СПОСОБ И МОДУЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ ГРУБОГО ЗАДАННОГО ЗНАЧЕНИЯ
METHOD AND MODULE FOR FILTERING A RAW SETPOINT

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к общей области управления заданным значением в двигателе.
Оно направлено, в частности, на то, чтобы минимизировать проблему перерегулирования, известную, в частности, в системах, функционирующих в режиме автоматического регулирования, при которой управляемая величина временно превышает уровень переменного заданного значения.
Изобретение находит частное, но не ограничивающее, применение в системе регулирования турбореактивного двигателя, роль такой системы заключается в поддержании рабочей точки реактивного двигателя таким образом, чтобы получить тягу, требуемую пилотом.
В самом деле, и, в частности, в области турбореактивных двигателей, необходимо, чтобы иметь возможность абсорбировать это явление перерегулирования, предусмотреть коэффициент безопасности между максимальным режимом, который требуется достичь для получения определенной тяги, и пределами механической стойкости реактивного двигателя, эта переразмеренность приводит к пагубному увеличению массы турбореактивного двигателя.
В области турбореактивных двигателей, принято, чтобы избежать или ограничить явление перерегулирования, играть регулировкой корректирующего контура контроля режима, генерируя команду расхода топлива дозаторам турбореактивного двигателя.
К сожалению, эти способы снижают эффективность корректора, в том числе в фазах работы, для которых первоначальная регулировка была удовлетворительной. Они дополнительно требуют скоростных и относительно дорогих дозаторов, чтобы иметь возможность реагировать на заданные значения, переданные корректирующим контуром.
Изобретение направлено, в частности, на преодоление этих недостатков.
ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность, предлагая способ фильтрации грубого заданного значения, предназначенного для корректирующего контура в системе регулирования двигателя. Этот способ включает в себя:
- этап обнаружения условия фильтрации грубого заданного значения, и;
- этап выдачи фильтрованного заданного значения корректирующему контуру вместо грубого заданного значения, если обнаружено условие фильтрации.
Таким образом, и в целом, изобретение предлагает решение, направленное на то, чтобы отфильтровать заданное значение перед корректирующим контуром, что позволяет избежать всех проблем свойственных замене или регулировке корректирующего контура.
В частном варианте осуществления изобретения, условие фильтрации подтверждают, когда режим двигателя превышает значение порога защиты.
Этот вариант частного осуществления выгодно позволяет вмешиваться только на очень высоких режимах двигателя, близких к пределам механической стойкости двигателя.
В частном варианте осуществления изобретения:
- фильтрованное заданное значение ограничено значением порога, пока режим двигателя не стабилизируется около фильтрованного заданного значения; и
- фильтрованное заданное значение постепенно увеличивают до достижения грубого заданного значения, как только режим двигателя стабилизируется около фильтрованного заданного значения.
Этот вариант осуществления позволяет ослабить перепады режима в конце ускорения, приближая конечное заданное значение достаточно медленно во избежание превышения («перерегулирования»).
Соответственно, изобретение также предоставляет модуль фильтрации грубого заданного значения, предназначенного для корректирующего контура в системе регулирования двигателя, этот модуль содержит:
- модуль обнаружения условия фильтрации грубого заданного значения, и;
- средства для выдачи корректирующему контуру фильтрованного заданного значения вместо грубого заданного значения, когда обнаружено условие фильтрации.
Изобретение также предоставляет систему регулирования турбореактивного двигателя, содержащую модуль фильтрации, такой как упомянут выше, корректирующий контур, реактивный двигатель и датчик режима.
Изобретение также предлагает турбореактивный двигатель содержащий систему регулирования, такую как описана выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из описания, приведенного ниже, со ссылкой на приложенные чертежи, которые демонстрируют пример, совершенно не ограничивающего характера.
На чертежах:
- Фиг.1 схематически представляет турбореактивный двигатель, соответствующий частному варианту осуществления изобретения;
- фиг.2 представляет систему регулирования, соответствующую частному варианту осуществления изобретения;
- фиг.3 представляет принцип фильтрации заданного значения, соответствующий частному варианту осуществления изобретения;
- фиг.4 схематично показывает модуль фильтрации, соответствующий частному варианту осуществления изобретения;
- фиг.5 схематично показывает ограничитель перепада, который может быть использован в модуле фильтрации по фиг.4; и
- фиг.6 представляет в виде функциональной диаграммы основные этапы способа фильтрации заданного значения, соответствующего частному варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 схематически показывает турбореактивный двигатель 1 летательного аппарата, соответствующий частному варианту осуществления изобретения.
Известным образом, этот турбореактивный двигатель с продольной осью X-X включает в себя, в частности, вентилятор 42, который доставляет поток воздуха в тракт 44 течения первичного потока и в тракт 46 течения вторичного потока, коаксиальный тракту течения первичного потока.
