JP4495819B2 - Electric vehicle control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電気車の良好な乗り心地を維持しつつ粘着力の有効利用を図った再粘着制御を実現する電気車制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気車は車輪・レール間の接線力(粘着力ともいう)によって加減速を行っているが、この接線力は、一般にすべり速度に対して図14に破線で示すような特性を有している。この接線力を軸重(車軸1軸当たりのレールに加わる垂直荷重)で割ったものを接線力係数、接線力係数の最大値を粘着係数という。
図示の如く、接線力の最大値を超えないトルクを主電動機あるいはブレーキ時に主電動機トルクに併せて主電動機に機械的に結合された動軸(以下単に動軸と称する)の空気ブレーキ力と発生している場合は、空転・滑走は発生せず、接線力の最大値より左側の微小なすべり速度の粘着領域で電気車は走行する。
【0003】
もし最大値より大きなトルクを発生するとすべり速度は増大し、接線力が低下するのでますますすべり速度が増大する空転・滑走状態になるが、車輪およびレールが乾燥状態では主電動機で発生するトルクあるいはブレーキ時には動軸の空気ブレーキ力と主電動機トルクの合算値は接線力の最大値を超えないように車両の性能が設定されるので、空転・滑走は発生しない。
しかし、実線で示すように、レール面が雨等によって湿潤状態にある場合は、粘着係数が低下して接線力の最大値が車両の設定性能に対応したトルクより小さくなる。
【0004】
この場合、すべり速度が増大し空転・滑走状態になり、そのまま放置するとこれに対応して接線力が低下し、車両の加速・減速に必要な加減速力がますます低下してしまうので、迅速に空転・滑走を検出し、主電動機が発生するトルクあるいはブレーキ時には動軸の空気ブレーキ力と主電動機発生トルクとの合算値を低減して再粘着させることが必要になる。
このようにトルクの制御を行って再粘着させる場合、小さなすべり速度に抑制しつつ、主電動機の発生トルクあるいは動軸の空気ブレーキ力と主電動機発生トルクとの合算値を極力接線力の最大値近傍の値になるように制御することが、電気車の加減速性能を高める上で必要である。
【0005】
このような再粘着制御の実現を目的とした方法として、主電動機の回転速度を検出し、この情報と主電動機発生トルクの演算値または計測値を入力情報として最小次元外乱オブザーバを用いて車輪・レール間の接線力係数を各制御周期毎に推定して、主電動機の発生トルクを制御する方式が、最近提案されている (文献(1) :外乱オブザーバを用いた電気車の接線力係数の推定方法−第2報−、電気学会半導体電力変換器研究会、平成10年1月30日) 。
【0006】
また1次外乱オブザーバを用いて接線力係数の他に、接線力係数の時間に対する微分値を推定して、空転・滑走をより速く検出することで再粘着制御性能をより一層向上するための提案もなされている(文献(2) :1次外乱オブザーバに基づく電気車のロバストな粘着制御の一方式、平成11年電気学会産業応用部門大会論文集、平成11年8月) 。
【0007】
実際の電気車では、各動軸毎に装置された電動機への指令トルクを制御する場合、各台車の進行方向前方の動軸と後方の動軸の軸重が、車両が停止している時の軸重から変化する。しかも、時々刻々指令トルク (したがって、発生トルク) が変化すると、それに対応して各動軸の軸重もダイナミックに変化する。そのため、これらの外乱オブザーバを用いて推定した接線力係数に軸重変動に伴う推定誤差が発生する。再粘着制御には、このような状況においても、安定な再粘着制御系を構成して良好な乗り心地を維持しつつ粘着力の有効利用が達成できることが求められる。
もちろん、上記の文献の制御手法もこのような目的の実現を目指したものであるが、台車の動的な挙動を十分に考慮に入れて、これに対して非常にロバストな制御系を構成することが求められる。
【0008】
以下、図面に基づいて説明する。
図7は従来の各軸独立に再粘着制御系を構成する場合の一例を示す図、図8は空転・滑走検知したときに発生するトルク低減関数C(t)の例を示す図、図9は台車の簡略図、図10は従来の各軸独立に再粘着制御系を構成した場合の再粘着制御のシミュレーション結果の例、図11は従来の各軸独立に再粘着制御系を構成した再粘着制御系・主電動機トルク制御系および台車を包含した全体の系を示す図、図12は図11に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L =100のとき)、図13は図11に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L = 0 のとき)、図14は接線力係数あるいは接線力のすべり速度に対する一般的な特性を示す図である。
例えば、図7に示すように、台車内の各動軸毎に独立に再粘着制御系を構成する方式が考えられる。
図7において、例えば第1軸については、図示しない第1軸の主電動機制御系に対するトルク指令値T PI1 と、同じく図示しないエンコーダからの第1軸の主電動機の回転角速度ωm1を外乱オブザーバ9に入力する。外乱オブザーバ9は、後述する図2に示すような1次外乱オブザーバを想定し(文献(2)参照)、このオブザーバで接線力係数の推定値μh1と接線力係数の時間微分値の推定値μdh1を演算し、トルク指令値演算器11に出力する。
トルク指令値演算器11では(1)式に従って第一のトルク指令値T'PI1 を求め、加算器15に出力する。
【0009】
T'PI1 = K I ・μh1 + K L・μdh1 ・・・・・・(1)
ここで、KI,KLはゲイン定数である。
また、接線力係数の時間微分値の推定値μdh1 は、外乱オブザーバ9からトルク低減関数発生器13に対して出力される。トルク低減関数発生器13では、入力された接線力係数の時間微分値の推定値μdh1 について、μdh1 <0の条件がある時間継続して成立すると空転が発生したと認識し(ブレーキの場合は滑走が発生したと認識して) 、図8に示すようなトルク低減関数C(t)を発生し、加算器15に対して出力する (以下力行の場合について説明するが、ブレーキの場合も同様である) 。
