(57)【要約】【課題】センサが故障したとき、またはセンサからの信号が、他のセンサによって生成された信号から値がドリフトしてずれて行くとき、複数のセンサからの信号に基づきシステムの動作を制御するシステムが動作できるようにする。【解決手段】この方法は、複数のセンサの各々からパラメータを表すセンサ信号を受け取るステップ（１２）と、パラメータを表す前記センサ信号の各々をセンサ信号の期待値と比較することに基づいて、パラメータを表すセンサ信号の各々の信頼度を与えるステップ（１４）と、その対応する信頼度によって重み付けされたパラメータを表す前記センサ信号の重み付き平均を確定するステップ（２２）を含む。【選択図】図１
2006105981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御システム２８であって、
各センサが少なくとも１つの物理的パラメータを検出し、前記物理的パラメータを表す信号を生成するように動作可能な、複数のセンサ３２、３３と、
前記複数のセンサ３２、３３に通信可能なように接続され、前記複数のセンサ３２、３３からの各信号の信頼度を確定し、前記センサ信号の重み付き平均を確定するように動作可能な、制御ユニット４０とを備え、
各前記センサ信号が、そのそれぞれの信頼度によって重み付けされる、制御システム。
【請求項２】
前記制御ユニット４０が、各センサ信号を受け取り、各センサ信号の対応する信頼度を確定するように動作可能である、請求項１記載の制御システム。
【請求項３】
各信頼度が、各センサからの前記信号の実際の値を各センサからの前記信号の期待値と比較することによって確定される、請求項１記載の制御システム。
【請求項４】
前記制御ユニット４０が、そのそれぞれの信頼度によって各前記センサ信号を重み付けするように動作可能である、請求項１記載の制御システム。
【請求項５】
そのそれぞれの信頼度が所望の信頼度より低いとき、前記制御ユニット４０が、特定のセンサ信号を排除するように動作可能な、請求項４記載の制御システム。
【請求項６】
パラメータをモニタする方法であって、
複数のセンサの各々からパラメータを表すセンサ信号を受け取るステップ１２と、
パラメータを表す前記センサ信号の各々をセンサ信号の期待値と比較することに基づいて、パラメータを表すセンサ信号の各々の信頼度を与えるステップ１４と、
その対応する信頼度によって重み付けされたパラメータを表す前記センサ信号の重み付き平均を確定するステップとを含む、方法。
【請求項７】
各センサ信号の前記対応する信頼度を計算するステップが、複数のセンサ特性に基づいて実施される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
各センサ信号の前記対応する信頼度を計算するステップが、センサの期待値に基づいて実施される、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記センサの状態を表す適応パラメータを決定するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
現在のステップにおけるセンサの期待値と、現在のステップにおける実際のセンサ値の重み付き平均と、前記センサの状態を表す適応パラメータとに基づいて、次のステップにおけるセンサの期待値を決定するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に制御システムに関し、詳細には、制御システムにおいてセンサを検証し、複数のセンサからの信号を融合するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサまたは検出器は、熱、光、音、圧力、磁気、電場または特定の運動など物理的な刺激に応答し、その物理的刺激に応答した物理的刺激を表す信号を送信するように動作可能な、デバイスである。その信号は、測定および／またはシステムの制御の目的のために、使用することができる。いくつかのタイプのセンサは、たとえば水銀温度計のように直接表示される。他のタイプのセンサは、表示器と組み合わせることができ、したがって物理的刺激を表す信号は、理解できる形になっている。
【０００３】
通常、制御システムは、装置またはシステムの動作を制御するために、１個のセンサからの信号を使用する。たとえば、空調機は、その空調機の動作を制御するために、サーモスタットを使用することができる。サーモスタットは、所望の温度に設定することができる。サーモスタットは、実際の温度を検知するためのセンサも有する。実際の温度が、所望の温度より高いとき、サーモスタットは、冷却して実際の温度を所望の温度より低くするように、空調機に指示を与える。それとは逆に、実際の温度が、所望の温度より低いとき、サーモスタットは、冷却を停止するように、空調機に指示する。
【０００４】
