Brevet FR2794539A1 — publié le 20001208

Système et procédé de commande pour commander un moteur en fonction de la détérioration du moteur La présente invention concerne un système et un procédé de commande pour commander un moteur et en particulier un système et un procédé de commande pour commander un moteur en fonction de la détérioration du moteur. Les moteurs à turbine à gaz existants utilisent des systèmes de commande de moteur numériques/électroniques, sou vent appelés FADEC ("Full Authority Digital Engine Control", systè me de régulation électronique numérique à pleine autorité du moteur). Ces systèmes de commande incluent souvent des modèles mathémati- ques/informatiques de divers systèmes, sous-systèmes et organes de moteur. Ces modèles mathématiques/informatiques sont souvent utili sés pour prédire et commander le comportement de systèmes, sous-sys tèmes et organes de moteur. La prédiction et la commande du compor tement moteur peuvent utiliser (1) une rétroaction du comportement moteur réel au moyen de capteurs placés en diverses parties du moteur (température, pression, vitesse, etc.), (2) des calculs et prédictions du comportement des systèmes, sous-systèmes et organes du moteur, et (3) des plans décrivant un comportement voulu ou cible des systèmes, sous-systèmes et organes sous certaines conditions de fonctionnement du moteur (le terme "plan" étant employé ici dans le sens de "program me", "planification"). Le fait de commander un moteur de cette manière permet d'obtenir des performances et un rendement du moteur améliorés, ce qui apporte des bénéfices significatifs au client/utilisateur du moteur, comme par exemple une consommation de carburant plus faible et une plus longue vie du moteur sur l'aile (durée après laquelle le moteur doit être retiré du service pour révision/maintenance). Ces bénéfices à leur tour donnent lieu à des coûts de fonctionnement plus bas et à une plage plus souple et plus large de modes d'exploitation pour le client/utilisateur. Pour pouvoir prédire et commander le comportement du moteur, les modèles mathématiques/informatiques comportent des informations sur les propriétés physiques des systèmes, sous-systèmes et organes du moteur concernés, telles que la taille physique (di mensions, forme), le coefficient de dilatation thermique, le module d'élasticité, la rigidité, les constantes de temps, et autres propriétés physiques, mécaniques, et thermiques. Ces informations sur les pro priétés physiques sont typiquement pré-programmées dans le système de commande du moteur, et représentent l'état physique du système, sous-système, ou organe neuf du moteur. Au cours de l'exploitation du moteur par le client/utilisateur, des changements peuvent se produire avec le temps dans les propriétés physiques des systèmes, sous-systè mes et organes du moteur. Comme exemples de ces changements, citons l'usure et la distortion, qui changent la taille physique et/ou la forme du système, sous-système, ou organe du moteur. De tels change ments dans les propriétés physiques réduisent ou altèrent souvent les performances et le rendement du moteur, ce qui conduit à un accrois sement de la consommation de carburant, et à une réduction de la vie du moteur sur l'aile. Les changements néfastes de cette nature sont dé signés sous le terme de détérioration. Au fur et à mesure qu'un moteur se détériore et subit des changements physiques au cours du temps, les propriétés physiques du système, sous-système, ou organe du moteur détérioré commencent à dévier des propriétés physiques du produit neuf qui ont été pré-programmées dans le système de commande du moteur. Si une rétroaction directe des propriétés physiques changean tes, allant du moteur au système de commande, n'est pas disponible (comme c'est le cas dans les systèmes de commande moteur actuels), alors le système de commande ne peut pas prendre en compte ces changements physiques. Les écarts qui en résultent entre les propriétés physiques détériorées (dans le moteur), et les propriétés physiques du produit neuf (dans le système de commande) introduisent des diver- gences dans les modèles mathématiques/informatiques. Ces divergen ces altèrent la capacité du système de commande de moteur à prédire et commander avec précision le comportement du système, sous-systè me, ou organe de moteur concerné. Ceci peut résulter en un rendement et une vie sur l'aile réduits, une consommation de carburant accrue, et d'autres effets néfastes sur les performances du moteur. Les écarts entre les propriétés physiques du produit détérioré et celles du produit neuf sont le plus souvent traités par l'entretien et la maintenance physiques, au cours desquels on rétablit les propriétés physiques, de l'état détérioré à l'état neuf. Cette maintenance physi que, parfois appelée restauration des performances, est réalisée soit par remplacement du système, sous-système, ou organe de moteur concerné avec du matériel neuf, soit par traitement physique (répara tion) du matériel. Toutefois, l'entretien et maintenance physique de ce type est difficile, longue, fastidieuse, et onéreuse. Un procédé plus simple, plus rapide, moins onéreux, et plus pratique pour traiter l'écart du système de commande entre l'état détérioré et l'état neuf serait par