JPH07123505A - アクティブ制御付集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、電車の高速走行により生じる
架線からの外力や変動揚力を抑制して、架線と集電部材
間に生じる接触力変動を低減することで、離線率を低減
し、集電性能を向上させるアクティブ制御付集電装置を
提供することにある。 【構成】集電装置１０に設けられる力検出器７の検出結
果及び車上コントローラ５からの走行状態情報により状
態推定した接触力推定信号ｆ＾を接触力オブザーバ部２
３にて算出し、前記車上コントローラ５からの走行状態
情報により目標値指令部２２で接触力目標値信号ｆ＊ｏ
ｐｔを求め、前記接触力オブザーバ部２３により出力さ
れる外乱抑圧力推定信号ｆａ＾と接触力推定信号ｆ＾を
減算した力偏差量信号ｅｆを制御補償部２１で算出した
後、該偏差量信号ｅｆに応じて前記集電装置１０の押上
力を集電駆動機構６で制御するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速電車用集電システム
に係り、特に３００ｋｍ／ｈ以上の速度で高速走行する
編成した電車システムに用いる低騒音化、低揚力化に好
適なアクティブ制御付集電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、新幹線等の高速電車の走行速度の
向上（２７０から３００ｋｍ／ｈ〜３５０ｋｍ／ｈ）に
伴い、環境騒音基準値（目標値）を厳守すべく車外騒音
値の大幅な低減が要望されている。特に、編成した高速
電車の屋根上に設置された複数個の集電装置から発生す
る空力音が大きく、防音壁等による対策では目標値を満
足しない傾向にある。そこで、集電装置の周りに遮音壁
を設置し、集電装置に当たる空気流の流速を低下させる
と共に、流れの剥離を生じさせないような遮音カバ−を
設置している。

【０００３】また、該カバ−等では限界が生じるとし
て、カバ−を用いない低空力、低騒音化集電装置の提案
がなされている。その低空力、低騒音化集電装置は集電
部材（舟体、支持体等）を昇降用空気シリンダ、又は昇
降用油圧シリンダにより架線に一定力で押し上げて、接
触集電させている。このような装置として、特公平２−
５０６８１号公報、日経メカトロニクス １９９２．
５．４号 第２２頁から第４０頁及び、日本機械学会
（Ｎｏ．９２０−７７）講習会教材（１９９２年）第２
７頁から第３４頁に記載されている。また、制御式集電
装置として、特開昭５７−８５５０２号、特開昭６３−
２１４０２号、特開平３−９３４０２号公報に開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、高
速電車が３００ｋｍ／ｈ以上の速度で高速走行すると、
離線が増えると共に、集電部材から生じる空力騒音も大
きくなり、環境基準値７５ｄＢを上回ることになる。こ
のため、騒音周波数の低下による聴感上の低騒音化と翼
形状を用いた大径寸法の集電部材を採用する必要が生じ
た。しかし、このような新形集電装置を用いると、架線
凹凸に伴う接触力が著しく大きくなると共に、集電部材
に作用する変動揚力が増大する傾向にあり、益々離線す
る頻度が増えて、高速電車用集電システムの集電性能が
悪化する問題点が生じてくる。例えば走行速度（ｖ）に
より生じる架線の外力ｍ₁・ｚ´´（ｍ₁は集電部材の質
量，ｚ´´は架線の上下加速度(ｄ²ｚ／ｄｔ²)である。
ここで、記号「´」はｄ／ｄｔの微分項を示すものであ
り、以下同様に記述する。）に対する接触力ｆの周波数
応答特性は、図１２に示す集電装置の制御システムを用
いた応答計算（日本機械学会論文集Ｃ編５４巻５０４
号，「接触力制御機構を有する集電装置」文献Ａとす
る）によると、図１３に示すような２つの共振ピ−クを
有する特性になる。図１２では、目標値指令部２２から
の指令信号と接触力推定部２６からの検出信号の偏差信
号を減算器２４、定常偏差補償部２５に入力し、集電駆
動機構６を介して集電装置１０を動作させている。この
時、外乱２９が集電装置１０に加わるため、図１３（Ｐ
ゲイン，Ｐ位相）に示すように、図１の架線１と常時接
触して電力を集電している複数の集電装置１０の集電部
材１１は図中の点線で示したような大きな共振ピ−ク特
性により、架線１からの外力ｍ₁・ｚ´´を受けて、大
きく振動する。この大きな振動が接触集電性能を低下さ
せる。よつて、この振動を低減するように集電駆動機構
６を上下動作させる押上力制御を行なう必要がある。ま
た、集電部材１１に作用する接触力ｆは式（数１）で表
わされ、間接的に求められる。

【０００５】

【数１】 ｆ＝ｆx−ｍ₁ｙ₁´´−ｍ₃ｙ₃´´−ｆｑ ＝ａｙw´´+ｂｙw´ ・・・・・・・（数１） ここで、ｙwは架線１と集電部材１１の変位偏差(ｙ₁-
ｚ,ｚ=ｚ₁-ｚ₂)である。また、ａは架線１の等価質量、
ｂは架線１の等価減衰係数である。

【０００６】図１に示した集電装置１０の接触力ｆは、
集電部材１１と集電駆動機構１２の間に設けられた力検
出器７で検出した変動力信号ｆxから、振動する集電部
材１１の慣性力ｍ₁ｙ₁´´，ｍ₃ｙ₃´´並びに駆動支持
部材１２等に加わる変動揚力ｆｑをそれぞれ差し引いた
力である。 又、接触力ｆは、集電部材１１の変位ｙ₁
から架線１の変位ｚを差し引いた値ｙwを用いると、ｙw
´´とｙw´の線形結合和で表わされる。 しかし、式
（数１）により算出した接触力ｆを直接測定してフィ−
ドバックし、接触力目標値ｆ*との力偏差量に基づいて
押上力制御しても、図１３に示したごとく、Ｆゲイン特
性，Ｆ位相特性のように若干低減されるが、架線外力ｍ
₁ｚ´´や変動揚力ｆｑに基因した共振特性を除去する
ことができない。この場合（文献Ａの図６参照）、接触
力推定部２６のフィ−ドバックゲインを大きくしている
ので、大きな押上力ｕ（例えば、ｕ＝１００ｆ＾）を必
要とし、押上力ｕに対する接触力ｆのゲイン特性が悪化
する。さらに、集電システム全体を考慮した場合、編成
した高速電車２上に搭載される先頭部の集電装置１０と
複数の後位部の集電装置１０では、それぞれに作用する
外力ｍ₁・ｚ´´や変動揚力ｆｑも異なるため、従来の
接触力目標値一定制御では架線１と集電部材１１間に作
用する接触力ｆの変動を抑制することができず、離線率
を大幅に低減することができない。また、接触力ｆを直
接フィ−ドバック制御した従来方式の場合でも、外乱共
振特性（共振ピ−ク特性）を抑制することができないの
で、接触力ｆの変動を低減することができない等の問題
点が残されている。

