(57)【要約】【課題】差動ギアボックスによるオープンロータ制御のための簡単で頑健でシステマティックな制御ソリューションを提供すること。【解決手段】ＣＲＯＲエンジンの２つの逆回転ロータが、差動ギアボックスによって調節されるとき、２つのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合される。本開示によって提供されるソリューションは、元の個々のアクチュエータ入力および速度出力を、差動および平均入力および出力に変換することによって、これらの２つのロータを数学的に分離する。プラントの新しく形成される制御システム表現が、入力／出力マッピングを分離したため、簡単なＳＩＳＯ制御が適用されうることになる。さらに、本制御ソリューションは、２基エンジン車両上の４つのロータの間での簡単でかつ十分に調整された速度位相同期を可能にする。【選択図】図１
2013160230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆回転オープンロータガスタービンエンジンであって、
複数の前方ロータブレード（forward rotor blade）を含み、前記複数の前方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための前方ロータ角度アクチュエータ（１４）を含む前方アンダクテッドロータ（１５）と、
複数の後方ロータブレードを含み、前記複数の後方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための後方ロータ角度アクチュエータ（１２）を含む後方アンダクテッドロータ（１３）と、
前記それぞれの前方および後方のアンダクテッドロータ（１５，１３）のロータ速度が、所与の入力トルクについて結合されるように、前記前方と後方のアンダクテッドロータ（１５，１３）の間に機械的に結合された差動ギアボックス（１７）と、
ガスタービンエンジン（１０）であって、前記差動ギアボックス（１７）を駆動し、ガスタービンエンジン（１０）に対する燃料流量を設定するための燃料アクチュエータ（１６）を含む、ガスタービンエンジン（１０）と、
前記前方ロータ角度アクチュエータ（１４）に電気接続される前方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＦ）、前記後方ロータ角度アクチュエータ（１２）に電気接続される後方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＡ）、前記燃料アクチュエータ（１６）に電気接続される燃料流量コマンド（Ｗｆ）、前方ロータ速度フィードバック信号（Ｎｆ）、後方ロータ速度フィードバック信号（Ｎａ）、および、エンジン圧力比を計算するための２つのエンジン圧力測定フィードバック信号（ＥＰＲ）を含むオープンロータ制御システム（１８，２０）とを備え、
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）は、前方ロータ速度参照信号（ＮｆＲ）および後方ロータ速度参照信号（ＮａＲ）を、差動速度参照信号（ＮｄＲ）および平均速度参照信号（ＮｃＲ）に数学的に分離し、前記前方ロータ速度フィードバック信号（Ｎｆ）および前記後方ロータ速度フィードバック信号（Ｎａ）を、差動速度フィードバック信号（Ｎｄ）および平均速度フィードバック信号（Ｎｃ）に数学的に分離し、前記前方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＦ）および前記後方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＡ）を、差動ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＤ）および平均ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＣ）に数学的に分離する制御アルゴリズムを含む逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）は、
前記差動速度フィードバック信号（Ｎｄ）の入力および前記差動ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＤ）の出力を有する差動速度調節器（２４）と、
