JPS6278603A - 従属変数の積分制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動制御システムに係り、特に制御を受（）る
システムの２つの独立変数を変調することによる従属変
数の制御に関する。

従来の技術及び問題点 本発明は本出願人により本願の優先権主張の基礎となる
米国特許出願と同日に出願されたバーナー他による米国
特許出願「改良されたプロペラシンクロフェーザ概念」
の教示及び要旨の一部を使用する。

自動制御システムでは制御装置を使用していくつかのシ
ステム特性（独立変数と称する）を変調し、望ましい他
のシステム特性（従属変数と称する）を得る。換言すれ
ば、自動制御システムは独立変数を変調して従属変数の
所望の特性を得る。

例えば自動制御システムはエンジンへの燃料の流れを変
調して所望の１−ンジン速度を１９でいるが、その場合
エンジンへの燃ｒ１流ｍがシステムの独〜γ変数になり
、丁ンジン速亀が従属変数になる。

システム中の・一つの従属変数に影響をりえる独立変数
の数は一つ以−Ｆ０右でることが多い。かかるシステム
では複数の独立変数を使用して一つの従属変数に所望の
特性を実現する。従来の典型的な自動制御システムは単
純な積分制御あるいは比例積分制御装置あるいは比例・
積分・微分制御ｌ装置よりなる積分制御手段を含む。制
御手段の積分部分は従属変数の所望値と実際の値との差
を積分するのが典型的である。この積分結果は独立変数
を変調するのに使われる。そこで、一つの従属変数の望
ましい特性を各々の独立変数を変調する別個の積分制御
手段を結合して同時に使用することにより得ることがで
きそうに考えられる。しかし、従来の技術では各々同一
の従属変数の誤差を積分する構成の同時に動作する複数
の積分制御手段は制御に問題を生じることが周知である
。りなわち、各々別個の独立変数を変調する複数の積分
手段は従属変数の誤差を１２ｕにしようと動作する際に
Ｔｌいに干渉を生じる。イこで従来【よ自動制御システ
ムが多数の独つ変数を使用するのに比例及び微分制御手
段の様々な絹合わＵを使用リ−る際でも、一つの独立変
数に対して自動制御システム中で一つ以」−の積分手段
を同時には使用しないようにしていた。この場合−・つ
の積分制御手段はたった一つの独立変数しか変調しない
ことになる。

本発明の目的は一つの積分制御手段が少イ【りとも２つ
の独立変数を変調するのに使用でき、これにより−・つ
の従属変数の望ましい特＋＋を得る方法及び装置を捉供
するにある。

問題点を解決するための手段 本発明は少なくとも２つの独Ｘ″Ｉ変数を変調する甲−
の積分制御路を構成し、その際一つの独（ｒ変数が積分
器出力の大きな変動にのみ応答するようにされ、一方他
の独立変数は積分器出力の小さな変動にのみ応答する」
；うにされる。かかる積分器出力の組合わせによって単
一の従属変数の望ましい特性を得ることができる。

本発明でＧｉ−の独立変数（積分器出力の人さ／２変化
に応答する）が自動制御システム中で４．Ｙ属塵数を望
ましい特性の近傍に変化さけるのに使用され、一方他の
独立変数（積分器出力の小さイｘ変化に応′ｇする）が
従属変数を所望の特性に微調整するのに使われる。

かかる自動制御システムの利点は明らかであろう。例え
ば−の独立変数が従属変数に大きな影響をりえるが従属
変数の小さな変化を正確に再現することができない場合
がある。その際他の独立変数は従属変数に惨く小さ【Ｉ
：範囲の変調しか与えないが、イの変動をＪ［常にｉＴ
−確にりえる９、かかる場合、本発明で【ま第１の独立
変数を積分器出力の大きなゆ化に応答りる独立変数とし
て使用し、第２の独立変数を積分器出力の小さｔ′ｉ、
変化に応答りる独立変数どして使用する。別の例としく
−は−・の独立変数（例えばアクチュＴ、−タ）を変調
するのに使われる装置が望ましくない小信号にス・１す
るＪ１線形竹（例λばヒス−フリシス）をもしＣいる場
合が挙げられる。かかる場合、この独立ゆ数は積分器出
力の小ざな変化には応答せず、従って従属変数の小さな
変化を１１確に１−しることができない。イの際第２の
独立変数は変調されＣ従属変数を微調整するが、第１の
独ψｌ変数を変調するのに使われる装置はヒステリシス
バンド内にあって第１の独立変数を変調できない。かか
る２つの例より、本発明を自動制御システムに使用する
利点は明らかである。

