JP6809900B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置に関する。

電気車（車両）を駆動する電動機を制御する電気車制御装置の一例として、演算により電動機の回転速度を求めて、電動機のトルク制御を行う電気車制御装置が特許文献１に開示されている。このような電気車制御装置によれば、瞬時の速度演算値を用いて、トルク指令ＴＱｒに従い電動機を制御することができるので、高応答のトルク制御が可能となる。

図１４は、上述したような、演算により電動機の回転速度を求めて電動機の制御を行う電気車制御装置２０の構成例を示す図である。

図１４に示す電気車制御装置２０は、電力変換器２１と、電流検出器２２と、二次磁束演算部２３と、速度演算部２４と、トルク制御部２５とを備える。

電力変換器２１は、電動機１の出力電圧を指示する電圧指令Ｖ^＊がトルク制御部２５から入力され、入力された電圧指令Ｖ^＊を増幅し、増幅した電圧指令Ｖ^＊に応じた電圧ｖを電動機１に印加する。

電流検出器２２は、電動機１に流れる電流ｉを検出し、検出結果を二次磁束演算部２３、速度演算部２４およびトルク制御部２５に出力する。

二次磁束演算部２３は、トルク制御部２５により生成された電圧指令Ｖ^＊と、電流検出器２２により検出された電流ｉとに基づき、以下の式（１），（２）に従い、電動機１の二次磁束φ２を演算し、速度演算部２４に出力する。

ここで、Ｒ１は電動機１の一次抵抗であり、Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ電動機１の一次自己インダクタンス、二次自己インダクタンスであり、Ｍは相互インダクタンスである。なお、電圧指令Ｖ^＊の代わりに、電動機１に印加する電圧ｖを用いて二次磁束φ２を演算してもよい。

速度演算部２４は、電流検出器２２により検出された電流ｉと、二次磁束演算部２３により演算された二次磁束φ２とに基づき、以下の式（３）〜（５）に従い、電動機１の回転速度（演算速度ωｍｃ）を演算する。

ここで、Ｒ２は電動機１の二次抵抗である。また、ＦＡおよびＦＢは、式（１）で求められる電動機１の二次磁束φ２のａ軸成分およびｂ軸成分である。

速度演算部２４は、演算した演算速度ωｍｃをトルク制御部２５に出力する。

トルク制御部２５は、電流検出器２２により検出された電流ｉと、速度演算部２４により演算された演算速度ωｍｃとに基づき、電動機１のトルクおよび磁束が、トルク指令ＴＱｒおよび磁束指令ＦＬＵＸｒと一致するような電圧指令Ｖ^＊を生成し、電力変換器２１および二次磁束演算部２３に出力する。

特開平１１−６９８９５号公報

図１４に示す電気車制御装置２０においては、起動直後の励磁立ち上げ中で電動機１の二次磁束φ２が小さい場合、式（３），（４）の演算精度が低く、演算速度ωｍｃに演算誤差が発生しやすい。

また、電動機１の温度変動により、一次抵抗Ｒ１が変動すると、式（１）で求められる二次磁束φ２に誤差が生じ、演算速度ωｍｃにも演算誤差が発生する。特に、低速の場合には、電動機１の電圧が小さいため、二次磁束φ２や演算速度ωｍｃに大きな演算誤差が発生しやすい。

