JPH11506184A

JPH11506184A - ダイナミックコンプレッサーのためのサージ防止制御システム

Info

Publication number: JPH11506184A
Application number: JP9524627A
Authority: JP
Inventors: マックリースター，ラリー，ディー．
Original assignee: ウッドウォードガヴァナーカンパニー
Priority date: 1996-01-02
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-01-02
Also published as: WO1997024591A1; EP0871853B1; DE69727044T2; JP3205561B2; CA2231443C; CN1212051A; DE69727044D1; EP0871853A4; CA2231443A1; CN1136485C; EP0871853A1; US5798941A

Abstract

(57)【要約】ダイナミックコンプレッサー（１１）用のサージ防止制御システムは、ダイナミックコンプレッサー（１１）の周りに流れをバイパスするためにアンチサージバルブ（１２）を作動させるための複合モジュール制御装置（２０）を提供する。ＰＩＤ制御モジュール（２１）は、サージ制御ライン（７１）の周辺でのダイナミックコンプレッサーの運転点を制御するために、アンチサージバルブ（１２）を制御する。速度制御モジュール（４０）は、サージ制御ライン（７１）に対する運転点の接近速度をそのプロセス変数として用いる。接近速度が高速である場合、速度制御モジュール（４０）はアンチサージバルブ（１２）の制御を担う。速度制御モジュール（４０）の設定値は、ＰＩＤ制御の行過ぎ量を低減すべくサージ制御ライン（７１）への接近速度を制御するためにアンチサージバルブ（１２）を開くよう、調整される。

Description

【発明の詳細な説明】ダイナミックコンプレッサーのためのサージ防止制御システム発明の分野この発明は、概してダイナミックコンプレッサーの運転を制御するための制御システムに関するものであり、より詳細には、ダイナミックコンプレッサー内におけるサージ（圧力変動）を防止するための制御システムとその方法に関するものである。発明の背景ダイナミックコンプレッサーは、工業過程において、圧縮ガスを供給するために広く用いられている。圧縮ガスを受ける下流工程の運転を中断することのないように、ダイナミックコンプレッサーの運転は、下流工程が必要とする安定した吐出圧力あるいは流量を供給するよう適切に制御されなければならない。しかしながら、下流工程の状況変化といったような理由で、ダイナミックコンプレッサーの流量がある閾値以下に落ちた場合には、コンプレッサー内でサージが生じたり流れが想到に減衰したりすることがよく知られている。このサージは、必然的に下流工程を中断させることに加えて、ダイナミックコンプレッサーにとって深刻な現象となり得、コンプレッサー内に可聴雑音や強い振動を引き起こす可能性がある。そして、深刻な場合には、重篤なダメージを与えるおそれがある。それ以下でダイナミックコンプレッサーがサージを起こす閾流量は、ダイナミックコンプレッサーにおける差圧の関数である。サージの条件はしばしば、コンプレッサーの運転を、ポリトロープヘッドに対する実流量という関係で表したコンプレッサーマップを用いて説明されるものである。コンプレッサーマップ上のコンプレッサーの運転点がサージ領域内に入った場合に、サージが起きることが発見されている。サージ領域とは、次式で定義される放物線に非常に近いサージラインによって境界された領域である。（実流量）²／（ポリトロープヘッド）＝Ｋ＜Ｋは定数＞ダイナミックコンプレッサーのサージ防止、あるいはサージ状態からの脱却のために一般的に採用されている方法は、コンプレッサーの吐出口に連結されたアンチサージバルブを開放し、ダイナミックコンプレッサーの吐出流の一部を入口に戻すというものである。この方法においては、コンプレッサーの流量は増加され、コンプレッサーの運転点がサージ領域から離れていく。運転点がサージ領域内に移動するのを防止すべく運転点を制御するために、比例積分偏差（ＰＩＤ）制御装置を用いたシステムが開発され、アンチサージバルブの開閉を制御するようにしている。このような制御装置は一般に、コンプレッサーの運転点が所定のサージ制御ライン（コンプレッサーマップ内でサージラインから安全マージンをもって配置されている）を越えた後に作動する。サージの発生を効果的に防止する目的で、流れの乱れによりコンプレッサーの運転点がサージラインを横切る可能性があるか否かを評価することによって、アンチサージバルブを開放する必要性を予期できることが非常に有効である。サージの可能性の有効な指標は、運転点がサージラインに接近する速度、即ち、運転点とサージ限界ラインとの間の距離における時間の微分（time derivative）である。運転点がサージ制御ラインに達する前に、アンチサージバルブを開放することによりサージ制御システムが高速度の接近に適正に応答することができるならば、サージの危険性は大幅に低減される。しかし、安定性を考慮しているため、サージ制御のために通常用いられているＰＩＤ制御装置は、微分動作に拘わらず接近速度に応答するという作業には不適当である。多くのアンチサージ制御用例においては、ＰＩＤ制御装置に対するプロセス変数は、計測されたガス流量に基づく算出値である。測定されるガス流量は、本来ノイズが入っており、信号対雑音比は低い。ＰＩＤの微分機能が接近速度に応答するよう用いられたならば、それはノイズに応じてアンチサージバルブを開閉させ、プロセスの制御に対して好ましくない干渉を与え、エネルギを不要に浪費する。このような理由から、ＰＩＤの微分動作は、接近速度に応答するには信頼性がない。サージラインに対する運転点の接近の速度に応答する方法としては、スタロセルスキー（Staroselsky）等の米国特許第４，９４９，２７６号明細書に開示されているものがある。その方法は、ＰＩＤ制御装置のプロセス値が設定値（ないしは設定値）に迅速に横切るよう、アンチサージバルブを制御すべくＰＩＤ制御装置の設定値をサージラインから離れるように移動させることを含んでいる。その結果として、ＰＩＤ制御装置は、他の場合よりも迅速に、アンチサージバルブを開放するよう機能する。上記文献によれば、設定値が移動される量は、サージ限界に運転点が接近する速度の関数となる。このような方法はいくつかの問題点を有している。例えば、設定値が連続的に変わることは、ＰＩＤ制御装置の動作の監視ないしはモニターを困難とする。更に、この方法は、常に変化する人為的な誤差をＰＩＤ制御装置に発生させるので、ＰＩＤ制御装置の動作は殆ど予測できないものとなる。更にまた、円滑で安定した作動が求められているので、アンチサージバルブの開度を制御する一般的なＰＩＤ制御装置は、鋭い流れの乱れに応答するには適しておらず、従って、サージ限界ラインに対する運転点の接近の速度に反応するにはあまり適した応答性を提供するものではなく、効果的なサージ制御のための設定が困難となっている。発明の概要前述の観点から、本発明の総括的な目的は、ダイナミックコンプレッサーと共に用いられ、コンプレッサーのサージを効果的に防止する改善された制御システムを提供することである。従って、ダイナミックコンプレッサーのためのサージ防止制御システムであって、サージ制御ラインの周辺におけるコンプレッサーの運転点の位置を制御し、同時にサージラインに対する運転点の高速の接近速度に最適に応答する制御システムを提供することを本発明の目的の一つとしている。本発明の関連の目的は、サージ制御ライン周辺におけるダイナミックコンプレッサーの運転点の全位置にわたって最適なＰＩＤを可能とし、かつまた、サージラインに対する運転点の高速の接近速度に最適に応答することができＰＩＤ制御の操作に悪影響を与えることがない、ダイナミックコンプレッサー用のサージ防止制御システムを提供することにある。本発明の以上のような目的や他の諸目的によれば、ダイナミックコンプレッサーのサージを防止するための制御システムであって、コンプレッサーの運転点の速度制御と位置制御の両方に最適化された複合モジュール制御を用いた制御システムが提供される。コンプレッサーは、サージ領域と、安定領域と、これらの２つの領域を分けるサージラインと、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有する。この制御システムはアンチサージバルブを作動させる。このアンチサージバルブは、ダイナミックコンプレッサーを通る流れを制御可能に増加させるためにバルブ開度を調節するための電気入力を有する。また、この制御システムは複合モジュール制御装置を用いている。