しかし、他の制御システムは、複数のセンサからの信号を使用して、装置またはシステムの動作を制御する。様々なスキームを使用して、複数のセンサから信号を受け取るシステムの動作を制御することができる。たとえば、システムは、制御パラメータの最大値を表す１個のセンサに基づき、システムを制御するように構成することができる。上記で与えた例では、空調機は、いくつかの温度センサから入力を供給され、そのなかの最高温度に対応する信号を出力する温度センサを使用して、空調機の動作を制御することができるはずである。あるいは、制御システムは、平均値を確定し、その平均値を使用してシステムを制御することができるはずである。
【０００５】
なお、これらの制御の方法のそれぞれに関しては、いくつかの問題がある。たとえば、これらの制御スキームは、センサが故障時、正しくシステムを制御しない恐れがある。いくつかのセンサは、高い方に故障することがある。すなわち、センサは、センサ故障時、実際のパラメータ値より大きいパラメータ値を表す信号を出力する。このシナリオでは、センサが生成した最大信号を使用する制御スキームは、結果として、故障センサからの信号を使用して、システムを制御することになるはずである。さらに、信号を平均化するシステムは、実際の値より大きい平均値に基づき、システムを制御することにもなる。同様に、センサは、低い方に故障することがある。すなわち、センサは、センサ故障時、実際のパラメータ値より低いパラメータ値を表す信号を生成する、またはまったく信号を発生しない。低い方に故障したセンサは、制御にはより低い平均値を生成することになる。さらに、センサからの信号は、時間の経過によってドリフトし、またはノイズの影響を受けることがある。すべてのこれらの状況から、制御システムは、誤ったパラメータ値を使用して、システムの動作を制御することにもなり得る。その結果、制御システムは、センサからの誤った信号に基づき、制御機能を起動する恐れがある。
【特許文献１】米国特許第６，８１６，８１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、上記で述べたスキームの欠陥がなく、複数のセンサを使用したシステムの動作の制御を可能にする、改良された技術が、求められる。より具体的には、センサが故障したとき、またはセンサからの信号が、他のセンサによって生成された信号から値がドリフトしてずれて行くとき、複数のセンサからの信号に基づきシステムの動作を制御するシステムが動作できるようにする、技術が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の一態様によれば、制御システムは、少なくとも１つの物理的パラメータを検出し、その物理的パラメータを表す信号を生成するように動作可能な、複数のセンサを含む。さらに、制御システムは、その複数のセンサに通信可能なように結合された制御ユニットを含む。制御ユニットは、複数のセンサからの信号毎に信頼度を確定し、センサ信号の重みを付けた平均値を確定するように動作可能であり、各センサの信号は、その個々の信頼度によって重み付けされる。
【０００８】
本技術の他の態様によれば、ガスタービンが、その内で空気と燃料の燃焼を行うように動作可能な、燃焼器を含む。ガスタービンは、複数のセンサと、燃料コントローラと、制御システムとをさらに含むことができる。複数のセンサの中の各センサは、燃焼器内部の動圧を表す信号を送信するように動作可能である。燃料コントローラは、燃焼器への燃料流量を制御するように動作可能である。燃料コントローラは、その信号の個々の信頼度によって重み付けされた燃焼器内部の動圧を表す信号の平均値に基づき、燃焼器への燃料流量を制御する。
【０００９】
本技術の他の態様によれば、物理的パラメータをモニタするための方法が、提供される。この方法は、複数のセンサそれぞれから、パラメータを表すセンサ信号を受け取るステップを含む。この方法は、パラメータを表すセンサ信号それぞれをセンサ信号の期待値と比較することに基づき、パラメータを表すセンサ信号毎に信頼度を与えるステップをさらに含む。この方法は、センサの対応する信頼度によって重み付けされたパラメータを表すセンサ信号の、重みを付けた平均値を確定するステップをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照したとき、よりよく理解されることになる。図面では、同じ文字は、図面すべてを通して同じ構成要素を表す。
【００１１】
全体的に、図１を参照すると、センサ信号を検証し、そのセンサ信号を融合して制御システムにおいて使用するための方法が、全体的に参照番号１０で表され、示されている。方法１０は、ブロック１２で示すように、複数のセンサそれぞれからセンサ信号を受け取るステップを含む。センサは、物理的パラメータを検出し、その物理的パラメータの値に対応する信号を生成するように、使用可能である。この方法は、ブロック１４で示すように、センサ信号値それぞれを対応するセンサ信号の期待値と比較するステップも含む。さらに、この方法は、ブロック１６で示すように、センサ信号値とそれに対応するセンサ信号の期待値との比較に基づいて、センサ信号値毎に対応する信頼度を確定するステップを含む。そのセンサ信号の期待値からのセンサ信号値の偏差が大きい場合、低い信頼度がそのセンサ信号に与えられる。センサ信号の期待値からのセンサ信号値の偏差が小さい場合、高い信頼度がそのセンサ信号に与えられる。この方法は、ブロック１８で示すように、センサ信号を融合するステップも含む。センサ信号の融合は、重み付けされたセンサ信号の平均値を確定することによって達成され、センサ信号は、その信号に対応する信頼度によって重み付けされる。