conséquent avantageux. Un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, de l'inven tion concerne un système de commande pour commander un moteur en fonction de la détérioration du moteur. Ce système de commande com porte une mémoire de plan pour enregistrer un plan représentant des valeurs cibles pour une grandeur réglée. Le système de commande comporte également un processeur couplé à la mémoire de plan. Le processeur reçoit une entrée de référence et la grandeur réglée et génè re un signal de commande qui est fonction de l'entrée de référence et du plan. Le plan enregistré dans la mémoire de plan peut être mis à jour pour tenir compte de la détérioration du moteur, de sorte qu'une commande précise est exécutée. Un autre mode de réalisation, donné à titre d'exemple, de la présente invention, concerne un procédé pour commander un moteur. Le procédé comprend le fait de mettre à jour un plan pour tenir compte de la détérioration du moteur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, faite en référence aux dessins d'accom pagnement dans lesquels la figure 1 est un schéma fonctionnel d'une boucle d'asservis sement; la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de commande d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, de la présente invention; et la figure 3 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de commande d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, de la présente invention. La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système de commande de moteur à asservissement, représentatif de la commande réalisée dans un mode de réalisation, servant d'exemple, de la présente invention. Un dispositif de commande 10 fait interface avec un moteur 28 pour commander la valeur d'une grandeur réglée 12. Une ou plu sieurs entrées de référence 14 sont appliquées à un plan 16. Le plan 16 fournit une valeur cible 18 pour la grandeur réglée 12. Une différence entre la valeur cible 18 et la grandeur réglée 12 est déterminée par un sommateur 20 pour générer un signal d'erreur 22. Le signal d'erreur est fourni au bloc gain, dynamique 24 qui génère un signal de commande 26 qui est transmis à un ou plusieurs organes du moteur 28 pour régler la grandeur réglée 12. La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un système de com mande de moteur dans un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, de l'invention. Un dispositif de commande 100 comporte un processeur 102 qui peut se présenter sous la forme d'un microprocesseur et de composants associés (mémoire RAM (mémoire vive), dispositifs E/S, etc.). Le processeur 102 est couplé à une mémoire de plan 106 qui contient un plan représentant les valeurs cibles pour des grandeurs réglées comme décrit plus haut en référence à la figure 1. Le proces seur 102 est également couplé à une mémoire de programme 108 qui stocke un programme de commande contenant les instructions devant être exécutées par le processeur 102. Le dispositif de commande 100 comporte un dispositif (ou port) de communication 110 pour permettre la communication extérieure avec le processeur 102 en utilisant des techniques connues (par exemple, la norme RS232). Le fonctionnement du dispositif de commande 100 va mainte- nant être décrit. Le dispositif de commande 100 est conçu pour com mander une grandeur réglée 120. En fonctionnement, le processeur 102 reçoit une ou plusieurs références d'entrée 122. Le processeur 102 compare les références d'entrée au plan stocké dans la mémoire de plan 106 pour en déduire une valeur cible pour la grandeur réglée 120. Le processeur 102 reçoit la grandeur réglée 120 via la rétroaction et détermine la différence entre la grandeur réglée 120 et la valeur cible. En fonction de la différence entre la valeur cible et la grandeur réglée, le processeur génère un signal de commande 124. Le signal de com mande 124 est transmis au moteur pour régler la grandeur réglée 120 à une valeur égale à la valeur cible. Comme décrit plus haut, il existe un écart entre les propriétés physiques de l'élément détérioré et les propriétés physiques de l'élé ment neuf initialement programmées, lequel se produit au cours du temps pendant le fonctionnement du moteur. Le système de commande de la figure 2 peut être mis à jour pour compenser cet écart. Un pre mier type de mise à jour consiste à stocker un plan mis à jour dans la mémoire de plan 106. La mémoire de plan 106 contient des plans utili sés pour déduire la valeur cible pour la grandeur réglée. Le fait de mettre à jour les plans dans la mémoire de plan 106 permet à un plan mis à jour, correspondant à un moteur détérioré, d'être enregistré dans la mémoire 106. Ceci va permettre de réduire l'écart entre la valeur ci ble et la grandeur réglée dû à la détérioration du moteur. Un second type de mise à jour consiste à stocker un programme de commande mis à jour dans la mémoire 108. Le programme de commande mis à jour peut modifier le calcul du signal de commande 124 pour compenser la détérioration du moteur. La mise à jour de la mémoire de plan 106 ou de la mémoire de programme 108 peut être réalisée à des intervalles d'entretien pré déterminés. Par exemple, après 10 000 heures d'utilisation en vol, on peut prévoir un entretien du moteur. A ce