JPS60204944A - デイ−ゼル主機関の速度制御方法 - 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】 ［発明の技術分野ｊ 本光明ｔよディーゼル主機関の速度制御ｌｌ１７５仏に
係り、特に主機関の動特性モデルを速度制ｒｎＩＪ導入
することにより最適な速度制御を行なって操縦性能を向
上させたものに関する。

［発明の技術的背景］ ディーゼル主機関、特にプロペラ装猫船における主機関
や、発電機を駆動するディーゼル主機関にあっては、安
定した機関の回転が要求されるため、速度制御が重要で
ある。

第１図は、従来採用されているディーピル主機関の速度
制御システムを示したもので、イれを簡単に説明すると
、設定速度と、ローパスフィルタ４によりフィルタリン
グした検出速度との速度偏差を２１制御し、このＰＩ制
制動動作より得られた操作量に基づき燃料噴射ポンプ１
のアクブ］Ｔ−タ２を操作する。このアクチコＴ−９２
の操作により燃料噴射量が調節され主機関３の速爪制御
がなされる。これにより、速度情報のみに垂づいた速度
ｆｌｉｔ　ｆｉｌを行な−うことができるようになって
いる。

［背景技術の問題点］ ところが、上述した従来のものは速度のみの情報のフィ
ードバックであり、速度偏差のみの情報によりＰ　Ｉ　
ｌｌ１１１　ｍを行なっているため、次のような問題が
あった。

（１）　ディーゼル主機関の特性が考慮されていないた
め、過大なオーバーシュートが発生し、過長な整定時間
を要することとなって、設定速度の変更が大きくとれな
かった。

（２）　また、急激な負荷変動に対して速度が大きく変
動し、整定時間も長くなっていた。

（３）　検出速度をｔりるため速度検出器の出力をロー
パスフィルタに通しているが、雑音とともに高周波域の
速度成分をもカットしてしまうため、速度検出の正確さ
に欠けていた。

（４）　不正確な速度偏差にもとづく積分［Ｉｌｌ■動
作のため、定常運転状態においてアクチュエータ２が無
駄な動きをしていた。

［発明の目的１ 本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その
目的は、ディーゼル主ｖａ開の負荷変動に対する速度変
動の抑υｊと、設定速度変更時の追従性とを改善すると
ともに、速度検出の精度を高め、定常運転時のアクグコ
Ｊ−夕の無駄な動きを抑＄１し、もって操縦性能の向上
と省燃費化をはがれるディーゼル主機関の速ｒ１１ｔ＋
制御方法を得ることである。

［発明の概要］ 設定速度と推定速度との速度（Ｉ差が同じ大きさでも、
速度の１ＩＩＩＩＩＩＩ性を良くするためには発生トル
クの大きさ及び負荷トルクの大きさにより燃料噴射ポン
プのアクチュエータの操作員を異ならせるべきであるこ
と、発生トルクは速度偏差に応じて決められる燃料噴１
）ＪｆｆｉＩと相関があり、また負荷ｌ・ルクは推定速
度と検出速度との偏差と相関があること等の知見のもと
に、上記目的を達成すべく本発明は次のように構成した
ものである。即ち、設定速度と推定速度との偏差に応じ
て燃料噴射ポンプのアクチュエータを操作して燃料＠銀
笛を調節するディーゼル主機関の速度制御方法において
、機関の動特性を予めめ、このめた動特性と上記偏差及
び検出速度から機関の発生トルク、負荷トルク及び上記
推定速度を算出し、該推定速度と設定速度どのＧ差に基
づいて１１７られるアクチュエータ操作１令信月を上記
発生トルクと負荷トルクどで補正してアクチュエータの
操作量をＩＩＪＩｉｌｌするようにしたことを特徴とす
る。

