CN105392977A

CN105392977A - 用于生成旨在注入涡轮的燃烧室的燃料流的控制的方法和设备

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Publication number: CN105392977A
Application number: CN201480035695.5A
Authority: CN
Inventors: C·杰拉西
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: EP2989311A1; WO2014174208A1; FR3004759B1; CA2910558C; RU2015150038A3; US10465613B2; RU2015150038A; CA2910558A1; RU2654552C2; FR3004759A1; CN105392977B; BR112015026874B1; US20160069276A1; BR112015026874A8; BR112015026874A2; EP2989311B1

Abstract

根据本发明的方法包括在启动涡轮机的阶段(E0)期间：基于至少一个预确立的法则的燃料流控制(WF_OL)的开环生成步骤(E10)；以及涡轮机的至少一个操作参数的闭环监视步骤(E20-E30)，该至少一个操作参数选自：涡轮机的压缩机的加速度(dN2/dt)；以及涡轮机的涡轮的输出温度(EGT)，该监视步骤包括使用至少一个校正网络(R1、R2、R3)来将操作参数保持(E30)在预定义的值范围内，该至少一个校正网络与操作参数相关联并能够提供校正以开环方式生成的燃料流控制的校正信号，从而使得可能将操作参数保持在预定义的值范围内。

Description

用于生成旨在注入涡轮的燃烧室的燃料流的控制的方法和设备

背景技术

本发明涉及涡轮引擎的一般领域，且它以优选的方式适用于航空领域。

本发明更具体地涉及调节飞行器的涡轮引擎的燃料流速，例如在启动飞行器的阶段期间。

在已知方式中，涡轮喷气机的燃料流速通过生成适当的燃料流速命令来调节，用于确保注入到涡轮喷气机的燃烧室的大燃料流速不超过特定限制(下限或上限)，涡轮喷气机的故障可能超出该限制，诸如例如涡轮喷气机的压缩机的关闭或浪涌。

这样的调节常规上使用在关系的基础上(或更确切地在预确立的关系的网络的基础上)生成的燃料流速命令来开环地执行，从而针对涡轮喷气机的压缩机(例如，双轴(two-spool)涡轮喷气机的高压压缩机)的各种不同降低的(标准化的)速度值来给予注入到燃烧室的燃料流速。

一般而言，两个不同的预确立的关系网群被纳入考虑：

用于确保燃烧室中的点火并至少根据压缩机的记为XNr的降低的速度来提供记为WMCmd的燃料流速命令的第一关系网群，换言之：

WFCmd＝f(XNr)；以及

指定用于管理涡轮喷气机起转阶段直至其达到空转速度的燃料流速的第二关系网群，也称为C/P限制(指的是注入到燃烧室的燃料的流速C除以燃烧室的出口处测量到的静态压力P的比率)。在已知方式中，一个这样的限制可尤其写成以下形式：

\frac{WF}{PS \sqrt{T / 288.15}} = f (XNr, PT)

起转WF是燃料流速，PS是燃烧室中的静态压力，T是在高压压缩机的入口处的总温度，XNr是高压轴的降低的速度，且PT是风扇入口处的总压力。

布置这些各关系网以考虑涡轮喷气机的各具体特征以及它对各参数的敏感度，诸如例如：外部温度，飞行域，等等。

当前设计的涡轮喷气机呈现了不断提升的性能，并且它们的组件(压缩机、涡轮，等等)针对高速操作来优化，而有损于低速，并且尤其是在启动阶段期间。

这导致现代涡轮喷气机对外部条件非常敏感(例如，涡轮喷气机的热状态、外部温度、计量燃料的准确度、注入的燃料的类型、外部温度、喷气机的老化，等等)，并且这还导致涡轮喷气机之间的行为的广泛分散。

在开环调节期间纳入考虑的涡轮喷气机的可操作性限制因而遭受从一个涡轮喷气机到另一涡轮喷气机的很大的可变性程度的损害，这是难以预测的。

此外，这些涡轮喷气机对多个参数的非常大的敏感度使得调整上述命令关系很费力(如果不是不可能的话)。

应当观察到，对于具有相对于压缩机中的阶段数而言高的压缩比的高压压缩机的涡轮喷气机，这一非常大的敏感度还导致浪涌限制和停滞限制之间存在的相对窄的区间(corridor)。

因此，存在对用于调节涡轮引擎的燃料的流速的机制的需求，该机制对启动阶段而言是高效且适当的，该机制考虑由当今设计的涡轮引擎所施加的上述约束。

发明内容

本发明具体地通过提出一种生成要被注入用于推进飞行器的涡轮引擎的燃烧室的燃料流速的命令的方法来满足这一需求，该方法在启动涡轮引擎的阶段期间使用，并且该方法包括：

根据至少一个预确立的关系来生成燃料流速命令的开环生成步骤；以及

监视涡轮引擎的从以下各项选择的至少一个操作参数的闭环监视步骤：

涡轮引擎的压缩机的加速度；以及

涡轮引擎的涡轮的出口处的温度；

这一监视步骤包括通过使用与操作参数相关联并适用于递送用于校正开环生成的燃料流速命令的信号以将操作参数维持在所确定的值范围中的至少一个校正器网络将该参数维持在所确定的值范围中。

