WO2010067009A1 - Procede et systeme de correction d'un signal de mesure d'une temperature - Google Patents

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WO2010067009A1
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WO
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signal
sensor
time constant
modeled
estimating
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Application number
PCT/FR2009/052447
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Inventor
Cedrik Djelassi
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Snecma
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature

Definitions

  • the invention relates to the general field of measurements made using sensors, parameters such as, for example, the temperature of a fluid.
  • It relates more particularly to the correction of a measurement signal delivered by a temperature sensor.
  • the invention thus has a preferred but nonlimiting application in the field of aeronautics, and in particular in the field of aircraft engine control systems such as turbojets.
  • thermocouples positioned at different locations of the flow streams of the gas streams are used.
  • these techniques are based on a numerical modeling of the inertia of the sensor using a filter parameterized by an estimate of the time constant of this sensor.
  • the time constant of a measurement sensor characterizes its response time, that is to say its inertia.
  • the techniques of the prior art use frozen charts, depending on one or more parameters, such as, for example, the flow rate of the fluid in which the sensor is located. . These charts show mean values of time constants for response time templates and predetermined conditions. In other words, they do not really take into account the dispersion of the inertia of one temperature sensor relative to another.
  • the time constant of a temperature sensor depends on parameters such as the flow rate of the fluid in which the sensor is located. This means that in order to estimate the time constant of a temperature sensor, it is first necessary to estimate this flow rate of fluid. By Consequently, the implementation of additional estimators on the turbojet engine is necessary, which makes it more difficult to correct the measurements.
  • the present invention responds to this need by proposing a method for correcting a signal for measuring a temperature delivered by a sensor, comprising:
  • a step of estimating a trailing error signal for this sensor based on the modeled signal and on a signal obtained by filtering the modeled signal, this filtering being parameterized by an estimation of a time constant of the sensor; and a step of correcting the measurement signal delivered by the sensor using the estimated error signal.
  • the estimation of the time constant of the sensor is performed as a function of time from the measurement signal and the modeled signal.
  • the invention therefore makes it possible to estimate in real time the time constant of the temperature sensor considered, and to correct accordingly the measurement signals delivered by this sensor.
  • the correction made to the measurement signals i.e. compensation of the dragging effect
  • the invention advantageously makes it possible to use temperature sensors whose respective time constants have a large dispersion. Releasing the requirement of low dispersion of time constants with respect to a given template results in lower manufacturing costs for temperature sensors.
  • temperature sensors having larger time constants can be considered. This makes it possible to manufacture mechanically stronger temperature sensors, in particular by increasing the quantity of material surrounding the sensitive elements of these sensors.
  • the wind tunnel determination of the time constant of the temperature sensors is avoided, thereby reducing the cost of qualification of these sensors for the regulation of turbojet engines.
  • the invention does not require the implementation of additional estimator for evaluating the flow rate of the fluid in which the sensor is immersed.
  • the estimation of the time constant of the sensor is carried out adaptively, from conventionally evaluated signals for taking into account the drag effect in the temperature measurements made by this sensor, namely the measurement signal delivered. by the sensor and a modeled signal representative of the temperature measured by the sensor.
  • the time constant of the sensor is estimated from the difference using a filter of the integral corrector type parameterized by a predetermined gain.
  • a filter of the integral corrector type parameterized by a predetermined gain is known per se, and has good performance for the correction of the measurement signals.
  • the absolute value of the first signal is compared with a predetermined threshold.
  • This comparison makes it possible in particular to detect whether the value of the derivative of the measurement signal is small and, if necessary, not to estimate the value of the time constant from the difference.
  • a low value of the derivative of the measurement signal means that one is in a phase of thermal stability, phase during which the time constant does not vary or very little.
  • a perfectly zero value of the difference can not be obtained because of the presence of measurement noise inherent to the measurement sensor and the associated acquisition chain. Consequently, the estimation of the time constant can be caused to diverge, especially when this is implemented using a filter of the integral corrector type.
  • the invention also provides a system for correcting a signal for measuring a temperature delivered by a sensor, comprising;
  • the invention has a preferred but non-limiting application in the field of aeronautics and more particularly in the field of regulation and control of aircraft engines.
  • the invention also relates to a turbojet comprising at least one correction system of a measurement signal delivered by a temperature sensor according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically a correction system of a measurement signal according to the invention and the main steps of a correction method according to the invention, in a particular embodiment
  • FIG. 2 represents, in schematic form, an example of a digital modeling module that can be used in the correction system represented in FIG. 1, to model the temperature measured by the sensor;
  • FIG. 3 represents, in flowchart form, the main steps implemented to estimate the time constant of a temperature sensor during a method of correcting a measurement signal according to the invention, in a particular embodiment, when implemented by the system shown in Figure 1;
  • FIG. 4 represents, in schematic form, an example of means for estimating the time constant of a sensor as a function of time implementing the steps represented in FIG. 3.
