JPH0742957B2

JPH0742957B2 - 遠心圧縮機の学習制御方法

Info

Publication number: JPH0742957B2
Application number: JP6921387A
Authority: JP
Inventors: 正躬小西; 哲也高橋; 佳也子大村; 吉照深尾; 博寺井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-03-25
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1995-05-15
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPS63239398A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、酸素製造プラントや各種プラントにおいて用
いられる原料空気圧縮機，工場空気源用圧縮機，化学プ
ラント用ガス圧縮機等の遠心圧縮機の容量，圧力を制御
するための学習制御方法に関するものである。

［従来の技術］一般に、酸素製造プラントや各種プラントにおける遠心
圧縮機としては多段構成のものが用いられている。この
ような多段遠心圧縮機において、第８図に示すように、
遠心圧縮機１は、駆動機２からの回転を増速する動力伝
達歯車３によつて駆動される第１段目圧縮機4,第２段目
圧縮機5,第３段目圧縮機６および第４段目圧縮機７をそ
なえるとともに、圧縮機4,5間に中間冷却器８を、圧縮
機5,6間に中間冷却器９を、また圧縮機6,7間に中間冷却
器10をそなえて構成されている。なお、圧縮機４と５お
よび圧縮機６と７はそれぞれ同一軸端にオーバハングさ
れている。

このような遠心圧縮機１においては、第１段目の圧縮機
４に吸い込まれた空気は、各圧縮機５〜７および中間冷
却器８〜10によつて順次圧縮および冷却され、第４段目
の圧縮機７からプロセスに送出されるようになつてい
る。

そして、各段の圧縮機４〜７の入口側には、角度可変式
の入口ガイドベーン（GV）11〜14が設けられ、これらの
入口ガイドベーン11〜14の角度を調整することにより、
各圧縮機４〜７に流入する空気容量を調整できるように
なつている。また、各段の圧縮機４〜７の出口側には、
デイフユーザベーン（DV）15〜18が設けられており、こ
れらのデイフユーザベーン15〜18の角度を調整すること
によつて、各圧縮機４〜７から流出する空気容量を調整
できるようになつている。

これらの入口ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベ
ーン15〜18の角度は、それぞれ駆動装置19によつて任意
の値に調整される。

さらに、この遠心圧縮機１全体もしくは各段の圧縮機４
〜７の運転状態、例えば、空気流量，温度，圧力等の運
転状態量は、それぞれ、流量センサ20,温度センサ21,圧
力センサ22などの検出手段によつて検出される。そし
て、各センサ20〜22と駆動装置19との間には、制御装置
23が設けられている。

上述のような多段遠心圧縮機を、各種の運転条件に応じ
常に所定の空気容量（流量）最適運転効率で得られるよ
うに制御すべく、従来、第９図に示すような制御手段が
開示されている（特開昭55−60692公報）。この制御手
段においては、遠心圧縮機１全体もしくは各段の圧縮機
４〜７における空気流量，温度，圧力等によつて表した
各種の運転状態に対して最適運転状態を実現するための
操作量として、各段の入口ガイドベーン11〜14およびデ
イフユーザベーン15〜18の角度の最適な組合せ値を、予
め制御装置23内の記憶部にプログラムして記憶させてお
く（ステツプS0）。

そして、第９図に示すように、制御装置23は、センサ20
〜22から状態検出値を受けると、その検出値から現在の
多段遠心圧縮機の運転状態を演算して監視する（ステツ
プS1）とともに、その運転状態に対応し、予め決定して
おいた操作プログラム（ベーン角度の組合せ値）を照合
し最適運転効率を実現できるような操作量を求めて、こ
の操作量を駆動装置19に出力する（ステツプS2）。

この後、センサ20〜22からの状態検出値をもとに演算さ
れる運転状態が予め求められた最適運転効率状態である
か否か判定される（スツテプS3）。最適運転効率状態で
あると判定されると、その時点で制御を終了し選択され
た操作プログラムでのベーン角度を維持する一方、その
運転状態が最適状態ではないと判定されると、選択され
た操作プログラムによる制御出力（ベーン角度）を修正
して出力しなおし（ステツプS4）、状態検出値から効率
が向上したか否かを判定する（ステツプS5）。