演算速度ωｍｃに演算誤差が発生すると、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒ通りに制御することができなくなり、電気車を想定通りに加減速できなくなる。また、電気車が所望の方向とは反対方向に移動する後退が起こることがある。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、電気車を駆動する電動機のトルクをトルク指令に従い制御することができる電気車制御装置を提供することにある。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置は、電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置であって、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電動機の回転速度を実速度として検出する速度センサと、前記電流検出器により検出された電流と、前記電動機の出力電圧を指示する電圧指令とに基づき、前記電動機の二次磁束を演算する二次磁束演算部と、前記電流検出器により検出された電流と、前記二次磁束演算部により演算された二次磁束とに基づき、前記電動機の演算速度を演算する速度演算部と、前記二次磁束演算部により演算された二次磁束と、前記速度センサにより検出された実速度とに基づき、重み付け量を演算する重み付け演算部と、前記速度センサにより検出された実速度と、前記速度演算部により演算された演算速度とに対して、前記重み付け演算部により演算された重み付け量に基づく重み付けを行って、前記電動機のトルク制御に用いる制御速度を演算する制御速度演算部と、前記電流検出器により検出された電流と、前記制御速度演算部により演算された制御速度とに基づき、前記電圧指令を生成するトルク制御部と、を備える。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置は、電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置であって、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電動機の回転速度を実速度として検出する速度センサと、前記電流検出器により検出された電流と、前記電動機の出力電圧を指示する電圧指令とに基づき、前記電動機の二次磁束を演算する二次磁束演算部と、前記電流検出器により検出された電流と、前記二次磁束演算部により演算された二次磁束とに基づき、前記電動機の演算速度を演算する速度演算部と、前記電圧指令と、前記速度センサにより検出された実速度とに基づき、重み付け量を演算する重み付け演算部と、前記速度センサにより検出された実速度と、前記速度演算部により演算された演算速度とに対して、前記重み付け演算部により演算された重み付け量に基づく重み付けを行って、前記電動機のトルク制御に用いる制御速度を演算する制御速度演算部と、前記電流検出器により検出された電流と、前記制御速度演算部により演算された制御速度とに基づき、前記電圧指令を生成するトルク制御部と、を備える。

また、本発明に係る電気車制御装置において、前記重み付け演算部は、前記二次磁束演算部により演算された二次磁束に基づき、第１の重み付け量を演算する第１の演算部と、前記速度センサにより検出された実速度に基づき、第２の重み付け量を演算する第２の演算部と、前記第１の演算部により演算された第１の重み付け量および前記第２の演算部により演算された第２の重み付け量のうち、大きい方を前記重み付け量として選択する重み付け選択部と、を備えることが望ましい。

また、本発明に係る電気車制御装置において、前記重み付け演算部は、前記電圧指令に基づき、第１の重み付け量を演算する第１の演算部と、前記速度センサにより検出された実速度に基づき、第２の重み付け量を演算する第２の演算部と、前記第１の演算部により演算された第１の重み付け量および前記第２の演算部により演算された第２の重み付け量のうち、大きい方を前記重み付け量として選択する重み付け選択部と、を備えることが望ましい。

本発明に係る電気車制御装置によれば、電気車を駆動する電動機のトルクをトルク指令に従い制御することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示す図である。 図１に示す重み付け演算部の構成例を示す図である。 二次磁束の大きさと二次磁束重み付け量との関係の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示す図である。 図４に示す重み付け演算部の構成例を示す図である。 電圧指令の大きさと電圧重み付け量との関係の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示す図である。 図７に示す重み付け演算部の構成例を示す図である。 電動機の実速度と速度重み付け量との関係の一例を示す図である。 図７に示す制御速度演算部による制御速度の演算例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示す図である。 図１１に示す重み付け演算部の構成例を示す図である。 図１１に示す制御速度演算部による制御速度の演算例を示す図である。 従来の電気車制御装置の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気車制御装置１０の構成例を示す図である。

図１に示す電気車制御装置１０は、電気車を駆動する電動機１のトルク制御を行うものであり、電力変換器１１と、電流検出器１２と、二次磁束演算部１３と、速度演算部１４と、速度センサ１５と、重み付け演算部１６と、制御速度演算部１７と、トルク制御部１８とを備える。

電力変換器１１は、電動機１の出力電圧を指示する電圧指令Ｖ^＊がトルク制御部１８から入力され、入力された電圧指令Ｖ^＊を増幅し、増幅した電圧指令Ｖ^＊に応じた電圧ｖを電動機１に印加する。

電流検出器１２は、電動機１に流れる電流ｉを検出し、検出結果を二次磁束演算部１３、速度演算部１４およびトルク制御部１８に出力する。

二次磁束演算部１３は、電圧指令Ｖ^＊と、電流検出器２２により検出された電流ｉとに基づき、上述した式（１），（２）に従い、電動機１の二次磁束φ２を演算し、速度演算部１４および重み付け演算部１６に出力する。

