EP4627206A1 - Procédé de commande et dispositif de commande d'une turbomachine hybride - Google Patents

Procédé de commande et dispositif de commande d'une turbomachine hybride

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Publication number
EP4627206A1
EP4627206A1 EP23825417.1A EP23825417A EP4627206A1 EP 4627206 A1 EP4627206 A1 EP 4627206A1 EP 23825417 A EP23825417 A EP 23825417A EP 4627206 A1 EP4627206 A1 EP 4627206A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sequence
measurement
engine speed
fuel flow
turbomachine
Prior art date
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Pending
Application number
EP23825417.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Seif Eddine BENATTIA
Rudy Charles André AULNETTE
Christophe LABBE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4627206A1 publication Critical patent/EP4627206A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/03—Purpose of the control system in variable speed operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/304—Spool rotational speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/335—Output power or torque

Definitions

  • the invention relates to the control of a hybrid turbomachine, that is to say a turbomachine having a thermal drive and an electric drive.
  • the invention relates, in particular, to a control method and a multivariable control device, that is to say taking into account several degrees of freedom of the controlled system.
  • a hybrid turbomachine has two degrees of freedom, namely a fuel flow sent into the combustion chamber and an electrical torque applied to a motor shaft of the turbomachine. Consequently, a hybrid turbomachine is considered as a multivariable system.
  • the methods for controlling a hybrid turbomachine described above are not satisfactory because they may require an additional output quantity, such as for example the enrichment rate. This assumes that we have not only a setpoint curve but also a real-time measurement of this additional quantity. However, these two elements can be difficult to determine or implement, particularly the enrichment rate.
  • the methods for controlling a hybrid turbomachine described above are also not satisfactory because they can regulate one input quantity as a function of the other, for example the determination of the electrical torque can be carried out after and as a function of the determination fuel flow. In particular, the electrical torque can be maintained at zero as long as the fuel flow can be increased.
  • the two degrees of freedom of the turbomachine are not then used independently and optimally.
  • An aim of the invention is to propose a method for controlling a hybrid turbomachine making it possible to use two degrees of freedom independently without resorting to output quantities for which a setpoint curve or a real-time measurement is difficult to measure. determine or implement.
  • each deviation being a difference between o a measurement of a sequence of measurements of a speed of a motor shaft of the hybrid turbomachine and o a setpoint of a sequence of engine speed setpoints
  • a determination of a variation in fuel flow and a determination of a variation in electrical torque the determinations being in particular simultaneous, and the determinations each using o a difference between a last measurement of the sequence of measurements and a penultimate measurement of the sequence of measurements, a last deviation associated with the last measurement, and o a sum of the deviations of the sequence of deviations; and a control of the hybrid turbomachine for varying a fuel flow rate of the determined fuel flow variation and an electrical torque of the determined electrical torque variation.
  • Such a method is advantageously and optionally supplemented by the following different characteristics taken alone or in combination: during the determination of the variation in fuel flow and the variation in electrical torque, a product is determined between a gain matrix and a vector, the vector being formed of the difference between the last measurement and the penultimate measurement, the last deviation and the sum of the deviations; the gain matrix is obtained by interpolation between two reference matrices of a set of reference matrices so as to take into account an operating point of the hybrid turbomachine associated with the last measurement;
  • Figure 1 is a schematic representation of a control device according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic representation of acceleration control monitoring according to one embodiment of the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of a control device according to one embodiment of the invention in which a hybrid turbomachine 1 comprises two drives of a high-pressure motor shaft and/or low pressure set in motion by a thermal drive and an electric drive.
  • the hybrid turbomachine 1 has several output quantities which must be regulated and/or limited, such as in particular a speed of the low-pressure motor shaft, a speed of the high-pressure motor shaft, possibly an inlet pressure combustion chamber.
  • the turbomachine can be of the double-body double-flow type, so that it includes a low-pressure shaft and a high-pressure shaft.
  • the controlled electrical torque mentioned above is an electrical torque applied to the high-pressure shaft.
  • An electrical torque can also be applied to the low-pressure shaft, but in the context of this text this torque is then the subject of an indirect control constructed from the control of the electrical torque applied to the high shaft. -pressure.
  • a control device 3 capable of controlling the hybrid turbomachine 1 is shown in Figure 1.
  • the operation of the hybrid turbomachine 1 is regulated using input quantities, represented in Figure 1 arriving in the hybrid turbomachine 1, on the “IN” side, and an output quantity, represented in Figure 1 leaving the hybrid turbomachine 1 “OUT” side.
  • the input quantities used are a fuel flow and an electrical torque. More precisely, the control device 3 provides the fuel flow control 9 to be sent into the combustion chamber and the electric torque control 11 to be applied to a motor shaft of the hybrid turbomachine 1.
  • the output quantity used is the engine speed. This can be the speed of a high-pressure or low-pressure engine shaft.
  • a measurement of the engine speed 5 is sent to the control device 3. Measuring the engine speed 5 requires having, in the hybrid turbomachine 1, an engine speed sensor in the hybrid turbomachine 1.
  • the control device 3 can also receive an engine speed instruction 7.
  • a setpoint is a continuous curve or a temporal sequence of values representing a desired temporal evolution of an output quantity, such as for example a desired temporal evolution of the engine speed, namely an angular speed of the motor shaft.
  • the instruction can be associated with a particular maneuver such as takeoff, landing, etc.
  • the control device 3 can also receive a measurement of the external pressure 6.
  • the control device 3 can construct an indicator, for example a transient detection indicator signaling an operating speed where the engine parameters vary from significantly (takeoff, maneuvering, crossing air gaps, landing, etc.), a fuel flow limitation indicator or fuel saturation indicator signaling that the flow can no longer be increased or even a limitation indicator electrical torque or electrical saturation indicator signaling that the electrical torque can no longer be increased.
  • an indicator for example a transient detection indicator signaling an operating speed where the engine parameters vary from significantly (takeoff, maneuvering, crossing air gaps, landing, etc.), a fuel flow limitation indicator or fuel saturation indicator signaling that the flow can no longer be increased or even a limitation indicator electrical torque or electrical saturation indicator signaling that the electrical torque can no longer be increased.
  • the control device 3 can also be closed.
  • the control device 3 can receive, as input,
  • control device 3 has an incremental operation in that the fuel flow control 9 and the electric torque control 11 determined at a step k use the fuel flow control 9 and the electric torque control 11 determined at a step k-1, temporally preceding step k.
