KR19990053824A

KR19990053824A - Engine control method

Info

Publication number: KR19990053824A
Application number: KR1019970073526A
Authority: KR
Inventors: 손영창; 김승우
Original assignee: 유무성; 삼성항공산업 주식회사
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명에 따른 엔진 제어 방법은, (a) 제어될 엔진의 상태 방정식 및 제어 방정식에 따라 전체 시스템 방정식을 설정하는 단계를 포함한다. (b) 전체 시스템 방정식의 안정화를 위한 조건식을 설정한다. (c) 전체 시스템 방정식의 각 변수에 대입될 상수들을 설정한다. (d) 목표 제어값이 입력되면, 입력된 목표 제어값을 전체 시스템 방정식에 대입하여, 전체 시스템 방정식을 성립시키는 각 변수의 상수를 구한다. (e) 단계 (d)에서 구해진 상수가 상기 조건식을 만족시킬 때까지 단계 (c) 및 (d)를 반복 수행한다. 그리고 (f) 입력된 목표 제어값 및 단계 (e)에서 구해진 상수를 제어 방정식에 대입하여, 그 결과 제어값을 엔진에 입력시킨다.The engine control method according to the invention comprises the steps of: (a) setting the overall system equation according to the state equations and control equations of the engine to be controlled. (b) Set up conditional equations for stabilization of the overall system equation. (c) Set constants to be assigned to each variable in the overall system equation. (d) When the target control value is input, the input target control value is substituted into the overall system equation to find a constant of each variable that constitutes the overall system equation. (e) Steps (c) and (d) are repeated until the constant obtained in step (d) satisfies the above conditional expression. And (f) substitutes the input target control value and the constant obtained in step (e) into the control equation, and inputs the control value to the engine as a result.

Description

Engine control method

본 발명은 엔진 제어 방법에 관한 것으로서, 가스터빈 엔진을 포함한 각종 엔진의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an engine control method, and to a control method for various engines including a gas turbine engine.

통상적인 엔진 제어 방법에서는, 목표 제어 신호를 엔진의 회전수에 비례한 크기의 회전수 신호와 비교하여, 그 오차 신호를 발생시킨다. 발생된 오차 신호는 비례-적분-미분(Proportional, Integral and Derivative) 제어를 통하여 엔진의 구동 신호로서 출력된다. 그러나, 이와 같은 비례-적분-미분 제어 방법은, 입출력 특성을 규정(identification)하기 어려운 엔진 예를 들어, 가스터빈 엔진 등에서 그 한계성을 보여주고 있다. 이와 같은 한계성을 극복하기 위하여 퍼지 제어 방법이 도입되고 있다. 그러나, 이와 같은 퍼지 제어 방법은, 엔진으로부터의 회전수 신호가 매우 빠른 위상 변화를 가지는 경우에 그 한계성을 보여주고 있다.In the conventional engine control method, the target control signal is compared with the rotational speed signal of magnitude proportional to the rotational speed of the engine, and the error signal is generated. The generated error signal is output as a driving signal of the engine through proportional, integral and derivative control. However, such a proportional-integral-differential control method has shown its limitations in engines, for example, gas turbine engines, which are difficult to identify input / output characteristics. In order to overcome such limitations, a fuzzy control method is introduced. However, such a fuzzy control method shows its limitation when the rotational speed signal from the engine has a very fast phase change.

한편, 엔진의 회전수 신호를 발생시키는 센서가 고장날 경우를 대비하여, 목표 제어 신호가 그 한계값을 넘지 않도록 제어하는 것이 필요하다. 예를 들어, 센서로부터의 회전수 신호에 따라 엔진으로 유입될 연료의 양을 제어해야 할 뿐만 아니라, 이 연료의 양이 한계값을 넘지 않도록 제어해야 한다. 이를 위하여, 통상적인 엔진 제어 방법에서는 별도의 포화형(saturation type) 함수에 의하여 출력 신호의 크기를 직접 제어하도록 되어 있다. 이에 따라, 엔진의 입출력 변수들이 많고 회전수 신호가 매우 빠른 위상 변화를 가지는 경우, 그 제어의 정확도, 정밀도 및 안정도가 문제되고 있다.On the other hand, it is necessary to control so that a target control signal may not exceed the limit value, in case the sensor which produces the engine speed signal breaks. For example, in addition to controlling the amount of fuel to be introduced into the engine according to the rotational speed signal from the sensor, the amount of fuel must also be controlled so as not to exceed the limit. To this end, in the conventional engine control method, the magnitude of the output signal is directly controlled by a separate saturation type function. Accordingly, when there are many input / output variables of the engine and the rotational speed signal has a very fast phase change, the accuracy, precision and stability of the control are problematic.

