JP2000137521A - 検出器の故障検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各種検出器が故障すると制御が異常になるばか
りでなく、故障そのものが検出できなくなる点を解決す
ることにある。 【解決手段】検出対象との関係が明白な信号から検出対
象を推定し、検出器の結果と比較し、推定と検出器の結
果とに差異が生じた時、検出器の故障と判断する方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の制御回路に
おける各種検出器の故障を発見する方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】一般のフィードバック制御回路は、図８の
様に表すことができる。図８において、１０は設定、２
０は加算器、３００は演算増幅器、５０は検出器、９０
は比較回路を表す。ｘは目標値、ｙは制御対象の状態で
ある。加算器２０は設定１０の出力である目標値ｘと検
出器５０が検出した制御対象の状態ｙとの差、いわゆる
誤差信号を発生し、演算増幅器３００へ送る。演算増幅
器３００では、比例、積分、微分などの演算を行い、制
御対象の状態ｙを目標値に近づける。

【０００３】以上の様なフィードバック制御回路を有す
る装置では、検出器５０が故障し、該出力が消失した
り、変化しなくなったときには、演算増幅器３００の出
力は、出力の限界まで大きな出力を発生し、時には装置
や他の機器の破損を招く危険性がある。

【０００４】具体的な例を図９に示す。図９は制御対象
が直流電圧であるアクティブフィルタの例を示す。図９
において、電源１には、電流検出器２を介して、コンバ
ータ回路３が接続され、コンバータの直流側には直流コ
ンデンサ４が接続される。アクティブフィルタは、補償
電流を発生する際に生じる１周期以内または短期間の間
の電源との電力の授受を吸収するのみであり、定常的な
電力の出入りはない。図９中、５は直流コンデンサ４の
直流電圧Ｖｄより電圧検出信号Ｖｆを得る電圧検出器、
６は電圧制御部、７はゲート増幅器、９は故障検出部を
示す。なお、アクティブフィルタの本来の機能である高
調波補償電流制御に関する部分は、本発明の要旨とする
ところではないので図９には記載していない。電圧制御
部６は電圧設定器６１、加算器６２、６４、電流指令演
算器６３からなる。

【０００５】加算器６２は、電圧設定器６１の出力であ
る電圧指令Ｖ＊と電圧検出器５により検出された電圧検
出信号Ｖｆとの差を求める。該差値は、近似的には直流
電圧Ｖｄを電圧設定Ｖ＊に合わせるために必要なコンバ
ータの入力電力に相当する。電流指令演算器６３は、電
力指令Ｗ＊と図示されていない電源電圧の信号とから、
該電力値Ｗ＊を発生するために必要なコンバータの入力
電流指令Ｉ＊を発生する。該指令値は電流検出器２の電
流検出信号Ｉｆと比較され、ゲート増幅器７によりコン
バータ回路を動作させる。以上の動作により、直流コン
デンサ４の直流電圧Ｖｄをフィードバック制御により電
圧設定Ｖ＊に制御することができる。故障検出部９はウ
ィンドウコンパレータ（比較回路）９１からなり、電圧
検出器５の出力である電圧検出信号Ｖｆがある規定範囲
内にあればゲート増幅器７の出力を可能にするが、規定
範囲を外れた場合にはゲート増幅器７の出力を停止す
る。したがって、制御が異常になった場合に、直流電圧
Ｖｄが危険な状態になる前に装置を停止させることがで
きる。

【０００６】以上の回路を制御ブロック図で示せば、図
１０のごとく表現できる。図１０中、添え字ａを付した
ものは、図９の各部またはその関数を表す。また、図９
と同じ符号を付した信号は同じものを示す。