複合モジュール制御装置は、ダイナミックコンプレッサーの運転点を示す制御変数を受けるための入力を有し、また、アンチサージバルブの開度を制御するための出力信号を有する。複合モジュール制御装置におけるＰＩＤ制御モジュールは、プロセス入力として制御変数を受け、また、このモジュールは、サージ制御ラインの範囲内でダイナミックコンプレッサーの運転点に制御動作を及ぼす第１の出力信号を生成するよう、サージ制御ラインに対応する設定値（目標値）を有している。複合モジュール制御装置における微分モジュール（derivative module）は、制御変数を受け、サージ制御ラインに対する運転点の接近速度を示す大きさないしは量を有する速度信号を生成する。複合モジュール制御装置における速度制御モジュールは、プロセス入力として速度信号を受け、接近速度が設定値を越えた場合にアンチサージバルブの矯正的な開放を開始するための第２の出力信号を生成する。出力信号セレクターが第１の出力信号及び第２の出力信号を含む複数の入力信号を受け、複合モジュール制御装置の出力信号としてそれらの入力信号の中から一つを選択する。本発明の特徴は、サージ制御ラインの領域でのコンプレッサーの運転点の位置を制御するために閉ループＰＩＤ制御モジュールを用いること、及び、運転点の接近速度を直接制御するために速度制御モジュールを用いることである。速度制御モジュールは、接近速度が過度に速くなった場合に、ＰＩＤ制御モジュールが活性（機能している状態）となる前でも、アンチサージバルブの制御を引き継ぎ、アンチサージバルブを開き始める。また、本発明の特徴は、速度制御装置が誤差をゼロに減ずることのできる積分機能を速度制御モジュールに設けたことである。本発明の他の特徴は、アンチサージバルブの不必要な開放を防止するために、速度制御モジュールの設定値がサージ制御ラインに対する運転点の近接度に応じて調整される点にある。本発明の更に別の特徴は、速度制御モジュールのゲインが、速度制御モジュールの動作を線形化するためにダイナミックコンプレッサーの運転状態に応じて調整される点にある。他の目的や利点は、図面に関連して以下の詳細な説明から明らかとなろう。図面の簡単な説明図１は、本発明の一例である複合モジュール制御装置によって制御されるアンチサージバルブを具備するダイナミックコンプレッサーを示す概略図である。図２は、ＰＩＤ制御モジュールと速度制御モジュールとを有するサージ防止用の複合モジュール制御装置を示す概略図である。図３は、積分器及びトラッキング要素を有するサージ防止用の速度制御モジュールの一実施形態を示す概略図である。図４は、ＰＩＤ制御モジュールの設定値に対する制御変数の近接度に対しての、速度制御モジュールの設定値の関数依存性を示す図である。図５は、速度制御モジュールのゲイン、設定値及びプロセス変数を設定するステップを示すブロック図である。図６は、ダイナミックコンプレッサーについてのコンプレッサーマップであり、異なる位置にあるコンプレッサーの運転点を示す図である。図７は、ダイナミックコンプレッサーのサージを防止するための本発明による方法を理解するのに役立つプロック図である。発明の詳細な説明さて、図面に戻る。図１は、サージ防止制御システムを有するダイナミックコンプレッサー１１を示す概略図である。サージ防止制御は、ダイナミックコンプレッサー１１の出口ないしは吐出口に取り付けられたアンチサージバルブ１２を調整するものである。図１のシステムにおいて、アンチサージバルブ１２はダイナミックコンプレッサー１１の入口ないしは吸込口１０にも接続されている。アンチサージバルブ１２は調節可能な開口部を具備し、その開口部はアンチサージバルブ１２の制御入力部１１２に送られる電気信号によって制御される。アンチサージバルブ１２が開放された場合には、ダイナミックコンプレッサー１１の吐出流の一部がコンプレッサー１１の周りをバイパスされて、入口１０に戻され、アンチサージバルブ１２を通してバイパスされた流れが循環されるようになっている。このダイナミックコンプレッサー１１の周囲のバイパス流は、ダイナミックコンプレッサー１１の全流量を増加させ、運転点をサージ領域から離脱させる効果がある。図１に示すようなガスの再循環の代わりに、アンチサージバルブ１２を通してダイナミックコンプレッサー１１の吐出流の一部を単純にダンピング（排出）することによっても、ダイナミックコンプレッサー１１の流量を増加させることが可能であることは理解されよう。本明細書中で「バイパス」という用語が用いられた場合には、文脈によって違ったものを指す場合を除いて、より好ましい再循環形態のもの、及び、あまり好ましくないダンピング形態のものを包含する意図を持つものである。コンプレッサー１１のサージを効果的に防止し、同時に圧縮ガスを受け取る下流工程１４への妨害を最小限にくいとめるために、アンチサージバルブ１２の開閉は慎重に制御されなければならない。図１に示したように、バルブの開度は、複合モジュール制御装置２０によって制御される。本発明によれば、複合モジュール制御装置２０は、コンプレッサー１１の運転点がサージラインに接近した場合にその運転点を制御するようアンチサージバルブ１２を作動させるのみならず、サージラインに対する運転点の接近の速度が高速度である場合に、そのような接近速度を直接制御するようアンチサージバルブ１２を作動させる。言い換えるならば、複合モジュール制御装置２０は、接近速度を監視することによりサージの可能性を予期し、アンチサージバルブ１２を開放することにより是正措置を採って、運転点がサージラインのほうに急速に移動した場合に接近速度を制御する。より詳細に述べるならば、ダイナミックコンプレッサー１１は、符号１０で概略的に示すガス入口を有しており、ガスを圧縮し、その圧縮ガスを出口１８を通して下流工程１４に供給するように機能する。複数のセンサーが従来と同様に入口１０及び出口１８に配置されており、コンプレッサーの運転状態を監視するようになっている。図１に示すように、センサーは、通常、入口温度センサー９１、入口圧力センサー９２、流量センサー９３、吐出し圧力センサー９４および吐出し温度センサー９５等である。また、他の型式のセンサーも使用可能である。これらのセンサーからの出力信号は、プロセス計測モジュール１５に送られ、そこで処理されてコンプレッサー１１の運転状態が決定される。プロセス計測モジュール１５の出力はプロセス変数計算機１６により用いられ、そこでは計測された運転状態に基づいて制御変数が算出される。かかる制御変数は、複合モジュール制御装置２０によって、出力制御信号の発生に利用される。この後、出力制御信号は、アンチサージバルブ１２のバルブ開度を制御するために、バルブ位置制御装置１７により利用される。図２は複合モジュール制御装置２０の詳細図を示している。この複合モジュール制御装置２０は、ＰＩＤ制御モジュール２１と速度制御モジュール４０とを具備しており、その両方ともコンプレッサー１１（図１）のサージを防止すべくアンチサージバルブ１２のバルブ開度を制御するよう働く。ＰＩＤ制御モジュール２１は、運転点がサージ領域内に移動しないように、所定のサージ制御ラインとサージラインとの間にダイナミックコンプレッサー１１の運転点の位置を制限するよう最適化されている。図５にはコンプレッサーマップが簡単に示されており、このコンプレッサーマップにおいてサージライン７０は２つの領域を区画し、その左側を不安定な運転領域７３（サージ領域）、右側を暗転運転領域７４としている。サージ制御ライン７１は、これとサージライン７０との間に運転領域を画成し、この領域で、ＰＩＤ制御モジュール２１はアンチサージバルブを制御するよう初期チューニング（調整）がなされる。本発明を実施する場合、ＰＩＤ制御モジュール２１に加えて、速度制御モジュール４０を機能させ、コンプレッサーマップにおける運転点の位置に拘わらず、アンチサージバルブ１２を開放して運転点がサージライン７３に接近する速度を減じるようにアンチサージバルブ１２の制御を行うと仮定することによって、サージへと向かう運転点の速い移動に対応するようにしている。言い換えるならば、速度制御モジュール４０は、サージの可能性を予期し接近速度を直接制御するよう、最適化されている。従って、速度制御モジュール４０は、運転点がサージライン７３から比較的離れている場合であっても、アンチサージバルブ１２を開放することにより高速の接近に対応する。より詳細に述べるならば、図２に示すように、複合モジュール制御装置２０は、制御変数計算機１６により生成された制御変数を受けるための制御信号入力部１２０を有している。算出された制御変数は、コンプレッサーマップにおけるダイナミックコンプレッサー１１の運転点を示すものである。コンプレッサーサージ制御システムにおいて通常用いられる制御変数は、次のように定義される。制御変数＝（実流量）²／ポリトロープヘッドこのように定義した場合、制御変数の各値は、コンプレッサーマップにおける放物線に対応することは理解されよう。