專利名稱：具有異常檢測功能的伺服閥控制裝置與伺服閥控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本申請一般地涉及伺服閥控制裝置與伺服閥控制系統(tǒng)，尤其是涉及這樣一種裝置與系統(tǒng)，它能在即使在伺服閥的輸入端出現干擾時也能穩(wěn)定運行。
背景技術：
伺服閥已經被廣泛地應用于各個領域，包括熱電廠內的渦輪速度控制裝置。對于渦輪速度控制裝置，如圖13所示的，渦輪轉速NR與渦輪轉速Ns的命令被輸入給渦輪轉速控制器1。發(fā)電機負載GL與負載命令GS被輸入給負載控制器2，然后計算主蒸汽控制閥的流速的命令信號。該流速命令信號被輸入給一個流速-閥開度轉換單元3，以便將流速命令信號轉換為閥開度命令信號3e。在此，術語“閥開度”也可互換地用作“閥位置”。
閥開度命令信號3e與由閥開度檢測器4已經檢測出的實際閥開度信號4e被輸入給一個伺服閥控制裝置5。在伺服閥控制裝置5中比較這兩個信號3e和4e，并將其差值作為伺服命令信號5e通過一個閥接口6輸出給伺服閥7的螺線管(或伺服線圈)。
伺服線圈7-1利用一個電-油壓轉換器(未示出)將伺服命令信號5e轉換成油壓，被轉換的油壓被傳送到一個油缸，然后移動油缸內的活塞來改變主蒸汽控制閥的開度。
圖14示出了現有技術中的伺服閥控制裝置5的內部結構。伺服閥開度命令信號3e與實際的閥開度信號4e被輸入給一個求和器5-1以輸出其差值，在功率放大器5-2中將該差值乘以一個閥位置控制增益。然后，在求和器5-4中將一個零點偏流補償器5-3的輸出加到功率放大器5-2的輸出上，然后將求和器5-4的輸出輸入給一個限幅器5-5，限幅器5-5的輸出又輸入到閥接口6作為伺服命令信號5e。閥接口6的輸出被輸入給一個伺服線圈7-1以便驅動該伺服閥7。
在伺服線圈7-1的伺服電流失去時，上述的零點偏流補償器5-3提供一個偏流以控制該主蒸汽控制閥到失效-安全側或至閥關閉方向?？梢杂羞x擇地設置限幅器5-5以限制作為控制器的輸出的伺服控制命令。
圖15是一個3線圈伺服系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)具有用于單一主蒸汽控制閥8的A、B、C系統(tǒng)的三重(triplex)結構，以便加強伺服閥控制裝置5的可靠性。上述A、B、C系統(tǒng)的三重結構包括伺服閥控制裝置、閥接口、伺服線圈與閥開度檢測器。
如圖15所示，在A、B、C系統(tǒng)中閥開度檢測器4A、4B、4C的輸出4Ae、4Be、4Ce被分別全部輸入到伺服閥控制裝置5A、5B、5C中的中值門5-M，每一個中值門5-M均輸出輸入的中值。然后，該中值與伺服閥開度命令信號3e進行對比，并且在求和器5-1中輸出其差值，這一點在前面參照圖14中已經進行描述。這些結構的其余部分與圖14中公開的一樣，在此不再重復。
伺服閥控制裝置5A、5B、5C的輸出被輸入給閥接口6A、6B、6C的中值門6-1。中值門6-1與上面描述的中值門5-M具有相同的構造，并且在這里選擇并輸出這些中值。中值門6-1的輸出由閥接口6A、6B、6C中的放大器6-2進行放大。
在這里所示的3線圈伺服系統(tǒng)中，伺服電流是分別直接由設置在伺服閥7A、7B、7C處的伺服電流檢測器7-2A、7-2B與7-2C來檢測。因而，從這些伺服電流信號中檢測閥接口6A、6B、6C內的異常狀態(tài)，并且一個電路分離命令被輸出給電路分離開關6-3A、6-3B與6-3C之一。因而，可以分離出異常的閥接口，如日本專利申請公開(Tokkai)Hei4-228839所公開的。
在如上面所描述的現有技術的伺服控制裝置中，使用了比例控制。在這樣的裝置中，在主蒸汽控制閥開度命令與實際閥開度之間，由于伺服閥的機械零點偏流移動以及在伺服閥機構內的各種輸入端干擾的存在，可產生控制偏差。這樣一種控制偏差會惡化伺服閥控制裝置的控制性能。
因此，必須周期性地調諧零點偏流補償值。而且，如果在3線圈伺服系統(tǒng)中在伺服閥中出現輸入端干擾，那么在主蒸汽控制閥開度與實際的閥開度之間可產生控制偏差。這種輸入端干擾可包括在閥接口內的單系統(tǒng)異常、伺服線圈的單系統(tǒng)或雙系統(tǒng)斷開。這種控制偏差可導致伺服閥控制裝置的控制性能的惡化。
