the estimated traction mass M estj input to the threshold calculator for idling detection by the wheel axle acceleration and the maximum of the locomotive are obtained. From the tractive force characteristic, the calculator 23 obtains the speed / acceleration α Z characteristic of the train when the locomotive having the estimated tractive mass M estj accelerates with the maximum tractive force. Then, the adder A2 adds the idling detection threshold value setting constant Δα mar due to the axial acceleration to this α Z to obtain the idling detection threshold value α slip due to the driving wheel shaft acceleration and outputs it to the idling detector. .
Here, the idling detection threshold setting constant Δα mar has a margin in the threshold so that false detection of idling does not occur even if the train acceleration changes due to the gravitational component due to the maximum gradient of the line section where the locomotive travels. It is a constant used for holding. The threshold value α slip obtained in this way represents the threshold value (A) for the idling detection shown in FIG. The threshold value (A) for detecting idling due to the wheel axle acceleration has a speed range that continuously changes according to the speed. However, in reality, since it is not necessary to actually change the threshold value with a slight speed change, a method of changing the threshold value for each of several speed bands as shown in the threshold value (B) shown in FIG.
前述のように動作する電気車制御装置において、実施例2における牽引質量の推定は図2に示すようにして行われる。なお詳細な推定動作のフローチャートは、図10に示されている。
図2は本実施例の牽引質量の推定方法を示す図であり、横軸は時間、同図(a)は最初に空転検知した動輪jの牽引力と空転検知信号を示し、(b)は動輪のすべり速度を示し、(c)は機関車の速度、(d)は機関車の加速度と平均加速度を示す。
図2において、時刻T02に最初に動輪jが空転検知して再粘着制御に移行したとする。時刻T02からδTだけ遡った時刻Tb2からさらに遡った期間ΔT2の間の動輪jの発生した平均牽引力をFavjとする。そして、空転していない動輪の平均牽引力をFavjとする。ただし、i≠jである(i=1〜Nd、Nd:機関車の動輪数)。
また、期間ΔT2の間の機関車の平均加速度をαb2とする。そうすると、期間ΔT2の間の機関車の平均牽引力FLは、前記(6)式で与えられるので、推定牽引質量Mestjは(7)式のαb1をαb2に置き換えた式から求めることができる(列車の走行抵抗は無視している)。
なお、平均牽引力を計算する期間を、δTだけ遡った時刻Tb2を起点にするのは、期間δTの間は動輪が空転状態にあって動輪で発生する牽引力が図2に示す牽引力より小さくなる(空転中の接線力が正確には把握できない期間)ので、この期間を回避した方が、より正確な牽引力を把握することができるからである。
In the electric vehicle control apparatus that operates as described above, the estimation of the traction mass in the second embodiment is performed as shown in FIG. A detailed flowchart of the estimation operation is shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a method of estimating the traction mass according to the present embodiment, in which the horizontal axis represents time, FIG. 2A shows the traction force of the moving wheel j first detected as idle and the idling detection signal, and FIG. (C) shows the locomotive speed, and (d) shows the locomotive acceleration and average acceleration.
2, the first wheel j at time T 02 is shifted to idling detection and re-adhesion control. The average pulling force generated in the wheels j between the period ΔT2 further back from the time T 02 from the time T b2 retroactive by δT and Favj. And let Favj be the average traction force of a moving wheel that is not idling. However, i ≠ j (i = 1 to Nd, Nd: number of moving wheels of the locomotive).
Also, let the average acceleration of the locomotive during the period ΔT2 be α b2 . Then, the average tractive force F L of the locomotive during the period ΔT2, since given by the equation (6), the estimated traction mass M Estj is be determined from the equation obtained by replacing the alpha b1 of (7) to the alpha b2 Yes (ignoring train resistance).
Incidentally, the period for calculating the average traction, to the starting point time T b2 retroactive by δT during the period δT towing force generated by wheel there driving wheel idly state becomes smaller than the pulling force as shown in FIG. 2 This is because (a period during which the tangential force during idling cannot be accurately grasped), a more accurate traction force can be grasped by avoiding this period.