  • the control device 3 may include, for example, a memory 31 configured to record:
  • the memory 31 can also record indicators 13, and/or results previously determined in the control device 3, for example in the previous step k-1.
  • sequence of instructions or “sequence of measurements” are understood to mean a time series of successive values of instructions or measurements. Each value is time-stamped and/or associated with a time instant, so that a sequence of instructions or measurements corresponds to a temporal evolution of a quantity capable of being represented graphically.
  • the control device 3 can also include a calculator 33 configured to determine, in particular in real time, the fuel flow control 9 and the electric torque control 11, for example from the data received, such as for example the measurement of the engine speed 5, the measurement of the external pressure 6 and/or the engine speed setpoint 7, and/or recorded, such as for example sequence of engine speed setpoints 7, the sequence of engine speed measurements 5 and/or indicators 13.
  • a calculator 33 configured to determine, in particular in real time, the fuel flow control 9 and the electric torque control 11, for example from the data received, such as for example the measurement of the engine speed 5, the measurement of the external pressure 6 and/or the engine speed setpoint 7, and/or recorded, such as for example sequence of engine speed setpoints 7, the sequence of engine speed measurements 5 and/or indicators 13.
  • the control device 3 presented in Figure 1 can correspond to an architecture of the “Multiple Inputs – Single Output” type, also designated by the acronym “MISO” for “Multiple Input Single Output” in English, since it provides two inputs to the hybrid turbomachine 1 depending on a single output thereof. Ordering process
  • the control device 3 presented makes it possible to implement a method of controlling the hybrid turbomachine 1 comprising the following steps.
  • a sequence of engine speed instructions 7, in particular an angular speed of a motor shaft of the hybrid turbomachine 1, is recorded.
  • the recording of the first step is carried out for example in the memory 31 of the control device 3.
  • the recording of the sequence of engine speed instructions 7 can take place before putting the hybrid turbomachine 1 into operation and/or before any measurement of the engine speed 5 on the hybrid turbomachine 1.
  • the sequence of engine speed instructions 7 can be written in the form of NHC P values, where p is an index varying from 0 to N and represents a position of the value in the sequence.
  • a sequence of engine speed measurements 5 is recorded.
  • the engine speed is monitored and successive measurements are transmitted to the control device 3, forming a sequence of measurements of the engine speed 5, comprising more and more measurements over time.
  • the recording of the second step is carried out for example in the memory 31 of the control device 3.
  • the sequence of engine speed measurements 5 can be written in the form of NH P values, where p is an index varying from 0 to k and represents a position of the value in the sequence.
  • the index k is the index of the last NHk measurement received.
  • the indices correspond to time steps or successive operating points of the hybrid turbomachine 1.
  • the computer 33 determines a sequence of differences between the measurement of the engine speed 5 and the engine speed setpoint 7, each difference being equal to a difference between a measurement of the engine speed 5 and an engine speed setpoint 7 associated with the measurement.
  • the sequence of engine speed measurements 5 and the sequence of engine speed instructions 7 do not necessarily contain the same number of values, but they are temporally referenced relative to each other. In other words, each measurement of the engine speed 5 is associated with an engine speed setpoint 7, the measurement of the engine speed 5 and the setpoint being in temporal coincidence.
  • the objective of the regulation is to make each measurement of the engine speed 5 as close as possible to its engine speed setpoint 7.
  • the computer 33 determines, in particular simultaneously, a variation in fuel flow AWF P , corresponding to a difference in the fuel flow control 9 between an instant p and a preceding instant p-1, i.e.:
  • AWFp WF P - WFp.i and a variation of electrical torque ATRQp, corresponding to a difference in the electrical torque command 11 between an instant p and a preceding instant p-1, i.e.:
  • ATRQp TRQp - TRQp.i.
  • the fuel flow control 9 and the electrical torque control 11 are signals varying over time and can be discretized in the form of a fuel control temporal sequence WF P and an electrical torque control sequence TRQp .
  • the values of the fuel control time sequence WF p and the electric torque control sequence TRQp are indicated by an index p varying from 0 to k, each command being associated with the same measurement.
  • the fuel flow control variation AWF P and the electric torque control variation ATRQp are carried out according to:
  • the last measurement of the engine speed 5 is the last measurement received by the control device 3 and therefore constitutes the most recent measurement of the state of the engine speed. It is therefore the NHk measurement corresponding to the last index k.
  • ENH k NH k - NHC k .
  • ENH k ENHo + ENHi + ENH 2 +...+ ENH k -i + ENH k .
  • the method as presented above uses three output quantities all constructed from the angular speed (angular speed reference and angular speed measurement): the difference between a last measurement and a penultimate measurement, the difference associated with the last measurement, and the sum of all the deviations.
  • These three quantities make it possible to determine the input quantities without having to resort to an output quantity other than the angular speed and in particular without having to resort to an output quantity whose setpoint curve or real-time measurement would be difficult to determine. or to implement.
  • this determination of the values of the two input quantities is done simultaneously, the two degrees of freedom of the turbomachine are used more optimally than in the prior art.
  • Equation (1) is a synthesis model. It constitutes a mathematical description of the system making it possible to connect the inputs, namely the fuel flow control 9, the fuel flow setpoint, the electrical torque control 11, and/or the electrical torque setpoint, and the output, namely the engine speed.
  • the term ⁇ in equation (1) is a state matrix.
  • the term ⁇ of equation (1) can be compared to a time constant, in particular characteristic of the response time linked to the inertia of the hybrid turbomachine 1.
  • the term B of equation (1) is a control matrix.
  • the term B of equation (1) is likely to contain information about a system gain, in particular a static gain establishing a link between a set point increment (fuel flow and/or electrical torque) and a speed increment obtained by this setpoint increment once the speed has stabilized.
  • the “augmented” synthesis model uses in addition to the difference ANHk between the last measurement and the penultimate measurement of engine speed 5:
  • Equation (2) can be used to determine a third equation, or equation (3), expressing the fuel flow variation AWFk and the electrical torque variation ATRQ as a function of
  • the gain matrix K depends on the motor operating point. More precisely, the gain matrix K is determined from the terms ⁇ and B depending on the motor operating point.
  • the state vector comprising
  • Figure 2 relates more specifically to an acceleration in engine speed.
  • Figure 2 includes a first graph 2 ⁇ on which the ordinate axis corresponds to the engine speed, or angular speed, and the abscissa axis corresponds to time.
