JPH08336299A - 電気車の制御装置及び制御方法 - Google Patents
電気車の制御装置及び制御方法Info
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- JPH08336299A JPH08336299A JP7142069A JP14206995A JPH08336299A JP H08336299 A JPH08336299 A JP H08336299A JP 7142069 A JP7142069 A JP 7142069A JP 14206995 A JP14206995 A JP 14206995A JP H08336299 A JPH08336299 A JP H08336299A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】複数のエンコーダを備えた電気車の制御装置に
おいて、エンコーダの出力が一致しないときでも、正常
なエンコーダがあればその出力を用いて電動機の制御を
行う。 【構成】一対のエンコーダ６Ａ，６Ｂの出力Ｎ1，Ｎ2を
相互に比較してエンコーダの異常の有無を検知するエン
コーダ異常検出部５０と、前記各エンコーダの出力を前
記車速センサの出力Ｖｓと比較して前記各エンコーダが
正常か否かを判定する異常エンコーダ識別処理部６０を
備え、該エンコーダの異常時に正常と判断されたエンコ
ーダの出力に基づいて電動機２のトルクを制御する。 【効果】複数のエンコーダの一部が故障しても、いずれ
のエンコーダが故障したのかを適切に判定し、残りの正
常なエンコーダの出力を用いて電動機の制御を行い、電
気車を走行可能とすることができる。
おいて、エンコーダの出力が一致しないときでも、正常
なエンコーダがあればその出力を用いて電動機の制御を
行う。 【構成】一対のエンコーダ６Ａ，６Ｂの出力Ｎ1，Ｎ2を
相互に比較してエンコーダの異常の有無を検知するエン
コーダ異常検出部５０と、前記各エンコーダの出力を前
記車速センサの出力Ｖｓと比較して前記各エンコーダが
正常か否かを判定する異常エンコーダ識別処理部６０を
備え、該エンコーダの異常時に正常と判断されたエンコ
ーダの出力に基づいて電動機２のトルクを制御する。 【効果】複数のエンコーダの一部が故障しても、いずれ
のエンコーダが故障したのかを適切に判定し、残りの正
常なエンコーダの出力を用いて電動機の制御を行い、電
気車を走行可能とすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気車の制御装置に係
り、特に、電気車の電動機の回転速度を検知する速度セ
ンサすなわちエンコーダの故障に対処する制御装置及び
制御方法に関する。
り、特に、電気車の電動機の回転速度を検知する速度セ
ンサすなわちエンコーダの故障に対処する制御装置及び
制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、車両推進用にインバータ駆動の誘
導電動機を用い、これを、高速でしかも高精度に制御す
るため、ベクトル制御方式の電気車が広く用いられるよ
うになってきた。一般に電気車は、バッテリーの直流電
源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバ
ータと、車両駆動用の三相交流電動機と、この三相交流
電動機の電流及び回転速度を検出する電流センサ及びエ
ンコーダと、アクセル開度に応じて三相交流電動機のト
ルク指令を決定するトルク指令演算手段と、前記トルク
指令及び前記電流センサの出力に基づいて三相交流電動
機の巻線に流れる電流を制御するための三相交流電流指
令を発生する三相交流電流指令発生手段と、前記三相交
流電流指令と前記三相交流電動機の巻線に流れる電流と
に基づいて前記インバータのゲートに印加する信号を発
生するＰＷＭ(Pulse Width Modulationの略)信号発生手
段を備えている。
導電動機を用い、これを、高速でしかも高精度に制御す
るため、ベクトル制御方式の電気車が広く用いられるよ
うになってきた。一般に電気車は、バッテリーの直流電
源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバ
ータと、車両駆動用の三相交流電動機と、この三相交流
電動機の電流及び回転速度を検出する電流センサ及びエ
ンコーダと、アクセル開度に応じて三相交流電動機のト
ルク指令を決定するトルク指令演算手段と、前記トルク
指令及び前記電流センサの出力に基づいて三相交流電動
機の巻線に流れる電流を制御するための三相交流電流指
令を発生する三相交流電流指令発生手段と、前記三相交
流電流指令と前記三相交流電動機の巻線に流れる電流と
に基づいて前記インバータのゲートに印加する信号を発
生するＰＷＭ(Pulse Width Modulationの略)信号発生手
段を備えている。
【０００３】このような電気車の制御において、エンコ
ーダの出力をフィードバックし、これにより高精度に速
度及びトルクを制御するために、ベクトル制御を行って
いる。このベクトル制御のためには、アクセル開度を検
知するアクセルスイッチや、三相交流電動機の電流を検
出する電流センサや、回転速度を検出するエンコーダが
必要不可欠なものとなっている。従って、これらのセン
サに故障が発生するとベクトル制御は制御不能になる。
ーダの出力をフィードバックし、これにより高精度に速
度及びトルクを制御するために、ベクトル制御を行って
いる。このベクトル制御のためには、アクセル開度を検
知するアクセルスイッチや、三相交流電動機の電流を検
出する電流センサや、回転速度を検出するエンコーダが
必要不可欠なものとなっている。従って、これらのセン
サに故障が発生するとベクトル制御は制御不能になる。