【０００７】図１０において、加算器６２により得られ
る、電圧設定器６１の出力である電圧設定Ｖ＊と電圧検
出器５により検出された電圧検出値Ｖｆとの差はコンバ
ータの入力電力指令Ｗ＊となる。該入力電力指令Ｗ＊は
電流指令演算器６３の関数Ｇ１によりコンバータの入力
電流指令Ｉ＊に変換される。変換器３ａ及び関数Ｇ２
は、図９のゲート増幅器７及びコンバータ回路３で示さ
れるコンバータ動作を示す。加算器６４により得られ
る、電流指令Ｉ＊と電流検出器の出力Ｉｆとの差により
変換器３ａを制御することにより、コンバータ入力電流
Ｉｒが電流指令Ｉ＊に制御される。

【０００８】関数Ｇ３は、コンバータ電流Ｉｒとコンバ
ータに流入流出する電力Ｗとの関係を表し、（１）式の
ように表せる。 Ｗ＝Ｉα＊ｅα＋Ｉβ＊ｅβ −−−−−− （１） ここで、Ｉα、Ｉβは電源電流Ｉｒを３相／２相変換し
たものである。ｅα、ｅβは図示されていない検出器に
より検出された電源電圧を３相／２相変換したものであ
る。

【０００９】Ｇ４は、コンバータに流入流出する電力Ｗ
と直流電圧Ｖｄとの関係を示すものであり、（２）式の
ように表せる。。 Ｇ４＝√（２／Ｃ＊∫（Ｗ）ｄｔ）−−− （２） Ｃは直流コンデンサの容量である。直流電圧Ｖｄから電
圧検出器５により電圧検出信号Ｖｆが得られる。また、
故障検出部９の比較回路９１は電圧検出信号Ｖｆの大き
さを判定している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上の方法では、制御
回路の演算が異常になったり、主回路の部品などが異常
になったりした場合には、良好に装置を停止させること
ができるが、電圧検出器５が故障した場合には、故障を
検出できなかったり、または、故障検出される前に、直
流電圧Ｖｄが危険な状態に到達し、破損を生じる可能性
が大きい。

【００１１】例えば、電圧検出器５の出力である電圧検
出信号Ｖｆが急激に喪失したり、急激に高い出力を発生
する場合には、比較回路９１の規定値から外れるため、
検出可能であるが、この場合にはフィードバック制御も
大きな偏差で行われ、急激に大きな電流指令Ｉ＊が発生
するため、故障検出の速度との協調を充分に検討する必
要がある。また、電圧検出信号Ｖｆが変化しなくなった
り、あるいは、実際の直流電圧Ｖｄに関わり無く緩やか
に増加減少の変化をした場合には、電圧検出信号Ｖｆが
未だ安全な範囲にあり、比較回路９１は異常を検出でき
ないにもかかわらず１方向に出力を出し続け、実際の直
流電圧Ｖｄが上昇下降し続け危険な状態に陥り、装置の
破損にいたる。

【００１２】これを防ぐためには、図９の電圧検出器
５、制御ブロック上では図１０の５、図８の５０を２重
系にする方法があるが、部品が増え、コスト、小型化の
点から問題である。

【００１３】以上のような各種検出器が故障したときに
は、故障そのものを検出できなくなり、装置の破損につ
ながる不具合についての解決策を提供するものであり、
かつ、特に部品等の追加をせずに実現する方法を提供す
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、故障検出の対象となる検出器が検出
する第１の状態信号との関係が明白な第２の信号を選択
し、該信号から第１の状態信号についての推定信号を演
算し、該推定信号と前記検出器の検出結果との間に差異
が生じたとき、前記検出器が故障であると判断する。

【００１５】また、故障検出の対象となる検出器が検出
する第１の状態信号との関係が明示的に示される第２の
信号、および、第２の信号との関係が明示的に示される
１つ以上の第３の信号を選択し、第３の信号から演算し
た第２の信号についての第１の推定信号と、前記検出器
の検出結果から演算した第２の信号についての第２の推
定信号とを比較し、前記第１の推定信号と、第２の推定
信号と差異により前記検出器の故障を判断する。

【００１６】具体的に実施例に沿って記せば、直流コン
デンサ４の電圧を決定する要因であるコンバータ入力電
流Ｉｒと、電源電圧とから直流コンデンサの直流電圧Ｖ
ｄの変化を推定し、推定された値と電圧検出器５の電圧
検出信号Ｖｆの変化量との間に差異が生じたときに、電
圧検出器５が故障したと判断する。