相应地，本发明还提供一种用于生成要被注入到用于推进飞行器的涡轮引擎的燃烧室的燃料流速的命令的设备，该设备包括在启动涡轮引擎的阶段期间激活的装置，且该装置包括：

根据至少一个预确立的关系来开环生成燃料流速命令的生成器模块；以及

闭环监视涡轮引擎的从以下各项选择的至少一个操作参数的监视模块：

涡轮引擎的压缩机的加速度；以及

涡轮引擎的涡轮的出口处的温度；

监视模块适用于将操作参数维持在所确定的值范围中，并且监视模块包括至少一个校正器网络以及校正装置，该至少一个校正器网络与该参数相关联并适用于递送用于校正开环生成的燃料流速命令的校正信号以使得能够将操作参数维持在所确定的值范围中，该校正装置在适当的情况下被激活用于通过使用校正器网络递送的校正信号来校正由生成器模块生成的燃料流速命令。

本发明还提出了引入对要被注入到涡轮引擎的燃烧室的燃料流速的闭环调节，从而使得涡轮引擎的某些合适地选择的操作参数能够被包含在所确定的值范围内，以将涡轮引擎保持在可操作状况内。

这样的操作参数通常是涡轮引擎的压缩机的加速度和涡轮引擎的涡轮的出口处的温度。

本发明因而定义围绕常规上在开环中使用的调节关系的控制区间(或以等效的方式，经授权的值范围)：只要涡轮引擎的操作参数继续具有包含在该区间内的当前值，则燃料流速就通过在用于燃料流速的开环调节的常规控制关系的基础上生成的命令来调节。相反，一旦操作参数中的任一者的当前值离开或可能离开该区间，就根据本发明来实现控制环路以校正(即，调整)根据这样的常规开环控制关系确立的燃料流速，使得在必要时，操作参数的这些值被返回并维持在控制区间内。

根据本发明，所使用的燃料流速的闭环调节因而不是全权调节环路：它只在涡轮引擎的某些操作参数越过或将要越过从涡轮引擎的可操作性限制导出的预确立的设定点值时才进行操作。

为此，本发明所提出的闭环调节有利地依赖于与被监视的操作参数相关联的校正器网络，并且更确切地在必要时依赖于这些校正器网络递送的校正信号，以用于使操作参数能被维持在预期控制区间内的目的。校正信号可被应用于开环生成的命令，使得以此方式校正的命令用于将操作值维持在定义控制区间的值范围内。

因此，本发明在调节注入到涡轮引擎的燃烧室的燃料流速的目的方面特别新颖，它提出依赖于开环生成的主控制并且主控制在必要时通过闭环来调整，该闭环依赖于适用于确保压缩机的加速度和/或涡轮的出口处的温度被包含在预定值范围内以保证涡轮引擎的可操作性的校正器网络。

换言之，本发明相对容易实现。它不需要知晓操作温度如何根据注入的燃料流速而变化，而只需要针对这些操作参数定义的控制模板，即只需要要针对这些操作参数定义的控制模板，即这些操作参数应当位于其中的值范围，这进行起来特别简单。

因此，本发明可以非常容易地合并到基于燃料流速的开环调节的现有控制体系结构中。

本发明使得可能从以下优点获益：这些优点得自燃料流速的闭环调节(即，有效性、更好的准确度)，同时保证实现的简单性和容易性。

被本发明提出的闭环调节纳入考虑的这些操作参数具体包括涡轮引擎的压缩机的加速度(例如，双轴涡轮引擎中的高压压缩机)和涡轮引擎的涡轮出口处的温度(也称为排气温度(EGT))。

在已知方式中，这样的操作参数已经通过使用飞行器或涡轮引擎的传感器来测量，或者在变型中，它们是在来自这些从过去的测量的基础上估算的，并且它们参与监视和控制涡轮引擎，如飞行器的全权数字引擎控制(FADEC)所执行的。因此，不需要在飞行器上或涡轮引擎上包括新传感器就能实现本发明。

监视加速度使得可能有利地检测涡轮引擎的停滞或浪涌。

因而，在监视步骤期间，通过使用两个不同的校正器网络，涡轮引擎的压缩机的加速度优选地维持在最小加速度设定点值(以避免停滞的风险)和最大加速度设定点值(以避免浪涌的风险)之间。

监视涡轮的出口处的温度用于检测具有需要中断启动的风险的涡轮引擎的行为。

为了避免这样的中断，在监视步骤期间，涡轮引擎的涡轮的出口处的温度优选地被维持在低于最大温度设定点值。

自然地，本发明不限于上述操作参数，即，加速度和涡轮出口处的温度，并且设想监视除上述参数之外的对涡轮引擎在启动时的行为有影响的其他操作参数(诸如例如燃烧室中的压力)也是可能的。

在一特定实现中，压缩机的加速度和涡轮的出口处的温度被监视，并且监视步骤包括从由与压缩机的加速度和涡轮的出口处的温度相关联的校正器网络生成的校正信号中选择信号之一，所选择的信号可被用来校正开环生成的燃料流速命令。

相应地，在一特定实施例中，监视模块包括多个校正器网络和用于从由校正器网络递送的校正信号中选择校正信号之一的装置，所选择的信号被递送给用于校正由生成器模块在开环中生成的燃料流速命令的校正装置。

应当观察到，在任何给定时刻，校正器网络不一定全部提供相应校正信号(即，校正器网络不必持续地激活)。这尤其依赖于由每一校正器网络监视的操作参数的当前值，该值可能处于该参数的可接受的值范围中(即，“有效”或“经授权”)并且使涡轮引擎能够操作，使得确切地说不存在对开环生成的燃料流速命令的任何校正的需求。