【０００４】すなわち、エンコーダ故障時には、トルク
の過大・過少、及び電流・電力の安定な制御が不能にな
るなどの事態を生じる。
の過大・過少、及び電流・電力の安定な制御が不能にな
るなどの事態を生じる。
【０００５】このような電気車を安定に制御するため
に、特開平３−２７７１０１号公報には回転センサに故
障が生じたら補助センサ（車速センサ）に切り替え、こ
の補助のセンサから得られる情報を基に電動機を駆動す
る方式が示されている。
に、特開平３−２７７１０１号公報には回転センサに故
障が生じたら補助センサ（車速センサ）に切り替え、こ
の補助のセンサから得られる情報を基に電動機を駆動す
る方式が示されている。
【０００６】また、特開平５−９１６０１号公報には、
電気車において、回転センサ（エンコーダ）の異常時に
制御方法をベクトル制御からｖ／ｆ制御に切換える技術
が開示されている。また、特開昭６１−４６１８８号公
報には、回転速度数の検出値を上下限検出器の範囲に制
限する技術が開示されている。
電気車において、回転センサ（エンコーダ）の異常時に
制御方法をベクトル制御からｖ／ｆ制御に切換える技術
が開示されている。また、特開昭６１−４６１８８号公
報には、回転速度数の検出値を上下限検出器の範囲に制
限する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の方式はエンコー
ダの信頼性を確保するために通常エンコーダを２個備
え、両エンコーダの出力を常時比較することによりエン
コーダの異常を検知する電気車の制御装置において、両
エンコーダの出力が相互に比較され、両エンコーダの出
力が一致しないときは、エンコーダに異常有りと判定
し、電気車を停止させるように制御している。しかし、
このような場合でも一方のエンコーダは正常な場合が多
く、両エンコーダが２ケとも故障する確率は、一方のエ
ンコーダのみが故障する確率に比べてかなり低い。そこ
で正常エンコーダを識別して、可能な限り、電気車を駆
動させる必要がある。
ダの信頼性を確保するために通常エンコーダを２個備
え、両エンコーダの出力を常時比較することによりエン
コーダの異常を検知する電気車の制御装置において、両
エンコーダの出力が相互に比較され、両エンコーダの出
力が一致しないときは、エンコーダに異常有りと判定
し、電気車を停止させるように制御している。しかし、
このような場合でも一方のエンコーダは正常な場合が多
く、両エンコーダが２ケとも故障する確率は、一方のエ
ンコーダのみが故障する確率に比べてかなり低い。そこ
で正常エンコーダを識別して、可能な限り、電気車を駆
動させる必要がある。
【０００８】本発明の目的は、エンコーダの信頼性を確
保するために複数のエンコーダを備えた電気車の制御装
置において、複数のエンコーダの出力が一致しないとき
でも、いずれのエンコーダが故障したのかを適切に識別
し、残りの正常なエンコーダの出力を用いて電動機の制
御を行い、電気車を走行可能とする制御方式を提供する
ことにある。
保するために複数のエンコーダを備えた電気車の制御装
置において、複数のエンコーダの出力が一致しないとき
でも、いずれのエンコーダが故障したのかを適切に識別
し、残りの正常なエンコーダの出力を用いて電動機の制
御を行い、電気車を走行可能とする制御方式を提供する
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、バッテリーの直流電源を交流電源に変換
するインバータと、車両駆動用の三相交流電動機と、該
三相交流電動機の回転速度を検出する少なくとも２個の
エンコーダと、電気車の車速を検出する車速センサと、
トルク指令及び前記エンコーダの出力に基づいて該三相
交流電動機の電流を制御する電流指令を発生し、該電流
指令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて前
記インバータを制御する電動機制御部とを有する電気車
において、 前記各エンコーダの出力を相互に比較し出
力の不一致によりいずれかのエンコーダに異常が有るこ
とをエンコーダ異常状態として検知するエンコーダ異常
検出部と、前記各エンコーダの出力を前記車速センサの
出力と比較してエンコーダの正常、異常を識別する異常
エンコーダ識別処理部とを備え、前記電動機制御部は、
前記エンコーダ異常状態発生時に前記正常と識別された
エンコーダの出力に基づいて前記電流指令を発生するこ
とを特徴とする。
に、本発明は、バッテリーの直流電源を交流電源に変換
するインバータと、車両駆動用の三相交流電動機と、該
三相交流電動機の回転速度を検出する少なくとも２個の
エンコーダと、電気車の車速を検出する車速センサと、
トルク指令及び前記エンコーダの出力に基づいて該三相
交流電動機の電流を制御する電流指令を発生し、該電流
指令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて前
記インバータを制御する電動機制御部とを有する電気車
において、 前記各エンコーダの出力を相互に比較し出
力の不一致によりいずれかのエンコーダに異常が有るこ
とをエンコーダ異常状態として検知するエンコーダ異常
検出部と、前記各エンコーダの出力を前記車速センサの
出力と比較してエンコーダの正常、異常を識別する異常
エンコーダ識別処理部とを備え、前記電動機制御部は、
前記エンコーダ異常状態発生時に前記正常と識別された
エンコーダの出力に基づいて前記電流指令を発生するこ
とを特徴とする。
【００１０】本発明の他の特徴は、前記異常エンコーダ
識別処理部において、前記全エンコーダの異常を検知し
たとき、前記インバータを停止させることを特徴とす
る。
識別処理部において、前記全エンコーダの異常を検知し
たとき、前記インバータを停止させることを特徴とす
る。