  • FIG. 1 represents, in a particular embodiment, a system 1 and a correction method according to the invention, and allowing the correction of a measurement signal T1 delivered by a temperature sensor 10 having a thermal inertia, and used for the regulation of a turbojet engine of an airplane.
  • correction system 1 is coupled or integrated with the full authority control device of the aircraft powered by the turbojet, also known as FADEC (FuII Authority Digital Engine Control ).
  • FADEC Full Authority Digital Engine Control
  • This sampling period Te is, for example, of the order of 20 to 40 ms.
  • the correction system 1 comprises a digital modeling module 20 used to model the temperature T 25 measured by the temperature sensor 10.
  • the numerical modeling module 20 is adapted to model the measurement signal that would be delivered by the temperature sensor 10 if it was operating without defects related to its constant of time or equivalent if it had a time constant of zero.
  • FIG. 2 represents in schematic form, an example of a digital modeling module that can be used.
  • the digital modeling module 20 comprises an entity 21 adapted to deliver an estimate of the temperature ratio T 25 / T ⁇ 2 from a measurement (N) m of the speed of rotation of the turbojet engine fan, Ti 2 designating the temperature at the inlet of this fan.
  • This estimate is calculated by the entity 21 by means of a predetermined curve representing the evolution of the adiabatic temperature ratio lisfln as a function of the speed of rotation N of the fan.
  • a curve is known to those skilled in the art and will not be described in more detail here.
  • T2 5 / T12 ratio (T 2 5 / Ti 2) e )
  • Ti2 m the temperature T12
  • the measurement (Ti 2 ) m of the temperature Ti 2 and the measurement (N) m of the speed of rotation of the fan are obtained using sensors located in the turbojet engine known per se and which will not be detailed further here. .
  • a more elaborate and more accurate digital model of the temperature measured by the sensor can be used.
  • Such a model is described in particular in US 5,080,496. It will be noted that in the example described here, the correction of a measurement signal made on the temperature T 25 is considered . However, as mentioned above, the invention applies to other temperatures that can be measured in the turbojet provided a model of evolution of these temperatures.
  • the signal T2 thus modeled by the module 20 is then filtered by a module 30 modeling the inertia of the temperature sensor.
  • This module 30 is, for example, a first-order filter whose transfer function Hm (p) is given by;
  • H ,. (P)
  • is a parameter representing the time constant of the sensor 10.
  • the parameter ⁇ is estimated by an estimation module 40, detailed later with reference to FIGS. 3 and 4.
  • a calculation module 50 then estimates the lag error signal ⁇ ag introduced by the temperature sensor 10, by calculating a difference signal between the modulated signal T2 and the filtered modeled signal T 3.
  • the trailing error ⁇ ag is then added by a correction module 60 to the measurement signal T1 delivered by the sensor 10. This gives a corrected measurement signal T4, in which the dragging effect introduced by the sensor 10 of FIG. temperature has been compensated.
  • the estimation module calculates the estimation module
  • time constant t is evaluated at a given instant t ⁇ nTe ⁇ n being an integer) from a value of this constant estimated at a previous instant.
  • the measurement signal T1 and the modeled signal T2 are used. More particularly, in the embodiment described here, on the one hand, a first signal S1 is evaluated by deriving the measurement signal T1 (step E10), and on the other hand, a second signal S2 is derived by derivation of the modeled signal T2. (step E20).
  • the derivative S1 of the measurement signal is obtained by means of a first derivation module 41.
  • the derivation module 41 comprises: a delay cell 41a delivering the measurement signal at the previous instant (nl) Te;
  • a subtraction element 41b making it possible to subtract from the measurement signal ll [nTe ⁇ , the delayed measurement signal TIiCn-IJTe]; and a divider element 41c adapted to divide the sum thus obtained by the sampling period Te.
  • the differentiator module 41 may be a higher order filter.
  • the signal S2 is obtained similarly from the modeled signal T2, using a second derivation module 41, adapted to evaluate the signal S2 at the instant nTe according to the following equation:
  • step E30 respectively the absolute value
  • a difference signal, denoted EPS, is then calculated by a subtractor module 43, from the signals
  • step E60 it compares the signal
  • This comparison is intended to detect a weak value of the signal Sl, representative of a phase of thermal stability.
  • the predefined threshold will thus be chosen so as to enable this detection.
  • step E70 Due to measurement noise inherent in the acquisition chain of the temperature sensor 10, it is indeed difficult or impossible to obtain a zero EPS value during such a phase of thermal stability. This can cause a divergence of the adaptive algorithm. Therefore, to overcome this disadvantage, it is advantageously proposed here to force the value of the difference EPS to zero when the absolute value of the first signal Sl is below a certain threshold s (step E70).
