JPH0723503A - アクティブ制御付集電装置 - Google Patents
アクティブ制御付集電装置Info
- Publication number
- JPH0723503A JPH0723503A JP16087793A JP16087793A JPH0723503A JP H0723503 A JPH0723503 A JP H0723503A JP 16087793 A JP16087793 A JP 16087793A JP 16087793 A JP16087793 A JP 16087793A JP H0723503 A JPH0723503 A JP H0723503A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- circuit
- active control
- observer
- current collecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
本発明の目的は、高速電車が高速走行している時に生じ
た車速変動により、架線外力の共振周波数が変化するの
で、その接触力変動を抑圧して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】本発明は、駆動機構24に設けた力検出器によ
り該機構に作用する変動力から接触力と外乱抑圧力とを
状態推定する複数個のオブザ−バからなる車速応動型オ
ブザ−バ回路47と、該走行情報により該オブザ−バを
切り換える切換え回路61とを設け、走行速度情報によ
り複数個の該オブザ−バのうちの一つを選択設定した
後、接触力と外乱抑圧力とを帰還してアクティブ制御を
行うものである。更に、本発明は上記力検出器の出力信
号と、該オブザ−バ回路からの変動力推定信号とを比較
するモニタ回路を設け、規定値以上になると異常表示し
ている。
た車速変動により、架線外力の共振周波数が変化するの
で、その接触力変動を抑圧して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】本発明は、駆動機構24に設けた力検出器によ
り該機構に作用する変動力から接触力と外乱抑圧力とを
状態推定する複数個のオブザ−バからなる車速応動型オ
ブザ−バ回路47と、該走行情報により該オブザ−バを
切り換える切換え回路61とを設け、走行速度情報によ
り複数個の該オブザ−バのうちの一つを選択設定した
後、接触力と外乱抑圧力とを帰還してアクティブ制御を
行うものである。更に、本発明は上記力検出器の出力信
号と、該オブザ−バ回路からの変動力推定信号とを比較
するモニタ回路を設け、規定値以上になると異常表示し
ている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高速電車用集電装置係
り、特に300km/h以上の速度で高速走行する編成
電車システムに用いる集電性能を向上させるのに好適な
アクティブ制御付集電装置に関するものである。
り、特に300km/h以上の速度で高速走行する編成
電車システムに用いる集電性能を向上させるのに好適な
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75dB)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。また、高速電車が300
km/h以上の速度で高速走行すると、離線率が増えて
集電性能が悪化する傾向にある。このため、低騒音でか
つ集電性能の向上を狙った新形集電装置の提案がなされ
ている。その集電装置は大寸法の集電部材(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
で架線へ一定の接触力を得るように押し上げて、接触集
電させている。このような装置として、特公平2−50
681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.9
20−77)講習会教材(1992年)第27頁から第
34頁に記載されている。また、アクティブ制御式集電
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。
向上(270から300km/h〜350km/h)に
伴い、環境騒音基準値(目標値75dB)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。また、高速電車が300
km/h以上の速度で高速走行すると、離線率が増えて
集電性能が悪化する傾向にある。このため、低騒音でか
つ集電性能の向上を狙った新形集電装置の提案がなされ
ている。その集電装置は大寸法の集電部材(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
で架線へ一定の接触力を得るように押し上げて、接触集
電させている。このような装置として、特公平2−50
681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.9
20−77)講習会教材(1992年)第27頁から第
34頁に記載されている。また、アクティブ制御式集電
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、低騒音化を
図るには騒音周波数の低下による大寸法の翼型集電部材
を用いることが必要である。しかし、該集電部材及びそ
れを支持する絶縁用碍子、駆動機構等に作用する架線外
力、変動揚力も増大する。これにより、架線との間に作