【０００７】本発明の目的は、編成した高速電車が高速
走行することにより生じる架線からの外力，変動揚力等
の外乱を抑制して、架線と集電部材間に生じる接触力変
動を低減することで、離線率を低減し、集電性能を向上
させるアクティブ制御付集電装置を提供することにあ
る。

【０００８】本発明の他の目的は、同じ走行路線を走行
している複数の高速電車を運行管理する全体システムに
おける集電性能を向上させるアクティブ制御付集電装置
を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、違う走行路線を違う
走行速度で走行しても十分に集電性能がでるようにする
アクティブ制御付集電装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、可動支持機構に力作用検出器を取付け、該
検出器の出力信号を入力し、集電機構に作用する接触力
の力偏位量(ｆ)と力変動量(ｆa)を状態推定し、それら
の値から制御量(ｒ)を演算し、該制御量を前記駆動機構
に出力する前記制御装置を備える。

【００１１】更に、本発明では、上記力作用検出器は集
電機構と可動支持機構との間に配置して、該集電機構に
作用する上下方向の力を少なくとも一つ以上の力検出器
により検出する構成とした。

【００１２】更に、本発明では、上記力作用検出器は可
動支持機構に作用する加速度を検出する一つ以上の加速
度計と、該可動支持機構に作用する揚力を検出する揚力
検出器と、該駆動機構に作用する上下方向に作用する力
を検出する力検出器とから構成され、それぞれの検出信
号の線形結合和により算出される構成とした。

【００１３】更に、本発明では、上記集電機構に作用す
る接触力の力偏位量(ｆ)と力変動量(ｆa)は該力作用検
出器の出力信号と、該駆動機構の制御信号とを入力し、
推定出力する最小次元オブザ−バ手法により特性根を架
線外力と揚力の外乱の固有振動数で、高い減衰特性を有
するようにして算出されるものとした。

【００１４】更に、本発明では、上記制御装置は、予め
設定した接触力の目標値信号から力偏位量(ｆ)信号を減
算した力偏差量信号をフィ−ドバックして制御すると共
に、力変動量(ｆa)をさらに減算してフィ−ドフォワ−
ド制御した併合制御するものとした。

【００１５】更に、本発明では、集電装置の走行位置と
走行速度を検出する手段と、可動支持機構に作用する変
動力とを検出する力作用検出器から成り、該走行位置と
該走行速度の検出信号の組合せにより算出される該接触
力の目標値信号を可変設定すると共に、該目標値信号と
該変動力検出信号から推定した接触力信号との力偏差量
信号を算出する状態推定手段と、該偏差量信号に応じて
駆動機構を調整する制御手段とを備える。

【００１６】更に、本発明では、上記走行位置の検出手
段は複数台の高速車両を運行制御する列車運行管制装置
から車上制御装置に送受信される位置情報と、該車上制
御装置自身で検出した位置信号とを比較して、一致した
場合に走行位置信号として入力するものとした。

【００１７】更に、本発明では、上記走行速度の検出手
段は複数台の高速車両を運行制御する列車運行管制装置
から車上制御装置に送受信する速度情報と、該車上制御
装置で検出した速度信号とを比較して、一致した場合に
走行速度信号としてを入力するとした。

【００１８】更に、本発明では、上記走行速度の検出手
段は前記集電部材に作用する走行方向の風速を検出する
圧力センサと、該センサの検出信号を予め設定した圧力
−速度テ−ブルに変換した信号により算出するものとし
た。

【００１９】更に、本発明では、上記接触力目標値信号
の算出手段は該走行位置信号により設定される位置変化
分の接触力目標値と、該走行速度信号により設定される
速度変化分の接触力目標値との線形結合和から算出する
ものとした。

【００２０】更に、本発明では、上記検出手段と、前記
状態推定手段と、前記制御手段を含む制御装置と車上制
御装置を接続し、高速電車を運行管理する列車運行管制
装置からの走行情報を入力して動作するものとした。

【００２１】更に、本発明では、上記集電機構を支持す
る可動支持機構の変位を検出する変位検出器と、該可動
支持機構に作用する変動力を検出する力作用検出器と、
車体屋根上に設けられて架線の上下変位を検出する一つ
以上の超音波検出器と、それらの検出器からの検出信号
より状態推定した接触力推定信号（ｆ，ｆａ）を算出す
る状態推定手段と、接触力目標値信号ｆ＊から該推定手
段により出力される該接触力推定信号（ｆ，ｆａ）を減
算した力偏差量信号を算出し、該偏差量信号に応じて該
駆動機構の制御力を調整する制御装置を備えるものとし
た。

【００２２】

【作用】高速電車が３００ｋｍ／ｈ以上の速度で高速走
行することにより、架線と複数のアクティブ制御付集電
装置間に作用する外力ｍ₁ｚ´´（主に、１０〜２０Ｈ
ｚ）や変動揚力ｆｑ（主に、１〜２Ｈｚ）は著しく大き
くなる。このため、架線とアクティブ制御付集電装置間
に作用する接触力ｆは大きく変動する。この接触力ｆの
変動が架線と集電部材間での常時集電を妨げる。そこ
で、アクティブ制御付集電装置を用いた場合では、対地
側(０Ｖ電位)で、可動支持機構と駆動機構間に配置した
力検出器で検出した変動力の検出信号ｆxと、集電駆動
機構を動作させる押上力ｕの制御信号ｅfとを集電コン
トロ−ラ内の接触力オブザ−バ部に入力して、外乱抑圧
力信号ｆａ＾、接触力推定信号ｆ＾を逐次推定出力す
る。そして、目標値指令部で予め可変設定された接触力
目標値ｆ*との力偏差量信号〔＝ｋ₂（ｆ＊−ｆ＾）−ｆ
ａ＾〕を算出し、その力偏差量信号に対応した押上力ｕ
の制御信号ｅfで集電駆動機構を上下動作させる。これ
により、架線外力ｍ₁ｚ´´や変動揚力ｆｑに基因した
外乱（２つの共振特性）を抑制するような上下方向の押
上力ｕを作用させて、集電部材が架線に常時接触するよ
うにしている。このことは外乱が作用し接触力ｆが大き
く変動しても、集電部材が架線から離線しないように接
触力ｆの変動を小さい値に制御していることを示す。接
触力推定信号ｆ＾は、接触力ｆの振幅比を周波数の全領
域に渡り、低減するものである。また、外乱抑圧力信号
ｆａ＾は、接触力ｆの振幅比を共振または、加振周波数
域に低減するものである。

