RU2149438C1 - Method for automatic control of operations of engine - Google Patents

Method for automatic control of operations of engine Download PDF

Info

Publication number
RU2149438C1
RU2149438C1 RU99105548A RU99105548A RU2149438C1 RU 2149438 C1 RU2149438 C1 RU 2149438C1 RU 99105548 A RU99105548 A RU 99105548A RU 99105548 A RU99105548 A RU 99105548A RU 2149438 C1 RU2149438 C1 RU 2149438C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
computer
automatic control
wavelet
signals
Prior art date
Application number
RU99105548A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.М. Дремин
В.И. Фурлетов
О.В. Иванов
В.А. Нечитайло
В.Г. Терзиев
Original Assignee
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН filed Critical Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Priority to RU99105548A priority Critical patent/RU2149438C1/en
Priority to CA 2276571 priority patent/CA2276571A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2149438C1 publication Critical patent/RU2149438C1/en

Links

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: automatic control equipment using feedback circuit based on wavelet analysis method. SUBSTANCE: method involves converting signals from detectors, which are mounted on engine, by means of computer, wavelet analysis of said signals. Computer judges need to change engine operation mode using analysis of characteristics of wavelet coefficients within specific range. If necessary, computer outputs command through control unit and actuating mechanism performs required regulation. EFFECT: increased reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматическим системам управления, в частности, к управлению работой турбин, компрессоров, периодически работающих устройств. The invention relates to automatic control systems, in particular, to controlling the operation of turbines, compressors, periodically operating devices.

Известны способы управления режимом работы двигателей (Ю.Н. Нечаев, P.M. Федоров, Теория авиационных газотурбинных двигателей, М., Машиностроение, 1978, т. 2, стр. 200-227), развитые еще в то время, когда компьютеры были маломощными, медленно действующими и громоздкими. Недостатком этих способов является необходимость непосредственного воздействия человека на двигатель для изменения его режима работы, что зачастую приводит к ошибочным или запоздалым решениям. Known methods of controlling the operating mode of engines (Yu.N. Nechaev, PM Fedorov, Theory of aircraft gas turbine engines, M., Mechanical Engineering, 1978, vol. 2, pp. 200-227), developed even at a time when computers were low-power, slow acting and bulky. The disadvantage of these methods is the need for direct human exposure to the engine to change its operating mode, which often leads to erroneous or belated decisions.

Известны также способы управления с помощью адаптивных цифровых систем с полной ответственностью, которые обеспечивают гидродинамическую устойчивость двигателя и предотвращают нарушение устойчивых режимов работы (Пратт-Уитни). Они имеют блок диагностики и снабжены алгоритмами обнаружения отказов в работе двигателя, позволяющими определить неисправности на определенных режимах работы и задать последовательность действий, необходимых для устранения этих неисправностей (C. F. Simmons, G. Brant, Enhanced fighter engine operability using full authority digital electronic control systems, preprint AIAA-88-3266; перевод в "Новости зарубежной науки и техники", сер. "Авиационное двигателестроение", М., ЦИАМ, 1989, вып. 6-7, стр. 12-19). Недостатком этих способов является то, что анализируют лишь условия полета и управляют режимом работы двигателя, предотвращая его выход на предельные показатели, но не определяют возможных предвестников неисправности в работе двигателя, наступающей по внутренним причинам. Вследствие такой регулировки зачастую сильно ограничивается интервал возможных рабочих режимов двигателя и не полностью используются его возможности. Для создания оптимальных алгоритмов такого управления необходима большая предварительная исследовательская работа и, тем не менее, не исключен элемент субъективизма в предписываемых алгоритмах. There are also known control methods using adaptive digital systems with full responsibility, which ensure the hydrodynamic stability of the engine and prevent the violation of stable operating modes (Pratt-Whitney). They have a diagnostic unit and are equipped with algorithms for detecting engine failures that allow you to identify malfunctions in certain operating modes and set the sequence of actions necessary to eliminate these malfunctions (CF Simmons, G. Brant, Enhanced fighter engine operability using full authority digital electronic control systems, preprint AIAA-88-3266; translation into "News of foreign science and technology", ser. "Aircraft engine building", M., TsIAM, 1989, issue 6-7, p. 12-19). The disadvantage of these methods is that they analyze only flight conditions and control the operation of the engine, preventing it from reaching its maximum performance, but do not determine possible harbingers of engine malfunction occurring for internal reasons. Due to this adjustment, the interval of possible operating modes of the engine is often greatly limited and its capabilities are not fully used. To create optimal algorithms for such control, a lot of preliminary research work is necessary and, nevertheless, an element of subjectivity in the prescribed algorithms is not excluded.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического управления работой двигателя с резким сбросом подачи топлива при возникновении автоколебаний газа в камере сгорания (J. H. Waters, Digital controller applied to the limitation of reheat combustion roughness, Proc. of AGARD conference, 1974, N15-1). Недостатком этого способа является предотвращение лишь уже развившихся колебаний, отрицательно сказывающихся на ресурсе двигателя, которое при больших колебаниях действительно требует резкого сброса подачи топлива, приводящего к заметному изменению тяги двигателя и, зачастую, к нежелательным последствиям. Closest to the claimed method in terms of technical nature and the achieved effect is a method of automatically controlling the operation of the engine with a sharp discharge of fuel when self-oscillations of gas occur in the combustion chamber (JH Waters, Digital controller applied to the limitation of reheat combustion roughness, Proc. Of AGARD conference, 1974, N15-1). The disadvantage of this method is the prevention of only already developed vibrations that adversely affect the engine resource, which when large fluctuations really requires a sharp drop in fuel supply, leading to a noticeable change in engine thrust and, often, to undesirable consequences.

