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JP2007104777A - Electric vehicle drive controller - Google Patents

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JP2007104777A
JP2007104777A JP2005289910A JP2005289910A JP2007104777A JP 2007104777 A JP2007104777 A JP 2007104777A JP 2005289910 A JP2005289910 A JP 2005289910A JP 2005289910 A JP2005289910 A JP 2005289910A JP 2007104777 A JP2007104777 A JP 2007104777A
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JP
Japan
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speed
motor
value
acceleration
electric vehicle
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005289910A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Yuki
和明 結城
Osamu Yamazaki
修 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable electric vehicle drive controller which avoids nonconformity such as torque deficiency, step out, etc. by computing an accurate velocity estimate, corresponding to various conditions in operation. <P>SOLUTION: This controller has a control unit 28 for inverter which drives a motor 7 for driving an electric vehicle, a velocity estimator 14 which estimates the revolution of the motor 7, based on the applied voltage or current of the motor 7, and a velocity predictor 15 which predicts the revolution of the motor 7, based on a torque command. The velocity predictor 15 predicts the velocity, based on at least one of the seat-load rate, the gradient, and the revolution of the drive motor, and the control unit 28 performs the vector control, using a velocity predicted value in the vicinity of the zero revolution of the motor 7, and performs the vector control, using the velocity estimate in other regions. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動機の回転数あるいは速度を検出することなく速度センサレスベクトル制御を行う電気車駆動制御装置に関する。   The present invention relates to an electric vehicle drive control device that performs speed sensorless vector control without detecting the rotation speed or speed of an electric motor.

誘導電動機(IM)の速度センサレスベクトル制御は、インバータによって駆動される誘導電動機の印加電圧や電流情報に基づき、速度(回転数)を推定しトルク制御を行うものであり、そのような速度センサレスベクトル制御装置は、電動機の速度(回転数)を推定する速度推定部を有し、速度推定部の出力に応じてトルク制御を行う。このような速度センサレスベクトル制御装置は、速度センサを用いないというメリットから、広く産業用に適用されているが、近年になって、電車や電気自動車など電気車への適用が進んでいる。   The speed sensorless vector control of the induction motor (IM) estimates the speed (number of rotations) based on the applied voltage and current information of the induction motor driven by the inverter and performs torque control. Such a speed sensorless vector The control device includes a speed estimation unit that estimates the speed (number of rotations) of the electric motor, and performs torque control according to the output of the speed estimation unit. Such a speed sensorless vector control device has been widely applied to industrial applications because of the advantage of not using a speed sensor. However, in recent years, application to electric vehicles such as trains and electric cars has been advanced.

この場合、誘起電圧が微小となる極低速での性能維持が困難であり、電車や電気自動車などの電気車への適用においては、勾配区間あるいは坂道などから発進する後退起動(車両が下がりながら始動する)では、インバータ周波数が零速度を横切り、そのような問題が顕在化する。   In this case, it is difficult to maintain performance at extremely low speeds where the induced voltage is very small, and in applications to electric vehicles such as trains and electric cars, the vehicle starts to move backwards starting from a gradient section or slope (starting while the vehicle is lowered) ), The inverter frequency crosses zero speed, and such a problem becomes apparent.

これらの問題への対処法として、電流などフィードバック情報を用いて速度を推定するのではなく、トルク指令に基づきフィードバック情報を用いずに速度を予測する速度予測部を有したものがある(例えば特許文献1参照)。すなわち、通常の速度域では速度推定値を用いてベクトル制御を行い、零速度の近傍に限り速度予測値を用いてベクトル制御を行う。
特許第3316118号公報
As a method for dealing with these problems, there is one that has a speed prediction unit that predicts speed without using feedback information based on a torque command, instead of estimating speed using feedback information such as current (for example, a patent) Reference 1). That is, in the normal speed range, vector control is performed using the speed estimation value, and vector control is performed using the speed prediction value only near the zero speed.
Japanese Patent No. 3316118

しかしながら、電車や電気自動車などの電気車を運行する場合、乗車率や勾配、電動機の駆動する数などが変化する。例えば、電動機が故障した場合に、その故障した電動機をカットアウトして運行する場合には駆動電動機の数が変化することになる。従って、条件によっては速度予測値が一致しなくなることがあり、速度予測値が一致しなくなるとトルク不足や脱調となる。結果的に、加速不良、起動失敗といったシステムの信頼性が低下する。   However, when an electric vehicle such as a train or an electric vehicle is operated, the boarding rate, the gradient, the number of motors driven, and the like change. For example, when the motor fails, the number of drive motors changes when the failed motor is cut out and operated. Therefore, depending on the conditions, the predicted speed values may not match, and if the predicted speed values do not match, torque will be insufficient or step out. As a result, the reliability of the system, such as acceleration failure and startup failure, decreases.

本発明の目的は、信頼性の高い電気車駆動制御装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a highly reliable electric vehicle drive control device.

本発明の電気車駆動制御装置は、インバータで駆動される電動機の印加電圧や電流に基づき前記電動機の回転数を推定し速度推定値を求める速度推定部と、前記電動機のトルク指令に加え、少なくとも、乗車率、勾配、駆動電動機の数の一つに基づき前記電動機の速度を予測し速度推定値を求める速度予測部と、前記電動機の回転数が零速度の近傍では前記速度予測値を用いてベクトル制御を行い、それ以外の領域では前記速度推定値を用いてベクトル制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする。   The electric vehicle drive control device of the present invention includes, in addition to a speed estimation unit that estimates a rotation speed of the motor based on an applied voltage and current of a motor driven by an inverter and obtains a speed estimation value, and a torque command of the motor, A speed prediction unit that predicts the speed of the motor based on one of the occupancy rate, the gradient, and the number of drive motors and obtains a speed estimation value, and the speed prediction value is used when the rotation speed of the motor is near zero speed. A control unit that performs vector control and performs vector control using the speed estimation value in other regions.