【００２３】さらに、アクティブ制御付集電装置の走行
位置の情報信号及び検出信号と、走行速度の情報信号が
検出信号との組合せにより、接触力目標値ｆ*を最適に
可変設定した接触力目標値ｆ＊ｏｐｔを算出して、上記
した最適力偏差量信号（＝ｋ₂（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）−
ｆａ＾）を算出した後、その最適力偏差量信号に対応し
た押上力ｕの最適制御信号ｅfｏｐｔで集電駆動機構を
動作させることにより、走行路線（架線設備，トンネル
等）や走行速度（力行，惰行等）の違いによる架線外力
ｍ₁ｚ´´の共振周波数域での振動振幅を小さくすると
共に、固有振動周期で発生する揚力ｆｑの変動をさらに
低減している。これにより、偏成した高速電車システム
に搭載される複数個のアクティブ制御付集電装置は架線
と集電部材間での離線率を低減させ、全体の集電性能を
向上させることを可能にする。

【００２４】

【実施例】以下、本実施例を図面を参照して説明する。
図２は、列車運行管制装置により複数の編成した高速電
車がレ−ル軌道上を走行する時の集電制御システムを示
している。複数の高速電車２がレ−ル軌道３上を編成し
て高速走行し、走行するための電力を架線１より複数の
集電装置１０ａ，１０ｂを介して、接触集電して得てい
る。列車運行管制装置３０は編成した高速電車２のシス
テム運行を安全に行なうために、車上コントロ−ラ５と
送受信して走行情報（走行路線，走行位置，走行速度
等）を更新し、運行情報（運転速度パタ−ン，トンネ
ル，気象条件等）を車上コントロ−ラ５に与えている。
これにより、高速電車２の屋根上に搭載された複数の集
電装置１０ａ，１０ｂをアクティブ制御する集電コント
ロ−ラ２０ａ，２０ｂは、車上コントロ−ラ５を介して
その運行情報を入手する。集電コントロ−ラ２０ａ，２
０ｂはその運行情報により、架線１からの電力を効率良
く得るために後述するアクティブ制御等を実施してい
る。

【００２５】図１は、架線１，高速電車２，速度検出器
４，車上コントロ−ラ５，集電駆動機構６，力検出器
７，集電装置１０，集電部材１１，駆動支持部材１２，
集電コントロ−ラ２０，制御補償部２１，目標値指令部
２２，接触力オブザ−バ部２３の機能配置関係を示して
いる。集電装置１０は架線１に常時接触集電するのに必
要な集電部材１１と、集電部材１１を支える固いバネ機
構ａ１３と、そのバネ機構ａ１３に並列に設けられたダ
ンパ機構ａ１４と、バネ機構ａ１３とダンパ機構ａ１４
を上下方向に動作させて支持する駆動支持部材１２と、
駆動支持部材１２を支持する高速電車２上の柔らかいバ
ネ機構ｂ１５と、そのバネ機構ｂ１５に並列に設けられ
たダンパ機構ｂ１６を介して、取り付けられて構成され
ている。集電駆動機構６は集電コントロ−ラ２０からの
力偏差量の制御信号ｅfにより駆動支持部材１２に押上
力ｕを作用させて、押上げ動作を行なうものである。集
電コントロ−ラ２０は、対地側(０Ｖ電位)で、集電部材
１１に取り付けられた力検出器７で検出した出力信号を
アンプ回路８により増幅した変動力信号ｆｘを入力する
と共に、集電駆動機構６への該制御信号ｅfを同時に入
力した後、接触力推定信号ｆ＾を推定出力する接触力オ
ブザ−バ部２３と、車上コントロ−ラ５からの走行情報
により、走行位置の情報信号と、走行速度の検出信号と
の組合せにより、接触力目標値ｆ＊を最適に可変設定す
る接触力目標値ｆ＊ｏｐｔを算出する目標値指令部２２
と、目標値指令部２２で設定された接触力目標値ｆ＊ｏ
ｐｔと接触力オブザ−バ部２３で推定出力された接触力
推定信号ｆ＾や外乱抑圧力推定信号ｆａ＾の差を求め
て、該制御信号ｅf〔＝ｋ₂（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）−ｆａ
＾〕を算出する制御補償部２１から構成されている。力
検出器７は集電部材１１と駆動支持部材１２間に取り付
けられて、作用する変動力信号ｆｘを検出するものであ
る。ここで、揚力９は集電部材１１と、駆動支持部材１
２の集電装置１０全体に加わり、高速電車２が図面上左
右方向に動く場合に発生する平均揚力と変動揚力の合計
力ｆｑから成る。また、集電装置１０は、集電部材１１
の質量ｍ₁、駆動支持部材１２の質量ｍ₃、バネ機構ａ１
３のばね定数ｋ₁、ダンパ機構ａ１４の減衰定数ｃ₁、バ
ネ機構ｂ１５のばね定数ｋ₃、ダンパ機構ｂ１６の減衰
定数ｃ₃から成り、架線１の外力ｍ₁ｚ´´と揚力ｆｑを
受け、それにより変動する接触力ｆを低減するために、
アンプ回路８を介して得られる力検出器７の変動力信号
ｆｘを検出し、集電駆動機構６からの押上力ｕを作用さ
せている。

【００２６】図３は、図１に示した集電装置，集電コン
トロ−ラ，集電駆動機構を組み込んだアクティブ制御付
集電装置の機器構成図である。集電部材１１ａ，１１ｂ
は二つ設けられ、図面の左右方向に対して揺動しても、
常時架線１に接触するように二点支持されている。集電
コントロ−ラ２０は高速電車２の屋根上のカバ−の中に
設置されている。集電駆動機構６は集電コントロ−ラ２
０からの該制御信号ｅｆにより動作する空圧シリンダか
らなり、該シリンダの先端に取り付けたリンク機構１９
を上下方向に動作させている。可動電極支持柱１８は駆
動支持部材１２、整風カバ−１７等と結合され、案内軸
受５１を介して上下動作するように構成されている。ま
た、集電装置１０の下部構造では架線１から２５，００
０Ｖの高電圧で、かつ２００Ａの高電流の電力を集電す
るために、リンク機構１９と、駆動支持機構１２間に電
気絶縁部材５４が取り付けられている。駆動支持部材１
２と集電部材１１間に作用する変動力を検出するため
に、力検出器７が絶縁部材５２、５３間にサンドイッチ
構成で取り付けられている。駆動支持部材１２、リンク
機構１９では、図番号を取っていないが、下台座，上台
座，碍子等で囲まれ、この空間にドライエアー等を常時
供給することにより、高電位を有する部材とリンク機構
１９等との電気絶縁を図っている。

