JP4244088B2 - 多変数制御方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の制御対象をそれぞれの要求値に基づき制御する多変数制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
多変数制御は、複数の制御対象をそれぞれの要求値に基づき、互いの干渉を排除して定常状態を制御する方法であり、複雑な制御等に用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
多変数制御では目的の状態を維持するためには、要求値とその出力との関係が線形性を有すること、つまり要求値に対して出力を一意的に決めることが必要とされる。しかし制御対象によっては多変数制御と並行して出力を制限する制限制御が行われ、線形性を維持できなくなることがある。制限制御により出力が制限されると、多変数制御では他の出力を変化させても各制御対象の要求値を実現するような制御を行なおうとするため、意図しない状態になる場合が発生する。
【0004】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、出力に制限を受ける制御対象があっても多変数制御を正常に実施できる制御方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、発明では、第1の出力と第2の出力とを共通要求値に基づき制御する多変数制御方法において、
第1の制御対象の値と第2の制御対象の値とが互いに対応付けられた作動関係が定まっており、
前記作動関係に従うように、第1の制御対象の値と前記共通要求値とが対応付けられた第1の対応関係が定まっており、前記作動関係に従うように、第2の制御対象の値と前記共通要求値とが対応付けられた第2の対応関係が定まっており、
(A)第1の要求値変換器において、入力される前記共通要求値を第1の対応関係に適用することで得られる第1の制御対象の値を第1の制御要求値として取得し、第2の要求値変換器において、入力される前記共通要求値を第2の対応関係に適用することで得られる第2の制御対象の値を第2の制御要求値として取得し、
(B)第1の制御対象の値と第2の制御対象の値が第1の制御要求値と第2の制御要求値となるように、第1の出力と第2の出力を制御し、
(C)第1の出力が制限されることで第1の制御対象が制限される場合、第1の制御対象の制限値を第1の制御対象の値として第1の対応関係に適用し、これにより得られる共通要求値を、修正した共通要求値として第1および第2の要求値変換器へ入力する。
本発明の好ましい実施形態によると、第1の出力は、ジェットエンジンにおける燃焼器に供給する燃料流量であり、第2の出力は、前記ジェットエンジンにおける排気ノズルの開口面積であり、
前記ジェットエンジンは、空気を取り入れてファンで圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した空気に燃料を噴射して燃焼する前記燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されて前記圧縮機を駆動するタービンと、前記タービンの排気を排出する前記排気ノズルと、を備え、
第1の制御対象は、前記圧縮機の回転数であり、第2の制御対象は、前記圧縮機の出口の圧力である。
【0006】
いずれかの出力が他の制御により制限を受けた場合、共通要求値を変えて該当する出力が前記制限される出力となるようにする。これにより要求値と出力との関係を多変数制御の条件を満たすようにすることができ、多変数制御を正常に持続することができる。また多変数制御により制限制御と同じ状態を作り出すことができる。
【0007】
本発明の好ましい実施形態によると第1の出力の制限が解除されたとき修正した前記共通要求値を元に戻した後多変数制御を行なう。
【0008】
他の制御による影響がなくなると変更した要求値を元に戻し、正常な多変数制御に復帰する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施形態の制御ブロック図である。本制御ブロック図は本発明をジェットエンジンの制御に適用した場合を示すものなので、先ず図6によりジェットエンジンの構造を説明する。本ジエットエンジンは、空気を取入れファンで圧縮する低圧圧縮機21と、この低圧圧縮機21で圧縮した空気を更に圧縮する高圧圧縮機22と、この高圧圧縮機22で圧縮した空気に燃料を噴射して燃焼する燃焼器23と、燃焼器23の燃焼ガスにより回転し高圧圧縮機22を駆動する高圧タービン24と低圧圧縮機21を駆動する低圧タービン25と、タービン24,25の排気を排出する排気ノズル26を備えている。
