WO2024110729A1 - Dispositif et procédé de contrôle de maintien en régime de ralenti - Google Patents

Dispositif et procédé de contrôle de maintien en régime de ralenti Download PDF

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WO2024110729A1
WO2024110729A1 PCT/FR2023/051834 FR2023051834W WO2024110729A1 WO 2024110729 A1 WO2024110729 A1 WO 2024110729A1 FR 2023051834 W FR2023051834 W FR 2023051834W WO 2024110729 A1 WO2024110729 A1 WO 2024110729A1
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setpoint
speed
fuel
torque
turbomachine
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Inventor
Seif Eddine BENATTIA
Cedrik Djelassi
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/02—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F05D2270/022—Purpose of the control system to control rotational speed (n) to prevent underspeed
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/10—Purpose of the control system to cope with, or avoid, compressor flow instabilities
    • F05D2270/101—Compressor surge or stall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/304—Spool rotational speed

Definitions

  • the invention relates to the field of unscrewing blocker type engines and more particularly to the control of such an engine for maintaining it at idling speed .
  • Prior art Ensuring the proper functioning of the engine, particularly when the engine equips an aircraft, is a permanent concern for manufacturers.
  • Several parameters linked to the motor environment are taken into account during the design and controlled during operation so as to apply the correct instructions to the motor to ensure correct operation during all phases, and in particular during all phases of operation. flight when the engine is on board an aircraft.
  • the design of a turbomachine requires taking into account a sufficient margin against the so-called pumping phenomenon.
  • This discharge valve is controlled to open below a speed threshold of the high pressure compressor and thus makes it possible to regain pumping margin at the high pressure compressor.
  • a solution based on a pumping valve has the disadvantage of having to size the pumping valve to take into account changes in need and therefore generates a cost in terms of mass and size.
  • the invention makes it possible to overcome at least one of the drawbacks of the prior art and for this purpose proposes a method of controlling a turbomachine comprising: - detecting a speed of a motor shaft of the turbomachine below 'a slow speed; - detection of saturation of the fuel set point; - the selection of a combined fuel and torque regulation loop from at least one single variable engine regulation loop and, - the determination, in a combined manner, of a value representative of a fuel setpoint and a value representative of a torque setpoint such that said torque setpoint compensates for the saturation of said fuel setpoint to allow a stabilized speed of said turbomachine to be maintained.
  • said turbomachine having a high pressure body said speed is the speed of said high pressure body and said determined torque setpoint allows maintaining the stabilized speed at idle of said turbomachine to avoid unscrewing of said engine.
  • said turbomachine having a low pressure body said speed is the speed of said low pressure body and said determined torque setpoint allows the stabilized speed of said engine to be maintained at idle.
  • the determination of values representative of a fuel setpoint and a torque setpoint comprises, in said combined regulation loop, the calculation of a fuel increment and a torque setpoint increment compared to a previous moment.
  • the combined torque and fuel setpoints for a current instant are determined from - sequencing parameters, - a value representative of the speed of the motor shaft at the current instant and at the previous instant - an idle setpoint value, - torque and fuel setpoint values calculated at a previous instant
  • the method comprises in said combined regulation loop - the determination of a variation ( ⁇ , ⁇ ) ⁇ of the speed of the motor shaft between the current instant and the previous instant, -the determination of a difference ( ⁇ , ⁇ ) ⁇ between said set value of idle speed and the value representative of the engine shaft speed at the current instant, - the determination of a difference ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ) ⁇ between the increment of fuel and torque at the output of said regulation loop and an increment calculated from the difference between two previous setpoint values determined, -the determination of a state vector representative of the speed of the motor shaft at the following instant ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ ) ⁇ and a difference between said idle speed set value and the engine shaft speed
  • ⁇ ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ ⁇ ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ for low pressure motor shaft or ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 0 ⁇ for the high pressure motor shaft
  • A, B and I being determined constants
  • ⁇ ⁇ being the difference between the low pressure speed setpoint at time k and at time k- 1
  • ⁇ ⁇ being the difference between the high pressure speed setpoint at time k and at time k- 1
  • - determining a gain matrix K - obtaining the fuel increment and the fuel increment torque reference relative to a previous instant being obtained according to the following formula: for the high pressure motor shaft and for the low pressure motor shaft.
  • the present invention also relates to a program for computer comprising instructions for implementing a control method according to the present invention when said computer program is executed by a computer.
  • the present invention also relates to a computer-readable recording medium on which a computer program according to the present invention is recorded.
  • the present invention also relates to a control device, in a turbomachine, comprising one or more processors configured to - detect a speed of a motor shaft of the turbomachine below an idle speed and - detect saturation of the setpoint fuel, and following said detections, - select a combined fuel and torque regulation loop from at least one single variable engine regulation loop - determine, in combination, a value representative of a fuel setpoint and a representative value a torque setpoint such that said torque setpoint compensates for the saturation of said fuel setpoint to allow a stabilized speed of said turbomachine to be maintained.
  • a control device in a turbomachine, comprising one or more processors configured to - detect a speed of a motor shaft of the turbomachine below an idle speed and - detect saturation of the setpoint fuel, and following said detections, - select a combined fuel and torque regulation loop from at least one single variable engine regulation loop - determine, in combination, a value representative of a fuel setpoint and a representative value a torque setpoint such that said torque
  • FIG. 2 is a schematic representation of a control device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of an anti-unscrewing loop. Description of the embodiments As illustrated in Figure 1, an aircraft engine assembly 100 according to one embodiment may comprise a turbomachine 200, a first electric motor 300 and a second electric motor 400, and a control unit 500.