前記平均速度フィードバック信号（Ｎｃ）の入力および前記平均ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＣ）の出力を有する平均速度調節器（２６）とを含む請求項１記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）は、前記差動ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＤ）および前記平均ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＣ）を、前記前方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＦ）および前記後方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＡ）に変換する請求項２記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記差動速度調節器（２４）および前記平均速度調節器（２６）は、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）調節器である請求項２記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）は、前記差動および平均速度調節器（２４，２６）の一方または両方に対する（ａ）前方および後方ロータ位相出力信号と（ｂ）前方および後方ロータ位相入力信号との間に配置（position）された速度位相同期制御アーキテクチャ（４０）をさらに含む請求項４記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項６】
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）の制御アルゴリズムは、ロータ速度に対する燃料流量の影響を、既知の外乱でありまた前記平均速度調節器（２６）によって排除（reject）されるものとして扱う請求項２記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記制御アルゴリズムは、変数変換を利用して前記前方ロータ速度参照信号（ＮｆＲ）および前記後方ロータ速度参照信号（ＮａＲ）を、差動速度参照信号（ＮｄＲ）および平均速度参照信号（ＮｃＲ）に数学的に分離（decouple）し、変数変換を利用して前記前方ロータ速度フィードバック信号（Ｎｆ）および前記後方ロータ速度フィードバック信号（Ｎａ）を、差動速度フィードバック信号（Ｎｄ）および平均速度フィードバック信号（Ｎｃ）に数学的に分離し、変数変換を利用して前記前方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＦ）および前記後方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＡ）を、差動ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＤ）および平均ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＣ）に数学的に分離する請求項１記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項８】
逆回転オープンロータガスタービンエンジンであって、
複数の前方ロータブレードを含み、前記複数の前方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための前方ロータ角度アクチュエータ（１４）を含む前方アンダクテッドロータ（１５）と、
複数の後方ロータブレードを含み、前記複数の後方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための後方ロータ角度アクチュエータ（１２）を含む後方アンダクテッドロータ（１３）と、
前記それぞれの前方および後方のアンダクテッドロータのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合されるように、前記前方と後方のアンダクテッドロータ（１５，１３）の間に機械的に結合された差動ギアボックス（１７）と、
前記前方ロータ角度アクチュエータ（１４）および前記後方ロータ角度アクチュエータ（１２）にそれぞれ電気結合される前方および後方出力信号を含み、前方および後方フィードバック入力信号を受信するオープンロータ制御システム（１８，２０）とを備え、
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）は、前記前方および後方出力信号を、差動および平均出力信号に数学的に分離し、前記前方および後方フィードバック入力信号を、差動および平均フィードバック入力信号に数学的に分離する制御アルゴリズムを含む逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）は、それぞれ、前記差動および平均フィードバック入力信号を受信し、前記差動および平均出力信号を出力する単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）調節器（２４，２６）を含む請求項８記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記前方および後方出力信号は、前方ブレードピッチ角度コマンドおよび後方ブレードピッチ角度コマンドを含み、
