(57)【要約】【課題】  サーボ機器の二重化されたサーボ制御部の切り換え時に円滑に制御を切り換えることのできる二重化制御装置を提供する。【解決手段】  二重化制御装置は、サーボ機器１１と、その制御対象値を比例積分制御する二重化された二つのサーボ制御部１５Ａ，１５Ｂと、二つのサーボ制御部の一方１５Ａから他方１５Ｂに制御を切り換える制御切換部と、サーボ機器１１の第一動作状態値Ｂを検出する第一検出器と、サーボ機器１１の第一動作状態値以外の第二動作状態値を検出する第二検出器と、を備えている。各サーボ制御部１５Ａ，１５Ｂは、制御対象値を零点補正しつつ、第一動作状態値Ｂをフィードバックして制御対象値を比例積分制御するよう構成されている。各サーボ制御部１５Ａ，１５Ｂは、第一動作状態値Ｂと零点補正に用いる制御対象値の零点補正値Ｇとの相関関係を示す相関テーブルを用いて、第一動作状態値Ｂに基づいて前記零点補正を行う。【選択図】図５
2020064387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重化制御装置であって、
サーボ機器と、
それぞれ、前記サーボ機器の制御対象値を比例積分制御する、二重化された二つのサーボ制御部と、
前記サーボ機器を制御する前記二つのサーボ制御部の一方から他方に切り換える制御切換部と、
前記サーボ機器の第一動作状態を示す第一動作状態値を検出する第一検出器と、
前記第一動作状態値以外の前記サーボ機器の動作状態を示す第二動作状態値、又は、前記サーボ機器を用いて制御される制御対象装置の動作状態を示す第三動作状態値を検出する第二検出器と、を備え、
前記二つのサーボ制御部のそれぞれは、前記制御対象値を零点補正しつつ、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値をフィードバックして前記制御対象値を比例積分制御するよう構成されており、
前記二つのサーボ制御部のそれぞれは、前記第一動作状態値、前記第二動作状態値又は前記第三動作状態値と、前記零点補正に用いる前記制御対象値の零点補正値との相関関係を示す予め作成された相関テーブルを用いて、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値又は前記第二検出器によって検出された前記第二動作状態値若しくは前記第三動作状態値に基づいて前記零点補正を行う、二重化制御装置。
【請求項２】
二重化制御装置であって、
サーボ機器と、
それぞれ、前記サーボ機器の制御対象値を比例積分制御する、二重化された二つのサーボ制御部と、
前記サーボ機器を制御する前記二つのサーボ制御部の一方から他方に切り換える制御切換部と、
前記サーボ機器の動作状態を示す第一動作状態値を検出する第一検出器と、
前記第一動作状態値以外の前記サーボ機器の動作状態を示す第二動作状態値、又は、前記サーボ機器を用いて制御される制御対象装置の動作状態を示す第三動作状態値を検出する第二検出器と、を備え、
前記二つのサーボ制御部のそれぞれは、前記制御対象値を零点補正しつつ、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値をフィードバックして前記制御対象値を比例積分制御し、
前記制御切換部によって前記サーボ機器の制御が前記一方から前記他方に切り換えられる際には、前記二つのサーボ制御部の前記他方は、前記第一動作状態値、前記第二動作状態値又は前記第三動作状態値と、前記零点補正に用いる前記制御対象値の零点補正値との相関関係を示す予め作成された相関テーブルを用いて、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値又は前記第二検出器によって検出された前記第二動作状態値若しくは前記第三動作状態値に基づいて前記相関テーブルから求められた前記零点補正値を前記比例積分制御の初回積分成分として用いる、二重化制御装置。
【請求項３】
前記サーボ機器が、サーボ弁であり、
前記制御対象値が、前記サーボ弁のトルクモータの電流値であり、
前記第一動作状態値が前記サーボ弁のスプール位置を示す値である、請求項１又は２に記載の二重化制御装置。
【請求項４】
前記相関テーブルが、前記第一動作状態値と前記零点補正値との相関関係を示している、請求項３に記載の二重化制御装置。
【請求項５】
前記制御対象装置が、ガスタービンであり、
前記サーボ弁が、前記ガスタービンの燃料流量弁である、請求項３に記載の二重化制御装置。
【請求項６】
前記第二検出器が、前記ガスタービンのガスジェネレータの回転数を前記第三動作状態値として検出し、
前記相関テーブルが、前記第三動作状態値と前記零点補正値との相関関係を示している、請求項５に記載の二重化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、サーボ機器のサーボ制御部を二重化した二重化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１は、タービンを回すための蒸気量を調節する加減弁の制御部を二重化した制御装置を開示している。この装置では、使用されている一方の制御部に異常が生じると、その一方の制御部から待機していた他方の制御部に制御が切り換えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６１−１４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、サーボ機器、例えば、電気液圧サーボ弁の制御装置では、計量弁を静止させるための電流をナル（ｎｕｌｌ）電流という。電流が零のときと計量弁を静止させるナル電流との差はナルシフト（ｎｕｌｌ  ｓｈｉｆｔ）と呼ばれる。ナル電流（ナルシフト）は、サーボ機器の作動条件（例えば流体圧力）又は環境条件（例えば温度）が変化することで変化する。従って、サーボ機器（電気液圧サーボ弁）の制御時には、零点（無負荷状態で制御流量が零の状態：基準状態）に対してナルシフトを考慮して入力（電流）を制御する零点補正が行われる。零点は、中立点又は基準点と呼ばれることもある。サーボ機器を制御するサーボ制御部が上述した特許文献１に開示されているように二重化されている場合、サーボ制御部の切り換え時には零点補正も含めて円滑に切り換えられることが望まれている。
