WO2015022786A1 - ガスタービンエンジン最適制御装置 - Google Patents

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WO2015022786A1
WO2015022786A1 PCT/JP2014/056482 JP2014056482W WO2015022786A1 WO 2015022786 A1 WO2015022786 A1 WO 2015022786A1 JP 2014056482 W JP2014056482 W JP 2014056482W WO 2015022786 A1 WO2015022786 A1 WO 2015022786A1
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value
control parameter
fuel consumption
consumption rate
variable mechanism
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PCT/JP2014/056482
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洋之 古川
萌 木下
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株式会社Ihi
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Publication date
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/70—Type of control algorithm
    • F05D2270/709—Type of control algorithm with neural networks

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine engine optimum control device.
  • variable cycle engine is an engine that adjusts the cycle so that the fuel consumption rate SFC is minimized by various effectors such as a variable mechanism in addition to the adjustment of the fuel flow rate.
  • schedule control using detection signals such as sensor signals is generally used.
  • modules such as a fan, a compressor, a combustor, a high pressure turbine, and a low pressure turbine deteriorate.
  • the fuel consumption rate SFC is not always minimized in any engine due to the degree of deterioration of each module and the variation of each unit.
  • JP 2000-210152 A Japanese Patent No. 4540956 JP 2009-197670 A JP 2012-215575 A
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and automatically searches for a variable mechanism command for constantly minimizing the fuel consumption rate SFC by an optimal control method in a variable cycle engine. It is an object of the present invention to provide a gas turbine engine optimum control device that can always optimize the fuel consumption rate to the minimum and reduce the operation cost even if the deterioration occurs or the performance varies from unit to unit.
  • An aspect of the present invention is a gas turbine engine optimum control apparatus, a fuel consumption rate estimation calculation unit that estimates a fuel consumption rate using a sensor feedback value of a control parameter of a variable mechanism that is given every predetermined calculation cycle; The change between the estimated fuel consumption rate based on the sensor feedback value of the control parameter of the variable mechanism and the estimated fuel consumption rate based on the sensor feedback value of the control parameter of the variable mechanism at the current calculation cycle.
  • a control parameter recalculation unit that obtains a control parameter command value for a new variable mechanism whose fuel consumption rate estimated value is minimized, and a control parameter command value for the new variable mechanism that is obtained by the control parameter recalculation unit is preset.
  • a control parameter command value calculating unit for.
  • a low-pressure turbine variable stationary blade angle may be used as a control parameter of the variable mechanism.
  • the control parameters of the variable mechanism include exhaust nozzle area, compressor variable stator blade angle, high pressure turbine case cooling air flow rate, low pressure turbine case cooling air flow rate, and high pressure turbine variable static control. Any of blade angle, fan bypass area, extraction force, and bleed air may be used.
  • the control parameter command value of the variable mechanism for always minimizing the fuel consumption rate by the optimum control method of the gas turbine engine is automatically searched, the engine is deteriorated or the performance varies from unit to unit. Even if there is, the gas turbine engine can be operated while always optimizing the fuel consumption rate, and the operation cost can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a gas turbine engine optimum control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a controller in the gas turbine engine optimum control apparatus of the above embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of an engine thrust calculation unit in the controller in the gas turbine engine optimum control apparatus of the above embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of an optimal control arithmetic unit in the controller in the gas turbine engine optimal control apparatus of the above embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the internal configuration of the pattern searcher in the optimal control arithmetic unit.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of a limit checker in the optimal control arithmetic unit.
  • FIG. 7 is a flowchart of search for the optimum value of the control parameter value of the variable mechanism by the optimum control calculator.
  • FIG. 8 is a graph showing the control characteristics of the embodiment of the
  • the gas turbine engine optimum control apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 is configured by a computer system.
  • a case will be described in which the low-pressure turbine variable stator blade angle LPTVSV is controlled as a variable mechanism for optimal control of the variable cycle engine.
  • control that adjusts not only the low-pressure turbine variable vane angle LPTVSV but also the fan bypass outlet area and the exhaust nozzle area can be adopted.
  • the gas turbine engine optimum control apparatus shown in FIG. 1 includes an optimum controller 100, an engine control unit 200, an actuator drive unit 300, and an actual engine 400 as main calculation elements.
  • the optimum controller 100 controls a fuel consumption rate estimation calculation unit (fuel consumption rate estimation calculation unit), a control parameter command value calculation unit (control parameter command value calculation unit), and a control parameter recalculation unit (control parameter recalculation unit).
  • the actuator driving unit 300 gives a physical driving force to the corresponding actuator of the actual engine 400 in response to the command value output from the optimum controller 100 and the engine control unit 200.
  • the actual engine 400 is controlled to generate thrust by consuming fuel while optimizing the fuel consumption rate SFC.
  • sensor values are fed back to the optimal controller 100 and the engine control unit 200 from the sensor groups installed in various places of the actual engine 400.
  • the sensor feedback values are sensor_fb1 and sensor_fb2.
  • the engine thrust command value FNREF from the FNREF input device 1 is input to the system from the outside.
  • the optimum controller 100 receives an engine thrust command value FNREF from the FNREF input device 1.
  • the optimum controller 100 is fed back with a sensor value sensor_out1 including a low-pressure turbine variable stationary blade angle detection value output from a sensor group of the actual engine 400 as a sensor feedback value sensor_fb1.
  • the optimal controller 100 calculates the pilot throttle lever angle command value PLAcmd by calculation for improving the fuel consumption rate SFC described later.
  • the pilot throttle lever angle command value PLAcmd is output to the engine control unit 200 as a pilot throttle lever angle PLA.
  • the optimum controller 100 calculates the low-pressure turbine variable stationary blade angle command value LPTVSVREF and outputs it to the actuator driver 300.
  • the engine control unit 200 inputs the pilot throttle lever angle PLA from the optimum controller 100, and inputs the sensor value sensor_out2 from the actual engine 400 as the sensor feedback value sensor_fb2. Then, using these, the fuel flow rate command value WFREF is calculated and output to the actuator driving unit 300.
