JPH07322414A - 列車の駆動制御装置および列車の走行抵抗学習装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 速度指令部１は列車５の速度指令値Ｖc を出
力する。減算部８は速度指令値Ｖc と位置速度検出部６
で検出された列車５の実速度Ｖを入力し、速度指令値Ｖ
c と実速度Ｖとの速度差Ｖd を演算する。速度制御部２
は速度差Ｖd を入力とし、この速度差Ｖd を零とするよ
うな電流指令値ＩmFB を演算する。補償値演算部７は、
位置速度検出部６で検出された実速度Ｖと位置Ｘに基づ
いて走行抵抗Ｆd を求め、この走行抵抗Ｆd に相当する
電流補償値ＩmFF を演算する。加算部９は電流補償値Ｉ
mFF と電指令値ＩmFB を加算して補償電流指令値Ｉm を
得る。この補償電流指令値Ｉm に基づいて電流供給部３
から電動機４に電流が供給される。 【効果】 走行抵抗による列車の変動を抑制し、乗心地
の改善を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走行抵抗の変化による列
車の駆動変動分の影響を抑制し、走行抵抗を随時学習す
る列車の駆動制御装置および列車の走行抵抗学習装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、列車を自動運転させ
る場合、速度指令と列車の実速度とを一致させるように
フィ―ドバック制御により電流指令値を演算し、この電
流指令値を列車駆動用の電動機に供給して駆動する方法
があった。図８は従来の列車の駆動制御装置の構成図で
ある。

【０００３】図８において41は列車の速度指令部、42は
速度制御部、43は電流供給部、44は列車駆動用の電動
機、45は列車、46は位置速度検出部、47は減算部であ
る。速度指令部41は速度指令Ｖc を出力する。減算部47
では速度指令Ｖc と位置速度検出部46で検出されフィ―
ドバックされた列車の実速度Ｖとの差を演算し、速度制
御部42では、この差を増幅して電流指令値Ｉm を演算す
る。電流供給部43は電流指令値Ｉm に従って電動機44に
電流を供給し電動機44の駆動力ＦX により列車45を走行
させる。このとき、空気抵抗や摩擦などの走行抵抗Ｆd
がトンネルＴ内（以下、トンネル区間という）とそうで
ない区間（以下、明かり区間という）では異なることか
ら、たとえばトンネルＴ内に列車45が入ったときあるい
は、抜けたときには、列車45の速度や加速度に変動がお
きる。

【０００４】図９、図10に列車45に加わる走行抵抗によ
って変動する列車速度、加速度の一例を示す。図９
（ａ）は列車の加速度変化、図９（ｂ）は列車の速度変
化、図９（ｃ）は空気抵抗係数の変化を示したものであ
る。空気抵抗は速度のほぼ二乗に比例するとされてい
る。一方トンネル区間と明かり区間とでは空気抵抗係数
が異なるので、列車45がトンネルＴ内に突入した時また
は抜けた時では空気抵抗が不連続に変化し、図９
（ａ）、図９（ｂ）に示したような速度、加速度に変動
がおこる。

【０００５】図10に勾配による走行抵抗の変化を示す。
図10（ａ）は列車の加速度変化、図10（ｂ）は列車の速
度変化、図10（ｃ）は坂と勾配係数の関係を示す図であ
る。坂では、列車の重量Ｍと勾配係数によって、その抵
抗値が決まる。例えばＹ％の傾斜（傾斜角度θ）の坂で
はＦg ＝Ｍ・ｇ・ sinθの力を、登り坂であれば下向き
に受ける。このとき速度、加速度は図10（ａ）、図10
（ｂ）に示したように変動を受ける。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように列車の
速度、加速度はトンネル区間と明かり区間では、空気抵
抗係数の変化により変動する。又坂の勾配によっても登
り坂の場合列車は進行方向と逆向きの力Ｆg を受けるた
め速度、加速度に変動がおこる。列車の実速度は位置速
度検出部で検出され、その実速度を速度指令部から出力
される速度指令値に追従させるように速度制御部で制御
が行われるが、トンネル区間と明かり区間、又は平坦な
場所と勾配のある場所とでは、空気抵抗や坂の勾配によ
る抵抗のちがいが外乱として列車に働くため、速度指令
値と実速度との差に急激な変化が生じてしまう。この変
化が列車の走行上乗り心地に悪影響を引きおこす原因と
なっていた。

【０００７】そこで本発明は上述した問題点を解決する
ためになされたもので、走行抵抗分を電流指令値に対し
て補償することで走行抵抗の外乱による列車の駆動変動
分を抑制する列車の駆動制御装置を提供することを目的
とする。又走行抵抗を随時学習する列車の走行抵抗学習
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１に記載の発明は、列車の位置と速度を
検出する位置速度検出手段と、列車の速度指令値を出力
する速度指令手段と、位置速度検出手段で検出された速
度検出値と速度指令手段から出力された速度指令値とか
ら電流指令値を演算する速度制御手段と、位置速度検出
手段で検出された位置から路線状況の変化を認識し、こ
の路線状況の変化と速度検出値に応じて定まる走行抵抗
分の電流補償値を演算する補償値演算手段と、速度制御
手段で演算された電流指令値と、補償値演算手段で演算
された電流補償値とを加算し、この加算電流値を電動機
に供給する電流供給手段とを有してなる。