【００１１】本発明の他の特徴は、電気車における電動
機の制御方法において、前記各エンコーダの出力を相互
に比較してエンコーダの異常の有無を検知し、前記各エ
ンコーダの出力を前記車速センサの出力と比較して前記
各エンコーダが正常か否かを識別判定し、該エンコーダ
の異常時に正常と判断されたエンコーダの出力に基づい
て前記電動機を制御するための電流指令を生成すること
にある。
機の制御方法において、前記各エンコーダの出力を相互
に比較してエンコーダの異常の有無を検知し、前記各エ
ンコーダの出力を前記車速センサの出力と比較して前記
各エンコーダが正常か否かを識別判定し、該エンコーダ
の異常時に正常と判断されたエンコーダの出力に基づい
て前記電動機を制御するための電流指令を生成すること
にある。
【００１２】
【作用】本発明によれば、複数のエンコーダを備えた電
気車の制御装置において、複数のエンコーダの一部が故
障しても、いずれのエンコーダが故障したのかを適切に
判定し、残りの正常なエンコーダの出力を用いて電動機
の制御を行い、電気車を走行可能とすることができる。
気車の制御装置において、複数のエンコーダの一部が故
障しても、いずれのエンコーダが故障したのかを適切に
判定し、残りの正常なエンコーダの出力を用いて電動機
の制御を行い、電気車を走行可能とすることができる。
【００１３】本発明において、複数のエンコーダが正常
であるか否かをエンコーダ出力の相互比較によって求め
た後、各エンコーダの出力を車速センサの出力信号と比
較することにより正常なエンコーダを判定しているの
は、通常、エンコーダに比べて車速センサの方が故障す
る可能性がきわめて少ない、ということを考慮したもの
である。
であるか否かをエンコーダ出力の相互比較によって求め
た後、各エンコーダの出力を車速センサの出力信号と比
較することにより正常なエンコーダを判定しているの
は、通常、エンコーダに比べて車速センサの方が故障す
る可能性がきわめて少ない、ということを考慮したもの
である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１の電気車の
制御装置のブロック図に従って説明する。図１におい
て、１は電気車の主電源であるバッテリー、２は電気車
駆動用の三相交流電動機、３はパワースイッチング素子
を用いてバッテリー１の直流を交流に変換するインバー
タ、４は通常の状態において三相交流電動機を制御する
電動機制御部、６（６Ａ，６Ｂ）は電動機４の回転数Ｎ
を検出する一対のエンコーダである。また、７は電流セ
ンサーであり、交流電動機２の１次巻線に流れる３相交
流の１次電流ｉ（ｉu，ｉv，ｉw）を検出する。８はア
クセルが踏み込まれているときに踏み込み量に応じた出
力θAを出すアクセルセンサである。９は、電気車の速
度を検知し車速に応じた出力Vsを出す車速センサであ
る。
制御装置のブロック図に従って説明する。図１におい
て、１は電気車の主電源であるバッテリー、２は電気車
駆動用の三相交流電動機、３はパワースイッチング素子
を用いてバッテリー１の直流を交流に変換するインバー
タ、４は通常の状態において三相交流電動機を制御する
電動機制御部、６（６Ａ，６Ｂ）は電動機４の回転数Ｎ
を検出する一対のエンコーダである。また、７は電流セ
ンサーであり、交流電動機２の１次巻線に流れる３相交
流の１次電流ｉ（ｉu，ｉv，ｉw）を検出する。８はア
クセルが踏み込まれているときに踏み込み量に応じた出
力θAを出すアクセルセンサである。９は、電気車の速
度を検知し車速に応じた出力Vsを出す車速センサであ
る。
【００１５】電動機制御部４は、速度検出手段１０、ベ
クトル制御部３０、アクセル開度演算手段１８、トルク
指令演算手段２０、交流電流指令発生手段３３、電動機
電流制御手段４０及びＰＷＭ信号発生手段４１を備えて
いる。また、速度検出手段１０，１２、エンコーダ異常
検出部５０、異常エンコーダ識別処理部６０を備えてい
る。
クトル制御部３０、アクセル開度演算手段１８、トルク
指令演算手段２０、交流電流指令発生手段３３、電動機
電流制御手段４０及びＰＷＭ信号発生手段４１を備えて
いる。また、速度検出手段１０，１２、エンコーダ異常
検出部５０、異常エンコーダ識別処理部６０を備えてい
る。
【００１６】電動機制御部４は通常、エンコーダ６Ａ、
速度検出手段１０を介して電動機の回転速度Ｎ1を取り
込む。また、アクセル開度演算手段１８を介してアクセ
ル開度θAがトルク指令演算手段２０に取り込まれ、ア
クセル開度θAに対応したトルク指令τｒ＊が演算され
る。ベクトル制御部３０では、これらの入力に基づきト
ルク電流指令Ｉt*および励磁電流指令Ｉm＊を生成す
る。さらに一次周波数指令生成手段３２で一次周波数ω
1＊を生成する。交流電流指令発生手段３３は、Ｉｔ
＊、Ｉｍ＊、ω1＊をもとに、各相の電流指令Ｉｕ＊，
Ｉｖ＊，Ｉｗ＊を生成する。電動機電流制御手段４０で
は、これらの電流指令と電流センサ７で検出された３相
の交流電流（ｉu，ｉv，ｉw）にもとづいて電動機トル
クτMを得るための電圧指令Ｅu＊，Ｅv＊，Ｅw＊を生成
し、ＰＷＭ信号発生手段４１に出力する。 ここで、ベ
クトル制御部３０からＰＷＭ信号発生手段４１までの動
作を演算式を用いて説明する。
速度検出手段１０を介して電動機の回転速度Ｎ1を取り
込む。また、アクセル開度演算手段１８を介してアクセ
ル開度θAがトルク指令演算手段２０に取り込まれ、ア
クセル開度θAに対応したトルク指令τｒ＊が演算され
る。ベクトル制御部３０では、これらの入力に基づきト
ルク電流指令Ｉt*および励磁電流指令Ｉm＊を生成す
る。さらに一次周波数指令生成手段３２で一次周波数ω
1＊を生成する。交流電流指令発生手段３３は、Ｉｔ
＊、Ｉｍ＊、ω1＊をもとに、各相の電流指令Ｉｕ＊，
Ｉｖ＊，Ｉｗ＊を生成する。電動機電流制御手段４０で
