JP4008088B2 - 制御信号の信号処理方式 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御信号の信号処理方式に関し、ノイズをカットすると共に、制御信号の状態安定化時には処理すべき制御信号の変動を受けずに高追従性を実現するようにした処理を行うものである。
【０００２】
【従来の技術】
制御信号は一般に状態を瞬時にとらえて制御演算し、状態安定時には安定した制御演算をする必要があり、そのために演算をすべき制御信号は高追従性と安定性をもって信号処理し、演算制御に供されなければならない。図６は一般的な信号処理の一例を示す図である。図において、制御信号Ｓは変化率リミタ１０で信号処理され、制御信号Ｍとなり、図示省略の演算部で処理されるが、変化率リミタ１０には起こり得る最大の変化率１１が設定されている。今この変化率を１００％／分に設定すると、制御信号Ｓは１００％／分までの変化率で変化する信号は通過し、それ以上の変化率はカットされ、制御信号Ｍを得ている。このような信号処理は、ガスタービンの圧縮機に用いられているＩＧＶ（Inlet Guide Vane) やバイパス弁の制御信号の処理に適用されており、高追従性と安定性が要求されている。
【０００３】
図５は図６で示す信号処理方式による制御信号の波形を示す図である。図において、実線は処理前の制御信号Ｓ、点線は処理後の制御信号Ｍを示し、（Ａ）は変化率１００％／分もしくはそれ以下の変化率で変動する部分であり、図ではほとんどが変化率（Ａ）で変動している。（Ｂ）は変化率が速い３００％／分の部分であり、ノイズ的な変動に相当している。処理後の点線で示す制御信号Ｍは（Ａ）の変化率は変化率リミタ１０に設定してあるので、制御信号Ｓに追従し、ノイズ的な変化率（Ｂ）の信号はカット（変化率リミタ１０により変化率１００％に制限）されて図示の点線で示すように処理される。
【０００４】
一方、図５において、２０，２１，２２の範囲（変化率が３００％／分の部分を除く）では制御信号は状態安定時にあり、これらの部分は、安定したフラットの処理信号の方が好ましいが、図示のように制御信号Ｓの変動に追従して制御信号Ｍは同じように変化して処理されてしまい、安定したフラットな制御信号が得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンのＩＧＶやバイパス弁の制御信号は高追従性と安定化した信号処理をしないと、圧縮機の空気量の変動やバイパス弁の振動によるブッシュの摩耗等の不具合の原因となるので状態安定時にはできるだけ安定した制御信号の処理が必要である。一方、前述のように従来の変化率リミタ等を用いる信号処理方式では、ノイズ的な信号はカットされるが、状態安定時においても設定したレートの変化率で変動してしまい、安定したフラットの制御信号が得られず、ガスタービンのＩＧＶやバイパス弁の制御信号としては状態安定時において制御が安定せず、不具合の原因となってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、変化率のレートを設定し、設定値よりも大きな変化率をカットする信号処理方式において、ノイズ的な変動の信号はカットし、変動時には高追従性を有し、状態安定時には信号の変動の影響を受けずに安定した処理信号が得られる制御信号の処理方式を提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【０００８】
制御信号を所定の変化率を設定した第１の制限回路を通し、同所定の変化率以内の信号には追従し、同所定の変化率以上の信号はカットして処理する信号処理方式において、前記処理前の制御信号を偏差上下限チエック回路および切換回路にて設定された変化率により第２の制限回路で処理し、同第２の制限回路で処理された信号と前記処理前の制御信号との偏差を求める減算器と；同減算器で求められた前記偏差の信号を受け、同偏差が大きい場合には大きな変化率となり小さい場合には小さな変化率となる所定の変化率パターンに従って同偏差に対応する変化率を出力する信号発生回路とを備え；前記偏差上下限チエック回路は、前記減算器で求められた前記偏差を受けて前記偏差が基準値よりも大きいか否かを判定するものであり、前記切換回路は、前記偏差上下限チエック回路からの信号を受けて前記偏差が基準値より大きい場合には大きい変化率を設定し、同偏差が基準値より小さい場合には小さい変化率を設定するものであり、前記信号発生回路から出力された前記変化率を前記第１の制限回路の前記所定の変化率の設定値とすることを特徴とする制御信号の信号処理方式。
