JPH0565890B2 - - Google Patents

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JPH0565890B2
JPH0565890B2 JP56187750A JP18775081A JPH0565890B2 JP H0565890 B2 JPH0565890 B2 JP H0565890B2 JP 56187750 A JP56187750 A JP 56187750A JP 18775081 A JP18775081 A JP 18775081A JP H0565890 B2 JPH0565890 B2 JP H0565890B2
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JP56187750A
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JPS5890218A (ja
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Juichi Watarai
Tetsuo Saito
Masahiro Sawazato
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)
  • Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水力発電所において水車の速度お
よび出力を調整する比例・積分・微分演算形電気
式調速機に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の比例・積分・微分演算形電気式
調速機として、第1図に示す構成からなるものが
知られている。すなわち、第1図において、参照
符号10は速度設定器、12は速度検出器、14
はPID演算器を示す。速度検出器12は、水車発
電機16の回転数を電気信号に変換して検出する
ものであり、前記速度設定器10の出力信号と速
度検出器12の検出信号との減算を行つて、速度
偏差信号Δfを得る。このようにして得られた速
度偏差信号Δfは、速度垂下率演算器18の出力
信号Δpとの偏差信号をPID演算器14に入力さ
れ、このPID演算器14においてPID演算を行
い、適正なサーボモータ開度指令値を出力する。
なお、このPID演算器14の出力信号は、開度調
節器20、アクチユエータ22およびサーボモー
タ24を介して水理系26を制御し、水車発電機
16の出力を適正に制御する。この場合、サーボ
モータ24により水理系の開閉調整を行う際のサ
ーボモータ開度は、開度検出器28で検出し、こ
の開度検出器28で得られたサーボモータ開度実
際値と前記PID演算器14で得られるサーボモー
タ開度指令値との偏差信号Δsを開度調節器20
に入力する。従つて、開度調節器20では、前記
偏差信号Δsに比例した開度調節信号Δs′を出力し
て、アクチユエータ22を制御する。アクチユエ
ータ22は、前記開度調節信号Δs′を機械的偏位
に変換してサーボモータ24の開閉操作を行う。
そして、このサーボモータ24の開閉動作によ
り、水理系26および水車発電機16を介してそ
の出力実周波数が上昇または下降する。また、前
記開度検出器28で得られるサーボモータ開度実
際値は、負荷設定器30の設定信号との偏差信号
を速度垂下率演算器18に入力し、この速度垂下
率演算器18で速度垂下率信号Δpを演算により
求める。
しかるに、前記速度偏差信号Δfおよび速度垂
下率信号Δpは、サーボモータ24の開閉操作に
より水理系26および水車発電機16を介してそ
の出力実周波数が上昇または下降することによつ
て、次第に減少するよう調整される。従つて、こ
のように構成された電気式調速機は、前記信号
Δf、Δpが所定値以内となるまで制御動作を行う。
なお、前記電気式調速機において、PID演算器
14は、第2図a〜cに示すような回路構成から
なるものが好適に使用できる。すなわち、第2図
aに示すものは、比例演算器32と積分演算器3
4と微分演算器36とを並列接続し、各演算器の
出力を加算するように構成したものである。ま
た、第2図bに示すものは、微分演算器36と積
分演算器34と復原用微分演算器38とからな
り、入力信号を微分演算器36により微分演算し
た出力と前記入力信号と加算し、これを積分演算
器34へ入力する際に積分演算器34の出力を復
原用微分演算器38を介して得られた微分演算出
力との偏差を求めて積分演算するよう構成したも
のである。さらに、第2図cに示すものは、微分
演算器36と比例・積分演算器40とからなり、
入力信号を微分演算器36により微分演算した出
力と前記入力信号とを加算し、これを比例・積分
演算器40で比例・積分演算するよう構成したも
のである。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述した制御動作を行う電気式調速機におい
て、アクチユエータ22は、実際上第3図に示す
ように、水路の水圧上昇値を制限する目的でサー
ボモータ24の最大動作速度を制限すべく、飽和
特性を有する。このため、例えば、速度設定値ま
たは負荷の急変により、速度偏差信号Δfまたは
速度垂下率演算器18の出力信号Δpが大きくな
つた場合、PID演算器14の制御動作にサーボモ
ータ24が追従しきれなくなる。従つて、前記速
度偏差信号Δfおよび速度垂下率信号Δpが解消さ