【００１７】以上により、電圧検出器５が故障し、その
出力である電圧検出信号Ｖｆが実際の直流電圧Ｖｄに応
答しなくなったときには、電圧検出信号Ｖｆの変化量は
コンバータ電流から推定される変化量とは異なってくる
ので、両変化量の差異から電圧検出器５の故障を検出す
ることができる。また、この方法では、コンバータ入力
の電流検出器２の故障時にも同様に作用し、電圧検出器
５、電流検出器２の両方の故障検出を行うことができ
る。以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の請求項１記載の一
実施例を示す制御ブロック図であり、詳細は後述する。
図２は図１の発明をアクティブフィルタに適用した第１
の一実施例を示す構成図、図３はその制御ブロック図で
あり、図２中、図９と同じ符号は同じものを示す。図２
では、図９の故障検出部９が故障検出部８となり、微分
回路８１、電力演算回路８２、加算器８３、比較回路８
４から構成されている。

【００１９】微分回路８１は電圧検出器５の出力である
電圧検出信号Ｖｆを微分し、その変化率Ｖｄｄを算出す
る。一方、電力演算回路８２は、電流検出信号Ｉｆと、
図示していない電源電圧から前出の（１）式と同様の演
算を行い、電源からコンバータに流入、流出する電力の
推定値Ｗ＾を（３）式により算出する。 Ｗ＾＝Ｉαｆ＊ｅαｆ＋Ｉβｆ＊ｅβｆ −−−−−−（３） ここで、Ｉαｆ、Ｉβｆは電流信号Ｉｆを３相／２相変
換し、ｅαｆ、ｅβｆは図示していない電源電圧検出手
段により得られた電源電圧信号を３相／２相変換したも
のである。加算器８３は微分回路８１と電力演算回路８
２の出力との差異を出力し、ウインドコンパレータであ
る比較回路８４は、該差異が大きくなるとゲート増幅器
７への出力を停止し、ゲート増幅器７を停止させ、装置
を停止させる。

【００２０】ここで、電力演算回路８２の出力である電
源からコンバータに流入流出する電力は、前記の直流コ
ンデンサ４への流入、流出する電力となるから、微分回
路８１の出力Ｖｄｄと電力演算回路８２の出力Ｗ＾とは
回路が正常ならば近似的に常に一致する。しかし、電圧
検出器５または電流検出器２が故障し、その出力が正常
でない場合には、微分回路８１の出力Ｖｄｄまたは電力
演算回路８２の出力Ｗ＾が実際値から外れるため、両者
の間に差異が生じる。加算器８３と比較回路８４は該差
異が大きくなるとゲート増幅器７への出力を停止し、ゲ
ート増幅器７を停止させ、装置を停止させる。

【００２１】本発明の故障検出部を図１０に準じて表せ
ば、図３のごとくなる。図３中で、図２、図１０と同じ
符号を付したものは同じものを示す。図３では、微分関
数Ｇ５を持つ微分回路８１により電圧検出値Ｖｆの変化
率Ｖｄｄを求めている。電力演算回路８２の関数Ｇ３ｂ
は前出の（３）式の演算を行い、電流検出信号Ｉｆから
コンバータ入力電力の推定値Ｗ＾を求める。加算器８３
により得られる、該推定値Ｗ＾と電圧検出信号Ｖｆの変
化率Ｖｄｄとの差を比較器８４で判定している。

【００２２】図４は本発明の請求項１記載の第２の一実
施例を示す構成図、図５はその制御ブロック図である。
図４では、図３における電力演算回路８２を、電力演算
回路８６に変更し、コンバータへの流入流出する電力の
推定値Ｗ＾を求めるために電流検出信号Ｉｆの代わりに
電圧制御部６内の電流指令演算器６３の出力Ｉ＊を使用
している。電力演算回路８６の演算内容は、電力演算回
路８２と同様、（４）式の演算が行われる。 Ｗ＾＝（Ｉα＊）＊ｅαｆ＋（Ｉβ＊）＊ｅβｆ −−−−−−（４） ここで、Ｉα＊、Ｉβ＊は電流指令信号Ｉ＊の２相信号
である。