  • Actuator drive unit 300 receives low pressure turbine variable stationary blade angle command value LPTVSVREF from optimal controller 100 and also inputs fuel flow rate command value WFREF from engine control unit 200. Then, a low-pressure turbine variable stator blade angle sensor value LPTVSVact, which is a low-pressure turbine variable stator blade drive signal corresponding thereto, is given to the actual engine 400 to drive the actual low-pressure turbine variable stator blade LPTVSV by the command angle. At the same time, the actual fuel flow rate signal WFact is supplied to the actual engine 400 to supply fuel to the actual engine 400 at a fuel flow rate that matches the actual fuel flow rate signal WFact. As a result, the actual engine 400 is controlled to operate at the optimum fuel consumption rate SFC.
  • the sensor value sensor_out1 is fed back from the sensor group of the actual engine 400 to the optimum controller 100 and the engine control unit 200 as a sensor feedback value sensor_fb1. Further, a sensor value sensor_out2 is fed back from the sensor group to the optimum controller 100 and the engine control unit 200 as a sensor feedback value sensor_fb2.
  • the optimum controller 100 includes a low-pressure turbine variable stationary blade angle command value calculation unit 100-1 and a pilot throttle lever angle command value calculation unit 100-2. Then, the low pressure turbine variable stator blade angle command value calculation unit 100-1 receives the sensor feedback value sensor_fb1 and outputs the low pressure turbine variable stator blade angle command value LPTVSVREF from the output end DLTLPTVSV by optimal calculation control.
  • the pilot throttle lever angle command value calculation unit 100-2 of the optimal controller 100 calculates a corresponding pilot throttle lever angle with respect to the input engine thrust command value FNREF and sets it as a pilot throttle lever angle command value PLAcmd. Output.
  • the low-pressure turbine variable stationary blade angle command value calculation unit 100-1 in the optimal controller 100 includes a neural network calculator 101 and an optimal control calculator 102.
  • the low-pressure turbine variable stationary blade angle command value calculation unit 100-1 further includes previous value holders 103 and 104, a selector 105, step signal devices 108 and 109, and a switch 110.
  • the sensor feedback value sensor_fb1 from the actual engine 400 is input to the optimum controller 100.
  • This sensor feedback value sensor_fb 1 is input to the previous value holder 103 and also input to the previous value holder 104 through the selector 105.
  • the previous value holder 103 holds the latest sensor feedback value sensor_fb1 as an update value, and outputs the sensor feedback value sensor_fb1 held until then until the next update value is input.
  • This previous sensor feedback value sensor_fb1 is input to the neural network calculator 101 as a sensor value sensor, and simultaneously input to the optimal control calculator 102 as a sensor feedback value sensor_fb1.
  • the selector 105 selects the low pressure turbine variable stator blade angle feedback value e_lptvsv_fb from the input sensor feedback value sensor_fb1, outputs it to the previous value holder 104 as the updated value of the low pressure turbine variable stator blade angle LPTVSV, and the previous value holder 104. Holds this value.
  • the previous value holder 104 holds the previous value until the updated value of the low pressure turbine variable stator blade angle LPTVSV is input, and outputs the previous value to the switch 110 as the low pressure turbine variable stator blade angle LPTVSV.
  • the neural network computing unit 101 estimates the fuel consumption rate SFC of the actual engine 400 using the input sensor value sensor and outputs the fuel consumption rate estimated value SFC_est.
  • the estimated fuel consumption rate value SFC_est of the neural network calculator 101 is input to the optimal control calculator 102 as a fuel consumption rate feedback value SFC_fb.
  • the sensor feedback value sensor_fb1 is input from the actual engine 400, and the fuel consumption rate estimated value SFC_est is input as the fuel consumption rate feedback value SFC_fb from the neural network calculator 101.
  • the optimum control calculator 102 further receives the step signal from the step signal unit 109.
  • the optimum control calculator 102 obtains the low-pressure turbine variable stationary blade angle search value LPTVSV_SEARCHPOINT.
  • the optimum control calculator 102 outputs the obtained low-pressure turbine variable stationary blade angle search value LPTVSV_SEARCHPOINT to the switch 110 from the output terminal e_lptvsv_searchpoint.
  • the optimum control calculator 102 outputs the low-pressure turbine variable stator blade angle optimum value LPTVSV_BEST from the output end e_lptvsv_best. This low pressure turbine variable stator blade angle optimum value LPTVSV_BEST is monitored throughout FIG.
  • the switch 110 is on the lower side for a certain time, that is, until the system is stabilized, and outputs the low pressure turbine variable stator blade angle LPTVSV from the previous value holder 104 as the low pressure turbine variable stator blade angle search value DLTPTVSV.
  • the system switches to the upper side, and the low pressure turbine variable stator blade angle search value LPTVSV_SEARCHPOINT is output as the low pressure turbine variable stator blade angle search value DLTPTVSV.
  • the optimum control calculator 102 includes an optimization parameter feedback unit 120, a pattern searcher 121, and a limit checker 122 as main components.
  • a pulse generator 125, a logical product calculator 126, initial value setting units 127 and 128, a previous value holding unit 129, and a logical inverter 130 are provided.
  • the optimum control arithmetic unit 102 supplies a pulse rising or falling timing (in this case, as a rising timing) every predetermined calculation period generated by the pulse generator 125, for example, every 30 seconds, while the enable signal is given. Calculation).
  • the optimization parameter feedback unit 120 passes the sensor feedback value sensor_fb1 to the selector and inputs only the low pressure turbine variable stator blade angle feedback value e_lptvsv_fb to the input terminal InitPoint of the pattern searcher 121.
  • the input end InitPoint of the pattern searcher 121 receives the low pressure turbine variable stator blade angle feedback value e_lptvsv_fb one cycle before from the optimization parameter feedback unit 120.
  • This low-pressure turbine variable stationary blade angle feedback value is selected from the sensor feedback value sensor_fb1.
  • the evaluation value cost output from the limit checker 122 is input to the input terminal Cost through the previous value holder 129 and the initial value setter 127.