在监视步骤期间执行的选择在适当时用于按分层方式组织由各校正器网络递送的校正信号，尤其以限制可能出现在校正信号之间的任何背离。

作为示例，这样的选择可以通过适用于从在它们的输入端存在的信号中选择最小值或最大值并合适地安排在校正器网络的输出端之间的一系列组件来执行。

作为说明，在一些情况下，涡轮的出口处的温度和压缩机的加速度两者都背离它们相应的控制区间是可能发生的。具体地，压缩机的加速度接近表示涡轮引擎的异常停滞的最小设定点值同时涡轮的出口处的温度开始超过最大设定点值是可能发生的。

在这样的情况下，从由校正器网络递送的校正信号中选择最适当的校正信号是必要的。

为此，向高设定点给予优先是优选的，即所选校正信号是由与涡轮的出口处的温度相关联且递送使涡轮的出口处的温度的值能够被保持低于最大设定点值的校正信号的校正器网络生成的校正信号。

这确保涡轮引擎不被作为过热的结果而不可补救地损坏(这可能是致命的)。

在一特定实现中，每一校正器网络是比例积分类型(例如，1类比例积分PI，或比例双积分PI-I)，且适用于递送用于校正燃料流速命令的校正信号，该校正信号是根据相关联的操作参数的当前值与所确定的设定点值之差来估算的。

这一实现通过调整每一校正器网络的参数(例如，增益、网络的激活，等等)而相对易于执行。因而，每一网络的增益可尤其依赖于燃烧室中的静态压力和涡轮引擎的风扇的入口处的总压力。

在一优选实现中，调节器装置包括针对每一所监视的参数以及为该参数确立的每一设定点值的校正器网络。

因而，作为说明，如果纳入考虑的操作参数是涡轮引擎的压缩机的加速度和温度EGT，并且如果该设备的监视模块被配置成将压缩机的加速度维持在最小加速度设定点值和最大加速度设定点值之间，并保持温度EGT低于最小温度设定点值，则本发明的生成器设备可具有三个校正器网络。

在调节器设备具有多个校正器网络时，校正器网络可有利地共享公共积分器，优选地是饱和积分器。

作为示例，公共积分器的这一饱和可根据开环生成的燃料流速命令来执行。

这使得可能降低与实现本发明相关联的复杂度和成本。

公共积分器的饱和还使得可能限制校正器网络递送的校正信号。

公共积分器还可被开环使用，以限制可能出现在燃料流速命令之间的不连续性。

相应地，在一特定实现中，该生成方法还包括用于使开环生成的命令或使用校正信号来校正的开环生成的命令饱和的饱和步骤，这一饱和依赖于名义关系。

作为示例，这一饱和根据所确定的名义关系的百分比来定义。

这一饱和步骤用于限制被用来调节在启动时的涡轮引擎的燃料流速命令。

这一饱和步骤可尤其被设想在需要限制注入到燃烧室的燃料流速时，例如以保持在由涡轮引擎的计量设备指定的燃料注入限制内。

这一饱和步骤还使得可能保证被用来在燃料流速方面调节涡轮引擎的命令不是背离或异常的，尤其是在涡轮引擎的故障的情况下。

不管开环生成的命令是否经受调整步骤，每当开环生成的命令的当前值相应地小于第一限制值或大于第二限制值时，这一饱和步骤可强制开环生成的命令取分别与尚未经受所述调整步骤的开环生成的命令的最小百分比和最大百分比相对应的第一限制值和第二限制值中的一个或另一个。

在一特定实现中，生成器方法的各步骤由计算机程序指令来确定。

因此，本发明还提供了一种数据介质上的计算机程序，该程序适用于在生成器设备中实现或更一般地在计算机中实现，该程序包括适用于执行以上定义的生成方法的各步骤的指令。

该程序可以使用任何编程语言，且可以是源代码、目标代码、或源代码和目标代码之间的中间代码的形式，如部分编译的形式或任何其他所需的形式。

本发明还提供一种包括上述计算机程序的指令的计算机可读数据介质。

该数据介质可以是能够存储程序的任何实体或设备。例如，该介质可包括存储装置，诸如只读存储器(ROM)(例如，紧致盘(CD)ROM或微电子电路ROM)或磁记录装置(如软盘或硬盘)。

此外，数据介质可以是适于经由电缆或光缆、通过无线电装置、或通过其他装置来传递的可传输介质，如电或光信号。本发明的程序可尤其从因特网类型的网络下载。

或者，数据介质可以是其中包括该程序的集成电路，该电路适用于执行所述方法或在所述方法的执行中使用。

本发明还提供了一种包括本发明的生成器设备的涡轮引擎。

生成器设备优选地包括在飞行器的全权控制系统中。

本发明的涡轮引擎从与上述针对生成方法和生成器设备的优点相同的优点中受益。

在其他实现或实施例中，构想了本发明的生成方法、生成器设备以及涡轮引擎以上述特征的全部或部分的组合形式存在也是可能的。

附图说明

根据参考附图作出的以下描述，可明白本发明的其他特性和优点，附图示出了不具有限制性特性的实现。在附图中：

图1示出了根据本发明的一特定实施例中的涡轮引擎和生成器设备；

图2是表示图1的生成器设备的硬件体系结构的示图；

图3是示出图1的生成器设备所实现的生产方法的各主要步骤的流程图形式；

图4示出了可由图1生成器设备使用以实现图3所示的步骤控制体系结构；以及

图5A和5B表示可以在生成器设备中使用的校正器网络的示例。

本发明的详细描述

图1是示出根据本发明的在其环境中在一特定实施例中的涡轮引擎1的示图。

在该实施例中，涡轮引擎1是用于推进飞机的旁路双轴涡轮喷气机。然而，本发明适用于其他涡轮引擎，诸如例如：单轴喷气机或涡轮螺旋桨飞机以及其他类型的飞机。

在已知方式中，涡轮喷气机1具有适于调整来自飞机的燃料线路并由涡轮喷气机的燃烧室的燃料注入器系统递送的燃料量的燃料计量设备(也称为燃料表)。出于简明的目的，燃料注入器、燃料线路、以及涡轮喷气机1的燃烧室的燃料注入器系统在图1中被省略。

