BR102013001227A2

BR102013001227A2 - Sistema de gerenciamento de energia e motor de turbina a gás

Info

Publication number: BR102013001227A2
Application number: BR102013001227-0A
Authority: BR
Inventors: Aditya Kumar; Avinash Vinayak Taware; Pierino Gianni Bonanni; Santanu Chatterjee
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-08-26
Also published as: US20130184961A1; CN103216338A; CA2801592A1; US9002615B2; JP2013149248A; CN103216338B; EP2617967A2; EP2617967A3

Abstract

SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA E MOTOR DE TURBINA A GÁS Trata-se de um sistema de gerenciamento de energia (100) para gerenciamento de energia em linha de um motor (10). Sendo que o sistema de gerenciamento de energia inclui um componente de gerenciamento de energia de linha de base (102) configurado para receber pelo menos uma entrada de dados (112) de um sistema de controle do motor (104) que opera em uma primeira largura de banda, em que o componente de gerenciamento de energia de linha de base é configurado para operar em uma segunda largura de banda, e um controle de previsão modelo (204). O controle de previsão modelo é configurado para prever uma condição de operação do motor em um horizonte futuro desejado que use a pelo menos uma entrada de dados e um modelo de ciclo fechado do motor, determinar um gerenciamento ideal de energia do motor com base na previsão, resolver uma otimização restrita para um objeto de otimização desejada, e prover o gerenciamento ideal de energia do motor.

Description

“SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA E MOTOR DE TURBINA A

GÁS”

Declaração Relativa à Pesquisa e Desenvolvimento Patrocinada pelo

Governo Federal

Esta invenção foi feita com apoio do governo sob o N0 F33615-03-

D-2352-GOVT outorgado pela Força Aérea dos E.U.A. O governo detém certos direitos na invenção.

Antecedentes

O campo da revelação refere-se, em geral, a motores de turbina e, mais particularmente, a métodos e sistemas para gerenciamento dinâmico em linha de energia de um motor. Em pelo menos alguns motores conhecidos de aeronave, o sistema de gerenciamento de energia é configurado fora de linha. Em uma configuração fora de linha, a otimização individual de planejamento de referência de controle para as saídas controladas (isto é, impulso total, velocidade de ventilação), os planejamentos de ciclo aberto para entradas (isto é, alguma geometria variável), e limites restritos (isto é, razão de combustível-ar, taxa de mudança da velocidade do rotor, etc.) são determinados. Os planejamentos de referência são, então, utilizados pelo motor durante a operação e não são atualizados novamente até a próxima configuração fora de linha.

Dada a crescente complexidade e interação multivariável entre as entradas e saídas dos motores atuais, a configuração fora de linha do sistema de gerenciamento de energia limita desnecessariamente a capacidade de desempenho total do motor apesar das técnicas usadas de controle avançado 25 do motor. O projeto de gerenciamento ideal de energia torna-se ainda mais desafiante, dado que alguns motores, especialmente os motores de aeronave, estarão mais frequentemente sendo operados sob condições transientes devido à integração fechada entre os controles de motor de voo em que os controles de voo estarão continuamente modulando determinadas variáveis críticas de controle do motor.

Breve Descricão Em uma realização, é apresentado um método para gerenciamento de energia em linha de um motor de turbina. O método inclui operar um sistema de controle do motor em uma primeira largura de banda, filtrar pelo menos uma entrada de dados d sistema de controle do motor a uma segunda largura de banda, e receber, por um sistema de gerenciamento de energia que opera na segunda largura de banda a pelo menos uma entrada filtrada de dados. O método também inclui prever uma condição de operação do motor usando a pelo menos uma entrada filtrada de dados, determinar um controle ideal do motor com base na previsão, resolver uma otimização restrita para um objeto de otimização desejada, e enviar o controle ideal do motor ao sistema de controle do motor.