本発明によれば、信頼性の高い電気車駆動制御装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a reliable electric vehicle drive control apparatus can be provided.

(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置の構成図である。図1では、電気車として電車を想定した場合を示している。パンダグラフ1と車輪2は、直流架線に接続される。フィルタリアクトル3とフィルタコンデンサ4を介してインバータ5に直流が給電される。インバータ5によって、誘導電動機7を駆動する。インバータ5を制御する制御方式として、電流検出器6によって電動機の相電流Iu、Iwを検出し、誘導電動機7の回転数を検出しない速度センサレスベクトル制御系で構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of an electric vehicle drive control apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a case where a train is assumed as an electric vehicle. The panda graph 1 and the wheel 2 are connected to a DC overhead line. Direct current is fed to the inverter 5 through the filter reactor 3 and the filter capacitor 4. The induction motor 7 is driven by the inverter 5. As a control method for controlling the inverter 5, it is constituted by a speed sensorless vector control system that detects the phase currents Iu and Iw of the motor by the current detector 6 and does not detect the rotation speed of the induction motor 7.

図1において、制御部28は、周知の技術であるDQ回転座標系上のベクトル制御法によって構成されている。入力として、磁束指令とトルク指令が与えられる。電流指令演算部8において、励磁電流指令Id*とトルク電流指令Iq*とを演算出力する。また、電流検出器6によって電動機の相電流Iu、Iwが検出され、座標変換部12によって、DQ軸座標系上のDQ軸電流Id、Iqとが変換される。   In FIG. 1, the control part 28 is comprised by the vector control method on a DQ rotation coordinate system which is a well-known technique. As inputs, a magnetic flux command and a torque command are given. The current command calculation unit 8 calculates and outputs the excitation current command Id * and the torque current command Iq *. Further, the phase detectors Iu and Iw of the motor are detected by the current detector 6, and the DQ axis currents Id and Iq on the DQ axis coordinate system are converted by the coordinate conversion unit 12.

電圧指令演算部9では、同電流指令値Id*、Iq*と実電流値Id、Iqとが一致するように、D軸電圧指令Vd*とQ軸電圧指令Vq*とを演算出力する。DQ軸電圧指令Vd*、 Vq* は、座標変換部10にて3相電圧指令Vu*、 Vv*. Vw*に変換されてPWM回路11に入力される。PWM回路11では、同3相電圧指令に一致した電圧が出力されるように、インバータ5のゲートを例えば、周知の技術である三角波比較PWM制御によって、制御するものである。   The voltage command calculation unit 9 calculates and outputs the D-axis voltage command Vd * and the Q-axis voltage command Vq * so that the current command values Id * and Iq * coincide with the actual current values Id and Iq. The DQ axis voltage commands Vd * and Vq * are converted into three-phase voltage commands Vu * and Vv * .Vw * by the coordinate conversion unit 10 and input to the PWM circuit 11. The PWM circuit 11 controls the gate of the inverter 5 by, for example, a triangular wave comparison PWM control that is a well-known technique so that a voltage that matches the three-phase voltage command is output.

速度推定部14は、前記DQ軸電圧指令Vd*、 Vq*と、実DQ軸電流Id、 Iqとを入力として、誘導電動機7の速度、すなわち電動機の回転数を推定し出力するものである。速度予測部15は、トルク指令と車両重量を表す応荷重とを入力として、速度、すなわち、電動機の回転数を予測する。この速度予測部15の詳細な実現については後述する。   The speed estimator 14 receives the DQ axis voltage commands Vd * and Vq * and the actual DQ axis currents Id and Iq as inputs, and estimates and outputs the speed of the induction motor 7, that is, the rotational speed of the motor. The speed prediction unit 15 predicts the speed, that is, the rotation speed of the electric motor, using the torque command and the variable load representing the vehicle weight as inputs. Detailed implementation of the speed prediction unit 15 will be described later.

第1の速度演算手段である速度推定部14の出力と、第2の速度演算手段の出力である速度予測部15の出力とは切替器17へと入力される。切替器17は、速度領域判定部20の出力Flg_ZeroSpeedが1である場合には、速度予測部15の出力である速度予測値を最終的な速度推定値ωrhとして出力する。さらに、出力Flg_ZeroSpeedが0である場合には、速度推定部14の出力である速度推定値を最終的な速度推定値ωrhとして出力する。   The output of the speed estimation unit 14 that is the first speed calculation unit and the output of the speed prediction unit 15 that is the output of the second speed calculation unit are input to the switch 17. When the output Flg_ZeroSpeed of the speed region determination unit 20 is 1, the switch 17 outputs the speed prediction value that is the output of the speed prediction unit 15 as the final speed estimation value ωrh. Further, when the output Flg_ZeroSpeed is 0, the speed estimation value output from the speed estimation unit 14 is output as the final speed estimation value ωrh.

すべり周波数基準演算部16では、DQ軸電流指令値Id*、 Iq*に基づき、すべり周波数基準ωs*を例えば、次の(1)式のように、演算出力する。   The slip frequency reference calculation unit 16 calculates and outputs the slip frequency reference ωs * based on the DQ axis current command values Id * and Iq *, for example, as in the following equation (1).

ωs* = R2/L2×Iq* / Id* …(1)
ここに、R2:2次抵抗、L2:2次インダクタンスである。加算器19では、最終的な速度推定値ωrhとすべり周波数基準ωs*とを加算し、インバータ周波数ω1として出力する。インバータ周波数ω1は、積分器13へと入力される。積分器13は入力を積分し、回転座標系D軸の静止座標系A軸からの位相角θを演算するもので、座標変換器10、12において使用する。
ωs * = R2 / L2 × Iq * / Id * (1)
Here, R2: secondary resistance, L2: secondary inductance. The adder 19 adds the final estimated speed value ωrh and the slip frequency reference ωs * and outputs the result as an inverter frequency ω1. The inverter frequency ω1 is input to the integrator 13. The integrator 13 integrates the input and calculates the phase angle θ of the rotating coordinate system D axis from the stationary coordinate system A axis, and is used in the coordinate converters 10 and 12.

