JP4006610B2 - Bump suppression filter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一対象に同一機能の複数のセンサを設け故障が生じると他のセンサに切換えて使用する冗長系制御システムにおいて、切換えの際発生する変動(これをバンプという)を低減するバンプ抑制フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】
センサ1つの故障で大きな事故につながる恐れがあるような装置、例えば航空用エンジンなどでは冗長系制御システムが用いられる。この一例として同一対象に複数の同一機能のセンサを設け、1つが故障すれば他のセンサに切換えて使用するシステムという形式がある。
【0003】
図4は従来用いられているセンサ切換え方式を示す。複数のセンサが接続されたスイッチを選択信号により切換え、1つのセンサの計測値を出力する。しかし、各センサは同一機能を有するとはいえ、出力に多少のばらつきがあること、および各センサの取付け位置が異なることなどの理由により各センサの計測値は全て異なる値をとる。このため、制御ループに取り込むセンサ信号を切換えた瞬間に、計測値に変動が起きる。これは制御に無用な変動(バンプ:bump)をもたらす。特に制御要素に微分要素がある場合には顕著な変動が生じる。このバンプは制御システムの制御性能・安全性の点で問題となる場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このため図5に示すようにスイッチにローパスフィルタLPFを接続し、切換え時に発生する高周波成分をカットしてなだらかな信号にして出力する方式が採用されている。しかし通常のLPF(例えば一次遅れフィルタ)を用いると、センサの切換えをしていないときにもフィルタが働くため、計測系に遅れが生じることになり、制御の高速化を行なうことが困難となる。
【0005】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、センサ切換時のみフィルタを動作させるようにしたバンプ抑制フィルタを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
参考例では、同一の対象を測定する同一機能を有する複数のセンサと、この複数のセンサより1つを選択する入側スイッチと、この入側スイッチの出力を取り出す第1ラインと、入側スイッチの出力をローパスフィルタを介して取り出す第2ラインと、第1ラインと第2ラインを選択する出側スイッチと、入側スイッチが切替わったときに出側スイッチを第1ラインから第2ラインに切換え、第1ラインと第2ラインの出力差が所定値以内になったときに出側スイッチを第2ラインから第1ラインに切換えるスイッチ制御部と、を備える。
【0007】
センサを切換えるとともにローパスフィルタを介した第2ラインの出力を取り出す。また切換えと同時にローパスフィルタの無い第1ラインとローパスフィルタの有る第2ラインの出力の差を取り、この差が変動の許容値以内となったとき第1ラインの出力を取り出す。これによりセンサ切換時の変動の大きい期間のみローパスフィルタを使用し他の期間はローパスフィルタを使用しないので、センサ切換えによるバンプの影響を低減することができる。
【0008】
請求項1の発明では、同一の対象を測定する同一機能を有する複数のセンサと、この複数のセンサより1つを選択する入側スイッチと、この入側スイッチの出力を取り出す第1ラインと、入側スイッチの出力より選択スイッチの出力を差し引く第1減算器と、この第1減算器の出力に一次遅れ要素をかけて出力する第2ラインと、第1ラインの出力から第2ラインの出力を減算する第2減算器と、選択スイッチを制御するスイッチ制御部と、を備え、前記選択スイッチは、入側スイッチの出力Aと第2減算器の1サンプリング分前の出力Bとを選択し、前記スイッチ制御部は、入側スイッチが切換わったときに選択スイッチをAからBに切換え、AとBとの差が所定値以内になったときに選択スイッチをBからAに切換える。
【0009】
センサの切換がないときは、選択スイッチの出力は入側スイッチの出力Aとなっているので、第1減算器は入側スイッチの出力A同士の差を取ることになりその出力は0となる。これにより第2ラインの出力は0となり、第2減算器の出力は入側スイッチの出力Aとなる。センサを切換えたときは、選択スイッチの出力は第2減算器の1サンプリング分前の出力Bとなっているので、第1減算器の出力はAとBとの差、つまり変動となり、この変動に一次遅れ要素をかけた値を入側スイッチの出力Aから減算した値が第2減算器から出力される。これによりセンサ切換え時は変動を軽減した値が出力され、それ以外の時はセンサからの値がそのまま出力される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、参考例と本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は参考例のバンプ抑制フィルタを示す図である。入側スイッチ1には、センサL,センサM,センサN…のように、同一対象を測定する複数の同一機能を有するセンサが接続され、この1つが選択信号ライン7からの選択信号によって選択される。この入側スイッチ1の出力側には、入側スイッチ1の出力をそのまま出力する第1ライン2と、ローパスフィルタ3を介して出力する第2ライン4が接続されている。なおローパスフィルタ3はどのような形式のものでもよい。第1ライン2と第2ライン4は出側スイッチ5に接続され、いずれかの出力が制御系に出力される。切換ロジック6(スイッチ制御部)は出側スイッチ5の切換えを制御するもので、選択信号ライン7と第1ライン2と第2ライン4に接続され、選択信号によりセンサが切り換わると第2ライン4を接続し、第1ライン2の出力値aと第2ライン4の出力値bとの差をとり、その差が許容値以内になると再び第1ライン2に切り換えるよう出側スイッチ5を制御する。
