JPH089673A - Limを用いた台車駆動装置の制御方法 - Google Patents

Limを用いた台車駆動装置の制御方法

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JPH089673A
JPH089673A JP6142051A JP14205194A JPH089673A JP H089673 A JPH089673 A JP H089673A JP 6142051 A JP6142051 A JP 6142051A JP 14205194 A JP14205194 A JP 14205194A JP H089673 A JPH089673 A JP H089673A
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JP
Japan
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truck
thrust
lim
current
external force
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Pending
Application number
JP6142051A
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English (en)
Inventor
Hisao Nishii
久雄 西井
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Tsubakimoto Chain Co
Original Assignee
Tsubakimoto Chain Co
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Publication date
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  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 台車に積載された荷物の重量が変化し、また
台車とレール等との摩擦力は変化しても目標位置に台車
を正確に位置決め停止可能とする。 【構成】 外乱オブザーバ24にて目標位置X0 と台車
位置Xとから外乱推定値Ghを求め、この外乱推定値G
hを加え合わせ点23へ正帰還し、加え合わせ点23に
てこれを台車の推力Fに加算し、クーロン摩擦力Dc
粘性摩擦力Dm夫々による外力を相殺する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、台車の積載重量、レー
ルとの摩擦力等、台車に働く外力が変動しても台車を精
度良くステーション等の所定位置に移動させ、ここに位
置決め停止させるためのリニアインダクションモータ
(LIMと称す)を駆動源として用いた台車駆動装置の
制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来既知の台車駆動装置を示す
模式的側面図であり、図中1はいずれも台車、2は各台
車1を載架する走行用のレール、3はキャリア、4はL
IMを構成する一次側導体、5は同じく二次側導体を示
している。各台車1は車輪を介してレール2上に載架さ
れ、夫々個々にドグ1aを介してキャリア3に連結され
ている。
【0003】一方台車1の走行域に沿って一次側導体4
が配設され、また前記キャリア3にはこれと対向する二
次側導体5が設けられている。駆動源としてLIMを用
いた台車駆動装置にあっては、一次側導体4に通電する
ことで二次側導体5に推力を発生させ、これと一体のキ
ャリア3を介して各台車1を走行させ、夫々図示しない
各ステーション毎に位置決め停止させ、ハンドリング装
置により積載物Wの積み降ろしを行うようになってい
る。
【0004】図6は図5に示す駆動源としてLIMを用
いた台車駆動装置の駆動制御系を示すブロック図であ
り、三相交流電源11とLIMの一次側導体4との間を
相互に並列配置した正転用の制御スイッチ12、逆転用
の制御スイッチ13にて接続し、両制御スイッチ12,
13に対し制御信号A,Bを与えることで一次側導体4
に対して通電を行い、二次側導体5に対し正方向の推力
又は逆方向の推力を作用させるようになっている。
【0005】例えば正の方向の推力を得る場合には制御
信号Aにはイネーブル信号、制御信号Bにはディスイネ
ーブル信号を付与し、また逆方向の推力を得る場合には
制御信号Aをディスイネーブル、制御信号Bをイネーブ
