JPH0479783A - リニアシンクロナスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、リニアシンクロナスモータの制ａ装置、特
に超電導磁気浮上式鉄道の車両駆動制御に好適なリニア
シンクロナスモータの制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 超電導磁気浮上式鉄道の車両の推進には、第３図に示す
ように、車両（１）に超電導磁石を界磁（１ａ）として
搭載し、軌道側に電機子コイル（２）を設置したリニア
シンクロナスモータ（ＬＳＭ）が有用である。このＬＳ
Ｍの駆動制御システムは、従来、同図に示すような構成
のものが用いられている。このＬＳＭを駆動するには、
界磁に同期して電機子コイルに正弦波等の電流を通電す
ればよく、その推力の調節は電流値を制御することによ
り行なわれる。

車両（１）に搭載した界磁（１ａ）と軌道側に設置した
電機子コイル（２）との相対位置の検出は、位置検出器
（３）で行なわれる。位置検出器（３）は、たとえば電
機子コイル（２）のポールピッチ単位で設置された被検
出板を光学的に検出する装置、または電機子コイル（２
）のボールピッチ単位で交差して配置された交差誘導線
を利用した位置検出装置、または界磁の移動により電機
子コイル（２）に誘起される誘起電圧を検出する装置な
と、周知の位置検出信号か使用されている。

このような位置検出器（３）で検出した位置検出信号Ｐ
ｄを速度演算器（４）で演算し車両の実速度を求め、こ
の実速度を比較器（５）で速度指令Ｖｒと比較する。そ
の結果得られる速度偏差出力Ｑ１を小さくするべく、速
度制御装置（６）で電機子コイル（２）に通電する電流
の大きさ、すなわち電流振幅を演算する。この電流振幅
は、通常、電流リミッタ（７）で正側および負側の電流
振幅の最大値を制限し、ＬＳＭの加速力および減速力を
制限して車両の乗り心地を損なわないようにしている。

一方、正弦波パターン発生器（８）は、位置検出信号Ｐ
ｃｌに同期した正弦波パターンＰｓを作成する同期型発
振器であり、たとえば位相比較器、低域フィルタ、直流
増幅器、およびＶＣＯ（電圧制御発振器）からなるＰＬ
Ｌ　（フェーズロックドループ）回路で構成するのか簡
単、かつ−船釣である。

この位置検出信号Ｐｄに同期した正弦波パターンＰｓに
かけ算器（９）で前述の電流振幅を掛け合わせ、電機子
コイル（２）に流すべき電流パタンＰｉを作成する。こ
の電流パターンＰｉは、位置検出信号Ｐｄに同期し、か
つ車両駆動のために必要な推力に対応した振幅を持つも
のである。

この電流パターンＰｉは比較器（１０）を介して電流制
御器（１１）に入力される。電流制御器（１１）の出力
は、たとえば多重ＧＴＯ（ケートターンオフサイリスタ
）インバータなどからなる電力変換器（１２）を制御し
、その出力を電流検出器（１３）を経由して電機子コイ
ル（２）に供給するようになっている。電流制御器（１
１）は、電流検出器（１３）で検出した電機子コイル電
流Ｉｄと電流パターンＰｉ　とを比較器（１０）で比較
して得られた偏差を小さくするように電力変換器（１２
）を制御し、電流パターンＰ１に追従した電流を電機子
コイル（２）に通電する働きをする。車両は、この電機
子コイル電流１ｄと車両上の界磁（１ａ）との電磁作用
により推力を得て走行する。なお、これらの制御の概要
は、［第１６回鉄道におけるサイバネティクス利用国内
シンポジウム論文集」４７７〜４８０ベーンに記載され
ている。