【0011】
次に動作について説明する。センサLが入側スイッチ1に接続され、第1ライン2が出側スイッチ5に接続されているものとする。このとき選択信号ライン7より選択信号が出力され、入側スイッチ1はセンサMに切り換わる。これと同時に切換ロジック6は出側スイッチ5を第1ライン2から第2ライン4に切換え、ローパスフィルタ3を通してセンサの違いによる変動を少くした値を出力する。これとともにローパスフィルタを通さない第1ライン2の出力aとフィルタを通した第2ライン4の出力bの差を求め、この差が許容値以内になると出側スイッチ5に再び第1ライン2を接続しセンサMの出力をそのまま出力する。これによりセンサ切換の変動の大きい期間のみローパスフィルタを使用して変動の影響を軽減することができる。
【0012】
次に本発明の実施形態を説明する。図2は本発明の実施形態によるバンプ抑制フィルタを示す図である。入側スイッチ11には、センサL,センサM,センサN…のように、同一対象を測定する複数の同一機能を有するセンサが接続され、この1つが選択信号ライン19からの選択信号によって選択される。入側スイッチ11の出力Aは第1ライン12に出力される。本バンプ抑制フィルタの出力となる第2減算器18の出力はラッチ13に一時的に格納される。センサの出力はサンプリング間隔毎に出力される。ラッチ13は現在のサンプリングの1つ前の値を保持する。選択スイッチ14は入側スイッチ11の出力Aとラッチ13の出力Bとを切り換える。第1減算器15は入側スイッチ11の出力Aから選択スイッチ14の出力を差し引く。この値は選択スイッチ14がAを選択しているときは、当然0となる。またBを選択しているときでセンサが切り換わったときは、変動値(バンプ)となる。第2ライン17は第1減算器15の出力に一次遅れ要素exp(−Δt/τ)を乗算器16でかけその値を出力するラインであり、一次遅れ要素は第1減算器15の出力から高周波成分を除去し低周波成分を出力する。なお、一次遅れ要素のΔtはサンプリング間隔を表し、τは時定数を表す。第2減算器18は第1ライン11の出力から乗算器16の出力を減算して本バンプ抑制フィルタの出力とする。スイッチ制御部20は選択信号ライン19からの選択信号により選択スイッチ14をラッチ13の出力Bに切換え、AとBとの差が許容値以内となったとき選択スイッチ14をBからAに切り換えるように選択スイッチ14に指示する。
【0013】
次に動作について説明する。センサLが入側スイッチ11に接続されているものとする。このとき選択信号ライン19より選択信号が出力され、入側スイッチ11はセンサMに切り換わる。これと同時にスイッチ制御部20は選択スイッチ14をAからBに切換える。Bは切換前のセンサLの値で変動前の値であり、入側スイッチの出力AはセンサMに切換たときの変動を生じた値である。このため第1減算器15の出力は変動値(バンプ)であり、この変動値に一次遅れ要素をかけることにより変動値の緩やかな成分が取り出され、第2減算器18で第1ラインの出力Aから減算される。これにより第2減算器18から変動を少なくしたセンサMの出力が出される。スイッチ制御部20は選択信号によりAとBとの差を調べこの差が許容値以下となったとき選択スイッチ14をAに切り換える。これによりセンサ切換時は変動値分をほぼ差し引いたセンサの値が出力され、それ以外のときはセンサの出力がそのまま出力される。
【0014】
図3は通常用いられる一次フィルタの構成を示す図である。図2に示す本発明の実施形態は一次フィルタに選択スイッチ14とスイッチ制御部20を設け、入側スイッチ11を制御する選択信号に同期してスイッチ制御部20を動作させるようにしている。
【0015】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、センサ切換時に発生する変動をローパスフィルタを用いて軽減するが、変動が許容値内に収まればフィルタを経由しないセンサ出力をそのまま出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例のバンプ抑制フィルタを示す図である。
【図2】本発明の実施形態によるバンプ抑制フィルタを示す図である。
【図3】一次フィルタの回路である。
【図4】従来のセンサ切換回路である。
【図5】従来のローパスフィルタを用いたセンサ切換回路である。
【符号の説明】
1 入側スイッチ
2 第1ライン
3 ローパスフィルタ
4 第2ライン
5 出側スイッチ
6 切換ロジック
7 選択信号ライン
11 入側スイッチ
12 第1ライン
13 ラッチ
14 選択スイッチ
15 第1減算器
16 乗算器
17 第2ライン
18 第2減算器
19 選択信号ライン
20 スイッチ制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the redundant control system in which a plurality of sensors having the same function are provided on the same object and a failure occurs, the present invention is applied to a redundant system control system that reduces fluctuation (this is called a bump) that occurs at the time of switching. Regarding filters.