［発明の実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に従って説明
する。

第２図は本発明方法を実施するためのディーゼル主機関
の速度制御システムの一例を示す系統図である。

本実施例に係る制御システムにあっては、そのフィード
バックループを形成する回路自体の基本構成は従来と同
様である。

１ｉｉｉＩ図に示す如く、比例器５と発生トルク補償器
６、負荷トルク補償器７、推定速度補償器８から成る速
度制卸装Ｍ１０が制御ラインに接続されている。

比例器５はＰ　ＩＩＩ　ｌｌ１１部に相当する染ので設
定速度と推定速度ｇとの速度偏差りにゲインＦ１を乗じ
てラック位置指令信号ａを形成する機能を有する。

発！ｉ　Ｉ−ルク補ｌｌｔ器６は、アクチコ丁−り操作
１ｈ令信月すから主機関が発生する発生トルクＣ１をＱ
出すると技に、その算出した発１１〜ルクにゲ、インＦ
）を乗じて発生トルク補償信号Ｃを形成１ｒるｂ１能を
有する。この機能をしたけるため、↑ＩｉＷ械、主軸等
から決まる主機関３の機関系動特性を予めめるが、この
動特性は次のような一次遅れの伝達関数として表わすこ
とができる。

Ｇ（ｓ）＝− ５十α 但し、α、には機関定数、Ｓはラプラス演算子この動特
性［デルから主機関３のｉＥ確なＱｌｌ−ルクを算出す
る。

負荷トルク補償器７は、Ｉ　ｌ＋制御部に相当するもの
で、後述する推定速度Ｑと検出器ｒｆＸＣとの速度誤差
［にゲインに１を乗じ、これを積分しｔ主機関３が受け
る負荷トルクｊを算出するとともに、その算出した負荷
トルクにゲインＦ（を乗じて負荷トルク補償信号１を形
成する機能を有する。速度誤差ｆの積分によって得られ
る上記負荷トルクは過渡成分ではなく定常成分であり、
オフセットによる速度の定常偏差を除く役目を有する。

イして、上記比例器５の出力側の発生トルク補償ｉ！１
６及び負荷トルク補償器７の出力をローカルフィードバ
ックさせ発生トルク補償器６の発生トルク補償器＠Ｃと
、負荷トルク補償器７の負荷トルク補償器＠ｉとで、比
例器５のラック位置指令信号ａを補正しアクチュエータ
２の操作指令信号すを（りている。

また、推定速度補償器８は、推定速度信号Ｑと検出速度
信号Ｃとの速度誤差ｔにゲインに１を乗じたものと、発
生１〜ルク信号ｄ及び負荷トルク信号ｊにそれぞれ回転
系定数γを乗じたものとの和をとり、この和を積分して
上記推定速度９を算出する機能を有する。すなわち、か
かる機能は、発生トルクと負荷トルクとの差から回転ト
ルクをめ、この回転トルクから得られる推定速度と速度
検出器１２から得れる検出速度との速度誤差が高周波域
の雑音成分と真の速度成分とを含んだ混合ｍ差であり、
このＩＩ！情報を考慮し積分して平均値化し、実際に見
合うように推定速度を補正しているのである。このため
、回転軸、ブＯベラ、船体等から主ｉ関３の回転系動特
性を予めめるが、この動特性は基本的には次のような積
分の伝達関数として表すことができる。

Ｈ（ｓ）＝　− 但し、γは回転系定数、Ｓはラプラス演算子、上記比例
器５９発生トルク補償器６、負荷１〜ルク補償器７及び
推定速度補償器の各ゲインＦ＋。

Ｆ＋、Ｆｔ、に＋、ｋＩは機関定数α、に１回転系定数
γ及び次に示す評価関数の重み係数ρから、評価関数が
最小となるよう決定する。

および、評価関数＝負荷トルクおよび速度の各々の推定
誤差の分散 したがって、推定速度補償器８は、発生１〜ルク補償器
６の発生トルクと負荷トルク補償器７の負荷トルク、速
度検出器１２の検出速度の３つの情報から真に近い推定
速度を算出するとともに、負荷トルク補償Ｐｓ７の入力
情報たる速度誤差ｔを形成する。

