JPH114588A - 速度及び距離の検出方法 - Google Patents
速度及び距離の検出方法Info
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- JPH114588A JPH114588A JP9152421A JP15242197A JPH114588A JP H114588 A JPH114588 A JP H114588A JP 9152421 A JP9152421 A JP 9152421A JP 15242197 A JP15242197 A JP 15242197A JP H114588 A JPH114588 A JP H114588A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の速度発電機を使用しつつ、極めて０に
近い低速域まで安定に動作し、かつ超低速や微少走行距
離の検出を可能とする。 【解決手段】 速度発電機からの入力と、関数発生器の
出力との積から両者の位相差を検出し、該位相差成分に
応じて関数発生器出力周波数を制御し、速度発電機入力
に追従させることにより、速度を検出する。速度発電機
からの入力をパルスに変換しないため、速度発電機から
の出力電圧が低下する低速域においても安定動作する。
またパルス数ではなく直接回転角を検出すため、検出精
度が大幅に向上する。
近い低速域まで安定に動作し、かつ超低速や微少走行距
離の検出を可能とする。 【解決手段】 速度発電機からの入力と、関数発生器の
出力との積から両者の位相差を検出し、該位相差成分に
応じて関数発生器出力周波数を制御し、速度発電機入力
に追従させることにより、速度を検出する。速度発電機
からの入力をパルスに変換しないため、速度発電機から
の出力電圧が低下する低速域においても安定動作する。
またパルス数ではなく直接回転角を検出すため、検出精
度が大幅に向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転数検
出方法に係り、特に自動車・鉄道車両等の車輪により移
動するものの速度及び走行距離検出方法に関する。
出方法に係り、特に自動車・鉄道車両等の車輪により移
動するものの速度及び走行距離検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道車両等の車輪により移動するものに
おける速度検出手段としては、速度発電機が広く用いら
れている。速度発電機とは通常の交流発電機と同様の構
造を有したもので、通常車軸端に装着され、車輪の回転
により駆動されることにより、車輪の回転数、即ち速度
に比例した周波数の交流を出力する。
おける速度検出手段としては、速度発電機が広く用いら
れている。速度発電機とは通常の交流発電機と同様の構
造を有したもので、通常車軸端に装着され、車輪の回転
により駆動されることにより、車輪の回転数、即ち速度
に比例した周波数の交流を出力する。
【０００３】図１は速度発電機を使用した鉄道車両制御
装置の例である。制御装置１は、列車の速度・位置と地
上から送られる制御情報に従い列車速度の制御を行う。
制御装置１には、列車の速度及び走行距離を検出するた
め、速度発電機２からの正弦波信号が入力されている。
速度発電機２は列車の車輪５により駆動されている。、
地上に設置された信号送信機（図示せず）から送信され
る制御情報は信号受電器３で受信され、信号受信器４に
伝送される。信号受信器４は、信号受電器３からの信号
を復調・解読し、制御装置１へ送信する。なお地上から
の制御情報としては、現時点（信号発信時点）での許容
速度および停止位置までの距離がある。制御装置１は、
列車の速度が、地上からの信号に示された許容速度を超
えた場合（あるいはそのままでは許容速度を超える場
合）、制御出力としてブレーキ指令を出力する。また信
号受信してからの走行距離が、地上からの信号に示され
た停止位置までの距離を超えた場合にも、制御出力とし
てブレーキ指令を出力する。
装置の例である。制御装置１は、列車の速度・位置と地
上から送られる制御情報に従い列車速度の制御を行う。
制御装置１には、列車の速度及び走行距離を検出するた
め、速度発電機２からの正弦波信号が入力されている。
速度発電機２は列車の車輪５により駆動されている。、
地上に設置された信号送信機（図示せず）から送信され
る制御情報は信号受電器３で受信され、信号受信器４に
伝送される。信号受信器４は、信号受電器３からの信号
を復調・解読し、制御装置１へ送信する。なお地上から
の制御情報としては、現時点（信号発信時点）での許容
速度および停止位置までの距離がある。制御装置１は、
列車の速度が、地上からの信号に示された許容速度を超
えた場合（あるいはそのままでは許容速度を超える場
合）、制御出力としてブレーキ指令を出力する。また信
号受信してからの走行距離が、地上からの信号に示され
た停止位置までの距離を超えた場合にも、制御出力とし
てブレーキ指令を出力する。
