KR20020078602A - 가스 터빈 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 가스 터빈의 엔진 제어기로부터의 제어 신호에 따라 실제 가스 터빈의 출력 신호들을 발생시키고, 각 동작 상태를 디스플레이하는 가스 터빈 시뮬레이터이다. 이 가스 터빈 시뮬레이터는 데이터 인터페이스, 엔진 모델, 사용자 입출력 인터페이스 및 모니터링 시스템을 포함한다. 데이터 인터페이스는, 내부적 신호들을 엔진 제어기의 입력 특성에 맞도록 변환시킴과 동시에, 엔진 제어기로부터의 신호를 내부적 입력 특성에 맞도록 변환시킨다. 엔진 모델은, 가스 터빈과 동일한 전달 함수의 알고리듬들이 내장되어, 입력 신호에 상응하는 출력 신호를 출력한다. 사용자 입출력 인터페이스는, 사용자로부터의 동작 모드 신호를 처리하여 엔진 모델 및 데이터 인터페이스에 입력시키고, 사용자로부터의 목표 회전력 신호를 데이터 인터페이스에 입력시키며, 엔진 모델로부터의 센서 출력 신호를 입력받는다. 모니터링 시스템은, 사용자 입출력 인터페이스로부터의 센서 출력 신호를 처리하여 디스플레이하고, 데이터 인터페이스로부터의 동작 상태 신호를 처리하여 디스플레이한다.

Description

가스 터빈 시뮬레이터{Gas turbine simulater}

본 발명은, 가스 터빈 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스 터빈의 엔진 제어기로부터의 제어 신호에 따라 실제 가스 터빈의 출력 신호들을 발생시키고, 각 동작 상태를 디스플레이하는 가스 터빈 시뮬레이터에 관한 것이다.

가스 터빈 장치의 엔진 제어기를 개발함에 있어서, 그 근간이 되는 것은 엔진 제어 알고리듬의 개발이다. 그러나, 개발된 엔진 제어 알고리듬을 엔진 제어기를 통하여 가스 터빈에 직접 적용하는 경우, 가스 터빈의 손실이 클 뿐만 아니라 위험하기도 하다. 따라서, 엔진의 제어 알고리듬의 성능을 검증하기 위하여 가스 터빈을 시뮬레이션하는 장치가 필요하지만, 아직까지 그러한 장치가 개발되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 간접적이면서도 보다 정확하게 적용되게 함으로써, 가스 터빈의 손실 및 위험성을 방지할 뿐만 아니라 가스 터빈의 개발이 용이해지도록 할 수 있는 가스 터빈 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈 시뮬레이터의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.

도 2a 및 2b는 도 1의 엔진 제어기에 내장된 엔진 제어 알고리듬의 일 예를 보여주는 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...가스 터빈 시뮬레이터,1a...모니터링 시스템,

1b...엔진 모델,1c...사용자 입출력 인터페이스,

1d...데이터 인터페이스.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 가스 터빈의 엔진 제어기로부터의 제어 신호에 따라 실제 가스 터빈의 출력 신호들을 발생시키고, 각 동작 상태를 디스플레이하는 가스 터빈 시뮬레이터이다. 이 가스 터빈 시뮬레이터는 데이터 인터페이스, 엔진 모델, 사용자 입출력 인터페이스 및 모니터링 시스템을 포함한다.

상기 데이터 인터페이스는, 내부적 신호들을 상기 엔진 제어기의 입력 특성에 맞도록 변환시킴과 동시에, 상기 엔진 제어기로부터의 신호를 내부적 입력 특성에 맞도록 변환시킨다. 상기 엔진 모델은, 상기 가스 터빈과 동일한 전달 함수의 알고리듬들이 내장되어, 입력 신호에 상응하는 출력 신호를 출력한다. 상기 사용자 입출력 인터페이스는, 사용자로부터의 동작 모드 신호를 처리하여 상기 엔진 모델 및 상기 데이터 인터페이스에 입력시키고, 사용자로부터의 목표 회전력 신호를 상기 데이터 인터페이스에 입력시키며, 상기 엔진 모델로부터의 센서 출력 신호를 입력받는다. 상기 모니터링 시스템은, 상기 사용자 입출력 인터페이스로부터의 센서 출력 신호를 처리하여 디스플레이하고, 상기 데이터 인터페이스로부터의 동작 상태 신호를 처리하여 디스플레이한다.

