JPH0334081B2

JPH0334081B2 -

Info

Publication number: JPH0334081B2
Application number: JP58251865A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ikeda; Noriaki Tominaga
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-12-26
Filing date: 1983-12-26
Publication date: 1991-05-21
Also published as: JPS60138602A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、手動運転モードと自動運転モードの
バンプレスな切換えを可能とするタービンガバナ
に関する。

一般的に、発電用タービンまたはコンプレツサ
等の機械駆動用タービンには、速度調整を行なう
ためなガバナ（govornor）が設けられている。
近年タービンガバナには、自動運転モードと手動
運転モードの両モードを有し、各モード間をバン
プレスに切換えすることができるものが開発され
ている。

このようなタービンガバナにおいて、自動運転
モードとは、オペレータが設定した回転速度、抽
気圧力等に対して実際のタービン回転速度、抽気
圧力等が一致するように、ガバナが自動的に調速
弁、調圧弁等を動かして制御する運転モードであ
る。また、手動運転モードとはオペレータが調速
弁、調圧弁等のリフトを設定すると、ガバナは実
際にそのリフトになるように弁のリフトを制御す
るが、回転速度、抽気圧等に関する制御を行なわ
ないような運転モードである。ここで運転モード
を切換えた際、タービンの回転速度とか抽気圧力
とかの制御量に変動が生じることは許されない。
このような変動のない切換えを通常バンプレスな
切換えと呼んでいる。バンプレスな切換えを行な
うためには、手動運転モードにおいては自動運転
モード側の弁駆動信号を手動運転モード側の弁駆
動信号に一致され、かつ回転速度と抽気圧の設定
信号と、それらのフイードバツク信号とが或る関
係を保つように上記設定信号を変えてやる必要が
ある。また自動運転モードにおいては、手動運転
モード側の弁駆動信号を自動運転モード側の弁駆
動信号に一致させておく必要がある。このような
操作をトラツキングと呼んでいる。

従来のトラツキングの方式を、抽気復水タービ
ン用ガバナを例として述べる。第１図はガバナと
抽気復水タービンの概念図である。第１図におい
て、５，７，９，１１，１２，１３は切換えスイ
ツチであり、MPCと記した端子は手動運転モー
ドに対応し、APCと記した端子は自動運転モー
ドに対応している。なお、デジタル信号ラインは
破線で示し、アナログ信号ラインは実線で示して
いる。１５，１６，１７，１８はパルスジエネレ
ータである。１９，２０，２１，２２はアツプダ
ウン・カウンタであり、カウンタ制御信号に従つ
てパルスジエネレータ１５〜１８からのパルスを
カウントアツプまたはカウントダウンする。２
３，２４，２５，２６はＤ／Ａ変換器であり、カ
ウンタ１９〜２２のカウント結果をＤ／Ａ変換
し、設定値（目標値）信号として出力する。２
７，３０は手動運転側のサーボアンプ、２８，２
９は自動運転側のサーボアンプである。３１，３
２は偏差モニタであり、それぞれサーボアンプ２
７と２８、サーボアンプ２９と３０の出力信号の
偏差によりカウンタ制御信号を発生する。１，
２，３，４はそれぞれ調速弁リフト設定器、回転
速度設定器、抽気圧力設定器、調圧弁リフト設定
器であり、押ボタン（図示せず）操作によりカウ
ンタ制御信号を発生するものである。３３は調速
弁駆動用の電油変換器であり、３４は調圧弁駆動
用の電油変換器である。３５はタービンであり、
調速弁、調圧等（図示せず）のリフト（弁開度）
によつて決まる回転速度、抽気圧力（流量）とな
る。Ｑは回転速度、Ｐは抽気圧、X_Hは調速弁リ
フト、X_Lは調圧弁リフトを示す。３８はPID調
節器、３７はＰ動作調節器を示す。３６は回転速
度と抽気圧の不干渉制御を行なうための不干渉マ
トリクス回路である。図中のX_H1，X_H2はそれぞ
れ自動運転モード側及び手動運転モード側の調速
弁リフトの目標値である。またX_L1，X_L2はそれ
ぞれ自動運転モード側及び手動運転モード側の調
圧弁リフトの目標値である。Q′は回転速度の目
標値であり、P′は抽気圧力の目標値である。