【０００４】図２は従来の速度検出回路である。速度発
電機２には２つの発電巻線21ａ、２１ｂが９０度ずらし
て取り付けられている。22ａ、22ｂは負荷抵抗である。
各発電巻線21ａ、21ｂからの交流出力はそれぞれ、制御
装置１内に設けられた波形整形回路23ａ、23ｂに入力さ
れる。波形整形回路とは、速度発電機２からの正弦波入
力を矩形波（パルス出力）に変換する回路である。速度
発電機２の等価回路は図４に示すようなものであり、そ
の出力電圧は図５に示すように周波数依存性を持つが、
波形整形回路の出力はほぼ一定電圧となるよう設計され
ている。速度発電機１回転当たりの出力パルス数は決ま
っているので、波形整形回路からの単位時間毎のパルス
出力をマイコンのカウンタ等で計測することで、車輪の
回転数、ひいては速度や走行距離を計算する事ができ
る。具体的には、速度発電機１回転当たりの出力パルス
数をＮｔｇ、車輪の直径をＷｄ（単位ｍ）、１秒間のパ
ルスカウント数をｎとすれば、列車の速度Ｖ及び１秒間
の列車の走行距離Ｓは、下記の式で計算される。
電機２には２つの発電巻線21ａ、２１ｂが９０度ずらし
て取り付けられている。22ａ、22ｂは負荷抵抗である。
各発電巻線21ａ、21ｂからの交流出力はそれぞれ、制御
装置１内に設けられた波形整形回路23ａ、23ｂに入力さ
れる。波形整形回路とは、速度発電機２からの正弦波入
力を矩形波（パルス出力）に変換する回路である。速度
発電機２の等価回路は図４に示すようなものであり、そ
の出力電圧は図５に示すように周波数依存性を持つが、
波形整形回路の出力はほぼ一定電圧となるよう設計され
ている。速度発電機１回転当たりの出力パルス数は決ま
っているので、波形整形回路からの単位時間毎のパルス
出力をマイコンのカウンタ等で計測することで、車輪の
回転数、ひいては速度や走行距離を計算する事ができ
る。具体的には、速度発電機１回転当たりの出力パルス
数をＮｔｇ、車輪の直径をＷｄ（単位ｍ）、１秒間のパ
ルスカウント数をｎとすれば、列車の速度Ｖ及び１秒間
の列車の走行距離Ｓは、下記の式で計算される。
【０００５】 Ｖ＝π・Ｗｄ・ｎ／Ｎｔｇ（単位ｍ／ｓｅｃ） Ｓ＝Ｖ・１sec（単位ｍ） 単位時間当たりの走行距離Ｓを積算すれば、ある時点か
らの列車の走行距離を算出することが可能である。
らの列車の走行距離を算出することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の方式にお
いては、以下のような問題がある。
いては、以下のような問題がある。
【０００７】図３は波形整形回路の動作を示した図であ
る。図に示すとおり、速度発電機からの入力電圧Ｅsgｌ
（またはＥsg２）が基準電圧＋Ｅminを越えると、出力
パルスＳＧＰ１（またはＳＧＰ２）がハイレベルにな
り、また、速度発電機からの入力電圧Ｅsg１（またはＥ
sg２）が基準電圧−Ｅminを下回ると、出力パルスＳＧ
Ｐ１（またはＳＧＰ２）がローレベルとなる。このよう
な動作により、速度発電機からの正弦波入力がパルス信
号に変換される。
る。図に示すとおり、速度発電機からの入力電圧Ｅsgｌ
（またはＥsg２）が基準電圧＋Ｅminを越えると、出力
パルスＳＧＰ１（またはＳＧＰ２）がハイレベルにな
り、また、速度発電機からの入力電圧Ｅsg１（またはＥ
sg２）が基準電圧−Ｅminを下回ると、出力パルスＳＧ
Ｐ１（またはＳＧＰ２）がローレベルとなる。このよう
な動作により、速度発電機からの正弦波入力がパルス信
号に変換される。
【０００８】この場合問題となるのが、速度発電機の出
力電圧特性である。速度発電機の等価回路は図４に示す
通りであり、従って出力電圧特性は図５のようになる。
図５に示すように、速度発電機の回転数が少ない（即
ち、列車速度が低い）状態では、速度発電機出力電圧Ｅ
sgは基準電圧（波形整形回路動作電圧）を下回るため波
形整形回路は動作せず、列車が走行しているにも関わら
ず、パルスが出力されず、結果として制御装置では列車
速度は０（停止）と認識してしまう。
力電圧特性である。速度発電機の等価回路は図４に示す
通りであり、従って出力電圧特性は図５のようになる。
図５に示すように、速度発電機の回転数が少ない（即
ち、列車速度が低い）状態では、速度発電機出力電圧Ｅ
sgは基準電圧（波形整形回路動作電圧）を下回るため波
形整形回路は動作せず、列車が走行しているにも関わら
ず、パルスが出力されず、結果として制御装置では列車
速度は０（停止）と認識してしまう。
【０００９】例えば、地上からの信号により、停止目標
地点までの距離が示されている場合において、波形整形
回路が動作しない低い速度で列車が走行した場合、車上
では走行距離０と判定しているにも関わらず、実際には
停止目標位置を通過したといった事態も想定され、非常
に危険である。
地点までの距離が示されている場合において、波形整形
回路が動作しない低い速度で列車が走行した場合、車上
では走行距離０と判定しているにも関わらず、実際には