  • turbomachine 200 may include a low pressure shaft 210 and a high pressure shaft 220.
  • the low pressure shaft 210 and the high pressure shaft 220 may be arranged coaxially, as illustrated.
  • the turbomachine 200 can also include a low pressure compressor 230, a high pressure compressor 240, a combustion chamber 250, a high pressure turbine 260, a low pressure turbine 270, and an exhaust nozzle 275, arranged successively in the direction of the flow in an annular vein of working fluid, so that air admitted upstream of the low pressure compressor 230 is successively compressed in the low pressure compressor 230 and in the high pressure compressor 240, to then generate in the combustion chamber 250 hot combustion gases by combustion of a fuel injected into this combustion chamber 250. These combustion gases can then be successively expanded in the high pressure turbine 260 and in the low pressure turbine 270, so as to activate them in rotation, before escaping through the nozzle 275.
  • the high pressure shaft 220 can be mechanically coupled to the high pressure turbine 260 and to the high pressure compressor 240, so that the high pressure turbine 260 can drive in rotation the high pressure shaft 220 and the high pressure compressor 240, while the low pressure shaft 210 can be mechanically coupled to the low pressure turbine 270 and the low pressure compressor 230, of so that the low pressure turbine 270 can rotate the low pressure shaft 210 and the low pressure compressor 230.
  • the turbomachine 200 can be a turbofan engine also comprising a fan 280, which can also be mechanically coupled to the low pressure shaft 230, so as to be able to also be rotated by the low pressure turbine 270 through the low pressure shaft 210.
  • the turbomachine 200 could also include a reduction gear 290 interposed between the low pressure shaft 210 and the blower 280, so that the fan 280 can be driven with a lower rotation speed than the low pressure shaft 210.
  • a blower directly driven by the low shaft pressure 210 is also possible.
  • the turbomachine 200 could alternatively be a turboprop, with at least one propulsive propeller mechanically coupled to the low pressure shaft 210 through the reducer 290, or a turbomotor, with at least one lift rotor mechanically coupled to the low shaft pressure 210 through the reducer 290.
  • the turbomachine 200 includes only one compressor, mechanically coupled to the high pressure shaft 210.
  • the first electric machine 300 can be, as illustrated, configured as a motor-generator to selectively transform electrical energy into mechanical work in motor mode and mechanical work into electrical energy in generator mode.
  • This first electrical machine 300 can be mechanically coupled to the low pressure shaft 210 to actuate, in motor mode, the low pressure shaft 210, and to be actuated, in generator mode, by the low pressure shaft 210.
  • it it It is also possible, in the context of the present invention, for it to be configured only as an electrical generator, capable only of transforming mechanical work into electrical energy.
  • the second electrical machine 400 can also be, as illustrated, configured as a motor-generator to selectively transform electrical energy into mechanical work in motor mode and mechanical work into electrical energy in generator mode.
  • This motor can be mechanically coupled to the high pressure shaft 220 to actuate, in motor mode, the high pressure shaft 220, and to be actuated, in generator mode, by the high pressure shaft 220.
  • the control unit 500 may be an electronic control unit, possibly a full authority digital engine control unit (in English: “Full Authority Digital Engine Control” or FADEC).
  • This control unit 500 can in particular take the form of an electronic processor capable of implementing the instructions of a computer program to control the operation of the engine assembly 200.
  • This control unit 500 obtains signals representing operating parameters of the turbomachine 200.
  • This control unit 500 can be connected to the turbomachine 200 to control in particular the power supply to the combustion chamber 250 in fuel, by providing it with a fuel flow setpoint WF_CMD, as well as to the engine 400 to provide it with a torque setpoint TRQ_CMD to control the injection and/or extraction of mechanical work from the high pressure shaft 220.
  • control unit 500 can also be connected to a manual control, such as for example a throttle lever 80, and/or to a flight computer 90, in order to receive an operating instruction from the motor assembly 200, which can for example take the form of a thrust, power, or rotation speed instruction of the low pressure shaft 210 and/or the high pressure shaft 220.
  • a manual control such as for example a throttle lever 80
  • a flight computer 90 in order to receive an operating instruction from the motor assembly 200, which can for example take the form of a thrust, power, or rotation speed instruction of the low pressure shaft 210 and/or the high pressure shaft 220.
  • the control unit 500 can also be connected to sensors temperature 276 and 277, arranged, respectively, directly downstream and upstream of the low pressure turbine 270, to receive temperatures of the combustion gases at the outlet of the low pressure turbine 270 and at the outlet of the high pressure turbine 260, at one or more pressure sensors (not shown), arranged in the combustion chamber 250 to sense a static pressure at the inlet of the combustion chamber 250 and transmit it to the control unit 500, and to one or more flow sensors (not illustrated), arranged in a fuel supply circuit to the combustion chamber 250.
  • Figure 2 is a schematic representation of a control device 500 according to embodiments of the present invention. As explained previously, the device 500 can be included in a FADEC type control device. The given schematic vision can be implemented in the form of software or hardware modules.
  • the control device 500 may include a module 520 in charge of obtaining the instructions and limitations specific to the turbomachine 200. In particular, it may be in charge of obtaining temperature, pressure and engine speed parameters at each moment. or at several times. These parameters are obtained for example by data from sensors which may be present in the device 100 and more precisely in connection with the operation of the turbomachine 200. These parameters are supplied to a module 530 which detects that the engine speed is too high. low, it can be for example detection of unscrewing of the turbomachine 200. Detection of unscrewing is done when the engine speed NH of the high pressure shaft is lower than a determined threshold value, for example but not limited to 14950 rpm (revolution per minute).
