JP2022533814A - 実ターボマシンシステムの物理パラメタを物理パラメタセットポイントパラメタをもとに調節するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

実ターボマシンシステムＦ（ｐ）の物理パラメタ（ｙ）を、物理セットポイントパラメタ（ｙｃ）をもとに調節するシステム（ＲＥＧ）であって、調節中にパラメタ化利得Ｋを最適化するシステムＯＰＴＫを備え、その最適化システムＯＰＴＫが、第１利得成分Ｋ１を決定する安定性補正モジュール（２）及び第２利得定数Ｋ２を決定する応答時間補正モジュール（３）を備え、その安定性補正モジュール（２）が、その物理パラメタ（ｙ）の調節中に不安定性（ＴｏｐＩＳ）が検出されたときにその応答時間補正モジュール（３）を阻害するよう設計されており、またその最適化システムＯＰＴＫが、先に決定されている第１利得成分Ｋ１及び第２利得成分Ｋ２の関数としてパラメタ化利得Ｋを決定するよう構成された決定モジュール（４）を備える調節システムＲＥＧである。

Description

本発明は、ターボマシンの実システムの物理パラメタを、物理パラメタセットポイントをもとに調節するシステムに関する。例えば、その物理パラメタを、ターボジェットバルブの変位速度、燃料流量、ベーン（羽根）の配向角等々に対応付けることができる。

既知方式の調節システムＲＥＧは、補正関数Ｃ１（ｐ）及びパラメタ化利得Ｋを有する補正器を備えている。この調節システムの性能は、特にその応答時間及び安定性によって評価される。実際上、調節システムは、応答時間・安定性間で確と折衷されるようパラメタ化される。

実際上、ターボマシンの実システムは、経時的に変化及び劣化しがちな特性及び変数を有している（摩耗、ドリフト等々）。そのため、就役時にはその動作が最適であった調節システムも、数か月後には、とりわけ安定性の面で非最適なものとなりうる。この潜在的難点をなくすため、就役中の調節システムは、その応答時間に影響する安定性マージンが大きくなるようパラメタ化される。

米国特許出願公開第２００４／０１２３６００号明細書 米国特許第５５３７３１０号明細書

本発明の目的は、良好な安定性及び応答時間性能を経時的に呈することとなるよう動的に適応させうる調節システムを提供することで、こうした難点のうち少なくとも幾つかをなくすことにある。

ちなみに、特許文献１記載の従来技術によれば、経時的に現れる欠陥及び誤動作を集積すべく実システムの定義を経時的に最適化することを教示する調節システムが、知られている。そうした実システムの最適化は厄介であり（新たな伝達関数の定義等々）、即応的な調節が可能でない。その情報処理コストが非常に高い。

また、特許文献２によれば、実システムモデルのパラメタ化利得を過渡フェーズ中に適応させる適応的補正モデルが知られている。この文献で扱っているのは過渡に係る安定性だけであり、迅速性欠陥には対処していない。

本発明は、ターボマシンの実システムの物理パラメタを、物理パラメタセットポイントをもとに調節（レギュレート）するシステムであり、ある応答時間を呈する調節（レギュレーション）システムであって、
補正関数及びパラメタ化利得Ｋを有する補正器と、
上記実システムの理論的逆伝達関数と、
調節中にそのパラメタ化利得Ｋを最適化するシステムと、
を備え、その最適化システムが、
上記物理パラメタの調節を経て本調節システムの不安定性が検出されたときに正値の第１利得定数Ｋ１を決定するよう構成された安定性補正モジュールを備え、
本調節システムの応答時間を補正するモジュールとして、上記物理パラメタの調節を経て遅延が検出されたときに負値の第２利得定数Ｋ２を決定するよう構成されたものを備え、上記安定性補正モジュールが、上記物理パラメタの調節を経て不安定性が検出されたときにその応答時間補正モジュールを阻害するよう構成されており、
先に決定されている第１利得成分Ｋ１及び第２利得成分Ｋ２の関数としてパラメタ化利得Ｋを決定するよう構成された決定モジュールを備える、
調節システムに関するものである。

本発明の特筆点は、本調節システムでは、パラメタ化利得を増加させることで安定性欠陥を、またパラメタ化利得を減少させることで遅延を動的に補正でき、それにより本調節システムの性能が最適になることである。本調節システムはこのように自己適応的である。上首尾なことに、もはや、従来技術の如く安定性と引き換えに応答時間を犠牲にする必要がない。従ってその調節がより即応性のものとなる。上首尾なことに、不安定性がある場合は迅速性の改善が阻害・禁止される。言い換えれば、その安定性が優先的に補正されるのであり、応答時間が改善されるのは本調節システムが安定なときだけである。本発明に係る調節システムによれば、その調節が、回動要素を有するターボマシンに特徴的であり物理パラメタの調節に経時的に影響してくる周期的現象への対処において、ひときわ効果的である。