在该示例中，涡轮喷气机1的燃料表具有位置的燃料计量阀(FMV)，它根据要注入到燃烧室的燃料流速而变化。要注入到燃烧室的燃料流速经由伺服控制环路以命令WFCmd的形式被传送给燃料表。

这一燃料流速命令WFCmd由根据本发明的生成器设备2确立，在当前描述的实施例中该设备被包括在飞机的FADEC系统3中。

为确立这一命令，调节器设备2依赖于两个主要功能实体：

适于开环操作以在预确立的关系或调节关系网的基础上根据涡轮喷气机1的当前降低的转速来生成燃料流速命令WF_OL的生成器模块2A；以及

适于闭环操作以监视涡轮喷气机的操作参数并经由所述闭环工作以通过称为R1、R2、R3的各校正器网络将这些操作参数维持在预定值范围内的监视模块2B。这些校正器网络在适当时适用于递送使监视模块2B能够调制(即，调整或校正)模块2A所生成的命令WF_OL的校正信号，使得得自应用该经调整的命令的计量设备的涡轮喷气机的操作参数的当前值保持包含在以上指定的值范围内。

在当前描述的示例中，对模块3B作出规定以使用校正器网络R1、R2和R3来监视涡轮喷气机1的两个操作参数，即：

涡轮喷气机1的高压压缩机的加速度，记为(dN2/dt)，该加速度通过取得高压压缩机的转速N2的时间导数来获得；以及

涡轮喷气机1的涡轮的出口处的排气温度，记为EGT。

然而，根据本发明，可监视的涡轮喷气机的操作参数的数量没有限制，且在其他实现中，构想了只监视涡轮喷气机1的压缩机的加速度是可能的，或在一变型中，监视涡轮喷气机的压缩机的加速度和/或涡轮喷气机涡轮的出口处的气体温度之外的其他操作参数。

在当前描述的实现中，在FADEC3应用来调节涡轮喷气机1的逻辑的上下文中，上述功能模块2A和2B是由生成器设备2实现的软件模块。

出于这一目的，生成器设备2拥有计算机的硬件体系结构，如图2中图示的。具体而言，它包括处理器4、随机存取存储器(RAM)5、ROM6、非易失性闪存7、以及通信装置8，可能与FADEC3的其他调节单元共享。

通信装置8包括用于与飞机的各传感器9通信的装置，且适用于向生成器设备2提供涡轮喷气机1的高压压缩机的转速N2的当前值的测量、涡轮喷气机1的涡轮的出口处的气体温度EGT的当前值的测量、以及涡轮喷气机1燃烧室中的静态压力PS32和风扇的入口处的总压力Pt的当前值的测量。

作为示例，传感器9可包括定位以按常规方式测量参数N2、EGT、PS32和Pt的速度传感器、温度传感器、压力传感器。

这些传感器9所递送的测量使生成器设备2能够以常规方式通过求加速度N2的微分来具体估计加速度(dN2/dt)的当前值，并根据本发明监视参数(dN2/dt)和EGT。

生成器设备2的ROM6构成根据本发明的数据介质且可由处理器4读取并存储根据本发明的计算机程序，包括用于执行根据本发明且在下文参考图3描述的生产方法的各步骤的指令。

图3是示出一特定实现中的本发明的生产方法的主要步骤的流程图，其中它由图1的生成器设备2执行以用于调节涡轮喷气机1的燃料流速的目的。

这样的方法优选地在启动涡轮喷气机1的阶段期间应用。

假定在该示例中，涡轮喷气机1正处于启动阶段(步骤E0)。这一启动阶段得自被应用于涡轮喷气机1的特定命令，且它可容易地按常规方式来检测。

应当观察到，本发明适用于涡轮喷气机的任何类型的启动：它可以是在关闭达很长时段之后在地面上启动涡轮喷气机，或在飞行中同样很好地重新启动，或在短时冒火之后将涡轮喷气机1再点火。

根据本发明，FADEC3的生成器设备2在涡轮喷气机1的这一启动阶段期间工作以在开环中并使用模块2A(步骤E10)执行要被注入到涡轮喷气机1的燃烧室的燃料流速的“主”调节。

更具体地，在这一步骤E10期间，模块2A在关系或预确立的关系网LN的基础上生成燃料流速命令WF_OL。这一关系网确立要发送给涡轮喷气机1的燃料表的燃料流速的命令(即，值)，该命令是根据涡轮喷气机1的降低的转速来确立的。

这样的关系网本身是已知的且已被描述。具体地，它应用于用于确保燃烧室的点火并根据压缩机的降低的速度来递送燃料流速命令的第一关系，且还应用于用于管理涡轮喷气机的起转阶段直至空转速度的C/P第二限制。准备并将其纳入考虑的这样的命令关系的方式是本领域技术人员已知的且在此不进一步描述。