  • a determined threshold value for example but not limited to 14950 rpm (revolution per minute).
  • the module 530 provides an indicator signal to a loop selection module 550 to indicate that a state of unscrewing of the turbomachine is detected.
  • the detection of a speed maintenance can be done for any other speed value that one wishes to maintain or below which it is undesirable for the engine to run and can also apply to the low pressure shaft.
  • the control device 500 also includes a speed maintenance loop or regulation loop 510 which will be described in more detail with reference to Figure 3.
  • the speed maintenance loop 510 provides as output a fuel setpoint as well as a setpoint of torque, calculated at the same time interval or simultaneously, or combined. It allows the engine speed of the high pressure shaft to be maintained or the engine speed of the low pressure shaft to be maintained.
  • the control device 500 also includes one or more mono-variable motor loops 540 540-1 to 540-n which are responsible for delivering fuel and torque commands, these instructions being calculated individually.
  • These single variable loops can include engine parameters such as: - A temperature input T2, - A speed input NL of the turbomachine 200, - a speed input NH of the turbomachine 200, - A set speed input NLCONS defined by the position of the control lever that can be manipulated by the pilot of the aircraft, - An NHCONS setpoint speed input defined by the position of the control handle that can be manipulated by the pilot of the aircraft, - A flow setpoint output of fuel WF transmitted to the turbomachine 200, - A torque setpoint output WTRQ transmitted to the turbomachine 200, - Protection instructions on shutdown: minimum HP speed and/or minimum LP speed, - Protection instructions at low overspeed: maximum HP speed, - Protection against chamber bursting: maximum PS3 pressure, - Maintaining the desired level of air sampling: minimum PS3 pressure.
  • the loop selection module 550 selects one of the engine loops 540-i, i being a variable between 1 and n, of the module 540 or the speed maintenance loop 510.
  • the selection of the speed maintenance loop is made following the detection of a certain number of parameters: - a deceleration indicator at the value 0, i.e. no deceleration detected and, - the non-detection of events such as extinction, pumping, rotating separation.
  • Other additional and optional parameters can participate individually or cumulatively in the selection of the speed maintenance loop.
  • Detection of fuel setpoint saturation is done by measuring the difference between: - The CsP stop (richness in the combustion chamber) which is a function of the P speed reduced by the HP compressor inlet temperature (T25) and the total pressure at the inlet of said engine (PT2) -The measured CsP which is calculated from the pressure at the inlet of the combustion chamber (PS3), fuel and the inlet temperature of the compressor HP (T25).
  • the selection of the speed maintenance loop could integrate a hysteresis so as to be robust with respect to oscillations.
  • the fuel correction quantity (or increment) ⁇ WF from the selected loop is supplied to an integration module 560.
  • the integration module 560 determines the fuel flow setpoint WF by integration of the correction quantity of ⁇ WF fuel.
  • the torque correction quantity (or increment) ⁇ TRQ from the selected loop is also supplied to the integration module 560.
  • the integration module 560 determines the torque flow setpoint TRQ by integration of the correction quantity of torque ⁇ TRQ.
  • the WF fuel and torque TRQ at the output of the integration module 560 are transmitted to a stop management module 570.
  • the stop management module 570 limits the value of the fuel flow setpoint WF determined by the integration module 560.
  • the stop management module 570 implements a stop, called the C/P stop, known to those skilled in the art and not presented in more detail.
  • the stop management module 570 determines the stops as a function of the static pressure in the combustion chamber PS3 and the NH regime (high pressure body regime) or the NL regime (low pressure).
  • the stop management module 570 also limits the value of the torque flow setpoint TRQHP determined by the integration module 560.
  • the stop management module 570 implements a stop, called the C/P stop known to those skilled in the art and not presented in more detail.
  • the stop management module 570 determines the stops as a function of the static pressure in the combustion chamber PS3 and the NH regime (high pressure body regime) or the NL regime (low pressure).
  • the stop management module 570 therefore provides as output the final fuel and torque instructions WF and TRQ to the turbomachine.
  • Figure 3 represents a schematic view of the anti-unscrewing loop 510.
  • the anti-unscrewing loop 510 makes it possible to calculate the correct dosage of fuel and torque to be supplied to the turbomachine when detecting unscrewing of the turbomachine.
  • Loop 510 is a multivariable loop in the sense that it allows a correction at the same time, or simultaneously, or in a combined manner, to determine a fuel setpoint and a torque setpoint making it possible to maintain an idling speed.
  • Loop 510 is of the status feedback type with integration of the control error of the high pressure NH or low pressure NL regime (class 1 system) to simultaneously calculate the fuel increment setpoint ⁇ and the torque setpoint ⁇ which makes it possible to maintain the speed of the high pressure body at idle or the fuel increment setpoint ⁇ and the torque setpoint ⁇ which make it possible to maintain the speed low pressure body at idle.
  • Loop 510 receives sequencing parameters as input.
  • the sequencing parameters may include parameters relating to flight altitude, pressure (in different parts of the engine), engine temperature (in different parts of the engine). It also receives relative information, or values representative of the high pressure NH or low pressure NL engine speed at the current instant and information or idle setpoint value as well as the torque and fuel setpoints calculated at the calculation step. previous output from module 500.
  • Loop 510 includes a first differentiator 514 which calculates the difference between the engine speed at the current time k+1 and at the previous time k, ⁇ for the high pressure shaft or ⁇ ⁇ for the low pressure shaft. The values representative of the previous instant can for example be recorded by the holding loop 510. It also includes a first subtractor 515 which calculates a value ⁇ for the high pressure shaft or a value ⁇ for the low pressure shaft. This value corresponds to a difference between an engine speed setpoint and an engine speed measurement. In other words, each measurement is associated with a setpoint, the measurement and the setpoint both being in temporal coincidence. The regulation tries to make each measurement closer to the setpoint.
