JP2016519734A - コンパクトな空力熱モデルを用いたチップクリアランスの管理 - Google Patents

Abstract

流体を用いたエンジニアリングシステムを制御するシステムおよび方法が開示される。システムおよび方法には、モデル出力を生成するモデルプロセッサが含まれていてもよく、モデルプロセッサには、モデル操作モードに基づいてオープンループモデルに入力されるモデルプロセッサの動的状態を設定するための状態設定モジュールが含まれていてもよく、オープンループモデルが動的状態およびモデル入力の関数として、現状のモデルを生成する。現状のモデルへの制約は一連のサイクル合成モジュールに基づき、一連のサイクル合成モジュールの各部は制御システムのサイクルの構成要素をモデル化しかつ一連のユーティリティーを含み、ユーティリティーは構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づき、一連のサイクル合成モジュールはローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定する回転装置モジュールを含む。モデルプロセッサはさらにオープンループモデルの前の状態のモデル出力および現状のモデルに基づいてモデルの推定状態を決定する推定状態モジュールを含んでもよい。

Description

本開示は、エンジニアリングシステムの設計および制御に関し、より詳細には、流体を用いたエンジニアリングシステムの設計および制御に関する。

本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１３年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／８００，４４０号の利益を主張するものである。

流体を用いたエンジニアリングシステムは広く使用されており、航空用および発電用ガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（暖房、換気、空調および冷凍（ｈｅａｔｉｎｇ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ａｉｒ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）)、燃料電池、およびその他のより一般化された、炭化水素の抽出、材料加工、および製造を目的とする流体処理システムを含んでもよい。これらのシステムは以下の構成要素の一部または全てを含んでもよい：ターボ機械、燃料電池スタック、電動機、パイプ、ダクト、バルブ、ミキサー、ノズル、熱交換器、ギア、化学機械および流体の流れの生成または修正を行うためのその他の装置。

これらの応用のそれぞれによって、エンジニアリング制御システム上で異なる操作上の要求が生じる。例えばガスタービンエンジンの応用では、例えば関連サイクルは通常ブレイトンタービンサイクルまたは第１エリクソンサイクルであり、基本的な熱力学パラメータ（またはプロセス変数)は、入口、圧縮機、燃焼器、タービン、排出装置における作業流体の圧力、温度、流量である。パラメータは、総スラスト、回転エネルギー、またはその他の動力出力の尺度との関連性を有していてもよい。安全で、信頼性が高く、かつ効率的なエンジン動作を維持しながらこの出力を正確に制御するためには、エンジニアリング制御システムが迅速、正確、堅牢でなければならず、かつ、求められるすべての性能レベルに亘ってリアルタイム制御を行う能力を提供しなければならない。関連するプロセス変数はシステムのタイプや構成によって異なるが、正確で、効率的かつ信頼性の高いエンジニアリング制御は、全体的な費用に関する経済的な制約および操作上／整備上の要件と同様に依然として必要である。

さらに、制御されたシステムパラメータの直接測定が（技術の未発達、高すぎる費用、信頼性の低い設備装置等のために）不可能なこともあるため、制御システムにシステムパラメータのリアルタイム推定が必要となる場合がある。特にそのような制御システムにおいては、ローターを用いた装置のチップクリアランスに関連するパラメータの監視を求められる場合がある。システムパラメータは、制御フィードバックとして用いられる、ある与えられた一組の測定入力のためのエンジニアリングシステムおよび／またはプロセスの数学的抽象化である場合がある。

従来は、そのような流体を用いたエンジニアリングシステムの制御システムは、区分的に線形な状態変数表現に依拠していた。これらの制御システムはその性質上、比較的単純な非線形システムに限られていた。従来用いられていた別の手法は、センサーを制御するための重要なシステムパラメータ同士を結びつける半経験的関係に依拠する。そのようなシステムの欠点は、正確性に欠ける可能性があり、また実装のために必要となる追加のハードウェアに費用がかかる点である。小売環境において定常シミュレーションを展開するために他の試みもなされてきたが、これらのモデルはその性質上、大規模であり、反復ソルバを用い、維持費が高く、またリアルタイム環境において重要な堅牢性に欠ける。

現在知られている流体を用いたエンジニアリングシステムの制御手法には、流体を用いたエンジニアリングシステムの構成要素レベルの物理学に基づいた非反復的な数学的抽象化の利用がある。これらの数学的抽象化は、流体を用いたエンジニアリングシステムの応用に特有のソフトウェア環境において概念化される。そのようなエンジニアリングシステムの例示的な制御システムおよび方法は、本明細書において参考として組み込まれている、米国特許第８，０９０，４５６号（「構成要素レベルの動的数学モデルを用いたエンジニアリングシステムの設計、制御システムおよび方法」）にさらに詳細に記されている。

流体を用いたエンジニアリングシステムのリアルタイム制御システムにおいては、従来のＥＰＯＳモデルにおける計算の非効率性を克服することのできるエンジンパラメータのオンボード合成（ｅｎｇｉｎｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ−ｂｏａｒｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）（ＥＰＯＳ）が必要である。特に、流体を用いたエンジニアリングの構成要素におけるチップクリアランスを制御および／または監視する、流体を用いたエンジニアリングシステムの制御システムが必要となる。したがって、従来のＥＰＯＳモデルにおける計算の非効率性を克服することのできる前記機能を提供するＥＰＯＳが必要とされる。

本開示の態様に伴い、制御システムが開示される。制御システムは、制御装置の位置決定を行うアクチュエータを備えていてもよく、制御装置はローターおよびローターケースを含む回転装置を備え、アクチュエータはモデル状態を制御するために制御面の位置決定を行う。システムはモデル出力の関数として、アクチュエータを導く制御法則を含んでもよい。制御システムはモデル出力を生成するモデルプロセッサを含んでもよく、モデルプロセッサにはモデル入力を処理し、モデル操作モードを設定する入力オブジェクトおよびモデルプロセッサの動的状態を設定する状態設定モジュールが含まれ、また、動的状態はモデル操作モードに基づいてオープンループモデルに入力される。オープンループモデルは動的状態およびモデル入力の関数として現状のモデルを生成し、現状のモデルへの制約は一連のサイクル合成モジュールに基づく。一連のサイクル合成モジュールの各部は、制御装置のサイクルの構成要素のモデル化し、構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づく一連のユーティリティーを備えている。一連のサイクル合成モジュールは、ローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定する回転装置モジュールを含んでもよい。モデルプロセッサはさらに、オープンループモデルにおける前の状態のモデル出力および現状のモデルに基づいてモデルの推定状態を決定する推定状態モジュールと、モデル出力を決定するためにモデルの推定状態を処理する出力オブジェクトを含んでもよい。

改善において回転装置モジュールは、ローターの温度および温度変化率の数値ならびにローターケースの温度および温度変化率の数値を推定してもよい。

さらなる改善において回転装置モジュールはローターの温度および温度変化率の数値に基づいてローターの径方向成長を推定してもよく、また、ローターケースの温度および温度変化率の数値に基づいてローターケースの径方向成長を推定してもよい。

さらなる改善において回転装置モジュールは、ローターの推定径方向成長およびローターケースの推定径方向成長に基づいてローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定してもよい。

改善において制御法則は、チップクリアランスに基づいて、回転装置のガス経路内の流れを制御するためにアクチュエータを導いてもよい。

さらなる改善において制御法則は、ローターケース上の冷却材の流れを調整するためにアクチュエータを導き、ローターとローターケースの間の所望のチップクリアランスを維持してもよい。

改善において回転装置は、圧縮機要素またはタービン要素の少なくともいずれか１つを含んでもよい。

改善において推定チップクリアランスは、材料の温度推定、回転速度計算、ガス経路の圧力推定および機械的成長の推定の、１つまたは複数に基づく。

改善において制御装置はガスタービンエンジンである。

本開示の別の態様に従って、制御装置の制御方法が開示される。制御装置は、ローターおよびローターケースを含む回転装置を含んでもよい。この方法はモデルプロセッサを用いたモデル出力の生成を含んでもよい。制御システムはモデル出力を生成するモデルプロセッサを含んでもよく、モデルプロセッサにはモデル入力を処理し、モデル操作モードを設定する入力オブジェクトおよびモデルプロセッサの動的状態を設定する状態設定モジュールが含まれ、また、動的状態はモデル操作モードに基づいてオープンループモデルに入力される。オープンループモデルは動的状態およびモデル入力の関数として現状のモデルを生成し、現状のモデルへの制約は一連のサイクル合成モジュールに基づく。一連のサイクル合成モジュールの各部は、制御装置のサイクルの構成要素をモデル化し、構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づく一連のユーティリティーを備えている。一連のサイクル合成モジュールは、ローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定する回転装置モジュールを含んでもよい。モデルプロセッサはさらに、オープンループモデルにおける前の状態のモデル出力および現状のモデルに基づいてモデルの推定状態を決定する推定状態モジュールと、モデル出力を決定するためにモデルの推定状態を処理する出力オブジェクトとを含んでもよい。この方法はさらに、制御法則を用いたモデル出力の関数として制御装置に関連するアクチュエータを導くこと、また、アクチュエータを用いて制御装置の位置決定を行うことを含んでいてもよく、アクチュエータによりモデル状態を制御するために制御装置の位置決定が行われる。

改善において回転装置モジュールは、ローターの温度および温度変化率の数値ならびにローターケースの温度および温度変化率の数値を推定してもよい。

さらなる改善において回転装置モジュールはローターの温度および温度変化率の数値に基づいてローターの径方向成長を推定してもよく、また、ローターケースの温度および温度変化率の数値に基づいてローターケースの径方向成長を推定してもよい。

さらなる改善において回転装置モジュールは、ローターの推定径方向成長およびローターケースの推定径方向成長に基づいてローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定してもよい。

改善において、制御装置はガスタービンエンジンであってもよく、１つまたは複数のサイクル合成モジュールは、ガスタービンエンジンにおける熱力学的サイクルの構成要素に関連する物理過程の１つまたは複数の数学的抽象化に基づいてもよい。

