JPH087065Y2 - ディーゼル発電機の回転速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、ディーゼル発電機の回転速度制御装置に関
するものである。

（従来の技術） ディーゼル発電機においては、その出力電圧の周波数
を所望の値に維持するため、アイソクロナス制御が採用
されており、この結果、負荷の変動等に対しても発電機
の回転速度を所要の値に良好に保持することができる。
しかしながら、発電機の出力周波数の変更、又はアイド
ル運転状態から所要の定格運転状態への切り換えなどに
より、ディーゼル発電機の設定回転速度をステップ的に
変更した場合、従来においては、フルラック相当の燃料
を燃焼させていたため、黒煙を発生すると共に、機関速
度が大きくなりオーバーシュート状態になるという不具
合があった。

設定回転速度がステップ的に変更された場合に生じる
不具合を解決するため、特開昭53-44736号公報には、発
電機の設定回転速度と実回転速度との差分に応答してPI
D制御を行なう構成において、設定回転速度がステップ
的に変更された場合、実回転速度が新たな設定回転速度
に達するまでの間PID制御を中止し、噴射量を徐々に上
昇させる制御を行ない、設定回転速度に達したならば再
びPID制御に戻す構成が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、この従来技術は、フルラック状態とすること
なく実回転速度を短時間のうちに設定回転速度に一致さ
せることは困難であり、設定回転速度の切換時の過渡制
御に要する時間が長くなる傾向を有するという問題点が
あった。

本考案の目的は、従来技術における上述の問題点を解
決することができるディーゼル発電機の回転速度制御装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本考案の特徴は、ディーゼ
ル発電機の設定回転速度と実回転速度との差分に応答し
てディーゼル機関への燃料供給量をPID制御するため上
記差分に基づくPID演算を行なう演算手段を有し、該演
算手段からの出力に応答してディーゼル発電機の回転速
度を上記設定回転速度に保持するよう燃料供給量制御を
行なうためのディーゼル発電機の回転速度制御装置にお
いて、実回転速度の単位時間当りの変化量を検出する検
出手段と、設定回転速度がより大きな値に切り換えられ
たことに応答し所要の期間だけ上記演算手段から得られ
た出力を上記検出手段のその時時の出力に応じて定まる
量だけ減じる補正を行なう手段とを備えた点にある。

（作用） 設定回転速度がより大きな値に設定されると、設定回
転速度と実回転速度との間の差分が大きくなり、PID制
御によって機関への燃料供給量が増大する。この結果実
回転速度は急速に上昇することになり、検出手段からは
その急速上昇に見合った大きな出力が得られる。演算手
段によって得られた出力は、所定の期間においてのみ、
検出手段の出力に応じて定まる量だけ減少せしめられる
ので、設定回転速度がステップ的により大きな値とされ
ても、燃料供給量が実回転速度を急速に上昇させること
のない適度の変化量で上昇することになる。補正のため
の減少量を検出手段の出力に応じて適切に設定すること
により、燃料の過剰供給を生じさせずに可及的速やかに
実回転速度を所要の設定回転速度に一致させることがで
きる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本考案の一実施例について
詳細に説明する。

第１図は本考案によるディーゼル発電機用回転速度制
御装置の一実施例を示すブロック図である。第１図にお
いて、１は発電機、２は発電機１を駆動するためのディ
ーゼル機関、３はディーゼル機関２へ燃料を噴射供給す
るための燃料噴射ポンプ、４は燃料供給量を調節するた
めの燃料調節部材である。総体的に符号10で示される回
転速度制御装置は、発電機１すなわちディーゼル機関２
の回転速度を制御するための装置であり、所要の設定回
転速度でディーゼル機関を運転するために必要な目標噴
射量を計算する制御計算ユニット20と、制御計算ユニッ
ト20からの出力信号S_aに応答し燃料調節部材４の位置を
それに見合った所要の位置にサーボ制御するためのサー
ボ制御ユニット50とを有している。

サーボ制御ユニット50は、出力信号S_aに応答し燃料調
節部材４のその時の目標位置を示す目標位置信号S_bに変
換するための変換部51及び燃料調節部材４のその時の位
置を示す実位置信号Ｐを出力する位置センサ52を備えて
いる。サーボ回路53は目標位置信号S_bおよび実位置信号
Ｐに応答し、燃料調節部材４の位置調節を行なうための
アクチェータ54を制御するための制御信号CSを出力し、
目標位置信号S_bによって示される目標位置に燃料調節部
材４が位置決めされるようサーボ制御が行なわれる。