用する接触力fも大きく変動するので、翼型集電部材を
用いた場合での離線頻度は増大し、集電性能は従来より
悪化する傾向にある。その離線動作に関係する接触力f
は、架線と該集電部材間に作用するもので、直接計測が
不可能であるが、式(数1)で表わされるように間接的
に求められる。
図るには騒音周波数の低下による大寸法の翼型集電部材
を用いることが必要である。しかし、該集電部材及びそ
れを支持する絶縁用碍子、駆動機構等に作用する架線外
力、変動揚力も増大する。これにより、架線との間に作
用する接触力fも大きく変動するので、翼型集電部材を
用いた場合での離線頻度は増大し、集電性能は従来より
悪化する傾向にある。その離線動作に関係する接触力f
は、架線と該集電部材間に作用するもので、直接計測が
不可能であるが、式(数1)で表わされるように間接的
に求められる。
【0004】 f=fx−m1y1´´−m3y3´´−fq =ayw´´+byw´ ・・・・・・・(数1) ここで、yw´´は架線と集電部材の加速度偏差(=y1
´´-z´´)であり、yw´はその速度偏差である。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。fxは絶縁碍子と駆動ロッド間に設けたロ−ドセル
により検出できる変動力である。m1、y1´´は集電部
材の質量、加速度である。m3、y3´´は翼型集電部
材、絶縁碍子、駆動ロッド等の可動部材の質量、加速度
である。fqは翼型集電部材、絶縁碍子、駆動ロッド等
の可動部材に作用する変動揚力である。
´´-z´´)であり、yw´はその速度偏差である。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。fxは絶縁碍子と駆動ロッド間に設けたロ−ドセル
により検出できる変動力である。m1、y1´´は集電部
材の質量、加速度である。m3、y3´´は翼型集電部
材、絶縁碍子、駆動ロッド等の可動部材の質量、加速度
である。fqは翼型集電部材、絶縁碍子、駆動ロッド等
の可動部材に作用する変動揚力である。
【0005】このため、架線と接触している集電部材に
その架線外力や変動揚力が大きく作用すると、従来の接
触力制御方式では架線と集電部材間に作用する接触力f
の大きな変動を抑制することができず、離線率が増加す
る。特に、高速電車の走行速度が変化した場合では、架
線外力の共振周波数が変動するので、車速変動による架
線外力を抑制することができない等の問題点が生じる。
例えば、特願平5-26500号で提示しているアクティブ制
御方式を用いた場合において、車速変動が生じた時の接
触力の時間応答特性と周波数応答特性を図5、6に示
す。図中、波形Aは350km/h、波形Bは315km/h、
波形Cは280km/hである。図5に示した時間応答で
は、横軸に時間(s)、縦軸に接触力(N)を取った場合、A
の場合では架線外力の変化に対して速く抑圧されている
が、B、Cの速度が小さくなり、速度変動が大きくなる
場合では、接触力fの振幅も大きくなることが分かる。
その架線外力や変動揚力が大きく作用すると、従来の接
触力制御方式では架線と集電部材間に作用する接触力f
の大きな変動を抑制することができず、離線率が増加す
る。特に、高速電車の走行速度が変化した場合では、架
線外力の共振周波数が変動するので、車速変動による架
線外力を抑制することができない等の問題点が生じる。
例えば、特願平5-26500号で提示しているアクティブ制
御方式を用いた場合において、車速変動が生じた時の接
触力の時間応答特性と周波数応答特性を図5、6に示
す。図中、波形Aは350km/h、波形Bは315km/h、
波形Cは280km/hである。図5に示した時間応答で
は、横軸に時間(s)、縦軸に接触力(N)を取った場合、A
の場合では架線外力の変化に対して速く抑圧されている
が、B、Cの速度が小さくなり、速度変動が大きくなる
場合では、接触力fの振幅も大きくなることが分かる。
【0006】その時の周波数応答特性は図6に示すよう
に、横軸に周波数(Hz)、縦軸に接触力ゲイン(dB)を取る
と、共振周波数f1、f2領域でピ−クが生じている。こ
の共振周波数f1、f2は、主に架線の二つの支持スパン
(5m、50m)に基因した架線外力の周波数(例え
ば、300km/h/5m、300km/h/50m)である。こ
れにより、車速変動が生じると、架線外力の周波数が変
化するので、上述したアクティブ制御方式では、接触力
fの抑圧効果が小さくなるので大幅な変動が生じ、集電
性能が劣化すると言う問題点がある。
に、横軸に周波数(Hz)、縦軸に接触力ゲイン(dB)を取る
と、共振周波数f1、f2領域でピ−クが生じている。こ
の共振周波数f1、f2は、主に架線の二つの支持スパン
(5m、50m)に基因した架線外力の周波数(例え
ば、300km/h/5m、300km/h/50m)である。こ
れにより、車速変動が生じると、架線外力の周波数が変
化するので、上述したアクティブ制御方式では、接触力
fの抑圧効果が小さくなるので大幅な変動が生じ、集電
性能が劣化すると言う問題点がある。
【0007】本発明の目的は、高速電車が一定速度で高
速走行している場合での大幅な車速変動や加速、減速走
行での走行速度変化が生じた場合における架線外力の共
振周波数の変化に基づく接触力変動を抑圧して、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。
速走行している場合での大幅な車速変動や加速、減速走
行での走行速度変化が生じた場合における架線外力の共