用于消除這種控制偏差的一種典型方案是增加一個積分控件。但是，要控制的伺服閥在控制輸入(或伺服電流)與觀測輸出(或主蒸汽控制閥位置)之間的關系上具有積分特性。因此，如果在控制器一側再增加一個積分器，那么閉環(huán)響應將變得很慢并且穩(wěn)定性變差。
在上面描述的現有技術的3線圈伺服系統(tǒng)中，每個系統(tǒng)的伺服電流直接由其伺服電流檢測器進行檢測，因而，在功率放大器異常、伺服線圈斷開等所出現的地方標識出該系統(tǒng)。然后，異常系統(tǒng)的輸出被分離而正常的控制則繼續(xù)。但對于要構建的每個系統(tǒng)均要求有伺服電流控制器7-2A、7-2B、7-2C和電路分離開關6-3A、6-3B、6-3C，這就會導致很高的硬件成本。而且，考慮到伺服電流控制器7-2A、7-2B、7-2C和電路分離開關6-3A、6-3B、6-3C的影響，整個系統(tǒng)的可靠性下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目標是提供一種伺服閥控制裝置與伺服閥控制系統(tǒng)，其可以控制伺服閥，即使是在伺服閥處出現輸入端干擾時也不會出現控制偏差。
按照本發(fā)明的一個方面，提供一種用于控制伺服閥開度的伺服閥控制裝置，以便通過輸入實際的伺服閥開度與伺服閥開度目標值的信號而使伺服閥開度符合一個目標，該控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及修改單元，其構造成通過從該伺服命令信號中減去從該延伸觀測器輸出的估計的輸入端干擾信號來修改該伺服命令信號。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制伺服閥開度的伺服閥控制裝置，以便通過輸入實際的伺服閥開度與伺服閥開度目標值的信號而使伺服閥開度符合一個目標，該控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及函數發(fā)生器，其構造成根據從該延伸觀測器輸出的干擾估計信號來調諧該控制器的至少一個控制參數。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制伺服閥開度的伺服閥控制裝置，以便通過輸入實際的伺服閥開度與伺服閥開度目標值的信號而使伺服閥開度符合一個目標，該控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；一個零點偏流補償器，其構造成將一個補償信號加到該伺服命令信號，以便補償包含在伺服閥內的零點偏流；以及一個調諧器，用于根據延伸觀測器輸出的干擾估計信號來調諧該零點偏流補償器的至少一個設定值。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制伺服閥的伺服閥控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括(a)用于獲取該伺服閥的實際閥開度信號的閥開度檢測器的三重系統(tǒng)；(b)伺服閥控制裝置的三重系統(tǒng)，其每個伺服閥控制裝置包括第一中值門，用于選擇該伺服閥的多個實際閥開度信號的一個中值；控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度的中值之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及修改單元，其構造成通過從該伺服命令信號中減去從該延伸觀測器輸出的估計的輸入端干擾信號來修改該伺服命令信號；(c)閥接口的三重系統(tǒng)，其中每個閥接口包括第二中值門，用于選擇伺服閥控制裝置的多個伺服命令信號的一個中值；以及一個功率放大器，其構造成放大來自第二中值門的伺服命令信號以驅動多個伺服閥之一；以及(d)伺服線圈的三重系統(tǒng)，用于利用來自閥接口的電流來驅動伺服閥。