  • the first graph 2 ⁇ of Figure 2 includes:
  • Figure 2 includes a second graph 2B on which the ordinate axis corresponds to a fuel flow and the abscissa axis corresponds to time.
  • the second graph 2B of Figure 2 includes:
  • the third graph 2C of Figure 2 includes:
  • the first graph 2 ⁇ , the second graph 2B and the third graph 2C of Figure 2 are synchronized, so that, at each instant, the different graphs give the setpoint, measurement and/or control values corresponding to the operating point of the hybrid turbomachine 1.
  • Figure 3 includes a third 3C graph in which the ordinate axis corresponds to an electric torque and the abscissa axis corresponds to time.
  • the fuel flow control 9 and the electric torque control 11 are generated in real time by the control method described above.
  • the sequences of instructions, measurements and commands contain so many points that the rendering in the figures is for each one comparable to a continuous curve.
  • the fuel flow control curve 32 in Figure 2 is never in saturation while the electrical torque control curve 40 varies and takes values other than zero.
  • a lagging error corresponds to a time lag between the setpoint and the measurement of the output quantity. There is lagging, for example, when the speed or the measured angular speed lags behind the speed or the set angular speed 20.
  • the speed curve 22 is little or not offset in time relative to the setpoint curve 20, so that the drag is low.
  • control method corresponds to a class 2 “state feedback” type architecture, that is to say comprising 2 integrators or two integrated quantities, namely the difference ENHk associated with the last measurement of the engine speed 5, and the sum I ENHk of all the deviations, to calculate, in particular simultaneously, the fuel flow setpoint 9 and the electrical torque setpoint 11.
  • the setpoint obtained by the computer can be used or not.
  • the need for low trailing error is not always present. This is particularly the case for a “cruise” flight phase where there are few rapid transients and where we will tend to use a more suitable corrector.
  • class 2 “state feedback” type corrector is not always applied, it is nevertheless always active, in the sense that it continuously calculates a setpoint. That allows in particular continuity of the setpoint when switching from one computer to another.
  • control method and the control device 3 according to the invention make it possible to respond to the pilot need by taking into account the capacity of the motor to accelerate or decelerate, and in particular to: limit the acceleration time of "good” motors having a pumping margin in order to reduce the oversupply of fuel to the combustion chamber, also called “over-fuelling”, and thus limit the temperature of the outlet gases (also called “Exhaust Gas”).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de commande d'une turbomachine hybride (1) comprenant les étapes suivantes : une détermination d'une séquence d'écarts, chaque écart étant une différence entre une mesure d'une séquence de mesures d'un régime d'un arbre moteur (5) de la turbomachine hybride (1) et une consigne d'une séquence de consignes de régime moteur (7), une détermination d'une variation de débit de carburant et une détermination d'une variation de couple électrique, les déterminations utilisant chacune une différence entre une dernière mesure et une avant-dernière mesure de la séquence de mesures, un dernier écart associé à la dernière mesure, et une somme des écarts de la séquence d'écarts; et une commande de la turbomachine hybride (1) pour faire varier un débit de carburant et un couple électrique.

Description

Procédé de commande et dispositif de commande d’une turbomachine hybride
DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention concerne la commande d’une turbomachine hybride, c’est-à-dire d’une turbomachine présentant un entraînement thermique et un entraînement électrique.
L’invention concerne, en particulier, un procédé de commande et un dispositif de commande multivariable, c’est-à-dire prenant en compte plusieurs degrés de liberté du système commandé.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une turbomachine hybride présente deux degrés de liberté, à savoir un débit de carburant envoyé dans la chambre de combustion et un couple électrique appliqué sur un arbre moteur de la turbomachine. Par conséquence, une turbomachine hybride est considérée comme un système multivariable.
Le débit de carburant envoyé dans la chambre de combustion et le couple électrique appliqué sur un arbre moteur de la turbomachine sont des « entrées » du système de la turbomachine. Chacune agit sur le régime moteur, c’est-à-dire une vitesse angulaire de l’arbre moteur qui est une « sortie » du système de la turbomachine.
Les deux entrées du système, que sont le débit de carburant envoyé dans la chambre de combustion et le couple électrique appliqué sur un arbre moteur de la turbomachine, doivent être régulées : on doit en fixer automatiquement et en temps réel la valeur pour assurer un bon fonctionnement de la turbomachine, c’est-à-dire pour obtenir des valeurs des grandeurs de sortie satisfaisantes.
Le bon fonctionnement de la turbomachine peut être, en particulier, caractérisé par le bon suivi d’une courbe de consigne par la grandeur de sortie de la turbomachine.
Une courbe de consigne d’une grandeur de sortie, par exemple du régime moteur, est une courbe continue ou une séquence temporelle de valeurs de consigne représentant l’évolution temporelle souhaitée d’une telle grandeur de sortie, soit ici du régime de l’arbre moteur. Plus le régime moteur réel est proche de cette courbe de consigne, meilleur est le fonctionnement de la turbomachine. Un procédé de commande de la turbomachine est une régulation des grandeurs d’entrée du système de la turbomachine à partir d’au moins une grandeur de sortie du système de la turbomachine. Il faut disposer pour cela non seulement d’une courbe de consigne de la grandeur de sortie mais aussi d’une mesure en temps réel de la grandeur de sortie.
Les procédés de commande d’une turbomachine hybride décrits précédemment ne sont pas satisfaisants car ils peuvent nécessiter une grandeur de sortie supplémentaire, comme par exemple le taux d’enrichissement. Cela suppose que l’on dispose non seulement d’une courbe de consigne mais aussi d’une mesure en temps réel de cette grandeur supplémentaire. Or, ces deux éléments peuvent être difficiles à déterminer ou à mettre en oeuvre, notamment le taux d’enrichissement.
Les procédés de commande d’une turbomachine hybride décrits précédemment ne sont également pas satisfaisants car ils peuvent réguler une grandeur d’entrée en fonction de l’autre, par exemple la détermination du couple électrique peut s’effectuer après et en fonction de la détermination du débit de carburant. En particulier le couple électrique peut être maintenu nul tant que le débit de carburant peut être augmenté. Les deux degrés de liberté de la turbomachine ne sont pas alors utilisés de manière indépendante et optimale.
Il existe donc un besoin d’un procédé de commande d’une turbomachine hybride qui permet d’utiliser de manière indépendante les deux degrés de liberté sans recourir à des grandeurs de sortie dont la courbe de consigne ou la mesure en temps réel est difficile à déterminer ou à mettre en oeuvre.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de proposer un procédé de commande d’une turbomachine hybride permettant d’utiliser de manière indépendante deux degrés de liberté sans recourir à des grandeurs de sortie dont une courbe de consigne ou une mesure en temps réel est difficile à déterminer ou à mettre en oeuvre.