制御変数の所定値に対応するコンプレッサーマップにおけるコンプレッサー１１の運転点の位置は、実流量が知られている場合、独自に決定され得る。制御変数は、ＰＩＤ制御モジュール２１によって、そのプロセス変数として受け取られる。更に、制御変数は、微分モジュール２２に送られる。微分モジュール２２は、サージライン７０（図５）に対する運転点の接近速度を示す大きさを有する速度信号を生成するよう、制御変数に作用する。速度信号は、次いで、速度制御モジュール４０にそのプロセス変数として送られる。速度信号は、サージ領域への或いはサージ領域から離れる運転点の移動を示すことができることは理解されよう。なお、特に明示しない限り、本明細書で用いた「接近速度」という語は、サージ領域に向かう運転点の移動速度をいうものとする。ＰＩＤ制御モジュール２１は、制御変数に対して閉ループ制御を行い、比例項、積分項及び微分項を形成し、最終的にはアンチサージバルブ１２の位置を制御するための第１の出力信号を生成するようになっている。ＰＩＤ制御モジュール２１には、サージ制御ライン７１（図５）に対応する設定値が与えられ、また、ＰＩＤ制御モジュール２１は、制御変数の値がサージ制御ライン７１とサージライン７０との間にある場合に制御変数を制御するよう働く。別言すれば、ＰＩＤ制御モジュール２１は、ダイナミックコンプレッサー１１の運転点がサージ制御ライン７１とサージライン７０との間の位置であると仮定した場合、制御作用を及ぼすよう機能する。ＰＩＤ制御モジュール２１の設定値は、サージラインとサージ制御ライン７１との間で、通常は５％〜１５％の所定の安全マージンを許容するよう選択されるのが好適である。速度制御モジュール４０も、比例項、積分項及び微分項を有する閉ループＰＩＤ制御装置の形態をとっている。速度制御モジュール４０は、そのプロセス変数として速度信号を用いており、接近速度が速度制御モジュール４０の設定値を越えた場合にアンチサージバルブ１２の開度を制御するための第２の出力信号を生成する。例えばダイナミックコンプレッサー１１の流量の突然の低下により引き起こされる高速度接近に対応して、速度制御モジュール４０は、当該速度制御モジュール４０の設定値に向かう接近速度を減ずるためにアンチサージバルブ１２を開放して流量を増加させるための出力信号を発する。また、速度制御モジュール４０の設定値はしきい値として機能し、接近速度が設定値を下回った場合に速度制御モジュール４０がバルブを開かないようにする。このようにして、アンチサージバルブ１２の不必要な開放や、下流工程１４（図１）に対する妨害が低減される。図２に示すように、ＰＩＤ制御モジュール２１と速度制御モジュール４０とは、アンチサージバルブ１２の開度を制御する出力信号を発する。好適な実施形態において、ＰＩＤ制御モジュール２１及び速度制御モジュール４０の制御作用は、出力信号セレクター２５を用いることで調和されている。出力信号セレクター２５は、典型的には、複数の入力信号がある。本発明の目的において、ＰＩＤ制御モジュール２１と速度制御モジュール４０からの信号のみが重要である。しかしながら、開ループ制御装置や負荷割当て制御装置等の他の制御装置がアンチサージバルブ１２のための出力信号を発してもよいことは理解されよう。各入力信号は、アンチサージバルブ１２のバルブ開度の度合いに対応するよう標準化される。入力信号の一つが、出力信号セレクター２５によって、アンチサージバルブ１２を制御するための複合モジュール制御装置２０の出力信号として選択される。好ましくは、出力信号セレクター２５は、多数の入力信号の中から最も大きなバルブ開度に対応する入力信号を選択するという意味で、ハイシグナルセレクターである。このようにして、速度制御モジュール４０とＰＩＤ制御モジュールとは、それぞれが求められる状況が生じた場合に、それぞれの機能を効果的に果たすことができる。例えば、接近速度が速度制御モジュール４０の設定値を越えてはいるが、運転点は未だ安定運転領域にある場合において、速度制御モジュール４０がバルブ１２を開いてサージを防止するよう選定される。他方、運転点がサージラインの近くにあるが、低速で移動している場合、ＰＩＤ制御モジュール２１は、運転点がサージ制御ラインに戻るようバルブ開度を制御するために選定される。別の実施形態では、運転点が安定領域にあり、サージ領域から離れていっている場合、速度制御モジュールがバルブを迅速に閉じるようにしてもよい。このような場合、ＰＩＤ制御モジュール２１はゆっくりとしたペースで、バルブを閉じる傾向があるのが典型となろう。また、このような場合、ＰＩＤ制御モジュールはバルブの制御を受け持ち、バルブをゆっくりと閉じる。従来、サージ制御ライン７１（図５）に対する運転点の接近速度は、差し迫ったサージの指標となり得るものであったことは理解されよう。従来、サージ制御において速度に関する情報を用いようとする試みがなされたが、その制御手法は全て間接的であった（即ち、通常のＰＩＤ制御装置についての設定値を移動するような他の変数に作用を及ぼすものであった）と信じられている。本発明によって速度を直接制御する場合、制御装置のプロセス信号が速度情報であって、位置情報ではないということを考慮した特別な目的の制御装置が用いられる。この制御装置は、従来の閉ループ制御装置と同様であり、誤差信号を生成するために比較されるプロセス信号と設定値とを有しており、それらの大きさは、出力に作用して誤差信号をゼロにするものである。しかしながら、プロセス信号が速度信号であり、制御装置がＰＩＤである場合、誤差信号をゼロにする能力は、特別なステップが採られない限り、失われる。本発明の重要な特徴によれば、速度制御モジュール４０には、ＰＩＤ制御装置に一般に用いられる比例・積分・微分の項に加えて積分作用を提供する積分器が設けられている。従って、好適な実施形態における速度制御モジュール４０はＩＰＩＤ制御装置である。この積分器は、速度制御モジュール４０が、その設定値とそのプロセス変数との間の差として定義される誤差をゼロに減ずるよう設けられている。積分器は、この目的において必要とされる。何故ならば、現場計測された信号又は算出された信号の導関数であるプロセス変数に対して従来一般のＰＩＤを行うことは信号に作用するものであるが、誤差を遷移状況においてゼロに減ずるには十分な制御応答性を有していないからである。例えば、ガスを用いる下流工程が停止した場合、一定の期間、例えば３０秒間にわたり流れは連続的に低下する。通常のＰＩＤが速度制御に用いられた場合、プロセス入力が設定値と等しいならば、ＰＩＤはバルブ開度を一定のレベルに保持する。しかしながら、バルブ開度が一定に保持されると、速度は再び増加し、従って速度誤差が増加する。速度制御モジュール４０はＩＰＩＤであり、プロセス入力が速度設定値と等しい場合であっても、即ち誤差がゼロであっても、バルブを連続的に開き続ける従来一般のＰＩＤ制御装置とは異なっている。このような応答性は、速度制御モジュールにおける付加的な積分器の機能によるものである。このように、速度制御モジュール４０は速度誤差をゼロに減ずることができる。積分器の効果は、次のようなラプラス変換法を用いて示すことができる。即ち、好適な実施形態において、制御変数は、ＷＳ＝（Ｑ²／Ｈ）_Normallzed として定義される。ここで、ＷＳは制御変数であり、Ｑは実流量、Ｈはポリトロープヘッドである。速度制御についてのプロセス変数は、次のように定義される。プロセス変数＝（ｓ）ＷＳ速度制御の設定値は、次のように定義される。設定値＝（ｓ）ＷＳ_MAX そして、速度制御における誤差の項は、誤差＝設定値−プロセス変数＝ｓ・（ＷＳ_MAX−ＷＳ）である。従来一般のＰＩＤは、のように定義される伝達関数を有している。従来一般のＰＩＤの出力は、誤差と共に表されると、次式となる。このような出力において「積分」の項がないことが分かるであろう。これは、積分項がＰＩＤ制御装置において最終的に誤差信号をゼロにする項であることは明らかであるので、制御という観点からは重要である。積分の項がない場合、ＰＩＤ制御装置は、所望の設定値に対するプロセス信号の微分値を制御することができない。即ち、誤差はゼロに減じられない。本発明によれば、速度制御装置には、その伝達関数が次式を有するよう積分器が設けられている。速度制御モジュールが誤差に対して作用する場合、出力は次式となる。ここで、Ｉ／（１＋ｓ）で表される積分項が出力に組み込まれていることは分かるであろう。積分器がある場合、速度制御は、従来のＰＩＤ型の制御装置に代わり、積分・比例・積分・偏差（ＩＰＩＤ）型の制御装置となる。図３は積分器を有する速度制御モジュール４０の一実施形態を示している。この実施形態において、積分器４６は、速度制御モジュール４０のＰＩＤ部分４７にフィードバックライン４４の微分演算器４５を付加することにより、効力が与えられる。フィードバックライン４４における微分演算器４５の微分機能を組み込むことは積分動作をエミュレートするものであり、ＰＩＤ部分４７における「積分」項に加えられたものである。