【００２３】図７は後述する本発明の請求項２記載の一
実施例を示す制御ブロック図であり、図６は図７の発明
をアクティブフィルタに適用した実施例の構成図であ
る。図６では、、故障検出部８の直流電圧を微分する微
分回路８１が取り外され、代わりに電力演算回路８２の
出力Ｗ＾を積分する積分回路８５が設けられている。積
分回路８５の出力Ｖ＾は電源からコンバータへ流入流出
する電力の推定値Ｗ＾積分値であり、該積分値は、直流
コンデンサへ流入流出する電力の積分値でもあるから、
直流コンデンサの電圧Ｖｄの推定値に近似される。した
がって、回路が正常時には、積分回路８５の出力Ｖ＾は
電圧検出器５の出力である電圧検出信号Ｖｆと一致して
いる。電圧検出器５または電流検出器２が故障し、その
出力が正常でない場合には、電圧検出器５の出力Ｖｆま
たは積分回路８５の出力Ｖ＾が実際の値から外れるため
両者の間に差異が生じ、該差異を加算器８３及び比較器
８４が検出してゲート増幅器７を停止させる。

【００２４】以上の実施例は、図３では、直流電圧検出
器５により直接検出した直流電圧と、コンバータへの流
入流出する電力を決定するコンバータ電流と電源電圧
と、直流電圧の変化量との３者が明白な関係にあること
から、直流電圧検出器５から検出した電圧検出信号を微
分して得た直流電圧の変化量と、電源電圧とコンバータ
電流から推定した直流電圧の変化量との差異から電圧検
出器５の故障の有無を判定するものである。

【００２５】図４は、前記図３の例のコンバータ電流の
かわりに、コンバータ電流と等価なコンバータ電流の指
令値を用いたものである。図６は、電源電圧とコンバー
タ電流とから直流電圧を推定し、直接、直流電圧検出器
の出力と比較したものである。

【００２６】以上、本発明の３つの実施例はいずれも、
電流や電圧などの検出器の故障を検出するために、対象
とする検出器の検出対象との関係が明白な第２あるいは
第３の要素を選択し、該要素と検出器出力から互いに推
定された他の要素との間の差異を監視し、該差異が正常
な状態から外れたことを検出することにより検出器の故
障を検出するものである。

【００２７】以上を図示すると図１の様になる。図１
中、１０は設定器であり、図３、図５における電圧設定
器６１に相当し、加算器２０は、図３、図５における加
算器６２に相当する。伝達関数Ｇ１０、Ｇ２０を有する
ブロック３０、４０は、図３、図５における電流指令演
算器６３、加算器６４、コンバータ回路等の３ａ、コン
バータ電流と直流電圧とを関係づける３１ａ、４ａに、
検出器５０は図３、図５の５に、７０は図３、図５の８
２、６０は図３、図５の８１、８０は図３、図５の８
３、９０は図３、図５の８４にそれぞれ相当する。同様
に、ｘはＶ＊、ｄｘはＷ＊、ｙはＶｄ、ｙｆはＶｆ、ｙ
１＾はＶｄｄ、ｙ１＾はＷ＾に相当する。ｚは、図３で
はＩｆに相当し、図４ではＩ＊に相当する。

【００２８】図１においては、状態信号ｙを検出する検
出器５０が故障検出の対象となる検出器である。ｚは
［００１５］の項に記載の第３の信号である。第２の信
号として、ｙとは関数Ｇ３０の明白な関係にあり、また
ｚとはＧ４０の明白な関係にあるｗが選択される。ｗ１
＾は検出器５０の結果から演算したｗについての推定信
号、ｗ２＾は第３の信号ｚから演算したｗについての推
定信号を示している。前記検出器５０の結果から演算し
た推定信号ｗ１＾と、第３の信号ｚから演算した推定信
号ｗ２＾を比較しその差異により検出器５０の故障を検
出できる。