  • the setpoint which can be an idling setpoint, makes it possible to guarantee the constraints of: - not exceeding the overheating limit in T5 (temperature at the outlet of the low pressure turbine), - maintaining a sufficient pumping margin, - maintaining a sufficient margin when switching off the combustion chamber, - thrust minimum to be provided. It also includes a second differentiator 517 which calculates the difference between the final setpoint for each of the quantities ⁇ and ⁇ for the high pressure shaft or ⁇ and ⁇ for the shaft low pressure at the outlet of module 500 at the previous time k and at the even previous time k-1.
  • the loop 510 also includes a module 512 for calculating state vectors.
  • the state vector calculation module 512 receives as input the outputs of the modules 514, 515 and 516.
  • the module 512 determines the value ⁇ NH for the high pressure shaft, at the current instant #, denoted ⁇ NHk respectively ⁇ NL for the low pressure shaft, at the current instant #, denoted ⁇ NL k .
  • This determination is based on a particular modeling of the turbomachine using a linear system also called LTI for “linear time invariant”.
  • LTI linear time invariant
  • This equation represents a synthesis model which allows the fuel setpoint/torque setpoint to be linked to the engine speed.
  • “A” represents a time constant characteristic of the response time of the turbomachine and is therefore linked to it.
  • the term “B” is a static gain establishing a link between a setpoint increment and a speed increment obtained by this setpoint increment once the speed has stabilized.
  • an augmented synthesis model determines the values ⁇ NH and ENH at the current time # noted ⁇ NH k and ENH k for the high pressure shaft and ⁇ and ⁇ at the current time #, noted ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ for the low pressure shaft
  • the constant “I” takes the value “1”.
  • Loop 510 also includes a gain interpolation module 511.
  • the module 511 includes a matrix K for each point of the operating domain.
  • These interpolation matrices include coefficients k i , j which represent the state of the turbomachine as a function of the sequencing parameters. Thus, depending on the sequencing parameters which represent the state of the turbomachine in the operating domain, each coefficient ki,j is linearly interpolated. Determining the gain matrix K amounts to performing “the synthesis of the multi-variable calculator”. This synthesis is of the linear quadratic state return (LQ) type and consists of minimizing a criterion 'J' or a quantity 'J' in which the weighting matrices Q, R and S appear.
  • LQ linear quadratic state return
  • Each reference matrix is associated with an operating point of the turbomachine, called a reference point.
  • a reference matrix is associated with an equation for the evolution of a tracking vector of an angular speed command formed by a variation in angular speed at an instant, a difference in speed at the command at the instant and an integral of the difference
  • the operating point can in particular be deduced from an internal measurement of the engine such as for example a measurement of the speed of the motor shaft or a measurement of the pressure at the inlet of the combustion chamber , and a measurement external to the engine such as external pressure.
  • the operating point can therefore be associated with a vector of several measurements.
  • the measured operating point (or rather the “operating point” vector) makes it possible to determine the gain matrix K to be used at this point by linear interpolation between reference matrices associated with reference vectors which frames the “operating point” vector. ".
  • the and electrical torque ⁇ TRQ obtained by the module 513 are transmitted to the loop selection module 550. As mentioned previously, these torque and fuel instructions can be declined either for the high pressure shaft 220, or for the low pressure shaft 210, or for both.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de contrôle d'une turbomachine comprenant - la détection d'un régime d'un arbre moteur de la turbomachine en-dessous d'un régime au ralenti - la détection d'une saturation de la consigne de carburant, - la sélection d'une boucle de régulation combinée de carburant et de couple parmi au moins une boucle de régulation moteur mono variable - la détermination, de manière combinée, d'une valeur représentative d'une consigne de carburant et d'une valeur représentative d'une consigne de couple telle que ladite consigne de couple compense la saturation de ladite consigne de carburant pour permettre un maintien d'un régime stabilisé de ladite turbomachine.

