Brevet FR2645208A1 — publié le 19901005

La présente invention est relative à un dispositif de commande de marche pour un moteur à turbine à gaz. On a déjà proposé un dispositif de commande qui est représenté sous forme schématique très sim- plifiée à la Fig.1 des dessins, et dans lequel la sor- tie d'un générateur 10 de signal de différence, con- venablement mise en forme par un générateur de fonc- tion 11 qui présente une constante de temps appropriée de régulateur de temps, est transmise par l'intermé- diaire de "portes" 12,13 à bas régime (low win) et à haut régime (high win) à un dispositif de commande de combustible 14 qui présente une fonction de transfert intégrale. Le générateur de signal de différence 10 reçoit des entrées à partir d'un générateur 15 de signal de consigne de vitesse et à partir d' un trans- ducteur 16 de la vitesse du moteur de manière que la sortie du générateur 10 de signal de différence soit à zéro dans des conditions de marche régulière. Dans ces circonstances, le signal zéro "gagne (wins) les portes 12 et 13 et il y a ainsi une entrée nulle sur le dispositif de commande de combustible 14 qui conti- nue à délivrer du combustible au moteur avec un débit constant approprié pour maintenir le signal de diffé- rence de vitesse à zéro. De petites fluctuations de la vitesse du moteur provoquent de façon correspondante de petites modifications dans le signal de différence de vitesse pour modifier 1-a sortie du dispositif de commande du combustible afin de corriger ces fluctua- tions. en fournissant ainsi la caractéristique de ré- gulation de vitesse requise, la constante de temps de régulateur de vitesse et le gain étant choisis de fa- çon appropriée pour assurer une marche régulière sta- ble. La commande de l'accélération et de la décé- lération est assurée par deux autres boucles qui sont identiques. Chaque boucle comporte un générateur de signal limite 16A, 16D dont la sortie représente le taux maximum permis de modification de la vitesse du moteur dans des conditions de fonctionnement couran- tes. Ces générateurs peuvent soit recevoir comme 5si- gnaux d'entrée, le signal de vitesse et délivrer des signaux de limite représentant un pourcentage fixe (ou variable) de la vitesse courante ou ils peuvent rece- voir des signaux d'entrée représentant d'autres para- métres du moteur. Chaque générateur 16A, 16D fournit un signal d'entrée, à un intégrateur associé 17A, 17D dont la sortie représente la vitesse maximale ou minimale du moteur couramment permise pendant l'accélération ou la décélération respectivement. Ces signaux de sortie sont comparés avec la vitesse réelle du moteur dans des circuits générateurs de différence 18A et 18D, dont les sorties sont appliquées par l'intermédiaire de générateurs de fonction 19A. 19D qui ont des constantes de temps d'accélération et de décélération appropriées (inférieures à la constante de temps du régulateur) aux portes à bas régime et à haut régime 12. 13 respectivement. Alors que la boucle d'accéléra- tion ou la boucle de décélération est commandée (c'est à dire à la suite d'une modification soudaine de la consigne de vitesse) l'intégrateur de cette boucle fournit un signal représentant la limite de vitesse courante et la différence entre cette vitesse limite et la vitesse réelle commande le taux de modification de combustible fourni. Certains moyens sont requis pour commander des intégrateurs 17A et 17D lorsque ceux-ci ne se trouvent pas dans la boucle de commande en cours. La proposition précédente envisage un dispositif de com- mande 20 qui reçoit des entrées à partir de généra- teurs de fonction 19A,19D, une comparaison de celles- ci avec la valeur en cours du signal d'entrée appliqué au dispositif de commande de combustible 14 et le maintien des sorties de l'intégrateur remises à des valeurs égales à la valeur en cours de la vitesse, une possibilité étant donnée pour toute modification de vitesse en cours résultant d'une valeur différente de zéro du signal d'entrée du dispositif de commande de combustible 14. Il a été trouvé que cet agencement de réta- blissement des intégrateurs n'est pas satisfaisant en raison de la réponse relativement lente lors du passa- ge d'un fonctionnement en régulateur à un fonctionne- ment limite d'accélération ou de décélération. Suivant la présente invention, l'intégrateur dans une ou dans chacune des boucles d'accélération et de décélération est rétabli au moyen d'un agencement à réaction qui modifie l'entrée de l'intégrateur en fonction de la différence entre l'entrée du dispositif de commande de combustible et la sortie du générateur de fonction de cette boucle. Avec un tel agencement, dans des conditions de marche régulière, la sortie de l'intégrateur est maintenue, non pas à la vitesse réelle existante mais i un niveau supérieur dans le cas de la boucle d'ac- célération ou inférieur dans le cas de la boucle de décélération d'une valeur qui dépend de