振周波数の変化に基づく接触力変動を抑圧して、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、アクティブ制御付集
電装置を構成する部材の信頼性向上を図ることにある。
電装置を構成する部材の信頼性向上を図ることにある。
【0009】
【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、駆動機構に作用する変動力から該架線と該
すり板集電部材間に作用する接触力と、該接触力を抑圧
する力とを状態推定する状態量を出力する複数個のオブ
ザ−バ回路と、該走行情報により該オブザ−バ回路を切
り換える切換え回路とを設けたアクティブ制御付集電装
置を備える。更に、本発明では、上記切換え回路は該走
行情報のうちの走行速度情報により動作して、複数個の
該オブザ−バ回路のうち一つを選択設定させるとした。
更に、本発明では、上記複数個のオブザ−バ回路は該集
電機構に作用する上下方向の変動力を検出する力検出器
の出力信号及び該駆動機構の制御信号とを入力し、該集
電部材、集電機構等に作用する接触力推定信号及び外乱
抑圧力推定信号を状態推定する複数個の状態推定回路か
ら成り、切換え回路により算出された状態量信号を算出
するとした。更に、本発明は上記力検出器の出力信号
と、該オブザ−バ回路からの出力信号にゲインk3を乗
算させる変動力検出回路の出力信号とを比較するモニタ
回路を設け、規定値以上になると異常表示するとした。
に本発明は、駆動機構に作用する変動力から該架線と該
すり板集電部材間に作用する接触力と、該接触力を抑圧
する力とを状態推定する状態量を出力する複数個のオブ
ザ−バ回路と、該走行情報により該オブザ−バ回路を切
り換える切換え回路とを設けたアクティブ制御付集電装
置を備える。更に、本発明では、上記切換え回路は該走
行情報のうちの走行速度情報により動作して、複数個の
該オブザ−バ回路のうち一つを選択設定させるとした。
更に、本発明では、上記複数個のオブザ−バ回路は該集
電機構に作用する上下方向の変動力を検出する力検出器
の出力信号及び該駆動機構の制御信号とを入力し、該集
電部材、集電機構等に作用する接触力推定信号及び外乱
抑圧力推定信号を状態推定する複数個の状態推定回路か
ら成り、切換え回路により算出された状態量信号を算出
するとした。更に、本発明は上記力検出器の出力信号
と、該オブザ−バ回路からの出力信号にゲインk3を乗
算させる変動力検出回路の出力信号とを比較するモニタ
回路を設け、規定値以上になると異常表示するとした。
【0010】
【作用】高速電車が300km/h以上の一定速度で高
速走行する場合では、架線と複数のアクティブ制御付集
電装置の集電部材間に作用する架線外力(300km/hの
車速では、主に1.67Hz、16.7Hzの共振周波数上にピ−ク
値を有する特性)が大きく変動しても、架線に作用する
接触力fを小さくする様な接触力を抑圧する制御が行わ
れている。このため、架線と集電部材間における常時集
電動作が行なわれる。これに対して、大幅な車速変動が
生じた場合(例えば、カ-ブ走行、登坂走行等)や加速、
減速走行では、集電部材に作用する架線外力の共振周波
数が変動するので、車速応動型オブザ-バ回路内の複数
個の接触力オブザ-バから一つを選択するように切り換
え動作を行い、絶縁碍子と駆動機構間の対地側(0V電位)
に配置したロ−ドセルで検出した変動力の検出信号fx
と、駆動機構を動作させる押上力ufの制御信号uとを
集電コントロ−ラ内の車速に対応した一つの接触力オブ
ザ−バに入力して、状態量(y1,y3,y1´,y3´,z1,
z1´,z1´´,z1´´´)を状態推定した後、補償ゲイ
ンk1,k2を掛けて外乱抑圧力信号fa^、接触力推定
信号f^を逐次推定出力する。そして、目標値回路で予
め設定した接触力目標値f*との力偏差量信号〔=ki
(f*−f^)−fa^〕を算出し、その力偏差量信号
に対応した押上力ufの制御信号uを駆動機構のサ−ボ
アンプ回路に入力して、駆動機構を上下動作させてい
る。これにより、車速が大幅に変化した場合での架線外
力(2つの共振特性)を抑圧するような上下方向の押上
力ufを作用させて、集電部材が架線から離線(接触力
が負の値になる状態)せずに常時接触するようにしてい
る。よつて、複数個のアクティブ制御付集電装置は高速
電車の車速変化が生じた場合での架線と集電部材間での
集電性能を向上させることを可能にしている。
速走行する場合では、架線と複数のアクティブ制御付集
電装置の集電部材間に作用する架線外力(300km/hの
車速では、主に1.67Hz、16.7Hzの共振周波数上にピ−ク
値を有する特性)が大きく変動しても、架線に作用する
接触力fを小さくする様な接触力を抑圧する制御が行わ
れている。このため、架線と集電部材間における常時集
電動作が行なわれる。これに対して、大幅な車速変動が
生じた場合(例えば、カ-ブ走行、登坂走行等)や加速、
減速走行では、集電部材に作用する架線外力の共振周波
数が変動するので、車速応動型オブザ-バ回路内の複数
個の接触力オブザ-バから一つを選択するように切り換
え動作を行い、絶縁碍子と駆動機構間の対地側(0V電位)
に配置したロ−ドセルで検出した変動力の検出信号fx
と、駆動機構を動作させる押上力ufの制御信号uとを
集電コントロ−ラ内の車速に対応した一つの接触力オブ
ザ−バに入力して、状態量(y1,y3,y1´,y3´,z1,
z1´,z1´´,z1´´´)を状態推定した後、補償ゲイ
ンk1,k2を掛けて外乱抑圧力信号fa^、接触力推定
信号f^を逐次推定出力する。そして、目標値回路で予
め設定した接触力目標値f*との力偏差量信号〔=ki