Le but est atteint dans le cadre de l’invention grâce à un procédé de commande d’une turbomachine hybride comprenant les étapes suivantes :
- une détermination d’une séquence d’écarts, chaque écart étant une différence entre o une mesure d’une séquence de mesures d’un régime d’un arbre moteur de la turbomachine hybride et o une consigne d’une séquence de consignes de régime moteur,
- une détermination d’une variation de débit de carburant et une détermination d’une variation de couple électrique, les déterminations étant notamment simultanées, et les déterminations utilisant chacune o une différence entre une dernière mesure de la séquence de mesures et une avant-dernière mesure de la séquence de mesures, un dernier écart associé à la dernière mesure, et o une somme des écarts de la séquence d’écarts ; et une commande de la turbomachine hybride pour faire varier un débit de carburant de la variation de débit de carburant déterminée et un couple électrique de la variation de couple électrique déterminée.
Un tel procédé est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : au cours de la détermination de la variation de débit de carburant et de la variation de couple électrique, on détermine un produit entre une matrice de gain et un vecteur, le vecteur étant formé de la différence entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure, du dernier écart et de la somme des écarts ; la matrice de gain est obtenue par interpolation entre deux matrices de référence d’un jeu de matrices de référence de sorte à tenir compte d’un point de fonctionnement de la turbomachine hybride associé à la dernière mesure ;
L’invention porte également sur un dispositif de commande d’une turbomachine hybride comprenant :
- une entrée, configurée pour recevoir une séquence de mesures du régime moteur de la turbomachine hybride,
- une mémoire, configurée pour enregistrer la séquence de mesures et une séquence de consignes de la vitesse,
- un calculateur, configuré pour : o déterminer une séquence d’écarts, chaque écart étant une différence entre une mesure d’une séquence de mesures du régime moteur de la turbomachine hybride, et une consigne d’une séquence de consignes régime moteur, o déterminer, notamment simultanément, une variation de débit de carburant et une variation de couple électrique, les déterminations utilisant chacune une différence entre une dernière mesure de la séquence de mesures et une avant-dernière mesure de la séquence de mesures, un dernier écart associé à la dernière mesure, et une somme des écarts de la séquence d’écarts ; et une sortie configurée pour fournir une commande à la turbomachine hybride.
L’invention porte également sur une turbomachine comprenant un dispositif de commande tel que décrit précédemment et un aéronef comprenant une telle turbomachine.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif de commande selon un mode de réalisation de l’invention ;
La figure 2 est une représentation schématique d’un suivi de commande en accélération selon un mode de réalisation de l’invention ; et
La figure 3 est une représentation schématique d’un suivi de commande en décélération selon un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Turbomachine hybride
La figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif de commande selon un mode de réalisation de l’invention sur laquelle une turbomachine hybride 1 comprend deux entraînements d’un arbre moteur haute-pression et/ou basse-pression mis en mouvement par un entraînement thermique et un entraînement électrique.
La turbomachine hybride peut être considérée, du point de vue du contrôle, comme un système multivariable comprenant deux grandeurs de commande ou d’entrée :
- une commande de débit de carburant « WF », référencée 9 sur la figure 1 , envoyée à une boucle locale d’un doseur de la turbomachine hybride 1 ,
- une commande de couple électrique « TRQ », référencée 11 sur la figure 1 , à appliquer par une machine électrique sur l’arbre moteur haute- pression et/ou basse-pression.
Plus généralement, la turbomachine hybride 1 présente plusieurs grandeurs de sortie devant être régulées et/ou limitées, telles que notamment un régime de l’arbre moteur basse-pression, un régime de l’arbre moteur haute-pression, éventuellement une pression en entrée de chambre de combustion.
Par ailleurs, La turbomachine peut être de type double corps double flux, de sorte qu’elle comprend un arbre basse-pression et un arbre haute-pression. Dans un tel cas, le couple électrique commandé mentionné plus haut est un couple électrique appliqué à l’arbre haute-pression. Un couple électrique peut en outre être appliqué à l’arbre basse-pression, mais dans le cadre de ce texte ce couple fait alors l’objet d’une commande indirecte construite à partir de la commande du couple électrique appliqué à l’arbre haute-pression.
Dispositif de commande
Un dispositif de commande 3 apte à commander la turbomachine hybride 1 est représenté à la figure 1.
Le fonctionnement de la turbomachine hybride 1 est régulé en utilisant des grandeurs d’entrée, représentées sur la figure 1 arrivant dans la turbomachine hybride 1 , côté « IN », et une grandeur de sortie, représentée sur la figure 1 sortant dans la turbomachine hybride 1 côté « OUT ».
Les grandeurs d’entrée utilisées sont un débit de carburant et un couple électrique. Plus précisément, le dispositif de commande 3 fournit la commande de débit de carburant 9 à envoyer dans la chambre de combustion et la commande de couple électrique 11 à appliquer sur un arbre moteur de la turbomachine hybride 1. La grandeur de sortie utilisée est le régime moteur. Il peut s’agir du régime d’un arbre moteur haute-pression ou basse-pression. Une mesure du régime moteur 5 est envoyée vers le dispositif de commande 3. La mesure du régime moteur 5 suppose de disposer, dans la turbomachine hybride 1 , d’un capteur du régime moteur dans la turbomachine hybride 1.
Le dispositif de commande 3 peut également recevoir une consigne de régime moteur 7.
Une consigne est une courbe continue ou une séquence temporelle de valeurs représentant une évolution temporelle souhaitée d’une grandeur de sortie, telle que par exemple une évolution temporelle souhaitée du régime moteur, à savoir une vitesse angulaire de l’arbre moteur. Notamment, la consigne peut être associé à une manoeuvre particulière comme un décollage, un atterrissage, etc... Le dispositif de commande 3 peut également recevoir une mesure de la pression extérieure 6.
À partir de la mesure du régime moteur 5 et de la mesure de la pression extérieure 6 reçues, le dispositif de commande 3 peut construire un indicateur, par exemple un indicateur de détection de transitoire signalant un régime de fonctionnement où les paramètres du moteur varient de manière significative (décollage, manoeuvre, traversée de trous d’air, atterrissage, etc...), un indicateur de limitation de débit de carburant ou indicateur de saturation carburant signalant que le débit ne peut plus être augmenté ou encore un indicateur de limitation de couple électrique ou indicateur de saturation électrique signalant que le couple électrique ne peut plus être augmenté.
