CN106979083A - 用于本地环路闭合的方法和设备 - Google Patents

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CN106979083A CN201611140403.1A CN201611140403A CN106979083A CN 106979083 A CN106979083 A CN 106979083A CN 201611140403 A CN201611140403 A CN 201611140403A CN 106979083 A CN106979083 A CN 106979083A
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C.F.汉利
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Abstract

本方法涉及用于本地环路闭合的方法和设备。提供一种用于本地环路闭合的设备。该设备包括用于燃气轮机发动机中的构件(100)。该构件包括促动器和伺服阀中的至少一个、至少一个传感器(232)，以及包括控制器电子器件和存储器的电子模块(106)。电子模块构造成接收和处理用于促动器和伺服阀中的至少一个的命令，以及使接收到的命令在输入缓冲器(204)中排队。

Description

用于本地环路闭合的方法和设备
本申请为2013年2月28日提交的专利申请“用于本地环路闭合的方法和设备”（申请号：201310063876.6，申请人：通用电气公司）的分案申请。
技术领域
本发明的领域大体涉及用于燃气轮机发动机中的构件的本地环路闭合。
背景技术
大体上，燃气轮机发动机具有典型地由闭合环路液压-机械控制系统促动的多个可变几何特征。这些控制系统典型地由促动器、传感器和伺服阀构成，它们都由环路闭合电子器件和软件驱动。环路闭合电子器件和软件驻留在电子发动机控制单元中，该电子发动机控制单元定位成远离促动硬件达显著的距离，从而导致有很长的电气电缆，以及由于分离而产生控制延迟。已知这些构件之间的电缆的量在发动机内占重量的一大部分，并且提供额外的失效机会。当系统发生失效时，通常难以分辨哪个部分由于分离而失效。通常由于失效的原因，进行不成功的维护或使用“散弹枪式维护”方法，其中，一次移除若干部分，以确保解决问题。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于燃气轮机发动机中的构件。该构件包括促动器和伺服阀中的至少一个、至少一个传感器和包括控制器电子器件和存储器的电子模块。电子模块构造成接收和处理用于促动器和伺服阀中的至少一个的命令，以及使接收到的命令在输入缓冲器中排队。
在另一个实施例中，提供一种用于运行燃气轮机发动机的构件的方法。该方法包括通过该构件来接收用于该构件的硬件模块的命令、通过该构件来处理接收到的用于硬件模块的命令，以及通过该构件来使接收到的命令在输入缓冲器中排队。
在又一个实施例中，提供一个或多个其上包含有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质。当由处理器执行时，计算机可执行指令使处理器进行下者：通过燃气轮机发动机的构件来接收用于该构件的硬件模块的命令、通过该构件来处理接收到的用于硬件模块的命令，以及通过该构件来使接收到的命令在输入缓冲器中排队。
附图说明
图1-3显示本文描述的方法和系统的示例性实施例。
图1是根据本公开的示例性实施例的构件的示意图；
图2是图1中显示的智能构件的数据流；以及
图3是图2中显示的积分器的数据流。
部件列表：
100构件
102软件
104功率供应
106电子模块
108硬件
110接口电路
112接口电路
114构件专用电路
116公共环路闭合器模块
200数据流
202数据
204缓冲器
206模式选择
208模式选择信号
210环路补偿
212输入极限
214比例增益表
215来自增益的流
216校准数据
217硬件增益函数
218环路补偿变量
219环路补偿
220增益标量
221应用标量
222积分器函数
224零偏
226范围极限
227扭矩马达驱动器
228驱动器激活函数
229驱动器激活信号
230激活驱动器
232本地传感器
232传感器
234传感器
236位置校准函数
238接收校准数据
240健康和状态逻辑
244环路补偿
246环路补偿变量
250锁定和解锁部件
252锁定和解锁极限
254积分器函数输入
256阈值
257函数
258输入极限
259校验
260积分器增益
261应用增益
262积分器
264零/保持输入
265输出
266输出授权极限
267比较输出
268积分器函数输出。
具体实施方式
作为示例而不作为限制，以下详细描述示出本发明的实施例。构想到，本发明在工业、商业和民用应用中一般地应用于感测工艺参数的分析性和系统性实施例。
如本文所用，以单数叙述和以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当理解为不排除复数个元件或步骤，除非明确地叙述了这种排除。此外，对本发明的“一个实施例”的参照不意图理解为排除也结合了叙述的特征的额外的实施例的存在。
图1是根据本公开的示例性实施例的构件100的示意图。在示例性实施例中，构件100是用于燃气轮机发动机的液压-机械控制系统。在示例性实施例中，构件100由来自上游控制器软件102的信号驱动，并且用于构件100的功率由功率供应104提供。
