JPH08101716A - 回転速度制御装置 - Google Patents

回転速度制御装置

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JPH08101716A
JPH08101716A JP6237133A JP23713394A JPH08101716A JP H08101716 A JPH08101716 A JP H08101716A JP 6237133 A JP6237133 A JP 6237133A JP 23713394 A JP23713394 A JP 23713394A JP H08101716 A JPH08101716 A JP H08101716A
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剛 山田
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勲 佐藤
Tomio Shigaki
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転機関に急激な負荷の変動が生じたときに
発生する回転速度のオーバーシュートが所定値を越えな
いようにするとともに整定時間を短縮する回転速度制御
装置を提供しようとするものである。 【構成】 フィードバック制御を行うフィードバック手
段1とフィードバック制御を行うフィードフォワード手
段3を併用する構成とし、フィードバック手段1は、通
常の負荷変動用と急激な負荷変動用の異なるPID定数
のPID制御を各々備えた第1フィードバック手段1a
と第2フィードバック手段1bとを有し、フィードフォ
ワード手段3は、機関に作用する負荷の変動を検出し、
その負荷信号の変化の速度と所定値とを比較し、所定値
を越えた場合に、急激な負荷変動用のPID定数のフィ
ードバック手段に切り換えるとともに、そのフィードバ
ック信号に負荷変動に応じた操作量のフィードフォワー
ド信号を加算して燃料ラック制御アクチュエータ4を操
作することにより、急激な負荷の変動に対してもオーバ
ーシュートの急激な上昇を防ぐとともに整定時間を短縮
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、回転機関の回転速度
の制御に係り、特にフィードバック制御により、燃料ラ
ックのアクチュエータを操作することにより回転速度を
制御する回転速度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、回転機関の回転速度の制御には、
図4に示すように、予め設定された目標回転数になるよ
うに、フィードバック制御により制御することが一般的
であり、所謂PID(Proportional,Integral,Derivati
veの頭文字) 制御が行われている。即ち、回転機関50
の回転速度を検出器51で検出し、この検出された回転
速度を演算部52に送り、この演算部52において目標
値との偏差を計算して制御演算部53に送り、制御演算
部53において所謂P動作(比例動作),I動作(積分
動作),D動作(微分動作)による偏差に応じて燃料ラ
ック制御アクチュエータ54を操作する量を調節して燃
料ラック制御アクチュエータ54に出力することによ
り、回転機関50の制御を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
PID制御では、PID定数(比例帯、積分時間、微分
時間)が予め最適制御となるように設定されているが、
外乱による負荷の変動に対して、回転速度を対応させよ
うとするため、急激な負荷の変動が生じると、回転速度
が揺動して、安定するまでに時間がかかるという問題が
ある。
【0004】例えば、図5に示すように、負荷が急激に
下がると回転速度が急激に上昇し、それが一定の値に落
ちつくまでの時間tは、長時間を要する。即ち、時間t
は、PID定数により決まり、このPID定数は通常の
速度変動に対して最適制御となるように設定されている
ものであるから、急激な変動に対しても、通常の変動と
同様に対応するため、通常の変動よりも安定するまでに
長時間を要するのである。
【0005】また、図5に示されている回転速度の行き
過ぎ量(以下オーバーシュートという)θには、一定の
制限があり、この制限を越えた場合に、構成部品の破
損、制御の乱れ等の不具合が生じるという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