速度領域判定部20は、最終的な速度推定値ωrhに基づき、零速度近傍か否かを判定し、零速度フラグFlg_ZeroSpeedを出力するものである。例えば、その判定は、次の(2)式のように実現できる。   Based on the final estimated speed value ωrh, the speed region determination unit 20 determines whether or not it is near zero speed and outputs a zero speed flag Flg_ZeroSpeed. For example, the determination can be realized as the following equation (2).

if ((ωrh>= α)and (ωrh<β))
Flg_ZeroSpeed = 1
else
Flg_ZeroSpeed = 0 …(2)
ここに、αは零速度領域の下限値であって通常マイナス値に設定される。また、βは零速度領域の上限値であって、通常プラス値に設定される。すなわち、零速度近傍において、Flg_ZeroSpeed=1になり、それ以外の領域ではFlg_ZeroSpeed=0になる。以上の説明では、最終的な速度推定値ωrhに基づき零速度の判定を実施しているが、速度推定値に代えインバータ周波数ω1に基づいて同様に構成してもよい。
if ((ωrh> = α) and (ωrh <β))
Flg_ZeroSpeed = 1
else
Flg_ZeroSpeed = 0 (2)
Here, α is the lower limit value of the zero speed region and is normally set to a negative value. Β is an upper limit value of the zero speed region, and is usually set to a positive value. That is, Flg_ZeroSpeed = 1 near zero speed, and Flg_ZeroSpeed = 0 in other areas. In the above description, the determination of the zero speed is performed based on the final estimated speed value ωrh, but it may be configured similarly based on the inverter frequency ω1 instead of the estimated speed value.

図2は第1の実施の形態における速度予測部15の構成図である。減算器21によって、トルク指令から車両の走行抵抗が減算され加速トルクが算出され加速度予測演算部22に出力される。ここで、走行抵抗には、例えば、勾配力や走行風による抵抗力、ギア比等の機械的な摩擦力などを模擬すればよい。なお、走行抵抗は、車輪径やギア比を用いて、電動機の回転トルクの次元へと変換されていると仮定している。一方、応荷重イナーシャ変換部24は、応荷重信号、すなわち車両の総重量を電動機の回転軸まわりの等価イナーシャJへと換算し加速度予測演算部22に出力する。   FIG. 2 is a configuration diagram of the speed prediction unit 15 in the first embodiment. The subtractor 21 subtracts the running resistance of the vehicle from the torque command, calculates acceleration torque, and outputs it to the acceleration prediction calculation unit 22. Here, as the running resistance, for example, a gradient force, a resistance force caused by a running wind, a mechanical friction force such as a gear ratio, or the like may be simulated. It is assumed that the running resistance has been converted into the dimension of the rotational torque of the electric motor using the wheel diameter and gear ratio. On the other hand, the variable load inertia conversion unit 24 converts the variable load signal, that is, the total weight of the vehicle into an equivalent inertia J around the rotation axis of the electric motor, and outputs it to the acceleration prediction calculation unit 22.

加速度予測演算部22では、加速トルクの予測値を入力として、電動機7のロータの等価イナーシャJで除し加速度予測値を出力する。加速度予測値は積分器23に入力され、それを積分することで速度予測値が算出される。ここで、等価イナーシャJとは、電動機自身のイナーシャ、ギアや車輪のイナーシャ、さらに、車両の重量をギアや車輪径を介して電動機軸の回転イナーシャに変換したものを合わせたものと考えられる。   In the acceleration prediction calculation unit 22, the predicted value of the acceleration torque is input and divided by the equivalent inertia J of the rotor of the electric motor 7 to output the predicted acceleration value. The predicted acceleration value is input to the integrator 23, and the predicted speed value is calculated by integrating the acceleration value. Here, the equivalent inertia J is considered to be a combination of the inertia of the motor itself, the inertia of the gear and the wheel, and the weight of the vehicle converted into the rotary inertia of the motor shaft through the gear and the wheel diameter.

以上のように構成された電気車駆動制御装置によれば、勾配などの走行抵抗や乗車率と等価イナーシャが変件が変化しても、実速度に一致した速度予測値を演算することができる。また、走行抵抗としては勾配力や支配的な要因であり、勾配力は電気車の電動機の発生するトルクの30%以上になることもある。これを運行条件に応じて、予測演算部モデルに組み込むことで、速度予測値の精度を格段に向上することができる。   According to the electric vehicle drive control device configured as described above, a predicted speed value that matches the actual speed can be calculated even if the running resistance such as the gradient or the boarding rate and the equivalent inertia change. . Further, the running resistance is a gradient force or a dominant factor, and the gradient force may be 30% or more of the torque generated by the electric motor of the electric vehicle. By incorporating this into the prediction calculation unit model according to the operation conditions, the accuracy of the speed prediction value can be significantly improved.

図3は、勾配等の走行抵抗を考慮しない場合の起動特性の特性図である。時点t1でインバータが始動し、推定制御(時点t1〜t2)を経て予測制御(時点t2〜t3)となる。勾配等の走行抵抗を考慮しないため、時点t2〜t3において、速度予測部15で算出する速度予測値の加速度は、本来、与えるべき加速度より高い。このため、誘導電動機7のすべり周波数が低く出力トルクの低下、すなわち、脱調状態に近くなる。図3では、その後(時点t3以降)、引き込みに成功し安定に加速していく様子を描いているが、さらに、加速度が不一致であると起動失敗などシステムトラブルになる。   FIG. 3 is a characteristic diagram of the start-up characteristics when traveling resistance such as gradient is not considered. The inverter starts at time t1, and becomes predictive control (time t2 to t3) through estimation control (time t1 to t2). Since the running resistance such as the gradient is not taken into consideration, the acceleration of the speed predicted value calculated by the speed predicting unit 15 is higher than the acceleration to be given at the time t2 to t3. For this reason, the slip frequency of the induction motor 7 is low, and the output torque decreases, that is, close to a step-out state. In FIG. 3, after that (after time t3), the drawing shows the state of successful pulling and stable acceleration, but if the accelerations do not match, a system trouble such as a start failure occurs.