Description

Description Titre de l'invention : dispositif et procédé de contrôle de maintien en régime de ralenti Domaine Technique L’invention se rapporte au domaine des moteurs de type bloqueur dévisseur et plus particulièrement au contrôle d’un tel moteur pour son maintien en régime de ralenti. Technique antérieure Assurer le bon fonctionnement du moteur, notamment lorsque le moteur équipe un aéronef est un souci permanent pour les constructeurs. Plusieurs paramètres liés à l’environnement du moteur sont pris en compte lors de la conception et contrôlés lors du fonctionnement de manière à appliquer les bonnes consignes au moteur pour assurer un fonctionnement correct lors de toutes les phases, et notamment lors de toutes les phases de vol lorsque le moteur est embarqué dans un aéronef. D’autre part, la conception d’une turbomachine nécessite de prendre en compte une marge suffisante contre le phénomène dit de pompage. Ce phénomène qui résulte d'une incidence excessive du flux d'air sur les aubes d'un des compresseurs aboutit à des fluctuations importantes et rapides de la pression en aval du compresseur concerné et peut conduire à une extinction de la chambre de combustion. Il génère en outre des à-coups importants sur les aubes du compresseur et peut ainsi conduire à des dégradations mécaniques. Il convient donc tout particulièrement d'éviter son apparition. Parmi les paramètres à prendre en compte lors de la conception d’une turbomachine, la correction de la butée carburant en fonction du prélèvement d’air, lorsqu’il est sous-estimé, peut conduire à une marge de pompage du compresseur haute pression du moteur insuffisante conduisant à une consigne de carburant en dessous de la ligne de fonctionnement stabilisée provoquant un dévissage du moteur. Des solutions existent pour pallier cet inconvénient et notamment en ajoutant une vanne de décharge. Cette vanne de décharge est commandée pour s’ouvrir en dessous d’un seuil de régime du compresseur haute pression et ainsi permet de regagner de la marge de pompage au niveau du compresseur haute pression. Cependant, une telle solution basée sur une vanne de pompage, présente l’inconvénient de devoir dimensionner la vanne de pompage pour tenir compte des changements de besoin et engendre donc un coût en termes de masse et d’encombrement. Outre un maintien du régime haute pression pour éviter un dévissage, il existe également un besoin de maintien de régime basse pression dans un aéronef. Exposé de l’invention L’invention permet de pallier au moins un des inconvénients de l’art antérieur et propose à cet effet un procédé de contrôle d’une turbomachine comprenant : - la détection d’un régime d’un arbre moteur de la turbomachine en-dessous d’un régime au ralenti ; - la détection d’une saturation de la consigne de carburant ; - la sélection d’une boucle de régulation combinée de carburant et de couple parmi au moins une boucle de régulation moteur mono variable et, - la détermination, de manière combinée, d’une valeur représentative d’une consigne de carburant et d’une valeur représentative d’une consigne de couple telle que ladite consigne de couple compense la saturation de ladite consigne de carburant pour permettre un maintien d’un régime stabilisé de ladite turbomachine. Selon certains modes de réalisations, ladite turbomachine possédant un corps haute pression, ledit régime est le régime dudit corps haute pression et ladite consigne de couple déterminée permet un maintien du régime stabilisé au ralenti de ladite turbomachine pour éviter un dévissage dudit moteur. Selon certains modes de réalisations, ladite turbomachine possédant un corps basse pression, ledit régime est le régime dudit corps basse pression et ladite consigne de couple déterminée permet un maintien du régime stabilisé au ralenti dudit moteur. Selon certains modes de réalisations, la détermination de valeurs représentatives d’une consigne de carburant et d’une consigne de couple comprend, dans ladite boucle de régulation combinée, le calcul d’un incrément de carburant et d’un incrément de consigne de couple par rapport à un instant précédent. Selon certains modes de réalisations, les consignes de couple et de carburant combinées pour un instant courant sont déterminées à partir - de paramètres de séquencement, - d’une valeur représentative du régime de l’arbre moteur à l’instant courant et à l’instant précédent - d’une valeur de consigne de ralenti, - des valeurs de consignes de couple et de carburant calculées à un instant précédent Selon certains modes de réalisations, le procédé comprend dans ladite boucle de régulation combinée - la détermination d’une variation (∆^^, ∆^^)^du régime de l’arbre moteur entre l’instant courant et l’instant précédent, -la détermination d’une différence (^^^, ^^^)^entre ladite valeur de consigne de ralenti et la valeur représentative du régime de l’arbre moteur à l’instant courant, - la détermination d’une différence ^∆^^^, ∆^^^^ )^entre l’incrément de carburant et de couple en sortie de ladite boucle de régulation et un incrément calculé à partir de la différence entre deux valeurs précédentes de consigne déterminées, -la détermination d’un vecteur d’état représentatif du régime de l’arbre moteur à l’instant suivant ^∆^^^^^, ∆^^^^^)^et d’une différence entre ladite valeur de consigne de ralenti et le régime de l’arbre moteur à l’instant suivant (^^^^^^, ^^^^^^)^selon : Δ^^^^ [MATH. 1] ^^^^^^^ ^ 0 ^^^^ ^^^^^^^ = ^ −^ ^ ^ ^ ^^^ ^ + ^^ ^ 0 ^ ^ ^ Δ^^^^^^ ^ + ^0 ^^ ∆^^ ^ pour l’arbre moteur basse pression ou ^ 0 ^^^^ ^ Δ^^^^^ 0 ^
Figure imgf000005_0001
pour l’arbre moteur haute pression A, B et I étant des constantes déterminées, ∆^^ ^ étant la différence entre la consigne de régime basse pression à l’instant k et à l’instant k- 1, ∆^^ ^étant la différence entre la consigne de régime haute pression à l’instant k et à l’instant k- 1, - la détermination d’une matrice de gain K, - l’obtention de l’incrément de carburant et de l’incrément de consigne de couple par rapport à un instant précédent étant obtenu selon la formule suivante :
Figure imgf000005_0002
pour l’arbre moteur haute pression et
Figure imgf000005_0003
