JP3700076B2

JP3700076B2 - Hydraulic servo control device and hydraulic servo control system

Info

Publication number: JP3700076B2
Application number: JP01589899A
Authority: JP
Inventors: 英之河村; 正衛高橋; 武司石田; 貴志亀井; 哲平野村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2019-01-25
Also published as: JP2000213666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧サーボ制御装置に係り、特に、火力プラントにおける油圧式サーボ弁の開度を制御するに好適な油圧サーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力プラントにおいては主蒸気量を調整するための弁や燃料流量を調整するための弁が用いられている。例えば、汽力プラントにおける蒸気タービンの主蒸気量を調整するための主蒸気加減弁、ガスタービン−コンバインドプラントにおいて燃料流量を調整するための燃料流量調節弁が用いられており、これらの弁には、制御応答性、精度などを考慮して、通常、油圧式のサーボ弁が採用されている。
【０００３】
油圧式サーボ弁は、蒸気などの流体の流路を形成する流体流路中に挿入された弁と、この弁に接続されたピストンと、このピストンを往復動自在に収納するシリンダと、シリンダに油圧を供給する油圧アクチュエータを備えており、この油圧アクチュエータがトルクモータに接続されている。油圧アクチュエータの油圧を調整するトルクモータには開度信号に応答して電磁力を発生するサーボコイルが設けられている。このサーボコイルは、信頼性向上のために、通常、２〜３本で構成されており、複数本のコイルを採用することで、多コイル式油圧サーボ弁を構成する。また、トルクモータを駆動するドライブ回路においては、弁の開度を検出する開度計の出力信号と開度指令との偏差を求め、この開度偏差に制御ゲインを掛け算して開度信号を生成し、この開度信号に従った電流をサーボコイルに供給する回路構成が採用されている。多コイル式油圧サーボ弁に用いられるドライブ回路の制御ゲインは、開度偏差に対する高い応答性が求められているところから、比例ゲインを要素としたもので構成されている。
【０００４】
また、多コイル式油圧サーボ弁のシリンダ内に挿入されたピストンロッドにはコイルスプリングが巻き付けられており、このコイルスプリングの弾性力は弁に対して常に閉じる方向に作用する。このため、制御システムの電源が遮断されてサーボコイルに電流が供給されなくなったときには、コイルスプリングの弾性力により弁が流体流路を閉塞し、システム全体を安全方向に移行させる。この場合、電源遮断時に弁を閉弁方向に付勢するコイルスプリングの弾性力を考慮して、ドライブ回路にはオフセットがヌルバイアスとして設定されている。このヌルバイアスを示すオフセット信号を開度信号に加えることで、コイルスプリングの弾性力と釣合いを保ちながら弁の開度を制御する構成が採用されている。すなわち、開度偏差（制御偏差）を制御ゲインで補正して得られた信号を多コイルに伝送する伝送系を複数の伝送系に分け、各伝送系にそれぞれ増幅器（サーボアンプ）を設け、コイルスプリングの弾性力を考慮したヌルバイアスとして、電源遮断時におけるコイルスプリングの弾性力をコイルの数に応じて分割した値を用い、この値をオフセット信号として各増幅器の入力側に付加する構成を採用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、制御ゲインの要素と各コイルを結ぶ系が単に複数の伝送系で構成されているだけであるため、一部のコイルが断線したときには、断線したコイルに接続された増幅器からの信号がコイルに供給されなくなり、故障した系に割り当てられたオフセット分だけ制御系全体のオフセットにずれが生じ、弁開度に偏差が生じ、サーボ弁を高精度に制御できなくなる。
【０００６】
さらに、ドライブ回路のうち制御ゲインの要素と各コイルとを結ぶ系のみが多重系で構成されているが他の要素は単一の系になっているため、開度偏差を求める減算器など各コイル共通の要素が故障すると、サーボ弁を制御できず、システムの信頼性を損なう恐れがある。またドライブ回路にコイルごとの独立性が保たれていないので、保守を行うにも、各コイル共通の部分を稼動中に保守できず、各コイル共通の部分を考慮した保守手順が必要となり、保守作業が面倒である。またさらに人為的ミスにより各コイル共通部分が損傷したときには、サーボアンプを多重の冗長構成にしても、システムの運用が停止されることになる。
【０００７】
なお、２重系のサーボアンプとして、２つのサーボコイルに２段の増幅器を接続し、各増幅器に、ポジティブフィードバック回路を構成する抵抗を接続した構成を採用すれば、一方のサーボコイルが断線したときには、一方の増幅器のゲインを２倍にすることで、一方のサーボコイルの断線に伴うオフセットを吸収できる。しかし、この方式を採用しても、一部の抵抗や増幅器が故障すると、システム全体が停止することになる。
【０００８】
