JPH1078801A - 非線形ノッチフィルタを使用する制御システム - Google Patents
非線形ノッチフィルタを使用する制御システムInfo
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- JPH1078801A JPH1078801A JP9170439A JP17043997A JPH1078801A JP H1078801 A JPH1078801 A JP H1078801A JP 9170439 A JP9170439 A JP 9170439A JP 17043997 A JP17043997 A JP 17043997A JP H1078801 A JPH1078801 A JP H1078801A
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B5/00—Anti-hunting arrangements
- G05B5/01—Anti-hunting arrangements electric
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 共振モ−ドを有するプラントでの高応答性制
御を実現する。 【解決手段】 共振モ−ドを有するプラント56と、プラ
ント56からライン14、24においてプラント入力信号を受
信してフィルタ出力信号Vに関連する制御装置出力信号I
を供給してプラント56を制御する制御装置5とを含む。
制御装置には、プラント入力信号に関連するフィルタ入
力信号xを受信してフィルタ出力信号Vを供給する非線形
ノッチフィルタ30が設けられている。ノッチフィルタ
は、共振モ−ドのうちの一つの共振モ−ドを所定量だけ
減衰させるようにその一つの共振モ−ドの付近に少くと
も一つのノッチ周波数を有し、対応する線形ノッチフィ
ルタのノッチ周波数より低いノッチフィルタの最低のノ
ッチ周波数の10倍以下の位相遅れを有する。従って、制
御装置7では、線形ノッチフィルタを使用するシステム
より速い時間応答と増大した帯域幅が得られる。
御を実現する。 【解決手段】 共振モ−ドを有するプラント56と、プラ
ント56からライン14、24においてプラント入力信号を受
信してフィルタ出力信号Vに関連する制御装置出力信号I
を供給してプラント56を制御する制御装置5とを含む。
制御装置には、プラント入力信号に関連するフィルタ入
力信号xを受信してフィルタ出力信号Vを供給する非線形
ノッチフィルタ30が設けられている。ノッチフィルタ
は、共振モ−ドのうちの一つの共振モ−ドを所定量だけ
減衰させるようにその一つの共振モ−ドの付近に少くと
も一つのノッチ周波数を有し、対応する線形ノッチフィ
ルタのノッチ周波数より低いノッチフィルタの最低のノ
ッチ周波数の10倍以下の位相遅れを有する。従って、制
御装置7では、線形ノッチフィルタを使用するシステム
より速い時間応答と増大した帯域幅が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、共振するプラント
を備えた制御システムに関し、詳しくは、非線形ノッチ
フィルタを使用してこのような制御システムの帯域幅を
増大することに関する。
を備えた制御システムに関し、詳しくは、非線形ノッチ
フィルタを使用してこのような制御システムの帯域幅を
増大することに関する。
【０００２】
【従来の技術】作動機構システム又はサ−ボ機構システ
ムのような多くの制御システムは、非常に速く応答する
プラント制御を必要とする。これは、（その制御装置と
プラントを含む）閉ル−プ制御システムが高帯域又は速
い応答時間を有することを必要とする。制御システムの
帯域幅の増大は、そのプラントがその共振周波数又は固
有周波数に起こる容易に減衰する（又は高いＱの）振動
（又は共振）モ−ドを含む場合には困難である。これら
の共振周波数が十分に低い周波数に存在する場合及び／
又は（そのシステムの帯域幅を増大する試みにおいて）
その制御装置のゲインを非常に高く増大する場合、この
ような共振は制御ル−プを不安定にする。
ムのような多くの制御システムは、非常に速く応答する
プラント制御を必要とする。これは、（その制御装置と
プラントを含む）閉ル−プ制御システムが高帯域又は速
い応答時間を有することを必要とする。制御システムの
帯域幅の増大は、そのプラントがその共振周波数又は固
有周波数に起こる容易に減衰する（又は高いＱの）振動
（又は共振）モ−ドを含む場合には困難である。これら
の共振周波数が十分に低い周波数に存在する場合及び／
又は（そのシステムの帯域幅を増大する試みにおいて）
その制御装置のゲインを非常に高く増大する場合、この
ような共振は制御ル−プを不安定にする。
【０００３】このような不安定化を防ぐ共通の方法は、
共振周波数がその制御システムの帯域幅の桁（１０倍）
以内である各振動モ−ドについて、その制御装置が１つ
以上の線形ノッチフィルタを含むことである。
共振周波数がその制御システムの帯域幅の桁（１０倍）
以内である各振動モ−ドについて、その制御装置が１つ
以上の線形ノッチフィルタを含むことである。
【０００４】現在知られていノッチフィルタは、所定の
狭い周波数範囲で入力周波数を減衰させるフィルタであ
る。このようなフィルタの伝達関数は、典型的には、分
子の二次方程式と分母の二次方程式の形態である。しか
し、ノッチフィルタの１つの問題は、ある周波数で入力
信号と出力信号の間に移相を生ずることである。特に、
ノッチフィルタの周波数応答は、そのフィルタの固有周
波数（又は共振周波数又はノッチ周波数）の１０倍以下
（又はそれ以上）までの有意な位相遅れを示す。ノッチ
周波数の１０倍以下の位相遅れの量は、主にそのノッチ
フィルタが減衰しなければならない周波数範囲の大きさ
によって決定される。この範囲が狭くなると、そのフィ
ルタの「Ｑ」が大きくなり、ノッチ周波数の１０倍以下
の位相遅れが小さくなる。そのプラントの振動モ−ドの
固有周波数の不確実性及び可変性により、ノッチ帯域を
狭くし得る方法を制限し、これにより、より低い周波数
の位相遅れになる。
狭い周波数範囲で入力周波数を減衰させるフィルタであ
る。このようなフィルタの伝達関数は、典型的には、分
子の二次方程式と分母の二次方程式の形態である。しか
し、ノッチフィルタの１つの問題は、ある周波数で入力
信号と出力信号の間に移相を生ずることである。特に、
ノッチフィルタの周波数応答は、そのフィルタの固有周
波数（又は共振周波数又はノッチ周波数）の１０倍以下
（又はそれ以上）までの有意な位相遅れを示す。ノッチ
周波数の１０倍以下の位相遅れの量は、主にそのノッチ
フィルタが減衰しなければならない周波数範囲の大きさ
によって決定される。この範囲が狭くなると、そのフィ
ルタの「Ｑ」が大きくなり、ノッチ周波数の１０倍以下
の位相遅れが小さくなる。そのプラントの振動モ−ドの
固有周波数の不確実性及び可変性により、ノッチ帯域を
狭くし得る方法を制限し、これにより、より低い周波数
の位相遅れになる。
【０００５】その制御装置のノッチフィルタの必要なゲ
インの変化に関連する移相を寛大に扱うためには、その
制御装置のゲインを減少させて、全制御システムの帯域
幅（及びそのシステムの応答性）を減少させなければな
らない。このように、そのプラント内で共振する制御シ
ステムは、動作特性を制限している。
インの変化に関連する移相を寛大に扱うためには、その
制御装置のゲインを減少させて、全制御システムの帯域
幅（及びそのシステムの応答性）を減少させなければな
らない。このように、そのプラント内で共振する制御シ
ステムは、動作特性を制限している。
【０００６】従って、そのプラントが共振モ−ド（又は
共振）を有するときに増大される帯域幅又は時間応答を
提供する閉ル−プ制御システムを提供することが望まし
い。
共振）を有するときに増大される帯域幅又は時間応答を
提供する閉ル−プ制御システムを提供することが望まし
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、共振モ−ド
を有するプラントを備えた高応答性制御システムを提供
することを目的とする。
を有するプラントを備えた高応答性制御システムを提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、制御シ
ステムは、共振モ−ドを有するプラントと、このプラン
トからのプラント入力信号と指令信号を受信してフィル
タ出力信号と関連する制御装置出力信号を供給すること
によりプラントを制御する制御装置とからなり、この制
御装置は、プラント入力信号及び指令信号と関連するフ
ィルタ入力信号を受信してフィルタ出力信号を供給する
非線形ノッチフィルタからなり、この非線形ノッチフィ
ルタは、共振モ−ドのうちの一つの共振モ−ドの付近に
少なくとも一つのノッチ周波数を有するとともに、その
一つの共振モ−ドを所定量だけ減衰させるように大きさ
周波数応答を有し、且つ対応する線形ノッチフィルタの
ノッチ振動するより低いノッチフィルタの最低のノッチ
周波数以下の位相遅れを有する。
ステムは、共振モ−ドを有するプラントと、このプラン
トからのプラント入力信号と指令信号を受信してフィル
タ出力信号と関連する制御装置出力信号を供給すること
によりプラントを制御する制御装置とからなり、この制
御装置は、プラント入力信号及び指令信号と関連するフ
ィルタ入力信号を受信してフィルタ出力信号を供給する
非線形ノッチフィルタからなり、この非線形ノッチフィ
ルタは、共振モ−ドのうちの一つの共振モ−ドの付近に
少なくとも一つのノッチ周波数を有するとともに、その
一つの共振モ−ドを所定量だけ減衰させるように大きさ
周波数応答を有し、且つ対応する線形ノッチフィルタの
ノッチ振動するより低いノッチフィルタの最低のノッチ
周波数以下の位相遅れを有する。
【０００９】さらに、本発明によれば、非線形ノッチフ
ィルタの位相遅れは、その制御システムの増大した応答
性を考慮に入れている。
ィルタの位相遅れは、その制御システムの増大した応答
性を考慮に入れている。
【００１０】本発明では、共振モ−ドを有するプラント
を備えた制御システムの制御装置の補償に非線形ノッチ