このように、本調節システムによれば、それ自体の応答に従いそれ自体を補正することができる。

好ましくは、上記物理パラメタ・上記物理パラメタセットポイント間の偏差を定義する。上記安定性補正モジュールを、その偏差をハイ偏差閾値及びロー偏差閾値と比較するよう構成された、安定性検出モジュールを備えるものとする。その安定性検出モジュールを、その偏差が当該ハイ偏差閾値より大きくなり引き続いて当該ロー偏差閾値よりも小さくなったことを不安定性として検出するよう、構成する。言い換えれば、この安定性検出モジュールにより、所定範囲からの偏差を計測することが可能となる。そうした検出は迅速且つロバストである。

好ましくは、上記偏差が不安定性期間に振動することを踏まえ、上記安定性検出モジュールを、不安定性の検出に後続して振動回数を計数するよう、且つその振動回数の計数値ＮＢ－ｏｓｃの関数として安定性補正パラメタＴｏｐＣＳを決定するよう構成し、第１利得成分Ｋ１をその安定性補正パラメタＴｏｐＣＳに依存させる。このように、振動回数を計数して不安定性の度合いを求め、それをもとに適切な補正度合いを導出することができる。

好ましくは、上記安定性補正モジュールを、上記物理パラメタセットポイントの有意変動により生じた過渡フェーズが検出された場合に振動回数計数値ＮＢ－ｏｓｃを０にセットするよう、構成する。

言い換えれば、上記安定性検出モジュールを定常フェーズ中の安定性の確保に専用し、過渡フェーズ中の安定性を専用の手段により確保する。これにより、不安定性の種類に従い最適な補正値の計算を行うことが可能になるため、補正が改善される。

好ましくは、上記安定性検出モジュールを、第１利得成分Ｋ１からのパラメタ化利得Ｋの決定に後続して上記振動回数計数値を０にセットするよう構成する。言い換えれば、先行する補正がまだその効果をもたらしていないうちは、新たな補正が禁止される。

本発明のある態様では、上記安定性補正モジュールを、オーバシュートパラメタＴｏｐＯＳを決定するよう構成されたオーバシュート検出モジュールを備えるものとし、第１利得成分Ｋ１をそのオーバシュートパラメタＴｏｐＯＳに依存させる。本発明によれば過渡フェーズ、ここでは物理パラメタセットポイントの増加に対応する加速過渡フェーズ中の安定性を専用手段により監視することで、最適な補正が確保される。

好ましくは、上記物理パラメタ・上記物理パラメタセットポイント間の偏差を定義し、上記オーバシュート検出モジュールを、そのパラメタセットポイントの有意増加変動に後続して偏差監視期間を開始させるよう構成する。そのオーバシュート検出モジュールを、その偏差を少なくとも一通りのオーバシュート閾値と比較するよう構成し、且つそのオーバシュート検出モジュールを、その監視期間中にその偏差がそのオーバシュート閾値よりも大きくなったことを以てオーバシュートとして検出するよう、構成する。言い換えれば、先に確認された過渡フェーズ中のオーバシュートだけが勘案される。定常フェーズ中のオーバシュートは、上首尾なことにオーバシュート検出モジュールにて無視される。オーバシュートの分別処理により、上首尾にも即応的な補正を行うことが可能となるため、初期オーバシュートが生じるや否や後続の全オーバシュートが抑圧されることとなる。その監視窓が狭いため、その補正をより妥当且つ即応的なものとすることができる。

好ましくは、上記オーバシュート検出モジュールを、上記パラメタセットポイントの減少変動が検出された場合にオーバシュート検出を禁止するよう構成する。言い換えれば、増加過渡条件がもはや成立していない場合に監視期間が停止される。これによりあらゆる誤補正が回避される。

本発明のある態様では、上記安定性補正モジュールを、アンダシュートパラメタＴｏｐＵＳを決定するよう構成されたアンダシュート検出モジュールを備えるものとし、第１利得成分Ｋ１をそのアンダシュートパラメタＴｏｐＵＳに依存させる。上首尾なことに、加速過渡と減速過渡とを別々に処理することで、不安定性の種類毎に相応な調節を果たすことができる。

好ましくは、上記安定性補正モジュールを、上記物理パラメタの閉ループ応答ｙＢＦをもとに偏差εの変動を計測するよう構成された、過渡検出モジュールを備えるものとする。言い換えれば、過渡を検出するため理論的閉ループ応答が前以て計算され、それにより比較標準が形成される。こうした動的な比較標準は、監視期間を決定し即応的な補正を実行する上で有益である。

好ましくは、上記応答時間補正モジュールを、上記物理パラメタセットポイントを巡る許容範囲を決定するよう、且つ上記物理パラメタがその許容範囲内に収まっていない場合に第２利得定数Ｋ２を決定するよう、構成する。従って、過剰な遅延又は先行が検出された場合には、補正が動的に行われる。