前記前方および後方フィードバック入力信号は、前方ロータ速度参照信号および後方ロータ速度参照信号を含み、
前記差動速度フィードバック入力信号は差動速度参照信号であり、前記平均速度フィードバック入力信号は平均速度参照信号であり、
前記差動出力信号は差動ブレードピッチ角度コマンドであり、前記平均出力信号は平均ブレードピッチ角度コマンドである請求項８記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項１１】
前記オープンロータ制御システム（１８，２０）は、ロータ速度に対する燃料流量の影響を、既知の外乱でありまた制御アルゴリズムによって排除されるものとして扱う請求項８記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項１２】
（ａ）前記前方および後方出力信号の少なくとも１つと（ｂ）前記前方および後方フィードバック入力信号の少なくとも１つとの間に配置された速度位相同期制御アーキテクチャ（４０）をさらに含む請求項８記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記制御アルゴリズムは、変数変換を利用して前記前方および後方出力信号を、差動および平均出力信号に数学的に分離し、変数変換を利用して前記前方および後方フィードバック入力信号を、差動および平均フィードバック入力信号に数学的に分離する請求項８記載の逆回転オープンロータガスタービンエンジン。
【請求項１４】
逆回転オープンロータガスタービンエンジンを制御する方法において、前記逆回転オープンロータガスタービンエンジンは、（ａ）前方アンダクテッドロータ（１５）であって、複数の前方ロータブレードを含み、前記複数の前方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための前方ロータ角度アクチュエータ（１４）を含む、前方アンダクテッドロータ（１５）と、（ｂ）後方アンダクテッドロータ（１３）であって、複数の後方ロータブレードを含み、前記複数の後方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための後方ロータ角度アクチュエータ（１２）を含む、後方アンダクテッドロータ（１５）と、（ｃ）差動ギアボックス（１７）であって、前記それぞれの前方および後方のアンダクテッドロータのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合されるように、前記前方と後方のアンダクテッドロータ（１５，１３）の間に機械的に結合された、差動ギアボックス（１７）とを含む、方法であって、
前記前方ロータ角度アクチュエータ（１５）および前記後方ロータ角度アクチュエータ（１３）のために前方および後方制御信号をそれぞれ生成するステップ、および、
前方および後方フィードバック入力信号を受信するステップを含み、
前記前方および後方制御信号を生成するステップは、前記前方および後方制御信号を、差動および平均制御信号に数学的に分離し、前記前方および後方フィードバック入力信号を、差動および平均フィードバック入力信号に数学的に分離する制御ソリューションを利用する方法。
【請求項１５】
前記差動および平均制御信号は、前記差動および平均フィードバック入力信号に少なくとも基づいて単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）調節器によって生成される請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記前方および後方出力信号は、前方ブレードピッチ角度コマンドおよび後方ブレードピッチ角度コマンドを含み、
前記前方および後方フィードバック入力信号は、前方ロータ速度参照信号および後方ロータ速度参照信号を含み、
前記差動フィードバック入力信号は差動速度参照信号であり、前記平均速度フィードバック入力信号は平均速度参照信号であり、
前記差動出力信号は差動ブレードピッチ角度コマンドであり、前記平均出力信号は平均ブレードピッチ角度コマンドである請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