Предлагаемый способ существенно отличается тем, что в процессе передачи сигналов датчиков, установленных на двигателе, на анализирующее вычислительное устройство заблаговременно определяется предвестник нарушения в работе двигателя с помощью компьютерной вейвлет-диагностики, на основе чего система автоматического управления с быстрым срабатыванием подает команду о регулировке работы двигателя, предотвращающую нарушения в режиме его работы. The proposed method is significantly different in that in the process of transmitting the signals of the sensors installed on the engine to the analyzing computing device, a precursor to the engine malfunction is determined in advance using computer wavelet diagnostics, on the basis of which the automatic control system with quick response sends a command to adjust the engine , preventing violations in the mode of its operation.

Техническая задача изобретения - расширение диапазона управления двигателем путем повышения надежности и быстроты срабатывания системы обратной связи как в стационарных условиях, так и в процессе движения при установившихся и неустановившихся режимах работы, достигаемое за счет раннего обнаружения предвестников возможного нарушения режима работы и подачи команды о соответствующей регулировке. The technical task of the invention is the expansion of the range of engine control by increasing the reliability and speed of response of the feedback system both in stationary conditions and during movement under steady and unsteady operating modes, achieved by early detection of precursors of a possible violation of the operating mode and issuing a command for appropriate adjustment .

Поставленная задача решается тем, что сначала проводится диагностика режима работы двигателя, состоящая в том, что с помощью датчиков, установленных на работающем двигателе, измеряют величину и изменение во времени его физических параметров (вибраций, деформаций, давления газов, акустических шумов и т. п.), в компьютерном блоке преобразуют эти сигналы в вейвлет-коэффициенты, анализируют их дисперсии и/или высшие корреляционные матрицы в разных масштабах, после чего на основании их изменений со временем и заложенных в него алгоритмов компьютер делает выводы о необходимости смены режима работы двигателя и способе осуществления этой операции, передает соответствующую команду в систему автоматического управления, которая проводит регулировку двигателя через исполнительное устройство. Таким способом достигается саморегулировка двигателя. The problem is solved by first diagnosing the engine operating mode, consisting in the fact that with the help of sensors installed on a running engine, measure the magnitude and change in time of its physical parameters (vibration, deformation, gas pressure, acoustic noise, etc. .), in the computer unit, these signals are converted into wavelet coefficients, their variances and / or higher correlation matrices are analyzed at different scales, after which, based on their changes over time and the computer algorithms embedded in it the yuter draws conclusions about the need to change the operating mode of the engine and the method for performing this operation, sends the corresponding command to the automatic control system, which adjusts the engine through the actuator. In this way, self-regulation of the engine is achieved.