図３に示すように、速度制御モジュール４０のＰＩＤ部分４７は、比例演算器３８と、積分演算器３９と、微分演算器４１とを有している。積分演算器３９の出力は微分演算器４５により処理され、微分演算器４５の出力はフィードバックライン４４を通して積分演算器３９の入力部に送られる。積分演算器３９の出力を微分演算器４５を介して積分演算器３９の入力部にフィードバックさせるというこの構成は積分関数をエミュレートするものであり、上述した伝達関数を与えるものである。このような積分関数ないしは積分動作によって、速度制御モジュール４０の誤差をゼロに減ずることができる。図３を更に詳細に参照すると、微分演算器４５の入力部は積分演算器３９の出力部に相当し、比例演算器３８の後、ＰＩＤモジュール４７の微分演算器４１の前に位置していることが分かるであろう。従って、微分演算器４５に対する入力は、位置に関連する情報を含んでいる。これは、第１の加算器３４に与えられるプロセス変数が積分モジュール３９に与えられる速度情報を含むものであるからである。なお、積分モジュール３９は、位置に関連する情報を生成するよう速度情報を積分する。この直後に、微分演算器４５は、積分された速度情報における変動を見て、その情報を加算器３５を介して積分演算器３９の入力部にフィードバックする。従って、位置に関する情報はＰＩＤ関数ないしはＰＩＤ機能に導入され、その情報により速度制御モジュール４０の改良されたＰＩＤ（ＩＰＩＤ）が誤差信号をゼロとすることは理解されよう。複合モジュール制御装置２０がモジュールと制御装置との間での伝達を許容し、適正に履行しない場合には、モジュール間での切り替えが行われる際における、アンチサージバルブ１２に与えられる出力信号の実質的な不連続を生ずることができることは理解されよう。これを防止するために、本発明によれば、複合モジュール制御装置４０にはトラッキング機能が与えられ、それにより制御装置４０はいずれのモジュールがアンチサージバルブ１２の制御に寄与しているモジュールであるか（活性モジュールであるか）、不活性であるかを決定する。すべてのモジュールはその入力信号を監視し続け、ステップが取られない場合に、モジュール毎に異なる出力信号を生ずる。しかし、本発明によれば、複合モジュール制御装置４０には、不活性なモジュールが活性モジュールの出力をトラッキングさせるためのトラッキング手段が設けられている。この目的で、出力信号セレクター２５の出力部は、すべてのモジュールのトラッキング入力部に接続され、すべての不活性モジュールが出力信号セレクター２５の出力をトラッキングさせるためにトラッキング制御ラインが設けられている。より詳細には、ＰＩＤ制御モジュール２１又は速度制御モジュール４０のいずれかが、その出力が他方よりも大きい限り、アンチサージバルブ１２の制御を担うことができる。制御がＰＩＤ制御モジュール２１から速度制御モジュール４０に或いは速度制御モジュール４０からＰＩＤ制御モジュール２１に切り替えられた場合に、アンチサージバルブ１２の円滑な作動を確保するために、ＰＩＤ制御モジュール２１及び速度制御モジュール４０の両者にはトラッキング特性が与えられ、それらの出力信号が出力信号セレクター２５の出力信号をトラッキングするようになっている。図２に示すように、出力信号セレクター２５の出力信号は、出力トラッキングライン２７，２９を通してＰＩＤ制御モジュール２１及び速度制御モジュール４０にフィードバックされる。また、出力信号セレクター２５は、ＰＩＤ制御モジュール２１及び速度制御モジュール４０にそれぞれ接続されたトラッキング制御ライン２６，２８を有している。トラッキング制御ライン２６，２８は、制御モジュール２１，４０の各々に、その出力信号が選択さけたか否か、即ちそれが現在、アンチサージバルブ１２の制御にあるか否かを示すトラッキング制御信号を伝えるために用いられる。そして、制御に係わっていない制御モジュールは、出力信号セレクター２５の出力をトラッキングするために、その出力を調整する。図３は、上述したＰＩＤ制御モジュール２１と速度制御モジュール４０のトラッキング機能の一実施例を示している。この実施形態において、スイッチ４２が、トラッキング出力ライン４３上の出力信号セレクター２５の出力信号と微分演算器４５の出力とを選択するために設けられている。速度制御モジュール４０がアンチサージバルブ１２（図２）の制御に係わっていないことをトラッキング制御ライン２６上のトラッキング制御信号が示した場合、スイッチ４２は、トラッキング出力ライン４３上の出力信号セレクター２５の出力信号を積分演算器３９への入力として加算器３５に接続するよう制御される。出力信号セレクター２５の出力を加算器３５に提供することは、積分モジュール３９に予負荷をあたえるよう機能し、もって速度制御モジュール４０の出力信号が活性ＰＩＤ制御モジュール２１の出力信号と同じレベルにされる。従って、活性と不活性の制御モジュール２１，４０の間での役割を切り替えることが望まれる場合、それらの出力は同じレベルにあり、バンプレス切替えを可能とする。しかしながら、スイッチ４０の後の制御は、今や活性の制御モジュールに関連されるＰＩＤ機能及びプロセス入力に応答する。速度制御モジュールＰＩＤに積分器の機能を加えること、そして、従来一般のＰＩＤモジュール２１と並列的に速度制御モジュール４０を機能させることは、相当に強化された制御システムを提供する。各制御モジュールの出力部に接続された出力信号セレクター２５は、バルブ最大開度を要求する制御モジュールから信号を選択する。従って、ＰＩＤ制御モジュール２１は、運転点がサージ制御ライン７１（図５）の近傍にあるとき、機能しており、その領域において、その出力信号は通常通り制御する。しかし、運転点がコンプレッサーマップのいかなる部分にある場合でも、サージ制御ライン７１に対する運転点の接近速度が速度制御モジュール４０の設定値を越えたときには、速度制御モジュール４０は、高い出力信号を発し、アンチサージバルブ１２の制御を担う。単純化されたシステムにおいて、速度制御モジュール４０についての設定値は、コンプレッサーシステムにおいて受け入れることのできる最大接近速度に対応する一定レベルに設定できる。接近速度がその予め設定された値を越えた場合、速度制御モジュール４０は出力信号を発する。その出力が、ＰＩＤ制御モジュール２１により生成された出力信号よりも大きい場合には、その出力はアンチサージバルブ１２の担当し、バルブ開度を制御する。しかしながら、このシステムの更なる改良点として、速度制御モジュール４０をサージ制御ラインの近くでも、またサージ制御ラインから離れても等しく効果的なものとするように、速度制御モジュール４０の設定値を調整するための手段が設けられている。このために、本発明によれば、速度制御モジュール４０の設定値は、コンプレッサー１１の運手点とサージライン７０（図５）との間の距離に応じて調整される。概して、設定値は、運転点がサージライン７０から離れている場合には高く設定され、運転点がサージライン７０に近い場合には減じられる。このような方法において、流量が多い場合に、速度制御モジュール４０を起動することなく、より大きな流量の変動が生じ、それによってアンチサージバルブ１２の不必要な開放を防止することができる。しかし、運転点がサージライン７０に近い場合、接近速度が低速であっても運転点はサージ領域に入るおそれがある。従って、速度制御モジュール４０の設定値は、運転点がサージライン７０に近い場合、より高い感応性を与えるよう減じられる。速度制御モジュール４０の目標点がゼロに減じられることが認められないことに注目することは重要である。もしそれが可能ならば、速度制御モジュール４０は、そのプロセス変数の定常状態の状況に拘わらず、アンチサージバルブ１２を全開に保つことなろう。この状況は、設定値調整器２４の出力についての最小でゼロでない下限を設定することにより回避される。好適な実施形態において、ＰＩＤ制御モジュール２１の設定値に対する制御変数の近接度、即ち制御変数とＰＩＤ制御モジュール２１のサージ制御ライン設定値との間の差が、速度制御モジュール４０の設定値を調整する目的で、サージライン７０に対するダイナミックコンプレッサー１１の運転点の近接度の示度として用いられる。速度制御モジュール４０の設定値の、“ＰＩＤ制御モジュール２１の設定値に対する制御変数の近接度”による関数依存性の一例が、図４に示されている。図４に示すように、速度制御モジュール４０の設定値は、最大値と最小値との間で可変である。制御変数とＰＩＤ制御モジュール２１の設定値との間の差が、点６１により示される値を越える場合、設定値は、点６３で示される最大値で固定される。制御変数とＰＩＤ制御モジュール２１の設定値との間の差が、点６２により示される値を下回る場合、設定値は、点６４で示されるゼロでない最小値で固定される。制御変数とＰＩＤ制御モジュール２１の設定値との間の差が点６１と点６２との間の範囲内にある場合、速度制御モジュール４０の設定値は前記差に対して直線的に変化する。