本発明の目的は、多重制御系のうち一部の制御系の異常によっても制御対象を制御できる油圧サーボ制御装置および油圧サーボ制御システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、流体流路を流れる流体の流量を電磁力に応答して調整する油圧サーボ弁を制御対象として、前記油圧サーボ弁の駆動を制御する複数の制御系を備え、前記各制御系は、前記油圧サーボ弁の調整による流量を検出する流量検出手段と、前記油圧サーボ弁に対する指令値と前記流量検出手段の検出値とを比較して両者の偏差が設定値の範囲から外れているときには、ゼロゲインまたは積分ゲインのうちゼロゲインを選択するスイッチからの信号と比例ゲインの信号とを加算することにより比例ゲインを選択し前記両者の偏差が前記設定値の範囲内にあるときには、ゼロゲインまたは積分ゲインのうち積分ゲインを選択するスイッチからの信号と比例ゲインの信号とを加算することにより比例積分ゲインを選択し各選択したゲインで前記両者の偏差を補正して制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号に従った電磁力を前記油圧サーボ弁に与える電磁力発生手段とからなる油圧サーボ制御装置を提案する。
【００１０】
本発明は、また、流体流路を流れる流体の流量を油圧に従った開度で調整する流量調整弁を制御対象として、前記流量調整弁に、前記流量調整弁を電磁力に応じた油圧により駆動する油圧サーボ回路を介して接続されて、前記油圧サーボ回路の駆動を制御する複数の制御系を備え、前記各制御系は、前記流量調整弁の開度を検出する開度検出手段と、開度指令値と前記開度検出手段の検出値との偏差を算出する偏差算出手段と、この偏差算出手段の算出値が設定値を超えたときに、ゼロゲインまたは積分ゲインのうちゼロゲインを選択するスイッチからの信号と比例ゲインの信号とを加算することにより比例ゲインを選択し前記偏差算出手段の算出値が前記設定値以下のときには、ゼロゲインまたは積分ゲインのうち積分ゲインを選択するスイッチからの信号と比例ゲインの信号とを加算することにより比例積分ゲインを選択し各選択したゲインで前記偏差算出手段の算出値を補正する偏差補正手段と、前記流量調整弁のオフセットに関する信号と前記偏差補正手段により補正された算出値に関する信号とを増幅して開度信号を生成する開度信号生成手段と、前記開度信号に従った電磁力を前記油圧サーボ回路に与えるサーボコイルとからなる油圧サーボ制御装置を提案する。
【００１１】
本発明は、さらに、流体流路を流れる流体の流量を油圧に従った開度で調整する流量調整弁と、この流量調整弁を電磁力に応じた油圧により駆動する油圧サーボ回路と、この油圧サーボ回路の駆動を制御する複数の制御系とを備え、前記各制御系は、前記流量調整弁の開度を検出する開度検出手段と、開度指令値と前記開度検出手段の検出値との偏差を算出する偏差算出手段と、この偏差算出手段の算出値が設定値を超えたときに、ゼロゲインまたは積分ゲインのうちゼロゲインを選択するスイッチからの信号と比例ゲインの信号とを加算することにより比例ゲインを選択し前記偏差算出手段の算出値が前記設定値以下のときには、ゼロゲインまたは積分ゲインのうち積分ゲインを選択するスイッチからの信号と比例ゲインの信号とを加算することにより比例積分ゲインを選択し各選択したゲインで前記偏差算出手段の算出値を補正する偏差補正手段と、前記流量調整弁のオフセットに関する信号と前記偏差補正手段により補正された算出値に関する信号とを増幅して開度信号を生成する開度信号生成手段と、前記開度信号に従った電磁力を前記油圧サーボ回路に与えるサーボコイルとからなる油圧サーボ制御システムを提案する。
【００１２】
前記手段によれば、油圧サーボ弁に対する指令値（流量指令値）と実際の検出値（開度または流量）とを比較して両者の偏差（制御偏差）が設定値の範囲から外れているときには、単一の要素ゲインまたは比例ゲインを選択し、両者の偏差が設定値の範囲内にあるときには複数の要素を含むゲインまたは比例積分ゲインを選択し、各選択したゲインで両者の偏差を補正して制御信号を生成し、生成された制御信号に従った電磁力を油圧サーボ弁に与えるようにしているため、一部の電磁力発生手段が故障しても流量の偏差を補正できる。
【００１３】
また流量調整弁の開度と開度指令値との偏差を算出し、この算出値が設定値を越えたときに単一の要素ゲインまたは比例ゲインを選択し、算出値が設定値以下のときには複数の要素を含むゲインまたは比例積分ゲインを選択し、各選択したゲインで偏差算出値を補正し、補正された算出値に基づいた開度信号をサーボコイルに供給するようにしているため、一部のサーボコイルに断線などの異常が生じても、弁開度の偏差を補正できる。
【００１４】
さらに、電磁力発生手段またはサーボコイルに対する制御系が互いに独立して構成されているため、一部の制御系が故障などによって異常になっても、制御対象を高精度に制御できるとともに、各制御系ごとに保守点検でき、保守点検作業が容易になる。さらに制御系の一部が人為的ミスによって異常になってもシステム全体が停止するのを防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すシステムの全体構成図である。図１において、油圧サーボ制御システムは、例えば、火力プラントにおいて主蒸気または燃料流量を制御するためのシステムとして、ドライブ回路１０，１２，１４、油圧サーボ弁１６、開度計２０，２２，２４などを備えて構成されている。油圧サーボ弁１６の流量調整弁１８は主蒸気または燃料を供給するための流体流路（図示省略）中に設けられており、流量調整弁１８の開度を調整することで主蒸気または燃料の供給量（流量）が制御される。油圧サーボ弁１６の調整による流量または流量調整弁１８の開度は開度計２０，２２，２４によって検出され、各開度計２０〜２４の検出値がそれぞれドライブ回路１０，１２，１４に入力されている。すなわち開度計２０〜２４はそれぞれ流量検出手段または開度検出手段として構成されており、各開度計２０〜２４、ドライブ回路１０〜１４は制御系の１要素として構成されている。なお、本実施形態においては、複数の制御系（多重制御系）として３重の制御系の構成のみを示しているが、４重系以上でも同様に構成できる。また、各ドライブ回路１０〜１４は同一の構成であるため、以下、ドライブ回路１０の構成を基本として説明する。
【００１６】
