JPH0759124B2 - 電気車制御方式 - Google Patents

電気車制御方式

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JPH0759124B2
JPH0759124B2 JP1256719A JP25671989A JPH0759124B2 JP H0759124 B2 JPH0759124 B2 JP H0759124B2 JP 1256719 A JP1256719 A JP 1256719A JP 25671989 A JP25671989 A JP 25671989A JP H0759124 B2 JPH0759124 B2 JP H0759124B2
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adhesion
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一郎 宮下
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気車の粘着性能の改良を図り、VVVFインバー
タ車,チョッパ車のような引張力,制動力等を連続的に
制御可能な電気車制御方式に関するものである。
〔従来の技術〕
電気車の粘着性能を改善するための方式として第7図に
示すものが知られている。
第7図は従来方式の一例を示すもので、1はインバータ
またはチョッパのように電動機トルクを連続的に制御で
きる制御装置、2は電動機、3は電動機2の回転速度セ
ンサ、4は動輪、5はレール、6は空転検知手段、7は
再粘着信号発生手段、8は減算手段である。
また、第8図は動輪とレールとの間の空転速度と粘着力
の関係の一例を示す。ここで、粘着力はレール面の付着
した物質により広範に変化するといわれ、第3図の関係
もこれに応じて変化する。
さて、制御装置1は与えられたトルク指令102に応じた
電力103を電動機2に供給する。
電動機2はトルク104を動輪4に伝達し、動輪周に生じ
る接線力とレール5との間の粘着力に応じて、図示して
いない車体の慣性を加速あるいは減速が行われる。その
動輪周接線力が増加すると、微少なすべりが増加しなが
ら粘着力も増加するといわれている。これは第8図の如
く示される。
そして、粘着限界値を越えると急速にすべりが増加し、
空転・滑走領域に至る。
ここに至ると、粘着力は空転,滑走の増加とともに減少
し、ますます空転,滑走が助長される。
従来方式の図例では、回転速度センサ3出力の速度帰還
値105を監視し、その上昇・下降速度すなわち速度微分
値が所定値を越えると空転検知信号106を発生する空転
検知手段6を具え、その空転検知信号106が発生すると
所定の大きさおよび時間、電動機トルクを減少させる再
粘着信号発生手段7を具え、再粘着信号発生手段7出力
の再粘着信号107を原トルク指令101から減算手段8によ
り演算することにより、粘着力を回復させようというも
のであった。
さらに、第7図には示していない非駆動輪の回転速度を
も検出し、電動機2の速度帰還値105との差を求め、空
転速度が所定値を越えないようバックアップする手法も
公知である。
〔発明が解決しようとする課題〕
かくの如き従来の粘着向上手法によるものは空転,滑走
が所定値に達しないと作用しないものであり、またトル
クの減少量も予め設定された固定値を用いるものであっ
て、連続的にトルクを調整し得るインバータあるいはチ
ョッパの特性を充分に活用し得ないばかりでなく、空
転,再粘着に伴うトルクの変動量を小さくできず、加速
度および乗心地の劣化が大きい問題点を有してした。
〔課題を解決するための手段〕
電気車駆動においてはレールと車輪との摩擦力によって
駆動する粘着力が発生するが、この摩擦力はレール面の
付着的,降雨状態,錆の有無等により種々変化し、通常
の線形制御系では制御することが困難であった。かかる
点を本発明は格別に解消したものであり、以下本発明を
図面に基づいて詳細説明する。
第1図〜第3図は本発明の基本技術思想の理解を容易に
するため示したものである。
さて本発明はその原理上、特にファジィ制御の長所を活
用してなるものである。
そのファジィ制御によれば、複雑で解析的に解けない制
御対象でも、種々の状態に対してどのように操作すべき
かという知識があれば、これを制御則として言語表現
し、(if then)形式の推論により操作量を求め得る。
制御則は一例として、空転速度Vsと空転速度微分
状態に応じて、電動機発生トルクの補正信号を得る形式
で記述することができる。例えば、 もし空転速度Vsが中程度で、空転速度微分が大なら
ば、トルク指令を大きく減少させよ。
ここに本発明は、Vsおよびは検出情報を、それぞれ
第2図および第3図に示したメンバーシップ関数m1およ
びメンバーシップ関数m2を用いて、あいまい言語情報に
変換する。
その情報の状態はつぎのようなラベルを付して評価す
る。
(1) PB…………正で大きい (2) PM…………正で中程度 (3) PS…………正で小さい (4) ZR…………ほぼ零に等しい (5) NS…………負で小さい (6) NM…………負で中程度 (7) NB…………負で大きい 制御側はVsおよびのラベルの全ての組合せの数だけ