【０００５】
本開示の目的は、サーボ機器の二重化されたサーボ制御部の切り換え時に円滑に制御を切り換えることのできる二重化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】
【０００６】
本開示は、サーボ機器と、それぞれ、前記サーボ機器の制御対象値を比例積分制御する、二重化された二つのサーボ制御部と、前記サーボ機器を制御する前記二つのサーボ制御部の一方から他方に切り換える制御切換部と、前記サーボ機器の第一動作状態を示す第一動作状態値を検出する第一検出器と、前記第一動作状態値以外の前記サーボ機器の動作状態を示す第二動作状態値、又は、前記サーボ機器を用いて制御される制御対象装置の動作状態を示す第三動作状態値を検出する第二検出器と、を備えた二重化制御装置であって、前記二つのサーボ制御部のそれぞれは、前記制御対象値を零点補正しつつ、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値をフィードバックして前記制御対象値を比例積分制御するよう構成されており、前記二つのサーボ制御部のそれぞれは、前記第一動作状態値、前記第二動作状態値又は前記第三動作状態値と、前記零点補正に用いる前記制御対象値の零点補正値との相関関係を示す予め作成された相関テーブルを用いて、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値又は前記第二検出器によって検出された前記第二動作状態値若しくは前記第三動作状態値に基づいて前記零点補正を行う、ことを特徴としている。
【０００７】
本開示は、また、サーボ機器と、それぞれ、前記サーボ機器の制御対象値を比例積分制御する、二重化された二つのサーボ制御部と、前記サーボ機器を制御する前記二つのサーボ制御部の一方から他方に切り換える制御切換部と、前記サーボ機器の動作状態を示す第一動作状態値を検出する第一検出器と、前記第一動作状態値以外の前記サーボ機器の動作状態を示す第二動作状態値、又は、前記サーボ機器を用いて制御される制御対象装置の動作状態を示す第三動作状態値を検出する第二検出器と、を備えた二重化制御装置であって、前記二つのサーボ制御部のそれぞれは、前記制御対象値を零点補正しつつ、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値をフィードバックして前記制御対象値を比例積分制御し、前記制御切換部によって前記サーボ機器の制御が前記一方から前記他方に切り換えられる際には、前記二つのサーボ制御部の前記他方は、前記第一動作状態値、前記第二動作状態値又は前記第三動作状態値と、前記零点補正に用いる前記制御対象値の零点補正値との相関関係を示す予め作成された相関テーブルを用いて、前記第一検出器によって検出された前記第一動作状態値又は前記第二検出器によって検出された前記第二動作状態値若しくは前記第三動作状態値に基づいて前記相関テーブルから求められた前記零点補正値を前記比例積分制御の初回積分成分として用いる、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、サーボ機器の二重化されたサーボ制御部の切り換え時に円滑に制御を切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る二重化制御装置を備えた制御対象装置（ガスタービン）の全体構成図である。
【図２】上記二重化制御装置で制御されるサーボ機器（サーボ弁）の構成断面図である。
【図３】比較例に係る二重化制御装置のサーボ制御部のブロック線図である。
【図４】上記サーボ弁のトルクモータへの供給電流と当該サーボ弁の速度との関係の一例を示すグラフである。
【図５】第１実施形態に係る二重化制御装置のサーボ制御部のブロック線図である。
【図６】第１実施形態における第１、第２又は第３動作状態値と零点補正値Ｉｎｕｌｌ０との関係を示すグラフである。
【図７】第２実施形態に係る二重化制御装置のサーボ制御部のブロック線図である。
【図８】第２実施形態における第１、第２又は第３動作状態値と零点補正値ΔＩｎｕｌｌとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、二重化制御装置の実施形態（第１及び第２実施形態）を説明する。まず、第１及び第２実施形態に共通する、制御対象装置の構成について、図１を参照しつつ説明する。本実施形態における制御対象装置は、二軸式のガスタービン１である。ガスタービン１は、ガスジェネレータ２を備えている。ガスジェネレータ２は、空気吸込み側から、空気を圧縮する圧縮機３、圧縮機３によって圧縮された圧縮空気ＣＡと燃料ＦＵとを燃焼させて燃焼ガスＣＧを生成する燃焼器４、及び、燃焼器４で生成された燃焼ガスＣＧによって駆動される高圧タービン５を備えている。圧縮機３と高圧タービン５とは、高圧タービン軸（ガスジェネレータ軸）６によって接続されている。
【００１１】