フィルタを使用することによって、従来の技術の有意な
改善をしている。このような非線形ノッチフィルタは、
周波数に対して線形ノッチフィルタと略同一のゲイン変
化を有するが、ノッチ周波数以下の非常に小さい位相遅
れを有する。その結果、本発明の制御システムは、帯域
幅を増大させ、従って、線形ノッチフィルタを利用する
従来のシステムより５０％（又はそれ以上）もバルブ作
動システムのような共振プラントを備えた制御システム
の応答性を増大させる。このような制御構成は、速い応
答を必要とする共振プラントの制御の可能性と性能をか
なり改善している。また、本発明は、閉ル−プ位相遅れ
を減少させて、より高いレベル（外側のル−プ）の制御
システム内に配置したときにこのようなより高いレベル
のシステムの応答性をより高くしている。
を備えた制御システムの制御装置の補償に非線形ノッチ
フィルタを使用することによって、従来の技術の有意な
改善をしている。このような非線形ノッチフィルタは、
周波数に対して線形ノッチフィルタと略同一のゲイン変
化を有するが、ノッチ周波数以下の非常に小さい位相遅
れを有する。その結果、本発明の制御システムは、帯域
幅を増大させ、従って、線形ノッチフィルタを利用する
従来のシステムより５０％（又はそれ以上）もバルブ作
動システムのような共振プラントを備えた制御システム
の応答性を増大させる。このような制御構成は、速い応
答を必要とする共振プラントの制御の可能性と性能をか
なり改善している。また、本発明は、閉ル−プ位相遅れ
を減少させて、より高いレベル（外側のル−プ）の制御
システム内に配置したときにこのようなより高いレベル
のシステムの応答性をより高くしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に示すように、アクチュエ−
タ制御システム７には、破線８の左側に電子制御装置５
が設けられ、破線８の右側に制御すべきプラント又はシ
ステム６が設けられている。特に、ライン１０を介して
加算器１２の正入力にバルブ位置指令が供給される。ま
た、加算器１２の負入力には、ライン１４を介して後述
するバルブ位置フィ−ドバック信号が供給される。加算
器１２は、ライン１６を介して、位置指令から位置フィ
−ドバックを引いたものを示す位置誤差信号を供給す
る。位置誤差信号は、その位置誤差信号に例えば１．８
４ｍｓｅｃ-1の値を有する所定の位置誤差ゲインＫｐを
掛けてライン１９に速度指令を供給する位置ゲイン１８
に供給される。ライン１９の速度指令は、その指令信号
の正負の値を＋／−８．４ｄｅｇ／ｍｓｅｃに制限し
て、制限された速度指令信号をライン２１に供給する大
きさリミッタ２０に供給される。
タ制御システム７には、破線８の左側に電子制御装置５
が設けられ、破線８の右側に制御すべきプラント又はシ
ステム６が設けられている。特に、ライン１０を介して
加算器１２の正入力にバルブ位置指令が供給される。ま
た、加算器１２の負入力には、ライン１４を介して後述
するバルブ位置フィ−ドバック信号が供給される。加算
器１２は、ライン１６を介して、位置指令から位置フィ
−ドバックを引いたものを示す位置誤差信号を供給す
る。位置誤差信号は、その位置誤差信号に例えば１．８
４ｍｓｅｃ-1の値を有する所定の位置誤差ゲインＫｐを
掛けてライン１９に速度指令を供給する位置ゲイン１８
に供給される。ライン１９の速度指令は、その指令信号
の正負の値を＋／−８．４ｄｅｇ／ｍｓｅｃに制限し
て、制限された速度指令信号をライン２１に供給する大
きさリミッタ２０に供給される。
【００１２】制限された速度指令信号は、加算器２２の
正入力に供給される。後述する速度フィ−ドバック信号
が、ライン２４を介して加算器２２の負入力に供給され
る。
正入力に供給される。後述する速度フィ−ドバック信号
が、ライン２４を介して加算器２２の負入力に供給され
る。
【００１３】加算器２２は、ライン２４を介して、速度
指令から速度フィ−ドバックを引いたものを示す速度誤
差信号を供給する。速度誤差信号は、例えば４．２９ms
ec-1の値を有する速度誤差ゲイン２６（Ｋｖ）を掛け
て、ライン２７に加速度信号を供給する。ライン２７の
信号は、加速度信号の正負の値を所定の限界、例えば+/
-４.０９deg/msec2に制限してライン２９に制限された
加速度信号を供給する大きさリミッタ２８に供給され
る。制限された加速度信号は、加速度信号の特定の周波
数帯を所定量だけ減衰させてライン３２にフィルタを通
した電圧信号Ｖを供給する（後述する）非線形ノッチフ
ィルタ補償論理３０に供給される。
指令から速度フィ−ドバックを引いたものを示す速度誤
差信号を供給する。速度誤差信号は、例えば４．２９ms
ec-1の値を有する速度誤差ゲイン２６（Ｋｖ）を掛け
て、ライン２７に加速度信号を供給する。ライン２７の
信号は、加速度信号の正負の値を所定の限界、例えば+/
-４.０９deg/msec2に制限してライン２９に制限された
加速度信号を供給する大きさリミッタ２８に供給され
る。制限された加速度信号は、加速度信号の特定の周波
数帯を所定量だけ減衰させてライン３２にフィルタを通
した電圧信号Ｖを供給する（後述する）非線形ノッチフ
ィルタ補償論理３０に供給される。
【００１４】所望の場合には、ゲインＫｖ、Ｋｐ及び大
きさ限界について他の値を使用してもよい。
きさ限界について他の値を使用してもよい。
【００１５】ライン３２の電圧信号は、ライン３６にお
いて電圧信号Ｖを電流出力信号Ｉに変換するサ−ボ増幅
器３４に供給される。サ−ボ増幅器３４の伝達関数は、
Ｋ1／（ｓ＋ω1）の形態（ゲインＫ1＝６５３４５、折
点周波数ω1＝４０８４１ｒａｄ／ｓｅｃ）の標準的な
一次遅れである。
いて電圧信号Ｖを電流出力信号Ｉに変換するサ−ボ増幅
器３４に供給される。サ−ボ増幅器３４の伝達関数は、
Ｋ1／（ｓ＋ω1）の形態（ゲインＫ1＝６５３４５、折
点周波数ω1＝４０８４１ｒａｄ／ｓｅｃ）の標準的な
一次遅れである。
【００１６】所望の場合には、異なるゲイン及び／又は
折点周波数、即ち異なる伝達関数を有するサ−ボ増幅器
を使用することができる。
折点周波数、即ち異なる伝達関数を有するサ−ボ増幅器
を使用することができる。
【００１７】ライン３６の電流Ｉは、その入力電流Ｉに
比例する出力トルクＴをライン４０に供給する既知のト
ルクモ−タ３８（又は電機子制御ＤＣモ−タ）に供給さ
れる。トルクモ−タ３８からのトルクＴは、それに接続
された出力軸又は駆動軸４２を駆動し、ライン４４の信
号８で示すように軸４２の角変位を生じさせる。駆動軸
４２は、所定の慣性モ−メント、粘性摩擦及び／又は他
の動特性を有する弁４６、例えば、ブリ−ド弁又は他の
タイプの負荷に接続されている。
比例する出力トルクＴをライン４０に供給する既知のト
ルクモ−タ３８（又は電機子制御ＤＣモ−タ）に供給さ
れる。トルクモ−タ３８からのトルクＴは、それに接続
された出力軸又は駆動軸４２を駆動し、ライン４４の信
号８で示すように軸４２の角変位を生じさせる。駆動軸
４２は、所定の慣性モ−メント、粘性摩擦及び／又は他
の動特性を有する弁４６、例えば、ブリ−ド弁又は他の
タイプの負荷に接続されている。
【００１８】モ−タ駆動軸４２の角変位８の変化に応答
して、その力学により動作する弁４６は、ライン４８の
弁速度信号によって示されるような弁４６の速度（度／
ミリ秒）を示す。ライン４８の弁速度信号は、後述する
速度フィ−ドバックとしてその制御装置の加算器２２の
負入力に供給される速度フィ−ドバック信号をライン２
４に供給する速度センサ５０（例えば回転速度計）に供
給される。
して、その力学により動作する弁４６は、ライン４８の
弁速度信号によって示されるような弁４６の速度（度／
ミリ秒）を示す。ライン４８の弁速度信号は、後述する
速度フィ−ドバックとしてその制御装置の加算器２２の
負入力に供給される速度フィ−ドバック信号をライン２
４に供給する速度センサ５０（例えば回転速度計）に供
給される。
【００１９】また、ライン４８の速度信号は、弁の速度
と弁の位置の関係を示してライン５２に弁位置信号を供
給する積分器５０に供給される。弁の位置は、電位差計
のような位置センサ５４によって測定され、ライン１４
に位置フィ−ドバック信号（度）を供給し、この信号
は、後述する制御装置の加算器１２の負入力に供給され
る。
と弁の位置の関係を示してライン５２に弁位置信号を供
給する積分器５０に供給される。弁の位置は、電位差計
のような位置センサ５４によって測定され、ライン１４
に位置フィ−ドバック信号（度）を供給し、この信号
は、後述する制御装置の加算器１２の負入力に供給され
る。
【００２０】図２は、トルクモ−タ３８と駆動軸４２と
ブリ−ド弁４６からなる図１のプラントの一部５６の全
伝達関数Ｐ（ｓ）をさらに詳細に示している。電流Ｉ
は、ライン３６の伝達関数Ｐ（ｓ）に入り、例えば０．
０６７の値を有するゲイン１００を掛ける。これは、そ
のモ−タによる電流ＩからトルクＴへの変換を示してい
る。トルク信号Ｔは、ライン１０２を介して、加算器１
３４によって加算されると電流Ｉから弁速度までの全伝
達関数Ｐ（ｓ）を作成する多項式１０４−１１６の並列
の組合わせに供給される。伝達関数Ｐ（ｓ）は、多項式
１０４−１１６の各々の分母の方程式によって表される
全伝達関数Ｐ（ｓ）の極（又は累乗根又は固有値）を示
す伝達関数を表している既知の形式である「モ−ドの
（modal）」形式で表される。既知のように、この多項
式の分子はその議論に重大ではなく、個々に完全な伝達
関数Ｐ（ｓ）のゼロを示すわけではなく、単にその成分
を示すに過ぎない。
ブリ−ド弁４６からなる図１のプラントの一部５６の全
伝達関数Ｐ（ｓ）をさらに詳細に示している。電流Ｉ
は、ライン３６の伝達関数Ｐ（ｓ）に入り、例えば０．
０６７の値を有するゲイン１００を掛ける。これは、そ
のモ−タによる電流ＩからトルクＴへの変換を示してい
る。トルク信号Ｔは、ライン１０２を介して、加算器１
３４によって加算されると電流Ｉから弁速度までの全伝
達関数Ｐ（ｓ）を作成する多項式１０４−１１６の並列
の組合わせに供給される。伝達関数Ｐ（ｓ）は、多項式
１０４−１１６の各々の分母の方程式によって表される
全伝達関数Ｐ（ｓ）の極（又は累乗根又は固有値）を示
