JPH0687604B2 - 車両用直流分巻界磁電動機の制御装置 - Google Patents
車両用直流分巻界磁電動機の制御装置Info
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- JPH0687604B2 JPH0687604B2 JP59274042A JP27404284A JPH0687604B2 JP H0687604 B2 JPH0687604 B2 JP H0687604B2 JP 59274042 A JP59274042 A JP 59274042A JP 27404284 A JP27404284 A JP 27404284A JP H0687604 B2 JPH0687604 B2 JP H0687604B2
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- Japan
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- control unit
- value
- motor
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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-
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は例えば鉄道車両用の主電動機として使用される
直流分巻界磁電動機を、この電機子と界磁巻線にそれぞ
れに流れる電流をチョッパにより制御する車両用直流分
巻界磁電動機の制御装置に関する。
直流分巻界磁電動機を、この電機子と界磁巻線にそれぞ
れに流れる電流をチョッパにより制御する車両用直流分
巻界磁電動機の制御装置に関する。
第４図は、鉄道車両に使用されている直流分巻界磁電動
機の主回路構成を示すもので、１はパンタグラフ、２は
車輪、３は入力フィルタリアクトル、４は入力フィルタ
コンデンサである。また５は電機子６および界磁巻線７
を備えた直流分巻界磁電動機、８は電機子６と直列に接
続された電機子チョッパ、９は電機子６と並列に接続さ
れたフライホイールダイオードである。さらに10は直流
分巻界磁電動機（以下電動機と称す）５の界磁巻線７に
流れる界磁電流を制御する界磁チョッパである。
機の主回路構成を示すもので、１はパンタグラフ、２は
車輪、３は入力フィルタリアクトル、４は入力フィルタ
コンデンサである。また５は電機子６および界磁巻線７
を備えた直流分巻界磁電動機、８は電機子６と直列に接
続された電機子チョッパ、９は電機子６と並列に接続さ
れたフライホイールダイオードである。さらに10は直流
分巻界磁電動機（以下電動機と称す）５の界磁巻線７に
流れる界磁電流を制御する界磁チョッパである。
このような構成のものにおいて、力行時には電機子チョ
ッパ８の通流率をαとし、界磁チョッパ10の通流率を、
界磁電流IFが電機子電流IAに対して所定の割合で比例す
るように制御される。
ッパ８の通流率をαとし、界磁チョッパ10の通流率を、
界磁電流IFが電機子電流IAに対して所定の割合で比例す
るように制御される。
第５図は従来行われている電機子チョッパ８の通流率α
の制御方法の第１の例を説明するためのブロック図で、
12は電機子電流指令値演算部、13はフィードバック制御
部、14はダンピング制御部及び15は加算器である。電機
子電流指令値演算部12で演算された電機子電流指令値IC
は第６図に示すように減算器19と１次遅れ要素20からな
るフィードバック制御部13に与えられる。すなわち、減
算器19において電機子電流指令値ICと電機子電流IAとの
電流偏差ΔＩを求め、さらに電流偏差ΔＩを１次遅れ要
素20により増幅しフィードバック通流率α２を得る。な
お、K0は増幅ゲインであり、T0は遅れ時定数である。第
５図のダンピング制御部14は過渡的な安定性を強化する
ためのもので、フィードバック制御部13だけでは抑制で
きないハンチングを防止するものである。
の制御方法の第１の例を説明するためのブロック図で、
12は電機子電流指令値演算部、13はフィードバック制御
部、14はダンピング制御部及び15は加算器である。電機
子電流指令値演算部12で演算された電機子電流指令値IC
は第６図に示すように減算器19と１次遅れ要素20からな
るフィードバック制御部13に与えられる。すなわち、減
算器19において電機子電流指令値ICと電機子電流IAとの
電流偏差ΔＩを求め、さらに電流偏差ΔＩを１次遅れ要
素20により増幅しフィードバック通流率α２を得る。な