Заявляемый способ автоматического управления работой двигателя отличается высокой степенью надежности, обеспечиваемой свойствами диагностики с помощью вейвлет-анализа, быстродействием и точностью компьютерной обработки сигналов датчиков и подачи команды регулировки, а также многофункциональностью всей системы, когда помимо сигналов датчиков компьютерной обработке подвергается и другая информация (например, данные о полете в случае летательных аппаратов), и по результатам их совместной обработки по многим параметрам выбираются необходимые команды на выполнение конкретных операций из серии возможных способов регулировки двигателя, заложенных в компьютер. Все эти особенности вместе обеспечивают расширение диапазона управления двигателем, недостижимое с помощью предлагавшихся ранее способов. The inventive method of automatic control of engine operation is characterized by a high degree of reliability provided by the diagnostic properties using wavelet analysis, the speed and accuracy of computer processing of sensor signals and the issuance of an adjustment command, as well as the multifunctionality of the entire system, when in addition to sensor signals, other information is also processed (for example , flight data in the case of aircraft), and according to the results of their joint processing, many parameters are not selected bhodimye teams to perform specific operations in a series of possible ways to adjust the motor incorporated in the computer. All these features together provide an extension of the range of engine control, unattainable using previously proposed methods.

Заявляемый способ поясняется изображенной на чертеже блок-схемой. Блок-схема состоит из двигателя 1, датчика 2 сигналов о его режиме работы, измерительного устройства 3, компьютера 4, системы автоматического управления 5 и исполнительного устройства 6. Для многофункциональных летательных аппаратов 7 (самолет, спутник и т.п.) эта блок-схема дополняется устройством 8, накапливающим другую информацию об аппарате (например, данные о полете). The inventive method is illustrated in the drawing in a block diagram. The block diagram consists of an engine 1, a sensor 2 of signals about its operating mode, a measuring device 3, a computer 4, an automatic control system 5 and an actuating device 6. For multi-function aircraft 7 (airplane, satellite, etc.), this block the circuit is supplemented by a device 8, accumulating other information about the device (for example, flight data).

Способ осуществляется следующим образом. Датчик 2 на двигателе 1 регистрирует физические параметры (вибрацию, деформации, колебания давления, акустические шумы и т. п. ) работы двигателя и передает их на измерительное устройство 3, преобразующее эти данные в набор чисел, характеризующий изменение величины параметров со временем через определенные интервалы времени, затем этот набор поступает в компьютер 4, который проводит вейвлет-анализ путем вычисления соответствующих вейвлет-коэффициентов, их дисперсии и высших корреляционных матриц на разных масштабах, и в случае обнаружения их заметного изменения по сравнению с нормальным режимом работы двигателя выбирает способ регулировки работы, согласуя его также с информацией о полете, и выдает команду в систему автоматического управления 5, которая приводит в действие исполнительное устройство 6, меняющее режим работы двигателя согласно полученной команде. The method is as follows. The sensor 2 on the engine 1 registers the physical parameters (vibration, deformation, pressure fluctuations, acoustic noises, etc.) of the engine and transmits them to the measuring device 3, converting this data into a set of numbers characterizing the change in the value of the parameters over time at certain intervals time, then this set enters computer 4, which conducts wavelet analysis by calculating the corresponding wavelet coefficients, their dispersion and higher correlation matrices at different scales, and in case of detection their noticeable changes compared with the normal engine operation mode, selects a method for adjusting operation, coordinating it also with flight information, and issues a command to the automatic control system 5, which drives an actuator 6 that changes the engine operation mode according to the received command.

Учет разных физических параметров работы двигателя и других данных о полете и выбор на основе этого из многих способов управления наиболее адекватного определяет многофункциональность способа. Его надежность достигается за счет многократной проверки правильности команд, выдаваемых компьютером, путем взаимоконтроля выводов, получаемых из дисперсионного вейвлет-анализа и дополнительных высших корреляционных матриц на разных масштабах. Быстродействие способа обеспечивается локальностью вейвлет-анализа и скоростью обработки данных на компьютере. Способ не требует вмешательства человека. Taking into account the various physical parameters of the engine and other flight data and the selection of the most adequate way out of many control methods determines the multifunctionality of the method. Its reliability is achieved by repeatedly checking the correctness of the commands issued by the computer, by inter-monitoring the conclusions obtained from the dispersion wavelet analysis and additional higher correlation matrices at different scales. The speed of the method is provided by the locality of the wavelet analysis and the speed of data processing on the computer. The method does not require human intervention.