可能である。
ここで簡単化のため、車両の進行は一方向のみ(Vs
0)とし、力行運転のみを考えるとすると、次表のよう
な制御則が得られる。
表においてはVsおよびの組合せに対して、電動機ト
ルク指令に加算すべきトルク補正値Tcを、あいまい言語
表現で記述したものである。
すなわち、第1図において13が高粘着を実現するための
トルク補正信号発生部であり、トルク補正信号発生部13
は前述した如くファジィ推論によりトルク補正信号113
を出力する。このトルク補正信号113は原トルク指令101
に加算手段9で加算され、その出力は例えばインバータ
へのトルク指令102′となる。10は車速センサであり、
ここで車速センサ10を空間フイルタのように車両の対地
速度を計測するセンサ,あるいはすべりを生じない非駆
動輪の回転速度を検出するものに代替してもよい。
11は差速度演算手段であり、差速度演算手段11は電動機
速度信号の回転速度センサ3出力の速度帰還値105と車
速センサ10出力の車速帰還値110との差として求められ
る空転速度信号111を得る。この空転速度信号111はVs
してトルク補正信号発生部13の入力となるほか、12の微
分手段に与えられ、微分手段12により空転速度微分信号
112としてトルク補正信号発生部13に加えられる。
トルク補正信号発生部13におて、13aは空転速度微分信
号112よりの大きさを評価して数個のラベルを分類
されるあいまい言語情報に変換するためのメンバーシッ
プ関数m1であり、同様に13bはVsのメンバーシップ関数m
2である。
これらの出力信号131,132はVs,がそれぞれのメンバ
ーシップ関数m1,m2がもつ複数のあいまいな言語表現記
述に対する適合度を表わす。この適合度は先に記述した
第2図および第3図に示したところである。
13cは推論手段であり、出力信号133は推論手段13cの結
論を表わす。
13dはあいまい表現から再び確定表現に逆変換するデフ
ァジィケーション手段であり、デファジィケーション手
段13d出力が高粘着を得るための確定したトルク補正値T
cであるトルク補正信号113となる。
このトルク補正値Tcの確定した値は第3図に示した
と同形メンバーシップ関数m3を用いて変換される。その
変換には種々の方法があるが、ここでは一般的に用いら
れている(max−min)合成重心法と呼ばれる方法(“応
用フアジィシステム入門",オーム社,1989,P39〜41)に
よる。
つまり、VsおよびのラベルPB,PM………等で示され
る状態への適合度(メンバーシップ値m1,m2)のうちの
最小値を用いて、制御則から得られるトルク補正値のメ
ンバーシップ関数の頭部の切りすてを行うもので、各制
御則に対応する頭部を切りすてられたメンバーシップ関
数曲線の重心を求める。この重心に対応するトルク値を
トルク指令の確定した補正信号とするものである。ここ
では、(max−min)合成重心法は公知の手法であるゆえ
説明を省略する。
〔作 用〕
かくの如き解決手段につき、さらに第4図を参照して説
明する。
第4図は再粘着プロセスを示すものであり、A1,A2は粘
着係数変化前後の空転速度と粘着力の特性線である。
すなわち、粘着状態で力行している車両が突然粘着係数
の低い場所に進入し、空転状態に入りさらに再粘着に至
るプロセスを示している。
粘着係数変化前は力行のための引張力が粘着力の限界値
より低いため、特性線A1における動作点は限界点Hより
下方の点Pにて平衡しているものとなる。
ここで、ファジィ変数への変換は図中破線で示したメン
バーシップ関数m1による。どの程度の値のVsをS(小さ
い),M(中程度),B(大きい)と表現するかは一義的に
決定する根拠はないが、粘着力は限界点H,G等が制御範
囲、すなわち評価B(大きい)のメンバーシップ値が1
以下の領域に入っている必要がある。また、空転速度微
分値について同様に考えればよく、通常の粘着走行時の
加速度が前述の制御範囲に入っていることが必要であ
る。
第4図において、空転発生直後は粘着限界低下のため、
車両の加速に寄与できないトルクの余剰分が回転系(電
動機,ギァ,車輪等)の空転加速に消費され、の値
が増大する。
そうすると、Vs自体の評価が何であってもが大き
く、PB(大きい)またはPM(中程度)が出て、先に記し
た制御則の表から、トルク補正値TcはそれぞれNB,NMが
出力され、加速トルクは減少される。この絞り込みはな
るべく速い方がよい。
これにより動作点は(P→Q)の方向に移動し、急速に
特性線A2上の点Qにて再粘着する。
再粘着後は、Vsはどのような値であってもはZRに近
くなるため、(Tc=PS)が出力され、このため動作点は
(Q→G)の方向に徐々に動く。ここで、Vspは限界点
Gにおける空転速度の値である。
限界点Gに近づくと、Vs,ともに若干増加しようと
すると、補正値の(Tc=PS)とともに、(Tc=NS)が並
列に出力されるようになり、それぞれのメンバーシップ
値に応じた中間のTcの点が出力され、ほぼ特性線A2の頂