【０００９】又請求項２に記載の発明は、請求項１の発
明に加えて、補償値演算手段に設けられ、位置速度検出
手段で検出された位置に応じて空気抵抗係数を切換える
切換手段と、補償値演算手段に設けられ、速度検出値の
二乗と空気抵抗係数との積から空気抵抗を演算する空気
抵抗演算手段と、補償値演算手段に設けられ、位置速度
検出手段で検出された位置に応じて勾配係数を設定し、
この勾配係数と与め設定される勾配抵抗係数との積から
勾配抵抗を演算する勾配抵抗演算手段と、補償値演算手
段に設けられ、空気抵抗と勾配抵抗の和から走行抵抗を
演算する加算手段とを有してなる。

【００１０】又請求項３に記載の発明は、列車の位置と
速度を検出する位置速度検出手段と、列車の速度指令値
と加速度指令値とを出力する速度指令手段と、位置速度
検出手段で検出された速度検出値と速度指令手段から出
力された速度指令値とから電流指令値を演算する速度制
御手段と、位置速度検出手段で検出された位置から路線
状況の変化を認識し、この路線状況の変化と速度検出値
と電流指令値を用いて走行抵抗を構成する各係数を学習
し、この学習した走行抵抗を構成する各係数を用いて補
償電流指令値を演算する学習手段と、この学習手段で演
算された補償電流指令値を電動機に供給する電流供給手
段とを有してなる。

【００１１】又請求項４に記載の発明は、請求項３の発
明に加えて、学習手段に設けられ、電流指令値を零にす
る走行抵抗を構成する各係数を学習する係数学習手段
と、学習手段に設けられ、係数学習手段で学習された各
係数と速度指令手段から出力された速度指令値と加速度
指令値とから補償電流指令値を演算する補償値演算手段
とを有してなる。

【００１２】又請求項５に記載の発明は、請求項３に記
載の発明に加えて、学習手段に設けられ、路線状況の変
化と速度検出値に応じて定まる走行抵抗分の電流補償値
と電流指令値との差を零にする走行抵抗を構成する各係
数を学習する係数学習手段と、学習手段に設けられ、係
数学習手段で学習された各係数と速度指令手段から出力
された速度指令値と加速度指令値とから補償電流指令値
を演算する補償値演算手段とを有してなる。

【００１３】又請求項６に記載の発明は、列車の位置と
速度を検出する位置速度検出手段と、列車の速度指令値
と加速度指令値とを出力する速度指令手段と、位置速度
検出手段で検出された速度検出値と速度指令手段から出
力された速度指令値とから電流指令値を演算する速度制
御手段と、電流指令値を零にする走行抵抗を構成する各
係数を学習する係数学習手段と、この係数学習手段で学
習された各係数と速度指令手段から出力された速度指令
値と加速度指令値とから補償電流指令値を演算する補償
値演算手段とを有してなる。

【００１４】又請求項７に記載の発明は、列車の位置と
速度を検出する位置速度検出手段と、列車の速度指令値
と加速度指令値とを出力する速度指令手段と、位置速度
検出手段で検出された速度検出値と速度指令手段から出
力された速度指令値とから電流指令値を演算する速度制
御手段と、路線状況の変化と速度検出値に応じて定まる
走行抵抗分の電流補償値と電流指令値との差を零にする
走行抵抗を構成する各係数を学習する係数学習手段と、
この係数学習手段で学習された各係数と速度指令手段か
ら出力された速度指令値と加速度指令値とから補償電流
指令値を演算する補償値演算手段とを有してなる。

【００１５】

【作用】請求項１又は請求項２に記載の発明では、速度
制御手段により列車の実速度を速度指令値に追従させる
ように電流指令値が演算される。また補償値演算手段で
は、路線状況によって変化する走行抵抗分を補償するた
めの電流補償値を演算し、この電流補償値を電流指令値
に加算した加算電流値が電流供給手段から電動機に供給
され、列車を走行させる。列車がトンネルにさしかかる
とき、トンネル区間と明かり区間では空気抵抗による抵
抗値が異なるため、切換手段により空気抵抗係数を切換
えて出力する。また、列車が坂にさしかかったときもト
ンネルの時と同様に勾配による抵抗が坂によって異なる
ため、勾配抵抗演算手段により勾配抵抗に相当する走行
抵抗値を位置によって切り換えて出力する。

【００１６】このように、走行抵抗値に相当する電流値
を補償電流値として電流指令値に反映させることで、ト
ンネル、坂などによる走行抵抗の変化により、列車に及
ぼす変動を防ぐことのできる列車の駆動制御装置を提供
することができる。

【００１７】又請求項３乃至請求項５に記載の発明で
は、速度制御手段により列車の実速度を速度指令値に追
従させるように電流指令値が演算される。列車の速度と
加速度と位置と電流指令値を用いて、学習手段により列
車の走行抵抗を構成する各係数を学習し、この学習した
各係数を用いて補償電流指令値を出力する。

【００１８】このように、走行抵抗値に相当する補償電
流値を電流指令値に反映させることで、トンネル、坂な
どによる走行抵抗の変化により、列車に及ぼす変動を防
ぐことのできる列車の駆動制御装置を提供することがで
きる。

【００１９】又請求項６又は請求項７に記載の発明で
は、電流指令と速度制御から出力されるフィ―ドバック
電流指令の差が、あるいは当該フィ―ドバック電流指令
そのものが零になるように電流指令の構成要素である、
前記各項の係数をニュ―ラルネットワ―クの手法で学習
していく。この結果、列車の走行抵抗と重量が求められ
るような列車の走行抵抗学習装置を提供することができ
る。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照し詳細に説明
する。図１、図２は請求項１、請求項２に記載の発明の
一実施例を示す図で、図１は列車の駆動制御装置の構成
図、図２は補償値演算部の構成図である。

