JPH07182008A - デュアル制御装置及びデュアル制御方法 - Google Patents

デュアル制御装置及びデュアル制御方法

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JPH07182008A
JPH07182008A JP6252574A JP25257494A JPH07182008A JP H07182008 A JPH07182008 A JP H07182008A JP 6252574 A JP6252574 A JP 6252574A JP 25257494 A JP25257494 A JP 25257494A JP H07182008 A JPH07182008 A JP H07182008A
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0055Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements
    • G05D1/0077Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements using redundant signals or controls

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  • Safety Devices In Control Systems (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 共通パラメータの大きさを表す信号を生成し
てそれぞれ制御器に出力する2つのセンサSS1,SS
2を用い、その出力に基づいてシステム制御を行う。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。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。第1センサ(ローカルセンサ)が、より厳
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
に収まった場合には第1センサを復帰させる。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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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(communication bus)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(N tests)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(same operating point)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
(fault accomodation)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(com
municate)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(power lever advance)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N
2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”in range”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”in range”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。S
11では、前回に異常と判定されたセンサが、"in rang
e"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”in range”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、
(N PASSES AND LOCAL SENSOR IS WITHIN RANGE)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 (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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、 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。
  2. 【請求項2】 前記シグナルプロセッサは、 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を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の制御装置。
  3. 【請求項3】 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
    る値となる場合に前記異常信号を解除する手段を有する
    ことを特徴とする請求項2記載の制御装置。
  4. 【請求項4】 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3記載の制御装置。
  5. 【請求項5】 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4記載の制御
    装置。
  6. 【請求項6】 連結された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場合には両センサの平均値を
    用いることを特徴とするガスタービン制御装置。
  7. 【請求項7】 前記シグナルプロセッサは、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を有することを
    特徴とする請求項6記載のガスタービン制御装置。
  8. 【請求項8】 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
    方のエンジン動作状態として、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7記載のガスタービン制御装
    置。
  9. 【請求項9】 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8記載のガスタービン制御装置。
  10. 【請求項10】 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、 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。
  11. 【請求項11】 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10記載の方
    法。
  12. 【請求項12】 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
    程を有することを特徴とする請求項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 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12記載の方法。
JP25257494A 1993-10-20 1994-10-19 デュアル制御装置及びデュアル制御方法 Expired - Fee Related JP3589712B2 (ja)

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US08/139,485 US5436826A (en) 1993-10-20 1993-10-20 Dual control with dual sensor averaging and substitution

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