  • This operation is performed by a module 45 whose action is conditioned by the output of the comparator 44 " namely, for example; the output of module 45 is switched on EPS if
  • the implementation of the evaluation of the signal S2 may be conditioned by the result of the comparison.
  • the output of the module 45 is then sent to an estimator 46, adapted to estimate the parameter ⁇ at (Instant nTe, as a function of the difference EPS and a previously estimated value of the parameter ⁇ )
  • step E60 when in step E60 it is detected that) S1 [nTe]
  • estimating the time constant ⁇ taking as a value of the time constant ⁇ at the instant nTe the value of the time constant ⁇ estimated at the preceding instant (n-lJTe, thus avoiding a divergence of the adaptive algorithm.
  • the integral corrective estimator 46 comprises a multiplier element 46a, adapted to multiply the difference signal EPS by the gain K, a delay cell 46b delivering the value x [(nl) Te, and an adder element 46c adapted to calculate the value x [nTe] according to the equation indicated above
  • the choice of the initial value of the time constant XQ, the sampling period Te and the value of the gain K results from a compromise between estimation performance and speed. of convergence of the adaptive algorithm.
  • estimators than an integral corrective type estimator may be used, such as, for example, estimators implementing higher order filters.
  • the time constant ⁇ [nTe] estimated by the integral correction estimator 46 is then sent to a module 47, responsible for ensuring that the value of the constant is between a minimum value ⁇ m jn and a maximum value ⁇ ma ⁇ predetermined, and adjust this value in case of divergence from the minimum and maximum values.
  • the adjustment module 47 comprises a first module 47a, adapted to force the value of the time constant ⁇ [nTe ⁇ to ⁇ min if ⁇ [nTe] ⁇ m in, and a second module 47b adapted to force the value of the time constant ⁇ [nTe ⁇ to ⁇ ma ⁇ if x [nTe]> ⁇ m ax (step E90).
  • the minimum and maximum values have been chosen beforehand, for example according to the minimum and maximum tolerances of the temperature sensor indicated by the sensor manufacturer.
  • the possibly adjusted time constant is then sent to the filter 30 (step 100), so as to be used for the generation of the filtered signal T3.

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Abstract

Le procédé selon l'invention comprend : une étape de modélisation numérique, par un signal modélisé (T2), d'une température mesurée par un capteur (10); une étape d'estimation d'un signal d'erreur de traînage (εlag) pour ce capteur, à partir du signal modélisé (T2) et d'un signal (T3) obtenu par filtrage du signal modélisé, ce filtrage étant paramétré par une estimation d'une constante de temps (τ) du capteur; et une étape de correction du signal de mesure (T1) délivré par le capteur (10) à l'aide du signal d'erreur de traînage estimé; ledit procédé étant caractérisé en ce que l'estimation de la constante de temps du capteur est réalisée en fonction du temps à partir du signal de mesure (T1) et du signal modélisé (T2).

Description

Procédé et système de correction d'un signal de mesure d'une température
Arrière-plan de l'invention
L'invention se rapporte au domaine général des mesures réalisées à l'aide de capteurs, de paramètres tels que par exemple la température d'un fluide.
Elle concerne plus particulièrement la correction d'un signal de mesure délivré par un capteur de température.
L'invention a ainsi une application privilégiée mais non limitative dans le domaine de l'aéronautique, et notamment dans le domaine des systèmes de pilotage de moteurs d'aéronef tels que des turboréacteurs.
De façon connue, il est nécessaire, pour réguler et adapter le pilotage d'un turboréacteur aux diverses contraintes d'un vol, de mesurer la température de différents flux gazeux traversant le turboréacteur (on parle de températures de veines). A cette fin, on utilise des capteurs de température tels des sondes ou des thermocouples, positionnés à différents endroits des veines d'écoulement des flux gazeux.
Ces capteurs de température souffrent généralement, lors d'une mesure, d'une certaine inertie, propre à chaque capteur, et qui dépend notamment de la masse (ou de la taille) de ce capteur. Cette inertie se traduit par un décalage temporel entre le moment où la mesure est réalisée par le capteur et le moment où celui-ci délivre un signal en réponse à cette mesure. On parle « d'effet de traînage » de la mesure. Un tel effet peut provoquer des disfonctionnements du turboréacteur du fait d'une mauvaise adaptation de celui-ci, et ce notamment lors de variations rapides des températures des flux gazeux.
Pour pallier cet inconvénient, il existe des techniques permettant de corriger les signaux de mesure délivrés par un capteur de température, en compensant l'effet de traînage induit par l'inertie de ce capteur. Une telle technique est par exempte décrite dans le document US 5,080,496.
