JPS6155121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動制御装置特に利用する制御信号が
比例信号およびその積分ならびに微分機能の組合
せ機能となる電気制御装置に関するものである。

自動制御装置は従来既知である。この種制御装
置は、制御すべき素子の状態を表わす電気信号を
受けこの信号と基準値とを比較して制御動作信号
を発生する。この種制御装置の特定の用途として
は内燃機関の回転数（RPM）を制御する調速機
がある。

この場合内燃機関の回転速度を制御して内燃機
関の負荷が変化するもこの回転速度を一定に保持
する必要がある。また、過渡応答即ち動作状態の
変化に対する内燃機関および制御装置の応答時間
を最小とする装置を提供する必要がある。かよう
に過渡応答を最小とすることにより装置に損傷を
与える過速度、乱調その他不安定な状態を防止す
る。

上述した用途に必要な特性を有する自動制御装
置は1975年１月２日に出願された米国特許第
538133号明細書に記載されている。この米国特許
願の明細書には内燃機関の速度を磁気ピツクアツ
プコイルにより感知するようにした自動制御装置
が記載されている。この場合波形整形および増幅
後の感知信号の波形を別設されているスイツチ配
置を経て演算増幅器の入力側に供給する。この演
算増幅器によつて基準値と平均直流レベルとを比
較して制御動作信号を発生させる。次いでこの制
御動作信号を時間に対し微分および積分する。こ
の制御動作信号に比例する信号およびその微分値
ならびに積分値を合成して制御信号を発生しこの
制御信号によつて燃料弁または絞りリンクを制御
する動作子を作動させる。またこの動作子に関連
するフイードバツク部材によつて動作子全体を正
確に制御する。

かかる被制御装置を安全に作動させるためには
１個以上の外部状態（条件）制限回路を設ける必
要のある場合がしばしばある。従つてある状態が
検出される場合にはかかる制限回路によつて無効
制御信号を発生する。かかる状態には、過剰内燃
機関温度、過剰排煙、不適当なマニホルド圧力等
が含まれる。かかる状態が生じると内燃機関速度
のような常規動作状態に無関係に自動制御回路を
無効にして内燃機関の動作速度を低くするかまた
は種々の条件に完全に依存して内燃機関を停止さ
せるようにする必要がある。

制限回路によつて自動制御装置を制御して無効
にすると自動制御装置の積分回路は自動制御によ
り特定される値以外の値に内燃機関の連続動作に
よつて移行するようになる。これがため外部制限
による制御が解除されると積分回路を不所望に制
御して制御が正しく行い得なくなる。

制限の動作中積分回路をオフセツトしない場合
には外部制限が解除された後の著しく長い期間に
わたつて積分回路によつて例えば設定点に対する
乱調のような不適当な状態で自動制御装置を作動
させるようになる。その理由はこの積分回路の出
力を設定点速度と実際の動作速度との間の制御偏
差の目安として用いるからである。これがため積
分回路の出力がその適切な値から著しくずれる場
合には自動制御回路は通常の場合のように正しい
制御を行い得なくなる。

本発明の目的は外部制限により自動制御装置を
無効にする動作期間中積分回路が飽和するのを防
止する積分器オフセツト回路を具える自動制御装
置を提供せんとするにある。

本発明の他の目的は外部制御条件に応答して供
給された外部制限信号の期間中積分回路を所望の
動作領域に保持する積分器オフセツト回路を具え
る自動制御装置を提供せんとするにある。

図面につき本発明を説明する。

第１図に示す本発明自動制御装置においてはそ
の磁気ピツクアツプコイル１０によつてデイーゼ
ル機関その他の内燃機関のような原動機の回転数
（RPM）を検出する。このコイル１０から発生す
る正弦波形を波形整形兼増幅回路１２に供給しこ
の回路１２により方形波パルスを発生させる。周
波数が内燃機関の検出した回転数に比例するこの
方形波パルス列を電子スイツチング兼雑音分離回
路１４に供給する。この回路１４によつて波形整
形兼増幅回路１２からのパルスに比例する平均直
流電圧レベルの信号を発生する。この平均直流電
圧信号を差動増幅回路１６に供給して接続点１８
に制御動作信号を発生する。この制御動作信号を
積分器２０により積分すると共に微分器２２によ
つて微分する。制御動作信号に比例する信号、そ
の積分値および微分値を接続点２３で加算して制
御信号発生器２４に供給しその出力を接続点２６
に発生させる。