ガスジェネレータ２のガス流れ下流側には、高圧タービン５から排出された燃焼ガスＣＧで駆動される低圧タービン７が設けられており、低圧タービン７は低圧タービン軸９によって負荷８と接続されている。本実施形態の負荷８は発電機である。なお、ガスタービン１を航空機用エンジンとして構成してもよい。この場合、負荷８に代えて（高圧）圧縮機３の上流側に低圧圧縮機を設け、低圧タービン７と低圧圧縮機とが回転軸で接続される。
【００１２】
燃焼器４には、燃料供給源１０から燃料ＦＵが供給される。燃料供給源１０は燃料タンク及び供給ポンプを備えている。燃料ＦＵの供給量は、「サーボ機器」としてのサーボ弁１１によって制御されている。本実施形態のサーボ弁１１は、電気液圧流量制御サーボ弁（Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ）であり、追って詳しく説明する。なお、サーボ弁１１はガスタービン１の一部であるが、ガスタービン１はサーボ弁１１の「制御対象装置」でもある。
【００１３】
ガスタービン１の作動流体（空気及び燃焼ガス）は、まず、圧縮機３に流入して圧縮され、その圧縮空気ＣＡが燃焼器４に流入する。燃焼器４では、燃料ＦＵが噴射されて高温の燃焼ガスＣＧが生成される。この高温・高圧の燃焼ガスＣＧは、高圧タービン５に流入し、高圧タービン軸６を介して接続されている圧縮機３を駆動する。燃焼ガスＣＧは、その後、低圧タービン７に流入し、低圧タービン軸９を介して接続されている負荷８を駆動する。本実施形態の負荷８は発電機であり、発電機が駆動されて発電が行われる。
【００１４】
ガスタービン１の運転は、制御部１２によって制御される。制御部１２は、ＣＰＵ等を備えたコントロールユニットである。制御部１２は、単一のコントロールユニットで構成されてもよいし、互いに協働する複数のコントロールユニットで構成されてもよい。制御部１２には、ガスジェネレータ２の回転数（即ち、圧縮機３、高圧タービン５及び高圧タービン軸６の回転数）を検出する第一回転数センサ１３も接続されている。また、制御部１２には、低圧タービン７の回転数（即ち、低圧タービン軸９の回転数）を検出する第二回転数センサ１４も接続されている。さらに、図１には示されていないが、制御部１２には、圧縮機３の空気取入口に設けられたＩＧＶ（Ｉｎｌｅｔ  Ｇｕｉｄｅ  Ｖａｎｅ）のアクチュエータ等のガスタービン１を制御するための各種機器も接続されている。
【００１５】
上述したサーボ弁１１も制御部１２に接続されており、制御部１２は、サーボ弁１１を制御する二重化されたサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂを備えている。以下、二つのサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂを、第一サーボ制御部１５Ａ及び第二サーボ制御部１５Ｂとも呼ぶ。制御部１２は、この二つのサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂを切り換える制御切換部１６も備えている。サーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂについては追って詳しく説明する。
【００１６】
次に、サーボ弁１１について、図２を参照しつつ説明する。サーボ弁１１は、ノズルフラッパ型の電気液圧流量制御サーボ弁である。サーボ弁１１は、トルクモータ１７を備えている。トルクモータ１７の作動流体としては、ガスタービン１の潤滑油が利用される。トルクモータ１７は、コイル１８と、コイル１８の内部に揺動可能に配されたフラッパ１９とを有している。コイル１８は制御部１２（サーボ制御部１５Ａ，１５Ｂ）に接続されており、フラッパ１９は制御部１２からの制御信号を受けたコイル１８が発生する磁界によって傾けられる。
【００１７】
潤滑油（作動流体）は供給ポンプなどによって供給ポートＯＳからフラッパ１９の先端近傍に配された供給ノズル２０ｓを通ってトルクモータ１７に供給される。トルクモータ１７に供給された潤滑油のうち、余分な潤滑油は、フラッパ１９に対して供給ノズル２０ｓと対称に設けられたドレインノズル２０ｄを通ってドレインポートＯＤから潤滑油の供給元に還流される。トルクモータ１７には、液圧アクチュエータ２１と接続されている。液圧アクチュエータ２１によって、計量バルブ２２のスプール２３が変位される。まず、液圧アクチュエータ２１について説明する。
【００１８】
液圧アクチュエータ２１は、スプール２３と結合された差圧ピストン２１０を有しており、差圧ピストン２１０の両側には、潤滑油が充填される第１液圧室２１１及び第２液圧室２１２とが設けられている。差圧ピストン２１０は、主として第１液圧室２１１内の液圧ＯＰ１と第２液圧室２１２内の液圧ＯＰ２との液圧差によって変位される。第１液圧室２１１には、上述した供給ノズル２０ｓへの潤滑油の供給路からの分岐路が接続されている。潤滑油の液圧ＯＰ１（トルクモータ１７への作動液体の供給圧）は「第二動作状態値」であり、制御部１２は圧力センサ２８によって液圧ＯＰ１を検出している。圧力センサ２８は、サーボ弁１１の「第二動作状態値」である潤滑油の液圧ＯＰ１を検出する「第二検出器」である。
【００１９】
一方、第２液圧室２１２には、調圧機構２１３を介してトルクモータ１７が接続されている。調圧機構２１３の内部には、両側からそれぞれコイルスプリングによって付勢されている調圧ピストン２１３ａが設けられており、調圧ピストン２１３ａに対して一側の調圧室２１３ｂがトルクモータ１７に接続され、他側の調圧室２１３ｃが第２液圧室２１２に接続されている。調圧ピストン２１３ａの内部にはオリフィスが形成されており、このオリフィスを介して一対の調圧室２１３ｂ及び２１３ｃが連通されている。また、一対の調圧室２１３ｂ及び２１３ｃは、調圧ピストン２１３ａをバイパスするバイパス路２１３ｄによっても連通されており、バイパス路２１３ｄ上にもオリフィスが形成されている。
