JP6316929B2 - 小型空気熱モデルベースのエンジン出力制御 - Google Patents

小型空気熱モデルベースのエンジン出力制御 Download PDF

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Description

本出願は、２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願第６１／８００，４４０号の特許法第１１９条（ｅ）項による利益を主張するものである。
本開示は、工学的システムの設計及び制御に関し、より特定的には流体式工学的システムの設計及び制御に関する。
流体式工学的システムは、広く使用されていて、飛行及び発電用のガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（加熱、排気、空気調節、及び冷却）、燃料電池、ならびに、炭化水素抽出、材料処理、及び製造のための他のより一般化された流体処理システム用のガスタービンエンジンを含み得る。これらのシステムは、次の構成要素のうちの任意のものまたは全てを含み得る：ターボ機械、燃料電池スタック、電気モーター、管、ダクト、弁、混合器、ノズル、熱交換器、歯車、化学装置、及び、流体の流れを発生させるもしくは修正するための他のデバイス。
これらの応用分野の各々は、異なる動作要求を工学的制御システムに課す。例えば、ガスタービンエンジンという応用分野では、関連するサイクルは、一般的には、Ｂｒａｙｔｏｎタービンまたは第１のＥｒｉｃｓｓｏｎのサイクルであり、基本的な熱力学パラメータ（またはプロセス変数）は、吸気口、圧縮機、燃焼器、タービン、及び排気口での作動流体の圧力、温度、及び流量である。パラメータは、出力の全体的推力、回転エネルギー、または他の尺度に関連し得る。安全で、信頼性があり、かつ効率的なエンジン動作を維持しながらもこの出力を正確に制御するために、工学的制御システムは、迅速で、正確で、頑丈であり、かつ、全ての必要とされる性能水準にわたってリアルタイムの制御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種類及び構成によって変動するが、正確で、効率的で、信頼性のある工学的制御に対する必要性は、全体的な経費及び動作／維持要件に対する経済的制約と同様に変わらない。
さらに、制御されるシステムパラメータの直接的測定は、（技術の未開発、法外な経費、信頼性のない装置などにより）不可能であり得るため、制御システムは、システムパラメータのリアルタイム推定を必要とし得る。具体的には、そのような制御システムは、制御装置の出力（たとえば、推力）に関連するパラメータを監視することを望み得る。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測定された入力の所与の集合のための工学的システム及び／またはプロセスの数学的抽象化であり得る。
過去においては、このような流体式工学的システム用の制御システムは、区分的線形状態変数表現に依存していた。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。過去において用いられていた別の方式は、重要なシステムパラメータを制御センサーに結びつける半経験的関係に依存しているが、このようなシステムの欠点は、それが正確さを欠き、実装のために必要とされるさらなるハードウェアのために高価であるということである。小売り環境で静的シミュレーションを展開する他の試みがなされてきたが、その性質上、これらのモデルは、大規模で、反復ソルバーを用い、高い維持経費を有し、リアルタイム環境では重要な堅牢さを欠く。
現代的な流体式工学的システム制御への周知の方式は、流体式工学的システムの構成要素レベルの物理学ベースの非反復的数学的抽象化の利用である。これらの数学的抽象化は、応用された流体式工学的システムに固有のソフトウェア環境で概念化される。工学的システム制御のためのこのようなシステム及び方法の例は、参照してここに組み込まれる米国特許第８，０９０，４５６号（「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ−ｌｅｖｅｌ ｄｙｎａｍｉｃ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ」）にさらに詳述されている。
先行技術によるエンジンパラメータのオンボード合成（ＥＰＯＳ）モデルの計算的非効率を克服し得る流体式工学的システムのリアルタイム制御システムにおけるＥＰＯＳに対する必要性が存在する。具体的には、システムの出力を制御及び／または監視する流体式工学的システムのための制御システムが必要とされる。したがって、前記機能を提供し、以前のＥＰＯＳモデルの計算的非効率性を克服し得るＥＰＯＳが必要とされる。
本開示の態様による制御システムを開示する。制御システムは、制御表面を含む制御デバイスを位置決めするためのアクチュエータを含み得るが、アクチュエータは、モデル状態を制御するために制御表面を位置決めする。システムは、アクチュエータをモデル出力の関数として方向付けるための制御法則を含み得、モデル出力は制御デバイスの推定推力値を含む。制御システムは、モデル出力を生成するためのモデルプロセッサであって、モデル入力を処理してモデル動作モードを設定するための入力オブジェクトを含む、モデルプロセッサと、モデルプロセッサの動的状態を設定するための設定状態モジュールであって、動的状態はモデル動作モードに基づいて開ループモデルに入力される、設定状態モジュールと、を含み得るが、開ループモデルは、現行状態モデルを動的状態及びモデル入力の関数として生成し、現行状態モデルに対する制約は、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、制御デバイスのサイクルの構成要素をモデル化し、一連のユーティリティを含み、ユーティリティは、構成要素と関連付けられた物理的特性の数学的抽象化に基づく。モデルプロセッサは、さらに、モデルの推定された状態を、開ループモデルの先行する状態モデル出力及び現行状態モデルに基づいて決定するための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ための出力オブジェクトとを含み得る。
精密には、制御法則は、推定推力値を目標値と比較して推力制御要求を決定し得、推力制御要求は、制御デバイスの推力を制御するためにアクチュエータによって受信される。
精密には、制御法則は、制御デバイスにおけるエラーを考慮するために、制御エラーを推定推力信号に適用し得る。
さらに精密には、制御デバイスにおけるエラーは、制御法則エラーと制御デバイスの摩耗と顧客動力抽出と顧客ブリード抽出と湿度レベルと燃料品質とのうちの少なくとも１つに基づき得る。
精密には、制御デバイスの推定推力値は、少なくとも、制御デバイスのスプールのスプール速度に基づき得る。
精密には、ユーティリティのうちの少なくとも１つは、１つまたは複数のサブユーティリティを備える構成可能ユーティリティであり得る。
精密には、モデル入力は、未加工エフェクタデータと境界条件とエンジンセンシングデータとユニット変換情報と範囲制限情報とレート制限情報と動的補償決定と合成欠如入力とのうちの１つまたは複数を含み得る。
精密には、制御デバイスは、ガスタービンエンジンであり得る。
さらに精密には、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のサイクルの要素に関連する物理状態の１つまたは複数の数学的抽象化に基づく。
本開示の別の態様によれば、制御デバイスを制御するための方法が開示される。本方法は、モデルプロセッサを用いてモデル出力を生成することを含み得る。制御システムは、モデル出力を生成するためのモデルプロセッサであって、モデル入力を処理してモデル動作モードを設定するための入力オブジェクトを含む、モデルプロセッサと、モデルプロセッサの動的状態を設定するための設定状態モジュールであって、動的状態がモデル動作モードに基づいて開ループモデルに入力される、設定状態モジュールと、を含み得るが、開ループモデルは、現行状態モデルを動的状態及びモデル入力の関数として生成し、現行状態モデルに対する制約は、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、制御デバイスのサイクルの構成要素をモデル化し、一連のユーティリティを含み、ユーティリティは、構成要素と関連付けられた物理的特性の数学的抽象化に基づく。モデルプロセッサは、モデルの推定された状態を、開ループモデルの先行状態モデル出力及び現行状態モデルに基づいて決定するための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された状態を処理するための出力オブジェクトとをさらに含み得る。本方法は、制御デバイスと関連付けられたアクチュエータを、制御法則を用いてモデル出力の関数として方向付けることをさらに含み、モデル出力は、制御デバイスの推定された推力値を含む。本方法は、制御表面を含む制御デバイスを、アクチュエータを用いて位置決めすることをさらに含み得るが、アクチュエータは、モデル状態を制御するために制御表面を位置決めする。
精密には、制御法則は、推定推力値を目標値と比較して推力制御要求を決定し得、推力制御要求は、制御デバイスの推力を制御するためにアクチュエータによって受信される。
精密には、制御法則は、制御デバイスにおけるエラーを考慮するために、制御エラーを推定推力信号に適用し得る。
さらに精密には、制御デバイスにおけるエラーは、制御法則エラーと制御デバイスの摩耗と顧客動力抽出と顧客ブリード抽出と湿度レベルと燃料品質とのうちの少なくとも１つに基づき得る。
精密には、制御デバイスの推定推力値は、少なくとも、制御デバイスのスプールのスプール速度に基づき得る。