次に詳細な推定動作を、図10を用いて説明する。まずステップS101において機関車の加速制御直後かの判定を行う。起動開始時はこの条件が成立するので、ステップS102において当該j軸動輪の平均牽引力Favjと、j軸以外の動輪の平均牽引力Faviをリセットする(i=1,・・,Ndでありまたi≠j)。そして、ステップS103において、空転検知用速度Vcmbjを機関車の速度V(t)に設定する。
なお、ステップS101において加速制御直後でない判定となった場合は、直接ステップS103に移行する。次いで、ステップS104において、1制御周期(δTc)前の機関車の速度V-1(t)と今回の機関車の速度V(t)から、機関車の加速度α(t)を{V(t)−V-1(t)}/δTcによって演算する。そして、105において、空転検知器出力から入力された空転検知信号Slipzすなわち当該j軸動輪の空転検知信号Slipjがオンか否かの判定を行う。
空転検知信号Slipjがオンでない、すなわち空転が発生していない場合は、ステップS107の条件判定に行き、起動からの経過時間が図2に示した牽引質量推定動作上限時刻Tend以上になっているか否かを調べる。推定動作上限時刻Tendに達していない場合は、ステップS108において、当該j軸動輪のトルク指令値Tcmdj、j軸以外のi軸動輪のトルク指令値TcmdiをデータセーブエリアSaveTcmdj、SaveTcmdiにセーブする。また、同様に機関車の速度V(t)と加速度α(t)をセーブエリアSaveV、SaveAに格納する。
Next, a detailed estimation operation will be described with reference to FIG. First, in step S101, it is determined whether the locomotive is immediately after acceleration control. Since this condition is satisfied at the start of activation, in step S102, the average traction force Favj of the j-axis driving wheel and the average traction force Favi of driving wheels other than the j-axis are reset (i = 1,..., Nd and i ≠ j). In step S103, the idling detection speed V cmbj is set to the locomotive speed V (t).
If it is determined in step S101 that it is not immediately after acceleration control, the process directly proceeds to step S103. Next, in step S104, the locomotive acceleration α (t) is determined as {V (t) from the locomotive speed V −1 (t) one control cycle (δTc) ago and the current locomotive speed V (t). ) −V −1 (t)} / δTc. Then, at 105, it is determined whether or not the idling detection signal Slipz input from the idling detector output, that is, the idling detection signal Slipj of the j-axis driving wheel is ON.
If the idling detection signal Slipj is not on, that is, if idling has not occurred, go to the condition determination in step S107, and whether the elapsed time since activation is equal to or greater than the traction mass estimation operation upper limit time T end shown in FIG. Check for no. When it does not reach the estimation operation limit time T end is saved in step S108, the torque command value of the j-axis wheels T Cmdj, the torque command value T CMDI of i axis wheels other than the j-axis data save area SaveTcmdj, the SaveTcmdi To do. Similarly, the locomotive speed V (t) and acceleration α (t) are stored in the save areas SaveV and SaveA.
ステップS107の判定で牽引質量推定動作上限時刻Tend以上になっている場合は、ステップS109の条件判定に行き、推定牽引質量Mestjがリセット状態か調べる。
リセット状態である場合、すなわちまだMestjの推定演算が完了していない場合には、ステップS110以降のMestjの推定演算処理を行う。ステップS107、ステップS109の条件判定を経てステップS110の処理に来るのは、一回も空転検知することなく牽引質量推定動作上限時刻Tendが経過した場合である。
ステップS110においては、現在時刻からδT+ΔT2遡った時刻Ta2からδT遡った時刻Tb2までのセーブエリアSaveTcmdj、SaveTcmdiから、図8、図9で述べたのと同様の方法によって、各動輪の平均牽引力Faviを演算する(i=1,・・・Nd)。そして、(6)式によって機関車の平均牽引力FLを演算する。次にステップS111において、セーブエリアSaveAのデータから機関車の平均加速度αb2を演算する。また時刻Ta2の機関車速度Va2と時刻Tb2の機関車速度Vb2を用いて(9)式で平均加速度αavを演算する。そしてステップS112において、(7)式中のαb1の代わりに平均加速度αb2またはαavを用いて、推定牽引質量Mestjを演算する。
If it is determined in step S107 that the traction mass estimated operation upper limit time T end is reached, the condition determination in step S109 is performed to check whether the estimated traction mass M estj is in a reset state.
If it is in the reset state, that is, if the estimation calculation of M estj has not yet been completed, the estimation calculation process of M estj after step S110 is performed. The processing in step S110 is performed after the condition determination in step S107 and step S109 is when the tractive mass estimation operation upper limit time T end has passed without detecting slipping once.