改善においてはさらに、制御法則を用いてアクチュエータを導くことを含み、ローターケース上の冷却材の流れを調整して、推定チップクリアランスに基づき、ローターとローターケースの間の所望のチップクリアランスを維持する。

本開示の別の態様に従って、ガスタービンエンジンが開示される。ガスタービンエンジンはファン、ファンの下流にある圧縮機区画、圧縮機区画の下流にある燃焼器区画を含んでもよい。タービン区画はタービンローターおよびタービンケースを含んでもよい。さらに、ガスタービンエンジンは、制御面を備えたガスタービンエンジンの位置決定を行うアクチュエータを含んでもよく、アクチュエータによりモデル状態を制御するための制御面の位置決定が行われる。ガスタービンエンジンは、モデル出力の関数として、アクチュエータを導く制御法則を含んでもよい。ガスタービンエンジンはモデル出力を生成するモデルプロセッサを含んでもよく、モデルプロセッサにはモデル入力を処理し、モデル操作モードを設定する入力オブジェクトおよびモデルプロセッサの動的状態を設定する状態設定モジュールが含まれ、また、動的状態はモデル操作モードに基づいてオープンループモデルに入力される。オープンループモデルは動的状態およびモデル入力の関数として現状のモデルを生成し、現状のモデルへの制約は一連のサイクル合成モジュールに基づく。一連のサイクル合成モジュールの各部は、ガスタービンエンジンのサイクルの構成要素をモデル化し、構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づく一連のユーティリティーを備えている。一連のサイクル合成モジュールは、タービンローターとタービンケースの間のチップクリアランスを推定するタービンモジュールを含んでもよい。モデルプロセッサはさらに、オープンループモデルにおける前の状態のモデル出力および現状のモデルに基づいてモデルの推定状態を決定する推定状態モジュールと、モデル出力を決定するためにモデルの推定状態を処理する出力オブジェクトを含んでもよい。

改善においてタービンモジュールは、タービンローターの温度および温度変化率の数値ならびにタービンケースの温度および温度変化率の数値を推定してもよい。

さらなる改善においてタービンモジュールはタービンローターの温度および温度変化率の数値に基づいてタービンローターの径方向成長を推定してもよく、また、タービンケースの温度および温度変化率の数値に基づいてタービンケースの径方向成長を推定してもよい。

さらなる改善においてタービンモジュールは、タービンローターの推定径方向成長およびタービンケースの推定径方向成長に基づいてタービンローターとタービンケースの間のチップクリアランスを推定してもよい。

改善において制御法則は、タービンケース上の冷却材の流れを調整するためにアクチュエータを導き、タービンローターとタービンケースの間の所望のチップクリアランスを維持してもよい。

流体を用いたエンジニアリングシステムのための、例示的な制御システムのブロック図である。 図１の制御システムの、例示的なエンジンパラメータのオンボード合成（ＥＰＯＳ）モジュールのブロック図である。 図２のＥＰＯＳの例示的なＣＡＭ入力オブジェクトのブロック図である。 図２のＥＰＯＳの例示的なコンパクトな空力熱（ＣＡＭ）オブジェクトのブロック図である。 図４のＣＡＭオブジェクトの例示的なオープンループモデルのブロック図である。 図２のＥＰＯＳの例示的な出力調整モジュールのブロック図である。 図１の制御システムを用いてチップクリアランスの監視および制御を行うための、例示的な制御構成のブロック図である。 図７の制御構成を用いたチップクリアランスの監視方法および制御方法を表すフローチャートである。 図１および／または図２の実施例のＥＰＯＳを実装するために実行してもよい機械で読み取り可能な命令を表すフローチャートである。 図２および／または図４の実施例のＣＡＭを実装するために実行してもよい機械で読み取り可能な命令を表すフローチャートである。 図７〜図８および／または本明細書の開示に記載のあらゆる要素の実施例の機械で読み取り可能な命令を実行してもよい実施例の処理システムのブロック図である。

図面が必ずしも一定比例尺に従うとは限らないことを理解すべきである。場合によっては、本開示を理解する上で必要ではない詳細、または、他の詳細を理解することを困難にするような詳細に関しては省略してもよい。もちろん、本開示が本明細書内で示される特定の実施例のみに限定されないことも理解するべきである。

図面を参照する際、特に図１を参照する際、本開示に従う流体を用いたエンジニアリングシステムの制御システムは、全体として参照符号１００で示される。オペレータインターフェイス１４０が制御要求を生成してもよく、また、エンジンパラメータのオンボード合成（ＥＰＯＳ）１１０が制御要求を受けてもよい。例えばオペレータインターフェイス１４０は、コックピットナビゲーションシステムおよび／またはオペレータワークステーションのようなリアルタイムインターフェイスであってもよい。さらに、または別の手法として、オペレータインターフェイス１４０は別の、より一般化された、例えば、ガイダンス、ナビゲーション、および制御コンピュータまたは自動操縦システムなどを含むソフトウェア制御構成要素１５０のロギング制御コマンドに適したプロセス制御インターフェイスを含んでもよい。さらに制御要求は、ソフトウェア制御要素１５０との操作上の関連性を有する内部メモリまたはその他の内部プログラミングによって生成されてもよい。

制御要素１５０は、装置１３０に対する制御命令を生成および／または処理してもよいＥＰＯＳ１１０および制御法則１１１を含んでいてもよい。ＥＰＯＳ１１０および制御法則１１１は装置１３０に関連する連想的関数において監視、制御、またはその他動作を行うために設計されたソフトウェアモジュールとして実装されてもよい。制御法則１１１はＥＰＯＳ１１０から制御フィードバックを得てもよく、オペレータインターフェイス１４０からの制御コマンドを得てもよい。制御法則１１１は、装置１３０を制御するためにハードウェア制御要素１２０によって処理される工学単位における制御要求を生成してもよい。

さらにソフトウェア制御構成要素１５０は、データそれぞれの入力／出力先のために出力および／または入力データを処理する出力調節器１１３および／また入力調節器１１５を含んでもよい。入力調節器１１５により提供されるＥＰＯＳ１１０への入力は、範囲内の故障（例えば、レート制限、クロスチャネルミスマッチ等）と同様に範囲障害を検出するため、また、入力の健全性の指標と共に合理的な入力値を提供するために、障害検出および調整（ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）（ＦＤＡ）論理１１７により処理されてもよい。

さらにハードウェア制御構成要素１２０は、ソフトウェア制御構成要素１５０により生成されたデジタルデータを装置１３０による読み取りが可能なアナログ形式（例えば、電気信号等）に変換してもよく、また、装置１３０により生成されたアナログデータをソフトウェア構成要素１５０による読み取りが可能なデジタルデータに変換してもよく、また、可読性に対してはそのような入力および出力データを調整してもよい、かつ／あるいは装置１３０に関連する制御アクチュエータ１２４を制御してもよい。デジタルからアナログへの変換器１２２は、制御法則１１１により生成されたデジタル信号をアクチュエータ要求に変換することができる。アクチュエータ１２４は、ＥＰＯＳ１１０により生成された命令に従って装置１３０の様々な制御構成要素の位置決定を行うために制御ハードウェアを用いる１つまたは複数の装置であってもよい。アクチュエータ１２４などのアクチュエータは、迅速かつ正確な装置の制御を行うように設計されていてもよい。

アクチュエータセンサー１２５はアクチュエータ１２４の様々な状態を測定するために含まれてもよく、アクチュエータの状態（または位置）は、装置１３０の様々な制御構成要素の物理的構成に関連してもよい。例えば、流体を用いたシステムはしばしばアクチュエータを含むが、アクチュエータの線形位置または角度位置はアクチュエータセンサー１２４によって感知され、また制御面の物理的位置、または圧縮機、燃焼器、タービンおよび／またはノズル／排出装置のアセンブリの近位に位置する制御装置の物理的位置に関連する。

さらにハードウェア制御構成要素１２０は、装置システムセンサー１２６を含んでもよい。装置システムセンサー１２６は、装置１３０に関連する操作上のパラメータを測定してもよい。例えば、流体を用いたシステムは、流路における様々な軸方向位置および径方向位置での作業流体の圧力、温度および液体の流れを測定する装置システムセンサー１２６を含んでもよい。装置システムセンサー１２６は様々な異なる感知装置を備えており、それら装置には温度センサー、流量センサー、振動センサー、デブリセンサー、電流センサー、電圧センサー、レベルセンサー、高度センサーおよび／またはブレードチップセンサーが含まれるがそれに限定されない。装置システムセンサー１２６は、装置１３０の関数に関連する操作上のパラメータ、例えば、アクチュエータ１２４を導いて装置１３０を制御するためにＥＰＯＳ１１０に提示される制御コマンドおよびＥＰＯＳ１１０により生成される制御要求に関連するパラメータ等を測定するために位置決定されてもよい。

装置システムセンサー１２６およびアクチュエータセンサー１２５はいずれも、前記センサーからの読み取り結果に基づいて、電気信号を生成してもよい。アクチュエータセンサー１２５および装置システムセンサー１２６により生成される電気信号はアナログからデジタルへの変換器１２３へと伝達されてもよい。アナログからデジタルへの変換器によって電気信号を、入力調整モジュール１１５により処理された後にＥＰＯＳ１１０との互換性を持ち、ＥＰＯＳ１１０により読み取られるデジタル信号データに変換してもよい。

装置１３０はいかなる流体を用いたエンジニアリングシステムであってもよい。実施例の流体を用いたエンジニアリングシステムは、航空用および発電用ガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（暖房、換気、空調および冷凍）、燃料電池、およびその他のより一般化された、炭化水素の抽出、材料加工、および製造を目的とする流体処理システムを含んでもよい。様々な実施例において、装置１３０の物理的構成要素は、圧縮機、燃焼器、タービン、シャフト、スプール、ファン、送風機、熱交換器、バーナー、燃料電池、電動機および発電機、原子炉容器、貯蔵容器、流体分離装置、パイプ、ダクト、バルブ、ミキサーおよびその他の流体処理装置またはフロー制御装置を含むが、これらに限定されない。