図4は、勾配等の走行抵抗を考慮した場合の起動特性の特性図である。時点t1でインバータが始動し、推定制御(時点t1〜t2)を経て予測制御(時点t2〜t3)となり、勾配等の走行抵抗を考慮しているので、時点t2〜t3において、本来、与えるべき加速度が予測された結果、安定かつ所定の加速度にて加速することが可能である。   FIG. 4 is a characteristic diagram of the starting characteristics when traveling resistance such as a gradient is taken into consideration. The inverter starts at time t1 and goes through estimation control (time t1 to t2) to become predictive control (time t2 to t3). Considering running resistance such as gradient, it should be given originally at time t2 to t3. As a result of the predicted acceleration, it is possible to accelerate at a stable and predetermined acceleration.

速度予測値にクリティカルな影響をおよぼす勾配力は、運行条件によって様々に変化する。つまり、電気車は、様々な勾配の区間から起動する可能性がある。よって、勾配力を一定値あるいは零と見なしては、最適な加速度が得られず、前述のような起動失敗となる可能性がある。そこで、第1の実施の形態のように、これらの情報に基づき精度の高い速度予測を行うことで起動失敗を回避し、システムの信頼性を向上させる。   The gradient force that has a critical effect on the predicted speed varies depending on the driving conditions. That is, there is a possibility that the electric vehicle is started from a section having various slopes. Therefore, if the gradient force is regarded as a constant value or zero, the optimum acceleration cannot be obtained and there is a possibility of starting failure as described above. Therefore, as in the first embodiment, a highly accurate speed prediction is performed based on these pieces of information to avoid a startup failure and improve the reliability of the system.

勾配の情報については、電車の場合には、自動列車制御装置(ATO)や自動列車停止装置(TASC)、ナビゲーション装置など、走行する路線のデータを有した装置を編成内に持つ場合には、同機器から勾配情報を取得して設定することができる。自動車の場合にも、ナビゲーションシステムを利用することで、走行区間の勾配を取得することは実現可能である。   For information on the slope, in the case of a train, if the train has a device having data of the route to travel, such as an automatic train control device (ATO), an automatic train stop device (TASC), a navigation device, Gradient information can be acquired and set from the same device. Even in the case of an automobile, it is feasible to acquire the gradient of the travel section by using the navigation system.

また、電車の場合、客の乗車率によって、その重量は約2倍程度まで変動する。また、電気自動車でも数10%の重量が変動する。図2に示した速度予測部15によれば、乗車人員数による重量変動を検出できる応荷重信号(重量センサ)を用いることで、車両の総重量を算出すればよい。応荷重イナーシャ変換部24では、応荷重信号、すなわち、車両の総重量を、電動機の回転軸まわりの等価イナーシャJへと換算出力する。この変換は、単純に直線系に作用する力を車輪径やギア比を使って回転径のトルクに変換するものである。   In the case of a train, the weight varies up to about two times depending on the passenger rate. In addition, the weight of several tens of percent varies even in an electric vehicle. According to the speed prediction unit 15 illustrated in FIG. 2, the total weight of the vehicle may be calculated by using a variable load signal (weight sensor) that can detect a change in weight due to the number of passengers. The variable load inertia conversion unit 24 converts the variable load signal, that is, the total weight of the vehicle, into an equivalent inertia J around the rotating shaft of the motor. In this conversion, the force acting on the linear system is simply converted into torque of the rotational diameter using the wheel diameter and gear ratio.

第1の実施の形態によれば、乗車率の変動した場合でも、正確な速度予測が可能になる。従って、電気車を運用する上で想定される様々な運行条件下において、これらの走行条件を取り込み、予測に考慮することで正確な速度予測が可能になる。この結果、すべり周波数が適正に維持されて、トルク不足や脱調が生じることを抑制することができ、システムの信頼性を向上することが可能になる。   According to the first embodiment, accurate speed prediction is possible even when the boarding rate fluctuates. Therefore, under various operating conditions assumed in operating an electric vehicle, it is possible to accurately predict the speed by taking in these driving conditions and taking them into consideration. As a result, the slip frequency is properly maintained, and it is possible to suppress the occurrence of torque shortage and step-out, thereby improving the reliability of the system.

なお、速度センサレスベクトル制御は、様々な方式が提案されており、第1の実施の形態に示した方式のものに限定するものではない。また、電動機として誘導電動機を示したが、永久磁石同期電動機であっても同様な作用効果を得ることができる。   Various methods have been proposed for speed sensorless vector control, and the method is not limited to the method shown in the first embodiment. Moreover, although the induction motor was shown as an electric motor, even if it is a permanent magnet synchronous motor, the same effect can be obtained.

(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図である。この第2の実施の形態は、図2に示した第1の実施の形態に対し、勾配などの走行抵抗や乗車率を表す応荷重といった外部からの入力を省略し、想定し得る最大の走行抵抗および最大の乗車率に相応する等価イナーシャJmaxを設定するようにしたものである。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram of a speed prediction unit in the electric vehicle drive control apparatus according to the second embodiment of the present invention. This second embodiment omits external input such as running resistance such as gradient and response load representing the boarding rate, and is the maximum possible running as compared to the first embodiment shown in FIG. The equivalent inertia Jmax corresponding to the resistance and the maximum occupancy is set.