従来、複数の積分制御手段を同時に使用して２つの独立
変数を変調し、これらの独立変数を結合して従属変数の
望ましい特性を実現する思想は０右したが、かかる思想
を実行りると個々の積分器が甲−の従属変数のＪｌ差を
ゼロにしようとして独立変数を変調する結宋積分器相ｎ
に干渉を４−しるのが周知である。イのため実際には一
つの従属変数に対して一つの積分器しか自動制御システ
ム中で・使われていないが、本発明はこの問題を一つの
従属変数の所望の特性を１与るために組合わされる２つ
の独＼ｊ変数を一つの積分制御手段で変調できる方法を
捉供Ｊることにより解決する。水元明方−ξ３　− 法は一つの従属変数が積分器出力の人、３１７変化に対
してのみ応答号−るＪ、うにし、他の独へ″Ｉ変数は積
分器出力の小さな変化に対しでのみ応答りるようにする
。その結果、−・つの独Ｓ’７疫数（積分器出力の大き
な変化に応答Ｊる）が従属変数を所望の特性の近傍に制
御する−・ｈ、他の独Ｘ″！変数（積分器出力の小さな
ゆ化に応答（Ｊる）が従属変数を微調整して所望の特性
を実現−りる。

実施例 以上の、また他の本発明の目的、特徴、及び利百は以１
；の図面を参照した最も好ましい実施例の詳細な説明よ
り明らかとなろう。

図は本発明にＪ、る振幅に依存した二重積分制限回路１
０の概略的ｌｌＴｌツク系統図である３１本発明では単
一の積分器１２からライン１４へ出力された出力信号が
３つのライン１４８．１／１ｂ、及び１４　ｃ　１．こ
分肉にされる。そのう’）１４　ａと１４ｂ（ま一つの
独立変数１６を変調するのに使われ、第３のライン１４
Ｇは伯の独立変数１８４■調するのに使われる。

ライン２０の積分器入力信号はライン２２の基準ないし
コマンド信号と感知器２６で感知された従属変数２５の
応答をあられすライン２４の感知信号値との差であるの
が典型的である。この従属変数は破線２７，２７８で示
したように独立変数によって影響される。接続点２８は
減算動作をなし、差信号をライン２０に出力する。積分
器１２はライン１４の積分信号のエクスカーションの最
大及び最小限界を設定する制限回路３０により大きさに
限界が課せられる。ライン１４上の信号は各々ライン１
４１の信号と同じ限界が課せられた出力信号を伝送する
ライン１４ａ、１４ｂ及び１４Ｇに分岐される。ライン
１４ａの信号はヒステリシス伝達関数ブロック３２に供
給されてライン３４にヒステリシス出力信号が出力され
る。このライン３４の出力信号は接続点３６でライン１
４ｂの信号から減算される。得られたライン３８十の信
号は利１９値に２を有する比例利得ブロック４０に供給
され、ライン３８上の信号に値に２が乗算されたものが
ライン４２に出力され独立変数＃２を制御する。ライン
１４ｃの信号は別のヒステリシス伝達関数ブロツ／）７
１Ｉ４に供給され、ブロック４４の出ツノ信月はライン
４６に出力されて独立変数＃１をｉ制御する。

