JP3589712B2

JP3589712B2 - デュアル制御装置及びデュアル制御方法

Info

Publication number: JP3589712B2
Application number: JP25257494A
Authority: JP
Inventors: オウフラリティーリンダ
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: EP0653690A1; US5436826A; JPH07182008A; DE69410751T2; DE69410751D1; EP0653690B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はデュアル制御、例えばガスタービンエンジンに用いられるデュアル燃料制御に関し、特にコモンオペレーション、例えば燃料流を制御するデュアルまたは冗長センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンには２つの燃料制御システムによって制御されるものがある。これら各システムは、それぞれエンジンの稼働状態、例えばハイロータスピードＮ２等を表示する信号を与える１またはそれ以上のセンサに応答するものである。
【０００３】
各制御器はチャンネルと呼ばれる場合がある。各制御器はエンジンの稼働状態を検出するセンサを有する。理想的には、これらのセンサはそれぞれの出力レベルが一致する。各出力は厳密に同じ値を取る必要はないが、一方のセンサが”許容レンジ超過”状態となった場合には、他方の制御器が補償を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内部診断ルーチンによって第１チャンネルがシャット−ダウンされてしまう場合もある。
【０００５】
これは、各制御器の内部フィルタ（過渡挙動に対してスムースに応答するために用いられる）が比例積分制御を行っている場合に起こる場合が多い。各センサの出力の差は時間とともに増大し、各チャネルが乖離するまでに大きくなり、一方が常に用いられ、他方は全く用いられなくなる状態となるからである。
本発明の目的の１つは、特にガスタービン用として好適なデュアルチャンネル制御器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、第１制御器と、第２制御器と、前記第１制御器に設けられたセンサと、前記第２制御器に設けられたセンサとを有し、前記各センサはそれぞれ前記各制御器にて出力の生成に用いられる共通パラメータの値を表す信号を生成し、前記各制御器からの出力が加算されて制御信号が生成される制御装置において、前記各制御器はシグナルプロセッサと各制御器間のコミュニケーションバス（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｕｓ）とを有し、前記各シグナルプロセッサは、前記センサにより生成される信号の平均値に基づいて制御器の出力信号を生成する手段と、前記制御器に設けられたセンサの信号が許容レンジ外にあることを示す異常信号を生成する手段と、前記異常信号に応じて他方の制御器に設けられたセンサによって生成される信号を用いる手段と、を有し、また、各制御器のシグナルプロセッサ間のデータ伝送を行う手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の１実施態様においては、各センサの出力値の差が所定のレンジ内に収まっており、かつどちらのセンサも許容レンジ内にある場合には、各センサから得られる値の平均値が用いられる。
【０００８】
本発明の１実施態様においては、一方のセンサが許容レンジを超えている場合には、他方のセンサが用いられる。この他方のセンサは、第１センサ（ローカルセンサ）が、許容レンジのより狭い厳しいテストに対して予め定められた所定回数許容レンジに収まるまで用いられる。
【０００９】
例えば、もしセンサに対するＮ２の値が許容範囲を５０（ｒｐｍ）以上超えている場合には、その出力値がＮテスト（Ｎｔｅｓｔｓ）に対して許容範囲から２５（ｒｐｍ）内となるまでは、そのセンサがローカルチャンネルに用いられることはない。
【００１０】
本発明の１実施態様によれば、各センサがともに異常と判断される場合には、予め用意された値をセンサの値として用いられる。
【００１１】
【作用】
本発明によれば、センサ出力の差が所定値よりも大きい場合には、検出するパラメータに関しての最も中庸の値が用いられる。