ドライブ回路１０は、制御信号生成手段として、減算器２６，偏差開始器２８，比例ゲイン３０，積分ゲイン３２，ゼロゲイン３４，スイッチ３６，加算器３８，オフセット４０，サーボアンプ４２を備えて構成されている。減算器２６は、油圧サーボ弁１６に対する指令値、具体的には流量調整弁１８に対する指令値（弁開度指令値）と開度計２０の計測による検出値とを比較して両者の偏差（制御偏差）を算出する偏差算出手段として構成されており、減算器２６の算出値が偏差監視器２８，比例ゲイン３０，積分ゲイン３２に入力されている。偏差監視器２８は、減算器２６の算出値を監視し、偏差の算出値が設定値の範囲から外れているときまたは偏差の算出値が設定値よりも大きいときにはゼロゲイン３４を選択するための信号をスイッチ３６に出力し、偏差の算出値が設定値の範囲内にあるときまたは偏差の算出値が設定値よりも小さいときには積分ゲイン３２を選択するための信号をスイッチ３６に出力する。また偏差の算出値は比例ゲイン３０と掛け算されて加算器３８に入力されている。また偏差の算出値は積分ゲイン３２と掛け算されてスイッチ３６に入力される。スイッチ３６は偏差監視器２８からの信号に応答して、ゼロゲイン３４または積分ゲイン３２を選択し、選択した信号を加算器３８に出力する。加算器３８は積分ゲイン３０からの信号とスイッチ３６からの信号とを加算し、加算した信号をサーボアンプ４０に出力する。すなわち、偏差監視器２８，比例ゲイン３０，積分ゲイン３２，ゼロゲイン３４，スイッチ３６，加算器３８は、偏差の算出値が設定値の範囲から外れているときまたは偏差の算出値が設定値よりも大きいときには単一の要素ゲインとして比例ゲイン３０を選択し、偏差の算出値が設定値の範囲内にあるときまたは偏差の算出値が設定値よりも小さいときには複数の要素を含むゲインとして、比例積分ゲイン（比例ゲイン３０＋積分ゲイン３２）を選択し、各選択したゲインで偏差の算出値を補正する偏差補正手段として構成されている。
【００１７】
サーボアンプ４２の入力側には加算器３８からの信号とともにオフセット４０に関する信号が入力されている。オフセット４０に関する信号は、流量調整弁１８に閉弁方向の弾性力を与えるコイルスプリングの弾性力を考慮し、このコイルスプリングの弾性力を３分割した値に対応付けて設定されている。サーボアンプ４２は、オフセット４０に関する信号と加算器３８からの信号を増幅し、制御信号としての開度信号を生成する開度信号生成手段として構成されており、開度信号が図２に示すトルクモータ４４に供給されている。
【００１８】
トルクモータ４４は、Ｕ字型の固定子４６，４８、回転子５０を備えており，固定子４６，４８の両端にそれぞれ磁極の相異なる磁石が固定されている。回転子５０はその中央部が軸５２によって回転自在に固定されており、この軸５２には回転子５２と交差するパイプ５４が回転自在に固定されている。回転子５０の外周側には多コイルとして、３本のサーボコイル５６，５８，６０が巻き付けられており、各サーボコイル５６，５８，６０はそれぞれドライブ回路１０〜１４のサーボアンプに接続されている。各サーボコイル５６〜６０に開度信号による電流が流れると、その電流の極性に応じた磁極が回転子５０の両端に形成され、各磁極が固定子４６，４８の磁石と吸引または反発することにより回転子５０とパイプ５４が軸５２を中心として回動する。すなわち、サーボコイル５６，５８，６０は電磁力発生手段として構成されており、サーボコイル５６〜６０から発生する電磁力、すなわち起磁力によって回転子５０とパイプ５４が軸５２を中心として回動する。
【００１９】
パイプ５４は、油圧サーボ弁１６の１要素として、制御油を供給するための配管６２の管路途中に設けられており、パイプ５４の一端にはノズル６４が設けられている。ノズル６４は油圧アクチュエータ６６の制御油導入口６８に配置されており、制御油導入口６８は、パイプ７０を介してシリンダ室７２の両側に接続されている。このシリンダ室７２内には可動部７４が往復動自在に挿入されており、パイプ５４の回動に伴ってノズル６４が回動することで、制御油の供給経路が切り替わり、制御油の供給経路の切り替わりに応じて可動部７４がシリンダ室７２内を往復動する。シリンダ室７２は配管７４を介して配管６２に接続されているとともに油圧シリンダ７６に接続されている。油圧シリンダ７６は油圧アクチュエータ６６，パイプ５４，配管６２，７４とともに油圧サーボ回路を構成するようになっており、油圧シリンダ７６のシリンダ室７８内にはピストン８０が往復動自在に挿入されている。ピストン８０のピストンロッド８２が流量調整弁１８に接続されているとともに開度計２０，２２，２４に接続されている。さらにピストンロッド８２の外周にはコイルスプリング８４が巻き付けられている。このコイルスプリング８４からは、矢印で示す方向の弾性力が発生し、この弾性力は、流量調整弁１８に対して閉弁方向に作用する。開度計２２〜２４は、例えば、差動トランスを用いて構成されており、各開度計２２〜２４はピストンロッド８２の移動に応じて振幅が変化する交流の開度信号を出力する。
【００２０】
ここで、サーボコイル５６〜６０に供給される開度信号の電流に従って回転子５０から矢印で示す方向の電磁力が発生すると、パイプ５４が矢印で示す方向に回動し、パイプ７０内には矢印で示す方向に制御油が流れ、可動部７４の移動に伴って油圧シリンダ７６に油圧が供給され、ピストン８０の移動に伴って流量調整弁１８の開度が調整される。
【００２１】
次に、図３を参照して、本実施形態におけるシステムの作用を説明する。
まず、油圧サーボ弁１６に対する開度指令値がドライブ回路１０に入力されると、この開度指令値と開度計２２の検出値との偏差が減算器２６において算出され、この算出値が偏差開始器２８において設定値と比較される。この設定値Ｇの範囲または大きさは、サーボコイル５６，５８，６０のうち１本のサーボコイルが断線したときの油圧サーボ弁１６のフルストロークに対する偏差の１〜２％に設定されている。なお、３本のサーボコイル５６，５８，６０のうち２本のサーボコイルが断線したときを考慮したときには、設定値Ｇの大きささを２〜３％に設定すればよい。