は、これらの電流指令と電流センサ７で検出された３相
の交流電流（ｉu，ｉv，ｉw）にもとづいて電動機トル
クτMを得るための電圧指令Ｅu＊，Ｅv＊，Ｅw＊を生成
し、ＰＷＭ信号発生手段４１に出力する。 ここで、ベ
クトル制御部３０からＰＷＭ信号発生手段４１までの動
作を演算式を用いて説明する。
【００１７】電動機トルクτMは、トルク電流Ｉt，励磁
電流Ｉmを使って、次式で求める。
電流Ｉmを使って、次式で求める。
【００１８】 τM＝（３／２）・Ｐ・（Ｍ2／(Ｍ＋１2)）・Ｉm・Ｉt………………（１） ただし、Ｐ：極数 Ｍ：励磁インダクタンス １2：２次漏れインダクタンス 次に、トルク電流指令Ｉt＊と励磁電流指令Ｉm＊に基づ
いて、交流電流指令の最大値I1を演算する。速度検出手
段１０を経由して得られる回転角速度ωｒに対応して、
電動機２の２次回路に発生すべき磁束φR*を生成する。
磁束φR*に次式２の負荷率αを乗じて２次磁束指令φ*
が求められる。 α＝Ｉt*／Ｉt0 …………………………………………………………（２） ただし、Ｉt0：定格のトルク電流 次に、２次磁束指令φ*と、交流電動機２の２次回路に
発生している２次磁束を次式３で推定したφ2との偏差
を求め、励磁電流指令Ｉm*を発生する。 φ2＝（Ｍ・Ｉm*）／（１＋Ｔ2・ｓ）…………………………………（３） ただし、Ｔ2（＝（Ｍ＋１2）／ｒ2）：２次時定数 ｒ2：２次抵抗 以上のようにして得られたトルク電流指令Ｉt*及び励磁
電流指令Ｉm*を使って次式(４)，(５)により、それぞれ
すべり角周波数ωs，位相θ1が求められる。 ωs＝Ｋs・（Ｉt*／Ｉm*）………………………………………………（４） ただし、Ｋs＝ｒ2／（Ｍ＋１2） θ1＝tan-1（Ｉt*／Ｉm*）………………………………………（５） 交流電流指令の角周波数（１次角周波数）ω1*は、すべ
り角周波数ωsと回転速度Ｎ1から得たωｒとを加算して
求められる。交流電流指令の瞬時位相は、１次角周波数
ω1*の積分により求められる。
いて、交流電流指令の最大値I1を演算する。速度検出手
段１０を経由して得られる回転角速度ωｒに対応して、
電動機２の２次回路に発生すべき磁束φR*を生成する。
磁束φR*に次式２の負荷率αを乗じて２次磁束指令φ*
が求められる。 α＝Ｉt*／Ｉt0 …………………………………………………………（２） ただし、Ｉt0：定格のトルク電流 次に、２次磁束指令φ*と、交流電動機２の２次回路に
発生している２次磁束を次式３で推定したφ2との偏差
を求め、励磁電流指令Ｉm*を発生する。 φ2＝（Ｍ・Ｉm*）／（１＋Ｔ2・ｓ）…………………………………（３） ただし、Ｔ2（＝（Ｍ＋１2）／ｒ2）：２次時定数 ｒ2：２次抵抗 以上のようにして得られたトルク電流指令Ｉt*及び励磁
電流指令Ｉm*を使って次式(４)，(５)により、それぞれ
すべり角周波数ωs，位相θ1が求められる。 ωs＝Ｋs・（Ｉt*／Ｉm*）………………………………………………（４） ただし、Ｋs＝ｒ2／（Ｍ＋１2） θ1＝tan-1（Ｉt*／Ｉm*）………………………………………（５） 交流電流指令の角周波数（１次角周波数）ω1*は、すべ
り角周波数ωsと回転速度Ｎ1から得たωｒとを加算して
求められる。交流電流指令の瞬時位相は、１次角周波数
ω1*の積分により求められる。
【００１９】交流電流指令の位相は、上記瞬時位相と位
相θ1とを加算して求める。交流電流指令発生部３３で
は、これらの値に基づいて三相の交流電流指令ｉu*，ｉ
v*，ｉw*を発生する。
相θ1とを加算して求める。交流電流指令発生部３３で
は、これらの値に基づいて三相の交流電流指令ｉu*，ｉ
v*，ｉw*を発生する。
【００２０】電動機電流制御手段４０は、これらの交流
電流指令（ｉu*，ｉv*，ｉw*）に３相の交流電流ｉu，
ｉv，ｉwが追従するように、ＰＩ補償器よって、電圧指
令Ｅu*，Ｅv*，Ｅw*を発生する。ＰＷＭ信号発生手段４
１は、電圧指令Ｅu*，Ｅv*，Ｅw*と搬送波の三角波信号
とを比較動作してＰＷＭ信号を発生する。このＰＷＭ信
号をもとに、インバータ３のアームを構成する６個パワ
ー素子を駆動する。これにより、バッテリー１電源から
可変周波数、可変電圧の３相交流電圧が形成され、三相
交流電動機２のトルクが制御される。
電流指令（ｉu*，ｉv*，ｉw*）に３相の交流電流ｉu，
ｉv，ｉwが追従するように、ＰＩ補償器よって、電圧指
令Ｅu*，Ｅv*，Ｅw*を発生する。ＰＷＭ信号発生手段４
１は、電圧指令Ｅu*，Ｅv*，Ｅw*と搬送波の三角波信号
とを比較動作してＰＷＭ信号を発生する。このＰＷＭ信
号をもとに、インバータ３のアームを構成する６個パワ
ー素子を駆動する。これにより、バッテリー１電源から
可変周波数、可変電圧の３相交流電圧が形成され、三相
交流電動機２のトルクが制御される。
【００２１】エンコーダ異常検出部５０は、エンコーダ
６Ｂ、速度検出手段１２を介して電動機の回転速度Ｎ2
を取り込み、速度検出手段１０を介して電動機の回転速
度Ｎ1を取り込み、回転速度Ｎ1、Ｎ2の比較によって、
エンコーダ６Ａ、６Ｂに異常がないかを判定する。エン
コーダ６Ａ、６Ｂに異常があるときは、次に、異常エン
コーダ識別処理部６０で、いずれのエンコーダが故障し
ているかを、車速センサ９の出力Vsを利用して判定す
る。
６Ｂ、速度検出手段１２を介して電動機の回転速度Ｎ2
を取り込み、速度検出手段１０を介して電動機の回転速
度Ｎ1を取り込み、回転速度Ｎ1、Ｎ2の比較によって、
エンコーダ６Ａ、６Ｂに異常がないかを判定する。エン
コーダ６Ａ、６Ｂに異常があるときは、次に、異常エン
コーダ識別処理部６０で、いずれのエンコーダが故障し
ているかを、車速センサ９の出力Vsを利用して判定す
る。
【００２２】次に、エンコーダ異常検出部５０、異常エ