在现有技术中，命令WF_OL要被直接递送给涡轮喷气机1的燃料表。

作为对比，根据本发明，与使用命令WF_OL实现的这一开环调节并行地，生成器设备2使用模块2B来监视涡轮喷气机1的高压压缩机的加速度(dN2/dt)以及涡轮的出口处的温度EGT的当前值(步骤E20)。

这些当前值是得自由FADEC在模块2A所生成的(至少在该方法开始时)未经校正的命令WF_OL的基础上执行的燃料流速调节的加速度dN2/dt和温度EGT的值。

这些当前值由模块2B从飞机的速度和温度传感器9例如周期性地所采取的测量获得，从而给出高压轴的转速N2和涡轮的出口处的温度EGT的当前值。此后，模块2B对速度N2的当前测量相对于时间求微分以估计加速度dN2/dt的当前值。

根据本发明，加速度dN2/dt和温度EGT的这些当前值由模块2B监视，即它们被分析并且在适当时它们被处理。

更具体地，在监视步骤E20期间，模块2B利用具有合适参数且彼此互连的校正器网络R1、R2、和R3经由闭环工作，以将加速度dN2/dt和温度EGT的当前值维持在所确定的值范围(在本说明书中也称为“控制区间”)内。

这些值通过使用由校正器网络R1、R2和R3所递送的校正信号来维持，这些信号由监视模块2B使用来调整(即校正或调制)模块2A所示出的命令WL_OL(步骤E30)。

应当观察到，命令WL_OL并非始终被调整(这是它在图3中用虚线绘制的原因)：这样的调整只在发现有必要将加速度dN2/dt和温度EGT维持在已被设置的值范围以确保涡轮喷气机1的可操作性时进行。

换言之，由监视模块2B放置到位的闭环不是全权闭环。用于调节燃料表的主命令是由模块2A递送的命令WF_OL，该命令被监视模块2B以辅助方式来调制，以将所监视的操作参数的值维持在所需值范围内。

在当前描述的实施例中，针对加速度(dN2/dt)和温度(EGT)所考虑的值范围如下定义。

针对加速度所考虑的值范围由最小设定点值THR1和最大设定点值THR2来定义，THR1被(例如负责涡轮喷气机1的可操作性的服务)设置以避免涡轮喷气机停滞(即，设定点THR1表示低于它涡轮喷气机1被认为异常停滞的加速度值)，THR2表示被认为涡轮喷气机1加速得过快且冒涡轮喷气机浪涌的风险的加速度值。

应当观察到，涡轮喷气机的浪涌限制难以变换成加速度的最大设定点值，使得在当前描述的实现中，这一最大设定点值THR2是通过训练来确定的。出于这一目的，浪涌检测器被使用，它将涡轮喷气机1的每一浪涌事件与这样的浪涌发生的条件一起存储，并且对于以此方式检测到的每一事件，它根据对应条件来更新阈值THR2。用于确定阈值THR2的这样的机制在尚未公开的法国专利申请No.11/51778中更详细地描述。

针对温度EGT所考虑的值范围只由上限来定义，将由最大温度设定点值THR3来定义。这一设定点值例如是由负责涡轮喷气机1的可操作性的服务来确定的，以限制作为温度过高的结果而造成涡轮喷气机1的强制中断的任何风险。

如上所述，在当前描述的实施例中，命令WF_OL由监视模块2B在由校正器网络R1、R2和R3所递送的校正信号的基础上调整，该网络是比例积分(PI)类型或比例双积分(PI-I)类型(在本说明书中更一般地称为比例积分型校正器网络)。

更具体地，在该示例中，校正器网络R1用于按以下方式校正燃料流速的命令WF_OL：将高压压缩机的加速度的当前值维持在最小设定点值THR1之上，低于THR1存在涡轮喷气机1停滞的风险。

为此，校正器网络R1适用于递送称为SIG1的被添加到命令WF_OL的校正信号。

在本示例中，校正器网络R1是具有转移函数C1(p)的比例双积分网络(或PI-I积分器)，其中p是拉普拉斯变量，如下：

C 1 (p) = \frac{K 1 (1 + τ 1 \cdot p)}{p^{2}} = \frac{{C 1}^{'} (p)}{p}

其中K1和τ1是校正器网络R1的相应参数。校正器网络R1的这些参数K1和τ1依赖于涡轮喷气机1的状态；更具体地，在该示例中，增益K1依赖于涡轮喷气机的燃烧室中的静态压力PS32以及涡轮引擎的风扇的入口处的总压力Pt，而参数τ1被设为响应于注入到燃烧室的燃料流速的涡轮喷气机1的惯性的函数。压力PS32和Pt的当前值被传感器9递送给校正器网络R1。

校正信号SIG1通过将转移信号C1(p)应用于最小设定点THR1与dN2/dt的当前值之间的误差信号(记为δ1)来获得，换言之：

δ1＝THR1-(dN2/dt)

自然地，其他参数可被纳入考虑以设置K1和τ1。

因而，校正器网络R1使得加速度的当前值与其最小设定点THR1之间的误差信号δ1与用于使这一误差信号δ1消失的燃料流速递增SIG1相对应，换言之，使涡轮喷气机1的高压压缩机的加速度能返回“正常”值(即，在为该涡轮喷气机设置的控制区间的限度内)。

类似地，在该示例中，校正器网络R2用于校正燃料流速的命令WF_OL以将高压压缩机的加速度的当前值维持在最大设定点值THR2之下，高于THR2存在涡轮喷气机1浪涌的风险。