このように、本実施例の速度１１１ｎ装置１０の構成は
、比例器５、発生トルク補償器６．負荷トルク補償器７
及び推定速度補償器８から成り、それらの定数を、機関
パラメータ（エンジン定数、エンジンゲイン）及び回転
系定数（慣性モーメンｉ〜）から決定した１つの動特性
モデルをなしている。

特に、Ｐ制卸とＩ　ＬｌＩ部とにそれぞれ相当する比例
器５と負荷トルク補償器７とを分離して、それぞれに固
有の機関定数を決定した点に意義があり、これにより機
関の特性を充分考慮した演算が可能となる。

上記速度制御装置１０は実施例の如く、個別回路もしく
はそれと等価な回路で構成しても、あるいは全体をマイ
クルコンビコータ相当の演算機能を有する演算装置で実
現することもできる。

次に−ｌ二記実施例の作用について説明りる。

速度検出器１２により検出された検出速度は、高周波域
に雑音成分と、真の速度成分の両方を含んでいるが、主
機関３の回転系動特性モデルから成る推定速度補償器８
を通すことにより、より真随に近い推定速度０となり、
速度（「定埴のｌ１ｌｌが向上する。そして、この正確
なｌｉｔ定速度と設定速度とに基づいて速度偏差りがと
られ、比例器５によってラック位置指令信号が形成され
る。このラック位置指令信号をもとにして、設定速度を
変更するとき及び負荷変動が生じるとき本制御システム
は次のように作用する。

まず、設定速度を変更する場合においで、発で１−トル
ク補償器６で算出された主機関発生ｌ〜ルクが小さく、
負荷トルク補ｒｔｔ器７で算出された主機関３が受ける
発生トルクが大きいとき、比例器５のラック位置指令信
号ａｔよΩ荷ｌ−ルク補ｔα信＠ｌにより入きく増加補
正され、速度偏差りのみに応じて得られる比例器５のラ
ック位置指令信号よりも大幅に大きくな−）だアクチ」
エータ操作指令軸）号すとなってアクチコＴ−夕２に入
力する。逆に、主機関発生トルクが大きく負荷トルクが
小さいとき、比例器５のラック位置指令信号ａは発生ト
ルク補償信号６により大きく減少補正され、速度偏ｌの
みに応じて得られる比例器５のラック位置指令信号より
も大幅に小さくなったアクチュエータ操作指令信＠ｂと
なってアクチュエータ２に入力する。従って、負荷トル
クの方が大きいときは大きなアクチュエータ操作指令信
号を出して燃料噴！）ｊ！ｌを増大させ機関の回転速度
を大幅に上げるので速やかに設定速度に到達し、整定時
間が適長となるのを防止できる。また、発生トルクの方
が大きいときは、アクチュエータ操作指令信＠ｈが大き
過ぎないようにし、燃料噴！）１ｍの増大を抑制して過
大なオーバシュートの発生を防止できる。

その結果、設定速度変更時の追従性が向上し、設定速度
の廓更時間を大きくとることができる。

一方、負荷変動が生じた場合も同様に、負荷トルクが増
加して速度が落ちると、アクチュエータ操作指令信号す
が太き（なって燃料噴ｆＪＪｍを増大させ速やかに設定
速度にもっていくことができ、逆に負荷トルクが減少し
て速度が上昇するとアクチュエータ操作指令信舅すが小
さくなって燃ｔ’ｌ噴６１１ｍを減少させ速やかに設定
速度にしとすごとができる。ぞの結果、負荷変動に対す
る達磨変動が抑制され、急激な負荷変動に対して速度が
大きく振動することも整定時間が長くなることも有効に
防止できる。

また、既述したように負′ｖＪｌ−ルク補償器７は速度
誤差と機関の動特性とから定常成分を常時篩用している
が、この定常成分は経時変化に伴なう船体抵抗やプロペ
ラ抵抗の増大等に起因する定常負荷トルクに外ならない
。したがって別間の動性１１からめられた精度の良い定
常負荷トルク分が比例器５のラック位置信号に常時加え
られることにより速度の定常偏差を除くことができ、定
常運転時アクチュエータ２に無駄な動きをさせるのを有
効に防止することができる。