【００２０】
トルクモータ１７において、制御部１２からの制御信号に基づいてコイル１８の発生する磁界によってフラッパ１９の先端がドレインノズル２０ｄ側に傾けられると、ドレインポートＯＤからの潤滑油の排出が抑制される。一方で、供給ノズル２０ｓからトルクモータ１７への潤滑油の供給は阻害されない。従って、トルクモータ１７内の潤滑油の液圧が上昇し、この液圧は調圧機構２１３を介して第２液圧室２１２に伝達され、第２液圧室２１２の液圧ＯＰ２が上昇する。この時、調圧機構２１３は、コイルスプリングによって変位が規制されている調圧ピストン２１３ａや調圧ピストン２１３ａ内部のオリフィスによって、液圧ＯＰ２の液圧変化を調整する。具体的には、制御部１２からの制御信号が大きな燃料増量を指示するものであった場合、調圧ピストン２１３ａの移動によって液圧ＯＰ２を大きく変化させて差圧ピストン２１０を大きく変位させ、その後はオリフィスによって液圧ＯＰ２の変化を緩和して差圧ピストン２１０の変位を緩やかにする。調圧機構２１３は、液圧ＯＰ２を下降させる場合も同様に液圧変化を調整する。
【００２１】
第２液圧室２１２の液圧ＯＰ２の液圧上昇の結果、液圧ＯＰ２が、第１液圧室２１１の液圧ＯＰ１及び後述するコイルスプリング２４の弾性復元力に打ち勝つと、差圧ピストン２１０は図２中右方に変位され、差圧ピストン２１０に結合されたスプール２３も右方に変位される。最終的には、（トルクモータ１７の制御電流による）フラッパ１９の傾きに起因する液圧ＯＰ１及びＯＰ２の差圧、後述するコイルスプリング２４の弾性復元力、潤滑油のドレインポートＯＤからの排出量、スプール２３に作用する後述する燃料ＦＵの圧力などがバランスする状態となり、このバランスした状態で差圧ピストン２１０、即ち、スプール２３が停止する。なお、スプール２３は、サーボ弁１１、即ち、トルクモータ１７に制御電流が供給されていない場合は、コイルスプリング２４によって付勢されて図２中で最も左方に位置される。スプール２３が図２中右方に変位すると、燃料ＦＵの燃焼器４への供給量が増える（サーボ弁１１内部での燃料ＦＵの流れについては後述する）。
【００２２】
反対に、トルクモータ１７において、制御部１２からの制御信号に基づいてコイル１８の発生する磁界によってフラッパ１９の先端が供給ノズル２０ｓ側に傾けられると、供給ノズル２０ｓからの潤滑油のトルクモータ１７への供給が抑制される。従って、供給ノズル２０ｓの背圧、即ち、第１液圧室２１１の液圧ＯＰ１が上昇する。この結果、差圧ピストン２１０は図２中左方に変位され、差圧ピストン２１０に結合されたスプール２３も右方に変位される。差圧ピストン２１０の左方への変位に伴って、第２液圧室２１２内の潤滑油は調圧機構２１３を介してトルクモータ１７に還流され、ドレインポートＯＤから排出される。このとき、トルクモータ１７では、フラッパ１９がドレインノズル２０ｄ側に傾けられていないため、潤滑油のドレインポートＯＤからの排出は抑制されない。最終的には、やはり、上述したように各部圧力等がバランスした状態となり、そのバランスした状態で差圧ピストン２１０、即ち、スプール２３が停止する。
【００２３】
サーボ弁１１では、スプール２３の変位によって、燃料ＦＵの燃焼器４への供給量が制御される。なお、スプール２３には、差圧ピストン２１０を介してＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）２５が取り付けられている。ＬＶＤＴ２５は制御部１２に接続されており、スプール２３の変位は、ＬＶＤＴ２５を介して制御部１２によって電気的に検出される。ＬＶＤＴ２５は、サーボ弁１１の「第一動作状態値」であるスプール２３の変位を検出する「第一検出器」である。
【００２４】
次に、スプール２３の変位に伴うサーボ弁１１での燃料ＦＵの流れについて説明する。サーボ弁１１は、スプール２３の変位によって燃料ＦＵの流量を調整する計量バルブ２２を備えている。計量バルブ２２の作動流体は燃料ＦＵである。計量バルブ２２は、スプール２３をスライド可能に保持するシリンダ２２０を備えている。シリンダ２２０には、燃料ＦＵの流れの上流側に第１計量室２２１が形成され、下流側に第２計量室２２２が形成されている。これらの第１計量室２２１及び第２計量室２２２が、図２中の矢印に示されるようにスプール２３の小径部で連通されることで、燃料ＦＵが燃焼器４に供給される。スプール２３が図２中最も左方に位置している場合、計量バルブ２２は閉状態である（第１計量室２２１及び第２計量室２２２は連通されていない）。そして、燃料ＦＵの燃焼器４への供給量（流量）は、上述したスプール２３の変位によって制御される。第１計量室２２１は、インレットポート２２３を介して上述した燃料供給源１０に接続されている。第２計量室２２２は、アウトレットポート２２４を介して燃焼器４に接続されている。燃料ＦＵのインレットポート２２３への供給圧が液圧ＦＰ１であり、アウトレットポート２２４からの排出圧が液圧ＦＰ２である。
【００２５】