本発明は、上述した調節システムＲＥＧを実施することで物理パラメタを調節する方法であって、
その物理パラメタの調節を経てその安定性を監視するステップと、
その物理パラメタの調節を経て不安定性が検出されたときに正値の第１利得定数Ｋ１を決定するステップと、
不安定性欠如時にその物理パラメタの調節を経て調節システムＲＥＧの応答時間を監視するステップと、
その物理パラメタの調節を経て遅延が検出されたときに負値の第２利得定数Ｋ２を決定するステップと、
上記応答時間の最適化中に上記調節の安定性が確保されるよう、第１利得定数Ｋ１及び第２利得定数Ｋ２をもとに上記補正器Ｃ（ｐ）のパラメタ化利得Ｋを決定するステップと、
を有する調節方法をも指向している。

本発明は、命令群で構成されコンピュータにより実行されるコンピュータプログラムであり、上述した制御方法の諸ステップを実行するためのプログラムにも関する。

本発明は、更に、上述したコンピュータプログラムを構成する命令群が備わるメモリを備えるターボマシン用電子制御ユニットに関する。

本発明は、上述した電子ユニットを備えるターボマシンにも関する。

専ら例示により与えられている後掲の記述を読むこと、並びに非限定的な例として与えられており類似物に同一参照符号が付されている以下の添付図面を参照することで、本発明についてより良好に理解頂けよう。

従来技術に従い逆モデルによって実システムを補正するシステムの模式図である。 逆モデルによる実システム補正システム向けの、本発明の一実施形態に係る調節システムの模式図である。 安定性補正モジュールの一実施形態の模式図である。 不安定性検出モジュールの一実施形態の模式図である。 不安定性検出に関する偏差εの経時変化曲線を示す図である。 オーバシュート検出モジュールの一実施形態の模式図である。 パラメタセットポイントの増加変動即ち増加過渡フェーズに後続する、物理パラメタの経時変化曲線を示す図である。 過渡フェーズ中におけるそれら物理パラメタ及び偏差の経時変化並びにそれによるオーバシュート補正値の決定を表す一組の曲線を示す図である。 応答時間補正モジュールの一実施形態の模式図である。 定常フェーズでの物理パラメタｙ及びその基準たる物理パラメタセットポイントｙｃの経時変化曲線を示す図である。 実システムに影響する周期的遅延に後続する、その物理パラメタの経時変化を表す一組の曲線を、従来技術に係る調節システムに関し示す図である。 実システムに影響する周期的遅延に後続する、その物理パラメタの経時変化を表す一組の曲線を、本発明に係る調節システムに関し示す図である。

注記すべきことに、これらの図面は、本発明を実施しうる詳細な要領で本発明を説明するものであり、無論のこと、本発明をより良好に定義するため必要に応じ用いることができる。

図１に、制御パラメタｙをパラメタセットポイントｙｃの関数として決定するよう構成された補正システムＳＣを示す。本例の補正システムＳＣは逆モデル補正器を体現している。言い換えれば、補正システムＳＣは順に補正器Ｃ（ｐ）、逆モデルＦ^－１（ｐ）及び実システムＦ（ｐ）で構成されている。実システムＦ（ｐ）は制御パラメタｙに作用するターボマシンの実システムに対応している。実際には、実システムＦ（ｐ）は幾通りかの伝達関数を体現する。性質上、実システムＦ（ｐ）は経時変化（ドリフト、摩耗等々）するので、パラメタセットポイントｙｃと同様には応答しない。

逆モデル補正器を体現する補正システムＳＣでは、実システムＦ（ｐ）を数学的に反転することで逆モデルＦ^－１（ｐ）を定義できるものと仮定される。この仮定によればＦ^－１（ｐ）＊Ｆ（ｐ）＝１であるので、補正システムＳＣが本質的に補正器Ｃ（ｐ）に依存する。言い換えれば、この補正システムの応答時間及び安定性を、補正器Ｃ（ｐ）により直に決定付けることができる。

既知方式の補正器Ｃ（ｐ）は、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）にとり既知の伝達関数Ｃ１（ｐ）及び調整利得Ｋにより、式Ｃ（ｐ）＝Ｃ１（ｐ）＊１／Ｋが成り立つように構成される。

本発明では、調整利得Ｋを経時修正することで補正器Ｃ（ｐ）の応答時間及び安定性が調整される。即ち、実システムＦ（ｐ）に純遅延が生じた場合や実システムＦ（ｐ）の統計利得が変化した場合に、調整利得Ｋを修正して最適な性能を保つことができる。