自動運転モードの場合、切換えスイツチ５，
７，９，１１，１２，１３は全てAPC側接点と
なり、回転速度設定器２の押しボタン（図示せ
ず）操作により発生されたカウンタ制御信号に従
つてパルスジエネレータ１６からのパルスがカウ
ンタ２０に供給される。このカウンタ２０により
そのパルスがカウントされ、そのカウント結果が
Ｄ／Ａ変換器２４によりアナログ信号に変換され
て回転速度の目標値Q′として出力される。同様
に抽気圧力設定器３の操作により、抽気圧力の目
標値P′が得られる。自動運転モードでは回転速度
と抽気圧力が目標値Q′，P′になるように自動的に
調速弁リフトX_Hと調圧弁リフトX_Lを変化させる。
このとき手動運転側はサーボアンプ２７，３０の
各出力が自動運転側と同じになるようにトラツキ
ングする。即ち、自動運転側のサーボアンプ２８
と手動運転側のサーボアンプ２７の出力を偏差モ
ニタ３１で監視し、その出力信号の大小関係によ
りカウンタ制御信号を発生させる。このカウンタ
制御信号が切換スイツチ５を通じてカウンタ１９
に供給され、さらにＤ／Ａ変換器２３の動作によ
り、サーボアンプ２７と２８の出力を同じにさせ
るように手動運転モードの調速弁リフト目標値
X_H2を変化させる。同様に自動運転側のサーボア
ンプ２９の出力と手動運転側のサーボアンプ３０
の出力が一致するように、手動運転モードの調圧
弁リフト目標値X_L2を変化させる。この状態で自
動運転モードから手動運転モードに切換えても電
油変換器３３，３４への信号は変化しないので、
調速弁、調圧弁ともに動作することはなく、速度
Ｑ、圧力Ｐに影響を与えることはない。

手動運転モードの場合、切換スイツチ５，７，
９，１１，１２，１３は全てMPC側接点となり、
調速弁リフト設定器１の押しボタン（図示せず）
操作により決定される手動運転モードの調速弁リ
フト目標値X_H2になるように調速弁リフトX_Hが制
御され、また調圧弁リフト設定器４の押しボタン
（図示せず）操作により決定される手動運転モー
ドの調圧弁リフト目標値X_L2になるように調速弁
リフトX_Lが制御される。このとき自動運転モー
ド側はサーボアンプ２８，２９の出力が手動運転
モード側のサーボアンプ出力と同じになるように
トラツキングする。即ち、サーボアンプ２９とサ
ーボアンプ３０の出力を偏差モニタ３２で監視
し、その出力信号の大小関係によりカウンタ制御
信号を発生し切換スイツチ１２、カウンタ２１、
Ｄ／Ａ変換器２５の経路で抽気圧の目標値P′を発
生し、調節器３７、不干渉制御マトリクス回路３
６を経由して最終的にサーボアンプ２９とサーボ
アンプ３０の出力を一致させる。また、サーボア
ンプ２７とサーボアンプ２８の出力を偏差モニタ
３１で監視し、その出力信号の大小関係によりカ
ウンタ制御信号を発生し、切換スイツチ７、カウ
ンタ２０、Ｄ／Ａ変換器２４の経路で回転速度の
目標値Q′を発生し、調節器３８、不干渉制御マ
トリクス回路３６を経由して最終的にサーボアン
プ２７と２８の出力を一致させる。このとき回転
速度の目標値Q′と実回転速度Ｑが一致していな
いときは、調節器３８の積分動作によりサーボア
ンプ２８，２９の出力が変化するので、トラツキ
ング完了時点ではサーボアンプ２７と２８の出
力、サーボアンプ２９と３０の出力がそれぞれ等
しくなり更にQ′とＱが等しくなる。