본 발명의 상기 가스 터빈 시뮬레이터에 의하면, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 상기 엔진 제어기에 의하여 실행되는 동안에 실제 가스 터빈과 동일한 동작 특성을 발생시키고, 상기 모니터링 시스템에 의하여 상기 엔진 모델의 동작 상태가 모니터링될 수 있다. 이에 따라, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 간접적이면서도 보다 정확하게 적용되게 함으로써, 가스 터빈의 손실 및 위험성을 방지할 뿐만 아니라 가스 터빈의 개발이 용이해지도록 할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 터빈 시뮬레이터는 데이터 인터페이스(1d), 엔진 모델(1b), 사용자 입출력 인터페이스(1c) 및 모니터링 시스템(1a)을 포함한다.

데이터 인터페이스(1d)는, 내부적 신호들을 엔진 제어기(2)의 입력 특성에 맞도록 변환시킴과 동시에, 엔진 제어기(2)로부터의 신호를 내부적 입력 특성에 맞도록 변환시킨다. 엔진 모델(1b)은, 가스 터빈과 동일한 전달 함수의 알고리듬들이 내장되어, 입력 신호에 상응하는 출력 신호를 출력한다.

사용자 입출력 인터페이스(1c)는, 사용자로부터의 동작 모드 신호를 처리하여 엔진 모델(1b) 및 데이터 인터페이스(1d)에 입력시키고, 사용자로부터의 목표 회전력 신호를 데이터 인터페이스(1d)에 입력시키며, 엔진 모델(1b)로부터의 센서출력 신호를 입력받는다.

모니터링 시스템(1a)은, 사용자 입출력 인터페이스(1c)로부터의 센서 출력 신호를 처리하여 디스플레이하고, 데이터 인터페이스(1d)로부터의 동작 상태 신호를 처리하여 디스플레이한다.

예를 들어, 사용자로부터의 시동 명령 신호가 사용자 입출력 인터페이스(1c)에 입력되면, 사용자 입출력 인터페이스(1c)는 입력된 시동 명령 신호를 인터페이싱하여 엔진 모델(1b) 및 데이터 인터페이스(1d)에 입력시킨다. 또한, 데이터 인터페이스(1d)는 입력된 시동 명령 신호를 인터페이싱하여 엔진 제어기(2)에 입력시킨다. 이에 따라, 엔진 제어 알고리듬(2a)에 의하여 동작하는 엔진 제어기(2)는 시동 모드에 따른 아날로그 이산 신호를 데이터 인터페이스(1d)에 입력시킨다.

다음에, 데이터 인터페이스(1d)는 엔진 제어기(2)로부터 입력된 아날로그 이산 신호를 디지털 데이터로 변환시켜 엔진 모델(1b)에 입력시킨다. 이에 따라 엔진 모델(1b)은 실제 점화 상태에서의 전달 함수를 적용하여 상응하는 결과 신호를 사용자 입출력 인터페이스(1c) 및 데이터 인터페이스(1d)로 출력한다. 출력된 결과 신호는 사용자 입출력 인터페이스(1c)를 통하여 모니터링 시스템(1a)에 입력되는 한편, 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 엔진 제어기(2)에 입력된다.

위와 같은 과정은 이어지는 가속 모드 및 정상 동작 모드에도 지속적으로 적용되며, 엔진 제어기(2)로부터의 동작 상태 신호는 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 모니터링 시스템(1a)에 입력된다.