動作状態が接続点２６の信号によつて制御され
る制御要素を任意数の制御装置によつて構成す
る。従つて機関調速機の場合には制御要素を動作
装置により作動する燃料弁とする。燃料弁の位置
は動作子のソレノイドコイル例えばコイル２８の
附勢状態によつて決まる。この附勢状態がコイル
２８を流れる平均電流の関数であることは勿論で
ある。燃料弁の実際の位置を表わす信号を発生さ
せるためには例えばポテンシヨメータのようなフ
イードバツク素子３０をソレノイド動作子に機械
的に連結して上記位置を表わすフイードバツク電
圧を生ぜしめるようにする。

フイードバツク素子３０により接続点２６に発
生する電圧を差動増幅器３２の一方の入力側に供
給してこの増幅器により制御信号の量とフイード
バツク信号の量とを比較する。この場合差動増幅
器３２の他方の入力側にはのこぎり波信号発振器
３４の出力を供給して増幅器３２の出力側にパル
ス幅変調信号を発生させこの信号によつて動作子
コイル２８を流れる平均電流を決めるようにす
る。

かくして形成した回路によつて自動制御回路を
構成しこれにより内燃機関その他の原動機を調整
作動状態例えば定速度状態に保持し得るようにす
る。また自動制御回路には外部制限無効回路３６
を設けこの回路３６によつて、内燃機関の高温、
過剰排煙、不適当なマニホルド圧力等の選定条件
を検出すると制御信号発生器２４からの信号を無
効にし得るようにする。

外部制限条件のうちの１つが発生して監視され
ると自動制御回路の常規作動状態が変化する。従
つて制御信号発生器である増幅器２４により生ず
る制御信号によつて差動増幅器３２を駆動する代
りに導線３８を経て到来する状態制限回路３６か
らの信号によつて差動増幅器３２を駆動する。す
なわちこの場合増幅器２４をダイオード４０によ
り自動制御回路から有効に遮断する。通常は制御
信号はダイオード４０を経て接続点２６に供給さ
れる。この制御信号は負の値であるが外部制限信
号が接続点２６に供給されない場合にはダイオー
ド４０は導通状態にある。しかし外部状態制限信
号が導線３８を経て到来すると、この信号は上記
制御信号よりも一層負の値であるためダイオード
４０は逆バイアスされ非導通状態となる。これが
ため差動増幅器３２の出力は導線３８からの外部
状態制限信号とフイードバツク素子である位置検
出器３０からのフイードバツク信号とによつて決
まるようになる。

制御信号を外部から無効にする状態が生じても
積分器２０はかかる状態を直ちに感知することは
できない。本発明による回路を設けない場合には
積分回路は、被制御装置すなわち原動機が接続点
１８の制御動作信号の増大により選定された範囲
内で最早や作動しなくなることのみを感知するだ
けである。

かかる状態における積分器２０からの出力を第
２Ａ図に示す。すなわち第２Ａ図のグラフは積分
器の出力を時間の関数としてプロツトする。図中
区分１は、回路が常規作動状態にありかつ内燃機
関が常規作動状態にある際の積分器の出力がほぼ
一定である場合を示す。また区分２は、例えば過
剰温度または排煙のため外部制限条件により自動
制御回路の常規作動を無効にし内燃機関の速度を
降下させる場合を示す。機関の回転数が減少する
につれて制御動作信号が増大し積分器の出力を増
大させる。この出力の増大は積分器が飽和するま
で継続する。換言すれば積分器はその接続点１８
に一定の制御動作信号が供給されるとその最大出
力によつてこの制御動作信号を補正する信号を発
生する必要がある。

区分３は外部制限状態が終り機関の制御を自動
制御回路により再び行う場合を示す。しかし積分
器が正の飽和値に到達しているためその出力は原
動機の設定点動作に迅速に到達しこの動作を保持
する所望のレベルから著しくずれている。この積
分器の出力はある期間経過した後に好適なレベル
に復帰するが区分３で示す期間に対し自動制御回
路は極めて満足な制御を行い得ない。すなわちオ
フセツトまたは垂下が生じるようになる。

かかる問題、特に外部制限状態がしばしば生じ
る問題を解決するためには外部状態制限が実際に
行われている期間中積分器２０をオフセツトまた
はリセツトする必要がある。換言すれば外部状態
制限中積分器の出力をある選定レベルにクランプ
する必要がある。

積分器をクランプまたはオフセツトする場合の
効果を第２Ｂ図に示す。第２Ｂ図のグラフも第２
Ａ図のグラフと同様に積分器の出力を時間の関数
としてプロツトする。従つて区分１は自動制御回
路の常規作動状態を示す。しかし区分２は、外部
制限により自動制御回路の作動を無効にする場合
上述したオフセツト回路によつて積分器が正の飽
和値に到達するのを防止すると共に外部制限によ
る自動制御回路の作動無効処理時に積分器をある
値またはこの値よりも僅かだけ低い値に保持し得
るようにする。また区分３は、上記外部制限が解
除される際制御信号発生器２４に正しい情報を供
給するに好適な出力レベルに積分器が迅速に復帰
する場合を示す。