【００２１】図１において１は速度指令部、２は速度制
御部、３は電流供給部、４は列車駆動用の電動機、５は
列車、６は位置速度検出部、７は補償値演算部、８は減
算部、９は加算部である。速度指令部１、速度制御部
２、電流供給部３、電動機４、位置速度検出部６、補償
値演算部７、減算部８、加算部９は列車５に搭載される
ものであるが、外部の中央制御装置などに設置される場
合もある。

【００２２】速度指令部１は列車５の速度指令値Ｖc を
出力する。減算部８はこの速度指令値Ｖc と位置速度検
出部６で検出された列車５の実速度Ｖを入力し、速度指
令値Ｖc と実速度Ｖとの速度差Ｖd を演算する。列車５
の実速度Ｖは位置速度検出部６で検出されるが、位置速
度検出部６としては例えば列車５に搭載された電動機４
の回転数を検出する回転数検出器である。この電動機４
の回転数から列車５の実速度Ｖ、列車５の走行距離（位
置）Ｘを検出する。又列車５が磁気浮上式鉄道の様に電
動機４が回転する働きをしないものでは、位置速度検出
部６として地上側に設置された地上コイルを検出するセ
ンサを列車５に設け、地上コイルの検出数により列車５
の走行距離（位置）Ｘを求め、更に走行距離を微分する
ことにより列車５の実速度Ｖを演算する。速度制御部２
は、減算部８で演算された速度差Ｖd を入力とし、この
速度差Ｖd を零とするような電動機４に供給する電流指
令値ＩmFB を比例制御又はＰＩ制御により演算する。電
動機４はこの電流指令値ＩmFB による電流が供給される
と列車５を推力ＦX で走行させるが、列車５には空気抵
抗と勾配による抵抗などの走行抵抗Ｆd がかかるため列
車５全体の推力はＦX −Ｆd となる。そこで補償値演算
部７では、位置速度検出部６で検出された実速度Ｖと位
置Ｘに基づいて与め記憶されている走行抵抗Ｆd を検索
し、この走行抵抗Ｆd に相当する電流補償値ＩmFF を演
算する。そして加算部９で電流補償値ＩmFF と電流指令
値ＩmFB を加算して補償電流指令値Ｉm を得る。この補
償電流指令値Ｉm に基づいて電流供給部３は電動機４に
電流を供給する。つまり電動機４は補償電流指令値Ｉm
による電流が供給されると列車５を推力ＦX ＋Ｆd で走
行させることになり、列車５にかかる走行抵抗Ｆd によ
り列車５全体の推力はＦX となる。

【００２３】次に補償値演算部７の構成を図２を用いて
説明する。補償値演算部７では走行抵抗Ｆd のうち空気
抵抗ＦV と勾配抵抗Ｆg を位置速度検出部６で検出され
た実速度Ｖと位置Ｘに基づいて演算する。空気抵抗ＦV
は速度のほぼ二乗に比例するとされている。二乗演算部
71では実速度Ｖを入力とし実速度Ｖの二乗値を演算す
る。又区間記憶部72は位置速度検出部６で検出された位
置Ｘを入力する。区間記憶部72には明かり区間Ｌかトン
ネル区間Ｔであるかを示す区間情報が位置Ｘに基づいて
与め記憶されていて、位置Ｘが入力されるとその位置Ｘ
に基づいて区間情報Ｌ（以下、明かり区間Ｌという）又
は区間情報Ｔ（以下、トンネル区間Ｔという）を出力す
る。空気抵抗係数切換部73は、区間記憶部72から出力さ
れる明かり区間Ｌ又はトンネル区間Ｔに基づいて空気抵
抗係数を切換える。空気抵抗係数は図３に示す様に明か
り区間Ｌとトンネル区間Ｔとでは異なる。従って空気抵
抗係数切換部73により空気抵抗係数を空気抵抗係数（Ｋ
１）74ａと空気抵抗係数（Ｋ２）74ｂとに切換える。つ
まり区間記憶部72により現在走行している区間が明かり
区間Ｌとされた場合には、空気抵抗係数切換部73により
空気抵抗係数（Ｋ１）74ａが接続され、実速度Ｖの二乗
値と空気抵抗係数（Ｋ１）74ａの積が空気抵抗ＦV とし
て出力される。又区間記憶部72により現在走行している
区間がトンネル区間Ｔとされた場合には、空気抵抗係数
切換部73により空気抵抗係数（Ｋ２）74ｂが接続され、
実速度Ｖの二乗値と空気抵抗係数（Ｋ２）74ｂの積が空
気抵抗ＦV として出力される。従って空気抵抗ＦV は明
かり区間走行中はＦV ＝Ｋ１Ｖ²、トンネル区間走行中
はＦV ＝Ｋ２Ｖ² として計算される。一方位置速度検出
部６で検出された位置Ｘは勾配記憶部75に入力される。
勾配記憶部75には位置Ｘに応じてその位置Ｘの勾配Ｙ％
が与め記憶されていて、位置Ｘが入力されるとその位置
Ｘに応じて勾配Ｙを出力する。勾配係数変換部76は勾配
記憶部75から出力される勾配Ｙから、勾配係数 sinθを
次の（１）式に基づいて演算する。

【００２４】

【数１】 そして、勾配係数変換部76で演算された勾配係数 sinθ
と勾配抵抗係数（Ｋ３）77の積が勾配抵抗Ｆg として出
力される。なお勾配抵抗係数（Ｋ３）77は列車５の重量
Ｍと重力加速度ｇとの積である。加算部78は空気抵抗Ｆ
V と勾配Ｆg を入力して和である走行抵抗Ｆd を演算す
る。この様に位置速度検出部６で検出された位置Ｘから
路線状況である走行区間と勾配を求め、この路線状況と
実速度Ｖから走行抵抗Ｆd を演算し、変換係数79を介す
ことにより走行抵抗Ｆd 分の電流補償値ＩmFF を求め
る。