【００２２】
制御偏差の算出値が設定値の範囲から外れているときまたは設定値Ｇよりも大きいときにはゼロゲイン３４が選択され、加算器３８において比例ゲイン３０のみで偏差の算出値が補正される。このあと制御偏差に関する算出値が設定値の範囲内または設定値Ｇよりも小さくなったときには、積分ゲイン３２がスイッチ３６によって設定され、比例ゲイン３０と積分ゲイン３２とが加算器３８で加算され、比例積分ゲインによって偏差の算出値が補正されることになる。制御偏差の算出値が比例ゲイン３０と比例積分ゲイン（比例ゲイン３０＋積分ゲイン３２）で補正されたあとサーボアンプ４２で増幅される開度信号が生成される。この開度信号がサーボコイル５６に入力されると、油圧サーボ弁１６は実線で示す応答特性を示すことになる。この結果、制御偏差が大きいときには比例ゲイン３０によって即応性のある制御特性を示し、制御偏差が設定値Ｇの範囲になったときには比例積分ゲインによって定常偏差を補正した特性を示し、弁開度の偏差を高精度に補正できる。
【００２３】
このような制御が行われている過程で、例えば、タイミングｔ１において３本のサーボコイル５６〜６０のうち１本のサーボコイルが断線したときには、オフセット４０の一部が喪失することにより偏差が一旦発生する。しかし、この偏差は設定値Ｇの範囲内にあるため、制御ゲインは比例積分ゲインとなり、積分ゲイン３２の働きで弁開度の偏差が高精度に補正され、１本のサーボコイルの断線によっても弁開度を高精度に維持できる。
【００２４】
なお、制御ゲインとして比例ゲイン３０のみを用いた場合には、図４に示すように、ステップ応答に対する追従性を、油圧サーボ弁１６そのものの持つ追従特性に応じて良好な結果を示す。しかし、タイミングｔ１に示すように、一部のサーボコイルが断線すると、オフセットの一部が失われることによってコイルスプリング８４の弾性力との釣合いが取れなくなり、弁開度は指令値に対して定常的に偏差を持ったままとなる。
【００２５】
また、制御ゲインとして比例積分ゲインのみを用いた場合には、図５に示すように、ステップ応答に対する特性は、制御系そのものに遅れ要素があることから、油圧サーボ弁１６の持つ機械的追従特性よりさらに制御系の遅れを重畳した分だけ遅れることになる。ただし、一部のサーボコイルが断線したときには、タイミングｔ１に示すように、積分要素ゲインの有する定常偏差補正機能により、オフセットの一部喪失に伴う偏差は吸収され、結果として弁開度の偏差は補正される。
【００２６】
本実施形態によれば、制御偏差の大きさに応じて制御ゲインを切り替わるようにしているため、制御の応答性を高め、一部のサーボコイルの断線によっても開度の偏差を補正でき、油圧サーボ弁１６の弁開度を高精度に制御できる。さらに制御系が互いに独立に構成されているため、一部の制御系の異常によってシステム全体が停止するのを防止できるとともに、制御系ごとに保守点検でき、信頼性および保守性が高まる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、制御偏差の大きさに応じて制御ゲインを切り替わるようにしているため、制御の応答性を高め、一部の制御系の異常によっても制御対象を高精度に制御できる。さらに制御系が互いに独立に構成されているため、一部の制御系の異常によってシステム全体が停止するのを防止できるとともに、制御系ごとに保守点検でき、信頼性および保守性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステムの全体構成図である。
【図２】油圧サーボ弁の概略構成図である。
【図３】本実施形態におけるシステムのステップ応答特性図である。
【図４】比例ゲインのみを用いたときのみのステップ応答特性図である。
【図５】比例積分ゲインのみを用いたときのステップ応答特性図である。
【符号の説明】
１０，１２，１４ドライブ回路
１６油圧サーボ弁
１８流量調整弁
２０，２２，２４開度計
２６演算器
２８偏差監視器
３０比例ゲイン
３２積分ゲイン
３４ゼロゲイン
３６スイッチ
３８加算器
４０オフセット
４２サーボアンプ
４４トルクモータ
５６，５８，６０サーボコイル
６６油圧アクチュエータ
７６油圧シリンダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydraulic servo control device, and more particularly to a hydraulic servo control device suitable for controlling the opening of a hydraulic servo valve in a thermal power plant.
[0002]
[Prior art]
In the thermal power plant, a valve for adjusting the main steam amount and a valve for adjusting the fuel flow rate are used. For example, a main steam control valve for adjusting the main steam amount of a steam turbine in a steam power plant, and a fuel flow rate control valve for adjusting a fuel flow rate in a gas turbine-combined plant are used. In consideration of control responsiveness and accuracy, hydraulic servo valves are usually used.