(f*−f^)−fa^〕を算出し、その力偏差量信号
に対応した押上力ufの制御信号uを駆動機構のサ−ボ
アンプ回路に入力して、駆動機構を上下動作させてい
る。これにより、車速が大幅に変化した場合での架線外
力(2つの共振特性)を抑圧するような上下方向の押上
力ufを作用させて、集電部材が架線から離線(接触力
が負の値になる状態)せずに常時接触するようにしてい
る。よつて、複数個のアクティブ制御付集電装置は高速
電車の車速変化が生じた場合での架線と集電部材間での
集電性能を向上させることを可能にしている。
【0011】
【実施例】以下、本実施例を図面に沿って参照説明す
る。図2は、本発明を適用した高速電車の正面図であ
る。車体2は空力抵抗を小さくするように、その外面を
滑らかにするような成形を施している。格納ド−ム4内
に下半分覆われているアクティブ制御付集電装置20
は、絶縁用支持碍子22、導電用ケ−ブルヘツド23、
翼型集電部材21、駆動機構24等から構成され、架線
1に接触している。その格納ド−ム4は外表面が空気抵
抗の少ない流線形状で構成され、その内部に台座3、高
圧ケ−ブル5、高圧コネクタ6、集電装置起伏用シリン
ダ7、そのロッド8、集電コントロ−ラ9等が配設され
ている。集電コントロ−ラ9は格納ド−ム4内の電磁場
の影響を受けない位置に配設されており、雨、雪、ゴミ
等が直接かからないようにしている。
る。図2は、本発明を適用した高速電車の正面図であ
る。車体2は空力抵抗を小さくするように、その外面を
滑らかにするような成形を施している。格納ド−ム4内
に下半分覆われているアクティブ制御付集電装置20
は、絶縁用支持碍子22、導電用ケ−ブルヘツド23、
翼型集電部材21、駆動機構24等から構成され、架線
1に接触している。その格納ド−ム4は外表面が空気抵
抗の少ない流線形状で構成され、その内部に台座3、高
圧ケ−ブル5、高圧コネクタ6、集電装置起伏用シリン
ダ7、そのロッド8、集電コントロ−ラ9等が配設され
ている。集電コントロ−ラ9は格納ド−ム4内の電磁場
の影響を受けない位置に配設されており、雨、雪、ゴミ
等が直接かからないようにしている。
【0012】図1は、架線、アクティブ制御付集電装
置、集電コントロ−ラ、走行速度情報器等の構成図であ
る。アクティブ制御付集電装置20は、架線1に常時接
触集電するのに必要なすり板集電部材10と、該集電部
材を支える固いバネ機構11と、そのバネ機構に並列に
設けられたダンパ機構12と、それらの機構を支持する
翼型集電部材21と、該集電部材21の下部に設けられ
た絶縁用支持碍子22と、該碍子22と図面上並行(走
行時では、後方部)に設けられた導電用ケ−ブルヘツド
23、架線1からの電力をすり板集電部材10、翼型集
電部材21等を通じて導電ケ−ブルヘツド23へ送る高
圧ケ−ブル5と、絶縁用支持碍子22を上下方向に動作
させる駆動ロッド25と、該ロッド25を伸縮動作させ
る駆動機構24と、絶縁用支持碍子22と駆動ロッド2
5間に設けられたロ−ドセル22と、駆動ロッド25の
変位を検出する変位計27と、駆動機構24に加わる流
体圧の駆動力ufをアナログ制御信号euで制御するサ−
ボアンプ回路33と、ロ−ドセル26の出力信号を増幅
するロ−ドセル回路30と、変位計27の出力信号を増
幅する変位アンプ回路31等から構成されている。
置、集電コントロ−ラ、走行速度情報器等の構成図であ
る。アクティブ制御付集電装置20は、架線1に常時接
触集電するのに必要なすり板集電部材10と、該集電部
材を支える固いバネ機構11と、そのバネ機構に並列に
設けられたダンパ機構12と、それらの機構を支持する
翼型集電部材21と、該集電部材21の下部に設けられ
た絶縁用支持碍子22と、該碍子22と図面上並行(走
行時では、後方部)に設けられた導電用ケ−ブルヘツド
23、架線1からの電力をすり板集電部材10、翼型集
電部材21等を通じて導電ケ−ブルヘツド23へ送る高
圧ケ−ブル5と、絶縁用支持碍子22を上下方向に動作
させる駆動ロッド25と、該ロッド25を伸縮動作させ
る駆動機構24と、絶縁用支持碍子22と駆動ロッド2
5間に設けられたロ−ドセル22と、駆動ロッド25の
変位を検出する変位計27と、駆動機構24に加わる流
体圧の駆動力ufをアナログ制御信号euで制御するサ−
ボアンプ回路33と、ロ−ドセル26の出力信号を増幅
するロ−ドセル回路30と、変位計27の出力信号を増
幅する変位アンプ回路31等から構成されている。
【0013】ここで、架線1とすり板集電部材10間に
作用する接触力f、架線1からすり板集電部材10へ加
わる架線外力、翼型集電部材21、絶縁用支持碍子22
等の可動部材に作用する変動揚力、駆動ロツド25に与
える押上力uf等が各々作用している。集電コントロ−
ラ9は、ロ−ドセル回路30の出力信号y(=fx)
と、制御信号u(=eu)とを、車速応動型接触力オブ
ザ-バ回路45に入力し、該回路45から該集電装置2
0の車速に基因した最適な状態量x^(y1、y3、y1
´、y3´、z1、z1´、z1´´、z1´´´等)を状
態推定した後、該状態量x^を入力して外乱抑圧補償ゲ
イン回路46(ゲインk1)から外乱抑圧力推定信号fa
^を求めると共に、同様に接触力補償ゲイン回路47(ゲ
インk2)から接触力推定信号f^を求め、接触力目標値
f*を設定する目標値回路40と、その接触力目標値f
*から接触力推定信号f^を差し引く減算器41と、そ
の減算値(f*−f^)を積分補償する積分回路(ゲイ
ンki)と、その出力値に外乱抑圧力推定信号fa^を
差し引き、制御信号uを求める減算器44と、A/D回
路51、52、53及びD/A回路54、55とから構