构件100包括与构件电气硬件108通信的电子模块106。在示例性实施例中，电气硬件108包括(但不限于)线性或旋转式促动器、位置反馈传感器和电气-液压伺服阀。电子模块106包括数据总线接口电路110、功率接口电路112、构件专用电路114和公共环路闭合器模块116。数据总线接口电路110将信号从软件102传输到构件100，并且功率接口电路112与构造成对构件100提供功率的功率供应104连通。构件专用电路114与构件电气硬件108连通，并且构造成将从硬件108发出的信号传送到模块106中。在示例性实施例中，构件专用电路114使用硬件108专用的固件和非易失性介质。在另一个实施例中，电子元件110、112、114和116可实现为提供类似功能性的单个集成设计。
公共环路较近模块116包括固件、非易失性介质和控制电子器件，它们构造成处理输入信号以及将输出命令提供给控制硬件。在示例性实施例中，公共环路较近模块116构造成接收来自数据总线接口电路110、功率接口电路112和构件专用电路114的信息，以及在构件100内在本地处理信息。
图2是图1中显示的构件100内的数据流200。在示例性实施例中，数据202被引入流200中且由缓冲器204接收。在示例性实施例中，数据202是用于运行的硬件108的命令信号。备选地，数据202能为本文描述的构件100的传输和处理的任何信号。在一个实施例中，数据202由缓冲器204每10毫秒接收一次。备选地，数据202能以任何时间增量更新至缓冲器，包括(但不限于)同时、每1毫秒、每2毫秒，以及每20毫秒。数据202能源自燃气轮机的任何部分，包括(但不限于)图1中显示的软件102，或主处理单元，诸如全权数字发动机控制器(FADEC)。
缓冲器204构造成在选择206模式之前使数据202排队。在示例性实施例中，当输入信号202失效或命令数据信号202未更新时，本地控制器能继续闭合环路，遵循缓冲器204中规定的轨迹而定位硬件108，该轨迹持续地由期望的失效位置和轨迹信息更新。在一个实施例中，输入缓冲器204包括失效指令，由于丢失输入信号202的原因，失效指令命令硬件108以预定的方式运行。
在一个实施例中，从不是数据202的一部分的模式选择信号208中选择206模式。模式选择206为与硬件108的运行有关的命令。模式选择206构造成执行诸如(但不限于)自动校验、自动校准、健康测试和闲置命令的命令。在选择206模式之后，数据202经历速率限制和额外的环路补偿210。在一个实施例中，提供对应于构件100的具体情况的输入极限212。在示例性实施例中，数据202的速率由输入极限212限制，并且由超前/滞后动态特性修改，以确定环路的最佳输入信号。
然后使用比例增益表214来提供215成形增益。比例增益表214支持简单固定增益，或(作为输入调节)具有用于改进高速率下的响应跟踪的误差的不断增加的增益(增益促进器)。在一个实施例中，校准数据216提供给硬件增益函数217，以修改来自增益的数据流215。在这种实施例中，从本地非易失性存储器读取校准数据216。校准数据216包括这样的信息，诸如(但不限于)微调、偏置、增益和在本地用于信号校准和修正的潜在的动态特性补偿值。校准数据216改进标称反馈精度和硬件108零漂和增益。
在示例性实施例中，环路补偿变量218提供给环路补偿219，以优化闭合环路动态响应。在一个实施例中，环路补偿变量218具有相位超前，该相位超前由在命令数据总线上的调节来更新。对乘法器221应用增益标量220，以针对可预测增益变化进行调节。在示例性实施例中，增益标量220由命令数据总线上的调节限定。在另一个实施例中，增益标量220是存储在本地非易失性存储器中的函数。在示例性实施例中，下面更详细地描述的积分器函数222用来减少由于意外伺服阀零漂和运动引起的跟踪误差。
在示例性实施例中，提供零偏224来适应可由载荷或压力变化产生的可预测漂移。在一个实施例中，零偏224由命令总线上的调节限定。在一个实施例中，零偏224以促动器速率(例如%/秒)为单位进行正规化。零偏224针对各个具体应用进行设定，且协助零偏积分器，并且减少由于复位和通道转移引起的瞬时脉冲。在一个实施例中，零偏224用来实时地修正压力和载荷泄漏引起的跟踪误差。
然后在传送到构造成允许控制硬件108的驱动器激活函数228之前，范围极限226被扭矩马达驱动器227使用。在示例性实施例中，范围极限226支持活动-活动式或活动-待机式架构。在一个实施例中，如果对构件100使用两个通道，则范围极限226的一半将用于各个通道上。驱动器激活信号229由命令总线上的调节限定，以禁用驱动器228输出。驱动器激活230是独立的硬接线输入信号，其提供不能仅使用用于通道选择的数据总线来获得的额外的失效适应选项。在一个实施例中，驱动器激活230在用于其中不需要这个函数的应用的构件接口连接器中跳线。
在示例性实施例中，构件100和流200包括构造成对构件100提供反馈的传感器232和234。传感器232和234监测发动机运行，并且实时输入实际传感器数据。位置反馈传感器232用来闭合位置控制环路，其它传感器234包括构件100内的压力和温度，而且还可包括发动机中的其它传感器，诸如风扇入口温度传感器、压缩机入口总压力传感器、风扇排出静压力传感器、压缩机排出静压力传感器、排气管道静压力传感器、排气衬套静压力传感器、火焰检测器、排气温度传感器、压缩机排出温度传感器、压缩机入口温度传感器、风扇速度传感器，以及核心速度传感器。本地传感器232和234促进构件100的运行，以及典型的变化源(诸如温度、压力和载荷)的本地补偿。