このように、上記実施例によれば主機関３の動特性の特
徴を忠実に制御にとり入れているＩこめ、主曙関の負荷
変動に対する速度変動抑１１１と、設定速度変更時の追
従性を可及的に向−１ニさせることができ、速度制御の
定常特性及び過渡特性にすぐれている。また、速度検出
器１２により検出された検出速度の中に含まれている雑
音の除去に、主機関３の動特性モデルを利用した推定速
度補償器８を用いているためＩｆｔ定速度精度が向上し
、しかも負荷トルク補償器７を設けることにより速度の
定常偏差を零としているので、通常運転時アクチュＴ−
夕２の無駄な動きが抑えられ省燃費を達成できる。更に
、Ｐ制御に相当する比例器５も動特性を考慮してその定
数が決定されるので比例器５のラック位置指令信号に基
づいて（ｑられる発生トルクや（「定速度及び負荷トル
クの精度が良く、子の結果、アクチュエータ２への操作
量が適正化され、操縦性能の一層の向上がはかれる。

また、本制御方法を実施するに当り、特別に開発しなけ
ればならない検出器等が不要で、しかも機関の動特性を
予め設けるだけでよいので設剖及び制御パラメータの調
整が簡単となり、その実施化がきわめて容易となる。

［発明の効果］ 以上要するに本発明にＪ、れば次のような優れた効果を
発揮する。

（１）　主機関の動特性を忠実にυＪＩＸＩにとり入れ
ているため速度制御の過渡特性及び定１：口）廿にづぐ
れている。

（２］　速度偏差にもとづくアクチコ■−夕の操１１ｕ
１を機関の発生トルクと機関が受（プる負？ｉ？ｉ　ｌ
−ルクとで補正し、操作量の適正化を１４か−）でいる
ので、オーバーシュー１〜がなく工Ω定速麿の変更に追
従でき、また負荷急変時にａ３　する速度の振動現象を
生じない。

Ｃ３）［）制御と１制御に相当する部分及びローパスフ
ィルタに相当する部分のづべてに動性１１モデルを導入
したので、これらにより１ηられる情報が正確であり、
かつ定常運転的のアクチュエータの無駄な動きを有効に
抑制することができる。

＋７′ｌｌ　Ｌ、たがって、主機関の操縦性能を可及的
に向上さぼることができるとともに省燃費化をはかるこ
とができる。

４、図面（７）ｌｌｉ）ｌｈｌｉＨＱ 第１図は従来の速度制御システムの系統図、第２図は本
発明方法を実施するための速度制御システムの好適一実
施例を示す系統図である。

尚、図中、１は燃料噴射ポンプ、２はアクチュエータ、
３は主ｔｌｌ［Ｌ６は発生トルクを算出する発生トルク
補償器、７は負荷トルクを算出する負荷トルク補償器、
８は推定速度を算出する推定速度補償器、１２は検出速
度を検出する速度検出器、９は推定速度、ｈは設定速度
と推定速度との速度偏差、ｂはアクチュエータ操作指令
信号である。

特許出願人　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士　
絹　谷　信　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 設定速度と推定速度との偏差に応じて燃料噴射ポンプの
   アクチュエータを操作して燃料噴射ｍを調節するディー
   ゼル主機関の速度制御方法において、機関の動特性を予
   めめ、このめた動特性と上記偏差及び検出速度から間開
   の発生トルク、負荷１ヘルク及び上記推定速度を算出し
   、該推定速度と設定速度との偏差に基づいてｔｑられる
   アクチコエータ操作指令信号を上記発生トルクと負荷ト
   ルクとで補正してアクチュエータの操作量をｉ制御する
   ようにしたことを特徴とするディーピル主機関の速度ｔ
   ＩＩＩＩＩｌ方払。