ロータ速度に対する燃料流量の影響を既知の外乱として排除するステップをさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）前記前方および後方出力信号の少なくとも１つと（ｂ）前記前方および後方フィードバック入力信号の少なくとも１つとの間に配置された速度位相同期制御アーキテクチャ（４０）を設けるステップをさらに含む請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記制御ソリューションは、変数変換を利用して前記前方および後方出力信号を、差動および平均出力信号に数学的に分離し、変数変換を利用して前記前方および後方フィードバック入力信号を、差動および平均フィードバック入力信号に数学的に分離する請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、逆回転オープンロータ（ＣＲＯＲ）ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、２つの逆回転ロータを機械的に結合する差動ギアボックスを利用したＣＲＯＲガスタービンエンジンのための制御システム実装に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＲＯＲエンジンの２つの逆回転ロータが差動ギアボックスによって調節されるとき、２つのロータが所与の入力トルクについて結合されるため、制御の難題が生じる。本開示は、こうした問題および関係に対処する制御ソリューションを提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０２８６８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、差動ギアボックスによるオープンロータ制御のための簡単で頑健でシステマティックなソリューションを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ＣＲＯＲエンジンの２つの逆回転ロータが、差動ギアボックスによって調節されるとき、２つのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合される。本開示によって提供されるソリューションは、元の個々のアクチュエータ入力および速度出力を、差動および平均入力および出力に変換することによって、これらの２つのロータを数学的に分離する。プラントの新しく形成される制御システム表現が、入力／出力マッピングを分離したため、簡単なＳＩＳＯ制御が適用されうることになる。さらに、本制御ソリューションは、２基エンジン車両上の４つのロータの間での簡単でかつ十分に調整された速度位相同期を可能にする。
【０００６】
本開示によれば、逆回転オープンロータガスタービンエンジンは、複数の前方ロータブレードを含み、複数の前方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための前方ロータ角度アクチュエータを含む前方アンダクテッドロータと、複数の後方ロータブレードを含み、複数の後方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための後方ロータ角度アクチュエータを含む後方アンダクテッドロータと、それぞれの前方および後方のアンダクテッドロータのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合されるように、前方と後方のアンダクテッドロータの間に機械的に結合された差動ギアボックスと、ガスタービンエンジンであって、差動ギアボックスを駆動し、ガスタービンエンジンに対する燃料流量を設定するための燃料アクチュエータを含む、ガスタービンエンジンと、前方ロータ角度アクチュエータに電気接続される前方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＦ）、後方ロータ角度アクチュエータに電気接続される後方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＡ）、燃料アクチュエータに電気接続される燃料流量コマンド（Ｗｆ）、前方ロータ速度フィードバック信号（Ｎｆ）、後方ロータ速度フィードバック信号（Ｎａ）、および、エンジン圧力測定フィードバック信号（ＥＰＲ）を含むオープンロータ制御システムとを含み、オープンロータ制御システムは、前方ロータ速度参照信号（ＮｆＲ）および後方ロータ速度参照信号（ＮａＲ）を、差動速度参照信号（ＮｄＲ）および平均速度参照信号（ＮｃＲ）に数学的に分離し、前方ロータ速度フィードバック信号（Ｎｆ）および後方ロータ速度フィードバック信号（Ｎａ）を、差動速度フィードバック信号（Ｎｄ）および平均速度フィードバック信号（Ｎｃ）に数学的に分離し、前方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＦ）および後方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＡ）を、差動ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＤ）および平均ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＣ）に数学的に分離する制御アルゴリズムを含むことができる。