なお、図４に示すような速度制御モジュール４０の設定値を設定する方法は一例として提示されたものに過ぎず、設定値の値を選定する他の方法も本発明の範囲及び精神から逸脱することなく使用され得ることは、理解されよう。図２に示すような好適な実施形態において、速度制御モジュール４０の設定値は設定値調整器２４により調整される。この設定値調整器２４は、制御変数計算機１６からの信号を受け、制御変数とＰＩＤ制御モジュール２１の設定値との間の差を決定する。本発明の他の特徴によれば、速度制御モジュール４０のゲイン（利得）は、ダイナミックコンプレッサー１１のプロセス状態が変化した場合、速度制御モジュール４０のダイナミクスを調整するよう調節される。ガス特性、コンプレッサー１１の入口１０（図１）や出口１８（図１）の圧力及び温度が変化したとき、アンチサージバルブ１２を通る流れは相当に変化し得る。その結果として、バルブ開度の調節が同じ割合であっても、ダイナミックコンプレッサー１１のプロセス状況に応じて、流れに対する効果の度合いは相当に異なる。速度制御モジュール４０の動作を線形化するために、そして、プロセス変動を補償するために、速度制御モジュール４０のゲインは以下のゲインの関数に従って制御される。ゲイン＝Ｋ・Ｆ（Ｐ_s，Ｐ_d，Ｔ_d，ＳＧ）ここで、Ｐ_s、Ｐ_d及びＴ_dはそれぞれダイナミックコンプレッサー１１の吸込み圧力、吐出し圧力及び吐出し温度であり、ＳＧはコンプレッサー１１により処理されるガスの比重であり、Ｋはシステム応答性についての典型的なゲインである定数である。また、Ｆは、プロセス状態が変動した場合にバルブ動作と流れとの間の関係における正規化された変動を示す関数であり、アンチサージバルブ１２の流れ特性に依存するものである。プロセス状態の変動に対するアンチサージバルブ１２の応答性に従って調整されるゲインを用いることにより、速度制御モジュール４０のダイナミクスは、プロセス状態が変化すると、適正に変化する。この態様において、ダイナミックコンプレッサー１１の全運転レンジにわたり機能可能な一組のＰＩＤダイナミクスを生成するよう、速度制御モジュール４０は、ダイナミックコンプレッサー１１のただ一組のプロセス状態でチューニングされる必要がある。図２に示す複合モジュール制御装置２０の実施形態において、速度制御モジュール４０のゲインはゲイン調整器によって設定される。図６は、本発明の好適な実施形態における速度制御モジュール４０のゲイン、設定値及びプロセス変数の値を設定するための要素間の相互関係を示すブロック図である。図６に示すように、モジュール８１は、コンプレッサー１１の運転状態を決定するために、プロセス計測を行う。プロセス計測の結果はモジュール８２で用いられ、制御変数、典型的には（流量）²／ヘッドを計算する。次いで、制御変数は設定値調整器２４で用いられ、制御変数とＰＩＤ制御モジュール２１の設定値との間の差の関数として速度制御モジュール４０の設定値を設定する。速度制御モジュール４０のプロセス変数は、一次の（流量）²／ヘッド・プロセス変数の微分であり、微分モジュール２２で決定される。速度制御モジュール４０のゲインを決定するために、アンチサージバルブ１２の流れ特性がモジュール８５で決定される。次いで、バルブ流れ特性とプロセス計測の結果が、モジュール８６においてプロセス状態の関数としてアンチサージバルブ１２の応答性を標準化するために用いられる。システム応答性についてのゲイン定数がモジュール８６の出力を用いて設定される。ゲイン定数と標準化されたプロセス応答はモジュール８８で積算され、速度制御モジュール４０のゲインの値を制御する。次に、ＰＩＤ制御モジュール２１と速度制御モジュール４０との間の相互作用を例をあげて説明する。この例においては、出力信号セレクター２５（図２）がＰＩＤ制御モジュール２１（図２）及び速度制御モジュール４０（図２）のみからの入力信号を受け、これら２つの制御モジュール２１，４０のいずれかの出力信号がアンチサージバルブ１２（図２）の開度を制御するための出力信号セレクター２５の出力信号として選択されるようになっているものとする。また、ＰＩＤ制御モジュール２１についての設定値が１００．０に標準化されているものとする。制御変数が１００．０以下の値を有する場合、ＰＩＤ制御モジュール２１はアンチサージバルブ１２（図２）を開放するように働く。制御変数が１００．０よりも大きい場合、ＰＩＤ制御モジュール２１はＰＩＤ制御モジュール２１を閉じるよう機能する。他方、速度制御モジュール４０は、制御変数がＰＩＤ制御モジュール２１の設定値に接近する速度に効力を及ぼす。この例において、複合モジュール制御装置２０（図２）は、１０秒のループ応答時間を有していると仮定されている。速度制御モジュール４０の設定値は、１０５．０〜２００．０の範囲内の制御変数値に関し、次の式を用いて設定される。Ｓ_R＝（ＣＶ−Ｓ_PID）／１０．０ここで、Ｓ_Rは速度制御モジュール４０の設定値であり、Ｓ_PIDはＰＩＤ制御モジュール２１の設定値であり、ＣＶは制御変数である。設定値は、制御変数が２００．０を越えた場合、１０．０という最大値に設定され、制御変数が１０５．０を下回った場合には、０．５という最小値に設定される。図６は、例示の目的で、複合モジュール制御装置２０により制御されるダイナミックコンプレッサー１１（図１）のコンプレッサーマップを示している。このコンプレッサーマップの垂直軸はポリトロープヘッドであり、水平軸はダイナミックコンプレッサー１１の実流量である。サージライン７０はサージ領域７３と安定運転領域７４とを分割している。サージ制御ライン７１は、ＰＩＤ制御モジュール２１の選定された設定値に対応し、安定運転領域７４内にサージライン７０から所定の安全マージンをとって置かれている。この例において、サージライン７０は、９０．０という制御変数の値に対応するよう想定されている。図６に示すコンプレッサーマップにおいて、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅはそれぞれ制御変数値１５０．０、１４０．０、１３０．０、９５．０、１００．０に対応しているものとする。また、最初にダイナミックコンプレッサー１１の運転点が点Ａにあるものとする。点Ａで、速度制御モジュール４０の設定値は５．０である。今、運転点が点Ａから点Ｃへと、毎秒４．０の速度で移動すると仮定する。最初、速度制御モジュール４０は、速度がその設定値よりも低いので、このような移動には反応しない。しかし、運転点が点Ｂを通過すると、制御変数が１４０．０以下に下がり、速度制御モジュール４０の設定値が４．０以下に下がる。次いで、速度制御モジュール４０は活性となり、その設定値が制御変数の減少率よりも低くなるので、アンチサージバルブ１２を開くための出力信号を発する。同時に、ＰＩＤ制御モジュール２１は、制御変数が未だＰＩＤ制御モジュール２１の設定値よりも高いので、アンチサージバルブ１２を閉じるための出力信号を発する。この状況において、速度制御モジュール４０の出力信号が出力信号セレクター２５により選択され、速度制御モジュール４０はアンチサージバルブ１２を開き始め、制御変数の減少率を制御する。制御変数とコンプレッサーマップ上の運転点の一との間における数学的対応の故に、制御変数の変化の割合を制御することは、サージ制御ライン７１又はサージライン７０のいずれかに対する運転点の接近速度を制御することに概念的には等価のものである。運転点が点Ｃに達したとき、速度制御モジュール４０の設定値は３．０に減じられる。制御変数が１３０．０で安定となるよう運転点が点Ｃで停止したならば、速度制御モジュール４０はアンチサージバルブ１２の閉止を開始する。しかしながら、運転点が点Ｃから点Ｄに移動を続け、制御変数が速度制御モジュール４０の設定値よりも高い割合で低下するならば、速度制御モジュール４０は、制御変数の減少率を制限するために、アンチサージバルブ１２を開き続ける。運転点がサージ制御ライン７１上の点Ｅを通過したならば、制御変数は１００．０（ＰＩＤ制御モジュール２１の設定値）よりも減じられる。次いで、ＰＩＤ制御モジュール２１は活性となり、制御変数を制御するためにアンチサージバルブ１２を開くよう出力信号を発する。ＰＩＤ制御モジュール２１の出力信号は、速度制御モジュール４０の出力信号と比較され、２つの出力信号のうち大きい方がアンチサージバルブ１２を制御するために選択される。運転点が点Ｅで停止し、サージライン７０に最早接近しないならば、制御変数の変化の割合は、速度制御モジュール４０の設定値（点Ｅで０．５）よりも低い。そして、速度制御モジュール４０は、アンチサージバルブ１２を閉じるための出力信号を発する。同時に、ＰＩＤ制御モジュール２１は、制御変数を１００．０という設定値に移動させるために、アンチサージバルブ１２を開く出力信号を発する。この状況において、ＰＩＤ制御モジュール２１はアンチサージバルブ１２を制御する。