【００２７】図４は、図３に示したアクティブ制御付集
電装置の制御ブロック線図を示す。目標値指令部２２は
集電性能評価部４１と、走行情報部４２と、環境情報部
４３との出力信号等を加え合わせる加算器２４とから構
成され、接触力目標値ｆ＊を最適に可変設定して、最適
接触力目標値ｆ＊ｏｐｔを算出する。走行情報部４２は
車上コントロ−ラ５を介して得られる列車運行管制装置
３０からの運行指令（例えば、走行路線、走行速度等）
を入力し、最適接触力目標値の走行位置による位置変化
分ｆ＊ｐｏｓや最適接触力目標値の走行速度による速度
変化分ｆ＊ｖｅｌを算出する。環境情報部４３は同様
に、環境指令（例えば、天候、時刻等）による接触力目
標値ｆ＊ｃを調節する。最適接触力目標値ｆ＊ｏｐｔは
ｆｃ＊とｆ＊ｐｏｓとｆ＊ｖｅｌの線形結合和となる。
ここで、集電性能評価部４１は集電装置１０を介して架
線１の電力を集電する電流値を検出し、最適接触力目標
値ｆ＊ｏｐｔを設定して、アクティブ制御した時のｆ＊
ｏｐｔ、離線率等を累積記憶する機能を有する。

【００２８】制御補償部２１は加算器２４、定常偏差補
償部２５（定常補償ゲインｋ₂）等からなり、目標値指
令部２２で設定された最適接触力目標値ｆ＊ｏｐｔと、
接触力オブザ−バ部２３で推定出力された接触力推定信
号ｆ＾と、外乱抑圧力推定信号ｆａ＾との差を求めて算
出した該制御信号ｅf〔＝ｋ₂（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）−ｆ
ａ＾〕を集電駆動機構６に入力する。

【００２９】接触力オブザ−バ部２３は接触力推定部２
６，外乱補償ゲイン部２７，状態量推定部２８から構成
されている。外乱補償ゲイン部２７は外乱抑圧力推定信
号ｆａ＾を算出するために、外乱２９等を含んだ状態量
推定部２８の出力信号（ｙ₁，ｙ₁´，ｙ₃，ｙ₃´，ｚ，
ｚ´，ｚ´´，ｚ´´´）に次のような重み関数の外乱
補償ゲインｋ₁（ａ₁〜ａ₈）を掛けて設定する。 ａ₁＝２６８,５００，ａ₂＝−２６８,５００，ａ₃＝−
２８,６５０，ａ₄＝−１,２１２，ａ₅＝０，ａ₆＝２９,
８５０，ａ₇＝４５，ａ₈＝０ 接触力推定部２６は外乱２９を含む状態量推定部２８の
出力信号（ｙ₁，ｙ₁´，ｙ₃，ｙ₃´，ｚ，ｚ´，ｚ´
´，ｚ´´´）から接触力推定信号ｆ＾（式（数２））
を算出する。ここで、ａは架線１の等価質量、ｂは架線
１の等価減衰係数である。

【００３０】

【数２】 ｆ＾＝〔ａｋ₁ｙ₁／（ｍ₁＋ａ）＋ａｋ₁ｙ₃／（ｍ₁＋ａ） ＋（ｂｍ₁ｙ₁´−ａｃ₁ｙ₁´）／（ｍ₁＋ａ） ＋ａｃ₁ｙ₃／（ｍ₁＋ａ）−ｂｍ₁ｚ´／（ｍ₁＋ａ） −ａｍ₁ｚ´´／（ｍ₁＋ａ）〕 ・・・・・・・・・・（数２） 状態量推定部２８は力検出器７で検出した変動力信号ｆ
ｘと、押上力ｕに相当する該制御信号ｅfとを入力し、
最小次元オブザ−バ手法により状態推定して、集電部材
１１、駆動支持部材１２、架線１等の上下変位、上下速
度等の８つの状態量ｙ₁，ｙ₁´，ｙ₃，ｙ₃´，ｚ，ｚ
´，ｚ´´，ｚ´´´を出力する。最小次元オブザ−バ
手法（Ｇｏｐｉｎａｔｈの手法）による状態量算出に関
しては「オブザ−バ」コロナ社（１９８８年）の第２１
頁〜第３２頁に記載されている。ここで、状態方程式を
式（数３），（数４）に示す。

【００３１】

【数３】 d/dt(Ｐ)＝（Ａ−Ｌ＾Ｃ）×Ｐ＋Ｂ×Ｕ＋Ｌ＾×Ｆx ・・・・・・（数３）

【００３２】

【数４】 ｆa＾＝ｋ₁×Ｐ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（数４） ここで、Ｐはオブザーバーの推定状態量（ｙ₁＾，ｙ₁＾
´，ｙ₃＾，ｙ₃＾´，ｚ＾，ｚ＾´，ｚ＾´´，ｚ＾´
´´），Ｆxは力検出器の入力スカラ、Ａは８×８マト
リックス、Ｌ＾は１×８ベクトル、Ｃは１×８ベクト
ル、Ｂは８×１ベクトル、ｋ₁は外乱補償ゲインであ
る。そこで、集電装置１０系の８つの特性根は複素数平
面上（−０．１２８，ｊ±１２．３４），（−１．２１
２，ｊ±１２１．８４），（−１．８８，ｊ０），（−
２３．６９，ｊ０），（−２７．６７，ｊ±９８．１
９）であるので、状態量推定部２８の７つのオブザ−バ
特性根を複素数平面上で次の様に設定した。すなわち、
式（数３）、（数４）のマトリックス（Ａ−Ｌ＾ｃ）の
根を設定することである。

【００３３】（−６．０，±ｊ１２．３４），（−２
３．６９，ｊ＋０），（−２７．６７，ｊ±９８．１
９），（−６０，ｊ±１２１．８４） これから分かるように，外乱２９に依存する２つの特性
根（−０．１２８，ｊ±１２．３４），（−１．２１
２，ｊ±１２１．８４）の減衰特性が上がるように設定
している（ζ＝０．０１⇒０．４４）。

【００３４】次に、接触力オブザ−バ部を用いて外乱抑
圧力のアクティブ制御する方法について説明する。ま
ず、架線１、揚力９等の外乱２９を含む集電装置１０の
状態方程式は次の様に表わされる。

