音へのこだわり「VVVF編（その3）」

VVVFインバータ制御を制御する為のコントローラを作ってみた（笑）。動作中にPWM周期とデューティ幅を変えるのは至難の業、、、（汗）。さらに、出力段にローパスフィルタ等の回路を形成している為に、周波数によって速度が大幅に変化する。

大きなつまみでデューティ比を小さなつまみで周波数を変更する。黒いボタンを押す事により、周波数の設定単位を10倍に出来る。

自作制御機器「ユニバーサルコントローラ（ver0.2）」
・仕様
マイコン ：SH7144F
モータドライバ ：TA8428K

入力装置 ：可変抵抗器、ロータリエンコーダ、スイッチ

表示装置 ：LED、LCD

電源 ：スイッチングACアダプタによる12V

・機能

2ch制御（２編成の運転が可能）

PWM信号を用いた可変電圧制御「0〜12V」

可変周波数制御（VVVFインバータ制御）「1〜22000Hz」

電流検出、過電流遮断機能

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ
使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

音へのこだわり「VVVF編（その2）」〜ドレミファ電車〜

こうなったら、もう遊ぶしか無い。周波数を音階のドレミ〜に合わせて変化させて走らせると

523Hz〜1046Hzまでの周波数で順次走行させてみるとこうなる。やはり周波数が変化する事で、走行の安定性が無くなってしまうが、これは良い（笑）。

自作制御機器「ユニバーサルコントローラ（ver0.2）」
・仕様
マイコン ：SH7144F
モータドライバ ：TA8428K

入力装置 ：可変抵抗器、ロータリエンコーダ、スイッチ

表示装置 ：LED、LCD

電源 ：スイッチングACアダプタによる12V

・機能

2ch制御（２編成の運転が可能）

PWM信号を用いた可変電圧、可変周波数制御（VVVF制御）

電流検出、過電流遮断機能

使用車両：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ
使用線路：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

音へのこだわり「VVVF編（その1）」

鉄道模型で使われているモータは直流モータなので、回転数を制御するには電圧で制御するのが一般的である。ディジタルで制御する場合もPWM制御により高周波（10kHz以上）で制御する。しかし、実際の電車からはVVVFの音が聞こえてくる。これを再現するために、VVVFコントローラを試作してみた（笑）。

とりあえず、音を出してみる。動きと音をマッチさせる必要がある。しかし、阪急の6300系はVVVFではないけど（笑）。

もうちょっと、高い音を出してみる。

自作制御機器「ユニバーサルコントローラ（ver0.2）」
・仕様
　　マイコン ：SH7144F
　　モータドライバ ：TA8428K

入力装置 ：可変抵抗器、ロータリエンコーダ、スイッチ

表示装置 ：LED、LCD 電源 ：スイッチングACアダプタによる12V

・機能

2ch制御（２編成の運転が可能）

PWM信号を用いた可変電圧、可変周波数制御（VVVF制御）

電流検出、過電流遮断機能

使用車両 ：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）内モータ車のみ
使用線路 ：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

発電ブレーキのありがたみ

電車の場合、ディスクを直接押さえる方式のブレーキでは高速走行時や連続制動時に制動力が期待できない。そこで発電ブレーキの登場である。これによって大幅に停止距離を短くできる。この発電ブレーキを入れ忘れていると、大変なことに、、、（笑）。

右上が発電ブレーキON、左下がOFF。制動距離の差はけっこうある。

入力装置 ：ポーニーキャニオン社製「Master Controller 2 for Train Simulator」
制御方法 ：PWM信号によるデューディー制御
出力方法 ：フルブリッジモータドライバにより
出力制御域 ：加速⑤ノッチ、惰行、常用制動⑦ノッチ、非常制動
主装置 ：マイコンを使用した入力及び出力制御、表示制御器
CPU ：SH7144F モニタープログラムを利用したデバッグ環境にて開発

使用車両 ：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）
使用線路 ：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

直通ブレーキ(SME)の実験

電車のブレーキを再現するため、空気制動式の直通ブレーキの動作を確かめる。空気の圧力が高くなるまでの時間差が存在するため、実際の制動がハンドル操作より遅れる。今のプログラムでは電気ブレーキと併用しているため、制動が効きすぎているので、運転が非常に難しい（汗）。それでも、ハンドル操作より遅れて、車両のスピードが落ちている事が分かる。

制動量の再現性を高める為に、8bitマイコンから16bitマイコンに変更した。これで、さらなる微調整が可能となる。

入力装置 ：ポーニーキャニオン社製「Master Controller 2 for Train Simulator」
制御方法 ：PWM信号によるデューディー制御
出力方法 ：フルブリッジモータドライバにより
出力制御域 ：加速⑤ノッチ、惰行、常用制動⑦ノッチ、非常制動
主装置 ：マイコンを使用した入力及び出力制御、表示制御器
CPU ：SH7144F モニタープログラムを利用したデバッグ環境にて開発