ンコーダ識別部６０の動作を図２を用いて詳細に説明す
る。
ンコーダ識別部６０の動作を図２を用いて詳細に説明す
る。
【００２３】まず、エンコーダ異常検出部５０は、一対
のエンコーダ６Ａ，６Ｂの出力信号をもとに速度検出部
１０、１２で算出した回転速度Ｎ１、Ｎ２を読み込む
（ステップ１００）。次に、これらの回転速度Ｎ１、Ｎ
２の差の絶対値（｜Ｎ１−Ｎ２｜）を所定値ε1と比較
する（ステップ１０２）。この場合の所定値ε1は、数
回転（１０パルス未満）という小さい値にするのが望ま
しい。そのために、後述するように、速度検出手段１
０、１２はエンコーダの単位時間内のパルス数Ｅ1，Ｅ2
及び時間情報をもとに、高精度に回転速度Ｎ１、Ｎ２を
検出する。
のエンコーダ６Ａ，６Ｂの出力信号をもとに速度検出部
１０、１２で算出した回転速度Ｎ１、Ｎ２を読み込む
（ステップ１００）。次に、これらの回転速度Ｎ１、Ｎ
２の差の絶対値（｜Ｎ１−Ｎ２｜）を所定値ε1と比較
する（ステップ１０２）。この場合の所定値ε1は、数
回転（１０パルス未満）という小さい値にするのが望ま
しい。そのために、後述するように、速度検出手段１
０、１２はエンコーダの単位時間内のパルス数Ｅ1，Ｅ2
及び時間情報をもとに、高精度に回転速度Ｎ１、Ｎ２を
検出する。
【００２４】回転速度Ｎ１、Ｎ２の差の絶対値が所定値
ε1よりも小さければ、一対のエンコーダ６Ａ，６Ｂは
共に正常であると判定し、電動機回転数６１をＮ１とし
て（ステップ１０４）電動機制御部４による制御を行う
（ステップ１１８）。すなわち、一対のエンコーダ６
Ａ，６Ｂが正常に動作しているときには、異常エンコー
ダ識別処理部６０からは異常信号６２を正常信号とし
て、エンコーダ６ＡのＮ１を電動機回転数６１として電
動機制御部４が動作してＰＷＭ信号を生成し、インバー
タ３を駆動する。従って、このときには、インバータ３
は、エンコーダ６Ａからの回転速度情報をもとにベクト
ル制御を行い、交流電動機２は、アクセル等の指令に応
じて高精度に制御され、電気車の走行を良好に制御する
ことができる。
ε1よりも小さければ、一対のエンコーダ６Ａ，６Ｂは
共に正常であると判定し、電動機回転数６１をＮ１とし
て（ステップ１０４）電動機制御部４による制御を行う
（ステップ１１８）。すなわち、一対のエンコーダ６
Ａ，６Ｂが正常に動作しているときには、異常エンコー
ダ識別処理部６０からは異常信号６２を正常信号とし
て、エンコーダ６ＡのＮ１を電動機回転数６１として電
動機制御部４が動作してＰＷＭ信号を生成し、インバー
タ３を駆動する。従って、このときには、インバータ３
は、エンコーダ６Ａからの回転速度情報をもとにベクト
ル制御を行い、交流電動機２は、アクセル等の指令に応
じて高精度に制御され、電気車の走行を良好に制御する
ことができる。
【００２５】次に、もし、一対のエンコーダ６Ａ，６Ｂ
の回転速度Ｎ１、Ｎ２の差の絶対値が、所定値ε1より
も大きければ、次に異常エンコーダ識別部６０の一方の
エンコーダ６Ａの回転速度Ｎ１と、電気車の速度を検知
する車速センサ９の回転速度Ｖsとの差の絶対値を所定
値ε2と比較する（ステップ１０６）。この場合の所定
値ε2は、通常の車速センサ９の精度を考慮すると数十
回転という程度の値になる。
の回転速度Ｎ１、Ｎ２の差の絶対値が、所定値ε1より
も大きければ、次に異常エンコーダ識別部６０の一方の
エンコーダ６Ａの回転速度Ｎ１と、電気車の速度を検知
する車速センサ９の回転速度Ｖsとの差の絶対値を所定
値ε2と比較する（ステップ１０６）。この場合の所定
値ε2は、通常の車速センサ９の精度を考慮すると数十
回転という程度の値になる。
【００２６】比較の結果、車速センサ９の出力信号Ｖs
との差の絶対値が所定値ε2よりも小さければ、エンコ
ーダ６Ａのみが正常であると判定し、その回転速度Ｎ１
を電動機回転数６１Ｎ＝Ｎ１とする（ステップ１０
８）。
との差の絶対値が所定値ε2よりも小さければ、エンコ
ーダ６Ａのみが正常であると判定し、その回転速度Ｎ１
を電動機回転数６１Ｎ＝Ｎ１とする（ステップ１０
８）。
【００２７】もし、ステップ１０６におけいて、比較の
結果、その差が所定値ε2よりも大きければ、次に、他
方のエンコーダ６Ｂの回転速度Ｎ２と、車速検出手段の
回転速度Ｖsとの差の絶対値を所定値ε3と比較する（ス
テップ１１２）。比較の結果、その差が所定値ε3より
も小さければ、他方のエンコーダ６Ｂのみが正常である
と判定し、電動機回転数６１Ｎ＝Ｎ２とする（ステップ
１１４）。
結果、その差が所定値ε2よりも大きければ、次に、他
方のエンコーダ６Ｂの回転速度Ｎ２と、車速検出手段の
回転速度Ｖsとの差の絶対値を所定値ε3と比較する（ス
テップ１１２）。比較の結果、その差が所定値ε3より
も小さければ、他方のエンコーダ６Ｂのみが正常である
と判定し、電動機回転数６１Ｎ＝Ｎ２とする（ステップ
１１４）。
【００２８】このように、ステップ１０８、１１４で得
られた回転速度Ｎ１あるいはＮ２を用い、正常時のベク
トル制御処理をおこなう。ただし、エンコーダ６Ａ、６
Ｂのいずれかが異常であることを運転者に知らせるべ
く、エンコーダ６Ａあるいは６Ｂの識別異常表示あるい
は、フラグを設けるようにしてもよい。
られた回転速度Ｎ１あるいはＮ２を用い、正常時のベク
トル制御処理をおこなう。ただし、エンコーダ６Ａ、６
Ｂのいずれかが異常であることを運転者に知らせるべ
く、エンコーダ６Ａあるいは６Ｂの識別異常表示あるい
は、フラグを設けるようにしてもよい。
【００２９】また、他方のエンコーダ６Ｂの回転速度Ｎ
２と、車速センサ９の回転速度Ｖsとの差の絶対値が所
定値ε3よりも大きければ、両エンコーダ６Ａ，６Ｂは
ともに異常と判定し、異常信号６２を出力し、電動機制
御部４はインバータ３の駆動を停止させる（ステップ１
１６）。
２と、車速センサ９の回転速度Ｖsとの差の絶対値が所