このようにして、各段の運転状態をフイードバツクせし
め、予めプログラムされた各段の入口ガイドベーン11〜
14およびデイフユーザベーン15〜18の角度の組合せが最
適か否かを監視し、経年変化や性能変化等の運転状態の
変化に対応して常時最適運転効率が得られるように、操
作プログラムにおけるペーン角度の組合せを修正する制
御が行なわれる（ステツプS6）。

ところで、多段遠心圧縮機を、各種の運転条件に応じ常
に所定の空気容量を最適運転効率で得られるように制御
するために、上述のごとく入口ガイドベーン11〜14およ
びデイフユーザベーン15〜18の角度を制御する手段のほ
かに、従来、第10図に示すような制御手段も開示されて
いる（特開昭56−66490号公報）。この制御手段は、入
口ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベーン15〜18
の角度を制御する代わりに、入口ガイドベーン11（第８
図参照）の角度と駆動機２（第８図参照）の回転数とを
制御するもので、第10図に示すように、入口ガイドベー
ン11のみの角度を調整する駆動装置19Aと、駆動機２の
回転数を検出するための回転数センサ24と、駆動機２の
回転数を制御するための駆動機制御装置25とがそなえら
れている。そして、遠心圧縮機１全体もしくは各段の圧
縮機４〜７における空気流量，温度，圧力等によつて表
した各種の運転状態に対して最適運転状態を実現するた
めの操作量として、入口ガイドベーン11の角度と駆動機
２の回転数との最適な組合せ値の操作表（吸込流量に対
応して、最適な運転効率を得るための入口ガイドベーン
11の角度と駆動機２の回転数とを与えたもの）を、予
め、制御装置23A内の記憶部26にプログラムして記憶さ
せておく。

そして、第10図に示すように、制御装置23Aは、センサ2
0〜22,24から状態検出値を受けると、その検出値から現
在の多段遠心圧縮機の運転状態（運転条件や吸込流量な
ど）を演算して監視する（ステツプT1）とともに、その
運転状態に対応し、特に運転条件の変化によつて吸込流
量が変化した場合、記憶部26における操作表に基づい
て、最適運転効率を実現できるような操作量が求めら
れ、その操作量が駆動装置19Aおよび駆動機制御装置25
に出力される。

即ち、現時点における駆動機２および入口ガイドベーン
11の操作状態が、記憶部26における操作表と比較され
（ステツプT2）、その比較結果から最適運転効率状態で
あるか否かが判定される（ステツプT3）。

このとき、最適運転効率状態であると判定されれば、そ
の時点で制御を終了し操作状態（ベーン角度および回転
数）を維持する一方、最適運転効率状態ではないと判定
されると、入口ガイドベーン11の角度および駆動機２の
回転数が、操作表に基づいて修正された後、得られた操
作量が駆動装置19Aおよび駆動機制御装置25に出力され
る（ステツプT4）。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上述のような従来の遠心圧縮機の制御手
段では、入口ガイドベーン11〜14の角度とデイフユーザ
ベーン15〜18の角度との組合せ、または、入口ガイドベ
ーン11の角度と駆動機２の回転数との組合せを予め設定
しておかなければならず、このような組合せ設定のため
に、遠心圧縮機の実際の稼動前もしくは稼動初期におい
て相当の試運転期間が必要であり、特に最適な組合せを
設定するには膨大なデータを要し、現実には設定不可能
と考えられる。

また、温度，圧力等の検出可能な運転状態以外の要因の
変動によつて、最適操作量（最適組合せ）が変化した場
合には、それに対応することができない。

さらに、遠心圧縮機特性が経年変化により変わつてしま
つた場合には、予めプログラムした上記の組合せでは最
適運転状態を実現できなくなるので、再び上述と同様に
試運転等を行なつて組合せを新たに設定しなおさなけれ
ばならない。