[0003]
The hydraulic servo valve includes a valve inserted into a fluid flow path that forms a flow path of a fluid such as steam, a piston connected to the valve, a cylinder that reciprocally moves the piston, and a cylinder A hydraulic actuator for supplying hydraulic pressure is provided, and this hydraulic actuator is connected to the torque motor. A torque motor that adjusts the hydraulic pressure of the hydraulic actuator is provided with a servo coil that generates electromagnetic force in response to an opening signal. In order to improve reliability, this servo coil is normally composed of two to three, and a multi-coil hydraulic servo valve is constructed by employing a plurality of coils . In the drive circuit that drives the torque motor, the deviation between the output signal of the opening meter that detects the opening of the valve and the opening command is obtained, and the opening signal is obtained by multiplying this opening deviation by the control gain. A circuit configuration that generates and supplies a current according to the opening signal to the servo coil is employed. The control gain of the drive circuit used for the multi-coil hydraulic servo valve is configured with a proportional gain as an element since high responsiveness to the opening degree deviation is required.
[0004]
A coil spring is wound around the piston rod inserted into the cylinder of the multi-coil hydraulic servo valve, and the elastic force of this coil spring always acts in the closing direction with respect to the valve . For this reason, when the power supply of the control system is cut off and no current is supplied to the servo coil, the valve closes the fluid flow path by the elastic force of the coil spring, and the entire system is shifted in the safe direction . In this case, the offset is set as a null bias in the drive circuit in consideration of the elastic force of the coil spring that urges the valve in the valve closing direction when the power is shut off. A configuration is adopted in which the opening degree of the valve is controlled while keeping the balance with the elastic force of the coil spring by adding an offset signal indicating the null bias to the opening degree signal. In other words, the transmission system that transmits the signal obtained by correcting the opening deviation (control deviation) with the control gain to multiple coils is divided into multiple transmission systems, and each transmission system is provided with an amplifier (servo amplifier). The null bias that takes into account the elastic force of the spring uses a value obtained by dividing the elastic force of the coil spring according to the number of coils when the power is shut off, and this value is added to the input side of each amplifier as an offset signal. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art, the system connecting the control gain element and each coil is simply composed of a plurality of transmission systems. Therefore, when some of the coils are disconnected, from the amplifier connected to the disconnected coil. The signal is not supplied to the coil, the offset of the entire control system is deviated by the offset assigned to the failed system, the valve opening is deviated, and the servo valve cannot be controlled with high accuracy.
[0006]
Furthermore, only the system connecting the control gain element and each coil in the drive circuit is composed of multiple systems, but the other elements are a single system. If an element common to the coil fails, the servo valve cannot be controlled, and the reliability of the system may be impaired. In addition, because the drive circuit is not independent for each coil, maintenance cannot be performed while the coil common parts are in operation, and maintenance procedures that take into account the common parts of each coil are necessary. Work is troublesome. Further, when the common part of each coil is damaged due to human error, the system operation is stopped even if the servo amplifier is configured in multiple redundant configurations.
[0007]
As a double servo amplifier, if two servo coils are connected to a two-stage amplifier and each amplifier is connected to a resistor constituting a positive feedback circuit, one servo coil is disconnected. In some cases, by doubling the gain of one amplifier, it is possible to absorb the offset accompanying the disconnection of one servo coil . However, even if this method is adopted, the entire system will stop if some of the resistors or amplifiers fail.
[0008]
An object of the present invention is to provide a hydraulic servo control device and a hydraulic servo control system that can control a controlled object even when an abnormality occurs in a part of the multiple control systems.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of control systems for controlling the drive of the hydraulic servo valve, with a hydraulic servo valve that adjusts the flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path in response to electromagnetic force as a control target. Each control system comprises a flow rate detection means for detecting a flow rate by adjusting the hydraulic servo valve, and a difference between the command value for the hydraulic servo valve and the detection value of the flow rate detection means is set. When the value is out of the range, the proportional gain is selected by adding the signal from the switch that selects the zero gain of the zero gain or integral gain and the proportional gain signal, and the deviation between the two is within the set value range. when in the selection of the proportional integral gain by adding the signal with the proportional gain of the signal from the switch for selecting the integral gain of zero gain or integral gain And a hydraulic servo control comprising a force generating means for providing a control signal generating means for generating a control signal by correcting the deviation of the both in gain and the selected, the electromagnetic force in accordance with the control signal to the hydraulic servo valve Propose the device .
[0010]
The present invention is also directed to a flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path with an opening according to the hydraulic pressure, and the flow rate adjusting valve is controlled by a hydraulic pressure corresponding to electromagnetic force. A plurality of control systems connected via a hydraulic servo circuit for driving and controlling the drive of the hydraulic servo circuit, each control system comprising: an opening degree detecting means for detecting an opening degree of the flow rate adjustment valve; Deviation calculating means for calculating the deviation between the opening command value and the detected value of the opening detecting means, and when the calculated value of the deviation calculating means exceeds a set value , the zero gain is selected from zero gain or integral gain when the calculated value of the deviation calculation means selects the proportional gain by adding the signal of the signal proportional gain from the switch is less than the set value, the scan selecting the integral gain of zero gain or integral gain A deviation correcting means for correcting the select proportional integral gain calculation value of said deviation calculation means with a gain that is each selected by adding the signal with the proportional gain of the signal from the pitch signal regarding the offset of the flow control valve And an opening signal generating means for amplifying the signal relating to the calculated value corrected by the deviation correcting means to generate an opening signal, and a servo coil for applying an electromagnetic force according to the opening signal to the hydraulic servo circuit; Suggest hydraulic servo control system consisting of.