精密には、制御デバイスはガスタービンエンジンであり得、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の熱力学サイクルの構成要素に関連する物理的プロセスの、１つまたは複数の数学的抽象化に基づく。
本開示の別の態様によれば、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セクション、及び圧縮機セクションの下流にある燃焼器セクション、ならびに圧縮機セクションの下流にあるタービンセクションを含み得る。さらに、ガスタービンエンジンは、制御表面を含むガスタービンエンジンを位置決めするためのアクチュエータを含み得るが、アクチュエータは、モデル状態を制御するために、制御表面を位置決めする。ガスタービンエンジンは、アクチュエータをモデル出力の関数として方向付けるための制御法則を含み得、モデル出力は、ガスタービンエンジンの推定推力値を含む。ガスタービンエンジンは、モデル出力を生成するためのモデルプロセッサであって、モデル入力を処理して、モデル動作モードを設定するための入力オブジェクトを含む、モデルプロセッサと、モデルプロセッサの動的状態を設定するための設定状態モジュールであって、動的状態がモデル動作モードに基づいて開ループモデルに入力され、開ループモデルが現行状態モデルを動的状態及びモデル入力の関数として生成し、現行状態モデルに対する制約が、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のサイクルの構成要素をモデル化して、一連のユーティリティを含み、ユーティリティが、構成要素と関連付けられた物理的特性の数学的抽象化に基づく、状態設定モジュールと、を含み得る。モデルプロセッサは、モデルの推定された状態を、開ループモデルの先行状態モデル出力及び現行状態モデルに基づいて決定するための推定状態モジュールと、モデルの推定された状態を処理して、モデル出力を決定するための出力オブジェクトとをさらに含み得る。
精密には、制御法則は、推定推力値を目標値と比較して推力制御要求を決定し得、推力制御要求は、ガスタービンエンジンの推力を制御するためにアクチュエータによって受信される。
精密には、制御法則は、ガスタービンエンジンにおけるエラーを考慮するために、制御エラーを推定推力信号に適用し得る。
精密には、ガスタービンエンジンはスプールをさらに備え得、ガスタービンエンジンの推定推力値は、少なくとも、スプールのスプール速度に基づく。
精密には、ガスタービンエンジンのサイクルの要素は、ダクト、ブリード、ある位置での圧力損失、タービン、コンプレッサ、ディフューザ、燃焼器、出力ガイドベーン、ノズル、ファン、効率損失モジュール、ファンギアボックス、またはトルク測定値のうちの少なくとも１つの要素であり得る。
流体式工学的システムのための例示の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の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の例示のＣＡＭ入力オブジェクトのブロック図である。 図２のＥＰＯＳの例示の小型空気熱（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の開ループモデルのブロック図である。 図２のＥＰＯＳの例示の出力調整モジュールのブロック図である。 図１の制御システムを使用して推力を監視し、制御するための、例示の制御構成のブロック図である。 図７の制御構成を使用して推力を監視し、制御するため方法を表すフローチャートである。 図１及び／または２のＥＰＯＳの例を実装するために実行され得る機械読み取り可能命令を表すフローチャートである。 図２及び／または４のＣＡＭオブジェクトの例を実装するために実行され得る機械読み取り可能命令を表すフローチャートである。 図７〜８の機械読み取り可能命令の例及び／または本明細書の本開示の任意の要素を実行し得る処理システムの例のブロック図である。
図面は、必ずしも原寸に比例していないことを理解すべきである。ある事例では、本開示を理解するためには必要のないまたは他の詳細を理解することを困難にする詳細は省略されている。もちろん、本開示は、本明細書に示す特定の実施形態には制限されないことを理解すべきである。
図面を参照して、かつ具体的には図１に関連して、本開示による流体式工学的システム用の制御システムは、一般に参照番号１００で呼ばれる。制御デマンドは、オペレータインターフェース１４０によって生成され得るし、エンジンパラメータオンボード合成（ＥＰＯＳ）１１０によって受信され得る。例えば、オペレータインターフェース１４０は、コックピットナビゲーションシステム及び／またはオペレータワークステーションなどのリアルタイムインターフェースであり得る。加えてまたは代替的に、オペレータインターフェース１４０は、別のより一般化されたプロセス制御インターフェースを含み得るが、これは、例えば、案内、ナビゲーション、もしくは制御のためのコンピュータまたは自動操縦システム（複数可）を含むソフトウェア制御構成要素１５０に対して制御コマンドをロギングすることに適している。さらに、制御デマンドは、内部メモリまたは、ソフトウェア制御要素１５０と動作的に関連付けられた他の任意の内部プログラミングによって生成され得る。
制御要素１５０は、装置１３０用の制御命令を生成及び／または処理し得るＥＰＯＳ１１０及び制御法則１１１を含み得る。ＥＰＯＳ１１０及び制御法則１１１は、装置１３０に関して連想機能で監視し、制御し、または別様に動作するように設計されたソフトウェアモジュールとして実装され得る。制御法則１１１は、ＥＰＯＳ１１０から制御フィードバックと、オペレータインターフェース１４０から制御コマンドを獲得し得る。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的ユニット中で制御要求を生成し得る。
加えて、ソフトウェア制御構成要素１５０は、データのそれぞれの入力／出力の宛先に対する出力データ及び／または入力データを処理するために、出力コンディショナー１１３及び／または入力コンディショナー１１５を含み得る。入力コンディショナー１１５によって提供される、ＥＰＯＳ１１０への入力は、範囲障害及び範囲内故障（例えば、速度限界、チャネル間不整合など）を検出して、適正な入力値を入力に対する健全なステータス指示と共に提供するために、障害検出及び収容（ＦＤＡ）論理１１７によって処理され得る。
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によって生成されたデジタルデータを装置１３０によって読み取り可能なアナログ形式（例えば、電気信号）に変換し、装置１３０によって生成されたアナログデータをソフトウェア構成要素１５０によって読み取り可能なデジタルデータに変換し、このような入力データ及び出力データを読み取り可能なように調整し、及び／または装置１３０と関連付けられたアクチュエータ１２４を制御し得る。デジタル−アナログコンバータ１２２は、制御法則１１１によって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可能である。アクチュエータ１２４は、ＥＰＯＳ１１０によって生成された命令に従って、装置１３０の様々な制御構成要素を位置決めするために制御ハードウェアを用いる１つ以上のデバイスであり得る。アクチュエータ１２４などのアクチュエータは、装置の迅速で正確な制御を提供するように設計され得る。
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得るが、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され得る。例えば、流体式システムは、線形位置または角度位置がアクチュエータセンサー１２４によって感知され、かつ、圧縮機、燃焼器、タービン、及び／またはノズル／排気のアセンブリに近接して置かれた制御表面または他の制御デバイスの物理的位置に関連するアクチュエータをしばしば含む。
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を含み得る。装置システムセンサー１２６は、装置１３０と関連付けられた動作パラメータを測定し得る。例えば、流体式システムは、流体経路中の様々な軸方向及び放射方向のロケーションでの作動流体圧力、温度、及び流体の流れを測定する装置システムセンサー１２６を含み得る。装置システムセンサー１２６は、これに限られないが、温度センサー、流量センサー、振動センサー、破片センサー、電流センサー、電圧センサー、水準センサー、高度センサー、及び／または翼端センサーを含む様々な異なる感知デバイスを含み得る。装置システムセンサー１２６は、装置１３０の機能に関連する動作パラメータ、例えば、アクチュエータ１２４を制御装置１３０に方向付けるためにＥＰＯＳ１１０に提出される制御コマンド及びＥＰＯＳ１１０によって生成される制御要求に関連するパラメータを測定するように位置決めされ得る。
装置システムセンサー１２６とアクチュエータセンサー１２５との双方は、前記センサーからの読み出し結果に基づいて電気信号を生成し得る。アクチュエータセンサー１２５及び装置システムセンサー１２６によって生成された電気信号は、アナログ−デジタルコンバータ１２３に送信され得る。アナログ−デジタルコンバータは、電気信号を、入力調整モジュール１１５による処理の後でＥＰＯＳ１１０とコンパティブルでこれによって読み出され得るデジタル信号データに変換し得る。
装置１３０は、任意の流体式工学的システムであり得る。任意の流体式工学的システムの例は、飛行及び発電用のガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（加熱、排気、空気調節、及び冷却）、燃料電池、ならびに、炭化水素抽出、材料処理、及び製造のための他のより一般化された流体処理システムのためのガスタービンエンジンを含み得る。様々な実施形態において、装置１３０の物理的構成要素は、これに限られないが、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、電動機及び発電機、反応炉容器、貯蔵容器、流体分離器、管、ダクト、弁、混合器、ならびに他の流体処理デバイスまたは流量制御デバイスを含む。