いくつかの実施例において装置１３０は、回転エネルギー、電力またはリアクティブトラストを生成するため、暖房、換気、空気調節および冷凍を行うため、あるいはその他の流体処理機能を実行するために、作業流体における熱力学的サイクルを実行してもよい。可能なサイクルの範囲には以下のサイクルおよびその導関数が含まれるがそれらに限定されない：オットーサイクル、ディーゼルサイクル、ブレイトンタービン（または第１エリクソン）サイクル、ブレイトンジェット（バーバー／ジュール）サイクル、ベル・コールマン（逆ブレイトン）サイクル、エリクソン（第２エリクソン）サイクル、ルノアール（パルスジェット）サイクルならびにカルノー、スタッダートおよびスターリングサイクル。さらに、または別の手法として装置１３０は、暖房、冷房、フロー制御、または農業、輸送、食品および飲料生産、製剤生産、または製造での加工応用、または炭素水素燃料の抽出や輸送、処理などの多数の個別の熱力学過程を実行してもよい。可能な熱力学過程の範囲には、断熱的、等温的、等圧的、等エントロピー、および等大（等容または定容）の変換、発熱反応、吸熱反応および相変化が含まれるが、それらに限定されない。

本実施例において装置１３０は、ガスタービンエンジンである。このように、装置１３０の監視される態様は圧縮機、燃焼器、タービンおよび／またはノズル／排出装置アセンブリを含んでもよいがそれらに限定されない。ガスタービンエンジンの応用において、ＥＰＯＳ１１０により受けられ／生成された入力および出力の数値は、ガスタービンエンジンの構成要素（すなわち、圧縮機、燃焼器、タービンおよび／またノズル／排出装置アセンブリ等）に関する位置（ノズル範囲、可変的なベーン角度、流路範囲等）、状態の数値、パラメータ（すなわち、スプール速度、ガス経路の温度、構成要素の近位の圧力、構成要素の近位の流量等）の実際に感知された数値を表すベクトルであってもよい。

ＥＰＯＳ１１０によって処理されるデータは、装置１３０の関数に関連するパラメータを含むベクトルである。実施例のＥＰＯＳ１１０の入力ベクトルは、外部入力ベクトル（Ｕ_E） および補正真理ベクトル（Ｙ_Ct）を含んでもよい。Ｕ_Eは、ＥＰＯＳ１１０により処理される外部入力の数値を含んでもよい。Ｕ_Eは、装置１３０における様々な制御要素の構成、位置および状態を示してもよい。例えばガスタービンエンジンでは、外部入力ベクトルＵ_Eの個別の要素はエフェクターの位置に関連する一組の数値を有する。これらエフェクターの位置の数値は燃料の流量、ノズル面積、可変的なベーン角度、流路の開口面積およびその他の制御要素パラメータを示してもよい。さらにＵ_Eは装置１３０の操作に関連する境界条件に関する一組の数値を有してもよい。装置１３０の物理的境界における流体の温度、圧力および流量等、境界条件の一部は装置システムセンサー１２６によって直接測定されてもよい。流体を用いた応用において、境界条件は、境界の流れの条件、入口および出口の位置を含んでもよい。航空機への応用に特有の他の境界条件には、飛行速度、高度および抽気または動力抽出のパラメータが含まれるが、それらに限定されない。

補正真理ベクトルＹ_Ctは制御システムのリアルタイム実行に関連するデータを含んでもよく、装置１３０の操作に関連するパラメータの実際の（感知された）数値を示してもよい。Ｙ_Ctの要素は、アクチュエータセンサー１２５および／または装置システムセンサー１２６による測定に基づいてもよい。さらにＹ_Ctの要素は、感知されるパラメータの、よく理解され信頼されるモデルから得られる数値に基づいてもよい。例えば、流量モデルは、ピトー管またはベンチュリ管の前後差圧の低下に基づく。ガスタービンエンジンについては、典型的なＹ_Ctのベクトル要素としては、スプール速度、ガス経路温度および／または圧力のような圧縮機、燃焼器、およびタービンのエンジン部品に近接してもよいそれらの全ての数値が含まれるがそれらに限定されない。キャリブレーションを含む非リアルタイム応用の文脈においてＹ_Ctは、物理的に試験され、またはモデルベースとされ得る、忠実度の高いデータに対応することができる。

本開示のコンパクトな空力熱モデル（ｃｏｍｐａｃｔ ａｅｒｏ−ｔｈｅｒｍａｌ）（ＣＡＭ）を用いて、図２は図１のＥＰＯＳ１１０の実施例をさらに詳細に示す。図２のＥＰＯＳ１１０にはＣＡＭ入力オブジェクト２２０、コンパクトな空力熱モデル（ＣＡＭ）オブジェクト２３０、ＣＡＭ出力オブジェクト２４０が含まれるがそれらに限定されない。ＥＰＯＳ１１０はベクトルＵ_ERawおよびＹ_CtRawに関連する生入力データを受信することができる。Ｕ_ERawはアクチュエータセンサー１２５、装置システムセンサー１２６および／またはその他関連するあらゆるセンサーおよび／または入力から得られる数値を含んでもよい。Ｙ_CtRawはアクチュエータセンサー１２５、装置システムセンサー１２６および／またはその他関連するあらゆるセンサーおよび／または入力から得られる数値を含んでもよい。

ＣＡＭ入力オブジェクト２２０は入力Ｕ_Eベクトルから選択された数値を入力ベクトルＵ_{E_in}へとパッケージ化してもよい。同様に、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０は受信された入力から選択された数値を入力補正真理ベクトル、Ｙ_{Ct_in}へとパッケージ化してもよい。さらにベクトルＵ_{E_in}およびＹ_{Ct_in}はその後、入力値を保護するために調整されてもよい。これは数値の範囲制限、命令に基づく数値の制約、および／またベクトルに対するあらゆる追加の入力修正関数の実行により行われてもよい。ＣＡＭ入力オブジェクト２２０はまた、ＦＡＤＥＣ１１０の操作モード（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ）（ＯｐＭｏｄｅ）を決定するために受信される入力ベクトルを用いてもよい。入力調整モジュール２２０は、調整された外部入力ベクトルＵ_E、調整された補正真理ベクトルＹ_CtおよびＯｐＭｏｄｅベクトルを出力してもよい。

ベクトル数値の入力の妥当性は、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０の各センサー入力に特有の障害検出および調整論理により（ＦＤＡ論理１１７からの処理を介して）確認されてもよい。障害検出および調整論理は範囲内の故障（すなわち、レート制限、クロスチャネルミスマッチ等）と同様に範囲障害を検出し、また、入力の健全性の指標と共に全ての場合の合理的な入力値を提供する。実施例のＣＡＭ入力オブジェクト２２０は、図３の参照のもと、以下に詳細に記されている。

ＣＡＭ入力オブジェクト２２０の出力は、ＣＡＭオブジェクト２３０により受信される。ＣＡＭオブジェクト２３０は、エンジン構成要素の空力熱表現または構成要素モジュールを含んでもよい。ＣＡＭオブジェクト２３０内の構成要素モジュールは、装置１３０の動きに関わる物理法則（すなわち、エネルギー保存の法則、質量保存の法則、運動量保存の法則、回転システムに関するニュートンの運動の第２法則および／またはその他あらゆる追加の既知の計算可能な物理モデル）の数学的抽象化に関連するシステムの制約に従って動作してもよい。ＣＡＭオブジェクト２３０内に含まれる各モジュールのシステム制約は、装置１３０の監視領域および／また関数（すなわち、バイパスダクト抽気モジュール、低スプール圧縮機モジュール、バーナーモジュール、寄生動力抽出モジュール等）をシミュレートするようプログラムされた特定の制約を有してもよい。

ＣＡＭオブジェクト２３０は、機能中にオンボード補正状態、ソルバ状態および物理状態を表現する入力ベクトルを、内部ソルバの状態と共に用いてもよい。ソルバ状態は高速ダイナミクスを処理し、代数ループを解き、高度に非線形なモデル要素を平滑化するために導入されてもよい。ＣＡＭオブジェクト２３０は、合成パラメータのベクトルＹを出力してもよい。ベクトルＹは、ＣＡＭオブジェクト２３０によって決定される操作範囲に関連して推定されてもよい。実施例のＣＡＭオブジェクト２３０は、図４を参照のもと、以下に詳細に記されている。

ＣＡＭオブジェクト２３０の出力はＣＡＭ出力オブジェクト２４０によって受信されてもよい。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０は、消費制御ソフトウェアおよび／またはハードウェアが必要とするＣＡＭ出力を後処理選択してもよい。出力によっては、ＣＡＭ出力オブジェクト２４０は単位変換を行い、試験加算器を適用し、および／または動作の開始時に、周囲条件間で補間を実行し、および／またはＣＡＭ出力を実行してもよい。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０は、関連する構成要素により所望の値（すなわち、温度、圧力、流れ、センサー温度、および／または他の出力の合成）に特有の値にＹベクトルを解凍してもよい。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０はまた、構成要素間のステーションの流れ、温度、圧力、および／または燃料を、空気比、トルク、スラスト、抽気の流れ、および／または、圧縮機およびタービンケースクリアランスへと出力する。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０はまた、ＥＰＯＳ１１０によって決定された現在の状態（例えば、前述の「ＯｐＭｏｄｅ」操作モード）を示してもよい。実施例のＣＡＭ出力オブジェクト２４０は図１０を参照のもと、以下に詳細に記されている。