本発明によれば、各センサがともに異常でない場合には、各センサの平均値が各チャンネルにおいて用いられる。
【００１２】
本発明の特徴は、センサの平均化によってデュアルアクティブ制御システムでの無用のチャンネルファイト回避することである。これは、両方のチャンネルが常に同じ動作点（ｓａｍｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）から動作することを確実にし、トリムバランスが制御ループ補償以外の要因にはなるべく依存しないようにする（または他の要因を無視する）ことによってなされる。
【００１３】
もう１つの特徴は、両センサを比較することで、故障分離が向上することである。故障は特定のセンサに分離され、異なるセンサデータを用いたループが生じないようにする。
【００１４】
センサを置換することで、一方のセンサが異常となる場合や、値の異なるセンサがどのように組み合わされる場合でも、全制御ループがデュアルアクティブに維持される。つまりチャンネルの一方がシャットダウンされることは絶対になくなる。これにより故障調整（ｆａｕｌｔａｃｃｏｍｏｄａｔｉｏｎ）が向上する。
【００１５】
本発明のその他の目的、利点、特徴は、以下の記述及び図面によって当業者に対して明らかとなる。
【００１６】
【実施例】
図１において、シングルスロットルコントロール１０は２つの燃料制御器１２に接続される。各燃料制御器は入出力（Ｉ／Ｏ）部１４とともにシグナルプロセッサまたはコンピュータ１３を有する。制御器１２はコミュニケーションバス１６によって接続されており、各制御器１２は、ガスタービンエンジン１８に取り付けられたセンサＳＳ１、ＳＳ２のいずれか一方から複数の信号を受ける。
【００１７】
センサＳＳ１とＳＳ２はエンジンの稼働状態（例えば温度、圧力、ファンスピード、燃料流量等）を信号レベルまたは信号値によって表す冗長信号を送信する。この冗長信号は、エンジンスピードを調整するために燃料制御において用いられるエンジン稼働状態のうちのいくつかの状態を表す。
【００１８】
各燃料制御器は、燃料源（ＦＵＥＬ）よりの燃料を、燃料管２１を通じてエンジンバーナ（図示省略）にそれぞれ供給する。
【００１９】
本発明は、エンジン稼働状態に応じて２つの燃料制御器１２間の情報を交換する点を中心としている。このエンジン稼働状態は、センサＳＳ１、ＳＳ２及びこれらのセンサ値の差により検出される。これらのセンサは各センサにおけるパラメータ毎の各出力信号の値に関するものである。
【００２０】
単純化のために、高速ファンスピードＮ２はセンサから燃料制御器１２への信号線２２によって示される。センサＳＳ１はＮ２の値を燃料制御器の一方へ送信し、同時にセンサＳＳ２は他方の燃料制御器にＮ２の値を送信する。
【００２１】
後述する図２のフローチャートに示されるように、２つの燃料制御器１２はデータを相互伝送（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ）してエンジンへの燃料供給管理におけるＮ２の値を決定し、特定のパワーレバーセッティングまたはＰＬＡ（ｐｏｗｅｒｌｅｖｅｒａｄｖａｎｃｅ）に対しては、対応する特定の値がＮ２に与えられるようにする。
【００２２】
各燃料制御器は図２の一連の手順を実行するようにプログラムされており、またバス１６を介してその結果を相互伝送し、燃料流量の管理においてセンサの一方のみが双方の制御器に共通して用いられるようにするか、またはセンサ値、例えばＮ２の平均値が双方の燃料制御器にて用いられるようにする。
【００２３】
その結果として、どちらの制御器も、その制御器のセンサ（その制御器のセンサ；ローカルセンサ）が許容レンジ超過状態となってもシャットダウンされることはなくなる。
【００２４】
センサの一方が許容レンジを超えた場合、その出力は許容レベルを超える。例えば、Ｎ２の上限値は通常２０，０００（ｒｐｍ）であり、読み取りを行ったセンサが異常状態にならない限り、その値が２５，０００（ｒｐｍ）となることはない。
【００２５】
図２の一連の手順によって上記判定がなされた後に、異常状態のセンサに対して、より厳しい判定基準を強制的に設定しておく。その後に異常状態と判断されたセンサが正常状態に戻ったかを判断する。センサが異常状態になると、燃料制御器１２では”他方のセンサ”が使用される。
【００２６】
勿論、この一連の手順は、複数あるセンサのそれぞれに対して用いることができる。この点から図２の点線で示されるようにＳＳ１及びＳＳ２は複数のセンサを表していることを確認すべきである