図5において、減算器21ではトルク指令と最大走行抵抗との差分が演算され、加速度予測演算部22に入力される。加速度予測演算部22では最大の乗車率に相応する等価イナーシャが設定されており、加速度予測演算部22で得られた加速度予測値は積分器23に入力され、積分器23で積分されて速度予測値として出力される。   In FIG. 5, the subtractor 21 calculates the difference between the torque command and the maximum running resistance and inputs the difference to the acceleration prediction calculation unit 22. In the acceleration prediction calculation unit 22, an equivalent inertia corresponding to the maximum boarding rate is set, and the acceleration prediction value obtained by the acceleration prediction calculation unit 22 is input to the integrator 23 and integrated by the integrator 23 to be speed prediction. Output as a value.

このように、第2の実施の形態における速度予測部15には、勾配などの走行抵抗や乗車率を表す応荷重といった外部からの入力がなく、減算器21において、想定し得る最大の走行抵抗を減算し、加速度予測演算部22では、最大の乗車率に相応する等価イナーシャを設定する。このように構成することで、想定し得る運転条件の中の最も小さい加速度に基づいた速度予測を行うことになる。   As described above, the speed prediction unit 15 in the second embodiment has no input from the outside such as a running resistance such as a gradient and a response load representing the boarding rate, and the subtractor 21 can assume the maximum running resistance. Then, the acceleration prediction calculation unit 22 sets an equivalent inertia corresponding to the maximum boarding rate. By comprising in this way, speed prediction based on the smallest acceleration in the driving | running conditions which can be assumed will be performed.

図6は、本発明の第2の実施の形態における走行抵抗がない状態での起動特性の特性図である。時点t1でインバータが始動し、推定制御(時点t1〜t2)を経て予測制御(時点t2〜t3)となる。速度予測部15では、最大勾配と仮定して速度予測を行っているため、零速度を通過するとき、一旦、加速度が低下する。しかしながら、起動失敗となるのは、加速度が本来与えるべきものより高い場合であって、逆に小さい場合には、加速度は落ちるものの安定かつ確実に起動できる。   FIG. 6 is a characteristic diagram of the start-up characteristic in the absence of running resistance in the second embodiment of the present invention. The inverter starts at time t1, and becomes predictive control (time t2 to t3) through estimation control (time t1 to t2). Since the speed prediction unit 15 performs speed prediction assuming the maximum gradient, the acceleration temporarily decreases when passing through zero speed. However, the activation failure occurs when the acceleration is higher than what should be given. Conversely, when the acceleration is small, the acceleration decreases, but the activation can be performed stably and reliably.

第2の実施の形態によれば、最大の悪条件を仮定した速度予測を行っているため、運行上のいかなる条件においても安定かつ確実に起動でき、システムの信頼性が向上する。もちろん、図6に示すような加速度の低下も好ましくはないが、起動失敗となるようなシステムの致命的な障害ではないので、勾配や車両重量などが把握できる場合、第1の実施の形態の構成の方が加速度を低下せず、正確な速度予測を可能にするため、適していることは言うまでもない。しかしながら、勾配などの走行抵抗は、情報が得られない場合が多く、第2の実施の形態は、そのような場合に適している。   According to the second embodiment, since the speed prediction assuming the maximum adverse condition is performed, the system can be stably and reliably started under any operating condition, and the system reliability is improved. Of course, a decrease in acceleration as shown in FIG. 6 is also not preferable, but it is not a fatal failure of the system that results in a startup failure, so if the slope, vehicle weight, etc. can be grasped, the first embodiment Needless to say, the configuration is more suitable because it does not reduce acceleration and enables accurate speed prediction. However, in many cases, information cannot be obtained for travel resistance such as a gradient, and the second embodiment is suitable for such a case.

(第3の実施の形態)
図7は、本発明の第3の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図である。この第3の実施の形態は、図5に示した第2の実施の形態に対し、最大走行抵抗をトルク指令から減算する処理を省略し、等価イナーシャJmax2を最小の加速度となるように設定したものである。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a configuration diagram of a speed prediction unit in the electric vehicle drive control apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the process of subtracting the maximum running resistance from the torque command is omitted and the equivalent inertia Jmax2 is set to be the minimum acceleration as compared with the second embodiment shown in FIG. Is.

図7において、トルク指令は加速度予測演算部22に入力され、加速度予測演算部22では最小の加速度となる等価イナーシャJmax2が設定されており、加速度予測演算部22で得られた加速度予測値は積分器23に入力され、積分器23で積分されて速度予測値として出力される。   In FIG. 7, the torque command is input to the acceleration prediction calculation unit 22, and an equivalent inertia Jmax2 that sets the minimum acceleration is set in the acceleration prediction calculation unit 22. The acceleration prediction value obtained by the acceleration prediction calculation unit 22 is integrated. Is input to the integrator 23, integrated by the integrator 23, and output as a predicted speed value.

第3の実施の形態では、図5に示した第2の実施の形態のように、最大走行抵抗をトルク指令から減算する処理がなく、等価イナーシャを最小の加速度となるように設定するものである。すなわち、速度予測値の加速度が最小加速度となるように等価イナーシャをその最大値Jmax2に設定する。   In the third embodiment, unlike the second embodiment shown in FIG. 5, there is no processing for subtracting the maximum running resistance from the torque command, and the equivalent inertia is set to be the minimum acceleration. is there. That is, the equivalent inertia is set to the maximum value Jmax2 so that the acceleration of the speed prediction value becomes the minimum acceleration.

第3の実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様な作用効果を、より簡易なブロックによって実現できるため計算負荷を軽減できる利点がある。   According to the third embodiment, the same operational effects as those of the second embodiment can be realized by a simpler block, and thus there is an advantage that the calculation load can be reduced.

(第4の実施の形態)
図8は、本発明の第4の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図である。この第4の実施の形態は、図2に示した第1の実施の形態に対し、イナーシャ補正部25を設け、電動機の駆動ユニット数に応じて等価イナーシャJを設定するようにしたものである。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a configuration diagram of a speed prediction unit in the electric vehicle drive control apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, an inertia correction unit 25 is provided with respect to the first embodiment shown in FIG. 2, and an equivalent inertia J is set according to the number of drive units of the motor. .