본 발명의 목적은, 각각의 목표 제어값에 대한 최적 게인이 적용될 수 있는 엔진 제어 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an engine control method in which an optimum gain for each target control value can be applied.

도 1은 본 발명에 따른 가스터빈 엔진 제어 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a gas turbine engine control system according to the present invention.

도 2는 도 1의 시스템에 적용될 알고리듬의 흐름도이다.2 is a flow diagram of an algorithm to be applied to the system of FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

PLA...요구 추력, 11...제1 비교부,PLA ... demand thrust, 11 ... 1st comparator,

12...적분 제어부, 13, 14, 18, 19...동적 보상 게인,12 ... integral control unit, 13, 14, 18, 19 ... dynamic compensation gain,

15...제2 비교부, 16...비례 제어부.15 ... second comparator, 16 ... proportional control.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 엔진 제어 방법은, (a) 제어될 엔진의 상태 방정식 및 제어 방정식에 따라 전체 시스템 방정식을 설정하는 단계를 포함한다. (b) 상기 전체 시스템 방정식의 안정화를 위한 조건식을 설정한다. (c) 상기 전체 시스템 방정식의 각 변수에 대입될 상수들을 설정한다. (d) 목표 제어값이 입력되면, 입력된 목표 제어값을 상기 전체 시스템 방정식에 대입하여, 상기 전체 시스템 방정식을 성립시키는 각 변수의 상수를 구한다. (e) 상기 단계 (d)에서 구해진 상수가 상기 조건식을 만족시킬 때까지 상기 단계 (c) 및 (d)를 반복 수행한다. 그리고 (f) 상기 입력된 목표 제어값 및 상기 단계 (e)에서 구해진 상수를 상기 제어 방정식에 대입하여, 그 결과 제어값을 상기 엔진에 입력시킨다.The engine control method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: (a) setting the overall system equation according to the state equation and the control equation of the engine to be controlled. (b) A conditional expression for stabilizing the entire system equation is set. (c) sets constants to be assigned to each variable of the overall system equation. (d) When a target control value is input, the input target control value is substituted into the overall system equation to obtain a constant of each variable that establishes the overall system equation. (e) Steps (c) and (d) are repeated until the constant obtained in step (d) satisfies the conditional expression. And (f) substitutes the input target control value and the constant obtained in the step (e) into the control equation, and inputs the control value to the engine as a result.

이에 따라, 각각의 목표 제어값에 대한 최적 게인이 적용되어 상기 결과 제어값을 구할 수 있다.Accordingly, the optimum gain for each target control value is applied to obtain the result control value.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1에는 본 발명에 따른 가스터빈 엔진 제어 시스템이 도시되어 있다. 도 1에서 동적 보상 게인(dynamic compensation gain)들 Br, Ar, Kr 및 Ks는, 매 주기마다 입력되는 목표 제어값에 따라 변화되는 값이 설정된다. 따라서 이들은 관련된 시스템 방정식의 변수들에 해당된다. 도 1을 참조하면, 제1 비교부(11)에서는 목표 제어값으로서의 요구 추력 신호(PLA)에서 제1 및 제2 귀환값을 뺀다. 여기서 제1 귀환값은, 가스터빈 엔진(17)으로부터의 회전수(y)에 제1 동적 보상 게인(dynamic compensation gain) Br(19)이 곱해진 귀환값이다. 또한 제2 귀환값은 적분 제어부(12)의 출력 x가 제2 동적 보상 게인 Ar(14)과 곱해진 귀환값이다. 제1 비교부(11)로부터의 제어값 x는 적분 제어부(12)에 입력된다.1 shows a gas turbine engine control system according to the present invention. In FIG. 1, dynamic compensation gains Br, Ar, Kr and Ks are set according to a target control value input every cycle. Thus they correspond to the variables of the relevant system equation. Referring to FIG. 1, the first comparison unit 11 subtracts the first and second feedback values from the required thrust signal PLA as a target control value. Here, the first feedback value is a feedback value obtained by multiplying the rotational speed y from the gas turbine engine 17 by the first dynamic compensation gain Br 19. The second feedback value is a feedback value obtained by multiplying the output x of the integration controller 12 by the second dynamic compensation gain Ar 14. The control value x from the first comparison unit 11 is input to the integration control unit 12.