  • the pattern searcher 121 determines an optimization parameter search value for every fixed calculation period (for example, 30 seconds). Further, the pattern searcher 121 outputs a low-pressure turbine variable stationary blade angle search value e_lptvsv_searchpoint from the output end SearchPoint. Further, the pattern searcher 121 outputs the optimum value of the low-pressure turbine variable stator blade angle so far as the low-pressure turbine variable stator blade angle optimum value e_lptvsv_best from the output end BestPoint.
  • the low-pressure turbine variable stator blade angle search value e_lptvsv_searchpoint is output from the output end SearchPoint and input to the input terminal of the low-pressure turbine variable stator blade angle calculation value lptvsv in the limit checker 122. Further, the fuel consumption rate feedback value SFC_fb is input to the input terminal e_sfc of the limit checker 122. Therefore, the limit checker 122 determines whether or not the low-pressure turbine variable stationary blade angle search value e_lptvsv_searchpoint obtained by the pattern searcher 121 is larger than the upper limit value or smaller than the lower limit value.
  • the limit checker 122 uses the fuel consumption rate feedback from the output terminal as an evaluation value cost for optimizing the fuel consumption rate SFC.
  • the value SFC_fb fuel consumption rate estimated value SFC_est
  • the preset worst evaluation value worstcost is output as the evaluation value cost.
  • the previous value holder 129 receives the current evaluation value cost and updates the held value.
  • the initial value setting unit 127 holds a worst evaluation value worstcost given in advance as an initial value, and outputs the worst evaluation value worstcost to the input terminal Cost of the pattern searcher 121 at the beginning of the calculation. After that, when the calculation of the system becomes stable and the evaluation value cost is calculated, the value from the previous value holder 129 is output. Therefore, the pattern searcher 121 performs the above-described calculation and outputs a low-pressure turbine variable stationary blade angle search value e_lptvsv_searchpoint from the output end SearchPoint. Further, the low pressure turbine variable stationary blade angle optimum value e_lptvsv_best from the output end BestPoint is output.
  • the pattern searcher 121 performs calculation every enable signal period (for example, 30 seconds).
  • the pattern searcher 121 includes a pattern search execution unit 142 that executes pattern search, and zero value setting units 140, 143, 147, and 150 that set 0 necessary as an initial value of calculation.
  • the pattern searcher 121 further includes previous value holders 144, 145 and 148, a logical sum calculator 141, an adder 146, a comparator 149, multipliers 151 and 152, and adders 153 and 154.
  • the comparator 149 is provided with a search frequency upper limit value LoopMax as a comparison value, the adder 146 is provided with an increment value 1, and the multipliers 151 and 152 receive the search foot length gain as a predetermined value from the gain setting unit 160. Given.
  • the adder 146 counts the number of searches. Specifically, the adder 146 adds 1 to the previous value held by the previous value holder 148 to obtain the current number of searches, and outputs the result to the comparator 149.
  • the comparator 149 compares the search count calculated by the adder 146 with the search count upper limit value LoopMax, and if the current search count reaches the search count upper limit value, sets the search count upper limit reach flag LoopFinishFlag to the logical sum calculator 141. Output to, otherwise no output.
  • the logical sum calculator 141 outputs the search end flag endflg when the search count upper limit reaching flag is input or when the search foot length lower limit reaching signal is input, otherwise it is not output.
  • the pattern search execution unit 142 inputs the previous fuel consumption rate estimated value as the previous evaluation value cost, and if the previous fuel consumption rate estimated value and the current fuel consumption rate estimated value are compared and improved, the same Search by direction (policy) to determine and output the next low-pressure turbine variable stationary blade angle command value.
  • the pattern searcher 121 defines the low-pressure turbine variable stator blade angle command value obtained by the pattern search execution unit 142 as a control parameter initial value (initial control ⁇ ⁇ ⁇ parameter) (for example, 2.5 deg, 50% as a search initial position). ) Are added and output as the current search position SearchPoint. Also for the optimum search value up to the previous time, the control parameter initial value is added to this and the low pressure turbine variable stator blade angle optimum value BestPoint is output.
  • the search position SearchPoint is output from the SearchPoint output end of the pattern searcher 121 as a low-pressure turbine variable stationary blade angle search value e_lptvsv_searchpoint.
  • the optimum value BestPoint is output from the BestPoint output end of the pattern searcher 121 as a low-pressure turbine variable stationary blade angle optimum value e_lptvsv_best.
  • the pattern searcher 121 When the search number upper limit value LoopMax is reached or the search foot length lower limit is reached, the pattern searcher 121 outputs the search end flag endflg and ends the pattern search.
  • the limit checker 122 includes an upper limit limit setting unit 161, a lower limit setting unit 162, comparators 163 and 164, a logical sum calculator 165, a worst evaluation value setting unit 167, an evaluation value output switching signal unit 168, and an evaluation value switching unit. 169 and an output switching unit 170 are provided.
  • the limit checker 122 receives the low-pressure turbine variable stationary blade angle calculation value lptvsv and the fuel consumption rate estimated value e_sfc, and outputs the next fuel consumption rate estimated value SFC_est as the evaluation value cost.
  • the evaluation value switch 169 in the limit checker 122 outputs the worst evaluation value worstcost when the low-pressure turbine variable stator blade angle calculation value lptvsv rises above the upper limit value or falls below the lower limit value. Otherwise, the fuel consumption rate calculation value e_sfc is output as the fuel consumption rate estimated value SFC_est.
  • the output switching unit 170 outputs the fuel consumption rate calculation value e_sfc as the evaluation value cost when the evaluation value output switching signal unit 168 outputs a switching signal, and the evaluation value switching unit 169 when the switching signal is not output. Is output as an evaluation value cost. As a result, even when the evaluation value cost exceeds the worst value worse, outputting the worst evaluation value worstcost prevents the evaluation value cost from exceeding the limit and outputting a bad value.
  • This evaluation value cost is output as an evaluation value of the fuel consumption rate from the output end cost in the limit checker 122 in FIG.
  • the neural network computing unit 101 in the optimum controller 100 identifies deterioration of the engine model, obtains a fuel consumption rate estimated value SFC_est, and uses this fuel consumption rate estimated value SFC_est as the optimum control computing unit 102. input.
  • the optimum control calculator 102 searches for the low-pressure turbine variable stator blade angle LPTVSV, which is a control parameter that minimizes the fuel consumption rate SFC as the evaluation value cost.