を解決するために、回転機関の回転速度を目標回転速度
にフィードバック制御するフィードバック手段と、外乱
を検出してフィードフォワード信号を送出するフィード
フォワード手段とにより燃料ラック制御アクチュエータ
を操作する回転速度制御装置において、操作量の異なる
ように設定された第1及び第2フィードバック手段と、
前記第1又は第2フィードバック手段の一方に切り換え
る切替え手段と、アクチュエータ位置、回転速度により
機関に作用する負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷
信号と所定値とを比較する比較手段及び負荷信号に応じ
たフィードフォワード信号を出力する関数発生器を備え
たフィードフォワード手段と、前記第1又は第2フィー
ドバック手段からの信号及び前記フィードフォワード信
号を加算して燃料ラック制御用アクチュエータに信号を
発する演算部とを有し、前記第1フィードバック手段
は、前記第2フィードバック手段よりも操作量が大きく
なるように設定され、前記フィードフォワード手段は、
前記負荷信号が所定値を越えた時に、所定時間、切替え
手段を前記第1フィードバック手段に切り換えるととも
にフィードフォワード信号を演算部に加算するように設
定されているものとした。
【0007】
【作用】上記手段によると、フィードフォワード手段
が、回転速度やアクチュエータ位置等の回転機関に作用
する負荷の変化を常に負荷信号として検出し、この負荷
信号と予め設定された所定値と比較しており、負荷信号
が所定値以下である場合においては、フィードフォワー
ド手段は作動せず、切替え手段は第2フィードバック手
段に接続しており、この第2フィードバック手段が演算
部を介して燃料ラックのアクチュエータを操作すること
より回転機関の回転速度を制御するようになってる。
【0008】そして、負荷信号が所定値を越えると、フ
ィードフォワード手段が、切替信号を発して、切替え手
段が第1フィードバック手段に切り換えられるととも
に、負荷信号に応じたフィードフォワード信号が演算部
に加算され、第1フィードバック手段からの信号に加算
されて演算部から出力され、燃料ラックのアクチュエー
タを操作して回転機関の回転速度を制御することによ
り、制御系の時間的遅れによる整定時間の遅延を防止す
るようになっている。
【0009】
【実施例】以下、この発明に係る回転速度制御装置の実
施例について、図面に基づいて説明する。
【0010】この発明に係る実施例は、図1に示すよう
に、フィードバック手段1を構成する第1フィードバッ
ク手段1a及び第2フィードバック手段1bと、両者を
切り換える切替えスイッチ2と、この切替えスイッチ2
を切り換えるとともに切替えスイッチ2からの出力にフ
ィードフォワード信号を印加するフィードフォワード手
段3とで構成される。
【0011】回転機関4の回転速度の目標値は、図示さ
れていない指令装置から発せられ、送出される。印加さ
れた目標値は、切替えスイッチ2が第1フィードバック
手段側端子2aに接続されている場合には、第1フィー
ドバック手段1aにより制御され、切替えスイッチ2が
第2フィードバック手段側端子2bに接続されている場
合には、第2フィードバック手段1bにより制御される
ようになっている。
【0012】第1,第2フィードバック手段1a,1b
は、回転機関4の回転速度を検出部5により検出し、そ
の検出信号をフィードバックさせて目標値との偏差から
操作信号を発し、機関の燃料ラック制御アクチュエータ
6を操作することにより回転機関4の回転速度を制御す
るものである。そして、これらの制御はPID制御によ
り制御され、各々異なるPID定数を設定することによ
り燃料ラック制御アクチュエータ6を操作する操作量が
異なるようになっている。
【0013】第1フィードバック手段1aを構成するP
ID制御のPID定数は急激な負荷変動用に設定されて
いる。即ち、負荷の急激な変動により回転速度のオーバ
ーシュートが所定値を越えた場合にできるだけ早く回転
機関4の回転速度が目標値に戻るようにPID定数を設
定している。例えば、回転速度を制御する燃料ラック制
御アクチュエータ6の出力は、偏差に比例し、比例帯
(P)に反比例するので、比例帯(P)の値を小さく設
定して比例動作が強くなるようにすると、偏差に対する
燃料ラック制御アクチュエータ6の出力の割合が大きく
なり、偏差の減衰比が小さくなる。また、積分時間
(I)が短い程、オフセット動作が強くなり、微分時間
(D)が長い程、偏差が変化する速度に比例した燃料ラ