以下では、補正器Ｃ（ｐ）及び逆モデルＦ^－１（ｐ）を備えるセットのことをレギュレータ（調節器）ＲＥＧと呼んでおり、そこから実システムＦ（ｐ）へと予備物理パラメタｙａを供給している。図２に、本発明の一実施形態に係るレギュレータＲＥＧを示す。レギュレータＲＥＧはある応答時間を呈する。

図２に示す補正器Ｃ（ｐ）は、伝達関数Ｃ１（ｐ）と、パラメタ化利得Ｋを最適化するシステムＯＰＴＫとを有している。

最適化システムＯＰＴＫは、第１利得成分Ｋ１を決定するよう構成された安定性補正モジュール２、第２利得成分Ｋ２を決定するよう構成された応答時間補正モジュール３、並びに先に決定されている利得成分Ｋ１，Ｋ２の関数としてパラメタ化利得Ｋを決定するよう構成された決定モジュール４を備えている。以下、偏差εを、物理パラメタセットポイントｙｃ・物理パラメタｙ間差異相当のものとして定義する（ε＝ｙｃ－ｙ）。

以下、様々なモジュールを詳細に説明する。

図２に示す安定性補正モジュール２は、第１利得成分Ｋ１及び不安定性ＴｏｐＩＳを制御パラメタｙ及びパラメタセットポイントｙｃの関数として決定・判別するよう、構成されている。

・安定性補正モジュール２（図３）
図３に、安定性補正モジュール２を模式的に示す。これは、偏差ε及びパラメタセットポイントｙｃをもとに不安定性ＴｏｐＩＳを検出し安定性補正パラメタＴｏｐＣＳを決定するよう構成された、不安定性検出モジュール２１を備えている。実際のところ、後述の通り、不安定性検出モジュール２１により、パラメタセットポイントｙｃ付近で不安定性を検出することができる。

安定性補正モジュール２は、更に、偏差ε、制御パラメタｙ及びパラメタセットポイントｙｃをもとにオーバシュートＴｏｐＯＳを検出するよう構成された、オーバシュート検出モジュール２２を備えている。言い換えれば、パラメタセットポイントｙｃの迅速な増加変動中に、物理パラメタｙがそのパラメタセットポイントｙｃに対しオーバシュートし、過渡フェーズに関わる不安定性が生じることがある。以下、略語「過渡」を、過渡フェーズを指す意味でも用いる。

同様に、安定性補正モジュール２は更に、偏差ε、制御パラメタｙ及びパラメタセットポイントｙｃをもとにアンダシュートＴｏｐＵＳを検出するよう構成された、アンダシュート検出モジュール２３を備えている。

そして、安定性補正モジュール２は、自安定性補正モジュール２の他モジュール２１，２２，２３により得られたオーバシュート検出パラメタＴｏｐＯＳ、アンダシュート検出パラメタＴｏｐＵＳ及び安定性補正パラメタＴｏｐＣＳの関数として第１利得成分Ｋ１を決定するよう構成された、安定性補正モジュール２４を備えている。

・安定性検出モジュール２１
図４に、安定性検出モジュール２１を模式的に示す。安定性検出モジュール２１は、偏差εの値がハイ閾値ＳＨ－ＣＳより大きく又はロー閾値ＳＢ－ＣＳより小さい場合に不安定性ＴｏｐＩＳを検出する、第１モジュール２１１を備えている。不安定性ＴｏｐＩＳが検出されるのは、ハイ閾値ＳＨ－ＣＳ及びロー閾値ＳＢ－ＣＳが相次いでオーバシュート又はアンダシュートされたときである。

例えば、第１モジュール２１１を、一方では偏差εをハイ閾値ＳＨ－ＣＳと比較し、他方では偏差εをロー閾値ＳＢ－ＣＳと比較するよう、構成する。偏差εがハイ閾値ＳＨ－ＣＳよりも大きい場合は、オーバシュートした旨がメモリ内に格納される。同様に、偏差εがロー閾値ＳＢ－ＣＳよりも小さい場合は、アンダシュートした旨がメモリ内に格納される。図５に描かれている通り、その性質が異なる二種類のクロッシング即ちオーバシュート及びアンダシュートが相次いで検出されたときに、不安定性ＴｏｐＩＳとして検出される。閾値ＳＢ－ＣＳ，ＳＨ－ＣＳとのクロッシングがない場合は、不安定性ＴｏｐＩＳとして検出されない。

図４に描かれている通り、安定性検出モジュール２１は更に、不安定性ＴｏｐＩＳが検出されたときに物理パラメタｙの振動回数ＮＢ－ｏｓｃを計数する、第２モジュール２１２を備えている。振動回数ＮＢ－ｏｓｃは、至便なことに、定常フェーズ中にオーバ又はアンダシュートの相次ぐ発生を計数しそれをメモリ内に格納することで、得ることができる。

