JPH0834719B2 - 回転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，回転制御装置，特に発動発電機装置におい
て，発動発電機の負荷変動に対応して制御系のゲインを
自動調整するようにしたゲイン自動調整回路の回転制御
装置に関するものである。

（従来の技術） 従来，発動発電機においては，電動機の回転数を一定
に保つためガバナ制御装置を設け，発電機負荷が変動し
ても該ガバナ制御装置により，原動機の回転数を一定に
保持し，発電機の周波数を一定に維持する自動制御系が
用いられている。

ところで，ガバナ制御装置を用いた原動機の自動制御
において，制御系に対するゲインの影響は，一般に，系
のゲインを下げると定常誤差が大きくなる反面，応答性
が良くなり，系の安定性も良くなる。一方，系のゲイン
を上げると定常誤差が小さくなる反面，応答性が悪くな
り，系の安定性も悪くなる。つまり，系の安定度，定常
誤差，応答性は相反する性質を有する。また，同一ゲイ
ンでも負荷の軽重によって系の定常誤差，安定性が変わ
り，負荷が軽くなると定常誤差が小さくなる反面，安定
性が悪くなる。一方，負荷が重くなると，定常誤差が大
きくなる反面，安定性が良くなる性質を有する。

従来のガバナ制御装置を備えた発動発電機における原
動機の回転制御において，制御系のゲインは手で調整
し，そのまま固定した状態の下で自動制御が行われてい
た。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら従来の負荷の軽重の如何にかかわらず系
のゲインを一定に固定しているため，上記説明の如く，
また第４図図示の如く，系のゲインを大きく設定したと
き，重負荷時においては原動機の回転制御の特性は良い
が，軽負荷時においては特性が悪く，また系のゲインを
小さく設定したとき，軽負荷時の特性は良いが，重負荷
時の特性が悪くなる欠点があった。なお第４図において
（Ａ）はゲインが大きい場合，（Ｂ）はゲインが小さい
場合，（Ｉ）は軽負荷時，（II）は重負荷時を示し，実
線は出力，一点鎖線は目標値を表し，矢印間は定常誤差
の大きさを表している。

本発明は，上記の欠点を解決することを目的としてお
り，軽負荷時には系のゲインを小さく，また重負荷時に
は系のゲインを大きく，負荷の軽重に応じて系のゲイン
を自動的に替え，軽負荷時の安定性を改善すると共に重
負荷時の定常誤差を小さくするようにした回転制御装置
を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） そしてそのため本発明の回転制御装置はガバナ制御装
置を備え，原動機の定速回転制御が行われる発動発電機
装置において，ガバナ制御装置に，原動機の回転数を電
圧と回転数とでそれぞれ検出する電圧検出回路及び回転
数検出回路と，該電圧検出回路又は回転数検出回路のい
ずれか一方の検出信号を優先させ回転検出信号とするフ
ェール・セーフ回路と，原動機の負荷の重さを検出し，
その重さに応じて制御系のゲインを変えさせるゲイン自
動調整回路と，該ゲイン自動調整回路から得られた出力
を基にPID制御の制御信号を作成するPID調整器と，該PI
D調整器の出力をパルス幅の制御信号に変換するPWM回路
部と，該PWM回路部が出力するPWM信号に応じて原動機の
回転制御を行うアクチェータと，上記各回路部へ正負の
２極性電源を供給する電源装置とを備え，さらに上記ゲ
イン自動調整回路には，原動機の現出力を検出するため
のタコ・ジェネレータ及びトルク計，又は発電機の現出
力を検出するための電圧計および電流計のいずれかの組
と，タコ・ジェネレータ及びトルク計の組のときにはタ
コ・ジェネレータによって検出される速度とトルク計に
よって検出されるトルクとの２要素を乗算し，電圧計及
び電流計の組のときには電圧計によって検出される瞬時
電圧と電流計によって検出される瞬時電流との２要素を
乗算する乗算器と，該乗算器から得られた現出力を基に
原動機または発電機の現負荷の重さに応じて制御系のゲ
インを決める乗算部とを備えたことを特徴としている。
以下図面を参照しながら本発明の一実施例を説明する。

（実施例） 第１図は本発明に係わる回転制御装置の一実施例構
成，第２図は本発明に係わる回転制御装置のゲイン自動
調整回路が使用されている発動発電機の一実施例構成，
第３図は本発明に係わる回転制御装置のゲイン自動調整
回路を用いたときの負荷対応の特性説明図を示してい
る。

第１図の本発明に係わる回転制御装置の一実施例構成
を説明する前に，第２図を用いて発動発電機における原
動機の回転数が，ガバナ制御装置により自動制御される
概略を先に説明しておく。