本発明は、これらの問題点の解決をはかろうとするもの
で、上述のような試運転期間や膨大なデータ等を必要と
することなく、状態変化や経年変化に対して自動的に追
従できるようにして、常に最適な運転状態を維持できる
ようにした遠心圧縮機の学習制御方法を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］このため、本発明の遠心圧縮機の学習制御方法は、入口
ガイドベーンおよびデイフユーザベーンの角度により決
まるベーン角度平面上においてこれらの入口ガイドベー
ンおよびデイフユーザベーンの角度の関数でありこれら
の角度に応じた流量および効率をそれぞれ与えるべく予
め設定された流量特性関数および効率特性関数に基づき
上記の入口ガイドベーンおよびデイフユーザベーンにつ
いてそれぞれのベーン角度操作量を決定し、決定された
ベーン角度操作量に基づいて遠心圧縮機を制御する方法
において、上記の流量特性関数および効率特性関数を設
定するパラメータ値を予め与えておいてから、上記遠心
圧縮機における流量および効率を実測するとともに上記
の流量特性関数および効率特性関数に基づいて予測し、
流量および効率のそれぞれについて得られた実測値と予
測値とを比較して、これらの実測値と予測値との差が所
定値以上である場合、上記予測値を上記実測値に近づけ
るようなパラメータ修正量を上記の流量特性関数および
効率特性関数のそれぞれについて演算した後、上記パラ
メータ修正量に基づき上記パラメータ値を修正して上記
の流量特性関数および効率特性関数をそれぞれ変更し設
定しなおすものである。

［発明の実施例］以下、図面により本発明の一実施例としての遠心圧縮機
の制御方法について説明すると、第１図はそのフローチ
ヤートであるが、まず、本実施例による方法を説明する
に先立ち、第７図により本実施例の方法が適用される遠
心圧縮機の構成について説明しておく。なお、第７図に
おいて、第８図中の符号と同一のものはほぼ同様の部分
を示しているので、その説明は省略する。ただし、第７
図における本実施例の制御装置が適用される多段遠心圧
縮機では、圧縮機４〜７が全て同一軸上に配置され動力
伝達歯車３が省略されている点が、第８図における多段
遠心圧縮機と異なつているが、第８図に示す多段遠心圧
縮機にも本発明の方法を適用することはできる。

第７図に示すように、本実施例における多段遠心圧縮機
では、入口ガイドベーン（GV）11〜14はそれぞれ入口ガ
イドベーン駆動装置19a〜19dにより駆動されるととも
に、デイフユーザベーン（DV）15〜18はそれぞれデイフ
ユーザベーン駆動装置19e〜19hにより駆動されるように
なつている。また、センサとしては、流量センサ20,温
度センサ21,圧力センサ22のほかに、圧縮機回転数を検
出する回転数センサ24と、湿度センサ27とが設けられて
いる。

そして、センサ20〜22,24,27からの検出信号は、すべて
制御装置28へ入力されるようになつており、この制御装
置28は、遠心圧縮機１における流量を制御すべく、入口
ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベーン15〜18の
角度をそれぞれ調整するよう各検出信号を受けて各駆動
装置19a〜19hへ適当な制御信号を演算して出力できるよ
うになつている。

次に、上述のような遠心圧縮機に本実施例の学習制御方
法を適用する場合について、第１〜６図を用いて説明す
る。まず、制御を開始する前に、制御装置28の記憶部に
は、入口ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベーン
15〜18の角度（α，β）により決まるベーン角度平面
（αβ平面）上において、ベーン角度（α，β）の関数
でありこれらのベーン角度（α，β）に応じた流量Ｑお
よび効率ηを与える流量特性関数Ｑ＝f₁（α，β）およ
び効率特性関数η＝f₂（α，β）がそれぞれ予め数学的
にモデル化されて設定されるとともに、サージング領域
（第４図中の斜線で示す領域）を規定するサージングラ
インSL（第４図参照）もｇ＝Ｇ（α，β）＝０として予
め数学的にモデル化されて設定されている。なお、流量
特性関数f₁および効率特性関数f₂は、それぞれ第４図の
点線および実線で示すようになつていて、これらは短期
間の実機操業データにより適切なサンプルを選んで近似
により容易に求められる。

そして、本実施例における学習制御方法では、第１図に
示すように、ステツプA2〜A8により本発明の特徴とする
学習制御方法を実施した後、ステツプA9〜A18による山
登り法と呼ばれる制御方法を実施して、制御装置28によ
り遠心圧縮機１の流量を制御している。なお、後述する
ように、ステツプA19〜21はサージング解消方法を実施
するものであるとともに、ステツプA22〜A24はサージン
グ回避方法を実施するものである。