【０００７】
より詳細な実施形態では、オープンロータ制御システムは、差動速度フィードバック信号（Ｎｄ）の入力および差動ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＤ）の出力を有する差動速度調節器と、平均速度フィードバック信号（Ｎｃ）の入力および平均ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＣ）の出力を有する平均速度調節器とを含むことができる。さらに詳細な実施形態では、オープンロータ制御システムは、差動ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＤ）および平均ブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＣ）を、前方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＦ）および後方ロータブレードピッチ角度コマンド（ＢｅｔａＡ）に変換することができる。
【０００８】
一実施形態では、差動速度調節器および平均速度調節器は、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）調節器とすることができ、オープンロータ制御システムは、差動および平均速度調節器の一方または両方に対する前方および後方ロータ位相出力信号と前方および後方ロータ位相入力信号との間に配置された速度位相同期制御アーキテクチャをさらに含むことができる。
【０００９】
一実施形態では、オープンロータ制御システムの制御アルゴリズムは、ロータ速度に対する燃料流量の影響を、既知の外乱でありまた平均速度調節器によって排除されるものとして扱うことができる。
【００１０】
本開示によれば、逆回転オープンロータガスタービンエンジンは、複数の前方ロータブレードを含み、複数の前方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための前方ロータ角度アクチュエータを含む前方アンダクテッドロータと、複数の後方ロータブレードを含み、複数の後方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための後方ロータ角度アクチュエータを含む後方アンダクテッドロータと、それぞれの前方および後方のアンダクテッドロータのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合されるように、前方と後方のアンダクテッドロータの間に機械的に結合された差動ギアボックスと、前方ロータ角度アクチュエータおよび後方ロータ角度アクチュエータにそれぞれ電気結合される前方および後方出力信号を含み、前方および後方フィードバック入力信号を受信するオープンロータ制御システムとを含み、オープンロータ制御システムは、前方および後方出力信号を、差動および平均出力信号に数学的に分離し、前方および後方フィードバック入力信号を、差動および平均フィードバック入力信号に数学的に分離する制御アルゴリズムを含むことができる。より詳細な実施形態では、オープンロータ制御システムは、それぞれ、差動および平均フィードバック入力信号を受信し、差動および平均出力信号を出力する単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）調節器を含むことができる。
【００１１】
さらに、本開示によれば、逆回転オープンロータガスタービンエンジンを制御する方法が開示され、逆回転オープンロータガスタービンエンジンは、（ａ）前方アンダクテッドロータであって、複数の前方ロータブレードを含み、複数の前方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための前方ロータ角度アクチュエータを含む、前方アンダクテッドロータと、（ｂ）後方アンダクテッドロータであって、複数の後方ロータブレードを含み、複数の後方ロータブレードのブレードピッチ角度を設定するための後方ロータ角度アクチュエータを含む、後方アンダクテッドロータと、（ｃ）差動ギアボックスであって、それぞれの前方および後方のアンダクテッドロータのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合されるように、前方と後方のアンダクテッドロータの間に機械的に結合された、差動ギアボックスとを含む。