定値ε3よりも大きければ、両エンコーダ６Ａ，６Ｂは
ともに異常と判定し、異常信号６２を出力し、電動機制
御部４はインバータ３の駆動を停止させる（ステップ１
１６）。
【００３０】従って、この実施例によれば、一対のエン
コーダの何れか一方に異常が発生しても、車の走行が不
可能にさせることなく連続的にかつ安全な走行を行なう
ことができる。
コーダの何れか一方に異常が発生しても、車の走行が不
可能にさせることなく連続的にかつ安全な走行を行なう
ことができる。
【００３１】なお、本発明の実施例で、一対のエンコー
ダ６Ａ，６Ｂが正常であるか否かを車速センサ９の回転
速度Ｖsと比較することにより判定しているのは、通
常、エンコーダに比べて車速センサの故障の可能性がき
わめて少ないという事実に基づくものである。車速セン
サの故障も検知する必要がある場合には、例えば一対の
エンコーダ６Ａ，６Ｂの回転速度Ｎ１、Ｎ２の差が、所
定値ε1よりも小さいときに、その時のエンコーダ６
Ａ，６Ｂの出力信号を車速センサ９の出力信号Ｖsと比
較することにより、車速センサ９の故障を検知する方法
等が考えられる。
ダ６Ａ，６Ｂが正常であるか否かを車速センサ９の回転
速度Ｖsと比較することにより判定しているのは、通
常、エンコーダに比べて車速センサの故障の可能性がき
わめて少ないという事実に基づくものである。車速セン
サの故障も検知する必要がある場合には、例えば一対の
エンコーダ６Ａ，６Ｂの回転速度Ｎ１、Ｎ２の差が、所
定値ε1よりも小さいときに、その時のエンコーダ６
Ａ，６Ｂの出力信号を車速センサ９の出力信号Ｖsと比
較することにより、車速センサ９の故障を検知する方法
等が考えられる。
【００３２】本発明は、交流電動機２の速度を検出する
３個以上のエンコーダを備えたものにも適用できること
はいうまでもない。
３個以上のエンコーダを備えたものにも適用できること
はいうまでもない。
【００３３】次に、高精度に回転速度Ｎ１、Ｎ２が検出
できる速度検出手段１０もしくは１２の構成例と動作を
説明する。図３にハードウエアとソフトウエア処理を含
めた機能ブロック図を示し、図４に動作説明用のタイム
チャートを示す。図３において、エンコーダ６Ａから取
り込まれたパルス信号は、波形整形回路（Ｆ−ＣＫＴ）
１０３で基準クロック信号（ＴＣＬＫ、図４の（Ａ））
に同期したパルス信号に整形される。整形された信号を
図４に（Ｂ）として示す。このエンコーダ逓倍パルス信
号を位置情報信号としてカウンター（Ｐ−ＣＯＵＮＴ）
１０７でカウントする。例えば図４の（Ｃ）に示すよう
に、（Ｂ）のパルス信号ごとにカウントしていくもので
ある。このカウント値すなわち位置情報信号は順次記憶
手段（Ｍｅ）１０９のパルスレジスタに記憶される。
できる速度検出手段１０もしくは１２の構成例と動作を
説明する。図３にハードウエアとソフトウエア処理を含
めた機能ブロック図を示し、図４に動作説明用のタイム
チャートを示す。図３において、エンコーダ６Ａから取
り込まれたパルス信号は、波形整形回路（Ｆ−ＣＫＴ）
１０３で基準クロック信号（ＴＣＬＫ、図４の（Ａ））
に同期したパルス信号に整形される。整形された信号を
図４に（Ｂ）として示す。このエンコーダ逓倍パルス信
号を位置情報信号としてカウンター（Ｐ−ＣＯＵＮＴ）
１０７でカウントする。例えば図４の（Ｃ）に示すよう
に、（Ｂ）のパルス信号ごとにカウントしていくもので
ある。このカウント値すなわち位置情報信号は順次記憶
手段（Ｍｅ）１０９のパルスレジスタに記憶される。
【００３４】一方タイマ（ＴＩＭＥＲ）１０５は時間情
報として、クロック信号を連続的にカウントする。この
カウント値を図４の（Ｄ）に示す。この実施例ではクロ
ック信号（ＣＬＫ）として５ＭＨｚを用いているので、
タイマ１０５の値は０．２μｓｅｃの分解能でカウント
していることになる。そして、記憶手段（Ｍｅ）１０９
の時間レジスタＴは、（Ｂ）のエンコーダ逓倍パルス信
号の発生時刻に同期してタイマの値を順次サンプリング
し記憶する。例えば、図４に示すような、パルスレジス
タ値Ｍ（ｉ−１），Ｍ（ｉ）に対応してＴ（ｉ−１），
Ｔ（ｉ）などのように時間情報が記憶手段１０９に記憶
される。
報として、クロック信号を連続的にカウントする。この
カウント値を図４の（Ｄ）に示す。この実施例ではクロ
ック信号（ＣＬＫ）として５ＭＨｚを用いているので、
タイマ１０５の値は０．２μｓｅｃの分解能でカウント
していることになる。そして、記憶手段（Ｍｅ）１０９
の時間レジスタＴは、（Ｂ）のエンコーダ逓倍パルス信
号の発生時刻に同期してタイマの値を順次サンプリング
し記憶する。例えば、図４に示すような、パルスレジス
タ値Ｍ（ｉ−１），Ｍ（ｉ）に対応してＴ（ｉ−１），
Ｔ（ｉ）などのように時間情報が記憶手段１０９に記憶
される。
【００３５】次にこれらのレジスタの値を利用した、回
転速度Ｎ１、Ｎ２の算出について説明する。記憶されて
いる値はあらかじめ定められたサンプリング周期Ｔｓｓ
（この実施例では２ｍｓｅｃ）毎に、マイコン（ＭＣ）
内のデータ入力処理部ＳＭＰＬ１１１によって入力す
る。
転速度Ｎ１、Ｎ２の算出について説明する。記憶されて
いる値はあらかじめ定められたサンプリング周期Ｔｓｓ
（この実施例では２ｍｓｅｃ）毎に、マイコン（ＭＣ）
内のデータ入力処理部ＳＭＰＬ１１１によって入力す
る。
【００３６】図４において、いま（Ｅ）に示すｉ時点に
おける記憶手段のサンプリング値は、パルス情報がＭ
（ｉ）、時間情報がＴ（ｉ）である。数６の式に示す回
転速度Ｎ１、Ｎ２の演算は、計算手段（ＣＡＬ）１１２
内に前回サンプリングしたＭ（ｉ−１），Ｔ（ｉ−１）
と今回のＭ（ｉ），Ｔ（ｉ）をもとに実行する。
おける記憶手段のサンプリング値は、パルス情報がＭ
（ｉ）、時間情報がＴ（ｉ）である。数６の式に示す回
転速度Ｎ１、Ｎ２の演算は、計算手段（ＣＡＬ）１１２