成されている。また、走行速度情報器60からの速度信
号Vxを車速応動型接触力オブザ-バ回路45に入力する
ことにより、車速変化した場合での架線外力(2つの共
振周波数を有する特性)に基づく最適な状態量x^(y
1、y3、y1´、y3´、z1、z1´、z1´´、z1´´
´等)を状態推定することができる。その時の離散化し
た状態方程式と出力方程式を式(数2)、(数3)に示
す。
作用する接触力f、架線1からすり板集電部材10へ加
わる架線外力、翼型集電部材21、絶縁用支持碍子22
等の可動部材に作用する変動揚力、駆動ロツド25に与
える押上力uf等が各々作用している。集電コントロ−
ラ9は、ロ−ドセル回路30の出力信号y(=fx)
と、制御信号u(=eu)とを、車速応動型接触力オブ
ザ-バ回路45に入力し、該回路45から該集電装置2
0の車速に基因した最適な状態量x^(y1、y3、y1
´、y3´、z1、z1´、z1´´、z1´´´等)を状
態推定した後、該状態量x^を入力して外乱抑圧補償ゲ
イン回路46(ゲインk1)から外乱抑圧力推定信号fa
^を求めると共に、同様に接触力補償ゲイン回路47(ゲ
インk2)から接触力推定信号f^を求め、接触力目標値
f*を設定する目標値回路40と、その接触力目標値f
*から接触力推定信号f^を差し引く減算器41と、そ
の減算値(f*−f^)を積分補償する積分回路(ゲイ
ンki)と、その出力値に外乱抑圧力推定信号fa^を
差し引き、制御信号uを求める減算器44と、A/D回
路51、52、53及びD/A回路54、55とから構
成されている。また、走行速度情報器60からの速度信
号Vxを車速応動型接触力オブザ-バ回路45に入力する
ことにより、車速変化した場合での架線外力(2つの共
振周波数を有する特性)に基づく最適な状態量x^(y
1、y3、y1´、y3´、z1、z1´、z1´´、z1´´
´等)を状態推定することができる。その時の離散化し
た状態方程式と出力方程式を式(数2)、(数3)に示
す。
【0014】 Z(k+1)=A^Z(k)+B1^y(k)+B2^u(k)・・・・・
・・(数2) X(k)^=C^Z(k)+D1^y(k)+D2^u(k) ・・・・・
・・(数3) X(k)^は離散化して求めた推定状態量である。Z(k+
1)、Z(k)は車速応動型接触力オブザ-バ回路45で用い
る状態変数である。A^、B1^、B2^、C^、D1^、
D2^は車速応動型接触力オブザ-バ回路45で用いるマ
トリックスである。
・・(数2) X(k)^=C^Z(k)+D1^y(k)+D2^u(k) ・・・・・
・・(数3) X(k)^は離散化して求めた推定状態量である。Z(k+
1)、Z(k)は車速応動型接触力オブザ-バ回路45で用い
る状態変数である。A^、B1^、B2^、C^、D1^、
D2^は車速応動型接触力オブザ-バ回路45で用いるマ
トリックスである。
【0015】さらに、ロ−ドセル回路30の出力信号f
xと、該状態量x^を変動力検出回路48(ゲインk3)に
入力し、算出された変動力推定信号fx^とをモニタ回路
49に入力することにより、それらの偏差信号がある一定
値([fx-fx^]〉f0)を越えたら、モニタ回路より異常
状態をアラ−ム表示する構成にしている。
xと、該状態量x^を変動力検出回路48(ゲインk3)に
入力し、算出された変動力推定信号fx^とをモニタ回路
49に入力することにより、それらの偏差信号がある一定
値([fx-fx^]〉f0)を越えたら、モニタ回路より異常
状態をアラ−ム表示する構成にしている。
【0016】図3は、車速応動型接触力オブザ-バ回路
の構成を示す。該回路45は車速に基因する10ケの接
触力オブザ−バ70〜79を持ち、速度信号Vxにより
車速検出判定回路62を介して、アクティブ制御付集電
装置20の最適な状態量x^(y1、y3、y1´、y3
´、z1、z1´、z1´´、z1´´´等)を状態推定す
る切換え回路61を備えている。その切換え回路61
は、車速検出判定回路62と、その出力信号によりロ−
ドセル26で検出した変動力の検出信号fxと、駆動機
構24を動作させる押上力ufの制御信号uとを入力す
る入力回路64と、状態量X^(y1,y3,y1´,y3´,
z1,z1´,z1´´,z1´´´)を状態推定して出力する
出力回路63から成る。そして、例えば、走行速度が3
20km/hの場合では、図面上実線の矢印のように接触力
オブザ−バ(320)73を選択設定しているが、車速変
動が生じて280km/hになったならば、点線矢印のよう
に接触力オブザ−バ(280)74に切り換えて、状態推定
動作を実施させる。
の構成を示す。該回路45は車速に基因する10ケの接
触力オブザ−バ70〜79を持ち、速度信号Vxにより
車速検出判定回路62を介して、アクティブ制御付集電
装置20の最適な状態量x^(y1、y3、y1´、y3
´、z1、z1´、z1´´、z1´´´等)を状態推定す
る切換え回路61を備えている。その切換え回路61
は、車速検出判定回路62と、その出力信号によりロ−
ドセル26で検出した変動力の検出信号fxと、駆動機
構24を動作させる押上力ufの制御信号uとを入力す
る入力回路64と、状態量X^(y1,y3,y1´,y3´,
z1,z1´,z1´´,z1´´´)を状態推定して出力する
出力回路63から成る。そして、例えば、走行速度が3
20km/hの場合では、図面上実線の矢印のように接触力
オブザ−バ(320)73を選択設定しているが、車速変
動が生じて280km/hになったならば、点線矢印のよう
に接触力オブザ−バ(280)74に切り換えて、状態推定
動作を実施させる。