Em outra realização, é apresentado um sistema de gerenciamento

de energia. O sistema de gerenciamento de energia inclui um componente de gerenciamento de energia de linha de base configurado para receber pelo menos uma entrada de dados e um controle de previsão modelo. O controle de previsão modelo é configurado para prever uma condição de operação do 20 motor usando a pelo menos uma entrada de dados, determinar um controle ideal do motor com base na previsão, resolver uma otimização restrita para um objeto de otimização desejada, e enviar o controle ideal do motor.

Em outra realização, é apresentado um motor de turbina a gás para uso em uma aeronave. O motor de turbina a gás inclui pelo menos um 25 sensor configurado para detectar um parâmetro do motor e para gerar uma entrada de sensor que representa o parâmetro do motor, um sistema de controle configurado para controlar pelo menos um do dito motor de turbina a gás e da aeronave, e um sistema de gerenciamento de energia para gerenciar de forma dinâmica a operação de um motor. O sistema de gerenciamento de energia inclui um componente de gerenciamento de energia de linha de base configurado para receber pelo menos uma entrada de dados e um controle de previsão modelo. O controle de previsão modelo é configurado para prever 5 uma condição de operação do motor usando a pelo menos uma entrada de dados, determinar um controle ideal do motor com base na previsão, resolver uma otimização restrita para um objeto de otimização desejada, e enviar o controle ideal do motor.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é uma vista esquemática de um motor de turbina a gás

de ciclo variável exemplificativo.

A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de gerenciamento de energia exemplificativo que pode ser usado com o motor de turbina a gás mostrado na Figura 1.

A Figura 3 é uma ilustração esquemática de uma implantação

exempIificativa do sistema de gerenciamento de energia mostrado na Figura 2, que emprega uma modificação a um esquema existente de gerenciamento de energia de linha de base.

A Figura 4 é um fluxograma exemplificativo para uso com o sistema de gerenciamento de energia mostrado na Figura 2.

Descrição Detalhada As realizações descritas no presente documento apresentam um modelo dentro de um sistema de controle, tal como um Controle de Motor Digital de Autoridade Total (Full Authority Digital Controle de motor - FADEC) 25 e/ou um computador de bordo. O modelo é usado para gerenciar energia em um sistema de controle durante operação usando parâmetros medidos. As realizações descritas no presente documento podem ser implantadas dentro de um sistema e são flexíveis o suficiente para satisfazer as rígidas especificações de controle para diferentes modos operacionais do sistema. Por exemplo, as realizações descritas no presente documento podem ser implantadas em uma aeronave que tem um modo de sustentação de asa e modo de sustentação por jato, em que as realizações descritas no presente documento são adaptáveis aos requisitos para operar em modo de sustentação por jato, ou de pairo.

A descrição detalhada a seguir ilustra realizações por meio de exemplo e não por meio de limitação. Conforme usado no presente documento, um elemento ou etapa citada no singular e procedida com a palavra “um” ou “uma” deve ser compreendida como não excludente de elementos ou etapas 10 plurais, a menos que tal exclusão seja explicitamente citada. Além do mais, as referências a “uma realização” da presente revelação não se destinam a ser interpretadas como excludentes da existência de realizações adicionais que também incorporam as características citadas.

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um motor de turbina a gás de ciclo variável exemplificativo 10 que tem uma linha central longitudinal 12. O motor de turbina a gás 10 é mostrado em uso com uma aeronave 14. No entanto, deve ser compreendido que o motor de turbina a gás 10 pode ser usado em qualquer sistema e/ou aplicação comercial, industrial, e/ou residencial. O motor de turbina a gás 10 inclui um recesso anular 16 que recebe ar ambiente 18 que é canalizado a jusante a um conjunto de ventilação 20. O motor 10 também inclui um motor de turbina a gás principal 22 que inclui um compressor de alta pressão (HPC) 24, um combustor 26, uma turbina de alta pressão (HPT) 28, uma turbina de baixa pressão (LPT) 30 e um aumentador 32 que são acoplados em uma relação de fluxo axial com o recesso 16. A HPT 28 fornece energia à HPC 24 através de um primeiro eixo 34. LPT 30 fornece energia ao conjunto de ventilação 20 através de um segundo eixo 36. O motor 10 também inclui um invólucro externo 38 que é espaçado de um invólucro interno 40. O invólucro interno 40 inclui uma seção dianteira 42 de define um duto de desvio 44. Na realização exemplificativa, o aumentador 32 inclui um revestimento difusor 46.