このような手動運転モードにおけるトラツキン
グの方法では不干渉マトリクス回路３６を介して
調速弁駆動側と調速弁駆動側が互に関係し合つて
おり、トラツキングのメカニズムはかなり複雑と
なつている。１段抽気タービンの場合には不干渉
マトリクスは２行２列であるが、例えば２段抽気
タービンの場合には３行３列のマトリクスとな
り、上述のようなトラツキングの方法を用いると
パラメータの調節が非常に困難となり、下手をす
るとトラツキング不能という事態にもなりかねな
い。

このような問題点を解決するために、自動運転
モード側のサーボアンプ出力と手動運転モード側
のサーボアンプの出力が一致するような調節器出
力Ｘを不干渉マトリクスの逆行列を使つて求めフ
イードバツク値ｆが既知とし調節器出力がＸとな
るような設定値ｒを求めてトラツキングを行なう
方式がある。しかしながら、このような方式は、
発電用タービンのガバナのように比例制御のみの
場合には全く問題はないが、コンプレツサ等の機
械駆動用タービンのガバナのように回転速度制御
には比例積分制御が不可欠な場合には若干問題が
ある。即ち、フイードバツク値ｆを既知として調
節器出力ｘとなるような設定値ｒを求めようとし
ても、調節器に積分器が含まれるとｒはｆとｘだ
けで決まらない。というのは積分器の入力が非零
であれば積分器の出力はいつまでも変化するから
である。

本発明は上記の欠点を改善したものであり、そ
の目的は、トラツキング時には積分器入力を零に
するように設定値を決定して積分機能を停止さ
せ、積分器の初期値を自動運転モード及び手動運
転モードの各サーボアンプの出力を一致させるよ
うにして、確実なトラツキングを実現でき、自動
運転モードと手動運転モードのバンプレスな切換
えを確実に実現できるタービンガバナを提供する
ことにある。

以下図面を参照して本発明の一実施例について
説明する。第２図は一実施例に係わるガバナと２
段抽気タービンの概念図である。タービンは３５
のブロツクで示しており、f₁は回転速度信号、f₂
は第１段抽気圧信号、f₃は第２段抽気圧信号を示
している。また、m₁，m₂，m₃はそれそれ調速弁
リフト信号第１抽気調圧弁リフト信号、第２抽気
調圧弁リフト信号である。３３，３４，４０はそ
れぞれ調速弁駆動用、第１抽気調圧弁駆動用、第
２抽気調圧弁駆動用の電油変換器である。１，
２，３，４，４１，４２はそれぞれ調速弁リフト
設定器、回転速度設定器、第１段抽気圧力設定
器、第１抽気調圧弁リフト設定器、第２段抽気圧
力設定器、第２抽気調圧弁リフト設定器であり、
押ボタン（図示せず）操作によりカウンタ制御信
号を発生するものである。５，７，９，１１，１
２，１３，４４，４６，５８，６０，６５は切換
えスイツチであり、各端子に付したAPC、MPC
の記号はそれぞれ自動運転モード、手動運転モー
ドを示す。また第１図の場合と同様にデイジタル
信号ラインは破線でアナログ信号ラインは実線で
示している。１５，１６，１７，１８，５５，５
９はパルスジエネレータである。１９，２０，２
１，２２，５６，６１はアツプダウン・カウンタ
であり、カウンタ制御信号に応じて上述のパルス
ジエネレータ１５〜１８，５５，５９からのパル
スをカウントアツプまたはカウント・ダウンす
る。２３，２４，２５，２６，５７，６２は、
Ｄ／Ａ変換器であり、カウンタ１９〜２２，５
６，６１のカウント結果をＤ／Ａ変換し、設定値
（目標値）として出力する。２７，２８，２９，
３０，６４，６６はサーボアンプである。３１，
３２，４３，５３，５４，６３は偏差モニタであ
り、それぞれサーボアンプ２７と２８の出力偏
差、サーボアンプ２９と３０の出力偏差、回転速
度信号f₁と回転速度設定値r₁との偏差、手動運転
モード時における第１段抽気圧力の設定値の目標
値r₂′と第１段抽気圧力の設定値r₂の偏差、手動運
転モード時における第２段抽気圧力の設定値の目
標値r₃′と第２段抽気圧力の設定値r₃の偏差、サー
ボアンプ６４と６６の出力偏差により、カウンタ
制御信号を発生する。４７はPID調節器を示し、
g₁はその伝達関数を示す。４８はPID調節器の比
例ゲイン部を示し、４９は積分器、５０は微分器
を示す。５１，５２はＰ調節器を示す。x₁，x₂，
x₃はそれぞれ調節器４７，５１，５２の出力信号
である。３６は回転速度と第１段抽気圧と第２段
抽気圧の不干渉制御を行なうための不干渉マトリ
クス回路である。不干渉マトリクス回路３６の出
力y₁，y₂，y₃はそれぞれ調速弁リフト、第１抽気
調圧弁リフト、第２抽気調圧弁リフトの自動運転
モードにおける設定値を示す。６７は不干渉マト
リクスの逆行列回路である。６８，６９はアンプ
でありそれぞれ１／g₂、１／g₃のゲインにセツト
される。なお、他の構成は上記第１図と同様であ
るため、説明は省略する。