第２モジュール２１２は、ゼロリセットコマンドを受け取り振動回数ＮＢ－ｏｓｃを０にリセットするようにも、構成されている。この目的を果たすため、図４に描かれている通り、安定性検出モジュール２１は、ゼロリセットＲＡＺを決定するための第３モジュール２１３及び第４モジュール２１４を備えている。

図４に描かれている通り、安定性検出モジュール２１は、振動回数ＮＢ－ｏｓｃをもとに補正パラメタＴｏｐＣＳを決定するよう構成された、第５モジュール２１５を備えている。本実施形態では振動回数ＮＢ－ｏｓｃが３よりも大きい場合に補正が実行されるのであり、補正パラメタＴｏｐＣＳが安定性検出モジュール２１により送信される。図４に描かれている通り、補正中には、同じ補正の反復を避けるためゼロリセット情報ＲＡＺも送信される。

また、図４に示す安定性検出モジュール２１は、パラメタセットポイントｙｃの有意変動即ち過渡を検出し、過渡検出に後続して振動回数ＮＢ－ｏｓｃを０にリセットする、第３モジュール２１３を備えている。この目的を達成するため、第３モジュール２１３は、偏差εが第２ハイ閾値ＳＨ２・第２ロー閾値ＳＢ２間に保たれているか否かを監視する。好ましくは、先に用いられたハイ閾値ＳＨ－ＣＳよりも第２ハイ閾値ＳＨ２を大きくし、ロー閾値ＳＢ－ＣＳよりも第２ロー閾値ＳＢ２を小さくすることで、不安定性ＴｏｐＩＳの検出に関しマージンが保たれるようにする。第２閾値ＳＢ２，ＳＨ２を超過したことを以て過渡の存在が検出され、それによって振動回数ＮＢ－ｏｓｃが０にリセットされ且つ安定性補正が停止される。実のところ、過渡関連補正の処理はオーバシュート検出モジュール２２及びアンダシュート検出モジュール２３により行われる。

図４に描かれている通り、安定性検出モジュール２１は、補正が行われたか否かを検出し、検出時にはゼロリセットＲＡＺを指令するよう構成された、第４タイミングモジュール２１４を備えている。言い換えれば、先の補正がまだ効果を発揮していないときに、第４モジュール４により新たな補正を禁止・阻害することができる。本例では、第４モジュール２１４が、実システムＦ（ｐ）の応答時間の関数としてタイミングを付与する形態とされている。

上首尾なことに、安定性検出モジュール２１により、補正パラメタＴｏｐＣＳを、不安定性ＴｏｐＩＳの検出に後続し振動回数計測値ＮＢ－ｏｓｃの関数として決定することができる。上首尾なことに、過渡の場合、即ち実システムＦ（ｐ）により補正がまだ取り入れられていない場合に、あらゆる補正が禁止・阻害される。こうしたやり方で計算された補正パラメタＴｏｐＣＳであるので、後述の通り調節安定性を改善することができる。

・オーバシュート検出モジュール２２
図３に、オーバシュート検出モジュール２２を模式的に示す。調節対象物理パラメタｙが過渡終了期にオーバシュートした場合に、これにより上補正値ＴｏｐＯＳを決定することができる。言い換えれば、オーバシュート検出モジュール２２は、パラメタセットポイントｙｃの増加変動に後続しての即時補正を行えるようにしている。

実際のところ、図６に示す通り、オーバシュート検出モジュール２２は、物理パラメタセットポイントｙｃの受領に後続し閉ループＹｂにおける実システムＦ（ｐ）の応答を求める、モジュール２２１を備えている。これにより、実システムＦ（ｐ）の理論的理想応答を求めることができる。本例では、決定モジュール２２１により「ローパス」型のフィルタ、とりわけ一次又は二次のそれが実現されている。

オーバシュート検出モジュール２２は、更に、閉ループ応答ｙＢＦ、とりわけその導関数のそれをもとに偏差εの変動即ち過渡を検出するモジュール２２２を備えている。このやり方では、その調節が実際に増加過渡フェーズにあるか否か、即ち制御セットポイントｙｃの増加変動であるか否かが判別される。偏差εが閉ループ応答ｙＢＦから乖離している場合、加速ＴｏｐＡｃｃｅｌとして検出される。図７に、その過渡の出力に不安定性がある過渡の例を模式的に示す（ダンピング効果）。

また、図６に示すオーバシュート検出モジュール２２は更に、加速ＴｏｐＡｃｃｅｌが検出されたときに監視期間を開始させるよう構成された、ストレージモジュール２２３を備えている。即ち、オーバシュート検出モジュール２２では、過渡加速フェーズ中の不安定性の検出に注目している。実のところ、オーバシュート検出モジュール２２は、パラメタセットポイントｙｃが定常的であるときの物理パラメタｙのオーバシュートの検出、即ち調節不安定性に相当するそれの検出を狙っていない。