【００２５】従って走行抵抗Ｆd に相当する電流補償値
ＩmFF を電流指令値ＩmFB に加算し、さらに走行抵抗相
当の電流補償値ＩmFF を演算する時、路線条件によって
不連続に変化する走行抵抗Ｆd を可変することにより、
変動のない列車の駆動制御を行うことができる。

【００２６】図４、図５は請求項３、請求項４に記載の
発明の一実施例を示す図で、図４は列車の駆動制御装置
の構成図、図５はニュ―ラルネットワ―ク学習部の構成
図である。

【００２７】図４において11は速度指令部、12は速度制
御部、13は電流供給部、14は列車駆動用の電動機、15は
列車、16は位置速度検出部、17はニュ―ラルネットワ―
ク学習部（以下、ＮＮ学習部という）、18は減算部であ
る。速度指令部11、速度制御部12、電流供給部13、電動
機14、位置速度検出部16、ＮＮ学習部17、減算部18は列
車15に搭載されるものであるが、外部に設置される場合
もある。速度指令部11は列車15の速度指令値Ｖc と加速
度指令値ａc を出力する。減算部18は速度指令値Ｖc と
位置速度検出部16で検出された列車15の実速度Ｖを入力
し、速度指令値Ｖc と実速度Ｖとの速度差Ｖd を演算す
る。速度制御部12では比例制御又はＰＩ制御が行われ、
速度差Ｖd を零とするような電流指令値ＩmFB が演算さ
れる。電動機14は電流指令値ＩmFB による電流が供給さ
れると列車15を推力ＦX で走行させるが、列車15には走
行抵抗Ｆd がかかるため、列車15全体の推力はＦX −Ｆ
dとなる。そこでＮＮ学習部17では電流指令値ＩmFB に
対して走行抵抗Ｆd に相当する電流補償値ＩmFF を演算
し、補償電流指令値Ｉm を電流供給部13に対して出力す
る。電流供給部13は電動機14に補償電流指令値Ｉm に基
づいた電流を供給する。つまり電動機14は補償電流指令
値Ｉm による電流が供給されると列車５全体の推力はＦ
X となる。

【００２８】次にＮＮ学習部17の構成を図５を用いて説
明する。走行抵抗Ｆd は速度に依存し、更に図３に示さ
れるようにトンネル区間Ｔと明かり区間Ｌとでは走行抵
抗のうち空気抵抗の係数が異なる。又走行抵抗Ｆd のう
ち勾配抵抗は列車重量によって変動する。つまり、走行
抵抗Ｆd は速度が一定であっても列車15がトンネルＴに
入るときに不連続に変化するものであり、変動は列車15
の実速度Ｖに影響し、ひいては変換器13への電流指令値
ＩmFB にも影響する。この電流指令値ＩmFB の変化を用
いてＮＮ学習部17において列車15の走行抵抗のうち空気
抵抗の係数と列車重量の学習を行う。列車15の空気抵抗
係数や列車重量を学習することで、列車15の走行中に空
気抵抗係数や列車重量の初期値と実際の値が異なってい
た場合、特に列車重量は乗客の乗降によって変動がある
ので、ＮＮ学習部17により空気抵抗係数や列車重量を真
値に近い一定値に近づけ、ＮＮ学習部17で演算される電
流補償値ＩmFF をより正確なものとしていく。

【００２９】図５において 171は後述する結合係数Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３の学習を行う結合係数学習部、 172は電
流補償値ＩmFF を演算する補償値演算部、 173は電流指
令値ＩmFB と電流補償値ＩmFF の和である補償電流指令
値Ｉm を演算する加算部である。

【００３０】補償値演算部 172では走行抵抗Ｆd のうち
空気抵抗ＦV と勾配抵抗Ｆg 及び加速度指令値ａc に基
づいて列車５に働く力（以下、加速度抵抗という）Ｆa
を演算する。空気抵抗ＦV は速度のほぼ二乗に比例する
とされている。二乗演算部 174では速度指令部11から出
力された速度指令値Ｖc を入力とし速度指令値Ｖc の二
乗値を演算する。又区間記憶部 175は位置速度検出部16
で検出された位置Ｘを入力する。区間記憶部 175は明か
り区間Ｌかトンネル区間Ｔであるかを示す区間情報が位
置Ｘに基づいて与め記憶されていて、位置Ｘが入力され
るとその位置Ｘに基づいて区間情報Ｌ（以下、明かり区
間Ｌという）又は区間情報Ｔ（以下、トンネル区間Ｔと
いう）を出力する。結合係数切換部 176は、区間記憶部
72から出力される明かり区間Ｌ又はトンネル区間Ｔに基
づいて結合係数を切換える。区間記憶部 175により現在
走行している区間が明かり区間Ｌとされた場合には、結
合係数切換部 176により結合係数（Ｗ１）177aが接続さ
れ、速度指令値Ｖc の二乗値と結合係数（Ｗ１）177aの
積が空気抵抗ＦV として出力される。又区間記憶部175
により現在走行している区間がトンネル区間Ｔとされた
場合には、結合係数切換部 176により結合係数（Ｗ２）
177bが接続され、速度指令値Ｖc の二乗値と結合係数
（Ｗ２）177bの積が空気抵抗ＦV として出力される。従
って空気抵抗ＦV は明かり区間走行中はＦV ＝Ｗ１Ｖc
² 、トンネル区間走行中はＦV ＝Ｗ２Ｖc ² として計算
される。一方位置速度検出部16で検出された位置Ｘは勾
配記憶部178に入力される。勾配記憶部 178には位置Ｘ
に応じてその位置Ｘの勾配Ｙ％が与め記憶されていて、
位置Ｘが入力されるとその位置Ｘに応じて勾配Ｙを出力
する。勾配係数変換部 179は勾配記憶部 178から出力さ
れる勾配Ｙから、勾配係数sinθを（１）式に基づいて
演算する。乗算部 180は勾配係数変換部 179で演算され
た勾配係数 sinθと重力加速度ｇを入力し、それらの積
ｇ・ sinθを演算する。