お、K0は増幅ゲインであり、T0は遅れ時定数である。第
５図のダンピング制御部14は過渡的な安定性を強化する
ためのもので、フィードバック制御部13だけでは抑制で
きないハンチングを防止するものである。
第７図は上記ダンピング制御部14の詳細を示したもので
微分器21で電機子電流IAを微分して出力α31を得、微分
器22でフィルタコンデンサ電圧ECを微分して出力α32を
得、この両出力α31，α32を減算器23において減算する
ことによりダンピング通流率α３を得る。そしてこのダ
ンピング通流率α３を５図に示すように加算器15に入力
してフィードバック通流率α２とを加算し電機子チョッ
パ通流率αを得る。なお、第６図、第７図においてK2、K
3はいずれも増幅ゲインを示し、Ｓはラプラス演算子を
示している。
微分器21で電機子電流IAを微分して出力α31を得、微分
器22でフィルタコンデンサ電圧ECを微分して出力α32を
得、この両出力α31，α32を減算器23において減算する
ことによりダンピング通流率α３を得る。そしてこのダ
ンピング通流率α３を５図に示すように加算器15に入力
してフィードバック通流率α２とを加算し電機子チョッ
パ通流率αを得る。なお、第６図、第７図においてK2、K
3はいずれも増幅ゲインを示し、Ｓはラプラス演算子を
示している。
以上の制御方法により電機子電流IAは大略電機子電流指
令値ICに等しく制御されるが、この従来の制御法には次
のような不具合があった。
令値ICに等しく制御されるが、この従来の制御法には次
のような不具合があった。
この制御の応答性は主に増幅ゲインK0と遅れ時定数T0に
依存し、増幅ゲインK0が大きいほどまた遅れ時定数T0が
小さいほど応答が早い。しかし反面、安定性は相反の関
係にあり、安定性を失わないでかつ、車両における架線
電圧の急変などの大きな外乱に対して十分な早さの応答
を確保することは次の理由により困難である。すなわ
ち、第２図に示すように電動機５の電機子チョッパ８の
回路に界磁巻線が挿入されていないばかりでなく、主平
滑リアクトルが除去されているので、回路のインピーダ
ンスは電機子６の分だけであり、直流直巻電動機を用い
たチョッパ回路に比して極端にインピーダンスが小さ
い。従って、架線電圧変動などに対して電機子チョッパ
８にはきわめて高速の応答が要求され、とうてい、安定
性と両立することができない。
依存し、増幅ゲインK0が大きいほどまた遅れ時定数T0が
小さいほど応答が早い。しかし反面、安定性は相反の関
係にあり、安定性を失わないでかつ、車両における架線
電圧の急変などの大きな外乱に対して十分な早さの応答
を確保することは次の理由により困難である。すなわ
ち、第２図に示すように電動機５の電機子チョッパ８の
回路に界磁巻線が挿入されていないばかりでなく、主平
滑リアクトルが除去されているので、回路のインピーダ
ンスは電機子６の分だけであり、直流直巻電動機を用い
たチョッパ回路に比して極端にインピーダンスが小さ
い。従って、架線電圧変動などに対して電機子チョッパ
８にはきわめて高速の応答が要求され、とうてい、安定
性と両立することができない。
本発明は上記のような事情を考慮して成されたもので、
その目的は力行時の電機子電流制御特性として十分な安
定性と速応性を有する車両用直流分巻界磁電動機の制御
装置を提供することにある。
その目的は力行時の電機子電流制御特性として十分な安
定性と速応性を有する車両用直流分巻界磁電動機の制御
装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明では、フィルタコンデ
ンサ電圧，界磁電流，電動機回転数および電機子電流指
令値から、関数演算によりフィードフォワード通流率を
求めるフィードフォワード制御部を従来のものに付加
し、フィードフォワード通流率，フィードバック通流率
およびダンピング通流率の加算値を電機子チョッパの通
流率として出力し、変化リミッタにより加算値の変化量
が高値優先回路によって定められた制御変化量を越えた
際に、電機子チョッパの通流率の変化量を制限変化量と
することによって、安定性と速応性を両立できるように
したことを特徴とする。
ンサ電圧，界磁電流，電動機回転数および電機子電流指
令値から、関数演算によりフィードフォワード通流率を
求めるフィードフォワード制御部を従来のものに付加
し、フィードフォワード通流率，フィードバック通流率
およびダンピング通流率の加算値を電機子チョッパの通
流率として出力し、変化リミッタにより加算値の変化量
が高値優先回路によって定められた制御変化量を越えた
際に、電機子チョッパの通流率の変化量を制限変化量と
することによって、安定性と速応性を両立できるように
