JP6236979B2 - ガスタービンエンジン最適制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジン最適制御装置に関する。

ガスタービンエンジンの推力と相関のある回転数や圧力比でエンジンを制御するガスタービンエンジン制御装置として、燃料流量を調整してファン回転数を制御するシステム（Single Input Single Output（SISO）システム）が知られている。このようなガスタービンエンジン制御装置の場合、ジェット機の飛行ポイント（高度、機速、気温）によって回転数を一定に制御することはできても、燃料消費率（ＳＦＣ）を一定に制御することができず、たえず変化する。
そこで、これを解消するために可変サイクルエンジン（燃料流量以外に可変機構などの多種エフェクタにより燃料消費率ＳＦＣを最小とするようにサイクルを可変とするエンジン）が提案されている。そしてこの可変機構の制御には、センサ信号等の検出信号を利用したスケジュール制御が一般に用いられている。
ガスタービンエンジンには各モジュール、例えば、ファン、圧縮機、燃焼器、高圧タービン、低圧タービンなどが劣化する。ところが、ガスタービンエンジンをスケジュール制御する場合、そのようなガスタービンエンジンの各モジュールの劣化の度合いや号機毎のばらつきによって燃料消費率ＳＦＣがどのエンジンでも常に最小になるとは限らない問題点があった。

特開２０００−２１０１５２号公報 特許第４５４０９５６号公報 特開２００９−１９７６７０号公報 特開２０１２−２１５５７５号公報

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたもので、可変サイクルエンジンにおいて最適制御手法により燃料消費率ＳＦＣを常に最小にするための可変機構指令を自動的に探索し、エンジンに劣化が生じたり号機毎に性能にばらつきがあったりしても、常に燃料消費率を最小に最適化し、運用コストの低減が図れるガスタービンエンジン最適制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、所定の演算周期毎に与えられる可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値を用いて燃料消費率を推定する燃料消費率推定演算手段と、前回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値と今回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値との間の変化を求め、燃料消費率推定値が最小に向かう新たな可変機構の制御パラメータ指令値を求める制御パラメータ再演算手段と、前記制御パラメータ再演算手段の求めた新たな可変機構の制御パラメータ指令値を予め設定した当該可変機構の制御パラメータ初期値に加算し、次回の演算周期での可変機構の制御パラメータ指令値として出力する制御パラメータ指令値演算手段とを備えたガスタービンエンジン最適制御装置を特徴とする。
上記のガスタービンエンジン最適制御装置においては、前記可変機構の制御パラメータとし、低圧タービン可変静翼角度を用いるものとすることができる。
また、上記のガスタービンエンジン最適制御装置においては、前記可変機構の制御パラメータとし、排気ノズル面積、圧縮機可変静翼角度、高圧タービンケース冷却空気流量、低圧タービンケース冷却空気流量、高圧タービン可変静翼角度、ファンバイパス面積、抽出力、抽気のいずれかを用いるものとすることができる。

本発明によれば、ガスタービンエンジンの最適制御手法により燃料消費率を常に最小にするための可変機構の制御パラメータ指令値を自動的に探索し、エンジンに劣化が生じたり号機ごとに性能にばらつきがあったりしても、常に燃料消費率を最適化しながらガスタービンエンジンを運転でき、その運用コストの低減が図れる。

本発明の一実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置のシステム構成を示すブロック図。 上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置における制御器の内部構成を示すブロック図。 上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置における制御器内のエンジン推力演算部の内部構成を示すブロック図。 上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置における制御器内の最適制御演算器の内部構成を示すブロック図。 上記最適制御演算器内のパターン探索器の内部構成を示すブロック図。 上記最適制御演算器内のリミットチェック器の内部構成を示すブロック図。 上記最適制御演算器による可変機構の制御パラメータ値最適値探索のフローチャート。 本発明の実施例の制御特性を示すグラフ。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、以下では、同一若しくは類似する構成要素については同一若しくは類似する符号を用いて説明する。

図１に示す実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置は、コンピュータシステムにより構成される。本実施の形態では、可変サイクルエンジンの最適制御のために可変機構として低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶを制御する場合について説明する。しかしながら、ガスタービンエンジンの最適制御のために調整する可変機構としては、低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶだけでなく、ファンバイパス出口面積や排気ノズル面積を調整する制御を採用することもできる。