Na realização exemplificativa, o motor de turbina a gás 10 também inclui um conjunto de válvula 48 acoplado dentro do duto de desvio 44.

O conjunto de válvula 48 separa o duto de desvio 44 em um duto de desvio radialmente interior 50 e um duto de desvio radialmente exterior 52. Mais especificamente, na realização exemplificativa, duto de desvio interior 50 e o duto de desvio exterior 52 estão alinhados substancial e concentricamente. Consequentemente, e na realização exemplificativa, o fluxo de desvio de 10 ventilação 54 que entra no duto de desvio 44 é dividido em um fluxo de desvio interior 56 e um fluxo de desvio exterior 58 pelo conjunto de válvula 48. Além do mais, na realização exemplificativa, o conjunto de válvula 48 regula um volume de fluxo de desvio interior 56 canalizado através do duto de desvio interior 50 e um volume de fluxo de desvio exterior 58 que é canalizado através 15 do duto de desvio exterior 52.

Na realização exemplificativa, um revestimento de separação 60 estabelece contato com uma porção traseira 62 do conjunto de válvula 48 e é acoplado ao revestimento difusor 46 para facilitar a canalização do fluxo de desvio interior 56 através do duto de desvio interior 50. Além do mais, o 20 revestimento de separação 60 também facilita a canalização do fluxo de desvio exterior 58 através do duto de desvio exterior 52. Uma vedação 64 se estende entre a porção de válvula 62 e o revestimento de separação 60 para facilitar a redução de vazamento de fluxo de desvio exterior 58 no duto de desvio interior 50.

Durante a operação, conjunto do motor de entrada de ar 10

através de recesso 16 é compreendido pelo conjunto de ventilação 20. O fluxo de ar comprimido que sai do conjunto de ventilação 20 é dividido em uma primeira porção de fluxo de ar 66 que é canalizada no motor de turbina principal 22 e uma segunda porção de fluxo de ar, ou ar de desvio 68, que é canalizada através do duto de desvio 44. A primeira porção de fluxo de ar 66 é compreendida por HPC 24 e é canalizada ao combustor 26. O fluxo de ar descarregado do combustor 26 gira as turbinas 28 e 30 antes de ser 5 descarregado do motor 10 através de um escapamento 70. Além disso, o ar de desvio 68 canalizado pelo conjunto de válvula 48 é descarregado do motor 10 através de escapamento 70.

Na realização exemplificativa, o motor de turbina a gás 10 é um motor de turbina militar, tal como um motor F110, que está disponível da 10 General Electric Company, Cincinnati, Ohio. Alternativamente, o motor de turbina a gás 10 é um motor de turbina comercial, tal como um Motor de turbina a gás CFM56 e/ou um Motor de turbina a gás CF34-10, e/ou um motor marinho/industrial, tal como um motor LM6000, cujos todos estão também disponíveis do General Electric Company. Além do mais, deve ser apreciado 15 que em outras realizações, o motor de turbina a gás 10 pode ser qualquer motor de turbina a gás que contém componentes similares, tais como um motor F136 disponível da General Electric Company.