In step S110, the average traction force of each driving wheel is obtained from the save areas SaveTcmdj and SaveTcmdi from time T a2 that is δT + ΔT2 backward from the current time to time T b2 that is δT backward by the same method as described in FIGS. Favi is calculated (i = 1,... Nd). Then, it calculates the average tractive force F L of the locomotive by (6). Next, in step S111, the average acceleration α b2 of the locomotive is calculated from the data in the save area SaveA. The computed average acceleration alpha av in it (9) with a locomotive speed V b2 of the locomotive speed V a2 and time T b2 time T a2. In step S112, the estimated traction mass M estj is calculated using the average acceleration α b2 or α av instead of α b1 in the equation (7).
ステップS105において空転検知信号Slipjがオンすなわち空転検知した場合は、ステップS106の判定で始めての空転検知である場合は、先述のステップS110へ移行して牽引質量の推定動作を行う。初めての空転検知でない場合は、既に推定牽引質量Mestjがセットされているので、何もせずリターンする。 If the idling detection signal Slipj is turned on in step S105, that is, if idling is detected, and if idling is detected for the first time in the determination in step S106, the process proceeds to step S110 described above, and the traction mass estimation operation is performed. If it is not the first idling detection, the estimated pulling mass M estj has already been set, so nothing is returned.
・・・・・・(9) (9)
以上に述べた方法で推定牽引質量Mestjが求められると、実施例1について図13と図16を用いて説明したのと同じ方法によって、軸加速度による空転検知の閾値(A)あるいは軸加速度による空転検知の閾値(B)を求めることができる。 When the estimated traction mass M estj is obtained by the method described above, the threshold value (A) for detecting slipping by the axial acceleration or the axial acceleration is obtained by the same method as that described in the first embodiment with reference to FIGS. A threshold value (B) for detecting slipping can be obtained.
前述のように動作する図5に示した電気車制御装置において、実施例3における牽引質量の推定は図3に示すようにして行われる。
図3は本実施例の牽引質量の推定方法を示す図であり、本実施例は、同図に示すように、牽引質量を推定するため、空転を発生しない範囲で極力大きなトルク発生する運転モードで運転し、その後、トルク指令値と機関車の平均加速度から牽引質量を推定する動作を行うものであり、横軸は時間、同図(a)は動輪の牽引力(トルク指令値)と空転検知信号を示し、(b)は動輪のすべり速度を示し、(c)は機関車の速度、(d)は機関車の加速度と平均加速度を示す。また詳細な推定動作のフローチャートを図11に示す。
図3に示すように、起動してから時刻Ta3において、空転を発生しない範囲で極力大きなトルクτcを期間ΔT3の間発生するようにして牽引質量が推定できる状態を作り(すなわち、牽引質量が推定できる運転モードを挿入する)、その後は通常のトルク指令値を指令する運転モードに移行する。
そして、この牽引質量が推定できる運転モードの期間ΔT3中のトルク指令値τcと機関車の平均加速度αb3とから、(10)式によって推定牽引質量Mestjを求める(機関車の動輪数はNd)。ここに、kfはトルクを牽引力に換算するための定数である。
In the electric vehicle control apparatus shown in FIG. 5 that operates as described above, the traction mass in the third embodiment is estimated as shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a method for estimating the traction mass according to the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, an operation mode in which as much torque as possible is generated within a range where idling is not generated in order to estimate the traction mass. , And then the operation of estimating the traction mass from the torque command value and the average acceleration of the locomotive is performed. The horizontal axis is time, and (a) in the figure shows the traction force (torque command value) of the driving wheel and idling detection. (B) shows the sliding speed of the driving wheel, (c) shows the speed of the locomotive, and (d) shows the acceleration and average acceleration of the locomotive. A detailed flowchart of the estimation operation is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, at time T a3 after starting, making the state where the traction mass can be estimated so as to generate during the period ΔT3 large torque tau c as much as possible within a range which does not generate idling (i.e., traction mass Is inserted), and thereafter, the operation mode is shifted to an operation mode in which a normal torque command value is commanded.
Then, the estimated traction mass M estj is obtained from the torque command value τ c and the average acceleration α b3 of the locomotive during the operation mode period ΔT3 in which the traction mass can be estimated (Equation 10) Nd ). Here, k f is a constant for converting the torque into traction.