したがって、加算器15の出力である図示しない第1軸の主電動機トルク制御系に対するトルク指令値T PI1 は空転検知していない場合には(2) 式で、空転検知した場合は(3) 式によって求められる。
【0010】
T PI1 = K I ・μh1 + K L・μdh1 ・・・・・・(2)
T PI1 = K I ・μh1 + K L・μdh1+ C(t) ・・・・・(3)
第2軸についても、同じように、外乱オブザーバ10、トルク指令値演算器12、トルク低減関数14、加算器16によって、第2軸の主電動機トルク制御系に対するトルク指令値T PI2 を演算する。
このように、各軸独立にそれぞれの主電動機制御系に対してトルク指令値を指令する上記のような再粘着制御系を構成した場合、次のような問題点が発生する場合がある。
【0011】
すなわち、図9に台車の簡略図を示すが、台車の台車枠17の慣性モーメントや軸バネ18、19のバネ定数によっては、図7に示した再粘着制御系、主電動機トルク制御系および台車を包含した全体の系(図11参照)が不安定系になり、図7に示した再粘着制御系のトルク指令値演算器11、12のゲインを如何に調整しようとも、安定な系を実現できない場合が発生する。
【0012】
例えば、台車枠17の慣性モーメントを旧来の台車にみられるように大きく設定し(例えば10,000 N/m程度)、軸バネのバネ定数も例えば6400×103 N/m 程度にとると、図11に示す如く、第1軸のトルクインパルス入力に対して、第1軸主電動機トルク制御系へのトルク指令値T PI1 を出力とした場合の、図11に示す全体系のインパルス応答は図12に示すように、発散する結果となる (微分ゲインK L = 100とした場合) 。
【0013】
図13は、微分ゲインK L =0とした場合のインパルス応答で、この場合も発散系であることがわかる (第2軸についても同様である)。
この例の如く、図7に示すような再粘着制御系を第1軸、第2軸独立に構成した場合には、系を発散系から収斂系にすることができない(比例ゲインKIの調整は制御系の安定・不安定に無関係である) 。
【0014】
図10にこのような系で再粘着制御行った場合のシミュレーション結果の例を示す。
進行方向第1軸については、空転が収束した後もトルク指令値を徐々に絞ってトルク指令値がゼロになり、第2軸については空転が発生することなく徐々にトルクを絞っている。
このように不安定な制御系になり、(4) 式で定義される粘着力の利用率ηtは非常に小さくなってしまっている(粘着力の利用率ηt は100 % が利用率が最大であることを意味している)。
【0015】
ηt = (動軸の接線力/動軸の軸重) × 100 (%) ・・・・・・・(4)
図12、13の例に示したインパルス応答を示すような台車枠慣性モーメント・軸バネ定数等のパラメータを有する台車では、図7に示した各軸独立に再粘着制御系を構成した場合、台車内のいずれかの軸での発生トルクの変化が引き金となって、台車のピッチングによる動揺を引起し、トルク指令値が徐々に増大して空転が発散したり、粘着状態にあるにもかかわらずトルク指令値を小さくし過ぎてしまうというように(図10はこの場合の例)、不安定制御になり、粘着力の有効利用は望めない。
以上に述べたように、図7に示した如く各軸の再粘着制御系を独立に構成した場合、台車によっては安定な制御系を構成できない可能性があるという問題点がある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、各軸毎に独立に再粘着制御系を構成した場合、台車のパラメータの値(台車枠の慣性モーメント、軸バネ定数の値等)によっては、台車の軸重変動等の動的な挙動によって再粘着制御系を含む系全体が不安定系になって、粘着力の有効利用が図れなくなる事態の発生が想定されるが、これを回避することが必要である。
【0017】
本発明の目的は、前述の如き各軸の主電動機を別々の電力変換器で駆動するシステムにおいて、台車のパラメータがいかなる値の場合であっても、外乱オブザーバを用いて接線力係数とその時間微分値を推定する手法を用いた再粘着制御系について、常に安定な再粘着制御系を構成し、粘着力の有効利用を図ることができるようにすることである。
【0018】
[課題を解決するための手段]つまり、その目的を達成するための手段は、二台の主電動機それぞれのトルク指令値または発生トルクの演算値と、速度センサによって検出した前記二台の主電動機軸の回転速度をそれぞれの主電動機に対応した外乱オブザーバへの入力情報として、前記外乱オブザーバそれぞれを用いて推定した各主電動機に対応した電気車の動輪の推定接線力係数と接線力係数の時間微分値の推定値を用いて前記二台の主電動機のトルク指令値または発生トルクをそれぞれ独立に制御する制御器を設けた電気車制御装置であって、前記外乱オブザーバそれぞれを用いて推定した各主電動機に対応した電気車の動輪の推定接線力係数と接線力係数の時間微分値の推定値を互いに他方の主電動機へのトルク指令値を演算する前記制御器へ入力して各主電動機へのトルク指令値を演算し、より一層再粘着制御の安定化を図るよう構成したことを特徴とする電気車制御装置である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気車制御装置について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の再粘着制御系の実施例を示すブロック図、図2は本発明の実施例で用いる外乱オブザーバのブロック図、図3は本発明の実施例を用いて再粘着制御したシミュレーション結果の例を示す図、図4は本発明の再粘着制御系・主電動機トルク制御系および台車を包含した全体の系を示す図、図5は図4に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L =100のとき)、図6は図4に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L = 0 のとき)である。