図３はＣＡＭ入力オブジェクト２２０に戻り、図２のＣＡＭ入力オブジェクト２２０の例示的な実施例を示す。図３のＣＡＭ入力オブジェクトは、Ｕ_Eベクトルパッケージャ３１０、Ｙ_Ctベクトルパッケージャ３２０、ＯｐＭｏｄｅデタミナー３３０、および入力保護モジュール３４０を含んでもよい。Ｕ_EベクトルパッケージャはベクトルＵ_ERawを受信してもよく、また、Ｕ_Eベクトルパッケージャ３１０は入力ベクトルから所望の数値を選択してもよく、ベクトルＵ_{E_in}を生成してもよく、ベクトルＵ_{E_in}は入力保護モジュール３４０に出力されてもよい。Ｕ_Eベクトルパッケージャ３１０はまた、単位変換および提示されない場合もあるＵ_Eの数値の合成のために用いられてもよい。同様にＹ_Ctベクトルパッケージャは、ベクトルＹ_CtRawを受信してもよい。Ｙ_Ctベクトルパッケージャ３１０は入力ベクトルから所望の数値を選択してもよく、ベクトルＹ_{Ct_in}を生成してもよく、ベクトルＹ_{Ct_in}は入力保護モジュール３４０に出力されてもよい。

ＯｐＭｏｄｅデタミナー３３０は、各操作モードの実行に必要な入力値の健全性に基づき、ＣＡＭオブジェクト２３０の操作モードを確立してもよい。健全性は、内部状態および出力条件のような、ＣＡＭオブジェクト２３０により内部生成された情報であり、ＦＤＡ論理１１７により決定される制御センサーの状態を含んでもよい。ＯｐＭｏｄｅデタミナー３３０は、可能な入力に基づいて最高度の忠実度モードを追及する論理設計を用いて動作してもよく、障害に対応するために低い忠実度モードに下げ戻してもよい。ＯｐＭｏｄｅデタミナー３３０により決定される操作モードは、装置１３０の関数に関連するプログラムされたリストの操作モードの１つであり、入力ベクトル数値および／または、ＣＡＭの状態および／または出力の条件に基づく。様々な下流の要素の関数は、ＯｐＭｏｄｅデタミナー３３０により決定された結果の操作モードによる影響を受けてもよい。

ＣＡＭのＯｐＭｏｄｅが決定されると、入力保護モジュール３４０はＯｐＭｏｄｅベクトルおよびベクトルパッケージャ３１０、３２０からの入力を用い、入力ベクトルＵ_EおよびＹ_Ctを決定する。前記ベクトルは図４で詳細に示すように、ＣＡＭオブジェクト２３０によって受信される。

ＣＡＭオブジェクト２３０は、状態ベクトルＸ_C、Ｘ_SおよびＸ_Pを生成してもよい。物理状態ベクトル（Ｘ_P）は、関連する時間の間に装置１３０のダイナミクスに関連するシミュレートされたパラメータを含み、そのパラメータの導関数（Ｘ_pDot）はオープンループモデル４１０において計算される。ベクトルＸ_Pにはスプールシャフトスピード、装置の材料の温度等が含まれてもよいがそれらに限定されない。ソルバ状態ベクトルＸ_Sは、装置１３０の特定の構成要素に合うように行われる調整に関連する数値を含んでもよい。これらの数値は、ＣＡＭから発生するエラーを補うための調整であってもよい。Ｘ_Cベクトルは、Ｙ_Ctの実際の数値に匹敵するモデル化されたＹ_Cベクトルを生成するためのＹ_Ctベクトルの改善としてシミュレートされた構成要素レベル数値である、オンボード補正状態に関連する数値を含んでもよい。さらにＣＡＭオブジェクト２３０は個別のリアルタイムシミュレーションとして実装されてもよいため、ＣＡＭオブジェクト２３０は、シミュレーションにおいてそれぞれｋの文字で示される動的パスを完全に実行してもよい。各シミュレーションパスｋおよびシミュレーション時間ステップｄｔの積がシミュレーション時間である。ｋの数値は１ずつ連続的に増加してもよい（ｋ＝［１、２、３、…］）。

状態設定モジュール４２０は、Ｕ_E、Ｙ_CtおよびＯｐＭｏｄｅベクトルの入力を受信してもよい。さらに状態設定モジュール４２０は、推定状態モジュール４４０により生成されるＸベクトルの前の状態の数値を受信してもよい。図４では、前の状態は状態「（ｋ−１）」と示される。状態設定モジュール４２０は基点の数値を持つＸベクトルにおける状態をオーバーライドしてもよい。しかし、オーバーライドを必要としない数値の場合、状態設定モジュール４２０は通過要素として動作してもよい。状態設定モジュール４２０のオーバーライド関数は、ＣＡＭモジュール２３０へ入力される操作モード（ＯｐＭｏｄｅ）に応じて基点（Ｕ）または外部（Ｙ_Ct）数値を以てＸベクトル内の数値をオーバーライドしてもよい。オーバーライド数値を得るために、状態設定モジュール４２０は、初期化の間用いる目的でＣＡＭ状態の基点の数値を調べてもよい。状態設定モジュール４２０はまた、ソルバ状態のアクティブなサブセットを選択してもよい。出力として、状態設定モジュール４２０は補正状態（Ｘ_C）、ソルバ状態（Ｘ_S）および物理状態（Ｘ_P）ベクトルをオープンループモデル４１０において使用するために生成してもよい。

オープンループモデル４１０は、各々が装置１３０に関連する構成要素、関数、および／または条件に関係する１つまたは複数のサイクル合成モジュールから成ってもよい。本実施例においてオープンループモデル４１０は、装置１３０のサイクルに関連する構成要素、関数、および／または条件を表し得る様々なサイクル合成モジュールから構成される。オープンループモジュールは特定の数のモジュールに限定されず、装置１３０に関連する構成要素、関数、および／または条件をシミュレートするために用いられるいかなる数のモジュールを含んでもよい。オープンループモデル４１０は、状態設定モジュール４２０およびエフェクター／境界条件ベクトル（Ｕ_E）からの補正状態（Ｘ_C）、ソルバ状態（Ｘ_S）および物理状態（Ｘ_P）ベクトルの入力を受信してもよい。オープンループモデル４１０への数値入力は、装置１３０の構成要素をシミュレートする様々なモジュールへの入力として用いられてもよい。オープンループモデル４１０は、Ｕ_E（ｋ）およびＸ（ｋ）に基づいて合成パラメータのベクトルＹ（ｋ）を形成するために、サイクル合成モジュールによって生成された数値を用いる。合成パラメータのベクトルＹ（ｋ）は、オープンループモジュール４１０のシミュレートされた物理特性から決定された合成サイクルの数値を含み、また、装置１３０の制御に用いられてもよい。

図５は一連のサイクル合成モジュールを示し、図４のオープンループモデル４１０の例示的な実施例を示す。オープンループモデル４１０は１次流モジュール５１０の群、２次流モジュール５２０の群、追加的モジュール５３０の群およびベクトルデータパッケージャ５４０を含んでもよい。オープンループモデル４１０は状態設定モジュール４２０およびエフェクターベクトル（Ｕ_E）から、補正状態（Ｘ_C）、ソルバ状態（Ｘ_S）および物理状態（Ｘ_P）ベクトルの入力を受信してもよい。１次流モジュール５１０の群、２次流モジュール５２０の群、追加的モジュール５３０はすべて状態設定モジュール４２０およびエフェクターベクトル（Ｕ_E）から、補正状態（Ｘ_C）、ソルバ状態（Ｘ_S）および物理状態（Ｘ_P）ベクトルから入力を受信してもよい。さらにオープンループモジュール４１０は上述のモジュール群を含むだけに限定されず、オープンループモジュール４１０はモジュール群を省略してもよく、および／または他のモジュール群を含んでもよい。オープンループモデル４１０のあらゆるモジュールは、各モジュールの出力を生成するために互いに作用しあってもよい。

オープンループモジュール４１０の各モジュールは装置１３０の構成要素を表してもよく、ユーティリティーのライブラリーにより実装されてもよい。各ユーティリティーは、構成要素の計算の様々な部分を補う物理的性質の数学的表現であってもよい。例えばモジュールのユーティリティーは、ＣＡＭオブジェクト２３０内で再利用可能な圧縮機、タービン、抽気、圧力の損失等の表現を含んでもよく、ＥＰＯＳ１１０の可読性や持続性を改善してもよい。これらの構成要素は空理力学および熱力学過程の物理的表現から構築されてもよい。各モジュールは例えば、総圧力、全温度、燃料／空気比率や構成要素の出口におけるガスの流れおよび／または装置１３０のモデル部分に関連するその他あらゆるパラメータを含む、例えば出力ベクトルを生成してもよい。