pour l’arbre moteur basse pression. Selon certains modes de réalisations, le procédé comprend une intégration de l’incrément de couple et de carburant obtenu en sortie de la boucle de régulation selon les formules suivantes : [MATH. 5] ^^^ = ∆^^^ +^^^^"^ et [MATH. 6] ^^^^ = ∆^^^^ +^^^^^"^ La présente invention concerne également un programme d’ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre d’un procédé de contrôle selon la présente invention lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par un ordinateur. La présente invention concerne également un support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur selon la présente invention. La présente invention concerne également un dispositif de contrôle, dans une turbomachine, comprenant un ou plusieurs processeurs configuré pour - détecter un régime d’un arbre moteur de la turbomachine en-dessous d’un régime au ralenti et - détecter une saturation de la consigne de carburant, et suite auxdites détections, - sélectionner une boucle de régulation combinée de carburant et de couple parmi au moins une boucle de régulation moteur mono variable - déterminer, de manière combinée, une valeur représentative d’une consigne de carburant et une valeur représentative d’une consigne de couple telle que ladite consigne de couple compense la saturation de ladite consigne de carburant pour permettre un maintien d’un régime stabilisé de ladite turbomachine. Brève description des dessins [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d’une turbomachine suivant des modes de réalisation de la présente invention. [Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif de contrôle suivant des modes de réalisation de la présente invention. [Fig. 3] La figure 3 est une représentation schématique d’une boucle anti-dévissage. Description des modes de réalisation Comme illustré sur la figure 1, un ensemble moteur 100 d’aéronef suivant un mode de réalisation peut comprendre une turbomachine 200, un premier moteur électrique 300 et un second moteur électrique 400, et une unité de contrôle 500. La turbomachine 200 peut comprendre un arbre basse pression 210 et un arbre haute pression 220. L’arbre basse pression 210 et l’arbre haute pression 220 peuvent être arrangés coaxialement, comme illustré. La turbomachine 200 peut aussi comprendre un compresseur basse pression 230, un compresseur haute pression 240, une chambre de combustion 250, une turbine haute pression 260, une turbine basse pression 270, et une tuyère d’échappement 275, arrangés successivement dans le sens de l’écoulement dans une veine annulaire de fluide de travail, de manière à ce que de l’air admis en amont du compresseur basse pression 230 soit successivement comprimé dans le compresseur basse pression 230 et dans le compresseur haute pression 240, pour ensuite générer dans la chambre de combustion 250 des gaz de combustions chauds par combustion d’un carburant injecté dans cette chambre de combustion 250. Ces gaz de combustion peuvent alors être successivement détendus dans la turbine haute pression 260 et dans la turbine basse pression 270, de manière à les actionner en rotation, avant d’échapper par la tuyère 275. L’arbre haute pression 220 peut être couplé mécaniquement à la turbine haute pression 260 et au compresseur haute pression 240, de manière à ce que la turbine haute pression 260 puisse entrainer en rotation l’arbre haute pression 220 et le compresseur haute pression 240, tandis que l’arbre basse pression 210 peut être couplé mécaniquement à la turbine basse pression 270 et au compresseur basse pression 230, de manière à ce que la turbine basse pression 270 puisse entrainer en rotation l’arbre basse pression 210 et le compresseur basse pression 230. Comme dans le mode de réalisation illustré, la turbomachine 200 peut être un turboréacteur à double flux comprenant aussi une soufflante 280, qui peut aussi être couplée mécaniquement à l’arbre basse pression 230, de manière à pouvoir être aussi entrainée en rotation par la turbine basse pression 270 à travers l’arbre basse pression 210. Comme illustré, la turbomachine 200 pourrait comprendre aussi un réducteur 290 interposé entre l’arbre basse pression 210 et la soufflante 280, de manière à ce que la soufflante 280 puisse être entrainée avec une moindre vitesse de rotation que l’arbre basse pression 210. Toutefois, une soufflante à entrainement direct par l’arbre basse pression 210 est également envisageable. Par ailleurs, d’autres architectures de la turbomachine 200, sans soufflante, sont également envisageables. Ainsi, la turbomachine 200 pourrait alternativement être un turbopropulseur, avec au moins une hélice propulsive mécaniquement couplée à l’arbre basse pression 210 à travers le réducteur 290, ou un turbomoteur, avec au moins un rotor de sustentation mécaniquement couplé à l’arbre basse pression 210 à travers le réducteur 290. Il est également envisageable, en particulier pour un turbomoteur ou un turbopropulseur, que la turbomachine 200 ne comprenne qu’un seul compresseur, couplé mécaniquement à l’arbre haute pression 210. La première machine électrique 300 peut être, comme illustré, configurée en tant que moteur- générateur pour sélectivement transformer de l’énergie électrique en travail mécanique en mode moteur et du travail mécanique en énergie électrique en mode générateur. Cette première machine électrique 300 peut être couplée mécaniquement à l’arbre basse pression 210 pour actionner, en mode moteur, l’arbre basse pression 210, et pour être actionnée, en mode générateur, par l’arbre basse pression 210. Toutefois, il est également envisageable, dans le cadre de la présente invention, qu’elle ne soit configurée qu’en tant que générateur électrique, apte uniquement à transformer du travail mécanique en énergie électrique. De manière analogue, la deuxième machine électrique 400 peut aussi être, comme illustré, configuré en tant que moteur-générateur pour sélectivement transformer de l’énergie électrique en travail mécanique en mode moteur et du travail mécanique en énergie électrique en mode générateur. Ce moteur peut être couplé mécaniquement à l’arbre haute pression 220 pour actionner, en mode moteur, l’arbre haute pression 220, et pour être actionné, en mode générateur, par l’arbre haute pression 220. Toutefois, il est également envisageable, dans le cadre de la présente invention, qu’elle ne soit configurée qu’en tant que générateur électrique, apte uniquement à transformer du travail mécanique en énergie