JPS6230443B2 - - Google Patents

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JPS6230443B2
JPS6230443B2 JP11128680A JP11128680A JPS6230443B2 JP S6230443 B2 JPS6230443 B2 JP S6230443B2 JP 11128680 A JP11128680 A JP 11128680A JP 11128680 A JP11128680 A JP 11128680A JP S6230443 B2 JPS6230443 B2 JP S6230443B2
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JP
Japan
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signal
controller
controllers
control
output
Prior art date
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JP11128680A
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English (en)
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JPS5736304A (ja
Inventor
Shinji Sakakibara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP11128680A priority Critical patent/JPS5736304A/ja
Publication of JPS5736304A publication Critical patent/JPS5736304A/ja
Publication of JPS6230443B2 publication Critical patent/JPS6230443B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00Safety arrangements
    • G05B9/02Safety arrangements electric
    • G05B9/03Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制御要素として積分器を含むコントロ
ーラを多重化し且つコントローラの出力信号を選
択回路に与えて唯一つの出力信号を選択し、これ
を制御対象への制御信号とする多重化制御回路の
改良に関する。
高信頼性、高稼動率が要求される制御系におい
てはしばしばコントローラを多重化した制御回路
を用いることで、その目的を達成するようにして
いる。この場合、コントローラには一般に制御要
素として定常偏差を打消すための積分器が含まれ
ているのが普通である。
ところで、かかる多重化制御回路においては、
1台のコントローラが故障してもその影響を他の
コントローラに与えることなく、また自動的に他
の正常なコントローラへスムーズに制御が移行で
きることが重要な課題となる。
このため、従来ではすべてのコントローラに同
じ制御入力を与えてそれらを同時に動作させると
共に各コントローラの出力信号を適当な信号選択
回路に与えて唯一つの出力信号を選択し、これを
制御対象への制御信号とする方式が採用されてい
る。しかし、このような多重化制御回路では、信
号選択回路で選択された信号を出力しているコン
トローラ以外の他のすべてのコントローラが制御
演算を行なつてはいても制御対象との接続が断た
れるため、制御系としてオープンループの状態に
なる。したがつて、コントローラが上記のように
オープンループの状態になると、コントローラに
含まれている積分器がドリフトや雑音等の外乱の
影響を受けて不安定になり、その出力信号は最終
的に発散してしまう。そのため、使用中のコント
ローラが故障して他の正常なコントローラに移行
すると、制御出力が突変してしまい、コントロー
ラの多重化による意義を失うことはもちろんのこ
と、制御自体が不安定な状態に陥る恐れがある。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は多重化されたコントローラ間の
バランスを図ることにより、使用中のコントロー
ラが故障しても制御出力を突変させることなく、
他の正常なコントローラに自動的に制御を移行さ
せることができる多重化制御回路を提供しようと
するものである。
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。第1図は制御系を3重化した場合の具体的な
制御回路の構成例を示すもので、1a〜1cは制
御要素として定常偏差を打消すための積分器を含
むコントローラ、2は各コントローラの出力信号
S4a〜S4cが入力され、その中から中間の値
を有する中間値信号S3が選択されて出力する中
間値選択回路である。また、3は中間値選択回路
2から出力される中間値信号S3が制御信号とし
て入力される制御対象である。一方、4a〜4c
はコントローラ1a〜1cの入力側に各別にして
設けられた第1の加算器で、この第1の加算器4
a〜4cは目標値信号S1と制御対象3からコン