方法は、前方ロータ角度アクチュエータおよび後方ロータ角度アクチュエータのために前方および後方制御信号をそれぞれ生成するステップと、前方および後方フィードバック入力信号を受信するステップとを含むことができ（必ずしも任意の特定の順序で実施されない）、前方および後方制御信号を生成するステップは、前方および後方制御信号を、差動および平均制御信号に数学的に分離し、前方および後方フィードバック入力信号を、差動および平均フィードバック入力信号に数学的に分離する制御ソリューションを利用する。より詳細な実施形態では、差動および平均制御信号は、差動および平均フィードバック入力信号に少なくとも基づいて単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）調節器によって生成されることができる。別法としてまたは付加的に、前方および後方出力信号は、前方ブレードピッチ角度コマンドおよび後方ブレードピッチ角度コマンドを含むことができ、前方および後方フィードバック入力信号は、前方ロータ速度参照信号および後方ロータ速度参照信号を含むことができ、差動フィードバック入力信号は差動速度参照信号とすることができ、平均速度フィードバック入力信号は平均速度参照信号とすることができ、差動出力信号は差動ブレードピッチ角度コマンドとすることができ、平均出力信号は平均ブレードピッチ角度コマンドとすることができる。別法としてまたは付加的に、方法は、ロータ速度に対する燃料流量の影響を既知の外乱として排除するステップをさらに含むことができる。別法としてまたは付加的に、方法は、（ａ）前方および後方出力信号の少なくとも１つと（ｂ）前方および後方フィードバック入力信号の少なくとも１つとの間に配置された速度位相同期制御アーキテクチャを設けるステップをさらに含むことができる。別法としてまたは付加的に、制御ソリューションは、変数変換を利用して前方および後方出力信号を、差動および平均出力信号に数学的に分離し、変数変換を利用して前方および後方フィードバック入力信号を、差動および平均フィードバック入力信号に数学的に分離することができる。
【００１２】
さらに、本開示の範囲は、本明細書で述べる任意の制御システムおよび／または本明細書で述べる任意の方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】逆回転オープンロータ（ＣＲＯＲ）ガスタービンエンジン用の基本制御システムアーキテクチャの略ブロック図表現である。
【図２】逆回転オープンロータ（ＣＲＯＲ）ガスタービンエンジン用の基本制御システムアーキテクチャの別の略ブロック図表現である。
【図３】図１および図２のＣＲＯＲ用の制御されたプラント入力および出力マッピングのマトリクス表現である。
【図４】本明細書で開示される１つまたは複数の発明の実施形態による制御システム手法のマトリクス表現である。
【図５】本明細書で開示される１つまたは複数の発明の実施形態による制御システム構造のブロック図表現である。
【図６】本明細書で開示される１つまたは複数の発明の別の実施形態による制御システム構造のブロック図表現である。
【図７】本明細書で開示される１つまたは複数の発明の別の実施形態による制御システム構造のブロック図表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、差動ギアボックスによるオープンロータ制御のための簡単で頑健でシステマティックなソリューションを提供する。ＣＲＯＲエンジンの２つの逆回転ロータが、差動ギアボックスによって調節されるとき、２つのロータ速度が、所与の入力トルクについて結合される。本開示によって提供されるソリューションは、元の個々のアクチュエータ入力および速度出力を、差動および平均入力および出力に変換することによって、これらの２つのロータを数学的に分離する。プラントの新しく形成される制御システム表現が、入力／出力マッピングを分離したため、簡単なＳＩＳＯ制御が適用されうることになる。さらに、本制御ソリューションは、２基エンジン車両上の４つのロータの間での簡単でかつ十分に調整された速度位相同期を可能にする。本開示は、変数変換を使用して、ロータ速度を数学的に分離し、それにより、変換済みでかつ分離済みのロータ速度についてＳＩＳＯ制御の適用を可能にする。さらに、このソリューションでは、燃料流量コマンドＷｆは、既知の外乱でありかつ排除されるものとして扱われうる。
【００１５】