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制伺服閥的伺服閥控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括(a)伺服閥控制裝置的三重系統(tǒng)，其中每個伺服閥控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及修改單元，其構造成通過從該伺服命令信號中減去從該延伸觀測器輸出的估計的輸入端干擾信號來修改該伺服命令信號；(b)閥接口的三重系統(tǒng)，其中每個閥接口包括功率放大器，其構造成放大該多個伺服閥控制裝置的伺服命令信號之一以驅動多個伺服閥之一；以及(c)伺服線圈的三重系統(tǒng)，用于利用來自閥接口的電流來驅動伺服閥；(d)決策單元，當所有的輸入端干擾信號都超出預定的范圍時，確定至少兩個閥接口是異常的；以及(e)檢測邏輯單元，用于根據異常決策單元的操作順序地分離出該功率放大器的輸出，以及用于根據從延伸觀測器輸出的輸入端干擾信號的變化率，隨后檢測出異常的功率放大器系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制伺服閥的伺服閥控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括(a)伺服閥控制裝置的三重系統(tǒng)，其中每個伺服閥控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及函數發(fā)生器，其構造成根據該延伸觀測器的干擾估計信號來修改該調諧該控制器的至少一個參數；(b)閥接口的三重系統(tǒng)，其中每個閥接口包括功率放大器，其構造成放大該多個伺服閥控制裝置的伺服命令信號之一以驅動多個伺服閥之一；以及(c)伺服線圈的三重系統(tǒng)，用于利用來自閥接口的電流來驅動伺服閥；(d)異常決策單元，當所有的輸入端干擾信號都超出預定的范圍時，確定至少兩個閥接口是異常的；以及(e)檢測邏輯單元，用于根據異常決策單元的操作順序地分離出該功率放大器的輸出，以及用于根據從延伸觀測器輸出的輸入端干擾信號的變化率，隨后檢測出異常的功率放大器系統(tǒng)。


本發(fā)明的上述及其它特征與優(yōu)點將通過討論下面結合附圖的特定的、說明性的實施例而變得更清楚，其中圖1是按照本發(fā)明第一實施例的伺服閥控制裝置的方框圖；圖2是按照本發(fā)明第一實施例的延伸觀測器的方框圖；圖3是說明按照本發(fā)明第一實施例的伺服閥控制裝置的伺服閥位置控制特性的時間曲線圖；圖4是說明現有技術的伺服閥控制裝置的伺服閥位置控制特性的時間曲線圖；圖5說明與現有技術相比、按照本發(fā)明的渦輪速度控制器的發(fā)電機負載控制特性的時間曲線圖；圖6是按照本發(fā)明的第二實施例的伺服閥控制裝置的方框圖；圖7按照本發(fā)明的第三實施例的伺服閥控制裝置方框圖；圖8按照本發(fā)明的第四實施例的伺服閥控制裝置方框圖；圖9按照本發(fā)明的第五實施例的3線圈伺服系統(tǒng)的方框圖；圖10按照本發(fā)明的第五實施例的伺服閥控制裝置方框圖；圖11按照本發(fā)明的第六實施例的3線圈伺服系統(tǒng)方框圖；圖12是說明在本發(fā)明的第六實施例的3線圈伺服系統(tǒng)內利用軟件檢測異常功率放大器系統(tǒng)及分離功率放大器輸出的方法的流程圖；圖13是說明現有技術的典型渦輪速度控制器的一般結構的方框圖；圖14是現有技術的伺服閥控制裝置的方框圖；圖15是現有技術的3線圈伺服系統(tǒng)的方框圖。
具體實施例方式
下面描述本發(fā)明的特定的實施例。在下面的說明中，相同或類似的單元用相同的標號表示并省略多余的描述。
圖1是按照本發(fā)明的第一實施例的伺服閥控制裝置的方框圖。該實施例的伺服閥控制裝置51具有一個求和器5-1，求和器5-1對比伺服閥開度命令信號3e與由閥開度檢測器4已經檢測的實際的閥開度信號4e，并計算其偏差。伺服閥控制裝置51還具有一個控制器5-2，其將求和器5-1輸出的偏差與一個閥位置控制增益相乘。該伺服閥控制裝置51還具有一個零點偏流補償器5-3，用于補償伺服閥所具有的機械零點偏流。伺服閥控制裝置51還具有一個求和器5-4，用于將控制器5-2的輸出與零點偏流補償器5-3的輸出相加。
伺服閥控制裝置51可有選擇地具有一個限幅器5-5，用于設置伺服命令信號的上限和下限。限幅器5-5可以連接在求和器5-4的下游。
伺服閥控制裝置51還具有一個延伸觀測器5-6，該延伸觀測器5-6接收作為輸入的伺服命令信號5e和實際的閥開度信號4e，并且根據要控制的該伺服閥的數學模型估計在伺服閥的輸入端處的干擾。伺服閥控制裝置51還具有一個前饋通路(或修改裝置)5-7，前饋通路5-7改變從延伸觀測器5-6輸出的干擾估計值5-6e的符號，并將其加至從求和器5-4輸出的伺服命令信號以便重新計算(或修改)該伺服命令信號。圖中所示的標號“5-71”表示前饋通路5-7中的求和器。