【0020】
図1において、二台の主電動機それぞれのトルク指令値または発生トルクの演算値と、速度センサによって検出した前記二台の主電動機軸の回転速度をそれぞれの主電動機に対応した外乱オブザーバへの入力情報として、前記外乱オブザーバそれぞれを用いて推定した各主電動機に対応した電気車の動輪の推定接線力係数と接線力係数の時間微分値の推定値を用いて前記二台の主電動機のトルク指令値または発生トルクをそれぞれ独立に制御する制御器を設けた電気車制御装置であって、
前記それぞれの動軸の推定接線力係数と接線力係数の時間微分値の推定値を互いに他方の主電動機へのトルク指令値を演算する前記制御器へ入力して各主電動機へのトルク指令値を演算し、より一層再粘着制御の安定化を図るよう構成したものである。
【0021】
すなわち、図示しない速度センサによって検出した第一の主電動機回転速度ωm1と、第一の主電動機へのトルク指令値T PI1 が第一の外乱オブザーバ1に入力され、第一の外乱オブザーバ1によって第一の動軸の接線力係数の推定値μh1と接線力係数の時間微分値の推定値μdh1 が、前述した手段と同様にして演算される。そして、第一の動軸の接線力係数の推定値μh1と接線力係数の時間微分値の推定値μdh1 が、第二の主電動機へのトルク指令値演算器(制御器)4に入力される。
【0022】
また、同様に図示しない速度センサによって検出した第二の主電動機回転速度ωm2と、第二の主電動機へのトルク指令値T PI2 が第二の外乱オブザーバ2に入力され、第二の外乱オブザーバ2によって第二の動軸の接線力係数の推定値μh2と接線力係数の時間微分値の推定値μdh2 が演算され、これが第一の主電動機へのトルク指令値演算器(制御器)3へ入力される。
そして、外乱オブザーバ1は、図2(公知技術であるため説明を割愛する)に示すような1次外乱オブザーバを想定し、このオブザーバで接線力係数の推定値μh1と接線力係数の時間微分値の推定値μdh1 を演算し、第2軸のトルク指令値演算器4に出力する。トルク指令値演算器4では(5)式に従って第2軸のトルク指令値T'PI2 を求め、加算器8に出力する。
【0023】
T'PI2 = K I ・μh1 + K L・μdh1 ・・・・・・(5)
一方、外乱オブザーバ2で推定された第2軸の接線力係数の時間微分値の推定値μdh2 は、外乱オブザーバ2からトルク低減関数発生器6に対して出力される。トルク低減関数発生器6では、入力された接線力係数の時間微分値の推定値μdh2 について、μdh2 <0の条件がある時間継続して成立すると空転が発生したと認識して、図8に示すようなトルク低減関数C(t)を発生し、加算器8に対して出力する。
したがって、加算器8の出力である図示しない第2軸の主電動機トルク制御系に対するトルク指令値T PI2 は空転検知していない場合には(6) 式で、空転検知した場合は(7) 式によって求められる。
【0024】
T PI2 = K I ・μh1 + K L・μdh1 ・・・・・・(6)
T PI2 = K I ・μh1 + K L・μdh1+ C(t) ・・・・・(7)
第1軸についても、同じように、外乱オブザーバ2で推定された第2軸の接線力係数の推定値μh2と第2軸の接線力係数の時間微分値の推定値μdh2を第1軸のトルク指令値演算器3に入力し、トルク指令値演算器3では(8) 式に従って第1軸のトルク指令値T'PI1 を求め、加算器7に出力する。
【0025】
T'PI1 = K I ・μh2 + K L・μdh2 ・・・・・・(8)
そして、外乱オブザーバ1で推定された第1軸の接線力係数の時間微分値の推定値μdh1 は、外乱オブザーバ1からトルク低減関数発生器5に対して出力される。トルク低減関数発生器5では、入力された接線力係数の時間微分値の推定値μdh1 について、μdh1 <0の条件がある時間継続して成立すると空転が発生したと認識して、図8に示すようなトルク低減関数C(t)を発生し、加算器7に対して出力する。したがって、加算器7の出力である図示しない第1軸の主電動機トルク制御系に対するトルク指令値T PI1 は空転検知していない場合には(9) 式で、空転検知した場合は(10)式によって求められる。
【0026】
T PI1 = K I ・μh1 + K L・μdh1 ・・・・・・(9)
T PI1 = K I ・μh1 + K L・μdh1+ C(t)・・・・・(10)
このように、各軸の接線力係数の推定値とその時間微分値を、互いに他の軸の主電動機トルク指令値演算器に入力させるようにした再粘着制御系を構成すると、図4に示したこの再粘着制御系と主電動機トルク制御系および台車を包含した全体系のブロック図において、第1軸のトルクインパルス入力に対して、第1軸主電動機トルク制御系へのトルク指令値T PI1 を出力とした場合の、図4に示す全体系のインパルス応答は図5に示すように、収斂系とすることができる (微分ゲインK L = 100とした場合) 。微分ゲインK L = 0とした場合についても、図6に示すように収斂系とすることができる。
【0027】
このように系全体を収斂系とすることができるので、図3に示したこのような再粘着制御系を構成した場合の再粘着制御状態のシミュレーション結果をみればわかるように、安定な制御状態が得られ、また、粘着力の有効利用が図れることが、接線力係数の利用率からも了解できる。
なお、上記においてはトルク指令値を用いるものとして実施例の説明を行なったが、主電動機の発生トルクの演算値をトルク指令の代わりに外乱オブザーバへ入力するように構成しても、同じ制御動作が得られるので、発生トルクの演算値を用いる場合については説明を割愛する。