【００３１】そして、乗算部 180で演算されたｇ・ sin
θと結合係数（Ｗ３）177cの積が勾配抵抗Ｆg として出
力される。又、速度指令部11から出力される加速度指令
値ａc と結合係数（Ｗ３）177cの積が加速度抵抗Ｆa と
して出力される。そして加算部 181は空気抵抗ＦV と勾
配抵抗Ｆg と加速度抵抗Ｆa を入力して和である走行抵
抗Ｆd を演算する。この走行抵抗Ｆd は変換係数（Ｋ
ｉ）182 を介すことにより走行抵抗Ｆd 分の電流補償値
ＩmFF に変換される。そして電流補償値ＩmFF と電流指
令値ＩmFB は加算部 173で加算されて補償電流指令値Ｉ
m が得られる。今補償電流指令値Ｉm が明かり区間Ｌで
は

【００３２】

【数２】 Ｉm ＝（Ｗ１・Ｖ² ＋Ｗ３・ａ＋Ｗ３・ｇ・ sinθ）・Ｋｉ …（２） トンネル区間Ｔでは

【００３３】

【数３】 Ｉm ＝（Ｗ２・Ｖ² ＋Ｗ３・ａ＋Ｗ３・ｇ・ sinθ）・Ｋｉ …（３） で構成されているとする。結合係数学習部 171では各結
合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を学習する。速度指令部11から
出力された速度指令値Ｖc ，加速度指令値ａc を用いて
補償値演算部 172で演算される電流補償値ＩmFF と電流
指令値ＩmFB との和である補償電流指令値Ｉm に基づい
て電流供給部13が電動機14に電流を供給して列車15を駆
動したとき、結合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の値が真の値を
とっていれば位置速度検出部16で検出される実速度Ｖは
速度指令部11から出力される速度指令値Ｖc にほぼ追従
し、速度制御部12の出力である電流指令値ＩmFB はほぼ
零となる。つまり（２）式又は（３）式により演算され
る補償電流指令値Ｉm により電動機14は制御されて列車
15は駆動する。電流指令値ＩmFB が零とならない時は結
合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が真の値をとっていないため、
結合係数学習部 171では位置速度検出部16で検出された
実速度Ｖと電流指令値ＩmFB を入力し、電流指令値ＩmF
B の二乗平均値Ｊが減少する向きへ、各結合係数Ｗ１，
Ｗ２，Ｗ３を学習する。評価関数の勾配は、

【００３４】

【数４】 となり、学習式は

【００３５】

【数５】 Ｗｉ（Ｋ＋１）＝Ｗｉ（Ｋ）＋Ｋｄ・δＺｉ、ｉ＝１，２，３ …（５） ここでＺｉは変数でありＺ1 ＝Ｖ² 、Ｚ2 ＝Ｖ² 、Ｚ3
＝ａ＝ｄＶ／ｄｔである。又Ｋｄはゲインである。

【００３６】この（５）式を繰り返すことにより、結合
係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が一定値に収束していく。この結
合係数がすなわち、列車の走行抵抗の係数となる。空気
抵抗ＦV は速度のほぼ二乗に比例するとされている。ト
ンネルなど位置によって空気抵抗ＦV の係数が異なると
判断される所では、列車15がその位置にきたとき走行抵
抗の学習のスイッチを切り替え、Ｗ１，Ｗ２の係数の学
習をそれぞれ行うことで、例えばトンネル区間Ｔと明か
り区間Ｌの走行抵抗の係数の学習をそれぞれ行うことが
できる。切り換えの判断は結合係数学習部 171に入力さ
れる位置Ｘによって行われる。

【００３７】又勾配抵抗Ｆg は列車15の重量Ｍに対し
て、Ｍ・ｇ・ sinθの値をとるため、列車15の実速度Ｖ
を微分して得られる加速度ａを用いて（５）式の学習を
行い、得られた結合係数Ｗ３が列車15の重量Ｍに相当す
ることになる。

【００３８】以上のように走行抵抗の各係数の学習を行
いながら、学習値を用いて電流供給部への補償電流指令
値Ｉm を出力することで、走行抵抗の各係数の初期値が
真の値からはずれた場合にも、学習を行うことでほぼ真
の値に収束させることができる。また、特に乗客や荷物
の乗降で列車重量が変化したときにも、列車重量に相当
する結合係数を演算しその結合係数に基づいて電流値を
補償することで、変動のない列車の駆動制御を実現させ
ることができる。

【００３９】次に図６を用いて請求項５に記載の発明の
一実施例を説明する。図６はニュ―ラルネットワ―ク学
習部の構成図である。図６において 183は結合係数学習
部、 184は電流補償値ＩmFF を演算する補償値演算部、
185は出力切換部、 186は電流指令値ＩmFB と電流補償
値ＩmFF の差を演算する減算部、 187は減算部 186の出
力に応じて出力切換部 185，後述する各切換部の切換を
指示する切換指令部である。