れず、PID演算器14の積分演算器34〔第2図
a,b参照〕または比例・積分演算器〔第2図c
参照〕の積分項が必要以上の積分動作を行う。こ
の結果、PID演算器14の出力(特性曲線)お
よびサーボモータ24の出力(特性曲線)は、
第4図に示すように、オーバーシユートおよびア
ンダーシユートを起生する。なお、第4図aは、
アクチユエータ22が第3図に示すような飽和特
性を有する場合の開度調節ループの特性曲線図で
あり、第4図bは、アクチユエータ22が飽和特
性を有しない場合の開度調節ループの特性曲線図
である。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであつて、PID演算器の演算結
果にサーボモータを追従させるように構成した開
度調節ループにおいて、制御対象の飽和特性と適
合するように、PID演算器の積分演算器の出力が
制限され、サーボモータ制御の速応性と安定性が
高められた電気式調速機を提供することを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明においては、 速度設定器10の設定出力と水車発電機16の
検出出力との偏差信号を入力してPID演算を行う
PID演算器14と、このPID演算器の出力に基づ
いて開度調節器20およびアクチユエータ22を
介して水理系26の開閉操作を行うサーボモータ
24と、このサーボモータによる水理系の開度を
検出する開度検出器28と、PID演算器の出力と
開度検出器の出力との偏差信号Δfを開度調節器
に入力する開度調節ループと、よりなる電気式調
速機に、2個の電圧設定器42,44の出力V1
−V2に開度検出器の出力GVを加算して得られる
二つの設定電圧L1,L2を積分演算器に供給する
設定電圧供給回路を開度検出器28とPID演算器
の積分演算器40,34との間に設け、設定電圧
L1,L2を直接積分演算器に供給するようにした。
〔作用〕
積分演算器40,34は供給された設定電圧
L1とL2に基づいて、その値がサーボモータの実
開度に比例するL1とL2の間に値の積分演算結果
を出力し、開度調節器は、PID演算器の出力と開
度検出器の出力の偏差ΔSに基づいて、アクチユ
エータ特性の直線性のよい範囲−V2〜V1の制御
出力をアクチユエータに与えて、サーボモータの
開度を調節する。
〔実施例〕
次に、本発明に係る電気式調速機の実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
第5図は、本発明に係る電気式調速機の一実施
例を示す回路図である。なお、説明の便宜上、第
1図および第2図に示す回路と同一の構成部分に
ついては、同一の参照符号を付して詳細な説明は
省略する。
すなわち、本実施例回路は、PID演算器14を
第2図cに示す構成としたもので、PID演算器1
4と、開度調節器20と、アクチユエータ22
と、サーボモータ24と、開度検出器28とから
なる開度調節ループを示したものである。そこ
で、本実施例においては、2種の電圧設定器4
2,44を設け、これらの電圧設定器42,44
の設定電圧V1,−V2に開度検出器28の出力GV
を加算して、それぞれ電圧値L1およびL2を設定
する。そして、これらの設定電圧L1,L2をそれ
ぞれダイオード46,48を介してPID演算器1
4を構成する比例・積分演算器40に供給するこ
とにより、演算器40の出力が電圧値L1=GV+
V1とL2=GV−V2の間の値、即ちサーボモータ
の実開度に比例するL1〜L2の範囲内の値に制限
される出力リミツタ回路50を構成する。
従つて、前記実施例回路で得られる開度調節ル
ープの特性は、第6図に示すように、従来のアク
チユエータ22が飽和特性を有しない場合〔第4
図b参照〕と同様のPID演算器14の出力(特性
曲線)とサーボモータ24の出力(特性曲線
)との比例追従関係となる。
第7図は、本発明に係る電気式調速機の別の実
施例を示すもので、PID演算器14を第2図aに
示す構成とした場合の開度調節ループの回路図で
ある。本実施例回路においては、PID演算器14
を構成する比例演算器32の出力と微分演算器3
6の出力とを加算し、得られた出力と開度検出器
28の出力との偏差出力を電圧設定器42,44
の設定電圧に加算するよう構成する。従つて、こ
のようにして得られた設定電圧L1,L2をそれぞ
れダイオード46,48を介してPID演算器14
を構成する積分演算器34に供給することにより
出力リミツタ回路を構成する。このように構成す
ることにより、前記実施例と同様の優れた特性を
有する開度調節ループを形成することができる。
このような構成からなる本実施例回路によれ
ば、比例・積分演算器40の出力が予め設定した
電圧L1以上になると、ダイオード46が導通し
て比例・積分演算器40の出力は設定電圧L1
制限される。また、逆に比例・積分演算器40の
出力が設定電圧L2以下になると、ダイオード4
8が導通して比例・積分演算器40の出力は設定
電圧L2に制限される。この結果、前記電圧設定
器42,44の電圧設定値をそれぞれV1,−V2
すれば、開度調節器20の制御出力範囲は第3図
におけるV1から−V2となり、比例・積分演算器
40も必要以上の積分動作を行うことなく、第4
図aに示すようなオーバーシユートやアンダーシ
ユートの発生を防止し、常に高い速応性と安定性
とを保持する開度調節ループが得られる。なお、
前記電圧設定器42,44の電圧設定値は、開度
調節器20のゲインをA倍とした場合、それぞれ