図8において、減算器21にはトルク指令と車両の走行抵抗とが入力され減算されて、加速トルクが算出され加速度予測演算部22に出力される。一方、応荷重イナーシャ変換部24は、応荷重信号、すなわち車両の総重量を電動機の回転軸まわりの等価イナーシャへと換算し、イナーシャ補正部25は、駆動ユニット数に応じて等価イナーシャJを設定する。   In FIG. 8, the torque command and the running resistance of the vehicle are input to and subtracted from the subtracter 21, and the acceleration torque is calculated and output to the acceleration prediction calculation unit 22. On the other hand, the variable load inertia conversion unit 24 converts the variable load signal, that is, the total weight of the vehicle into an equivalent inertia around the rotating shaft of the electric motor, and the inertia correction unit 25 sets the equivalent inertia J according to the number of drive units. To do.

例えば、編成の全体の質量をM、駆動電動機数をN、車輪半径をR、ギア比をGとすれば、次の(3)式で電動機7の回転軸回りの等価イナーシャJが演算できる。ただし、ここでは、簡単化のため、電動機・ギア・車輪のイナーシャなどは無視している。   For example, if the overall mass of the knitting is M, the number of drive motors is N, the wheel radius is R, and the gear ratio is G, the equivalent inertia J around the rotation axis of the motor 7 can be calculated by the following equation (3). However, for the sake of simplicity, the motor, gear, wheel inertia, etc. are ignored here.

J=(R/G)2 ×M/N …(3)
第4の実施の形態によれば、車両の一部の電動機7を故障等によって、切り離す場合にも、残りの健全な電動機7が負担すべき荷重に相応した等価イナーシャを適正に算出し所定の加速度が得られる。また、電動機7をカットアウトした場合、これに応じて加速度が低下するが、これを考慮しない場合には、トルク不足や脱調が生じる可能性があるが、電動機7のカットアウトを考慮して、適正に加速度を演算することで、このような問題を回避して信頼性の高いシステムを提供できる。
J = (R / G) 2 × M / N (3)
According to the fourth embodiment, even when some of the motors 7 of the vehicle are disconnected due to a failure or the like, the equivalent inertia corresponding to the load to be borne by the remaining healthy motors 7 is appropriately calculated and predetermined Acceleration is obtained. In addition, when the motor 7 is cut out, the acceleration decreases accordingly. However, if this is not taken into account, torque shortage or step-out may occur. However, taking into account the cut-out of the motor 7 By appropriately calculating the acceleration, it is possible to avoid such problems and provide a highly reliable system.

(第5の実施の形態)
図9は、本発明の第5の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図である。この第5の実施の形態における速度予測部15は、加速度演算部27、加速度記憶部26、積分器23から構成されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a configuration diagram of a speed prediction unit in the electric vehicle drive control apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The speed prediction unit 15 in the fifth embodiment includes an acceleration calculation unit 27, an acceleration storage unit 26, and an integrator 23.

速度推定部14と速度予測部15との出力を選択して出力する切替器17の出力、すなわち、速度推定値ωrhは、加速度演算部27に入力される。加速度演算部27では、速度推定値に基づき加速度を算出する。加速度記憶部26では、同加速度を入力し、速度領域判定部20が零速度近傍領域ではない判定している(Flg_ZeroSpeed=0)の場合に限り、入力を記憶し、それ以外では、値を更新しない処理を行う。積分器23では、加速度記憶部26の出力に従い、それを積分して、速度予測値を計算し出力する。   The output of the switch 17 that selects and outputs the outputs of the speed estimation unit 14 and the speed prediction unit 15, that is, the speed estimation value ωrh is input to the acceleration calculation unit 27. The acceleration calculator 27 calculates acceleration based on the estimated speed value. The acceleration storage unit 26 inputs the same acceleration and stores the input only when the speed region determination unit 20 determines that the region is not near the zero speed (Flg_ZeroSpeed = 0), and updates the value otherwise. Do not process. The integrator 23 integrates the output according to the output of the acceleration storage unit 26, and calculates and outputs a predicted speed value.

後退速度が大きい領域から零速度を通過して前進することを仮定すると、後退速度の大きい領域では、速度領域判定部20の出力Flg_ZeroSpeedは0、すなわち、速度推定部14の出力が有効になっている。この間、速度があるため精度のよい速度推定が可能となっている。この速度に基づき加速度を算出し、加速度記憶部26で記憶しておく。零速度を通過する際には、この加速度記憶部26の値の更新が停止する。すなわち、零速度近傍域への侵入したときの加速度を記憶するものである。零速度近傍域では、この記憶された加速度に基づいて、速度を予測していく。   Assuming that the vehicle travels through zero speed from a region where the reverse speed is high, the output Flg_ZeroSpeed of the speed region determination unit 20 is 0 in the region where the reverse speed is high, that is, the output of the speed estimation unit 14 is valid. Yes. During this time, since there is speed, accurate speed estimation is possible. Based on this speed, acceleration is calculated and stored in the acceleration storage unit 26. When passing through the zero speed, updating of the value in the acceleration storage unit 26 is stopped. That is, the acceleration at the time of entering the near zero speed region is stored. In the near zero speed region, the speed is predicted based on the stored acceleration.

第5の実施の形態によれば、勾配などの情報を得られないシステムが多く、また、最悪の条件を仮定した場合には、零速度を通過する加速度が常時低下してしまうが、第5の実施の形態では、零速度近傍域の加速度に基づき、速度を予測するため、勾配などの走行抵抗が考慮された適正な加速度を維持することが可能となる。   According to the fifth embodiment, there are many systems that cannot obtain information such as the gradient, and when the worst condition is assumed, the acceleration that passes through the zero speed always decreases. In this embodiment, since the speed is predicted based on the acceleration in the vicinity of the zero speed, it is possible to maintain an appropriate acceleration in consideration of a running resistance such as a gradient.