【００４０】まず補償値演算部 184を説明する。二乗演
算部 188は実速度Ｖを入力とし実速度Ｖの二乗値を演算
する。二乗演算部 189は速度指令値Ｖc を入力とし速度
指令値Ｖc の二乗値を演算する。微分値演算部 190は実
速度Ｖを入力とし実速度Ｖの微分値である加速度ａを演
算する。区間記憶部 191は位置Ｘを入力とし与め記憶さ
れている位置Ｘに対する区間情報を検索し、明かり区間
Ｌ又はトンネル区間Ｔを出力する。

【００４１】又位置Ｘは勾配記憶部 192に入力される。
勾配記憶部 192には位置Ｘに応じてその位置Ｘの勾配Ｙ
％が与め記憶されていて、位置Ｘが入力されるとその位
置Ｘに応じて勾配Ｙを出力する。勾配係数変換部 193は
勾配記憶部 192から出力される勾配Ｙから、勾配係数 s
inθを（１）式に基づいて演算する。乗算部 194は勾配
係数 sinθと重力加速度ｇを入力し、それらの積ｇ・ s
inθを演算する。

【００４２】二乗演算部 188， 189の各々の出力は結合
係数切換部 195に入力される。結合係数切換部 195は区
間記憶部 191から出力される明かり区間Ｌとトンネル区
間Ｔに応じて、又後述する切換指令部 187からの出力に
応じて入出力の切換を行うものである。又微分値演算部
190の出力と加速度指令値ａc は加速度切換部 196に入
力される。加速度切換部 196は切換指令部 187から出力
に応じて入力の切換を行う。結合係数切換部 195、加速
度切換部 196の出力は結合係数（Ｗ１）197a、（Ｗ２）
197b、（Ｗ３）197cを介して空気抵抗ＦV 、加速度抵抗
Ｆa に変換される。又乗算部 194の出力ｇ・ sinθも結
合係数（Ｗ３）197cを介すことにより勾配抵抗Ｆg に変
換される。そして加算部 198は空気抵抗ＦV と勾配抵抗
Ｆg と加速度抵抗Ｆa を入力して和である走行抵抗Ｆd
を演算する。この走行抵抗Ｆd は変換係数（Ｋｉ）199
を介すことにより走行抵抗Ｆd 分の電流補償値ＩmFF に
変換される。出力切換部 185は切換指令部 187の切換指
示により電流補償値ＩmFFを減算部 186へ入力し、又は
電流補償値ＩmFF を補償電流指令値Ｉm として出力す
る。

【００４３】切換指令部 187は各結合係数Ｗ１，Ｗ２，
Ｗ３を学習する際に信号「１」を結合係数切換部 195、
加速度切換部 196、出力切換部 185に出力する。今電流
指令値ＩmFB が明かり区間Ｌでは

【００４４】

【数６】 ＩmFB ＝（Ｗ１・Ｖ² ＋Ｗ３・ａ＋Ｗ３・ｇ・ sinθ）・Ｋｉ …（６） トンネル区間Ｔでは

【００４５】

【数７】 ＩmFB ＝（Ｗ２・Ｖ² ＋Ｗ３・ａ＋Ｗ３・ｇ・ sinθ）・Ｋｉ …（７） で構成されているとする。結合係数学習部 183では各結
合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を学習する。位置速度検出部16
で検出された実速度Ｖ、この実速度Ｖを微分値演算部 1
90で微分して得られた加速度ａを用いて補償値演算部 1
84で演算される電流補償値ＩmFF は、結合係数Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３の値が真の値をとっていれば電流指令値ＩmFB
と電流補償値ＩmFF は等しい値になる。従って減算部 1
86の出力は零となる。この場合結合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ
３の値が真の値をとっているため、各結合係数Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３の学習を終了し、切換指令部 187は信号「２」
を係数切換部 195、加速度切換部 196、出力切換部 185
に入力する。すると学習された各結合係数Ｗ１，Ｗ２，
Ｗ３と速度指令部11から出力された速度指令値Ｖc 、加
速度指令値ａc を用いて補償値演算部 184で演算される
電流補償値ＩmFF が補償電指令値Ｉm として電流供給部
13に出力されることになる。この様に学習と補償電流指
令値Ｉm の演算を切換指令部 187により交互に行ってい
く。もし電流指令値ＩmFB と電流補償値ＩmFF とが等し
い値とならなければ、減算部 186の出力はＩmFB −ＩmF
F となり、結合係数学習部 183では電流指令値ＩmFB と
電流補償値ＩmFF との差ＩmFB −ＩmFF の二乗平均値Ｊ
が減少する向きへ、各結合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を学習
する。評価関数の勾配は、

【００４６】

【数８】 となり、学習式は（５）式と同様である。次に切換指令
部 187は信号「２」を係数切換部 195、加速度切換部 1
96、出力切換部 185に入力する。すると学習された各結
合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３と速度指令部11から出力された
速度指令値Ｖc 、加速度指令値ａc を用いて補償値演算
部 184で演算される電流補償値ＩmFF が補償電指令値Ｉ
m として電流供給部13に出力されることになる。この様
に学習と補償電流指令値Ｉm の演算を切換指令部 187に
より交互に行っていく。すると学習の際は（５）式を繰
り返すことになるので、結合係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が一
定値に収束していく。この結合係数がすなわち、列車の
走行抵抗の係数となる。