速度演算部１４は、電流検出器１２により検出された電流ｉと、二次磁束演算部２３により演算された二次磁束φ２とに基づき、上述した式（３）〜（５）に従い、電動機１の回転速度（演算速度ωｍｃ）を演算し、制御速度演算部１７に出力する。

速度センサ１５は、電動機１の回転速度を検出し、検出結果を実速度ωｐｇとして制御速度演算部１７に出力する。

重み付け演算部１６は、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２に基づき、演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇに対する重み付け量である二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１を演算し、制御速度演算部１７に出力する。

図２は、重み付け演算部１６の構成例を示す図である。

図２に示す重み付け演算部１６は、二次磁束大きさ演算部１６１と、重み付け量演算部１６２とを備える。

二次磁束大きさ演算部１６１は、電動機１の二次磁束φ２の大きさφ２ｖｏｌを演算し、重み付け量演算部１６２に出力する。

重み付け量演算部１６２は、二次磁束大きさ演算部１６１により演算された二次磁束φ２の大きさφ２ｖｏｌに基づき、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１を演算する。重み付け量演算部１６２は、例えば、図３に示すように、φ２ｖｏｌ＜φ２ｖ１の場合には、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１を１とし、φ２ｖｏｌ＞φ２ｖ２（≧φ２ｖ１）の場合には、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１を０とし、φ２ｖ１≦φ２ｖｏｌ≦φ２ｖ２の場合には、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１を０〜１の間で、φ２ｖｏｌが大きい程、小さい値とする。

重み付け量演算部１６２は、演算した二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１を制御速度演算部１７に出力する。

図１を再び参照すると、制御速度演算部１７は、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃと、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、重み付け演算部１６により演算された二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１とに基づき、以下の式（６）に従い、トルク制御に用いられる制御速度ωｍを演算する。

式（６）に示すように、制御速度演算部１７は、実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃに対して、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する。制御速度演算部１７は、演算した制御速度ωｍをトルク制御部１８に出力する。

トルク制御部１８は、電流検出器１２により検出された電流ｉと、制御速度演算部１７により演算された制御速度ωｍとに基づき、電動機１のトルクおよび磁束が、トルク指令ＴＱｒおよび磁束指令ＦＬＵＸｒと一致するような電圧指令Ｖ^＊を生成し、電力変換器１１および二次磁束演算部１３に出力する。

図３に示したように、φ２ｖｏｌ＜φ２ｖ１の場合には、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１は１となり、制御速度ωｍは実速度ωｐｇとなる。また、φ２ｖ２＜φ２ｖｏｌの場合には、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１は０となり、制御速度ωｍは演算速度ωｍｃとなる。このように、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１に基づき、演算速度ωｍｃと実速度ωｐｇとに対して重み付けを行うことで、二次磁束φ２の大きさに基づき、制御速度ωｍに対する演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇの寄与度を制御することができる。そのため、二次磁束φ２が小さい場合には、大きな演算誤差を含む可能性のある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、二次磁束φ２が大きい場合には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

このように本実施形態においては、電気車制御装置１０は、電動機１に流れる電流ｉを検出する電流検出器１２と、電動機１の回転速度を実速度ωｐｇとして検出する速度センサ１５と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、電動機１の電圧指令Ｖ^＊とに基づき、電動機１の二次磁束φ２を演算する二次磁束演算部１３と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２とに基づき、電動機１の演算速度ωｍｃを演算する速度演算部１４と、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２に基づき、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１を演算する重み付け演算部１６と、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃとに対して、重み付け演算部１６により演算された二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する制御速度演算部１７と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、制御速度演算部１７により演算された制御速度ωｍとに基づき、電圧指令Ｖ^＊を生成するトルク制御部１８とを備える。

実速度ωｐｇと演算速度ωｍｃとに対して、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算し、制御速度ωｍを用いて電圧指令Ｖ^＊を生成することで、二次磁束φ２の大きさに基づき、制御速度ωｍに対する実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃの寄与度を制御することができる。そのため、二次磁束φ２が小さい場合には、大きな演算誤差を含む可能性のある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、二次磁束φ２が大きい場合には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電気車制御装置１０Ａの構成例を示す図である。図４において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図４に示す電気車制御装置１０Ａは、図１に示す電気車制御装置１０と比較して、重み付け演算部１６を重み付け演算部１６Ａに変更した点と、制御速度演算部１７を制御速度演算部１７Ａに変更した点とが異なる。なお、本実施形態においては、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２は、速度演算部１４にのみ出力される。また、トルク制御部１８により生成された電圧指令Ｖ^＊は、電力変換器１１および二次磁束演算部１３に加えて、重み付け演算部１６Ａにも出力される。