Основная задержка в блок-схеме обратной связи обусловлена скоростью ввода, обработки и вывода информации с компьютера. Она ограничена снизу не быстродействием компьютера, а в основном скоростью протекания физических процессов и способом их обработки и анализа. Заявляемый способ был осуществлен на работающем компрессоре авиационного газотурбинного двигателя при трех режимах его работы, когда скорость вращения ротора менялась от 76 до 81 и 100% от предельно допустимой. Согласно проведенным измерениям преобразование первичного сигнала датчика, вейвлет-анализ данных, накопленных за некий ограниченный интервал времени, взаимная проверка полученных в результате этого анализа выводов и выдача команды на исполнительное устройство занимают в использованном способе около 0.2 с. Сигналы с восьми датчиков поступали с интервалом 1 мс. Величина 0.2 с определяется в основном скоростью процесса перехода от вейвлет-дисперсии нормального режима к дисперсии предвестника, который длится при таком представлении заметно дольше. Предвестник возможного нарушения в работе компрессора, обнаруживаемый компьютером, состоит в том, что за достаточно большое время (около 2.5 с при нормальной нагрузке и около 1 с при предельной нагрузке) до проявления нарушений (помпажа) в работе компрессора дисперсия вейвлет-коэффициентов при 4-кратном интервале разрешения на определенном корреляционном уровне уменьшается на 30-40%. Именно длительность этого спада и его диагностирования суммарно даeт величину 0.2 с, много меньшую длительности предвестников 1-2.5 с, что позволяет иметь большой запас времени, чтобы уверенно начинать плавную регулировку режима работы. Четкое указание предвестника и его быстрое распознавание являются основными преимуществами заявляемого способа, поскольку выявить какие-либо предвестники другими способами за столь длительное время до наступления помпажа не удается. The main delay in the feedback block diagram is due to the speed of input, processing and output of information from the computer. It is limited from below not by the speed of the computer, but mainly by the speed of physical processes and the way they are processed and analyzed. The inventive method was carried out on a working compressor of an aircraft gas turbine engine with three modes of operation, when the rotor speed varied from 76 to 81 and 100% of the maximum allowable. According to the measurements, the conversion of the primary signal of the sensor, the wavelet analysis of the data accumulated over a limited time interval, mutual verification of the conclusions obtained as a result of this analysis, and issuing a command to the actuator take about 0.2 s in the method used. Signals from eight sensors were received at intervals of 1 ms. The value of 0.2 s is determined mainly by the rate of the transition from the wavelet dispersion of the normal mode to the dispersion of the precursor, which lasts much longer with this representation. A harbinger of a possible compressor malfunction detected by a computer is that for a sufficiently long time (about 2.5 s at normal load and about 1 s at full load) until the compressor shows disturbances (surge), the wavelet coefficient dispersion at 4- multiple resolution interval at a certain correlation level decreases by 30-40%. It is the duration of this decline and its diagnosis that gives a total value of 0.2 s, much shorter than the duration of the precursors of 1-2.5 s, which allows you to have a large margin of time to confidently begin smooth adjustment of the operating mode. A clear indication of the precursor and its quick recognition are the main advantages of the proposed method, since it is not possible to identify any precursors in other ways for such a long time before the onset of surging.

По сравнению с прототипом этот способ допускает более быстрое и надежное управление с учетом многих параметров без резкой смены режима работы, что обеспечивается эффективной диагностикой с помощью вейвлет-анализа ранних предвестников отклонений в работе двигателя и наличием быстрой обратной связи. Compared with the prototype, this method allows faster and more reliable control, taking into account many parameters without a sharp change in operating mode, which is ensured by effective diagnostics using wavelet analysis of early warning signs of engine deviations and the presence of quick feedback.

Предложенный способ может быть использован для автоматического управления режимом работы любых регулярно (в частности, периодически) работающих двигателей как при установившихся, так и неустановившихся режимах работы с целью предотвращения неполадок в работе и аварий. The proposed method can be used to automatically control the operation mode of any regularly (in particular periodically) operating engines with both steady and unsteady operating modes in order to prevent malfunctions and accidents.