제2 비교부(15)에는, 가스터빈 엔진(17)으로부터의 회전수(y)에 제3 동적 보상 게인 Ks(18)이 곱해진 제3 귀환값이 입력된다. 또한, 적분 제어부(12)로부터의 제어값 x는 제4 동적 보상 게인 Kr(13)과 곱해져 제2 비교부(15)에 입력된다. 제2 비교부(15)는, 제4 동적 보상 게인 Kr(13)이 곱해진 제어값 x에서 제3 귀환값을 감한다. 제2 비교부(15)로부터의 제어값은 비례 제어부(16)에 입력된다. 비례 제어부(16)의 출력 신호는 결과 제어값으로서 가스터빈 엔진(17)의 연료 모터의 구동기에 입력된다.The second feedback unit 15 receives a third feedback value obtained by multiplying the rotational speed y from the gas turbine engine 17 by the third dynamic compensation gain Ks 18. Further, the control value x from the integration controller 12 is multiplied by the fourth dynamic compensation gain Kr 13 and input to the second comparison unit 15. The second comparator 15 subtracts the third feedback value from the control value x multiplied by the fourth dynamic compensation gain Kr 13. The control value from the second comparator 15 is input to the proportional controller 16. The output signal of the proportional control unit 16 is input to the driver of the fuel motor of the gas turbine engine 17 as a result control value.

도 1에 도시된 가스터빈 엔진 제어 시스템에 있어서, 가스터빈 엔진(17)의 상태 방정식은 아래의 수학식 1과 같다.In the gas turbine engine control system shown in FIG. 1, the state equation of the gas turbine engine 17 is expressed by Equation 1 below.

상기 수학식 1에서, 는 가스터빈 엔진(17)으로부터의 출력값, A는 정상 상태 상수, x_r(t) 는 가스터빈 엔진(17)으로의 정상 제어 입력값, B_sat 는 포화 상태 상수, 그리고 u(t) 는 가스터빈 엔진(17)으로의 포화 제어 입력값을 나타낸다.In Equation 1, Is the output value from the gas turbine engine 17, A is the steady state constant, x _r (t) Is the normal control input to the gas turbine engine 17, B _sat Is the saturation constant, and u (t) Denotes a saturation control input to the gas turbine engine 17.

또한, 가스터빈 엔진(17)의 제어 방정식은 아래의 수학식 2와 같다.In addition, the control equation of the gas turbine engine 17 is shown in Equation 2 below.

u(t) = K_r⋅x_r(t) + K_s⋅y(t)u (t) = K _r ⋅x _r (t) + K _s ⋅y (t)

상기 수학식 2에서, 는 현재 주기에서의 정상 제어 입력값, A_r 은 제2 동적 보상 게인(14), x_r(t) 는 이전 주기에서의 정상 제어 입력값, B_r 은 제1 동적 보상 게인(19), y(t) 는 가스터빈 엔진(17)으로부터의 회전수, K_r 은 제4 동적 보상 게인(13), 그리고 K_s 는 제3 동적 보상 게인(18)을 나타낸다.In Equation 2, Is the normal control input value in the current period, A _r Is the second dynamic compensation gain 14, x _r (t) Is the normal control input from the previous cycle, B _r Is the first dynamic compensation gain 19, y (t) Is the rotation speed from the gas turbine engine 17, K _r Is the fourth dynamic compensation gain 13, and K _s Represents the third dynamic compensation gain 18.

상기 수학식 1, 2를 적용하면 아래의 수학식 3과 같은 전체 시스템 방정식이 설정된다.Applying Equations 1 and 2 sets the entire system equation as shown in Equation 3 below.

= [M1 ]= [M1] ⋅ x_r(t)⋅ x _r (t) ++ [M2 ][M2]

= [M1 ]= [M1] ⋅ x_r(t)⋅ x _r (t) ++ u(t)u (t)

상기 수학식 3에서 C는 상수이다. 이 전체 시스템 방정식의 안정화를 위한 조건식은 양의 상수 k 및 α가 양수아래의 수학식 4와 같다.In Equation 3, C is a constant. The conditional equation for stabilization of the overall system equation is the same as Equation 4 below, where the positive constants k and α are positive.

[e^[M1]]≤ k⋅e^-αt[e ^[M1] ] ≤ k⋅e ^- αt

상기 수학식 4에서, k는 양의 상수, 그리고 α는 α 〉 0.5 k [M2][-K_sC K_r] 〉0 의 조건을 만족해야 한다.In Equation 4, k is a positive constant, and α is α〉 0.5 k [M2] [-K _s CK _r ]〉 0 The conditions of

이와 같이 제어될 가스터빈 엔진(17)의 상태 방정식(수학식 1), 제어 방정식(수학식 2), 전체 시스템 방정식(수학식 3) 및 전체 시스템 방정식의 안정화 조건식(수학식 4)가 설정되면, 도 2에 도시된 알고리듬에 따라 아래에 설명된 바와 같은 제어를 수행한다.When the state equation (Equation 1), the control equation (Equation 2), the overall system equation (Equation 3) and the stabilization condition equation (Equation 4) of the whole system equation to be controlled are set. In accordance with the algorithm shown in FIG. 2, control is performed as described below.