す伝達関数を表している既知の形式である「モ−ドの
（modal）」形式で表される。既知のように、この多項
式の分子はその議論に重大ではなく、個々に完全な伝達
関数Ｐ（ｓ）のゼロを示すわけではなく、単にその成分
を示すに過ぎない。
【００２１】伝達関数Ｐ（ｓ）は、支配的な一次遅れ１
０４と６つの共振モ−ド多項式１０６−１１６を示す。
一次遅れ１０４の伝達関数は、
０４と６つの共振モ−ド多項式１０６−１１６を示す。
一次遅れ１０４の伝達関数は、
【００２２】
【数１】Ｋａ／（ｓ＋ωａ） [式１] の形式（ωａ（折点周波数）＝１．０６Hｚ、Ｋａ＝６
６６６６）を有する標準的な一次遅れである。
６６６６）を有する標準的な一次遅れである。
【００２３】多項式１０６−１１６の分母の二次方程式
は、
は、
【００２４】
【数２】ｓ2＋ξ2ωnｓ＋ωn 2 [式２] の形式（ここで、（rad／sec）は共振周波数、ξは減衰
比、ωn ＝ ２πｆｎ（Hｚ）である）の標準的な二次方
程式の形式を有する。
比、ωn ＝ ２πｆｎ（Hｚ）である）の標準的な二次方
程式の形式を有する。
【００２５】特に、そのシステムの第１の共振モ−ド１
０６は、ｆｎ1＝１５７８Hｚに存在して、ξ1＝０．０
０５の減衰比を有し、そのシステムの第２の共振モ−ド
１０８は、ｆｎ2＝２４１３Ｈｚの共振周波数及びξ2＝
０．０２の減衰比を有し、そのシステムの第３の共振モ
−ド１１０は、ｆｎ3＝４５２３Hｚに存在して、ξ3＝
０．０１の減衰比を有し、そのシステムの第４の共振モ
−ド１１２は、ｆｎ4＝５１２６Hｚの共振周波数及びξ
4＝０．０１５の減衰比を有し、そのシステムの第５の
共振モ−ド１１４は、ｆｎ5＝６４７４Hｚの共振周波数
及びξ5＝０．０１の減衰比を有し、そのシステムの第
６の共振モ−ド１１６は、ｆｎ6＝８２７０Hｚの共振周
波数及びξ6＝０．０１の減衰比を有する。多項式１０
４−１１６からの出力信号は、それぞれライン１２０−
１３２を介して７入力加算器１３４の正入力に供給され
る。加算器１３４の出力は、ライン４８の弁速度であ
る。
０６は、ｆｎ1＝１５７８Hｚに存在して、ξ1＝０．０
０５の減衰比を有し、そのシステムの第２の共振モ−ド
１０８は、ｆｎ2＝２４１３Ｈｚの共振周波数及びξ2＝
０．０２の減衰比を有し、そのシステムの第３の共振モ
−ド１１０は、ｆｎ3＝４５２３Hｚに存在して、ξ3＝
０．０１の減衰比を有し、そのシステムの第４の共振モ
−ド１１２は、ｆｎ4＝５１２６Hｚの共振周波数及びξ
4＝０．０１５の減衰比を有し、そのシステムの第５の
共振モ−ド１１４は、ｆｎ5＝６４７４Hｚの共振周波数
及びξ5＝０．０１の減衰比を有し、そのシステムの第
６の共振モ−ド１１６は、ｆｎ6＝８２７０Hｚの共振周
波数及びξ6＝０．０１の減衰比を有する。多項式１０
４−１１６からの出力信号は、それぞれライン１２０−
１３２を介して７入力加算器１３４の正入力に供給され
る。加算器１３４の出力は、ライン４８の弁速度であ
る。
【００２６】共振周波数、共振モ−ドの数及びこれらの
モ−ドの各々についての減衰は、制御すべきプラントの
各タイプについて異ならせることができる。特に、サ−
ボ制御装置について、モ−タの種類、駆動軸及び使用さ
れる負荷はもちろん、粘性摩擦の量及び各成分の慣性に
より、このようなパラメ−タの値が決定される。
モ−ドの各々についての減衰は、制御すべきプラントの
各タイプについて異ならせることができる。特に、サ−
ボ制御装置について、モ−タの種類、駆動軸及び使用さ
れる負荷はもちろん、粘性摩擦の量及び各成分の慣性に
より、このようなパラメ−タの値が決定される。
【００２７】図３は、部分５６（図１）の伝達関数Ｐ
（ｓ）（図２）についての近似の実例となる大きさ周波
数応答曲線１４６を示している。支配的な遅れ伝達関数
１０４（図２）は、（図示しない）約１．０６Ｈｚの折
点周波数ωａから始まり−２０デシベル／デケ−ドの勾
配で減少する減少領域１４８によって示される。
（ｓ）（図２）についての近似の実例となる大きさ周波
数応答曲線１４６を示している。支配的な遅れ伝達関数
１０４（図２）は、（図示しない）約１．０６Ｈｚの折
点周波数ωａから始まり−２０デシベル／デケ−ドの勾
配で減少する減少領域１４８によって示される。
【００２８】また、図３の大きさ曲線１４６も、遅れ関
数の勾配から上方に突出する一連の共振ピ−ク１５０−
１６０を示し、それぞれ図２について上述した周波数ｆ
ｎ1−ｆｎ6に共振モ−ド１０６−１１６を示している。
数の勾配から上方に突出する一連の共振ピ−ク１５０−
１６０を示し、それぞれ図２について上述した周波数ｆ
ｎ1−ｆｎ6に共振モ−ド１０６−１１６を示している。
【００２９】それぞれ最初の６つの共振モ−ドに対応す
る共振ピ−ク１５０−１６０（ｆｎ1−ｆｎ6）は、その
制御装置のゲインが非常に高く増大すると、十分に高い
ピ−クを有し、そのシステムを不安定にするのに十分に
そのシステムの帯域幅に近い周波数にある。即ち、ノッ
チフィルタは、これらの共振１５０−１６０の効果を取
り消すため、即ち、各モ−ドｆｎ1−ｆｎ6付近の周波数
帯の信号を減衰させるために、その制御装置の補償論理
内に設けられている。共振モ−ドｆｎ1−ｆｎ2付近のノ
ッチフィルタの幅及び深さは、これらの周波数からある
割合（粗範囲）を加減した周波数で十分に減衰させてシ
ステムの装着及び環境における変更を考慮に入れるよう
に選択される。特に、ここに記載されたアクチュエ−タ
システムについて、ｆｎ1のノッチフィルタは、少なく
ともｆｎ1（１５７８Ｈｚ）共振周波数の±５％以内の
２０ゲイン低減の係数と少なくともｆｎ2（２４１３Ｈ
ｚ）共振周波数の±５％以内の１０低減の係数を提供す
る必要がある。また、最大ゲインと最高速度応答を提供
するために、１０００Hｚ以下のノッチフィルタの位相
遅れを最小にしなければならない。所望の場合には、そ
の用途及び性能の要求に従って、他の粗範囲と減衰の基
準を使用してもよい。
る共振ピ−ク１５０−１６０（ｆｎ1−ｆｎ6）は、その
制御装置のゲインが非常に高く増大すると、十分に高い
ピ−クを有し、そのシステムを不安定にするのに十分に
そのシステムの帯域幅に近い周波数にある。即ち、ノッ
チフィルタは、これらの共振１５０−１６０の効果を取
り消すため、即ち、各モ−ドｆｎ1−ｆｎ6付近の周波数
帯の信号を減衰させるために、その制御装置の補償論理
内に設けられている。共振モ−ドｆｎ1−ｆｎ2付近のノ
ッチフィルタの幅及び深さは、これらの周波数からある
割合（粗範囲）を加減した周波数で十分に減衰させてシ
ステムの装着及び環境における変更を考慮に入れるよう
に選択される。特に、ここに記載されたアクチュエ−タ
システムについて、ｆｎ1のノッチフィルタは、少なく
ともｆｎ1（１５７８Ｈｚ）共振周波数の±５％以内の
２０ゲイン低減の係数と少なくともｆｎ2（２４１３Ｈ
ｚ）共振周波数の±５％以内の１０低減の係数を提供す
る必要がある。また、最大ゲインと最高速度応答を提供
するために、１０００Hｚ以下のノッチフィルタの位相
遅れを最小にしなければならない。所望の場合には、そ
の用途及び性能の要求に従って、他の粗範囲と減衰の基
準を使用してもよい。
【００３０】最初の２つの共振のためのノッチフィルタ
は、最も低いノッチ周波数を有するので、より低い周波
数で低周波位相遅れの大部分を引き起こす。従って、本
発明は、これらの最初の２つのモ−ドｆｎ1、ｆｎ2のた
めの非線形ノッチフィルタを使用することによって説明
される。
は、最も低いノッチ周波数を有するので、より低い周波
数で低周波位相遅れの大部分を引き起こす。従って、本
発明は、これらの最初の２つのモ−ドｆｎ1、ｆｎ2のた
めの非線形ノッチフィルタを使用することによって説明
される。
【００３１】そのプラントの共振周波数ｆｎ1、ｆｎ2を
取り消す上記の特性を提供するこのようなノッチフィル
タの設計は、３つの２次ノッチフィルタと２つの１５５
３Hｚ（ダブルノッチ）と１つの２４１３Hｚのカスケ−
ド（縦続）であり、以下の全伝達関数を有する。
取り消す上記の特性を提供するこのようなノッチフィル
タの設計は、３つの２次ノッチフィルタと２つの１５５
３Hｚ（ダブルノッチ）と１つの２４１３Hｚのカスケ−
ド（縦続）であり、以下の全伝達関数を有する。
【００３２】
【数３】 Ｇ（ｓ）＝Ｇ1（ｓ）*Ｇ2（ｓ）*Ｇ3（ｓ） [式３] ここで、Ｇ1(ｓ)＝(ｓ2＋２ξn1ω1ｓ＋ω1 2)／(ｓ2＋２ξ1ω1ｓ＋ω1 2)、 Ｇ2(ｓ)＝(ｓ2＋２ξn2ω2ｓ＋ω2 2)／(ｓ2＋２ξ2ω2ｓ＋ω2 2)、 Ｇ3(ｓ)＝(ｓ2＋２ξn3ω3ｓ＋ω3 2)／(ｓ2＋２ξ3ω3ｓ＋ω3 2) であり、ω1＝ω2＝２*π*１５５３、ω3＝２*π*２４
１３、ξ1＝０．１６７、ξ2＝０．３３、ξ3＝０．
５、ξn1＝ξn2＝ξn3＝０とω＝２*π*ｆである。所望
の場合には、ω1、ω2、ω3、ξ1、ξ2及びξ3につい
て、他の値を使用してもよい。
１３、ξ1＝０．１６７、ξ2＝０．３３、ξ3＝０．
５、ξn1＝ξn2＝ξn3＝０とω＝２*π*ｆである。所望
の場合には、ω1、ω2、ω3、ξ1、ξ2及びξ3につい
て、他の値を使用してもよい。
【００３３】また、そのノッチの分子のゼロ減衰期間
（ξn1＝ξn2＝ξn3＝０）を使用する代わりに、１以上
のノッチ（Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3）が所望の周波数範囲で所望
の減衰を達成するために、非ゼロ減衰期間を使用しても
よい。さらに、所望の減衰目標に合う線形ノッチフィル
タについてのどのような伝達関数の形式でも使用するこ
とができる。上述したような必要とされる粗範囲をテス
トするために、ノッチ周波数ω1＝ω2＝２*π*１５５３
Ｈｚは、ｆｎ1＝１５７８Ｈｚの共振からずれて、プラ
ント共振周波数ｆｎ1（１５７８Ｈｚ）とノッチ周波数
（１５５３Ｈｚ）の間で約１．５ ％の差を擬似してい
る。
（ξn1＝ξn2＝ξn3＝０）を使用する代わりに、１以上
のノッチ（Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3）が所望の周波数範囲で所望
の減衰を達成するために、非ゼロ減衰期間を使用しても