ＣＲＯＲ用の基本制御システムアーキテクチャが図１および図２に提示される。図１および図２に示すように、ＣＲＯＲガスタービンエンジン１０は、それぞれの前方および後方のアンダクテッドロータ１５，１３のロータ速度が、所与の入力トルクについて結合されるように、前方のアンダクテッドロータ１５と後方のアンダクテッドロータ，１３の間に機械的に結合された差動ギアボックス１７を含む。ＣＲＯＲガスタービンエンジンは、エンジンおよびギアボックス１７に対する燃料流量を設定するための燃料アクチュエータ１６を含む。ＣＲＯＲガスタービンエンジン１０は、３つの入力すなわち、前方および後方ブレードピッチ角度アクチュエータ１４および１２によってそれぞれ提供されるに前方および後方ロータアクチュエータピッチ角度入力信号であるＢｅｔａＦおよびＢｅｔａＡ、ならびに燃料流量アクチュエータ１６によって提供される燃料流量入力信号であるＷｆを（非常に基本的なレベルで）含む。ＣＲＯＲガスタービンエンジン１０からの出力（やはり非常に基本的なレベルで）は、後方および前方ロータ速度位相フィードバック信号出力であるＰａおよびＰｆ、後方および前方ロータ速度信号出力であるＮａおよびＮｆ、ならびに圧力信号出力（コアエンジンパワーの指示）であるＰ４６を含む。制御システムは、オープンロータ制御セクション１８およびガス経路制御セクション２０を含む。オープンロータ制御セクション１８への入力は、エンジン１０からのＰａ、Ｐｆ、Ｎａ、およびＮｆフィードバック信号を含み、ガス経路制御セクション２０への入力は、エンジン１０からのＰ４６フィードバック信号および燃料アクチュエータ１６からのＦＭＶ位置信号を含む。
【００１６】
ＣＲＯＲ制御の場合、２つの逆回転ロータは互いに機能的に結合し、それらの動作は燃料流量によってさらに影響を及ぼされる。たとえば、ＣＲＯＲ用の制御されるプラント入力および出力マッピングが、図３のマトリクスに示すように一般に示されることができ、ＮｆおよびＮａは前方および後方ロータ速度信号出力であり、ＢｅｔａＦおよびＢｅｔａＡは前方および後方ロータアクチュエータピッチ角度アクチュエータ入力信号であり、Ｗｆは燃料流量アクチュエータ信号であり、ＥＰＲはエンジン圧力比信号である。
【００１７】
この問題を解くための以前の手法は、前方および後方ロータ速度信号ＮｆおよびＮａの間の相互作用を無視し、また、それぞれのロータ速度が自分自身の参照を追跡することを維持しようとして単一入力単一出力制御を利用しようとした。しかし、図３の制御されるプラントマトリクスに示すように、６つの信号間の相互作用は、ロータの一定速度保持制御およびロータの速度位相同期に著しく影響を及ぼすことになる。その理由は、この結合が２つのロータを機械的に結合する差動ギアボックスによって常に存在し強制されるからである。
【００１８】
再び図３を参照すると、ＮｆおよびＮａが結合し、ＷｆがＮｆおよびＮａに影響を及ぼし、また、ＥＰＲがＢｅｔａＦおよびＢｅｔａＡによって影響を受けないと仮定される。Ｇ１２≒−Ｇ１１、Ｇ２１≒−Ｇ２２、Ｇ１３≒０、およびＧ２３≒０であるため、入力および出力について以下の変数変換ならびに関連するＩ／Ｏマッピングが考えられることができる。
【００１９】
ＢｅｔａＤ＝（ＢｅｔａＦ−ＢｅｔａＡ）／２
ＢｅｔａＣ＝（ＢｅｔａＦ＋ＢｅｔａＡ）／２
Ｎｄ＝（Ｎｆ／ＭａｘＮｆ−Ｎａ／ＭａｘＮａ）*ＮｔＲ
Ｎｃ＝（Ｎｆ／ＭａｘＮｆ＋Ｎａ／ＭａｘＮａ）*ＮｔＲ
式中、ＢｅｔａＤは差動ブレードピッチ角度入力であり、ＢｅｔａＣは共通／平均ブレードピッチ角度入力であり、Ｎｄは差動速度であり、Ｎｃは共通／平均速度であり、ＮｔＲはロータについての所与の目標速度である。
【００２０】
結果として、新しい制御システムアーキテクチャは、図４の制御マトリクスで提示されうる。図４を参照すると、（ＢｅｔａＤ，Ｎｄ）は（ＢｅｔａＣ，Ｎｃ）および（Ｗｆ，ＥＰＲ）から分離される。（ＢｅｔａＣ，Ｎｃ）が（Ｗｆ，ＥＰＲ）と結合しても、Ｗｆは、単に（ＢｅｔａＣ，Ｎｃ）に対する既知の外乱として扱われ、したがって、（ＢｅｔａＣ，Ｎｃ）制御から排除される。したがって、この変換によって、（ＢｅｔａＤ，Ｎｄ）、（ＢｅｔａＣ，Ｎｃ）、および（Ｗｆ，ＥＰＲ）は、ＳＩＳＯ制御技法を使用して制御されうる。
【００２１】
図４に提示される新しく規定された入力および出力に基づくオープンロータ定速制御アーキテクチャ２２が図５に示される。オープンロータ定速制御アーキテクチャ２２は、差動速度調節器２４および平均速度調節器２６を含む。差動速度調節器２４は、目標速度参照信号（ＮｄＲ）と（地点２８で）結合される差動速度フィードバック信号（Ｎｄ  ｆｄｂｋ）に基づいて、差動ブレードピッチ角度信号（ＢｅｔａＤ）についてＳＩＳＯ制御（たとえばＰＩＤ）を提供することができ、一方、平均速度調節器２６は、共通目標速度参照信号（ＮｃＲ）と（地点３０で）差動的に結合される平均速度フィードバック信号（Ｎｃ  ｆｄｂｋ）に基づいて、平均ブレードピッチ角度信号（ＢｅｔａＣ）についてＳＩＳＯ制御（たとえばＰＩＤ）を提供することができる。平均ブレードピッチ角度信号（ＢｅｔａＣ）は、差動ブレードピッチ角度信号（ＢｅｔａＤ）と（地点３２で）コモンモードで（commonly）結合されて、ブレードピッチ角度アクチュエータ１４に前方ブレード角度コマンド信号（ＢｅｔａＦｄ）を提供する。