第２図において，符号１は発動発電機,2は回転数検出
回路,3は電圧検出回路,4はフェール・セーフ回路,5はゲ
イン自動調整回路,6はPID調整器,7は増幅器,8はPWM回路
部,9はアクチェータ,10は電源装置を表している。

発動発電機１の原動機又は発電機側から，負荷変動又
は何らかの原因に基づく該発動発電機１の回転変動が，
回転数検出回路２と電圧検出回路３とによって，それぞ
れ個別に検出される。回転数検出回路２によって検出さ
れた回転数検出信号，及び電圧検出回路３によって検出
された電圧検出信号は，フェール・セーフ回路４でいず
れか一方の検出信号，例えば電圧検出信号が優先的に上
記発動発電機１の回転検出信号として選出される。他方
の回転数検出信号は，上記電圧検出回路３系に異常が発
生したとき，該電圧検出回路３から得られた電圧検出信
号に替え，回転数検出回路２から得られる回転数検出信
号が回転検出信号としてフェール・セーフ回路４で選出
され，原動機の暴走等その異常回転の発生を防止するよ
うになっている。ゲイン自動調整回路５は発動発電機１
の出力から現負荷の軽重，すなわち重さを検出し，該負
荷の重さに応じて制御系のゲインを決定する。そして系
のゲインがこの決定された値となされるべく，上記フェ
ール・セーフ回路４から選出された検出信号，すなわち
電圧検出信号を増幅する。続いてPID調整器６で目標値
と最終値との間の残留偏差，すなわち定常誤差が最小と
なり，応答性も回転変動に素早く追従されるべき制御信
号に変えられる。該制御信号は増幅器７で増幅され，さ
らにPWM回路部８で該制御信号はPWM信号に変換される。
該PWM信号でロータリ・エンコーダのアクチェータ９を
制御し，アクチェータが出力する角度によって発動発電
機１における原動機の回転数が一定になるように制御さ
れる。電源装置10から各回路部へ正負の２極性電源電圧
が供給されている。この電源装置10から供給される正負
の電圧でアクチェータ９のロータリ・エンコーダの回転
を上記PWM信号のパルス幅に応じて正又は逆回転させ，
原動機の回転数を一定にする正逆の制御角信号を得てい
る。

次に，本発明に係わる回転数制御装置のゲイン自動調
整回路を第１図と共に説明する。

第１図（Ａ）は原動機側から現出力を検出する構成を
示しており，第１図（Ｂ）は発電機側から現出力を検出
する構成を示している。

同図（Ａ）において，符号13は原動機,14は発電機を
含んだ負荷,15はタコ・ジェネレータ,16はトルク計,17
は比較部,18は乗算器,19は乗算部,20は制御部を表して
いる。

原動機13によって駆動される発電機を含んだ負荷14の
重さが，トルク計16,タコ・ジェネレータ15の２つの要
素によって検出される。すなわちトルク計16からトルク
が検出され，原動機13の回転数を負荷14を介してタコ・
ジェネレータ15で速度として検出される。これらの２つ
の要素，トルクと速度は乗算器18で乗算され，該乗算器
18から原動機13の現出力が検出される。従って原動機13
側から見た発電機を含めた現負荷14の重さを，乗算器19
から得ることができる。一方比較部17には，一定に保持
されるべき原動機13の回転数の目標値が入力されてお
り，該目標値とタコ・ジェネレータ15から検出された原
動機13の現回転数とが比較部17で比較され，その偏差が
誤差信号として乗算部19へ入力される。該乗算部19には
乗算器18から現負荷14の重さを検出した信号が入力され
ており，この負荷14の重さに対応して制御系のゲインが
決定されるようになっている。すなわち負荷14の重さが
軽いときには，系のゲインを小さく，負荷14の重さが重
いときには，系のゲインを大きくなるように決定され
る。このゲインの決定の仕方は，例えば負荷の重さに対
応付けられたゲインのテーブルを予め乗算部19内に設け
ておき，乗算器18から入力される現負荷14の検出信号で
該テーブルを参照し，負荷対応のゲインの値を決定して
いる。この様にして得られた負荷対応のゲインが，上記
誤差信号に乗ぜられ，制御信号として制御部20に入力さ
れ，制御部20を介して原動機13の回転数を制御する。従
って負荷14の変動に対して定常誤差，応答性，安定性の
すぐれた回転制御が行われることになる。

第１図（Ｂ）は発電機側から現出力を検出する構成を
示しており，発電機21の出力を基に電流計23と電圧計24
とから瞬時電流と瞬時電圧を検出し，これらを乗算器18
で掛け合わせて，原動機13の現負荷の重さを検出してい
る。乗算器18から検出された現負荷の重さに対応して，
制御系のゲインを決める仕方は上記説明の第１図（Ａ）
の場合と同様であり，それ以後の動作も同じである。