  • control Parameter Search Value Setting In the pattern searcher 121 in the optimal control calculator 102, the previous fuel consumption rate estimated value is input to the Cost input terminal every 30 seconds as a fixed calculation cycle. Further, the low pressure turbine variable stator blade angle feedback value e_lptvsv_fb is fed back from the sensor to the input end InitPoint. The pattern searcher 121 calculates and observes the current fuel consumption rate estimated value from these (step ST1). If the current fuel consumption rate estimated value is improved over the previous fuel consumption rate estimated value, the process branches to YES in step ST1. Then, a low-pressure turbine variable stationary blade angle search value is obtained and output in a direction in which the next estimated fuel consumption rate is reduced (steps ST2, ST4, ST5).
  • the process branches to NO in step ST1. Then, the variation range of the low-pressure turbine variable stator blade angle search value is narrowed and searched in the opposite direction to obtain the low-pressure turbine variable stator blade angle search value (steps ST3, ST6, ST7).
  • the pattern search method executed by the pattern searcher 121 is a general steepest descent method.
  • the low pressure turbine variable stator blade angle search value is added to the control parameter search initial value InitPoint to obtain the next low pressure turbine variable stator blade angle command value, and the actual engine 400 is operated together with the fuel flow rate and the like. (Step ST8).
  • the control parameter to be optimized is not limited to the low pressure turbine variable stator blade angle LPTVSV used in the above embodiment. Any of exhaust nozzle area, compressor variable stator blade angle, high pressure turbine case cooling air flow rate, low pressure turbine case cooling air flow rate, high pressure turbine variable stator blade angle, fan bypass area, extraction force, and bleed air may be used.
  • Limit value check The limit checker 122 in the optimum control computing unit 102 checks whether or not the low-pressure turbine variable stationary blade angle command value exceeds the limit value. When the value is within the limit value, the previous estimated fuel consumption rate is used as the evaluation value for the search. When the value is outside the limit value, the worst evaluation value worstcost is set in the SFC. Prevent the estimate from being updated.
  • the result of simulation by the gas turbine engine optimum control device of the above embodiment is as shown in the graph of FIG. FIG. 8 shows the transition of the sensor value and the estimated value of the fuel consumption rate SFC starting from the low pressure turbine variable stationary blade angle command value 50% as the control parameter.
  • FN indicates engine thrust.
  • FNest indicates an estimated engine thrust value.
  • WFREF is a fuel flow rate command value.
  • N1 is an estimated value of the engine speed (low pressure).
  • N1est is an estimated value of the engine speed (low pressure).
  • LPTVSVREF is a low-pressure turbine variable stationary blade angle command value.
  • LPTVSVact is a low pressure turbine variable stationary blade angle sensor value.
  • SFC is the actual fuel consumption rate.
  • SFC_est is an estimated fuel consumption rate.
  • the low-pressure turbine variable stator blade angle command value LPTVSVREF and the low-pressure turbine variable stator blade angle sensor value LPTVSVact are the same, and both are stable at 0%.
  • the fuel consumption rate SFC and the fuel consumption rate estimated value SFC_est also settle at around 97% with the movement of the low-pressure turbine variable stationary blade angle sensor value LPTVSVact. It can be understood that the optimum value was obtained.
  • the correction value of the control parameter command value is added to the previous search value to obtain the next search value.