A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema exemplificativo de gerenciamento de energia 100 que pode ser usado com o 20 motor de turbina a gás 10. Na realização exemplificativa, o sistema de gerenciamento de energia 100 inclui um componente de gerenciamento de energia 102 que está em comunicação com um sistema de controle do motor de ciclo fechado 104. O sistema de controle 104 inclui o motor 10, uma pluralidade de sensores 106, uma pluralidade de atuadores 108, e um controle 25 de motor 110.

O motor monitor dos sensores 106 monitor motor e/ou da operação da aeronave e dados do sensor efetivo em tempo real de entrada ou entrada do sensor 112 durante a operação do motor a um gerenciamento de energia modelo, tal como um componente 102. Os sensores exemplificativos 106 incluem, mas não estão limitados a, um sensor de temperatura do recesso de ventilação 72, um sensor de pressão total do recesso do compressor 74, um sensor de pressão estática de descarga de ventilação 76, um sensor de 5 pressão estática de descarga do compressor 78, um sensor de pressão estática do duto de escapamento 80, um sensor de pressão estática do revestimento de escapamento 82, um detector de chamas 84, um sensor de temperatura de gás de escapamento 86, um sensor de temperatura de descarga do compressor 88, um sensor de temperatura do recesso do 10 compressor 90, um sensor de velocidade de ventilação 92, e sensor de velocidade principal 94. Na realização exemplificativa, as velocidades do rotor do motor do monitor dos sensores 102, temperaturas do motor, pressões do motor, fluxos de fluido, e/ou torques.

Na realização exemplificativa, os dados de posição do atuador 118 servem de entrada para o componente 102. Os dados de posição do atuador 118 incluem, mas não estão limitados a, um atuador de fluxo de combustível, os atuadores de área variável, atuadores variáveis do estator, e/ou posições de válvula de escape. Na realização exemplificativa, os dados de condição ambiente de voo 120 servem de entrada para o componente 102. Os dados de condição ambiente de voo 120 incluem, mas não se limitam a, temperatura ambiente, pressão ambiente, número de Mach da aeronave, e/ou parâmetros de definições de energia do motor, tal como velocidade de ventilação ou razão de pressão do motor. Em uma realização alternativa, quaisquer dados adequados servem de entrada para o sistema de gerenciamento de energia 100. Em uma realização, um filtro passa-baixo 114 é colocado entre sensores 106 e o componente 102 e entre os atuadores 108 e o componente 102 de modo que somente frequências de baixo desvio nos dados do sensor 112 e nos dados de posição do atuador 118 são recebidos pelo componente 102.

Na realização exemplificativa, o sistema de controle 110 é implantado em um FADEC. Alternativamente, o sistema de controle 110 pode ser implantado em um computador de bordo e/ou qualquer outro sistema que 5 seja adequado para controlar o motor 10 e/ou aeronave 14. Mais especificamente, na realização exemplificativa, o sistema de controle 110 controla as operações do motor 10, tais como injeções de combustível, posicionamento do bocal, passagens variáveis, e/ou áreas elevadas de ventilação, portas bloqueadoras interna e externa em sistemas com múltiplas 10 correntes de desvio, estatores variáveis, e/ou posições de válvula. Além disso, na realização exemplificativa, as referências 122 e restrições 124 são usadas pelo sistema de controle 110 para controlar pelo menos uma operação do motor. O sistema de controle 110 também recebe as entradas do sensor 112 para controlar pelo menos uma operação do motor 10.

Em operação, o componente 102 recebe os dados 112, 118, e

120, prevê o desempenho do motor com base nos dados recebidos 112, 118, e 120, e otimiza o controle de motores em resposta às previsões de desempenho do motor. Na realização exemplificativa, o componente 102 envia referências 122 e restrições 124 ao sistema de controle 110 e controla as entradas 126 20 diretamente aos atuadores 108 dentro da aeronave 14 com base na previsão do desempenho do motor.