停止目標位置を通過したといった事態も想定され、非常
に危険である。
【００１０】波形整形回路の基準電圧Ｅsgを低い値とす
れば、より低速まで速度を検出することが可能となる
が、この場合微少なノイズによる誤動作の可能性があ
り、実用上のＥsgの下限値には限界がある。
れば、より低速まで速度を検出することが可能となる
が、この場合微少なノイズによる誤動作の可能性があ
り、実用上のＥsgの下限値には限界がある。
【００１１】またこの方式では速度・走行距離の分解能
は速度発電機１回転当たりのパルス数の制約を受けるた
め、超低速や微少走行距離の検出ができないという問題
がある。例えば、速度発電機１回転当たりのパルス数を
９０、車輪の直径を８０cmとすれば、１パルス当たりの
距離の分解能は約２．８cmであり、これ以下の走行距離
は検出できない。このため、列車の定位置停止制御やエ
レベータの着床制御等においては速度発電機の分解能の
低さが制御精度向上の妨げとなっている。速度発電機１
回転当たりのパルス数（速度発電機の極数）を増やすこ
とで原理的には分解能の向上を図ることができるが、構
造が複雑化し高コスト化・信頼性低下を招くこと、およ
び極数を増やすにも物理的制限があるため、現状（一般
に９０）以上に１回転当たりのパルス数を増やすことは
現実的ではない。
は速度発電機１回転当たりのパルス数の制約を受けるた
め、超低速や微少走行距離の検出ができないという問題
がある。例えば、速度発電機１回転当たりのパルス数を
９０、車輪の直径を８０cmとすれば、１パルス当たりの
距離の分解能は約２．８cmであり、これ以下の走行距離
は検出できない。このため、列車の定位置停止制御やエ
レベータの着床制御等においては速度発電機の分解能の
低さが制御精度向上の妨げとなっている。速度発電機１
回転当たりのパルス数（速度発電機の極数）を増やすこ
とで原理的には分解能の向上を図ることができるが、構
造が複雑化し高コスト化・信頼性低下を招くこと、およ
び極数を増やすにも物理的制限があるため、現状（一般
に９０）以上に１回転当たりのパルス数を増やすことは
現実的ではない。
【００１２】本発明の課題は、従来の速度発電機を使用
しつつ、極めて０に近い低速域まで安定に動作し、かつ
超低速や微少走行距離の検出を可能とする手段を提供す
ることにある。
しつつ、極めて０に近い低速域まで安定に動作し、かつ
超低速や微少走行距離の検出を可能とする手段を提供す
ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記のような問題は、速
度発電機からの正弦波入力をパルスに変換し、そのパル
ス数をカウントすることにより速度・走行距離を計測し
ようとしたために生じている。本発明では、速度発電機
からの周波数出力に追従する周波数を、いわゆるＰＬＬ
（Ｐhase Ｌocked Ｌoop、位相同期ループ）により生
成し、直接速度発電機出力の位相（回転角）を検出する
ことにより、速度発電機からの出力電圧が極めて小さい
場合にも安定した速度及び走行距離の検出を可能とし
た。
度発電機からの正弦波入力をパルスに変換し、そのパル
ス数をカウントすることにより速度・走行距離を計測し
ようとしたために生じている。本発明では、速度発電機
からの周波数出力に追従する周波数を、いわゆるＰＬＬ
（Ｐhase Ｌocked Ｌoop、位相同期ループ）により生
成し、直接速度発電機出力の位相（回転角）を検出する
ことにより、速度発電機からの出力電圧が極めて小さい
場合にも安定した速度及び走行距離の検出を可能とし
た。
【００１４】速度発電機からの入力信号と、関数発生器
からの発振出力とを、位相差検出手段（相関器）にて相
関を取ることにより、両者の位相差成分を検出する。前
記位相差成分をディジタルフィルタを通して位相差に比
例した角速度成分に変化させて積分し位相角として関数
発生器に入力し、位相差成分が０となるよう関数発生器
の発振出力周波数を制御する。この位相差成分が０のと
き、関数発生器の出力は速度発電機からの入力信号に追
従しており、このとき関数発生器の発信出力の周波数か
ら加速度・速度・距離を検出することができる。
からの発振出力とを、位相差検出手段（相関器）にて相
関を取ることにより、両者の位相差成分を検出する。前
記位相差成分をディジタルフィルタを通して位相差に比
例した角速度成分に変化させて積分し位相角として関数
発生器に入力し、位相差成分が０となるよう関数発生器
の発振出力周波数を制御する。この位相差成分が０のと
き、関数発生器の出力は速度発電機からの入力信号に追
従しており、このとき関数発生器の発信出力の周波数か
ら加速度・速度・距離を検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図を用
いて説明する。
いて説明する。
【００１６】図６は本発明を用いた列車制御装置の構成
図である。速度発電機２からの速度入力（正弦波信号）
Ｅsg１，Ｅsg２は、高域のノイズを除去するためローパ