[0011]
The present invention further includes a flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path with an opening degree according to the hydraulic pressure, a hydraulic servo circuit that drives the flow rate adjusting valve with a hydraulic pressure corresponding to an electromagnetic force, and the hydraulic pressure A plurality of control systems for controlling the drive of the servo circuit, each control system comprising: an opening degree detecting means for detecting an opening degree of the flow rate adjusting valve; an opening degree command value; and a detected value of the opening degree detecting means. A deviation calculating means for calculating a deviation from the above, and when a calculated value of the deviation calculating means exceeds a set value, a signal from a switch for selecting zero gain of zero gain or integral gain and a signal of proportional gain are added be added to the time calculated value of the selected said deviation calculation means a proportional gain of less than the set value, a signal proportional gain of the signal from the switch for selecting the integral gain of zero gain or integral gain by A signal related to the proportional integral gain selecting a deviation correction means for correcting the calculated value of the deviation calculation means with a gain that each selected, corrected calculated value signal related to the offset of the flow control valve and by the deviation correcting means by the amplifies proposes the opening signal generating means for generating a position signal, a hydraulic servo control system including a servo coil providing an electromagnetic force in accordance with the opening signal to the hydraulic servo circuit.
[0012]
According to the above means, when the command value (flow rate command value) for the hydraulic servo valve is compared with the actual detection value (opening or flow rate) and the deviation (control deviation) between them is out of the set value range. Select a single element gain or proportional gain, select a gain that includes multiple elements or a proportional integral gain when the deviation between the two is within the set value range, and correct the deviation between the two with each selected gain. Since the control signal is generated and the electromagnetic force according to the generated control signal is applied to the hydraulic servovalve, the flow rate deviation can be corrected even if a part of the electromagnetic force generating means fails .
[0013]
Also, the deviation between the opening of the flow rate adjustment valve and the opening command value is calculated, and when this calculated value exceeds the set value, a single element gain or proportional gain is selected, and when the calculated value is less than the set value, Since a gain including a plurality of elements or a proportional integral gain is selected, the deviation calculation value is corrected with each selected gain, and an opening signal based on the corrected calculation value is supplied to the servo coil. Even if an abnormality such as disconnection occurs in the servo coil of the part, the deviation of the valve opening can be corrected.
[0014]
Furthermore, since the control systems for the electromagnetic force generation means or servo coil are configured independently of each other, even if some control systems become abnormal due to a failure, etc., the controlled object can be controlled with high precision and each control Maintenance inspection can be performed for each system, and maintenance inspection work becomes easy. Furthermore, even if a part of the control system becomes abnormal due to human error, the entire system can be prevented from stopping .
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings .
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a system showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the hydraulic servo control system is, for example, a drive circuit 10, 12, 14, a hydraulic servo valve 16, an opening meter 20, 22, 24, etc. as a system for controlling the main steam or fuel flow rate in a thermal power plant. It is configured with. The flow rate adjusting valve 18 of the hydraulic servo valve 16 is provided in a fluid flow path (not shown) for supplying main steam or fuel. By adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve 18, the flow rate adjusting valve 18 controls the main steam or fuel. The supply amount (flow rate) is controlled. The flow rate by the adjustment of the hydraulic servo valve 16 or the opening degree of the flow rate adjusting valve 18 is detected by the opening meters 20, 22, and 24, and the detected values of the opening meters 20 to 24 are input to the drive circuits 10, 12, and 14, respectively. Has been. That is, the opening meters 20 to 24 are respectively configured as flow rate detection means or opening detection means, and each of the opening meters 20 to 24 and the drive circuits 10 to 14 are configured as one element of the control system. In the present embodiment, only the configuration of a triple control system is shown as a plurality of control systems (multiple control systems), but a configuration with a quadruple system or more can be similarly configured. In addition, since the drive circuits 10 to 14 have the same configuration, the following description is based on the configuration of the drive circuit 10.
[0016]
The drive circuit 10 includes a subtractor 26, a deviation starter 28, a proportional gain 30, an integral gain 32, a zero gain 34, a switch 36, an adder 38, an offset 40, and a servo amplifier 42 as control signal generating means. Yes. The subtractor 26 compares a command value for the hydraulic servo valve 16, specifically, a command value for the flow rate adjustment valve 18 (valve opening command value) with a detected value obtained by measurement of the opening meter 20, and the difference between them ( The calculated value of the subtractor 26 is input to the deviation monitor 28, the proportional gain 30, and the integral gain 32. The deviation monitor 28 monitors the calculated value of the subtractor 26, and a signal for selecting the zero gain 34 when the calculated deviation value is out of the set value range or when the calculated deviation value is larger than the set value. Is output to the switch 36. When the calculated deviation value is within the set value range or when the calculated deviation value is smaller than the set value, a signal for selecting the integral gain 32 is output to the switch 36 . The calculated value of the deviation is multiplied by the proportional gain 30 and input to the adder 38. The calculated deviation value is multiplied by the integral gain 32 and input to the switch 36. The switch 36 selects the zero gain 34 or the integral gain 32 in response to the signal from the deviation monitor 28, and outputs the selected signal to the adder 38 . The adder 38 adds the signal from the integral gain 30 and the signal from the switch 36 and outputs the added signal to the servo amplifier 40 . That is, the deviation monitor 28, the proportional gain 30, the integral gain 32, the zero gain 34, the switch 36, and the adder 38 are used when the calculated deviation value is out of the set value range or when the calculated deviation value is smaller than the set value. When the value is large, the proportional gain 30 is selected as a single element gain. When the calculated deviation value is within the set value range or when the calculated deviation value is smaller than the set value, the proportional integral is selected as a gain including a plurality of elements. A gain (proportional gain 30 + integral gain 32) is selected, and deviation correction means is configured to correct the calculated value of the deviation with each selected gain.