Na realização exemplificativa, todos os componentes dentro do sistema de controle 104 funcionam em uma largura de banda de ciclo interno também conhecida como ciclo interno rápido. Na realização exemplificativa, a 25 largura de banda de ciclo interno fornece atualizações quase em tempo real das dinâmicas do motor 10, do controle 110, dos sensores 106, e dos atuadores 108. O componente 102 e os dados de condição ambiente de voo 120 funcionam em uma largura de banda de ciclo externo que é também conhecida como ciclo externo lento. Na realização exemplificativa, os dados recebidos 112 e 118 são uma aproximação das dinâmicas encontradas na largura de banda de ciclo interno. Uma aproximação da largura de banda de ciclo interno é realizada ao filtrar as informações do sensor do ciclo interno 5 através do filtro passa-baixo 114. O filtro passa-baixo 114 recebe os dados do sensor 112 e dados de posição do atuador 108 quase instantaneamente e estabelece uma média baseada na rápida variação dos dados. Na realização exemplificativa, o filtro 114 fornece uma aproximação de dados 112 e 118 ao componente 102 de 1 segundo. Alternativamente, o filtro 114 pode fornecer 10 qualquer aproximação de tempo de dados 112 e 118 que facilita o gerenciamento de energia de um motor, conforme descrito no presente documento que inclui, mas não se limita a, 2 segundos e qualquer múltiplo de segundos.

A Figura 3 é uma ilustração esquemática de uma implantação exemplificativa 200 do sistema de gerenciamento de energia 100 mostrado na Figura 2. Na realização exemplificativa, a implantação 200 ilustra os detalhes do componente 102 da Figura 2. A implantação 200 inclui um componente de gerenciamento de energia de linha de base 202 e um controle de previsão modelo (MPC) 204. Na realização exemplificativa, o componente de linha de base 202 recebe os dados do sensor 112, dados de posição do atuador 118, e dados de condição ambiente de voo 120. O componente de gerenciamento de energia de linha de base 202 inclui tabelas pré-carregadas no componente que fornecem referências e limites restritos que são pré-configuradas durante uma configuração fora de linha. Os dados recebidos 104 e 118 são comparados com as tabelas pré-carregadas para enviar um controle preferencial 210 que será recebido pelo controle de motor 110. Na realização exemplificativa, o MPC 204 revê o controle preferencial 210 e produz modificações ideais 212 ao controle preferencial 210. As modificações ideais 212 podem incluir referências 214, entradas de ciclo aberto 216, e limites restritos 218.

A otimização ocorre da seguinte maneira:

O = Zirref ^llMi-Yi+k)TQ(y

(1)

(2)

(3)

em que O é o objeto de otimização para MPC 204, que computa

as variáveis otimizadas àMPC 212 e Ampc denota sua taxa de mudança. Y representa as saídas controladas e Yrefjit são referências filtradas para saídas controladas a partir do componente de gerenciamento de energia de linha de 10 base 202. Na realização exemplificativa, as referências são filtradas para realizar uma largura de banda desejada que seja compatível com a largura de banda de ciclo externo. Yopt é uma saída de otimização e Lopt é um peso linear para a saída de otimização. Q é uma matriz diagonal com pesos em erro de rastreamento para cada saída de controle e R è uma matriz diagonal com 15 pesos na taxa de mudança de ação MPC.

garante menos rastreamento de saídas críticas controladas aos valores originais do projeto. A Equação (3) realiza a máxima melhoria possível no objeto de desempenho desejado, isto é, elevado desempenho de impulso 20 (FGT), ou uma redução na temperatura da turbina, ou reduzido consumo específico de combustível (SFC) submetido às restrições de limitação. Em uma realização, custo quadrático é usado desta maneira com um objetivo especificado fornecido para a saída de otimização.

frequência é usada para determinar as modificações ideais 212. Em tal realização, é usado a seguir:

Na realização exemplificativa, o uso das equações (1) e (2)

Em uma realização alternativa, uma função ponderada de

- y.C^ref fll, k+i Υ,+k) Q(Xref _filt,k+i ^/+*)