【０００９】
本発明の信号処理方式では、減算器において、例えば制御信号を１００％／分の変化率で変化させておき、これ以上の変化率の信号を除去して処理した信号と、処理すべき制御信号との偏差を求める。この偏差は信号発生回路に入力され、信号発生回路では偏差が大きい時には、例えば１００％／分の大きな変化率を出力し、偏差が小さいと小さな変化率を出力する。この信号発生回路の出力する変化率は第１の制限回路の変化率として設定されるので、結果として制御信号は状態が安定した時には小さな変化率、即ちほとんどフラットに近い信号に、変化率が大きく、かつ偏差の大きい状態ではそのまま追従し、更に、設定変化率よりも大きい変化率のノイズはカットされる。
【００１０】
従って本発明の信号処理方式は、高追従性を有し、かつ状態の安定時には信号の変動に影響されない安定した信号処理ができ、ガスタービンのＩＧＶやバイパス弁の制御信号に適用すれば、空気量制御が安定して行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る制御信号の信号処理方式の系統図である。図において、制御信号Ｓは変化率リミタ１０（第１の制限回路）で処理されて制御信号Ｎを得る構成は図６の従来例と同じ構成であるが、本発明では変化率リミタ１０のレート設定に次に説明するような特徴を持たせたものである。
【００１２】
図１において、１は減算器で、２は信号発生回路であり、後述する図２に示す特性の信号を発生させ、この信号を変化率として変化率リミタ１０のレート設定を行う。３は変化率リミタ（第２の制限回路）で、そのレート設定は切換回路４で行なわれる。５は偏差上下限チエック回路であり、制御信号Ｓと、切換回路４を介して設定したレートでの信号との偏差をチエックし、偏差が５％よりも大きいか否かをチエックするものである。１１，１２は切換回路４に入力される変化率で、それぞれ１００％／分、１％／分の変化率の信号である。
【００１３】
上記構成の信号処理の系統において、制御信号Ｓは変化率リミタ１０に入力されると共に、減算器１にも入力され、減算器１の出力である信号の偏差が信号発生回路２に入力される。信号発生回路２には図２に示す変化率と偏差との関係が設定されており、その信号の偏差に応じて変化率に出力し、変化率リミタ１０のレート設定を行う。
【００１４】
信号発生回路２で発生するレートは、図２に示すように、±３％までの偏差が小さい範囲では変化率は１００％／分以下の遅い変化率とし、偏差が±３％より大きな範囲では１００％／分として直ちに追従するように設定する。この結果変化率リミタ１０では偏差が大きい制御信号では１００％／分で追従し、偏差が小さい時には小さな変化率で追従し、特に、偏差が「０」に近い程変化率が小さくなるように追従する。
【００１５】
図３は上記図２で示す偏差を説明する図であり、変化率が高い、例えば１００％／分に近い部分２３では、処理前の制御信号Ｓと偏差発生信号Ｌとではほぼ５％近い偏差が生じる。一方、偏差が５％以下の変化率の比較的低い２４の部分では、切換回路４からのレートは１％であるため、偏差発生信号Ｌは１％ずつしか上昇せず（殆ど変化しない）、制御信号Ｓが戻り始めると、その偏差は徐徐に小さくなる。即ち、Ｓの変化率が１００％／分以下であれば、ＬはＳに対し、±５％以下の偏差を保ち追従する。なお、図２においては±５％に余裕をもたせ、±３％以上の偏差では変化率を１００％／分に設定している。
【００１６】
図１に戻り、減算器１では制御信号Ｓと、制御信号Ｓを変化率リミタ３で処理した信号との偏差を求め、前述のように信号発生回路２でその偏差に応じて変化率リミタ１０のレートを設定している。一方、変化率リミタ３のレートは、切換回路４の出力で設定され、切換回路４には変化率１００％／分の（Ａ）と１％／分の（Ｂ）が入力され、偏差上下限チエック回路５からの信号が±５％よりも大きい信号であると、変化率１００％の（Ａ）を、±５％よりも小さいと１％／分の（Ｂ）を変化率リミタ３のレートとして設定している。このように設定されたレートにより、変化率リミタ３で減算器１のレートを設定し、偏差を求めている。
【００１７】