一部の例では、装置１３０は、熱力学的サイクルを作動流体に実施して、回転エネルギー、電力、もしくは反応性信頼を生成し、加熱、排気、空気調節、及び冷却を提供し、または他の流体処理機能を実施し得る。利用可能なサイクルの範囲は、これに限られないが、次のサイクル及びその導関数を含む：Ｏｔｔｏサイクル、Ｄｉｅｓｅｌサイクル、Ｂｒａｙｔｏｎタービン（もしくは第１Ｅｒｉｃｓｓｏｎ）サイクル、Ｂｒａｙｔｏｎ噴出（Ｂａｒｂｅｒ／Ｊｏｕｌｅ）サイクル、Ｂｅｌｌ−Ｃｏｌｅｍａｎ（逆Ｂｒａｙｔｏｎ）サイクル、Ｅｒｉｃｓｓｏｎ（第２Ｅｒｉｃｓｓｏｎ）サイクル、Ｌｅｎｏｉｒ（パルス噴出）サイクル、ならびにＣａｒｎｏｔ、Ｓｔｏｄｄａｒｄ、及びＳｔｉｒｌｉｎｇサイクル。加えてまたは代替的に、装置１３０は、加熱、冷却、流量制御のため、または、農業、輸送、食料及び飲料の生産、薬品生産、もしくは製造のアプリケーションの処理のため、または炭化水素燃料の抽出、輸送、もしくは処理のためにいくつかの個々の熱力学的処理を実施し得る。利用可能な熱力学的プロセスの範囲は、これに限られないが、断熱的、等温的、等圧的、等エントロピー的、等尺的（等容または等容積測定の）変換、発熱反応、吸熱反応、及び相変化を含む。
この例では、装置１３０は、ガスタービンエンジンである。したがって、装置１３０の監視される態様は、これに限られないが、圧縮機、燃焼器、タービン、及び／またはノズル／排気アセンブリを含み得る。ガスタービンエンジンの応用分野では、ＥＰＯＳ１１０によって受信／生成された入力及び出力の値は、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、及び／またはノズル／排気アセンブリなど）に関連した位置（すなわち、ノズルエリア、可変翼角度、流れ経路エリアなど）の値、状態、及び実際の感知されたパラメータ値（すなわち、スプール速度、気体経路温度、構成要素に近接した圧力、構成要素に近接した流量など）を表すベクトルであり得る。
ＥＰＯＳ１１０によって処理されるデータは、装置１３０の機能に関連するパラメータを含むベクトルである。ＥＰＯＳ１１０に対する入力ベクトルの例は、外部入力ベクトル（ＵE）及びコレクター真理ベクトル（ＹCt）を含み得る。ＵEは、ＥＰＯＳ１１０によって処理される外部入力に対する値を含み得る。ＵEは、装置１３０中の様々な制御要素の構成、位置、及び状態を記述し得る。例えば、ガスタービンエンジンでは、外部入力ベクトルＵEの個々の要素は、イフェクター位置に関連する値の集合を有し得るが、これらのイフェクター位置の値は、燃料流量、ノズルエリア、可変翼角度、流れ経路オリフィスエリア、及び他の制御要素のパラメータを記述し得る。さらに、ＵEは、装置１３０の動作に関連する境界条件に関連する値の集合を有する。装置１３０の物理的境界での流体温度、圧力、及び流量などの一部の境界条件は、装置システムセンサー１２６で直接に測定され得る。流体式応用分野では、境界条件は、境界流れ条件ならびに入口及び出口のロケーションを含み得る。航空応用分野に固有の他の境界条件は、これに限られないが、飛行速度、高度、ならびにブリードもしくは動力抽出のパラメータを含む。
コレクター真理ベクトルＹCtは、制御システムのリアルタイム実行に関連付けられたデータを含み、装置１３０の動作の実際の（感知された）パラメータ値を記述する。ＹCtの要素は、アクチュエータセンサー１２５及び／または装置システムセンサー１２６によって取られた測定値に基づき得る。さらに、ＹCtの要素は、感知されたパラメータの良く理解され信頼されるモデル、例えば、Ｐｉｔｏｔ管またはＶｅｎｔｕｒｉ管の前後での差圧低下に基づく流量モデルから誘導された値に基づき得る。ガスタービンエンジンの場合、一般的なＹCtのベクトル要素は、これに限られないが、スプール速度、気体経路温度、及び／または圧力を含むが、これらの全ての値は、圧縮機、燃焼器、及びタービンなどのエンジン構成要素に近接し得る。校正を含む非リアルタイムの応用分野の文脈では、ＹCtは、物理的に試験され得るまたはモデルに基づき得る高忠実度データに対応し得る。
本開示の小型空気熱モデル（ＣＡＭ）を用いて図２は、図１のＥＰＯＳ１１０の実施形態をさらに詳細に示す。図２のＥＰＯＳ１１０は、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０を含むことに限られないが、小型空気熱モデル（ＣＡＭ）オブジェクト２３０、及びＣＡＭ出力オブジェクト２４０を含み得る。ＥＰＯＳ１１０は、ベクトルＵERaw及びＹCtRawに関連する生の入力データを受信し得る。ＵERawは、アクチュエータセンサー１２５、装置システムセンサー１２６、及び／または他の任意の関連付けられたセンサー及び／または入力部から得られた値を含み得る。ＹCtRawは、アクチュエータセンサー１２５、装置システムセンサー１２６、及び／または他の任意の関連付けられたセンサー及び／または入力部から得られた値を含み得る。
ＣＡＭ入力オブジェクト２２０は、受信された入力ＵEからの選択された値を入力ベクトルＵE_inにパッケージングし得る。同様に、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０は、受信された入力からの選択された値をコレクター真理ベクトルＹCt_inにパッケージングし得る。さらに、ベクトルＵE_in及びＹCt_inは、次に、入力値を保護するように調整され得るが、これは、値を範囲制限することによって、値を命令に基づいて制約すること及び／または任意のさらなる入力修正機能をベクトルに対して実施することによって実行され得る。ＣＡＭ入力オブジェクト２２０はまた、受信された入力ベクトルを用いて、ＦＡＤＥＣ１１０の動作モード（ＯｐＭｏｄｅ）を決定し得る。入力調整モジュール２２０は、調整された外部入力ベクトルＵE、調整された真理ベクトルＹCt、及びＯｐＭｏｄｅベクトルを出力し得る。
ベクトル値の入力有効性は、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０の各々のセンサー入力に固有の障害検出及び収容論理によって（例えば、ＦＤＡ論理１１７からの処理を通じて）保証され得る。障害検出及び収容論理は、範囲障害及び範囲内故障（すなわち、速度限界、チャネル間不整合など）を検出して、全ての場合での適正な値を健全なステータス指示と共に提供する。ＣＡＭ入力オブジェクト２２０の例を、図３を参照して以下により詳細に説明する。
ＣＡＭ入力オブジェクト２２０の出力は、ＣＡＭオブジェクト２３０によって受信される。ＣＡＭオブジェクト２３０は、エンジン構成要素の空気熱表現、すなわち構成要素モジュールを含み得る。ＣＡＭオブジェクト２３０内の構成要素モジュールは、装置１３０の動作を支配する物理法則（すなわち、エネルギー保存則、質量の保存則、モーメントの保存則、回転システムに対するニュートンの第２法則、及び／または任意のさらなる周知の計算可能物理モデル）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得る。ＣＡＭオブジェクト２３０内の各々の含まれるモジュールに対するシステム制約は、装置１３０の監視されるエリア及び／または機能（すなわち、バイパスダクトブリードモジュール、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など）をシミュレートするために、内部でプログラムされる固有の制約を有し得る。
ＣＡＭオブジェクト２３０は、機能中に、オンボードコレクター状態、ソルバー状態、及び物理状態を表す入力ベクトルを、内部ソルバー状態と共に用い得る。ソルバー状態は、高速動力学に対応し、算術的ループを解き、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得る。ＣＡＭオブジェクト２３０は、合成されたパラメータベクトルＹを出力し得る。ベクトルＹは、ＣＡＭオブジェクト２３０によって決定された動作範囲に関連して推定され得る。ＣＡＭオブジェクト２３０の例を、図４を参照して以下にさらに説明する。
ＣＡＭオブジェクト２３０の出力は、ＣＡＭ出力オブジェクト２４０によって受信され得る。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０は、制御ソフトウェア及び／またはハードウェアを消費することによって必要とされる選択ＣＡＭ出力を後処理し得る。一部の出力の場合、ＣＡＭ出力オブジェクト２４０は、単位変換を実施し、試験加算器を応用し、及び／または周辺状態間で内挿法を実施し、及び／または開始動作中でＣＡＭ出力し得る。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０は、Ｙベクトルを関連する構成要素によって所望される値固有の値（すなわち、温度、圧力、流量、センサー温度、及び／または他の出力合成）にアンパックし得る。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０はまた、構成要素間ステーション流量、温度、圧力、及び／または燃料対空気混合比、トルク、推力、ブリード流量、及び／または圧縮機及びタービンケースの間隔を出力し得る。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０はまた、ＥＰＯＳ１１０によって決定された現行状態（例えば、前述の「ＯｐＭｏｄｅ」動作モード）を示し得る。ＣＡＭ出力オブジェクト２４０の例を、図１０を参照して以下により詳細に説明する。