la sortie du générateur de signal de limite d'accélération ou de décélération selon le cas. La réaction de la différence à laquelle auquel on se réfère ci-dessus peut être retardée. De plus, un gain supérieur à l'unité peut être introduit pour assurer que la transition entre le fonctionnement en régulateur et le fonctionnement de limite de taux de modification est réalisée rapidement et sans dépas- sement. Le dispositif de commande de combustible proprement dit peut comprendre d'autres limiteurs qui fonctionnent dans certaines circonstances. Lorsque de tels limiteurs sont inclus, il est nécessaire de simu- ler l'action de ces limiteurs et d'engendrer un signal représentant l'entrée.du dispositif de combustible qui aurait produit un effet similaire à ces limiteurs et d'utiliser ce signal dans l'agencement de réaction au lieu de l'entrée réelle du dispositif de commande de combustible. Un tel agencement serait supposé faire partie de l'objet de la présente invention. Aux dessins annexés: - la Fig.1 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande de marche proposé précédemment pour un moteur à turbine à gaz; - la Fig.2 est un schéma synoptique d'un exemple de l'invention; et - la Fig.3 est un schméma synoptique d'un autre exemple de l'invention. En se référant tout d'abord à la Fig.2, les mêmes numéros de référence sont utilisés que ceux utilisés à la Fig.1 lorsque cela s'avère nécessaire. La manette des gaz du pilote désignée par PLA. fournit un signal d'entrée au générateur de signal de consigne de vitesse 15 dont la sortie est comparée avec un signal représentant la vitesse réelle du moteur NH obtenue à partir d'un transducteur de vi-tesse 16 au moyen d'un générateur 10 de signal d'erreur de vitessse. Un générateur de fonction 11 ayant une constante de temps et un gain appropriés délivre un signal de sortie qui, pendant la marche normale passe par l intermédiaire d'une porte 12 à bas régime, d'une porte 13 à haut régime, d'une autre porte 23 à bas régime et d'une autre porte 50 à haut régime vers le dispositif de commande de fluide 14 qui présente une caractéristique de transfert intégrale de sorte que le taux avec lequel le débit de combustible vers le moteur change est proportionnel au signal d'entrée qu'il reçoit. Le générateur 16A de signal de limite d'ac- célération fournit un signal de limite d'accélération qui est appliqué par l'intermédiaire d'un sommateur 24A à un intégrateur 17A dont la sortie est appliquée à un autre sommateur 18A qui compare la Vitesse réelle du moteur avec la vitesse maximale couramment permise représentée par le signal de sortie de l'intégrateur 17A et fournit un autre signal d'erreur à la porte 12 par l'intermédiaire d'un générateur de fonction 19A. Un agencement similaire 16D, 24D, 17D, 18D et 19D est prévu pour la commande de la décélération et son si- gnal de sortie est appliqué à la porte 13. Au lieu du circuit 20 de rétablissement de l'intégrateur de la Fig.1, l'exemple représenté à la Fig.2, emploie un agencement de rétablissement de l'intégrateur qui met à profit la variation du signal d'entrée de l'intégrateur 17A ou 17D en fonction de la différence entre le signal de sortie du générateur de fonction 19A, 19D associé et le signal d'entrée réel du dispositif de commande de combustible 14. La forme la plus simple de l'agencement de rétablissement de l'intégrateur est représentée en relation avec la boucle de décélération. Ici, le sommateur 24D reçoit le signal de limite de décéléra- tion du générateur 16D, le signal de sortie de la porte 50 et le signal de sortie de générateur 19D,. ayant des polarités telles que dans l'état régulier (c'est à dire lorsque le signal d'entrée du dispositif de commande de combustible 14 est à zéro) , le signal de sortie de l'intégrateur atteint un niveau tel que le signal de sortie du générateur 19D est de valeur égale et de polarité opposée au signal de sortie du générateur 16D (la réaction du signal provenant de l'entrée au dispositif de commande de combustible étant à zéro dans ces conditions). Ainsi, le signal d'entrée de l'intégrateur 17D est à zéro et sa sortie est juste suffisamment inférieure au signal de vitesse pour maintenir ce niveau de sortie du générateur 19D. A la suite d'une modification par "pas" du signal de consigne de vitesse résultant d'une modification de la position de la manette des gaz du pilote pour demander une décélération, le signal de sortie de la porte 50 devient égal au signal de sortie de la porte 50. Ceci a pour effet de rendre le signal d'entrée de l'inté-. grateur 17D égal en valeur au signal de sortie du générateur 16D, mais de polarité négative de sorte que le signal de sortie de l'intégrateur 17D décroît à la manière d'une rampe et la vitesse réelle du moteur suit cette tendance. La boucle de rétablissement de l'úntégrateur d'accélération est plus complexe et comprend un somma- teur supplémentaire 25 qui reçoit des signaux d'entrée de