スフィルタ14ａおよび14ｂを通ったのち、ＡＤ変換器13
ａ及び13ｂでディジタル信号に変換される。ディジタル
化された速度入力は、信号処理装置12に送られ、ＤＳＰ
（Ｄigital Ｓignal Ｐrocessor）を用いてディジタ
ル処理され、列車の速度Ｖtp、移動距離（回転角に比例
した信号であり、回転角と考えてよい）Ｓtpが検出され
る。検出された列車速度Ｖtp、移動距離Ｓtpは制御情報
処理装置11に送られ、制御情報処理装置11は、入力され
た列車速度Ｖtp、移動距離Ｓtpと信号受信器４からの制
御情報とに基づいて列車のブレーキ制御を行う。
図である。速度発電機２からの速度入力（正弦波信号）
Ｅsg１，Ｅsg２は、高域のノイズを除去するためローパ
スフィルタ14ａおよび14ｂを通ったのち、ＡＤ変換器13
ａ及び13ｂでディジタル信号に変換される。ディジタル
化された速度入力は、信号処理装置12に送られ、ＤＳＰ
（Ｄigital Ｓignal Ｐrocessor）を用いてディジタ
ル処理され、列車の速度Ｖtp、移動距離（回転角に比例
した信号であり、回転角と考えてよい）Ｓtpが検出され
る。検出された列車速度Ｖtp、移動距離Ｓtpは制御情報
処理装置11に送られ、制御情報処理装置11は、入力され
た列車速度Ｖtp、移動距離Ｓtpと信号受信器４からの制
御情報とに基づいて列車のブレーキ制御を行う。
【００１７】図７は信号処理装置12内の、位相同期ルー
プによる詳細な処理を示す図である。速度発電機からの
入力信号（ＡＤ変換器13ａ及び13ｂでディジタル信号に
変換されたもの）Ｅsg１（sin），Ｅsg２(cos)と、ＤＳ
Ｐ内部の関数発生器126で生成された正弦波信号Ｅr１，
Ｅr２は、乗算器121ａおよび121ｂに入力され、乗算器1
21aでＥsg１（sin）とＥr１の相関（積）が、乗算器121
ｂでＥsg２（cos）とＥr２の相関（積）が、それぞれ演
算される。演算結果は加算器122に入力され、乗算器121
ａおよび乗算器121ｂにおける相関の差が位相差検出出
力ｅＶとして算出される。すなわち、乗算器121ａ，乗
算器121ｂ及び加算器122が位相差検出手段を構成する。
プによる詳細な処理を示す図である。速度発電機からの
入力信号（ＡＤ変換器13ａ及び13ｂでディジタル信号に
変換されたもの）Ｅsg１（sin），Ｅsg２(cos)と、ＤＳ
Ｐ内部の関数発生器126で生成された正弦波信号Ｅr１，
Ｅr２は、乗算器121ａおよび121ｂに入力され、乗算器1
21aでＥsg１（sin）とＥr１の相関（積）が、乗算器121
ｂでＥsg２（cos）とＥr２の相関（積）が、それぞれ演
算される。演算結果は加算器122に入力され、乗算器121
ａおよび乗算器121ｂにおける相関の差が位相差検出出
力ｅＶとして算出される。すなわち、乗算器121ａ，乗
算器121ｂ及び加算器122が位相差検出手段を構成する。
【００１８】ここで、入力信号Ｅsg１＝sinαと表せ
ば、速度発電機２は、Ｅsg２として、Ｅsg１とは90度位
相が遅れた出力を発生するよう作られているため、Ｅsg
２＝cosαと表される。ここで、関数発生器126で発振さ
れる正弦波信号は、Ｅr１＝cosβ、Ｅr２＝sinβであ
る。従って、乗算器121ａおよび121ｂにおける演算結果
は、式（１），（２）で表される。
ば、速度発電機２は、Ｅsg２として、Ｅsg１とは90度位
相が遅れた出力を発生するよう作られているため、Ｅsg
２＝cosαと表される。ここで、関数発生器126で発振さ
れる正弦波信号は、Ｅr１＝cosβ、Ｅr２＝sinβであ
る。従って、乗算器121ａおよび121ｂにおける演算結果
は、式（１），（２）で表される。
【００１９】
【数１】
【００２０】
【数２】
【００２１】したがって、加算器122からの出力ｅＶ
は、式（３）で表され、入力信号と関数発生器生成信号
との位相差Δθ＝α−βに依存したものとなる。
は、式（３）で表され、入力信号と関数発生器生成信号
との位相差Δθ＝α−βに依存したものとなる。
【００２２】
【数３】
【００２３】図８は位相差検出出力ｅＶと、入力信号と
関数発生器生成信号との位相差Δθ＝α−βとの関係を
示した図である。図示したように、位相差Δθ＝０にお
いてｅＶ＝０であるので、ｅＶ＝０となるよう関数発生
器からの出力信号の位相βを制御することにより、関数
発生器126からの出力信号を速度発電機２からの入力信
号と同期させることができる。この制御には、いわゆる
ＰＬＬ（位相同期ループ）の原理を用いている。
関数発生器生成信号との位相差Δθ＝α−βとの関係を
示した図である。図示したように、位相差Δθ＝０にお
いてｅＶ＝０であるので、ｅＶ＝０となるよう関数発生
器からの出力信号の位相βを制御することにより、関数
発生器126からの出力信号を速度発電機２からの入力信
号と同期させることができる。この制御には、いわゆる
ＰＬＬ（位相同期ループ）の原理を用いている。
【００２４】なおここでは速度発電機の２つの出力Ｅsg