ＣＡＭ入力オブジェクト２２０に戻ると、図３は、図２のＣＡＭ入力オブジェクト２２０の例示の実施形態を示す。図３のＣＡＭ入力オブジェクトは、ＵEベクトルパッケージャー３１０、ＹCtベクトルパッケージャー３２０、ＯｐＭｏｄｅディターミナー３３０、及び入力保護モジュール３４０を含み得る。ＵEベクトルパッケージャーはベクトルＵERawを受信し得るし、ＵEベクトルパッケージャー３１０は、所望の値を入力ベクトルから選択して、ベクトルＵE_inを作成し得るが、これは、入力保護モジュール３４０に出力され得る。ＵEベクトルパッケージャー３１０はまた、単位変換のため、及び、存在し得ないＵEに対する値を合成するために用いられ得る。同様に、ＹCtベクトルパッケージャーは、ベクトルＹCtRawを受信し得る。ＹCtベクトルパッケージャー３１０は、所望の値を入力ベクトルから選択して、ベクトルＹCt_inを作成し得るが、これは、入力保護モジュール３４０に出力され得る。
ＯｐＭｏｄｅディターミナー３３０は、ＣＡＭオブジェクト２３０の動作モードを、各々の動作モードで実行されるために必要な入力値の健康ステータスに基づいて確立し得る。健康ステータスは、ＦＤＡ論理１１７によって決定された制御センサーのステータスと、内部状態及び出力の状態などのＣＡＭオブジェクト２３０による内部生成された情報と、を含み得る。ＯｐＭｏｄｅディターミナー３３０は、最高の忠実度モードを利用可能な入力に基づいて求め、障害を収納するために減少した忠実度モードに復帰し得る論理設計を用いて動作し得る。ＯｐＭｏｄｅディターミナー３３０によって決定された動作モードは、装置１３０の機能に関連し、入力ベクトル値及び／またはＣＡＭ状態及び／または出力の状態に基づく動作モードのプログラムされたリストのうちの１つである。様々な下流の要素の機能は、ＯｐＭｏｄｅディターミナー３３０によって決定された、結果として得られる動作モードによって影響され得る。
一旦、ＣＡＭのＯｐＭｏｄｅが決定されると、入力保護モジュール３４０は、ＯｐＭｏｄｅベクトルと、ベクトルパッケージャー３１０、３２０からの入力とを用いて、入力ベクトルＵE及びＹCtを決定する。前記ベクトルは、図４により詳しく示す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ＸC、ＸS、及びＸPを生成し得る。物理状態ベクトル（ＸP）は、興味ある時間中に装置１３０の動力学に関連するシミュレートされたパラメータを含むが、その導関数（ＸpDot）は、開ループモデル４１０で計算される。ベクトルＸPは、これを含むことに限られないが、スプールシャフト速度、装置素材温度などを含み得る。ソルバー状態ベクトルＸSは、装置１３０のある構成要素になされた調整に関連する値を含み得る。これらの値は、ＣＡＭに起因する誤りを補償するための調整であり得る。ＸCベクトルは、ＹCtの実の値に匹敵するモデル化されたＹCベクトルを作成するためのＹCtベクトルの精密化されたものであるシミュレートされた構成要素水準であるオンボードコレクター状態に関連する値を含み得る。さらに、ＣＡＭオブジェクト２３０は離散的なリアルタイムシミュレーションとして実装されるため、ＣＡＭオブジェクト２３０は、シミュレーションの各々動的パスを完全に実施し得るが、各々のパスは、文字ｋで示される。各々のシミュレーションパスｋとシミュレーション時間ステップｄｔとの積は、シミュレーション時間である。ｋの値は、１だけ連続して増加し得る（例えば、ｋ＝［１、２、３、・・・］）。
設定状態モデル４２０は、ＵEベクトル、ＹCtベクトル、及びＯｐＭｏｄｅベクトルの入力を受信し得る。加えて、設定状態モジュール４２０は、推定状態モジュール４４０によって生成されたＸベクトルの先行状態の値を受信し得る。図４では、先行状態は状態「（ｋ−１）」で示されている。設定状態モジュール４２０は、Ｘベクトル中の状態を基点値でオーバーライドするが、しかしながら、値がオーバーライドする必要がなければ、設定状態モジュール４２０は、通過要素として機能し得る。設定状態モジュール４２０のオーバーライド機能は、ＣＡＭモジュール２３０に対して入力された動作モード（ＯｐＭＯｄｅ）次第で、Ｘベクトル内の値を基点（Ｕ）または外部（ＹCt）の値でオーバーライドし得る。オーバーライド値を獲得するため、設定状態モジュール４２０は、初期化中に使用されるＣＡＭ状態の基点値をルックアップし得る。設定状態モジュール４２０はまた、ソルバー状態の能動的部分集合を選択し得る。出力として、設定状態モジュール４２０は、開ループモデル４１０で用いられるコレクター状態（ＸC）ベクトル、ソルバー状態（ＸS）ベクトル、及び物理状態（ＸP）ベクトルを生成し得る。
開ループモデル４１０は、１つ以上のサイクル合成モジュールから成り得るが、各々のサイクル合成モジュールは、装置１３０と関連付けられた構成要素、機能、及び／または状態に関連する。この例では、開ループモデル４１０は、装置１３０のサイクルと関連付けられた構成要素、機能、及び／または状態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。開ループモジュールは、いかなる特定の数のモジュールにも限定されず、装置１３０と関連付けられた構成要素、機能、及び／または状態をシミュレートするために用いられる任意の数のモジュールを含み得る。開ループモデル４１０は、設定状態モジュール４２０及びイフェクター／境界状態ベクトル（ＵE）から、コレクター状態（ＸC）ベクトル、ソルバー状態（ＸS）ベクトル、及び物理状態（ＸP）ベクトルの入力を受信し得る。開ループモデル４１０に入力される値は、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に対する入力として用いられ得る。開ループモデル４１０は、サイクル合成モジュールによって生成される値を用いて、合成されたパラメータベクトルＹ（ｋ）をＵE（ｋ）及びＸ（ｋ）に基づいて形成する。合成されたパラメータベクトルＹ（ｋ）は、開ループモジュール４１０のシミュレートされた物理学から決定された合成されたサイクル値を含み、また、装置１３０の制御のために用いられ得る。
一連のサイクル合成モジュールを示し、図５は、図４の開ループモデル４１０の実施形態の例を解説する。開ループモデル４１０は、一群の一次ストリームモジュール５１０、一群の二次ストリームモジュール５２０、一群のさらなるモジュール５３０、及びベクトルデータパッケージャ５４０を含み得る。開ループモデル４１０は、設定状態モジュール４２０からのコレクター状態（ＸC）ベクトル、ソルバー状態（ＸS）ベクトル、及び物理状態（ＸP）ベクトル、ならびにイフェクターベクトル（ＵE）の入力を受信し得る。一群の一次ストリームモジュール５１０、一群の二次ストリームモジュール５２０、及びさらなるモジュール５３０は全て、設定状態モジュール４２０からのコレクター状態（ＸC）ベクトル、ソルバー状態（ＸS）ベクトル、及び物理状態（ＸP）ベクトル、ならびにイフェクターベクトル（ＵE）から入力を受信し得る。さらに、開ループモジュール４１０は、上記のモジュール群を含むことに制限されず、むしろ、開ループモジュール４１０は、モジュール群を省略する及び／または他のモジュール群を含み得る。開ループモジュール４１０の任意のモジュールまたは全てのモジュールは、互いと相互作用して、各々のモジュールの出力を生成し得る。
開ループモジュール４１０の各々のモジュールは、装置１３０の構成要素を表し得るし、ユーティリティのライブラリによって実装され得るが、各々のユーティリティは、構成要素の計算の様々な部分を成す物理特性の数学的表現であり得る。例えば、モジュールのユーティリティは、ＣＡＭオブジェクト２３０全体にわたって再使用可能であり得て、かつＥＰＯＳ１１０の読み出し可能性及び保守可能性を改善し得る圧縮機、タービン、ブリード、圧力損失などの表現を含み得る。これらの構成要素は、空気力学及び熱力学プロセスの物理学的表現から構築され得る。例えば、各々のモジュールは、構成要素の出口での全圧、全温度、燃料／空気混合比、及び気体流量、及び／または、装置１３０のモデル化された部分と関連付けられた他の任意のパラメータを含む出力ベクトルを生成し得る。
一部の例では、一次ストリームモジュール５１０は、これを含むことに限られないが、装置１３０の対応する要素に基づいて次のものを含み得る：低スプール圧縮機をモデル化するＣＭＰ＿Ｌモジュール６０５、低スプール圧縮機と関連付けられたブリードをモデル化するＤ＿ＢＬＤ＿ＳＴＢ６１０、圧縮機のダクトを通過する空気流と関連付けられた圧力損失をモデル化するＤ＿ＣＳ＿ＩＮＴモジュール６１５、高スプール圧縮機をモデル化するＣＭＰ＿Ｈモジュール６２０、高スプール圧縮機の出口でのダクト中の器具と関連付けられた圧力損失をモデル化するＤ＿Ｉ０３０ ６２５モジュール、拡散器をモデル化するＤ＿ＤＩＦ＿ＢＵＲＮモジュール６３０、バーナーをモデル化するＢＲＮ＿ＰＲＩモジュール６３５、高スプールタービンをモデル化するＴＲＢ＿Ｈモジュール６４０、低スプールタービンをモデル化するＴＲＢ＿Ｌモジュール６４５、低タービン出口誘導翼ダクトをモデル化するＤ＿ＥＧＶ＿ＬＴモジュール６５０、出口誘導翼ダクトの後部のプローブと関連付けられた圧力損失をモデル化するＤ＿Ｉ０４９５モジュール６５５、ダクトであって、器具プローブを含む、ダクト中を移動する空気に関連する圧力損失をモデル化するＤ＿Ｉ＿ＮＯＺ＿ＰＲＩモジュール６６０、一次ノズルダクトをモデル化するＤ＿ＴＥＣ＿ＮＯＺモジュール６６５、一次ノズルダクトと関連付けられた圧力損失をモデル化するＤ＿ＮＯＺ＿ＰＲＩモジュール６７０、及びＮＯＺ＿ＰＲＩモジュール６７５一次ノズル。加えて、二次ストリームモジュール５２０は、これを含むことに限られないが、装置１３０の対応する要素に基づいて次のものを含み得る：ファン外径圧縮機をモデル化するＣＭＰ＿Ｆ＿ＳＥＣモジュール７０５の例、ファン出口誘導翼ダクトをモデル化するＤ＿ＥＧＶ＿ＦＯモジュール７１０、低圧縮機と高圧縮機との間の出口ダクトをモデル化するＤ＿ＢＬＤ＿ＳＥＣモジュール７１５、Ｂ２５ブリードの下流のダクトをモデル化するＤ＿ＡＶＥ＿１４０モジュール７２０、装置１３０のバイパスダクトブリードをモデル化するＤ＿ＢＬＤ＿ＮＯＺ＿ＳＥＣモジュール７２５、二次ノズルダクトをモデル化するＤ＿Ｉ＿ＮＯＺ＿ＳＥＣモジュール７３０、及び二次ノズルをモデル化するＮＯＺ＿ＳＥＣモジュール７３５。さらに、特定のストリームと関連付けられていないいくつかのモジュールが存在し、モジュール５３０は、これを含むことに限られないが、装置１３０の状態に基づいて次のものを含み得る：装置１３０のエネルギー及び／または効率の損失の効果をモデル化するＰＯＷＥＲ＿ＥＸＴＲＡＣＴモジュール８０５、装置１３０のファンギアボックスからの電力損失の清算をモデル化するＦＡＮ＿ＩＤ＿ＰＯＷＥＲモジュール８１０、及び装置１３０内の不安定なトルク均衡に関連するエネルギーの保存の清算をモデル化するＴＯＲＱＵＥ＿ＢＡＬＡＮＣＥモジュール８１５、及びＯＬＭ４１０中で検出された誤りに対するソリューションを形成するＣＡＬＣ＿ＥＲＲ＿ＳＬＶＲモジュール８２０。さらに、装置１３０と関連付けられた任意のさらなる物理特性をモデル化する任意のさらなるモジュール及び／またはモジュールの群は、開ループモデル４１０の一部として含まれ得る。