２つの出力路の積分器１ｑ及び制御範囲は個別に選択で
きる。ライン２００Å力信号に対するライン４６の出力
信号の積分利得は積分器１２の利得値に１に等しい。ラ
イン２００人力信号に対するライン４２の出力信号の積
分利得は積分器１２の利得値に１に利得ブロック４０の
利１％　Ｋ　２を乗じたものに等しい。ライン４６の出
力信号の制御範囲は積分器１２を最大及び最小限界３０
にＪ：つて制限することによって得られる。ライン４２
の出力信号の制御範囲の１限は伝達関数３２のヒステリ
シスバンドの大きさに利１ｑブロック４０の利得に２を
乗じた大きざである。ライン４２の出力信号の制御範囲
の下限は刊御範囲士限と同じ大きさだが符号が負になっ
ている。ライン４６の出力信号はライン１４の積分器出
力４Ｎ号の大きな変動にのみ応答する。ライン４６の出
力信号がライン１４の積分器出力に対して応答を生じる
閾値は伝達関数４４のヒステリシスバンドの大きさによ
って定まる。

ヒステリシス伝達関数４４は図では装置１０の一部であ
るかのように示したがこれはシステムに固有のものとし
てもよい（例えばアクチュエータヒステリシスとして独
立変数＃１中に含めてもよい）。換言すれば、用途によ
っては伝達関数４４は図のような回路１０の一部とはさ
れず、ライン１４Ｃ上の信号をライン４６の出力信号と
同一と考えてもよい。

ヒステリシス伝達関数３２．４４を規定する３つの特徴
は以下のように要約することができる：第１に、入力信
号と出力信号の差の絶対値がヒステリシスバンドの大き
さより大きくない場合、ヒステリシス伝達関数の出力信
号は不変である；第２に、入力信号の値が増加して入力
信号からヒステリシスの大きさを差引いた差が出力信号
を超えるような場合、出力信号が入力信号からヒステリ
シスの大きさを差引いた値に等しくなるように変化する
：第３に、入力信号の値が減小して入力信号にヒステリ
シスの大きさを加算した和が出力信号より小さくなる場
合、出力信号は入力信号にヒステリシスの大きさを加算
した値に等しくなるように変化する。

これらの３種類のヒステリシスの人ささについての特徴
の例としてヒステリシスバンドの大きさが６、初期出力
信号の大きさが１００の場合を考察する。第１の特徴に
よれば、ヒステリシス出力信号は入力信号が９４〜１０
６の範囲で変化している限りは不変である。第２の特徴
より、入力信号が１０６を超えると出力信号は入力信号
より６小さい値に増加する。そこで入力信号が１２０に
増加すると出力信号は１１４にムる。第３の特徴より、
入力信号が９４を切ると出力信号は入力信号より６だ１
１大きい値に減少する。そこで入力信号が５０に減少す
ると出力信号は５６になる。人力信号が５０に減少しま
た出力信号が５６に減少した時点に続いて第１の特徴よ
り出力は入力信号が５０〜６２の範囲にある限り（すな
わｊ’ｒ５６−６〜５６＋６の間）５６のまま不変であ
る。

そこで、図面を参照して積分器１２からのライン１４十
の出力信号が一方向へ増加すると、ライン３／Ｉ上の信
号はライン１４ａ１の信号がヒステリシスバンド（Ｈ２
）を超えて増加覆るまでは不変であり、その後はライン
１４の十の信号と同じ割合で増加をする。ライン３８十
の信号はライン１４ｂ十の信号からライン３４上の信号
を減算したものに等しいのでライン３４十の信８が増加
し始めるまではライン１４ｂｌの信号と同じ割合で増加
し、その後ヒステリシスＮ」２）の値と等しい一定値に
なる。ライン１４ａ、１４ｂ、１４ｃ十の信号が一方向
に増加する場合、ライン４６十の出力信号はライン１４
Ｃ１の信号がヒステリシス伝達関数４４のバンド伯Ｈ＋
より大きい値だけ増加Ｊるまて・は不変である。その後
、ライン４６十の出力信号はライン１４Ｃ上の信号と同
じ割合で増加覆る。ここで、全ヒステリシスバンドの大
きさ２　Ｈ２は２）（１よりも小さい。従って、ライン
４６土の出カイへ号とライン４２上の出力信号の比較に
よりライン１４ｂの信すが増加するとライン４２土の出
力信号も増加するがライン／１６１の出力信号は不ゆで
あることがわかる。しかし、ジイン４２−１の信号がラ
イン１４【）上の信号からジイン３４十の信号が減静さ
れることで増加を停止すると一ツイン４６十の出力信号
はライン１４　ｃ　Ｉ−の信号が増加し続けるに応じて
増加し始める。これはライン１４ｃＪの信号がヒステリ
シス伝達関数４４のヒステリシスバンドより大きい値に
増加したためである。この結果、ＩＪ御【ま初めのうイ
ン４２の出力信号を含む制御器ｈ”）ライン１６の出力
信号を含む他の制郊路に切換わる。ライン１４ａ。