オーバシュート検出モジュール２２は、更に、オーバシュート閾値ＳＤ１，ＳＤ２を基準にして偏差εを監視するモジュール２２４を備えている。本実施形態では、監視モジュール２２４が二通りのオーバシュート閾値ＳＤ１，ＳＤ２を有しており、本例ではそれらがヒステリシス型閾値とされている。

図６に描かれている通り、監視期間中にオーバシュート閾値ＳＤ１，ＳＤ２に対するオーバシュートが検出された場合、オーバシュート検出モジュール２２によりオーバシュート補正値ＴｏｐＯＳが出力される。

上首尾なことに、オーバシュート検出モジュール２２は、ストレージモジュール２２４の監視期間を停止させるモジュールとして、安定化が検出された場合にそうするもの（モジュール２２５）や減速セットポイントの場合にそうするもの（モジュール２２６）を備えている。実のところ、物理パラメタセットポイントｙｃの減速によりオーバシュートが検出されることは、避ける必要がある。これにより、不安定性の源泉たる時期外れな補正が回避される。

図８に、オーバシュート検出の実現形態例を示す。本例では、過渡加速フェーズに後続し、偏差εが第１オーバシュート閾値ＳＤ１に上からクロスすることでオーバシュート補正ＴｏｐＯＳが起動され、その後、第２オーバシュート閾値ＳＤ２に上からクロスすることでオーバシュート補正ＴｏｐＯＳが再び起動される。言い換えれば、補正が即応的であり、過渡終了期にオーバシュートが生じたら直ちに、調節量を補正することができる。こうした補正が行えるのは、過渡発生時だけそれが実行されるためである。

・アンダシュート検出モジュール２３
図３に、アンダシュート検出モジュール２３を模式的に示す。これは、オーバシュート検出モジュール２２と同様であるため詳述しないが、パラメタセットポイントｙｃの減少変動中、即ち物理パラメタセットポイントｙｃの減速中にアンダシュートを検出することを狙うものである。

オーバシュート検出モジュール２２と同様、過渡フェーズが検出され下閾値越えが検出された場合、アンダシュート検出モジュール２３からアンダシュート補正値ＴｏｐＵＳが出力される。

・計算モジュール２４
図３に計算モジュール２４、即ち補正値ＴｏｐＣＳ、ＴｏｐＯＳ及びＴｏｐＵＳをもとに第１補正成分Ｋ１を決定する機能を有するそれを、模式的に示す。

・応答時間補正モジュール３（図９）
図９に、応答時間補正モジュール３を模式的に示す。これは、パラメタセットポイントｙｃが実際に安定であることを検出するよう構成された、安定性検出モジュール３１を備えている。実際には、安定性検出モジュール３１は、パラメタセットポイントｙｃが大きく変化していないこと、即ち過渡を伴っていないことを確かめる。安定性検出モジュール３１は安定性確認信号ＣｏｎｆＳを計算モジュール３３向けに提供する。

また、図９に示す応答時間補正モジュール３は、物理パラメタセットポイントｙｃを巡る許容範囲を決定するモジュール３２を備えている。本例ではローテンプレートＧａｂＢＴＲ及びハイテンプレートＧａｂＨＴＲが前以て決定され、ｙｃ－ＧａｂＢＴＲとｙｃ＋ＧａｂＨＴＲとに挟まれ定義される許容範囲がそれらから導出される。この許容範囲は、物理パラメタｙ・物理パラメタセットポイントｙｃ間で許容されると思しきラグ（遅延）に対応している。好ましくは、テンプレートＧａｂＢＴＲ，ＧａｂＨＴＲが、物理パラメタセットポイントｙｃの受領に後続し、実システムＦ（ｐ）の閉ループ応答をもとに決定されるようにする。このように、テンプレートＧａｂＢＴＲ，ＧａｂＨＴＲが理想的に決定され、それにより参照許容範囲が定義される。

応答時間補正モジュール３は、更に、確認信号ＣｏｎｆＳにより確認された定常フェーズにて物理パラメタｙが許容範囲に属していない場合に第２利得定数Ｋ２を決定するよう構成された、計算モジュール３３を備えている。

実際、応答時間補正モジュール３により、物理パラメタセットポイントｙｃに対する物理パラメタｙのあらゆる遅延を監視することができる。そうした遅延のなかには、例えば、パラメタ化利得Ｋの過剰増加、とりわけ不安定性の検出に後続するそれに関連するものがある。負値を有する第２利得定数Ｋ２により、応答時間を改善することが可能となる。上首尾なことに、こうして数点での補正を実行することができる。

図１０に描かれている例では、物理パラメタｙが、調節の遅延を反映し、ゾーンＰ３１及びＰ３２にて監視範囲から逸脱している。応答時間補正モジュール３は、偏差が監視範囲外になった回数に基づき第２利得定数Ｋ２を決定する。