목표 제어값으로서의 요구 추력 신호(도 1의 PLA)가 입력되면(단계 21), 환경 조건에 따라 입력된 요구 추력 신호(PLA)의 크기를 조정한다(단계 22). 여기서 환경 조건은 압축기 입구에서의 온도와 압력이다. 또한, 입력된 요구 추력 신호(PLA)의 크기를 전체 시스템 방정식(수학식 3)에 대입하여, 전체 시스템 방정식(수학식 3)을 성립시키는 각 동적 보상 게인 Br, Ar, Kr 및 Ks에 대입될 상수들을 설정한다(단계 23). 다음에 일반적인 최적화 방법에 의하여 각각의 상태 방정식이 성립될 수 있는 최적 동적 보상 게인 Br, Ar, Kr 및 Ks을 구한다(단계 24). 그리고 구해진 최적 동적 보상 게인 Br, Ar, Kr 및 Ks을 상기 수학식 4의 조건식에 대입하여(단계 25), 그 만족 여부를 확인한다(단계 26). 상기 수학식 4의 조건식을 만족하지 못하면, 만족될 때까지 상기 단계 23, 24, 25 및 26을 반복 수행한다. 상기 수학식 4의 조건식을 만족하면, 입력된 요구 추력 신호(PLA)의 값 및 동적 보상 게인 Br, Ar, Kr 및 Ks을 상기 제어 방정식(수학식 2)에 대입한다(단계 27). 이에 따라 그 결과 제어값을 가스터빈 엔진(17)의 연료 모터의 제어값으로서 출력한다(단계 28). 출력된 결과 제어값은, 아날로그 신호로 변환되어 연료 모터의 구동기를 제어한다.When the required thrust signal (PLA in Fig. 1) as the target control value is input (step 21), the magnitude of the input required thrust signal PLA is adjusted in accordance with the environmental conditions (step 22). The environmental conditions here are the temperature and pressure at the compressor inlet. In addition, the magnitude of the input required thrust signal PLA is substituted into the overall system equation (Equation 3), and the dynamic compensation gains Br, Ar, Kr and Ks that form the overall system equation (Equation 3) are substituted. Set constants (step 23). Next, the optimal dynamic compensation gains Br, Ar, Kr, and Ks for which each state equation can be established by a general optimization method are obtained (step 24). Subsequently, the obtained optimum dynamic compensation gains Br, Ar, Kr and Ks are substituted into the conditional expression of Equation 4 (step 25) to confirm whether or not they are satisfied (step 26). If the conditional expression of Equation 4 is not satisfied, steps 23, 24, 25, and 26 are repeated until the conditional expression is satisfied. When the conditional expression of Equation 4 is satisfied, the value of the input required thrust signal PLA and the dynamic compensation gains Br, Ar, Kr and Ks are substituted into the control equation (Equation 2) (step 27). As a result, the control value is output as the control value of the fuel motor of the gas turbine engine 17 (step 28). The resulting control value is converted into an analog signal to control the driver of the fuel motor.

이상 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 엔진 제어 방법에 의하면, 각각의 목표 제어값에 대한 최적 보상 게인이 적용될 수 있다. 이에 따라, 엔진의 입출력 변수들이 많고 회전수 신호가 매우 빠른 위상 변화를 가지는 경우에도 제어의 정확도, 정밀도 및 안정도를 높일 수 있다.As described above, according to the engine control method according to the present invention, an optimum compensation gain for each target control value may be applied. Accordingly, even when there are many input / output variables of the engine and the rotational speed signal has a very fast phase change, the accuracy, precision and stability of the control can be improved.

본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art.

Claims

(a) setting the overall system equation according to the state equation and the control equation of the engine to be controlled;

(b) setting conditional expressions for stabilizing the overall system equation;

(c) setting constants to be assigned to each variable of the overall system equation;

(d) if a target control value is input, substituting the input target control value into the overall system equation to obtain a constant of each variable that establishes the overall system equation;

(e) repeating steps (c) and (d) until the constant obtained in step (d) satisfies the conditional expression; And

and (f) substituting the input target control value and the constant obtained in the step (e) into the control equation and inputting the control value into the engine as a result.

The method of claim 1, wherein the engine,

An engine control method, characterized in that the gas turbine engine.

The method of claim 2, wherein in step (d),

The target control value is set in proportion to the thrust requested by the user.

The method of claim 3, wherein in step (f),

And the resultant control value is input to a driver of a fuel supply motor.