【0010】
図1において、要求発生部1は制御する基本要求値(共通要求値)を発生するもので、操縦者等である。操縦者はPLA(パワーレバーアングル)を動かすことにより基本要求値を出力する。制限制御部2は基本要求値に基づいて行われる多変数制御の出力に制限を与える制御を多変数制御と並行して行なう。基本要求値調整器3は制限制御により出力に制限を受けたとき、要求値を変更し出力が制限値以内になるようにするもので、変更した修正要求値PLA’(修正した共通要求値)を出力する。制限を受けないときは基本要求値PLAをそのまま出力する。
【0011】
要求値変換器4,5は修正要求値PLA’を装置に適合した具体的な要求値(制御要求値)に変換するもので、この場合2つの要求値に変換する。要求値変換器4は修正要求値PLA’を要求値a(第1の制御要求値)に変換する。要求値aは低圧圧縮機21の回転数とする。要求値変換器5は修正要求値PLA’を要求値b(第2の制御要求値)に変換する。要求値bは低圧圧縮機21の出口の圧力でこの圧力はある基準の圧力に対する圧力比で表す。多変数制御器6は複数の制御対象をそれぞれの要求値に基づき、互いの干渉を排除して定常状態を制御して各要求値に対する出力を出すもので、要求値aに対する出力Aは燃焼器23に供給する燃料流量とし、要求値bに対する出力Bは排気ノズルの開口面積とする。
【0012】
図2は基本要求値調整器3の回路図を示す。第1スイッチ10は信号CがT(TRUE、真)のとき予め定めた負値を出力し、F(FALSE、偽)のとき0を出力する。第2スイッチ11は信号DがTのとき第1スイッチ10の出力をそのまま出力し、Fのとき予め定めた正値を出力する。なお、信号C,信号Dは制限制御部2から出力される。加算器12は第2スイッチ11の出力と遅延器13の出力を加算する。遅延器13は加算器12の出力を保持し次の加算時に出力する。この加算器12と遅延器13の組み合わせにより第2スイッチ11の出力を積算してゆくことができる。リミッタ14は加算値を設定した範囲内に制限するもので、この場合0から−αの範囲としている。加算器15は加算器12の出力と基本要求値PLAを加算し修正要求値PLA’を出力する。リミッタ16は修正要求値PLA’を設定した範囲内に制限する。
【0013】
図3は要求値変換器の変換方法を示す図で、(a)は要求値変換器4を示し、(b)は要求値変換器5を示す。基本要求値PLAまたは修正要求値PLA’に対して(a)は低圧圧縮機21の回転数が、(b)は低圧圧縮機21の出口の圧力比が決められている。図4は低圧圧縮機21の作動線を示す図である。作動線はサージラインに掛からず、低圧圧縮機21が適切に作動する回転数と圧力比となるように定められている。図3に示した任意の基本要求値PLAまたは修正要求値PLA’に対する回転数と圧力比によって示される点は図4に示す作動線に乗るように定められている。多変数制御器6では要求値の回転数と圧力比となるように出力の燃料流量と排気ノズルの開口面積を制御する。これにより作動線上での運転が行われる。
【0014】
次に動作について説明する。多変数制御の出力に制限を与える制限制御が行われず、多変数制御のみ行われる場合は、基本要求値PLAが要求変換器4、5により低圧圧縮機21の回転数と圧力比に変換され、多変数制御器6は要求値として与えられた回転数と圧力比となるよう出力の燃料流量と排気ノズルの開口面積を制御する。これにより図4に示す作動線上での運転が行われ、適切な多変数制御が行われる。
【0015】
次に多変数制御の制御対象に対し制限制御が並行して行われる場合について説明する。制限制御としては、例えば最大回転数制御により出力Aの燃料流量に制限を受け燃料流量が少なくなる場合を説明する。出力Aが制限されると回転数も制限され、要求値aと実際の回転数に偏差を生じるとともに要求値aと要求値bとの関係がくずれ、作動線上での運転はできなくなる。
【0016】
図5は制限制御が行われた場合の操作を説明する図で、(a)は要求値変換器4の内容を示し、(b)は要求値変換器5の内容を示す。出力Aの燃料流量が制限を受けるためこれに応じて回転数も制限を受け、回転数の制限がe点となる。このためPLAの値が直線cで示され回転数の要求値がd点で示された場合、要求回転数をe点に下げる。このe点を通る直線fに対応するPLAを修正要求値PLA’とする。このPLA’はPLAより矢印gを減じた値である。この修正要求値PLA’により決まる回転数と圧力比は図4に示す作動線上の値になるので、正常な多変数制御を行うことができる。
【0017】