【００３５】

【数５】 ｄ／ｄｔ（Ｘ）＝Ａ×Ｘ＋Ｂ×Ｕ＋Ｄ×Ｗ ・・・・・・・・・（数５）

【００３６】

【数６】 ｆ＝Ｃ×Ｘ＋Ｅ×Ｗ ・・・・・・・・・・・・・（数６） ここで、Ｘは状態量（ｙ₁，ｙ₁´，ｙ₃，ｙ₃´，ｚ，ｚ
´，ｚ´´，ｚ´´´）ベクトル，Ｕは押上力の制御入
力スカラ，ｆは接触力の出力スカラ，Ｗは外乱の入力ス
カラ，Ａは８×８マトリクス，Ｂは８×１ベクトル，Ｃ
は１×８ベクトル，Ｄは８×１ベクトル，Ｅは１×８ベ
クトルである。

【００３７】また、定常偏差補償部２５の状態方程式は
次の様に表わされる。

【００３８】

【数７】 ｄ／ｄｔ（Ｑ）＝Ｆ×Ｑ＋Ｇ（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾） ・・・・・（数７） ここで、Ｑは定常偏差補償部２５の出力状態量（１×
１）ベクトル，Ｆはスカラ定数，Ｇはベクトル定数，
（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）は力偏差量制御信号の入力スカラ
である。

【００３９】式（数５）〜（数７）より、最適接触力目
標値ｆ＊ｏｐｔと接触力ｆの全体状態方程式と押上力ｕ
は次の様に表わされる。ｋ₁は外乱補償ゲイン，ｋ₂は定
常補償ゲインである。

【００４０】

【数８】

【００４１】

【数９】

【００４２】

【数１０】 ｕ＝ｋ₁×Ｘ＾＋ｋ₂×Ｑ ＝ｋ₂（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）−ｆａ＾ ・・・・・（数１０） これにより、変動力信号ｆｘと押上力ｕの該制御信号ｅ
fを接触力オブザ−バ部２３に入力して得たｆａ＾，ｆ
＾から外乱を抑圧する押上力ｕの該制御信号ｅf（式
（数１０））を集電駆動機構６に入力することで接触力
ｆを低減することが可能となる。この時用いる外乱補償
ゲインｋ₁と定常補償ゲインｋ₂を適切に選択して、アク
ティブ制御した場合のシミュレ−ション計算結果につい
て説明する。

【００４３】図５は、外乱が付加された時の接触力の周
波数応答特性を示す計算結果である。図中、点線（Ｐゲ
イン，Ｐ位相）が制御しないパッシィブの場合であり、
実線（Ａゲイン，Ａ位相）が上述した外乱抑圧を行なっ
たアクティブ制御の場合である。アクティブ制御の場合
では、図中の実線に示したような周波数特性（Ａゲイン
特性）となり、点線で示した共振特性（Ｐゲイン特性）
に比べると、駆動支持部材１２に加わる揚力９の平均大
きさ（１３５Ｎ）を約１／３（４６Ｎ）に低減してお
り、これに初期押付力５４Ｎを加えて平均接触力ｆを１
００Ｎとなるように抑圧することができる。また、位相
特性（Ａ位相）も位相が進んで良好になっている。

【００４４】図６は、架線外力ｍ₁ｚ´´に対する接触
力ｆの周波数応答特性を示す計算結果である。この結果
より、走行速度ｖに依存した架線外力ｍ₁ｚ´´（２つ
の共振特性を有する外乱）が集電装置１０に加わって
も、架線１と集電部材１１間に作用する接触力ｆは小さ
な変動応答をするだけである。

【００４５】図７は、接触力オブザ−バ部で算出した力
検出器による変動力信号ｆｘに対する推定状態量（ｙ₁
＾，ｙ₁´＾，ｙ₃＾，ｙ₃´＾，ｚ＾，ｚ´＾，ｚ´´
＾，ｚ´´´＾）の各々の周波数応答特性を示す。図
中、（ａ）〜（ｈ）はｙ₁，ｙ₁´，ｙ₃，ｙ₃´，ｚ，ｚ
´，ｚ´´，ｚ´´´等の推定状態量のゲイン特性であ
り、逆共振点を有する特性になっている。特に、集電部
材１１、駆動支持部材１２、架線１の上下変位ｙ₁＾、
ｙ₃＾、ｚ＾はその様になつている。よつて、接触力オ
ブザ−バ部２３では、これらの諸特性に外乱補償ゲイン
ｋ₁及び定常補償ゲインｋ₂を掛けて、ｆａ＾及びｆ＾を
それぞれ出力している。

【００４６】続いて、図１及び図４に示した集電装置を
集電コントロ−ラでアクティブ制御する動作フロ−チャ
−トを図８，図９及びその制御指令の特性を図１０，図
１１を用いて説明する。

【００４７】まず、図８の外乱抑圧のアクティブ制御の
手順では、電源が投入されるとステップ（ａ）の初期設
定がなされる。以下、図示したステップ（ｂ）〜（ｈ）
の動作が実施される。

【００４８】ステップ（ｂ），（ｃ）…車上コントロ−
ラ５からアクティブ制御する最適接触力目標値ｆ＊ｏｐ
ｔ信号を入力し、制御設定がＯＫかどうかを確認する。

【００４９】ステップ（ｄ）…力検出器７で集電装置１
０に作用する上下方向の変動力信号ｆｘを高精度に検出
する。

【００５０】ステップ（ｅ）…集電駆動機構６の押上力
ｕに相当する力偏差量制御信号ｅｆを入力する。

【００５１】ステップ（ｆ）…接触力オブザ−バ部２３
で演算し、ｆａ＾とｆ＾を算出する。外乱抑圧力信号ｆ
ａ＾は、状態量推定部２８に入力した変動力信号ｆｘと
力偏差量制御信号ｅfを最小次元オブザ−バ手法により
状態推定した推定状態量（ｙ₁＾，ｙ₁´＾，ｙ₃＾，ｙ₃
´＾，ｚ＾，ｚ´＾，ｚ´´＾，ｚ´´´＾）をもと
に、外乱補償ゲイン部２７での外乱補償ゲインｋ₁（ａ₁
＝２６８,５００，ａ₂＝−２６８,５００，ａ₃＝−２
８,６５０，ａ₄＝−１,２１２，ａ₅＝０，ａ₆＝２９,８
５０，ａ₇＝４５，ａ₈＝０）を掛け、線形結合した値で
ある。接触力推定信号ｆ＾は状態量推定部２８からの該
推定状態量を接触力推定部２６に入力し、式（数２）に
より算出する値である。