도 2a 및 2b를 참조하여 도 1의 엔진 제어기(2)의 중앙처리소자(CPU)에 내장된 엔진 제어 알고리듬(2a)의 일 예를 적용하여 설명하면 다음과 같다.

엔진 제어기(2)에 전원이 인가되면, 설정된 변수 데이터가 엔진 제어기(2)의 중앙처리소자(CPU)로부터 출력되어 변수 데이터와 관련된 소자들이 초기화된다(단계 S11). 또한, 엔진 제어기(2) 내의 내부 타이머, 회전수 계수 소자 및 통신 인터페이스 소자가 초기화된다(단계 S12, S13).

다음에 송신 요구 단자가 디스에이블(disable)된다(단계 S14). 이 단계는, 엔진 모델(도 1의 1b)과 양방향 통신을 수행하지 않고 엔진 모델(1b)을 구동하는 모드임을 의미한다. 다음에, 설정되어 있는 시간들에 있어서, 대기 시간이 동작 상태 시간보다 짧고, 동작 상태 시간이 정지 시간보다 짧은지를 확인하여(단계 S15), 그렇지 않으면 각 시간을 조정한다(단계 S16).

다음에, 각 동작 상태를 해독하여(단계 S17), 각 동작 상태에 따른 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 데이터를 발생시킨다(단계 S18). 여기서, 각 동작 상태는 예를 들어, 대기 모드, 초기 구동력을 제공하기 위한 크랭크(crank) 구동 모드, 제1 및 제2 연료 공급 모드들, 점화 모드, 제1 및 제2 가속 모드, 및 정상 동작 모드 등을 들 수 있다.

다음에, 발생된 펄스폭 변조 데이터에 따른 아날로그 이산 신호를 출력한다(단계 S19). 출력된 아날로그 이산 신호는 데이터 인터페이스(도 1의 1d)를 통하여 엔진 모델(도 1의 1b)에 입력된다. 이에 따라, 엔진 모델(1b)은 상응하는 센서 출력 신호를 사용자 입출력 인터페이스(1c)를 통하여 모니터링 시스템(도 1의 1a)에 입력시킨다. 또한, 엔진 모델(1b)은 상응하는 상태 출력 신호를 데이터인터페이스(1d)를 통하여 엔진 제어기(2)에 입력시킨다.

다음에, 사용자 입출력 인터페이스(1c)로부터 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 중단(stop) 명령 신호가 입력되면(단계 S20), 엔진 모델(1b)로부터 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 입력된 상태 신호에 따라 중단이 완료되었는지를 확인한다(단계 S21). 확인 후, 중단이 완료되었으면 단계 S11로 귀환하고, 그렇지 않았으면 통신 모니터링 루틴(단계 S2, 도 2b)을 실행한다. 또한, 중단 명령 신호가 입력되지 않았으면(단계 S20), 정지(shut) 명령 신호가 입력되었는지를 확인한다(단계 S22). 확인 후, 정지 명령 신호가 입력되었으면 내부 타이머를 초기화하고(단계 S23) 단계 S21로 귀환한다. 또한, 정지 명령 신호가 입력되지 않았으면 단계 S18로 귀환하여 지속적인 구동 제어를 수행한다.

통신 모니터링 루틴(단계 S2, 도 2b)에 있어서, 먼저 송신 요구 단자를 인에이블시킨다(단계 S201). 이 단계는, 엔진 모델(도 1의 1b)과 양방향 통신을 수행하여 엔진 모델(1b)의 상태를 확인하는 모드임을 의미한다.

먼저, 내부 타이머의 오버플로우 체크가 완료되었는지를 확인한다(단계 S202). 다음에, 샘플링 타임 체크가 완료되었는지를 확인한다(단계 S203). 샘플링 타임 체크가 완료되었으면, 엔진 모델(1b)이 정상 상태이므로 도 2a의 단계 S13으로 귀환한다. 샘플링 타임 체크가 완료되지 않았으면, 모니터링 체크가 완료되었는지를 확인한다(단계 S204).