ＰＩＤ制御モジュール２１と速度制御モジュール４０との間でのアンチサージバルブ１２の制御の切替えは、制御変数の変化がどのくらい速いか、制御変数の値、速度制御モジュール４０及びＰＩＤ制御モジュール２１のチューニング、システムダイナミクスに依存する。運転点がゆっくりと移動するが、サージ制御ライン７１の左側に位置している場合、ＰＩＤ制御モジュール２１はアンチサージバルブ１２の制御を担う傾向がある。他方、運転点がサージ制御ライン７１に極めて近いが、十分に高速でサージライン７０の方向に移動している場合、速度制御モジュール４０がアンチサージバルブ１２の制御を行うであろう。次に、ダイナミックコンプレッサー１１（図１）におけるサージを防止するための本発明による方法について図７を参照して説明する。サージを防止すべくダイナミックコンプレッサー１１の流れを制御するために、アンチサージバルブ１２（図１）がダイナミックコンプレッサー１１に接続されている。アンチサージバルブ１２のバルブ開度が、ダイナミックコンプレッサー１１を通る流れを増加させるために、ダイナミックコンプレッサー１１の周りに吐出し流れをバイパスするよう制御可能に調節される。アンチサージバルブ１２の開度を適正に制御するために、流量、圧力、温度等のコンプレッサー１１のプロセス状態が計測される(ステップ１０２)。このプロセス計測の結果は、コンプレッサーマップにおけるコンプレッサー１１の運転点を示す制御変数を生成するために、用いられる( ステップ１０３)。ステップ１０５は、制御変数１０３に閉ループＰＩＤ制御を行わせる。符号１０４で概略的に示すように、ステップは設定値を有し、この設定値はプロセス変数が制御されるべき点を決定する。本発明の好適な実施形態において、設定値１０４はサージ制御ライン７１（図５）であり、ステップ１０５は、サージ制御ライン７１とサージライン７０（図５）との間の領域において主としてアンチサージバルブの制御を行う。このようにした場合、ＰＩＤ制御機能が、アンチサージバルブ１２の出力を制御する第１の出力信号を発生するために用いられる(ステップ１０６)。サージの危険性を予期するために、サージに迎え運転点の接近速度が監視される(ステップ１０７)。好ましくは、ステップ１０５での制御運転のためのプロセス入力として機能するのと同じ信号が、ステップ１０７への入力として用いられ、ステップ１０７はプロセス信号の時間微分を単に生成する。その時間微分は、サージライン７０への或いはサージ制御ライン７１へのコンプレッサー運転点の接近速度の指標として機能するものである。本発明によれば、接近速度は、接近速度に対して第２の閉ループＰＩＤを行わせることにより、直接制御される(ステップ１０８)。また、ステップ１０８のＰＩＤは、符号１０８′で概略的に示す設定値を有しており、これは、プロセス変数としての速度信号と共に用いられ、誤差信号を発すると共に、アンチサージバルブ１２を制御することができるステップ１０８のＰＩＤからの出力信号を生成する。最も単純な実施形態において、設定値１０８′は、単に、サージ制御ラインに対する運転点の接近速度の許容可能な最大値を示す一定レベルである。或いはまた、図２の設定値調整モジュール２４が用いられることも有効である。ステップ１０８は、上で詳細に説明したように、積分器との組み合わせでＰＩＤ制御を利用し、設定値とプロセス変数との間の誤差をゼロに減ずることのできる出力信号を生成する。出力信号は、速度制御ＰＩＤにより要求されたアンチサージバルブの開度の計測値であり、その出力信号の生成はブロック１０９で示されている。次いで、第１と第２の出力信号の選択がなされ(ステップ１１０)、アンチサージバルブ１２のより大きな開度に対応する出力信号が、アンチサージバルブ１２の開度を制御するために選択される(ステップ１１１)。斯くして、第１の出力信号が選択された場合には、ステップ１０５の第１のＰＩＤ動作が制御変数を制御するためにアンチサージバルブ１２の制御を担う。他方、サージ制御ライン７１に対する運転点の接近速度が高速の場合、ステップ１０８の第２のＰＩＤ動作が、第１のＰＩＤ制御よりも大きな出力信号を生成する。このような場合において、第２のＰＩＤ動作はアンチサージバルブ１２の制御に係り、接近速度を制御するためにアンチサージバルブ１２を開く。以上の本発明による種々の好適な実施形態は、例示ないしは説明のための目的で提示されたものである。従って、本発明は、上記の特定形態に限定されるものではない。上記内容に基づいて自明の変更や修正が可能である。取り上げた実施形態は、様々な実施形態において、また予想される個々の用例に適した変更を加えた上で、当業者によって本発明を利用することができるよう、本発明の精神と実際の応用について最良の実例を提供するために選択され説明されたものである。様々な変形や変更等は、それらが公正、合法的、正当に与えられた広がりに従って解釈される場合、特許請求の範囲により特定される発明の範囲内にあるとされる。

【手続補正書】【提出日】１９９８年９月１日【補正内容】（１）明細書の第５頁第１６行〜同頁第１９行に「図５は、速度制御モジュール・・・運転点を示す図である。」とあるのを、「図５は、ダイナミックコンプレッサーについてのコンプレッサーマップであり、異なる位置にあるコンプレッサーの運転点を示す図である。図６は、速度制御モジュールのゲイン、設定値及びプロセス変数を設定するステップを示すブロック図である。」と補正する。（２）明細書の第１９頁第２行目の「図６」を、「図５」と補正する。（３）明細書の第１９頁第１０行目の「図６」を、「図５」と補正する。（４）請求の範囲を別紙の通り補正する。請求の範囲１．サージ領域と、安定領域と、これらの２つの領域を分けるサージラインと、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための制御システムであって、前記コンプレッサーの流れを制御可能に増加させるための、前記コンプレッサーに接続された選択的な応答性を有するアンチサージバルブと、前記コンプレッサーの運転点を示す制御変数を受け取り、且つ、アンチサージバルブを制御するための制御信号を生成する複合モジュール制御装置との組み合わせから成り、前記複合モジュール制御装置が、前記サージ制御ラインと前記サージラインとの間で前記コンプレッサーの運転点に制御動作を及ぼす第１の出力信号を生成するための、制御変数に応答するＰＩＤ制御モジュールと、前記サージ制御ラインへの運転点の接近速度を制限すべく前記コンプレッサーの運転点に制御動作を及ぼす大きさを有する第２の出力信号を生成するための、前記接近速度を示す信号に応答する閉ループの速度制御モジュールと、出力信号として前記第１の出力信号又は前記第２の出力信号を前記アンチサージバルブに選択的につなげるための、出力信号セレクターとを含んでいる、制御システム。２．前記複合モジュール制御装置は、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度を示す速度信号を生成するための、制御変数に応答する微分モジュールと、前記速度制御モジュールに速度信号をつなぐ手段とを含んでいる、請求項１に記載の制御システム。３．前記ＰＩＤ制御モジュールは、プロセス入力として制御変数を有し且つサージ制御ラインに対応する設定値を有する閉ループ制御装置である、請求項２に記載の制御システム。４．前記速度制御モジュールは、プロセス入力として速度信号を有し且つサージ制御ラインに対する運転点の接近速度の許容可能な最大値に対応する設定値を有する閉ループＰＩＤ制御装置を含んでいる、請求項３に記載の制御システム。５．前記速度制御モジュールは、ゼロレートの誤差で出力を制御可能に増加させるための補助的な積分器を有し、それによりプロセス入力と設定値との間の速度誤差信号をゼロにするのを助けるようになっている、請求項４に記載の制御システム。６．前記速度制御モジュールにおける前記積分器は、前記閉ループＰＩＤ制御装置のフィードバックラインにおける微分演算器を有している、請求項５に記載の制御システム。７．前記出力信号セレクターは、前記ＰＩＤ制御モジュールと前記速度制御モジュールとに接続されると共に、前記アンチサージバルブに制御信号として、前記アンチサージバルブの最大開度を要求する出力信号を通すようになっているハイシグナルセレクターから成る、請求項４に記載の制御システム。８．前記速度制御モジュールは、前記ＰＩＤ制御モジュールの設定値に対する制御変数の近接度に従って前記速度制御モジュールの設定値を調整するための設定値調整器を有している、請求項１に記載の制御システム。９．前記設定値調整器は、制御変数と前記ＰＩＤ制御モジュールとの間の差が減少した場合に前記速度制御モジュールの設定値を減ずるようになっている、請求項８に記載の制御システム。１０．前記設定値調整器は、制御変数と前記ＰＩＤ制御モジュールとの間の差が所定の値よりも小さい場合に、ゼロではない最小値を生ずるようになっている、請求項８に記載の制御システム。１１．