いくつかの実施例において１次流モジュール５１０は、装置１３０の対応する要素に基づいて以下を含んでもよいが、それらに限定されない：低スプール圧縮機をモデル化したＣＭＰ＿Ｌモジュール６０５モデル、低スプール圧縮機に関連する抽気をモデル化したＤ＿ＢＬＤ＿ＳＴＢ６１０モジュール、圧縮機のダクトを通過する空気の流れに関連する圧力損失をモデル化したＤ＿ＣＳ＿ＩＮＴモジュール６１５、高スプール圧縮機をモデル化したＣＭＰ＿Ｈモジュール６２０、高スプール圧縮機の出口のダクトにおける計装に関連する圧力損失をモデル化したＤ＿Ｉ０３０ ６２５モジュール、デフューザーをモデル化したＤ＿ＤＩＦ＿ＢＵＲＮモジュール６３０、バーナーをモデル化したＢＲＮ＿ＰＲＩモジュール６３５、高スプールタービンをモデル化したＴＲＢ＿Ｈモジュール６４０、低スプールタービンをモデル化したＴＲＢ＿Ｌモジュール６４５、低タービン出口ガイドベーンダクトをモデル化したＤ＿ＥＧＶ＿ＬＴモジュール６５０、出口ガイドベーンダクトのプローブに関連する圧力損失をモデル化したＤ＿Ｉ０４９５モジュール６５５、計装プローブを含むダクトを通る空気の動きに関連する圧力損失をモデル化したＤ＿Ｉ＿ＮＯＺ＿ＰＲＩモジュール６６０、１次ノズルダクトをモデル化したＤ＿ＴＥＣ＿ＮＯＺモジュール６６５、１次ノズルダクトに関連する圧力損失をモデル化したＤ＿ＮＯＺ＿ＰＲＩモジュール６７０、およびＮＯＺ＿ＰＲＩモジュール６７５、１次ノズル。さらに２次流モジュール５２０は、装置１３０の対応する要素に基づいて以下を含んでもよいが、それらに限定されない：ファンの外径圧縮機をモデル化したＣＭＰ＿Ｆ＿ＳＥＣモジュール７０５の実施例、ファンの出口ガイドベーンダクトをモデル化したＤ＿ＥＧＶ＿ＦＯモジュール７１０、低圧縮機および高圧縮機の間の出口ダクトをモデル化したＤ＿ＢＬＤ＿ＳＥＣモジュール７１５、Ｂ２５抽気の下流のダクトをモデル化したＤ＿ＡＶＥ＿１４０モジュール７２０、装置１３０のバイパスダクト抽気をモデル化したＤ＿ＢＬＤ＿ＮＯＺ＿ＳＥＣモジュール７２５、２次ノズルダクトをモデル化したＤ＿Ｉ＿ＮＯＺ＿ＳＥＣモジュール７３０、および２次ノズルをモデル化したＮＯＺ＿ＳＥＣモジュール７３５。さらに特定の流れに関連しないモジュールもいくつかあり、モジュール５３０は装置１３０の条件に基づいて以下を含むがそれらに限定されない：装置１３０のエネルギーおよび／または効率損失の影響をモデル化したＰＯＷＥＲ＿ＥＸＴＲＡＣＴモジュール８０５、装置１３０のファンのギアボックスの動力損失の説明をモデル化したＦＡＮ＿ＩＤ＿ＰＯＷＥＲモジュール８１０、および装置１３０内のトルクの不安定なバランスに関するエネルギー保存の説明をモデル化したＴＯＲＱＵＥ＿ＢＡＬＡＮＣＥモジュール８１５、およびＯＬＭ４１０内で検知されるエラーを解決するＣＡＬＣ＿ＥＲＲ＿ＳＬＶＲモジュール８２０。さらに装置１３０に関連するあらゆる追加的な物理的性質をモデル化したあらゆる追加的なモジュールおよび／またはモジュール群はオープンループモデル４１０の一部として含まれてもよい。

実施例の図５のモジュールは、１つまたは複数の物理学ベースの設定可能なユーティリティーを用いて設計されてもよい。設定可能なユーティリティーは、ＥＰＯＳ構造内のサブシステムのライブラリーに含まれてもよい。オープンループモジュール４４０は、前もってプログラムされた命令および／またはユーザー入力に基づいて、物理学ベースの設定可能なユーティリティーのサブシステムから上述のモジュールをコンパイルしてもよい。

データがオープンループモデル４１０の様々なモジュールを通して処理されると、ベクトルデータパッケージャ５４０は１次流モジュール５１０の群、２次流モジュール５２０の群、および追加的モジュール５３０から入力データを受信する。モデル状態および入力に基づく合成パラメータのベクトルＹ（ｋ）に加え、オープンループモデルもソルバ状態ベクトル（Ｘ_S）に関連するソルバエラーベクトル（ＥｒｒＳｌｖｒ）を出力してもよい。オープンループモデル４１０もまた物理状態導関数ベクトル（Ｘ_PDot）を収集し出力してもよい。受信データはベクトルデータパッケージャ５４０によりベクトルＹ（ｋ）、ＥｒｒＳｌｖｒ、およびＸ_PDotの形でパッケージされてもよい。さらにベクトルデータパッケージャはベクトルデータをより少ないベクトルおよび／また追加的なベクトルにパッケージしてもよい。

オープンループモデル４１０の前記モジュールを含むよう用いられる特定のユーティリティーは、ガスを用いた性質をモデル化してもよく、例えば温度および燃料／空気比の関数として比熱、エンタルピーおよび燃料／空気比の関数として相対圧力、温度および燃料／空気比の関数としてエンタルピー、温度および燃料／空気比の関数として比熱比、温度および燃料／空気比の関数として相対圧力、温度および燃料／空気比の関数として相対圧力、エンタルピーおよび燃料／空気比の関数として温度、および／または温度および燃料／空気比の関数として気体定数および比熱比を表してもよい。他の実施例のユーティリティーは、ガスの全温度の関数として熱伝導率、ガスの全温度の関数として絶対粘度、比熱および気体定数の関数として臨界流パラメータ、材料の温度および／またはタイプの関数として熱膨張係数、材料の温度および／またはタイプの関数として材料の比熱、および／または材料の温度およびタイプの関数として材料の熱伝導率をモデル化してもよい。さらに、その他ガスに関連する関数をモデル化したその他ユーティリティーも提示される。さらにまたは別の手法として、装置１３０に関連するその他のあらゆる性質をモデル化するその他のあらゆるユーティリティーが含まれてもよい。

さらにオープンループモデル４１０を含むモジュールは、１つまたは複数の設定可能なユーティリティーを含んでもよい。設定可能なユーティリティーはエンジン構成要素の複雑な表現であってもよい。例えば設定可能なユーティリティーは、圧縮機またはタービンなどの主要なエンジン構成要素における特定の物理的影響を表現してもよい。設計可能なユーティリティーの各インスタンスは、設定可能なモデルのインターフェイスが変更されないままであったとしても、それがモデル化する物理過程のいくつかの表現のうちの１つとして選択されてもよい。設定可能なユーティリティーは、潜在する設定可能なサブシステムの切り替えにより特定の構成要素を表現して自身を再構成してもよい。このような設定可能なユーティリティーの使用はオープンループモデル４３０のソフトウェア応用の持続性に貢献する。

例示的な実施例において設定可能なユーティリティーは装置１３０の圧縮機におけるレイノルズ効果をモデル化するよう設計されてもよく、圧縮機の特定の構成要素（例えば、高スプール圧縮機、低スプール圧縮機等）を表現するよう自身を再構成してもよい。この実施例の設定可能な圧縮機のレイノルズ効果ユーティリティーは、サイクル合成モジュールの形成に用いられてもよく、また、低スプール圧縮機（例えば、図５のＣＭＰ＿Ｌモジュール６０５）、高スプール圧縮機（例えば、図５のＣＭＰ＿Ｈモジュール６２０）、および／または圧縮機のシミュレーションに関連するその他のあらゆるモジュールをシミュレートするモジュールにおいて用いられてもよい。同様に、オープンループモデル４１０の特定のモジュールは、装置１３０のタービンにおけるレイノルズ効果をモデル化するために設定可能なユーティリティーを用いてもよく、また、圧縮機の特定の構成要素を表現するために自身を再構成してもよい。

実施例のＯＬＭ４１０において特定のユーティリティーは装置１３０の圧縮機の物理過程をモデル化してもよく、そのような物理過程をサブユーティリティーとして表現してもよい。実施例の圧縮機のユーティリティーのサブユーティリティーには、装置１３０の基礎物理に関連する基礎物理のユーティリティー（例えば、等エントロピー圧縮、熱力学の法則、理想気体の性質等）、構成要素の空力熱マップエバリュエーション、ガス−材料の熱伝達特性、構成要素の抽気モデル、断熱的定常状態からのトルク構成要素および／またはマップおよびサイクル条件の間のスケーリングの効果（設計、ガス特性、レイノルズ効果、クリアランス、解撚効果等）が含まれてもよいが、それらに限定されない。このような圧縮機ユーティリティーの出力には構成要素の出口ガス流条件、抽気の流れ、回旋角、全構成要素の入口ガス流、抽出トルクおよび材料温度の導関数が含まれてもよいが、それらに限定されない。圧縮機のユーティリティーは、圧縮機に関連するモジュールのようなもの、例えばＣＭＰ＿Ｌモジュール６０５および／またはＣＭＰ＿Ｈモジュール６２０を形成するためその他のユーティリティー操作上の関連を有してもよい（例えば、選択可能なスケジューリングパラメータを有するオフボード補正ルックアップテーブル、オンボードを可能にするセレクタ、および／または構成要素のオフボード補正等）。

ＯＬＭモデルユーティリティーの別の実施例は、タービンユーティリティーである。実施例のタービンユーティリティーのサブユーティリティーは、装置１３０の基礎物理に関連する基礎物理のユーティリティー（例えば、等エントロピー膨張、熱力学の法則、理想気体の性質等）、構成要素の空力熱マップエバリュエーション、ガス−材料の熱伝達特性、入口ガイドベーンのモデル、連結タービン冷房抽気のモデル、ローターの入口温度計算、タービンクリアランス効果、および／またはマップおよびサイクル条件の間のスケーリングの効果（設計、ガス特性、レイノルズ効果、クリアランス、解撚効果等）が含まれてもよいが、それらに限定されない。このような実施例のタービンユーティリティーの出力には構成要素の出口ガス条件、ローター入口温度、タービンへの流れ、生成トルク、材料温度の導関数、現在の条件での定常状態の材料温度、材料温度の時定数、熱膨張からの装置の径、および／またクリアランスの数値が含まれてもよいが、それらに限定されない。タービンユーティリティーは圧縮機に関連するモジュールのようなもの、例えばＴＲＢ＿Ｈモジュール６４０および／またはＴＲＢ＿Ｌモジュール６４５を形成するためその他ユーティリティー操作上の関連を有してもよい（例えば、選択可能なスケジューリングパラメータを有するオフボード補正ルックアップテーブル、オンボードを可能にするセレクタ、および／または構成要素のオフボード補正等）。

いくつかの実施例において装置１１０のタービンまたはその他あらゆるローターに基づく要素をモデル化するユーティリティーは、例えば装置１３０のタービン内のパラメータまたは条件の変化によるチップクリアランスの変動を説明してもよい。チップクリアランスの計算はＴＲＢ＿Ｈモジュール６４０ および／またはチップクリアランスの変動の影響を受け得る装置１３０の態様をモデル化する、その他のあらゆるモジュール内で行われてもよい。