遠心圧縮機１の流量を制御する際には、まず、上記の流
量特性関数f₁および効率特性関数f₂を設定する複数のパ
ラメータ値が与えられている。本実施例では、以下、効率特性関数
f₂について説明するが、流量特性関数f₁も同様に取り扱
われる。つまり、効率ηをとして設定する。ここで、効率特性関数f₂の形を、例え
ば、第２図に示すように、等効率線を楕円として近似
し、効率特性関数f₂をα，βの２次式で表す。この場
合、パラメータ値は、第２図に示すように、α₀,β₀,σ₁,σ₂,θ,cの６つ
でありこれらによつて効率特性関数f₂位置，大きさ，形などが
表される。

このようにして流量特性関数f₁および効率特性関数f₂に
ついてパラメータ値を予め与えておいてから、目標流量Q_FINを設定して（ス
テツプA1）、遠心圧縮機１の流量の学習制御を開始す
る。この後、まず、流量センサ20,温度センサ21,圧力セ
ンサ22等により流量Ｑおよび効率ηを実測するとともに
（ステツプA2）、上記の流量特性関数f₁および効率特性
関数f₂に基づいて入口ガイドベーン11〜14およびデイフ
ユーザベーン15〜18の現在角度（α，β）から流量およ
び効率の予測値Q,ηをそれぞれ求める（ステツプA3）。

そして、流量および効率のそれぞれについて得られた実
測値Q,ηと予測値とを比較し（ステツプA4）、これらの実測値Q,ηと予測
値との差|Q−｜またはが、それぞれ所定値ε₁,ε_２以上であるか否かを判定す
る（ステツプA5）。判定の結果、所定値ε₁,ε_２よりも
小さければ、以下のステツプA6〜A8をとばして山登り法
へ移る一方、所定値ε₁,ε_２以上であれば、ステツプA6
〜A8により、のときは予測値が小さくなるように各特性関数f₁,f₂におけるパラメー
タ値を修正し、のときは予測値が大きくなるようにパラメータ値を修正する。

つまり、まず、ステツプA6において、パラメータ値を変化させたときの予測値への影響係数が、を演算して求められる。本実施例では、であり、例えば、∂f₂/∂α_０＞０であるならば、α_０
を増加させることによつて予測値を増加させることができる。従つて、影響係数によつて、パラメータ値をどちらの方向へ修正すれば、予測値と実測値ηとの差を小さくできるかを判断することがで
きる。

次に、予測値と実測値ηとの差および影響係数に基づき、パラメータ修正量を次式（１）のように求める（ステツプA7）。

ここで、Ｋは修正のためのゲイン行列で、最も簡単には
正の数のk₁〜k₆を対角成分とする６×６の対角行列とし
て予め与えておく。

そして、上式により求められたパラメータ修正量に基づき、パラメータ値と修正することにより、効率特性関数f₂（流量特性関数
f₁についても同様）を変更し設定しなおす（ステツプA
8）。

なお、効率特性関数f₂の形を常に物理的に妥当な形に保
つために、各パラメータα₀,β₀,σ₁,σ₂,θ,cに対して
許容範囲を設定しておき、パラメータ値の各値がその範囲を越えないようにしてもよい。例え
ば、パラメータｃに対して、c min≦ｃ≦c maxという制
限を設定しておき、上記のパラメータ値の修正によつて、ｃ＞c maxとなる場合には、ｃをc max
に修正し、設定された範囲を越えないようにする。

上述のようにして、状態を学習し流量特性関数f₁および
効率特性関数f₂の変更設定を行なつた後に、山登り法に
よるベーン角度制御を実施する。

即ち、まず、入口ガイドベーン11〜14およびデイフユー
ザベーン15〜18の現在角度（α，β）を測定する（ステ
ツプA9）。そして、測定されたベーン角度（α，β）か
ら、この現在角度が予め設定されたサージング領域内に
あるか否かを判定し（ステツプA10）、サージング領域
内にある場合［Ｇ（α，β）＜０のとき］には後述する
ステツプA19に移る。一方、サージング領域内にない場
合には次のステツプA11へ移る。このとき、上記ベーン
角度（α，β）における現在流量Q_NOWは、予め設定され
た流量特性関数f₁により予測する。