前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号の各々はアンチサージバルブのバルブ開度に対応しており、前記出力信号セレクターは最大のバルブ開度に対応する出力信号を選択するためのハイシグナルセレクターである、請求項１に記載の制御システム。１２．前記ＰＩＤ制御モジュール及び前記速度制御モジュールの各々は、前記出力信号セレクターからの制御信号を受ける出力トラッキングラインと、前記モジュールのいずれが前記アンチサージバルブの制御を行っているのかを示すトラッキング制御ラインとを有し、もって前記アンチサージバルブの制御に係わっていないモジュールが制御信号をトラッキングするようになっている、請求項１に記載の制御システム。１３．前記速度制御モジュールは、前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態に応じて前記速度制御モジュールのゲインを調整するためのゲイン調整器を有している、請求項１に記載の制御システム。１４．サージ領域と、安定領域と、これらの２つの領域を分けるサージラインと、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための制御システムであって、前記コンプレッサーの流れを制御可能に増加させるための、前記コンプレッサーに接続され且つ前記制御信号に応答するアンチサージバルブと、前記制御信号を生成するため、前記コンプレッサーの運転点を示す制御変数に応答する複合モジュール制御装置との組み合わせから成り、前記複合モジュール制御装置が、前記コンプレッサーの運転点が前記サージ制御ラインと前記サージラインとの間にある場合に前記運転点に制御動作を及ぼすため制御変数に応答する閉ループＰＩＤ制御モジュールと、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度が所定のレベルを越えた場合に、前記コンプレッサーマップにおける前記コンプレッサーの前記運転点の位置に拘わらず、前記運転点に制御動作を及ぼすため、前記接近速度を示す信号に応答する閉ループ速度制御モジュールと、前記ＰＩＤ制御モジュールと前記速度制御モジュールとの間で前記アンチサージバルブの制御を通すためのセレクター手段とを含んでいる、制御システム。１５．前記セレクター手段は、アンチサージバルブの最大開度を要求するモジュールの出力を制御信号として出力するための、前記ＰＩＤ制御モジュール及び前記速度制御モジュールに接続されたハイシグナルセレクターを備えている、請求項１４に記載の制御システム。１６．前記速度制御モジュールは、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度に応答するプロセス入力を有し且つ接近速度の許容可能な最大値に対応する設定値を有するＰＩＤ制御装置である、請求項１４に記載の制御システム。１７．前記速度制御モジュールについての設定値を設定し、コンプレッサー運転点と前記サージ制御ラインとの間の距離に従って接近速度の許容可能な最大値を変えるための設定値調整器を備える、請求項１６に記載の制御システム。１８．前記速度制御モジュールにおける前記ＰＩＤ制御装置は、速度制御装置がプロセス入力と設定値との間で決められる速度誤差信号をゼロとすることができるように、接近速度のプロセス入力を積分する積分項を含むよう変更されている、請求項１６に記載の制御システム。１９．サージラインにより区画されたサージ領域及び安定領域と、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための方法であって、前記ダイナミックコンプレッサーを通る流れを増加させるために、開度が調整可能であるアンチサージバルブを設けるステップと、前記ダイナミックコンプレッサーの運転点を示す制御変数を生成するために、前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態を検知するステップと、前記サージ制御ラインの周辺での運転点を制御すべく前記アンチサージバルブを制御するための第１の出力信号を発するために、第１の閉ループＰＩＤを作動させるステップと、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度を監視するステップと、接近速度を制御すべく前記アンチサージバルブを制御するための第２の出力信号を発するために、第２の閉ループＰＩＤを作動させるステップと、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号から制御信号として選択するステップと、前記制御信号に従って前記アンチサージバルブの開度を調整するステップとを含む方法。２０．前記制御変数と前記サージ制御ラインとの間の差に従って前記第２の閉ループＰＩＤの設定値を調整するステップを含んでいる、請求項１９に記載の方法。２１．設定値を調整する前記ステップは、制御変数とサージ制御ラインとの間の差が減少した場合に前記第２の閉ループＰＩＤの設定値を減じる、請求項２０に記載の方法。２２．前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態に従って前記第２の閉ループＰＩＤのゲインを調整するステップを含んでいる、請求項１９に記載の方法。２３．出力信号を選択する前記ステップは、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号の大きな方を選択する、請求項１９に記載の方法。２４．前記第２の閉ループＰＩＤを作動させる前記ステップは、誤差をゼロとするためにＰＩＤプロセスに関連して積分を行うことを含む、請求項１９に記載の方法。２５．選択する前記ステップは、出力信号が制御信号となる活性のＰＩＤと、出力信号が選択されない不活性のＰＩＤとを定めるものであり、ＰＩＤ間の伝達のための制御信号に非選択ＰＩＤの出力信号を適合させるために非選択ＰＩＤをトラッキングするステップを更に含んでいる、請求項１９に記載の方法。２６．サージラインにより区画されたサージ領域及び安定領域と、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための方法であって、前記ダイナミックコンプレッサーを通る流れを増加させるために、開度が調整可能であるアンチサージバルブを設けるステップと、前記ダイナミックコンプレッサーの運転点を示す制御変数を生成するために、前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態を検知するステップと、プロセス変数として制御変数を用い且つ設定値としてサージ制御ラインを用いて前記アンチサージバルブに閉ループＰＩＤ制御を行うステップと、サージ制御ラインに向かう運転点の接近速度を監視するステップと、接近速度が高速である場合に、プロセス変数として接近速度を用いて閉ループＰＩＤ制御を行うことにより前記アンチサージバルブの制御を行うステップとを含む方法。２７．接近速度に閉ループＰＩＤを遂行するステップは、誤差をゼロとするためにＰＩＤ操作に関連して積分操作を行うことを含んでいる、請求項２６に記載の方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．サージ領域と、安定領域と、これらの２つの領域を分けるサージラインと、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための制御システムであって、前記コンプレッサーの流れを制御可能に増加させるための、前記コンプレッサーに接続された選択的な応答性を有するアンチサージバルブと、前記コンプレッサーの運転点を示す制御変数を受け取り、且つ、アンチサージバルブを制御するための制御信号を生成する複合モジュール制御装置との組み合わせから成り、前記複合モジュール制御装置が、前記サージ制御ラインと前記サージラインとの間で前記コンプレッサーの運転点に制御動作を及ぼす第１の出力信号を生成するための、制御変数に応答するＰＩＤ制御モジュールと、前記サージ制御ラインへの運転点の接近速度を制限すべく前記コンプレッサーの運転点に制御動作を及ぼす第２の出力信号を生成するための、前記接近速度を示す信号に応答する閉ループの速度制御モジュールと、出力信号として前記第１の出力信号又は前記第２の出力信号を前記アンチサージバルブに選択的につなげるための、出力信号セレクターとを含んでいる、制御システム。２．前記複合モジュール制御装置は、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度を示す速度信号を生成するための、制御変数に応答する微分モジュールと、前記速度制御モジュールに速度信号をつなぐ手段とを含んでいる、請求項１に記載の制御システム。３．