为此，校正器网络R2适用于递送记为SIG2的校正信号以添加到命令WL_OL。

在当前描述的示例中，校正器网络R2也是其转移函数C2(p)由下式给出的比例双积分(PI-I)网络：

C 2 (p) = \frac{K 2 (1 + τ 2 \cdot p)}{p^{2}} = \frac{{C 2}^{'} (p)}{p}

其中K12和τ2是校正器网络R2的相应参数。校正器网络R2的这些参数K2和τ2依赖于涡轮喷气机1的状态；更具体地，在该示例中，增益K2依赖于静态压力PS32以及涡轮引擎的风扇的入口处的总压力Pt，而参数τ2被设为响应于注入到燃烧室的燃料流速的涡轮喷气机1的惯性的函数。

校正信号SIG2通过将转移函数C2(p)应用于最大设定点THR2与dN2/dt的当前值之间的误差信号(记为δ2)来获得，换言之：

δ2＝THR2-(dN2/dt)

自然地，其他参数可被纳入考虑以设置K2和τ2。

因而，校正器网络R2使得加速度的当前值与其最大设定点THR2之间的误差信号δ2与用于使这一误差信号δ2消失的燃料流速递增SIG21相对应，换言之，使涡轮喷气机1的高压压缩机的加速度能返回“正常”值(即，在为该涡轮喷气机设置的控制区间的限度内的值)。

最后，在该示例中，校正器网络R3用于校正燃料流速命令WF_OL，以将温度EGT的当前值维持在最大温度设定点值THR3之下，高于THR3存在必须中断涡轮喷气机1的启动的不可忽略的风险。

为此，校正器网络R3适用于递送记为SIG3的被添加到命令WF_OL的校正信号。

在当前描述的示例中，校正器网络R3同样是具有由下式给出的转移函数C3(p)比例积分(PI)网络：

C 3 (p) = \frac{K 3 (1 + τ 3 \cdot p)}{p} = \frac{{C 3}^{'} (p)}{p}

其中K3和τ3是校正器网络R3的相应参数。校正器网络R3的这些参数K3和τ3依赖于涡轮喷气机1的状态；更具体地，在该示例中，增益K3依赖于静态压力PS32以及涡轮引擎的风扇的入口处的总压力Pt，而参数τ3被设为响应于注入到燃烧室的燃料流速的涡轮喷气机1的惯性的函数。

校正信号SIG3通过将转移函数C3(p)应用于最大设定点THR3与当前值EGT之间的误差信号(记为δ3)来获得，换言之：

△3＝THR3-EGT

自然地，其他参数可被纳入考虑以设置K3和τ3。

因而，校正器网络R3使得温度EGT的当前值与其最大设定点THR3之间的误差信号δ3与用于使这一误差信号δ3消失的燃料流速递增SIG3相对应，换言之，使涡轮喷气机1的温度EGT被维持在“正常”值处(即，在为该值设置的控制区间的限度内)。

在当前描述的实现中，监视模块2B确立由校正器网络R1、R2和R3递送的校正信号SIG1、SIG2以及SIG3之间的分层结构。换言之，在任何给定时刻，它从要被用来调整命令WF_OL的校正信号SIG1、SIG2和SIG3之间选择校正信号。

在该示例中，这一选择由最小/最大类型(即，最小和最大类型)的函数链来执行，这些函数被成对应用于校正器网络的输出。这样的函数的示例在下文参考图4更详细地描述。

这些函数用于给出对一个校正信号相对于另一信号的优先，以调整命令WF_OL。优选地，优先被给予符合高设定点的所监视的操作参数，即符合设定点THR2和THR3。换言之，这意味着如果校正信号SIG1被校正器网络R1递送且校正信号SIG3被校正器网络R3递送，则优先被给予校正信号SIG3以调整命令WF_OL。

得自调整步骤E30的燃料流速命令被记为WFCmd，无论是否存在任何调整(如果不需要调整，则WFCmd＝WF_OL)。

在当前描述的实现中，生成器设备2在将命令WFCmd递送到燃料表之前执行使它饱和的步骤。这一饱和依赖于模块2A所确立的命令WF_OL，且它通过将相应增益Gmin和Gmax应用于命令WF_OL来确立(步骤E40)。

这一饱和寻求确保命令WFCmd确实位于从命令WF_OL导出的两个限制值之间(这些限制值对应于例如命令WF_OL的百分比，如增益Gmin和Gmax所定义的)。

为此，命令WFCmd在适当时根据其当前值被饱和到GminxWF_OL或GmaxxWF_OL，即如果命令WFCmd小于GminxWF_OL，其值被强制为GminxWF_OL；相反，如果命令WFCmd大于GmaxxWF_OL，则其值被强制为值GmaxxWF_OL。

具体地，这用于确保具有异常(或“离群”)值的命令不被传输到燃料表(这例如可能在涡轮喷气机1故障的情况下发生)，或相对简单地将传输到燃料表的命令限制在所确定的值范围内，例如与燃料表所指定的燃料注入限制相对应。

在适用时，经饱和的命令WFCmd随后被递送到燃料表(步骤E50)。

以下是参考图4给出的在当前描述的实施例中由用于将加速度(dN2/dt)和温度EGT的当前值维持在上述值范围内的监视模块2B实现的控制体系结构的更详细描述。

这一控制体系结构用于执行上述步骤E20、E30和E40，它包括在必要时监视涡轮喷气机1的操作参数、调整由模块2A开环地生成的命令WF_OL、以及使递送到燃料表的命令WFCmd饱和。

