JP2010236513A - Marine engine control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、舶用エンジンの制御システムに関し、特に舶用エンジンのガバナ制御に関する。 The present invention relates to a marine engine control system, and more particularly to a marine engine governor control.
舶用エンジンの制御では、設定された目標回転数と実回転数の差がなくなるようにPID制御が行われる。しかし、荒天時などには、プロペラによる負荷トルクが急激に変化するため通常の天候の下での航行を想定したゲインによるPID制御では、十分な応答性能が得られずオーバースピードによる機関の故障を招く恐れがある。このような問題に対しては、外乱によるプロペラ回転数の変動を予測してPID制御のゲインを変更する構成が提案されている(特許文献1)。 In the marine engine control, PID control is performed so that the difference between the set target rotational speed and the actual rotational speed is eliminated. However, during stormy weather, the load torque due to the propellers changes abruptly, so PID control with a gain that assumes sailing under normal weather does not provide sufficient response performance, causing engine failure due to overspeed. There is a risk of inviting. In order to deal with such a problem, a configuration has been proposed in which fluctuations in the propeller rotation speed due to disturbance are predicted to change the gain of PID control (Patent Document 1).
しかし、特許文献1のようにPIDゲインを上げる構成では、ハンチングを起こし易くなったり燃費が悪化したりする。近年では、特に燃費向上が強く求められているため特許文献1の構成では十分ではなく、プロペラへの外乱に対してより高い応答性を備えたガバナ制御が求められている。
However, in the configuration in which the PID gain is increased as in
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、プロペラへの外乱の影響をより迅速に推定し、これに基づきガバナ制御に修正を加え燃費の向上を図ることを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to more quickly estimate the influence of disturbance on the propeller and to modify the governor control based on this to improve fuel efficiency.
本発明の舶用エンジン制御システムは、主軸または主機の回転数を入力として燃料噴射量のPID制御を行うとともに、プロペラの負荷トルクに基づき前記PID制御からの出力に修正を加えるフィードフォワード制御を行うことを特徴としている。 The marine engine control system of the present invention performs PID control of the fuel injection amount with the rotation speed of the main shaft or main engine as an input, and performs feedforward control for correcting the output from the PID control based on the load torque of the propeller. It is characterized by.
舶用エンジン制御システムは、負荷トルクを検出するための負荷トルク検知手段を備え、負荷トルク検知手段は、例えば主軸の歪みに基づいて、あるいは馬力と回転数に基づいて負荷トルクを算出する。 The marine engine control system includes load torque detection means for detecting load torque, and the load torque detection means calculates the load torque based on, for example, distortion of the main shaft or based on horsepower and rotation speed.
本発明によれば、プロペラへの外乱の影響をより迅速に推定し、これに基づきガバナ制御に修正を加え燃費の向上を図ることができる。 According to the present invention, the influence of disturbance on the propeller can be estimated more quickly, and based on this, the governor control can be modified to improve fuel efficiency.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態である舶用エンジン制御システム全体の構成を示すブロック線図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a marine engine control system according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の舶用エンジン制御システム10は、船体11、主機12、主軸13、プロペラ14などを制御対象Sとし、主機12には、制御装置Cの燃料噴射装置(アクチュエータ)15から燃料が供給される。主機12とプロペラ14を連結する主軸13には、主軸13または主機12の実回転数NE(または角速度ωE)を検出する従来周知の回転数(角速度)センサ(不図示)が設けられる。また、主軸13には、主軸13に掛かるプロペラの負荷トルクQPを検出する負荷トルク検出部(後述)が設けられる。
The marine
制御システム10は、主軸回転数(あるいはエンジン回転数)を回転数指令(目標値)としてPID制御を行うもので、主軸13において検出された実回転数NEは、入力側へとフィードバックされる。すなわち、PID演算部16には回転数指令と実回転数NEの間の偏差が入力される。PID演算部16からの出力は、ガバナ指令として燃料噴射装置15へ出力され、主機12への燃料供給量が調整される。
更に、本実施形態では、負荷トルク検出部からの負荷トルクQPに基づく信号がPID演算部16の出力側へとフィードフォワードされてガバナ指令が修正される。すなわち、プロペラ14には、波浪等の外乱による影響があるため、本実施形態では、負荷トルクQPをモニタし、負荷トルクQPの変動に対応した修正信号を演算部17において生成し、PID演算部16から出力されるガバナ指令に付加する。
Further, in the present embodiment, a signal based on the load torque Q P from the load torque detecting unit is feedforward governor command is corrected to the output side of the
すなわち本実施形態では、負荷トルクQPが主軸回転数NE(角速度ωE)の時間微分に比例することから、負荷トルクQPをモニタすることにより波浪による外乱が主軸回転数NEに大きく影響する前に外乱の影響を検知して出力に修正を加え、外乱による影響を低減している。 That is, in this embodiment, largely from the load torque Q P is proportional to the time derivative of the spindle speed N E (angular velocity omega E), the disturbance caused by waves is spindle speed N E by monitoring the load torque Q P Before the influence, the influence of the disturbance is detected and the output is corrected to reduce the influence of the disturbance.