図２のステップ（以下Ｓと略す）１においては、ローカルセンサが許容レンジを超えているかを判定するテストを行う。例えば、燃料制御器１２ａのシグナルプロセッサ１３はこのテストをＳＳ１のセンサのうちの１つのセンサに対して行い、燃料制御器１２ｂのシグナルプロセッサは、対応するセンサ、つまりＳＳ２のセンサのうち上記ＳＳ１にてテストされたものと同じパラメータを測定するセンサ、に対して同様のテストを行う。
【００２７】
センサが許容レンジを超えている場合にはテストの判定結果はＹとなり、Ｓ２に進む。Ｓ２では、他方のセンサはＳ１でのテスト結果（燃料制御器１２ｂによってなされる）が許容レンジ内にあるものとして、他方のセンサ、例えばＳＳ２を用いる。
【００２８】
Ｓ３では両方のセンサが許容レンジを超えているかを判定し、ともに許容レンジを超えている場合には判定結果はＹとなりＳ４に進む。Ｓ４では、センサの出力値として予め用意されたデフォルト値、例えばＮ２の所定値が用いられる。
【００２９】
Ｓ１においてセンサが許容レンジを超えていなかった場合、判定結果はＮとなり、次のステップ５にて他方のセンサが許容レンジを超えているかを調べる。例えば、センサＳＳ２が許容レンジを超えている場合、燃料制御器１２ｂによってＳ１やＳ２でそのことが検出され、バス１６を通じて、センサＳＳ２が許容レンジを超えていることが燃料制御器１２ａに伝えられる。
【００３０】
この情報によって、Ｓ５での判定結果はＹとなってＳ６に進み、燃料制御器１２ａではそのローカルセンサ（ＳＳ１）が用いられる。燃料制御器１２ｂでは、測定されたパラメータ値、例えばＮ２としてセンサＳＳ１の値が用いられる。
【００３１】
この動作をＳ６にて行った後にＳ３に進む。この場合は（Ｓ１で、ローカルセンサは許容レンジ内にあると既に判定されているので）Ｓ３の判定結果はＮとなる。
【００３２】
Ｓ５で判定結果がＮである場合には、Ｓ７でローカルセンサ（例えば燃料制御器１２ａに対してはＳＳ１、燃料制御器１２ｂに対してはＳＳ２）が許容レンジを超えた原因はノイズによるものか、実測値であるかを判定する。
【００３３】
実測値である場合には、一時的にではあっても他方のセンサが用いられるが、燃料制御器がともにそれぞれのローカルセンサが異常状態であると判断した場合、（各制御器は、使用するべき妥当なセンサとして異常状態にある他方のセンサをそれぞれ指定するので）一種の矛盾した状態となる。しかし、続くＳ３では双方のセンサが共に異常であるかを判断してデフォルト値を用いることによってこの矛盾を解決している。
【００３４】
Ｓ７の判定結果がＮである場合にはＳ９に進み、”ソフトセンサ”異常（”ＳＯＦＴＳＥＮＳＯＲ”Ｆａｉｌｕｒｅ）であるかを調べる。つまり、テスト対象である２つのセンサＳＳ１とＳＳ２の出力値の差が許容値を超えているかを判定する。
【００３５】
許容値を超えている場合には判定結果はＹとなってＳ１０に進み、最適値をとるほうのセンサが用いられる。この場合、上記のような矛盾した状態ではないのでＳ３の判定結果はＮとなり、燃料流量を制御するために、各燃料制御器においてはＳ１０で選択されたセンサがともに用いられる。
【００３６】
Ｓ１２〜１３は、以下のように理解することが最適である：ローカルセンサ、例えばセンサＳＳ１が許容レンジを超えていた場合、燃料制御器に他方のセンサ、例えばセンサＳＳ１に代えてセンサＳＳ２、を使用するように指示する異常フラグがだされる。異常が検出されたセンサＳＳ１は、異常フラグが解除された場合に再度用いられる。センサの異常フラグが解除されるのは、ここでは便宜的に”ｉｎｒａｎｇｅ”と記載する、より厳しいテストに適合した場合である。
【００３７】
例えば、Ｎ２が規定値を１０％超えたら許容レンジを超えたと判断する場合、上記のより厳しいテストをＳＳ１に対して複数回行う。そして、すべてのテストにおいて規定値からの超過量が毎回５％未満になった場合にのみ”ｉｎｒａｎｇｅ”テストに適合したと判断し、センサを使用可能（異常フラグが解除される）とする。Ｓ１１では、前回に異常と判定されたセンサが、”ｉｎｒａｎｇｅ”テストに不適合であるかを判定する。つまり異常検出時よりも厳しい基準のテストを所定回数繰り返し行う。
【００３８】
その結果、適合する場合は判定結果はＮとなり、Ｓ１２で、テストしているセンサからの出力値の平均値を両燃料制御器にて用いる。
【００３９】
これとは逆に、Ｓ１１でＹと判定された場合はＳ１３に進み、Ｓ１１の”ｉｎｒａｎｇｅ”テストにおいて、前述した厳しい基準内に適合する値が所定回数（Ｎ回）以上得られているかを判定する。