électrique. L’unité de contrôle 500 peut être une unité de commande électronique, éventuellement une unité de commande moteur numérique à pleine autorité (en anglais : « Full Authority Digital Engine Control » ou FADEC). Elle peut notamment prendre la forme d’un processeur électronique apte à mettre en œuvre les instructions d’un programme d’ordinateur pour commander le fonctionnement de l’ensemble moteur 200. Cette unité de commande 500 obtient des signaux représentant des paramètres de fonctionnement de la turbomachine 200. Cette unité de commande 500 peut être connectée à la turbomachine 200 pour commander notamment l’alimentation de la chambre de combustion 250 en carburant, en lui fournissant une consigne de débit de carburant WF_CMD, ainsi qu’au moteur 400 pour lui fournir une consigne de couple TRQ_CMD pour commander l’injection et/ou extraction de travail mécanique de l’arbre haute pression 220. L’unité de contrôle 500 peut aussi être connectée à une commande manuelle, comme par exemple une manette de gaz 80, et/ou à un ordinateur de vol 90, afin de recevoir une consigne de fonctionnement de l’ensemble moteur 200, qui peut par exemple prendre la forme d’une consigne de poussée, de puissance, ou de vitesse de rotation de l’arbre basse pression 210 et/ou de l’arbre haute pression 220. L’unité de commande 500 peut par ailleurs être connectée à des capteurs de température 276 et 277, disposés, respectivement, directement en aval et en amont de la turbine basse pression 270, pour recevoir des températures des gaz de combustion en sortie de la turbine basse pression 270 et en sortie de la turbine haute pression 260, à un ou plusieurs capteurs de pression (non illustrés), disposés dans la chambre de combustion 250 pour capter une pression statique en entrée de la chambre de combustion 250 et la transmettre à l’unité de commande 500, et à un ou plusieurs capteurs de débit (non illustrés), disposés dans un circuit d’alimentation de la chambre de combustion 250 en carburant. La figure 2 est une représentation schématique d’un dispositif de contrôle 500 suivant des modes de réalisation de la présente invention. Comme expliqué précédemment, le dispositif 500 peut être compris dans un dispositif de contrôle de type FADEC. La vision schématique donnée peut être implémentée sous forme de modules logiciels ou matériels. Le dispositif de contrôle 500 peut comprendre un module 520 en charge d’obtenir les consignes et limitations propres à la turbomachine 200. Notamment, il peut être en charge d’obtenir des paramètres de température, de pression et de régime du moteur à chaque instant ou à plusieurs instants. Ces paramètres sont obtenus par exemple par des données issues des capteurs qui peuvent être présents dans le dispositif 100 et plus précisément en lien avec le fonctionnement de la turbomachine 200. Ces paramètres sont fournis à un module 530 qui détecte que le régime du moteur est trop faible, il peut s’agir par exemple de détection de dévissage de la turbomachine 200. La détection d’un dévissage se fait lorsque le régime moteur NH de l’arbre haute pression est inférieur à une valeur seuil déterminée, par exemple mais non limitativement 14950 rpm (tour par minute). Le module 530 fournit un signal indicateur à un module de sélection de boucle 550 pour indiquer qu’un état de dévissage de la turbomachine est détecté. La détection d’un maintien de régime peut se faire pour toute autre valeur de régime que l’on souhaite maintenir ou en dessous duquel il n’est pas souhaitable que le moteur tourne et peut s’appliquer également à l’arbre basse pression. Le dispositif de contrôle 500 comprend également une boucle de maintien de régime ou boucle de régulation 510 qui sera décrite plus en détail en référence à la figure 3. La boucle de maintien de régime 510 fournit en sortie une consigne de carburant ainsi qu’une consigne de couple, calculées à un même intervalle de temps ou de manière simultanée, ou de manière combinée. Elle permet de maintenir un régime moteur de l’arbre haute pression ou un maintien de régime moteur de l’arbre basse pression. Dans certains modes de réalisation, deux boucles de maintien peuvent exister, l’une pour l’arbre haute pression 220 et l’autre pour l’arbre basse pression 210. Le dispositif de contrôle 500 comprend également une ou plusieurs boucles moteurs 540 mono variables 540-1 à 540-n qui sont en charge de délivrer des commandes de carburant, de couple, ces consignes étant calculées de manière individuelle. Ces boucles mono variables peuvent comprendre des paramètres moteur tels que : - Une entrée de température T2, - Une entrée de régime NL de la turbomachine 200, - une entrée de régime NH de la turbomachine 200, - Une entrée de régime de consigne NLCONS définie par la position de la manette de commande manipulable par le pilote de l’aéronef, - Une entrée de régime de consigne NHCONS définie par la position de la manette de commande manipulable par le pilote de l’aéronef, - Une sortie de consigne de débit de carburant WF transmise à la turbomachine 200, - Une sortie de consigne de couple WTRQ transmise à la turbomachine 200, - Des consignes de protections à l’extinction : régime HP minimal et/ou régime BP minimal, - Des consignes de protection aux faibles survitesse : régime HP maximal, - Protection à l’éclatement de chambre : pression PS3 maximale, - Maintien du niveau souhaité de prélèvement d’air : pression PS3 minimale. Au moins deux de ces boucles mono variables délivrent une consigne de carburant pour l’une et une consigne de couple moteur pour l’autre. Le module 550 de sélection de boucle, sélectionne l’une des boucles moteur 540-i, i étant une variable comprise entre 1 et n, du module 540 ou la boucle maintien de régime 510. La sélection de la boucle maintien de régime est faite suite à la détection d’un certain nombre de paramètres : - un indicateur de décélération à la valeur 0, soit pas de décélération détectée et, - la non détection d’événements tels que l’extinction, le pompage, le décollement tournant. D’autres paramètres additionnels et optionnels peuvent participer individuellement ou cumulativement à la sélection de la boucle de maintien de régime. On peut citer à titre d’exemple : - la détection d’un régime du corps haute pression dudit moteur en-dessous d’un régime au ralenti et - la détection