下面參照圖2描述一個示例的延伸觀測器5-6。在圖2中所示的延伸觀測器5-6具有一個控制增益5-61(L)，一個零點偏流補償器5-62，一個伺服閥系統(tǒng)矩陣5-63(A)，一個伺服閥觀測矩陣5-64(C)，一個伺服閥輸入矩陣5-65(B)，一個積分器5-66(1/S)，一個矩陣5-67(010)，一個放大器(或增益)5-68(1/f0)以及求和器5-69、5-610與5-611。
伺服閥的非線性狀態(tài)空間模型由下面的公式(1)表示z·=0×z+f×(i-null)---(1)]]>其中“z”為伺服閥位置，“f”是油缸常數，“i”是伺服電流而“null(零)”表示零點偏流。
加到伺服閥的輸入端干擾的狀態(tài)空間模型(第一次)可利用自由模型(free model)由公式(2)表示如下ddtxx·=0100xx·---(2)]]>其中x是輸入干擾。
由輸入端干擾模型延伸的伺服閥的狀態(tài)空間模型可由公式(3)和(4)表示，其由公式(1)和(2)導出，如下ddtzxx·=010001000zxx·+f00(i-null0)---(3)]]>y=100zxx·---(4)]]>通過對控制值的額定值與偏離額定值的偏移值采用表達式(3)和(4)，可獲得如下的公式(5)-(8)
x·=Ax+(B+ΔB)×u---(5)]]>y＝Cx (6)油缸常數變化f＝f0+Δf(7)零點偏流變化null＝null0+Δnull(8)其中f0是油缸常數的額定值；Δf是油缸常數的變量；null0是額定的零點偏流；Δnull是零點偏流的變量；以及A=010001000,]]>B=f000,]]>ΔB=Δf00,]]>C＝(100)，D=100,]]>x=zxx·,]]>u＝i-null0，Δu=-Δnull]]>在圖2中所示的延伸觀測器5-6是基于公式(3)和(4)構建的，通過乘以矩陣5-67(010)而獲得干擾估計值，提取干擾估計信號，如公式(9)所示x^·=(A-LC)x^+Bu+Ly---(9)]]>其中，x是輸入端干擾信號， 是干擾估計值，A是系統(tǒng)矩陣，B是輸入矩陣，C是觀測矩陣，而L是控制增益。
控制增益5-61可由現代控制理論進行設計，如極配置技術或卡爾曼濾波技術。在延伸觀測器5-6的零點偏流補償器5-62內的設置值可以設置成與伺服閥控制裝置5中零點偏流補償器5-3內的設置值相同。
應當注意的是，系統(tǒng)矩陣(A)5-63與觀測矩陣(C)5-64是常數矩陣，并且不包含要控制的伺服閥的模型參數。要控制的參數僅包含在輸入矩陣(B)5-65中，這是因為輸入端干擾信號x包括要控制的信號的模擬誤差。因此，可以確保所設計的延伸觀測器5-6的系統(tǒng)穩(wěn)定性獨立于參數波動，只要待控制的伺服閥的次數(order)沒有改變。
下一步，將由延伸觀測器5-6估計的干擾估計值乘以放大器(控制增益)5-68內的油缸常數的額定值的反數，如圖2所示。然后，改變其符號并將其加到如圖1所示的伺服命令信號。因為前饋通路5-7，可以非?？焖俚匾种戚斎攵烁蓴_。
通過延伸觀測器5-6中的積分器5-66，在閥開度命令與實際閥開度之間的穩(wěn)態(tài)偏差可以確保為零，獨立于油缸常數的額定值。
在本實施例中，限幅器5-5的輸出(其限制伺服命令信號的上、下界)被輸入到延伸觀測器5-6以便防止“卷揚(wind-up)”?！熬頁P”是這樣一種現象，當由于操作端或致動器的限制，控制偏差保持一個有限值時，積分輸出會增加到無限。這種可以防止“卷揚”的結構與普通的、對閥開度命令與實際的閥開度之間的偏差的積分控制相比，具有非常重大的優(yōu)點。
控制輸入決策算法可以由公式(10)表達如下
i=null0+KP(z*-z)-1f0x^...(10)]]>其中Kp是比例增益；而z*是伺服閥位置命令信號。
下面，參照圖3-5描述與現有技術相比本發(fā)明的控制裝置的性能。
圖3是一個時間曲線圖，表示本實施例的伺服閥控制裝置的伺服閥位置控制特性，該控制裝置具有一個延伸觀測器5-6。圖4是表示圖14中所示的現有技術的伺服閥控制裝置的伺服閥位置控制特性的時間曲線圖，其不具有一個延伸觀測器5-6。在圖3、4中所示的時間曲線均處于穩(wěn)態(tài)下50％的實際閥開度與50％的閥開度命令的初始狀態(tài)，并假定施加了諸如零點偏流波動與單系統(tǒng)功率放大器異常這樣的干擾。