  • the control parameter command value correction value is added to the initial setting value to search for the control parameter that optimizes the fuel consumption rate as the next search value.
  • the method of adding the correction value of the control parameter command value to the previous search value to obtain the next search value causes a problem when the fuel consumption rate with respect to the search value has a downward convex relationship.
  • the amount to be added decreases when the base is passed in this relationship, but it is in an increasing direction from the previous search value, the estimated fuel consumption increases, becomes larger than the minimum estimated value in the past, and can not find the optimum value There's a problem.
  • this problem can be solved by adding the correction value to the initial set value as in the gas turbine engine optimum control apparatus of the present embodiment.

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Abstract

　ガスタービンエンジン最適制御装置は、与えられる可変機構の制御パラメータを用いて燃料消費率ＳＦＣを推定し、前回の演算周期での可変機構の制御パラメータによる燃料消費率推定値と今回の演算周期での可変機構の制御パラメータによる燃料消費率推定値との間の変化を求め、燃料消費率推定値が最小に向かう新たな可変機構の制御パラメータＬＰＴＶＳＶ＿ＳＥＡＲＣＨＰＯＩＮＴを求め、新たな可変機構の制御パラメータを予め設定した制御パラメータ初期値に加算し、次回の演算周期での可変機構の制御パラメータ指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦとする。

Description

ガスタービンエンジン最適制御装置
　本発明は、ガスタービンエンジン最適制御装置に関する。
　ガスタービンエンジンの推力と相関のある回転数や圧力比でエンジンを制御するガスタービンエンジン制御装置として、燃料流量を調整してファン回転数を制御するシステム（Single Input Single Output（SISO）システム）が知られている。このようなガスタービンエンジン制御装置の場合、ジェット機の飛行ポイント（高度、機速、気温）によって回転数を一定に制御することはできても、燃料消費率（ＳＦＣ）を一定に制御することができず、たえず変化する。
　そこで、これを解消するために可変サイクルエンジンが提案されている。可変サイクルエンジンは、燃料流量の調整に加え、可変機構などの多種エフェクタにより燃料消費率ＳＦＣを最小とするようにサイクルを調整するエンジンである。この可変機構の制御には、センサ信号等の検出信号を利用したスケジュール制御が一般に用いられている。
　ガスタービンエンジンでは、ファン、圧縮機、燃焼器、高圧タービン、低圧タービンなどの各モジュールが劣化する。ところが、ガスタービンエンジンをスケジュール制御する場合、そのような各モジュールの劣化の度合いや号機毎のばらつきによって燃料消費率ＳＦＣがどのエンジンでも常に最小になるとは限らない問題点があった。
特開２０００－２１０１５２号公報 特許第４５４０９５６号公報 特開２００９－１９７６７０号公報 特開２０１２－２１５５７５号公報
　本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたもので、可変サイクルエンジンにおいて最適制御手法により燃料消費率ＳＦＣを常に最小にするための可変機構指令を自動的に探索し、エンジンに劣化が生じたり号機毎に性能にばらつきがあったりしても、常に燃料消費率を最小に最適化し、運用コストの低減が図れるガスタービンエンジン最適制御装置を提供することを目的とする。
　本発明の態様はガスタービンエンジン最適制御装置であって、所定の演算周期毎に与えられる可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値を用いて燃料消費率を推定する燃料消費率推定演算部と、前回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値と今回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値との間の変化を求め、燃料消費率推定値が最小に向かう新たな可変機構の制御パラメータ指令値を求める制御パラメータ再演算部と、前記制御パラメータ再演算部の求めた新たな可変機構の制御パラメータ指令値を予め設定した当該可変機構の制御パラメータ初期値に加算し、次回の演算周期での可変機構の制御パラメータ指令値として出力する制御パラメータ指令値演算部とを備えることを要旨とする。
　上記のガスタービンエンジン最適制御装置においては、前記可変機構の制御パラメータとして、低圧タービン可変静翼角度を用いてもよい。
　また、上記のガスタービンエンジン最適制御装置においては、前記可変機構の制御パラメータとして、排気ノズル面積、圧縮機可変静翼角度、高圧タービンケース冷却空気流量、低圧タービンケース冷却空気流量、高圧タービン可変静翼角度、ファンバイパス面積、抽出力、抽気のいずれかを用いてもよい。
　本発明によれば、ガスタービンエンジンの最適制御手法により燃料消費率を常に最小にするための可変機構の制御パラメータ指令値を自動的に探索し、エンジンに劣化が生じたり号機ごとに性能にばらつきがあったりしても、常に燃料消費率を最適化しながらガスタービンエンジンを運転でき、その運用コストの低減が図れる。
図１は、本発明の一実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置のシステム構成を示すブロック図である。 図２は、上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置における制御器の内部構成を示すブロック図である。 図３は、上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置における制御器内のエンジン推力演算部の内部構成を示すブロック図である。 図４は、上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置における制御器内の最適制御演算器の内部構成を示すブロック図である。 図５は、上記最適制御演算器内のパターン探索器の内部構成を示すブロック図である。 図６は、上記最適制御演算器内のリミットチェック器の内部構成を示すブロック図である。 図７は、上記最適制御演算器による可変機構の制御パラメータ値最適値探索のフローチャートである。 図８は、本発明の実施例の制御特性を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、以下では、同一若しくは類似する構成要素については同一若しくは類似する符号を用いて説明する。
　図１に示す実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置は、コンピュータシステムにより構成される。本実施の形態では、可変サイクルエンジンの最適制御のために可変機構として低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶを制御する場合について説明する。しかしながら、ガスタービンエンジンの最適制御のために調整する可変機構としては、低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶだけでなく、ファンバイパス出口面積や排気ノズル面積を調整する制御を採用することもできる。