制御計算ユニット20は、ディーゼル機関２の実際の回
転速度N_aを検出しその検出結果を示す実速度信号N₁を出
力する回転速度検出部21と、ディーゼル機関２のその時
の目標回転速度N_tを示す目標速度信号N₂を第１スイッチ
22及び第２スイッチ23の操作に応答して出力する目標速
度設定部24とを有している。

電源＋Ｖに接続されている第１スイッチ22は、ディー
ゼル機関２をアイドル運転状態又は定格運転状態のいず
れとするのかを指定するスイッチであり、そのオフ状態
でアイドル運転状態を指定し、そのオン状態で定格運転
状態を指定することができる。第２スイッチ23は、第１
スイッチ22により定格運転状態が指定されたときに、50
Hz又は60Hzのいずれの定格運転であるかを指定するため
のスイッチであり、そのオフ状態で50Hzを指定し、その
オン状態で60Hzを指定することができる。

上記説明から判るように、第１及び第２スイッチ22,2
3の操作によりアイドル、50Hz,60Hzの３つの指定を行な
うことができ、目標速度設定部24では、第１及び第２ス
イッチ22,23の出力状態が判別され、その時の指定状態
に応じた目標回転速度を示す目標速度信号N₂が出力され
る。

実速度信号N₁及び目標速度信号N₂は差分演算部25に入
力され、ここで差分N_t‐N_aの計算が行なわれ、その計算
結果を示す差分信号SSが差分演算部25から出力され、PI
D演算部26に入力される。PID演算部26は、その差分に基
づいてディーゼル機関２への供給燃料の制御を、比例，
積分，微分制御により行なうためのPID演算を行なうた
めの演算部であり、PID演算部26からは、その演算結果
を示す演算出力信号ESが出力される。後述するように、
設定回転速度の変更がない定常制御状態にあっては、演
算出力信号ESがスイッチ27を介して出力信号S_aとして取
り出されてサーボ制御ユニット50に供給され、演算出力
信号ESに従うPID制御により燃料供給量の制御が行なわ
れる。この結果、実回転速度N_aは所要の目標回転速度N_t
に保持される。

第１スイッチ22又は第２スイッチ23の操作により設定
回転速度がより高い新たな設定回転速度に変更された場
合に、燃料調節部材４が可及的速やかに且つ燃料の供給
過剰を生じさせることなしに新たな設定回転速度に見合
う位置に位置決めされるようにするため、本考案の装置
では、実回転信号N₁の単時間当りの変化量、すなわち時
間微分値を求めるための微分演算部28を備えており、実
回転信号N₁を時間微分して得られた微分出力信号BSは、
乗算部29において所定の定数が乗算されて補正信号HSと
され、加算部30に入力される。

加算部30には、本実施例では、演算出力信号ESをフィ
ルタ部31に通しその高周波成分を除去して得られたフィ
ルタ出力信号FSが入力されているが、演算出力信号ESを
そのまま直接入力してもよい。フィルタ出力信号FSと補
正信号HSとは加算部30において図示の極性で加算され、
これによりフィルタ出力信号FSが補正信号HSにより補正
され、補正された信号は過渡制御のための過渡制御信号
KSとして加算部30から出力される。過渡制御信号KSはス
イッチ32に入力されており、スイッチ27,32が後述する
切換制御部40により切り換え制御され、演算出力信号ES
に代えて、スイッチ32からの出力が出力信号S_aとして変
換部51に供給される。

切換制御部40は、スイッチ27の切り換え制御及び演算
出力信号ESをラッチするためのラッチ部33のラッチ制御
を行なうための第１信号C₁を出力するフリップ・フロッ
プ回路41と、ラッチ部33からの出力及び過渡制御信号KS
に応答しスイッチ32の切り換え制御を行なうための第２
信号C₂を出力する第１比較部70とを具えている。

フリップ・フロップ回路41をセットするためのセット
信号SSを得るため、定格変更検出部42及び定格運転開始
検出部43が設けられている。定格変更検出部42は第１及
び第２スイッチ22,23に応答し、定格が50〔Hz〕から60
〔Hz〕に変更されたことを検出するものであり、第１ス
イッチ22がオンの状態において第２スイッチ23がオフか
らオンに切り換えられた状態となった場合にその出力線
42aが低レベル状態から高レベル状態に切り換えられ
る。すなわち、定格運転状態において50〔Hz〕から60
〔Hz〕への定格の変更が行なわれた場合に出力線42aの
レベルが「Ｌ」から「Ｈ」に切り換えられ、一方、60
〔Hz〕から50〔Hz〕への定格の変更が行なわれた場合に
は出力線42aのレベルが「Ｈ」から「Ｌ」に切り換えら
れる。定格運転開始検出部43は第１スイッチ22及びキー
スイッチ34に応答し、機関の始動時に定格運転となって
いるか否かの検出を行なうものであり、機関の始動時に
スイッチ34がオンとされたときに第１スイッチ22により
定格運転状態が選ばれていた場合、その出力線43aのレ
ベルが低レベル状態から高レベル状態に切り換えられ
る。