上記のような構成において、一実施例に係わる
動作を説明する。まず自動運転モードについて説
明する。ただし、各要素の作用は第１図の場合と
同じなので簡単な説明に止める。切換スイツチ
５，７，９，１１，１２，１３，４４，４６，５
８，６０，６５は全てAPC側接点となる。回転
速度設定器２、第１段抽気圧力設定器３、第２段
抽気圧力設定器４１の各押ボタン（図示せず）操
作により、各設定値r₁，r₂，r₃が作られ、回転速
度のフイードバツク量f₁、第１抽気圧力のフイー
ドバツク量f₂、第２抽気圧力のフイードバツク量
f₃との偏差が調節器４７，５１，５２に入力され
る。これらの調節器４７，５１，５２の出力x₁，
x₂，x₃が、不干渉マトリクス回路３６にインプツ
トされ、調速弁リフト、第１抽気調圧弁リフト、
第２抽気調圧弁リフトの自動運転モードにおける
設定値y₁，y₂，y₃が出力される。上述の各弁のリ
フトの設定値y₁，y₂，y₃と調速弁リフトのフイー
ドバツク量m₁、第１抽気調圧弁リフトのフイー
ドバツク量m₂、第２抽気調圧弁リフトのフイー
ドバツク量m₃で、第２図に示すような３個のマ
イナループが構成され、調速弁リフト、第１抽気
調圧弁リフト、第２抽気調圧弁リフトが制御され
る。なお、回転速度と第１、第２段抽気圧力は調
速弁リフト第１、第２抽気調圧弁リフトに対応し
て決まる。

自動運転モードにおける手動運転側のトラツキ
ングは、第１図の場合と全く同じである。要する
にサーボアンプ２８の出力Z₁とサーボアンプ２７
の出力w₁を偏差モニタ３１で監視し、カウンタ
制御信号を発生し、前述のw₁とZ₁が一致するよ
うに手動運転モード側の調速弁リフトの設定値v₁
を作成する。同様にサーボアンプ２９の出力Z₂と
サーボアンプ３０の出力w₂が一致するように手
動運転モード側の第１抽気調圧弁リフトの設定値
v₂を作成し、サーボアンプ６４の出力Z₃とサーボ
アンプ６６の出力w₃が一致するように手動運転
モード側の第２抽気調圧弁リフトの設定値v₃を作
成する。