現在のベーン角度（α，β）がサージング領域内にない
場合には、まず、目標流量Q_FINへ向かう第１のベーン角
度操作量ベクトル（Δα₁,Δβ_１）を次のようにして求
める。つまり、流量特性関数f₁により決定される現在の
ベーン角度（α，β）における等流量曲線Ｑ（α，β）
＝Q_NOWについて、この等流量曲線の法線方向（∂f₁/∂
α，∂f₁/∂β）で目標流量Q_FIN側へ向かう方向にベー
ン角度（α，β）を駆動操作すれば、最短操作経路が得
られるので、この法線方向ベクトルであり目標流量Q_FIN
へ向かうものを第１のベーン角度操作量ベクトル（Δα
₁,Δβ_１）として求める。ここで、ベーン角度操作量ベ
クトル（Δα₁,Δβ_１）に基づいて修正される流量をΔ
Ｑとすると、 ΔＱ＝（∂f₁/∂α）Δα_１＋（∂f₁/∂β）Δβ_１‥‥
（２）と表され、ベーン角度操作量Δα₁,Δβ_１は、目標流量
Q_FINと現在流量Q_NOWとの差に比例するので、上記法線方
向も考慮すると、として、第１のベーン角度操作量ベクトル（Δα₁,Δβ
_１）を求めることができる。なお、K₁はチユーニングパ
ラメータを示す。

このようにして、ステツプA11において第１のベーン角
度操作量ベクトル（Δα₁,Δβ_１）が求められた後、現
在のベーン角度（α，β）が第４図に示すサージングラ
インSLの近傍にあるか否かを判定する（ステツプA1
2）。そして、サージングラインSLの近傍にある場合
［Ｇ（α，β）＜e_Gのとき；ただしe_Gは０に近い正の
値］には後述するステツプA22に移る一方、サージング
ラインSLの近傍にない場合には次のステツプA13に移
る。

ステツプA13においては、目標流量Q_FINに最短経路で近
づくように求められた第１のベーン角度操作量ベクトル
（Δα₁,Δβ_１）に対して、その流量を変化させること
なく、効率が増加するように第２のベーン角度操作量ベ
クトル（Δα₂,Δβ_２）を求める。つまり、前述したス
テツプA11での流量制御の場合と同様に、効率特性関数f
₂により決定される現在のベーン角度（α，β）におけ
る等効率曲線η（α，β）＝η_NOWについて、この等効
率曲線の法線方向（∂f₂/∂α，∂f₂/∂β）で且つ改善
効率Δηが正となる方向にベーン角度（α，β）を駆動
操作すれば、効率ηは改善される。ここで、第２のベー
ン角度操作量ベクトル（Δα₂,Δβ_２）に基づいて改善
される効率Δηは、 Δη＝（∂f₂/∂α）Δα_２＋（∂f₂/∂β）Δβ_２‥‥
（４）と表される。このとき、効率改善の操作によつて流量が
変化するのを防止するために、ベーン角度操作量Δα₂,
Δβ_２による流量変化ΔＱをゼロとすべく、（２）式よ
り、（∂f₁/∂α）Δα_２＋（∂f₁/∂β）Δβ_２＝０ ‥‥
（５）を満足するようにベーン角度操作量Δα₂,Δβ_２を決定
する。即ち、上記等流量曲線の接線方向ベクトルで改善
効率Δη＞０となるものを、（４），（５）式から求め
ると、として、第２のベーン角度操作量ベクトル（Δα₂,Δβ
_２）を求めることができる。なお、K₂はチユーニングパ
ラメータを示す。

そして、第１のベーン角度操作量ベクトル（Δα₁,Δβ
_１）および第２のベーン角度操作量ベクトル（Δα₂,Δ
β_２）を加算することにより、流量を目標流量Q_FINに近
づけながら効率を高めることができる第３のベーン角度
操作量ベクトル（Δα₃,Δβ_３）を求めベーン角度操作
量ベクトル（Δα，Δβ）として出力する（ステツプA1
4）。つまり、下記（７）式に基づく演算を行なう。

この後、求められた各ベーン角度操作量Δα，Δβが、
入口ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベーン15〜
18の最大許容操作量を越える場合、つまり１回で駆動す
ることができる角度を越えている場合があるので、ベー
ン角度操作量ΔαまたはΔβを、第５図に示すようなリ
ミツタ関数F_L（ｘ）に代入しておき、上記最大許容操作
量を越える場合にはベーン角度操作量ΔαまたはΔβを
縮小するようにする（ステツプA15）。さらに、このス
テツプA15までに求められたベーン角度操作量ベクトル
（Δα，Δβ）に基づいてベーン角度（α，β）を駆動
操作した場合に、１回の操作で変更された新たなベーン
角度（α＋Δα，β＋Δβ）がサージング領域内に入る
と判断されたときは、このベーン角度操作量ベクトル
（Δα，Δβ）の大きさを縮小して出力する（ステツプ
A16）。