・・・・・・・(10) .... (10)
このようにして推定牽引質量Mestjを求めた後は、実施例1において述べた方法によって軸加速度による空転検知の閾値を求めることができる。
上記の詳細な推定動作を図11に示している。図11において、ステップS101で加速制御開始直後かの判定を行い、起動開始時はこの条件が成立するので、ステップS102に行き当該j軸動輪の平均牽引力Favjおよび推定牽引質量Mestjをリセットする。そしてステップS103に移行する。起動開始時でない場合は、直接ステップS103に移行する。ステップS103では空転検知用速度Vcmbjを機関車速度V(t)に設定する。
そしてステップS104において、1制御周期(δTc)前の機関車の速度V-1(t)と今回の機関車の速度V(t)から、機関車の加速度α(t)を{V(t)−V-1(t)}/δTcによって演算する。
After obtaining the estimated traction mass M estj in this manner, the threshold for detecting slipping due to the axial acceleration can be obtained by the method described in the first embodiment.
The detailed estimation operation is shown in FIG. In FIG. 11, it is determined whether or not acceleration control has just started in step S101, and this condition is satisfied at the start of startup. Therefore, the process goes to step S102 to reset the average traction force Favj and estimated traction mass M estj of the j-axis driving wheel. Then, control goes to a step S103. If it is not at the start of activation, the process proceeds directly to step S103. In step S103, the idling detection speed V cmbj is set to the locomotive speed V (t).
In step S104, the locomotive acceleration α (t) is calculated from the locomotive speed V −1 (t) one control cycle (δTc) ago and the current locomotive speed V (t) by {V (t) It calculates by -V < -1 > (t)} / (delta) Tc.
次にステップS105の条件判定では、起動からの経過時間が牽引質量推定動作開始時刻Ta3以上かの判定を行う。経過時間が牽引質量推定動作開始時刻Ta3に達していない場合は、リターンしこの時刻が経過するのを待つことになる。Ta3以上の場合は、ステップS106において経過時間が牽引質量推定動作終了時刻Tb3以上かの判定を行い、まだ終了時刻Tb3に達していない場合は、ステップS107において、機関車の速度V(t)、機関車の加速度α(t)をそれぞれセーブエリアSaveV、SaveAに格納する。
動作終了時刻Tb3以上になった場合はステップS108に行き、Mestjがリセット状態か否かの判定を行い、リセット状態である場合は、まだ推定牽引質量が計算されていないので、ステップS109に移行し、SaveAの機関車加速度データで、時刻Ta3から時刻Tb3までのデータから機関車の平均加速度αb3を演算し、またセーブエリアSaveVデータ中の時刻Ta3のデータVa3と時刻Tb3のデータVb3から、(9)式Va2の代わりにVa3を、Vb2の代わりにVb3を用いて機関車のもう一つの平均加速度αav3を演算する。そして、ステップS110において、(10)式から、あるいは(10)式のαb3の代わりにαav3を用いて推定牽引質量Mestjを演算する。
以上に述べた方法で推定牽引質量Mestjが求められると、実施例1について図13と図16を用いて説明したのと同じ方法によって、軸加速度による空転検知の閾値(A)あるいは軸加速度による空転検知の閾値(B)を求めることができる。
Next, in the condition determination in step S105, it is determined whether the elapsed time since the start is equal to or greater than the traction mass estimation operation start time Ta3 . If the elapsed time does not reach the traction mass estimation operation start time Ta3 , the process returns and waits for this time to elapse. If it is equal to or greater than T a3 , it is determined in step S106 whether the elapsed time is equal to or greater than the traction mass estimation operation end time T b3 , and if it has not yet reached the end time T b3 , in step S107 the locomotive speed V ( t), the locomotive acceleration α (t) is stored in the save areas SaveV and SaveA, respectively.
Operation ends when the time T b3 becomes above goes to step S108, a judgment M Estj of whether the reset state, when a reset state, it has not yet been calculated estimated traction mass, to step S109 migrated, locomotive acceleration data SaveA, time T from a3 to time T b3 data calculates the average acceleration alpha b3 locomotive from, and the data V a3 and time T of the time T a3 in save area SaveV data from the data V b3 of b3, (9) the V a3 instead of formula V a2, calculates the average acceleration alpha av3 another locomotive using V b3 instead of V b2. In step S110, the estimated traction mass M estj is calculated from equation (10) or using α av3 instead of α b3 in equation (10).