次に手動運転モードについて説明する。切換ス
イツチ５，７，９，１１，１２，１３，４４，４
６，５８，６０，６５は全てMPC側接点となる。
調速弁リフト設定器１、第１抽気調圧弁リフト設
定器４、第２抽気調圧弁リフト設定器４２の操作
により、それぞれ手動運転モードにおける弁リフ
トの設定値v₁，v₂，v₃を作り、サーボアンプ２
７、切換スイツチ９、電油変換器３３の径路と、
サーボアンプ３０、切換スイツチ１１、電油変換
器３４の径路と、サーボアンプ６６、切換スイツ
チ６５、電油変換器４０の径路で調速弁リフト、
第１抽気調圧弁リフト、第２抽気調圧弁リフトを
制御する。さらに、手動運転モードにおける自動
運転モード側のトラツキングについて説明する。
まず原理を数式により説明する。

トラツキングは次の２式を満足するようにr₁，
r₂，r₃を変化させればよい。

Z₁ Z₂ Z₃＝w₁ w₂ w₃ ……(1) r₁＝f₁ ……(2) ここで、(2)式は調節器４７に積分機能が含まれ
るために必要になる。上記(1)式を満足するという
ことは、サーボアンプの２７と２８，２９と３
０，６４と６６がそれぞれ同一のゲインとする
と、 y₁ y₂ y₃＝v₁ v₂ v₃ ……(3) であれば良い。(3)を満足するようなy₁，y₂，y₃を
作るためのx₁，x₂，x₃をx₁′，x₂′，x₃′と書くと
x₁′，x₂′，x₃′は次式を満足する。

x₁′ x₂′ x₃′＝Φ^-1v₁ v₂ v₃≡Ψv₁ v₂ v₃ ……(4) ただし Φ^-1≡Ψ ……(5) 一方x₂′，x₃′は次式を満たさねばならない。

（r₂−f₂）g₂＝x₂′ （r₃−f₃）g₃＝x₃′ ……(6) 従つてx₂′，x₃′を得る設定値r₂，r₃をr₂′，r₃′と
書くと、 r₂′＝f₂＋１／g₂x₂′ ……(7) r₃′＝f₃＋１／g₃x₃′ ……(8) となる。

即ち第１段、第２段の抽気圧の設定値は(7)、(8)
式で決まるr₂′，r₃′とし、回転速度の設定値は上
記式(2)よりf₁とし、調節器４７の出力は上記式(4)
より定まるx₁′とすればトラツキングは完了する。