【0028】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、同一台車内の各軸の主電動機を別々の電力変換器を用いて駆動するシステムにおいて、第1軸の外乱オブザーバによって推定した接線力係数の推定値と接線力係数の時間微分値の推定値を第2軸の主電動機トルク指令値演算器に入力し、第2軸の外乱オブザーバによって推定した接線力係数の推定値と接線力係数の時間微分値の推定値を第1軸の主電動機トルク指令値演算器に入力するようにすることで、再粘着制御系・台車等を含む系全体を台車のパラメータ(台車枠の慣性モーメント、軸バネ定数等)の如何によらず、常に安定な制御系を構成できるので、粘着力の有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の再粘着制御系の実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施例で用いる外乱オブザーバのブロック図である。
【図3】本発明の実施例を用いて再粘着制御したシミュレーション結果の例を示す図である。
【図4】本発明の再粘着制御系・主電動機トルク制御系および台車を包含した全体の系を示す図である。
【図5】図4に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L =100のとき)である。
【図6】図4に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L = 0 のとき)である。
【図7】従来の各軸独立に再粘着制御系を構成する場合の一例を示す図である。
【図8】空転・滑走検知したときに発生するトルク低減関数C(t)の例を示す図である。
【図9】台車の簡略図である。
【図10】従来の各軸独立に再粘着制御系を構成した場合の再粘着制御のシミュレーション結果の例である。
【図11】 従来の各軸独立に再粘着制御系を構成した再粘着制御系・主電動機トルク制御系および台車を包含した全体の系を示す図である。
【図12】図11に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L =100のとき)である。
【図13】図11に対応した系のインパルス応答の例(微分ゲインK L = 0 のとき)である。
【図14】接線力係数あるいは接線力のすべり速度に対する一般的な特性を示す図である。
【符号の説明】
1、9 第1軸の外乱オブザーバ
2、10 第2軸の外乱オブザーバ
3、11 第1軸の主電動機へのトルク指令値を演算するトルク指令値制御器
4、12 第2軸の主電動機へのトルク指令値を演算するトルク指令値制御器
5、6、13、14 トルク低減関数発生器
7、8、15、16 加算器
17 台車枠
18、19 軸バネ
20、21 吊りリンク
22、23 主電動機
24、25 歯車箱
25、26 大歯車
27、32 第1軸の外乱オブザーバ
28、33 第2軸の外乱オブザーバ
29、34 第1軸の主電動機へのトルク指令値を演算するトルク指令値制御器
30、35 第2軸の主電動機へのトルク指令値を演算するトルク指令値制御器
31、36 主電動機トルク制御系および台車
37、38、39、40 加算器
ωm1 第一軸の主電動機回転速度
ωm2 第二軸の主電動機回転速度
T PI1 第一軸の主電動機へのトルク指令値
T PI2 第二軸の主電動機へのトルク指令値
μh1 第一軸の動軸の接線力係数の推定値
μh2 第二軸の動軸の接線力係数の推定値
μdh1 第一軸の動軸の接線力係数時間微分値の推定値
μdh2 第二軸の動軸の接線力係数時間微分値の推定値
C(t) トルク低減関数
Tm トルク指令値
ωm 主電動機の回転角速度
ThL 負荷トルクの推定値
TdhL 負荷トルクの時間微分値の推定値
μdh 接線力係数時間微分値の推定値
μh 接線力係数の推定値
Jm 主電動機軸でみた慣性モーメント
a 、b 定数
s ラプラス演算子
Rg 歯車比
W ・g 軸重
r 動輪の半径[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an electric vehicle control device that realizes re-adhesion control that effectively uses adhesive force while maintaining good riding comfort of an electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
An electric vehicle performs acceleration / deceleration by means of a tangential force between wheels and rails (also referred to as adhesive force), and this tangential force generally has a characteristic as shown by a broken line in FIG. 14 with respect to the sliding speed. . The tangential force divided by the axial weight (vertical load applied to the rail per axle) is called the tangential force coefficient, and the maximum value of the tangential force coefficient is called the adhesion coefficient.