在该体系结构中，模块2B用来确定需要应用于命令WF_OL的适当校正(如果有的话)的三个校正器网络R1、R2和R3全部共享根据命令WF_OL的当前值来饱和的共同积分器I。

给定转移函数C1、C2、C3定义这些网络，这是可能的，这些函数可以写成由相应模块9、10和11所实现的第一转移函数C1'、C2'、C3'乘以由饱和积分器I执行的1/p积分第二函数的积的形式。

使用公共饱和积分器有利地使得可能限制由校正器网络R1、R2和R3递送的流速设定点中的不连续性，并使其易于将来自闭环的命令饱和(参见步骤E40)。

实现转移函数C1和C2的模块9和10分别还包括如图5A中所示的相应第二积分器(积分器元件9)，如下文更详细地描述的。第二积分器可遭受称为“卷起”或“漂移”(或确实失控)的问题，它们对本领域技术人员而言是公知的。

为管理这些问题，图4中所示的体系结构提出只在加速度dN2/dt的当前值接近其设定点时才激活第二积分器，换言之接近值模块9的THR1或模块10的值THR2。模块9和10的积分器的这一激活或停用分别由模块12和13来管理。

更确切地：

模块12将设定点THR1与(dN2/dt)的当前值之间的所估计的差δ1相对于所选负阈值S1相比较。如果δ1<S1，则模块12将布尔标志f1置为值1(或真)，适用于激活模块9的积分器9J。否则，布尔标志f1被设为值0(或假)且不激活模块9的积分器9J。

以类似的方式，模块13将设定点值THR2与(dN2/dt)的当前值之间的所估计的差δ2相对于被选择成正值的设定点S2进行比较。如果δ2<S2，则模块12将布尔标志f2设为值1(或真)，适用于激活模块10的积分器。否则，布尔标志f2被设为值0(或假)且模块10的积分器保持不活动。

阈值S1和S2是经验地选择的，且足够小以避免上述卷起问题。

模块9和10的积分器可能在某些条件下停用的事实还用于确保模块9和10输出的值不能在这样的停用有效时被生成器设备2选择。这在图4所示的体系结构中通过提供分别由来自模块12和13的输出控制的两个选择器模块(或开关)14和15来确保。

因而，选择器模块14只在δ1<S1(换言之，模块9的积分器9J被激活)的情况下选择来自模块9的输出。同样，选择器模块15只在δ2<S2(换言之，模块10的积分器被激活)的情况下选择来自模块10的输出。

如果δ1≥S1或如果δ2≥S2，则选择器模块14和15选择由模块2A估算的对命令WF_OL的时间微分来获得的值。这一时间微分由常规微分模块16执行。

应当观察到，因为饱和的积分器I被三个校正器网络R1、R2和R3共同使用，所以模块9、10和11输出的值分别对应于校正信号SIG1、SIG2和SIG3的时间导数，它们分别记为dSIG1、dSIG2和dSIG3(这也解释了命令WF_OL为什么被微分模块16求微分，以使这一命令可与由选择器模块14和15所操纵的值相比较)。

对值dSIG1、dSIG2、dSIG3和dWF_OL中的一者或另一者的选择由各MIN/MAX模块17、18和19执行。更确切地：

模块17被配置成选择递送到其输入端的值dSIG1和dWF_OL中的较大值(换言之，模块17负责激活或不激活命令WF_OL的调整)。

模块18被配置成选择值dSIG2和来自选择器模块174的输出的值中的较小值，这些值作为输入被递送到其输入端；以及

模块19被配置成选择值dSIG3和来自选择器模块15的输出中的较小值，这些值作为输入被递送到它。

在模块19的输出端处可用的值被记为dWF_sel。

这一值dWF_sel随后被积分器I处理。

在已知方式中，积分器I包括放大器20(其增益是采样时段的倒数)、求和模块21、以及积分模块22。

在当前描述的实施例中，它还包括保证燃料表生成器设备2所递送的设定点值WFCmd被饱和(即确实落在分别通过将增益Gmin(经由放大器25)和增益Gmax(经由放大器26)应用于由模块2A递送的设定点值WF_OL而获得的两个限制值之间的两个模块23和24。

根据这一体系结构，设定点值WFCmd有时等于由执行开环调节的模块2A递送的值WF_OL，且有时等于使用校正信号SIG1、SIG2或SIG3校正的值WF_OL，从而忽略由模块23和24执行的饱和。

图5A和5B示出了可被用于模块9和11的数字体系结构示例。可为模块10构想了类似于图5A中示出的体系结构。

参考图5A，用于实现转移函数C1’(p)的模块9以常规方式包括：

以采样时段Te工作且接收差δ1作为输入的离散微分器元件9A；

用于使用预定义计划来根据压力PS32和总压力Pt的当前值选择参数τ1的值的元件9B；

用于使用预定义计划来根据压力PS32和总压力Pt的当前值选择增益值K1的值的元件9C；

适用于将来自微分器元件9A的输出与来自元件9B的参数τ1相乘的乘法器元件9D；

适用于对来自元件9D的输出和差δ1进行求和的求和元件9F；

适用于将来自元件9C的增益K1与来自元件9E的输出相乘的乘法器元件9F；

适用于将来自元件9F的输出与采样周期Te相乘的放大器元件9G；

求和元件9H；以及

包括积分器模块9J、饱和元件9K以及由标志f1控制的选择器模块9L的饱和积分器9I：更确切地，如果标志f1被设为值1，则选择器模块9L选择来自积分器模块9J的输出；相反，如果标志f1被设为值0，则选择器模块9L选择值零。