Le dispositif de commande 3 peut également être bouclé. À cet effet, le dispositif de commande 3 peut recevoir, en entrée,
- la commande de débit de carburant 9, selon une ligne de retour carburant 17, et/ou
- la commande de couple électriquel l , selon une ligne de retour couple électrique 15.
Cela signifie que le dispositif de commande 3 présente un fonctionnement par incrémentation en ce que la commande de débit de carburant 9 et la commande de couple électrique 11 déterminées à une étape k utilisent la commande de débit de carburant 9 et la commande de couple électrique 11 déterminées à une étape k-1 , précédant temporellement l’étape k. Renvoyer la commande de débit de carburant 9, comme indiqué par la ligne de retour carburant 17, et la commande de couple électriquel 1 , comme indiqué par la ligne de retour couple électrique 15, au dispositif de commande 3, c’est-à- dire les commandes de débit de carburant et de couple électrique déterminées à l’étape k-1 , permet de prendre en compte un éventuel écart entre la commande initiale et une saturation.
Le dispositif de commande 3 peut comprendre, par exemple, une mémoire 31 configurée pour enregistrer :
- une séquence de consignes de régime moteur 7, notamment l’évolution temporelle de la vitesse angulaire de l’arbre moteur de la turbomachine hybride 1 , et/ou
- une séquence de mesures du régime moteur 5, notamment l’évolution temporelle de la vitesse reçue de la turbomachine hybride 1 ,
Par ailleurs, la mémoire 31 peut également enregistrer des indicateurs 13, et/ou des résultats préalablement déterminés dans le dispositif de commande 3, par exemple à l’étape k-1 précédente.
On comprend par les termes « séquence de consignes » ou « séquence de mesures », une série temporelle de valeurs successives de consignes ou de mesures. Chaque valeur est horodatée et/ou associée à un instant temporel, de sorte qu’une séquence de consignes ou de mesures correspond à une évolution temporelle d’une grandeur susceptible d’être représentée graphiquement.
Le dispositif de commande 3 peut également comprendre un calculateur 33 configuré pour déterminer, notamment en temps réel, la commande de débit de carburant 9 et la commande de couple électrique 11 , par exemple à partir des données reçues, telles que par exemple la mesure du régime moteur 5, de la mesure de la pression extérieure 6 et/ou la consigne de régime moteur 7, et/ou enregistrées , telles que par exemple séquence de consignes de régime moteur 7, la séquence de mesures du régime moteur 5 et/ou les indicateurs 13.
Le dispositif de commande 3 présenté à la figure 1 peut correspondre à une architecture de type « Plusieurs Entrées - Une seule Sortie », également désignée par l’acronyme « MISO » pour « Multiple Input Single Output » en anglais, puisqu’il il fournit deux entrées à la turbomachine hybride 1 en fonction d’une seule sortie de celle-ci. Procédé de commande
Le dispositif de commande 3 présenté permet de mettre en oeuvre un procédé de commande de la turbomachine hybride 1 comprenant les étapes suivantes.
Dans une première étape, une séquence de consignes de régime moteur 7, notamment d’une vitesse angulaire d’un arbre moteur de la turbomachine hybride 1 , est enregistrée. L’enregistrement de la première étape s’effectue par exemple dans la mémoire 31 du dispositif de commande 3. L’enregistrement de la séquence de consignes de régime moteur 7 peut avoir lieu avant une mise en fonctionnement de la turbomachine hybride 1 et/ou avant toute mesure du régime moteur 5 sur la turbomachine hybride 1.
La séquence de consignes de régime moteur 7 peut s’écrire sous la forme de valeurs NHCP, où p est un indice variant de 0 à N et représente une position de la valeur dans la séquence.
Dans une deuxième étape, une séquence de mesures du régime moteur 5 est enregistrée.
Une fois la turbomachine hybride 1 mise en fonctionnement, le régime moteur est surveillé et des mesures successives sont transmises au dispositif de commande 3, formant une séquence de mesures du régime moteur 5, comprenant de plus en plus de mesures au cours du temps. L’enregistrement de la deuxième étape s’effectue par exemple dans la mémoire 31 du dispositif de commande 3.
La séquence de mesures du régime moteur 5 peut s’écrire sous la forme de valeurs NHP, où p est un indice variant de 0 à k et représente une position de la valeur dans la séquence. L’indice k est l’indice de la dernière mesure NHk reçue. Les indices correspondent à des pas de temps ou des points de fonctionnement successifs de la turbomachine hybride 1.
Dans une troisième étape, le calculateur 33 détermine une séquence d’écarts entre la mesure du régime moteur 5 et la consigne de régime moteur 7, chaque écart étant égal à une différence entre une mesure du régime moteur 5 et une consigne de régime moteur 7 associée à la mesure. La séquence de mesures du régime moteur 5 et la séquence de consignes de régime moteur 7 ne contiennent pas nécessairement le même nombre de valeurs, mais elles sont référencées temporellement l’une par rapport à l’autre. Autrement dit, à chaque mesure du régime moteur 5 est associée une consigne de régime moteur 7, la mesure du régime moteur 5 et la consigne étant en coïncidence temporelle. L’objectif de la régulation est de rendre chaque mesure du régime moteur 5 la plus proche possible de sa consigne de régime moteur 7.
La séquence d’écarts peut s’écrire sous la forme de valeurs ENHP, où p est un indice variant de 0 à k, les écarts sont calculés indice par indice selon le calcul : ENHp = NHP - NHCp.
Dans une quatrième étape, le calculateur 33 détermine, notamment simultanément, une variation de débit de carburant AWFP, correspondant à une différence de la commande de débit de carburant 9 entre un instant p et un instant précédent p-1 , soit :
AWFp =WFP - WFp.i et une variation de couple électrique ATRQp, correspondant à une différence de la commande de couple électrique 11 entre un instant p et un instant précédent p-1 , soit :
ATRQp = TRQp - TRQp.i.
La commande de débit de carburant 9 et la commande de couple électrique 11 sont des signaux variant au cours du temps et pouvant être discrétisés sous forme d’une séquence temporelle de commande de carburant WFP et d’une séquence de commande de couple électrique TRQp.
Les valeurs de la séquence temporelle de commande de carburant W Fp et de la séquence de commande de couple électrique TRQp sont indicées par un indice p variant de 0 à k, chaque commande étant associée à une même mesure.