When the estimated traction mass M estj is obtained by the method described above, the threshold value (A) for detecting slipping by the axial acceleration or the axial acceleration is obtained by the same method as that described in the first embodiment with reference to FIGS. A threshold value (B) for detecting slipping can be obtained.
前述のように動作する図5に示した電気車制御装置において、実施例4における牽引質量の推定は図4に示すようにして行われる。
図4は本実施例の牽引質量の推定方法を示す図であり、本実施例は、同図に示すように、推定される最大牽引質量を牽引する場合の編成列車全体の出発抵抗より大きい牽引力を時刻Tまで
指令して、連結器遊間による機関車加速度の変動が収まるようにした後、牽引質量の推定動作を行うものであり、横軸は時間、同図(a)動輪の牽引力(トルク指令値)と空転検知信号を示し、(b)は動輪のすべり速度を示し、(c)は機関車の速度、(d)は機関車の加速度と平均加速度を示す。また詳細な推定動作のフローチャートを図12に示す。
In the electric vehicle control apparatus shown in FIG. 5 that operates as described above, the traction mass in the fourth embodiment is estimated as shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a method for estimating the traction mass according to the present embodiment. In this embodiment, the traction force is larger than the starting resistance of the entire train when the estimated maximum traction mass is pulled, as shown in FIG. To the time T z and the fluctuation of the locomotive acceleration due to the coupling gap is settled, and then the traction mass estimation operation is performed. The horizontal axis represents time, and FIG. (Torque command value) and idling detection signal, (b) shows the sliding speed of the driving wheel, (c) shows the locomotive speed, and (d) shows the locomotive acceleration and average acceleration. A detailed flowchart of the estimation operation is shown in FIG.
一般に貨物列車を機関車によって牽引する場合、機関車と貨車の間の自動連結器や貨車同士の間の自動連結器の遊間がある状態で停止していた貨物列車が機関車で牽引力を発生して起動加速を始めるときに、図4に示すように、機関車と貨車、貨車同士の微小な相対運動によって、機関車の加速度が大きく振動することがある(機関車と貨車の間の自動連結器や貨車同士の間の自動連結器の遊間がない、いわば列車全体が棒状になった状態で停止している場合は、機関車の加速度が振動することはないが、そのような事象の発生確率は高くはない)。このような加速度の振動によって機関車の平均加速度の演算精度が低下することがないようにする必要がある。
そのため、図4に示すように、当該機関車で想定される最大牽引質量を牽引する場合の出発抵抗よりも大きい牽引力を時刻Tzまで指令して、連結器遊間による機関車加速度の変動が十分に収まるようにする。そしてその後から、機関士の操作した主幹制御器からのノッチ指令に対応したトルクを発生すべく、トルク指令値の増大が行われるので、この時点以降において、実施例1あるいは実施例2あるいは実施例3の方法によって、牽引質量の推定動作を行う。なお、図4は時刻Tz以降、実施例2の方法によって牽引質量の推定を行う場合を示している。
In general, when a freight train is towed by a locomotive, a freight train that has stopped in a state where there is a gap between the automatic coupler between the locomotive and the freight car or between the freight cars generates traction on the locomotive. As shown in FIG. 4, the acceleration of the locomotive may vibrate greatly due to the minute relative movement between the locomotive, the freight car, and the freight car (automatic connection between the locomotive and the freight car). If there is no free space between automatic units and freight cars, that is, if the entire train is stopped in a rod-like state, the locomotive acceleration will not vibrate, but such an event will occur. Probability is not high). It is necessary to prevent the calculation accuracy of the average acceleration of the locomotive from being lowered by such acceleration vibration.
Therefore, as shown in FIG. 4, a traction force larger than the starting resistance when the maximum traction mass assumed in the locomotive is to be pulled is commanded until time T z, and the locomotive acceleration fluctuation due to the coupling gap is sufficient. To fit in. After that, the torque command value is increased in order to generate a torque corresponding to the notch command from the master controller operated by the engineer. Therefore, from this point onward, the first embodiment, the second embodiment, or the second embodiment is performed. The traction mass estimation operation is performed by the third method. FIG. 4 shows a case where the traction mass is estimated by the method of Example 2 after time T z .