От входа к выходу, в направлении течения через него газового потока, тракт 44 течения первичного потока содержит компрессор 48 низкого давления, компрессор 50 высокого давления, камеру сгорания 52, турбину 54 высокого давления и турбину 56 низкого давления.
Турбореактивный двигатель 1 регулируют системой 20 регулирования, в соответствии с изобретением, показанной на фиг.2. Главным образом, эта система регулирования определяет заданное значение расхода топлива WF32C и управляет впрыском топлива в турбореактивный двигатель в зависимости от определенного заданного значения расхода топлива.
В описанном здесь варианте осуществления, эта система 20 регулирования включает в себя модуль 5 фильтрации, в соответствии с изобретением, корректирующий контур 6, реактивный двигатель 7 и датчик режима 8.
Известным образом, корректирующий контур 6 предоставляет заданное значение расхода топлива WF32C реактивному двигателю 7 в зависимости от разности между заданным значением N1_CMD_LIM режима двигателя и измерением N1_MES режима двигателя определенным датчиком 8 режима.
Примечательно, что заданное значение N1_CMD_LIM режима двигателя, определенное модулем 5 фильтрации, является фильтрованным заданным значением при приближении пределов механической стойкости турбореактивного двигателя 1.
В описанном здесь варианте осуществления, модуль фильтрации 5 определяет фильтрованное заданное значение N1_CMD_LIM режима двигателя в зависимости от грубого заданного значения режима двигателя N1_CMD_OP, пропорционального положению ручки 4 управления, контролируемой пилотом летательного аппарата, и измерению N1_MES режима двигателя, определенному датчиком режима.
Фиг.3 иллюстрирует принцип работы модуля 5 фильтрации. На этой фигуре:
- Ось абсцисс является осью времени t;
- Ось ординат представляет режим двигателя, именно в этом примере, скорость вращения каскада высокого давления 50, 54;
- Предел N1MAX режима двигателя, определенный механическими характеристиками турбореактивного двигателя;
- Грубое заданное значение режима двигателя N1_CMD_OP;
- Фильтрованное заданное значение двигателя N1_CMD_LIM; и
- Измерение N1_MES режима двигателя.
Согласно изобретению, фильтрованное заданное значение N1_CMD_LIM режима двигателя регулируется в три этапа, а именно:
- первый этап, называется «этап без защиты (PNP)», пока грубое заданное значение режима двигателя N1_CMD_OP ниже порога SEUIL_PROT защиты, этап, во время которого фильтрованное заданное значение N1_CMD_LIM точно соответствует грубому заданному значению N1_CMD_OP, никакой коррекции грубого заданного значения не осуществляется;
- второй этап, называемый «этап стабилизации (PSTAB)», во время которого приводят фильтрованное заданное значение N1_CMD_LIM режима двигателя к значению порога SEUIL_PROT защиты, когда грубое заданное значение N1_CMD_OP режима двигателя превышает этот порог SEUIL_PROT защиты, и пока режим двигателя N1_MES не стабилизируются около ограниченного заданного значения N1_CMD_LIM режима двигателя;
- третий этап, называемый «этап умеренного ускорения (PAM)», во время которого, постепенно подводят ограниченное заданное значение N1_CMD_LIM режима двигателя до достижения грубого заданного значения N1_CMD_OP режима двигателя согласно умеренно линейно нарастающей функции RMP, как только режим двигателя N1_MES стабилизируется около фильтрованного заданного значения N1_CMD_LIM во время DSTAB стабилизации.
В описанном здесь примере осуществления, длительность DSTAB стабилизации выбирается порядка 0,5с, а линейно нарастающая функция RMP является перепадом порядка 200 об/с, позволяя достигнуть номинальный уровень управления около 0,8с.
Фиг.4 представляет модуль фильтрации согласно частному варианту осуществления изобретения.
В последующем описании рассматриваются дискретизированные сигналы и параметры с периодом дискретизации Te. Этот период дискретизации, например, имеет порядок от 20 до 40 мс.
Тем не менее, следует отметить, что изобретение также может быть осуществлено с непрерывными сигналами и параметрами.
Как описано ранее, модуль 5 фильтрации получает на вход грубое заданное значение режима N1_CMD_OP двигателя и измерение N1_MES режима двигателя; на выходе он выдает фильтрованное заданное значение N1_CMD_LIM режима двигателя.
В описанном здесь варианте осуществления модуль 5 фильтрации содержит ограничитель 52 перепада, описанный далее со ссылкой на фиг.5, способный возвращать значение N1_LIM_OVSH соответствующее уже описанным этапам без защиты PNP, стабилизации PSTAB, и умеренного ускорения PAM. В частности, значение N1_LIM_OVSH:
- равно порогу SEUIL_PROT защиты в течение этапов без защиты PNP и стабилизации PSTAB;
- постепенно увеличивается от порога SEUIL_PROT защиты вплоть до грубого заданного значения N1_CMD_OP режима двигателя согласно линейно нарастающей функции RMP, во время этапа умеренного ускорения PAM.
