Brevet FR2000547A1 — publié le 19690912

i 2000547 L'invention est relative à des systèmes d'asservissement à boucle fermée pour commander l'alimentation en combustible de moteurs à turbine à gaz. De tels systèmes ont pour but de permettre au pilote, ou à celui qui commande le moteur, d'établir 5 une vitesse du moteur souhaitée et dç maintenir la vitesse souhaitée conforme à une position d'une manette de commande de vitesse. Selon la présente invention, il est prévu : un système pour commander l'alimentation en combustible d'un moteur à turbine à ÎO gaz, comprenant des moyens pour produire un signal d'erreur représentant la différence entre la vitesse réelle et une vitesse souhaitée d'un rotor dans le moteur à turbine à gaz ; des moyens pour produire un signal de commande représentant une somme de trois termes dont le premier terme comprend une fonction inté-15 grale du signal d'erreur et au moins un multiplicateur, le second terme comprend une fonction simple du signal d'erreur et au moins un autre multiplicateur, et le troisième terme comprend u-ne fonction dérivée du signal d'erreur et au moins encore un autre multiplicateur ; des moyens pour fournir du combustible au 20 moteur à un taux dépendant du signal de contrôle ; et des moyens sensibles à la vitesse réelle du rotor pour faire varier les multiplicateurs suivant des fonctions prédéterminées de la vitesse du rotor. Des moyens peuvent également être prévus pour supprimer le 25 troisième terme toutes les fois où le signal d'erreur est inférieur à une amplitude prédéterminée. Dans des systèmes d'asservissement de différents types, il est évidemment connu de produire un signal d'erreur représentant la différence entre la valeur réelle et une valeur souhaitée d'u-30 ne variable. Il est également connu d'engendrer des signaux proportionnels au signal d'erreur, des signaux proportionnels à une fonction intégrale du signal d'erreur, et des signaux proportionnels à une fonction dérivée du signal d'erreur. Pour les besoins de cette description, l'expression "une fonction intégrale 35 du signal d'erreur" est employée pour désigner tout signal obtenu à partir du signal d'erreur par intégration, ou par un procédé sensiblement équivalent, par rapport à une variable temps, l'expression "une fonction dérivée du signal d'erreur" est employée pour désigner tout signal obtenu à partir du signal d'er-40 reur par différentiation, ou un processus sensiblement équivalent BAD ORtGlNAfcJ *i 69 01094 2 2000547 par rapport à une variable temps et l'expression "une fonction simple du signal d'erreur" est employée pour désigner tout signal obtenu à partir du signal d'erreur par un processus n'impliquant aucune différentiation ou intégration par rapport au 5 temps ou par tous processus équivalant à celui-ci. Le second terme (proportionnel au signal d'erreur) est a-justé pour devenir prédominant lorsqu'un changement de vitesse est exigé. Une augmentation du multiplicateur de ce terme tend à augmenter la rapidité de réponse du système, mais tend aussi 10 à réduire la stabilité et la précision de la vitesse obtenue® Le premier terme (le terme de la fonction intégrale) tend à compenser ces effets et à améliorer de ce fait la stabilité et la précision de la commande de vitesse. Le troisième terme (le terme de la fonction dérivée) permet d'agir en avance et peut être 15 ajusté pour aider à obtenir une réponse plus rapide, sans dépassement ou avec un degré acceptable de dépassement* Cela tend, cependant, à rendre le système sensible, d'une manière indésirable, aux signaux de bruit. On a trouvé qua» lorsqu'un moteur à turbine à gaz doit ê-20 tre commandé par un signal obtenu par addition d'un premier, d5 un second et d'un troisième termes, comme exposé ci-dessus, il est souhaitable de choisir des valeurs optimales pour les multiplicateurs des trois termes. Différentes valeurs pour les multiplicateurs sont souhaitables à différentes vitesses du moteur,et 25 les caractéristiques du système de commande sont considérablement améliorées lorsqu'on fait varier les trois multiplicateurs suivant des fonctions prédéterminées de la vitesse du moteur ; des fonctions appropriées peuvent être déduites, pour un moteur donné, de calculs et de résultats empiriques. 30 Les effets des signaux de bruit sur le troisième terme peu vent être réduits en s'arrangeant pour que le troisième terme soit supprimé toutes les fois où le signal d'erreur est inférieur à une amplitude prédéterminée. Ceci permet d'éviter des fluctuations de vitesse qui, autrement, seraient causées par les si-35 gnaux de bruit. Un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit, à titre d'exemple seulement, avec référence aux dessins annexés. La figure 1, de ces dessins, est un diagramme schématique 40 d'un système de commande d'alimentation en combustible d'un mo- bad original 69 01094 3 2000547 teur, établi conformément à 1'invention. La figure 2, enfin, est une représentation graphique de quelques variables du système de la figure 1, en fonction de la vitesse du moteur. 