【００２９】また、図６の例では、図７の様に表すこと
ができる。ｚは［００１４］の項に記載の第２の信号で
あり、ｙとは関数Ｇ４１の明白な関係にある。図７で
は、ｚから演算したｙについての推定信号ｙ＾と検出器
５０の結果を直接比較している。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、各種検
出器が故障し、かつ検出器の出力を監視する故障検出器
が故障を検出できない様な場合にも検出器の故障を検出
することができ、制御の暴走、装置の破損を防止するこ
とができる。また、対象とする検出器のみならず、本発
明により選択した信号の検出器の故障も同時に検出する
ことになり、広い範囲の故障検出が同時に可能となる。
また、第２、第３の信号として選択する信号としては、
検出器による信号ばかりでなく、制御回路内にて制御の
過程で発生した制御信号でもよく、特に部品を追加する
ことなく実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の請求項１記載の１実施例を示す
制御ブロック図である。

【図２】図２は本発明をアクティブフィルタに適用した
第１の実施例を示す構成図である。

【図３】図３は図２の実施例を示す制御ブロック図であ
る。

【図４】図４は本発明をアクティブフィルタに適用した
第２の実施例を示す構成図である。

【図５】図５は図４の実施例を示す制御ブロック図であ
る。

【図６】図６は本発明をアクティブフィルタに適用した
実施例を示す構成図である。

【図７】図７は本発明の請求項２記載の一実施例を示す
制御ブロック図である。

【図８】図８は従来の制御装置の制御ブロック図であ
る。

【図９】図９は従来のアクティブフィルタの構成図であ
る。

【図１０】図１０は従来のアクティブフィルタの制御ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１、１０ 電源 ２ 電流検出器 ３ コンバータ回路 ４ 直流コンデンサ ５、５０ 電圧検出器 ６ 電圧制御部 ７ ゲート増幅器 ８、９ 故障検出部 ６１ 電圧設定器 ６２、６４、８３、２０、８０ 加算器 ６３ 電流指令演算器 ８１ 微分回路 ８２、８６ 電力演算回路 ８４、９１、９０ 比較回路 ３ａ コンバータ回路 ３１ａ コンバータ電流から電力への変換器 ４ａ 電力からコンデンサ電圧への変換器 ３０、４０ 制御回路 ６０、７０ 演算回路 Ｉｒ コンバータ電流 Ｉｆ 電流検出信号 Ｖｄ 直流電圧 Ｖｆ 電圧検出信号 Ｗ 電力 Ｖ＊ 電圧指令 Ｗ＊ 電力指令 Ｉ＊ 電流指令 Ｗ＾ 電力推定信号 Ｖ＾ 電圧推定信号 Ｖｄｄ 電圧変化量 ｘ 目標値 ｚ、ｙ、ｗ 信号 ｙ＾、ｗ１＾、ｗ２＾ 信号推定値 ｙｆ 信号検出信号 ｄｘ 偏差信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種状態信号を検出する検出器を有する
   制御装置において、第１の状態信号を検出する検出器、
   前記第１の状態信号との関係が明示的に示される第２の
   信号、該第２の信号との関係が明示的に示される１つ以
   上の第３の信号を有し、該第３の信号から演算し第２の
   信号を推定した第１の推定信号と、前記検出器の出力か
   ら演算し第２の信号を推定した第２の推定信号とを比較
   し、前記第１の推定信号と第２の推定信号と差異によ
   り、前記検出器の故障を判断することを特徴とする検出
   器の故障検出方法。
2. 【請求項２】 各種状態信号を検出する検出器を有する
   制御装置において、前記第１の状態信号を検出する検出
   器、第１の状態信号との関係が明示的に示される１つ以
   上の第２の信号を有し、該第２の信号から演算し第１の
   状態信号を推定した推定信号と前記検出器の出力信号と
   の差異により、前記検出器の故障を判断することを特徴
   とする検出器の故障検出方法。