このようにして得られたベーン角度操作量ベクトル（Δ
α，Δβ）に基づいて制御装置28から駆動装置19a〜19h
へ制御信号を出力し、入口ガイドベーン11〜14およびデ
イフユーザベーン15〜18を駆動制御する（ステツプA1
7）。

そして、以上のベーン駆動制御により変更された流量が
目標流量Q_FINの近傍に到達したか否かを判断し（ステツ
プA18）、到達していない場合には再びステツプA2に戻
り学習制御および山登り法によるベーン角度制御を続行
する一方、目標流量Q_FINの近傍に到達したと判断された
場合にはその時点で流量制御を終了する。ここで、ステ
ツプA18における判断方法としては次のようなものがあ
る。

（ｉ）上記ベーン駆動制御により得られた現在のベーン
角度（α，β）に基づいて、予め設定された流量特性関
数f₁から現在流量を予測し、この予測値Ｑと目標流量Q
_FINとを比較して、両者の差が一定値以内、即ち、となつたならば、目標流量Q_FINの近傍に到達したと判断
する。

（ii）ベーン角度操作量Δα，Δβが、｜Δα｜≦ε_３
かつ｜Δβ｜≦ε_４となつた場合（それ以上操作されな
くなつた場合）に、目標流量Q_FINの近傍に到達したと判
断する。

（iii）ベーン角度操作量Δα，Δβが、となつた場合に、目標流量Q_FINの近傍に到達したと判断
する。

以上のようにして、ステツプA4〜A11により山登り法に
より、第４図に示すごとく、ベーン角度の始点（α₀,β
_０）から目標流量Q_FINの近傍に到達するとともに高効率
となるように、ベーン角度制御が行なわれる。

さて、次にステツプA19〜A21によるサージング解消方法
およびステツプA22〜A24にサージング回避方法について
説明する。まず、ステツプA10において現在のベーン角
度（α₀,β_０）がサージング領域内にあると［Ｇ（α，
β）＜０のとき］判定された場合には、第６図（ａ）に
示すように、サージングを解消するための最短操作経路
は、当然、サージラインSL［ｇ＝Ｇ（α，β）＝０］の
法線方法（∂g/∂α，∂g/∂β）でサージング領域外へ
向かう方向であるので、この法線方向ベクトルでありサ
ージング領域外へ向かうものをサージング解消用ベーン
角度操作量ベクトル（Δα₄,Δβ_４）として求める。こ
こで、操作量は境界線Ｇ（α，β）＝０と現在のサージ
ング関数値Ｇ（α₀,β_０）との差に比例するので、として、サージング解消用ベーン角度操作量ベクトル
（Δα₄,Δβ_４）を求め（ステツプA19）、これをベー
ン角度操作量ベクトル（Δα，Δβ）として出力する
（ステツプA20）。

そして、ステツプA15の場合と同様に、求められたベー
ン角度操作量Δα，Δβが、入口ガイドベーン11〜14お
よびデイフユーザベーン15〜18の最大許容操作量を越え
る場合には、ベーン角度操作量ΔαまたはΔβを縮小し
てから、駆動装置19a〜19hへ制御信号を出力して、入口
ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベーン15〜18を
駆動制御する（ステツプA21）。この後、再びステツプA
9へ戻りステツプA10により現在のサージング領域内にあ
るか否かを判定し、ベーン角度（α，β）がサージング
領域外となるまで、上述たステツプA19〜A21の手順を繰
り返す。

また、ステツプA12において、現在のベーン角度（α，
β）がサージングラインSLの近傍にあると［Ｇ（α，
β）＜e_Gのとき；ただしe_Gは０に近い正の値］判定され
た場合には、まず、ステツプA11により求められた第１
のベーン角度操作量ベクトル（Δα₁,Δβ_１）が、第６
図（ｂ）に示すように、サージング領域内に向かつてい
るか否かを判定し（ステツプA22）、向かつていない場
合には、第２のベーン角度操作量ベクトルを演算するこ
となくステツプA13およびA14をとばして、第１のベーン
角度操作量ベクトル（Δα₁,Δβ_１）をそのままベーン
角度操作量ベクトル（Δα，Δβ）として出力し（ステ
ツプA24）ステツプA15へ移ることにより、効率の改善を
考慮することなく逸早くサージングラインSLの近傍から
回避することができる。