したことを特徴とする。
以下本発明の一実施例について第１図を参照して説明す
る。
る。
第１図は第５図の制御ブロック図にフィードフォワード
制御部16と、力行起動時の通流率の変化量を制限する変
化リミッタ17と、高値優先回路31とを付加したものであ
る。このフィードフォワード制御部16の詳細を第２図に
示す。以下、その作用を第２図を用いて説明する。関数
発生器24は電動機の磁化特性を関数として有しており、
界磁電流IFを入力すると界磁束Ｋ・φが求められる。そ
して乗算器25でこの界磁束Ｋ・φと電動機回転数VLCを
乗じ電動機逆起電力EMを求める。そして電動機の電機子
抵抗をＲとすると、フィルタコンデンサ電圧がECの時に
電機子電流指令値ICと電機子電流IAが等しくなるための
フィードフォワード通流率α１は で与えられる。この演算を実行するのが関数発生器26で
あり、結果をフィードフォワード通流率α１として出力
する。この場合フィードフォワード通流率α１を求める
課程で電機子電流IAを用いないので、フィードフォワー
ド制御と呼ぶ。
制御部16と、力行起動時の通流率の変化量を制限する変
化リミッタ17と、高値優先回路31とを付加したものであ
る。このフィードフォワード制御部16の詳細を第２図に
示す。以下、その作用を第２図を用いて説明する。関数
発生器24は電動機の磁化特性を関数として有しており、
界磁電流IFを入力すると界磁束Ｋ・φが求められる。そ
して乗算器25でこの界磁束Ｋ・φと電動機回転数VLCを
乗じ電動機逆起電力EMを求める。そして電動機の電機子
抵抗をＲとすると、フィルタコンデンサ電圧がECの時に
電機子電流指令値ICと電機子電流IAが等しくなるための
フィードフォワード通流率α１は で与えられる。この演算を実行するのが関数発生器26で
あり、結果をフィードフォワード通流率α１として出力
する。この場合フィードフォワード通流率α１を求める
課程で電機子電流IAを用いないので、フィードフォワー
ド制御と呼ぶ。
このようにしてフィードフォワード通流率α１を求める
ということはあらゆる架線電圧、回転数においてIC＝IA
になるべき通流率を計算出力することになるので、架線
電圧急変でフイルタコンデンサ電圧ECが急変してもそれ
に応じて、適正な通流率を指令することになり、電機子
電流IAは電機子電流指令値ICから大きく逸脱することが
ない。
ということはあらゆる架線電圧、回転数においてIC＝IA
になるべき通流率を計算出力することになるので、架線
電圧急変でフイルタコンデンサ電圧ECが急変してもそれ
に応じて、適正な通流率を指令することになり、電機子
電流IAは電機子電流指令値ICから大きく逸脱することが
ない。
こうして求めたフィードフォワード通流率α１は電動機
回路の諸特性が演算に用いた値と完全に一致していれ
ば、フィードフォワード通流率α２はなくても、IC＝IA
になるはずであるが、実際には、磁化特性のずれ、電機
子抵抗値Ｒの温度変化などにより必ずしもIC＝IAにはな
らない。したがって、これを補正するためにフィードバ
ック制御部13は依然として必要であるが、その役割は単
なる定電流補正であり、架線電圧急変などの急峻な外乱
の吸収は前述したようにほとんどすべてフィードフォワ
ード制御部16が受け持つので内部の１次遅れ要素20の増
幅ゲインK0はそれほど大きくする必要がなく、また遅れ
時定数T0も十分に大きな値にすることが可能である。す
なわち安定性を犠牲にして、無理に応答を早くする必要
がない。
回路の諸特性が演算に用いた値と完全に一致していれ
ば、フィードフォワード通流率α２はなくても、IC＝IA
になるはずであるが、実際には、磁化特性のずれ、電機
子抵抗値Ｒの温度変化などにより必ずしもIC＝IAにはな
らない。したがって、これを補正するためにフィードバ
ック制御部13は依然として必要であるが、その役割は単
なる定電流補正であり、架線電圧急変などの急峻な外乱
の吸収は前述したようにほとんどすべてフィードフォワ
ード制御部16が受け持つので内部の１次遅れ要素20の増
幅ゲインK0はそれほど大きくする必要がなく、また遅れ
時定数T0も十分に大きな値にすることが可能である。す
なわち安定性を犠牲にして、無理に応答を早くする必要
がない。
しかし起動時に電機子チョッパ通流率αとしてはフィー
ドフォワード通流率α１がステップ状に出力されること
になり、前述したように、特性のずれなどでフィードバ
ック通流率α２による補正が必要な場合、特にフィード
フォワード通流率α１だけでは位相を開きすぎになるよ
うな場合には電流のオーバーシュートを生じ、過電流を
引き起こす可能性が大きいので、力行起動時の通流率の