[0017]
A signal related to the offset 40 is input to the input side of the servo amplifier 42 together with a signal from the adder 38. The signal related to the offset 40 is set in association with the value obtained by dividing the elastic force of the coil spring into three, considering the elastic force of the coil spring that gives the flow regulating valve 18 an elastic force in the valve closing direction. The servo amplifier 42 is configured as an opening signal generating means for amplifying the signal relating to the offset 40 and the signal from the adder 38 and generating an opening signal as a control signal. The opening signal is a torque shown in FIG. It is supplied to the motor 44.
[0018]
The torque motor 44 includes U-shaped stators 46 and 48 and a rotor 50, and magnets having different magnetic poles are fixed to both ends of the stators 46 and 48. A central portion of the rotor 50 is rotatably fixed by a shaft 52, and a pipe 54 intersecting the rotor 52 is rotatably fixed to the shaft 52. Three servo coils 56, 58, 60 are wound around the outer periphery of the rotor 50 as multiple coils, and each servo coil 56, 58, 60 is connected to a servo amplifier of a drive circuit 10-14, respectively. Yes. When a current based on the opening signal flows through each servo coil 56-60, magnetic poles corresponding to the polarity of the current are formed at both ends of the rotor 50, and each magnetic pole attracts or repels the magnets of the stators 46, 48. As a result, the rotor 50 and the pipe 54 rotate about the shaft 52 . That is, the servo coils 56, 58, 60 are configured as electromagnetic force generating means, and the rotor 50 and the pipe 54 are rotated around the shaft 52 by the electromagnetic force generated from the servo coils 56-60, that is, the magnetomotive force. .
[0019]
The pipe 54 is provided as an element of the hydraulic servo valve 16 in the middle of a pipe 62 for supplying control oil, and a nozzle 64 is provided at one end of the pipe 54. The nozzle 64 is disposed in a control oil introduction port 68 of the hydraulic actuator 66, and the control oil introduction port 68 is connected to both sides of the cylinder chamber 72 via a pipe 70. A movable portion 74 is reciprocally inserted in the cylinder chamber 72, and the control oil supply path is switched by rotating the nozzle 64 as the pipe 54 rotates, so that the control oil supply path is switched. The movable portion 74 reciprocates in the cylinder chamber 72 in accordance with the switching . The cylinder chamber 72 is connected to a pipe 62 through a pipe 74 and is connected to a hydraulic cylinder 76. The hydraulic cylinder 76 constitutes a hydraulic servo circuit together with the hydraulic actuator 66, the pipe 54, and the pipes 62 and 74, and a piston 80 is inserted into the cylinder chamber 78 of the hydraulic cylinder 76 so as to freely reciprocate. A piston rod 82 of the piston 80 is connected to the flow rate adjustment valve 18 and to the opening meters 20, 22, and 24. Further, a coil spring 84 is wound around the outer periphery of the piston rod 82. The coil spring 84 generates an elastic force in the direction indicated by the arrow, and this elastic force acts on the flow rate adjusting valve 18 in the valve closing direction . The opening meters 22 to 24 are configured using, for example, a differential transformer, and each opening meter 22 to 24 outputs an AC opening signal whose amplitude changes according to the movement of the piston rod 82 .
[0020]
Here, when the electromagnetic force in the direction indicated by the arrow is generated from the rotor 50 in accordance with the current of the opening signal supplied to the servo coils 56 to 60, the pipe 54 rotates in the direction indicated by the arrow, The control oil flows in the direction indicated by the arrow, the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic cylinder 76 as the movable portion 74 moves, and the opening degree of the flow rate adjusting valve 18 is adjusted as the piston 80 moves.
[0021]
Next, the operation of the system in the present embodiment will be described with reference to FIG .
First, when the opening command value for the hydraulic servo valve 16 is input to the drive circuit 10, a deviation between the opening command value and the detected value of the opening meter 22 is calculated by the subtractor 26, and this calculated value is calculated as the deviation. It is compared with the set value in the initiator 28. The range or size of the set value G is set to 1 to 2% of the deviation with respect to the full stroke of the hydraulic servo valve 16 when one of the servo coils 56, 58, 60 is disconnected. In consideration of the case where two of the three servo coils 56, 58, 60 are disconnected, the magnitude of the set value G may be set to 2-3%.
[0022]
When the calculated value of the control deviation is out of the set value range or larger than the set value G, the zero gain 34 is selected, and the adder 38 corrects the calculated calculated value with only the proportional gain 30. Thereafter, when the calculated value related to the control deviation falls within the set value range or becomes smaller than the set value G, the integral gain 32 is set by the switch 36, and the proportional gain 30 and the integral gain 32 are added by the adder 38. The calculated value of the deviation is corrected by the proportional integral gain. After the calculated value of the control deviation is corrected by the proportional gain 30 and the proportional integral gain (proportional gain 30 + integral gain 32), an opening signal amplified by the servo amplifier 42 is generated. When this opening degree signal is input to the servo coil 56, the hydraulic servo valve 16 exhibits a response characteristic indicated by a solid line. As a result, when the control deviation is large, a proportional control characteristic is shown by the proportional gain 30, and when the control deviation is in the set value G range, the steady deviation is corrected by the proportional integral gain. Deviation can be corrected with high accuracy .
[0023]
In the process in which such control is performed, for example, when one servo coil of the three servo coils 56 to 60 is disconnected at the timing t1, a part of the offset 40 is lost, so that the deviation is temporarily reduced. appear. However, since this deviation is within the set value G, the control gain becomes a proportional integral gain, and the deviation of the valve opening is corrected with high accuracy by the action of the integral gain 32, and even if one servo coil is disconnected. The valve opening can be maintained with high accuracy .