【００４０】
上記所定回数以上得られた場合に限って、（ＮＰＡＳＳＥＳＡＮＤＬＯＣＡＬＳＥＮＳＯＲＩＳＷＩＴＨＩＮＲＡＮＧＥ）前回異常と判断されたセンサはパラメータデータの妥当な供給源とみなすことができる。その場合は判定結果がＹとなり、Ｓ１２にてセンサの平均値が用いられる。
【００４１】
Ｓ１３での試験に適合しなかった場合、センサは上記のより厳しいテストに不適合であり、Ｓ１４に示されるように、依然として他方のセンサが用いられる。
【００４２】
Ｓ１４からは上記説明したＳ３に進み、両方のセンサが異常と判断されるまでは他方のセンサを用いる。両方のセンサが異常と判断されたら異常センサに対して予め用意された所定値（センサの他のパラメータから推測もしくは合成される）がＳ４にて用いられる。
【００４３】
上記のように、ローカルセンサのテストは、そのセンサが直接取り付けられている燃料制御器によってなされ、センサの状態は、バスを通じて他方の燃料制御器に相互伝送される。２つの燃料制御器（そのシグナルプロセッサ）は、図２に示される共通するテストの結果を互いに交換して同一のプロトコルを用いる。
【００４４】
その結果、センサの出力は許容レンジ内に十分収まっているが、両者の値の差がある程度大きい場合には最適と判断される方のセンサが用いられ、両センサがともに適正値を与えている場合にはその平均値が用いられ、両センサが共に異常だと判断される場合には予め用意された所定値（もしくは他のパラメータから合成される値）が用いられる。
【００４５】
各制御器に対して妥当なセンサ値、つまり正常動作が可能となるセンサ値が得られないということは決して起こり得ない。その実用上の効果は、各燃料制御器が常に燃料流量の処理に半分ずつ関与する点にある。
【００４６】
以上説明したように、本発明においては２つのセンサを用いて制御を行い、一方のセンサが異常である場合には制御に用いるセンサ値として他方のセンサの値を選択する。両方のセンサが異常である場合には予め用意した所定値を用いる。どちらのセンサも異常ではない場合には、最適なセンサ（予め定められた所定値に近い値を与えるセンサ）の値又は両者の平均値を制御に用いるセンサ値として選択する。
【００４７】
また、異常であると判断されたセンサが正常状態に戻った場合にはそのセンサを復帰（異常状態を解除する）させて再度制御に用いるセンサの値の選択を行う。センサが正常状態に戻ったかどうかの判断は、センサが異常状態であるかを判断する際の基準よりも厳しい基準にて判断する。
【００４８】
例えば、上記Ｓ１１に説明されるように、シグナルプロセッサによってセンサの値を何回か測定し、センサで生成される信号の値が上記厳しい基準の許容値を１度も超えることがない場合にセンサを復帰させる。
【００４９】
また、上記Ｓ１３のように判断基準を緩くし、上記シグナルプロセッサで行った試験で上記厳しい基準の許容値の値が所定の回数以上得られた場合に復帰させるようにしてもよい。
【００５０】
本発明の上記実施例は種々変形や修正が可能であり、上記本発明の説明に基づいて、当業者によって本発明の趣旨を逸脱することなく本発明の一部又は全体の修正することが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明においては、各制御器に対して妥当なセンサ値、つまり正常動作が可能となるセンサ値が得られないということは決して起こり得ない。その結果、各燃料制御器が常に燃料流量の処理に半分ずつ関与するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】デュアルチャンネルガスタービン制御システムの簡略化された機能ブロック図。
【図２】本発明に係る各チャンネルにおけるシグナルプロセッサにて用いられるシグナルプロセッシングステップのフローチャート。
【符号の説明】
１０…シングルスロットルコントロール
１２…燃料制御器
１３…コンピュータ
１４…入出力部
１６…コミュニケーションバス
１８…ガスタービンエンジン

Claims

第１制御器と、第２制御器と、前記第１制御器に設けられたセンサと、前記第２制御器に設けられたセンサとを有し、前記各センサはそれぞれ前記各制御器にて出力の生成に用いられる共通パラメータの値を表す信号を生成し、前記各制御器からの出力が加算されて制御信号が生成される制御装置において、
前記各制御器はシグナルプロセッサと各制御器間のコミュニケーションバスとを有し、