タービンチップクリアランスはタービンローターの回転部の端とそれぞれのターボ機械の外部ケースの間の距離である。材料は温度変化、回転速度の変化、ガス経路圧力、機械的成長などにより膨張および収縮するため、チップクリアランスに変動が生じる。チップクリアランスの距離の変動に基づき、エンジンの動的性能（またはエンジンの推定）は影響を受ける。クリアランスが増加または収縮するとタービン内の流れおよび圧力に変化が生じる。動的チップクリアランスの数値は例えば、ＴＲＢ＿Ｈモジュール６４０および／またはその他あらゆるサイクル合成モジュールによりモデル化されてもよい。

図４に戻る。感知合成モジュール４３０は、Ｙにパッケージされ、センサーの環境やセンサー本体の熱慣性における領域／場所の影響により対応する平均ガス経路エンジンステーション推定とは違いが生じる制御センサー測定をモデル化してもよい。Ｙおよび導関数物理状態ベクトル（Ｘ_PDot）の入力を受信すると、感知合成モジュール４３０は、ＣＡＭモジュール２３０内で欠陥またはエラーを検知する別の方法として作用してもよい。

Ｙ（ｋ）、Ｙ_C（ｋ）、Ｘ_PDot（ｋ）、および／またはＥｒｒＳｌｖｒ（ｋ）の入力を受信すると、推定状態モジュール４４０は前記入力を用いて、ＣＡＭ状態ベクトルＸ（ｋ）の次のパス数値を決定してもよい。推定状態モジュール４４０はソルバ状態エラーベクトルを拡大縮小し、補正し、ソルバゲインスケジューリングパラメータを選択し、ソルバ状態ゲインを計算し、スケールを計算し、補正状態エラーベクトルを補正し、状態導関数を積分し、状態積分範囲制限を適用し、初期化の最中に状態積分をリセットし、飽和した状態積算器を検知し、かつ／あるいは不合理に大きな合成値により示される内部エラーを検知してもよい。

推定状態モジュール４４０はエフェクターベクトル（Ｕ_E）、合成パラメータベクトル（Ｙ）、オンボード補正状態ベクトル（Ｘ_C）、物理状態ベクトル（Ｘ_P）、ソルバ状態ベクトル（Ｘ_S）、ソルバエラーベクトル（ｅｒｒＳｌｖｅｒ）、および物理状態導関数ベクトル（Ｘ_PDot）の入力を、受信してもよい。推定状態モジュール４４０は、更新された状態のオンボード補正状態ベクトル(Ｘ_{C_ESM})、物理状態ベクトル(Ｘ_{P_ESM})およびソルバ状態ベクトル(Ｘ_{S_ESM})を出力する。これらのベクトルは、オープンループモデル４１０の現在の反復から分析された状態ベクトルである。

推定状態モジュール４４０の出力は、図６で記すように、ＣＡＭ出力オブジェクト２４０によって受信される。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０はベクトルアンパッカ９１０、温度バリュエータ９２０、圧力バリュエータ９３０、フローバリュエータ９４０、センサー温度バリュエータ９５０、他の出力シンセサイザー９６０および状態表示器９７０を含んでもよいがそれらに限定されない。ベクトルアンパッカ９１０は合成パラメータベクトル（Ｙ）の入力を受信してもよい。ベクトルアンパッカ９１０は解凍したＹベクトルを出力調整モジュールの他の要素に出力してもよい。状態表示器９７０は操作モードベクトル（ＯｐＭｏｄｅ）の入力を受信してもよい。さらに出力調整モジュール２４０は上述の要素を含むことに限定されず、要素を省略しかつ／あるいは他の要素を含めてもよい。

温度バリュエータ９２０は合成パラメータベクトル（Ｙ）の温度に関連する数値を処理してもよい。これには単位変換の実行、試験加算器の実装、装置１３０の関数を開始する間の温度数値間の非線形補間の実行、および／または、必要な場合のバックアップとしてのデフォルトテーブルからの温度の取得が含まれてもよい。温度バリュエータ９２０は上述の機能のみには限定されず、リストされた機能を省力し、かつ／あるいは合成パラメータベクトル（Ｙ）の温度データ処理に関連する追加的な機能を追加してもよい。

圧力バリュエータ９３０は、合成パラメータベクトル（Ｙ）の圧力に関連する数値を処理してもよい。これには単位変換の実行、試験加算器の実装、装置１３０の関数を開始する間の圧力数値間の非線形補間の実行、および／または、必要な場合のバックアップとしてのデフォルトテーブルからの圧力の取得が含まれてもよい。圧力バリュエータ９３０は上述の方法の機能のみには限定されず、リストされた機能を省力し、かつ／あるいは合成パラメータベクトル（Ｙ）の圧力データ処理に関連する追加的な機能を追加してもよい。

フローバリュエータ９４０は、合成パラメータベクトル（Ｙ）の燃料の流れに関連する数値を処理してもよい。これには単位変換の実行、試験加算器の実装、装置１３０の関数を開始する間の燃料の流れの数値間の非線形補間の実行、および／または、必要な場合のバックアップとしてのデフォルトテーブルからの燃料の流れの取得が含まれてもよい。フローバリュエータ９４０は上述の方法の機能のみには限定されず、リストされた機能を省力し、かつ／あるいは合成パラメータベクトル（Ｙ）の燃料の流れのデータ処理に関連する追加的な機能を追加してもよい。

センサー温度バリュエータ９５０は合成パラメータベクトル（Ｙ）のセンサー温度に関連する数値を処理してもよい。これには単位変換の実行、試験加算器の実装、装置１３０の関数を開始する間の温度の数値間の非線形補間の実行、および／または、必要な場合のバックアップとしてのデフォルトテーブルからのセンサー温度の取得が含まれてもよい。センサー温度バリュエータ９５０は上述の方法の機能のみには限定されず、リストされた機能を省力し、かつ／あるいは合成パラメータベクトル（Ｙ）のセンサー温度のデータ処理に関連する追加的な機能を追加してもよい。

他の出力シンセサイザー９６０は合成パラメータベクトル（Ｙ）の、温度バリュエータ９２０、圧力バリュエータ９３０、フローバリュエータ９４０、センサーおよび／または温度バリュエータ９５０によって処理されない他の出力データを処理してもよい。これには単位変換の実行、試験加算器の実装、装置１３０の関数を開始する間の温度の数値間の非線形補間の実行、および／または、必要な場合のバックアップとしてのデフォルトテーブルからの他の出力数値の取得が含まれてもよい。フローバリュエータ９４０は上述の方法の機能のみには限定されず、リストされた機能を省力し、かつ／あるいは合成パラメータベクトル（Ｙ）の他の出力データ処理に関連する追加的な機能を追加してもよい。

状態表示器９７０は、操作モードベクトル（ＯｐＭｏｄｅ）からの入力を受信してもよい。状態表示器９７０はこの入力を用いて下流のあらゆる論理装置で使用するためにＣＡＭモジュール２３０の操作状態を状態表示してもよい。

制御システム１００は、装置１３０のローター要素のチップクリアランスを監視および／または制御するために実装されてもよい。ターボ機械のチップクリアランスは構成要素の流れおよび容量効率に貢献する。例えば装置１３０のタービン内のチップクリアランスを最小化すると、サイクルのステージごとの圧力比を高め、装置１３０のストールマージンを改善し、かつ／あるいはタービンローターのブレードの周囲の逆流量を制限することが可能になる。チップクリアランスを最小化すると、各タービンステージが流れにおいて利用可能なエネルギーをより補足することができ、それによりスラスト当たり燃料消費率が直接改善される。さらに制御システムによりチップクリアランスを把握することが、装置１３０のサイクルのパフォーマンスや操作性を最適化したままブレードとケースの摩擦を防止する上で重要となりうる。

装置１３０内の材料の膨張および収縮は、ＣＡＭを用いたＥＰＯＳ１１０を使用し、ＯＬＭ４１０内でモデル化することができる。ＯＬＭ４１０は、装置１３０のローターを用いた構成要素のローターおよびローターケースの材料に関連する温度および温度の数値における変化を推定してもよい。ローターおよびローターケース構成要素の温度および温度の変化率は、ローターおよびローターケース構成要素の膨張および収縮を推定するために用いられてもよい。ローターおよびケースの膨張／収縮の性質は、ローターおよび／またはケースの元の質量／密度への熱作用に基づいて計算されてもよい。したがって、ローターおよびローターケースの膨張／収縮の数値が把握されると、装置１３０のローター要素内のそれらのチップクリアランスは、チップクリアランスの距離（ＣＬＲ）および チップクリアランスの変化率（ＣＬＲ_SS）として推定することができる。チップクリアランスに関連する他のパラメータは、ＣＬＲおよび／またはＣＬＲ_SSの計算において用いられてもよい。さらにまたは別の手法として、ＯＬＭ４１０は回転速度、ガス経路圧力、また、関連する熱および／または機械的成長を監視することで、径方向膨張を監視してもよい。

ここで図７に移ると、装置１３０のローターを用いた要素におけるチップクリアランスの制御および決定を行う制御構成１６０が示されている。上記で詳細に記されているように、ＣＡＭを用いたＥＰＯＳ１１０はハードウェア制御構成要素１２０を介し、装置１３０からエフェクターの位置および境界条件（Ｕ_fb）を受信する。ＥＰＯＳ１１０はさらに１つまたは複数のセンサーおよび／または他のハードウェア入力を介し、装置１３０からエンジン／サイクル測定（Ｙ_m）を受信してもよい。ＥＰＯＳ１１０は入力を用い、制御のためにモデル出力を生成する。

特にＥＰＯＳ１１０はモデル出力を用いて、装置１３０の与えられたローターを用いた任意の要素のチップクリアランス（ＣＬＲ）およびチップクリアランスの変化率（ＣＬＲ_SS）の数値を決定してもよい。ローターを用いた要素は例えば、ターボ機械に関連し、ローターおよびケースを有するタービンであってもよい。ソフトウェア制御要素１５０はまた、チップクリアランスの目標値（ＣＬＲ_goal）およびチップクリアランスの変化率の目標値（ＣＬＲ_SSgoal）を決定してもよい。目標値はＥＰＯＳ１１０により生成されてもよく、かつ／あるいは、オペレータインターフェイス１４０から生成された入力を用いて決定されてもよい。