よい。さらに、所望の減衰目標に合う線形ノッチフィル
タについてのどのような伝達関数の形式でも使用するこ
とができる。上述したような必要とされる粗範囲をテス
トするために、ノッチ周波数ω1＝ω2＝２*π*１５５３
Ｈｚは、ｆｎ1＝１５７８Ｈｚの共振からずれて、プラ
ント共振周波数ｆｎ1（１５７８Ｈｚ）とノッチ周波数
（１５５３Ｈｚ）の間で約１．５ ％の差を擬似してい
る。
【００３４】図４を参照すると、（最初の調和応答につ
いて）従来の線形ノッチフィルタを使用する式３のノッ
チフィルタについての大きさ周波数応答が破曲線２００
で示され、本発明の非線形ノッチフィルタを使用する場
合が実曲線２０２で示されている。曲線２００及び２０
２は、実質的に同様の大きさ特性プロファイルを示して
いる。
いて）従来の線形ノッチフィルタを使用する式３のノッ
チフィルタについての大きさ周波数応答が破曲線２００
で示され、本発明の非線形ノッチフィルタを使用する場
合が実曲線２０２で示されている。曲線２００及び２０
２は、実質的に同様の大きさ特性プロファイルを示して
いる。
【００３５】図５を参照すると、１５５３Hｚまでの周
波数範囲について、（最初の調和応答について）従来の
線形ノッチフィルタを使用する式３のフィルタについて
の位相周波数応答が破曲線２０４で示され、本発明の非
線形ノッチフィルタを使用する場合が実曲線２０６で示
されている。上述したように、この周波数範囲は、約１
０００Hｚ以下のノッチフィルタの位相遅れを最小しな
ければならないので、制御システムの設計にとって重要
である。
波数範囲について、（最初の調和応答について）従来の
線形ノッチフィルタを使用する式３のフィルタについて
の位相周波数応答が破曲線２０４で示され、本発明の非
線形ノッチフィルタを使用する場合が実曲線２０６で示
されている。上述したように、この周波数範囲は、約１
０００Hｚ以下のノッチフィルタの位相遅れを最小しな
ければならないので、制御システムの設計にとって重要
である。
【００３６】曲線２０４、２０６の比較からわかるよう
に、本発明では、従来の線形フィルタよりも移相を減少
させている。このような減少した位相は、典型的にノッ
チフィルタについて興味のある周波数範囲、例えば、そ
のフィルタの最低のノッチ周波数ωnからこのようなノ
ッチ周波数（ωn／１０）以下の約１０倍（又はそれ以
上）までの周波数範囲にわたって行われることが望まし
い。減少した位相遅れが望ましいこの範囲の部分は、各
用途のために変化させることができる。以下の表１は、
図５に示すような線形フィルタと非線形フィルタについ
ての位相遅れの比較を示している。
に、本発明では、従来の線形フィルタよりも移相を減少
させている。このような減少した位相は、典型的にノッ
チフィルタについて興味のある周波数範囲、例えば、そ
のフィルタの最低のノッチ周波数ωnからこのようなノ
ッチ周波数（ωn／１０）以下の約１０倍（又はそれ以
上）までの周波数範囲にわたって行われることが望まし
い。減少した位相遅れが望ましいこの範囲の部分は、各
用途のために変化させることができる。以下の表１は、
図５に示すような線形フィルタと非線形フィルタについ
ての位相遅れの比較を示している。
【００３７】
【表１】 周波数（Ｈｚ） 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 線形 12.3 18.6 25.3 32.5 40.3 48.9 58.6 69.8 83.0 98.7 118. 非線形 9.0 11.1 11.9 11.2 9.0 6.5 4.4 3.9 6.5 13.0 27.1 ノッチ周波数ωn以下の周波数におけるこのような減少
した位相遅れは、先行技術に対する本発明の重要な利点
である。特に、良好なフィ−ドバック制御性能を保証す
るためには、所望の制御されたアクチュエ−タ（閉ル−
プ）帯域幅内の１５°より小さい位相遅れが、ノッチフ
ィルタのために望ましい。線形ノッチフィルタの位相遅
れは２４３Hｚより高い周波数について１５°より大き
いが、非線形フィルタの遅れは１１１４Hｚより高い周
波数について１５°より大きくなっている。このよう
に、非線形ノッチフィルタは、従来の線形ノッチフィル
タで達成できるものより、高いル−プゲイン、従って設
計すべき速いアクチュエ−タ制御装置及び制御された高
いアクチュエ−タ（閉ル−プ）帯域幅を考慮に入れてい
る。
した位相遅れは、先行技術に対する本発明の重要な利点
である。特に、良好なフィ−ドバック制御性能を保証す
るためには、所望の制御されたアクチュエ−タ（閉ル−
プ）帯域幅内の１５°より小さい位相遅れが、ノッチフ
ィルタのために望ましい。線形ノッチフィルタの位相遅
れは２４３Hｚより高い周波数について１５°より大き
いが、非線形フィルタの遅れは１１１４Hｚより高い周
波数について１５°より大きくなっている。このよう
に、非線形ノッチフィルタは、従来の線形ノッチフィル
タで達成できるものより、高いル−プゲイン、従って設
計すべき速いアクチュエ−タ制御装置及び制御された高
いアクチュエ−タ（閉ル−プ）帯域幅を考慮に入れてい
る。
【００３８】図６及び図７を参照すると、本発明に使用
する非線形ノッチフィルタ補償は、同時に出願された
「移相を減少した非線形フィルタ」という発明の名称の
米国特許出願（ＵＴＣ整理番号Ｒ−３９７３）において
論議されているものと同様に設計され、この米国特許出
願では、Ｇ（ｓ）は式３で上述したようになっている。
する非線形ノッチフィルタ補償は、同時に出願された
「移相を減少した非線形フィルタ」という発明の名称の
米国特許出願（ＵＴＣ整理番号Ｒ−３９７３）において
論議されているものと同様に設計され、この米国特許出
願では、Ｇ（ｓ）は式３で上述したようになっている。
【００３９】特に、移相を減少した非線形ノッチフィル
タ３０は、ライン２９で入力信号ｘを受信する式３の伝
達関数Ｇ（ｓ）を有する線形フィルタ論理２１０を含
む。線形フィルタ論理２１０は、ライン２１４におい
て、入力信号ｘに対する線形フィルタの伝達関数Ｇ
（ｓ）の応答を示す出力信号ｇを供給する。信号ｇは、
ゼロクロス・サンプルホ−ルド論理２１６に供給され
る。また、ゼロクロス・サンプルホ−ルド論理２１６は
ライン２９で入力信号ｘを受信する。後述するように、
論理２１６は、入力信号ｘが零点を横切るときに信号ｇ
のサンプリングを行い、入力信号ｘと同時に且つ同一の
方向に零点を横切り且つサンプリング時に信号ｇと等し
い振幅を有する方形波信号である信号ｎをライン２１８
に供給する。
タ３０は、ライン２９で入力信号ｘを受信する式３の伝
達関数Ｇ（ｓ）を有する線形フィルタ論理２１０を含
む。線形フィルタ論理２１０は、ライン２１４におい
て、入力信号ｘに対する線形フィルタの伝達関数Ｇ
（ｓ）の応答を示す出力信号ｇを供給する。信号ｇは、
ゼロクロス・サンプルホ−ルド論理２１６に供給され
る。また、ゼロクロス・サンプルホ−ルド論理２１６は
ライン２９で入力信号ｘを受信する。後述するように、
論理２１６は、入力信号ｘが零点を横切るときに信号ｇ
のサンプリングを行い、入力信号ｘと同時に且つ同一の
方向に零点を横切り且つサンプリング時に信号ｇと等し
い振幅を有する方形波信号である信号ｎをライン２１８
に供給する。
【００４０】ライン２１８の信号ｎは、線形フィルタの
伝達関数Ｇ（ｓ）の相補形態、即ち１−Ｇ（ｓ）として
構成される相補線形フィルタ論理２２０に供給される。
特に、線形フィルタ２１０と相補フィルタ２２０が共通
の入力信号によって駆動され、それらの出力が加算され
ると、結果として生じる出力は全ての回で全周波数につ
いて１になるであろう（即ち、Ｇ（ｓ）＋（１−Ｇ
（ｓ））＝１）。式３のノッチフィルタであるＧ（ｓ）
について、相補線形フィルタ２０の伝達関数は、２次の
狭い帯域フィルタである（１−Ｇ（ｓ））。
伝達関数Ｇ（ｓ）の相補形態、即ち１−Ｇ（ｓ）として
構成される相補線形フィルタ論理２２０に供給される。
特に、線形フィルタ２１０と相補フィルタ２２０が共通
の入力信号によって駆動され、それらの出力が加算され
ると、結果として生じる出力は全ての回で全周波数につ
いて１になるであろう（即ち、Ｇ（ｓ）＋（１−Ｇ
（ｓ））＝１）。式３のノッチフィルタであるＧ（ｓ）
について、相補線形フィルタ２０の伝達関数は、２次の
狭い帯域フィルタである（１−Ｇ（ｓ））。
【００４１】相補フィルタ論理２２０内において、ライ
ン２１８は、上述した線形フィルタ関数２１０と同じ伝
達関数Ｇ（ｓ）を有するもう一つの線形フィルタ２２２
に供給される。フィルタ２２２の出力は、ライン２２４
に供給されて、加算器２２６の負入力に供給される。ま
た、ライン２１８は、加算器２２６の正入力に供給され
る。加算器２２６の出力は、ライン２２８に供給され
る。これは相補線形フィルタ論理２２０の出力信号Ｃで
ある。
ン２１８は、上述した線形フィルタ関数２１０と同じ伝
達関数Ｇ（ｓ）を有するもう一つの線形フィルタ２２２
に供給される。フィルタ２２２の出力は、ライン２２４
に供給されて、加算器２２６の負入力に供給される。ま
た、ライン２１８は、加算器２２６の正入力に供給され
る。加算器２２６の出力は、ライン２２８に供給され
る。これは相補線形フィルタ論理２２０の出力信号Ｃで
ある。
【００４２】ライン２２８の信号Ｃは、加算器２３０の
正入力に供給される。また、ライン２１４の線形フィル
タ２１０からの信号ｇは、加算器２３０のもう一つの正
入力に供給される。加算器２３０は、ライン３２に出力
信号Ｖを供給する。これは、移相を減少した非線形フィ
ルタ論理３０の出力である。
正入力に供給される。また、ライン２１４の線形フィル
タ２１０からの信号ｇは、加算器２３０のもう一つの正
入力に供給される。加算器２３０は、ライン３２に出力
信号Ｖを供給する。これは、移相を減少した非線形フィ
ルタ論理３０の出力である。
【００４３】図７に示すように、ゼロクロス・サンプル
ホ−ルド論理２１６は、所定の速度、例えば１００ＫH
ｚでライン２９の入力信号ｘをサンプリングし、ステッ
プ２５０で入力信号ｘの符号が変化したか否か（即ち、
入力信号ｘが零点を横切ったか否か）を決定する。符号
が変化していなければ、次のサンプル時に再び入力信号