χ_,. — wpc.f*r ± smpt '--'"X' àxpt '-'—ngxf+i

ref _filt,k+i

(4)

(5) + E(^1-WC) (6)

Similar a (1), (2), e (3), O é o objeto de otimização for MPC 204, que computa as variáveis otimizadas Ampc 212 e Ampc denota sua taxa de mudança. A variável Y representa as saídas controladas e Yref_m são 5 referências filtradas para as saídas controladas do componente de gerenciamento de energia de linha de base 202. Na realização exemplificativa, as referências são filtradas para realizar uma largura de banda desejada que seja compatível com a largura de banda de ciclo externo. A variável Yopt é uma saída de otimização e Lopt é um peso linear para a saída de ^F^z)

otimização. O parâmetro Q é uma matriz diagonal com pesos em erro de rastreamento para cada saída de controle, e R é uma matriz diagonal com pesos na taxa de mudança da ação do MPC 204. Em tal realização, são representadas funções de ponderação de frequência para operar nas funções discretas de tempo. A solução do problema na equação (4-6) é reformular 15 como problema de controle Quadrático Linear não ponderado no sistema linear

com:

AnpcJi = F^ (z) Ahpcjc (7)

Yk=Fy(Z)Yk (8)

Y1'* = Fr,, (Z)Ykv" (9)

Yref,k=Fy(z)Yrefk (10)

As restrições nas variáveis não filtradas, saídas restritas Yk, e mudanças Ampc do MPC 204 são traduzidas em restrições equivalentes nas variáveis filtradas Yk e Anpc.

O uso de (4), (5), e (6) permite que os sistemas 100 e 200 operem sem filtro passa-baixo 114. As funções de ponderação de frequência permitem gerenciamento dinâmico em linha de energia na largura de banda baixa desejada sem interferir no desempenho de alta largura de banda do sistema de controle de ciclo fechado 104. A Figura 4 é um fluxograma exemplificativo 300 para uso com o sistema de gerenciamento de energia 100 mostrado na Figura 2. Na realização exemplificativa, os dados são recebidos 302 pelo componente 102. Em uma realização, os dados recebidos 302 incluem pelo menos um dos dados do 5 sensor, dados de posição do atuador, e dados de condição ambiente de voo. Alternativamente, o sistema 100 pode receber quaisquer dados que facilitam o gerenciamento de energia, conforme descrito no presente documento. Na realização exemplificativa, um gerenciamento de energia de linha de base do motor é determinado 304 a partir dos dados recebidos. O gerenciamento de 10 energia de linha de base do motor é determinado 304 usando o componente de gerenciamento de energia de linha de base 202, que inclui tabelas prédefinidas de consulta. É feita, então, uma determinação se será realizado o uso do gerenciamento dinâmico em linha de energia. Se o gerenciamento dinâmico em linha de energia não for usado, o gerenciamento de energia de motor de 15 linha de base 304 determinado é enviado 308. Em uma realização, o gerenciamento de energia do motor inclui referências e restrições e é enviado 308 ao controlador do motor 110. Em uma realização alternativa, o gerenciamento de energia do motor inclui planejamentos de entrada de ciclo aberto e é enviado 308 aos atuadores 108 (ver nota sobre o sinal de correção 20 126 na Figura 2). Alternativamente, o gerenciamento de energia do motor pode incluir qualquer combinação de referências, restrições, e planejamentos de entrada de ciclo aberto que podem ser enviados a qualquer componente dentro de um motor que facilita o gerenciamento de energia, conforme descrito no presente documento.