　図１に示すガスタービンエンジン最適制御装置は、主要な演算要素として最適制御器１００とエンジン制御部２００、アクチュエータ駆動部３００、そして実エンジン４００を備えている。最適制御器１００は燃料消費率推定演算部（燃料消費率推定演算手段）、制御パラメータ指令値演算部（制御パラメータ指令値演算手段）、制御パラメータ再演算部（制御パラメータ再演算手段）を司る。アクチュエータ駆動部３００は、最適制御器１００とエンジン制御部２００からの指令値出力に対して実エンジン４００の該当するアクチュエータに物理的な駆動力を与える。実エンジン４００は燃料消費率ＳＦＣを最適にしながら燃料消費して推力を発生するように制御される。そして実エンジン４００の各所に設置されているセンサ群からセンサ値が最適制御器１００、エンジン制御部２００にフィードバックされる。そのセンサフィードバック値はｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１，ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ２としている。
　本システムに外部から入力されるのは、ＦＮＲＥＦ入力器１からのエンジン推力指令値ＦＮＲＥＦである。最適制御器１００には、このＦＮＲＥＦ入力器１からエンジン推力指令値ＦＮＲＥＦが入力される。また最適制御器１００には、実エンジン４００のセンサ群から出力される低圧タービン可変静翼角度検出値を含むセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ１がセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１としてフィードバック入力される。そして最適制御器１００は、後述する燃料消費率ＳＦＣを改善する演算によりパイロットスロットルレバー角度指令値ＰＬＡｃｍｄを計算する。このパイロットスロットルレバー角度指令値ＰＬＡｃｍｄは、エンジン制御部２００にパイロットスロットルレバー角度ＰＬＡとして出力される。また最適制御器１００は、低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦを計算し、アクチュエータ駆動部３００に出力する。
　エンジン制御部２００は、最適制御器１００からのパイロットスロットルレバー角度ＰＬＡを入力し、また実エンジン４００からのセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ２をセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ２として入力する。そしてこれらを用いて燃料流量指令値ＷＦＲＥＦを算出してアクチュエータ駆動部３００に出力する。
　アクチュエータ駆動部３００は、最適制御器１００から低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦを入力し、またエンジン制御部２００から燃料流量指令値ＷＦＲＥＦを入力する。そして、これらに対応する低圧タービン可変静翼駆動信号である低圧タービン可変静翼角度センサ値ＬＰＴＶＳＶａｃｔを実エンジン４００に与えてその実際の低圧タービン可変静翼ＬＰＴＶＳＶを指令角度だけ駆動する。同時に実燃料流量信号ＷＦａｃｔを実エンジン４００に与えて実燃料流量信号ＷＦａｃｔに見合う燃料流量で燃料を実エンジン４００に供給する。これにより、この実エンジン４００は最適な燃料消費率ＳＦＣで運転するように制御される。そして実エンジン４００のセンサ群からセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ１が最適制御器１００、エンジン制御部２００にそれぞれセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１としてフィードバックされる。またセンサ群からセンサ値ｓｅｎｓｏｒ＿ｏｕｔ２が、最適制御器１００、エンジン制御部２００にそれぞれセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ２としてフィードバックされる。
　次に、図２、図３を用いて最適制御器１００について説明する。図２に示すように、最適制御器１００は低圧タービン可変静翼角度指令値演算部１００－１とパイロットスロットルレバー角度指令値演算部１００－２で構成されている。そして低圧タービン可変静翼角度指令値演算部１００－１は、センサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１を入力し、これによって最適演算制御により出力端ＤＬＴＬＰＴＶＳＶから低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦを出力する。また、最適制御器１００のパイロットスロットルレバー角度指令値演算部１００－２は、入力されるエンジン推力指令値ＦＮＲＥＦに対して、対応するパイロットスロットルレバー角度を算出し、パイロットスロットルレバー角度指令値ＰＬＡｃｍｄとして出力する。
　図３に示すように、最適制御器１００における上記の低圧タービン可変静翼角度指令値演算部１００－１は、ニューラルネットワーク演算器１０１と最適制御演算器１０２を備えている。低圧タービン可変静翼角度指令値演算部１００－１は、さらに、前回値保持器１０３，１０４、セレクタ１０５、ステップ信号器１０８，１０９、そしてスイッチ１１０を備えている。
　最適制御器１００には、実エンジン４００からのセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１が入力されている。このセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１は前回値保持器１０３に入力され、またセレクタ１０５を通して前回値保持器１０４にも入力される。
　前回値保持器１０３では、最新のセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１を更新値として保持し、次の更新値が入力されるまで、それまで保持していたセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１を出力する。この前回のセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１は、ニューラルネットワーク演算器１０１にセンサ値ｓｅｎｓｏｒとして入力され、同時に最適制御演算器１０２にもセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１として入力される。
　セレクタ１０５は入力されたセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１の中から低圧タービン可変静翼角度フィードバック値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｆｂを選んで前回値保持器１０４に低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶの更新値として出力し、前回値保持器１０４はこの値を保持する。前回値保持器１０４は低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶの更新値が入力されるまで前回の値を保持していて、その前回の値を低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶとしてスイッチ１１０に出力する。
　ニューラルネットワーク演算器１０１では、入力されるセンサ値ｓｅｎｓｏｒを用いて実エンジン４００の燃料消費率ＳＦＣを推定し、燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔを出力する。このニューラルネットワーク演算器１０１の燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔは最適制御演算器１０２に燃料消費率フィードバック値ＳＦＣ＿ｆｂとして入力される。
　最適制御演算器１０２では、実エンジン４００からセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１を入力し、ニューラルネットワーク演算器１０１から燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔを燃料消費率フィードバック値ＳＦＣ＿ｆｂとして入力する。最適制御演算器１０２はさらに、ステップ信号器１０９からのステップ信号を入力する。そして最適制御演算器１０２は、ステップ信号器１０９から演算実行を意味するステップ信号が入力されると、低圧タービン可変静翼角度探索値ＬＰＴＶＳＶ＿ＳＥＡＲＣＨＰＯＩＮＴを求める。最適制御演算器１０２は、求めた低圧タービン可変静翼角度探索値ＬＰＴＶＳＶ＿ＳＥＡＲＣＨＰＯＩＮＴを出力端ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔからスイッチ１１０に出力する。また同時に、最適制御演算器１０２は低圧タービン可変静翼角度最適値ＬＰＴＶＳＶ＿ＢＥＳＴを出力端ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔから出力する。この低圧タービン可変静翼角度最適値ＬＰＴＶＳＶ＿ＢＥＳＴは、後述の図４及び全体を通して監視される。