ｘのサンプリングをする。入力の符号が変化していれ
ば、ステップ２５２でその符号の変化が正から負への変
化であったか否かを決定する。その変化が正から負への
変化であった場合には、ステップ２５４においてサンプ
リングが起こったときにｎの値をｇの絶対値の負の値に
セットし、論理２１６から出る。逆に、入力信号ｘの符
号の変化が負から正（即ち正から負ではない）への変化
であった場合には、ステップ２５６でｎの値をｇの絶対
値にセットし、論理２１６から出る。いずれの場合で
も、次のサンプリング時までｎの値を一定に保持する。
ホ−ルド論理２１６は、所定の速度、例えば１００ＫH
ｚでライン２９の入力信号ｘをサンプリングし、ステッ
プ２５０で入力信号ｘの符号が変化したか否か（即ち、
入力信号ｘが零点を横切ったか否か）を決定する。符号
が変化していなければ、次のサンプル時に再び入力信号
ｘのサンプリングをする。入力の符号が変化していれ
ば、ステップ２５２でその符号の変化が正から負への変
化であったか否かを決定する。その変化が正から負への
変化であった場合には、ステップ２５４においてサンプ
リングが起こったときにｎの値をｇの絶対値の負の値に
セットし、論理２１６から出る。逆に、入力信号ｘの符
号の変化が負から正（即ち正から負ではない）への変化
であった場合には、ステップ２５６でｎの値をｇの絶対
値にセットし、論理２１６から出る。いずれの場合で
も、次のサンプリング時までｎの値を一定に保持する。
【００４４】従って、フィルタ入力信号ｘが零点を横切
る瞬間のみに、線形フィルタ出力信号ｇのサンプリング
（及び信号ｎの更新）が起こり、入力信号ｘが零点を横
切る方向に基づいてｎの符号をセットし、そのときのｇ
の値と等しい値にセットする。このように、信号ｎは、
入力信号ｘと同時に且つ同一の方向に零点を横切り、且
つその時の信号ｇの値と等しい振幅を有する方形波関数
である。
る瞬間のみに、線形フィルタ出力信号ｇのサンプリング
（及び信号ｎの更新）が起こり、入力信号ｘが零点を横
切る方向に基づいてｎの符号をセットし、そのときのｇ
の値と等しい値にセットする。このように、信号ｎは、
入力信号ｘと同時に且つ同一の方向に零点を横切り、且
つその時の信号ｇの値と等しい振幅を有する方形波関数
である。
【００４５】所望の場合には入力信号ｘについて他のサ
ンプルレ−トを使用することができ、あるいはアナログ
方式のようにサンプリングを連続的にすることができ
る。しかし、ｘのサンプルレ−トと無関係に、信号ｇが
サンプリングされる時は、入力信号ｘが零点を横切るこ
とを論理が検出した時である。また、所望の場合には、
信号ｎについて同じ結果を得るために、他のデジタル論
理又はソフトウェア及び／又はアナログ回路を使用する
ことができる。
ンプルレ−トを使用することができ、あるいはアナログ
方式のようにサンプリングを連続的にすることができ
る。しかし、ｘのサンプルレ−トと無関係に、信号ｇが
サンプリングされる時は、入力信号ｘが零点を横切るこ
とを論理が検出した時である。また、所望の場合には、
信号ｎについて同じ結果を得るために、他のデジタル論
理又はソフトウェア及び／又はアナログ回路を使用する
ことができる。
【００４６】ｎは方形波型の関数であるため、奇数調波
周波数成分からなる。その結果、相補フィルタの応答は
このような入力方形波の奇数調波を示し、従って、出力
信号ｙはこのような調波を示す。しかし、これらの調波
の大きさは、周波数とともに自然に減少する。また、相
補フィルタ関数１−Ｇ（ｓ）は、所望の最初の調波の付
近の帯域通過であるので、ノッチフィルタの高調波をさ
らに減衰させる。
周波数成分からなる。その結果、相補フィルタの応答は
このような入力方形波の奇数調波を示し、従って、出力
信号ｙはこのような調波を示す。しかし、これらの調波
の大きさは、周波数とともに自然に減少する。また、相
補フィルタ関数１−Ｇ（ｓ）は、所望の最初の調波の付
近の帯域通過であるので、ノッチフィルタの高調波をさ
らに減衰させる。
【００４７】図８に示すように、特にフィルタ３０の出
力信号Ｖは、最初の調和信号に加えて高調波を含んでい
る。図８には、純粋な正弦波入力についての出力信号Ｖ
の１番目と３番目と５番目の調波の相対的な振幅が示さ
れている。出力信号Ｖには偶数調波はない。最初の調波
は、図４の曲線２０２の大きさプロットに示されるが直
線の縦軸の上に示されるものと同じである。３番目と５
番目の調波は、アクチュエ−タの性能を低下させないよ
うに十分小さくなっている。
力信号Ｖは、最初の調和信号に加えて高調波を含んでい
る。図８には、純粋な正弦波入力についての出力信号Ｖ
の１番目と３番目と５番目の調波の相対的な振幅が示さ
れている。出力信号Ｖには偶数調波はない。最初の調波
は、図４の曲線２０２の大きさプロットに示されるが直
線の縦軸の上に示されるものと同じである。３番目と５
番目の調波は、アクチュエ−タの性能を低下させないよ
うに十分小さくなっている。
【００４８】あるいは、任意の乗算器２６０によって示
されるように、図６において信号ｎにゲインＫｎを掛け
てもよい。この場合、Ｋｎの値は、その方形波信号ｎの
振幅をサンプル時の信号ｇの所定の比にセットするよう
にセットされる。これにより、移相低減の量が調節され
（減少し）、出力信号の非線形性（高調波歪み）の量が
減少する。例えば、Ｋｎ＝０．５であれば、移相の低減
はより少なくなるが、出力信号は減少し高調波の振幅を
示すであろう。ここに示す図については、ゲインＫｎを
１にセットする。
されるように、図６において信号ｎにゲインＫｎを掛け
てもよい。この場合、Ｋｎの値は、その方形波信号ｎの
振幅をサンプル時の信号ｇの所定の比にセットするよう
にセットされる。これにより、移相低減の量が調節され
（減少し）、出力信号の非線形性（高調波歪み）の量が
減少する。例えば、Ｋｎ＝０．５であれば、移相の低減
はより少なくなるが、出力信号は減少し高調波の振幅を
示すであろう。ここに示す図については、ゲインＫｎを
１にセットする。
【００４９】図９に示すように、伝達関数Ｇ（ｓ）がそ
の分子と分母と両方で同じ次数を有し、いずれも高周波
数で同じ値に近づく（即ち、伝達関数が高周波数で１の
値を有する）場合には、式３のように、伝達関数Ｇ
（ｓ）をＧ（ｓ）＝１−Ｔ（ｓ）（Ｔ（ｓ）は減少した
次数の分子を有する伝達関数である）の形式に書き直し
てもよい。
の分子と分母と両方で同じ次数を有し、いずれも高周波
数で同じ値に近づく（即ち、伝達関数が高周波数で１の
値を有する）場合には、式３のように、伝達関数Ｇ
（ｓ）をＧ（ｓ）＝１−Ｔ（ｓ）（Ｔ（ｓ）は減少した
次数の分子を有する伝達関数である）の形式に書き直し
てもよい。
【００５０】この場合、図６のブロック図を図９に示さ
れるように単純化することができる。特に、線形フィル
タ論理２１０内では、ライン２９の入力信号ｘが、伝達
関数Ｔ（ｓ）を有する減少した次数の線形フィルタ論理
３００に供給される。論理３００は、ライン３０２の信
号を加算器３０４の負入力に供給する。また、ライン２
９の入力信号ｘも加算器３０４の正入力に供給される。
この加算器は、信号ｇ（線形フィルタＧ（ｓ）への応
答）をライン２１４に供給する。所望の場合には、線形
フィルタ論理２１０を伝達関数Ｇ（ｓ）として実行でき
る。しかし、１−Ｔ（ｓ）の形式を使用することによっ
て、より低い次数の伝達関数をこの論理に使用すること
ができる。
れるように単純化することができる。特に、線形フィル
タ論理２１０内では、ライン２９の入力信号ｘが、伝達
関数Ｔ（ｓ）を有する減少した次数の線形フィルタ論理
３００に供給される。論理３００は、ライン３０２の信
号を加算器３０４の負入力に供給する。また、ライン２
９の入力信号ｘも加算器３０４の正入力に供給される。
この加算器は、信号ｇ（線形フィルタＧ（ｓ）への応
答）をライン２１４に供給する。所望の場合には、線形
フィルタ論理２１０を伝達関数Ｇ（ｓ）として実行でき
る。しかし、１−Ｔ（ｓ）の形式を使用することによっ
て、より低い次数の伝達関数をこの論理に使用すること
ができる。
【００５１】また、Ｇ（ｓ）＝１−Ｔ（ｓ）を代用する
場合、即ち１−（１−Ｔ（ｓ））＝Ｔ（ｓ）の場合に
は、相補フィルタの伝達関数１−Ｇ（ｓ）はＴ（ｓ）に
単純化される。従って、図９では、相補フィルタ論理２
２０を単に減少した次数の伝達関数Ｔ（ｓ）の論理３０
０に単純化している。
場合、即ち１−（１−Ｔ（ｓ））＝Ｔ（ｓ）の場合に
は、相補フィルタの伝達関数１−Ｇ（ｓ）はＴ（ｓ）に
単純化される。従って、図９では、相補フィルタ論理２
２０を単に減少した次数の伝達関数Ｔ（ｓ）の論理３０
０に単純化している。
【００５２】例えば、伝達関数Ｇ(ｓ)=(ｓ2＋2ξ1ωnｓ
+ωn 2)／(ｓ2+2ξ2ωns+ωn 2)を有するノッチフィルタ
について、Ｇ（ｓ）を次のように書き直してもよい。
+ωn 2)／(ｓ2+2ξ2ωns+ωn 2)を有するノッチフィルタ
について、Ｇ（ｓ）を次のように書き直してもよい。
【００５３】
【数４】 Ｇ(ｓ)＝1−2ξ3ωnｓ／(ｓ2＋2ξ2ωnｓ＋ωn 2)＝1−Ｔ(ｓ) （ξ1＝ξ2−ξ3、Ｔ(ｓ)＝2ξ3ωnｓ／(ｓ2＋2ξ2ωnｓ＋ωn 2) このように、Ｔ（ｓ）は分母より１つ次数の低い（即ち
ｓ乗）の分子を有し、これは、Ｇ（ｓ）の二次の分子よ
りハ−ドウェア及び／又はソフトウェアで単純に実施し
得る。このような簡略化は、上述したノッチフィルタの
ように、分子と分母が同じ次数（ｓの最も高い累乗）を
有するどのような伝達関数によっても行うことができ
る。
ｓ乗）の分子を有し、これは、Ｇ（ｓ）の二次の分子よ
りハ−ドウェア及び／又はソフトウェアで単純に実施し
得る。このような簡略化は、上述したノッチフィルタの
ように、分子と分母が同じ次数（ｓの最も高い累乗）を
有するどのような伝達関数によっても行うことができ
る。
【００５４】あるいは、図６について上述したように、
任意の乗算器２６０によって示されるように信号ｎにゲ
インＫｎを掛けてもよい。その場合、Ｋｎの値は、方形
波信号ｎの振幅をサンプル時の信号ｇの所定の比にセッ
トするようにセットされる。これにより、移相の低減の
量を調節し（減少させ）、出力信号の非線形性（高調波