5 La figure 1 représente un moteur à turbine à gaz 1 équipé d'une sortie tachymétrique propre à délivrer un signal S proportionnel à la vitesse réelle d'un rotor du moteur. Une commande de vitesse 2 est prévue ; ce peut être une manette d'étranglement combinée à un élément transducteur convenable pour déli-10 vrer un signal électrique de sortie représentant une vitesse souhaitée pour la turbine. Le signal de vitesse souhaitée venant de la commande de vitesse 2 et le signal de vitesse réelle S sont appliqués à un générateur de signaux d'erreur 3 qui produit un signal d'erreur £ dépendant de la différence entre le signal de 15 vitesse souhaitée et le signal de vitesse réelle. Le signal d'erreur es est appliqué à trois canaux. Le premier canal comprend un circuit d'intégration 4 et un amplificateur 5. Le second canal établit une liaison passive avec un amplificateur 6. Le troisième canal comprend un circuit 7 pour 20 supprimer les signaux faibles, un circuit de différentiation 8 et un amplificateur 9, reliés en série. Les sorties des amplificateurs 5, 6 et 9.sont combinées et appliquées à l'entrée du signal.de commande d'un servomécanisme d'alimentation en combustible. Le servomécanisme 10 est agencé pour commander l'alimen-25 tation en combustible de la turbine 1. Les amplificateurs 5,6 et 9, qui sont à gain variable, peuvent être commandés séparément et leurs circuits de commande du gain sont reliés par une ligne 11 à la sortie tachymétrique S de la turbine 1. Sous l'action du circuit d'intégration 4, l'amplificateur 5 30 reçoit un signal qui est une fonction intégrale du signal d'erreur _e et peut être représentée commodément par la notation J"(e). Le gain de 1 'amplificateur 5 sera représenté par un premier multiplicateur x qui rend le signal de sortie de cet amplificateur égal à x^(e). Le gain de l'amplificateur 6 sera représenté ■ 35 par un second multiplicateur % , qui rend le signal de sortie de cet amplificateur égal à y . e. L'effet du circuit de différentiation 8 est de fournir à 1 * amplificateur 9 un signal d'entrée (sauf lorsque le circuit 7 le supprime) qui est une fonction dérivée du signal d'erreur e et peut être représentée commodément 40 par la notation d (e). Le gain de l'amplificateur 9 sera repré- dE ~ T BAD or. _ original 69 01094 2000547 senté par un troisième multiplicateur z qui rend le signal de sortie de cet amplificateur égal à _z {e) . Les multiplicateurs dt x, x. et jz sont établis de manière à dépendre du signal S suivant trois fonctions non-linéaires différentes. Pour un type particu-5 lier de moteur, des fonctions non-linéaires convenables pour xt i et z sont représentées sur la fig. 2. On peut s'attendre à ce que les fonctions convenables pour d'autres moteurs aient des formes semblables. Evidemment, les circuits 3 à 9 inclus peuvent être des cir-10 cuits de calcul analogique. Le circuit 7 peut alors être un dispositif de restitution de tension (circuit de clamping) ou de polarisation, à simple diode. Les circuits 4 et 8 n'ont pas besoin de produire, des effets d'intégration et de différentiation mathématiquement parfaits. Les circuits 5, 6 et 9 peuvent être 15 constitués par des amplificateurs à caractéristiques de gain variables électroniquement, les fonctions x, % et z étant obtenues par l'inclusion de réseaux non-linéaires appropriés (non représentés) dans leurs connexions de commande de gain. Selon une variante, les circuits amplificateurs 5, 6 et 9 peuvent être des 20 circuits multiplicateurs de signaux analogiques. Selon une autre variante, on pourrait produire des signaux digitaux dans une partie ou dans l'ensemble du système et on u-tiliserait des circuits de calcul digital pour tout ou partie des circuits 3 à 9 inclus. Selon encore une autre variante, il 25 serait possible de programmer convenablement un calculateur digital pour remplir les fonctions des circuits 3 à 9 inclus. Il est clair que de telles variantes restent dans le domaine de l'invention qui ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation 30 de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués, mais en embrasse, au contraire, toutes les variantes. BAD ORIGIN/i 69 01094 s 2000547 R E V EN DICATIONS 1. Système pour commander 1 *alimentation en combustible d'un moteur à turbine à gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend : des moyens pour produire un signal d'erreur représentant la dif- 5 férence entre la vitesse réelle et une vitesse souhaitée d'un rotor dans le moteur à turbine à gaz, des moyens pour produire un signal de commande représentant la somme d'un premier terme sensiblement égal à une fonction intégrale du signal d'erreur multipliée par un premier multiplicateur, d'un second terme sensi-10 blement égal au signal d'erreur multiplié par un second multiplicateur et d'un troisième terme sensiblement égal à une fonction dérivée du signal d'erreur, un servomécanisme d'alimentation en combustible sensible au signal de commande et des moyens sensibles à la vitesse réelle du rotor pour établir les valeurs 15 du premier, du second et du troisième multiplicateurs suivant des relations prédéterminées avec la vitesse du rotor. 2. Système pour commander l'alimentation en combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour supprimer le troisième terme de la somme toutes les 20 fois où le signal d'erreur est inférieur à une amplitude prédéterminée. 3. Système pour commander l'alimentation en combustible d'un moteur -à turbine à gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend : des moyens pour produire tin signal d'erreur représentant la dif- 25 férence entre la vitesse réelle et une vitesse souhaitée d'un rotor dans le moteur ; des moyens pour produire un signal de commande représentant une somme de trois termes dont le premier terme comprend une fonction intégrale du signal d *erreur et au moins un multiplicateur, le second terme comprend une fonction 30 simple du signal d'erreur et au moins un autre multiplicateur, et le troisième terme comprend une fonction dérivée du signal d'erreur et au moins encore un autre multiplicateur ; des moyens pour alimenter le moteur en combustible à un taux dépendant du signal de commande, et des moyens sensibles à la vitesse réelle 35 du rotor pour faire varier les multiplicateurs suivant des fonctions prédéterminées de la vitesse du rotor. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour supprimer le troisième terme de la somme toutes les fois où le signal d'erreur est inférieur à