ＣＬＲ、ＣＬＲ_SS、ＣＬＲ_goal、およびＣＬＲ_SSgoalの生成値は、制御ハードウェアへの出力のための、高度な多変数制御（ＡＭＶＣ）命令１６５の決定に用いられてもよい。ＡＭＶＣ１６５は制御法則１１１により実行されてもよい。いくつかの実施例において、制御エラー（ｅｒｒＣｔｒｌ）処理はＡＭＶＣ１６５の入力に応用されてもよい。ＡＭＶＣ命令１６５はアクチュエータ１２４のようなハードウェア制御要素１５０によって、装置１５０の制御要求（Ｕｆｂ）を生成するために用いられる。制御要求は図８のフローチャート９８０に記されるように、制御構成１６０を使用してチップクリアランスを制御および監視するために用いられてもよい。

ＥＰＯＳ１１０のモデル出力はブロック９８２において、装置１３０の回転構成要素のローターおよびローターケースの材料の推定温度および／または材料の推定温度変化率（いずれの数値もＸ_fベクトル内に含まれる）を生成してもよい。ローターおよびローターケースの径方向成長は、膨張および／または収縮を推定するために温度の数値に基づき、熱力学の法則を用いて決定されてもよい（ブロック９８４）。ローターとローターケースの間のチップクリアランスは、径方向成長の数値を用いて決定されてもよい（ブロック９８６）。チップクリアランスの計算の際に追加のパラメータが用いられてもよい。

チップクリアランスの数値は、オープンループモデル４１０の計算の間に決定されてもよく、回転要素に関する特定のサイクル合成モジュールが数値を生成してもよい。サイクル合成モジュールは、それぞれのサイクル合成モジュールによりモデル化された回転要素の材料の温度および／または温度変化率を決定する一連のユーティリティーからユーティティー（熱力学の法則のユーティリティー等）を展開してもよい。

ブロック９８８へと続くと、制御法則がチップクリアランス信号を受信してもよくチップクリアランス信号はＣＬＲの数値を含んでもよい。制御法則１１１はチップクリアランス信号を使用して、チップクリアランス信号に基づく特定の要素におけるガスタービンエンジンのガス経路に沿った流れの制御を決定してもよい。例えば制御法則１１１はアクチュエータ１２４を導いてローターケース上の冷却材の流れを調整し、ローターとローターケースの間の所望のチップクリアランスを維持してもよい。制御法則１１１による制御出力の決定は、チップクリアランスの目標値に基づいてもよい。さらに、または別の手法として制御出力は、他の事前のプログラミングおよび／またはユーザー入力に基づいてもよい。

図１のＥＰＯＳ１１０の実装の実施例の方法が図２〜図６に示されているが、図２〜図６に示される１つまたは複数の要素、処理、および／または装置は、その他の方法で組み合わせ、分離し、再配置し、省力し、取り除き、かつ／あるいは実装されてもよい。さらに図１〜図７の実施例要素は、１つまたは複数の回路、プログラム可能なプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能な論理装置（ＰＬＤ）および／または現場プログラム可能な論理装置（ＦＰＬＤ）等により実装されてもよい。本特許の装置またはシステムに関するあらゆる請求項はあくまでソフトウェアおよび／またはファームウェアの実装を対象とし、少なくとも１つの実施例の要素は、メモリ、ＤＶＤ、ＣＤ、ブルーレイ等のソフトウェアおよび／またはファームウェアを格納し、コンピュータで読み取り可能な有形表現媒体を含むように本明細書内において明示的に定義される。またさらに、本明細書内で記された例示的な実施例は１つまたは複数の要素、処理、および／または装置を、図１〜図７にて記されたそれらの追加として、またはそれらの代わりとして含んでもよく、かつ／あるいは示された要素、処理および装置のすべてまたはいずれかを２つ以上含んでもよい。

実施例の機械で読み取り可能な命令を表すフローチャートが図９、図１０に示されている。これらの実施例において、機械で読み取り可能な命令は、図１１に関連し以下で説明される実施例のコンピュータ１２００に示されるプロセッサ１２１０等のプロセッサ等のプロセッサにより実行するためのプログラムを備える。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、ハードドライブ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスクまたはプロセッサ１２１０に関連するメモリ等のコンピュータで読み取り可能な有形表現媒体上に格納されるソフトウェア内で行われてもよいが、プログラム全体および／またはその一部は、プロセッサ１２１０以外の装置により代替的に実行されてもよいし、かつ／あるいはファームウェアまたは専用ハードウェア内で行われてもよい。さらに図９、図１０に示されるフローチャートを参照して実施例のプログラムが説明されているが、その他多くの本発明の実施例の実行方法が代替的に用いられてもよい。例えば、ブロックの実行の順番は変更されてもよく、かつ／あるいは記されたブロックのいくつかは変更し、取り除き、または組み合わせてもよい。

図９を参照して、実施例の機械で読み取り可能な命令１０００は図１および／または図２のＥＰＯＳ１１０を実装するために実行されてもよい。図１および／または２を参照し、実施例の機械で読み取り可能な命令１０００は入力ベクトルのブロック１０１０で実行を開始し、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０により受信され、用いられてシミュレーションの操作モード（ＯｐＭｏｄｅ）を決定し、また、ＣＡＭ入力ベクトルＵ_EおよびＹ_Ctをコンパイルする（ブロック１０１５）。ＣＡＭ入力ベクトルはその後ＣＡＭオブジェクト２３０により用いられて、ＣＡＭモジュール２３０の内部物理状態モジュールおよび外部入力Ｕ_E，Ｙ_CtおよびＯｐＭｏｄｅに基づいて合成パラメータのベクトルＹを決定する（ブロック１０２０）。合成パラメータのベクトルＹはＣＡＭ出力オブジェクト２４０によって調整され、例えば、図１の制御法則１２３等の外部モジュールにより用いられる（ブロック１０２５）。

図１０の実施例の機械で読み取り可能な命令１１００は、図２および／または図４のＣＡＭオブジェクト２３０を実装するために実行されてもよい。図２および／または図４を参照し、状態設定モジュールは、Ｘ_{E_ESM}（ｋ−１）、Ｘ_{C_ESM}（ｋ−１）、およびＸ_{P_ESM}（ｋ−１）の形式で推定状態モジュール４４０により生成されたベクトルＵ_E、Ｙ_C（ｋ）、ＯｐＭｏｄｅおよび前の物理状態ベクトルに基づいてＣＡＭオブジェクト２３０からの入力を受信し、また、ＣＡＭオブジェクト２３０の状態を設定する（ブロック１１１０）。オープンループモデル４１０は、１つまたは複数の含まれるサイクル合成モジュールを用いて、Ｕ_E，Ｙｃ（ｋ）、Ｘ_C（ｋ−１）、Ｘ_S（ｋ−１）およびＸ_P（ｋ−１）に含まれるデータの処理を行うことで、合成パラメータのベクトルＹ（ｋ）を決定する。１つまたは複数の含まれるサイクル合成モジュールは、装置１３０のサイクルの要素に関連する物理状態の数学的抽象化である（ブロック１１１５）。感知合成モジュール４３０は合成パラメータのベクトルＹ（ｋ）を受信し、かつベクトル内の潜在的なエラーを検知する（ブロック１１２０）。推定状態モジュール４４０は、現在の状態（ｋ）に対して、物理状態ベクトルＸ_{S_ESM}（ｋ）、Ｘ_{C_ESM}（ｋ） および Ｘ_{P_ESM}（ｋ）を決定する（ブロック１１２５）。推定状態モジュール４４０は、次の順次状態を処理するベクトルＸ_{S_ESM}（ｋ）、Ｘ_{C_ESM}（ｋ）および Ｘ_{P_ESM}（ｋ）を状態設定モジュール４２０に出力する（ブロック１１３０）。推定状態モジュール４４０は、ＣＡＭモジュール２３０の外部使用においてベクトルＹ（ｋ）を出力する（ブロック１１３５）。

図１１は、図１≡７の装置の実装のために図８〜図９の命令を実行することができる実施例のコンピュータ１２００のブロック図である。コンピュータ１２００は例えば、サーバやパーソナルコンピュータまたは他のいかなるタイプの計算装置であってもよい。

簡単な実施例のシステム１２００にはプロセッサ１２１０が含まれる。例えばプロセッサ１２１０は、いかなる所望のファミリーまたは製造者からの１つまたは複数のマイクロプロセッサまたはコントローラーにより実装されることができる。

プロセッサ１２１０にはローカルメモリ１２１５が含まれ、バス１２４０を通じて読み取り専用メモリ１２３０およびランダムアクセスメモリ１２２０を含むメインメモリと連絡する。ランダムアクセスメモリ１２２０は、同期式ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ＲＡＭＢＵＳダイナミックランダムアクセスメモリ（ＲＤＲＭ）および／またはその他の任意のタイプのランダムアクセス装置により、実装されてもよい。読み取り専用メモリ１２３０はハードドライブ、フラッシュメモリおよび／またはその他所望のタイプのメモリ装置により実装されてもよい。

コンピュータ１２００はまたインターフェイス回路１２５０も含む。インターフェイス回路１２３０は、イーサネットインターフェイス、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）および／またはＰＣＩ ＥＸＰＲＥＳＳのインターフェイスなどのあらゆる種類のインターフェイスの規格により実装されてもよい。

１つまたは複数の入力装置１２５４はインターフェイス回路１２５０に接続される。入力装置１２５４によりユーザーはデータを入力しプロセッサ１２１０へのコマンドを行うことができる。入力装置は例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、トラックパッド、トラックボール、アイソポイントおよび／または音声認識システムにより実装されてもよい。インターフェイス１２５０は、図１のオペレータインターフェイス１１５に関連し、それと並行し、またはそれの代わりに作動してもよい。