図１に示すガスタービンエンジン最適制御装置は、主要な演算要素として最適制御器１００とエンジン制御部２００、アクチュエータ駆動部３００、そして実エンジン４００を備えている。最適制御器１００は特許請求の範囲における燃料消費率推定演算手段、制御パラメータ指令値演算手段、制御パラメータ再演算手段を司る。アクチュエータ駆動部３００は、最適制御器１００とエンジン制御部２００からの指令値出力に対して実エンジン４００の該当するアクチュエータに物理的な駆動力を与える。実エンジン４００は燃料消費率ＳＦＣを最適にしながら燃料消費して推力を発生するように制御される。そして実エンジン４００の各所に設置されているセンサ群からセンサ値が最適制御器１００、エンジン制御部２００にフィードバックされる。そのセンサフィードバック値はｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１，ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ２としている。

本システムに外部から入力されるのは、ＦＮＲＥＦ入力器１からのエンジン推力指令値ＦＮＲＥＦである。最適制御器１００には、このＦＮＲＥＦ入力器１からエンジン推力指令値ＦＮＲＥＦが入力される。また最適制御器１００には、実エンジン４００のセンサ群から出力される低圧タービン可変静翼角度検出値を含むセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ１がセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１としてフィードバック入力される。そして最適制御器１００は、後述する燃料消費率ＳＦＣを改善する演算によりパイロットスロットルレバー角度指令値ＰＬＡｃｍｄを計算する。このパイロットスロットルレバー角度指令値ＰＬＡｃｍｄは、エンジン制御部２００にパイロットスロットルレバー角度ＰＬＡとして出力される。また最適制御器１００は、低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦを計算し、アクチュエータ駆動部３００に出力する。

エンジン制御部２００は、最適制御器１００からのパイロットスロットルレバー角度ＰＬＡを入力し、また実エンジン４００からのセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ２をセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ２として入力する。そしてこれらを用いて燃料流量指令値ＷＦＲＥＦを算出してアクチュエータ駆動部３００に出力する。

アクチュエータ駆動部３００は、最適制御器１００から低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦを入力し、またエンジン制御部２００から燃料流量指令値ＷＦＲＥＦを入力する。そして、これらに対応する低圧タービン可変静翼駆動信号ＬＰＴＶＳＶａｃｔを実エンジン４００に与えてその実際の低圧タービン可変静翼ＬＰＴＳＶＳを指令角度だけ駆動する。同時に燃料流量信号ＷＦａｃｔを実エンジン４００に与えて実燃料流量信号ＷＦａｃｔに見合う燃料流量で燃料を実エンジン４００に供給する。これにより、この実エンジン４００は最適な燃料消費率ＳＦＣで運転するように制御される。そして実エンジン４００のセンサ群からセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ１が最適制御器１００、エンジン制御部２００にそれぞれセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１としてフィードバックされる。またセンサ群からセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ２が、最適制御器１００、エンジン制御部２００にそれぞれセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ２としてフィードバックされる。

次に、図２、図３を用いて最適制御器１００について説明する。図２に示すように、最適制御器１００は低圧タービン可変静翼角度指令値演算部１００−１とパイロットスロットルレバー角度指令値演算部１００−２で構成されている。そして低圧タービン可変静翼角度指令値演算部１００−１は、センサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１を入力とし、これによって最適演算制御により出力端ＤＬＴＬＰＴＶＳＶから低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦを出力する。また、最適制御器１００のパイロットスロットルレバー角度指令値演算部１００−２は、入力されるエンジン推力指令値ＦＮＲＥＦに対して、対応するパイロットスロットルレバー角度を算出し、パイロットスロットルレバー角度指令値ＰＬＡｃｍｄとして出力する。

図３に示すように、最適制御器１００における上記の低圧タービン可変静翼角度指令値演算部１００−１は、ニューラルネットワーク演算器１０１と最適制御演算器１０２を備えている。また、その他に前回値保持器１０３，１０４、セレクタ１０５、ステップ信号器１０８，１０９、そしてスイッチ１１０を備えている。