重み付け演算部１６Ａは、トルク制御部１８により生成された電圧指令Ｖ^＊に基づき、演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇに対する重み付け量である電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を演算し、制御速度演算部１７Ａに出力する。

図５は、重み付け演算部１６Ａの構成例を示す図である。

図５に示す重み付け演算部１６Ａは、電圧大きさ演算部１６３と、重み付け量演算部１６４とを備える。

電圧大きさ演算部１６３は、電圧指令Ｖ^＊の大きさＶｖｏｌを演算し、重み付け量演算部１６４に出力する。

重み付け量演算部１６４は、電圧大きさ演算部１６３により演算された電圧指令Ｖ^＊の大きさＶｖｏｌに基づき、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を演算する。重み付け量演算部１６４は、例えば、図６に示すように、Ｖｖｏｌ＜Ｖｖ１の場合には、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を１とし、Ｖｖｏｌ＞Ｖｖ２（≧Ｖｖ１）の場合には、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を０とし、Ｖｖ１≦Ｖｖｏｌ≦Ｖｖ２の場合には、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を０〜１の間で、Ｖｖｏｌが大きい程、小さい値とする。

重み付け量演算部１６４は、演算した電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を制御速度演算部１７Ａに出力する。

図４を再び参照すると、制御速度演算部１７Ａは、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃと、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、重み付け演算部１６Ａにより演算された電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２とに基づき、以下の式（７）に従い、制御速度ωｍを演算する。

式（７）に示すように、制御速度演算部１７Ａは、実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃに対して、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する。制御速度演算部１７Ａは、演算した制御速度ωｍをトルク制御部１８に出力する。

図６に示したように、Ｖｖｏｌ＜Ｖｖ１の場合には、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２は１となり、制御速度ωｍは実速度ωｐｇとなる。また、Ｖｖ２＜Ｖｖｏｌの場合には、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２は０となり、制御速度ωｍは演算速度ωｍｃとなる。このように、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２に基づき、演算速度ωｍｃと実速度ωｐｇとに対して重み付けを行うことで、制御速度ωｍに対する演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇの寄与度を制御することができる。そのため、電圧指令Ｖ^＊の大きさＶｖｏｌが小さい場合（電動機１の電圧が小さい場合）には、大きな演算誤差を含む可能性ある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、電圧指令Ｖ^＊の大きさＶｖｏｌが大きい場合（電動機１の電圧が大きい場合）には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

このように本実施形態においては、電気車制御装置１０Ａは、電動機１に流れる電流ｉを検出する電流検出器１２と、電動機１の回転速度を実速度ωｐｇとして検出する速度センサ１５と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、電動機１の電圧指令Ｖ^＊とに基づき、電動機１の二次磁束φ２を演算する二次磁束演算部１３と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２とに基づき、電動機１の演算速度ωｍｃを演算する速度演算部１４と、電圧指令Ｖ^＊に基づき、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を演算する重み付け演算部１６Ａと、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃとに対して、重み付け演算部１６Ａにより演算された電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する制御速度演算部１７Ａと、電流検出器１２により検出された電流ｉと、制御速度演算部１７Ａにより演算された制御速度ωｍとに基づき、電圧指令Ｖ^＊を生成するトルク制御部１８とを備える。

実速度ωｐｇと演算速度ωｍｃとに対して、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算し、制御速度ωｍを用いて電圧指令Ｖ^＊を生成することで、電圧指令Ｖ^＊の大きさに基づき、制御速度ωｍに対する実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃの寄与度を制御することができる。そのため、電圧指令Ｖ^＊が小さい（電動機１の電圧が小さい）場合には、大きな演算誤差を含む可能性のある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、電圧指令Ｖ^＊が大きい（電動機１の電圧が大きい）場合には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｂの構成例を示す図である。図７において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図７に示す電気車制御装置１０Ｂは、図１に示す電気車制御装置１０と比較して、重み付け演算部１６を重み付け演算部１６Ｂに変更した点と、制御速度演算部１７を制御速度演算部１７Ｂに変更した点とが異なる。なお、本実施形態においては、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇは、重み付け演算部１６Ｂおよび制御速度演算部１７Ｂに入力される。