１つまたは複数の出力装置１２５８もまた、インターフェイス回路１２５０に接続される。出力装置１２５８は例えば、関連データのためのディスプレイ装置（例えば、液晶ディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ（ＣＲＴ）等）、および／または、航空用および発電用ガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（暖房、換気、空調および冷凍）、燃料電池、およびその他より一般化された炭化水素の抽出を目的とする流体処理システム、材料加工および製造等の流体を用いたエンジニアリングシステムとの操作上の関連性を有するアクチュエータにより実装することができる。

上記から、本明細書において開示される技術が、流体を用いたエンジニアリングシステムの制御のためのシステムおよび方法等が、様々な設定で産業上の利用可能性を有することが明らかであるが、これらに限定されない。実施例の流体を用いたエンジニアリングシステムは、航空用および発電用のガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（暖房、換気、空調および冷凍）、燃料電池、およびその他より一般化された炭化水素の抽出を目的とする流体処理システム、材料加工および製造を含んでもよい。流体を用いたエンジニアリングシステムのコンパクトな空力熱モデルは本開示の教示を用いて、システムの制御装置および／またはオンボードプロセッサにおける計算量を減少させるよう設計されてもよい。このようなモデルの効率性は、一連のユーティリティーを通じて改善されてもよく、ユーティリティーはエンジニアリングシステムの構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づく。先行技術を超える改善により、計算の効率性を維持し、流体を用いたエンジニアリングシステムの制御システムの正確性を改善することができる。

本開示は航空機のガスタービンエンジンに関連するが、本明細書内の教示は上記と同様にその他の応用にも用いることが可能であることが当業者により理解されるであろう。したがって本発明の範囲は、本明細書内で発明を実行する上での最良の形態として提示される実施例のみに限定されず、本発明は同様に請求項の精神および範囲に収まる同等なものをすべて含むことを意図している。

Claims (20)

1. 制御システム（１００）であって、
   ローターおよびローターケースを含む回転装置を備えた制御装置（１３０）の位置決定を行うアクチュエータ（１２４）であって、モデル状態を制御するために制御装置（１３０）の位置決定を行うアクチュエータ（１２４）と、
   モデル出力の関数としてアクチュエータ（１２４）を導く制御法則（１１１）と、
   モデル出力を生成するモデルプロセッサ（１１０）と、
   を備え、モデルプロセッサ（１１０）は、
   モデル入力を処理し、モデル操作モードを設定する入力オブジェクト（２２０）と、
   モデル操作モードに基づいて、オープンループモデル（４１０）に入力されるモデルプロセッサの動的状態を設定する状態設定モジュール（４２０）であって、オープンループモデル（４１０）が動的状態およびモデル入力の関数として現状のモデルを生成し、現状のモデルへの制約が一連のサイクル合成モジュールに基づき、一連のサイクル合成モジュールの各部が制御装置のサイクルの構成要素をモデル化しかつ一連のユーティリティーを備え、一連のユーティリティーが構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づき、一連のサイクル合成モジュールがローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定する回転装置モジュールを含む、状態設定モジュール（４２０）と、
   オープンループモデル（４１０）の前の状態のモデル出力および現状のモデルに基づいてモデルの推定状態を決定する推定状態モジュール（４４０）と、
   モデル出力を決定するためにモデルの推定状態を処理する出力オブジェクト（２４０）と、
   を備えることを特徴とする、制御システム（１００）。
2. 回転装置モジュールがローターの温度および温度変化率の数値ならびにローターケースの温度および温度変化率の数値を推定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム（１００）。
3. 回転装置モジュールが、ローターの温度および温度変化率の数値に基づいてローターの径方向成長を推定し、ローターケースの温度および温度変化率の数値に基づいてローターケースの径方向成長を推定することを特徴とする請求項２に記載の制御システム（１００）。
4. 回転装置モジュールがローターの推定径方向成長およびローターケースの推定径方向成長に基づいて、ローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定することを特徴とする請求項３に記載の制御システム（１００）。
5. 制御法則（１１１）がチップクリアランスに基づいて回転装置のガス経路内の流れを制御するためにアクチュエータ（１２４）を導くことを特徴とする請求項１に記載の制御システム（１００）。
6. 制御法則（１１１）が、ローターとローターケースの間の所望のチップクリアランスを維持するようにローターケース上の冷却材の流れを調整するためにアクチュエータ（１２４）を導くことを特徴とする請求項５に記載の制御システム（１００）。
7. 回転装置が圧縮機要素またはタービン要素の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御システム（１００）。
8. 推定チップクリアランスが１つまたは複数の材料の温度推定、回転速度計算、ガス経路の圧力推定、および機械成長の推定に基づくことを特徴とする請求項１に記載の制御システム（１００）。
9. 制御装置がガスタービンエンジンであることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
10. ローターおよびローターケースを含む回転装置を備えた制御装置（１３０）の制御方法であって、
    モデルプロセッサ（１１０）を用いてモデル出力を生成する、
    ことを含み、モデルプロセッサ（１１０）は、
    モデル入力を処理し、モデル操作モードを設定する入力オブジェクト（２２０）と、
    モデル操作モードに基づいて、オープンループモデル（４１０）に入力されるモデルプロセッサ（１１０）の動的状態を設定する状態設定モジュール（４２０）であって、オープンループモデル（４１０）が動的状態およびモデル入力の関数として現状のモデルを生成し、現状のモデルへの制約が一連のサイクル合成モジュールに基づき、一連のサイクル合成モジュールの各部が制御装置（１３０）のサイクルの構成要素をモデル化しかつ一連のユーティリティーを備え、一連のユーティリティーが構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づき、一連のサイクル合成モジュールがローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定する回転装置モジュールを含む、状態設定モジュール（４２０）と、
    オープンループモデル（４１０）の前の状態のモデル出力および現状のモデルに基づいてモデルの推定状態を決定する推定状態モジュール（４４０）と、
    モデル出力を決定するためにモデルの推定状態を処理する出力オブジェクト（２４０）と、
    を備え、方法はさらに、
    制御法則（１１１）を用いてモデル出力の関数として制御装置（１３０）に関連するアクチュエータ（１２４）を導き、
    モデル状態を制御するために制御面の位置決定を行うアクチュエータ（１２４）を用いて制御面を備える制御装置（１３０）の位置決定を行う、
    ことを含むことを特徴とする、ローターおよびローターケースを含む回転装置を備えた制御装置（１３０）の制御方法。
11. 回転装置モジュールがローターの温度および温度変化率の数値ならびにローターケースの温度および温度変化率の数値を推定することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 回転装置モジュールが、ローターの温度および温度変化率の数値に基づいてローターの径方向成長を推定し、ローターケースの温度および温度変化率の数値に基づいてローターケースの径方向成長を推定することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 回転装置モジュールがローターの径方向成長およびローターケースの径方向成長に基づいてローターとローターケースの間のチップクリアランスを推定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 制御装置（１３０）がガスタービンエンジンであり、１つまたは複数のサイクル合成モジュールがガスタービンエンジンの熱力学的サイクルの構成要素に関連する１つまたは複数の物理過程の数学的抽象化に基づくことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
15. 推定チップクリアランスに基づいてローターとローターケースの間の所望のチップクリアランスを維持するようにローターケース上の冷却材の流れを調整するために制御法則（１１１）を用いてアクチュエータ（１２４）を導くことをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
16. ガスタービンエンジン（１３０）であって、
    ファンと、
    ファンの下流にある圧縮機区画と、
    圧縮機区画の下流にある燃焼器区画と、
    燃焼器区画の下流にあり、タービンローターとタービンケースを有するタービン区画と、
    制御面を備えるガスタービンエンジン（１３０）の位置決定を行うアクチュエータ（１２４）であって、モデル状態を制御するためにガスタービンエンジン（１３０）の要素の制御面の位置決定を行う、アクチュエータ（１２４）と、
    モデル出力の関数としてアクチュエータ（１２４）を導く制御法則（１１１）と、
    モデル出力を生成するモデルプロセッサ（１１０）と、
    を備え、モデルプロセッサ（１１０）は、
    モデル入力を処理し、モデル操作モードを設定する入力オブジェクト（２２０）と、
    モデル操作モードに基づいて、オープンループモデルに入力されるモデルプロセッサの動的状態を設定する状態設定モジュール（４２０）であって、オープンループモデル（４１０）が動的状態およびモデル入力の関数として現状のモデルを生成し、現状のモデルへの制約が一連のサイクル合成モジュールに基づき、一連のサイクル合成モジュールの各部がガスタービンエンジン（１３０）のサイクルの構成要素をモデル化しかつ一連のユーティリティーを備え、一連のユーティリティーが構成要素に関連する物理的性質の数学的抽象化に基づき、一連のサイクル合成モジュールがタービンローターとタービンケースの間のチップクリアランスを推定するタービンモジュールを含む、状態設定モジュール（４２０）と、
    オープンループモデル（４１０）の前の状態のモデル出力および現状のモデルに基づいてモデルの推定状態を決定する推定状態モジュール（４４０）と、
    モデル出力を決定するためにモデルの推定状態を処理する出力オブジェクト（２４０）と、
    を備えることを特徴とする、ガスタービンエンジン（１３０）。
17. タービンモジュールがタービンローターの温度および温度変化率の数値ならびにタービンケースの温度および温度変化率の数値を推定することを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンエンジン（１３０）。
18. タービンモジュールが、タービンローターの温度および温度変化率の数値に基づいてタービンローターの径方向成長を推定し、タービンケースの温度および温度変化率の数値に基づいてタービンケースの径方向成長を推定することを特徴とする請求項１７に記載のガスタービンエンジン（１３０）。
19. タービンモジュールが、ローターの推定質量およびローターケースの推定質量に基づいてタービンローターとタービンケースの間のチップクリアランスを推定することを特徴とする請求項１８に記載のガスタービンエンジン（１３０）。
20. 制御法則（１１１）が、タービンローターとタービンケースの間の所望のチップクリアランスを維持するようにタービンケース上の冷却材の流れを調整するためにアクチュエータ（１２４）を導くことを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンエンジン（１３０）。

Images