インレットポート２２３から流入した燃料ＦＵは、第１計量室２２１に加えて、差圧バルブ２６及びバイパスバルブ２７にも供給される。燃料ＦＵは、差圧バルブ２６へはオリフィスを介して供給される。差圧バルブ２６によって、サーボ圧ＦＰ４が調圧される。差圧バルブ２６の内部に設けられたベローズアッセンブリ２６０の一側には液圧ＦＰ１に加えてコイルスプリング２６１の弾性復元力が作用する。また、ベローズアッセンブリ２６０の他側（ベローズの内部側）には、液圧ＦＰ２に加えてコイルスプリング２６２の弾性復元力が作用する。ただし、ベローズアッセンブリ２６０のプランジャがブリード球２６３を押していない場合はコイルスプリング２６２の弾性復元力は作用しない。ベローズアッセンブリ２６０（ベローズの内部）は第２計量室２２２に接続されており、上述したように液圧ＦＰ２はアウトレットポート２２４からの排出圧となる。ベローズアッセンブリ２６０の変位の結果、ベローズアッセンブリ２６０のプランジャがブリード球２６３を押してブリード球２６３を通過する燃料量を調節する。この結果、差圧バルブ２６において液圧ＦＰ１がサーボ圧ＦＰ４へと調圧される。
【００２６】
バイパスバルブ２７では、サーボ圧ＦＰ４によって液圧ＦＰ１がパイパス圧ＦＰ３に調圧される。バイパスバルブ２７では、バイパスピストン２７０の一側に液圧ＦＰ１が作用し、他側にはサーボ圧ＦＰ４に加えてコイルスプリング２７１の弾性復元力が作用する。この結果、バイパスピストン２７０が変位され、パイパス圧ＦＰ３が調圧される。パイパス圧ＦＰ３は、スプール２３の両端に作用される。スプール２３の変位や上述した液圧ＦＰ１〜ＦＰ４がバランスすることで、液圧ＦＰ１に対して液圧ＦＰ２が安定する。一定の差圧（ＦＰ２−ＦＰ１）が維持され、スプール２３の位置に応じた燃料ＦＵが計量される。
【００２７】
なお、ここでは、「第二検出器」である圧力センサ２８は「第二動作状態値」として液圧ＯＰ１を検出した。しかし、サーボ弁１１の「第二動作状態値」として潤滑油の温度を用いることも考えられ、このような場合は、潤滑油の温度を検出する温度センサが「第二検出器」として設けられる。
【００２８】
さらに、上述した第一回転数センサ１３は、「制御対象装置」であるガスタービン１の動作状態を示す「第三動作状態値」としてガスジェネレータ２の回転数を検出する「第二検出器」である。ここで、「第二検出器」は、「第二動作状態値」又は「第三動作状態値」を検出する検出器である。従って、ここでの「第二検出器」は、「第三動作状態値」としてガスジェネレータ２の回転数を検出する。しかし、「第三動作状態値」として低圧タービン７の回転数を検出する第二回転数センサ１４が「第二検出器」であってもよい。
【００２９】
なお、燃料供給源１０の供給ポンプは、電動ポンプの場合もあるが、高圧タービン軸（ガスジェネレータ軸）６の回転を利用する機械式ポンプの場合もある。この場合、燃料ＦＵのサーボ弁１１への供給圧（液圧ＦＰ１）は、ガスジェネレータ２（ガスジェネレータ軸６）の回転数の影響を受ける。また、燃料ＦＵの燃焼器４への供給圧（液圧ＦＰ２）も液圧ＦＰ１の影響を受けるため、液圧ＦＰ２もガスジェネレータ２の回転数の影響を受ける。燃料ＦＵの燃焼器４への供給圧（液圧ＦＰ２）はその供給流量にも影響する。従って、これらの値の間の相関は高い。
【００３０】
次に、上述したサーボ弁１１を制御するための、二重化されたサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂについて説明する。ここで、実施形態を説明する前に、実施形態をより理解し易くするために、まず比較例について図３を参照しつつ説明する。ただし、後述する実施形態（第１及び第２実施形態）と同一又は同等の構成に対しては同一の符号を付してある。
【００３１】
二重化されたサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂは、それぞれ同じ制御ロジックを有しているので、主としてサーボ制御部１５Ａを例に説明する。なお、図３では、第一サーボ制御部１５Ａ（制御アクティブ側）によって制御が行われており、第二サーボ制御部１５Ｂ（制御スタンバイ側）へと制御が切り換えられる前の状態を示している。サーボ制御部１５Ａは、サーボ弁１１と共に閉ループシステムを備えるサーボ機構を構築している。具体的には、サーボ弁１１のアクチュエータ、即ち、スプール２３の変位に基づくフィードバック制御が行われている。
【００３２】
また、サーボ制御部１５Ａは、サーボ弁１１の制御対象値（即ち、トルクモータ１７の制御電流値）を比例積分（ＰＩ）制御する。まず、スプール２３の（変位）位置参照値Ａが入力される。位置参照値Ａは、ガスタービン１の出力指令に応じて、制御部１２によってさらに上流で算出された値であり、ガスジェネレータ２の回転数と相関がある。この位置参照値Ａに、ＬＶＤＴ２５で実際に検出されたスプール２３の位置がフィードバック値Ｂとしてフィードバックされる。
【００３３】
位置参照値Ａとフィードバック値Ｂとの偏差が求められる。求められた偏差、即ち、サーボ弁１１の開度の偏差は、トルクモータ１７の指令電流値に変換され、後述するＰＩ制御は電流値に基づいて行われる。次に、求められた偏差（変換された電流値）に基づいて、Ｃ部で比例成分が算出され（ＫＰは比例ゲインを示している）、Ｄ部及びＥ部で積分成分が算出されている（ＫＩが積分ゲインを示しており、Δｔが演算周期を示している）。Ｅ部は積分が行なわれていることを示している。アクティブスタンバイスイッチ２９Ａ及び２９Ｂは、サーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂの制御切換時にオンからオフ（又は、オフからオン）に切り換えられるスイッチである。ここでは第一サーボ制御部１５Ａがアクティブ側であるため、第一サーボ制御部１５Ａのアクティブスタンバイスイッチ２９Ａ及び２９Ｂは何れもオンとなっている（図３に示される状態）。
【００３４】