図５のモジュールの例は、１つ以上の物理学ベースの構成可能ユーティリティを用いて設計され得る。構成可能ユーティリティは、ＥＰＯＳ構造内のサブシステムのライブラリに含まれ得る。開ループモジュール４４０は、上記のモジュールを物理学ベースの構成可能ユーティリティのサブシステムから、事前プログラムされた命令及び／またはユーザ入力に基づいてコンパイルし得る。
一旦、開ループモデル４１０の様々なモジュールの全体にわたってデータが処理されると、ベクトルデータパッケージャ５４０は、入力データを、一次ストリームモジュール５１０の群、二次ストリームモジュール５２０の群、及びさらなるモジュール５３０から受信する。モデル状態及び入力に基づく合成されたパラメータベクトルＹ（ｋ）に加えて、開ループモデルはまた、ソルバー状態ベクトル（ＸS）に関連するソルバー誤りベクトル（ＥｒｒＳｌｖｒ）を出力し得る。また、開ループモデル４１０は、物理状態導関数ベクトル（ＸPDot）を収集して出力し得る。受信されたデータは、ベクトルＹ（ｋ）、ＥｒｒＳｌｖｒ、及びＸPDotの形態でベクトルデータパッケージャ５４０によってパッケージングされ得る。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及び／またはさらなるベクトルにパッケージングし得る。
開ループモデル４１０の前記モジュールを含むために用いられるあるユーティリティは、気体ベースの特性をモデル化し得るし、例えば、比熱を温度及び燃料／空気混合比の関数として、相対圧力をエンタルピー及び燃料／空気混合比の関数として、エンタルピーを温度及び燃料／空気混合比の関数として、比熱比を温度及び燃料／空気混合比の関数として、相対圧力を温度及び燃料／空気混合比の関数として、相対圧力を温度及び燃料／空気混合比の関数として、温度をエンタルピー及び燃料／空気混合比の関数として、及び／または気体定数及び比熱比を温度及び燃料／空気混合比の関数として表し得る。他のユーティリティの例は、熱伝導率を気体全温度の関数として、絶対粘度を気体全温度の関数として、臨界流れパラメータを比熱及び気体定数の関数として、熱膨張係数を材料の温度及び／または種類の関数として、材料の比熱を材料の温度及び／または種類の関数として、及び／または材料の熱伝導率を材料の温度及び種類の関数としてモデル化し得る。さらに、他の気体関連の機能をモデル化する他のユーティリティが存在し得る。加えてまたは代替的に、装置１３０と関連付けられた他の任意の特性をモデル化する他の任意のユーティリティが、含まれ得る。
加えて、開ループモデル４１０を含むモジュールは、１つ以上の構成可能ユーティリティを含み得る。構成可能ユーティリティは、エンジンの構成要素の複雑な表現であり得る。例えば、構成可能ユーティリティは、圧縮機またはタービンなどの主要なエンジン構成要素中の特定の物理的効果を表し得る。構成可能ユーティリティの各々の実例は、たとえ構成可能モデルのインターフェースが不変のままであっても、それがモデル化する物理的プロセスのいくつかの表現のうちの１つであるように選択され得る。構成可能ユーティリティは、下層の構成可能サブシステムを切り替えることによって特定の構成要素を表すようにそれ自身を再構成し得る。このような構成可能ユーティリティを用いることは、開ループモデル４３０のソフトウェアアプリケーションの保守可能性に恩典を与え得る。
ある実施形態の例では、構成可能ユーティリティは、装置１３０の圧縮機中でのＲｅｙｎｏｌｄｓ効果をモデル化するように設計され得るし、また、圧縮機の特定の構成要素（例えば、高スプール圧縮機、低スプール圧縮機など）を表すようにそれ自身を再構成し得る。この例の構成可能圧縮機のＲｅｙｎｏｌｄｓ効果ユーティリティは、サイクル合成モジュールの形成で用いられ得るし、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）、及び／または圧縮機のシミュレーションと関連付けられる他の任意のモジュールをシミュレートするモジュール中で用いられ得る。同様に、開ループモデル４１０の具体的なモジュールは、構成可能ユーティリティを利用して、装置１３０のタービン中でのＲｅｙｎｏｌｄｓ効果をモデル化し得るし、また、圧縮機の特定の構成要素を表すようにそれ自身を再構成し得る。
ＯＬＭ４１０の例では、具体的なユーティリティは、装置１３０の圧縮機の物理的プロセスをモデル化し得るし、また、このような物理的プロセスの表現をサブユーティリティとして含み得る。圧縮機ユーティリティの例のサブユーティリティは、これを含むことに限られないが、装置１３０の基本的物理学（例えば、等エントロピー圧縮、熱力学の法則、理想的気体特性など）と関連付けられた基本的物理学ユーティリティ、構成要素空気熱マップ評価、気体材料熱伝達特性、構成要素ブリードのモデル、断熱定常状態からのトルクの構成要素、及び／またはマップとサイクルの状態（設計、気体特性、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ効果、間隔、撚り戻し効果など）間での拡大縮小の効果を含み得る。このような圧縮機ユーティリティの出力は、これを含むことに限られないが、構成要素出口気体流れ状態、ブリード流れ、旋回角度、全構成要素入口気体流れ、トルク抽出、及び材料温度の導関数を含み得る。圧縮機ユーティリティは、他のユーティリティ（例えば、選択可能スケジューリングパラメータを持つオフボード補正ルックアップテーブル、構成要素のためのオンボード及び／またはオフボード補正を可能とするセレクターなど）と動作的に関連付けられ、例えば、ＣＭＰ＿Ｌモジュール６０５及び／またはＣＭＰ＿Ｈモジュール６２０のような圧縮機関連モジュールを形成し得る。
ＯＬＭモデルユーティリティの別の例は、タービンユーティリティである。タービンユーティリティの例のサブユーティリティは、これを含むことに限られないが、装置１３０の基本的物理学（例えば、等エントロピー膨張、熱力学の法則、理想的気体特性など）と関連付けられた基本的物理学ユーティリティ、構成要素空気熱マップ評価、気体材料熱伝達特性、入口誘導翼のモデル、組み込まれたタービン冷却ブリードのモデル、回転子入口温度計算、タービン間隔効果、及び／またはマップとサイクルの状態（設計、気体特性、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ効果、間隔、撚り戻し効果など）間での拡大縮小の効果を含み得る。このようなタービンユーティリティの例の出力は、これを含むことに限られないが、構成要素出口状態、回転子入口温度、タービン中への流れ、生成されたトルク、材料温度導関数、現行状態での定常状態材料温度、材料温度の時間定数、熱膨張による装置の半径、及び／または間隔値を含み得る。タービンユーティリティは、他のユーティリティ（例えば、選択可能スケジューリングパラメータを持つオフボード補正ルックアップテーブル、構成要素のためのオンボード及び／またはオフボード補正を可能とするセレクターなど）と動作的に関連付けられて、例えば、ＴＲＢ＿Ｈモジュール６４０及び／またはＴＲＢ＿Ｌモジュール６４５のような圧縮機関連モジュールを形成し得る。
図４に戻ると、感知用合成モジュール４３０は、センサーの周囲及びセンサー本体の熱慣性でのレジーム／ロケーション効果によるＹにパッケージングされた対応する平均の気体経路エンジンステーション推定値とは異なる制御センサーの特定値をモデル化し得る。Ｙ及び導関数物理状態ベクトル（ＸPDot）の入力を受信して、感知用合成モジュール４３０は、ＣＡＭモジュール２３０内で障害または誤り検出の別の手段として機能し得る。
Ｙ（ｋ）、ＹC（ｋ）、ＸPDot（ｋ）、及び／またはＥｒｒＳｌｖｒ（ｋ）の入力を受信して、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）の次のパス値を決定し得る。推定状態モジュール４４０は、ソルバー状態誤りベクトルを拡大縮小して補正し、ソルバー利得スケジューリングパラメータを選択し、ソルバー状態利得を計算し、コレクター状態誤りベクトルを計算、拡大縮小、及び補正し、状態導関数を積分し、状態積分器範囲制限を適用し、状態積分器を初期化中にリセットし飽和状態積分器を検出し、及び／または不当に大きい合成値によって示された内部誤りを検出し得る。