　スイッチ１１０はある時間、つまりシステムが安定するまで下側にあって、前回値保持器１０４からの低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶを低圧タービン可変静翼角度探索値ＤＬＴＰＴＶＳＶとして出力する。ところが、システムが安定しステップ信号器１０８から切替信号が入力されると上側に切り替わり、低圧タービン可変静翼角度探索値ＬＰＴＶＳＶ＿ＳＥＡＲＣＨＰＯＩＮＴを低圧タービン可変静翼角度探索値ＤＬＴＰＴＶＳＶとして出力する。
　図４を用いて最適制御演算器１０２をさらに詳しく説明する。最適制御演算器１０２は、最適化パラメータフィードバック部１２０、パターン探索器１２１とリミットチェック器１２２を主な構成要素として備えている。またパルス発生器１２５、論理積演算器１２６、初期値設定器１２７，１２８、前回値保持器１２９、論理反転器１３０を備えている。この最適制御演算器１０２は、イネーブル信号が与えられている間に、パルス発生器１２５が発生する所定の演算周期毎、例えば３０秒毎のパルスの立上りあるいは立下りのタイミング（ここでは立上りタイミングとしている）に演算を開始する。
　最適化パラメータフィードバック部１２０はセンサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１をセレクタに通し、低圧タービン可変静翼角度フィードバック値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｆｂだけをパターン探索器１２１の入力端ＩｎｉｔＰｏｉｎｔに入力する。
　パターン探索器１２１の入力端ＩｎｉｔＰｏｉｎｔには、最適化パラメータフィードバック部１２０から１周期前の低圧タービン可変静翼角度フィードバック値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｆｂが入力される。この低圧タービン可変静翼角度フィードバック値は、センサフィードバック値ｓｅｎｓｏｒ＿ｆｂ１から選択したものである。また入力端Ｃｏｓｔにリミットチェック器１２２から出力された評価値ｃｏｓｔを前回値保持器１２９、初期値設定器１２７を通して入力する。そして、パターン探索器１２１は、一定の演算周期（例えば３０秒）ごとに最適化パラメータ探索値を決定する。さらに、パターン探索器１２１は、出力端ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔから低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔを出力する。また、パターン探索器１２１は、出力端ＢｅｓｔＰｏｉｎｔから、これまでの低圧タービン可変静翼角度の最適値を低圧タービン可変静翼角度最適値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔとして出力する。
　低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔは、出力端ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔから出力され、リミットチェック器１２２における低圧タービン可変静翼角度演算値ｌｐｔｖｓｖの入力端に入力される。また、このリミットチェック器１２２の入力端ｅ＿ｓｆｃには、燃料消費率フィードバック値ＳＦＣ＿ｆｂが入力される。そこでリミットチェック器１２２は、パターン探索器１２１で求めた低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔが上限値よりも大きくなっているか否か、また下限値よりも小さくなっているか否か判定する。そして、低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔがどちらの限界値をも超えていなければ、リミットチェック器１２２は、燃料消費率ＳＦＣを最適化する評価値ｃｏｓｔとして、その出力端から燃料消費率フィードバック値ＳＦＣ＿ｆｂ（燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔ）を前回値保持器１２９に出力する。しかしながら上記のどちらかの限界値を超えている場合には、予め設定した最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを評価値ｃｏｓｔとして出力する。
　前回値保持器１２９は今回の評価値ｃｏｓｔを受け取り、保持値を更新する。初期値設定器１２７は初期値として予め与えた最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを保持しており、計算の最初にはこの最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔをパターン探索器１２１の入力端Ｃｏｓｔに出力する。そしてその後にシステムの計算が安定し、評価値ｃｏｓｔが算出されるようになれば前回値保持器１２９からの値を出力する。そこで、パターン探索器１２１は上述した演算を行い、出力端ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔから低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔを出力する。また出力端ＢｅｓｔＰｏｉｎｔからそれまでの低圧タービン可変静翼角度最適値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔを出力する。
　図５を用いて最適制御演算器１０２におけるパターン探索器１２１の詳しい説明をする。このパターン探索器１２１は、イネーブル信号の期間（例えば３０秒）毎に演算を行う。このパターン探索器１２１は、パターン探索を実行するパターン探索実行部１４２、演算の初期値として必要な０を設定するゼロ値設定器１４０，１４３，１４７，１５０を備えている。パターン探索器１２１はさらに、前回値保持器１４４，１４５，１４８、論理和演算器１４１、加算器１４６、比較器１４９、掛算器１５１，１５２、加算器１５３，１５４を備えている。比較器１４９には比較値として探索回数上限値ＬｏｏｐＭａｘが与えられ、加算器１４６にはインクリメント値１が与えられ、掛算器１５１，１５２には所定値として探索足長さゲインがゲイン設定器１６０から与えられる。
　加算器１４６は探索回数の計数を行う。具体的には、加算器１４６は、前回値保持器１４８の保持している前回値に１を足して今回の探索回数とし、比較器１４９に出力する。比較器１４９は、加算器１４６で算出された探索回数と探索回数上限値ＬｏｏｐＭａｘとを比較し、今回の探索回数が探索回数上限値に到達すれば探索回数上限到達フラグＬｏｏｐＦｉｎｉｓｈＦｌａｇを論理和演算器１４１に出力し、そうでなければ出力しない。論理和演算器１４１は探索回数上限到達フラグが入力されるか、探索足長さ下限到達信号が入力されると探索終了フラグｅｎｄｆｌｇを出力し、そうでなければ出力しない。
　パターン探索実行部１４２は、前回の評価値ｃｏｓｔとして前回の燃料消費率推定値を入力し、前回の燃料消費率推定値と今回の燃料消費率推定値とを比較して改善されていれば同じ方向（方針）で探索して次回の低圧タービン可変静翼角度指令値を決定して出力する。
　パターン探索器１２１は、パターン探索実行部１４２で得た低圧タービン可変静翼角度指令値に、探索初期位置としての制御パラメータ初期値(initial control parameter)（例えば２．５ｄｅｇとし、５０％と定義する）を加算し、今回の探索位置ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔとして出力する。前回までの最適な探索値についても、これに制御パラメータ初期値を加算して低圧タービン可変静翼角度最適値ＢｅｓｔＰｏｉｎｔを出力する。探索位置ＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔは、パターン探索器１２１におけるＳｅａｒｃｈＰｏｉｎｔ出力端から低圧タービン可変静翼角度探索値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔとして出力される。また最適値ＢｅｓｔＰｏｉｎｔは、パターン探索器１２１におけるＢｅｓｔＰｏｉｎｔ出力端から低圧タービン可変静翼角度最適値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｂｅｓｔとして出力される。
　探索回数上限値ＬｏｏｐＭａｘに到達するか、探索足長さ下限に到達すると、パターン探索器１２１は、探索終了フラグｅｎｄｆｌｇを出力してパターン探索を終了する。