［発明か解決しようとする課題］ 従来のリニアシンクロナスモータ（ＬＳＭ）の制御装置
は、以上のようなシステム構成になっており、この場合
に最終的に制御するべき瓜は車両の速度である。目標速
度に速やかに到達し、目標速度との偏差をできるたけ小
さくするためには、適切な推力、すなわち電流値でＬＳ
Ｍを運転する必要がある。そのために従来の装置では、
速度指令Ｖｒと速度演算結果とを比較してその偏差を小
さくするように電流値を調節していたので、車両の速度
か速度演算器の精度に大きく左右されるという問題点を
有していた。

速度制御の応答を速くし、かつ速度偏差を小さくするた
めには、速度制御装置の利得を大きくとる必要があるが
、このように速度演算装置の利得を大きくとった場合、
速度演算器に演算バラツキを生しると電流値か変動し、
車両に推力脈動か生じて乗り心地か悪化する。

一方、この演算バラツキの影響を少なくするように速度
制御装置の利得を下げると、速度制御の応答か悪化し、
かつ速度偏差か増大してしまう。

このように、速度偏差に基づいて電流パターンＰｉを設
定する従来の方法では、リニアシンクロナスモータで駆
動する車両の速度制御の追従性と速度制御精度の両方を
満足させることか困難であるという問題点かあった。従
って、上記問題点を解消しなければならないという課題
かある。

発明の目的 この発明は、上記課題を解決するためになされたもので
、従来に比べ速度制御の追従性および精度を改善でき、
フィードハック補償器の利得を下げた状態で従来と同等
の速度制御特性を得ることができ、また、フィードバッ
ク補償器の利得を大きくすることなく連応性を得ること
かできるリニアシンクロナスモータの制御装置を得るこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るリニアシンクロナスモータの制御装置は
、界磁と電機子コイルからなるリニアシンクロナスモー
タを駆動制御するものであって、前記界磁と電機子コイ
ルとの相対位置を検出する位置検出器と、前記位置検出
器によって検出される位置検出信号に基づきリニアシン
クロナスモタの実速度と実位置とを演算する速度位置演
算器と、リニアシンクロナスモータに対する速度指令と
前記実速度とに基づき第１のフィードバック補償量を求
める第１のフィードバック補償器と、前記速度指令を積
分して得られる位置指令と前記実位置情報とに基づき第
２のフィードバック補償量を求める第２のフィードバッ
ク補償器と、前記第１と第２のフィードバック補償量を
加算する第１の加算器とを備えている。

また、前記速度指令または実速度を入力し加速度指令ま
たは加速度を演算しこの加速度指令または加速度に基づ
く第１のフィードフォワード補償量を求める第１のフィ
ードフォワード補償器と、前記速度指令または実速度に
基づく第２のワイドフォワード補償量を求める第２のフ
ィードフォワード補償器と、前記位置指令または実位置
に基づく第３のフィードフォワード補償器を求める第３
のフィードフォワード補償器とを備えている。

さらに、前記第１の加算器の出力と前記第１、第２およ
び第３のフィードフォワード補償量とを加算する第２の
加算器と、前記第２の加算器の出力を正側および負側か
予め設定した最大値以下になるように制御した電機子コ
イル電流振幅を得る電流リミッタと、前記位置検出信号
に同期して電機子コイルに通電する電流の波形パターン
を作成する正弦波パターン発生器と、前記電機子コイル
電流振幅と正弦波パターン発生器出力とを掛け合わせて
電流パターンを求めるかけ算器とを備え、このかけ算器
が出力する電流パターンに基づいて電機子コイル電流を
制御するようにしたものである。