即ち、アクティブ側の第一サーボ制御部１５Ａの積分器Ｅのアクティブスタンバイスイッチ２９Ａはオンであり、積分成分が更新し続けられている。これに対して、スタンバイ側の第二サーボ制御部１５Ｂでは、積分器Ｅに常に「０」が入力されており、積分成分の更新は行われていない。比例成分および積分成分は加え合わされ、さらに、上述したナルシフトの零点補正値Ｆ（Ｉｎｕｌｌ０：固定値）が加え合わされて、トルクモータ１７（コイル１８）への電流値として出力される。
【００３５】
ここで、サーボ弁のトルクモータへの電流と計量バルブ（アクチュエータ）の速度との間には、一般的に、図４に示されるような電流−計量バルブ速度特性がある。図４中のＩｎｕｌｌがナル電流であり、トルクモータにＩｎｕｌｌが供給されると、計量バルブのスプールは停止状態（速度＝零）となる。また、上述したように、この電流−計量バルブ速度特性（即ち、Ｉｎｕｌｌ）は、サーボ弁の作動条件又は環境条件が変化すれば変わる。制御部１２は、燃料流量、即ち、計量バルブの開度を制御する際には、このＩｎｕｌｌを考慮に入れてサーボ弁（トルクモータ）への入力電流を制御する（零点補正）。
【００３６】
この比較例の場合、零点補正値Ｆ（Ｉｎｕｌｌ０）が固定値として設定されるため、上述したようにサーボ弁１１の作動条件又は環境条件が変化すると、零点補正値Ｆが適切な値ではない場合が生じる。しかし、この場合でも、ＰＩ制御の積分成分によって補正されれば、位置参照値Ａとフィードバック値Ｂがいずれ一致されるようにはなる。しかし、切り換え直後は位置参照値Ａとフィードバック値Ｂとの偏差が大きくなるので、さらに円滑に切り換えられることが望まれる。なお、ガスタービン１が定常状態で動作している場合であれば、比例成分はほぼ０である。
【００３７】
制御部１２はガスタービン１（サーボ弁１１）の動作状態を常に監視しており、アクティブ側の第一サーボ制御部１５Ａの制御に異常があると判断した場合は、その制御切換部１６によって制御をスタンバイ側の第二サーボ制御部１５Ｂに切り換える。例えば、例えば、トルクモータ１７の断線若しくは短絡を検出した場合、又は、サーボ弁１１の開度信号（即ち、スプール２３の変位を示すＬＶＤＴ２５の検出値）が所定範囲外である場合に、異常があると判断される。
【００３８】
第一サーボ制御部１５Ａから第二サーボ制御部１５Ｂへの切り換えは、具体的には、制御切換部１６が、第一サーボ制御部１５Ａのアクティブスタンバイスイッチ２９Ａ及び２９Ｂをオフにし、第二サーボ制御部１５Ｂのアクティブスタンバイスイッチ２９Ａ及び２９Ｂをオンにする。なお、制御切換部１６は手動操作されてもよい。この比較例でこのような切り換えが行われた場合、上述したように第二サーボ制御部１５Ｂでは積分成分が更新されていない。このため、切り換え直後の第二サーボ制御部１５Ｂによる制御では、積分成分が十分に更新されるまでは制御が安定しない。
【００３９】
次に、円滑に切り換えを行うことで切り換え直後でも制御を安定させることのできる第１実施形態について図５を参照しつつ説明する。本実施形態では、上述した比較例の零点補正値Ｆ（Ｉｎｕｌｌ０：固定値）に代えて、第一動作状態値（スプール２３の変位）、第二動作状態値（サーボ弁１１の作動液体の液圧ＯＰ１）又は第三動作状態値（ガスジェネレータ２の回転数）と零点補正値Ｇとの相関関係を示す相関テーブル（図６参照）を用いて、零点補正が行われる。
【００４０】
図６に示される相関テーブルは、実測（実験）によって予め作成されている。なお、相関テーブルは、ガスタービン１又はサーボ弁１１の諸元（寸法等）等に基づくシミュレーションによって予め作成されてもよい。ここでは、切り換え時の第一、第二又は第三動作状態値から零点補正値Ｇ（Ｉｎｕｌｌ０：第一、第二又は第三動作状態値の関数）が決定される。第一、第二又は第三動作状態値は、予め零点補正値Ｇとの相関が整合されているので、このような零点補正値Ｇを用いて零点補正を行うことで、二重化されたサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂの切り換え時に円滑に制御を切り換えることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、サーボ機器がサーボ弁１１であり、制御対象値がサーボ弁１１のトルクモータ１７の電流値である。サーボ弁１１がトルクモータ１７を有するフラッパ型電気液圧サーボ弁であるので、ナルシフトの精密な制御が望まれるが、上述したような相関テーブルを用いて第一、第二又は第三動作状態値に基づいて正確に零点補正を行うことができる。この結果、円滑に制御を切り換えることができる。
【００４２】
ここで、相関テーブル（図６）が第一動作状態値と零点補正値Ｇとの相関関係を示している場合は、第一動作状態値（スプール２３の変位）のみに基づいて零点補正を行うことができる。即ち、この場合は、第一動作状態値以外のサーボ弁１１の動作状態を示す第二動作状態値、及び、サーボ弁１１の制御対象装置（ガスタービン１）の動作状態を示す第三動作状態値は、零点補正に用いられない。この結果、第一動作状態値（スプール２３の変位）のみに基づいて、零点補正を含めて円滑に制御を切り換えることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、上述した比較例と同様に、切り換え前のスタンバイ側の第二サーボ制御部１５Ｂでは、積分器Ｅに「０」が入力されて常にリセットされており積分成分の更新は行われていない。このため、異常が生じて切り換える前に異常が生じていたとしてもその状態に基づいてスタンバイ側の第二サーボ制御部１５Ｂの積分成分が更新されることはない。この結果、円滑に制御が切り換えられた後は、第二サーボ制御部１５Ｂによってサーボ弁１１が適切に制御される。