ル信号とする。制御信号A,Bは地上に設置してある管
理装置から出力される。図7は制御信号と推力との関係
を示す波形図であり、図7(b)に示す如く制御信号を
ローレベルからハイレベルに変化させ、この状態を維持
することで、図7(a)に示す如く全波形分の電力が一
次側導体4に与えられ、最大推力が得られる。また図7
(d)に示す如く制御信号をパルス状に与えることで図
7(c)に示す如く半波形分の電力が一次側導体4に与
えられ、最大推力の50%が得られることとなる。
【0006】この種の台車1の走行速度パターンは、通
常スタート直後から走行速度を漸増し、所定速度に達す
ると定速走行に移り、また目標位置に近づくとその手前
側から走行速度を漸減し、目標位置に停止させる態様と
なっている。図8は、一般的な台形状の速度パターンを
示す説明図であり、通常は実線で示す如き基準速度パタ
ーンで運行されるが、例えば積載物の重量が変化し、ま
た摩耗等のため車輪とレールとの摩擦力等が変化すると
破線で示す如くに基準速度パターンから外れた走行とな
り、目標位置に正確に停止させることが難しくなる。
【0007】ステーションにおいて台車の停止位置がず
れると、台車上の搬送物をステーションにおいてハンド
リングする場合に不都合を生じるだけでなく、位置誤差
を修正するのに時間を要し、またこれを防止するために
は各ステーション毎に位置ずれ防止のための機械的なス
トッパを設ける必要があり、設備コストの増大を招くこ
ととなる。このため通常LIMを用いた台車駆動装置で
はPI制御が採用されている。
【0008】図9は従来のLIMに対する制御内容を示
すブロック線図である。先ず加え合わせ点21にて、指
令値である目標位置X0 からフィードバック値である台
車位置Xを減算し、この偏差に位置ゲインKp を乗じた
後、加え合わせ点22にて前記乗算値からフィードバッ
ク値である台車の速度値を減算し、この減算値に速度ゲ
インKs を乗じて指令値たる電流目標値Iを得、これか
ら台車が受ける推力F(=Ki ×I2 )を得る。
【0009】次にこの台車の推力Fから、夫々設定器よ
り入力された粘性摩擦力Dm 及びクーロン摩擦力Dc
々による外力を減算した後、重量要素で台車重量(M:
積載荷物重量を含む)の逆数1/Mを乗じ、台車の加速
度を得、これに2回の積分を繰り返して台車位置Xを得
るように制御している。台車位置Xが目標位置X0 に一
致すれば推力Fは0となり、停止する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところがこのような台
車では経年変化、温度,湿度変化等によっても台車の車
輪とレールとの間の走行摩擦力拡大は大幅に変化し、ま
た台車の積載物の重量も変り、更にLIMに流れる電流
と推力とは非線形の関係にあること等の理由から従来の
如くこれらに対する無補償のPI制御では停止位置に誤
差が発生し、十分な位置決め停止機能が得られない。
【0011】この結果台車停止の際、目標位置に対し行
き過ぎた場合にはLIMに流す電流の向きを頻繁に切り
替えることとなり、これによって電気エネルギーの熱エ
ネルギーへの変換が発生し、電流切替器に損傷が発生す
る虞れがあった。本発明はかかる事情に鑑みなされたも
のであって、その目的とするところは台車の積載重量,
摩擦抵抗が変化してもこれに影響されることなく正確に
目標位置への位置決め停止を可能としたLIMを用いた
台車駆動装置の制御方法を提供するにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係るLIM
を用いた台車駆動装置の制御方法は、台車を到達させる
べき目標位置と台車位置との偏差を求め、この偏差に対
応してLIMを用いた台車駆動装置に与える電流目標値
を求め、この電流目標値から台車が受ける推力を求め、
該推力に基づき台車を所定の基準パターンで目標位置に
移動し、位置決め停止させるようにしたLIMを用いた
台車駆動装置の制御方法において、オブザーバにて前記
目標位置と前記台車位置とに基づいて台車に作用する外
力を推定し、これを推定外力として前記推力を求める過
程に正帰還させることを特徴とする。
【0013】第2の発明に係るLIMを用いた台車駆動
装置の制御方法は、前記電流目標値に電流と推力との関
係に基づく非線形補償を施して台車の推力と求めること
を特徴とする。
【0014】
【作用】第1の発明にあっては、オブザーバによって外
力を推定し、この外力推定値を台車の推力と外力との加
え合わせ点に正帰還させることで、外力を相殺し、外力
の変化に影響されることのない制御が可能となる。
【0015】第2の発明にあっては、LIMを用いた台