［作用コ この発明によるリニアシンクロナスモータの制御装置は
、速度指令と実速度たけてなく、速度指令を積分して得
られる位置指令と実位置を用いてフィードバック補償器
を構成するとともに、加速度指令、速度指令および位置
指令に基づきそれぞれフィードフォワード補償器を構成
することにより、前記各補償器で速度制御の追従性およ
び速度制御精度を分担できる。したかって、従来に比べ
速度制御の追従性および精度を改善でき、フィトバック
補償器の利得を下げた状態でも従来と同等の速度制御特
性を得ることか可能である。また、フィードフォワード
補償器を設けた構成により、フィードバック補償器の利
得を大きくすることなく連応性を得ることができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明によるリニアシンクロナスモータの制御
装置の一実施例を示すブロック図である。（２］）は、
位置検出器（３）により検出された車両位置の検出信号
Ｐｄを演算処理することにより実速度Ｖｉと実位置Ｐｔ
の信号を発生する速度位置演算器である。実速度Ｖｔは
、比較器（２２）において速度指令Ｖｒと比較され、そ
の結果得られた速度偏差出力Ｑ１は速度補償器（２３）
に入力される。また、実速度■ｔは速度フィードバック
補償器（２４）において演算処理され、その出力は速度
補償器（２３）の出力とともに比較器（２５）において
比較され、比較出力Ｑ２を出力するようになっている。

（２６）は、速度指令Ｖｒを積分演算することにより位
置指令Ｘｒを出力する積分器であり、その出力である位
置指令Ｘｒと実位置ｐｔとは、比較器（２７）で比較さ
れ、その出力Ｑ３は位置補償器（２８）を介して比較器
（２９）に入力され、位置フィードバック補償器（３０
）の出力信号と比較される。比較器（２９）の出力Ｑ４
は、加算器（３１）において比較器（２５）の出力Ｑ２
と加算され、出力Ｑ５が出力される構成となっている。

速度補償器（２３）、速度フィート／＼ツク袖償器（２
４）および比較器（２２）、　　（２５）から構成され
る第１のフィート／＜ツク補償器（３２）は、速度指令
Ｖｒと実速度Ｖｔとを入力として車両速度に対する補償
値Ｑ２を出力する。また、位置補償器（２８）、位置フ
ィートノ・ツク補償器（３０）、比較器（２７）、　　
（２９）から構成される第２のフィードバック補償器（
３３）は、位置指令Ｘｒと実位置信号Ｐｉとを入力とし
補償値Ｑ４を出力する。

（３４）は、速度指令Ｖｒから加速度指令Ａｒを演算し
、この加速度指令Ａｒに基つくフィードフォワード補償
Ｐｉ　Ｆ　１を求める第１のフィードフォワード補償器
、（３５）は、速度指令Ｖｒに基づくフィードフォワー
ド補償量Ｆ　２を求める第２のフィードフォワード補償
器、（３６）は、位置指令Ｘｒに基づくフィードフォワ
ード補償ＨＦ　３を求める第３のフィードフォワード補
償器である。

フィードバック補償ｍＱ５とフィードフォワード補償器
Ｆｌ、Ｆ２　、Ｆ３は、加算器（３７）で加算され、電
機子コイル電流振幅Ｑ６が出力される。

さらにこの電機子コイル電流振幅Ｑ６は電流リミッタ（
７）に入力され、それ以降、既に説明した従来の装置と
同様の構成を経て、電機子コイル（２）を駆動するよう
になっている。

次に動作について説明する。

位置検出器（３）で検出された位置検出信号Ｐｄは速度
位置演算器（２１）で演算処理され、車両（１）の実速
度Ｖｔと実位置Ｐｔを表す信号として出力される。また
、第１のフィードバック補償器（３２）は速度補償器（
２３）と速度フィードバック補償器（２４）および比較
器（２２）。

（２５）から構成され、速度指令Ｖｒに対する実速度Ｖ
ｔの応答と、外乱（図示せず）に対する実速度Ｖｔの応
答を別々に決定する。さらに、第１のフィードバック補
償器（３２）の出力と第２のフィードバック補償器（３
３）の出力とは加算器（３１）で加え合わされ、フィー
ドバック補償による補償量Ｑ５が得られる。