最適制御器１００には、実エンジン４００からのセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１が入力されている。このセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１は前回値保持器１０３に入力され、またセレクタ１０５を通して前回値保持器１０４にも入力される。

前回値保持器１０３では、最新のセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｒ１を更新値として保持し、次の更新値が入力されるまで、それまで保持していたセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｒ１の前回値を出力する。このセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｒ１の前回値は、ニューラルネットワーク演算器１０１にセンサ値ｓｅｎｓｏｒとして入力され、同時に最適制御演算器１０２にもセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１として入力される。

セレクタ１０５は入力であるセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１の中から低圧タービン可変静翼角度フィードバック値を選んで前回値保持器１０４に低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶの更新値として出力し、保持させる。前回値保持器１０４は低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶの更新値が入力されるまで前回値を保持していて、その前回値を低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶとしてスイッチ１１０に出力する。

ニューラルネットワーク演算器１０１では、入力されるセンサ値ｓｅｎｓｏｒを用いて実エンジン４００の燃料消費率ＳＦＣを推定し、燃料消費率推定値ＳＦＣｅｓｔを出力する。このニューラルネットワーク演算器１０１の燃料消費率推定値ＳＦＣｅｓｔは最適制御演算器１０２に燃料消費率フィードバック値ＳＦＣ＿ｆｂとして入力される。

最適制御演算器１０２では、実エンジン４００からセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１を入力し、ニューラルネットワーク演算器１０１から燃料消費率推定値ＳＦＣｅｓｔを燃料消費率フィードバック値ＳＦＣ＿ｆｂとして入力する。最適制御演算器１０２はさらに、ステップ信号器１０９からのステップ信号を入力する。そして最適制御演算器１０２は、ステップ信号器１０９から演算実行を意味するステップ信号が入力されると、低圧タービン可変静翼角度探索値ＬＰＴＶＳＶ＿ＳＥＡＲＣＨＰＯＩＮＴを求める。求めた低圧タービン可変静翼角度探索値ＬＰＴＶＳＶ＿ＳＥＡＲＣＨＰＯＩＮＴをｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔ出力端からスイッチ１１０に出力する。また同時に、最適制御演算器１０２は低圧タービン可変静翼角度最適値ＬＰＴＶＳＶ＿ＢＥＳＴをｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔ出力端から出力する。この低圧タービン可変静翼角度最適値ＬＰＴＶＳＶ＿ＢＥＳＴは、後述の図４及び全体を通して監視される。

スイッチ１１０はある時間、つまりシステムが安定するまで下側にあって前回値保持器１０４からの低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶを低圧タービン可変静翼角度探索値ＤＬＴＰＴＶＳＶとして出力する。ところが、システムが安定しステップ信号器１０８から切替信号が入力されると上側に切り替わり、低圧タービン可変静翼角度探索値ＬＰＴＶＳＶ＿ＳＥＡＲＣＨＰＯＩＮＴを低圧タービン可変静翼角度探索値ＤＬＴＰＴＶＳＶとして出力する。

図４を用いて最適制御演算器１０２をさらに詳しく説明する。最適制御演算器１０２は、最適化パラメータフィードバック部１２０、パターン探索器１２１とリミットチェック器１２２を主な構成要素として備えている。またパルス発生器１２５、論理積演算器１２６、初期値設定器１２７，１２８、前回値保持器１２９、論理反転器１３０を備えている。この最適制御演算器１０２は、イネーブル信号が与えられている間に、パルス発生器１２５が発生する所定の演算周期毎、例えば３０秒毎のパルスの立上りあるいは立下りのタイミング（ここでは立上りタイミングとしている）に演算を開始する。

最適化パラメータフィードバック部１２０はセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１をセレクタに通し、低圧タービン可変静翼角度フィードバック値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｆｂだけをパターン探索器１２１の初期探索値入力端ＩｎｉｔＰｏｉｎｔに入力する。