車駆動装置に対する電流目標値に電流と推力との関係に
基づく非線形補償を施して台車が受ける推力を求めるこ
とで推力のより正確な算出が可能となる。
【0016】(原理)本発明方法の原理を説明する。先
ずLIMを用いた台車駆動装置における台車の推力につ
いて数式モデルを考える。LIMにおいては供給電流に
対し、その2乗の推力が発生する非線形特性があり、推
力をF、電流をI、変換定数をKi とすると下記(1)
式の関係が成立する。 F=Ki ・I2 …(1)
【0017】台車の重量をMとすると、推力Fにより台
車は所定の加速度で走行するから、下記(2)式の関係
が成立する。
【0018】
【数1】
【0019】しかし実際は摩擦力、積載物重量の変化に
より動特性が変化するから、(3)式の如き関係とな
る。
【0020】
【数2】
【0021】(3)式を書き直すと(4)式の如くにな
る。
【0022】
【数3】
【0023】(4)式の右辺第2項が動特性の変化量を
示す値であり、これを外力(G)と定義する。この外力
Gを計算し、制御則に正帰還し、見かけ上右辺第2項を
相殺出来れば基準速度パターンを精度良く繰り返し実現
できることになる。
【0024】そこで外力Gを得る手段として外乱オブザ
ーバを用いる。外乱オブザーバを用いることで電流と台
車位置とから、摩擦力センサ・積載重量センサ等特別な
センサを用いることなく、外力Gを推定計算出来る。な
お外乱オブザーバは線形制御理論に基づくから(1)式
の非線形項を補償する。具体的には指令値である電流目
標値I0 を計算した後、下記(5)式に示す如くその平
方根を求め、これを新たな指令値である電流目標値Iと
する。 I=√(I0 ) …(5)
【0025】(1),(5)式より(6)式を得る。 F=Ki ・I0 …(6) 電流目標値であるI0 の算出には速度偏差を用い、また
速度指令として位置偏差を用いると制御則は下記(7)
式になる。
【0026】
【数4】
【0027】(1)〜(7)式をまとめると状態方程式
である(8)式を得る。
【0028】
【数5】
【0029】位置センサから台車位置Xが得られるか
ら、出力方程式は行列式C=[0 10]で表わされ
る。
【0030】(8)式を制御周期で離散化し、離散化し
た状態方程式と前記出力方程式とから(9),(10)
式で示す如き条件を満たすオブザーバを設計する。 ω(k+1)=Εω(k)+FX(k)+HX0 (k) …(9) Gh(k)=Jω(k)+LX(k) …(10) 但し、ω :オブザーバの状態変数 Gh:外力推定値 E,F,H,J,L:行列式 k :サンプル時刻
【0031】このようなオブザーバで得た外力推定値G
hを推力F,外力Gの加え合わせ点に正帰還することで
摩擦力変化,積載重量変化による外力を相殺でき、LI
Mを用いた台車駆動装置の性能の均一化を図ることがで
きる。これによりステーションで電流の切り替えを行う
ことなく高精度の位置決め停止が実現できる。
【0032】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図1は本発明に係るLIMを用い
た台車駆動装置の制御内容を示すブロック線図であり、
位置指令値として目標位置X0 を与えると、加え合わせ
点21でこの目標位置X0 からフィードバック値である
台車位置Xを減算し、その位置偏差に位置ゲインKp
乗じ、加え合わせ点22でこの乗算値からフィードバッ
ク値である台車の速度値を減算し、この減算値に速度ゲ
インKs を乗じて指令値たる電流目標値Iを得る。
【0033】この電流目標値IにLIMに与える電流と
台車が受ける推力との非線形関係を補償するため、補償
要素でゲインKi を乗じ、台車が受ける推力Fを得る。
図2はLIMに与える電流と台車が受ける推力との関係
を示すグラフであり、電流と推力とは本来図2(a)に
示す如き非線形の関係にあるが、非線形補償を施すこと
で図2(b)に示す如き線形の関係となる。
【0034】加え合わせ点23では前記推力Fから、ク
ーロン摩擦力Dc ,粘性摩擦力Dmの各演算器から与え
られるこれらに関連した両外力を減算され、(4)式で
示す如き推力を得るが、更にこれに外乱オブザーバ24
から正帰還された(10)式で示す如き外力推定値Gh
を加算する。この結果(4)式の右辺第2項に示す動特
性の変化量が相殺され、(2)式で示す如き推力Fに重
量要素で1/Mを乗じ、更に2つの積分要素を経て台車
位置Xを得る。外乱オブザーバ24は目標位置X0 ,台
車位置Xに基づき、(9)式に示す如き状態変数ω(k
+1)を求め、(10)式に示す如き外力推定値Gh
(クーロン摩擦力,粘性摩擦力等の外力と略等しい)を