重み付け演算部１６Ｂは、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２と、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇとに基づき、演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇに対する重み付け量である速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４を演算し、制御速度演算部１７Ｂに出力する。

図８は、重み付け演算部１６Ｂの構成例を示す図である。図８において、図２と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図８に示す重み付け演算部１６Ｂは、図２に示す重み付け演算部１６と比較して、絶対値演算部１６５と、重み付け量演算部１６６と、重み付け選択部１６７とを追加した点が異なる。

絶対値演算部１６５は、実速度ωｐｇの絶対値である絶対値速度ωｐｇｖを演算し、重み付け量演算部１６６に出力する。

重み付け量演算部１６６は、絶対値演算部１６５により演算された絶対値速度ωｐｇｖに基づき、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３を演算する。重み付け量演算部１６６は、例えば、図９に示すように、ωｐｇｖｌ＜ω１の場合には、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３を１とし、ωｐｇｖ＞ω２（≧ω１）の場合には、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３を０とし、ω１≦ωｐｇｖ≦ω２の場合には、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３を０〜１の間で、ωｐｇｖが大きい程、小さい値とする。

重み付け量演算部１６６は、演算した速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３を重み付け選択部１６７に出力する。

すなわち、本実施形態に係る重み付け演算部１６Ｂは、二次磁束大きさ演算部１６１および重み付け量演算部１６２を有し、二次磁束φ２に基づき二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１（第１の重み付け量）を演算する演算部２０１（第１の演算部）と、絶対値演算部１６５および重み付け量演算部１６６を有し、実速度ωｐｇに基づき速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３（第２の重み付け量）を演算する演算部２０２（第２の演算部）とを有する。

重み付け選択部１６７は、重み付け量演算部１６２により演算された二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１および重み付け量演算部１６６により演算された速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３のうち、大きい方を速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４として選択し、制御速度演算部１７Ｂに出力する。二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１と速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３とが同じである場合には、重み付け選択部１６７は、いずれか一方を速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４として選択し、制御速度演算部１７Ｂに出力する。

図７を再び参照すると、制御速度演算部１７Ｂは、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃと、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、重み付け演算部１６Ｂにより演算された速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４とに基づき、以下の式（８）に従い、制御速度ωｍを演算する。

式（８）に示すように、制御速度演算部１７Ｂは、実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃに対して、速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する。制御速度演算部１７Ｂは、演算した制御速度ωｍをトルク制御部１８に出力する。

図３に示したように、φ２ｖｏｌ＜φ２ｖ１の場合には、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１は１となり、φ２ｖ２＜φ２ｖｏｌの場合には、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１は０となる。また、図９に示したように、ωｐｇｖｌ＜ω１の場合には、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３は１となり、ωｐｇｖ＞ω２の場合には、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３は０となる。

重み付け選択部１６７は、二次磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ１および速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３のうち、大きい方を速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４として選択する。そして、制御速度演算部１７Ｂは、式（８）に従い、制御速度ωｍを演算する。

したがって、図１０に示すように、φ２ｖｏｌ＜φ２ｖ１であれば、絶対値速度ωｐｇｖの大きさに関わりなく、ωｍ＝ωｐｇとなる。すなわち、二次磁束φ２が小さい場合には、実速度ωｐｇが制御速度ωｍとして用いられる。また、ωｐｇｖ＜ω１であれば、二次磁束φ２の大きさφ２ｖｏｌに関わりなく、ωｍ＝ωｐｇとなる。すなわち、電動機１の速度（回転速度）が低速である場合には、実速度ωｐｇが制御速度ωｍとして用いられる。また、φ２ｖ２＜φ２ｖｏｌであり、かつ、ω２＜ωｐｇｖである場合には、すなわち、電動機１の二次磁束φ２が大きく、かつ、電動機１の速度が高速である場合には、演算速度ωｍｃが制御速度ωｍとして用いられる。