【００１２】
説明する方法は、ブロック２０で示すように、融合したセンサ信号を使用して、装置またはシステムを制御するステップも含む。この方法は、ブロック２２で示すように、融合したセンサ信号を使用して制御システムの状態を算定し、それによって後続のセンサ検証および融合のステップを実施するために、パラメータの期待値を予測するステップも含む。このプロセスは、上記で述べたように、すべての後続のステップのために、繰り返される。
【００１３】
この方法は、センサ信号の信頼度に基づきそのセンサ信号を合格または不合格にし、ブロック２４で示すように、センサ信号が、閾値の信頼度より低いとき、センサ融合からそのセンサ信号を切り離すステップも含む。この方法は、ブロック２６に示すように、センサの信号が、信頼度が低いため、不合格のとき、故障センサを明示するステップも含む。
【００１４】
ここで図２を参照すると、上記に述べた技術を使用してセンサ検証および融合を行う制御システムが、全体的に参照番号２８で表され、示されている。制御システム２８は、様々な制御システムの用途で使用することができる。説明する実施形態では、制御システム２８を使用して、ガスタービンエンジン３０中の動圧を制御する。ガスタービンエンジン３０は、空気および燃料の混合ガスの燃焼を実施するように動作可能な燃焼器３１を含む。燃焼器３１内部の空気および燃料の混合ガスの燃焼によって、燃焼器内部に交互に変化する、または動的な圧力が、発生することになる恐れがある。この動的な圧力は、燃焼器の音響またはダイナミクスとして称される。燃焼器の音響振幅が高いことによって、燃焼器および他のガスタービンエンジンのハードウェアを損傷させることができる交互に変化する機械的ストレスのレベルが生じる恐れがしばしばある。燃焼器の音響は、各燃焼器リング（この実施形態では、２または３リング環状燃焼器）中での局所の空気対燃料比、エンジン負荷および様々な他のガスタービンのパラメータに関して非線形である。制御システム２８は、燃焼器の音響を測定し、音響値の所定の閾値を超える燃焼器の音響を抑制して、それによって燃焼器の音響を音響の所定の閾値より低く維持するように、使用可能である。提案する方法が、１個または複数の燃焼器リングを含む環状燃焼器の文脈で説明されているが、その提案する方法は、どのようなタイプの燃焼器、たとえば別々の燃焼器チャンバを有する環状燃焼器に対する、複数のセンサを使用する音響検知および制御に適用することができる。実際、上記で述べた方法は、複数のセンサを有し、そのセンサを使用してシステムまたは装置の動作を制御する、どのようなシステムにも適用できる。
【００１５】
説明する実施形態では、制御システム２８は、燃焼器３１内の動圧を表す信号（ＰＸ３６Ａ）を生成するように動作可能な第１の圧力センサ３２と、燃焼器３１内の動圧を表す信号（ＰＸ３６Ｂ）を生成するように動作可能な第２の圧力センサ３３とを含む。複数の燃焼器動圧センサを制御システム２８中で使用して、信頼性および精度を得る。この実施形態では、センサ３２および３３（ＰＸ３６Ａ、ＰＸ３６Ｂ）からの信号は、１個の信号に融合される。しかし、第１のセンサ３２などセンサの一方が故障した、または信号値の信頼度が閾値より低下した場合、そのセンサからの信号を捨てて、第２のセンサ３３など他のセンサからの信号と融合しない。
【００１６】
制御システム２８は、第１のセンサ３２に結合された１個のチャージ増幅器３４と、第２のセンサ３３に結合された第２のチャージ増幅器３６も含む。圧力センサ３２、３３は、チャージ増幅器３４、３６および帯域通過フィルタ３８を介して制御ユニット４０に結合される。チャージ増幅器３４、３６は、圧力センサの高出力インピーダンスを調節して低インピーダンスの電圧に変換するように動作可能である。帯域通過フィルタ３８は、圧力センサが検知した信号の所望の周波数範囲を、制御ユニット４０へ通過させるために設けられる。通常、帯域通過フィルタは、より低い周波数領域中のＤＣオフセットおよび電気的ノイズをフィルタリングして除去し、ならびに対象の領域、本応用では１０００Ｈｚを超える高周波数をフィルタリングして除去する。
【００１７】
当業者は分かるように、制御ユニット４０は、通常、センサ信号（ＰＸ３６Ａ（ｋ）、ＰＸ３６Ｂ（ｋ）：ただしｋは、ｋ番目のサンプル時にサンプルされた信号を表す）の制御ユニット４０による処理を可能にする、ハードウェア回路およびソフトウェアを含むことができる。制御ユニット４０は、マイクロプロセッサ、プログラム可能なロジックコントローラ、ロジックモジュール、その他種々のものなど様々な回路タイプを含むことができる。説明する実施形態では、制御ユニット４０は、信頼度推定モジュール４２と、制御ユニットによる融合信号の確定を可能にするためのセンサ融合モジュール４４とを含む。制御ユニット４０は、融合した音響信号を使用し、音響を引き下げることになるはずの所望のリング炎温度を計算するように、炎温度制御ユニット４８に指示を与える、拡張／非拡張音響防止ロジックモジュール４６も含む。次に、この炎温度制御ユニット４８は、融合信号に応答して、燃焼器リングへの燃料配給を変更するように燃料流量制御ユニット５０に命令を与え、それによって所望のリング炎温度を達成し、燃焼器３１中の動圧を低下させる。しかし、他の音響防止モジュールを使用することもできる。