De façon générale, ces techniques s'appuient sur une modélisation numérique de l'inertie du capteur à l'aide d'un filtre paramétré par une estimation de la constante de temps de ce capteur. De façon connue en soi, la constante de temps d'un capteur de mesure caractérise son temps de réponse, c'est-à-dire son inertie. Pour estimer la constante de temps d'un capteur de température, les techniques de l'art antérieur utilisent des abaques figés, dépendant d'un ou de plusieurs paramètres, comme par exemple le débit d'écoulement du fluide dans lequel se trouve le capteur. Ces abaques indiquent des valeurs moyennes de constantes de temps pour des gabarits de temps de réponse et des conditions prédéterminés. Autrement dit, ils ne tiennent pas réellement compte de la dispersion de l'inertie d'un capteur de température par rapport à un autre.
Or, les technologies de fabrication actuelles ne permettent pas de fabriquer à moindre coût, des capteurs de température pour le pilotage des turboréacteurs qui respectent un gabarit de temps de réponse peu dispersé. Par conséquent, il est difficile d'avoir des abaques adaptés aux différents capteurs de température considérés. Et de nombreux problèmes ont été mis en évidence lorsque les constantes de temps des capteurs embarqués sur un turboréacteur sont éloignées des valeurs données par ces abaques.
Une solution pourrait être de tester chaque capteur de température, par exemple en soufflerie, en vue de déterminer sa constante de temps dans des conditions prédéfinies et d'extrapoler les abaques en fonction de la constante ainsi déterminée. Cependant, un tel test est particulièrement coûteux et représente environ un tiers du prix du capteur de température. Par conséquent, il ne peut être mis en œuvre pour chaque capteur de température, ce qui signifie qu'un capteur de température en dehors d'un gabarit d'acceptation pour lequel un abaque est disponible, pourrait ne pas être détecté.
En outre, de tels tests sont souvent réalisés pour des débits d'écoulement de fluides limités par les capacités de la soufflerie, et ne permettent pas généralement de couvrir la plage de débits utiles pour les applications d'un turboréacteur. Or, l'extrapolation des abaques de façon à couvrir toute la plage des débits utiles introduit des imprécisions dans la chaîne d'acquisition du capteur de température.
Par ailleurs, comme mentionné précédemment, la constante de temps d'un capteur de température dépend de paramètres tels le débit d'écoulement du fluide dans lequel se trouve le capteur. Cela signifie que pour estimer la constante de temps d'un capteur de température, il est nécessaire, au préalable, d'estimer ce débit d'écoulement de fluide. Par conséquent, la mise en œuvre d'estimateurs complémentaires sur le turboréacteur est nécessaire, ce qui rend d'autant plus complexe Ia correction des mesures.
Par conséquent, il existe un besoin d'un procédé de correction des signaux de mesures réalisées par un capteur de température, qui soit simple et permette une compensation de qualité de l'effet de traînage introduit par ce capteur, et ce quelle que soit la constante de temps du capteur.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention répond à ce besoin en proposant un procédé de correction d'un signal de mesure d'une température délivré par un capteur, comprenant :
- une étape de modélisation numérique, par un signal modélisé, de la température mesurée par le capteur ;
- une étape d'estimation d'un signal d'erreur de traînage pour ce capteur, à partir du signal modélisé et d'un signal obtenu par filtrage du signal modélisé, ce filtrage étant paramétré par une estimation d'une constante de temps du capteur ; et - une étape de correction du signal de mesure délivré par le capteur à l'aide du signal d'erreur de traînage estimé.
Conformément à l'invention, l'estimation de la constante de temps du capteur est réalisée en fonction du temps à partir du signal de mesure et du signal modélisé. L'invention permet donc d'estimer en temps réel la constante de temps du capteur de température considéré, et de corriger en conséquence les signaux de mesure délivrés par ce capteur. La correction apportée aux signaux de mesure (i.e. compensation de l'effet de traînage) est ainsi adaptée au capteur de température utilisé, et ce quelle que soit son inertie.
Ainsi, l'invention rend avantageusement possible l'utilisation de capteurs de température dont les constantes de temps respectives présentent une dispersion importante. Le relâchement de l'exigence de faible dispersion des constantes de temps par rapport à un gabarit donné se traduit par une baisse des coûts de fabrication des capteurs de température. En outre, des capteurs de température ayant des constantes de temps plus importantes peuvent être considérés. Ceci permet de fabriquer des capteurs de température plus solides mécaniquement, en augmentant notamment la quantité de matière entourant les éléments sensibles de ces capteurs.
De plus, dans Ie domaine de l'aéronautique, la détermination en soufflerie de la constante de temps des capteurs de température est évitée, diminuant de ce fait le coût de qualification de ces capteurs pour la régulation des turboréacteurs. Par ailleurs, de façon avantageuse, l'invention ne nécessite pas la mise en œuvre d'estimateur supplémentaire pour évaluer le débit du fluide dans lequel se trouve plongé le capteur. L'estimation de la constante de temps du capteur est réalisée de façon adaptative, à partir de signaux classiquement évalués pour la prise en compte de l'effet de traînage dans les mesures de température effectuées par ce capteur, à savoir le signal de mesure délivré par le capteur et un signal modélisé représentatif de la température mesurée par le capteur.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, pour estimer la constante de temps du capteur, on met en œuvre les étapes suivantes :
(a) obtention d'un premier signal, respectivement d'un second signal, par dérivation du signal de mesure, respectivement du signal modélisé ;
(b) évaluation d'une différence entre la valeur absolue du premier signal et la valeur absolue du second signal ; et
(c) estimation de la constante de temps du capteur à partir de cette différence.