(第6の実施の形態)
図10は、本発明の第6の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置の構成図である。例えば電車のように、一つの編成に複数の電気車駆動制御装置が搭載されたシステムがある。いまこのようなシステムを考える。電気自動車の場合にも、各輪を個別に駆動するシステムにおいては、複数の電気車駆動制御装置が搭載される。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a configuration diagram of an electric vehicle drive control device according to the sixth embodiment of the present invention. For example, there is a system such as a train in which a plurality of electric vehicle drive control devices are mounted in one train. Now consider such a system. Also in the case of an electric vehicle, a plurality of electric vehicle drive control devices are mounted in a system that drives each wheel individually.

複数の電気車駆動制御装置は、それぞれの電動機を駆動する各々のインバータを制御することになるが、その場合、それらのインバータのインバータ周波数を等しくなるようにする。その一例として、電動機を駆動制御する各々の制御部の速度予測値を等しくして、各々のインバータのインバータ周波数を等しくする。   The plurality of electric vehicle drive control devices control each inverter that drives each electric motor. In this case, the inverter frequencies of these inverters are made equal. As an example, the predicted speed values of the respective control units that drive and control the electric motor are made equal, and the inverter frequencies of the respective inverters are made equal.

図10において、電気車駆動制御装置の各制御部28に対して、唯一の速度予測部15が備わっている。情報については、速度予測部15と制御部28の間、情報伝送部29によって、情報が伝達されるものである。   In FIG. 10, a single speed prediction unit 15 is provided for each control unit 28 of the electric vehicle drive control device. Information is transmitted between the speed prediction unit 15 and the control unit 28 by the information transmission unit 29.

このように構成されることによって、各制御部28での速度予測値を同一の値とすることができる。編成の速度は唯一のものであるのに、各制御部28の速度予測値に差異がある場合、それは、各制御部28が制御する電動機のトルクに差異が生じることになる。この結果、編成内でのトルク発生がアンバランスとなって、編成内の車両間の振動などを誘発し、乗り心地等を大きく損なう要因になる。第6の実施の形態のように、速度予測値をそろえて、各電動機で発生するトルクを均一にすることで、このような車両間の振動を抑制することが可能である。   With this configuration, the predicted speed values in the respective control units 28 can be set to the same value. If the speed of the knitting is unique, but there is a difference in the predicted speed value of each control unit 28, this will cause a difference in the torque of the motor controlled by each control unit 28. As a result, torque generation in the composition becomes unbalanced, causing vibrations between vehicles in the composition and causing a great loss of riding comfort. As in the sixth embodiment, it is possible to suppress such vibration between vehicles by aligning the predicted speed values and making the torque generated by each motor uniform.

第6の実施の形態の特徴は、各制御部28で用いる速度予測値をそろえることにある。第6の実施の形態では、編成内に唯一の速度予測部15を備え、各制御部28がその値を用いることで、各制御部28で用いる速度予測値をそろえることを実現した。単純には、各制御部28に独立した速度予測部15を備えた構成であっても、速度予測部15の構成やパラメータを同一に設定することで、ほぼ等価な設定を実現することが可能で、同様に車両間での発生トルクのアンバランスを抑制し、車両間の振動を抑制することが可能となる。   The feature of the sixth embodiment is that the speed predicted values used in each control unit 28 are aligned. In the sixth embodiment, the unique speed prediction unit 15 is provided in the knitting, and each control unit 28 uses the value, thereby realizing that the speed prediction values used in each control unit 28 are aligned. Simply, even in a configuration in which each control unit 28 includes an independent speed prediction unit 15, it is possible to achieve substantially equivalent settings by setting the configuration and parameters of the speed prediction unit 15 to be the same. Thus, similarly, it is possible to suppress the unbalance of the torque generated between the vehicles and to suppress the vibrations between the vehicles.

本発明の第1の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置の構成図。The block diagram of the electric vehicle drive control apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における速度予測部の構成図。The block diagram of the speed estimation part in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における速度予測部で走行抵抗を考慮しない場合の起動特性の特性図。The characteristic view of the starting characteristic when not considering driving resistance in the speed estimation part in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における速度予測部で走行抵抗を考慮した場合の起動特性の特性図。The characteristic diagram of the starting characteristic at the time of considering driving resistance in the speed estimation part in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図。The block diagram of the speed estimation part in the electric vehicle drive control apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における走行抵抗がない状態での起動特性の特性図。The characteristic view of the starting characteristic in the state without running resistance in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図。The block diagram of the speed estimation part in the electric vehicle drive control apparatus concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図。The block diagram of the speed estimation part in the electric vehicle drive control apparatus concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置における速度予測部の構成図。The block diagram of the speed estimation part in the electric vehicle drive control apparatus concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係わる電気車駆動制御装置の構成図。The block diagram of the electric vehicle drive control apparatus concerning the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…パンタグラフ、2…車輪、3…フィルタリアクトル、4…フィルタコンデンサ、5…インバータ、6…電流検出器、7…誘導電動機、8…電流指令演算部、9…電圧指令演算部、10…座標変換部、11…PWM回路、12…座標変換部、13…積分器、14…速度推定部、15…速度予測部、16…すべり周波数基準演算部、17…切替器、19…加算器、20…速度領域判定部、21…減算器、22…加速度予測演算部、23…積分器、24…応荷重イナーシャ変換部、25…イナーシャ補正部、26…加速度記憶部、27…加速度演算部、28…制御部、29…情報伝送部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pantograph, 2 ... Wheel, 3 ... Filter reactor, 4 ... Filter capacitor, 5 ... Inverter, 6 ... Current detector, 7 ... Induction motor, 8 ... Current command calculating part, 9 ... Voltage command calculating part, 10 ... Coordinate Conversion unit, 11 ... PWM circuit, 12 ... coordinate conversion unit, 13 ... integrator, 14 ... speed estimation unit, 15 ... speed prediction unit, 16 ... slip frequency reference calculation unit, 17 ... switch, 19 ... adder, 20 ... speed region determination unit, 21 ... subtractor, 22 ... acceleration prediction calculation unit, 23 ... integrator, 24 ... variable load inertia conversion unit, 25 ... inertia correction unit, 26 ... acceleration storage unit, 27 ... acceleration calculation unit, 28 ... Control part, 29 ... Information transmission part