【0017】これらの切り換え動作を含み制御する集電
コントロ−ラの制御手順を、図4のフロ−チャ−トを参
照して説明する。ステップ(a)では、車速デ−タVx
を入力し高速電車2の走行状況を把握する。
コントロ−ラの制御手順を、図4のフロ−チャ−トを参
照して説明する。ステップ(a)では、車速デ−タVx
を入力し高速電車2の走行状況を把握する。
【0018】ステップ(b)では、ステップ(a)により
算出した車速デ−タVxに基づき、図3に示したように
車速応動型接触力オブザ-バ回路45上での最適な接触力
オブザ-バ70〜79のうちの一つを選択設定するように切
り換え、予め設定したマトリックスデ-タA^、B1^、
B2^、C^、D1^、D2^及びアクティブ制御付集電装
置20の押上力制御に必要な制御情報、すなわち接触力
目標値f*の設定、積分回路42の補償ゲインki、外乱
抑圧補償ゲイン回路46の補償ゲインk1、接触力補償
ゲイン回路47の補償ゲインk2、変動力検出回路48
の補償ゲインk3等を予め設定する。
算出した車速デ−タVxに基づき、図3に示したように
車速応動型接触力オブザ-バ回路45上での最適な接触力
オブザ-バ70〜79のうちの一つを選択設定するように切
り換え、予め設定したマトリックスデ-タA^、B1^、
B2^、C^、D1^、D2^及びアクティブ制御付集電装
置20の押上力制御に必要な制御情報、すなわち接触力
目標値f*の設定、積分回路42の補償ゲインki、外乱
抑圧補償ゲイン回路46の補償ゲインk1、接触力補償
ゲイン回路47の補償ゲインk2、変動力検出回路48
の補償ゲインk3等を予め設定する。
【0019】ステップ(c)では、車速応動型接触力オ
ブザ-バ回路45に必要なロ−ドセル26により検出した
変動力の検出信号fxと駆動ロッド25が暴走しないよ
うにリミットチェツクする変位信号y3をA/D回路5
1,52より入力する。
ブザ-バ回路45に必要なロ−ドセル26により検出した
変動力の検出信号fxと駆動ロッド25が暴走しないよ
うにリミットチェツクする変位信号y3をA/D回路5
1,52より入力する。
【0020】ステップ(d)では、駆動機構24を動作
させる押上力ufの制御信号euと変動力の状態推定信号
fx^〔y(k)〕をD/A回路54、55より出力する。
図示していないが、ステップ(c)で求めた変位信号y3が
リミット値y0を越えると、力制御から位置制御に切り
換えられ、架線設備にダメ-ジを与えないようにしてい
る。
させる押上力ufの制御信号euと変動力の状態推定信号
fx^〔y(k)〕をD/A回路54、55より出力する。
図示していないが、ステップ(c)で求めた変位信号y3が
リミット値y0を越えると、力制御から位置制御に切り
換えられ、架線設備にダメ-ジを与えないようにしてい
る。
【0021】ステップ(e)では、式(数3)から離散化
した状態量X(k)^(y1,y3,y1´,y3´,z1,z1´,z
1´´,z1´´´)を計算する。その時のC^、D1^、
D2^はステップ(b)で算出したデ-タを用いる。また、
Z(k)、u(k)は後述するステップ(j)より算出した値を
用いる。
した状態量X(k)^(y1,y3,y1´,y3´,z1,z1´,z
1´´,z1´´´)を計算する。その時のC^、D1^、
D2^はステップ(b)で算出したデ-タを用いる。また、
Z(k)、u(k)は後述するステップ(j)より算出した値を
用いる。
【0022】ステップ(f)では、ステップ(e)により
算出した状態量X(k)^より、外乱抑圧力推定信号fa
(k+1)^を求めると共に、接触力推定信号f^(k+1)や接
触力目標値f*との偏差信号Δf(k+1)を求める。ま
た、変動力推定値fx^も計算する。
算出した状態量X(k)^より、外乱抑圧力推定信号fa
(k+1)^を求めると共に、接触力推定信号f^(k+1)や接
触力目標値f*との偏差信号Δf(k+1)を求める。ま
た、変動力推定値fx^も計算する。
【0023】ステップ(g)では、偏差信号Δf(k+1)
の積分値S(k+1)を算出している。
の積分値S(k+1)を算出している。
【0024】ステップ(h)では、ステップ(g)で求
めた積分値に積分ゲイン定数kiを掛けた値ki・S(k+
1)からfa(k+1)^を減算して制御信号u(k+1)が求められ
る。
めた積分値に積分ゲイン定数kiを掛けた値ki・S(k+
1)からfa(k+1)^を減算して制御信号u(k+1)が求められ
る。
【0025】ステップ(i)では、車速応動型接触力オ
ブザ-バ回路45により選択設定された接触力オブザ−
バ70〜79の状態方程式である式(数2)を計算し、離
散化した状態変数Z(k+1)を求める。その時のA^、B
1^、B2^はステップ(b)で設定したマトリックスデ-タを
用いる。また、Z(k)、y(k)、u(k)は上述したステッ
プ(c)、(d)により算出したものを用いる。
ブザ-バ回路45により選択設定された接触力オブザ−
バ70〜79の状態方程式である式(数2)を計算し、離
散化した状態変数Z(k+1)を求める。その時のA^、B
1^、B2^はステップ(b)で設定したマトリックスデ-タを
用いる。また、Z(k)、y(k)、u(k)は上述したステッ
プ(c)、(d)により算出したものを用いる。
【0026】ステップ(j)、(k)では、ステップ
(i)、ステップ(k)で算出したZ(k+1)、u(k+1)をそれぞ
れZ(k)、u(k)に設定した後、制御終了であればエンド
となり、続行であればステップ(a)に戻る。
(i)、ステップ(k)で算出したZ(k+1)、u(k+1)をそれぞ
れZ(k)、u(k)に設定した後、制御終了であればエンド