得るように構成されている。
【0035】図3は図1のブロック線図で示す制御内容
と等価の制御内容を示すブロック線図であり、図1,図
3を対比すれば明らかな如く、クーロン摩擦力Dc ,粘
性摩擦力Dm 等に依る外力Gが外乱オブザーバ24から
正帰還された外力推定値Ghにて相殺された内容となっ
ていることが解る。なお図3に示す制御内容は図1に示
すそれと実質的に同じであり、対応する部分に同じ番
号,記号を付して説明を省略する。
【0036】図4は本発明方法の制御過程を示すフロー
チャートである。先ず最終目標位置から現時刻における
目標位置X0 を求め(ステップS1)、台車の位置セン
サ及び台車の速度センサから台車位置X、走行速度を読
み取り、(7)式に従って台車に対する推力Fを得るた
めの電流目標値I0 を演算する (ステップS2)。次に
この電流目標値I0 に基づき(5)式に従って新たな電
流指令Iを演算し、これをLIMへ出力すると共に、外
乱オブザーバ24で推定した外力推定値GhをI0 へ加
える (ステップS3)。
【0037】
【発明の効果】以上の如く第1発明にあっては、台車位
置により摩擦抵抗が異なり、また台車の積載重量が変化
しても基準速度パターンに合わせて台車を運行すること
が出来、停止位置精度が高くなって、目標位置近傍で電
流方向を切り替える不都合が解消され、切り替えに伴う
発熱を防止出来、また位置決め停止に伴う時間が短縮出
来、運行効率の向上を図れる等、本発明は優れた効果を
奏する。
【0038】第2の発明にあっては、LIMに与える電
流と台車が受ける推力との非線形関係を補償して推力を
求めることでより正確な位置決め停止が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るLIMを用いた台車駆動装置の制
御方法の制御内容を示すブロック線図である。
【図2】非線形補償の説明図である。
【図3】図1と等価のブロック線図である。
【図4】本発明の制御過程を示すフローチャートであ
る。
【図5】一般的な台車駆動装置の模式的側面図である。
【図6】図5に示す台車駆動装置の駆動制御系を示すブ
ロック図である。
【図7】台車の推力制御の内容を示す説明図である。
【図8】一般的な台車の運行パターンを示す説明図であ
る。
【図9】従来方法の制御内容を示すブロック線図であ
る。
【符号の説明】
21,22,23 加え合わせ点 24 外乱オブザーバ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 台車を到達させるべき目標位置と台車位
    置との偏差を求め、この偏差に対応してLIMを用いた
    台車駆動装置に与える電流目標値を求め、この電流目標
    値から台車が受ける推力を求め、該推力に基づき台車を
    所定の基準パターンで目標位置に移動し、位置決め停止
    させるようにしたLIMを用いた台車駆動装置の制御方
    法において、 オブザーバにて前記目標位置と前記台車位置とに基づい
    て台車に作用する外力を推定し、これを推定外力として
    前記推力を求める過程に正帰還させることを特徴とする
    LIMを用いた台車駆動装置の制御方法。
  2. 【請求項2】 前記電流目標値に電流と推力との関係に
    基づく非線形補償を施して台車の推力と求めることを特
    徴とする請求項1記載のLIMを用いた台車駆動装置の
    制御方法。
JP6142051A 1994-06-23 1994-06-23 Limを用いた台車駆動装置の制御方法 Pending JPH089673A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003009584A (ja) * 2001-06-20 2003-01-10 Nec Corp 位置決めステージの制御方法及びその位置決めステージを用いた半導体製造装置
ES3015832A1 (es) * 2023-11-06 2025-05-08 Aernnova Aerospace Metodo y aparato para el conformado de laminados termoplasticos de fibra

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003009584A (ja) * 2001-06-20 2003-01-10 Nec Corp 位置決めステージの制御方法及びその位置決めステージを用いた半導体製造装置
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