[0002]
[Prior art]
Redundant control systems are used in devices that can lead to major accidents due to a single sensor failure, such as aircraft engines. As an example of this, there is a system in which a plurality of sensors having the same function are provided on the same object, and if one fails, the system is switched to another sensor.
[0003]
FIG. 4 shows a conventionally used sensor switching method. A switch connected to a plurality of sensors is switched by a selection signal, and a measurement value of one sensor is output. However, although each sensor has the same function, the measured values of the sensors all have different values because of some variation in output and different mounting positions of the sensors. For this reason, the measured value fluctuates at the moment of switching the sensor signal to be taken into the control loop. This leads to unwanted fluctuations (bumps) in the control. In particular, when the control element has a differential element, significant fluctuation occurs. This bump may be a problem in terms of control performance and safety of the control system.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, as shown in FIG. 5, a low-pass filter LPF is connected to the switch, and a high-frequency component generated at the time of switching is cut and output as a gentle signal. However, if a normal LPF (for example, a first-order lag filter) is used, the filter works even when the sensor is not switched, so that a delay occurs in the measurement system, making it difficult to speed up the control. .
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a bump suppression filter that operates a filter only when a sensor is switched.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the reference example, a plurality of sensors having the same function for measuring the same object, an input side switch for selecting one of the plurality of sensors, a first line for taking out an output of the input side switch, and an input side switch A second line for extracting the output of the output through a low pass filter, an output side switch for selecting the first line and the second line, and when the input side switch is switched, the output side switch is changed from the first line to the second line. A switch control unit that switches the output side switch from the second line to the first line when the output difference between the first line and the second line falls within a predetermined value.
[0007]
The sensor is switched and the output of the second line through the low-pass filter is taken out. At the same time as switching, the difference between the output of the first line without the low-pass filter and the output of the second line with the low-pass filter is taken, and the output of the first line is taken out when this difference is within the fluctuation tolerance. As a result, the low-pass filter is used only during the period when the fluctuation at the time of sensor switching is large and the low-pass filter is not used during the other periods, so that the influence of bumps due to sensor switching can be reduced.
[0008]
In the invention of
[0009]
When the sensor is not switched, the output of the selection switch is the output A of the input switch, so the first subtracter takes the difference between the outputs A of the input switches and the output is zero. . As a result, the output of the second line becomes 0, and the output of the second subtractor becomes the output A of the input side switch. When the sensor is switched, the output of the selection switch is the output B one sampling before the second subtractor, so the output of the first subtracter is the difference between A and B, that is, the fluctuation, and this fluctuation. A value obtained by subtracting the value obtained by multiplying the first delay element from the output A of the input side switch is output from the second subtractor. As a result, a value with reduced fluctuation is output when the sensor is switched, and the value from the sensor is output as it is at other times.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Reference examples and embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a bump suppression filter of a reference example . A plurality of sensors having the same function for measuring the same object, such as sensor L, sensor M, sensor N,..., Are connected to the
[0011]
Next, the operation will be described. It is assumed that the sensor L is connected to the
[0012]
Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a bump suppression filter according to an embodiment of the present invention . A plurality of sensors having the same function for measuring the same object, such as sensor L, sensor M, sensor N,..., Are connected to the ingress switch 11, and one of these is selected by a selection signal from the
[0013]
Next, the operation will be described. Assume that the sensor L is connected to the ingress switch 11. At this time, a selection signal is output from the
[0014]
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a commonly used primary filter. Implementation of the invention shown in Figure 2 so as to operate the primary filter to provide a
[0015]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention reduces fluctuations occurring at the time of sensor switching by using a low-pass filter, but if the fluctuations are within an allowable value, a sensor output that does not pass through the filter can be output as it is. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a bump suppression filter of a reference example .
FIG. 2 is a diagram illustrating a bump suppression filter according to an embodiment of the present invention .
FIG. 3 is a circuit of a primary filter.
FIG. 4 is a conventional sensor switching circuit.
FIG. 5 is a sensor switching circuit using a conventional low-pass filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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