トローラ側にフイードバツクされたプロセス信号
S2とを加算して制御偏差信号S6a〜S6cを
求めるものである。また5a〜5cは上記と同じ
くコントローラ1a〜1cの入力側に各別にして
設けられた第2の加算器で、この第2の加算器5
a〜5cは中間値選択回路2から出力される中間
値信号S3と各々対応するコントローラ1a〜1
cの出力信号S4a〜S4cとを各別に加算して
その偏差信号S5a〜S5cを求めるものであ
る。さらに6a〜6cは前述した第1の加算器4a〜
4cで求められた制御偏差信号S6a〜S6cと
第2の加算器5a〜5cで求められた偏差信号S
5a〜S5cとが各別に加えられる第3の加算器
で、この第3の加算器6a〜6cは制御偏差信号
S6a〜S6cと偏差信号S5a〜S5cとを各
別に加算し、その加算信号S7a〜S7cをそれ
ぞれ対応するコントローラ1a〜1cに入力する
ものである。
次に上記のように構成された多重化制御回路の
作用について述べる。いま、コントローラ1a〜
1cの出力信号S4a〜S4cの値をそれぞれV
4a〜V4c、また目標値信号S1の値をV1、プロセ
ス信号S2の値をV2、中間値信号S3の値をV3
とする。またコントローラ1a〜1cは比例
(P)+積分(I)型と仮定し、その伝達関数をG
(S)とすると G(S)=K+1/T ………(1) で表わすことができる。但し、Sはラプラス演算
子である。つまり、第1図において各コントロー
ラは比例+積分型であるから、これを時間領域で
表現すると第2図aに示す如くなり、また伝達関
数により表現すると第2図bに示す如くなる。
ここで、第2図aにおいて時間原点をt=t0
したとき、コントローラ入力をu、出力をx、積
分器の出力をx1とそれぞれすれば、時刻tt0
おいて x(t)=Ku(t)+x1 (t)= Ku(t)+1/T∫ t0u(t)dt+x1(t0)……
…(2) で表わすことができる。但し、x1(t0)はt0におけ
るx1の値、すなわち積分器のt=t0における初期
値である。
また第2bにおけるラプラス変換については以
下の公式を用いる。
〓x〓=S×(S)−x(o)(x〓=dx/dt)…
……(3) 但し、(3)式においてx(o)はx(t)の初期
値である。
いま、時刻t=t0における各信号の値V4a〜V4
、V1、V2を各々α、β、γ、λ、μとしてその
大小関係を次のように仮定する。つまり、第1図
において、コントローラ1a〜1cの出力がV4a
〜V4c、中間値選択回路の出力がV3、目標値が
V1、プロセス値がV2で、それぞれ時間の関数で
ある。したがつて、ここで時間の原点をt=t0
して、、tt0について見るに、t=t0におけるV
4a〜V4cのの初期値をα、β、γとすると、 V4a(t0)=α、V4b(t0)=β、V4c(t0)=γ ………(5) と表わすことができ、またこのときの中間値βと
すると、その大小関係を α>β>γ ………(6) と仮定することができる。つまり、t=t0におい
て V3(t0)=β ………(7) ここで、第3図に示すように任意の時刻t0にお
いて各コントローラがそれぞれ異なつた値α、
β、γをもつていたとしても時間の経過とともに
相互の偏差が減少し、定常的には3台のうちの中
間値を出力しているコントローラの出力値に、他
の2台のコントローラの出力が追従できればよ
い。そこで、いまコントローラ1bの出力信号S
4bが中間値選択回路2にて選択されているとす
れば、tt0において、各コントローラ1a〜1
cの出力信号の値V4a、V4b、V4cを各々次のよ
うにして求めることができる。
まずコントローラ1aについて注目するとその
入出力関係は第4図に示す如くなる。この入出力
関係から(2)式を用いて出力を計算すると、 V4a(t)=K〔(V1(t)−V2(t))+(V3(t)−V4a(t))〕+1/T∫ t0〔(V1(t) −V2(t))+(V3(t)−V4a(t))〕dt+C ………(8) ここでCはt=t0における積分器の初期値であ
る。(=一定)(8)の両辺を微分して V〓4a=K(V〓−V〓+V〓−V〓4a)+1/T(V1−V2+V3−V4a) ………(9) (3)式を参考に、(9)式の両辺をラプラス変換する
と、 sV4a(s)−α=K(sV1(s)−sV2(s)+
sV3−sV4a−λ+μ−β+α)+1/T(V1(s)−V2 (s) +V3(s)−V4a(s)) ………(10) となる。ここで、V4aを左辺にまとめると、 となる。
上記(11)式においてα→γ、V4a→V4cとおきか
えれば、次式を求めることができる。
次にV4bについて求めるに、コントローラ1b
については、その出力が中間値選択回路2の出力
と仮定しているから、 V4b(t)=V3(t) ………(13) そこで、(11)式において、 V4a→V4b、V3→V4b、α→βとそれぞれおきか
えればよい。すなわち となる。
上記(14)式を(11)、(12)式に代入して、V1
(s)、V2(s)を消去する。すなわち、(14)式
これを(10)式に代入すると、 となる。
同様に(15)式を(12)式に代入すれば次式が求ま
る。(あるいは(16)式で、α→γ、V4a→V4c
すればよい)すなわち 上記(16)式を逆変換すると、 となり、(18)式の第2辺は(4)式によりt→∞で
零に収束する。すなわち これにより、定常的には V4a(t)=V3(t) 同様に V4c(t)=V3(t) すなわち、 V4a(t)=V4b(t)=V4c(t)=V3(t) となる。