次に基本要求値PLAを修正要求値PLA’に変更する手順を図2を用いて説明する。制限制御部2は基本要求値PLAと要求値変換器4、5を監視しており出力Aの制限により要求値aも制限される場合、信号Cと信号DをTにして第1スイッチ10と第2スイッチ11に出力する。これにより第1スイッチ10からの負値が加算器12に出力され、基本要求値PLAに加算され、値を少なくした修正要求値PLA’を出力する。信号C,Dを持続して出力することにより負値が積算されPLAは徐々に小さくなる。PLA’により決まる回転数の要求値aが図5で示すe点の制限値になったとき、信号CをFにし、信号DはTのままとすると、加算器12には0が入力され、図5の直線fで示されるPLA’が得られる。この場合制限制御を行わないで多変数制御により回転数を制限していることと同じになる。
【0018】
制限制御による制限が外された場合は、信号DをFにすると正値が出力され小さくしたPLAの値を徐々に元の値に回復してゆく。この場合遅延器13に蓄積された負値が正値により少なくなるため、PLAに加算される負値が少なくなり、負値が正値と等しくなったところでPLAの値がそのまま出力される。
【0019】
以上の説明は本発明をジェットエンジンに適用した場合であるが、他の装置にも適用可能である。また上記説明では1つの基本要求値から2つの要求値を生成したが、複数の基本要求値から複数の要求値を生成してもよい。
【0020】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、多変数制御をしている制御対象に他の制御が行われ出力が制限され、その状態では正常な多変数制御が行われなくなる場合でも、その制限に応じて要求値を変更することにより正常な多変数制御を行うことができる。また他の制御の制限が外れた場合、制限のかからない状態に復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の制御ブロック図である。
【図2】基本要求値調整器の回路図である。
【図3】要求値変換器を説明する図である。
【図4】低圧圧縮機の作動線を示す図である。
【図5】修正要求値を算出する説明図である。
【図6】ジェットエンジンの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 要求発生部
2 制限制御部
3 基本要求値調整器
4,5 要求値変換器
6 多変数制御器
10 第1スイッチ
11 第2スイッチ
12,15 加算器
13 遅延器
14,16 リミッタ

Claims (3)

  1. 第1の出力と第2の出力とを共通要求値に基づき制御する多変数制御方法において、
    第1の制御対象の値と第2の制御対象の値とが互いに対応付けられた作動関係が定まっており、
    前記作動関係に従うように、第1の制御対象の値と前記共通要求値とが対応付けられた第1の対応関係が定まっており、前記作動関係に従うように、第2の制御対象の値と前記共通要求値とが対応付けられた第2の対応関係が定まっており、
    (A)第1の要求値変換器において、入力される前記共通要求値を第1の対応関係に適用することで得られる第1の制御対象の値を第1の制御要求値として取得し、第2の要求値変換器において、入力される前記共通要求値を第2の対応関係に適用することで得られる第2の制御対象の値を第2の制御要求値として取得し、
    (B)第1の制御対象の値と第2の制御対象の値が第1の制御要求値と第2の制御要求値となるように、第1の出力と第2の出力を制御し、
    (C)第1の出力が制限されることで第1の制御対象が制限される場合、第1の制御対象の制限値を第1の制御対象の値として第1の対応関係に適用し、これにより得られる共通要求値を、修正した共通要求値として第1および第2の要求値変換器へ入力する、ことを特徴とする多変数制御方法。
  2. 第1の出力は、ジェットエンジンにおける燃焼器に供給する燃料流量であり、第2の出力は、前記ジェットエンジンにおける排気ノズルの開口面積であり、
    前記ジェットエンジンは、空気を取り入れてファンで圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した空気に燃料を噴射して燃焼する前記燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されて前記圧縮機を駆動するタービンと、前記タービンの排気を排出する前記排気ノズルと、を備え、
    第1の制御対象は、前記圧縮機の回転数であり、第2の制御対象は、前記圧縮機の出口の圧力である、ことを特徴とする請求項1記載の多変数制御方法。
  3. 第1の出力の制限が解除されたとき修正した前記共通要求値を元に戻した後多変数制御を行なうことを特徴とする請求項1または2記載の多変数制御方法。
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