参考图5B，用于实现转移函数C3’(p)的模块11以常规方式包括：

以采样周期Te工作且接收差δ3作为输入的离散微分器元件11A；

用于使用预定义计划来根据压力PS32和总压力Pt的当前值选择参数τ3的值的元件11B；

用于使用预定义计划来根据压力PS32和总压力Pt的当前值选择增益值K3的值的元件11C；

适用于将来自微分器元件11A的输出与来自元件11B的参数τ3相乘的乘法器元件11D；

适用于对来自元件11D的输出和差δ3进行求和的求和元件11E；以及

适用于将来自元件11C的增益K3与来自元件11E的输出相乘的乘法器元件11F。

Claims

1.一种生成要被注入用于推进飞行器的涡轮引擎(1)的燃烧室的燃料流速的命令的方法，所述方法在启动所述涡轮引擎的阶段(E0)期间使用，并且所述方法包括：

根据至少一个预确立的关系来生成燃料流速命令(WF_OL)的开环生成步骤(E10)；以及

监视所述涡轮引擎的从以下各项选择的至少一个操作参数的闭环监视步骤(E20-E30)：

所述涡轮引擎的压缩机的加速度(dN2/dt)；以及

所述涡轮引擎的涡轮的出口处的温度(EGT)；

这一监视步骤包括通过使用与操作参数相关联并适用于递送用于校正开环生成的燃料流速命令的信号以将所述操作参数维持在所确定的值范围中的至少一个校正器网络(R1、R2、R3)将所述参数维持(E30)在所确定的值范围中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述监视步骤(E20-E30)期间，所述涡轮引擎的压缩机的加速度被维持在最小加速度设定点值(THR1)和最大加速度设定点值(THR2)之间。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述监视步骤(E20-E30)期间，所述涡轮引擎的涡轮的出口处的温度(EGT)被维持在最大温度设定点值(THR3)之下。

4.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述压缩机的加速度(dN2/dt)和所述涡轮的出口处的温度(EGT)被监视，并且其中所述监视步骤包括从由与所述压缩机的加速度(dN2/dt)和所述涡轮的出口处的温度(EGT)相关联的校正器网络(R1、R2、R3)生成的校正信号中选择信号之一，所选择的信号被用来校正开环生成的燃料流速命令。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所选择的校正信号是由与所述涡轮的出口处的温度(EGT)相关联的校正器网络(R3)所生成的校正信号。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，每一校正器网络(R1、R2、R3)是比例积分类型或双积分类型且适用于递送用于校正燃料流速命令的校正信号，所述校正信号是根据与其相关联的操作参数的当前值与所确定的设定点值(THR1、THR2、THR3)之差(δ1、δ2、δ3)来估算的。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，至少一个校正器网络(R1、R2、R3)具有依赖于所述燃烧室中的静态压力(PS32)以及所述涡轮引擎的风扇的入口处的总压力(Pt)的增益值(K1、K2、K3)。

8.如权利要求1到7中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括用于饱和所述开环生成的命令或经使用所述校正信号校正的开环生成的命令的饱和步骤(E40)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，无论所述开环生成的命令是否经受了调整步骤(E30)，所述饱和步骤都强制所述开环生成的命令(WFCmd)采取分别与尚未经受所述调整步骤(E30)的所述开环生成的命令(WF_OL)的最小百分比(Gmin)和最大百分比(Gmax)相对应的第一限制值(GminWF_OL)和第二限制值(GmaxWF_OL)中的一个或另一个，如果所述开环生成的命令的当前值(WFCmd)分别小于所述第一限制值或大于第二限制值的话。

10.一种用于生成要被注入到用于推进飞行器的涡轮引擎(1)的燃烧室的燃料流速的命令的设备(2)，所述设备包括在启动所述涡轮引擎的阶段(E0)期间激活的装置，且所述装置包括：

根据至少一个预确立的关系(LN)来开环生成燃料流速命令(WF_OL)的生成器模块(2A)；以及

闭环监视所述涡轮引擎的从以下各项选择的至少一个操作参数的监视模块(2B)：

所述涡轮引擎的压缩机的加速度(dN2/dt)；以及

所述涡轮引擎的涡轮的出口处的温度(EGT)；

所述监视模块适用于将所述操作参数维持在所确定的值范围中，并且所述监视模块包括至少一个校正器网络(R1、R2、R3)以及校正装置，所述至少一个校正器网络与所述参数相关联并适用于递送用于校正开环生成的燃料流速命令的校正信号以使得能够将所述操作参数维持在所确定的值范围中，所述校正装置在适当的情况下被激活用于通过使用所述校正器网络递送的校正信号来校正由所述生成器模块生成的燃料流速命令。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述监视模块包括共享公共积分器(I)的多个校正器网络(R1、R2、R3)。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述公共积分器(I)是饱和的。

13.如权利要求10到12中的任一项所述的设备，其特征在于，所述监视模块包括多个校正器网络(R1、R2、R3)和用于从由所述校正器网络递送的校正信号中选择校正信号之一的装置，所选择的信号被递送给用于校正由所述生成器模块在开环中生成的燃料流速命令的校正装置。

14.一种包括指令的计算机程序，所述指令在所述程序由计算机执行时用于执行如权利要求1到9中的任一项所述的生成方法的各步骤。

15.一种包括如权利要求10到13中的任一项所述的用于生成燃料流速命令的生成器设备的涡轮引擎(1)。