このように、速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４に基づき、演算速度ωｍｃと実速度ωｐｇとに対して重み付けを行うことで、二次磁束φ２の大きさおよび電動機１の速度に基づき、制御速度ωｍに対する演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇの寄与度を制御することができる。そのため、二次磁束φ２が小さい、あるいは、電動機１の速度が低速である場合には、大きな演算誤差を含む可能性のある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、二次磁束φ２が大きく、かつ、電動機１の速度が高速である場合には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

このように本実施形態においては、電気車制御装置１０Ｂは、電動機１に流れる電流ｉを検出する電流検出器１２と、電動機１の回転速度を実速度ωｐｇとして検出する速度センサ１５と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、電動機１の電圧指令Ｖ^＊とに基づき、電動機１の二次磁束φ２を演算する二次磁束演算部１３と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２とに基づき、電動機１の演算速度ωｍｃを演算する速度演算部１４と、二次磁束φ２と、実速度ωｐｇとに基づき、速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４を演算する重み付け演算部１６Ｂと、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃとに対して、重み付け演算部１６Ｂにより演算された速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する制御速度演算部１７Ｂと、電流検出器１２により検出された電流ｉと、制御速度演算部１７Ｂにより演算された制御速度ωｍとに基づき、電圧指令Ｖ^＊を生成するトルク制御部１８とを備える。

実速度ωｐｇと演算速度ωｍｃとに対して、速度磁束重み付け量ｗｅｉｇｈｔ４に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算し、制御速度ωｍを用いて電圧指令Ｖ^＊を生成することで、二次磁束φ２および実速度ωｐｇの大きさに基づき、制御速度ωｍに対する実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃの寄与度を制御することができる。そのため、二次磁束φ２が小さい、あるいは、電動機１の速度が低速である場合には、大きな演算誤差を含む可能性のある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、二次磁束φ２が大きく、かつ、電動機１の速度が高速である場合には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｃの構成例を示す図である。図１１において、図４と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図１１に示す電気車制御装置１０Ｃは、図４に示す電気車制御装置１０Ａと比較して、重み付け演算部１６Ａを重み付け演算部１６Ｃに変更した点と、制御速度演算部１７Ａを制御速度演算部１７Ｃに変更した点とが異なる。なお、本実施形態においては、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇは、重み付け演算部１６Ｃおよび制御速度演算部１７Ｃに入力される。

重み付け演算部１６Ｃは、トルク制御部１８により生成された電圧指令Ｖ^＊と、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇとに基づき、演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇに対する重み付け量である速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５を演算し、制御速度演算部１７Ｃに出力する。

図１２は、重み付け演算部１６Ｃの構成例を示す図である。図１２において、図５，８と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図１２に示す重み付け演算部１６Ｃは、図５に示す重み付け演算部１６Ａと比較して、絶対値演算部１６５と、重み付け量演算部１６６と、重み付け選択部１６８とを追加した点が異なる。

絶対値演算部１６５は、第３の実施形態と同様に、実速度ωｐｇの絶対値である絶対値速度ωｐｇｖを演算し、重み付け量演算部１６６に出力する。

重み付け量演算部１６６は、第３の実施形態と同様に、絶対値演算部１６５により演算された絶対値速度ωｐｇｖに基づき、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３を演算し、重み付け選択部１６８に出力する。

すなわち、本実施形態に係る重み付け演算部１６Ｃは、電圧大きさ演算部１６３および重み付け量演算部１６４を有し、電圧指令Ｖ^＊に基づき電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２（第１の重み付け量）を演算する演算部２０３（第１の演算部）と、絶対値演算部１６５および重み付け量演算部１６６を有し、実速度ωｐｇに基づき速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３（第２の重み付け量）を演算する演算部２０４（第２の演算部）とを有する。

重み付け選択部１６８は、重み付け量演算部１６４により演算された電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２および重み付け量演算部１６６により演算された速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３のうち、大きい方を速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５として選択し、制御速度演算部１７Ｂに出力する。電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２と速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３とが同じである場合には、重み付け選択部１６７は、いずれか一方を速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５として選択し、制御速度演算部１７Ｃに出力する。