次に、フィードフォワード補償について説明する。リニ
アシンクロナスモータ（ＬＳＭ）か推進する際、ＬＳＭ
の速度に応した走行抵抗や、ＬＳＭの位置に応じた勾配
抵抗等の影響を受ける。また、車両の重量がわかれば、
加速度に応した必要推力かわかる。これらの関係を式で
表すと、次式のようになる。

Ｆ＝Ｍα＋ｆｖ　　（ｖ）＋ｆｘ　　（ｘ）・・　　　
（１） ここてＦは、速度Ｖ、車両位置Ｘ、加速度αてＬＳＭを
推進させるために必要な推力を示す。またＭは車両重量
、ｆｖ（ｖ）は、速度Ｖにおける走行抵抗等からなる速
度に関する抵抗、ｆｘ（ｘ）は車両位置Ｘにおける勾配
抵抗等からなる位置に関する抵抗を示す。

また、推力Ｆと電機子コイル電流振幅１ｐとの間には、
次式の関係かなりたつ。

Ｆ＝に一１ｐ　　　　　　　　　　・・　　（２）（１
）、　　（２）式から Ｉｐ　−Ｍα／に＋　ｆｖ　　（ｖ） ／に＋　ｆｘ　　（ｘ）／に ＝Ｉａ＋Ｉｖ　＋Ｉｘ　　　　　　　・−（３）か得ら
れる。つまり、加速度指令、速度指令、位置指令かわか
れば、必要となら電流振幅か（３）式からフィードフォ
ワード的に求まる。先ず、第１のフィードフォワード補
償器（３４）では、速度指令Ｖｒを用いて加速度指令Ａ
ｒを求め、（３）式の■α、つまりフィードフォワード
補償ｍ　Ｆ　１か得られる。同様に、第２のフィードフ
ォワード補償器（３５）では、速度指令ｖｒに基づき（
３）式のＩＶ、つまり速度に関する補償量Ｆ２か得られ
る。さらに、第３のフィードフォワード補償器（３６）
では、位置指令Ｘｒに基づき（３）式のＩｘ、つまり位
置に関する補償量Ｆ３が得られる。

加算器（３７）では、前記フィードバック補償量Ｑ５と
フィードフォワード補償ＪｔＦｌ、Ｆ２、Ｆ３とを加え
合わせて、電機子コイル電流振幅Ｑ６を得る。この電機
子コイル電流振幅Ｑ６は、電流リミッタ（７）で正側、
負側の最大値を制限され、実際に使用される電流振幅１
ｐか求められる。電流振幅１ｐ以降の動作は従来と同様
である。

なお、上記実施例では、位置指令Ｘ「と実位置Ｐｔとを
第２のフィートハック補ｍ器（３３）の入力としたか、
位置指令Ｘｒは、電機子コイルのボールピッチＬを］周
期と考えると、 Ｘｒ　＝ｎ−Ｌ十ΔＸｒ 同様に、実位置Ｐｔは、 ＰＬ＝ｎ−Ｌ＋ΔＸ と表される。ここで、ｎは整数を表す。したかってＸｒ
と実位置Ｐｔ０代わりに、ΔＸｒとΔＸを用いてもよい
。また、ボールピッチＬを位相２πと考えれば、位置指
令Ｘｒを位相指令θｒ　（θ「−２π・Ｘｒ／Ｌ）、実
位置Ｐｉを実位相（実位置Ｐｔを２π／Ｌ倍したもの）
と考えてもよい。

また、第１図の実施例では、加速度、速度、位置に対す
るフィードフォワード補償量を全て指令値を使ってそれ
ぞれ求めていたか、必ずしも指令値を用いる必要はなく
、それぞれ、実際の加速度、速度、位置を使うことにし
てもよい。

第２図はこのような構成になるこの発明の他の実施例を
示すブロック図である。同図において、第１のフィード
フォワード補償器（３４）の入力は速度指令Ｖ「であり
、第２のフィードフォワード補償器（３５）の入力は速
度位置演算器（２］）から出力される実速度Ｖｔ、第３
のフィードフォワード補償器（３６）の入力は同じく実
位置Ｐｔとなっている。それぞれのフィードフォワード
補償の内容は前記第１の実施例と同様である。