위 단계 S204에서 모니터링 체크가 완료되지 않았으면, 모니터링이 시작된 상태인지를 확인한다(단계 S205). 모니터링이 시작된 상태가 아니면 위 단계 S202로 귀환한다. 모니터링이 시작된 상태이면 모니터링 플래그(flag)를 설정한 후(단계 S206), 위 단계 S202로 귀환한다.

위 단계 S204에서 모니터링 체크가 완료되었으면, 모니터링이 종료된 상태인지를 확인한다(단계 S207), 모니터링이 종료된 상태이면 모니터링 플래그를 설정한다(단계 S208).

다음에, 소화 즉, 엔진 모델(도 1의 1b)에서의 점화 모드의 종료가 완료된 상태인지를 확인한다(단계 S209). 소화가 완료된 상태가 아니면, 제어 데이터를 전송하여 엔진 모델(1b)이 소화 모드의 상태가 되게 한다(단계 S210).

다음에, 모니터링이 종료된 상태인지를 확인한다(단계 S211). 모니터링이 종료된 상태이면 모니터링 종료 모드로 전환한 후(단계 S212), 위 단계 S202로 귀환한다.

위 단계 S211에서 모니터링이 종료된 상태가 아니면, 소화 플래그를 설정하고(단계 S213) 통신 오류를 점검한 후(단계 S213) 위 단계 S202로 귀환한다.

위와 같은 단계들로 된 제어 알고리듬(도 1의 2a)이 엔진 제어기(도 1의 2)에 의하여 실행되는 동안에, 가스 터빈 시뮬레이터(도 1의 1)는 실제 가스 터빈과 동일한 동작 특성을 발생시키고, 모니터링 시스템(도 1의 1a)에 의하여 엔진 모델(도 1의 1b)의 동작 상태를 디스플레이할 수 있다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 터빈 시뮬레이터에 의하면, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 엔진 제어기에 의하여 실행되는 동안에 실제 가스 터빈과 동일한 동작 특성을 발생시키고, 모니터링 시스템에 의하여 엔진 모델의 동작 상태가 모니터링될 수 있다. 이에 따라, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 간접적이면서도 보다 정확하게 적용되게 함으로써, 가스 터빈의 손실 및 위험성을 방지할 뿐만 아니라 가스 터빈의 개발이 용이해지도록 할 수 있다.

본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.

Claims (1)

1. 가스 터빈의 엔진 제어기로부터의 제어 신호에 따라 실제 가스 터빈의 출력 신호들을 발생시키고, 각 동작 상태를 디스플레이하는 가스 터빈 시뮬레이터에 있어서,

   내부적 신호들을 상기 엔진 제어기의 입력 특성에 맞도록 변환시킴과 동시에, 상기 엔진 제어기로부터의 신호를 내부적 입력 특성에 맞도록 변환시키는 데이터 인터페이스,

   상기 가스 터빈과 동일한 전달 함수의 알고리듬들이 내장되어, 입력 신호에 상응하는 출력 신호를 출력하는 엔진 모델,

   사용자로부터의 동작 모드 신호를 처리하여 상기 엔진 모델 및 상기 데이터 인터페이스에 입력시키고, 사용자로부터의 목표 회전력 신호를 상기 데이터 인터페이스에 입력시키며, 상기 엔진 모델로부터의 센서 출력 신호를 입력받는 사용자 입출력 인터페이스, 및

   상기 사용자 입출력 인터페이스로부터의 센서 출력 신호를 처리하여 디스플레이하고, 상기 데이터 인터페이스로부터의 동작 상태 신호를 처리하여 디스플레이하는 모니터링 시스템을 포함한 가스 터빈 시뮬레이터.