在圖3、4中用箭頭寫的參數表示干擾的類型?！?-SYSTEM AMP.PLUS-SIDE MAX”是指三系統(tǒng)的功率放大器中的一個系統(tǒng)獨立于輸入異常地輸出正向最大值?！?-SYSTEM AMP.MINUS-SIDE MIN”是指三系統(tǒng)的功率放大器中的一個系統(tǒng)獨立于輸入異常地輸出負向最小值?！癗ULL＝-99”是指伺服閥的零點偏流異常地從相應伺服電流的最大值的-5％變化到-99％?！癗ULL＝+99”是指伺服閥的零點偏流異常地從相應伺服電流的最大值的-5％變化到+99％。
“1-SYSTEM AMP.0.33Hz是指三系統(tǒng)的功率放大器中的一個系統(tǒng)獨立于輸入異常地輸出頻率為0.3Hz、幅度為100％的正弦曲線?！?-SYSTEM AMP.1Hz”是指三系統(tǒng)的功率放大器中的一個系統(tǒng)獨立于輸入異常地輸出頻率為1Hz、幅度為100％的正弦曲線。
通過比較圖3和圖4可以看到，本發(fā)明的延伸觀測器5-6可以快速地估計加在伺服閥上的輸入干擾，通過利用前饋通路5-7進行直接的干擾抑制補償，就可以抑制由干擾造成的閥位置的波動。
圖5示出了本發(fā)明的負載控制特性與現有技術的對比。該圖表明了當利用渦輪速度控制裝置以25％的恒定負載控制發(fā)電機時，在3線圈伺服系統(tǒng)中的一個功率放大器異常地變?yōu)橐粋€正向最大值的情況。
圖5中的“本發(fā)明的(PROPOSED)”表示圖1中所示的實施例的裝置的負載響應；“傳統(tǒng)的(CONVENTIONAL)”表示在圖9中所示的現有技術的裝置的負載響應；“ALR SET”表示發(fā)電機負載命令值，而“發(fā)電機MW(GENERATOR MW)”則表示該發(fā)電機負載。
如上面所描述的，按照本實施例的控制裝置，延伸觀測器5-6根據伺服閥的數學模型估計施加在要控制的伺服閥上的輸入端干擾，然后重新計算伺服電流命令以便可以抵消所估計的干擾。因而，可以直接并顯著地抑制輸入干擾。
圖6示出的根據本發(fā)明的第二實施例的伺服閥控制裝置52，該伺服閥控制裝置52具有一個手動調諧裝置5-8，操作員根據延伸觀測器5-6輸出的信號，借助于該手動調諧裝置調諧并評估零點偏流補償器5-3a的設置值，該操作員調諧該零點偏流補償器5-3a的設置值以便延伸觀測器5-6的輸出變?yōu)榱恪?br> 按照本實施例，操作員估計延伸觀測器5-6的干擾估計信號的幅度，并確定零點偏流補償器5-3a的設置值偏差的幅度。隨后，可以手動調諧零點偏流補償器5-3a，因而可以總是確保優(yōu)化的控制狀態(tài)。
圖7示出的根據本發(fā)明的第三實施例的伺服閥控制裝置53，該伺服閥控制裝置53具有一個異常檢測器5-9，它能根據延伸觀測器的輸出信號檢測伺服閥控制裝置53自身內的異常。當例如延伸觀測器5-6的輸出信號超出了-100-+100％的范圍時，該異常檢測器5-9會檢測閥開度控制異常。
按照本實施例，可以根據延伸觀測器5-6的干擾估計信號5-6e，在控制操作期間在線地監(jiān)視并檢測閥位置控制回路的異常，因而異常檢測器5-9可以用作在異常時輸出相應命令的裝置。
圖8示出的根據本發(fā)明的第四實施例的伺服閥控制裝置54，該伺服閥控制裝置54具有一個增益調諧函數發(fā)生器5-10。該增益調諧函數發(fā)生器5-10根據延伸觀測器5-6的輸出信號5-6e調諧比例控制器5-2a的可變閥位置控制增益P。當延伸觀測器5-6的輸出信號的絕對值較大時，也將可變閥位置控制增益P設置為較大；當延伸觀測器5-6的輸出信號的絕對值較小時，也將可變閥位置控制增益P設置為較小。
該可變閥位置控制增益P不必非得是一個比例增益，可在控制器中可以調諧多個控制參數。
如上面所討論的，按照本實施例，伺服閥控制裝置的控制特性可以通過響應加在伺服閥上的輸入干擾的幅度改變控制器5-2a的增益而得到改善。
圖9示出的根據本發(fā)明的第五實施例。該實施例作為一個示例示出了將伺服閥控制裝置55A、55B和55C施加給一個3線圈伺服系統(tǒng)用于控制一個單一的主蒸汽控制閥8。圖10示出了由55表示的伺服閥控制裝置55A、55B和55C之一。