点近傍で平衡する。Vsの評価感度を上げすぎると、再粘
着したあと(Vs=ZR)が出力されなくなるため、頂点へ
向うためのトルク補正値(Tc=PS)が生じなくなり、粘
着力を使いきることができなくなる。
また、Vsの感度を下げすぎると、図示のプロセスの殆ど
が(Vs=ZR)において行われるため、の変動のみで
制御が実行され、定常的に微少な空転と再粘着を反復す
ることになる。
〔実 施 例〕
第1図に示した一例は粘着向上のためにトルク指令を補
正する方式のものであり、そのほかに間接的にはトルク
指令を補正することに帰着される他の方式が考えられ
る。
実際に、VVVFインバータの制御信号としてよく用いられ
るすべり周波数指令を補正する方式,すべり周波数指令
と組合せ用いられる電動機電流指令を補正する方式があ
る。また、すべり周波数,電動機電流の両方を補正する
方式がある。
第5図は第1図に類して表した本発明による第1の他の
例、すなわちトルクの間接的補正法としてすべり周波数
を操作する方式の一例を示している。ここで、先に示し
た表の制御則およびメンバーシップ関数m3は全てすべり
周波数の補正信号となる。
第5図において、201は原すべり周波数指令、202はすべ
り周波数指令、213はすべり周波数補正信号である。
ここで、第1図に示されるトルク補正信号発生部13と同
様にして、図中の13′は高粘着制御器機能を発揮してす
べり周波数補正信号213を格別に送出し得る。
また、第6図はトルクの間接的補正法として電流、特に
トルク成分または有効成分電流指令を用いる例を示して
いる。
第6図において、301は原電流指令、302は電流指令、31
3は電流指令補正信号である。
これに関して、制御則およびメンバーシップ関数m3は電
流の補正信号として記述されることは言うまでもない。
また、図中の13″は第1図および第5図の例と同様にし
て、格別に電流指令補正信号213を送出し、効用し得る
ものである。
さらに、誘導電動機の(V/F)または二次磁束が一定と
なるような条件下では、トルクはすべり周波数またはト
ルク成分電流,有効成分電流に略比例するといわれ、イ
ンバータの制御方式に見合った制御量を選択できること
は勿論である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、ファジィ推論を用
いて空転から再粘着に至るプロセスおよびそれによる最
高粘着を得るトルク補正値を実現し、複数の制御則は並
列に適用されかつ出力段で入力変数の適合度を乗じて加
重平均により合成して出力信号とすることにより、少な
い制御則にも拘らず連続的な信号送出となし、粘着限界
近傍にて運転し得るとともに、粘着状態に応じた最適な
トルク指令の補正値を得ることにより、平均加速度,乗
り心地等が優れた運転性能を奏する電気車制御方式を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本技術思想の理解を容易にするため
示したブロック図、第2図および第3図は空転速度のメ
ンバーシップ関数および空転速度微分・トルク補正値の
メンバー関数を示す説明図、第4図は空転から再粘着の
プロセスの説明図、第5図および第6図は本発明が適用
されたトルクの間接補正方式の実施例をそれぞれ示すブ
ロック図、第7図は従来方式の一例を示すブロック図、
第8図はその空転速度と粘着力の関係を示す説明図であ
る。 1……制御装置、2……電動機、3……回転速度セン
サ、4……動輪、5……レール、10……車速センサ、11
……差速度演算手段、12……微分手段、13,13′,13″…
…トルク補正信号発生部、113……トルク補正信号、213
……すべり周波数補正信号、313……電流指令補正信
号、Vs……空転速度、……空転速度微分、Tc……ト
ルク補正値、m1,m2,m3……メンバーシップ関数。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】引張力および制動力を連続的に制御可能な
    電気車制御方式において、電動機トルクと空転速度およ
    びその微分値をあいまいな言語情報に変換するととも
    に、変動する粘着限界の近傍で常に所望される複数個の
    言語ルールに対する適合度を求め、かつこの適合度に応
    じてこれらのルールの結論を荷重平均的に合成して得ら
    れる信号により、電動機トルク指令を補正し粘着限界近
    傍で制御するようにしたことを特徴とする電気車制御方
    式。
  2. 【請求項2】VVVFインバータによる誘導電動機駆動によ
    り連続的に引張力および制動力を得る電気車制御方式に
    おいて、すべり周波数を粘着限界近傍で走行するための
    補正量としたことを特徴とする請求項第1項記載の電気
    車制御方式。
  3. 【請求項3】電動機電流を粘着限界で走行するためのト
    ルク指令補正量としたことを特徴とする請求項第2項記
    載の電気車制御方式。
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