本発明によるオフセツトまたはクランプ回路を
第１図に示す。外部制限無効回路３６からの外部
制限状態を演算増幅器４４の両入力端子間に設け
たダイオード４２によつて検出する。この増幅器
４４はスイツチとして作用すると共にダイオード
４２が順バイアスされているかまたは逆バイアス
されているかに応じて正の飽和から負の飽和に向
かうようになる。図面から明らかなように状態制
限回路３６により自動制御回路を無効にするとダ
イオード４２は順バイアスされるようになる。そ
の理由は状態制限回路から発生する信号が負の値
を有するからである。この場合電流は正電圧源４
６から抵抗４７、導線３８およびダイオード４２
を経て流れる。この電流によりダイオード４２を
順方向にバイアスして増幅器４４を正の飽和値に
到達せしめるようにする。

この増幅器４４を演算増幅器とする。この増幅
器の出力を抵抗４８，５０およびダイオード５２
を経て積分器２０の接続点５４に供給する。外部
制限が加えられると増幅器４４は正の飽和値に到
達する。この増幅器４４の出力を接続点５４に供
給してここでこの出力と増幅器１６から発生する
制御動作信号とを加減算する。すなわち制限信号
によつて機関の回転数を自動制御回路により保持
された回転数から減算すると端子すなわち接続点
１８に第１極性例えば負極性の制御動作信号が発
生する。次いでこの制御動作信号を端子すなわち
接続点５４従つて積分器２０に供給する。

自動制御回路のオフセツトまたはクランプ部分
から発生する信号は制御動作信号とは逆極性本例
では正極性の信号の大きさは、これを適当に選定
して所定の用途に対し選定した作動範囲全体にわ
たつて通常生じ得る制御動作信号の大きさに等し
くするかまたはこれよりも大きくする。導線５６
のクランプ信号が制御動作信号より僅かだけでも
大きくなると第２Ｂ図の区分２に示すような波形
が得られるようになる。この導線５６のクランプ
信号の値は所定の用途に対し必要とする値に調整
することができる。

外部制限が解除されて制御信号発生器２４の作
動が復帰するとダイオード４２は非導通状態とな
る。これがため増幅器４４の飽和度が低下し導線
５６の正の信号が無くなり積分器２０を端子１８
の制御動作信号に再び応答せしめ得るようにす
る。

本発明は上述した例にのみ限定されるものでは
なく幾多の変更を加え得るものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による積分器オフセツト回路を
具える自動制御装置を示すブロツク図、第２Ａ図
は従来の自動制御装置の積分器の出力を示す波形
図、第２Ｂ図は本発明自動制御装置の積分器の出
力を示す波形図である。 １０……磁気ピツクアツプコイル、１２……波
形整形兼増幅回路、１４……電子スイツチング兼
雑音分離回路、１６……差動増幅回路、１８，２
３，２６，５４……接続点、２０……積分器、２
２……微分器、２４……制御信号発生器（増幅
器）、２８……作動子ソレノイドコイル、３０…
…フイードバツク素子（位置検出器）、３２……
差動増幅器、３４……のこぎり波信号発振器、３
６……外部制限無効回路（状態制限回路）、３
８，５６……導線、４０，４２，５２……ダイオ
ード、４４……演算増幅器、４６……正電圧源、
４８，５０……抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御動作信号を発生する装置と、該制御動作
   信号の積分値を発生する装置と、前記制御動作信
   号およびその積分値から制御信号を発生する装置
   と、外部制限信号を生ぜしめて前記制御信号を無
   効にする装置とを具える自動制御装置において、
   前記外部制限信号により前記制御信号を無効にす
   る際前記積分装置への入力を変更して前記外部制
   限信号による前記制限信号の無効の解除後直ちに
   次の制限信号を発生し得るように常規作動領域に
   前記積分装置の出力を保持する装置を設け、前記
   積分装置入力変更装置は、前記外部制限信号の有
   無を検出する第１ダイオードと、該ダイオードの
   両端に接続された２つの入力端子を有し、該第１
   ダイオードにより前記外部制限信号が検出された
   場合に極性が前記制御動作信号の極性とは逆で、
   大きさが制御動作信号の大きさにほぼ等しいか又
   はこれよりも大きな第１出力を発生してこれを前
   記積分装置に供給し、前記外部制限信号が検出さ
   れない場合に反対極性の第２出力を発生すると共
   に比較器として接続された演算増幅器と、前記制
   御動作信号の極性と同一極性の第２出力が前記積
   分装置に供給されるのを阻止する第２ダイオード
   とを具えることを特徴とする自動制御装置。