在一个实施例中，传感器232为位置传感器，并且传感器234是压力传感器，它们都对位置校准函数236提供反馈。除了接收自传感器232和234的信息之外，位置校准236接收来自本地非易失性介质的校准数据238。在一个实施例中，由位置校准函数236接收到的数据与来自扭矩马达驱动器227的数据耦合，并且传输到健康和状态逻辑240，健康和状态逻辑240输出反馈、健康和状态数据242。反馈、健康和状态数据242能包括关于构件100的任何信息，包括(但不限于)位置、电压、电流和零偏信息。在一个实施例中，健康和状态数据由FADEC使用，以进行较高水平冗余管理&通道选择。
在一个实施例中，由位置校准函数236接收到的数据传输到环路补偿244，使得能优化超前/滞后动态特性。在示例性实施例中，环路补偿244使用环路补偿变量246来在数据与从速率限制和环路补偿210发出的数据耦合之前修改反馈动态响应特性。在一个实施例中，运行环路补偿210、219和244，使得与在命令总线上来自上游位置的偏置位置命令相比，如果本地内部环路在命令总线上以显著更高的更新速率和带宽运行，则环路补偿210、219和244能用作平滑函数，以减少命令阶跃导致的内部环路噪声。
图3是图2中显示的积分器函数222的数据流。在示例性实施例中，位置校准函数236接收到的数据经由积分器锁定和解锁部件250传输到积分器函数222。在一个实施例中，在传送到积分器262之前,基于硬件位置的极限252以及由位置校准236接收到的数据被提供给部件250。基于反馈的积分器锁定和解锁极限252由命令总线上的调节限定。在一个实施例中，部件250用作单独的部件，使得积分应当在起动或复位期间复位到零。
在示例性实施例中，积分器函数输入254被提供给积分器函数222和关于阈值256而进行修改257，以确定是否需要积分。在一个实施例中，阈值256是离散值，诸如(但不限于)1毫安。备选地，阈值256能为有利于本文描述的积分的任何值。输入254然后针对输入极限258进行校验259，以在应用261积分器增益260之前，限制最大积分器输入。在示例性实施例中，积分器增益由命令总线上的调节限定，并且为压力或期望载荷的函数。
在示例性实施例中，积分器262接收来自积分器锁定和解锁部件250、输入254和零/保持输入264的数据。积分器262然后积分，以提供积分器输出265。输出265与输出授权极限266相比较267，以确定是否当前误差值被确定超过预定阈值。如果当前误差值被确定超过预定阈值，则积分器函数输出268限于输出授权极限值266。在示例性实施例中，授权极限266由命令总线上的调节限定。
在示例性实施例中，显示积分器函数222布置在应用221增益标量220之后。但是，积分器函数222能用于数据流200内的有利于如本文描述的那样进行本地环路闭合的任何位置。
如本文所用，用语“软件”和“固件”可互换，并且包括存储在存储器中用于由控制器电路执行的任何数字信号流逻辑，存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。如本文所用，用语“控制器”和/或“控制器电路”包括构造成至少执行指令和处理信号的处理器。上面的存储器类型仅仅是示例性的，并且因而不限于可用于存储逻辑和控制器指令的类型的存储器。
如基于前述说明书将理解的那样，本公开的上面描述的实施例可使用计算机编程或工程技术来实现，包括计算机软件、固件、硬件或它们的任何组合或子集。具有计算机可读代码手段的任何这样得到的程序可包含或设置在一个或多个计算机可读介质内，从而制造根据本公开的所论述的实施例的计算机程序产品，即工业制品。计算机可读介质可为例如(但不限于)固定(硬件)驱动器、磁盘、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM)的半导体存储器和/或诸如互联网或其它通信网络或链路的任何发送/接收介质。包含计算机代码的工业制品可通过下者来制造和/或使用：执行直接来自一个介质的代码，将代码从一个介质拷贝到另一个介质，或在网络上传输代码。在示例性实施例中，在本地定位的所有软件逻辑是固件，并且对于大多数应用不改变。这个固件的调谐/构造由来自上游处理器的输入提供。
用于本地环路闭合器的方法和系统的上面描述的实施例提供可靠的手段来将电子器件闭合成单个单元。因而，减少对高要求处理系统的处理要求。消除了电缆还使使用本文描述的方法和系统的发动机减轻重量。另外，处理带宽能显著增加，从而导致显著的性能改进。而且，用较少的硬件冗余性来提供改进的复原模式和故障适应性。使用输入缓冲器部件，相对于现有技术显著改进了失效适应和复原模式。
上面描述的实施例还提供了平滑&异步运行部件来支持显著更高的环路闭合更新速率(<2ms)，从而使得能够增强跟踪性能和干扰排除、基于轨迹的输入信号缓冲，以改进失效适应性和可选择的维护模式和数据的NVM存储，以支持自动控制和校准。另外，较少的连接提供了改进的可靠性，并且由于更高的故障/失效分离而提供了改进的可支持性。而且由于处理的本地化，上面的实施例提供改进的回复模式和失效适应性。在示例性实施例中，在命令数据总线上提供若干输入参数。这些输入以各种更新速率提供，在时间上最关键的命令信号以最高速率提供。其它在时间上不那么关键的输入(诸如但不限于补偿和极限)能以更低的速率提供，以减少数据总线通量，而不限制环路闭合器性能。在另一个实施例中，这些输入中的许多不需要定期调节，而是使用存储在构件100内的非易失性存储器中的数据值。如果期望调节，则这些数据值由在命令数据总线上提供的数据替代。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (21)