【００４４】
また、第一動作状態値（スプール２３の変位）と零点補正値Ｇとの相関関係を示す相関テーブルを用いる場合は、第三動作状態値（ガスジェネレータ２の回転数）と零点補正値Ｇとの相関関係を示す相関テーブルを用いるよりも次の利点がある。ガスジェネレータ２の回転数は、スプール２３の変位よりも応答性が低いので、スプール２３の変位と零点補正値Ｇとの相関テーブルを用いることにより、高応答性で円滑に制御を切り換えることができる。
【００４５】
さらにここで、本実施形態では、サーボ弁１１の制御対象装置がガスタービン１であり、サーボ弁１１がこのガスタービン１の燃料流量弁である。即ち、ガスタービン１の燃料流量弁（サーボ弁１１）の流量制御を円滑に切り換えることができ、ガスタービン１を途切れることなく円滑に継続して制御することができる。ガスタービン１が航空機エンジンとして用いられている場合は、飛行安定性上重要な利点となるし、ガスタービン１が発電用動力源として用いられている場合は、電力安定供給上重要な利点となる。このように、サーボ弁１１の制御対象装置であるガスタービン１を安定して運用することができる。
【００４６】
上述したように、第一回転数センサ１３（第二検出器）がガスタービン１のガスジェネレータ２の回転数を第三動作状態値として検出し、相関テーブルが第三動作状態値と零点補正値Ｇとの相関関係を示していてもよい。上述したように、サーボ弁１１のナルシフトがガスジェネレータ２の回転数と高い相関がある場合に有効であり、精度よく円滑に制御を切り換えることができる。
【００４７】
次に、第２実施形態について図７を参照しつつ説明する。上述した比較例（及び第１実施形態）では、スタンバイ側の第二サーボ制御部１５Ｂのアクティブスタンバイスイッチ２９Ａはオフにされており、積分器Ｅに「０」が入力されていた。これに対して、本実施形態では、スタンバイ側の第二サーボ制御部１５Ｂのアクティブスタンバイスイッチ２９Ａは中立（ニュートラル）にされており、オンにもオフにもされておらず、積分成分も更新されていない（図７中の実線参照）。あるいは、スタンバイ側の第二サーボ制御部１５Ｂでは、アクティブスタンバイスイッチ２９がオンにされているが、積分成分の演算を停止するように構成されていてもよい。
【００４８】
しかし、アクティブスタンバイスイッチ２９Ａは切り換え直後にのみオフ（初回値適用モード：図７中の点線参照）とされ、切り換え直後の積分成分の初回演算時には、第一動作状態値（スプール２３の変位）、第二動作状態値（サーボ弁１１の作動液体の液圧ＯＰ１）又は第三動作状態値（ガスジェネレータ２の回転数）と零点補正値Ｈとの相関関係を示す相関テーブル（図８参照）を用いて零点補正が行われる。本実施形態では、相関テーブルから求められる零点補正値Ｈ（ΔＩｎｕｌｌ：第一、第二又は第三動作状態値の関数）は積分成分の初回演算にしか用いられず、その後はアクティブスタンバイスイッチ２９Ａはオン（通常更新モード）とされる。
【００４９】
また、本実施形態では、零点補正値Ｆ（Ｉｎｕｌｌ０：固定値）も用いられる。即ち、零点補正値（Ｆ＋Ｈ）で零点補正が行われるとも言える。ただし、上述したように、零点補正値Ｈ（ΔＩｎｕｌｌ）が用いられるのは、積分成分の初回演算時のみである。図８に示される相関テーブルは、図６に示される相関テーブルの横軸を、零点補正値Ｆ（Ｉｎｕｌｌ０：固定値）だけ上側にシフトしたものとみなすことができる。
【００５０】
この相関テーブルも、実測（実験）によって予め作成されている。なお、相関テーブルは、ガスタービン１又はサーボ弁１１の諸元（寸法等）等に基づくシミュレーションによって予め作成されてもよい。また、実測でなくシミュレーションなどによって予め作成されてもよい。ここでは、切り換え時の第一、第二又は第三動作状態値から零点補正値Ｈ（ΔＩｎｕｌｌ：第一、第二又は第三動作状態値の関数）が決定される。第一、第二又は第三動作状態値は、予め零点補正値Ｈとの相関が整合されているので、このような零点補正値Ｈ（＋Ｆ）を用いて零点補正を行うことで、二重化されたサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂの切り換え時に円滑に制御を切り換えることができる。
【００５１】
特に、本実施形態では、相関テーブル（図８）は切り換え直後の積分成分の初回演算時にしか用いられない。このため、相関テーブルから零点補正値Ｈを算出するための第一動作状態値（スプール２３の変位）を検出する第一検出器（ＬＶＤＴ２５）、第二動作状態値（サーボ弁１１の作動液体の液圧ＯＰ１）を検出する第二検出器（圧力センサ２８）又は第三動作状態値（ガスジェネレータ２の回転数）を検出する第二検出器（第一回転数センサ１３）が切り換え時にのみ正確な値を検出できれば、円滑な切り換えを行うことができる。
【００５２】
例えば、第一検出器又は第二検出器の調子が悪く、これが原因でサーボ制御部１５Ａからサーボ制御部１５Ｂへの切り換えを行う場合、切り換え時に正確な値を検出できれば円滑な切り換えを行うことができる。この際、上述した第１実施形態と異なり、調子の悪い第一検出器又は第二検出器によって検出される動作状態値に基づいてその後の零点補正（図５の零点補正値Ｇを参照）が行われることはない。この点は第１実施形態に対する第２実施形態の利点の一つである。
【００５３】
また、本実施形態では、サーボ機器がサーボ弁１１であり、制御対象値がサーボ弁１１のトルクモータ１７の電流値である。サーボ弁１１がトルクモータ１７を有するフラッパ型電気液圧サーボ弁であるのでナルシフトの精密な制御が望まれるが、上述したような相関テーブルを用いて第一、第二又は第三動作状態値に基づいて正確に零点補正を行うことができる。この結果、円滑に制御を切り換えることができる。