なお，第１図（Ａ）の負荷14は必ずしも発電機を含む
ことを要せず，一般の機械負荷についても適用すること
ができる。

第３図は本発明に係わる回転制御装置のゲイン自動調
整回路を用いたときの負荷対応の特性説明図を示してい
る。

本発明の場合，上記説明の如く負荷の重さに応じて系
のゲインが自動的に可変するので，同図（Ａ）図示の如
く軽負荷時にはゲインが小さく設定され，従って，軽負
荷時にも系の安定性が良くなる。また同図（Ｂ）図示の
如く重負荷時にはゲインが大きく設定され，定常誤差も
小さくなる。第３図の場合も第４図の場合と同様に実線
は出力を表し，一点鎖線は目標値を表している。

（発明の効果） 以上説明した如く，本発明によれば，負荷の軽重を検
出すると共に，その検出に基づいて制御系のゲインを可
変設定するゲイン自動調整回路を設けたので，負荷変動
に対し定常誤差，応答性，安定性の優れた回転数制御が
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる回転制御装置の一実施例構成，
第２図は本発明に係わる回転制御装置のゲイン自動調整
回路が使用されている発動発電機の一実施例構成，第３
図は本発明に係わる回転制御装置のゲイン自動調整回路
を用いたときの負荷対応の特性説明図，第４図は従来の
制御系のゲインと負荷対応との特性説明図を示してい
る。 図中,1は発動発電機,2は回転数検出回路,3は電圧検出回
路,4はフェール・セーフ回路,5はゲイン自動調整回路,6
はPID調整器,7は増幅器,8はPWM回路部,9はアクチェー
タ,10は電源装置,13は原動機,14は負荷,15はタコ・ジェ
ネレータ,16はトルク計,17は比較部,18は乗算器,19は乗
算部,20は制御部を表している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガバナ制御装置を備え，原動機の定速回転
   制御が行われる発動発電機装置において，ガバナ制御装
   置に，原動機の回転数を電圧と回転数とでそれぞれ検出
   する電圧検出回路及び回転数検出回路と，該電圧検出回
   路又は回転数検出回路のいずれか一方の検出信号を優先
   させ回転検出信号とするフェール・セーフ回路と，原動
   機の負荷の重さを検出し，その重さに応じて制御系のゲ
   インを変えさせるゲイン自動調整回路と，該ゲイン自動
   調整回路から得られた出力を基にPID制御の制御信号を
   作成するPID調整器と，該PID調整器の出力をパルス幅の
   制御信号に変換するPWM回路部と，該PWM回路部が出力す
   るPWM信号に応じて原動機の回転制御を行うアクチェー
   タと，上記各回路部へ正負の２極性電源を供給する電源
   装置とを備え，さらに上記ゲイン自動調整回路には，原
   動機の現出力を検出するためのタコ・ジェネレータ及び
   トルク計の組と，タコ・ジェネレータによって検出され
   る速度とトルク計によって検出されるトルクとの２要素
   を乗算する乗算器と，該乗算器から得られた現出力を基
   に原動機の現負荷の重さに応じて制御系のゲインを決め
   る乗算部とを備えたことを特徴とする回転制御装置。
2. 【請求項２】ガバナ制御装置を備え，原動機の定速回転
   制御が行われる発動発電機装置において，ガバナ制御装
   置に，原動機の回転数を電圧と回転数とでそれぞれ検出
   する電圧検出回路及び回転数検出回路と，該電圧検出回
   路又は回転数検出回路のいずれか一方の検出信号を優先
   させ回転検出信号とするフェール・セーフ回路と，原動
   機の負荷の重さを検出し，その重さに応じて制御系のゲ
   インを変えさせるゲイン自動調整回路と，該ゲイン自動
   調整回路から得られた出力を基にPID制御の制御信号を
   作成するPID調整器と，該PID調整器の出力をパルス幅の
   制御信号に変換するPWM回路部と，該PWM回路部が出力す
   るPWM信号に応じて原動機の回転制御を行うアクチェー
   タと，上記各回路部へ正負の２極性電源を供給する電源
   装置とを備え，さらに上記ゲイン自動調整回路には，発
   電機の現出力を検出するための電圧計及び電流計の組
   と，電圧計によって検出される瞬時電圧と電流計によっ
   て検出される瞬時電圧との２要素を乗算する乗算器と，
   該乗算器から得られた現出力を基に発電機の現負荷の重
   さに応じて制御系のゲインを決める乗算部とを備えたこ
   とを特徴とする回転制御装置。