moment-là, on peut mettre à jour la mémoire de plan 106 et/ou la mémoire de programme 108 via le port de communication 110. Le plan mis à jour et/ou le programme de commande mis à jour est/sont transmis au processeur 102 qui enregis tre ensuite le plan mis à jour et/ou le programme de commande mis à jour dans la mémoire de plan 106 ou la mémoire de programme 108. La mémoire de plan 106 et la mémoire de programme 108 doivent être des mémoires de type programmable telles que des EEPROM (mémoire morte programmable effaçable électriquement), mémoires flash, etc. Il est bien entendu que la mémoire de plan et la mémoire de programme peuvent être obtenues en un seul composant plutôt que dans des com posants distincts. Le réglage ou la re-programmation du système de commande réalisé(e) de cette manière est un procédé de réduction/éli- mination de l'écart significativement plus facile, plus rapide, moins onéreux et plus pratique que la révision physique et la maintenance du moteur. La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'in vention dans lequel le dispositif de commande met à jour automatique ment la mémoire de plan 106 et/ou la mémoire de programme 108. Comme on peut le voir en figure 3, la mémoire de plan 106 comporte une pluralité de plans désignés par 132, 134 et 136. La mémoire de programme 108 comporte une pluralité de programmes de commande désignés par 142, 144 et 146. Un signal de détérioration 150 est trans mis au processeur 102 et le processeur 102 choisit un plan dans la mé moire de plan 106 et/ou un programme de commande dans la mémoire 108 en fonction du signal de détérioration 150. Par exemple, le signal de détérioration 150 peut indiquer le nombre d'heures d'utilisation du moteur. Ou bien, le signal de détérioration 150 peut représenter une caractéristiques physique du moteur. Le processeur 102 contrôle le si gnal de détérioration 150 et exécute une mise à jour en choisissant un plan et/ou programme de commande approprié. En conséquence, le dis positif de commande 100 se règle automatiquement pour prendre en compte la détérioration lorsque le moteur satisfait un certain ensemble de conditions. Dans ce cas, la prise en compte et la correction/réglage pour la détérioration sont entièrement automatiques et ne nécessitent aucune action de maintenance. Que ce soit dans le mode de réalisation de mise à jour ma nuelle de la figure 2 ou dans le mode de réalisation de mise à jour au tomatique de la figure 3, le changement de plan ou de programme de commande doit correspondre à la détérioration physique du moteur. La détermination du degré de correction/réglage requis, et de la meilleure façon de le mettre en oeuvre dans le système de commande, doit com porter, mais sans y être limitée, les considérations suivantes 1) Connaissance des mécanismes ou phénomènes de détérioration qui touchent un système, sous-système, ou organe particulier du moteur. 2) Expérience ou historique du type de moteur particulier. 3) Inspections du moteur sur l'aile, par exemple avec un endoscope. 4) Analyse des données de tendances/performances du moteur pour le moteur particulier au cours de l'exploitation en service commercial par le client/utilisateur. 5) Utilisation, environnement, et fonctionnement prévus du moteur particulier par le client/utilisateur particulier. Le système de commande des modes de réalisation, donnés à titre d'exemple, de la présente invention, aide à réduire les coûts d'ex- ploitation du moteur en réduisant la consommation de carburant, en ré duisant la maintenance/révision physique du moteur, en étendant la vie sur l'aile du moteur et en réduisant le temps d'immobilisation du mo teur. La détérioration des performances est réduite et la vie sur l'aile est étendue, en nécessitant peu ou pas d'action de maintenance. La pré sente invention peut être appliquée à tout type de moteur (par exem ple, turbine à vapeur, turbine à gaz, sans turbine) équipé d'un système de commande numérique/électronique, où des informations pré-pro- grammées concernant le moteur changent ou se détériorent au cours du temps pendant le fonctionnement. Un exemple d'application d'un mode de réalisation de la pré sente invention va maintenant être décrit. Le jeu en bout de pale de turbine HP est un facteur important dans la détermination des perfor mances, du rendement, de la consommation de carburant, et de la vie sur l'aile d'un moteur à turbine à gaz. Afin de contrôler avec précision le jeu en bout de pale de turbine HP, les moteurs à turbine à gaz mo dernes comportent un système appelé Contrôle Actif des Jeux de Tur bine Haute Pression (HPTACC). Les systèmes HPTACC comportent des modèles mathématiques/informatiques du jeu de bout de pale de turbine HP, et nécessitent par conséquent des informations sur les pro priétés physiques de diverses pièces du système. Pour beaucoup de systèmes HPTACC, l'une des propriétés requises est par exemple le jeu en bout de pale moteur froid. Cependant, au cours de l'exploitation du moteur par le client/utilisateur, les bouts de pales de turbine HP peu vent subir une perte de matière due à l'usure, à l'érosion, et à d'autres phénomènes. Cette perte de matière en bout de pale provoque un ac- croissement (détérioration) du jeu en bout de pale moteur froid au cours