使用車両 ：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）
使用線路 ：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

実際の運転は難しい、、、。

ここでは、本格的な電車の運転操作に沿って、ひと通りの動きを紹介してみる。

是非、ハイビジョン画質＆フル画面で再生してください。

まずは、①ノッチで発進　＞　⑤ノッチにて加速　＞　加速を止め、楕行（惰性運転）　＞　ブレーキをかけ始める　＞　発電ブレーキが作動　＞　発電ブレーキが作動しなくなり　＞　惰性で動く　＞　しっかりと停止　＞　進行方向反転、以上の動作の繰り返しである。しかし、緩やかな加速、発電ブレーキの効き具合、惰性など複雑な要素が絡み合い、実際の電車の動きを中実に再現できる。

入力装置 ：ポーニーキャニオン社製「Master Controller 2 for Train Simulator」

制御方法 ：PWM信号によるデューディー制御

出力方法 ：フルブリッジモータドライバにより

出力制御域 ：加速⑤ノッチ、惰行、常用制動⑦ノッチ、非常制動

主装置 ：マイコンを使用した入力及び出力制御、表示制御器

使用車両 ：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）

使用線路 ：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

発車から停止

やはり、電車の動きとしては緩やかな加速と緩やかな停止が重要であると思う。そこで、超低速走行をして、任意の位置（つまりはホームの停止位置）に停止しなければならない。ここで、実際の電車の動きを再現してみた。鉄道模型ではあるが、ここまで来ると良い動きをしてくれる。

細かなところで、発電ブレーキや空制ブレーキの効き具合を調整し、実際の車両の様に動かす事ができる。さらには加速制限、速度制限など、様々な要素を組み込む事で、より実際の電車の運転に近づいている。ただし、市販のコントローラの様に急に止めることが出来ないので、ブレーキは早めに（笑）。

入力装置 ：ポーニーキャニオン社製「Master Controller 2 for Train Simulator」

制御方法 ：PWM信号によるデューディー制御

出力方法 ：フルブリッジモータドライバにより出力

制御域 ：加速⑤ノッチ、惰行、常用制動⑦ノッチ、非常

主装置 ：マイコンを使用したコントローラ制御及び出力制御、表示制御器

使用車両 ：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）

使用線路 ：KATO製　ユニトラック線路（Nゲージ）

運転台の試作

PWM制御を利用した運転台を試作してみる。仕様は以下の通り。

対象線路 ：KATO　ユニトラック（配線の改良によりTOMIX線路にも応用可）

対象車両 ：KATOをはじめとする、Nゲージ用車両

マイコン ：ATMEL AVR MEGA164P

制御方式 ：PWM制御（分解能10 bit）

出力方式 ：フルブリッジモータドライバによる出力制御

操作方法 ：ダイヤルによる出力直接制御

鉄道模型（Nゲージ）のモータ車を駆動させる為のコントローラだが、モータの種類（KATO、TOMIX等）や車両によって特徴が異なるため、低速時の安定性や最高出力が大幅に違う。これらを上手く調整することが必要となる。

運転台表示部

液晶ディスプレイ（LCD）を用いて、運転状況を監視する為の表示部を作る。現在のモータ出力（PWMのデューティ比）、速度、電流、マスターコントローラの位置、ブレーキの位置など、様々な情報を表示させる事が、できる。さらには「発電ブレーキ」使用時の表示灯を備えている。

LCDを搭載することによって、表示部分の簡略化が出来て、コントローラをコンパクトに設計出来る。マイコンとLCDとの相性は良く、様々な表示が可能。また、各種のスイッチ、ダイヤルを装備する事によって、コントロール、調整、設定変更が容易になる。

用途 ：鉄道模型（Nゲージ）用モータ制御器

使用回路：マイコンを用いたLCD制御回路

超低速運転の実験

マイコンによるディジタル制御でモータを駆動させ、市販のコントローラでは実現できないような超低速走行を実験してみる。枕木の部分に注目していると、わずかに動いているのが分かる。

使用車両 ：KATO製　阪急電鉄6300系（4両基本セット）

制御方法 ：汎用モータドライバによるPWM制御

制御機器 ：マイコン制御式自作コントローラ

はじめまして

　Nゲージの鉄道模型の運転は市販のコントローラを使うのが普通です。しかし、市販のコントローラは実際の電車とはかけ離れた動きをします。そこで、超低速運転や実際の動きを実現するための調整機能を備えたコントローラを作っていきたいと思っています。

　具体的には停止から発車までのスムーズな動きの実現、車両のモータや編成によって変化する出力の調整、発電ブレーキの有無や制動量の調整などさまざまな要素や調整が必要となります。そこで、マイコンを使用したディジタル制御でモータを駆動させるコントローラを作りたいと思っています。