内に前回サンプリングしたＭ（ｉ−１），Ｔ（ｉ−１）
と今回のＭ（ｉ），Ｔ（ｉ）をもとに実行する。
【００３７】
【数６】
【００３８】図４から明らかなように、エンコーダ逓倍
パルスの発生毎に連続的に時間情報Ｔを計数記憶してい
るので、サンプリング周期Ｔｓｓは任意で良い。ただ
し、サンプリング周期において位置情報Ｍが変化するこ
とが必要である。位置が変化していない場合は、変化す
るまでｎ回サンプリングした情報をもとに数６の式に示
す回転速度の計算を行う。
パルスの発生毎に連続的に時間情報Ｔを計数記憶してい
るので、サンプリング周期Ｔｓｓは任意で良い。ただ
し、サンプリング周期において位置情報Ｍが変化するこ
とが必要である。位置が変化していない場合は、変化す
るまでｎ回サンプリングした情報をもとに数６の式に示
す回転速度の計算を行う。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、複数のエンコーダを備
えた電気車の制御装置において、一部のエンコーダが故
障しても、いずれのエンコーダが故障したのかを適切に
判定し、残りの正常なエンコーダの出力を用いて電動機
の制御を行い、電気車を走行可能とすることができる。
えた電気車の制御装置において、一部のエンコーダが故
障しても、いずれのエンコーダが故障したのかを適切に
判定し、残りの正常なエンコーダの出力を用いて電動機
の制御を行い、電気車を走行可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の電気車の駆動制御装置を示
す図である。
す図である。
【図２】図１のエンコーダの短絡、断線検出処理のフロ
ー図である。
ー図である。
【図３】速度検出手段の構成例を示す図である。
【図４】図３の速度検出手段の動作説明図である。
１…バッテリー、２…三相交流電動機、３…インバー
タ、４…電動機制御部、６（６Ａ，６Ｂ）…エンコー
ダ、７…電流センサー、８…アクセルセンサ、９…車速
センサ、１０、１２…速度検出手段、３０…ベクトル制
御部３０、５０…エンコーダ異常検出部、６０…異常エ
ンコーダ識別処理部
タ、４…電動機制御部、６（６Ａ，６Ｂ）…エンコー
ダ、７…電流センサー、８…アクセルセンサ、９…車速
センサ、１０、１２…速度検出手段、３０…ベクトル制
御部３０、５０…エンコーダ異常検出部、６０…異常エ
ンコーダ識別処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 博之 茨城県ひたちなか市大字高場字鹿島谷津 2477番地３日立オートモティブエンジニア リング株式会社内 (72)発明者 大津 英一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内
Claims (8)
- 【請求項１】バッテリーの直流電源を交流電源に変換す
るインバータと、車両駆動用の三相交流電動機と、該三
相交流電動機の回転速度を検出する少なくとも２個のエ
ンコーダと、電気車の車速を検出する車速センサと、ト
ルク指令及び前記エンコーダの出力に基づいて該三相交
流電動機の電流を制御する電流指令を発生し、該電流指
令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて前記
インバータを制御する電動機制御部とを有する電気車に
おいて、 前記各エンコーダの出力を相互に比較し出力の不一致に
よりいずれかのエンコーダに異常が有ることをエンコー
ダ異常状態として検知するエンコーダ異常検出部と、前
記各エンコーダの出力を前記車速センサの出力と比較し
てエンコーダの正常、異常を識別する異常エンコーダ識
別処理部とを備え、前記電動機制御部は、前記エンコー
ダ異常状態発生時に前記正常と識別されたエンコーダの
出力に基づいて前記電流指令を発生することを特徴とす
る電気車用制御装置。 - 【請求項２】バッテリーの直流電源を可変電圧、可変周
波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の
三相交流電動機と、該三相交流電動機の電流を検出する
電流センサと、該三相交流電動機の回転速度を検出する
少なくとも２個のエンコーダと、電気車の車速を検出す
る車速センサと、アクセル開度に応じて該三相交流電動
機のトルク指令を決定するトルク指令演算手段と、前記
トルク指令、前記電流センサ及び前記エンコーダの各出
力に基づいて該三相交流電動機の電流を制御するための
電流指令を発生する交流電流指令発生手段と、前記電流
指令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて電
圧信号を生成する電流制御手段と、前記電圧信号にもと
づいて前記インバータを制御するＰＷＭ信号を発生する
ＰＷＭ信号発生手段とを有する電気車において、 前記各エンコーダの出力を相互に比較してエンコーダの
異常状態の有無を検知するエンコーダ異常検出部と、前
記各エンコーダの出力を前記車速センサの出力と比較し
て前記各エンコーダが正常か否かを識別する異常エンコ
ーダ識別処理部とを備え、該エンコーダの異常状態時に
前記正常と識別されたエンコーダの出力に基づいて前記
ＰＷＭ制御信号を生成することを特徴とする電気車用制
御装置。 - 【請求項３】前記エンコーダ異常検出部は、２つのエン
コーダの出力の差が所定値を越えるとき少なくとも何れ
か一方のエンコーダが異常であると判定し、 前記異常エンコーダ識別処理部は、前記各エンコーダの
出力を前記車速センサの出力と比較する合理チェックに
より、前記各エンコーダについて正常か否かを判定する
ように構成されていることを特徴とする請求項１または
２記載の電気車用制御装置。 - 【請求項４】前記異常エンコーダ識別処理部は、前記全
エンコーダの異常を検知したとき、前記インバータを停