出力線42a,43a及び第１スイッチ22の出力線22aがオア
回路44に接続されており、その出力線44aからの出力が
セット信号SSとして取り出され、フリップ・フロップ回
路41のセット入力端子Ｓに印加されている。フリップ・
フロップ回路41は、セット信号SSのレベルが「Ｌ」から
「Ｈ」に変化したことに応答してセットされる。

第２比較部45は実速度信号N₁と目標速度信号N₂とに応
答し、N_a＝N_tとなったときにその出力線45aのレベルが
高レベル状態とされる比較回路であり、出力線45aから
の出力がリセット信号RSとして取り出され、フリップ・
フロップ回路41のリセット入力端子Ｒに入力されてい
る。フリップ・フロップ回路41は、リセット信号RSのレ
ベルが「Ｌ」から「Ｈ」に変化したことに応答してリセ
ットされる。

フリップ・フロップ回路41のＱ出力からの第１信号C₁
はスイッチ27の切換制御のための信号としてスイッチ27
に与えられており、第１信号C₁のレベルが「Ｌ」のとき
はスイッチ27は実線で示される切換状態とされ、第１信
号C₁のレベルが「Ｈ」のときはスイッチ27は点線で示さ
れる切換状態とされ、また、第１信号C₁のレベルが
「Ｌ」から「Ｈ」となったときに、ラッチ部33はこれに
応答し演算出力信号ESをラッチする。第１比較部70は、
過渡制御信号KSの値V_aとラッチ部33にラッチされた演算
出力信号ESの値V_bとの比較を行ない、V_a＜V_bの状態に応
答して第２信号C₂のレベルが「Ｈ」となり、スイッチ32
が点線で示される切り換え状態とされる。

次に、第１図に示した回転速度制御装置10の動作につ
いて第２図（ａ）乃至第２図（ｇ）の波形図を参照して
説明する。

第１図に示されるディーゼル発電装置が50〔Hz〕の定
格運転を行なっている場合において、時刻ｔ＝t₀におい
て第２スイッチ23がオン状態とされ、60〔Hz〕の定格運
転状態に変更された場合の動作を例にとって説明する。

第２スイッチ23がオンとなると、目標速度設定部24か
ら出力される目標速度信号N₂は、60Hzの出力電圧を得る
のに必要な所定の目標回転速度を示す内容となり、この
新しい目標回転速度N_tと実回転速度N_aとの差分に従った
演算出力信号ESが得られる。定格の切り換え直後におい
てはその差分は大きく、第２図（ｃ）に示すように演算
出力信号ESのレベルはt₀以後急速に上昇し、所定の定格
値レベルに略等しくなる。

ｔ＝t₀における定格の変更は定格変更検出部42におい
て検出され、その出力線42aのレベルがｔ＝t₀において
「Ｌ」から「Ｈ」となる。この結果、フリップ・フロッ
プ回路41がセットされ、第１信号C₁のレベルが「Ｌ」か
ら「Ｈ」となり、ｔ＝t₀における演算出力信号ESのレベ
ルがラット部33においてラッチされると共に、スイッチ
27が点線で示される状態に切り換えられる。

また、上述の如く定格が変更されることによりディー
ゼル機関２の実回転速度がN_aが第２図（ｂ）に示される
ように急激に上昇するので、補正信号HSのレベルは第２
図（ｅ）に示されるように、ｔ＝t₀で立上り、実回転速
度が目標回転速度に近づいてその上昇変化率が小さくな
るにつれてレベル低下する変化を示す。一方、フィルタ
出力信号FSは、第２図（ｃ）に示される演算出力信号ES
をフィルタ部31を介して取り出した信号であり、第２図
（ｄ）に示されるように、演算出力信号ESよりもゆっく
りしたレベル変化の信号となっている。したがって、両
信号FS,HSの差分に応じた過渡制御信号KSは第２図
（ｆ）に示す如くレベル変化することになる。すなわ
ち、ｔ＝t₀となった直後に一旦大きくレベル低下し、徐
々にレベル上昇して所要の定常値に近づく信号となる。