【００５２】ステップ（ｇ）…ステップ（ｂ）で求めた
最適接触力目標値ｆ＊ｏｐｔと、ステップ（ｆ）で求め
た接触力推定信号ｆ＾をフィードバックして、力偏差量
制御信号（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）を求めた後、定常偏差補
償部２５を介して求められるｋ₂（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）
からフィードバック制御する。その値に外乱抑圧力推定
信号ｆａ＾を引いて、押上力ｕ（式（数１０））の力偏
差量制御信号ｅfを算出し、フィ−ドフォワ−ド制御す
る。すなわち、このステップでは接触力推定信号ｆ＾に
よるフィードバック制御と、外乱抑圧力推定信号ｆａ＾
によるフィードフォワード制御する併合制御を行なって
いる。

【００５３】ステップ（ｈ）…ステップ（ｇ）で算出し
た力偏差量制御信号ｅfを空圧又は、油圧のアクチュエ
−タから構成される集電駆動機構６へ出力させること
で、集電装置１０に上下方向の押上力ｕを作用させて、
アクティブ制御を実施する。

【００５４】次に、ステップ（ｂ）で設定する最適接触
力目標値ｆ＊ｏｐｔの算出方法について、図９に沿っ
て、以下の手順ステップ（ｏ）〜（ｔ）により説明す
る。

【００５５】ステップ（ｏ）…列車運行管制装置３０か
らの走行情報（走行路線，走行位置，走行速度等）や運
行情報（運転速度パタ−ン，トンネル，気象条件等）を
車上コントロ−ラ５を介して入力する。その時、車上コ
ントロ−ラ５では自分自身で検出した位置信号及び速度
信号とを比較して、一致した場合に走行位置信号及び走
行速度信号として出力している。

【００５６】ステップ（ｐ）…検出した走行位置によ
り、最適接触力目標値ｆ＊ｏｐｔの位置変化分ｆ＊ｐｏ
ｓを算出する。例えば、図１０に示すようにトンネル突
入区間，トンネル通過区間，明かり区間Ａ，明かり区間
Ｂ等により、集電装置１０に作用する外乱２９が異なる
ため、ｆ＊ｐｏｓを可変設定している。

【００５７】ステップ（ｑ）…ステップ（ｐ）と同様
に、検出した走行速度ｖにより、最適接触力目標値ｆ＊
ｏｐｔの速度変化分ｆ＊ｖｅｌを算出する。例えば、図
１１に示すように走行速度ｖが変化するにつれて、ｆ＊
ｖｅｌを可変設定するようにしている。ｖ₁の時にｆ
ｖ₁、ｖ₂の時にｆｖ₂としている。

【００５８】ステップ（ｒ）…ステップ（ｐ），（ｑ）
で設定したｆ＊ｐｏｓとｆ＊ｖｅｌを用いて、最適接触
力目標値ｆ＊ｏｐｔ（＝ｆ＊ｃ＋ｆ＊ｐｏｓ＋ｆ＊ｖｅ
ｌ）を算出し、設定する。ここで、ｆ＊ｃは環境情報部
４３で、環境指令により設定される接触力目標値であ
る。例えば、気象条件（晴、雨等）により、ｆ＊ｃを可
変設定する。晴天の場合ではｆ＊ｃをｇだけやや大きく
する。逆に、雨天の場合ではｆ＊ｃをｇだけやや小さく
する。

【００５９】このように、図１の実施例において、複数
の集電装置に作用する外乱に基づいた外乱抑圧力制御を
施すことにより、集電装置に作用する共振特性を抑制
し、接触力変動を低減すると共に、走行位置及び走行速
度の変化に応じて、接触力目標値を最適設定すること
で、接触力を低減することができる。

【００６０】本発明の第二の変形実施例を図１４に示
す。図１４では、図３に示した構成と同じであるが、力
検出器７が駆動支持部材１２に結合された絶縁リンク部
材５４と、リンク機構１９との間に取り付けられ、対地
側(０Ｖ電位)で作用する変動力信号ｆｘを検出するよう
にされている。その力検出器７の変動力信号ｆｘは力検
出器ケ−ブル５５、アンプ回路８を介して集電コントロ
−ラ２０に入力されている。また、整風カバ−１７内に
おける集電部材１１ａ、１１ｂと駆動支持部材１２間の
導電特性が良くなるように導電部材５６を配置してい
る。従って、対地側(0V電位)に力検出器を配置して変動
力を検出しているので、ノイズ等による影響が少なくな
り、検出精度が良好になるので、接触力推定信号ｆ＾や
外乱抑圧力信号ｆａ＾をより精度良く状態推定すること
ができる。本実施例によれば、力検出器の配置により、
外乱の状態推定がより精度良く行われるので集電装置に
作用する接触力変動を低減するという安定性が向上する
効果がある。

【００６１】本発明の第三の変形実施例では、図１５に
示すように、該集電コントロ−ラ２０の内部にノッチフ
ィルタ４０を設け、走行速度ｖにより設定されるノッチ
フィルタ４０の反共振特性を制御補償部２１からの出力
信号に重畳させて、集電駆動機構６に出力させる。従っ
て、走行速度ｖにより作用する揚力ｆｑ等の外乱共振特
性を抑制することができる。本実施例によれば、走行速
度に基因した外乱の共振特性を抑制することができるの
で、接触力変動をさらに低減するという効果がある。

【００６２】本発明の第四の実施例では、図１６に示す
ように、目標値フィ−ドフォワ−ド部６０を設け、目標
値指令部２２から出力される接触力目標値ｆ＊ｏｐｔの
変更に対して早く追従することと、接触力オブザ−バ部
２３で設定する外乱補償ゲイン部２７の外乱補償ゲイン
ｋ₁を可変設定するように構成している。従って、トン
ネル等の走行位置により最適接触力目標値ｆ＊ｏｐｔを
算出して設定出力した後のフィ−ドバック制御特性が向
上すると共に、揚力変化に伴って生じる外乱を抑圧する
フィ−ドフォワ−ド制御特性を向上する。本実施例によ
れば、走行位置変化に基因して設定する最適接触力目標
値、外乱変化による追従特性を早くすることができるの
で、制御遅れが小さくなり、接触力変動を早く低減する
という効果がある。

【００６３】本発明の第五の実施例では、図１７に示す
ように、編成車両システムにおける集電コントロ−ラ２
０ａ〜２０ｄと車上コントロ−ラ５を接続し、集電装置
１０の各々の制御情報を送受信すると共に、架線１から
の電力を高電圧電線７０、スイッチ７１を介して車上電
力線７２に送るのに必要なスイッチ７１切り換え操作を
行っている。この場合、集電装置１０ａ、１０ｂを上
げ、集電装置１０ｃ、ｄを下げる等の操作指令を集電コ
ントロ−ラ２０ａ〜２０ｄから出力している。