・パラメタ化利得Ｋを決定するモジュール４（図２）
図２に描かれている通り、パラメタ化利得Ｋを決定するモジュール４は、安定性補正モジュール２により決定された第１利得定数Ｋ１と、応答時間補正モジュール３により決定された第２利得定数Ｋ２とを総和するよう、構成されている。好ましくは、静的利得定数をも加算してパラメタ化利得Ｋを決定する。事実上、パラメタ化利得Ｋはリアルタイムに修正される。

第１利得定数Ｋ１が正、第２利得定数Ｋ２が負であるので、調節中にパラメタ化利得Ｋを動的に修正すること、ひいては経時変化に適応しあらゆるドリフトを補正することができる。

・調整利得Ｋの動的最適化を伴う調節方法の実現形態例
本発明に係る調節方法は、物理パラメタの調節を経てその安定性を監視するステップと、その物理パラメタｙの調節を経て不安定性が検出されたときに正値の第１利得定数Ｋ１を決定するステップと、不安定性欠如時にその物理パラメタの調節を経て応答時間を監視するステップと、その物理パラメタの調節を経て遅延が検出されたときに負値の第２利得定数Ｋ２を決定するステップと、応答時間の最適化中に調節の安定性が確保されるよう、第１利得定数Ｋ１及び第２利得定数Ｋ２をもとに補正器Ｃ（ｐ）のパラメタ化利得Ｋを決定するステップと、を有する方法である。

図１１に、従来技術に対する本発明の長所を説明するための例として、静的パラメタ化利得（下側の曲線）の許で実システムＦ（ｐ）が周期的遅延ＲＥＴ（中葉の曲線）を被っているときの物理パラメタｙの経時変化（上側の曲線）を、物理パラメタセットポイントｙｃの関数として示す。本例ではその遅延ＲＥＴが０．２ｓ～３ｓ間で変動する。

図１１に描かれている通り、安定動作中及び過渡中の何れでも、遅延ＲＥＴが顕著になると物理パラメタｙの顕著な不安定性が現れる。更に、その迅速さが最適でなくなる。こうした調節は満足のいくものではない。

図１２に、本発明に係る調節システムＲＥＧにより最適化される動的パラメタ化利得（下側の曲線）の許で実システムＦ（ｐ）が周期的遅延ＲＥＴ（中葉の曲線）を被っているときの物理パラメタｙの経時変化（上側の曲線）を、物理パラメタセットポイントｙｃの関数として示す。

図１２に描かれている通り、遅延ＲＥＴが顕著になると物理パラメタｙの不安定性が現れ、それがパラメタ化利得Ｋの増加により即応的に補正される。この増加は、安定性補正モジュール２にて、不安定性ＴｏｐＩＳの検出に後続し第１利得定数Ｋ１が増加されることに関連するものである。遅延ＲＥＴが短くなったときには、パラメタ化利得Ｋの過去の増大が応答時間にとり有害になり、遅延が入り込む。この遅延は、パラメタ化利得Ｋの減少により即応的に補正される。この減少は、応答時間補正モジュール３にて、遅延の検出に後続し第２利得定数Ｋ２を減少させることに関連するものである。

本発明によれば、調節システムＲＥＧの安定性及び応答時間が動的且つ即応的に経時補正される。調節システムＲＥＧの性能が、その自己適応により最適となる。

Claims (11)