Claims (7)

インバータで駆動される電動機の印加電圧や電流に基づき前記電動機の回転数を推定し速度推定値を求める速度推定部と、前記電動機のトルク指令に加え、少なくとも、乗車率、勾配、駆動電動機の数の一つに基づき前記電動機の速度を予測し速度推定値を求める速度予測部と、前記電動機の回転数が零速度の近傍では前記速度予測値を用いてベクトル制御を行い、それ以外の領域では前記速度推定値を用いてベクトル制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする電気車駆動制御装置。 A speed estimation unit that estimates the speed of the motor based on an applied voltage or current of an electric motor driven by an inverter and obtains a speed estimated value, and at least a boarding rate, a gradient, and the number of driving motors in addition to the torque command of the motor A speed prediction unit that predicts the speed of the electric motor based on one of the above and obtains a speed estimation value, and performs vector control using the speed prediction value when the rotation speed of the motor is near zero speed, and in other regions An electric vehicle drive control device comprising: a control unit that performs vector control using the estimated speed value. 前記電気車は鉄道車両であり、前記勾配の情報を、自動列車制御装置、自動列車停止装置、ナビゲーション装置から取得することを特徴とする請求項1記載の電気車駆動制御装置。 2. The electric vehicle drive control device according to claim 1, wherein the electric vehicle is a railway vehicle, and the gradient information is acquired from an automatic train control device, an automatic train stop device, and a navigation device. 前記電気車は電気自動車であり、前記勾配の情報を、カーナビゲーション装置から取得することを特徴とする請求項1記載の電気車駆動制御装置。 The electric vehicle drive control device according to claim 1, wherein the electric vehicle is an electric vehicle, and the gradient information is acquired from a car navigation device. インバータで駆動される電動機の印加電圧や電流に基づき前記電動機の回転数を推定し速度推定値を求める速度推定部と、前記電動機のトルク指令に加え、車両の運用上、想定し得る最小の加速度に基づいて前記電動機の速度を予測し速度予測値を求める速度予測部と、前記電動機の回転数が零速度の近傍では前記速度予測値を用いてベクトル制御を行い、それ以外の領域では前記速度推定値を用いてベクトル制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする電気車駆動制御装置。 A speed estimator that estimates the rotational speed of the motor based on the applied voltage and current of the motor driven by the inverter and obtains a speed estimated value, and the minimum acceleration that can be assumed in operation of the vehicle in addition to the torque command of the motor A speed prediction unit that predicts the speed of the motor based on the above and obtains a predicted speed value, and performs vector control using the predicted speed value when the rotation speed of the motor is near zero speed, and the speed in other areas An electric vehicle drive control device comprising: a control unit that performs vector control using an estimated value. インバータで駆動される電動機の回転数の加速度を演算する加速度演算部と、前記電動機の回転数が零速度近傍でない領域から零速度近傍の領域へと移行した直後に前記加速度演算部で演算した加速度演算値を記憶する加速度記憶部と、前記電動機の印加電圧や電流に基づき前記電動機の回転数を推定する速度推定部と、トルク指令または前記加速度記憶部に記憶した加速度に基づいて速度予測値を算出する速度予測部と、前記電動機の回転数が零速度の近傍では前記速度予測値を用いてベクトル制御を行い、それ以外の領域では前記速度推定値を用いてベクトル制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする電気車駆動制御装置。 An acceleration calculation unit that calculates the acceleration of the rotation speed of the motor driven by the inverter, and an acceleration calculated by the acceleration calculation unit immediately after the rotation speed of the motor shifts from a region not near zero speed to a region near zero speed. An acceleration storage unit that stores a calculated value, a speed estimation unit that estimates the rotation speed of the motor based on an applied voltage or current of the motor, and a predicted speed value based on a torque command or an acceleration stored in the acceleration storage unit A speed prediction unit to calculate, and a control unit that performs vector control using the speed prediction value when the rotation speed of the motor is near zero speed, and performs vector control using the speed estimation value in other regions. An electric vehicle drive control device comprising: 同一の車両ないしは編成にインバータで駆動される複数の電動機が備わり前記電動機の印加電圧や電流に基づき前記電動機の回転数を推定し速度推定値を求める速度推定部と、前記電動機のトルク指令に加え、車両の運用上、想定し得る最小の加速度に基づいて前記電動機の速度を予測し速度予測値を求める速度予測部と、前記電動機の回転数が零速度の近傍では前記速度予測値を用いてベクトル制御を行い、それ以外の領域では前記速度推定値を用いてベクトル制御を行い、その際に前記電動機を駆動する各々のインバータのインバータ周波数を等しくする制御部とを備えたことを特徴とする電気車駆動制御装置。 A plurality of electric motors driven by an inverter in the same vehicle or knitting, a speed estimation unit for estimating a rotational speed of the motor based on an applied voltage or current of the electric motor to obtain a speed estimated value, and a torque command of the electric motor A speed prediction unit that predicts a speed of the electric motor based on a minimum acceleration that can be assumed in the operation of the vehicle and obtains a speed prediction value; and when the rotation speed of the motor is near zero speed, the speed prediction value is used. A control unit that performs vector control and performs vector control using the speed estimation value in other areas, and equalizes the inverter frequency of each inverter that drives the motor at that time. Electric vehicle drive control device. 前記電動機を駆動制御する各々の制御部の速度予測値を等しくして、各々のインバータのインバータ周波数を等しくすることを特徴とする請求項6記載の電気車駆動制御装置。
7. The electric vehicle drive control device according to claim 6, wherein the predicted speed values of the respective control units that drive and control the electric motor are made equal, and the inverter frequencies of the respective inverters are made equal.
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