パターン探索器１２１には、その初期探索値入力端ＩｎｉｔＰｏｉｎｔに最適化パラメータフィードバック部１２０から１周期前の低圧タービン可変静翼角度フィードバック値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｆｂを入力する。この低圧タービン可変静翼角度フィードバック値は、センサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１から選択したものである。また評価値Ｃｏｓｔ入力端にリミットチェック器１２２の出力評価値ｃｏｓｔを前回値保持器１２９、初期値設定器１２７を通して入力する。そしてパターン探索器１２１において、一定の演算周期、ここでは３０秒ごとに最適化パラメータ探索値を決定する。そしてそのＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔ出力端から低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔを出力する。またそのＢｅｓｔＰｏｉｎｔ出力端からこれまでの低圧タービン可変静翼角度の最適値を低圧タービン可変静翼角度最適値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔとして出力する。

ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔ出力端から出力される低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔは、リミットチェック器１２２の低圧タービン可変静翼角度入力端ｌｐｔｖｓｖに入力される。このリミットチェック器１２２には、その燃料消費率入力端ｅ＿ｓｆｃに燃料消費率フィードバック値ＳＦＣ＿ｆｂが入力される。そこでリミットチェック器１２２は、パターン探索器１２１で求めた低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔが上限値よりも大きくなっているか否か、また下限値よりも小さくなっているか否か判定する。そしてどちらの限界値をも超えていなければ、ｅ＿ＳＦＣを最適化する評価値としてｃｏｓｔ出力端から前回値保持器１２９に出力する。しかしながら上記のどちらかの限界値を超えている場合には、予め設定した最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔをｃｏｓｔ出力端から出力する。

前回値保持器１２９は今回の燃料消費率最適値ｃｏｓｔを受け取れば保持値を更新する。初期値設定器１２７は初期値として予め与えた最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを保持しており、計算の最初にはこの最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔをパターン探索器１２１のＣｏｓｔ入力端に出力する。そしてその後にシステムの計算が安定し、評価値ｃｏｓｔが算出されるようになれば前回値保持器１２９からの値を出力する。そこで、パターン探索器１２１は上述した演算を行い、ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔ出力端から低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔを出力する。またＢｅｓｔＰｏｉｎｔ出力端からそれまでの低圧タービン可変静翼角度最適値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔを出力する。

図５を用いて最適制御演算器１０２におけるパターン探索器１２１の詳しい説明をする。このパターン探索器１２１は、イネーブル信号の期間、ここでは例示として３０秒毎に演算を行う。このパターン探索器１２１は、パターン探索を実行するパターン探索実行部１４２、演算の初期値設定器として必要数の０を設定するゼロ値設定器１４０，１４３，１４７，１５０を備えている。パターン探索器１２１はさらに、前回値保持器１４４，１４５，１４８、論理和演算器１４１、加算器１４６、比較器１４９、掛算器１５１，１５２、加算器１５３，１５４を備えている。比較器１４９には比較値として探索回数上限値ＬｏｏｐＭａｘが与えられ、加算器１４６にはインクリメント値１が与えられ、掛算器１５１，１５２には所定値として探索足長さゲインがゲイン設定器１６０から与えられる。

探索回数の計数を行い、加算器１４６で前回値保持器１４８の保持している前回値に１を足して今回の探索回数とし、比較器１４９に出力する。比較器１４９では、探索回数上限値ＬｏｏｐＭａｘと比較し、今回の探索回数が探索回数上限値に到達しなければ出力せず、到達すれば探索回数上限到達フラグＬｏｏｐＦｉｎｉｓｈＦｌａｇを論理和演算器１４１に出力する。論理和演算器１４１は探索回数上限到達フラグが入力されるか、探索足長さ下限到達信号が入力されると探索終了フラグｅｎｄｆｌｇを出力し、そうでなければ出力しない。

パターン探索実行部１４２では、前回評価値Ｃｏｓｔとして前回の燃料消費率推定値を入力し、今回の燃料消費率推定値と比較して改善されていれば同じ方向で探索して次回の低圧タービン可変静翼角度指令値を決定して出力する。

パターン探索器１２１では、このパターン探索実行部１４２で得た低圧タービン可変静翼角度探索値に対して、制御パラメータ初期値としての探索初期位置（例えば２．５ｄｅｇとし、５０％と定義する）を加算して今回の探索位置ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔとして出力する。前回までの最適な探索値についても、これに初期位置を加算して低圧タービン可変静翼角度最適値ＢｅｓｔＰｏｉｎｔを出力する。探索位置ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔは、パターン探索器１２１におけるＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔ出力端から低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔとして出力される。また最適値ＢｅｓｔＰｏｉｎｔは、パターン探索器１２１におけるＢｅｓｔＰｏｉｎｔ出力端から低圧タービン可変静翼角度最適値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔとして出力される。