【００１８】
制御ユニット４０は、センサの状態を表す適応パラメータを推定するためのモジュール５２と、後続の検証および融合のステップのために、パラメータの期待値を推定するためのモジュール５４と、予測子利得、ならびに次の時間ステップにおける信頼度を確定する際に使用する単位遅延ブロック５６とをさらに含む。最後に、制御ユニット４０は、センサ３２、３３からの不良信号を排除するためのセンサ排除ロジックモジュール５８と、センサ故障時、それを表示するための故障センサ表示器６０とをさらに含む。
【００１９】
全体的に図３を参照すると、ガウス分布またはベル状分布を有した信頼度カーブの例が、全体的に参照番号６２で表され、示されている。信頼度推定モジュール４２は、センサ（ＰＸ３６Ａ（ｋ）、ＰＸ３６Ｂ（ｋ））から信号を受け取り、その信号を対応する信頼度カーブ６２と比較する。信頼度推定モジュールは、音響の期待値、センサ特性およびセンサの物理的限界に基づき、各センサ信号に信頼度（σＡ（ｋ）、σＢ（ｋ））を与える。信頼度は、センサが１モニタリングステップ中に受けることがあるはずの、物理的に可能な変化を表す検証ゲート（ｖ）の範囲内で、与えられる。センサの物理的変化が、検証ゲートを超えた場合、センサの検知された読取値は、不正と見なされる。さらに、カーブの中心（ｃ）におけるピークからのセンサ読取値の偏差がより大きい場合、信頼度は、そのセンサ読取値に対してより低く与えられる。
【００２０】
図３に示すようなガウス分布またはベル状分布の信頼度カーブでは、信頼度（σ）は、以下のように決定される。
｜ＰＸ３６ｉ（ｋ）−ＰＸ３６ｐ（ｋ）｜＞ｖ／２（ｋ）の場合        （１）
σｉ＝０、
他の場合、
【００２１】
【数１】
2006105981.tif 000003
【００２２】
ここで、
ｃ＝ＰＸ３６ｐ（ｋ）は、ｋ番目の期待読取値
「ｖ（ｋ）」は、ｋ番目の読取値とｃの間の差に対する検証ゲート
「ａ」は、信頼度カーブの形状を制御するパラメータ
「ｉ」は、センサ番号（ここではＡまたはＢ）
σＡおよびσＢが、ともに０．１より小さい場合、σＡおよびσＢは、０．１と見なされる。上記で述べたガウス分布の信頼度カーブに加えて、他の分布によるカーブを使用して、信頼度を計算することもできる。全体的に図４を参照すると、三角形信頼度カーブが、全体的に参照番号６４で表され、示されている。三角形分布のカーブの利点は、精度に影響を及ぼさず実行するために、計算資源を比較的より少なく利用する点である。三角形分布カーブについては、信頼度（σ）は、以下のように定義される。
｜ＰＸ３６ｉ（ｋ）−ＰＸ３６ｐ（ｋ）｜＞ｖ／２（ｋ）の場合        （２）
σｉ＝０、
他の場合、
【００２３】
【数２】
2006105981.tif 000004
【００２４】
、ただし、ＰＸ３６ｉ（ｋ）＜＝ｃ；
および、
【００２５】
【数３】
2006105981.tif 000005
【００２６】
、ただし、ＰＸ３６ｉ（ｋ）＞ｃ；
ここで、
ｃ＝ＰＸ３６ｐ（ｋ）は、ｋ番目の期待読取値
ｖ（ｋ）は、ｋ番目の読取値とｃの間の差に対する検証ゲート
「ａ」は、分布カーブの形状を制御するパラメータ
「ｉ」は、センサ（ＡまたはＢ）
σＡおよびσＢがともに０．１より小さい場合は、σＡおよびσＢは、０．１と見なす。
【００２７】
再び図２を参照すると、センサ融合モジュール４４は、センサに対応する信頼度によって、センサ信号に重みを付ける。センサ融合モジュールの出力は、それぞれの信頼度によって重み付けされたセンサ読取値の融合値であり、数学的に以下のように表される。
【００２８】
【数４】
2006105981.tif 000006
【００２９】
上記の式（３）では、分母に制約が置かれる、すなわち分母が、ゼロより小さいまたはそれと等しい場合、分母は、０．０１、またはゼロによる割り算を避けることになる所望の小さな有限の正の数字に等しいと見なされる。追加の制約が、融合された出力に置かれる、すなわち融合された出力が、センサ読取値の最大値より大きくならないようにする。さらに、以下でより詳細に議論するように、センサ信号は、その信頼度が閾値より低下したとき、排除される。音響噴出回避ロジックモジュール４６は、センサ融合モジュール４４の融合信号出力を受け取り、センサ融合モジュールのその融合出力を所定の音響閾値と比較してエラー値を生成するように、使用可能である。音響を制御するために燃料配給制御ユニット５０に命令を与えて、リング炎温度を設定する炎温度制御ユニット４８は、音響噴出回避ロジックモジュール（拡張または非拡張）４６に結合される。エラー値を受け取ったとき、炎温度制御ユニット４８は、その生成されたエラー信号に基づき、燃料流量制御ユニット５０への、所望のリング温度変化を表す信号を生成する。燃料流量制御ユニット５０は、炎温度制御ユニット４８から信号を受け取り、炎温度制御ユニット４８からの信号に基づき、燃焼器３１への燃料の配給を制御し、それによって確実に燃焼器３１内部で発生する動圧を低下させる。融合モジュール４４の出力を使用してシステムの状態を算定し、したがって制御ユニット４０が、次のモニタリングステップにおける信頼性が高いセンサ信号の期待値を生成することができ、それによって信頼性の高い信頼度が確定される。