図４は上記の図１に示す処理方式での制御信号のパターンを示す図であり、実線が処理前の制御信号Ｓ、一点鎖線が処理後の制御信号Ｎである。図示のように本実施の形態での信号処理方式では、偏差の大きい場合には（Ａ）の１００％／分の変化率で追従し、偏差の小さい場合の２０，２１，２２の範囲では小さな変化率でほとんどフラットな信号となる。なお、変化率が３００％／分の（Ｂ）のノイズ的変化は１００％／分の変化率に設定されるため、従来（図５参照）と同様に、変化率が１００％／分より大きい部分はカットされる。
【００１８】
このように、本実施の形態の信号処理方式によれば、偏差の大きい部分は（Ａ）の１００％／分の変化率で追従し、状態の安定した２０，２１，２２の範囲では、制御信号Ｓの変動を受けずに小さな変化率でほぼフラットな状態で信号処理されるので、ガスタービンのＩＧＶやバイパス弁の制御信号として用いれば空気量の制御が安定して行える。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の制御信号の信号処理方式は、制御信号を所定の変化率を設定した第１の制限回路を通し、同所定の変化率以内の信号には追従し、同所定の変化率以上の信号はカットして処理する信号処理方式において、前記処理前の制御信号を偏差上下限チエック回路および切換回路にて設定された変化率により第２の制限回路で処理し、同第２の制限回路で処理された信号と前記処理前の制御信号との偏差を求める減算器と；同減算器で求められた前記偏差の信号を受け、同偏差が大きい場合には大きな変化率となり小さい場合には小さな変化率となる所定の変化率パターンに従って同偏差に対応する変化率を出力する信号発生回路とを備え；前記偏差上下限チエック回路は、前記減算器で求められた前記偏差を受けて前記偏差が基準値よりも大きいか否かを判定するものであり、前記切換回路は、前記偏差上下限チエック回路からの信号を受けて前記偏差が基準値より大きい場合には大きい変化率を設定し、同偏差が基準値より小さい場合には小さい変化率を設定するものであり、前記信号発生回路から出力された前記変化率を前記第１の制限回路の前記所定の変化率の設定値とすることを特徴としている。このような制御方式により、状態安定時には信号の変動に影響されない安定した制御信号を得ることができ、かつ変化率の大きい部分では高追従性を有し、ノイズは従来と異なり、カットされるので、ガスタービンのＩＧＶやバイパス弁の制御信号処理に適用すれば、空気量制御の安定性が改善されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る制御信号の信号処理方式の系統図である。
【図２】図１における信号発生回路の出力する変化率のパターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る制御信号の信号処理方式における偏差の説明図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る制御信号の信号処理方式における結果を示す制御信号の波形図である。
【図５】従来の制御信号処理方式における制御信号の波形図である。
【図６】従来の制御信号処理方式の系統図である。
【符号の説明】
１ 演算器
２ 信号発生回路
３，１０ 変化率リミタ
４ 切換回路
５ 偏差上下限チエック回路
Ｓ，Ｎ 制御信号

Claims (1)

1. 制御信号を所定の変化率を設定した第１の制限回路を通し、同所定の変化率以内の信号には追従し、同所定の変化率以上の信号はカットして処理する信号処理方式において、前記処理前の制御信号を偏差上下限チエック回路および切換回路にて設定された変化率により第２の制限回路で処理し、同第２の制限回路で処理された信号と前記処理前の制御信号との偏差を求める減算器と；同減算器で求められた前記偏差の信号を受け、同偏差が大きい場合には大きな変化率となり小さい場合には小さな変化率となる所定の変化率パターンに従って同偏差に対応する変化率を出力する信号発生回路とを備え；前記偏差上下限チエック回路は、前記減算器で求められた前記偏差を受けて前記偏差が基準値よりも大きいか否かを判定するものであり、前記切換回路は、前記偏差上下限チエック回路からの信号を受けて前記偏差が基準値より大きい場合には大きい変化率を設定し、同偏差が基準値より小さい場合には小さい変化率を設定するものであり、前記信号発生回路から出力された前記変化率を前記第１の制限回路の前記所定の変化率の設定値とすることを特徴とする制御信号の信号処理方式。

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