１４ｂ及び１４．　ｃの信号が変１１−のＩＪ向を転じ
（減少し始める場合は、伝達関数３２のヒス−ノリシス
効果によりライン３４十の信号は一定に留まるためライ
ン４２十の信号も同時に減少を始める。また同時に、ラ
イン４６上の出力信号はじステリシス伝達関数４４のた
め一定に留まる３、従っ−（、ライン１４ａ、１４ｂ、
１４ｃの信号が変化７’Ｊ向を変化させると制御はライ
ン７１６の出力信号からラ−１５＝ イン４２の出力信号に切換えられる。このように、ライ
ン１４ａ、１４ｂ、１４ｃの信号の変化が全ヒステリシ
スの大きさ２ト１１　よりはるかに大きい場合、制御は
実質的にライン４６の出力信号によってなされる。一方
、ライン１４ａ、１４ｂ。

１４ｃ上の信号の変化が全ヒステリシスの大きさ２Ｌ１
２より小である場合、ライン４２上の出力信号のみが制
御を行ない、ライン４６上の出力信号は一定のままにな
る。このように、ライン４２土の出力信号は全ヒステリ
シスの大きさ２）１２によって制限された小振幅信号積
分器として作用し、一方ライン４６土の出力信号は積分
限界３０によって制限された大振幅信号積分器として作
用する。

上記の装置は一つの積分制御手段が結合されて一つの従
属変数に所望の特性を与える２つの独立変数を変調する
方法をも捉供する。この方法により一つの独立変数が積
分器出力の大きな変化にのみ応答し、他の独立変数が積
分器出力の小さな変化にのみ応答するＪ：うにできる。

この結果、−゛）の独立変数（大きな積分器出力信号の
変化に応じる）が従属変数を所望の特性の近傍ｌＪ制御
し、一方他の独立変数（小さな積分器出力信ｎの変化＜
（Ｘ応じる）が従属変数と所定の特性に合わＩＬるべく
微調整する。

上記の装置及び方法はアフ［１グあるいはｊ゛シタルバ
ードウエアいずれを使っても実施できるのは明白である
。同様に、本弁明ｊｊ法及び装置は記載した本発明方法
の開示にＩＪいた論即スｒツブを使った汎用デジタル］
ンビ］−夕によっても実施できる。