【００３０】
パラメータαは、システム状態を表す適応パラメータであり、これを指数重み付け移動平均予測子中で利得として使用して、その後のモニタリングステップのために、音響の期待値（ＰＸ３６ｐ（ｋ＋１））を予測する。適応パラメータを有した時系列予測子を使用する動機は、平滑性、安定性および予測子対固定パラメータαの遅延を最大にすることである。適応パラメータは、制御システムの状態に基づき設定される。制御システムが安定状態である場合、第１の仕事は、制御システムのノイズ信号をフィルタリングすることである。制御システムが遷移状態である場合、第１の仕事は、制御システムの変化に追従することである。適応パラメータαは、制御システムの変化に従って適応できる。制御システムが遷移状態である場合、適応パラメータは、小さい値に設定され、制御システムが安定状態である場合、適応パラメータは、大きい値に設定される。
【００３１】
全体的に図５を参照すると、センサ読取値中のエラーは、メンバーシップ関数を使用してファジィ化されるのが、全体的に参照番号６６で表され、示されている。センサ読取値中のエラーは、以下の関係に従って決定される。
ｐｒｅｄ＿ｅｒｒｏｒ（ｋ）＝ＰＸ３６ｉ（ｋ）−ＰＸ３６ｐ（ｋ）
ここで、「ｉ」は、センサ（ＡまたはＢ）である。
センサ読取値と予測値の間の差が小さい場合、適応パラメータαは、大きい値に設定される。というのは、センサ読取値は、大きい信頼度を与えられるからである。制御システムは、安定状態モードになり、現在のモニタリングステップにおける予測値は、大きく重み付けされて、その後のモニタリングステップのための音響の期待値を予測する。センサ読取値と予測値の間の差が大きい場合、適応パラメータαは、小さい値に設定される。制御システムは、遷移状態モードになり、融合された出力値は、大きく重み付けされて、その後のモニタリングステップのための音響の期待値を予測する。
【００３２】
全体的に図６を参照すると、適応パラメータαについて定義された非ファジィ化メンバーシップ関数が、全体的に参照番号６８で表され、示されている。センサ読取値と期待値の間の差が小さい場合、適応パラメータαは、大きい値に設定される。センサ読取値と期待値の間の差が中程度である場合、適応パラメータαも、中程度の値に設定される。センサ読取値と期待値の間の差が大きい場合、適応パラメータαは、小さい値に設定される。適応パラメータαの変化は、上記で言及したファジィルールおよびセンサ読取値中のファジィ化されたエラーを使用する非ファジィ化によって、推定される。
【００３３】
説明する実施形態では、適応パラメータを更新するためのアルゴリズムは、以下で与えられる。
予測エラー：ｐｒｅｄ＿ｅｒｒｏｒ（ｋ）＝ＰＸ３６ｉ（ｋ）−ＰＸ３６ｐ（ｋ）
比例エラー：
【００３４】
【数５】
2006105981.tif 000007
【００３５】
メンバーシップ度は、以下のように計算される。
ＩＦ、ｐｒｏｐ＿ｅｒｒｏｒ（ｋ）＜ｍ＿ｅ；
小さいメンバーシップ関数度：
【００３６】
【数６】
2006105981.tif 000008
【００３７】
中程度のメンバーシップ関数度：
【００３８】
【数７】
2006105981.tif 000009
【００３９】
大きいメンバーシップ関数度：ｍｌ（ｋ）＝０；
ＥＬＳＥ；
小さいメンバーシップ関数度：ｍｓ（ｋ）＝０；
中程度のメンバーシップ関数度：
【００４０】
【数８】
2006105981.tif 000010
【００４１】
大きいメンバーシップ関数度：
【００４２】
【数９】
2006105981.tif 000011
【００４３】
適応パラメータは、以下のように計算される。
非ファジィ化成分（ｐｒｏｐ＿ａｌｐｈａ）は、次のように計算される。
【００４４】
【数１０】
2006105981.tif 000012
【００４５】
【数１１】
2006105981.tif 000013
【００４６】
ｙ３（ｋ）＝ｍｓ（ｋ）−ｍ＿ａｌｐｈａ×ｍｓ（ｋ）＋ｍ＿ａｌｐｈａ
予測子利得は、以下の関係に従って計算される。
【００４７】
【数１２】
2006105981.tif 000014
【００４８】
説明する実施形態では、予測子利得値は、０．９９と０．１の間に維持される。これらの限界は、それが適用されるセンサシステムに依存して、調整することができるはずである。後続のモニタリングステップのための検証ゲートは、以下の関係に従って計算される。
【００４９】
【数１３】
2006105981.tif 000015
【００５０】
検証ゲートは、関与するセンサシステムに依存して、適応させるまたは固定に保つことができる。検証ゲートを計算する適応モードでは、公式中の分子は、関与するセンサシステム特性に適合するように調整することができる。制御システムが安定状態モードで動作するとき、検証ゲートは、増加し、制御システムが遷移状態モードで動作するとき、検証ゲートは、減少する。前記で言及したように、適応パラメータは、制御システムが安定状態モードで動作するとき、一定に維持することもできる。適応パラメータは、予測子の動作に依存して、調節可能である。