となり、続行であればステップ(a)に戻る。
【0027】以上まとめると、ロ−ドセル26の検出信
号(変動力fx)と駆動機構24の制御信号(u)とに
より車速応動型接触力オブザ-バ回路で状態推定した接
触力推定信号(f^)、外乱抑圧力推定信号(fa^)等の
帰還信号と、接触力目標値(f*)との偏差信号を制御
信号u(=ki ∫ (f*−f^)dt−fa^)に設定してい
る。なお、集電コントロ−ラのサンプリング時間は1m
sであり、離散化して求めている。
号(変動力fx)と駆動機構24の制御信号(u)とに
より車速応動型接触力オブザ-バ回路で状態推定した接
触力推定信号(f^)、外乱抑圧力推定信号(fa^)等の
帰還信号と、接触力目標値(f*)との偏差信号を制御
信号u(=ki ∫ (f*−f^)dt−fa^)に設定してい
る。なお、集電コントロ−ラのサンプリング時間は1m
sであり、離散化して求めている。
【0028】これにより、高速電車が大幅な車速変動す
ることにより変化する共振周波数を持つ架線外力が大き
く変動しても、アクティブ制御付集電装置に作用する接
触力変動を抑圧することができるので、高速走行時での
架線変動を小さくして集電動作を行なうことが可能にな
り、集電性能を向上させることができる。
ることにより変化する共振周波数を持つ架線外力が大き
く変動しても、アクティブ制御付集電装置に作用する接
触力変動を抑圧することができるので、高速走行時での
架線変動を小さくして集電動作を行なうことが可能にな
り、集電性能を向上させることができる。
【0029】
【発明の効果】高速電車が一定速度で高速走行している
場合での大幅な車速変動や加速、減速走行での走行速度
変化が生じた場合における架線外力の共振周波数の変化
に基づく接触力変動を抑圧して、集電性能を向上させる
効果が得られる。 本発明の他の効果は、アクティブ制
御付集電装置を構成する部材の信頼性を向上する効果が
ある。
場合での大幅な車速変動や加速、減速走行での走行速度
変化が生じた場合における架線外力の共振周波数の変化
に基づく接触力変動を抑圧して、集電性能を向上させる
効果が得られる。 本発明の他の効果は、アクティブ制
御付集電装置を構成する部材の信頼性を向上する効果が
ある。
【図1】本発明の一実施例を示すアクティブ制御付集電
装置の構成図である。
装置の構成図である。
【図2】本発明の一実施例を示す高速電車全体の正面構
成図である。
成図である。
【図3】本発明の一実施例を示す車速応動型接触力オブ
ザ−バ回路図である。
ザ−バ回路図である。
【図4】本発明の一実施例を示す制御手順フロ−チャ−
トである。
トである。
【図5】従来発明の一実施例を示す時間応答波形であ
る。
る。
【図6】従来発明の一実施例を示す周波数応答波形であ
る。
る。
1…架線、2…高速電車、9…集電コントロ−ラ、20
…アクティブ制御付集電装置、21…翼型集電部材、2
4…駆動機構、25…駆動ロッド、26…ロ−ドセル、
45…車速応動型接触力オブザ−バ回路、46…外乱抑
圧補償ゲイン回路、47…接触力補償ゲイン回路、48
…変動力検出回路、49…モニタ回路、60…走行速度
情報器、70〜79…接触力オブザ−バ、61…切換え
回路。
…アクティブ制御付集電装置、21…翼型集電部材、2
4…駆動機構、25…駆動ロッド、26…ロ−ドセル、
45…車速応動型接触力オブザ−バ回路、46…外乱抑
圧補償ゲイン回路、47…接触力補償ゲイン回路、48
…変動力検出回路、49…モニタ回路、60…走行速度
情報器、70〜79…接触力オブザ−バ、61…切換え
回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 勝之 山口県下松市大字東豊井794番地 日立笠 戸エンジニアリング株式会社内 (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 高井 英夫 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 (4)
- 【請求項1】すり板集電部材と、該集電部材を架線に接
触させて集電支持する集電機構と、該集電機構を電車屋
根上の架台に対して上下方向に変位動作させる駆動機構
とからなり、該駆動機構を車上制御装置から転送される
走行情報により押し上げ力制御を行うアクティブ制御付
集電装置において、前記駆動機構に作用する変動力から
前記架線と前記すり板集電部材間に作用する接触力と該
接触力を抑圧する力とを状態推定する状態量を算出する
複数個のオブザ−バ回路と、前記走行情報により前記オ
ブザ−バ回路を切り換える切換え回路とを設けたことを
特徴とするアクティブ制御付集電装置。 - 【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、前記切換え回路は前記走行情報のうちの走
行速度情報により動作して、複数個の前記オブザ−バ回
路のうち一つを選択設定させることを特徴とするアクテ
ィブ制御付集電装置。 - 【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、前記複数個のオブザ−バ回路は前記集電機
構に作用する上下方向の変動力を検出する力検出器の出
力信号及び前記駆動機構の制御信号とを入力し、前記集
電部材、集電機構に作用する接触力推定信号及び外乱抑
圧力推定信号を状態推定する複数個の状態推定回路から
成り、前記切換え回路により算出された状態量信号を出
力することを特徴とするアクティブ制御付集電装置。 - 【請求項4】請求項3に記載のアクティブ制御付集電装