差動ブレードピッチ角度信号（ＢｅｔａＤ）は、平均ブレードピッチ角度信号（ＢｅｔａＣ）と（地点３４で）差動的に結合されて、ブレードピッチ角度アクチュエータ１２に後方ブレード角度コマンド信号（ＢｅｔａＡｄ）を提供する。前方速度検知信号（Ｎｆ）および後方速度検知信号（Ｎａ）は、（地点３６で）差動的に結合されて、差動速度フィードバック信号（Ｎｄ）を提供し、前方速度検知信号（Ｎｆ）および後方速度検知信号（Ｎａ）は、（地点３８で）コモンモードで結合されて、平均速度フィードバック信号（Ｎｃ）を提供する。このアーキテクチャに関する燃料流量（Ｗｆ）外乱排除は、ブロック３９に関して示され、ブロック３９の出力は、平均速度フィードバック信号（Ｎｃ  ｆｄｂｋ）と地点２９にて差動的に結合されることができる。
【００２２】
ロータ故障（ロータがエンジン内でフリーズされることを必要とする場合がある）の場合、差動速度調節器２４をターンオフし、故障したロータ速度参照を０に設定する簡単なロジックが提供されることができる。結果として、平均速度調節器２６は、残りの稼働するロータを目標速度に対して統御することになる。
【００２３】
図６は、エンジン１０からの前方および後方ロータ位相出力信号（６回転の平均位相、ａｖＰ＿ＢＲｆおよびａｖＰ＿ＢＲａをそれぞれ生成するブロック４２および４４）と、（たとえば、図示するように地点２８で、または別法として地点３０で結合される）差動速度調節器２４および／または平均速度調節器２６への入力信号との間に挿入される速度位相同期調節器制御構造４０の組込みを、オープンロータ定速制御アーキテクチャ２２がどのように実現するかを示す。速度位相同期構造４０によって、１エンジンについてのロータ−ロータ速度位相同期の場合、同期制御は、差動速度調節器入力をバイアスすることであり、エンジン−エンジン速度位相同期の場合、同期制御は、スレーブエンジン平均速度調節器入力をバイアスすることである。これは、元々規定されている差動速度および平均速度に直接関連する。
【００２４】
図７は、やはり速度位相同期調節器制御構造４０を利用した第２のエンジン１０’用の第２のオープンロータ制御アーキテクチャ２２’の追加を示す。述べられる差動速度および平均速度制御概念に基づく、両方のエンジン１０および１０’ならびに１エンジンについての２つの逆回転ロータのための速度位相同期の場合、同期制御方法であって、前方ロータおよび後方ロータ差動速度を調整して、ベース平均速度を変えることなく所与のエンジンについて２つのロータを同期させ−ロータツーロータ（Ｒ２Ｒ）同期−、また、エンジンツーエンジン（Ｅ２Ｅ）同期ロジックを生成して、Ｅ２Ｅ同期トリガーを決定し、スレーブエンジン平均速度を調整して、２つのエンジンを同期させる−エンジンツーエンジン（Ｅ２Ｅ）同期−ための同期制御方法が確立される。
【００２５】
本明細書で開示される制御システムアーキテクチャは、ソフトウェアソリューション、ハードウェアソリューション、またはファームウェアソリューション、およびその組合せを含む、当業者に知られている任意の方法で提供できることが理解される。こうしたソリューションは、適切なプロセッサ、メモリ（また、本明細書で述べる任意のアルゴリズムを具現化するソフトウェアは、任意のタイプの一時的でないメモリ内に存在することができる）、回路、および当業者に知られている他の構成要素の使用を組込むであろう。
【００２６】
本明細書で述べる発明を例示的な実施形態を参照することによって開示したが、代替の配置構成および実施形態が、本明細書で述べる発明（複数可）の範囲から逸脱することなく実装されることができることが当業者に明らかになるであろう。さらに、開示されないまたは予見されない利点が存在する場合があるため、こうした発明（複数可）の範囲内に入るために、本明細書で述べる発明（複数可）の目的または利点のいずれをも満たすことが必要でないことが理解されるであろう。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ガスタービンエンジン
１２  後方ブレードピッチ角度アクチュエータ
１３  後方アンダクテッドロータ
１４  前方ブレードピッチ角度アクチュエータ
１５  前方アンダクテッドロータ
１６  燃料アクチュエータ
１７  差動ギアボックス
１８  オープンロータ制御システム
２０  ガス経路制御セクション
２２  オープンロータ定速制御アーキテクチャ
２４  差動速度調節器
２６  平均速度調節器
４０  速度位相同期調節器制御構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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