前記各シグナルプロセッサは、前記センサにより生成される信号の平均値に基づいて制御器の出力信号を生成する手段と、前記制御器に設けられたセンサの信号が許容レンジ外にあることを示す異常信号を生成する手段と、前記異常信号の原因となるセンサに対して、前記シグナルプロセッサによって複数回の連続テストを行い、前記センサで生成される信号の値が所定の許容値を超えることがない場合に、前記異常信号を解除する手段と、前記異常信号に応じて他方の制御器に設けられたセンサによって生成される信号を用いる手段と、を有し、
前記異常信号は、前記ローカルセンサの信号が最大値より第１の設定比率を超えて大きくなると生成され、
前記異常信号を解除する手段は、前記第１の設定比率よりも小さい第２の設定比率に対して、前記センサ信号の複数回の連続サンプルにおけるセンサの出力値が、前記最大値より第２の設定比率を超えることがない場合に前記異常信号を解除し、
かつ、各制御器のシグナルプロセッサ相互のデータ伝送を行う手段を有することを特徴とする制御装置。
各シグナルプロセッサは、前記両センサの値の差が予め定められた一定値を超えた場合に、他方の制御器に設けられたセンサを選択する手段を有することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
各シグナルプロセッサは、前記各シグナルプロセッサがともに異常信号を生成する場合には、各ローカルセンサ信号に代えて予め定められた所定値を用いる手段を有することを特徴とする請求項２記載の制御装置。
関連するエンジンセンサのそれぞれに接続された２つの燃料制御器を有し、前記各エンジンセンサはそれぞれ同じエンジン動作パラメータに対してその大きさを示す値を与える信号を生成するガスタービン制御装置において、
前記各燃料制御器はシグナルプロセッサを有し、かつこれらシグナルプロセッサは相互伝送を行い、
各シグナルプロセッサは、前記シグナルプロセッサと相互伝送するローカルセンサで許容値を超える超過レベル値の信号値が生成されていることを示す異常信号を生成する手段と、前記ローカルセンサの信号の複数の連続サンプルが許容値から所定レンジ内にあり、かつこの所定レンジは前記許容値と前記超過レベル値との差によって定義されるレンジよりも狭い場合に前記異常信号を解除する手段と、前記異常信号に対応して他方のシグナルプロセッサと相互伝送しているローカルセンサを用いる手段と、異常信号が存在しない場合には両センサの平均値を用いる手段と、を有することを特徴とするガスタービン制御装置。
各シグナルプロセッサは、各ローカルセンサ間の信号値の差が所定のレベルを超えた場合に、他のエンジン動作状態に関して所定の設定値に最も近い信号値を与えるローカルセンサを選択する手段を有することを特徴とする請求項４記載のガスタービン制御装置。
前記各シグナルプロセッサは、両方のシグナルプロセッサが共にそれぞれのローカルセンサに対して異常信号を生成する場合に、そのパラメータの値として、予め用意された所定値を用いる手段を有することを特徴とする請求項５記載のガスタービン制御装置。
それぞれ総和出力の成分を生成する２つの制御器を用いて２つのセンサの出力に基づいたシステム制御を行うとともに、前記２つのセンサは共通パラメータの大きさを表す信号を生成して前記２つの制御器の一方にそれぞれ出力値を与えるものであるシステム制御方法において、
前記各制御器にて、それぞれの制御器に設けられたセンサが許容レベルを超える信号を生成する場合に異常信号を生成する工程と、
異常信号を生成しているセンサに対して連続して複数回テストを行い、これら各テストにて、異常信号の生成時に用いられたレベルよりも厳しい信号レベルテストに対して前記センサからの出力が適合するという結果が得られた後に、前記異常信号を解除する工程と、
前記異常信号を他方の制御器に伝送し、前記他方の制御器がその制御器に設けられたセンサに対する信号値を異常信号を生成している制御器に対して与えるようにし、かつ前記他方の制御器にて前記信号値を用いて出力を生成する工程と、
異常信号が存在しない場合には、各制御器は出力を生成するために両センサ出力の平均値を用いる工程と、を有することを特徴とする方法。
前記各制御器がともに異常信号を生成する場合には、各センサ出力に対するデフォルト値を用いる工程を有することを特徴とする請求項７記載の方法。
前記両センサからの出力レベルを比較し、これら出力の差が所定値よりも大きい場合に、予め設定された所定レベルに最も近い方の出力を用いることを特徴とする請求項７記載の方法。