【００６４】さらに、図１８に示すように、集電動作を
行っている集電装置１０ａ、１０ｂの最適接触力目標値
ｆ＊ｏｐｔＡとｆ＊ｏｐｔＢは力検出器７の変動力信号
ｆｘと駆動支持部材１２に取り付けられた変位計８０の
変位ｙ₃を入力し、信号処理部９１と力算出部９２を介
して得られる。従って、走行方向の前にある集電装置１
０ｂのｆ＊ｏｐｔＢが求められると共に、集電装置１０
ａのｆ＊ｏｐｔＢも求められる。誤動作等でそれらの目
標値が大幅に異なることを避けるために、集電コントロ
−ラ９０Ｂ、９０Ａ間でお互いにチェックしている。す
なわち、ｆ＊ｏｐｔＡ 〉ｆ＊ｏｐｔＢになるようにし
ている。本実施例によれば、各々の集電装置を制御して
いる集電コントロ−ラ間で相互チェックしているので、
力検出器等が故障または一時動作不良に対して対応がで
き、装置の信頼性が向上するという効果がある。

【００６５】本発明の第六の実施例では、図１９に示す
ように、揚力センサ１０１とロ−ドセル１０４と変位セ
ンサ１０７を駆動支持部材１２の下部に取付け、その出
力信号を各々の揚力検出器１０２、力検出器１０５、変
位計１０８の変換器に入力し、その出力信号ｆｑ，ｆ
ｘ，ｙ₃，ｙ₃´´を集電コントロ-ラ２０の接触力オブ
ザ-バ部２３に入力している。接触力オブザ−バ部２３
では、ｆｑ，ｆｘ，ｙ₃´´から接触力推定信号ｆ＾を
状態推定している。その時、駆動支持部材１２の変位ｙ
₃が基準変位ｙ₀より等しいか小さければｆ＾を可変設定
し、そうでなければｆ＾を一定値に設定している。ま
た、揚力センサ１０１、ロ−ドセル１０４、変位センサ
１０７等の動作状態をバックチェックして正常であれば
表示器１０３，１０６，１０９が点灯し、異常であれば
点滅するようにしている。従って、集電装置１０を接触
力制御して、常に架線に対して集電部材１１を押し当て
すぎないように施すことができる。本実施例によれば、
外乱の状態推定がより精度良く行われ、集電装置に作用
する共振特性を抑制し、接触力変動をさらに低減でき、
かつ集電装置が接触力制御しすぎて架線にダメ−ジを与
えることがなくなり、検出器等の故障表示を実施してい
るので、集電装置全体の信頼性が向上するという効果が
ある。

【００６６】本発明の第七の実施例では、図２０に示す
ように、制御補償部２１でｆ＾を入力することにより０
より大きい場合(ｆ＾〉０)か、０以下(ｆ＾〈０）かを
判断器１１０で判別し、スイッチ１１１により接触力制
御部１１２か、変位制御部１１３にするかを切り換え
る。これにより、架線１に集電部材１１が常時接触して
集電するように接触力制御を行い、力偏差量制御信号ｅ
ｆ［＝ｋ₂（ｆ＊ｏｐｔ−ｆ＾）−ｆａ＾］を設定する
か又は、離線した後早く接触するように変位制御を行っ
て、変位制御信号ｅｌ［＝ｋ₀・ｙ₄］を設定する。従っ
て、その制御信号ｅｌにより離線した場合での集電復帰
を早くすることができる。本実施例によれば、架線と接
触している集電部材の集電性能を向上させ、ア−ク騒音
を低減できるという効果がある。

【００６７】本発明の第八の実施例では、図２１に示す
ように、集電部材１１の変位ｙ₁を検出する変位センサ
１２０と、高速車両２の屋根上に設けられて架線１の上
下変位ｚ₁，ｚ₂を検出するふたつの超音波センサ１２
１、１２２を用いて、それぞれの出力信号を集電コント
ロ−ラ２０に入力し、式（数１）より接触力推定信号ｆ
＾を状態推定し、接触力目標値信号ｆ＊ｏｐｔから該推
定手段により出力される該ｆ＾を減算した力偏差量信号
ｅｆを算出し、該ｅｆに応じて集電駆動機構６の駆動力
を制御する。これにより、高電圧がかかる集電部材での
上下変位を検出する安定性が少し落ちるが、架線との接
触力fを高精度に検出することができる。本実施例によ
れば、架線と接触している集電部材の接触力変動を低減
させ、集電装置の集電性能をさらに向上させるという効
果がある。

【００６８】以上述べたような変形実施例のほかに、走
行時間帯がほぼ同じで、かつ同じ走行路線を高速電車が
走行した場合では、列車運行管理装置、車上コントロ−
ラを介して、後方を走行する高速電車に搭載された複数
の集電装置の接触力制御パタ−ンを、前方を走行する高
速電車に搭載された複数の集電装置の接触力制御パタ−
ン情報と同じか少し補正をかけることもできる。特に、
センサ等が故障した場合に実施されることがある。

【００６９】

【発明の効果】編成した高速電車が高速走行することに
より、架線と集電部材間に生じる大きな接触力変動を低
減し、離線率を低減することにより、全体の集電性能を
向上させることができる。他の効果は、同じ走行路線を
走行している複数の高速電車を運行管理する全体システ
ムにおける集電性能をも向上させることができる。他の
効果は、違う走行路線を違う走行速度で走行しても十分
に集電性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す集電装置のアクティブ
制御構成図である。