推定状態モジュール４４０は、イフェクターベクトル（ＵE）、合成されたパラメータベクトル（Ｙ），オンボードコレクター状態ベクトル（ＸC）、物理状態ベクトル（ＸP）、ソルバー状態ベクトル（ＸS）、ソルバー誤りベクトル（ｅｒｒＳｌｖｅｒ）、及び物理状態導関数ベクトル（ＸPDot）の入力を受信し得る。推定状態モジュール４４０は、オンボードコレクター状態ベクトル（ＸC_ESM）、物理状態ベクトル（ＸP_ESM）、及びソルバー状態ベクトル（ＸS_ESM）の更新されたバージョンを出力し得る。これらのベクトルは、開ループモデル４１０の現行の繰り返しからの合成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に示す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、これを含むことに限られないが、ベクトルアンパッカー９１０、温度バリュエータ９２０、圧力バリュエータ９３０、流れバリュエータ９４０、センサー温度バリュエータ９５０、他の出力シンセサイザ９６０、及びステータスインジケータ９７０を含み得る。ベクトルアンパッカー９１０は、合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の入力を受信し得る。ベクトルアンパッカー９１０は、アンパックされたＹベクトルを出力調整モジュールの他の要素に出力し得る。ステータスインジケータ９７０は、動作モードベクトル（ＯｐＭｏｄｅ）の入力を受信し得る。さらに、出力調整モジュール２４０は、上記の要素を含むことに限られず、むしろ、出力調整モジュール２４０は、要素を省略する及び／または他の要素を含み得る。
温度バリュエータ９２０は、合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の温度関連値を処理し得る。これは、単位変換を実施すること、試験加算器を実装すること、装置１３０の機能の始動中での温度値間での非線形内挿法を実施すること、及び／または必要とされれば／されるときに、デフォルトテーブルから温度値をバックアップとして獲得することを含み得る。温度バリュエータ９２０は、上記の様式で機能することに限られず、むしろ、温度バリュエータ９２０は、リストアップされた機能のうちの任意のものを省略する及び／または合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の処理温度データに関連するさらなる機能を追加し得る。
圧力バリュエータ９３０は、合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の圧力関連値を処理し得る。これは、単位変換を実施すること、試験加算器を実装すること、装置１３０の機能の始動中での圧力値間での非線形内挿法を実施すること、及び／または必要とされれば／されるときに、デフォルトテーブルから圧力値をバックアップとして獲得することを含み得る。圧力バリュエータ９３０は、上記の様式で機能することに限られず、むしろ、圧力バリュエータ９３０は、リストアップされた機能のうちの任意のものを省略する及び／または合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の処理圧力データに関連するさらなる機能を追加し得る。
流れバリュエータ９４０は、合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の燃料流れ関連値を処理し得る。これは、単位変換を実施すること、試験加算器を実装すること、装置１３０の機能の始動中での燃料流れ値間での非線形内挿法を実施すること、及び／または必要とされれば／されるときに、デフォルトテーブルから燃料流れ値をバックアップとして獲得することを含み得る。流れバリュエータ９４０は、上記の様式で機能することに限られず、むしろ、流れバリュエータ９４０は、リストアップされた機能のうちの任意のものを省略する及び／または合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の処理燃料流れデータに関連するさらなる機能を追加し得る。
センサー温度バリュエータ９５０は、合成されたパラメータベクトル（Ｙ）のセンサー温度関連値を処理し得る。これは、単位変換を実施すること、試験加算器を実装すること、装置１３０の機能の始動中での温度値間での非線形内挿法を実施すること、及び／または必要とされれば／されるときに、デフォルトテーブルからセンサー温度値をバックアップとして獲得することを含み得る。センサー温度バリュエータ９５０は、上記の様式で機能することに限られず、むしろ、センサー温度バリュエータ９５０は、リストアップされた機能のうちの任意のものを省略する及び／または合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の処理センサー温度データに関連するさらなる機能を追加し得る。
他の出力シンセサイザ９６０は、温度バリュエータ９２０、圧力バリュエータ９３０、流れバリュエータ９４０、センサー及び／または温度バリュエータ９５０によって処理されない合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の他の出力データを処理し得る。これは、単位変換を実施すること、試験加算器を実装すること、装置１３０の機能の始動中での温度値間での非線形内挿法を実施すること、及び／または必要とされれば／されるときに、デフォルトテーブルから他の出力値をバックアップとして獲得することを含み得る。流れバリュエータ９４０は、上記の様式で機能することに限られず、むしろ、流れバリュエータ９４０は、リストアップされた機能のうちの任意のものを省略する及び／または合成されたパラメータベクトル（Ｙ）の処理用の他の出力データに関連するさらなる機能を追加し得る。
ステータスインジケータ９７０は、動作モードベクトル（ＯｐＭｏｄｅ）から入力を受信し得る。この入力を用いて、ステータスインジケータ９７０は、任意の下流の論理デバイス中で用いられるＣＡＭモジュール２３０の動作ステータスのステータス指示を生成して提供し得る。
制御システム１００は、装置１３０の出力設定を監視及び／または制御するように実装され得る。たとえば、制御システムは、装置１３０がガスタービンエンジンである時、装置１３０の推力を監視及び／または制御していてよい。装置１３０の実際の推力を測定する代わりに、ＥＰＯＳ１１０は、推力と推力目標とを推定し、シャフト速度及び／または圧力比などであるがこれらに限定されない測定されたエンジンパラメータに基づいて間接的に出力を制御し得る。サイクル全体に渡って安全で信頼性のある装置１３０の動作を保証するために、シャフト速度、圧力、及び温度などのパラメータも、装置１３０の所望の推力を決定するために監視され、使用される。
ここで図７を参照すると、装置１３０において推力を決定し、制御するための制御構成１６０が示されている。上記でより詳細に説明した通り、ＣＡＭベースのＥＰＯＳ１１０は、エフェクタ位置と境界条件（Ｕfb）とを、装置１３０からハードウェア制御構成要素１２０を介して受信する。加えて、ＥＰＯＳ１１０は、エンジン／サイクル測定結果（Ｙm）を装置１３０から、１つまたは複数のセンサ及び／または他のハードウェア入力を介して受信し得る。入力を使用して、ＥＰＯＳは、制御のためのモデル出力を生成する。
具体的には、ＥＰＯＳ１１０は、推力（Ｆg）の値を、エフェクタベクトル、物理ベクトル、及び／または検知された測定値からのパラメータ値に基づいて推定し得る。たとえば、推定推力は、シャフト速度と装置圧力と温度と検知されたパラメータと、ＯＬＭ４１０で決定された、及び／または検知された値から決定された同様のものを使用して推定され得る。所与の瞬間において、ＥＰＯＳは、推定推力と目標推力とを決定することができる。ソフトウェア制御要素１５０もまた、装置の推力の目標値（ＦgGoal）を決定し得る。目標値はＥＰＯＳ１１０によって作られ得、及び／または目標値は、オペレータインターフェース１４０から生成された入力を使用して決定され得る。
ＦgとＦgGoalとの生成値は、制御ハードウェアへの出力のための、高度多変数制御（ＡＭＶＣ）命令１６５を決定するために使用され得る。いくつかの実施例では、制御エラー（ｅｒｒＣｔｒｌ）処理が、ＡＭＶＣ１６５への入力に適用され得る。ｅｒｒＣｔｒｌは、工学的システムの目標を達成するための最低要求推力を推定するために、推定推力に適用される１つまたは複数のアルゴリズムであり得る。たとえば、ｅｒｒＣｔｒｌで使用されるアルゴリズムは、制御法則エラーに対する考慮と、モデルフィードバックにおける不確定性に対する考慮と、摩耗の量によって影響されるランダムなエンジン性能レベルに対する考慮と、装置１３０のメンテナンスに対する考慮などを含むが、これらに限定されない。さらに、ｅｒｒＣｔｒｌは、顧客動力抽出及び顧客ブリード抽出、湿度レベルなどの、ＯＬＭ４１０及び／または外部センサによって決定される、モデル出力内の他の値によって影響を受け得る。ＥｒｒＣｔｒｌは、燃料品質に基づいて、推力の相違も考慮し得る。
ＡＭＶＣ命令１６５は、アクチュエータ１２４などのハードウェア制御要素１５０によって使用されて、装置１５０に対する制御要求（Ｕfb）を生成する。制御構成１６０を使用して、制御要求は、図８のフローチャート９８０で説明した通り、推力を制御し、監視するために使用され得る。
ブロック９８２で、ＥＰＯＳ１１０のモデル出力は、装置１３０の推力（Ｆg）の推定値を生成し得る。Ｆg値は、開ループモデル４１０による計算中に決定され得る。
ブロック９８４に続けると、制御法則１１１は、推定推力を受信し、目標推力値と比較して、アクチュエータへの制御出力を決定し得る。制御エラーアルゴリズムは、装置１３０への制御出力信号の出力の前に、推力に適用され得る。加えてまたは代替的に、制御出力は、他の予めプログラムされた入力及び／またはユーザ入力に基づき得る。
最後に、アクチュエータ１２４は、モデル出力に基づいて入力を受信し得、モデル出力は推力コマンドを含む。アクチュエータによって受信された入力は、推力を増加または減少させるために、エフェクタ境界条件を制御するため、たとえば、装置１３０への燃料フローを調整するために使用され得る。