As shown in the figure, a torque not exceeding the maximum value of the tangential force is generated with the air brake force of the main motor or a dynamic shaft mechanically coupled to the main motor in combination with the main motor torque during braking (hereinafter simply referred to as the dynamic shaft). In this case, there is no idling / sliding, and the electric car travels in a sticking area with a small sliding speed on the left side of the maximum tangential force.
[0003]
If a torque larger than the maximum value is generated, the sliding speed increases and the tangential force decreases, so the slipping speed increases and the slipping / sliding state increases.However, when the wheels and rails are dry, the torque generated by the main motor or During braking, the performance of the vehicle is set so that the combined value of the air brake force of the dynamic shaft and the main motor torque does not exceed the maximum value of the tangential force, so no idling or sliding occurs.
However, as indicated by the solid line, when the rail surface is wet due to rain or the like, the adhesion coefficient decreases and the maximum value of the tangential force becomes smaller than the torque corresponding to the set performance of the vehicle.
[0004]
In this case, the slipping speed increases and the vehicle is idling / sliding.If left as it is, the tangential force decreases correspondingly, and the acceleration / deceleration force required for accelerating / decelerating the vehicle further decreases. It is necessary to detect idling / sliding and reduce the total value of the air brake force of the moving shaft and the generated torque of the main motor at the time of braking or torque generated by the main motor, and re-adhere.
When re-adhesion is carried out by controlling the torque in this way, the maximum value of the tangential force is maximized as much as possible while suppressing the sliding speed to a small value and the sum of the torque generated by the main motor or the air brake force of the dynamic shaft and the main motor generated torque It is necessary to increase the acceleration / deceleration performance of the electric vehicle to control the value to be in the vicinity.
[0005]
As a method for realizing such re-adhesion control, the rotational speed of the main motor is detected, and this information and the calculated value or measured value of the generated torque of the main motor are used as input information for the wheel Recently, a method for estimating the tangential force coefficient between rails and controlling the torque generated by the main motor has been proposed (Reference (1): The tangential force coefficient of an electric vehicle using a disturbance observer). (Estimation method-2nd report-, IEEJ Semiconductor Power Converter Study Group, January 30, 1998).