Claims (1)

Способ автоматического управления работой двигателя с использованием обратной связи, основанный на компьютерной обработке снимаемых с двигателя через датчик сигналов, отличающийся тем, что при компьютерной обработке вычисляют вейвлет-коэффициенты сигналов датчика, их дисперсии и высшие корреляционные матрицы, проводят их анализ с последующей подачей управляющей команды о регулировке режима работы через исполнительное устройство на двигатель. A method for automatically controlling engine operation using feedback based on computer processing of signals removed from the engine through a sensor, characterized in that during computer processing, the wavelet coefficients of the sensor signals, their dispersions and higher correlation matrices are calculated, they are analyzed, followed by a control command on adjusting the operating mode through the actuator to the engine.
RU99105548A 1999-03-19 1999-03-19 Method for automatic control of operations of engine RU2149438C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105548A RU2149438C1 (en) 1999-03-19 1999-03-19 Method for automatic control of operations of engine
CA 2276571 CA2276571A1 (en) 1999-03-19 1999-06-29 System and method for diagnosing and controlling electric machines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105548A RU2149438C1 (en) 1999-03-19 1999-03-19 Method for automatic control of operations of engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2149438C1 true RU2149438C1 (en) 2000-05-20

Family

ID=20217346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99105548A RU2149438C1 (en) 1999-03-19 1999-03-19 Method for automatic control of operations of engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2149438C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2493549C1 (en) * 2012-04-28 2013-09-20 Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" Method of diagnosing input device of aircraft propulsion unit
RU2503940C1 (en) * 2012-09-06 2014-01-10 Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" Method of determination of gas turbine intake area stability margin
RU2541151C2 (en) * 2013-05-06 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" System for controlling brushless dc electric motor for rotating radar antenna
RU2542162C1 (en) * 2014-02-24 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" Method of diagnostics of pre-emergency modes of operation of dry rocket engines (dre) in hold down tests

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2493549C1 (en) * 2012-04-28 2013-09-20 Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" Method of diagnosing input device of aircraft propulsion unit
RU2503940C1 (en) * 2012-09-06 2014-01-10 Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" Method of determination of gas turbine intake area stability margin
RU2541151C2 (en) * 2013-05-06 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" System for controlling brushless dc electric motor for rotating radar antenna
RU2542162C1 (en) * 2014-02-24 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" Method of diagnostics of pre-emergency modes of operation of dry rocket engines (dre) in hold down tests

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4646528B2 (en) Method and apparatus for detecting impending sensor failure
US7886875B2 (en) Systems and methods for monitoring gas turbine engines
JP3448099B2 (en) Gas turbine engine
US7933754B2 (en) System and method for damage propagation estimation
US20060212281A1 (en) System and method for system-specific analysis of turbomachinery
US8191409B2 (en) Valve failure detection
US8869603B2 (en) Debris detection in turbomachinery and gas turbine engines
EP3401527A1 (en) Turbocharger surging detection method and surging detection device
US5680310A (en) Method and apparatus for sensing a steady state engine condition using a trending algorithm
US20100158670A1 (en) Combustor rumble
US11378488B2 (en) System and method for optimizing passive control strategies of oscillatory instabilities in turbulent systems using finite-time Lyapunov exponents
RU2149438C1 (en) Method for automatic control of operations of engine
US8601861B1 (en) Systems and methods for detecting the flame state of a combustor of a turbine engine
JP7140323B2 (en) Observation device, observation method and program
US20180079520A1 (en) Inclement weather detection for aircraft engines
RU2493549C1 (en) Method of diagnosing input device of aircraft propulsion unit
JPH02275026A (en) Stall detection method and its device
Evans et al. Testing and modeling gas turbines using multisine signals and frequency-domain techniques
EP4063634A1 (en) Non-optical flame detector and method
US20220003173A1 (en) Method for monitoring the operating state of a hydro-mechanical unit
RU2503940C1 (en) Method of determination of gas turbine intake area stability margin
Anderson Non-intrusive sensing and feedback control of serpentine inlet flow distortion
US11624332B2 (en) Control system with diagnostics monitoring for engine control
US20240093653A1 (en) Compression ignition engine control
Von Imhoff et al. Detection of Stationary Operating States of Internal Combustion Engines

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130320