du temps, résultant en un écart entre le jeu en bout de pale mo teur froid réel (détérioré) dans le moteur, et le jeu en bout de pale mo teur froid initialement programmé dans le système de commande du moteur. Cet écart altère la capacité du système de commande de mo teur à contrôler avec précision le jeu en bout de pale de turbine HP, ce qui résulte en des performances, rendement, consommation de carbu rant, et vie sur l'aile du moteur sous-optimaux. La détérioration du jeu en bout de pale de turbine HP moteur froid est actuellement corrigée pendant la révision, par un remplacement ou une réparation des com posants (tels que les aubes et enveloppes de turbine HP) qui forment le jeu en bout de pale. En utilisant un mode de réalisation de l'invention, le jeu en bout de pale de turbine HP moteur froid peut être enregistré dans la mémoire de plan 106 et être mis à jour soit manuellement soit automatiquement de façon que le système de commande compense les changements apparaissant dans le jeu en bout de pale de turbine HP moteur froid. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des varian tes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention, telle que décrite dans les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Système de commande pour commander un moteur, carac térisé en ce qu'il comprend une mémoire de plan (106) pour enregistrer un plan représen tant des valeurs cibles pour une grandeur réglée; un processeur (102) couplé à ladite mémoire de plan, ledit processeur recevant une entrée de référence (122) et générant un si gnal de commande (124) en fonction de ladite entrée de référence et dudit plan; et un dispositif de communication (110) couplé audit proces seur, ledit dispositif de communication recevant un plan mis à jour pour le stockage dans ladite mémoire de plan (106), ledit plan mis à jour représentant des valeurs cible pour la grandeur réglée pour un moteur détérioré. 2. Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une mémoire de programme (108) servant à stocker un pro gramme de commande, ledit programme de commande contenant des instructions exécutables par ledit processeur; dans lequel ledit dispositif de communication reçoit un pro gramme de commande mis à jour pour le stockage dans ladite mémoire de programme, ledit programme de commande. mis à jour contenant des instructions pour la commande d'un moteur détérioré. 3. Système de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite mémoire de programme et ladite mémoire de plan sont des composants distincts. 4. Système de commande pour commander un moteur, carac térisé en ce qu'il comprend une mémoire de plan (106) pour enregistrer une pluralité de plans (132, 134, 136), chaque plan représentant des valeurs cibles pour une grandeur réglée, un plan au moins représentant des valeurs cibles pour la grandeur réglée pour un moteur détérioré; et un processeur (102) couplé à ladite mémoire de plan, ledit processeur recevant un signal de détérioration (150) et choisissant un desdits plans comme plan sélectionné en fonction dudit signal de dété rioration; ledit processeur recevant une entrée de référence (122) et générant un signal de commande (l24) en fonction de ladite entrée de référence et dudit plan sélectionné. 5. Système de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une mémoire de programme servant à stocker une pluralité de programmes de commande (142, 144, 146), chaque programme de commande contenant des instructions exécutables par ledit processeur, un programme de commande au moins contenant des instructions pour la commande d'un moteur détérioré; dans lequel ledit processeur choisit un desdits programmes de commande en fonction dudit signal de détérioration. 6. Système de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite mémoire de programme et ladite mémoire de plan sont des composants distincts. 7. Procédé pour commander un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend le fait de enregistrer un plan (106) représentant des valeurs cible pour une grandeur réglée; enregistrer un programme de commande (108), ledit program me de commande contenant des instructions; prévoir un processeur (102) pour exécuter lesdites instruc tions, ledit processeur recevant une entrée de référence (122) et géné rant un signal de commande (124) en fonction de ladite entrée de réfé- rence et dudit plan; et mettre à jour soit ledit plan soit ledit programme de comman de en fonction de la détérioration du moteur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite mémoire de plan comporte une pluralité de plans (132, 134, 136), chaque plan représentant des valeurs cibles pour une gran deur réglée, un plan au moins représentant des valeurs cibles pour la grandeur réglée pour un moteur détérioré; et ladite mise à jour comprend le fait de choisir un desdits plans. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite mémoire de programme comporte une pluralité de pro grammes de commande (142, 144, 146), chaque programme de commande contenant des instructions exécutables par ledit processeur, un programme de commande au moins contenant des instructions pour la commande d'un moteur détérioré; et ladite mise à jour inclut le fait de choisir un desdits program mes de commande.