このように、ラプラス変換の最終値定理によ
り、時間の経過と共に零に収束するから、結局V
4a、V4cはV3(=V4b)に収束するので、使用し
ていない2台のコントローラ1a,1cの出力信
号は常に使用中のコントローラ1bの出力信号に
トラツキングしている。このため、雑音やドリフ
トによつて使用していないコントローラの積分器
が不安定な状態になることを防止でき、多重化を
意味のあるものにすることができる。
また、V4a>V4b>V4cのとき、使用中のコン
トローラ1bが故障して、その出力信号V4bが他
のコントローラの追従できる程ゆつくりした速度
で降下していく場合を仮定すると、V4a、V4c
それに追従して降下するので、V4a、V4b、V4c
の大小関係は変らず、しばらくの間コントローラ
の切替は行なわれない。しかし、制御信号(中間
値信号)S3の降下は、制御対象3による時間遅
れの後、プロセス信号S2の降下として現われ、
その結果制御偏差信号S6a,S6b,S6cは
正値となつて正常なコントローラ1a,1cの出
力信号値V4a、V4cが増加しはじめる。そしてV4
=V4cとなる時刻以降は、V4bとV4cの大小関係
は逆転し、中間値信号S3として、コントローラ
1cの出力信号S4cが選択され、故障したコン
トローラ1bから正常なコントローラ1cヘバン
プレスに切替えが行なわれる。またV4bがゆつく
り上昇側へドリフトする場合も全く同様である。
次に、使用中のコントローラ1bが急激な故障
を起こして、その出力信号値V4bがその下限値あ
るいは上限値まで突変したとすれば、コントロー
ラ1a,1cは、それに追従しきれないため、直
ちにコントローラの切替が行なわれ、制御が続行
される。
このように、本発明では、多重化されたコント
ローラ間のバランスを図り、それによつて使用中
のコントローラが故障しても、制御出力を突変さ
せることなく、他の正常なコントローラに自動的
に制御を移行させることができる。また故障した
コントローラは多重化構成のためシステムに影響
を与えることなくそれだけ取出して修理可能なの
で、高信頼性、高稼動率が要求される制御系に通
用すればその利点は大きく活される。
なお、上記実施例ではコントローラを3重化す
る場合を仮定して説明したが、一般の多重化シス
テムにも適用可能であることは明白である。ま
た、具体的説明を行なうため、コントローラとし
てP+I型を仮定したが、これについても積分器
を含む一般のコントローラについて適用できるも
のである。さらに信号選択回路として多くの信号
の中から、その中間の値を有する信号を選択する
中間値選択回路を用いたが、この他に例えば、最
も高値の信号(あるいは低値の信号)を選択する
高値(低値)優先回路等を用いる場合も全く同様
に本発明を適用できるものである。
以上述べたように本発明によれば、多重化され
たコントローラ間のバランスを図ることにより、
使用中のコントローラが故障しても制御出力を突
変させることなく、他の正常なコントローラに自
動的に制御を移行させることができる多重化制御
回路が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロツク回路
構成図、第2図乃至第4図は同実施例の作用を説
明するための図である。 1a〜1c……コントローラ、2……中間値選
択回路、3……制御対象、4a〜4c,5a〜5
c,6a〜6c……加算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 同一の制御特性を有し、同一の制御入力信号
    を受けて動作するコントローラを複数台並列に配
    置すると共に適当な選択論理に従つて前記コント
    ローラの各出力信号の中から唯一つの信号を取り
    出して制御対象への制御信号とする信号選択回路
    を備えた多重化制御回路において、前記コントロ
    ーラのそれぞれについてその出力信号の極性を反
    転したものと、前記信号選択回路の出力信号とを
    加算し、さらにこの加算信号をそれぞれのコント
    ローラの入力信号に加算してフイードバツクルー
    プを構成することにより、前記信号選択回路の出
    力信号と前記コントローラの各出力信号との偏差
    を自動的に解消させる機能を持たせたことを特徴
    とする多重化制御回路。
JP11128680A 1980-08-13 1980-08-13 Tajukaseigyokairo Granted JPS5736304A (ja)

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JPS5736304A JPS5736304A (ja) 1982-02-27
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6151201A (ja) * 1985-07-31 1986-03-13 Hitachi Ltd 三重化制御装置
JPS61180302A (ja) * 1986-02-06 1986-08-13 Toshiba Corp 自動制御装置

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JPS5736304A (ja) 1982-02-27

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