Ainsi, il est possible de s'affranchir des imperfections, en termes d'estimation absolue de la température, du modèle numérique utilisé pour estimer la température mesurée par le capteur. En effet, du fait de l'utilisation des dérivées du signal de mesure et du signal modélisé dans l'invention, il est suffisant de disposer d'un modèle numérique offrant une bonne représentativité des écarts relatifs de la température mesurée.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, on estime la constante de temps du capteur à partir de la différence à l'aide d'un filtre de type correcteur intégral paramétré par un gain prédéterminé. Un tel filtre est connu en soi, et présente de bonnes performances pour la correction des signaux de mesure.
En variante, d'autres estimateurs peuvent être utilisés, mettant en œuvre par exemple des filtres d'ordres plus élevés. Selon un aspect de l'invention, préalablement à l'étape d'estimation (c) de la constante de temps, on compare la valeur absolue du premier signal par rapport à un seuil prédéterminé.
Cette comparaison permet notamment de détecter si la valeur de la dérivée du signal de mesure est faible et, le cas échéant, de ne pas estimer la valeur de la constante de temps à partir de la différence.
En effet, une valeur faible de la dérivée du signal de mesure signifie que l'on se trouve dans une phase de stabilité thermique, phase au cours de laquelle la constante de temps ne varie pas ou très peu. Or d'un point de vue implémentation matérielle, une valeur parfaitement nulle de la différence ne peut être obtenue du fait de la présence de bruits de mesure inhérents au capteur de mesure et à la chaîne d'acquisition associée. Par conséquent, l'estimation de la constante de temps peut être amenée à diverger, notamment lorsque celle-ci est mise en œuvre à l'aide d'un filtre de type correcteur intégral. Selon un autre aspect de l'invention, suite à l'étape d'estimation
(c) de la constante de temps, on vérifie que la constante de temps estimée est comprise entre une valeur minimale et une valeur maximale prédéfinies.
De cette sorte, on s'assure que l'estimation de la constante de temps ne diverge pas. On peut notamment utiliser comme valeur minimale et valeur maximale, des valeurs de tolérance prédéfinies pour le capteur de température spécifiées par exemple par le constructeur du capteur de température.
Corrélativement, l'invention vise également un système de correction d'un signal de mesure d'une température délivré par un capteur, comprenant ;
- des moyens de modélisation numérique, par un signal modélîsé, de la température mesurée par le capteur ;
- des moyens d'estimation d'une constante de temps du capteur ; - des moyens de filtrage du signal modélisé, paramétrés par la constante de temps du capteur estimée ; - des moyens d'estimation d'un signal d'erreur de traînage pour le capteur, à partir du signal modélisé et du signal filtré ; et
- des moyens de correction du signal de mesure délivré par Ie capteur à l'aide du signal d'erreur de traînage estimé ; ce système étant remarquable en ce que les moyens d'estimation de la constante de temps du capteur sont adaptés à estimer cette constante en fonction du temps à partir du signal de mesure et du signal modélisé.
Comme mentionné précédemment, du fait de ses caractéristiques et avantages précitées, l'invention a une application privilégiée mais non limitative dans le domaine de l'aéronautique et plus particulièrement dans le domaine de la régulation et du pilotage de moteurs d'aéronef.
Ainsi, l'invention vise également un turboréacteur comportant au moins un système de correction d'un signal de mesure délivré par un capteur de température conforme à l'invention.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 représente, de façon schématique, un système de correction d'un signal de mesure conforme à l'invention ainsi que les principales étapes d'un procédé de correction conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ;
- la figure 2 représente, sous forme schématique, un exemple de module de modélisation numérique pouvant être utilisé dans le système de correction représenté sur la figure 1, pour modéliser la température mesurée par le capteur ; - la figure 3 représente, sous forme d'organigramme, les principales étapes mises en œuvre pour estimer la constante de temps d'un capteur de température au cours d'un procédé de correction d'un signal de mesure conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation, lorsqu'il est mis en œuvre par le système représenté sur la figure 1 ; et - la figure 4 représente, sous forme schématique, un exemple de moyens d'estimation de la constante de temps d'un capteur en fonction du temps mettant en œuvre les étapes représentées sur Ia figure 3.
Description détaillée d'un mode de réalisation
La figure 1 représente, dans un mode particulier de réalisation, un système 1 et un procédé de correction conformes à l'invention, et permettant la correction d'un signal de mesure Tl délivré par un capteur de température 10 présentant une inertie thermique, et utilisé pour la régulation d'un turboréacteur d'un avion.