図１１を再び参照すると、制御速度演算部１７Ｃは、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃと、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、重み付け演算部１６Ｃにより演算された速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５とに基づき、以下の式（９）に従い、制御速度ωｍを演算する。

式（９）に示すように、制御速度演算部１７Ｃは、実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃに対して、速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する。制御速度演算部１７Ｃは、演算した制御速度ωｍをトルク制御部１８に出力する。

図６に示したように、Ｖｖｏｌ＜Ｖｖ１の場合には、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２は１となり、Ｖｖｏｌ＞Ｖｖ２の場合には、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２は０となる。また、図９に示したように、ωｐｇｖｌ＜ω１の場合には、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３は１となり、ωｐｇｖ＞ω２の場合には、速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３は０となる。

重み付け選択部１６８は、電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２および速度重み付け量ｗｅｉｇｈｔ３のうち、大きい方を速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５として選択する。そして、制御速度演算部１７Ｂは、式（９）に従い、制御速度ωｍを演算する。

したがって、図１３に示すように、Ｖｖｏｌ＜Ｖｖ１であれば、絶対値速度ωｐｇｖの大きさに関わりなく、ωｍ＝ωｐｇとなる。すなわち、電圧指令Ｖ^＊（電動機１の電圧）が小さい場合には、実速度ωｐｇが制御速度ωｍとして用いられる。また、ωｐｇｖ＜ω１であれば、電圧指令Ｖ^＊（電動機１の電圧）の大きさに関わりなく、ωｍ＝ωｐｇとなる。すなわち、電動機１の速度が低速である場合には、実速度ωｐｇが制御速度ωｍとして用いられる。また、Ｖｖ２＜Ｖｖｏｌであり、かつ、ω２＜ωｐｇｖである場合には、すなわち、電圧指令Ｖ^＊（電動機１の電圧）が大きく、かつ、電動機１の速度が高速である場合には、演算速度ωｍｃが制御速度ωｍとして用いられる。

このように、速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５に基づき、演算速度ωｍｃと実速度ωｐｇとに対して重み付けを行うことで、電圧指令Ｖ^＊（電動機１の電圧）の大きさおよび電動機１の速度に基づき、制御速度ωｍに対する演算速度ωｍｃおよび実速度ωｐｇの寄与度を制御することができる。そのため、電圧指令Ｖ^＊（電動機１の電圧）、あるいは、電動機１の速度が低速である場合には、大きな演算誤差を含む可能性のある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、電圧指令Ｖ^＊（電動機１の電圧）が大きく、かつ、電動機１の速度が高速である場合には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

このように本実施形態においては、電気車制御装置１０Ｃは、電動機１に流れる電流ｉを検出する電流検出器１２と、電動機１の回転速度を実速度ωｐｇとして検出する速度センサ１５と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、電動機１の電圧指令Ｖ^＊とに基づき、電動機１の二次磁束φ２を演算する二次磁束演算部１３と、電流検出器１２により検出された電流ｉと、二次磁束演算部１３により演算された二次磁束φ２とに基づき、電動機１の演算速度ωｍｃを演算する速度演算部１４と、電圧指令Ｖ^＊と、実速度ωｐｇとに基づき、速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５を演算する重み付け演算部１６Ｃと、速度センサ１５により検出された実速度ωｐｇと、速度演算部１４により演算された演算速度ωｍｃとに対して、重み付け演算部１６Ｃにより演算された速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算する制御速度演算部１７Ｃと、電流検出器１２により検出された電流ｉと、制御速度演算部１７Ｃにより演算された制御速度ωｍとに基づき、電圧指令Ｖ^＊を生成するトルク制御部１８とを備える。