la sortie du générateur 19A et de la porte 50. La sortie du sommateur 25 est appliquée par l'intermédiaire d'un circuit à retard 26 et d'un bloc à gain 27 appliquant au sommateur 24A, un gain KA supérieur à l'unité au signal retardé provenant du sommateur 25. Le bloc à gain 27 a pour effet de régler la sortie du générateur 19A à une fraction de la sortie du générateur 16A dans des conditions d'état régulier (sortie de la porte 23 à zéro). Dans ce cas, à la suite d'une phase d'accroissement de la consigne de vitesse, il y a un retard entre l'instant auquel la sortie du générateur 19A commence à gagner la porte 12 et l'instant auquel la boucle de rétablissement de l'intégrateur est supplantée. Ainsi, bien que la sor- tie du sommateur 25 tende vers zéro, dès que le géné- rateur 19A commencent à gagner, l'entrée du sommateur 24A en provenance du bloc à gain 27 reste inchangée jusqu'à ce que le retard imposé par le circuit à retard 26 expire. Ainsi, la sortie de l'intégrateur 17A reste pratiquement constante pendant cet interval- le, en permettant au signal d'erreur produit par le sommateur 18A de rester régulier. Lorsque la sortie du bloc à gain tombe à zéro, à la fin du retard, la tran- sition entre le fonctionnement en régulateur et le fonctionnement à limite d'accélération est terminée rapidement mais régulièrement et sans dépassement significatif. De façon similaire, lorsqu on approche de la nouvelle vitesse demandée, l'agencement retard + gain de la boucle de rétablissement de l'intégrateur de commande d'accélération assure que la transition entre la commande de limite d'accélération et la commande de régulateur est effectuée de façon continue et sans dépassement. L'exemple de l'invention représenté à la Fig.3 donne plus de détails en ce qui concerne la ma- nière dont les "autres limites" 28, et fonction de retenue ACU 29 et de retenue DCU 30 sont incorporées. Une nouvelle fois, les numéros de référence similaires sont donnés aux parties déjà décrites. Les boucles de rétablissement de décélération et d'accélération de l'intégrateur sont maintenant identiques l'une à l'au- tre et en plus des blocs inclus dans ces boucles à la Fig.2, chacune est représentée comme comportant un rectangle additionnel 31A, 31D. désigné Z 1 Ce rec- tangle représente l'utilisation dans la boucle de don- nées qui sont décalées d'un cycle. Le système dans s-on ensemble est réalisé au moyen d'un ordinateur fonc- tionnant pour exécuter de façon cyclique les diverses fonctions indiquées par les blocs et les blocs Z 1 in- diquent l'utilisation de données engendrées au cours du cycle de fonctionnement précédent. On notera égale- ment qu'à la Fig.3, le générateur de fonctionnement 16A' tire le signal de limite d'accélération comme une fonction de la pression totale dans la tubulure d'ad- mission d'air du moteur PT0. Les "autres limites" indiquées à la Fig.2 sont représentées à la Fig.3 comme étant des généra- teurs de fonction 32, 33 qui reçoivent des signaux à partir desquels la valeur limite du paramètre à limi- ter peut être calculée qui comparent la valeur réelle mesurée du paramètre avec la limite calculée et qui produisent un signal limite qui gagne la porte 12 seulement si la limite est atteinte. Le générateur 32 limite la vitesse NL de la bobine à basse pression (NH étant la vitesse de la bobine à haute pression, en fonction de la température T1 de l'air ambiant et de la pression totale PT0. Le générateur 33 limite la température des pales de turbine TBT en fonction des mêmes paramètres. La Fig.2 montre la retenue ACU 29 et la re- tenue DCU 30 qui sont les systèmes de.retenue pour se substituer au dispositif de commande si des conditions de calage ou d'arrêt par épuisement sont au. point d'être atteintes pendant l'accélération ou la décélé- ration et introduites dans le système sur les portes 23 et 50 respectivement. Il est cependant souhaitable de placer ces fonctions comme "tardives" dans le dis- positif de commande et dans la mesure du possible de manière qu'elles soient disponibles dans le cas d'une défaillance du système. La Fig.3 montre en réalité un bloc en pointillés 14A qui fait partie du dispositif de commande de combustible 14. Cette partie du dispo- sitif de commande de combustible est en réalité néces- saire pour convertir le signal NHDOT en signal WF (c'est à dire qu'il convertit le taux de variations du signal de consigne de vitesse en un signal de débit de combustible). A cet effet. l'entrée NHDOT du bloc 14a est appliquée à un convertisseur 35 qui présente une fonction de transfert * - dNH dWF o * est la constante de temps estimée de la boucle comprenant le dispositif de commande de débit de com- bustible et le moteur. Un sommateur 36 additionne la sortie du convertisseur 35 à un signal représentant le débit de combustible en cours estimé et le signal ré- sultant est appliqué par l'intermédiaire d'une porte 37 à bas régime et d'une porte 38 à haut régime