実施例4の推定動作の概要を図12のフローチャートに示す。
図12において、ステップS101で起動からの経過時間が図4に示すTz以下である場合は、まだ推定動作を開始する時刻になっていないので、リターンして時間が経過するのを待つ。経過時間がTz以上である場合は推定動作を行う条件が整っているので、牽引質量推定器(A)の場合は、図1および図8、図9に示す牽引質量推定器(A)の動作によって牽引質量を推定する。牽引質量推定器(B)の場合は、図2および図10に示す牽引質量推定器(B)の動作によって牽引質量を推定する。牽引質量推定器(C)の場合は、図3および図11に示す牽引質量推定器(C)の動作によって牽引質量を推定する。
以上に述べた方法で推定牽引質量Mestjが求められると、実施例1について図13と図16を用いて説明したのと同じ方法によって、軸加速度による空転検知の閾値(A)あるいは軸加速度による空転検知の閾値(B)を求めることができる。
The outline of the estimation operation of the fourth embodiment is shown in the flowchart of FIG.
In FIG. 12, when the elapsed time from the activation in step S101 is equal to or less than T z shown in FIG. 4, it is not yet the time to start the estimation operation, so return and wait for the time to elapse. When the elapsed time is equal to or greater than T z , the conditions for performing the estimation operation are ready. Therefore, in the case of the traction mass estimator (A), the traction mass estimator (A) shown in FIGS. The traction mass is estimated by movement. In the case of the traction mass estimator (B), the traction mass is estimated by the operation of the traction mass estimator (B) shown in FIGS. In the case of the traction mass estimator (C), the traction mass is estimated by the operation of the traction mass estimator (C) shown in FIGS.
When the estimated traction mass M estj is obtained by the method described above, the threshold value (A) for detecting slipping by the axial acceleration or the axial acceleration is obtained by the same method as that described in the first embodiment with reference to FIGS. A threshold value (B) for detecting slipping can be obtained.
1 主電動機
2 速度センサ(PG)
3 PWMインバータ
4 トルク指令値発生器
5 空転検知用速度演算器
6 空転検知器
7 基準速度演算器
8 軸加速度による空転検知の閾値を演算する演算器
9 牽引質量推定器
21,22 関数発生器
23 演算器
24 最小値演算器
CA 速度センサ付ベクトル制御器
CB 速度センサレスベクトル制御器
SW1,SW2 電圧指令切換器
Mp1,Mp2 乗算器
A1,A2 加算器
1 Main motor 2 Speed sensor (PG)
3 PWM inverter 4 Torque command value generator 5 Slope detection speed calculator 6 Slope detector 7 Reference speed calculator 8 Calculator 9 that calculates the threshold of slip detection by axis acceleration Traction mass estimators 21 and 22 Function generator 23 Calculator 24 Minimum value calculator CA Vector controller with speed sensor CB Speed sensorless vector controller SW1, SW2 Voltage command switcher Mp1, Mp2 Multiplier A1, A2 Adder

Claims (4)

  1. インバータ制御電気機関車の主電動機に取り付けられた速度センサからの速度情報をもとに前記主電動機をベクトル制御する速度センサ付ベクトル制御器と、
    前記主電動機の電圧電流から演算した推定速度をもとに前記主電動機をベクトル制御する速度センサレスベクトル制御器を有し、
    車両の停止状態から起動するときに前記主電動機の速度情報をもとに前記速度センサ付ベクトル制御器によって起動・加速するとともに、前記速度センサ付ベクトル制御器によって前記インバータ制御電気機関車が起動・加速するのと同時に前記速度センサレスベクトル制御器も動作させ、
    前記インバータ制御電気機関車の速度が切換速度に達した後は、前記速度センサレスベクトル制御器によって前記主電動機を加速制御する電気車制御装置であって、
    前記切換速度に達するまでの間、速度センサレスベクトル制御器により推定された前記主電動機の推定速度と前記速度センサからの速度情報とから空転検知に用いる速度を演算する空転検知用速度演算器と、
    前記インバータ制御電気機関車が速度ゼロから起動加速制御に移行した後の予め定められた期間中における前記インバータ制御電気機関車の平均加速度と平均牽引力とから推定牽引質量を演算する牽引質量推定器と、
    推定した推定牽引質量から、機関車が最大牽引力を発揮して加速する場合の列車の速度・加速度特性を求め、これと空転検知閾値設定用定数を加算することにより求めた空転検知の閾値を設定する閾値演算器と、
    前記空転検知に用いる速度を各動輪速度とみなし、上記切換速度に達するまでは、前記動輪速度のうちの最小値を基準速度に設定してこの基準速度に対する各動輪速度の差速度と、差速度による空転検知閾値とにより空転を検知し、上記切換速度に達した後は、上記速度センサレスベクトル制御器によって演算された動輪軸加速度と上記閾値演算器により求めた閾値に基づき空転検知を行う空転検知器とを備えた
    ことを特徴とする電気車制御装置。
    A vector controller with a speed sensor that vector-controls the main motor based on speed information from a speed sensor attached to the main motor of the inverter-controlled electric locomotive;
    A speed sensorless vector controller that vector-controls the main motor based on the estimated speed calculated from the voltage and current of the main motor;
    When starting from the stop state of the vehicle, the vector controller with speed sensor is started and accelerated based on the speed information of the main motor, and the inverter-controlled electric locomotive is started and accelerated by the vector controller with speed sensor. The speed sensorless vector controller is operated simultaneously with acceleration,