【００５１】
後続のステップのために音響値を予測するためのモジュール５４は、現在のステップにおける音響の期待値に、現在のステップにおける融合された出力値に、および予測子利得値にも基づき、後続のステップのために音響の期待値を計算する。音響の期待値は、以下の関係に従って計算される。
ＰＸ３６ｐ（ｋ＋１）＝（α（ｋ）×ＰＸ３６ｐ（ｋ））＋（（１−α（ｋ））×ＰＸ３６ｆｕｓｅｄ（ｋ））
予測子または物理特性ベースのモデルの代替の形は、検知されたパラメータに依存して使用することもできる。後続のステップのための信頼度カーブの中心も、後続のステップための音響の期待値に基づき決定される。信頼度カーブの中心は、以下の関係に従って決定される。
ｃ（ｋ＋１）＝ＰＸ３６ｐ（ｋ＋１）
単位遅延ブロック５６は、モジュール５４から出力される信号を、１サンプリング周期だけ遅延させるために設けられる。説明する実施形態では、音響の期待値信号（ＰＸ３６ｐ（ｋ＋１））は、１サンプリング周期、すなわち（ＰＸ３６ｐ（ｋ））だけ遅延される。
【００５２】
全体的に図７および８を参照すると、センサの出力が所定の閾値の限界を超えて変移したとき、センサ融合モジュール４４は、センサ信号を無効にし、その無効にされたセンサ信号と他のセンサ信号を融合しない。図７に、時間にわたる代表的な信頼度、σＡまたはσＢいずれも、全体的に参照番号７０で表して、示す。センサ排除ロジックモジュール５８は、センサ出力の信頼度をモニタし、固定した期間（Ｔ）にわたる信頼度の平均値（σＡａｖｇ、σＢａｖｇ）を推定する。全体的に図８を参照すると、センサの信頼度の平均値σＡａｖｇまたはσＢａｖｇは、参照番号７２で示すヒステリシス窓を使用して評価し、それによってセンサ排除ロジックモジュール５８をイネーブルまたはディスエーブルするフラグを生成する。説明する実施形態では、センサの信頼度の平均値（σＡａｖｇまたはσＢａｖｇ）が、０．１、または調整可能な下側限界値より小さい場合、フラグ（ΦＯ＿ＡまたはΦＯ＿Ｂ）がイネーブルされて、融合からそれに対応するセンサが、排除される。両方のフラグは、同時に立てられることにはならないはずである。というのは、融合モジュールには、センサ出力の信頼度が、同時に０．１より低下しないようにする制約が課せられるからである。より低い信頼度を有したセンサが、融合から排除され、他のセンサが、排除されないで追従される。
【００５３】
排除されたセンサは、その排除されたセンサの信頼度が、増加したとき、融合に復帰させることができる。説明する実施形態では、センサの信頼度の平均値（σＡａｖｇまたはσＢａｖｇ）が、０．９より増加したとき、復帰フラグ（ΦＩ＿ＡまたはΦＩ＿Ｂ）が立てられる。復帰フラグ（ΦＩ＿ＡまたはΦＩ＿Ｂ）は、フラグ（ΦＯ＿ＡまたはΦＯ＿Ｂ）が立てられているときだけ、立てることができるという、追加の制約が、課せられる。この追加の制約によって、復帰フラグが、排除されていないセンサを復帰させることを、防止する。
【００５４】
他の実施形態では、低信頼度を有したセンサは、センサ排除ロジックモジュール５８によって排除されないようにすることができる。たとえば、一例では、１つのセンサのセンサ排除フラグが立てられて、他のセンサは、排除されずに、追従される。突然、追従されているセンサが、異常な動作を示し、その信頼度が０．１より低下する。そのような場合、センサ排除ロジックモジュールは、両方のセンサの排除フラグをリセットし、センサの読取値の融合を許可する。これによって、制御システムがセンサ情報を完全に失わないように、防止する。
【００５５】
説明する実施形態では、センサの読取値間の差が、所定の閾値の限界より低いとき、センサ排除ロジックモジュールは、ディスエーブルされる。これによって、センサが安定状態モードで動作するとき、計算要求が減少される。センサのどれかの信頼度が、一貫して０．１より低く、融合から排除されている場合、故障センサ表示器６０を使用して、対応するセンサの故障をフラグで合図する。センサの信頼度がともに０．１より低い状態に留まっており、センサの読取値が継続して融合されている場合、センサがともに故障していることを示す。上記で言及したいずれの場合でも、故障センサ表示器６０は、両方のセンサのフラグを立てて、操作員に調査するように促す。
【００５６】
従来の手法では、制御ユニットは、複数のセンサ読取値から最大値を選択し、燃焼器リング間の燃料配給（燃焼器リング炎温度）をその最大値に基づき調節し、それによって燃焼器内部の動圧を減少させる。センサは、誤って明確に大きな音響を表示する、またはノイジーになる、あるいは高い方に故障することがある。これによって、必要がない燃焼器への燃料供給の調節が行われることになり、燃焼器のシャットダウン頻度が増加する。これは、ガスタービンが不要にシャットダウンすることになり、発電所の効率を低下させる。これは、電力を供給するために使用される配電網に接続された商業の発電所の停止時間になるので、実質上収益の損失にも等しい。センサが音響を誤って高く示したことから生じた燃料供給または大量の調節があれば、ガスタービンから一酸化炭素、亜酸化窒素、不燃焼炭化水素その他など不要な排出をもたらすことになるはずである。さらに、タービンは、燃焼器の炎噴出につながる作動になる恐れもある。従来の手法は、誤った高い音響の読取値を回避し、ノイジーな読取値をフィルタリングし、故障センサを検出することができないはずである。