La variation de commande de débit de carburant AWFP et la variation de commande de couple électrique ATRQp s’effectuent en fonction :
- d’une différence du régime moteur entre une dernière mesure et une avant-dernière mesure du régime moteur 5 de la turbomachine hybride 1 ,
- d’un écart ENHk associé à la dernière mesure du régime moteur 5, et
- d’une somme de tous les écarts.
La dernière mesure du régime moteur 5 est la dernière mesure reçue par le dispositif de commande 3 et constitue donc la mesure la plus récente de l’état du régime moteur. Il s’agit donc de la mesure NHk correspondant au dernier indice k. La différence entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure du régime moteur 5 s’écrit : ANHk = NHk - NHk-i.
L’écart associé à la dernière mesure du régime moteur 5 s’écrit :
ENHk = NHk - NHCk.
La somme de tous les écarts I ENHk se calcule selon l’expression suivante :
I ENHk = ENHo + ENHi + ENH2 +...+ ENHk-i + ENHk.
La somme de tous les écarts I ENHk correspond à une intégrale de l’erreur depuis l’indice p=0 jusqu’au dernier indice p=k.
Le procédé tel que présenté plus haut utilise trois grandeurs de sorties toutes construites à partir de la vitesse angulaire (consigne de la vitesse angulaire et mesure de la vitesse angulaire) : la différence entre une dernière mesure et une avant-dernière mesure, l’écart associé à la dernière mesure, et la somme de tous les écarts. Ces trois grandeurs permettent de déterminer les grandeurs d’entrée sans avoir recours à une grandeur de sortie autre que la vitesse angulaire et en particulier sans avoir recours à une grandeur de sortie dont la courbe de consigne ou la mesure en temps réel serait difficile à déterminer ou à mettre en oeuvre. Par ailleurs lorsque cette détermination des valeurs des deux grandeurs d’entrée se fait simultanément, les deux degrés de liberté de la turbomachine sont utilisés de manière plus optimale que dans l’art antérieur.
Une telle détermination s’appuie sur une modélisation particulière de la turbomachine hybride 1 par un système de type Linéaire Invariant dans le Temps, également désigné par l’acronyme LTI pour « Linear Time-Invariant » en anglais, où pour passer de l’indice k à l’indice k+1 , le régime moteur est donné par une première équation, ou équation (1 ) : NHk+1 = A x ANHk + B x [An?ç J (eq.1 )
L’équation (1 ) est un modèle de synthèse. Elle constitue une description mathématique du système permettant de relier les entrées, à savoir la commande de débit de carburant 9, la consigne de débit de carburant, la commande de couple électrique 11 , et/ou la consigne de couple électrique, et la sortie, à savoir le régime moteur.
Le terme À de l’équation (1 ) est une matrice d’état. Le terme À de l’équation (1 ) peut être assimilé à une constante de temps, notamment caractéristique du temps de réponse lié à l’inertie de la turbomachine hybride 1. Le terme B de l’équation (1 ) est une matrice de commande. Le terme B de l’équation (1 ) est susceptible de contenir une information d’un gain du système, notamment un gain statique établissant un lien entre un incrément de consigne (débit de carburant et/ou couple électrique) et un incrément de régime obtenu par cet incrément de consigne une fois le régime stabilisé.
Pour annuler une erreur dynamique, également dénommée trainage, consistant en un retard entre une variation linéaire de la consigne et la variation correspondante du régime moteur, il est proposé d’utiliser un modèle de synthèse « augmenté ».
À cet effet, le modèle de synthèse « augmenté » utilise en plus de la différence ANHk entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure du régime moteur 5 :
- l’écart ENHk associé à la dernière mesure du régime moteur 5, correspondant notamment à une erreur d’asservissement et
- la somme de tous les écarts IENHk, correspondant notamment à l’intégrale de l’erreur d’asservissement, selon une deuxième équation, ou équation (2), plus générale que la première équation, ou équation (1 ) :
0
1 ANHCk (eq.2) .1.
Le terme ANHCk = NHCk - NHCk-1 correspond à la différence entre la dernière consigne de rang k et l’avant-dernière consigne de rang k-1.
L’équation (2) peut être utilisée pour déterminer une troisième équation, ou équation (3), exprimant la variation de débit de carburant AWFk et la variation de couple électrique ATRQ en fonction de
- la différence ANHk entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure du régime moteur 5,
- l’écart ENHk associé à la dernière mesure du régime moteur 5, et
- la somme de tous les écarts I ENHk sous la forme d’une troisième équation, ou équation (3) : ï ANHk l
' A WFk '
= -K ENHk (eq.3) ATRQk,
JENHk. dans laquelle, le terme « K » est une matrice de gain. La variation de débit de carburant AWFk et la variation de couple électrique ATRQK sont obtenues, notamment simultanément, par le produit de la matrice de gain K et d’un vecteur formé de
- la différence ANHk entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure du régime moteur 5,
- l’écart ENHk associé à la dernière mesure du régime moteur 5 et
- la somme I ENHk de tous les écarts.
Pour utiliser un correcteur, il est nécessaire au préalable de déterminer la matrice de gain K, ce qui revient à effectuer « une synthèse du correcteur multivariable ».
Une telle synthèse est du type « retour d’état linéaire quadratique » (Commande linéaire quadratique LQ) et consiste à minimiser un critère ou une quantité ‘J’ dans laquelle apparaissent des matrices de pondération Q, R et S.
Celles-ci sont fixées en début de calcul en fonction du comportement souhaité du moteur, et, en particulier, en fonction de l’absence de trainage souhaitée.
Plus précisément, c’est le choix des matrices de pondérations Q, R et S qui permet d’obtenir différents réglages du correcteur et le comportement moteur souhaité, par exemple la suppression du trainage, c’est-à-dire une minimisation du transfert entre la consigne et l’erreur d’asservissement au sens de la norme 2 en contraignant la dynamique de l’erreur.
La minimisation du critère J par le Lagrangien permet de travailler avec une expression analytique de la matrice de gain K sous la forme :
K = (R + B'rPB)~1(BTPA + S) où les termes R, B, À et S sont des matrices connues. Seule la matrice P reste à être déterminée selon l’expression de l’unique solution de l’équation algébrique de Riccati discrète : avec : Cette dernière équation permet de déterminer la matrice P et par, conséquent, la matrice de gain K.