１とＥsg２の両方を使用したが、何れか一方のみを使用
することも可能である。この場合、式(１)または式(２)
からわかる通り、sin（α＋β）という成分が生じるこ
とになるが、この成分はsin（α−β）と比較して高周
波であるので、適当なローパスフィルタを通すことによ
り、sin（α＋β）という成分をカットし、位相差検出
出力ｅＶ＝sin（α−β）を抽出することができる。但
し、低速においてはsin（α＋β）とsin（α−β）の周
波数の差は小さく、従って、sin（α−β）成分のみを
取り出すことが難しく、結果として速度検出精度が落ち
る可能性がある。
１とＥsg２の両方を使用したが、何れか一方のみを使用
することも可能である。この場合、式(１)または式(２)
からわかる通り、sin（α＋β）という成分が生じるこ
とになるが、この成分はsin（α−β）と比較して高周
波であるので、適当なローパスフィルタを通すことによ
り、sin（α＋β）という成分をカットし、位相差検出
出力ｅＶ＝sin（α−β）を抽出することができる。但
し、低速においてはsin（α＋β）とsin（α−β）の周
波数の差は小さく、従って、sin（α−β）成分のみを
取り出すことが難しく、結果として速度検出精度が落ち
る可能性がある。
【００２５】加算器122からの出力ｅＶは、ディジタル
フィルタ123に入力される。ディジタルフィルタ123は列
車の運転をモデル化したものであり、位相差検出出力ｅ
Ｖの入力に対して、位相差に比例した角速度成分に変化
させて積分し位相角として出力する。これは、列車の積
算走行距離Ｓtpに比例した信号である。
フィルタ123に入力される。ディジタルフィルタ123は列
車の運転をモデル化したものであり、位相差検出出力ｅ
Ｖの入力に対して、位相差に比例した角速度成分に変化
させて積分し位相角として出力する。これは、列車の積
算走行距離Ｓtpに比例した信号である。
【００２６】ディジタルフィルタ123からの出力（積算
走行距離Ｓtp）は係数器125に入力される。係数器125
は、ディジタルフィルタ123からの出力（積算走行距離
Ｓtpを表す信号）に一定の係数を乗じることにより、速
度発電機（車輪）の回転角を得ている。これは、列車の
走行距離は車輪の回転角に比例していることによる。
走行距離Ｓtp）は係数器125に入力される。係数器125
は、ディジタルフィルタ123からの出力（積算走行距離
Ｓtpを表す信号）に一定の係数を乗じることにより、速
度発電機（車輪）の回転角を得ている。これは、列車の
走行距離は車輪の回転角に比例していることによる。
【００２７】係数器125の出力である回転角は前記関数
発生器126に入力される。関数発生器126は、前述した通
り、速度発電機２からの入力信号に追従する正弦波を生
成するためのものであり、係数器125の出力である回転
角に応じた正弦波信号Ｅr１＝cos（２πｋＳ）およびＥ
r２＝sin（２πｋＳ）を出力する。
発生器126に入力される。関数発生器126は、前述した通
り、速度発電機２からの入力信号に追従する正弦波を生
成するためのものであり、係数器125の出力である回転
角に応じた正弦波信号Ｅr１＝cos（２πｋＳ）およびＥ
r２＝sin（２πｋＳ）を出力する。
【００２８】図９はディジタルフィルタ123内部の処理
を示したものである。時刻ｔにおける列車の加速度をａ
（ｔ）、速度をＶ（ｔ）、位置（走行距離）をＳ（ｔ）
として列車の運動をモデル化すれば、加速度ａ（ｔ）の
積分が速度Ｖ（ｔ）であり、さらに速度Ｖ（ｔ）の積分
が位置Ｓ（ｔ）である。図中1231ａ〜ｃはそれぞれ加算
器である。加算器1231ａには、係数器1232ａで定数倍さ
れた位相差検出出力と加速度ａ（ｔ）のフィードバック
が入力されており、本フィルタの入力である位相差検出
出力ｅＶが０となるよう制御している。加算器1231ｂに
より加速度ａ（ｔ）は積分され速度Ｖ（ｔ）となるが、
ここでも、係数器1232ｂで定数倍された位相差検出出力
と速度Ｖ（ｔ）のフィードバックが入力されており、同
様に位相差検出出力ｅＶが０となるよう制御している。
更に、加算器1231ｃにより速度Ｖ（ｔ）は積分され距離
Ｓ（ｔ）となるが、ここでも、係数器1232ｃで定数倍さ
れた位相差検出出力と距離Ｓ（ｔ）のフィードバッグが
入力されており、同様に位相差検出出力ｅＶが０となる
よう制御している。
を示したものである。時刻ｔにおける列車の加速度をａ
（ｔ）、速度をＶ（ｔ）、位置（走行距離）をＳ（ｔ）
として列車の運動をモデル化すれば、加速度ａ（ｔ）の
積分が速度Ｖ（ｔ）であり、さらに速度Ｖ（ｔ）の積分
が位置Ｓ（ｔ）である。図中1231ａ〜ｃはそれぞれ加算
器である。加算器1231ａには、係数器1232ａで定数倍さ
れた位相差検出出力と加速度ａ（ｔ）のフィードバック
が入力されており、本フィルタの入力である位相差検出
出力ｅＶが０となるよう制御している。加算器1231ｂに
より加速度ａ（ｔ）は積分され速度Ｖ（ｔ）となるが、