【００５４】
ここで、相関テーブル（図８）が第一動作状態値と零点補正値Ｈとの相関関係を示している場合は、第一動作状態値（スプール２３の変位）のみに基づいて零点補正を行うことができる。即ち、この場合は、第一動作状態値以外のサーボ弁１１の動作状態を示す第二動作状態値、及び、サーボ弁１１の制御対象装置（ガスタービン１）の動作状態を示す第三動作状態値は、零点補正に用いられない。この結果、第一動作状態値（スプール２３の変位）のみに基づいて、零点補正を含めて円滑に制御を切り換えることができる。
【００５５】
なお、第一動作状態値（スプール２３の変位）と零点補正値Ｈとの相関関係相を示す相関テーブルを用いる場合は、第三動作状態値（ガスジェネレータ２の回転数）と零点補正値Ｇとの相関関係を示す相関テーブルを用いるよりも次の利点がある。ガスジェネレータ２の回転数は、スプール２３の変位よりも応答性が低いので、スプール２３の変位と零点補正値Ｈとの相関テーブルを用いることにより、高応答性で円滑に制御を切り換えることができる。
【００５６】
さらにここで、本実施形態では、サーボ弁１１の制御対象装置がガスタービン１であり、サーボ弁１１がこのガスタービン１の燃料流量弁である。即ち、ガスタービン１の燃料流量弁（サーボ弁１１）の流量制御を円滑に切り換えることができ、ガスタービン１を途切れることなく円滑に継続して制御することができる。ガスタービン１が航空機エンジンとして用いられている場合は、飛行安定性上重要な利点となるし、ガスタービン１が発電用動力源として用いられている場合は、電力安定供給上重要な利点となる。このように、サーボ弁１１の制御対象装置であるガスタービン１を安定して運用することができる。
【００５７】
上述したように、第一回転数センサ１３（第二検出器）がガスタービン１のガスジェネレータ２の回転数を第三動作状態値として検出し、相関テーブルが第三動作状態値と零点補正値Ｈとの相関関係を示していてもよい。上述したように、サーボ弁１１のナルシフトがガスジェネレータ２の回転数と高い相関がある場合に有効であり、精度よく円滑に制御を切り換えることができる。
【００５８】
なお、本開示の二重化制御装置は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では、二重化されたサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂを、特にサーボ制御の積分成分を考慮して円滑に切り換えを行う。上述した実施形態では比例成分に加えて積分成分を用いた制御（比例積分［ＰＩ］制御）が行われたが、本開示の二重化制御装置は、比例成分及び積分成分だけでなく微分成分も用いる制御（比例積分微分［ＰＩＤ］制御）が行われる場合にも適用できる。
【００５９】
また、上記実施形態では、サーボ機器がサーボ弁１１であったが、サーボ機器はサーボ弁に限定されない。また、上記実施形態では、サーボ機器を用いて制御される制御対象装置がガスタービン１であったが、制御対象装置はガスタービンに限定されない。
【００６０】
また、上記実施形態における相関テーブルは、第一、第二又は第三動作状態値と零点補正値との二次元相関テーブルであった。相関テーブルはこのように少なくとも二次元であればよいが、第一及び第二動作状態値と零点補正値との三次元相関テーブル、第一、第二及び第三動作状態値と零点補正値との四次元相関テーブル等の多次元相関テーブルであってもよい。また、多次元相関テーブルの場合、少なくとも、第一、第二及び第三動作状態値の少なくとも一つと零点補正値とが含まれていれば、その他の相関パラメータが含まれていてもよい。
【００６１】
また、上述した実施形態では、「第二動作状態値」はトルクモータ１７の作動液体（潤滑油）の圧力だったが、トルクモータ１７の作動液体（潤滑油）の温度でもよい。ここで、上述した実施形態では、トルクモータ１７の作動液体はガスタービン１に用いられる潤滑油であったが、燃料ＦＵを用いることも可能である（この場合、図２に示される回路構成は異なるものとなる）。
【００６２】
また、本開示の二重化制御装置は、二重化されたサーボ制御部１５Ａ及び１５Ｂを備えていた。しかし、二重化制御装置は、三重化以上の多重化されたサーボ制御部を備えていてもよく、少なくともそのうちの二つのサーボ制御部が上述したように二重化されていればよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  ガスタービン（制御対象装置）
２  ガスジェネレータ
３  圧縮機
４  燃焼器
５  高圧タービン
６  高圧タービン軸（ガスジェネレータ軸）
７  低圧タービン
８  負荷
９  低圧タービン軸
１０  燃料供給源
１１  サーボ弁（サーボ機器）
１２  制御部
１３  第一回転数センサ（第二検出器）
１４  第二回転数センサ
１５Ａ  第一サーボ制御部
１５Ｂ  第二サーボ制御部
１６  制御切換部
１７  トルクモータ
２５  ＬＶＤＴ（第一検出器）
２８  圧力センサ（第二検出器）
【図１】
2020064387.tif 000003
【図２】
2020064387.tif 000004
【図３】
2020064387.tif 000005
【図４】
2020064387.tif 000006
【図５】
2020064387.tif 000007
【図６】
2020064387.tif 000008
【図７】
2020064387.tif 000009
【図８】
2020064387.tif 000010