ック制御アクチュエータ6の出力が大きくなる。
【0014】従って、第1フィードバック手段1aを構
成するPID制御のPID定数を各々P1,I1,D1
とし、第2フィードバック手段1bを構成するPID制
御のPID定数を各々P2,I2,D2とした場合に、
例えば、P1<P2,I1<I2,D1>D2と設定し
ておけば、負荷の急激な変化に対して、燃料ラック制御
アクチュエータ6を操作する出力が大きくなるので、回
転速度は振動的になるが短時間で目標値に近ずけること
ができる。
【0015】フィードフォワード手段3は、例えば、図
1に示すように、負荷信号検出手段7から送られてくる
負荷信号のノイズを除去するノイズフィルター8と、ノ
イズの除去された負荷信号の変化率を計算する微分器9
と、微分器9から出力された変化率信号の絶対値をとる
変換器10と、変換器10から出力された絶対値信号を
比較値設定器11において予め設定された比較値と比較
し、絶対値信号の値が比較値を越えた場合に作動信号を
出力するコンパレータ12とで構成される比較手段13
と、コンパレータ12の出力により切替えスイッチ2を
第1フィードバック手段側端子2aに切り換える作動信
号を発するオフディレイタイマ14と、コンパレータ1
2の出力によって作動し、微分器9からの出力に対応す
る関数を発生させる関数発生器15と、関数発生器15
からの出力を接続又は遮断する切替えスイッチ16と、
コンパレータ12の出力により切替えスイッチ16を切
り換える作動信号を発するオフディレイタイマ17とで
構成される。
【0016】関数発生器15は、図1に示すように、ノ
イズフィルター15a及びゲイン15bで構成され、コ
ンパレータ12の出力を受けて作動し、微分器9からの
出力を図2に示すような波形の関数として発生させる。
この関数は、燃料ラック制御アクチュエータ6の操作量
と出力時間との関係を表すものであり、操作量及び出力
時間は微分器9からの出力に比例するとともに、回転機
関4の負荷に対する速度─トルク特性等の機関の特性に
応じて個々別々に設定される。即ち、機関の種類により
特性は異なるため、微分器9からの出力が同じであって
も、各々の機関の特性に合わせた操作量と出力時間が発
生するように設定されている必要がある。尚、関数発生
器15は、微分器9の出力を単に増幅した出力を所定時
間発生するように設定しておいてもよい。
【0017】切替えスイッチ16は、コンパレータ12
が作動信号を発した時にオフディレイタイマ17が一定
時間作動信号を発生させ、その信号を受けて接続状態に
なる。この時、関数発生器15も、コンパレータ12か
らの作動信号を受けて、図2に示す関数を発生している
ため、その関数を演算部18に加算するようになってい
る。また、切替えスイッチ2もコンパレータ12の作動
信号を受けてオフディレイタイマ14により第1フィー
ドバック手段1側端子2aに一定時間接続されているの
で、演算部18において、第1フィードバック手段1a
からの信号に、関数発生器15からの信号が加算されて
燃料ラック制御アクチュエータ6に出力されることにな
る。
【0018】以上のような構成を有するこの発明の実施
例における作動について以下に説明する。
【0019】負荷信号検出手段7から入力される負荷信
号は、ノイズフィルター8によってノイズが除去され、
微分器9で微分される。この微分器9の出力は、負荷の
変化する速度であるから、負荷が急激に変化するほど大
きくなる。
【0020】そして、微分器9からの出力は、変換器1
0で絶対値に変換され、コンパレータ12で比較値設定
器11の出力と比較される。コンパレータ12は、微分
器9の出力の絶対値が比較値設定器11の比較値を越え
た場合に、オフディレイタイマ14,17及び関数発生
器15に作動信号を出力する。
【0021】更に、オフディレイタイマ14,17は、
コンパレータ12の出力信号があった時から、一定時間
だけ切替えスイッチ2,16に作動信号を発生するもの
である。オフディレイタイマ14,17の作動信号発生
時間は、機関の特性により各々設定されており、例え
ば、オフディレイタイマ14,17の作動信号発生時間
を長く設定すると、第1フィードバック手段1a側に接
続されている時間が長くなるため、燃料ラック制御アク
チュエータ6の操作は鋭敏になるが、例えば、積分時間
が短く設定されているために回転速度がハンチングした
り、或いは、比例帯が小さく設定されていたり、微分時
間が長く設定されているために振動的になり、回転速度
が整定するまでに時間がかかる。逆に、オフディレイタ
イマ14,17の作動信号発生時間が短いと、燃料ラッ