除了伺服閥控制裝置55A、55B、55C之外，閥接口6A、6B、6C、伺服線圈7-1A、7-1B、7-1C以及閥開度檢測器4A、4B、4C形成系統(tǒng)A、B、C的三重結構。伺服閥控制裝置55A、55B、55C中的每一個裝置除了具有圖1中所示的伺服閥控制裝置51的結構外，還具有一個中值門5-M。
來自閥開度檢測器4A、4B、4C的實際閥開度信號全部輸入到中值門5-M，并且選擇要在下游使用的中值。閥接口6A、6B、6C每一個具有一個中值門6-1，伺服閥控制裝置55A、55B、55C的輸出全部輸入給閥接口6A、6B、6C的中值門6-1，并且選擇要在下游使用的中值。
圖10所示的伺服閥控制裝置55類似于圖1中所示的伺服閥控制裝置51再加上中值門5-M。作為替代，在圖6、7、8中示出的伺服閥控制裝置52、53、54再加上中值門5-M可替換伺服閥控制裝置55。
參照圖10，從中值門5-M輸出的中值被輸入到求和器5-1與延伸觀測器5-6，其它特征與圖1所示的相同。
按照本實施例，在功率放大器中出現單系統(tǒng)異?；蛟陂y開度檢測器中出現單系統(tǒng)異?；蛟谒欧€圈出現一個或兩個斷開的情況下，可以連續(xù)進行正常的控制。
在圖15所示的現有技術的3線圈伺服系統(tǒng)中，利用伺服電流檢測器7-2A、7-2B、7-2C以及象中繼器這樣的電路分離開關6-3執(zhí)行功率放大器異常系統(tǒng)或伺服線圈斷開系統(tǒng)的輸出分離。因而，如果將伺服閥控制裝置5簡單地應用于3線圈伺服系統(tǒng)，當發(fā)生了功率放大器異?；蛩欧€圈斷開以及當沒能進行輸出分離時，不能繼續(xù)執(zhí)行與正?？刂葡喈數目刂疲@是因為功率放大器異?；蛩欧€圈斷開等效于加在伺服閥上的輸入干擾。
另一方面，按照圖9和10所示的實施例，在伺服閥控制裝置55A、55B、55C中的延伸觀測器5-6補償由于功率放大器異?；蛩欧€圈斷開所造成的在伺服閥上的輸入端干擾，并且重新計算伺服命令信號。因而，當功率放大器6-2或閥開度檢測器55的一個系統(tǒng)處于異常狀態(tài)或當伺服線圈7-1的多達兩個系統(tǒng)出現斷開時，即使沒有圖15中所示的伺服電流檢測器7-2A、7-2B、7-2C或電路分離開關6-3A、6-3B、6-3C，仍可以繼續(xù)進行正常的控制。
如上面所討論的，按照本實施例，控制裝置的延伸觀測器補償加在閥位置控制環(huán)路(loop)的輸入端的干擾，因而可以進行正常的控制，而不需要用于檢測功率放大器電流的裝置或分離功率放大器輸出的裝置。
圖11示出的根據本發(fā)明的第六實施例。該實施例作為第二示例示出了將伺服閥控制裝置55A、55B和55C施加給一個3線圈伺服系統(tǒng)用于控制一個單一主蒸汽控制閥8。與圖9所示的示例相比，將電路分離開關6-3A、6-3B、6-3C加到閥接口6A、6B、6C的輸出線。而且，增加了異常系統(tǒng)分離邏輯，用于輸出分離命令給電路分離開關6-3A、6-3B、6-3C。
在本實施例中，由軟件根據伺服閥控制裝置55A、55B和55C中延伸觀測器5-6的輸出來確定功率放大器是否處于異常狀態(tài)。然后，將一個電路分離命令輸出給處于異常狀態(tài)的功率放大器，并且通過電路分離開關6-3A、6-3B、6-3C分離輸出電路。因而，當功率放大器中有多達二個系統(tǒng)處于異常狀態(tài)時，仍可以繼續(xù)進行正常的控制而不必使用現有技術中的伺服電流檢測器7-2A、7-2B、7-2C(見圖15)。
圖12示出了用于確定功率放大器處于異常狀態(tài)與分離異常系統(tǒng)的邏輯電路的示例。這種確定功率放大器處于異常狀態(tài)的邏輯電路使用了圖11所示的伺服閥控制裝置55A、55B和55C中的延伸觀測器5-6的輸出信號。
參照圖12，延伸觀測器5-6輸出的干擾估計的絕對值以及閥開度控制偏差的絕對值被輸入給第一異常決策裝置60。當延伸觀測器5-6的輸出超出-100～+100％的范圍并且閥開度控制偏差的絕對值超出了一個規(guī)定值時，“AND(與)”條件得到滿足。在這種條件下，確定有兩個或更多的放大器系統(tǒng)處于異常狀態(tài)。然后，通過利用軟件執(zhí)行檢測邏輯來標識該異常的功率放大器系統(tǒng)。