止させるように構成されていることを特徴とする請求項
１，２または３記載の電気車用制御装置。 - 【請求項５】バッテリーの直流電源を交流電源に変換す
るインバータと、車両駆動用の三相交流電動機と、該三
相交流電動機の回転速度を検出する少なくとも２個のエ
ンコーダと、電気車の車速を検出する車速センサと、ト
ルク指令及び前記エンコーダの出力に基づいて該三相交
流電動機の電流を制御する電流指令を発生し、該電流指
令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて前記
インバータを制御する電動機制御部とを有する電気車に
おける電動機制御方法において、 前記各エンコーダの出力を相互に比較し出力の不一致に
よりいずれかのエンコーダに異常が有ることをエンコー
ダ異常状態として検知するエンコーダ異常検出部と、前
記各エンコーダの出力を前記車速センサの出力と比較し
てエンコーダの正常、異常を識別する異常エンコーダ識
別処理部とを備え、前記電動機制御部は、前記エンコー
ダ異常状態発生時に前記正常と識別されたエンコーダの
出力に基づいて前記電流指令を発生することを特徴とす
る電気車における電動機制御方法。 - 【請求項６】バッテリーの直流電源を可変電圧、可変周
波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の
三相交流電動機と、該三相交流電動機の電流を検出する
電流センサと、該三相交流電動機の回転速度を検出する
少なくとも２個のエンコーダと、電気車の車速を検出す
る車速センサと、アクセル開度に応じて該三相交流電動
機のトルク指令を決定するトルク指令演算手段と、前記
トルク指令、前記電流センサ及び前記エンコーダの各出
力に基づいて該三相交流電動機の電流を制御するための
電流指令を発生する交流電流指令発生手段と、前記電流
指令と前記三相交流電動機に流れる電流とに基づいて電
圧信号を生成する電流制御手段と、前記電圧信号にもと
づいて前記インバータを制御するＰＷＭ信号を発生する
ＰＷＭ信号発生手段とを備えた電気車における電動機制
御方法において、 前記各エンコーダの出力を相互に比較してエンコーダの
異常の有無を検知し、 前記各エンコーダの出力を前記車速センサの出力と比較
して前記各エンコーダが正常か否かを識別判定し、 該エンコーダの異常時に正常と判断されたエンコーダの
出力に基づいて前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴と
する電気車における電動機制御方法。 - 【請求項７】前記エンコーダの異常検出において、２つ
のエンコーダの出力の差が所定値を越えるとき少なくと
も何れか一方のエンコーダが異常であると判定し、 異常エンコーダの識別判定処理において、前記各エンコ
ーダの出力を前記車速センサの出力と比較する合理チェ
ックにより、前記各エンコーダについて正常か否かを判
定し、 少なくとも一つのエンコーダの異常を検知したとき、他
の正常なエンコーダの出力に基づいて前記インバータを
制御することを特徴とする請求項５または６記載の電気
車における電動機制御方法。 - 【請求項８】前記異常エンコーダ識別処理部で前記全エ
ンコーダの異常を検知したとき、前記インバータを停止
させることを特徴とする請求項５または６記載の電気車
における電動機制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142069A JPH08336299A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 電気車の制御装置及び制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142069A JPH08336299A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 電気車の制御装置及び制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08336299A true JPH08336299A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15306712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7142069A Pending JPH08336299A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | 電気車の制御装置及び制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08336299A (ja) |
Cited By (12)
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|---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-06-08 JP JP7142069A patent/JPH08336299A/ja active Pending
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| US10411621B2 (en) | 2015-07-03 | 2019-09-10 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Drive device for three-phase synchronous motor |
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