    After the speed of the inverter-controlled electric locomotive reaches the switching speed, the electric vehicle control device controls acceleration of the main motor by the speed sensorless vector controller,
    A speed calculator for idling detection that computes a speed used for idling detection from the estimated speed of the main motor estimated by the speed sensorless vector controller and the speed information from the speed sensor until the switching speed is reached;
    A traction mass estimator for calculating an estimated traction mass from an average acceleration and an average traction force of the inverter control electric locomotive during a predetermined period after the inverter control electric locomotive shifts from zero speed to start acceleration control; ,
    From the estimated estimated traction mass, find the speed / acceleration characteristics of the train when the locomotive is accelerating with the maximum traction force, and set the slip detection threshold obtained by adding this and the slip detection threshold setting constant. A threshold value calculator,
    The speed used for the idling detection is regarded as each wheel speed, and until the switching speed is reached, the minimum value of the wheel speed is set as a reference speed, and the difference speed of each wheel speed with respect to the reference speed is determined. The idling detection is performed by detecting idling based on the idling detection threshold value of the wheel and detecting the idling based on the driving wheel shaft acceleration calculated by the speed sensorless vector controller and the threshold value obtained by the threshold value calculator after reaching the switching speed. An electric vehicle control device comprising:
  2. 請求項1に記載の牽引質量推定器が、
    前記インバータ制御電気機関車が速度ゼロから起動加速制御に移行した後、前記インバータ制御電気機関車の各動輪において最初の空転を検知した場合に、前記最初の空転検知時点からある一定時間遡った期間中における前記インバータ制御電気機関車の平均加速度と平均牽引力とから牽引質量を演算する牽引質量推定器である
    ことを特徴とする電気車制御装置。
    The traction mass estimator according to claim 1,
    After the inverter-controlled electric locomotive shifts from zero speed to start acceleration control, when a first idling is detected in each driving wheel of the inverter-controlled electric locomotive, a period that goes back for a certain time from the first idling detection time An electric vehicle control device comprising a traction mass estimator for calculating a traction mass from an average acceleration and an average traction force of the inverter-controlled electric locomotive.
  3. 請求項1に記載の牽引質量推定器が、
    前記インバータ制御電気機関車の各動輪が空転することのない範囲でできるだけ大きなある設定したトルク指令値τcを指令して起動加速を始めた時点以降、予め設定した時刻T0からδTだけ過去の期間中における前記インバータ制御電気機関車の平均加速度と前記トルク指令値τcとから前記インバータ制御電気機関車の牽引質量を演算する牽引質量推定器である
    ことを特徴とする電気車制御装置。
    The traction mass estimator according to claim 1,
    From the time when starting acceleration is started by commanding a set torque command value τc that is as large as possible within a range in which each driving wheel of the inverter-controlled electric locomotive does not idle, during a past period from a preset time T0 to δT The traction mass estimator for calculating the traction mass of the inverter controlled electric locomotive from the average acceleration of the inverter controlled electric locomotive and the torque command value τc.
  4. 請求項1,2または請求項3に記載の牽引質量推定器が、
    前記インバータ制御電気機関車で想定される最大牽引質量を牽引する場合の編成列車全体の出発抵抗よりも大きい牽引力を前記インバータ制御電気機関車で発生して起動した後動作することを特徴とする電気車制御装置。
    The traction mass estimator according to claim 1, 2 or 3,
    Electricity that operates after generating and starting a traction force in the inverter-controlled electric locomotive that is larger than the starting resistance of the entire train when the maximum traction mass assumed in the inverter-controlled electric locomotive is towed Car control device.
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