さらに、加速度指令は、第１のフィードバック補償器（
３４）に直接入力できれば、速度指令Ｖｒの代わりに加
速度指令を直接入力し、第１のフィードフォワード補償
器（３４）における加速度指令の演算を省略することも
可能である。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によるリニアシンクロナ
スモータの制御装置は、第１および第２のフィードバッ
ク補償器により速度制御の追従性と速度制御精度を分担
する構成により、従来に比べ速度制御の追従性および精
度を大幅に改善でき、フィードバック補償器の利得を下
げた状態で従来と同等の速度制御特性を得ることかでき
る。また、フィードフォワード補償器を設けた構成によ
り、フィードバック補償器の利得を太き（することなく
連応性を得ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるリニアシンクロナスモータの
制御装置の１実施例のブロック図、第２図はこの発明の
他の実施例のブロック図、第３図は従来のりニアンンク
ロナスモークの制御装置のブロック図である。 図中、（１）は車両、（１ａ）は界磁、（２）は電機子
コイル、（３）は位置検出器、（１ｏ）（２２）、　　
（２５）、　　（２７）、　　（２９）は比較器、（７
）は電流リミッタ、（８）は正弦波パターン発生器、（
９）はかけ算器、（１１）は電流制御器、（１２）は電
力変換器、（１３）は電流検出器、（２１）は速度位置
演算器、（２３）は速度補償器、（２４）は速度フィー
ドバック補償器、（２６）は積分器、（２８）は位置補
償器、（３０）は位置フィードバック補償器、（３１）
。 （３７）は加算器、（３２）は第１のフィードバック補
償器、（３３）は第２のフィードハック補償器、（３４
）は第１のフィードフォワード補償器、（３５）は第２
のフィードフォワード補償器、（３６）は第３のフィー
ドフォワード補償器である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 界磁と電機子コイルからなるリニアシンクロナスモータ
   を駆動制御するリニアシンクロナスモータの制御装置に
   おいて、前記界磁と電機子コイルとの相対位置を検出す
   る位置検出器と、前記位置検出器によって検出される位
   置検出信号に基づきリニアシンクロナスモータの実速度
   と実位置とを演算する速度位置演算器と、リニアシンク
   ロナスモータに対する速度指令と前記実速度とに基づき
   第１のフィードバック補償量を求める第１のフィードバ
   ック補償器と、前記速度指令を積分して得られる位置指
   令と前記実位置情報とに基づき第２のフィードバック補
   償量を求める第２のフィードバック補償器と、前記第１
   と第２のフィードバック補償量を加算する第１の加算器
   と、前記速度指令または実速度を入力し加速度指令また
   は加速度を演算しこの加速度指令または加速度に基づく
   第１のフィードフォワード補償量を求める第１のフィー
   ドフォワード補償器と、前記速度指令または実速度に基
   づく第２のフィードフォワード補償量を求める第２のフ
   ィードフォワード補償器と、前記位置指令または実位置
   に基づく第３のフィードフォワード補償量を求める第３
   のフィードフォワード補償器と、前記第１の加算器の出
   力と前記第１から第３のフィードフォワード補償量とを
   加算する第２の加算器と、前記第２の加算器の出力を正
   側および負側が予め設定した最大値以下になるように制
   御した電機子コイル電流振幅を得る電流リミッタと、前
   記位置検出信号に同期して電機子コイルに通電する電流
   の波形パターンを作成する正弦波パターン発生器と、前
   記電機子コイル電流振幅と正弦波パターン発生器出力と
   を掛け合わせて電流パターンを求めるかけ算器とを備え
   、このかけ算器が出力する電流パターンに基づいて電機
   子コイル電流を制御するようにしたことを特徴とするリ
   ニアシンクロナスモータの制御装置。