以Ｊ−１本発明を最良の実施態様について説明したが、
本発明の思想及び要旨内で細部についで様々な変形、省
略、及び追加が可能である。

本発明は一つの従属変数に影響する少ｊＫ　＜ども２つ
の独立変数をｎするシステム（こおいて従属変数の積分
１．ＩＪ御を行なう１］法及び装置を開示する。

感知した従属変数と基準値との差をあられづ一差信号が
積分されヒステリシス伝達関数に供給される。

伝達関数の出力は積分さねたＦ　（，７ｅから差引かれ
、行らねた信号が独立変数の制御に使われる。イの際上
記の信号は独立変数に対して積分信号中に生じる小さな
変化についてのみ影響をらえる。積分信号は積分信号中
の大きな信号変化に対応する別の独立変数の制御に使わ
れる。他の独Ｔｔ変数は従属変数に対し大きな信号変化
についてのみ影響を与え得るのが典型的である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による振幅に依存する二重積分制御回路の概
略的ブロック系統図である。 １０・・・回路、１２・・・積分器、１４，１４ａ。 １４ｂ、１４ｃ、２０，２２．２４．３４．３８゜４２
．４６・・・ライン、１６．１８・・・独立変数、２５
・・・従属変数、２６・・・感知器、２７．２７８・・
・破線、２８．３６・・・接続点、３０・・・ｌｉｔ限
回路、３２．４４・・・伝達関数ブロック、４０・・・
利得ブロック。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一つの従属変数に影響する少なくとも２つの独立
   変数を有するシステムにおいて従属変数の積分制御を行
   なう方法であつて： 従属変数コマンド信号と従属変数感知信号との差に対応
   する大きさの差信号を積分して積分誤差信号を出力し、
   該積分誤差信号により該積分誤差信号の大きな値の変化
   にのみ応答する第１の独立変数を制御し； 該積分誤差信号から、該積分誤差信号との間の差の絶対
   値が選択されたヒステリシスバンドよりも小である場合
   には不変な大きさを有するが該積分誤差信号の大きさが
   増大して該積分誤差信号と該選択されたヒステリシスバ
   ンドとの間の大きさの差が自身の大きさを超えた場合に
   は該積分誤差信号の大きさから該選択されたヒステリシ
   スバンドの大きさを差引いた大きさを有しさらに該積分
   誤差信号の大きさが減少して該積分誤差信号と該選択さ
   れたヒステリシスバンドとの大きさの和が自身の大きさ
   を下回った場合には該積分誤差信号の大きさと該選択さ
   れたヒステリシスバンドの大きさとを加算した大きさを
   有するヒステリシス信号を減算し、これによりヒステリ
   シスにより制限された積分誤差信号を得、この出力信号
   により第２の独立変数を制御し、その際該第２の独立変
   数の小さな信号変化に対する応答性制限する各段階より
   なることを特徴とする方法。
2. （２）該第１の独立変数は、該積分誤差信号との差の絶
   対値が所定のヒステリシスバンド（該選択されたヒステ
   リシスバンドより大きい）より下である場合に大きさが
   不変であるが該積分誤差信号が増大して該積分誤差信号
   と該所定のヒステリシスバンドとの間の大きさの差が自
   身の大きさを超えた場合に該積分誤差信号の大きさから
   該所定のヒステリシスバンドの大きさを差引いたものに
   等しい大きさを有しさらに該積分誤差信号が減少して該
   積分誤差信号の大きさと該所定のヒステリシスバンドの
   大きさとの和が自身の大きさを下回った場合に前記第１
   の出力信号の大きさと該所定のヒステリシスバンドの大
   きさとの和に等しい大きさを有する変化された積分誤差
   信号が形成されることにより、該積分誤差信号の大きな
   変化にのみ応答するようにされることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）一の従属変数に影響する少なくとも２つの独立変
   数を有するシステムにおいて従属変数の積分制御を行な
   う装置であって： 従属変数コマンド信号と従属変数感知信号との差に対応
   する大きさの差信号に応答して積分誤差信号を出力し、
   該積分誤差信号の大きな値の変化にのみ応答する第１の
   独立変数を制御する積分器と； 該積分誤差信号に応じて、該積分誤差信号との間の差の
   絶対値が選択されたヒステリシスバンドよりも小である
   場合には不変な大きさを有するが該積分誤差信号の大き
   さが増大して該積分誤差信号と該選択されたヒステリシ
   スバンドとの間の大きさの差が自身の大きさを超えた場
   合には該積分誤差信号の大きさから該選択されたヒステ
   リシスバンドの大きさを差引いた大きさを有し、さらに
   該積分誤差信号の大きさが減少して該積分誤差信号と該
   選択されたヒステリシスバンドとの大きさが自身の大き
   さを下回った場合には該積分誤差信号と該選択されたヒ
   ステリシスバンドとを加算した大きさを有するヒステリ
   シス信号を出力するヒステリシス伝達関数部と； 該ヒステリシス信号を該積分誤差信号から減算してヒス
   テリシスにより制限された積分誤差信号を出力し、この
   出力信号により第２の独立変数を制御し、その際第２の
   独立変数の該積分誤差信号の小さな変化に対する応答性
   を制限する手段とよりなることを特徴とする装置。
4. （４）さらに該ヒステリシス伝達関数よりも大きなヒス
   テリシスバンドを有し、該積分誤差信号に応答して変形
   された積分誤差信号を出力し、この変形された積分誤差
   信号により該第１の独立変数が該積分誤差信号の大きな
   信号変化にのみ応答するようにする点以外は該ヒステリ
   シス伝達関数と類似した第２のヒステリシス伝達関数を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置
   。