[0006]
In addition to the tangential force coefficient using a primary disturbance observer, the differential value with respect to time of the tangential force coefficient is estimated, and a proposal to further improve the re-adhesion control performance by detecting idling / sliding faster. (Reference (2): A method for robust adhesion control of electric vehicles based on a primary disturbance observer, 1999 IEEJ Industrial Application Conference Proceedings, August 1999).
[0007]
In an actual electric vehicle, when controlling the command torque to the electric motor installed for each dynamic shaft, when the weight of the front dynamic shaft and the rear dynamic shaft of each truck is stopped, It changes from the axial weight of the. In addition, when the command torque (and thus the generated torque) changes from moment to moment, the axle load of each dynamic shaft also changes dynamically accordingly. For this reason, an estimation error due to a change in axial load occurs in the tangential force coefficient estimated using these disturbance observers. Even in such a situation, the re-adhesion control is required to constitute a stable re-adhesion control system and achieve an effective use of the adhesive force while maintaining a good riding comfort.
Of course, the control method of the above document is also aimed at realizing such a purpose, but it takes into account the dynamic behavior of the bogie and constitutes a very robust control system. Is required.
[0008]
Hereinafter, description will be given based on the drawings.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a conventional re-adhesion control system configured independently for each axis, FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a torque reduction function C (t) generated when slipping / sliding is detected, and FIG. Is a simplified diagram of the carriage, Fig. 10 is an example of a simulation result of re-adhesion control when a conventional re-adhesion control system is configured independently for each axis, and Fig. 11 is a re-adhesion control system configured for a conventional independent re-adhesion control system. FIG. 12 is a diagram showing an entire system including an adhesion control system / main motor torque control system and a carriage, FIG. 12 is an example of an impulse response of the system corresponding to FIG. 11 (when differential gain K L = 100), and FIG. An example of the impulse response of the system corresponding to 11 (when differential gain K L = 0), FIG. 14 is a diagram showing general characteristics with respect to the tangential force coefficient or the sliding speed of the tangential force.
For example, as shown in FIG. 7, there can be considered a system in which a re-adhesion control system is configured independently for each moving shaft in the carriage.
In FIG. 7, for example, for the first axis, the torque command value T PI1 for the main motor control system of the first axis (not shown) and the rotational angular velocity ωm1 of the main motor of the first axis from the encoder (not shown) are supplied to the
The torque
[0009]
T'PI1 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1)
Here, K I, K L is a gain constant.
The estimated value μdh1 of the time differential value of the tangential force coefficient is output from the
Accordingly, the torque command value T PI1 for the main motor torque control system (not shown), which is the output of the
[0010]
T PI1 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ (2)
T PI1 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 + C (t) (3)
Similarly, the torque command value T PI2 for the main motor torque control system of the second axis is calculated by the
As described above, when the re-adhesion control system as described above that commands the torque command value to each main motor control system independently for each axis, the following problems may occur.
[0011]
That is, FIG. 9 shows a simplified diagram of the carriage. Depending on the moment of inertia of the
[0012]
For example, if the inertia moment of the
[0013]
FIG. 13 shows an impulse response when the differential gain K L = 0, and it can be seen that this is also a divergent system (the same applies to the second axis).
As in this example, the first axis readhesion control system as shown in FIG. 7, when configured in the second axis independently can not be a converging system the system from a divergent system (adjustment of the proportional gain K I Is independent of the stability and instability of the control system).
[0014]
FIG. 10 shows an example of a simulation result when re-adhesion control is performed in such a system.
For the first axis in the traveling direction, the torque command value is gradually reduced even after the idling has converged, and the torque command value becomes zero. For the second axis, the torque is gradually reduced without causing idling.
In this way, the control system becomes unstable, and the adhesive force utilization rate ηt defined by Eq. (4) has become very small (the adhesive utilization rate ηt is 100%, which is the maximum utilization rate). It means)
[0015]
ηt = (dynamic axis tangential force / dynamic axis load) × 100 (%) (4)
In the bogie having parameters such as the bogie frame inertia moment and the axial spring constant as shown in the examples of FIGS. 12 and 13, when the re-adhesion control system is configured independently for each axis shown in FIG. The change in the torque generated on any of the shafts in the car triggers the swaying caused by the pitching of the carriage, and the torque command value gradually increases, causing the idling to diverge or sticking. As the torque command value becomes too small (FIG. 10 shows an example in this case), the control becomes unstable and the effective use of the adhesive force cannot be expected.
As described above, when the re-adhesion control system for each axis is configured independently as shown in FIG. 7, there is a problem that a stable control system may not be configured depending on the carriage.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, if the re-adhesion control system is configured independently for each axis, depending on the values of the parameters of the carriage (the inertial moment of the carriage frame, the value of the shaft spring constant, etc.) It is assumed that the entire system including the re-adhesion control system becomes unstable due to the dynamic behavior, and the effective use of the adhesive force cannot be achieved. However, it is necessary to avoid this.