Connaître la matrice de gain K permet, lors du procédé de commande, de déterminer, notamment simultanément, la variation de débit de carburant AWFk et la variation de couple électrique ATRQk en fonction de la différence ANHk entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure du régime moteur 5, l’écart
ENHk associé à la dernière mesure du régime moteur 5, et la somme IENHk de tous les écarts, en utilisant la troisième équation , ou équation (3) :
Il est à noter que la matrice de gain K dépend du point de fonctionnement moteur. Plus précisément, la matrice de gain K est déterminée à partir des termes À et B dépendant du point de fonctionnement moteur.
Cela est pris en compte en pratique en prédéterminant un jeu de matrices de référence et, en fonction de la mesure du point de fonctionnement moteur, de calculer la matrice de gain par interpolation entre deux matrices de référence. Le jeu de matrices de référence est préalablement déterminé avant la mise en oeuvre du procédé de commande. Chaque matrice de référence est associée à un point de fonctionnement de la turbomachine hybride 1 , dit point de référence.
Une matrice de référence est associée à une équation d’évolution d’un vecteur de suivi d’une commande de régime ou de vitesse angulaire formé d’une variation de régime ou de vitesse angulaire à un instant, d’une différence de régime ou de vitesse angulaire à la commande à l’instant et d’une intégrale de la différence
Le point de fonctionnement peut notamment être déduit d’une mesure interne du moteur, par exemple une mesure du régime ou de la vitesse angulaire de l’arbre moteur ou une mesure d’une pression en entrée de la chambre de combustion, et d’une mesure externe au moteur, par exemple la pression extérieure. Le point de fonctionnement peut donc être associé à un vecteur de plusieurs mesures.
Le point de fonctionnement mesuré, plus spécifiquement un vecteur « point de fonctionnement », permet de déterminer la matrice de gain K à utiliser en ce point par interpolation linéaire entre des matrices de référence associées à des vecteurs référence qui encadre le vecteur « point de fonctionnement ».
La prise en compte de la saturation du carburant, c’est-à-dire l’impossibilité d’augmenter une consigne de carburant au-delà d’un certain maximum également dénommée « commande saturée », et/ou du couple, c’est-à-dire l’impossibilité d’augmenter la consigne du couple électrique à cause d’une limite machine ou d’une limite d’un niveau d’hybridation, peut être gérée par une « augmentation » du modèle.
Par exemple, le vecteur d’état comprenant
- la différence ANHk entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure du régime moteur 5,
- l’écart ENHk associé à la dernière mesure du régime moteur 5, correspondant notamment à l’erreur d’asservissement, et
- la somme I ENHk de tous les écarts, correspondant notamment à l’intégrale de l’erreur d’asservissement, peut être complété d’un écart entre la commande saturée et la commande calculée par le correcteur de suivi de trajectoire.
Différentes manières pour prendre en compte un tel vecteur d’état peuvent être envisagées, notamment en le considérant comme une perturbation et/ou selon une manière faisant appel aux outils mathématiques décrits précédemment.
La consigne de débit de carburant 9 et la consigne de couple 11 sont calculées par intégration numérique selon les équations suivantes :
Résultats
Les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques d’un suivi de commande respectivement en accélération et en décélération selon l’invention et montrent des résultats de simulations numériques de suivi de commande selon le procédé de commande précédemment présenté sont illustrés.
La figure 2 est plus spécifiquement relative à une accélération du régime moteur. La figure 2 comprend un premier graphe 2À sur lequel l’axe des ordonnées correspond au régime moteur, ou vitesse angulaire, et l’axe des abscisses correspond au temps. Le premier graphe 2À de la figure 2 comporte :
- une courbe de consigne 20, correspondant à la consigne de régime moteur 7,
- une courbe de régime 22, correspondant à la mesure du régime moteur 5, et
- une courbe de régime minimal 24, correspondant à un régime minimal moteur.
Par ailleurs, la figure 2 comprend un deuxième graphe 2B sur lequel l’axe des ordonnées correspond à un débit de carburant et l’axe des abscisses correspond au temps.
Le deuxième graphe 2B de la figure 2 comporte :
- une courbe de débit carburant maximal 30, correspondant à un débit de carburant maximal à ne pas dépasser pour le régime moteur courant,
- une courbe de débit carburant minimal 34, correspondant à un débit de carburant minimal en dessous duquel il n’est pas possible de descendre, et
- une courbe de commande carburant 32, correspondant à la commande de débit de carburant 9.
De plus, la figure 2 comprend un troisième graphe 2C sur lequel l’axe des ordonnées correspond à un couple électrique et l’axe des abscisses correspond au temps.
Le troisième graphe 2C de la figure 2 comporte :
- une courbe de commande couple électrique 40, correspondant à la commande de couple électrique 11 .
Le premier graphe 2À, le deuxième graphe 2B et le troisième graphe 2C de la figure 2 sont synchronisés, de sorte que, à chaque instant, les différents graphes donnent les valeurs de consigne, de mesure et/ou de commande correspondant au point de fonctionnement de la turbomachine hybride 1.
Enfin, la figure 3 est plus spécifiquement relative à une décélération du régime moteur.
La figure 3 comprend un premier graphe 3À dans lequel l’axe des ordonnées correspond à une vitesse angulaire et l’axe des abscisses correspond au temps.
Le premier graphe 3À de la figure 3 comporte : - une courbe de consigne 50, correspondant à la consigne de régime moteur 7, et
- une courbe de régime 52, correspondant à la mesure du régime moteur 5.
Par ailleurs, la figure 3 comprend un deuxième graphe 3B dans lequel l’axe des ordonnées correspond à un débit de carburant et l’axe des abscisses correspond au temps.
Le deuxième graphe 3B de la figure 3 comporte :
- une courbe de débit carburant maximal 60, correspondant à un débit de carburant maximal à ne pas dépasser pour le régime moteur courant,
- une courbe de débit carburant minimal 64, correspondant à un débit de carburant minimal en dessous duquel il n’est pas possible de descendre,
- une courbe de commande carburant 62, correspondant à la commande de débit de carburant 9.
De plus, la figure 3 comprend un troisième graphe 3C dans lequel l’axe des ordonnées correspond à un couple électrique et l’axe des abscisses correspond au temps.
Le troisième graphe 3C de la figure 3 comporte :
- une courbe de commande couple électrique 70, correspondant à la commande de couple électrique 11 , et
- une couple électrique maximal courbe 72, correspondant à un couple électrique maximal à ne pas dépasser pour le régime moteur courant.