ここでも、係数器1232ｂで定数倍された位相差検出出力
と速度Ｖ（ｔ）のフィードバックが入力されており、同
様に位相差検出出力ｅＶが０となるよう制御している。
更に、加算器1231ｃにより速度Ｖ（ｔ）は積分され距離
Ｓ（ｔ）となるが、ここでも、係数器1232ｃで定数倍さ
れた位相差検出出力と距離Ｓ（ｔ）のフィードバッグが
入力されており、同様に位相差検出出力ｅＶが０となる
よう制御している。
【００２９】ここで入力ｅＶが０であれば、ａ（ｔ）、
Ｖ（ｔ）、Ｓ（ｔ）はそれぞれ列車の加速度、速度、位
置と完全に一致していることになる。この速度Ｖ
（ｔ）、位置Ｓ（ｔ）が、前記図６において、信号処理
装置１２から出力される列車速度Ｖtp、移動距離Ｓtpと
なる。なおＶ（ｔ）およびＳ（ｔ）のフィードバッグ制
御は特に必要ではないが、この制御を省略した場合、ａ
（ｔ）、Ｖ（ｔ）、Ｓ（ｔ）の収束は遅くなり、従って
速度検出の遅延が大きくなる。従来の方式では、単位時
間内の速度発電機の出力パルスをカウントして走行距離
を求め、その値を微分して速度を、更に微分して加速度
を求めていたため、加速度、速度、および位置の瞬時値
を求めることは不可能であったが、本実施例のようなフ
ィルタ処理を行うことにより、加速度・速度・位置の瞬
時値を直接検出することが可能となるため、従来困難で
あった車輪の空転および滑走の検出を精度良く行うこと
も可能となる。
Ｖ（ｔ）、Ｓ（ｔ）はそれぞれ列車の加速度、速度、位
置と完全に一致していることになる。この速度Ｖ
（ｔ）、位置Ｓ（ｔ）が、前記図６において、信号処理
装置１２から出力される列車速度Ｖtp、移動距離Ｓtpと
なる。なおＶ（ｔ）およびＳ（ｔ）のフィードバッグ制
御は特に必要ではないが、この制御を省略した場合、ａ
（ｔ）、Ｖ（ｔ）、Ｓ（ｔ）の収束は遅くなり、従って
速度検出の遅延が大きくなる。従来の方式では、単位時
間内の速度発電機の出力パルスをカウントして走行距離
を求め、その値を微分して速度を、更に微分して加速度
を求めていたため、加速度、速度、および位置の瞬時値
を求めることは不可能であったが、本実施例のようなフ
ィルタ処理を行うことにより、加速度・速度・位置の瞬
時値を直接検出することが可能となるため、従来困難で
あった車輪の空転および滑走の検出を精度良く行うこと
も可能となる。
【００３０】図１０は本発明による列車速度の静的検出
特性を示す図である。図に示す通り、速度０から最高速
度に至るまで、リニアな速度検出特性が得られている。
特に、速度発電機からの入力として、位相が異なる２相
信号を入力した場合、Ｅsg１，Ｅsg２の位相差により前
進・後退の判別も可能である。
特性を示す図である。図に示す通り、速度０から最高速
度に至るまで、リニアな速度検出特性が得られている。
特に、速度発電機からの入力として、位相が異なる２相
信号を入力した場合、Ｅsg１，Ｅsg２の位相差により前
進・後退の判別も可能である。
【００３１】図１１は本発明による列車速度の動的検出
特性を示す図である。図では停止状態から起動する際の
特性を示してある。起動直後から数サイクルの間は、内
部のＰＬＬ参照信号（関数発生器126からの出力Ｅr１お
よびＥr２）は、速度発電機からの入力Ｅsg１およびＥs
g２に対して若干の遅延がある。これはディジタルフィ
ルタ123の応答遅れによるものである。このため起動直
後のごく短かい時間においては、表の最下段に示すよう
に、検出速度Ｖｔｐは列車の実速度Ｖｔを下回るが、起
動直後から数サイクル経過した後は、Ｅr１（Ｅr２）は
Ｅsg１（Ｅsg２）に追従して、Ｖｔｐ＝Ｖｔとなり、正
確な速度を検出することが可能となる。
特性を示す図である。図では停止状態から起動する際の
特性を示してある。起動直後から数サイクルの間は、内
部のＰＬＬ参照信号（関数発生器126からの出力Ｅr１お
よびＥr２）は、速度発電機からの入力Ｅsg１およびＥs
g２に対して若干の遅延がある。これはディジタルフィ
ルタ123の応答遅れによるものである。このため起動直
後のごく短かい時間においては、表の最下段に示すよう
に、検出速度Ｖｔｐは列車の実速度Ｖｔを下回るが、起
動直後から数サイクル経過した後は、Ｅr１（Ｅr２）は
Ｅsg１（Ｅsg２）に追従して、Ｖｔｐ＝Ｖｔとなり、正
確な速度を検出することが可能となる。
【００３２】なお、本実施例においては、関数発生やフ
ィルタ演算は全てＤＳＰを用いているが、入力信号をＡ
Ｄ変換器でディジタル信号に変換せず、アナログ回路で
ＰＬＬを実施しても良いことは言うまでもない。
ィルタ演算は全てＤＳＰを用いているが、入力信号をＡ
Ｄ変換器でディジタル信号に変換せず、アナログ回路で
ＰＬＬを実施しても良いことは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】位相同期ループを用いて速度発電機から
の出力信号の回転角を直接検出するため、速度発電機か
らの出力電圧が低下する低速時においても安定して速度
検出をすることが可能となる。また速度発電機からの出