変化量を低速では小さく、高速では大きくするように電
動機速度に比例させて制限する第３図に示すような作用
をする変化リミッタを付加している。
ドフォワード通流率α１がステップ状に出力されること
になり、前述したように、特性のずれなどでフィードバ
ック通流率α２による補正が必要な場合、特にフィード
フォワード通流率α１だけでは位相を開きすぎになるよ
うな場合には電流のオーバーシュートを生じ、過電流を
引き起こす可能性が大きいので、力行起動時の通流率の
変化量を低速では小さく、高速では大きくするように電
動機速度に比例させて制限する第３図に示すような作用
をする変化リミッタを付加している。
一方、フィードフォワード制御部16に入力される電動機
回転数（速度信号）VLCをK3なる比例定数30を介して高
値優先回路31の一方の入力端子に入力させ、また高値優
先回路31の他方の入力端子に通常加速時におけるα０の
時間変化ｄα０/dtの絶対値を定めたC2なる定数32を入
力させる。そして高値優先回路31の出力DALを変化リミ
ッタ17に入力させたものである。この変化リミッタ17は
加算器15から出力α０から第２図のチョッパ８の通流率
を決定するようになっている。
回転数（速度信号）VLCをK3なる比例定数30を介して高
値優先回路31の一方の入力端子に入力させ、また高値優
先回路31の他方の入力端子に通常加速時におけるα０の
時間変化ｄα０/dtの絶対値を定めたC2なる定数32を入
力させる。そして高値優先回路31の出力DALを変化リミ
ッタ17に入力させたものである。この変化リミッタ17は
加算器15から出力α０から第２図のチョッパ８の通流率
を決定するようになっている。
このように比例定数30,定数32および高値優先回路31か
らなるアルゴリズムを追加することにより、速度の大き
な領域では、変化リミッタ17が大きく、速度の小さな領
域では変化リミッタ17が小さな制御系を得ることができ
る。
らなるアルゴリズムを追加することにより、速度の大き
な領域では、変化リミッタ17が大きく、速度の小さな領
域では変化リミッタ17が小さな制御系を得ることができ
る。
これにより、速度の大きな領域では通流率は素早く立上
がることが可能でかつ、速度の小さな領域で電流がオー
バシュートすることのない制御系を得ることができる。
がることが可能でかつ、速度の小さな領域で電流がオー
バシュートすることのない制御系を得ることができる。
以上説明した本発明によれば、フィードフォワード通流
率（α１）、フィードバック通流率（α２）およびダン
ピング通流率（α３）の加算値を電機子チョッパの通流
率として出力し、変化リミッタにより加算値の変化量が
高値優先回路によって定められた制限変化量を越えた際
に、電機子チョッパの通流率の変化量を制限変化量とす
るので、パターン通りの電流の立ち上げが可能であり、
力行時の電機子電流制御特性として十分な安定性と速応
性を有する車両用直流分巻界磁電動機の制御装置を提供
できる。
率（α１）、フィードバック通流率（α２）およびダン
ピング通流率（α３）の加算値を電機子チョッパの通流
率として出力し、変化リミッタにより加算値の変化量が
高値優先回路によって定められた制限変化量を越えた際
に、電機子チョッパの通流率の変化量を制限変化量とす
るので、パターン通りの電流の立ち上げが可能であり、
力行時の電機子電流制御特性として十分な安定性と速応
性を有する車両用直流分巻界磁電動機の制御装置を提供
できる。
第１図は本発明による電機子チョッパ通流率を制御する
制御装置を示すブロック図、第２図は第１図中のフィー
ドフォワード制御部の詳細を示すブロック図、第３図は
第１図の制御装置を用いた場合の通流率αに対する作用
を示す図、第４図は鉄道車両用の直流分巻界磁電動機の
主回路構成を示す図、第５図は第４図の主回路における
従来の電機子チョッパの通流率の制御装置を示すブロッ
ク図、第６図は第５図中のフィードバック制御部の詳細
を示すブロック図、第７図は第５図中のダンピング制御
部の詳細を示すブロック図である。 １……パンタグラフ、２……車輪、３……入力フイルタ
リアクトル、４……入力フイルタコンデンサ、５……直
流分巻界磁電動機、６……電機子、７……界磁巻線、８
……電機子チョッパ、９……フライホイールダイオー
ド、10……界磁チョッパ、12……電機子電流指令値演算
部、13……フィードバック制御部、14……ダンピング制
御部、15……加算器、16……フィードフォワード制御
部、17……変化リミッタ、30……比例定数、31……高値
優先回路、32……定数。
制御装置を示すブロック図、第２図は第１図中のフィー
ドフォワード制御部の詳細を示すブロック図、第３図は