一方、ステツプA22において、第１のベーン角度操作量
ベクトル（Δα₁,Δβ_１）が、第６図（ｂ）に示すよう
に、サージング領域内に向かつていると判定された場合
には、次のようにして第１のベーン角度操作量ベクトル
（Δα₁,Δβ_１）からサージング領域へ向かう成分を除
去することにより、サージングラインに沿うサージング
回避用ベーン角度操作量ベクトル（Δα₅,Δβ_５）を求
めて、サージングを回避する。ここで、サージング領域
内に向かうサージングラインSLの法線方向単位ベクトル
をとすると、であり、この（９）式を用いて第１のベーン角度操作量
ベクトル（Δα₁,Δβ_１）から次式（10）に示すような
サージング回避用ベーン角度操作量ベクトル（Δα₅,Δ
β_５）が求められる。

であり、K₃はチユーニングパラメータである。

このようにして、第１のベーン角度操作量ベクトル（Δ
α₁,Δβ_１）からサージングラインSLに沿う方向のサー
ジング回避用ベーン角度操作量ベクトル（Δα₅,Δ
β_５）を求め（ステツプA23）、このベーン角度操作量
ベクトル（Δα₅,Δβ_５）をベーン角度操作量ベクトル
（Δα，Δβ）として出力し（ステツプA24）ステツプA
15へ移ることにより、効率の改善を考慮することなく、
且つ、サージング領域に入るのを回避しながら、遠心圧
縮機１の流量制御が行なわれるのである。

なお、ステツプA15以降の手順は前述の通りであるの
で、その説明は省略する。

上述のようにして、サージングを解消あるいは回避しな
がら、山登り法により、ステツプA2〜A8により修正を施
されたベーン角度平面上の流量特性関数f₁および効率特
性関数f₂のマツプに従つて、目標流量Q_FINへの流量制御
が行なわれるのである。

以上のように、本実施例によれば、運転開始時に流量特
性関数f₁および効率特性関数f₂を与えておけば、その後
は、従来のように変化が生じた場合に試運転等を行なう
ことなく、状態変化あるいは経年変化を各センサ20〜22
等により流量，効率の変化として検出し自動的にその変
化に追従することができるので、山登り法によつて常に
最適な運転状態を維持できるのである。また、オンライ
ンで検出することのできない状態による影響に対して
も、流量および効率さえ実測できれば、流量特性関数f₁
および効率特性関数f₂の変化を修正でき、常に最適な運
転状態を維持できる。

例えば、運転開始時に予め設定した効率特性関数f₂が第
３図（ａ）に示すようなものであるときに、気温が低下
して実際の遠心圧縮機特性が第３図（ｃ）に示すように
変化したとすると、本実施例によれば、ステツプA2〜A8
による学習によつて、効率特性関数f₂を第３図（ｂ）に
示すように修正することができるのである。

なお、上記実施例の制御方法を実施するに際しては、全
段の入口ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベーン
15〜18を各段ごとに上記制御方法に別々に制御してもよ
いし、全段の入口ガイドベーン11〜14およびデイフユー
ザベーン15〜18を同一角度で駆動制御するようにしても
よい。また、入口ガイドベーン11〜14およびデイフユー
ザベーン15〜18の角度を、各段の遠心圧縮機４〜７の運
転流量が設計流量に対して同一比の相似運転流量となる
１組の無次元入口ガイドベーン角度および無次元デイフ
ユーザベーン角度としてそれぞれ表し、各段の入口ガイ
ドベーン11〜14およびデイフユーザベーン15〜18の角度
を１組のものとみなして、ベーン角度制御を行なうよう
にしてもよい。

また、気温，圧力，湿度等の運転状態や遠心圧縮機特性
が変動していると思われる場合には、上記実施例のステ
ツプA2〜A8による学習制御方法により運転中にパラメー
タ値を修正しながら制御を行なうのがよいが、遠心圧縮機特
性が充分に安定しており、安定状態における実測値が充
分に得られた場合には、それらの蓄積されたデータを基
に最小二乗法等を用いて新たにパラメータ値を計算しなおしてもよい。