【００５７】
本制御システムでは、誤ったセンサは、低信頼度を有し、融合から排除される。その上、本システムは、センサの範囲内ならびに範囲外の故障も検出する。たとえば、電気的ノイズ信号が、融合によって、フィルタリングされる。燃焼器への不要な燃料配給または大量の調節が避けられる。タービンの不要な作動が防止される。燃焼器リングへの燃料配給は、センサ読取値の融合した値によって表示されるノイズがより少ないより信頼できる音響測定に基づき、制御される。
【００５８】
全体的に図９および１０を参照すると、時間にわたり第１および第２のセンサが検知した圧力読取値の例が図９に示されており、その個々の信頼度が図１０に示されている。図９に示すように、圧力読取値は、参照番号７４で表され、示されている。一方のセンサ出力値（ＰＸ３６Ａ）が、閾値の限界（ＥＡＢＡＬｔ、ここで、ＥＡＢＡＬは、拡張音響および噴出回避ロジックを表す）より大きく、その閾値の限界において拡張噴出回避ロジックモジュールが起動される。本スキームは、音響および噴出回避ロジック（ＡＢＡＬ）の非拡張バージョンなど他のシステムで、使用することができるはずであることに留意されたい。それゆえに、閾値は、ＡＢＡＬｔとして示すことがある。他方のセンサ出力値（ＰＸ３６Ｂ）は、閾値の限界（ＥＡＢＡＬｔ）より低い。しかし、センサ出力の融合された値（ＦＵＳＩＯＮ）が、閾値の限界（ＥＡＢＡＬｔ）より低い。従来の手法では、センサ（ＰＸ３６Ａ）は、拡張噴出回避ロジックモジュールを起動することになるはずである。というのは、その値が、閾値の限界（ＥＡＢＡＬｔ）より大きいからである。しかし、本技術によれば、拡張噴出回避ロジックモジュールは、起動されないはずである。というのは、融合された値（ＦＵＳＩＯＮ）が、閾値の限界（ＥＡＢＡＬｔ）より小さいからである。図１０に示すように、時間に関するセンサ出力の信頼度が、全体的に参照番号７６で表され、示されている。センサ出力はともに一定なので、両方のセンサ信号についての信頼度は、１で一定である。たとえ、センサ信号が互いに異なっていても、センサ信号（ＰＸ３６Ａ、ＰＸ３６Ｂ）は、同じように重み付けされて、融合された値（ＦＵＳＩＯＮ）は、閾値より低い２つの信号の平均値である。したがって、この場合、音響回避ロジックは、不必要には起動されない。
【００５９】
全体的に図１１および１２を参照すると、上記で述べた技術を使用したシミュレーションの結果が提供されている。図１１に、それぞれ複数のセンサからの圧力読取値と、信号の融合値と、拡張／非拡張噴出回避ロジックモジュールを起動するための閾値とが、全体的に参照番号７８で表され、提供されている。図１２に、シミュレーション中に得られたセンサ信号についての信頼度が、参照番号８０で表され、提供されている。このシミュレーションでは、センサデータは、２個のセンサ信号（ＰＸ３６Ａ、ＰＸ３６Ｂ）間でドリフトを示す。従来の手法は、センサ信号の正確さにかかわりなく、最大センサ信号によって制御されることになるはずである。しかし、本技術を用いると、信頼度システムは、噴出回避ロジックモジュールの起動を防止するはずである。
【００６０】
全体的に図１３および１４を参照すると、他のシミュレーションの結果が提供されている。図１３に、複数のセンサからの圧力読取値と、信号の融合値と、拡張／非拡張噴出回避ロジックモジュールを起動するための閾値とが、全体的に参照番号８２で表され、提供されている。図１４に、図１３に対応する信頼度のシミュレーションを参照番号８４で表し、提供してある。この説明する実施形態では、人為現象をセンサ（ＰＸ３６Ｂ）へ導入してある。一方のセンサ（ＰＸ３６Ａ）が、ドリフトのため排除されており、他方のセンサ（ＰＸ３６Ｂ）が、故障している状況をシミュレートしている。そのような場合、センサ排除モジュールが、作動停止にされて、センサ（ＰＸ３６Ａ）が復帰させられる。各センサの信頼度が、モニタされる。センサ（ＰＸ３６Ａ）が追従されて、他のセンサ（ＰＸ３６Ｂ）が排除される。
【００６１】
全体的に図１５および１６を参照すると、さらに他のシミュレーションの結果が提供されている。図１５に、複数のセンサからの圧力読取値と、信号の融合値と、拡張／非拡張噴出回避ロジックモジュールを起動するための閾値とが、全体的に参照番号８６で表され、提供されている。図１６に、図１５のセンサ読取値に対応する信頼度を、全体的に参照番号８８で表し、示す。このシミュレーションでは、間欠的スパイクが、第２のセンサ（ＰＸ３６Ｂ）に導入してある。本システムは、スパイクを無視しており、センサのドリフトのため、第２のセンサ（ＰＸ３６Ｂ）より低い信頼度を用いて重み付けされた他のセンサ（ＰＸ３６Ａ）に追従する。
【００６２】