à un' générateur de fonction de sortie 39 destiné à linéa- riser la commande de la vanne à combustible qui le suit (de sorte qu'aucun transducteur de débit de flui- de n'est nécessaire). La sortie de la porte à haut ré- gime est appliquée par l'intermédiaire d'un dispositif à retard 40 d'un cycle à une entrée d'un sommateur 41 dont la sortie est appliquée à un générateur de fonc- tion 42 fournissant la fonction de transfert 1/% *, la sortie de celui-ci étant appliquée à un intégrateur 43. La sortie de l'intégrateur 43 est appliquée en réaction au sommateur 41 et également appliquée au sommateur 38. Avec cet agencement, la sortie de l'in- tégrateur 43 représente le débit de combustible exis- tant calculé au cours du cycle de traitement de don- nées précédent. La retenue ACU 29 est appliquée à la porte 7 et la retenue DCU 30 est appliquée à la porte 38. Etant donné que ces fonctions sont introduites après conversion de NHDOT en WF, un signal NHDOT réel re- présentant le taux requis de modifications n'existe en aucun point du système décrit jusqu'l-ci, lorsque l'une de ces fonctions prend effet. Il est cependant néces- saire d'utiliser le signal NHDOT en tant que signal de réaction pour les boucles de rétablissement de l'inté- grateur en accélération et en décélération. Comme représenté à la Fig.3, le dispositif de commande 14a comprend un simulateur pour produire un signal NHDOT I décalé vers le haut qui représente le signal NHDOT qui aurait eu le même effet sur la sortie de la porte 38 si le dispositif de commande n'avait pas été supplanté par l'une ou l'autre fonc- tion. Comme représenté ce simulateur consiste simple- ment en un sommateur 45 qui soustrait la sortie de l'intégrateur 43 de la sortie de la porte 38 (ceci simule WFDOTJ et un générateur de fonction 46 avec la fonction de transfert ( t)- x dHN - dWF. Ce signal est appliqué aux sommateurs 25A et 25D des boucles de rétablissement de l'intégrateur. On voit donc que le dispositif de commande décrit évite l'inconvénient évoqué ci-dessus et assure que les intégrateurs d'accélération et de décélération sont maintenus rétablis de façon appropriée à chaque instant lorsqu'ils n'assurent pas réellement la com- mande du débit du combustible. ll REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de marche pour un moteur à turbine à gaz comprenant un dispositif (14) de commande de débit de combustible qui reçoit en tant qu'entrée un signal représentant un taux désiré de variations de la vitesse du moteur, un circuit régula- teur de vitesse (10.11) qui reçoit un signal de consi- gne de vitesse et un signal de vitesse reel et qui fournit un premier signal de sortie déterminé par la différence entre lesdits signaux de vitesse, un cir- cuit de commande d'accélération et un circuit de com- mande de décélération, chaque circuit de commande com- prenant un générateur de signal limite (16A.16D) dont la sortie représente le taux maximum permis de varia- tions de la vitesse du moteur dans des conditions de fonctionnement courant et chaque circuit de commande comprenant également un intégrateur (17A. 17D) connec- té de manière à intégrer la sortie du générateur de signal limite respectif et des moyens pour engendrer un second et un troisième signaux de sortie déterminés par la différence entre la sortie de l'un correspon- dant des intégrateurs (17A.17D) et la vitesse réelle du moteur, des moyens (12,13) de sélection pour sé- lectionner si le premier. le second ou le troisième signal de sortie est appliqué au dispositif de comman- de du débit de combustible (14) en tant que signal d'entrée de celui-ci et des moyens pour rétablir les intégrateurs des circuits de commande et de décélé- ration. caractérisé en ce que les moyens de rétablis- sement de l'intégrateur d'au moins un des circuits de commande de l'accélération et de la décélération com- prennent un agencement à réaction (25,26,27) qui modi- fie l'entrée de l'intégrateur de ce circuit de comman- de en fonction de la différence entre l'entrée du dis- positif de commande du débit de combustible et le second ou le troisième signal de sortie selon le cas. 2. Dispositif de commande de marche suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement à réaction comprend en outre des moyens à retard (26) pour retarder la réaction de ladite différence. 3. Circuit de commande de marche suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit agence- ment à réaction a un gain supérieur à l'unité. 4. Dispositif de commande de marche suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le dispositif de commande du débit de combustible comporte des moyens de limitation ac- tionnables pour déterminer le débit de fluide vers le moteur indépendamment de l'entrée qui lui est appli- quée, des moyens étant prévus pour simuler l'entrée qui aurait été requise pour obtenir le débit de fluide résultant réel et pour délivrer ce signal d'entrée si- mulé aux moyens de réaction.