さらに、異常データによる誤つた学習を避けるために、
予測値と実測値との差が極端に大きくなつた場合には、
そのデータを用いないようにしたり、または装置に異常
が発生したと判断するようにしてもよい。

また、上記実施例では、本発明の方法を多段遠心圧縮機
に適用した場合を示しているが、単段の遠心圧縮機にも
同様にして適用することができるほか、本実施例の方法
は流量制御だけでなく圧力制御にも適用できる。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、流量特性関数および
効率特性関数によりそれぞれ予測される流量，効率と、
実測した流量，効率とをそれぞれ比較して、これらの予
測値と実測値との差が所定値以上であれば、上記予測値
が上記実測値に近づくように上記の流量特性関数および
効率特性関数についてのパラメータ値を修正するように
構成したので、運転開始時に流量特性関数および効率特
性関数を与えてしまえば、その後は、従来のように変化
が生じた場合に試運転等を行なうことなく、状態変化あ
るいは経年変化を流量，効率の変化として検出し自動的
にその変化に追従することができるのであり、常に最適
な運転状態を維持できる効果ある。

【図面の簡単な説明】第１〜７図は本発明の一実施例としての遠心圧縮機の学
習制御方法を示すもので、第１図はそのフローチヤー
ト、第２図はその効率特性関数についてのパラメータ値
を説明するためのグラフ、第３図（ａ）〜（ｃ）は本発
明の方法の作用を説明するための数値計算例を示すグラ
フ、第４図は予め設定される流量特性関数，効率特性関
数およびサージングラインのモデル例を示すグラフ、第
５図はそのリミツタ関数の例を示すグラフ、第６図
（ａ）はサージング解消方法を説明するためのグラフ、
第６図（ｂ）はサージング回避方法を説明するためのグ
ラフ、第７図は本実施例の方法を適用する遠心圧縮機を
示すブロツク図であり、第８図は従来の一般的な多段遠
心圧縮機を示すブロツク図、第９図は従来の遠心圧縮機
の制御手段を説明するためのフローチヤート、第10図は
他の従来の遠心圧縮機の制御手段を説明するためのフロ
ーチヤートである。図において、１……遠心圧縮機、11〜14……入口ガイド
ベーン、15〜18……デイフユーザベーン、19a〜19d……
入口ガイドベーン駆動装置、19f〜19h……デイフユーザ
ベーン駆動装置、20……流量センサ、21……温度セン
サ、22……圧力センサ、24……回転数センサ、27……湿
度センサ、28……制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０４Ｄ 27/02 ＧＧ０５Ｂ 13/02 Ｌ 9131−3Ｈ (56)参考文献特開昭55−60693（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−60692（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−123394（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入口側および出口側にそれぞれ角度可変式
の入口ガイドベーンおよびデイフユーザベーンを有する
遠心圧縮機について、上記の入口ガイドベーンおよびデ
イフユーザベーンの角度により決まるベーン角度平面上
においてこれらの入口ガイドベーンおよびデイフユーザ
ベーンの角度の関数でありこれらの角度に応じた流量お
よび効率をそれぞれ与えるべく予め設定された流量特性
関数および効率特性関数に基づき上記の入口ガイドベー
ンおよびデイフユーザベーンについてそれぞれのベーン
角度操作量を決定し、決定されたベーン角度操作量に基
づいて上記遠心圧縮機を制御する方法において、上記の
流量特性関数および効率特性関数を設定するパラメータ
値を予め与えておいてから、上記遠心圧縮機における流
量および効率を実測するとともに上記の流量特性関数お
よび効率特性関数に基づいて予測し、流量および効率の
それぞれについて得られた実測値と予測値とを比較し
て、これらの実測値と予測値との差が所定値以上である
場合、上記予測値を上記実測値に近づけるようなパラメ
ータ修正量を上記の流量特性関数および効率特性関数の
ぞれぞれについて演算した後、上記パラメータ修正量に
基づき上記パラメータ値を修正して上記の流量特性関数
および効率特性関数をそれぞれ変更し設定しなおすこと
を特徴とする遠心圧縮機の学習制御方法。