実速度ωｐｇと演算速度ωｍｃとに対して、速度電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ５に基づく重み付けを行って制御速度ωｍを演算し、制御速度ωｍを用いて電圧指令Ｖ^＊を生成することで、電圧指令Ｖ^＊（電動機１の電圧）および実速度ωｐｇの大きさに基づき、制御速度ωｍに対する実速度ωｐｇおよび演算速度ωｍｃの寄与度を制御することができる。そのため、電圧指令Ｖ^＊が小さい、あるいは、電動機１の速度が低速である場合には、大きな演算誤差を含む可能性のある演算速度ωｍｃを用いることなく（あるいは演算速度ωｍｃの寄与を小さくし）、実速度ωｐｇを用いたトルク制御により、電動機１のトルクをトルク指令ＴＱｒに従い制御することができる。また、電圧指令Ｖ^＊が大きく、かつ、電動機１の速度が高速である場合には、瞬時の速度演算値（演算速度ωｍｃ）を用いたトルク制御により、高応答のトルク制御が可能となる。

なお、上述した各実施形態では、二次磁束φや電圧重み付け量ｗｅｉｇｈｔ２を電圧指令Ｖ^＊に基づき演算する例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、電動機１に印加する電圧ｖを用いてもよい。

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 電気車制御装置
１１ 電力変換器
１２ 電流検出器
１３ 二次磁束演算部
１４ 速度演算部
１５ 速度センサ
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 重み付け演算部
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 制御速度演算部
１８ トルク制御部
１６１ 二次磁束大きさ演算部
１６２，１６４，１６６ 重み付け量演算部
１６３ 電圧大きさ演算部
１６５ 絶対値演算部
１６７，１６８ 重み付け選択部
２０１，２０２，２０２，２０４ 処理部

Claims (4)

1. 電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置であって、
   前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電動機の回転速度を実速度として検出する速度センサと、
   前記電流検出器により検出された電流と、前記電動機の出力電圧を指示する電圧指令とに基づき、前記電動機の二次磁束を演算する二次磁束演算部と、
   前記電流検出器により検出された電流と、前記二次磁束演算部により演算された二次磁束とに基づき、前記電動機の演算速度を演算する速度演算部と、
   前記二次磁束演算部により演算された二次磁束と、前記速度センサにより検出された実速度とに基づき、重み付け量を演算する重み付け演算部と、
   前記速度センサにより検出された実速度と、前記速度演算部により演算された演算速度とに対して、前記重み付け演算部により演算された重み付け量に基づく重み付けを行って、前記電動機のトルク制御に用いる制御速度を演算する制御速度演算部と、
   前記電流検出器により検出された電流と、前記制御速度演算部により演算された制御速度とに基づき、前記電圧指令を生成するトルク制御部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。
2. 電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置であって、
   前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電動機の回転速度を実速度として検出する速度センサと、
   前記電流検出器により検出された電流と、前記電動機の出力電圧を指示する電圧指令とに基づき、前記電動機の二次磁束を演算する二次磁束演算部と、
   前記電流検出器により検出された電流と、前記二次磁束演算部により演算された二次磁束とに基づき、前記電動機の演算速度を演算する速度演算部と、
   前記電圧指令と、前記速度センサにより検出された実速度とに基づき、重み付け量を演算する重み付け演算部と、
   前記速度センサにより検出された実速度と、前記速度演算部により演算された演算速度とに対して、前記重み付け演算部により演算された重み付け量に基づく重み付けを行って、前記電動機のトルク制御に用いる制御速度を演算する制御速度演算部と、
   前記電流検出器により検出された電流と、前記制御速度演算部により演算された制御速度とに基づき、前記電圧指令を生成するトルク制御部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。
3. 請求項１に記載の電気車制御装置において、
   前記重み付け演算部は、
   前記二次磁束演算部により演算された二次磁束に基づき、第１の重み付け量を演算する第１の演算部と、
   前記速度センサにより検出された実速度に基づき、第２の重み付け量を演算する第２の演算部と、
   前記第１の演算部により演算された第１の重み付け量および前記第２の演算部により演算された第２の重み付け量のうち、大きい方を前記重み付け量として選択する重み付け選択部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。
4. 請求項２に記載の電気車制御装置において、
   前記重み付け演算部は、
   前記電圧指令に基づき、第１の重み付け量を演算する第１の演算部と、
   前記速度センサにより検出された実速度に基づき、第２の重み付け量を演算する第２の演算部と、
   前記第１の演算部により演算された第１の重み付け量および前記第２の演算部により演算された第２の重み付け量のうち、大きい方を前記重み付け量として選択する重み付け選択部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。

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