V1/A、−V2/Aとし、若干の余裕を持たせれば
好適である。
第8図は、本発明に係る電気式調速機のさらに
別の実施例を示すもので、PID演算器14を第2
図bに示す構成とした場合の開度調節ループの回
路図である。本実施例回路においては、第5図に
示す回路と同様に、開度検出器28の出力を電圧
設定器42,44の設定電圧に加算して、それぞ
れ電圧値L1,L2を設定する。そして、これらの
設定電圧L1,L2をそれぞれダイオード46,4
8を介してPID演算器14を構成する積分演算器
34に供給ることにより出力リミツタ回路を構成
する。従つて、このように構成することによつて
も、前記実施例と同様の優れた特性を有する開度
調節ループを形成することができる。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、2個の
電圧設定器の出力に開度検出器の出力を加算して
得られる二つの設定電圧を積分演算器に供給する
設定電圧供給回路を開度検出器とPID演算器の積
分演算器との間に設けて、設定電圧を直接積分演
算器に供給し、積分演算器は、供給された設定電
圧L1とL2に基づいて、その値がサーボモータの
実開度に比例する範囲内の値の積分演算結果を出
力するようにしたので、開度調節器はPID演算器
の出力と開度検出器の出力の偏差に基づいて、ア
クチユエータ特性の直接性のよい範囲(−V2
V1)の制御出力をアクチユエータに与えて、サ
ーボモータの開度を調節するので、オーバーシユ
ートやアンダーシユートの発生が防止され、常に
高い速応性と安定性とを保持する開度調節ループ
が得られる、という効果が奏される。
以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明は前述した電気式調速機に限定される
ことなく、例えば飽和特性を有する制御対象に対
してPID演算形制御装置の演算結果を追従させる
ループを備える各種制御装置に広範に適用するこ
とができ、その他本発明の精神を逸脱しない範囲
内において種々の設計変更をなし得ることは勿論
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電気式調速機のブロツク回路
図、第2図a〜cは第1図に示すPID演算器のそ
れぞれ異なる回路例を示すブロツク図、第3図は
第1図に示すアクチユエータの飽和特性線図、第
4図aは第1図に示すアクチユエータが飽和特性
を有する場合の開度調節ループの特性曲線図、第
4図bは第1図に示すアクチユエータが飽和特性
を有しない場合の開度調節ループの特性曲線図、
第5図は本発明に係る電気式調速機の一実施例を
示す開度調節ループのブロツク回路図、第6図は
第5図に示す回路の特性曲線図、第7図および第
8図は本発明に係る電気式調速機のそれぞれ別の
実施例を示す開度調節ループのブロツク回路図で
ある。 10……速度設定器、12……速度検出器、1
4……PID演算器、16……水車発電機、18…
…速度垂下率演算器、20……開度調節器、22
……アクチユエータ、24……サーボモータ、2
6……水理系、28……開度検出器、30……負
荷設定器、32……比例演算器、34……積分演
算器、36……微分演算器、38……復原用微分
演算器、40……比例・積分演算器、42,44
……電圧設定器、46,48……ダイオード、5
0……出力リミツタ回路、……PID演算器の出
力特性曲線、……サーボモータの出力特性曲
線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 速度設定器の設定出力と水車発電機の検出出
    力との偏差信号を入力してPID演算を行うPID演
    算器と、このPID演算器の出力に基づいて開度調
    節器およびアクチユエータを介して水理系の開閉
    操作を行うサーボモータと、このサーボモータに
    よる水理系の開度を検出する開度検出器と、前記
    PID演算器の出力と前記開度検出器の出力との偏
    差信号を前記開度調節器に入力する開度調節ルー
    プと、よりなる電気式調速機において、 前記開度検出器と前記PID演算器の積分演算器
    との間に設けられ、2個の電圧設定器の出力に前
    記開度検出器の出力を加算して得られる二つの設
    定電圧を前記積分演算器に供給する設定電圧供給
    回路を備え、 前記積分演算器の出力を前記の二つの設定電圧
    の間の値に制限するようになした、 ことを特徴とする電気式調速機。
JP56187750A 1981-11-25 1981-11-25 電気式調速機 Granted JPS5890218A (ja)

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JPS5890218A JPS5890218A (ja) 1983-05-28
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Families Citing this family (2)

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JPH0731521B2 (ja) * 1987-07-30 1995-04-10 富士電機株式会社 電気式調速装置
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