Se o gerenciamento dinâmico em linha de energia for usado, uma

previsão de modelo de ciclo fechado é realizada 310 por MPC 204, usando gerenciamento de energia de motor de linha de base 304 determinado e dados recebidos 302. Na realização exemplificativa, o modelo de ciclo fechado prevê uma condição de operação do motor 10 usando o gerenciamento de energia de motor de linha de base 304 determinado e dados recebidos 302 por um tempo predeterminado no futuro. Em uma realização, o MPC 204 realiza a previsão do modelo 310 por 5 segundos no futuro. Alternativamente, o MPC 204 pode 5 realizar a previsão de modelo 310 para qualquer aumento de tempo futuro, incluindo, mas não se limitando a, 1 segundo, 10 segundos, 30 segundos e 60 segundos.

Por meio do uso da previsão de modelo realizada 310, um gerenciamento ideal de energia do motor é determinado 312. Em uma 10 realização, o gerenciamento ideal de energia do motor é determinado 312 usando uma função do objeto. As funções do objeto usadas na determinação 312 um gerenciamento ideal de energia do motor inclui, mas não estão limitadas a, um desempenho máximo de impulso (FGT) ou impulso total, uma temperatura mínima da turbina, ou um consumo mínimo específico de 15 combustível (SFC). Em uma realização, o sistema 100 pode alternar entre os diferentes objetos em linha conforme desejado pelo usuário. A alternância entre os diferentes objetos permite o gerenciamento dinâmico de energia usando o MPC como oposição ao gerenciamento de energia de linha de base convencional fora de linha que é manualmente projetado fora de linha e não 20 pode ser mudado em linha. Na realização exemplificativa, o gerenciamento determinado ideal de energia do motor 312 é obtido através da otimização das funções de objeto descritas acima submetidas a restrições que incluem, mas não estão limitadas a, segurança do motor e limites de saída de operabilidade, limites de magnitude, e limites de taxa nas modificações do MPC 204.

Na realização exemplificativa, o gerenciamento determinado ideal

de energia do motor 312 é enviado 314. Em uma realização, o gerenciamento ideal de energia do motor inclui referências e restrições que são enviadas 314 ao controlador do motor 110. Em uma realização alternativa, o gerenciamento ideal de energia do motor inclui planejamentos de entrada de ciclo aberto que são enviados 314 aos atuadores 108. Alternativamente, o gerenciamento ideal de energia do motor pode incluir qualquer combinação de referências, restrições, e planejamentos de entrada de ciclo aberto e o gerenciamento ideal 5 de energia do motor pode ser enviado a qualquer componente dentro de um motor que facilita o gerenciamento de energia, conforme descrito no presente documento.

As realizações descritas acima apresentam um sistema dinâmico em linha de gerenciamento de energia para um motor. Mais especificamente, 10 os sistemas dinâmicos em linha de gerenciamento de energias descritos no presente documento podem ser implantados em uma aeronave para otimizar um parâmetro de operação, tal como impulso, para controlar o motor de turbina a gás. Além disso, os sistemas de gerenciamento de energia descritos no presente documento apresentam um projeto de separação de largura de 15 banda. Como tal, é possível realizar gerenciamento de energia de baixa largura de banda que não interfere com os controles de motor de rápida largura de banda em um motor de aeronave ou espaço de otimização de desempenho de sistema físico dinâmico similar.

As realizações exemplificativas de métodos e sistemas para 20 gerenciar energia de um motor são descritas acima em detalhes. Os métodos e sistemas não estão limitados às realizações específicas descritas no presente documento, mas, ao invés disso, os componentes de sistemas e/ou etapas dos métodos pode ser usado independente e separadamente dos outros componentes e/ou etapas descritas no presente documento. Por exemplo, os 25 métodos podem também ser usados em combinação com outro sistema de gerenciamento de energias e métodos, e não estão limitados á prática somente com os sistemas e métodos de motor de turbina a gás, conforme descrito no presente documento. Ao invés disso, a realização exemplificativa pode ser implantada e usada em conexão com muitas outras aplicações de gerenciamento de energia.