前記ＰＩＤ制御モジュールは、プロセス入力として制御変数を有し且つサージ制御ラインに対応する設定値を有する閉ループ制御装置である、請求項２に記載の制御システム。４．前記速度制御モジュールは、プロセス入力として速度信号を有し且つサージ制御ラインに対する運転点の接近速度の許容可能な最大値に対応する設定値を有する閉ループＰＩＤ制御装置を含んでいる、請求項３に記載の制御システム。５．前記速度制御モジュールは、ゼロレートの誤差で出力を制御可能に増加させるための補助的な積分器を有し、それによりプロセス入力と設定値との間の速度誤差信号をゼロにするのを助けるようになっている、請求項４に記載の制御システム。６．前記速度制御モジュールにおける前記積分器は、前記閉ループＰＩＤ制御装置のフィードバックラインにおける微分演算器を有している、請求項５に記載の制御システム。７．前記出力信号セレクターは、前記ＰＩＤ制御モジュールと前記速度制御モジュールとに接続されると共に、前記アンチサージバルブに制御信号として、前記アンチサージバルブの最大開度を要求する出力信号を通すようになっているハイシグナルセレクターから成る、請求項４に記載の制御システム。８．前記速度制御モジュールは、前記ＰＩＤ制御モジュールの設定値に対する制御変数の近接度に従って前記速度制御モジュールの設定値を調整するための設定値調整器を有している、請求項１に記載の制御システム。９．前記設定値調整器は、制御変数と前記ＰＩＤ制御モジュールとの間の差が減少した場合に前記速度制御モジュールの設定値を減ずるようになっている、請求項８に記載の制御システム。１０．前記設定値調整器は、制御変数と前記ＰＩＤ制御モジュールとの間の差が所定の値よりも小さい場合に、ゼロではない最小値を生ずるようになっている、請求項８に記載の制御システム。１１．前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号の各々はアンチサージバルブのバルブ開度に対応しており、前記出力信号セレクターは最大のバルブ開度に対応する入力信号を選択するためのハイシグナルセレクターである、請求項１に記載の制御システム。１２．前記ＰＩＤ制御モジュール及び前記速度制御モジュールの各々は、前記出力信号セレクターからの制御信号を受ける出力トラッキングラインと、前記モジュールのいずれが前記アンチサージバルブの制御を行っているのかを示すトラッキング制御ラインとを有し、もって前記アンチサージバルブの制御に係わっていないモジュールが制御信号をトラッキングするようになっている、請求項１に記載の制御システム。１３．前記速度制御モジュールは、前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態に応じて前記速度制御モジュールのゲインを調整するためのゲイン調整器を有している、請求項１に記載の制御システム。１４．サージ領域と、安定領域と、これらの２つの領域を分けるサージラインと、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための制御システムであって、前記コンプレッサーの流れを制御可能に増加させるための、前記コンプレッサーに接続され且つ前記制御信号に応答するアンチサージバルブと、前記制御信号を生成するため、前記コンプレッサーの運転点を示す制御変数に応答する複合モジュール制御装置との組み合わせから成り、前記複合モジュール制御装置が、前記コンプレッサーの運転点が前記サージ制御ラインと前記サージラインとの間にある場合に前記運転点に制御動作を及ぼすため制御変数に応答する閉ループＰＩＤ制御モジュールと、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度が所定のレベルを越えた場合に、前記コンプレッサーマップにおける前記コンプレッサーの前記運転点の位置に拘わらず、前記運転点に制御動作を及ぼすため、前記接近速度を示す信号に応答する閉ループ速度制御モジュールと、前記ＰＩＤ制御モジュールと前記速度制御モジュールとの間で前記アンチサージバルブの制御を通すためのセレクター手段とを含んでいる、制御システム。１５．前記セレクター手段は、アンチサージバルブの最大開度を要求するモジュールの出力を制御信号として出力するための、前記ＰＩＤ制御モジュール及び前記速度制御モジュールに接続されたハイシグナルセレクターを備えている、請求項１４に記載の制御システム。１６．前記速度制御モジュールは、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度に応答するプロセス入力を有し且つ接近速度の許容可能な最大値に対応する設定値を有するＰＩＤ制御装置である、請求項１４に記載の制御システム。１７．前記速度制御モジュールについての設定値を設定し、コンプレッサー運転点と前記サージ制御ラインとの間の距離に従って接近速度の許容可能な最大値を変えるための設定値調整器を備える、請求項１６に記載の制御システム。１８．前記速度制御モジュールにおける前記ＰＩＤ制御装置は、速度制御装置がプロセス入力と設定値との間で決められる速度誤差信号をゼロとすることができるように、接近速度のプロセス入力を積分する積分項を含むよう変更されている、請求項１６に記載の制御システム。１９．サージラインにより区画されたサージ領域及び安定領域と、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための方法であって、前記ダイナミックコンプレッサーを通る流れを増加させるために、開度が調整可能であるアンチサージバルブを設けるステップと、前記ダイナミックコンプレッサーの運転点を示す制御変数を生成するために、前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態を検知するステップと、前記サージ制御ラインの周辺での運転点を制御すべく前記アンチサージバルブを制御するための第１の出力信号を発するために、第１の閉ループＰＩＤを作動させるステップと、前記サージ制御ラインに対する運転点の接近速度を監視するステップと、接近速度を制御すべく前記アンチサージバルブを制御するための第２の出力信号を発するために、第２の閉ループＰＩＤを作動させるステップと、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号から制御信号として選択するステップと、前記制御信号に従って前記アンチサージバルブの開度を調整するステップとを含む方法。２０．前記制御変数と前記サージ制御ラインとの間の差に従って前記第２の閉ループＰＩＤの設定値を調整するステップを含んでいる、請求項１９に記載の方法。２１．設定値を調整する前記ステップは、制御変数とサージ制御ラインとの間の差が減少した場合に前記第２の閉ループＰＩＤの設定値を減じる、請求項２０に記載の方法。２２．前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態に従って前記第２の閉ループＰＩＤのゲインを調整するステップを含んでいる、請求項１９に記載の方法。２３．出力信号を選択する前記ステップは、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号の大きな方を選択する、請求項１９に記載の方法。２４．前記第２の閉ループＰＩＤを作動させる前記ステップは、誤差をゼロとするためにＰＩＤプロセスに関連して積分を行うことを含む、請求項１９に記載の方法。２５．選択する前記ステップは、出力信号が制御信号となる活性のＰＩＤと、出力信号が選択されない不活性のＰＩＤとを定めるものであり、ＰＩＤ間の伝達のための制御に非選択ＰＩＤの出力信号を適合させるために非選択ＰＩＤをトラッキングするステップを更に含んでいる、請求項１９に記載の方法。２６．サージラインにより区画されたサージ領域及び安定領域と、前記安定領域内にあって前記サージラインから離れたサージ制御ラインとを含むコンプレッサーマップ上で定義される可変の運転点を有するダイナミックコンプレッサーにおいてサージを防止するための方法であって、前記ダイナミックコンプレッサーを通る流れを増加させるために、開度が調整可能であるアンチサージバルブを設けるステップと、前記ダイナミックコンプレッサーの運転点を示す制御変数を生成するために、前記ダイナミックコンプレッサーのプロセス状態を検知するステップと、プロセス変数として制御変数を用い且つ設定値としてサージ制御ラインを用いて前記アンチサージバルブに閉ループＰＩＤ制御を行うステップと、サージ制御ラインに向かう運転点の接近速度を監視するステップと、接近速度が高速である場合に、プロセス変数として接近速度を用いて閉ループＰＩＤ制御を行うことにより前記アンチサージバルブの制御を行うステップとを含む方法。２７．速度に閉ループＰＩＤを遂行するステップは、誤差をゼロとするためにＰＩＤ操作に関連して積分操作を行うことを含んでいる、請求項２６に記載の方法。