1.一种用于燃气轮机发动机中的构件，所述构件包括：
促动器和伺服阀或电动马达中的至少一个；
至少一个传感器；以及
电子模块，其包括控制器和存储器，所述电子模块构造成：
接收和处理用于促动器和伺服阀或电动马达中的所述至少一个的命令；以及
使接收到的命令在输入缓冲器中排队；并且其中所述电子模块还构造成使接收到的命令在这样的输入缓冲器中排队，即，在所述输入缓冲器内存储有失效命令。
2.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述电子模块构造成在所述输入缓冲器中丢失接收到的命令之后，执行失效命令。
3.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述电子模块进一步构造成对接收到的命令提供超前/滞后补偿。
4.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述电子模块进一步构造成以第一数据速率接收和处理第一输入，以及以第二数据速率接收和处理第二输入。
5.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述电子模块进一步构造成对控制环路提供零偏积分和可调增益中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述至少一个传感器为压力传感器、温度传感器和载荷传感器中的至少一个。
7.一种用于操作燃气轮机发动机的构件的方法，所述构件包括控制器和存储器，所述方法包括：
通过所述构件来接收用于所述构件的硬件模块的命令；
通过所述构件来处理接收到的用于所述硬件模块的命令；以及
通过所述构件来使接收到的命令在输入缓冲器中排队；并且其中所述方法进一步包括将失效命令存储在所述输入缓冲器内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述输入缓冲器中丢失接收到的命令之后执行失效命令。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对接收到的命令提供超前/滞后补偿。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对控制环路提供零偏积分。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对控制环路提供可调增益。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括从存储在本地非易失性存储器中的指令执行所述构件的健康和状态检查。
13.一个或多个其上包含有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其中，当由控制器执行时，所述计算机可执行指令使所述控制器进行下者：
通过燃气轮机发动机的构件来接收用于所述构件的硬件模块的命令；
通过所述构件来处理接收到的用于所述硬件模块的命令；以及
通过所述构件来使接收到的命令在输入缓冲器中排队；并且其中所述方法进一步包括将失效命令存储在所述输入缓冲器内。
14.根据权利要求13所述的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述控制器将失效命令存储在所述输入缓冲器内。
15.根据权利要求14所述的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述控制器在所述输入缓冲器中丢失接收到的命令之后执行失效命令。
16.根据权利要求14所述的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述控制器对接收到的命令提供超前/滞后补偿。
17.根据权利要求14所述的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述控制器对接收到的命令提供零偏积分。
18.根据权利要求14所述的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令使所述控制器从存储在本地非易失性存储器中的指令执行所述构件的健康和状态检查。
19.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述电子模块构造成以第一数据速率接收和处理第一命令，以及以不同于所述第一数据速率的第二数据速率接收和处理第二输入。
20.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述电子模块构造成处理从多个源接收的命令。
21.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述多个源包括固定的值、非暂时性存储介质、以及数据总线通信。
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