標識處于異常狀態(tài)的功率放大器的檢測邏輯順序地分離系統(tǒng)A、B、C的輸出。當分離了一個功率放大器時，延伸觀測器5-6的輸出變化率以及閥開度控制偏差的變化率被輸入給第二決策裝置61。當兩個變化率均為零或為正時，“AND”條件得到滿足，并且可以確定該特定系統(tǒng)的功率放大器處于異常狀態(tài)。在這種情況下，繼續(xù)該系統(tǒng)的伺服放大器的分離操作。
在第二決策裝置61中，如果延伸觀測器5-6的輸出變化率或閥開度控制偏差的變化率至少一個為負，則“AND”條件得到滿足，并且確定系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。然后，該系統(tǒng)的伺服放大器返回(return)。
對于三個系統(tǒng)來說，上述的操作是順序地執(zhí)行，因而可以標識具有異常功率放大器的系統(tǒng)，而不必檢測伺服電流。即使當兩個系統(tǒng)的功率放大器處于異常狀態(tài)時也可以繼續(xù)進行正常的控制。
在圖12所示的示例中，使用了延伸觀測器5-6的輸出與閥開度控制偏差Δz的“AND”條件。但在另一個示例中，可以只監(jiān)視該延伸觀測器5-6。
按照本實施例，根據延伸觀測器5-6的輸出，由軟件來標識具有異常狀態(tài)的功率放大器的系統(tǒng)，并且分離出異常狀態(tài)的功率放大器的輸出。因而，在多達兩個的功率放大器系統(tǒng)處于異常狀態(tài)的情況下，仍可以繼續(xù)進行正常的控制而不必直接檢測伺服電流。
根據上述公開，對本發(fā)明可以做出很多的修改與變例，在所附權利要求的保護范圍內，本發(fā)明可以很多種方式而不單單是這里特別的描述來實現。
權利要求
1.一種用于控制伺服閥開度的伺服閥控制裝置，以便通過輸入實際的伺服閥開度與伺服閥開度目標值的信號而使伺服閥開度符合一個目標，該控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及修改單元，其構造成通過從該伺服命令信號中減去從該延伸觀測器輸出的估計的輸入端干擾信號來修改該伺服命令信號。
2.如權利要求1的伺服閥控制裝置，進一步包括一個信號限幅器，其構造成接收該伺服命令信號并將該伺服命令信號限制在一預定的范圍內。
3.如權利要求1的伺服閥控制裝置，其中該控制器包括一個零點偏流補償器，其構造成將一個補償信號加到伺服命令信號，用于補償包含在伺服閥內的零點偏流。
4.如權利要求1的伺服閥控制裝置，其中該延伸觀測器構造成利用一個系統(tǒng)矩陣和觀測器矩陣來模擬該伺服閥，其中這兩個矩陣獨立于伺服閥的特性參數。
5.如權利要求1的伺服閥控制裝置，進一步包括一個異常檢測器，用于根據該延伸觀測器的輸出檢測該伺服閥控制裝置的異常狀態(tài)。
6.一種用于控制伺服閥開度的伺服閥控制裝置，以便通過輸入實際的伺服閥開度與伺服閥開度目標值的信號而使伺服閥開度符合一個目標，該控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及函數發(fā)生器，其構造成根據從該延伸觀測器輸出的干擾估計信號來調諧該控制器的至少一個控制參數。
7.如權利要求6的伺服閥控制裝置，其中該控制器包括一個零點偏流補償器，其構造成將一個補償信號加到伺服命令信號，用于補償包含在伺服閥內的零點偏流。
8.如權利要求6的伺服閥控制裝置，其中該延伸觀測器構造成利用一個系統(tǒng)矩陣和觀測器矩陣來模擬該伺服閥，其中這兩個矩陣獨立于伺服閥的特性參數。
9.一種用于控制伺服閥開度的伺服閥控制裝置，以便通過輸入實際的伺服閥開度與伺服閥開度目標值的信號而使伺服閥開度符合一個目標，該控制裝置包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；零點偏流補償器，其構造成將一個補償信號加到該伺服命令信號，以便補償包含在伺服閥內的零點偏流；以及調諧器，用于根據延伸觀測器輸出的干擾估計信號來調諧該零點偏流補償器的至少一個設定值。
10.如權利要求9的伺服閥控制裝置，其中該延伸觀測器構造成利用一個系統(tǒng)矩陣和觀測器矩陣來模擬該伺服閥，其中這兩個矩陣獨立于伺服閥的特性參數。