ク制御アクチュエータ6を鋭敏に作動させる時間が短く
なることになり、負荷変動による回転速度が目標値に近
ずくまでに時間がかかる。
【0022】オフディレイタイマ14,17の作動時間
は、関数発生器15から発生される出力時間に対応して
決定されるが、必要に応じて、関数発生器15の出力時
間よりも短い時間に設定される。オフディレイタイマ1
7の作動時間を関数発生器15の出力時間にあわせる
と、第1フィードバック手段1aから出力された信号
に、更に燃料ラック制御アクチュエータ6を操作する信
号が負荷されるので燃料ラック制御アクチュエータ6の
操作量は大きくなる。
【0023】例えば、図3に示すように、オフディレイ
タイマ14,17の作動信号発生時間を長くすると、鋭
敏な作動をする第1フィードバック手段1aの作動時間
が長くなり、燃料ラック制御アクチュエータ6の操作量
は大きくなる。このため、回転速度はハンチングしやす
くなるため安定しにくくなる(図の曲線a)。
【0024】このようにして、コンパレータ12の出力
により、オフディレイタイマ14,17が作動すると、
切替えスイッチ2,16が切り替わり、第1フィードバ
ック手段1aで制御されることになるとフィードフォワ
ード手段3からの出力が演算部18で加算されるため燃
料ラック制御アクチュエータ6の操作量が大きくなり、
図3に示すように、負荷が急激に下がった場合に、回転
速度の急激な上昇を防ぐことができる。
【0025】オフディレイタイマ14,17の作動が終
了すると、制御系は図1に示す状態にもどり、通常の制
御状態となる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、負荷の急激な変動を検出し、その変動量に応じた操
作量のフィードフォワード信号をフィードバック信号に
加算して燃料ラック制御アクチュエータに出力すること
により、制御の遅れを防ぎ、回転速度の急激な変動が整
定するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る回転速度制御装置の一実施例を
示すブロック図。
【図2】関数発生器から出力される関数を示すグラフ。
【図3】上記実施例による負荷の変動と回転速度との関
係を示すグラフ。
【図4】従来の回転速度制御装置を示すブロック図。
【図5】負荷の変動と回転速度との関数を示すグラフ。
【符号の説明】
1 フィードバック手段 1a 第1段フィードバック手段 1b 第2段フィードバック手段 2 切替えスイッチ 3 フィードフォワード手段 4 回転機関 6 燃料ラック制御アクチュエータ 7 負荷信号検出手段 13 比較手段 15 関数発生器 18 演算部
フロントページの続き (72)発明者 志垣 富雄 神戸市須磨区南落合1丁目19番17号

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転機関の回転速度を目標回転速度にフ
    ィードバック制御するフィードバック手段と、外乱を検
    出してフィードフォワード信号を送出するフィードフォ
    ワード手段とにより燃料ラック制御アクチュエータを操
    作する回転速度制御装置において、 操作量の異なるように設定された第1及び第2フィード
    バック手段と、前記第1及び第2フィードバック手段の
    一方に切り換える切替え手段と、アクチュエータ位置、
    回転速度により機関に作用する負荷を検出する負荷検出
    手段と、該負荷信号と所定値とを比較する比較手段及び
    負荷信号に応じたフィードフォワード信号を出力する関
    数発生器を備えたフィードフォワード手段と、前記第1
    又は第2フィードバック手段からの信号及び前記フィー
    ドフォワード信号を加算して燃料ラック制御用アクチュ
    エータに信号を発する演算部とを有し、前記第1フィー
    ドバック手段は、前記第2フィードバック手段よりも操
    作量が大きくなるように設定され、前記フィードフォワ
    ード手段は、前記負荷信号が所定値を越えた時に、所定
    時間、切替え手段を前記第1フィードバック手段に切り
    換えるとともにフィードフォワード信号を演算部に加算
    するように設定されていることを特徴とする回転速度制
    御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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