全体的に図１７および１８を参照すると、他のシミュレーションからの結果が提供されている。図１７に、複数のセンサからの圧力読取値と、信号の融合値と、拡張／非拡張噴出回避ロジックモジュールを起動するための閾値とが、全体的に参照番号９０で表され、提供されている。図１８に、図１７のセンサ読取値に対応する信頼度を、参照番号９２で表し、示してある。センサデータは、高音響を表す。本システムは、２個のセンサが表す高音響を、同時に遅延なく追従することが可能である。
【００６３】
全体的に図１９および２０を参照すると、時間に関した圧力読取値の他のシミュレーションの結果が提供されている。図１９に、複数のセンサからの圧力読取値と、信号の融合値と、拡張／非拡張噴出回避ロジックモジュールを起動するための閾値とが、全体的に参照番号９４で表され、提供されている。図２０に、図１９のセンサ読取値に対応する信頼度を、参照番号９６で表し、示してある。説明する実施形態では、制御システムは、センサ読取値間のドリフトが、所定の閾値の限界を超えるまで、２個のセンサの読取値の融合を行う。その場合、より低い信頼度を有したセンサが、排除される。この説明する実施形態は、人為現象をセンサ（ＰＸ３６Ａ）中に導入してある状態も示す。その場合、センサ（ＰＸ３６Ａ）は、ゆっくりと大きいほうに故障し、したがって融合状態から排除される。他のセンサ（ＰＸ３６Ｂ）は、追従される。
【００６４】
本発明のいくつかの特徴だけをここに説明し、述べてきたが、多くの修正および変更が、当業者に思い浮かぶことになろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】複数のセンサからの信号を融合することによって、システムの動作を制御する制御システムを、動作させる方法を示すブロック図である。
【図２】本技術の態様による、ガスタービンの制御システムの概略図である。
【図３】本技術の態様による、適応ガウス分布による信頼度カーブの概略図である。
【図４】本技術の態様による、適応三角形分布による信頼度カーブの概略図である。
【図５】予測誤差に対するファジィ化メンバーシップ関数の概略図である。
【図６】予測利得に対する非ファジィ化メンバーシップ関数の概略図である。
【図７】本技術の態様による、固定時間窓を介した信頼度の平均のモニタリングを示す概略図である。
【図８】本技術の態様による、フラグを生成するためのヒステリシス窓を示す概略図である。
【図９】本技術の態様による、時間と関連した圧力読取値のシミュレーションを示す図である。
【図１０】本技術の態様による、時間と関連したセンサ出力の信頼度のシミュレーションを示す図である。
【図１１】本技術の他の態様による、時間と関連した圧力読取値のシミュレーションを示す図である。
【図１２】図１１に示した態様による、信頼度のシミュレーションを示す図である。
【図１３】本技術の他の態様による、時間と関連した圧力読取値のシミュレーションを示す図である。
【図１４】図１３に示した態様による、信頼度のシミュレーションを示す図である。
【図１５】本技術の他の態様による、時間と関連した圧力読取値のシミュレーションを示す図である。
【図１６】図１５に示した態様による、信頼度のシミュレーションを示す図である。
【図１７】本技術の他の態様による、時間と関連した圧力読取値のシミュレーションを示す図である。
【図１８】図１７に示した態様による、信頼度のシミュレーションを示す図である。
【図１９】本技術の他の態様による、時間と関連した圧力読取値のシミュレーションを示す図である。
【図２０】図１９に示した態様による、信頼度のシミュレーションを示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  方法
２８  制御システム
３０  ガスタービンエンジン
３１  燃焼器
３２、３３  圧力センサ
３４、３６  チャージ増幅器
３８  帯域通過フィルタ
４０  制御ユニット
４２  信頼度推定モジュール
４４  センサ融合モジュール
４６  拡張／非拡張音響防止ロジックモジュール、音響噴出回避ロジックモジュール（拡張または非拡張）
４８  炎温度制御ユニット
５０  燃料流量制御ユニット
５２  モジュール
５４  モジュール
５６  単位遅延ブロック
５８  センサ排除ロジックモジュール
６０  故障センサ表示器
ＰＸ３６Ａ  センサ出力値、センサ、センサ信号
ＰＸ３６Ｂ  センサ出力値、センサ信号、センサ
σＡ  、σＢ  信頼度
ＥＡＢＡＬｔ  閾値の限界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006105981.tif 000028
【図１４】
2006105981.tif 000029
【図１５】
2006105981.tif 000030
【図１６】
2006105981.tif 000031
【図１７】
2006105981.tif 000032
【図１８】
2006105981.tif 000033
【図１９】
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【図２０】
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