歪み）の量を減少させることができる。例えば、Ｋｎ＝
０．５であれば、移相の低減は少なくなるが、出力信号
は減少した高調波振幅を示すであろう。
任意の乗算器２６０によって示されるように信号ｎにゲ
インＫｎを掛けてもよい。その場合、Ｋｎの値は、方形
波信号ｎの振幅をサンプル時の信号ｇの所定の比にセッ
トするようにセットされる。これにより、移相の低減の
量を調節し（減少させ）、出力信号の非線形性（高調波
歪み）の量を減少させることができる。例えば、Ｋｎ＝
０．５であれば、移相の低減は少なくなるが、出力信号
は減少した高調波振幅を示すであろう。
【００５５】さらに、所望の場合には、線形フィルタブ
ロック２１０とゼロクロス・サンプルホ−ルド論理２１
６との間のライン２１４に、図６及び図９で説明した任
意のゲインＫｎを代わりに配置して、論理２１６による
サンプリングに先立って信号ｇをゲインシフトしてもよ
い。
ロック２１０とゼロクロス・サンプルホ−ルド論理２１
６との間のライン２１４に、図６及び図９で説明した任
意のゲインＫｎを代わりに配置して、論理２１６による
サンプリングに先立って信号ｇをゲインシフトしてもよ
い。
【００５６】上記特許出願に詳述されているように、論
理３０（図１、図６、図９）又はその何れかの部分を、
デジタル及び／又はアナログのハ−ドウェア論理におい
て、あるいはソフトウェアのディジタルコンピュ−タ及
び／又はアナログコンピュ−タによって実行してもよ
い。
理３０（図１、図６、図９）又はその何れかの部分を、
デジタル及び／又はアナログのハ−ドウェア論理におい
て、あるいはソフトウェアのディジタルコンピュ−タ及
び／又はアナログコンピュ−タによって実行してもよ
い。
【００５７】また、上記特許出願に説明されているよう
に、（図９の減少した次数の伝達関数に関する限りで
は）通過帯域周波数範囲及び／又は高周波における本発
明の種々のフィルタのゲインは、線形フィルタの伝達関
数と対応する相補フィルタの伝達関数の両方を縮尺する
ことによって１以外にすることができる。さらに、フィ
ルタのゲインは、一般に線形フィルタの伝達関数と対応
する相補フィルタの伝達関数の両方を縮尺することによ
って、どのような値にもセットすることができる。
に、（図９の減少した次数の伝達関数に関する限りで
は）通過帯域周波数範囲及び／又は高周波における本発
明の種々のフィルタのゲインは、線形フィルタの伝達関
数と対応する相補フィルタの伝達関数の両方を縮尺する
ことによって１以外にすることができる。さらに、フィ
ルタのゲインは、一般に線形フィルタの伝達関数と対応
する相補フィルタの伝達関数の両方を縮尺することによ
って、どのような値にもセットすることができる。
【００５８】本発明は、種々の異なるタイプのシステム
について、高帯域のバルブアクチュエ−タ制御論理を提
供する。線形ノッチフィルタを使用する従来のシステム
では、そのシステムの帯域幅は、線形ノッチフィルタの
低周波位相遅れのために、所望のレベルよりも小さく制
限される。線形ノッチフィルタを非線形ノッチフィルタ
に取り替えられると、位相遅れの低減により、制御装置
のゲインＫｐ、ＫＶを増大させ、それによってアクチュ
エ−タの帯域幅を所望のように増大させることができ
る。
について、高帯域のバルブアクチュエ−タ制御論理を提
供する。線形ノッチフィルタを使用する従来のシステム
では、そのシステムの帯域幅は、線形ノッチフィルタの
低周波位相遅れのために、所望のレベルよりも小さく制
限される。線形ノッチフィルタを非線形ノッチフィルタ
に取り替えられると、位相遅れの低減により、制御装置
のゲインＫｐ、ＫＶを増大させ、それによってアクチュ
エ−タの帯域幅を所望のように増大させることができ
る。
【００５９】特に、図２に記載されたプラント用の制御
論理３０（図１）と同等の線形フィルタ制御装置は、６
つの共振モ−ドを取り消すために７つの線形ノッチフィ
ルタを使用することができる。これらのノッチフィルタ
の３つは３つの２次のノッチフィルタの縦続であり、１
５５３Hｚの２つと２４１３Hｚの１つは上述した式３の
伝達関数を有する。残りの４つのノッチフィルタは、残
りのモ−ドｆｎ3−ｆｎ6の各々について、それぞれ以下
の形式を有する。
論理３０（図１）と同等の線形フィルタ制御装置は、６
つの共振モ−ドを取り消すために７つの線形ノッチフィ
ルタを使用することができる。これらのノッチフィルタ
の３つは３つの２次のノッチフィルタの縦続であり、１
５５３Hｚの２つと２４１３Hｚの１つは上述した式３の
伝達関数を有する。残りの４つのノッチフィルタは、残
りのモ−ドｆｎ3−ｆｎ6の各々について、それぞれ以下
の形式を有する。
【００６０】
【数５】 (ｓ2＋2ξ1ωnｓ＋ωn 2)／(ｓ2＋2ξ2ωnｓ＋ωn 2) ここで、４つのすべてのノッチフィルタについてξ1＝
０であり、モ−ドｆｎ3−ｆｎ6に対応する４つのノッチ
フィルタについてωn＝4412、5055、6166、8270rad/se
c、ξ2＝0.1667、0.4、0.5、0.5である。所望の場合に
は、これらのモ−ドの各々についてのξ1、ξ2及びωn
について他の値を使用し、あるいは他のフィルタの形式
を使用することができる。これらの４つのノッチフィル
タについて、興味のある範囲（１０００Ｈｚ以下）に反
映される位相の量は最小である。また、所望の性能の要
求を満たすことができれば、ノッチフィルタの幾つかを
除去することができる。
０であり、モ−ドｆｎ3−ｆｎ6に対応する４つのノッチ
フィルタについてωn＝4412、5055、6166、8270rad/se
c、ξ2＝0.1667、0.4、0.5、0.5である。所望の場合に
は、これらのモ−ドの各々についてのξ1、ξ2及びωn
について他の値を使用し、あるいは他のフィルタの形式
を使用することができる。これらの４つのノッチフィル
タについて、興味のある範囲（１０００Ｈｚ以下）に反
映される位相の量は最小である。また、所望の性能の要
求を満たすことができれば、ノッチフィルタの幾つかを
除去することができる。
【００６１】このような線形フィルタ制御装置は、以下
の工程を実行することによって、非線形フィルタ制御装
置に変更することができる。
の工程を実行することによって、非線形フィルタ制御装
置に変更することができる。
【００６２】（１）（ｆｎ1、ｆｎ2で共振モ−ドを減衰
させる）式３の最初の３つのノッチフィルタを上述した
非線形ノッチフィルタと取り替える。
させる）式３の最初の３つのノッチフィルタを上述した
非線形ノッチフィルタと取り替える。
【００６３】（２）線形フィルタを使用するシステムの
開ル−プゲインマ−ジンと適合する開ル−プゲインマ−
ジンが得られるまで、ゲインＫｐ、Ｋｖを増大させる。
この例では、３ｄＢのゲインマ−ジンを使用し、これは
ル−プゲインの４５％の増加に対応していた。
開ル−プゲインマ−ジンと適合する開ル−プゲインマ−
ジンが得られるまで、ゲインＫｐ、Ｋｖを増大させる。
この例では、３ｄＢのゲインマ−ジンを使用し、これは
ル−プゲインの４５％の増加に対応していた。
【００６４】（３）１５°（全範囲の５０％）のステッ
プ弁の位置指令に対するオ−バ−シュ−トの量が線形ノ
ッチフィルタを使用するときのアクチュエ−タの場合と
略等しくなるように、速度指令限界２０（図１）を減少
させる。この例では、その限界は、+/-９deg／ミリ秒か
ら+/-８.４deg／ミリ秒まで減少させた。
プ弁の位置指令に対するオ−バ−シュ−トの量が線形ノ
ッチフィルタを使用するときのアクチュエ−タの場合と
略等しくなるように、速度指令限界２０（図１）を減少
させる。この例では、その限界は、+/-９deg／ミリ秒か
ら+/-８.４deg／ミリ秒まで減少させた。
【００６５】より高い共振モ−ド（ｆｎ3−ｆｎ6）が所
望のシステムの帯域幅から十分に離れているので、これ
らの共振ｆｎ3−ｆｎ6のために使用されるタイプのノッ
チフィルタ（線形対非線形）が、興味のある周波数、即
ち１０００Hｚ以下で制御装置の位相遅れに重大な影響
を与えないを理解しなければならない。しかし、所望の
場合には、これらを非線形の形式に変換してもよい。
望のシステムの帯域幅から十分に離れているので、これ
らの共振ｆｎ3−ｆｎ6のために使用されるタイプのノッ
チフィルタ（線形対非線形）が、興味のある周波数、即
ち１０００Hｚ以下で制御装置の位相遅れに重大な影響
を与えないを理解しなければならない。しかし、所望の
場合には、これらを非線形の形式に変換してもよい。
【００６６】線形フィルタ補償と比較して、非線形フィ
ルタ補償を使用することによって得られる、ステップ入
力に対する閉ル−プ・アクチュエ−タ制御システムの時
間応答の改善を、以下の表２に示す。
ルタ補償を使用することによって得られる、ステップ入
力に対する閉ル−プ・アクチュエ−タ制御システムの時
間応答の改善を、以下の表２に示す。
【００６７】
【表２】 線形応答 非線形応答 ステップ 0-95% %O/S 95% 0-95% %O/S 95% サイズ RisTime StlTime RisTime Stltime 1% 1.18ms 1.16 3.56ms 0.89ms 1.27 8.27ms* 10% 1.6ms 16.4 3.4ms 1.5ms 25.9 2.8ms 50% 3.0ms 42.7 8.3ms 2.9ms 42.0 8.6ms *：９０％セットリングタイムは十分に低い（約２ｍｓｅｃ） 上記の表２に示すように、弁範囲（３０Ｄｅｇ）の１．
０ ％（０．３Ｄｅｇ）の小信号ステップに対するシス
テム応答について、９５％の立上り時間（即ち出力信号
が入力ステップの０から９５％進む時間）は、線形フィ
ルタでは１．１８ミリ秒（ミリ秒）であり、非線形フィ
ルタシステムでは０．８９ｍｓである。このように、非
線形フィルタは、ステップ入力に対して線形フィルタよ
り速い時間応答を提供する。また、線形フィルタについ
ては、パ−セント・オ−バ−シュ−トは１．１６％であ
り、最終値の９５ ％になるまでのセットリングタイム
は３．５６ ｍｓである。非線形フィルタについては、
パ−セント・オ−バ−シュ−トは１．２７％であり、９
５％セットリングタイムは８．２７ｍｓである。
０ ％（０．３Ｄｅｇ）の小信号ステップに対するシス