図１のＥＰＯＳ１１０を実装する様式の例を図２〜６に示したが、図２〜６に示す１つ以上の要素、プロセス、及び／またはデバイスは、他の任意の方法で、組み合わされ、分割され、再配列され、省略され、消去及び／または実装され得る。さらに、図１〜６の要素の例は、１つ以上の回路（複数可）、プログラム可能プロセッサ（複数可）、特定用途向け集積回路（複数可）（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理デバイス（複数可）（ＰＬＤ）、及び／またはフィールドプログラム可能論理デバイス（複数可）（ＦＰＬＤ）などによって実装され得る。本特許の装置またはシステムの請求範囲のいずれかが、純粋のソフトウェア及び／またはファームウェア実装例をカバーするものと解釈されたときには、要素の例のうちの少なくとも１つを、これによって、ソフトウェア及び／またはファームウェアを記憶するメモリ、ＤＶＤ、ＣＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙなどの有形のコンピュータ読み取り可能媒体を明確に含むように定義される。さらにまた、図示された実施形態の例は、図１〜６に示すものに加えてまたはそれらの代わりに、１つ以上の要素、プロセス、及び／またはデバイスを含み得る、及び／または図示する要素、プロセス、及びデバイスの任意または全てのうちの２つ以上を含み得る。
機械読み取り可能命令の例を表すフローチャートを、図８及び９に示す。これらの例では、機械読み取り可能命令は、図１０に関連して以下に検討するコンピュータ１２００の例に示すプロセッサ１２１０などのプロセッサなどのプロセッサによる実行用のプログラムを含む。このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピディスク、ハードドライブ、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ−ｒａｙディスク、またはプロセッサ１２１０と関連付けられたメモリなどの有形のコンピュータ読み取り可能媒体上に記憶されるソフトウェアに具現化され得るが、しかし、プログラム全体及び／またはその部分は、代替例では、プロセッサ１２１０以外のデバイスによって実行される及び／またはファームウェアもしくは専用のハードウェアに具現化され得る。さらに、プログラムの例は図７及び８に示すフローチャートを参照して説明するが、本開示の実施形態を実装する多くの他の方法が、代替例では用いられ得る。例えば、ブロックを実行する順序は、変更され得る、及び／または記述されるブロックは、変更、消去、または組み合わされ得る。
図９を参照して、機械読み取り可能命令１０００の例は、図１及び／または２のＥＰＯＳ１１０を実装するために実行され得る。図１及び／または２を参照して、機械読み取り可能命令１０００の例は、ブロック１０１０で実行を開始し、入力で、ベクトルは、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０によって受信されて、ＣＡＭ入力オブジェクト２２０によって用いられて、シミュレーションの動作モード（ＯｐＭｏｄｅ）を決定し、かつＣＡＭ入力ベクトルＵE及びＹCtをコンパイルする（ブロック７１５）。ＣＡＭ入力ベクトルは、次に、ＣＡＭオブジェクト２３０によって用いられて、合成されたパラメータベクトルＹを、ＣＡＭモジュール２３０の内部物理状態モジュールと、外部入力ＵE及びＹCt、及びＯｐＭｏｄｅとに基づいて決定する（ブロック１０２０）。合成されたパラメータベクトルＹは、例えば、図１の制御法則１２３などの外部モジュールによって用いられるように、ＣＡＭ出力オブジェクト２４０によって調整される（ブロック１０２５）。
図１０の機械読み取り可能命令１１００の例は、図２及び／または４のＣＡＭオブジェクト２３０を実装するために実行され得る。図２及び／または４を参照すると、設定状態モジュールは、ＸE_ESM（ｋ−１）、ＸC_ESM（ｋ−１）、及びＸP_ESM（ｋ−１）の形態で推定状態モジュール４４０によって生成されたベクトルＵE、ＹC（ｋ）、ＯｐＭｏｄｅ、及び先行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て、その状態を設定する（ブロック１１１０）。開ループモデル４１０は、ＵE、ＹC（ｋ）、ＸC（ｋ−１）、ＸS（ｋ−１）、及びＸP（ｋ−１）に含まれるデータを１つ以上の含まれているサイクル合成モジュールを用いて処理することによって、合成されたパラメータベクトルＹ（ｋ）を決定するが、１つ以上のサイクル合成モジュールは、装置１３０のサイクルの要素と関連付けられた物理状態の数学的抽象化（複数可）である（ブロック１１１５）。感知用合成モジュール４３０は、合成されたパラメータベクトルＹ（ｋ）を受信して、ベクトル中の潜在的な誤りを検出する（ブロック１１２０）。推定状態モジュール４４０は、現在の状態（ｋ）に対する物理状態ベクトルＸS_ESM（ｋ）、ＸC_ESM（ｋ）、及びＸP_ESM（ｋ）を決定する（ブロック１１２５）。推定状態モジュール４４０は、ベクトルＸS_ESM（ｋ）、ＸC_ESM（ｋ）、及びＸP_ESM（ｋ）を、次の連続する状態を処理するために設定状態モジュール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の外部で用いられるようにベクトルＹ（ｋ）を出力する（ブロック１１３５）。
図１１は、図１〜７の装置を実装するために図８〜９の命令を実行することが可能なコンピュータ１２００の例のブロック図である。コンピュータ１２００は、例えば、サーバ、パソコン、または他の任意の種類のコンピューティングデバイスであり得る。
本実施例のシステム１２００は、プロセッサ１２１０を含む。例えば、プロセッサ１２１０は、任意の所望の家族または製造業者からの１つ以上のマイクロプロセッサまたはコントローラによって実装することが可能である。
プロセッサ１２１０は、ローカルメモリ１２１５を含み、リードオンリーメモリ１２３０及びランダムアクセスメモリ１２２０を含むメインメモリと、バス１２４０を介して通信状態にある。ランダムアクセスメモリ１２２０は、同期型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）、及び／または他の任意の種類のランダムアクセスメモリデバイスによって実装され得る。リードオンリーメモリ１２３０は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、及び／または他の任意の所望の種類のメモリデバイスによって実装され得る。
コンピュータ１２００はまた、インターフェース回路１２５０を含む。インターフェース回路１２３０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔインターフェース、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、及び／またはＰＣＩエクスプレスインターフェースなどの任意の種類のインターフェース基準によって実装され得る。
１つ以上の入力デバイス１２５４は、インターフェース回路１２５０に接続される。入力デバイス（複数可）１２５４は、ユーザがデータ及びコマンドをプロセッサ１２１０に入力することを許容する。入力デバイス（複数可）は、例えば、キーボード、マウス、タッチ画面、トラックパッド、トラックボール、アイソポイント、及び／または音声認識システムによって実装することが可能である。インターフェース１２５０は、図１のオペレータインターフェース１１５と連動して、これと並列に、またはこれの代わりに動作し得る。
１つ以上の出力デバイス１２５８もまた、インターフェース回路１２５０に接続される。出力デバイス１２５８は、関連付けられたデータのための、例えば、表示デバイス（例えば、液晶ディスプレイ、陰極線管ディスプレイ（ＣＲＴ）など）及び／または飛行及び発電のためのガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（加熱、排気、空気調節、及び冷却）、燃料電池、及び他の、炭化水素抽出、材料処理、及び製造のためのより一般化された流体処理システムなどの流体式工学的システムと動作的に関連付けられたアクチュエータによって実装することが可能である。
前記から、本明細書に開示する技術は、これに限られないが、流体式工学的システムを制御するためのシステム及び方法などの様々な設定において産業上の利用可能性を有することが分かる。流体式工学的システムの例は、飛行及び発電のためのガスタービンエンジン、ＨＶＡＣ＆Ｒ（加熱、排気、空気調節、及び冷却）、燃料電池、及び他の、炭化水素抽出、材料処理、及び製造のためのより一般化された流体処理システムを含み得る。本開示の教示を用いて、流体式工学的システムの小型空気熱モデルは、システムの制御デバイス及び／またはオンボードプロセッサに対する計算負荷を軽減するように設計され得る。このようなモデルの効率は、一連のユーティリティの使用を通じて改善され得るが、これらのユーティリティは、工学的システムの構成要素と関連付けられた物理特性の数学的抽象化に基づく。先行技術に勝るこの改善は、計算効率を保存し得るし、また、流体式工学的システムのための制御システムの精度を向上させ得る。
本開示は航空機のガスタービンエンジンを参照していたが、当業者は、本明細書の教示は、上述したように他の応用分野でも用いることが可能であることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、本発明を実行するための最良の形態として本明細書に提示された実施形態に制限されず、本発明は請求の範囲の精神及び範囲に入る全ての等価物も含むことを意図する。

Claims (20)

  1. 制御システム（１００）であって、
    制御表面を含む制御デバイス（１３０）を位置決めするためのアクチュエータ（１２４）であって、モデル状態を制御するために前記制御表面を位置決めする、アクチュエータ（１２４）と、
    前記アクチュエータ（１２４）をモデル出力の関数として方向付けするための制御法則（１１１）であって、前記モデル出力が前記制御デバイス（１３０）の推定推力値を含む、制御法則（１１１）と、
    前記モデル出力を生成するためのモデルプロセッサ（１１０）と、