Cette hypothèse n'est toutefois pas limitative, l'invention pouvant être mise en œuvre pour d'autres applications susceptibles d'utiliser un capteur de température présentant une inertie thermique.
Ainsi, dans le mode de réalisation décrit ici, tout ou partie du système de correction 1 est couplé ou intégré au dispositif de régulation pleine autorité de l'avion propulsé par le turboréacteur, connu également sous le nom de FADEC (FuII Authority Digital Engine Control).
Plus particulièrement dans l'exemple décrit ici, on envisage la correction d'un signal de mesure représentatif de la température T25, en entrée du compresseur haute-pression du turboréacteur. Bien entendu, l'invention s'applique également à d'autres températures pouvant être mesurées dans le turboréacteur.
Dans la suite de la description, on considère des signaux et des paramètres échantillonnés à une période d'échantillonnage Te. Cette période d'échantillonnage Te est, par exemple, de l'ordre de 20 à 40 ms.
De façon connue, elle dépend notamment de la dynamique de la température mesurée.
On notera cependant que l'invention peut également être mise en œuvre avec des signaux et des paramètres continus. Conformément à l'invention, le système de correction 1 comprend un module de modélisation numérique 20, utilisé pour modéliser la température T25 mesurée par le capteur de température 10.
Autrement dit, le module de modélisation numérique 20 est adapté à modélîser le signal de mesure qui serait délivré par Ie capteur de température 10 si celui-ci fonctionnait sans défaut lié à sa constante de temps ou de façon équivalente si celui-ci avait une constante de temps nulle.
La figure 2 représente sous forme schématique, un exemple de module de modélisation numérique pouvant être utilisé, Selon cet exemple, le module de modélisation numérique 20 comprend une entité 21 adaptée à délivrer une estimation du rapport de températures T25/Tι2 à partir d'une mesure (N)m de la vitesse de rotation de la soufflante du turboréacteur, Ti2 désignant la température à l'entrée de cette soufflante. Cette estimation est calculée par l'entité 21 à l'aide d'une courbe prédéterminée représentant l'évolution du rapport adiabatique de températures lisfln en fonction de la vitesse de rotation N de la soufflante. Une telle courbe est connue de l'homme du métier et ne sera pas décrite plus en détails ici.
L'estimation du rapport T25/T12, notée (T25/Ti2)e, est ensuite envoyée vers un circuit multiplicateur 22, adapté à multiplier ce rapport par une mesure de la température T12, notée (Ti2)m. On obtient ainsi, en sortie du circuit multiplicateur 22, le signal modélisé T2.
La mesure (Ti2)m de la température Ti2 et la mesure (N)m de la vitesse de rotation de la soufflante sont obtenues à l'aide de capteurs situés dans le turboréacteur connus en soi et qui ne seront pas détaillés davantage ici.
En variante, un modèle numérique plus élaboré et plus précis de la température mesurée par le capteur peut être utilisé. Un tel modèle est décrit notamment dans le document US 5,080,496. On notera, que dans l'exemple décrit ici, on considère la correction d'un signal de mesure réalisé sur la température T25. Toutefois, comme mentionné précédemment, l'invention s'applique à d'autres températures pouvant être mesurées dans le turboréacteur à condition de disposer d'un modèle d'évolution de ces températures. Le signal T2 ainsi modélisé par le module 20 est ensuite filtré par un module 30 modélisant l'inertie du capteur de température. Ce module 30 est, par exemple, un filtre du premier ordre dont la fonction de transfert Hm(p) est donnée par ;
H,. (P) = ^ où τ est un paramètre représentant Ia constante de temps du capteur 10. Le paramètre τ est estimé par un module d'estimation 40, détaillé ultérieurement en référence aux figures 3 et 4.
Un module de calcul 50 estime alors le signal d'erreur de traînage z\ag introduit par le capteur 10 de température, en calculant un signal de différence entre le signal modétisé T2 et le signal modélisé filtré T3.
L'erreur de traînage ειag est ensuite ajoutée par un module de correction 60 au signal de mesure Tl délivré par le capteur 10. On obtient ainsi un signal de mesure corrigé T4, dans lequel l'effet de traînage introduit par le capteur 10 de température a été compensé.
Nous allons maintenant décrire, en référence aux figures 3 et 4, les principales étapes ainsi que les moyens mis en œuvre par le module d'estimation 40 pour estimer la constante de temps τ du capteur de température en fonction du temps.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, le module d'estimation
40 met en œuvre un algorithme adaptatif pour estimer τ en temps réel.
Plus précisément, la constante de temps t est évaluée à un instant donné t≈nTe {n étant un entier) à partir d'une valeur de cette constante estimée à un instant précédent.