最大探索回数ＬｏｏｐＭａｘに到達するか、探索足長さ下限に到達すると探索終了フラグｅｎｄｆｌｇを出力してパターン探索を終了する。

次に、図６を用いて最適制御演算器１０２内のリミットチェック器１２２について説明する。このリミットチェック器１２２は、上限リミット設定器１６１、下限リミット設定器１６２、比較器１６３，１６４、論理和演算器１６５、最悪評価値設定器１６７、評価値出力切換信号器１６８、評価値切換器１６９、出力切換器１７０を備えている。

そしてリミットチェック器１２２は、低圧タービン可変静翼角度演算値ｌｐｔｖｓｖ、燃料消費率推定値ｅ＿ｓｆｃを入力し、評価値ｃｏｓｔとして次回の燃料消費率推定値ＳＦＣを出力する。このリミットチェック器１２２における評価値切換器１６９は、低圧タービン可変静翼角度演算値ｌｐｔｖｓｖが上限リミット値を超えて上昇し、若しくは下限リミット値を超えて下降した場合、最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを出力する。それ以外であれば燃料消費率演算値ｅ＿ｓｆｃをＳＦＣとして出力する。

また出力切換器１７０は、評価値出力切換信号器１６８が切換信号を出力しているときには、燃料消費率演算値ｅ＿ｓｆｃを評価値ｃｏｓｔとして出力し、切換信号が出ていないときには、評価値切換器１６９の出力を評価値ｃｏｓｔとして出力する。これにより、評価値ｃｏｓｔが最悪値を悪い方に超えるような場合でも、最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを出力することにより評価値ｃｏｓｔがリミットを超えて悪い値を出力するのを防止する。この評価値出力ｃｏｓｔは、図４におけるリミットチェック器１２２におけるｃｏｓｔ出力端から燃料消費率評価値ＳＦＣとして出力されるものである。

次に、以上の構成のガスタービンエンジン最適制御装置による処理動作を、図７のフローチャートを用いて説明する。

ア）制御パラメータの最適化
最適制御器１００におけるニューラルネットワーク演算器１０１において、エンジンモデルの劣化同定を行い、燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔを求め、この燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔを最適制御演算器１０２に入力する。最適制御演算器１０２では、評価値ｃｏｓｔとしての燃料消費率ＳＦＣが最小となる制御パラメータ値である低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶの探索を行う。

イ）制御パラメータの探索値設定
最適制御演算器１０２におけるパターン探索器１２１では、一定の演算周期として３０秒ごとにＣｏｓｔ入力端に前回の燃料消費率推定値が入力される。またＩｎｉｔＰｏｉｎｔ入力端にセンサから低圧タービン可変静翼角度ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｆｂがフィードバックされる。パターン探索器１２１では、これらから今回の燃料消費率推定値を求めて観測する（ステップＳＴ１）。そして、前回の燃料消費率推定値よりも今回の燃料消費率推定値の方が改善されている場合には、ステップＳＴ１でＹＥＳに分岐する。そして次回の燃料消費率推定値が低減される方向となる低圧タービン可変静翼角度探索値を求めて出力する（ステップＳＴ２，ＳＴ４，ＳＴ５）。
ここで、前回の燃料消費率推定値よりも今回の燃料消費率推定値が増加する方向の場合には、ステップＳＴ１でＮＯに分岐する。そして低圧タービン可変静翼角度探索値の変化幅を縮めて反対方向に探索して低圧タービン可変静翼角度探索値を求める（ステップＳＴ３，ＳＴ６，ＳＴ７）。このパターン探索器１２１が実行するパターン探索方法は一般的な最急降下法である。
このパターン探索方法では、低圧タービン可変静翼角度探索値を制御パラメータ探索初期値ＩｎｉｔＰｏｉｎｔに足し込んで次の低圧タービン可変静翼角度指令値とし、燃料流量等と併せて実エンジン４００の操作を行う（ステップＳＴ８）。
尚、最適化する制御パラメータ値は、上記実施の形態で用いた低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶに限らない。排気ノズル面積、圧縮機可変静翼角度、高圧タービンケース冷却空気流量、低圧タービンケース冷却空気流量、高圧タービン可変静翼角度、ファンバイパス面積、抽出力、抽気のいずれでもよい。