力を波形整形回路でパルス信号に変換し、そのパルス数
を計測する方式とは異なり、速度や距離の分解能が、速
度発電機１回転当たりの発生パルス数の制約を受けない
ため、速度・距離検出精度が飛躍的に向上する。このた
め、特殊なセンサを用いることなく、安価で丈夫である
という特徴を持つ従来の速度発電機を使用しながら、超
低速まで精度良く安定した速度・距離検出を行うことが
できる。
の出力信号の回転角を直接検出するため、速度発電機か
らの出力電圧が低下する低速時においても安定して速度
検出をすることが可能となる。また速度発電機からの出
力を波形整形回路でパルス信号に変換し、そのパルス数
を計測する方式とは異なり、速度や距離の分解能が、速
度発電機１回転当たりの発生パルス数の制約を受けない
ため、速度・距離検出精度が飛躍的に向上する。このた
め、特殊なセンサを用いることなく、安価で丈夫である
という特徴を持つ従来の速度発電機を使用しながら、超
低速まで精度良く安定した速度・距離検出を行うことが
できる。
【図１】速度発電機を用いた列車制御装置の構成を示す
図である。
図である。
【図２】従来の速度検出方式の構成を示す図である。
【図３】従来の速度検出方式における波形整形回路の動
作を示す図である。
作を示す図である。
【図４】速度発電機の等価回路を示す図である。
【図５】速度発電機の出力電圧特性を示す図である。
【図６】本発明による速度検出方式を用いた列車制御装
置の一実施例を示す図である。
置の一実施例を示す図である。
【図７】本発明による位相同期ループを用いた速度検出
方式の一実施例を示す制御系統図である。
方式の一実施例を示す制御系統図である。
【図８】速度発電機出力と関数発生器出力の位相差検出
出力と位相差の関係を示す図である。
出力と位相差の関係を示す図である。
【図９】本発明による速度検出方式の一実施例における
位相差検出出力に対するフィルタ処理を示す図である。
位相差検出出力に対するフィルタ処理を示す図である。
【図１０】本発明による速度検出方式の速度検出静特性
を示す図である。
を示す図である。
【図１１】本発明による速度検出方式の速度検出動特性
を示す図である。
を示す図である。
１ 列車制御装置 ２ 速度発電機 ３ 信号受電器 ４ 信号受信器 ５ 車輪 １１ 制御処理
装置（ＣＰＵ） １２ 信号処理装置（ＤＳＰ） １３ａ，１３
ｂ ＡＤ変換器 １４ａ，１４ｂ ローパスフィルタ ２１ａ，２１
ｂ 発電巻線 ２２ａ，２２ｂ 整合抵抗 ２３ａ，２３
ｂ 波形整形回路 ２４ 回転磁極 １２１ａ，１
２１ｂ 乗算器 １２２ 加算器 １２３ フィ
ルタ １２５ 係数器 １２６ 関数
発生器 １２３１ａ 加算器 １２３１ｂ
加算器 １２３１ｃ 加算器 １２３２ａ
係数器 １２３２ｂ 係数器 １２３２ｃ
係数器
装置（ＣＰＵ） １２ 信号処理装置（ＤＳＰ） １３ａ，１３
ｂ ＡＤ変換器 １４ａ，１４ｂ ローパスフィルタ ２１ａ，２１
ｂ 発電巻線 ２２ａ，２２ｂ 整合抵抗 ２３ａ，２３
ｂ 波形整形回路 ２４ 回転磁極 １２１ａ，１
２１ｂ 乗算器 １２２ 加算器 １２３ フィ
ルタ １２５ 係数器 １２６ 関数
発生器 １２３１ａ 加算器 １２３１ｂ
加算器 １２３１ｃ 加算器 １２３２ａ
係数器 １２３２ｂ 係数器 １２３２ｃ
係数器
Claims (4)
- 【請求項１】 回転体の回転角に比例した距離を移動す
る移動体の速度及び移動距離を前記回転角に基づいて検
出する速度および距離の検出方法において、前記回転体
の回転に同期して回転するよう固定された交流発電機か
らの入力信号と、関数発生器から出力される発振信号と
を位相差検出手段にて位相比較し、その位相差成分をデ
ィジタルフィルタを通して位相差に比例した角速度成分
に変化させて積分し移動距離に比例した回転角として出
力するとともに、この出力を前記関数発生器に供給し、
前記発振信号の位相が前記入力信号の位相に追従するよ
う前記発振信号を制御する位相同期ループ回路を用いて
前記回転体の回転角を検出することを特徴とする速度及
び距離の検出方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の速度および距離の検出方
法において、交流発電機からの位相が９０度異なる２相
入力信号と、関数発生器から出力される位相が９０度異
なる２相発振信号とを位相差検出手段にて位相比較し、
その位相差成分を用いて前記２相発振信号を制御するこ
とを特徴とする速度及び距離の検出方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の速度および距離の検出方
法において、位相差検出手段から出力される位相差成分
を、該位相差成分を入力として回転体の加速度、速度、
および走行距離をフィードバッグ制御するフィルタによ
り回転角に変換した上で、関数発生器に供給することを
特徴とする速度及び距離の検出方法。 - 【請求項４】 回転体の回転角に比例した距離を移動す