1. ターボマシンの実システムＦ（ｐ）の物理パラメタ（ｙ）を、物理パラメタセットポイント（ｙｃ）をもとに調節する調節システム（ＲＥＧ）であり、ある応答時間を呈する調節システム（ＲＥＧ）であって、
   補正関数Ｃ１（ｐ）及びパラメタ化利得Ｋを有する補正器と、
   上記実システムＦ（ｐ）の理論的逆伝達関数Ｆ^－１（ｐ）と、
   調節中に上記パラメタ化利得Ｋを最適化するシステム（ＯＰＴＫ）と、
   を備え、上記最適化システム（ＯＰＴＫ）が、
   ｉ．上記物理パラメタ（ｙ）の調節を経て本調節システム（ＲＥＧ）の不安定性が検出されたときに正値の第１利得定数Ｋ１を決定するよう構成された安定性補正モジュール（２）を備え、
   ｉｉ．本調節システム（ＲＥＧ）の応答時間を補正するモジュール（３）として、上記物理パラメタ（ｙ）の調節を経て遅延が検出されたときに負値の第２利得定数Ｋ２を決定するよう構成されたものを備え、上記安定性補正モジュール（２）が、上記物理パラメタ（ｙ）の調節を経て不安定性（ＴｏｐＩＳ）が検出されたときにこの応答時間補正モジュール（３）を阻害するよう構成されており、
   ｉｉｉ．先に決定されている第１利得成分Ｋ１及び第２利得成分Ｋ２の関数として上記パラメタ化利得Ｋを決定するよう構成された決定モジュール（４）を備える、
   調節システム。
2. 請求項１に係る調節システム（ＲＥＧ）であって、上記物理パラメタ（ｙ）・上記物理パラメタセットポイント（ｙｃ）間の偏差（ε）が定義されていて、上記安定性補正モジュール（２）が、その偏差（ε）をハイ偏差閾値（ＳＨ）及びロー偏差閾値（ＳＢ）と比較するよう構成された安定性検出モジュール（２１）を備え、その安定性検出モジュール（２１）が、その偏差（ε）が当該ハイ偏差閾値（ＳＨ）より大きくなり引き続いて当該ロー偏差閾値（ＳＢ）よりも小さくなったことを以て不安定性（ＴｏｐＩＳ）として検出するよう、構成されている調節システム。
3. 請求項２に係る調節システム（ＲＥＧ）であって、不安定性（ＴｏｐＩＳ）の期間に上記偏差（ε）が振動し、上記安定性検出モジュール（２１）が、不安定性（ＴｏｐＩＳ）の検出に後続して振動回数を計数するよう、且つその振動回数の計数値（ＮＢ－ｏｓｃ）の関数として安定性補正パラメタ（ＴｏｐＣＳ）を決定するよう構成されており、上記第１利得成分Ｋ１がその安定性補正パラメタ（ＴｏｐＣＳ）に依存している調節システム。
4. 請求項３に係る調節システム（ＲＥＧ）であって、上記安定性補正モジュール（２）が、上記物理パラメタセットポイント（ｙｃ）の有意変動により生じた過渡フェーズが検出された場合に上記振動回数計数値（ＮＢ－ｏｓｃ）を０にリセットするよう、構成されている調節システム。
5. 請求項１～４のうち一項に係る調節システム（ＲＥＧ）であって、上記安定性補正モジュール（２）が、オーバシュートパラメタ（ＴｏｐＯＳ）を決定するよう構成されたオーバシュート検出モジュール（２２）を備え、上記第１利得成分Ｋ１がそのオーバシュートパラメタ（ＴｏｐＯＳ）に依存している調節システム。
6. 請求項５に係る調節システム（ＲＥＧ）であって、上記物理パラメタ（ｙ）・上記物理パラメタセットポイント（ｙｃ）間の偏差（ε）が定義されていて、上記オーバシュート検出モジュール（２２）が、そのパラメタセットポイント（ｙｃ）の有意増加変動に後続してその偏差（ε）についての監視期間を開始させるよう構成されており、そのオーバシュート検出モジュール（２２）が、その監視期間中にその偏差（ε）を少なくとも一通りのオーバシュート閾値（ＳＤ１，ＳＤ２）と比較するよう構成されており、そのオーバシュート検出モジュール（２２）が、その偏差（ε）がそのオーバシュート閾値（ＳＤ１，ＳＤ２）を越えたことを以てオーバシュート（ＴｏｐＯＳ）として検出するよう構成されている調節システム。
7. 請求項１～６のうち一項に係る調節システム（ＲＥＧ）であって、上記応答時間補正モジュール（３）が、上記物理パラメタセットポイント（ｙｃ）を巡る許容範囲を決定するよう、且つ上記物理パラメタ（ｙ）がその許容範囲内に収まっていない場合に第２利得定数Ｋ２を決定するよう、構成されている調節システム。
8. 請求項１～７のうち何れかに係る調節システム（ＲＥＧ）を実施することで物理パラメタ（ｙ）を調節する調節方法であって、
   上記物理パラメタ（ｙ）の調節を経てその安定性を監視するステップと、
   上記物理パラメタ（ｙ）の調節を経て不安定性（ＴｏｐＩＳ）が検出されたときに正値の第１利得定数Ｋ１を決定するステップと、
   不安定性（ＴｏｐＩＳ）欠如時に上記物理パラメタ（ｙ）の調節を経て上記調節システムＲＥＧの応答時間を監視するステップと、
   上記物理パラメタ（ｙ）の調節を経て遅延が検出されたときに負値の第２利得定数Ｋ２を決定するステップと、
   上記応答時間の最適化中に上記調節の安定性が確保されるよう、上記第１利得定数Ｋ１及び上記第２利得定数Ｋ２をもとに上記補正器Ｃ（ｐ）のパラメタ化利得Ｋを決定するステップと、
   を有する調節方法。
9. 命令群で構成されるコンピュータプログラムであり、コンピュータにより実行されたときに、請求項８に係る調節方法の諸ステップが実行されることとなるコンピュータプログラム。
10. 請求項９に係るコンピュータプログラムを構成する命令群が備わるメモリを備えるターボマシン用電子制御ユニット。
11. 請求項１０に係る電子ユニットを備えるターボマシン。
    

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