Conformément à l'invention, pour estimer la constante de temps τ du capteur 10, on utilise le signal de mesure Tl et le signal modélisé T2. Plus particulièrement, dans le mode de réalisation décrit ici, on évalue d'une part, un premier signal Sl par dérivation du signal de mesure Tl (étape ElO), et d'autre part, un second signal S2 par dérivation du signal modélisé T2 (étape E20).
La dérivée Sl du signal de mesure est obtenue à l'aide d'un premier module dérivateur 41. Celui-ci est, par exemple, un filtre d'ordre 1 adapté à évaluer le signal Sl à l'instant t= n Te selon l'équation suivante : si[ L nre> J H^H Te« fl dans laquelle Sl[nTé\, respectivement Tt[nTë\, représente le signal Sl, respectivement le signal Tl, échantillonné à l'instant nTe.
A cette fin, de façon connue, le module dérivateur 41 comprend : - une cellule de retard 41a délivrant le signal de mesure à l'instant précédent (n-l)Te ;
- un élément soustracteur 41b permettant de soustraire au signal de mesure ll[nTé\, le signal de mesure retardé TIiCn-IJTe] ; et - un élément diviseur 41c adapté à diviser la somme ainsi obtenue par la période d'échantillonnage Te.
En variante, le module dérivateur 41 peut être un filtre d'ordre supérieur.
Le signal S2 est obtenu de façon similaire à partir du signal modélisé T2, à l'aide d'un second module dérivateur 41, adapté à évaluer le signal S2 à l'instant nTe selon l'équation suivante :
L J Te dans laquelle S2{nTé\, respectivement 12[nTé\, représente le signal S2, respectivement le signal T2, échantillonné à l'instant nTe, On évalue ensuite la valeur absolue |Sl[/77e]| du signal Sl
(étape E30), respectivement la valeur absolue |S2[/77e]| du signal S2 (étape E40), à l'aide d'un module de calcul 42 approprié, connu de l'homme du métier et non détaillé ici.
Un signal de différence, noté EPS, est alors calculé par un module soustracteur 43, à partir des signaux |Sl[/?Fe]| et |S2[/?re]| (étape E50), par exemple ici selon l'équation suivante :
Figure imgf000012_0001
Dans le mode de réalisation décrit ici, on compare le signal |Sl[/77e]f obtenu à partir de la dérivée du signal de mesure Tl, à un seuil prédéfini s à l'aide d'un comparateur 44 (étape E60). Cette comparaison est destinée à détecter une valeur faible du signal Sl, représentative d'une phase de stabilité thermique. Le seuil prédéfini s sera ainsi choisi de sorte à permettre cette détection.
En raison de bruits de mesure inhérents à la chaîne d'acquisition du capteur de température 10, il est en effet difficile voire impossible d'obtenir une valeur EPS nulle lors d'une telle phase de stabilité thermique. Or, ceci peut causer une divergence de l'algorithme adaptatif. Par conséquent, pour pallier cet inconvénient, on propose avantageusement ici de forcer la valeur de la différence EPS à zéro lorsque la valeur absolue du premier signal Sl est inférieure à un certain seuil s (étape E70).
Cette opération est réalisée par un module 45 dont l'action est conditionnée par la sortie du comparateur 44» à savoir par exemple ; - la sortie du module 45 est aiguillée sur EPS si |Sl[/77e]| > s ; - sinon la sortie du module 45 est aiguillée sur 0.
On notera que dans le mode de réalisation décrit ici, la comparaison E60 est mise en œuvre après l'évaluation de la différence
EPS. En variante, elle peut être réalisée préalablement à l'évaluation de la différence EPS, la mise en œuvre de l'évaluation du signal S2 pouvant être conditionnée par le résultat de la comparaison.
La sortie du module 45 est ensuite envoyée vers un estimateur 46, adapté à estimer le paramètre τ à (Instant nTe, en fonction de la différence EPS et d'une valeur précédemment estimée du paramètre τ. L'estimateur 46 est par exemple un estimateur de type correcteur intégral (ou filtre correcteur intégral), paramétré par un gain K (K étant un nombre réel), connu de l'homme du métier et réalisant l'opération suivante (étape E80) : τ[nTe]= τ[(n - 1) Te] +K x EPS où τ[nTé\ désigne la valeur de la constante τ à l'instant nTe.
Autrement dît, lorsqu'à l'étape E60 on détecte que )Sl[nTe]|<s, le fait de forcer la valeur de la différence EPS à zéro au cours de l'étape E70 revient à « suspendre » en quelque sorte l'estimation de la constante de temps τ, en prenant comme valeur de la constante de temps τ à l'instant nTe la valeur de la constante de temps τ estimée à l'instant précédent (n-lJTe, On évite ainsi une divergence de l'algorithme adaptatif.