【００４７】空気抵抗ＦV は速度のほぼ二乗に比例する
とされている。トンネルなどの位置によって空気抵抗Ｆ
V の係数が異なると判断される所では、列車15がその位
置にきたとき走行抵抗の学習スイッチを切り替え、Ｗ
１，Ｗ２の係数の学習をそれぞれ行うことで、例えばト
ンネル区間Ｔと明かり区間Ｌの走行抵抗の係数の学習を
それぞれ行うことができる。切り換えの判断は結合係数
学習部 183に入力される位置Ｘによって行われる。又勾
配抵抗Ｆg は列車15の重量Ｍに対して、Ｍ・ｇ・sinθ
の値をとるため、列車15の実速度Ｖを微分して得られる
加速度ａを用いて（５）式の学習を行い、得られた結合
係数Ｗ３が列車の重量Ｍに相当することになる。

【００４８】以上のように走行抵抗係数の学習を行いな
がら、学習値を用いて電流供給部への補償電流指令値を
出力することで、走行抵抗の各係数の初期値が真の値か
らはずれた場合でも、学習を行うことでほぼ真の値に収
束させることができる。特に乗客や荷物の乗降で列車重
量が変化たときにも、列車重量に相当する結合係数を演
算しその結合係数に基づいて電流値を補償することで、
変動のない列車の駆動制御を実現させることができる。

【００４９】図７は請求項６に記載の発明の一実施例を
示す走行抵抗学習装置の構成図である。図７において21
は結合係数学習部、22は電流補償値ＩmFF を演算する補
償値演算部、23は電流指令値ＩmFB と電流補償値ＩmFF
の差を演算する減算部である。

【００５０】まず補償値演算部22を説明する。二乗演算
部24は実速度Ｖを入力とし実速度Ｖの二乗値を演算す
る。微分値演算部33は実速度Ｖを入力とし実速度Ｖの微
分値である加速度ａを演算する。区間記憶部25は位置Ｘ
を入力とし与め記憶されている位置Ｘに対する区間情報
を検索し、明かり区間Ｌ又はトンネル区間Ｔを出力す
る。

【００５１】又位置Ｘは勾配記憶部27に入力される。勾
配記憶部27には位置Ｘに応じてその位置Ｘの勾配Ｙ％が
与め記憶されていて、位置Ｘが入力されるとその位置Ｘ
に応じて勾配Ｙを出力する。勾配係数変換部28は勾配記
憶部27から出力される勾配Ｙから、勾配係数 sinθを
（１）式に基づいて演算する。乗算部29は勾配係数 sin
θと重力加速度ｇを入力し、それらの積ｇ・ sinθを演
算する。

【００５２】二乗演算部24の出力は結合係数切換部26に
入力される。結合係数切換部26は区間記憶部25から出力
される明かり区間Ｌとトンネル区間Ｔに応じて出力の切
換を行うものである。結合係数切換部26の出力は結合係
数（Ｗ１）30a 、（Ｗ２）30b を介して空気抵抗ＦV に
変換され、微分値演算部33の出力ａは結合係数（Ｗ３）
を介して加速度抵抗Ｆa に変換される。又乗算部29の出
力ｇ・ sinθも結合係数（Ｗ３）30c を介すことにより
勾配抵抗Ｆg に変換される。そして加算部 198は空気抵
抗ＦV と勾配抵抗Ｆg と加速度抵抗Ｆa を入力して和で
ある走行抵抗Ｆd を演算する。この走行抵抗Ｆd は変換
係数（Ｋｉ）199 を介すことにより走行抵抗Ｆd 分の電
流補償値ＩmFF に変換される。

【００５３】今電流指令値ＩmFB が明かり区間Ｌでは
（６）式、トンネル区間Ｔでは（７）式で構成されてい
るとする。結合係数学習部21では各結合係数Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３を学習する。実速度Ｖ、この実速度Ｖを微分値
演算部33で微分して得られた加速度ａを用いて補償値演
算部22で演算される電流補償値ＩmFF は、結合係数Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３の値が真の値をとっていれば電流指令値
ＩmFB と電流補償値ＩmFF は等しい値になる。従って減
算部23の出力は零となる。もし電流指令値ＩmFB と電流
補償値ＩmFF とが等しい値とならなければ、減算部23の
出力はＩmFB −ＩmFFとなり、結合係数学習部21では電
流指令値ＩmFB と電流補償値ＩmFF との差ＩmFB −ＩmF
F の二乗平均値Ｊが減少する向きへ、各結合係数Ｗ１，
Ｗ２，Ｗ３を学習する。評価関数の勾配は、（８）式と
なり、Ｋｄをゲインとする学習式は（５）式と同様であ
る。（５）式を繰り返すことにより、各結合係数Ｗ１，
Ｗ２，Ｗ３が一定値に収束していく。この結合係数がす
なわち、列車の走行抵抗の係数となり、上記の方法によ
り走行抵抗の係数の学習を行う。

【００５４】以上のように走行抵抗係数の学習を行うこ
とで、その結果を列車の速度制御の補正や走行特性の検
討などに用いることができる。又、走行抵抗学習装置と
しては本実施例に限られず、図５に示した駆動制御装置
のＮＮ学習部と同様の構成として、列車の速度指令値と
加速度指令値を用いて学習を行っても同様の効果を得る
ことができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１又は請求
項２に記載の発明によれば、列車がうける走行抵抗分の
電流を電流指令値に対して補正することにより、列車の
駆動変動を抑制することができ、乗心地の改善を図るこ
とができる。又請求項３乃至請求項５に記載の発明によ
れば、更に走行抵抗の演算に用いる各係数を随時学習す
る機能を設けることにより、走行抵抗分の電流をより正
確に演算することができる。又請求項６又は請求項７に
記載の発明によれば、走行抵抗の各係数を随時学習する
ことができ、その学習結果を列車の電流指令値の補正や
走行特性の検討などに応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１又は請求項２に記載の発明の一実施例
を示す列車の駆動制御装置の構成図である。