置において、前記力検出器の出力信号と、前記オブザ−
バ回路からの出力信号にゲインk3を乗算させる変動力
検出回路の出力信号とを比較するモニタ回路を設け、規
定値以上になると異常表示することを特徴とするアクテ
ィブ制御付集電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16087793A JPH0723503A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | アクティブ制御付集電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16087793A JPH0723503A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | アクティブ制御付集電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0723503A true JPH0723503A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=15724310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16087793A Pending JPH0723503A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | アクティブ制御付集電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723503A (ja) |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP16087793A patent/JPH0723503A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0605214B1 (en) | High speed low noise current collecting equipment | |
| JP4583028B2 (ja) | 変化する傾斜を有する道路上で駆動されている車両の質量を推定する方法および道路の傾斜を推定する方法 | |
| CN104032629B (zh) | 一种垂向轨道长波不平顺在线监测方法及系统 | |
| EP0699553A1 (en) | Control apparatus for electric vehicles | |
| US12493086B2 (en) | Method and system for assessing sliding electrical contact performance of electric locomotive pantograph-catenary system | |
| JP2012078213A (ja) | 鉄道車両の状態監視装置及び状態監視方法、並びに鉄道車両 | |
| JP2008247204A (ja) | 鉄道車両の振動制御装置 | |
| CN116945833B (zh) | 基于矿山道路信息的架线式矿用自卸车受电弓控制方法 | |
| Levant et al. | Output-feedback control of the contact-force in high-speed-train pantographs | |
| JP2007274792A (ja) | パンタグラフの集電方法及び装置、並びに電動式パンタグラフの実装方法及び装置 | |
| JP5950805B2 (ja) | パンタグラフの接触力変動低減方法及びパンタグラフ | |
| JP6930271B2 (ja) | 鉄道車両用シミュレーション装置、方法、及びプログラム | |
| JP2011205774A (ja) | 接触力制御方法及び接触力制御装置、並びに、集電装置における接触力制御方法及び接触力制御装置 | |
| JPH07123505A (ja) | アクティブ制御付集電装置 | |
| JP4521524B2 (ja) | 軌道状態解析方法及び軌道状態解析装置並びに軌道状態解析プログラム | |
| JPH09252502A (ja) | 集電装置 | |
| JP5522549B2 (ja) | 鉄道車両用振動制御装置 | |
| JP5184306B2 (ja) | 電気鉄道における架線静高さの推定方法 | |
| Mei et al. | A mechatronic approach for effective wheel slip control in railway traction | |
| Mei et al. | A mechatronic approach for anti-slip control in railway traction | |
| CN115165267A (zh) | 一种基于车辆振动信号的桥梁支承弱侧端快速检测方法 | |
| JPH10248111A (ja) | 集電装置 | |
| US10689042B2 (en) | Vehicles and methods for reducing aerodynamic drag of vehicles | |
| JP2006238513A (ja) | 電気車の駆動システム | |
| Zhou et al. | Dynamic behavior of different pantograph models in simulation of pantograph and catenary interaction |