11.一種用于控制伺服閥的伺服閥控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括(a)用于獲取該伺服閥的實際閥開度信號的閥開度檢測器的三重系統(tǒng)；(b)伺服閥控制裝置的三重系統(tǒng)，其中每一個包括第一中值門，用于選擇該伺服閥的多個實際閥開度信號的一個中值；控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度的中值之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及修改單元，其構造成通過從該伺服命令信號中減去從該延伸觀測器輸出的估計的輸入端干擾信號來修改該伺服命令信號；(c)閥接口的三重系統(tǒng)，其中每一個包括第二中值門，用于選擇伺服閥控制裝置的多個伺服命令信號的一個中值；以及功率放大器，其構造成放大來自第二中值門的伺服命令信號以驅動多個伺服閥之一；以及(d)伺服線圈的三重系統(tǒng)，用于利用來自閥接口的電流來驅動伺服閥。
12.如權利要求11的伺服閥控制裝置，其中該延伸觀測器構造成利用一個系統(tǒng)矩陣和觀測器矩陣來模擬該伺服閥，其中這兩個矩陣獨立于伺服閥的特性參數。
13.一種用于控制伺服閥的伺服閥控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括(a)伺服閥控制裝置的三重系統(tǒng)，其中每一個包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及修改單元，其構造成通過從該伺服命令信號中減去從該延伸觀測器輸出的估計的輸入端干擾信號來修改該伺服命令信號；(b)閥接口的三重系統(tǒng)，其中每一個包括一個功率放大器，其構造成放大該多個伺服閥控制裝置的伺服命令信號之一以驅動多個伺服閥之一；以及(c)伺服線圈的三重系統(tǒng)，用于利用來自閥接口的電流來驅動伺服閥；(d)異常決策單元，當所有的輸入端干擾信號都超出預定的范圍時，確定至少兩個閥接口是異常的；以及(e)檢測邏輯單元，用于根據異常決策單元的操作順序地分離出該功率放大器的輸出，以及用于根據從延伸觀測器輸出的輸入端干擾信號的變化率，隨后檢測出異常的功率放大器系統(tǒng)。
14.如權利要求13的伺服閥控制裝置，其中該延伸觀測器構造成利用一個系統(tǒng)矩陣和觀測器矩陣來模擬該伺服閥，其中這兩個矩陣獨立于伺服閥的特性參數。
15.一種用于控制伺服閥的伺服閥控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括(a)伺服閥控制裝置的三重系統(tǒng)，其中每一個包括控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號；延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號；以及函數發(fā)生器，其構造成根據該延伸觀測器的干擾估計信號來調諧該控制器的至少一個參數；(b)閥接口的三重系統(tǒng)，其中每一個包括一個功率放大器，其構造成放大該多個伺服閥控制裝置的伺服命令信號之一以驅動該多個伺服閥之一；以及(c)伺服線圈的三重系統(tǒng)，用于利用來自閥接口的電流來驅動伺服閥；(d)異常決策單元，當所有的輸入端干擾信號都超出預定的范圍時，確定至少兩個閥接口是異常的；以及(e)檢測邏輯單元，用于根據異常決策單元的操作順序地分離出該功率放大器的輸出，以及用于根據從延伸觀測器輸出的輸入端干擾信號的變化率，隨后檢測出異常的功率放大器系統(tǒng)。
16.如權利要求15的伺服閥控制裝置，其中該延伸觀測器構造成利用一個系統(tǒng)矩陣和觀測器矩陣來模擬該伺服閥，其中這兩個矩陣獨立于伺服閥的特性參數。
全文摘要
一種用于控制伺服閥開度的伺服閥控制裝置，以便通過輸入實際的伺服閥開度與伺服閥開度目標值的信號而使伺服閥開度符合一個目標，該控制裝置具有一個控制器，其構造成接收伺服閥開度目標值與實際伺服閥開度之間的差值信號，并產生用于驅動該伺服閥的伺服命令信號。該控制裝置還具有一個延伸觀測器，其構造成接收實際的閥開度信號與伺服命令信號，以及估計加在伺服閥上的輸入端干擾信號。該控制裝置還具有一個修改單元，其構造成通過從該伺服命令信號中減去從該延伸觀測器輸出的估計的輸入端干擾信號來修改該伺服命令信號。
文檔編號F02D11/10GK1519480SQ20041000204
公開日2004年8月11日 申請日期2004年1月9日 優(yōu)先權日2003年1月9日
發(fā)明者藥師宏治 申請人:株式會社東芝