第１図の制御装置を用いた場合の通流率αに対する作用
を示す図、第４図は鉄道車両用の直流分巻界磁電動機の
主回路構成を示す図、第５図は第４図の主回路における
従来の電機子チョッパの通流率の制御装置を示すブロッ
ク図、第６図は第５図中のフィードバック制御部の詳細
を示すブロック図、第７図は第５図中のダンピング制御
部の詳細を示すブロック図である。 １……パンタグラフ、２……車輪、３……入力フイルタ
リアクトル、４……入力フイルタコンデンサ、５……直
流分巻界磁電動機、６……電機子、７……界磁巻線、８
……電機子チョッパ、９……フライホイールダイオー
ド、10……界磁チョッパ、12……電機子電流指令値演算
部、13……フィードバック制御部、14……ダンピング制
御部、15……加算器、16……フィードフォワード制御
部、17……変化リミッタ、30……比例定数、31……高値
優先回路、32……定数。
Claims (1)
- 【請求項１】フィードフォワード制御部と、フィードバ
ック制御部と、ダンピング制御部と、高値優先回路と、
変化リミッタとを備え、 前記フィードフォワード制御部は、直流分巻界磁電動機
の界磁巻線を流れる界磁電流と、前記直流分巻界磁電動
機の電動機速度と、前記直流分巻界磁電動機の電機子へ
供給する予め設定される電機子電流指令値と、前記電機
子と並列に接続されたフィルタコンデンサの端子間電圧
を入力し、前記界磁電流から定まる界磁束と前記電動機
速度との積と、前記電機子電流指令値と前記電機子の抵
抗値との積との和を、前記端子間電圧で除算することに
より、フィードフォワード通流率を演算して出力するも
のであり、 前記フィードバック制御部は、前記電機子電流と前記電
機子電流指令値を入力してフィードバック通流率を演算
して出力するものであり、 前記ダンピング制御部は、前記端子間電圧と前記電機子
電流を入力し、前記端子間電圧の微分値と前記電機子電
流の微分値とによりダンピング通流率を演算して出力す
るものであり、 前記高値優先回路は、前記電動機速度に比例して定めら
れる変化量と予め設定される所定変化量を入力し、前記
電動機速度に比例して定められる変化量と前記所定変化
量との大なる方を制限変化量として出力するものであ
り、 前記変化リミッタは、前記フィードフォワード通流率と
前記フィードバック通流率と前記ダンピング通流率との
加算値と前記制限変化量を入力し、前記加算値を電機子
チョッパの通流率として出力するものであって、前記加
算値の変化量が前記制限変化量を超えた際に、電機子チ
ョッパの通流率の変化量を前記制限変化量とするもので
ある車両用直流分巻界磁電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59274042A JPH0687604B2 (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 車両用直流分巻界磁電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59274042A JPH0687604B2 (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 車両用直流分巻界磁電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61154404A JPS61154404A (ja) | 1986-07-14 |
| JPH0687604B2 true JPH0687604B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=17536151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59274042A Expired - Lifetime JPH0687604B2 (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 車両用直流分巻界磁電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0687604B2 (ja) |
-
1984
- 1984-12-27 JP JP59274042A patent/JPH0687604B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61154404A (ja) | 1986-07-14 |
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