[0017]
The object of the present invention is to provide a tangential force coefficient and its time using a disturbance observer in a system in which the main motor of each axis is driven by a separate power converter as described above, regardless of the value of the parameter of the carriage. The re-adhesion control system using the method for estimating the differential value is to always constitute a stable re-adhesion control system so that the adhesive force can be effectively used.
[0018]
[Means for Solving the Problems] That is, means for achieving the object are the torque command values or the calculated values of the generated torques of the two main motors, and the two main motors detected by the speed sensor. Estimated tangential force coefficient and tangential force coefficient of the driving wheel of the electric vehicle corresponding to each main motor estimated using the disturbance observer as input information to the disturbance observer corresponding to each main motor An electric vehicle control device provided with a controller for independently controlling the torque command value or generated torque of the two main motors using an estimated value of the differential value, each estimated using each of the disturbance observers wherein for calculating a torque command value to the main motor to the driving wheel of the electric vehicle corresponding estimated tangential force coefficient and tangential force of the other one another estimated value of the time differential value of the coefficient main motor Enter into your vessel calculates the torque command value to the main motor, an electric vehicle control device according to claim more by being configured so as to stabilize the re-adhesion control more.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the electric vehicle control apparatus of the present invention will be described in detail using the illustrated embodiments.
1 is a block diagram showing an embodiment of the re-adhesion control system of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a disturbance observer used in the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a simulation of re-adhesion control using the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an example of the result, FIG. 4 is a diagram showing an entire system including the re-adhesion control system / main motor torque control system and the carriage of the present invention, and FIG. 5 is an example of an impulse response of the system corresponding to FIG. FIG. 6 shows an example of the impulse response of the system corresponding to FIG. 4 (when differential gain K L = 0).
[0020]
In FIG. 1, the torque command value of each of the two main motors or the calculated value of the generated torque and the rotational speed of the two main motor shafts detected by the speed sensor are input to the disturbance observer corresponding to each main motor. As information, the torque command of the two main motors using the estimated tangential force coefficient of the driving wheel of the electric vehicle corresponding to each main motor estimated using the disturbance observer and the time differential value of the tangential force coefficient An electric vehicle control device provided with a controller for independently controlling a value or generated torque,
The estimated tangential force coefficient of each dynamic axis and the estimated value of the time differential value of the tangential force coefficient are input to the controller that calculates the torque command value for the other main motor, and the torque command value for each main motor Is calculated so as to further stabilize the re-adhesion control.
[0021]
That is, the first main motor rotation speed ωm1 detected by a speed sensor (not shown) and the torque command value T PI1 to the first main motor are input to the
[0022]
Similarly, a second main motor rotation speed ωm2 detected by a speed sensor (not shown) and a torque command value T PI2 to the second main motor are input to the
The
[0023]
T'PI2 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 (5)
On the other hand, the estimated value μdh2 of the time differential value of the tangential force coefficient of the second axis estimated by the
Therefore, the torque command value TPI2 for the second-shaft main motor torque control system (not shown), which is the output of the
[0024]
T PI2 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 ・ ・ ・ ・ ・ ・ (6)
T PI2 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 + C (t) (7)
Similarly for the first axis, the estimated value μh2 of the tangential force coefficient of the second axis estimated by the
[0025]
T'PI1 = KI ・ μh2 + KL ・ μdh2 ・ ・ ・ ・ ・ ・ (8)
Then, the estimated value μdh1 of the time differential value of the tangential force coefficient of the first axis estimated by the
[0026]
T PI1 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 (9)
T PI1 = KI ・ μh1 + KL ・ μdh1 + C (t) (10)
Thus, when the re-adhesion control system is configured such that the estimated value of the tangential force coefficient of each axis and the time differential value thereof are input to the main motor torque command value calculator of the other axis, FIG. In the block diagram of the entire system including the re-adhesion control system, the main motor torque control system, and the carriage, the torque command value T PI1 to the first axis main motor torque control system with respect to the torque impulse input of the first axis. 4 can be a convergent system as shown in FIG. 5 (when differential gain K L = 100). Even when the differential gain K L = 0, a convergent system can be obtained as shown in FIG.
[0027]
Since the entire system can be made into a convergent system in this way, as can be seen from the simulation result of the re-adhesion control state when such a re-adhesion control system shown in FIG. It can also be understood from the utilization factor of the tangential force coefficient that the adhesive force can be effectively used.