る移動体の速度及び移動距離を前記回転角に基づいて検
出する速度および距離の検出装置において、前記回転体
の回転に同期して回転するよう固定され正弦波信号を出
力する交流発電機と、該交流発電機から出力される正弦
波信号を入力として前記移動体の速度及び移動距離を検
出する信号処理装置とを含んでなり、該信号処理装置
が、正弦波信号を発信する関数発生器と、該関数発生器
から出力される発振信号と前記交流発電機から出力され
る正弦波信号を位相比較して位相差成分を出力する位相
差検出手段と、出力された位相差成分を入力として回転
体の加速度、速度、および走行距離をフィードバッグ制
御して回転角に変換して前記関数発生器に供給するフィ
ルタと、を含んで構成されていることを特徴とする速度
および距離の検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15242197A JP3341236B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 速度及び距離の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15242197A JP3341236B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 速度及び距離の検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH114588A true JPH114588A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3341236B2 JP3341236B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=15540154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15242197A Expired - Lifetime JP3341236B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 速度及び距離の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341236B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4688085A (en) * | 1984-08-13 | 1987-08-18 | Hitachi, Ltd. | Enhanced sensitivity color video camera with reduced red component in second luminance signal |
| JP2012058059A (ja) * | 2010-09-08 | 2012-03-22 | Nippon Signal Co Ltd:The | 列車の速度検出装置および速度検出方法 |
| WO2014010063A1 (ja) * | 2012-07-12 | 2014-01-16 | 三菱電機株式会社 | モータ制御装置 |
| CN106645780A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 深圳市英威腾电气股份有限公司 | 一种基于dsp的转速检测方法及系统 |
-
1997
- 1997-06-10 JP JP15242197A patent/JP3341236B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4688085A (en) * | 1984-08-13 | 1987-08-18 | Hitachi, Ltd. | Enhanced sensitivity color video camera with reduced red component in second luminance signal |
| JP2012058059A (ja) * | 2010-09-08 | 2012-03-22 | Nippon Signal Co Ltd:The | 列車の速度検出装置および速度検出方法 |
| WO2014010063A1 (ja) * | 2012-07-12 | 2014-01-16 | 三菱電機株式会社 | モータ制御装置 |
| CN106645780A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 深圳市英威腾电气股份有限公司 | 一种基于dsp的转速检测方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3341236B2 (ja) | 2002-11-05 |
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