В описанном здесь варианте осуществления, фильтрованное заданное значение N1_CMD_LIM режима двигателя является минимумом между значением N1_LIM_OVSH возвращенным ограничителем 52 перепада и грубого заданного значения N1_CMD_OP режима двигателя (модуль 53 MIN, фиг. 4).
Модуль 5 фильтрации включает в себя модуль 54, выполненный с возможностью определять стабилизировался ли режим двигателя N1_MES около фильтрованного заданного значения N1_CMD_LIM режима двигателя во время DSTAB, необходимое условие этапа стабилизации PSTAB.
В описанном здесь варианте осуществления этот модуль 54 включает в себя:
- вычитающее устройство 540, выполненное с возможностью получения разности между измерением N1_MES(n) режима двигателя и фильтрованного заданного значения N1_CMD_LIM(n-1) режима двигателя при предыдущем дискретном значении (замедляющий элемент 57, фиг.4);
- элемент 542, известный специалистам в данной области, выполненный с возможностью определения абсолютного значения этой разности;
- компаратор 544, выполненный с возможностью сравнения это абсолютного значения с порогом SEUIL_STAB стабилизации близким к нулю; и
- счетчик 546, выполненный с возможностью отправки сигнала N1_STAB со значением VRAI(истина), если вход I счетчика 546 является VRAI во время DSTAB.
Ограничитель 52 перепада описан со ссылкой на фиг. 5. Он получает на вход:
- значение перепада GMAX, определенное распределителем 56 перепада, равное 0, когда режим двигателя N1_MES не стабилизирован (N1_STAB=FAUX (ложь)), и значению угла наклона линейно нарастающей функции GRAMP, когда режим двигателя стабилизировался (N1_STAB=VRAI(истина)); и
- значение e максимума между грубым заданным значением N1_CMD_OP режима двигателя и порогом SEUIL_PROT защиты (модуль MAX 57, фиг.4). При запуске системы, таким образом, значение e будет SEUIL_PROT.
Ограничитель 52 перепада содержит замедляющий элемент 520 инициализированный на пороге SEUIL_PROT, выполненный с возможностью предоставления значения выходного сигнала предыдущего дискретного значения N1_LIM_OVSH(n-1).
Ограничитель 52 перепада содержит вычитающий модуль 522, выполненный с возможностью рассчитать разницу между входным значением и N1_LIM_OVSH(n-1). Таким образом, в течение всего этапа без защиты PNP, выход вычитающего модуля 522 равен 0.
Ограничитель 52 перепада содержит модуль 524, выполненный с возможностью определения минимума между выходом вычитающего модуля 522 и значением GMAX равным 0, если режим двигателя не стабилизировался.
Ограничитель перепада содержит модуль-сумматор 526, выполненный с возможностью предоставления выходного сигнала N1_LIM_OVSH(n), суммируя выходной сигнал модуля 524 со значением выходного сигнала предыдущего дискретного значения N1_LIM_OVSH(n-1).
Таким образом, в течение всего этапа без защиты PNP, выходной сигнал N1_LIM_OVSH равен порогу SEUIL_PROT защиты.
Когда грубое заданное значение N1_CMD_OP режима двигателя превышает порог SEUIL_PROT защиты, выходной сигнал вычитающего модуля 522 становится положительным.
Но на протяжении всего этапа PSTAB стабилизации, значение перепада GMAX, определенное распределителем 56 перепада остается нулевым, так что выходной сигнал N1_LIM_OVSH остается равным порогу SEUIL_PROT защиты.
Как только режим двигателя N1_MES стабилизируется около фильтрованного заданного значения N1_CMD_LIM режима двигателя, значение перепада GMAX принимает значение угла наклона линейно нарастающей функции GRAMP так, что выходной сигнал N1_LIM_OVSH последовательно возрастает от значения порога SEUIL_PROT вплоть до грубого заданного значения N1_CMD_OP, в соответствии с линейной нарастающей функцией RMP этапа умеренного ускорения PAM.
Фиг.6 соответственно представляет способ фильтрации заданного значения согласно частному варианту осуществления изобретения.
Этот способ включает в себя этап E10 во время которого проверяют подтверждается ли условие фильтрации грубого заданного значения. В описанном здесь варианте осуществления, это заключается в проверке больше ли грубое заданное значение N1_CMD_OP порога SEUIL_PROT защиты. Если это не так, то грубое заданное значение отправляется в корректирующий контур 6 без модификации.
Если обнаружено условие фильтрации, проверяют, во время этапа E20, стабилизировался ли режим двигателя N1_MES около фильтрованного значения N1_CMD_LIM. Если это не так, то фильтрованное заданное значение, отправленное в корректирующий контур 6 ограничено значением порога SEUIL_PROT защиты (этап E30).
Как только режим двигателя N1_MES стабилизировался около фильтрованного заданного значения N1_CMD_LIM, последовательно увеличивают фильтрованное заданное значение N1_CMD_LIM вплоть до достижения грубого заданного значения N1_CMD_OP (этап E40).