第２図において、６７は不干渉マトリクスΦの
逆マトリクス演算回路であり、上記式(4)に基づい
てx₁′x₂′x₃′を計算する、逆マトリクス演算回路６
７の出力x₂′，x₃′は、アンプ６８，６９を経て上
記式(7)、(8)で決まるr₂′，r₃′となりそれぞれ偏差
モニタ５３，５４に入力される。偏差モニタ５３
にはもう一つの入力としてＤ／Ａ変換器２５の出
力r₂が入力されており、偏差モニタ５３はr₂′とr₂
の偏差が小さくなるようなカウンタ制御信号を出
力し、切換スイツチ１２を経てカウンタ２１を制
御する。カウンタ２１の内容のＤ／Ａ変換結果で
あるr₂はやがてr₂′と一致する。同様に偏差モニタ
５４にはもう一つの入力としてr₃が入力されてお
り、偏差モニタ５４はr₃′r₃の偏差が小さくなるよ
うなカウンタ制御信号を出力し、切換スイツチ５
８を介してカウンタ５６を制御する。このように
してr₃はr₃′と一致する。偏差モニタ４３への入力
はＤ／Ａ変換器２４の出力r₁と回転速度のフイー
ドバツク量f₁であり、偏差モニタ４３はr₁とf₁の
偏差が小さくなるようにカウンタ制御信号を出力
し、切換スイツチ７、カウンタ２０、Ｄ／Ａ変換
器２４の経路はやがてr₁はf₁と一致する。調節器
４７の積分器４９は通常の積分用入力の他に、積
分演算イネーブル信号入力と外部設定信号入力を
持つている。積分器４９は積分演算イネーブル信
号が入力されている間のみ積分演算を行ない、上
記イネーブル信号が入力されていないときには積
分演算は行なわず、代りに外部設定信号入力の信
号に積分器の初期値を合わせるようになつてい
る。逆マトリクス演算回路６７の出力x₁′は調節
器４７の外部設定信号入力に入力されている。４
５は積分演算イネーブル信号発生器であり、切換
スイツチ４６を介して積分器４９の積分演算イネ
ーブル信号入力に入力されている。手動運転モー
ドにおいては切換スイツチ４６はMPC側接点な
ので、積分演算イネーブル信号が積分器４９に入
力されず、積分器４９の初期値はx₁′に一致する
ことになる。このようにして手動運転モードにお
ける自動運転側のトラツキングが行なわれる。こ
のような方法によれば、調節器のパラメータ決定
の際に制御用とトラツキング用との妥協点を探す
必要もなく又、２段抽気タービン用ガバナのよう
に３行３列以上の不干渉マトリクスを持つものに
も簡単に適用できる。また調節器に積分が含まれ
るような場合にも簡単に適用できる。

以上詳述したように本発明によれば、自動運転
モード及び手動運転モードを有するタービンガバ
ナにおいて、各モード間を切換える際のトラツキ
ングを確実に行なうことができる。したがつて、
タービンの種類に限定されることなく、自動運転
モードと手動運転モードのバンプレスな切換えを
確実に実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタービンガバナの構成を示すブ
ロツク図、第２図は本発明の一実施例に係わるタ
ービンガバナの構成を示すブロツク図である。１……調速弁リフト設定器、２……回転速度設
定器、３，４１……抽気圧力設定器、４，４２…
…調圧弁リフト設定器、５，７，９，１１〜１
３，４４，４６，５８，６０，６５……切換スイ
ツチ、１５〜１８，５５，５９……パルスジエネ
レータ、１９〜２２，５６，６１……アツプダウ
ン・カウンタ、２７〜３０，６４，６６……サー
ボアンプ、３１，３２，４３，５３，５４，６３
……偏差モニタ、４７……PID調節器、５１，５
２……Ｐ調節器、３６……不干渉マトリクス回
路、６７……不干マトリクスの逆行列回路。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の制御ループを有し、かつ自動運転モー
ド及び手動運転モードの各モードを有するタービ
ンガバナにおいて、積分イネーブル信号がオンのときのみ積分し、
オフのときは外部設定信号入力の信号値を初期値
とする積分器を有する調節器と、前記自動運転モードまたは手動運転モードに応
じて前記積分イネーブル信号をオン又はオフする
スイツチ手段と、手動運転モード側の弁リフト設定値に対して不
干渉マトリクスの逆マトリクスを乗じる逆マトリ
クス演算回路と、積分機能が含まれない調節器を有する制御ルー
プにおける第１の制御量に対応する前記逆マトリ
クス演算回路の出力を係数倍して、前記第１の制
御量に対応するフイードバツク値に加算する第１
の手段と、手動運転モード時に前記第１の制御量に対応す
る設定値を前記第１の手段の加算結果に一致させ
る第１の一致手段と、積分機能が含まれる調節器を有する制御ループ
における第２の制御量に対応する前記逆マトリク
ス演算回路の出力を前記積分器の前記外部設定信
号入力とし、かつ手動運転モード時に前記第２の
制御量に対応する設定値を対応するフイードバツ
ク値に一致させる第２の一致手段とを具備したこ
とを特徴とするタービンガバナ。