ウ）制限値チェック
最適制御演算器１０２におけるリミットチェック器１２２は、低圧タービン可変静翼角度指令値が制限値を越えていないかどうかを確認する。制限値内の場合には、前回の燃料消費率推定値を探索の評価値として使用し、制限値外の場合にはＳＦＣに最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを設定し、以後の演算で前回の燃料消費率推定値が更新されないようにする。

上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置により、シミュレーションした結果は、図８のグラフの通りである。図８は、制御パラメータとして低圧タービン可変静翼角度指令値５０％から開始した、燃料消費率ＳＦＣのセンサ値と推定値の推移を示したものである。ＦＮ，ＦＮｅｓｔはエンジン推力、エンジン推力推定値を示している。ＷＦＲＥＦ，ＷＦａｃｔは燃料流量指令値、燃料流量実値である。Ｎ１，Ｎ１ｅｓｔはエンジン回転数（低圧）、エンジン回転数（低圧）の推定値である。またＬＰＴＶＳＶＲＥＦ，ＬＰＴＶＳＶａｃｔは低圧タービン可変静翼角度指令値、低圧タービン可変静翼角度センサ値である。そして、ＳＦＣ，ＳＦＣｅｓｔは実燃料消費率、燃料消費率推定値である。

このグラフから、低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦ、低圧タービン可変静翼角度センサ値ＬＰＴＶＳＶａｃｔは一致し、共に０％で安定している。燃料消費率ＳＦＣ、燃料消費率推定値ＳＦＣｅｓｔもＬＰＴＶＳＶａｃｔの動きに伴って９７％付近のところで落ち着いている。これにより最適値が得られたことが理解できる。

従来であれば、エンジンモデルを用い、燃料消費率ＳＦＣを最適に制御できる制御パラメータを探索するのに制御パラメータ指令値の補正値を前回の探索値に足し込んで次回の探索値としていた。これに対して、本実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置では、初期設定値に制御パラメータ指令値の補正値を足し込んで次回の探索値にして燃料消費率を最適にする制御パラメータ値を探索する。これにより、本実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置によれば、速く最小燃料消費率ＳＦＣに到達する制御パラメータ値を得ることができる。ここで、制御パラメータ指令値の補正値を前回の探索値に足し込んで次回の探索値とする方法では、探索値に対する燃料消費率が下に凸の関係にある場合に問題を生じる。すなわち、この関係において底辺を過ぎると足し込む量は減るが、前回探索値より増加方向にあり、燃料消費量推定値は増加していき、過去最小の推定値より大きくなり最適値を見いだせなくなるという問題がある。ところが、本実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置のように初期設定値にその補正値を足しこむ方法であれば、この問題を解消できるのである。

１００ 制御器
１０１ ニューラルネットワーク演算器
１０２ 最適制御演算器
１２１ パターン探索器
１２２ リミットチェック器
２００ エンジン制御部
３００ アクチュエータ駆動部
４００ 実エンジン

Claims (3)

1. 所定の演算周期毎に与えられる可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値を用いて燃料消費率を推定する燃料消費率推定演算手段と、
   前回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値と今回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値との間の変化を求め、燃料消費率推定値が最小に向かう新たな可変機構の制御パラメータ指令値を求める制御パラメータ再演算手段と、
   前記制御パラメータ再演算手段の求めた新たな可変機構の制御パラメータ指令値を予め設定した当該可変機構の制御パラメータ初期値に加算し、次回の演算周期での可変機構の制御パラメータ指令値として出力する制御パラメータ指令値演算手段とを備えたことを特徴とするガスタービンエンジン最適制御装置。
2. 前記可変機構の制御パラメータとして、低圧タービン可変静翼角度を用いることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン最適制御装置。
3. 前記可変機構の制御パラメータとして、排気ノズル面積、圧縮機可変静翼角度、高圧タービンケース冷却空気流量、低圧タービンケース冷却空気流量、高圧タービン可変静翼角度、ファンバイパス面積、抽出力、抽気のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン最適制御装置。

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