テム応答について、９５％の立上り時間（即ち出力信号
が入力ステップの０から９５％進む時間）は、線形フィ
ルタでは１．１８ミリ秒（ミリ秒）であり、非線形フィ
ルタシステムでは０．８９ｍｓである。このように、非
線形フィルタは、ステップ入力に対して線形フィルタよ
り速い時間応答を提供する。また、線形フィルタについ
ては、パ−セント・オ−バ−シュ−トは１．１６％であ
り、最終値の９５ ％になるまでのセットリングタイム
は３．５６ ｍｓである。非線形フィルタについては、
パ−セント・オ−バ−シュ−トは１．２７％であり、９
５％セットリングタイムは８．２７ｍｓである。
【００６８】非線形についての小信号の立上り時間が線
形のフィルタ補償よりも改善されると同時に、非線形シ
ステムの性能は大信号の入力について低下しない。表２
に示すように、１０％及び５０％のステップ入力につい
て、システムが殆ど制限２０、２８（図１）で作動して
いる場合には、時間応答が線形及び非線形フィルタシス
テムについて略同様である。
形のフィルタ補償よりも改善されると同時に、非線形シ
ステムの性能は大信号の入力について低下しない。表２
に示すように、１０％及び５０％のステップ入力につい
て、システムが殆ど制限２０、２８（図１）で作動して
いる場合には、時間応答が線形及び非線形フィルタシス
テムについて略同様である。
【００６９】図１０に示すように、アクチュエ−タ・ル
−プの他の重要な性能の測定基準は、周波数について導
入する閉ル−プ位相遅れである。既知のように、閉ル−
プ方式のアクチュエ−タ・システムの位相遅れ（所定位
置への位置指令）が約１５Ｄｅｇである周波数は、アク
チュエ−タ・ル−プを組み込んだ外部の制御ル−プの達
成可能な最大の閉ル−プ帯域幅と関係がある。
−プの他の重要な性能の測定基準は、周波数について導
入する閉ル−プ位相遅れである。既知のように、閉ル−
プ方式のアクチュエ−タ・システムの位相遅れ（所定位
置への位置指令）が約１５Ｄｅｇである周波数は、アク
チュエ−タ・ル−プを組み込んだ外部の制御ル−プの達
成可能な最大の閉ル−プ帯域幅と関係がある。
【００７０】特に、アクチュエ−タ制御システム７（図
１）は、より大きな外部制御ル−プシステム３５０、例
えば、ゲインと、動的な補償と、ライン３５６のエンジ
ン３５４（例えばガスタ−ビンエンジン）から信号を受
信してライン１０を介してアクチュエ−タ・ル−プ７に
バルブ位置指令を供給する他の論理とからなる電子式エ
ンジン制御（ＥＥＣ）３５２内に配置することができ
る。その場合、アクチュエ−タ、例えばブリ−ド弁アク
チュエ−タは、エンジンから抽気するようにエンジン３
５４に配置される。ル−プ７は、バルブ位置指令入力に
応答して、アクチュエ−タ位置（度）をライン５２を介
してエンジン３５４に供給し、ＥＥＣ３５２へのライン
３５６の信号を変更するエンジン状態を変える。所望の
場合には、ブロック３５２、３５４の代わりにＥＥＣと
エンジン以外の装置を使用することができる。
１）は、より大きな外部制御ル−プシステム３５０、例
えば、ゲインと、動的な補償と、ライン３５６のエンジ
ン３５４（例えばガスタ−ビンエンジン）から信号を受
信してライン１０を介してアクチュエ−タ・ル−プ７に
バルブ位置指令を供給する他の論理とからなる電子式エ
ンジン制御（ＥＥＣ）３５２内に配置することができ
る。その場合、アクチュエ−タ、例えばブリ−ド弁アク
チュエ−タは、エンジンから抽気するようにエンジン３
５４に配置される。ル−プ７は、バルブ位置指令入力に
応答して、アクチュエ−タ位置（度）をライン５２を介
してエンジン３５４に供給し、ＥＥＣ３５２へのライン
３５６の信号を変更するエンジン状態を変える。所望の
場合には、ブロック３５２、３５４の代わりにＥＥＣと
エンジン以外の装置を使用することができる。
【００７１】アクチュエ−タ・ル−プ７の閉ル−プ伝達
関数が１５°の位相遅れを示す周波数は、ル−プ７の線
形フィルタでは５３Hｚであるが、ル−プ７の非線形フ
ィルタでは７７Hｚに起こる。このようなより低い位相
遅れにより、ＥＥＣのゲインを増大することができ、そ
れによって外部ル−プの閉ル−プ帯域幅を増大すること
ができる。
関数が１５°の位相遅れを示す周波数は、ル−プ７の線
形フィルタでは５３Hｚであるが、ル−プ７の非線形フ
ィルタでは７７Hｚに起こる。このようなより低い位相
遅れにより、ＥＥＣのゲインを増大することができ、そ
れによって外部ル−プの閉ル−プ帯域幅を増大すること
ができる。
【００７２】さらに、閉ル−プ位相遅れが９０°である
周波数は、線形システム７では３０８Ｈｚであるが、非
線形システムでは４４７Hｚであり、非線形システムの
位相遅れが少ないことを示す。また、閉ル−プゲイン・
ロ−ルオフが−４．５デシベルである周波数は、線形シ
ステム７について（位相遅れの１３２°に対応する）６
００Ｈｚであり、非線形システム７について（位相遅れ
の１１４°に対応する）７５０Ｈｚである。さらに、１
２°ピ−ク又は２４°の振幅（３０°のバルブ全範囲の
８０％）を有する８５Hｚ正弦入力の両システムへの入
力信号について、ピ−ク間の位相遅れは、線形システム
７では２４°であるが、非線形システム７では１６°に
すぎない。
周波数は、線形システム７では３０８Ｈｚであるが、非
線形システムでは４４７Hｚであり、非線形システムの
位相遅れが少ないことを示す。また、閉ル−プゲイン・
ロ−ルオフが−４．５デシベルである周波数は、線形シ
ステム７について（位相遅れの１３２°に対応する）６
００Ｈｚであり、非線形システム７について（位相遅れ
の１１４°に対応する）７５０Ｈｚである。さらに、１
２°ピ−ク又は２４°の振幅（３０°のバルブ全範囲の
８０％）を有する８５Hｚ正弦入力の両システムへの入
力信号について、ピ−ク間の位相遅れは、線形システム
７では２４°であるが、非線形システム７では１６°に
すぎない。
【００７３】このように、ここに記載された非線形フィ
ルタを使用する制御ル−プ７は、より少ない位相遅れを
示し、それによって、ＥＥＣ３５２のゲインを増大させ
て、同じ安定マ−ジンを達成すると同時に、より速い時
間応答を提供し、従って線形フィルタ補償よりも広い帯
域幅を提供する。
ルタを使用する制御ル−プ７は、より少ない位相遅れを
示し、それによって、ＥＥＣ３５２のゲインを増大させ
て、同じ安定マ−ジンを達成すると同時に、より速い時
間応答を提供し、従って線形フィルタ補償よりも広い帯
域幅を提供する。
【００７４】典型的なゲイン、伝達関数、限界などを有
する制御システム７（図１）内で使用されるものとして
本発明を説明したが、このようなシステムは単なる例示
であり、本発明は、ここで説明した形式以外の形式を有
する共振モ−ドを備えた他の制御システムにより同様に
実施される。また、プラント６から制御装置５までの内
部及び外部ル−プ（位置と速度）フィ−ドバック信号を
必要としない。所望の場合には、制御システム７に他の
フィ−ドバック信号、多少のフィ−ドバック信号及び多
少のル−プを使用することもできる。非線形フィルタ
は、性能を改善するのに必要な正しい位置に配置するこ
とができる。特に、局所ル−プの内側にある必要がなく
そのル−プの前方への（誤差）経路にある必要がない非
線形フィルタ３０、例えばフィルタ３０は、制御性能を
改善するために、所望の場合にフィ−ドバック経路及び
／又は指令信号パスに配置することができる。さらに、
制御性能を改善するために、所望の場合に制御装置５内
の種々の異なる位置に１つ以上の非線形ノッチフィルタ
を設けることができる。
する制御システム７（図１）内で使用されるものとして
本発明を説明したが、このようなシステムは単なる例示
であり、本発明は、ここで説明した形式以外の形式を有
する共振モ−ドを備えた他の制御システムにより同様に
実施される。また、プラント６から制御装置５までの内
部及び外部ル−プ（位置と速度）フィ−ドバック信号を
必要としない。所望の場合には、制御システム７に他の
フィ−ドバック信号、多少のフィ−ドバック信号及び多
少のル−プを使用することもできる。非線形フィルタ
は、性能を改善するのに必要な正しい位置に配置するこ
とができる。特に、局所ル−プの内側にある必要がなく
そのル−プの前方への（誤差）経路にある必要がない非
線形フィルタ３０、例えばフィルタ３０は、制御性能を
改善するために、所望の場合にフィ−ドバック経路及び
／又は指令信号パスに配置することができる。さらに、
制御性能を改善するために、所望の場合に制御装置５内
の種々の異なる位置に１つ以上の非線形ノッチフィルタ
を設けることができる。
【００７５】以上、本発明を要約すると、本発明に係る
制御システムは、共振モ−ドを有するプラント５６と、
プラント５６からライン１４、２４においてプラント入
力信号を受信してフィルタ出力信号Ｖに関連する制御装
置出力信号Ｉを供給してプラント５６を制御する制御装
置５とを含む。制御装置には、プラント入力信号に関連
するフィルタ入力信号ｘを受信してフィルタ出力信号Ｖ
を供給する非線形ノッチフィルタ３０が設けられてい
る。ノッチフィルタは、共振モ−ドのうちの一つの共振
モ−ドを所定量だけ減衰させるようにその一つの共振モ
−ドの付近に少くとも一つのノッチ周波数を有し、対応
する線形ノッチフィルタのノッチ周波数より低いノッチ
フィルタの最低のノッチ周波数の１０倍以下の位相遅れ
を有し、それによって、制御装置７が、線形ノッチフィ
ルタを使用するシステムより速い時間応答と増大した帯
域幅を示すことができるようにしている。
制御システムは、共振モ−ドを有するプラント５６と、
プラント５６からライン１４、２４においてプラント入
力信号を受信してフィルタ出力信号Ｖに関連する制御装
置出力信号Ｉを供給してプラント５６を制御する制御装
置５とを含む。制御装置には、プラント入力信号に関連
するフィルタ入力信号ｘを受信してフィルタ出力信号Ｖ
を供給する非線形ノッチフィルタ３０が設けられてい
る。ノッチフィルタは、共振モ−ドのうちの一つの共振
モ−ドを所定量だけ減衰させるようにその一つの共振モ
−ドの付近に少くとも一つのノッチ周波数を有し、対応
する線形ノッチフィルタのノッチ周波数より低いノッチ
フィルタの最低のノッチ周波数の１０倍以下の位相遅れ