Le premier graphe 3À, le deuxième graphe 3B et le troisième graphe 3C de la figure 3 sont synchronisés, de sorte que, à chaque instant, les différents graphes donnent les valeurs de consigne, de mesure et/ou de commande correspondant au point de fonctionnement de la turbomachine hybride 1.
La commande de débit de carburant 9 et la commande de couple électrique 11 sont générées en temps réel par le procédé de commande décrit précédemment. Dans les figures 2 et 3, les séquences de consignes, de mesures et de commandes contiennent tellement de point que le rendu sur les figures est pour chacune celui assimilable à une courbe continue.
On remarque tout d’abord que la commande de débit de carburant 9 et la commande de de couple électrique 11 varient de manière indépendante. En particulier, la commande du couple électrique 11 peut être différente de zéro sans que la commande du débit de carburant 9 soit en saturation, c’est-à-dire confondu avec la courbe de débit de carburant maximal 6 ou la courbe de débit de carburant minimal 64.
Par exemple, la courbe de commande du débit de carburant 32 en figure 2 n’est jamais en saturation alors que la courbe de commande du couple électrique 40 varie et prend des valeurs différentes de zéro.
Lorsque cette génération des deux commandes est simultanée, elle permet d’explorer des régimes de fonctionnement de la turbomachine hybride 1 plus vastes que dans l’art antérieur et une meilleure optimisation de fonctionnement. Par ailleurs, l’erreur de traînage dans le résultat illustré est faible. Une erreur de traînage correspond à un décalage temporel entre la consigne et la mesure de la grandeur de sortie. Il y a un traînage, par exemple, lorsque le régime ou la vitesse angulaire mesurée est en retard par rapport au régime ou à la vitesse angulaire de consigne 20.
La courbe de régime 22 est peu ou pas décalée temporellement par rapport à la courbe de consigne 20, de sorte que le trainage est faible.
Un tel bénéfice provient notamment du fait que le procédé de commande correspond à une architecture du type « retour d’état » de classe 2, c’est-à-dire comprenant 2 intégrateurs ou deux grandeurs intégrées à savoir l’écart ENHk associé à la dernière mesure du régime moteur 5, et la somme I ENHk de tous les écarts, pour calculer, notamment simultanément, la consigne de débit de carburant 9 et la consigne de couple électrique 11 .
La consigne de débit de carburant 9 et la consigne de couple électrique 11 permettent de suivre la trajectoire d’accélération et/ou de décélération du régime moteur sans trainage lorsque la boucle de suivi de trajectoire est activée et appliquée.
En effet, selon la phase de vol, la consigne obtenue par le calculateur, tel que décrit jusqu’à présent, peut être utilisée ou non. Selon la phase de vol, le besoin d’une erreur de trainage faible n’est pas toujours présent. C’est notamment le cas pour une phase de vol « croisière » où il y a peu de transitoires rapides et où on aura tendance à utiliser un correcteur plus adapté.
Si le correcteur du type « retour d’état » de classe 2 n’est pas toujours appliqué, il est toutefois toujours actif, au sens où il calcule en continu une consigne. Cela permet notamment une continuité de la consigne lorsqu’on bascule d’un calculateur à un autre.
Le procédé de commande et le dispositif de commande 3 selon l’invention permettent de répondre au besoin pilote en tenant compte de la capacité du moteur à accélérer ou décélérer, et en particulier de : limiter le temps d’accélération des moteurs « bons » ayant une marge au pompage afin de réduire les suralimentations en carburant de la chambre de combustion, également dénommées sous le terme anglais « over-fuelling », et ainsi limiter une température des gaz en sortie (également dénommée sous le terme anglais « Exhaust Gas
Temperature » ou l’acronyme EGT) durant les accélérations pour augmenter la durée de vie ; et limiter la dissymétrie de poussée entre les moteurs durant l’accélération afin de réduire la traînée de l’avion et l’effet de lacet moteur.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de commande d’une turbomachine hybride (1 ) comprenant les étapes suivantes :
- une détermination d’une séquence d’écarts, chaque écart étant une différence entre o une mesure d’une séquence de mesures d’un régime d’un arbre moteur (5) de la turbomachine hybride (1 ) et o une consigne d’une séquence de consignes de régime moteur (7),
- une détermination d’une variation de débit de carburant et une détermination d’une variation de couple électrique, les déterminations étant notamment simultanées, et les déterminations utilisant chacune o une différence entre une dernière mesure de la séquence de mesures et une avant-dernière mesure de la séquence de mesures, un dernier écart associé à la dernière mesure, et o une somme des écarts de la séquence d’écarts ; et
- une commande de la turbomachine hybride (1 ) pour faire varier un débit de carburant de la variation de débit de carburant déterminée et un couple électrique de la variation de couple électrique déterminée.
2. Procédé de commande selon la revendication 1 , dans lequel, au cours de la détermination de la variation de débit de carburant et de la variation de couple électrique, on détermine un produit entre une matrice de gain et un vecteur, le vecteur étant formé de la différence entre la dernière mesure et l’avant- dernière mesure, du dernier écart et de la somme des écarts.
3. Procédé de commande selon la revendication 2, dans lequel la matrice de gain est obtenue par interpolation entre deux matrices de référence d’un jeu de matrices de référence de sorte à tenir compte d’un point de fonctionnement de la turbomachine hybride (1 ) associé à la dernière mesure.
4. Dispositif de commande (3) d’une turbomachine hybride (1 ) comprenant : - une entrée, configurée pour recevoir une séquence de mesures du régime moteur (5) de la turbomachine hybride (1 ),
- une mémoire (31 ), configurée pour enregistrer la séquence de mesures (5) et une séquence de consignes (7) de la vitesse,
- un calculateur (33), configuré pour : o déterminer une séquence d’écarts, chaque écart étant une différence entre une mesure d’une séquence de mesures du régime moteur
(5) de la turbomachine hybride (1 ), et une consigne d’une séquence de consignes régime moteur (7), o déterminer, notamment simultanément, une variation de débit de carburant et une variation de couple électrique, les déterminations utilisant chacune une différence entre une dernière mesure de la séquence de mesures et une avant-dernière mesure de la séquence de mesures, un dernier écart associé à la dernière mesure, et une somme des écarts de la séquence d’écarts ; et
- une sortie configurée pour fournir une commande à la turbomachine hybride (1 ).
5. Turbomachine hybride (1 ) comprenant un dispositif de commande (3) selon la revendication 4.
6. Aéronef comprenant une turbomachine hybride (1 ) selon la revendication 5.
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