De façon connue, l'estimateur correcteur intégral 46 comprend un élément multiplieur 46a, adapté à multiplier Ie signal de différence EPS par Ie gain K, une cellule de retard 46b délivrant la valeur x[(n-l)Të\, et un élément additionneur 46c adapté à calculer la valeur x[nTe] selon l'équation indiquée précédemment
On notera que, de façon connue en soi, le choix de la valeur initiale de la constante de temps XQ, de la période d'échantillonnage Te et de Ia valeur du gain K résulte d'un compromis entre performance de l'estimation et rapidité de convergence de l'algorithme adaptatif. On pourra, par exemple, choisir la valeur initiale de la constante de temps τo dans un abaque fourni par le constructeur du capteur de température 10 et tel qu'utilisé dans les techniques de l'art antérieur.
En variante, d'autres estimateurs qu'un estimateur de type correcteur intégral peuvent être utilisés, tels que par exemple des estimateurs mettant en œuvre des filtres d'ordres plus élevés.
Dans le mode de réalisation décrit ici, la constante de temps τ[nTé\ estimée par l'estimateur correcteur intégral 46 est ensuite envoyée vers un module 47, chargé de s'assurer que la valeur de la constante est comprise entre une valeur minimale τmjn et une valeur maximale τmaχ prédéterminées, et d'ajuster cette valeur en cas de divergence par rapport aux valeurs minimale et maximale.
A cette fin, le module d'ajustement 47 comprend un premier module 47a, adapté à forcer la valeur de la constante de temps τ[nTé\ à τmin si τ[nTe] < τmin, et un second module 47b adapté à forcer la valeur de la constante de temps τ[nTé\ à τmaχ si x[nTe] > τmax (étape E90). Les valeurs minimale et maximale auront été choisies au préalable, par exemple en fonction des tolérances minimale et maximale du capteur de température indiquées par le constructeur du capteur. La constante de temps éventuellement ajustée est ensuite envoyée vers le filtre 30 (étape ElOO), de sorte à être utilisée pour la génération du signal filtré T3.

Claims

REVENDICAΉQNS
1. Procédé de correction d'un signal de mesure (Tl) d'une température délivré par un capteur (10), ledit procédé comprenant : - une étape de modélisation numérique, par un signal modélisé (T2), de la température mesurée par le capteur (10) ;
- une étape d'estimation d'un signal d'erreur de traînage (ειag) pour ce capteur, à partir du signal modélisé (T2) et d'un signal (T3) obtenu par filtrage du signal modélisé, ce filtrage étant paramétré par une estimation d'une constante de temps (τ) du capteur ; et
- une étape de correction du signal de mesure (Tl) délivré par le capteur (10) à l'aide du signal d'erreur de traînage estimé ; ledit procédé étant caractérisé en ce que l'estimation de la constante de temps du capteur est réalisée en fonction du temps à partir du signal de mesure (Tl) et du signal modélisé (T2).
2. Procédé de correction selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour estimer la constante de temps du capteur, on met en œuvre les étapes suivantes : (a) obtention (E10,E20) d'un premier signal (Sl), respectivement d'un second signal (S2), par dérivation du signal de mesure (Tl), respectivement du signal modélisé (T2) ;
(b) évaluation (E50) d'une différence (EPS) entre la valeur absolue du premier signal et la valeur absolue du second signal ; et (c) estimation (E80) de la constante de temps du capteur à partir de cette différence.
3. Procédé de correction selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on estime la constante de temps du capteur à partir de la différence à l'aide d'un filtre (46) de type correcteur intégral paramétré par un gain prédéterminé (K).
4. Procédé de correction selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape d'estimation (c) de la constante de temps, on compare (E60) la valeur absolue du premier signal par rapport à un seuil prédéterminé.
5. Procédé de correction selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que suite à l'étape (c) d'estimation de la constante de temps, on vérifie (E90) que la constante de temps estimée est comprise entre une valeur minimale et une valeur maximale prédéfinies.
6. Système de correction (1) d'un signal de mesure d'une température délivré par un capteur (10), ledit système comprenant : - des moyens (20) de modélisation numérique, par un signal modélisé, de la température mesurée par le capteur (10) ;
- des moyens (40) d'estimation d'une constante de temps du capteur
(10) ;
- des moyens (30) de filtrage du signal modélisé, paramétrés par la constante de temps estimée du capteur;
- des moyens (50) d'estimation d'un signal d'erreur de traînage pour le capteur, à partir du signal modélisé et du signal filtré ; et
- des moyens (60) de correction du signal de mesure délivré par le capteur (10) à l'aide du signal d'erreur de traînage estimé ; ledit système étant caractérisé en ce que les moyens d'estimation (40) de la constante de temps du capteur sont adaptés à estimer cette constante de temps en fonction du temps, à partir du signal de mesure (Tl) et du signal modélisé (T2).
7. Turboréacteur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système de correction d'un signal de mesure d'une température délivré par un capteur selon la revendication 6.
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