第１比較部70は、過渡制御信号KSのレベルV_aがｔ＝t₀
で一旦大きく低下してからV_a＞V_bとなるｔ＝t₁までの間
低レベル状態となる第２信号C₂を出力し、したがって、
ｔ＜t₁においてはスイッチ32は点線で示す切換状態とさ
れ、ｔ＝t₁においてV_a＝V_bとなった後はスイッチ32は実
線で示される切換状態とされる。この結果、スイッチ32
の出力のレベルは第２図（ｇ）に示されるように、t₀＜
ｔ＜t₁の範囲ではｔ＝t₀における演算出力信号ESのレベ
ルと等しく、ｔ≧t₁において過渡制御信号KSのレベルと
等しくなる。

したがって、ｔ＝t₀以後、ディーゼル機関２への燃料
の供給は第２図（ｇ）に示されるスイッチ32の出力レベ
ルに従って制御される。第２図（ｃ）と第２図（ｇ）を
比べると判るように、ｔ＝t₀における定格の切り換え
後、ｔ＝t₁となってから供給燃料は徐々に増大すること
になる。したがって、目標回転速度が段階的に変化して
も補正信号HSによって上述の如く目標とすべき供給燃料
が徐々に変更せしめられ、燃料の一時的な過渡供給状態
が生じるのを防止し、且つ可及的速やかにN_a＝N_tの状態
を実現することができる。この間、PID制御の要素が含
まれている制御が行なわれるので、安定な制御が実行さ
れることになる。

ｔ＝t₂においてN_a＝N_tとなると、第２比較部45の出力
線45aのレベルが「Ｌ」から「Ｈ」となり、フリップ・
フロップ回路41がリセットされ、スイッチ27が点線で示
される状態から実線で示される状態に切り換えられる。
したがって、ｔ＞t₂においては再び演算出力信号ESが出
力信号S_aとして取り出されるが、N_a＝N_tとなった状態に
おいては演算出力信号ESのレベル状態は過渡制御信号KS
のレベル状態に等しく、この切り換えに伴なって生じる
出力信号S_aのレベル変化は極めて小さいものである。

このように、定格を切り換えた直後の過渡状態にあっ
ては、実回転速度N_aの時間微分値に従ってPID制御のた
めの目標信号についての補正を行ない、燃料の過渡供給
状態を生じさせることなしに、可及的速やかにN_a＝N_tと
するための燃料供給制御がPID制御により安定に行なわ
れる。

上記では、定格を50〔Hz〕から60〔Hz〕に変更した場
合の動作について説明したが、アイドル運転から定格運
転に切り換える場合、及び機関の始動からすぐに定格運
転に入る場合にも全く同様にして燃料の供給制御が行な
われ、これにより上記の場合と同様の効果を得ることが
できる。

したがって、上述の過渡状態において、黒煙の発生の
防止、機関速度のオーバーシュートの防止、及び機関の
運転フィーリングの改善等の効果を得ることができる。

上記実施例では、N_a＝N_tとなった場合にスイッチ27を
実線で示される状態に戻す構成としたが、例えばフリッ
プ・フロップ回路41の代りに単安定マルチバイブレータ
を用い、スイッチ27が所定の条件に応答して点線で示さ
れる状態となったときに、その状態を所定の時間（＞
t₂）保持する構成としてもよいことは勿論である。

（考案の効果） 本考案によれば、上述の如く、機関速度の目標値をよ
り大きな値に変更する操作を行なう場合、実回転速度の
時間的変化の度合いに応じて目標制御量の補正を行なう
ので、燃料の過渡供給状態を生じさせることなく、可及
的速やかに実回転速度を目標とするより高い回転速度に
一致させるよう安定な開演制御が行なわれ、過渡制御特
性の良好な改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すブロック図、第２図
（ａ）乃至第２図（ｂ）は第１図に示す装置の各部の信
号波形を示す波形図である。 １……発電機、２……ディーゼル機関、10……回転速度
制御装置、24……目標速度設定部、25……差分演算部、
26……PID演算部、28……微分演算部、30……加算部、2
7,32……スイッチ、40……切換制御部、C₁……第１信
号、C₂……第２信号、S_a……出力信号、ES……演算出力
信号、HS……補正信号、SS……差分信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼル発電機の設定回転速度と実回転
   速度との差分に応答してディーゼル機関への燃料供給量
   をPID制御するため前記差分に基づくPID演算を行なう演
   算手段を有し、該演算手段からの出力に応答して前記デ
   ィーゼル発電機の回転速度を前記設定回転速度に保持す
   るよう燃料供給量の制御を行なうためのディーゼル発電
   機の回転速度制御装置において、前記実回転速度の時間
   的変化率を検出する検出手段と、前記設定回転速度がよ
   り大きな値に設定されたことに応答し所要の期間だけ前
   記演算手段から得られた出力を前記検出手段のその時々
   の出力に応じて定まる量だけ減じる補正を行なう手段と
   を備えたことを特徴とするディーゼル発電機の回転速度
   制御装置。