In the above description, the embodiment has been described on the assumption that the torque command value is used. However, the same control operation can be performed even if the calculated value of the generated torque of the main motor is input to the disturbance observer instead of the torque command. Therefore, the description of the case where the calculated value of the generated torque is used will be omitted.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the estimated value of the tangential force coefficient estimated by the disturbance observer of the first axis in the system that drives the main motors of the respective axes in the same carriage using separate power converters. And the estimated value of the time differential value of the tangential force coefficient are input to the main motor torque command value calculator of the second axis, and the estimated value of the tangential force coefficient estimated by the disturbance observer of the second axis and the time differential value of the tangential force coefficient Is input to the main motor torque command value calculator for the first axis, so that the entire system, including the re-adhesion control system and the carriage, can be changed to the parameters of the carriage (moment of inertia of the carriage frame, shaft spring constant, etc. ), A stable control system can be constructed at all times, so that the adhesive force can be effectively utilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a re-adhesion control system of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a disturbance observer used in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a simulation result in which re-adhesion control is performed using an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an entire system including a re-adhesion control system / main motor torque control system and a carriage according to the present invention.
FIG. 5 is an example of an impulse response of the system corresponding to FIG. 4 (when differential gain K L = 100).
6 is an example of an impulse response of the system corresponding to FIG. 4 (when differential gain K L = 0). FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional re-adhesion control system configured independently for each axis.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a torque reduction function C (t) that is generated when idling / sliding is detected.
FIG. 9 is a simplified diagram of a carriage.
FIG. 10 is an example of a simulation result of re-adhesion control when a conventional re-adhesion control system is configured independently for each axis.
FIG. 11 is a diagram showing an entire system including a re-adhesion control system, a main motor torque control system, and a carriage that constitute a conventional re-adhesion control system for each axis.
12 is an example of an impulse response of the system corresponding to FIG. 11 (when differential gain K L = 100). FIG.
FIG. 13 is an example of the impulse response of the system corresponding to FIG. 11 (when differential gain K L = 0);
FIG. 14 is a diagram showing a general characteristic with respect to a tangential force coefficient or a sliding speed of the tangential force.
[Explanation of symbols]
1, 9 First
17 Bogie frame
18, 19 axis spring
20, 21 Hanging link
22, 23 Main motor
24, 25 gearbox
25, 26 Large gear
27, 32 Disturbance observer on the first axis
28, 33 Second axis disturbance observer
29, 34 Torque command value controller that calculates the torque command value for the main motor of the first axis
30, 35 Torque command value controller that calculates the torque command value for the main motor of the second axis
31, 36 Main motor torque control system and cart
37, 38, 39, 40 Adder ωm1 Main motor rotation speed of the first axis ωm2 Main motor rotation speed of the second axis
T PI1 Torque command value to the main motor of the first axis
T PI2 Torque command value to the main motor of the second axis μh1 Estimated value of the tangential force coefficient of the dynamic axis of the first axis μh2 Estimated value of the tangential force coefficient of the dynamic axis of the second axis μdh1 Tangent of the dynamic axis of the first axis Estimated force coefficient time derivative μdh2 Estimated tangential force coefficient time derivative of the second axis
C (t) Torque reduction function
Tm Torque command value ωm Angular speed of main motor
Estimated ThL load torque
TdhL Estimated time derivative of load torque μdh Estimated tangential force coefficient Time derivative μh Estimated tangential force coefficient
Jm Moment of inertia viewed from the main motor shaft
a, b constant
s Laplace operator
Rg gear ratio
W / g axle load
r Driving wheel radius
Claims (1)
前記外乱オブザーバそれぞれを用いて推定した各主電動機に対応した電気車の動輪の推定接線力係数と接線力係数の時間微分値の推定値を互いに他方の主電動機へのトルク指令値を演算する前記制御器へ入力して各主電動機へのトルク指令値を演算し、より一層再粘着制御の安定化を図るよう構成したことを特徴とする電気車制御装置。As input information to the disturbance observer corresponding to each main motor, the torque command value of each of the two main motors or the calculated value of the generated torque and the rotational speed of the two main motor shafts detected by the speed sensor, Torque command values or generated torques of the two main motors using the estimated tangential force coefficient of the driving wheel of the electric vehicle corresponding to each main motor estimated using the disturbance observer and the time differential value of the tangential force coefficient In the electric vehicle control device provided with a controller for controlling each independently,
The estimated tangential force coefficient of the driving wheel of the electric vehicle corresponding to each main motor estimated using each of the disturbance observers and the estimated value of the time differential value of the tangential force coefficient are each calculated as a torque command value to the other main motor. An electric vehicle control device configured to input a controller and calculate a torque command value for each main motor to further stabilize the re-adhesion control.
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