を有し、それによって、制御装置７が、線形ノッチフィ
ルタを使用するシステムより速い時間応答と増大した帯
域幅を示すことができるようにしている。
【００７６】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、共振
モ−ドを有するプラントを備えた高応答性制御システム
を提供することができる。
モ−ドを有するプラントを備えた高応答性制御システム
を提供することができる。
【図１】本発明による非線形ノッチフィルタを備えた制
御装置と共振のプラントを有するアクチュエ−タ制御ル
−プの制御システムのブロック図である。
御装置と共振のプラントを有するアクチュエ−タ制御ル
−プの制御システムのブロック図である。
【図２】本発明による図１のプラントの一部の制御シス
テムの伝達関数のブロック図である。
テムの伝達関数のブロック図である。
【図３】本発明による図２の伝達関数の大きさ周波数応
答を示すグラフである。
答を示すグラフである。
【図４】本発明による線形ノッチフィルタ及び非線形ノ
ッチフィルタの大きさ周波数応答を示すグラフである。
ッチフィルタの大きさ周波数応答を示すグラフである。
【図５】本発明による線形ノッチフィルタ及び非線形ノ
ッチフィルタの位相周波数応答を示すグラフである。
ッチフィルタの位相周波数応答を示すグラフである。
【図６】本発明による図１の制御装置の非線形ノッチフ
ィルタのブロック図である。
ィルタのブロック図である。
【図７】本発明によるゼロクロス・サンプルホ−ルド論
理のフロ−チャ−トである。
理のフロ−チャ−トである。
【図８】本発明による非線形ノッチフィルタの調波分を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図９】本発明による非線形ノッチフィルタの他の実施
例のブロック図である。
例のブロック図である。
【図１０】本発明による図１のアクチュエ−タ・ル−プ
を含む外部制御ル−プのブロック図である。
を含む外部制御ル−プのブロック図である。
５ 電子制御装置 ６…プラント ７…アクチュエータ制御システム ８…破線 １２、２２、１３４…加算器 １８…位置ゲイン ２０、２８…大きさリミッタ ２６…速度誤差ゲイン ３４…サーボ増幅器 ３８…トルクモータ ４２…駆動軸 ４６…ブリード弁 ５０…速度センサ ５４…位置センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール エヌ．ネット アメリカ合衆国，コネチカット，トールラ ンド，パインヒル ロード 64
Claims (22)
- 【請求項１】 共振モ−ドを有するプラントと、 このプラントからのプラント入力信号と指令信号を受信
し、フィルタ出力信号と関連する制御装置出力信号を供
給して前記プラントを制御する制御装置とからなり、 前記制御装置が、前記プラント入力信号と関連するフィ
ルタ入力信号と前記指令信号を受信して前記フィルタ出
力信号を供給する非線形ノッチフィルタからなり、 前記非線形ノッチフィルタが、前記共振モ−ドのうちの
一つの共振モ−ドの付近に少なくとも一つのノッチ周波
数を有するとともに、前記一つの共振モ−ドを所定量だ
け減衰させるように大きさ周波数応答を有し、且つ対応
する線形ノッチフィルタのノッチ周波数より低い前記ノ
ッチフィルタの最低のノッチ周波数以下の位相遅れを有
することを特徴とする、制御システム。 - 【請求項２】 前記非線形ノッチフィルタが、 前記フィルタ入力信号に応答するとともに線形ノッチ伝
達関数を有し、線形ノッチフィルタ信号を供給する線形
ノッチフィルタ論理と、 前記フィルタ入力信号と前記線形ノッチフィルタ信号に
応答して、前記フィルタ入力信号を監視し、前記フィル
タ入力信号と同時に且つ同一の方向に零点を横切るとと
ともに前記フィルタ入力信号が零点を横切るときに前記
線形ノッチフィルタ信号の値と比例する振幅を有する方
形波信号を供給するゼロクロス論理と、 前記方形波信号に応答するとともに、前記線形ノッチ伝
達関数と相補的な相補伝達関数を有し、相補ノッチフィ
ルタ信号を供給する相補ノッチフィルタ論理とからな
り、 前記相補ノッチフィルタ信号と前記線形ノッチフィルタ
信号を加算して、ある周波数帯にわたって前記フィルタ
入力信号と前記フィルタ出力信号の間の移相を前記線形
ノッチ伝達関数の移相より少なくする前記フィルタ出力
信号を供給することを特徴とする、請求項１に記載の制
御システム。 - 【請求項３】 前記相補ノッチ伝達関数が、分母の多項
式より低い次数の分子の多項式を有する減少次数伝達関
数からなることを特徴とする、請求項２に記載の制御シ
ステム。 - 【請求項４】 前記ゼロクロス論理が、前記フィルタ入
力信号が零点を負から正に横切るときに前記線形ノッチ
フィルタ信号の絶対値に比例して前記方形波信号の振幅
をセットし且つ前記フィルタ入力信号が正から負に横切
るときに前記線形ノッチフィルタ信号の絶対値に負値に
比例して前記方形波信号の振幅をセットする論理からな
ることを特徴とする、請求項２に記載の制御システム。 - 【請求項５】 前記方形波信号の振幅が、前記フィルタ
入力信号が零点を横切るときに前記線形フィルタ信号の
値と等しいことを特徴とする、請求項２に記載の制御シ
ステム。 - 【請求項６】 前記プラントがアクチュエ−タからなる
ことを特徴とする、請求項１に記載の制御システム。 - 【請求項７】 前記アクチュエ−タがブリ−ド弁アクチ
ュエ−タからなることを特徴とする、請求項１に記載の
制御システム。 - 【請求項８】 前記プラントが、トルクモ−タと、この
トルクモ−タに接続された駆動軸と、この駆動軸に接続
されたアクチュエ−タとからなることを特徴とする、請
求項１に記載の制御システム。 - 【請求項９】 前記制御装置が、前記プラント入力信号
を受信して前記フィルタ入力信号を供給する制御論理か
らなることを特徴とする、請求項１に記載の制御システ
ム。 - 【請求項１０】 前記制御装置が、電子式エンジン制御
装置から指令入力信号を受信する制御論理からなり、前
記プラントがガスタ−ビンエンジンに配置されたアクチ
ュエ−タからなることを特徴とする、請求項１に記載の
制御システム。 - 【請求項１１】 前記非線形ノッチフィルタの移相が、
前記制御システムの増大した応答性を考慮することを特
徴とする、請求項１に記載の制御システム。 - 【請求項１２】 共振モ−ドを有するプラント手段と、 前記プラントからプラント入力信号を受信してフィルタ
出力信号と関連する制御装置出力信号を供給し、前記プ
ラントを制御する制御手段とからなり、 前記制御手段が、前記プラント入力信号と関連するフィ
ルタ入力信号と指令信号とを受信して前記フィルタ出力
信号を供給する非線形ノッチフィルタ手段からなり、 前記ノッチフィルタ手段が、前記共振モ−ドのうちの一
つの共振モ−ドの付近に少なくとも一つのノッチ周波数
を有し且つ前記一つの共振モ−ドを所定量だけ減衰させ
るように大きさ周波数応答を有し、且つ対応する線形ノ
ッチフィルタのノッチ周波数より低い前記ノッチフィル
タの最低のノッチ周波数の１０倍以下の位相遅れを有す
ることを特徴とする、制御システム。 - 【請求項１３】 前記非線形ノッチフィルタ手段が、 フィルタ入力信号に応答するとともに線形伝達関数を有
し、線形フィルタ信号を供給する線形フィルタ手段と、 前記フィルタ入力信号と前記線形フィルタ信号に応答し
て、前記フィルタ入力信号を監視し、前記フィルタ入力
信号と同時に且つ同一の方向に零点を横切るととともに
前記フィルタ入力信号が零点を横切るときに前記線形フ
ィルタ信号の値と比例する振幅を有する方形波信号を供
給するゼロクロス手段と、 前記方形波信号に応答するとともに、前記線形伝達関数
と相補的な相補伝達関数を有し、相補フィルタ信号を供
給する相補フィルタ手段と、 前記相補フィルタ信号と前記線形フィルタ信号に応答し
て、前記相補フィルタ信号と前記線形フィルタ信号を加
算し、ある周波数帯にわたって前記フィルタ入力信号と
フィルタ出力信号の間の移相を前記線形伝達関数の移相
より少なくするフィルタ出力信号を供給する加算手段と
からなる、請求項１２に記載の制御システム。 - 【請求項１４】 前記相補伝達関数が、分母の多項式よ
り低い次数の分子の多項式を有する減少次数伝達関数か
らなることを特徴とする、請求項１３に記載のフィル
タ。 - 【請求項１５】 前記ゼロクロス手段が、前記フィルタ
入力信号が零点を負から正に横切るときに前記線形フィ
ルタ信号の絶対値に比例して前記方形波信号の振幅をセ
ットし且つ前記フィルタ入力信号が正から負に横切ると
きに前記線形フィルタ信号の絶対値に負値に比例して前
記方形波信号の振幅をセットする手段からなることを特
徴とする、請求項１３に記載のフィルタ。 - 【請求項１６】 前記方形波信号の振幅が、前記フィル
タ入力信号が零点を横切るときに前記線形フィルタ信号
の値と等しいことを特徴とする、請求項１３に記載のフ
ィルタ。 - 【請求項１７】 前記プラント手段がアクチュエ−タか
らなることを特徴とする、請求項１２に記載の制御シス
テム。 - 【請求項１８】 前記アクチュエ−タがブリ−ド弁アク
チュエ−タからなることを特徴とする、請求項１６に記
載の制御システム。 - 【請求項１９】 前記プラント手段が、トルクモ−タ
と、このトルクモ−タに接続された駆動軸と、この駆動
軸に接続されたアクチュエ−タとからなることを特徴と
する、請求項１２に記載の制御システム。 - 【請求項２０】 前記制御手段が、前記プラント入力信
号を受信して前記フィルタ入力信号を供給する制御論理
からなることを特徴とする、請求項１２に記載の制御シ
ステム。 - 【請求項２１】 前記制御手段が、電子式エンジン制御
装置から指令入力信号を受信する制御論理からなり、前
記プラントがガスタ−ビンエンジンに配置されたアクチ
ュエ−タからなることを特徴とする、請求項１２に記載
の制御システム。 - 【請求項２２】 前記非線形ノッチフィルタ手段の移相
が、前記制御システムの増大した応答性を考慮すること
を特徴とする、請求項１２に記載の制御システム。
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