[0024]
When only the proportional gain 30 is used as the control gain, as shown in FIG. 4, the tracking performance with respect to the step response shows a good result according to the tracking characteristics of the hydraulic servo valve 16 itself. However, as shown in the timing t1, when some servo coils are disconnected, a part of the offset is lost, so that the balance with the elastic force of the coil spring 84 cannot be achieved, and the valve opening is steady with respect to the command value. Will still have a deviation.
[0025]
Further, when only the proportional integral gain is used as the control gain, the characteristic for the step response has a delay element in the control system itself as shown in FIG. Further, the control system delays by the amount of the superimposed control system delay. However, when some servo coils are disconnected, as shown at timing t1, the steady deviation correction function of the integral element gain absorbs the deviation due to the partial loss of the offset, and as a result, the deviation of the valve opening is It is corrected.
[0026]
According to the present embodiment, since the control gain is switched according to the magnitude of the control deviation, the control responsiveness can be improved, and the deviation of the opening can be corrected by disconnection of some servo coils. The valve opening degree of the servo valve 16 can be controlled with high accuracy . Further, since the control systems are configured independently of each other, it is possible to prevent the entire system from being stopped due to an abnormality of a part of the control systems, and maintenance and inspection can be performed for each control system, thereby improving reliability and maintainability .
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the control gain is switched according to the magnitude of the control deviation, the control responsiveness can be improved, and the control target can be controlled with high accuracy even if some control system is abnormal . Further, since the control systems are configured independently of each other, it is possible to prevent the entire system from being stopped due to an abnormality of a part of the control systems, and maintenance and inspection can be performed for each control system, thereby improving reliability and maintainability .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a system showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a hydraulic servo valve.
FIG. 3 is a step response characteristic diagram of the system in the present embodiment.
FIG. 4 is a step response characteristic diagram only when only proportional gain is used.
FIG. 5 is a step response characteristic diagram when only a proportional integral gain is used.
[Explanation of symbols]
10, 12, 14 Drive circuit 16 Hydraulic servo valve 18 Flow rate adjustment valve 20, 22, 24 Opening meter 26 Calculator 28 Deviation monitor 30 Proportional gain 32 Integral gain 34 Zero gain 36 Switch 38 Adder 40 Offset 42 Servo amplifier 44 Torque Motor 56, 58, 60 Servo coil 66 Hydraulic actuator 76 Hydraulic cylinder

Claims

A hydraulic servo valve that adjusts the flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path in response to electromagnetic force is a control target, and includes a plurality of control systems that control driving of the hydraulic servo valve, and each control system includes the hydraulic servo The flow rate detection means for detecting the flow rate by adjusting the valve and the command value for the hydraulic servo valve and the detection value of the flow rate detection means are compared, and if the deviation between them is out of the set value range , zero gain or integration When the proportional gain is selected by adding the signal from the switch that selects the zero gain of the gain and the signal of the proportional gain, and the deviation between the two is within the set value range, the integral gain of the zero gain or the integral gain deviation of the both the signal and the gain obtained by the selected select proportional integral gain by adding the signal of the proportional gain from a switch for selecting Corrected control signal generating means for generating a control signal, a hydraulic servo control system consisting of an electromagnetic force generating means for applying an electromagnetic force in accordance with the control signal to the hydraulic servo valve.

A hydraulic servo circuit that drives a flow rate adjusting valve with a hydraulic pressure corresponding to an electromagnetic force is set as a control target for a flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path with an opening according to the hydraulic pressure. And a plurality of control systems for controlling the drive of the hydraulic servo circuit, each control system comprising: an opening degree detecting means for detecting an opening degree of the flow rate adjusting valve; an opening degree command value; Deviation calculation means for calculating the deviation from the detection value of the opening detection means, and proportional to the signal from the switch for selecting zero gain of zero gain or integral gain when the calculated value of the deviation calculation means exceeds the set value when the calculated value of the deviation calculation means selects the proportional gain by adding the gain of the signal is less than the set value, the signal from the switch for selecting the integral gain of zero gain or integral gain A deviation correcting means for correcting the calculated value of the deviation calculation means selects a proportional integral gain by the gain obtained by the selection by adding the signal of the proportional gain, the signal and the deviation correction means about an offset of the flow rate control valve and opening signal generating means for generating a position signal by amplifying the signal related to the corrected calculated value, the hydraulic servo control system consisting of a servo coil providing an electromagnetic force in accordance with the opening signal to the hydraulic servo circuit .

A flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path with an opening according to the hydraulic pressure, a hydraulic servo circuit that drives the flow rate adjustment valve with hydraulic pressure according to electromagnetic force, and controls the drive of the hydraulic servo circuit A plurality of control systems, each of the control systems calculating an opening degree detecting means for detecting the opening degree of the flow rate adjusting valve, and a deviation between the opening degree command value and the detected value of the opening degree detecting means. Select the proportional gain by adding the deviation calculation means and the signal from the switch that selects the zero gain of the zero gain or integral gain and the proportional gain signal when the calculated value of the deviation calculation means exceeds the set value and when the calculated value of the deviation calculation means is equal to or less than the set value, the proportional product by adding the signal with a signal proportional gain from the switch for selecting the integral gain of zero gain or integral gain Deviation correction means for selecting a gain and correcting the calculated value of the deviation calculation means with each selected gain, and a signal related to the offset of the flow rate adjusting valve and a signal related to the calculated value corrected by the deviation correction means hydraulic servo control system including a servo coil providing a position signal generating means for generating a position signal, an electromagnetic force in accordance with the opening signal to the hydraulic servo circuit.