【図２】本発明の一実施例を示す全体の集電制御システ
ム図である。

【図３】本発明の一実施例を示すアクティブ制御付集電
装置の機器構成図である。

【図４】本発明の一実施例を示す集電制御ブロック線図
である。

【図５】本発明の一実施例を用いて計算した接触力の周
波数応答特性図である。

【図６】本発明の一実施例を用いて計算した架線外力に
対する接触力の周波数応答特性図である。

【図７】本発明の一実施例を用いて計算した推定状態量
の周波数応答特性図である。

【図８】図１に示す実施例の動作手順を示すフロ−チャ
−トである。

【図９】図１に示す実施例の動作手順を示すフロ−チャ
−トである。

【図１０】図９に示す実施例の走行位置による接触力目
標値特性設定図である。

【図１１】図９に示す実施例の走行速度による接触力目
標値特性設定図である。

【図１２】従来例を示す集電制御ブロック線図である。

【図１３】従来例を用いて計算した接触力の周波数応答
特性図である。

【図１４】本発明の第二の実施例を示す機器構成図であ
る。

【図１５】本発明の第三の実施例を示す集電制御ブロッ
ク線図である。

【図１６】本発明の第四の実施例を示す集電制御ブロッ
ク線図である。

【図１７】本発明の第五の実施例を示す編成車両システ
ムの集電システムである。

【図１８】本発明の第五の実施例を示す接触力目標値信
号算出図である。

【図１９】本発明の第六の実施例を示す集電制御ブロッ
ク線図である。

【図２０】本発明の第七の実施例を示す離線の制御ブロ
ック線図である。

【図２１】本発明の第八の実施例を示す接触力の検出方
法を示す図である。

【符号の説明】

１……架線、２……高速電車、５……車上コントロ−
ラ、６……集電駆動機構、７……力検出器、１０……集
電装置、１１……集電部材、１２……駆動支持部材、１
９……リンク機構、２０……集電コントロ−ラ、２１…
…制御補償部、２２……目標値指令部、２３……接触力
オブザ−バ部、２５……定常偏差補償部、２６……接触
力推定部、２７……外乱抑圧ゲイン部、２８……状態量
推定部、３０……列車運行管制装置、４１……集電性能
評価部、４２……走行情報部、４３……環境情報部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 守成 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 安井 敏 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】摺り板と、摺り板を架線に接触させて集電
   する集電機構と、該集電機構を車体の架台に対して支持
   する可動支持機構と、該可動支持機構を上下方向に変位
   動作させる駆動機構と、該駆動機構を制御する制御装置
   から成るアクティブ制御付集電装置において、前記可動
   支持機構に力作用検出器を取付け、該検出器の出力信号
   を入力し、前記集電機構に作用する接触力の力偏位量
   (ｆ)と力変動量(ｆa)を状態推定し、それらの値から制
   御量ｒを演算し、該制御量ｒを前記駆動機構に出力する
   前記制御装置を備えることを特徴とするアクティブ制御
   付集電装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のアクティブ制御付集電装
   置において、前記集電機構と前記可動支持機構との間に
   配置して、該集電機構に作用する上下方向の力を少なく
   とも一つ以上の力検出器により検出することを特徴とす
   るアクティブ制御付集電装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のアクティブ制御付集電装
   置において、前記力作用検出器は前記可動支持機構に作
   用する加速度を検出する一つ以上の加速度計と、該可動
   支持機構に作用する揚力を検出する揚力検出器と、前記
   駆動機構に作用する上下方向に作用する力を検出する力
   検出器とから構成され、それぞれの検出信号の線形結合
   和により算出されることを特徴とするアクティブ制御付
   集電装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載のアクティブ制御付集電装
   置において、前記集電機構に作用する接触力の力偏位量
   (ｆ)と力変動量(ｆa)は前記力作用検出器の出力信号
   と、前記駆動機構の制御信号とを入力し、推定出力する
   最小次元オブザ−バ手法により特性根を架線外力と揚力
   の外乱の固有振動数で、高い減衰特性を有するようにし
   て算出されることを特徴とするアクティブ制御付集電装
   置。
5. 【請求項５】請求項１又は請求項４に記載のアクティブ
   制御付集電装置において、前記制御装置は、予め設定し
   た接触力の目標値信号から力偏位量(ｆ)信号を減算した
   力偏差量信号をフィ−ドバックして制御すると共に、力
   変動量(ｆa)をさらに減算してフィ−ドフォワ−ド制御
   した併合制御することを特徴とするアクティブ制御付集
   電装置。
6. 【請求項６】請求項１に記載のアクティブ制御付集電装
   置において、前記検出手段と、前記状態推定手段と、前
   記制御手段を含む制御装置と車上制御装置を接続し、高
   速電車を運行管理する列車運行管制装置からの走行情報
   を入力して動作することを特徴とするアクティブ制御付
   集電装置。
7. 【請求項７】集電装置の走行位置と走行速度を検出する
   手段と、可動支持機構に作用する変動力とを検出する力
   作用検出器から成り、該走行位置と該走行速度の検出信
   号の組合せにより算出される該接触力の目標値信号を可
   変設定すると共に、該目標値信号と該変動力検出信号か
   ら推定した接触力信号との力偏差量信号を算出する状態
   推定手段と、該偏差量信号に応じて駆動機構を調整する
   制御手段とを備えることを特徴とするアクティブ制御付
   集電装置。
8. 【請求項８】請求項７に記載のアクティブ制御付集電装
   置において、前記走行位置の検出手段は複数台の高速車
   両を運行制御する列車運行管制装置から車上制御装置に
   送受信される位置情報と、該車上制御装置自身で検出し
   た位置信号とを比較して、一致した場合に走行位置信号
   として入力することを特徴とするアクティブ制御付集電
   装置。
9. 【請求項９】請求項７に記載のアクティブ制御付集電装
   置において、前記走行速度の検出手段は複数台の高速車
   両を運行制御する列車運行管制装置から車上制御装置に
   送受信される速度情報と、該車上制御装置で検出した速
   度信号とを比較して、一致した場合に走行速度信号とし
   てを入力することを特徴とするアクティブ制御付集電装
   置。
10. 【請求項１０】請求項７に記載のアクティブ制御付集電
    装置において、前記走行速度の検出手段は前記集電機構
    に作用する走行方向の風速を検出する風速センサと、該
    センサの検出信号を予め設定した風速−速度テ−ブルに
    変換した信号により算出することを特徴とするアクティ
    ブ制御付集電装置。
11. 【請求項１１】請求項７又は請求項８又は請求項９に記
    載のアクティブ制御付集電装置において、前記接触力目
    標値信号の算出手段は該走行位置信号により設定される
    位置変化分の接触力目標値と、該走行速度信号により設
    定される速度変化分の接触力目標値との線形結合和から
    算出することを特徴とするアクティブ制御付集電装置。
12. 【請求項１２】請求項７に記載のアクティブ制御付集電
    装置において、前記検出手段と、前記状態推定手段と、
    前記制御手段を含む制御装置と車上制御装置を接続し、
    高速電車を運行管理する列車運行管制装置からの走行情
    報を入力して動作することを特徴とするアクティブ制御
    付集電装置。
13. 【請求項１３】集電機構を支持する可動支持機構の変位
    を検出する変位検出器と、該可動支持機構に作用する変
    動力を検出する力作用検出器、車体屋根上に設けられて
    架線の上下変位を検出する一つ以上の超音波検出器と、
    それらの検出器からの検出信号より状態推定した接触力
    推定信号（ｆ，ｆａ）を算出する状態推定手段と、接触
    力目標値信号ｆ＊から該推定手段により出力される該接
    触力推定信号（ｆ，ｆａ）を減算した力偏差量信号を算
    出し、該偏差量信号に応じて該駆動機構の制御力を調整
    する制御装置を備えることを特徴とするアクティブ制御
    付集電装置。