図2は制御対象Sをモデル化したブロック線図である。図2を参照して、負荷トルクのフィードフォワードによる効果について説明する。図2に示されるように、プロペラ周りの流体のプロペラへの流入速度(プロペラ流入速度)は、船速と波浪による流速とを加え合わせたもので、負荷トルクQPは、プロペラ流入速度とプロペラ回転数(主軸回転数)を入力としてプロペラのトルク特性に基づいて決定される。また、主軸13には、主機12による主機トルクQEから負荷トルクQPを差し引いたトルクQE−QPが作用する。
FIG. 2 is a block diagram in which the control target S is modeled. With reference to FIG. 2, the effect of the feedforward of the load torque will be described. As shown in FIG. 2, the inflow velocity (propeller inflow velocity) of the fluid of the propeller around the propeller, which was added together with the flow rate by the ship speed and wave, the load torque Q P is propeller inflow velocity and the propeller It is determined based on the torque characteristics of the propeller with the rotation speed (spindle rotation speed) as an input. Further, the
主軸13の回転数NE(角速度ωE)は、慣性モーメントをI、時間をt、主機トルクをQEとすると、NE=∫[(QE−QP)/I]dtとなる。すなわち、回転数NEは、トルクを積分(1/s)したものなのでトルク変動のほうが回転数の変化よりも外乱に対する応答性が高い。したがって、負荷トルクQPをモニタしてフィードフォワード制御を行うことにより波浪(外乱)の影響をより有効に低減できる。
The rotational speed N E (angular velocity ω E ) of the
次に図3を参照して、本実施形態の負荷トルク検知部の構成について説明する。本実施形態の負荷トルク検知部20は、主軸13に装着された歪ゲージ21および送信機22と、船体側の固定部に配置された受信機23および計測器24から構成される。歪ゲージ21において検出された歪の測定値(歪信号)は、送信機22を介して受信機23に送信され、計測器24において、トルク信号に変換され演算部17へと出力される。すなわち、トルクは歪に比例するため、演算部17では受信した歪の測定値(歪信号に対応)に所定の係数を掛けて負荷トルクQPを算出し、トルク信号として演算部17(図2)へ出力する。
Next, with reference to FIG. 3, the structure of the load torque detection part of this embodiment is demonstrated. The load
次に図4を参照して、本実施形態の負荷トルク検知部20の第1変形例の構成について説明する。第1変形例の負荷トルク検知部30は、主軸13に装着された歪ゲージ21、主軸13の周囲に装着され歪ゲージ21に電気的に接続されたスリップリング31、スリップリング31と摺接するブラシ32、ブラシ32に接続された計測器24から構成される。すなわち、歪ゲージ21において検出された歪信号は、スリップリング31、ブラシ32を介して計測器24に送られ、第1実施形態と同様にトルク信号に変換される。また計測器24において生成されたトルク信号は、演算部17へと出力される。以上の構成により第1変形例においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
Next, with reference to FIG. 4, the structure of the 1st modification of the load
次に図5を参照して、負荷トルク検知部の第2変形例の構成について説明する。第2変形例の負荷トルク検知部40では、上記実施形態、第1変形例の歪ゲージ21に替えてプロペラ14近くの主軸13に装着された馬力計41が用いられる。また、第2変形例では計測器24に替えてトルク計算部42が用いられる。
Next, with reference to FIG. 5, the structure of the 2nd modification of a load torque detection part is demonstrated. In the
第2変形例においては、馬力計41からの馬力信号がトルク計算部42に送られる。トルク計算部42には、馬力計41からの馬力信号のほか主機12からエンジン回転数NEが入力される。馬力(本変形例では略伝達馬力DHPに対応)は、トルクと回転数の積に比例するため、トルク計算部42では、馬力(例えばDHP)をエンジン回転数NEで割り所定の係数(例えば1/2π)を掛けることにより負荷トルクQPが求められる。算出されたトルクの値はトルク信号として演算部17へ出力される。
In the second modification, a horsepower signal from the
次に図6を参照して、負荷トルク検知部の第3変形例の構成について説明する。第3変形例は、第2変形例の馬力計41を主機12近くの主軸13に配置したもので、その他の構成は第3変形例と同様である。第3変形例では、検出される馬力が略制動馬力BHPに対応するため、トルク計算部42では、検出された馬力(BHP)をエンジン回転数NE、伝達効率ηT、および2πで割ることによりトルクが求められる。以上のように第3変形例においても、上記実施形態および変形例1、2と略同様の効果を得ることができる。
Next, with reference to FIG. 6, the structure of the 3rd modification of a load torque detection part is demonstrated. In the third modified example, the
以上のように、本実施形態の構成によれば、波浪等(外乱)によるプロペラ負荷トルクの変動を検知し、これを回転数ベースの燃料供給PID制御にフィードフォワードすることにより、外乱の影響をより早い段階で推測して主機回転数の修正を行うことが可能となり、例えば10秒程の周期の外乱に対しても十分な応答性を示し、燃費を大きく改善することができる。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the fluctuation of the propeller load torque due to waves or the like (disturbance) is detected, and this is fed forward to the rotation speed-based fuel supply PID control, thereby reducing the influence of the disturbance. It is possible to correct the main engine speed by estimating at an earlier stage. For example, sufficient responsiveness can be exhibited even with a disturbance having a period of about 10 seconds, and fuel consumption can be greatly improved.
10 舶用エンジン制御システム
11 船体
12 主機
13 主軸
14 プロペラ
15 ガバナ
16 PID演算部
17 演算部
20、30、40 負荷トルク検知部
21 歪ゲージ
22 送信機
23 受信機
24 計測器
31 スリップリング
32 ブラシ
41 馬力計
42 トルク計算部
C 制御装置
S 制御対象
DESCRIPTION OF
Claims (4)
The marine engine control system according to claim 2, wherein the load torque detecting means calculates a load torque based on horsepower and the rotational speed.
Priority Applications (3)
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