Apesar de as características específicas de várias realizações da revelação serem mostradas em alguns desenhos e não em outros, isso é somente por conveniência. De acordo com os princípios da revelação, qualquer característica de um desenho pode ser referida e/ou reivindicada em combinação com qualquer característica de qualquer outro desenho.

Esta descrição escrita usa exemplos para fins de revelação, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer pessoa versada 10 na técnica pratique a revelação, incluindo criar e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da revelação é definido pelas reivindicações, e podem incluir outros exemplos que ocorrem àqueles que são versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estarem dentro do escopo das reivindicações se tiverem 15 elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims

1. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA (100), para gerenciamento de energia em linha de um motor (10), sendo que o dito sistema de gerenciamento de energia compreende: um componente de gerenciamento de energia de linha de base (102) configurado para receber pelo menos uma entrada de dados (112) de um sistema de controle do motor (104) que opera em uma primeira largura de banda, em que o dito componente de gerenciamento de energia de linha de base é configurado para operar em uma segunda largura de banda; e um controle de previsão modelo (204) configurado para: prever uma condição de operação do motor em um horizonte futuro desejado, usando a pelo menos uma entrada de dados e um modelo de ciclo fechado do motor; determinar um gerenciamento ideal de energia do motor com base na previsão; resolver uma otimização restrita para um objeto de otimização desejada; e prover o gerenciamento ideal de energia do motor.

2. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito componente de gerenciamento de energia de linha de base é adicionalmente configurado para determinar um gerenciamento de energia de linha de base do motor que usa a pelo menos uma entrada de dados.

3. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA, de cordo com a reivindicação 1, em que a pelo menos uma entrada de dados compreende pelo menos uma de uma entrada de sensor, uma entrada de posição do atuador, e uma entrada de condição do ambiente.

4. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito controle de previsão modelo é adicionalmente configurado para prever uma condição de operação do motor em um horizonte futuro usando o gerenciamento de energia de motor de linha de base determinado e um modelo de ciclo fechado.

5. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, em que o gerenciamento ideal de energia do motor compreende adicionalmente pelo menos uma das referências, entrada de ciclo aberto, e limites restritos.

6. SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito componente de gerenciamento de energia de linha de base é adicionalmente configurado para receber pelo menos uma entrada de dados filtrada por um filtro passa-baixo.

7. MOTOR DE TURBINA A GÁS (10), para uso em uma aeronave (14), sendo que o dito motor de turbina a gás compreende: pelo menos um sensor (106) configurado para detectar um parâmetro do motor e gerar uma entrada de sensor (112) que representa o parâmetro do motor; um sistema de controle (104) configurado para controlar pelo menos um do dito motor de turbina a gás; e um sistema de gerenciamento de energia (100) para gerenciamento de energia em linha de um motor, sendo que o dito sistema de gerenciamento de energia compreende: um componente de gerenciamento de energia de linha de base (202) configurado para receber pelo menos uma entrada de dados; e um controle de previsão modelo (204) configurado para: prever uma condição de operação do motor em um horizonte futuro usando a pelo menos uma entrada de dados e um modelo de ciclo fechado; determinar um controle ideal do motor com base na previsão; resolver uma otimização restrita para um objeto de otimização desejada; e prover o gerenciamento ideal de energia do motor.

8. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 7, em que o dito sistema de controle é configurado para controlar um do dito motor de turbina a gás usando o gerenciamento ideal de energia do motor.

9. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 7, em que o dito pelo menos um sensor é pelo menos um de um sensor de temperatura, um sensor de pressão, um sensor de velocidade, um sensor de torque, um sensor de fluxo, um sensor de condição do ambiente e um sensor de posição do atuador.

10. MOTOR DE TURBINA A GÁS, de acordo com a reivindicação 7, em que o dito pelo menos um sensor e o dito sistema de controle operam em um sistema de controle do motor de ciclo fechado configurado para operar em uma primeira largura de banda.