    を備え、前記モデルプロセッサが、
    モデル入力を処理して、モデル動作モードを設定するための入力オブジェクト（２２０）と、
    前記モデルプロセッサの動的状態を設定するための設定状態モジュール（４２０）であって、前記動的状態が、前記モデル動作モードに基づいて開ループ（４１０）モデルに入力され、
    前記開ループ（４１０）モデルが、現行状態モデルを、前記動的状態及び前記モデル入力の関数として生成し、前記現行状態モデルに対する制約が、一連のサイクル合成モジュールに基づいており、前記一連のサイクル合成モジュールの各部が、前記制御デバイス（１３０）のサイクルの構成要素をモデル化するとともに、一連のユーティリティを含み、前記ユーティリティが前記構成要素と関連付けられた物理的特性の数学的抽象化に基づく、設定状態モジュール（４２０）と、
    前記モデルの推定された状態を、前記開ループモデル（４１０）の先行状態モデル出力及び前記現行状態モデルに基づいて決定するための推定状態モジュール（４４０）と、
    前記モデルの前記推定された状態を処理して、前記モデル出力を決定するための出力オブジェクト（２４０）と、
    を備える、制御システム（１００）。
  2. 前記制御法則（１１１）が、前記推定推力値を目標値と比較して推力制御要求を決定し、前記推力制御要求が、前記制御デバイス（１３０）の前記推力を制御するために、前記アクチュエータ（１２４）によって受信される、請求項１に記載の制御システム（１００）。
  3. 前記制御法則（１１１）が、前記制御デバイス（１３０）におけるエラーを考慮するために、制御エラーを前記推定推力信号に適用する、請求項１に記載の制御システム（１００）。
  4. 前記制御デバイス（１３０）における前記エラーが、制御法則エラーと前記制御デバイス（１３０）の摩耗と顧客動力抽出と顧客ブリード抽出と湿度レベルと燃料品質とのうちの少なくとも１つに基づく、請求項３に記載の制御システム。
  5. 前記制御デバイス（１３０）の前記推定推力値が、少なくとも、前記制御デバイス（１３０）のスプールのスプール速度に基づく、請求項１に記載の制御システム（１００）。
  6. 前記ユーティリティのうちの少なくとも１つが、１つまたは複数のサブユーティリティを備える構成可能ユーティリティである、請求項１に記載の制御システム（１００）。
  7. 前記モデル入力が、未加工エフェクタデータと境界条件とエンジンセンシングデータとユニット変換情報と範囲制限情報とレート制限情報と動的補償決定と合成欠如入力とのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の制御システム（１００）。
  8. 前記制御デバイス（１３０）がガスタービンエンジンである、請求項１に記載の制御システム（１００）。
  9. 前記１つまたは複数のサイクル合成モジュールが、前記ガスタービンエンジンの熱力学サイクルの構成要素に関連する物理的プロセスの１つまたは複数の数学的抽象化に基づく、請求項８に記載の制御システム（１００）。
  10. 制御デバイス（１３０）を制御するための方法であって、
    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であって、前記モデルプロセッサ（１１０）が、
    モデル入力を処理して、モデル動作モードを設定するための入力オブジェクト（２２０）と、
    前記モデルプロセッサ（１１０）の動的状態を設定するための設定状態モジュール（４２０）であって、前記動的状態が、前記モデル動作モードに基づいて開ループモデル（４１０）に入力され、
    前記開ループモデル（４１０）が、現行状態モデルを前記動的状態及び前記モデル入力の関数として生成し、前記現行状態モデルに対する制約が、一連のサイクル合成モジュールに基づいており、前記一連のサイクル合成モジュールの各部が、前記制御デバイス（１３０）のサイクルの構成要素をモデル化するとともに、一連のユーティリティを含み、前記ユーティリティが、前記構成要素と関連付けられた物理的特性の数学的抽象化に基づく、設定状態モジュール（４２０）と、
    前記モデルの推定された状態を、前記開ループモデル（４１０）の先行状態モデル出力及び前記現行状態モデルに基づいて決定するための推定状態モジュール（４４０）と、
    前記モデルの前記推定された状態を処理して、前記モデル出力を決定するための出力オブジェクト（２４０）と、を備えた、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と、
    前記制御デバイス（１３０）と関連付けられたアクチュエータ（１２４）を、制御法則（１１１）を用いて、モデル出力の関数として方向付けることであって、前記モデル出力が、前記制御デバイス（１３０）の推定推力値を含む、方向付けることと、
    制御表面を含む制御デバイス（１３０）を、前記アクチュエータ（１２４）を用いて位置決めすることであって、前記アクチュエータ（１２４）が、前記モデル状態を制御するために前記制御表面を位置決めする、位置決めすることと、
    を備えた、方法。
  11. 前記制御法則（１１１）が、前記推定推力値を目標値と比較して推力制御要求を決定し、前記推力制御要求が、前記制御デバイス（１３０）の前記推力を制御するために、前記アクチュエータ（１２４）によって受信される、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記制御法則（１１１）が、前記制御デバイス（１３０）におけるエラーを考慮するために、制御エラーを前記推定推力信号に適用する、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記制御デバイス（１３０）における前記エラーが、制御法則エラー、前記制御デバイスの摩耗、顧客動力抽出、顧客ブリード抽出、湿度レベル、または燃料品質のうちの少なくとも１つに基づく、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記制御デバイス（１３０）の前記推定推力値が、少なくとも、前記制御デバイス（１３０）のスプールのスプール速度に基づく、請求項１０に記載の方法。
  15. 前記制御デバイス（１３０）がガスタービンエンジンであり、前記１つまたは複数のサイクル合成モジュールが、前記ガスタービンエンジンの熱力学サイクルの構成要素に関連する物理的プロセスの１つまたは複数の数学的抽象化に基づく、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、
    前記ファンの下流の圧縮機セクションと、
    前記圧縮機セクションの下流の燃焼器セクションと、
    前記燃焼器セクションの下流のタービンセクションと、
    制御表面を備える前記ガスタービンエンジン（１３０）を位置決めするためのアクチュエータ（１２４）であって、モデル状態を制御するために前記ガスタービンエンジン（１３０）の要素の制御表面を位置決めする、アクチュエータ（１２４）と、
    前記アクチュエータ（１２４）をモデル出力の関数として方向付けるための制御法則（１１１）であって、前記モデル出力が前記ガスタービンエンジン（１３０）の推定推力値を含む、制御法則（１１１）と、
    前記モデル出力を生成するためのモデルプロセッサ（１１０）と、
    を備え、前記モデルプロセッサ（１１０）が、
    モデル入力を処理して、モデル動作モードを設定するための入力オブジェクト（２２０）と、
    前記モデルプロセッサ（１１０）の動的状態を設定するための設定状態モジュール（４２０）であって、前記動的状態が、前記モデル動作モードに基づいて開ループモデル（４１０）に入力され、
    前記開ループモデル（４１０）が、現行状態モデルを前記動的状態及び前記モデル入力の関数として生成し、前記現行状態モデルに対する制約が一連のサイクル合成モジュールに基づいており、前記一連のサイクル合成モジュールの各部が、前記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するとともに、一連のユーティリティを含み、前記ユーティリティが、前記構成要素と関連付けられた物理的特性の数学的抽象化に基づく、設定状態モジュール（４２０）と、
    前記モデルの推定された状態を、前記開ループモデル（４１０）の先行状態モデル出力及び前記現行状態モデルに基づいて決定するための推定状態モジュール（４４０）と、
    前記モデルの前記推定された状態を処理して、前記モデル出力を決定するための出力オブジェクト（４４０）と、
    を備える、ガスタービンエンジン（１３０）。
  17. 前記制御法則（１１１）が、前記推定推力値を目標値と比較して推力制御要求を決定し、前記推力制御要求が、前記ガスタービンエンジン（１３０）の前記推力を制御するために、前記アクチュエータ（１２４）によって受信される、請求項１６に記載のガスタービンエンジン（１３０）。
  18. 前記制御法則（１１１）が、前記ガスタービンエンジン（１３０）におけるエラーを考慮するために、制御エラーを前記推定推力信号に適用する、請求項１６に記載のガスタービンエンジン（１３０）。
  19. スプールをさらに備え、前記ガスタービンエンジン（１３０）の前記推定推力値が、少なくとも、前記スプールのスプール速度に基づく、請求項１６に記載のガスタービンエンジン（１３０）。
  20. 前記ガスタービンエンジン（１３０）のサイクルの前記要素が、ダクト、ブリード、ある位置での圧力損失、タービン、コンプレッサ、ディフューザ、燃焼器、出力ガイドベーン、ノズル、ファン、効率損失モジュール、ファンギアボックス、またはトルク測定値のうちの少なくとも１つの要素である、請求項１６に記載のガスタービンエンジン（１３０）。
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