　次に、図６を用いて最適制御演算器１０２内のリミットチェック器１２２について説明する。このリミットチェック器１２２は、上限リミット設定器１６１、下限リミット設定器１６２、比較器１６３，１６４、論理和演算器１６５、最悪評価値設定器１６７、評価値出力切換信号器１６８、評価値切換器１６９、出力切換器１７０を備えている。
　リミットチェック器１２２は、低圧タービン可変静翼角度演算値ｌｐｔｖｓｖ、燃料消費率推定値ｅ＿ｓｆｃを入力し、評価値ｃｏｓｔとして次回の燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔを出力する。このリミットチェック器１２２における評価値切換器１６９は、低圧タービン可変静翼角度演算値ｌｐｔｖｓｖが上限値を超えて上昇し、若しくは下限値を超えて下降した場合、最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを出力する。それ以外であれば燃料消費率演算値ｅ＿ｓｆｃを燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔとして出力する。
　出力切換器１７０は、評価値出力切換信号器１６８が切換信号を出力しているときには、燃料消費率演算値ｅ＿ｓｆｃを評価値ｃｏｓｔとして出力し、切換信号が出ていないときには、評価値切換器１６９の出力を評価値ｃｏｓｔとして出力する。これにより、評価値ｃｏｓｔが最悪値を悪い方に超えるような場合でも、最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを出力することにより評価値ｃｏｓｔがリミットを超えて悪い値を出力するのを防止する。この評価値ｃｏｓｔは、図４におけるリミットチェック器１２２における出力端ｃｏｓｔから燃料消費率の評価値として出力されるものである。
　次に、以上の構成のガスタービンエンジン最適制御装置による処理動作を、図７のフローチャートを用いて説明する。
　１）制御パラメータの最適化
　最適制御器１００におけるニューラルネットワーク演算器１０１において、エンジンモデルの劣化同定を行い、燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔを求め、この燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔを最適制御演算器１０２に入力する。最適制御演算器１０２では、評価値ｃｏｓｔとしての燃料消費率ＳＦＣが最小となる制御パラメータである低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶの探索を行う。
　２）制御パラメータの探索値設定
　最適制御演算器１０２におけるパターン探索器１２１では、一定の演算周期として３０秒ごとにＣｏｓｔ入力端に前回の燃料消費率推定値が入力される。また入力端ＩｎｉｔＰｏｉｎｔにセンサから低圧タービン可変静翼角度フィードバック値ｅ＿ｌｐｔｖｓｖ＿ｆｂがフィードバックされる。パターン探索器１２１は、これらから今回の燃料消費率推定値を求めて観測する（ステップＳＴ１）。そして、前回の燃料消費率推定値よりも今回の燃料消費率推定値の方が改善されている場合、処理は、ステップＳＴ１でＹＥＳに分岐する。そして次回の燃料消費率推定値が低減される方向となる低圧タービン可変静翼角度探索値を求めて出力する（ステップＳＴ２，ＳＴ４，ＳＴ５）。
　ここで、前回の燃料消費率推定値よりも今回の燃料消費率推定値が増加する方向の場合、処理は、ステップＳＴ１でＮＯに分岐する。そして低圧タービン可変静翼角度探索値の変化幅を縮めて反対方向に探索して低圧タービン可変静翼角度探索値を求める（ステップＳＴ３，ＳＴ６，ＳＴ７）。このパターン探索器１２１が実行するパターン探索方法は一般的な最急降下法である。
　このパターン探索方法では、低圧タービン可変静翼角度探索値を制御パラメータ探索初期値ＩｎｉｔＰｏｉｎｔに足し込んで次の低圧タービン可変静翼角度指令値とし、燃料流量等と併せて実エンジン４００の操作を行う（ステップＳＴ８）。
　尚、最適化する制御パラメータは、上記実施の形態で用いた低圧タービン可変静翼角度ＬＰＴＶＳＶに限らない。排気ノズル面積、圧縮機可変静翼角度、高圧タービンケース冷却空気流量、低圧タービンケース冷却空気流量、高圧タービン可変静翼角度、ファンバイパス面積、抽出力、抽気のいずれでもよい。
　３）制限値チェック
　最適制御演算器１０２におけるリミットチェック器１２２は、低圧タービン可変静翼角度指令値が制限値を越えていないかどうかを確認する。制限値内の場合には、前回の燃料消費率推定値を探索の評価値として使用し、制限値外の場合にはＳＦＣに最悪評価値ｗｏｒｓｔｃｏｓｔを設定し、以後の演算で前回の燃料消費率推定値が更新されないようにする。
　上記実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置により、シミュレーションした結果は、図８のグラフの通りである。図８は、制御パラメータとして低圧タービン可変静翼角度指令値５０％から開始した、燃料消費率ＳＦＣのセンサ値と推定値の推移を示したものである。ＦＮはエンジン推力を示している。ＦＮｅｓｔはエンジン推力推定値を示している。ＷＦＲＥＦは燃料流量指令値である。ＷＦａｃｔ燃料流量実値である。Ｎ１はエンジン回転数（低圧）の推定値である。Ｎ１ｅｓｔはエンジン回転数（低圧）の推定値である。ＬＰＴＶＳＶＲＥＦは低圧タービン可変静翼角度指令値である。ＬＰＴＶＳＶａｃｔは低圧タービン可変静翼角度センサ値である。ＳＦＣは実燃料消費率である。ＳＦＣ＿ｅｓｔは燃料消費率推定値である。
　このグラフから、低圧タービン可変静翼角度指令値ＬＰＴＶＳＶＲＥＦ、低圧タービン可変静翼角度センサ値ＬＰＴＶＳＶａｃｔは一致し、共に０％で安定している。燃料消費率ＳＦＣ、燃料消費率推定値ＳＦＣ＿ｅｓｔも低圧タービン可変静翼角度センサ値ＬＰＴＶＳＶａｃｔの動きに伴って９７％付近のところで落ち着いている。これにより最適値が得られたことが理解できる。
　従来であれば、エンジンモデルを用い、燃料消費率ＳＦＣを最適に制御できる制御パラメータを探索するのに制御パラメータ指令値の補正値を前回の探索値に足し込んで次回の探索値としていた。これに対して、本実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置では、初期設定値に制御パラメータ指令値の補正値を足し込んで次回の探索値にして燃料消費率を最適にする制御パラメータを探索する。これにより、本実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置によれば、速く最小の燃料消費率ＳＦＣに到達する制御パラメータを得ることができる。ここで、制御パラメータ指令値の補正値を前回の探索値に足し込んで次回の探索値とする方法では、探索値に対する燃料消費率が下に凸の関係にある場合に問題を生じる。すなわち、この関係において底辺を過ぎると足し込む量は減るが、前回探索値より増加方向にあり、燃料消費量推定値は増加していき、過去最小の推定値より大きくなり最適値を見いだせなくなるという問題がある。ところが、本実施の形態のガスタービンエンジン最適制御装置のように初期設定値にその補正値を足しこむ方法であれば、この問題を解消できるのである。

Claims (3)

  1. 　所定の演算周期毎に与えられる可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値を用いて燃料消費率を推定する燃料消費率推定演算部と、
    　前回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値と今回の演算周期での可変機構の制御パラメータのセンサフィードバック値に基く燃料消費率推定値との間の変化を求め、燃料消費率推定値が最小に向かう新たな可変機構の制御パラメータ指令値を求める制御パラメータ再演算部と、
    　前記制御パラメータ再演算部の求めた新たな可変機構の制御パラメータ指令値を予め設定した当該可変機構の制御パラメータ初期値に加算し、次回の演算周期での可変機構の制御パラメータ指令値として出力する制御パラメータ指令値演算部とを備えたことを特徴とするガスタービンエンジン最適制御装置。
  2. 　前記可変機構の制御パラメータとして、低圧タービン可変静翼角度を用いることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン最適制御装置。
  3. 　前記可変機構の制御パラメータとして、排気ノズル面積、圧縮機可変静翼角度、高圧タービンケース冷却空気流量、低圧タービンケース冷却空気流量、高圧タービン可変静翼角度、ファンバイパス面積、抽出力、抽気のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン最適制御装置。
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