【図２】図１の補償値演算部の一実施例を示す図であ
る。

【図３】空気抵抗係数の特性図である。

【図４】請求項３乃至請求項５に記載の発明の一実施例
を示す列車の駆動制御装置の構成図である。

【図５】図４のＮＮ学習部の一実施例を示す図である。

【図６】図４のＮＮ学習部の他の実施例を示す図であ
る。

【図７】請求項６に記載の発明の一実施例を示す列車の
走行抵抗学習装置の構成図である。

【図８】従来の列車の駆動制御装置の構成図である。

【図９】列車に加わる走行抵抗と列車速度，加速度の特
性を示す図である。

【図１０】勾配による走行抵抗の変化を示す図である。

【符号の説明】

１、11…速度指令部 ２、12…速度制御部 ３、13…電流供給部 ４、14…電動機 ５、15…列車 ６、16…位置速度検出部 ７…補償値演算部 17…ＮＮ学習部 171 、183 、21…結合係数学習部 172 、184 、22…補償値演算部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 列車の位置と速度を検出する位置速度検
   出手段と、 前記列車の速度指令値を出力する速度指令手段と、 前記位置速度検出手段で検出された速度検出値と前記速
   度指令手段から出力された速度指令値とから電流指令値
   を演算する速度制御手段と、 前記位置速度検出手段で検出された位置から路線状況の
   変化を認識し、この路線状況の変化と前記速度検出値に
   応じて定まる走行抵抗分の電流補償値を演算する補償値
   演算手段と、 前記速度制御手段で演算された電流指令値と、前記補償
   値演算手段で演算された電流補償値とを加算し、この加
   算電流値を電動機に供給する電流供給手段とを有する列
   車の駆動制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の列車の駆動制御装置に
   おいて、 前記補償値演算手段に設けられ、前記位置速度検出手段
   で検出された位置に応じて空気抵抗係数を切換える切換
   手段と、 前記補償値演算手段に設けられ、前記速度検出値の二乗
   と前記空気抵抗係数との積から空気抵抗を演算する空気
   抵抗演算手段と、 前記補償値演算手段に設けられ、前記位置速度検出手段
   で検出された位置に応じて勾配係数を設定し、この勾配
   係数と与め設定される勾配抵抗係数との積から勾配抵抗
   を演算する勾配抵抗演算手段と、 前記補償値演算手段に設けられ、前記空気抵抗と前記勾
   配抵抗の和から前記走行抵抗を演算する加算手段とを有
   する列車の駆動制御装置。
3. 【請求項３】 列車の位置と速度を検出する位置速度検
   出手段と、 前記列車の速度指令値と加速度指令値とを出力する速度
   指令手段と、 前記位置速度検出手段で検出された速度検出値と前記速
   度指令手段から出力された速度指令値とから電流指令値
   を演算する速度制御手段と、 前記位置速度検出手段で検出された位置から路線状況の
   変化を認識し、この路線状況の変化と前記速度検出値と
   前記電流指令値を用いて走行抵抗を構成する各係数を学
   習し、この学習した走行抵抗を構成する各係数を用いて
   補償電流指令値を演算する学習手段と、 この学習手段で演算された補償電流指令値を電動機に供
   給する電流供給手段とを有する列車の駆動制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の列車の駆動制御装置に
   おいて、 前記学習手段に設けられ、前記電流指令値を零にする前
   記走行抵抗を構成する各係数を学習する係数学習手段
   と、 前記学習手段に設けられ、前記係数学習手段で学習され
   た各係数と前記速度指令手段から出力された前記速度指
   令値と前記加速度指令値とから前記補償電流指令値を演
   算する補償値演算手段とを有する列車の駆動制御装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の列車の駆動制御装置に
   おいて、 前記学習手段に設けられ、前記路線状況の変化と前記速
   度検出値に応じて定まる走行抵抗分の電流補償値と前記
   電流指令値との差を零にする前記走行抵抗を構成する各
   係数を学習する係数学習手段と、 前記学習手段に設けられ、前記係数学習手段で学習され
   た各係数と前記速度指令手段から出力された前記速度指
   令値と前記加速度指令値とから前記補償電流指令値を演
   算する補償値演算手段とを有する列車の駆動制御装置。
6. 【請求項６】 列車の位置と速度を検出する位置速度検
   出手段と、 前記列車の速度指令値と加速度指令値とを出力する速度
   指令手段と、 前記位置速度検出手段で検出された速度検出値と前記速
   度指令手段から出力された速度指令値とから電流指令値
   を演算する速度制御手段と、 前記電流指令値を零にする走行抵抗を構成する各係数を
   学習する係数学習手段と、 この係数学習手段で学習された各係数と前記速度指令手
   段から出力された前記速度指令値と前記加速度指令値と
   から補償電流指令値を演算する補償値演算手段とを有す
   る列車の走行抵抗学習装置。
7. 【請求項７】 列車の位置と速度を検出する位置速度検
   出手段と、 前記列車の速度指令値と加速度指令値とを出力する速度
   指令手段と、 前記位置速度検出手段で検出された速度検出値と前記速
   度指令手段から出力された速度指令値とから電流指令値
   を演算する速度制御手段と、 路線状況の変化と前記速度検出値に応じて定まる走行抵
   抗分の電流補償値と前記電流指令値との差を零にする走
   行抵抗を構成する各係数を学習する係数学習手段と、 この係数学習手段で学習された各係数と前記速度指令手
   段から出力された前記速度指令値と前記加速度指令値と
   から前記補償電流指令値を演算する補償値演算手段とを
   有する列車の走行抵抗学習装置。