d’un régime du corps basse pression dudit moteur en-dessous d’un régime au ralenti, - la détection d’une saturation de la consigne de carburant. La détection d’une saturation de la consigne de carburant se fait en mesurant l’écart entre : - La butée en CsP (richesse dans la chambre de combustion) qui est une fonction du régime P réduit par la température d’entrée du compresseur HP (T25) et de la pression totale à l’entrée dudit moteur (PT2) -La CsP mesurée qui est calculée à partir de la pression en entrée de la chambre de combustion (PS3), carburant et de la température d’entrée du compresseur HP (T25). Selon certains modes de réalisation, la sélection de la boucle maintien de régime pourrait intégrer une hystérésis de manière à être robuste par rapport aux oscillations. La grandeur de correction de carburant (ou incrément) ∆WF issue de la boucle sélectionnée, est fournie à un module d'intégration 560. Le module d'intégration 560 détermine la consigne de débit de carburant WF par intégration de la grandeur de correction de carburant ∆WF. La grandeur de correction de couple (ou incrément) ∆TRQ issue de la boucle sélectionnée, est fournie également au module d'intégration 560. Le module d'intégration 560 détermine la consigne de débit de couple TRQ par intégration de la grandeur de correction de couple ∆TRQ. Les grandeurs obtenues en sortie du module 560 sont obtenues ainsi pour un instant k : [MATH. 7] ^^^ =^∆^^^ +^^^^"^ et [MATH. 8] ^^^^ =^∆^^^^ +^^^^^"^ Les consignes de carburant WF et de couple TRQ en sortie du module d’intégration 560 sont transmises à un module de gestion de butée 570. Le module de gestion de butée 570 limite la valeur de la consigne de débit de carburant WF déterminée par le module d'intégration 560. De manière connue, le module de gestion de butée 570 met en œuvre une butée, dite butée C/P connue de l'homme du métier et non présentée plus en détails. De manière préférée, le module de gestion de butée 570 détermine les butées en fonction de la pression statique dans la chambre de combustion PS3 et du régime NH (régime corps haute pression) ou du régime NL (basse pression). Le module de gestion de butée 570 limite également la valeur de la consigne de débit de couple TRQHP déterminée par le module d'intégration 560. De manière connue, le module de gestion de butée 570 met en œuvre une butée, dite butée C/P connue de l'homme du métier et non présentée plus en détails. De manière préférée, le module de gestion de butée 570 détermine les butées en fonction de la pression statique dans la chambre de combustion PS3 et du régime NH (régime corps haute pression) ou du régime NL (basse pression). Le module de gestion de butée 570 fournit donc en sortie les consignes finales WF de carburant et de couple TRQ à la turbomachine. La figure 3 représente une vue schématique de la boucle anti-dévissage 510. La boucle anti-dévissage 510 permet de calculer le bon dosage de carburant et de couple à fournir à la turbomachine lors de la détection d’un dévissage de la turbomachine. Les deux grandeurs carburant et couple s’influencent et ainsi une boucle anti-dévissage multi variable permet de délivrer une consigne de couple et de carburant permettant de maintenir le moteur au ralenti en évitant le dévissage. La boucle 510 est une boucle multivariables dans le sens où elle permet une correction au même instant, ou encore simultanément, ou encore de manière combinée, de déterminer une consigne de carburant et une consigne de couple permettant de maintenir un régime au ralenti. La boucle 510 est du type retour d’état avec intégration de l’erreur d’asservissement du régime haute pression NH ou basse pression NL (système de classe 1) pour calculer simultanément la consigne d’incrément carburant Δ^^^^ et la consigne de couple Δ^^^^^ qui permettent de maintenir le régime du corps haute pression au ralenti ou la consigne d’incrément carburant Δ^^^^ et la consigne de couple Δ^^^^^ qui permettent de maintenir le régime du corps basse pression au ralenti. La boucle 510 reçoit en entrée des paramètres de séquencement. Les paramètres de séquencement peuvent comprendre des paramètres relatifs à l’altitude de vol, à la pression (dans les différentes parties du moteur), à la température du moteur (dans les différentes parties du moteur). Elle reçoit également des informations relatives, ou des valeurs représentatives du régime du moteur haute pression NH ou basse pression NL à l’instant courant et une information ou valeur de consigne de ralenti ainsi que les consignes de couple et de carburant calculées au pas de calcul précédent en sortie du module 500. La boucle 510 comprend un premier différentiateur 514 qui calcule la différence entre le régime moteur à l’instant courant k+1 et à l’instant précédent k, ∆^^ pour l’arbre haute pression ou ∆^^ pour l’arbre basse pression. Les valeurs représentatives de l’instant précédent peuvent par exemple être enregistrées par la boucle de maintien 510. Elle comprend également un premier soustracteur 515 qui calcule une valeur ^^^^ pour l’arbre haute pression ou une valeur ^^^^pour l’arbre basse pression. Cette valeur correspond à une différence entre une consigne du régime moteur et une mesure du régime moteur. En d’autres mots, à chaque mesure est associée une consigne, la mesure et la consigne étant toutes deux en coïncidence temporelle. La régulation essaie de rendre chaque mesure plus proche de la consigne. La consigne, qui peut être une consigne de ralenti, permet de garantir les contraintes de : - non dépassement de la limite de surchauffe en T5 (température en sortie de la turbine basse pression), -maintien d’une marge au pompage suffisante, -maintien d’une marge à l’extinction de la chambre de combustion suffisante, -poussée minimale à fournir. Elle comprend également un deuxième différentiateur 517 qui calcule la différence entre la consigne finale pour chacune des grandeurs ^^^^ et ^^^^^ pour l’arbre haute pression ou ^^^^ et ^^^^^ pour l’arbre basse pression en sortie du module 500 à l’instant précédent k et à l’instant encore précédent k-1. Elle comprend également un deuxième soustracteur 516 qui calcule une différence entre la valeur ∆^^ en sortie du deuxième différentiateur 517 et la valeur ∆^^ calculée par la boucle 510 à l’instant précédent ainsi qu’une différence entre la valeur ∆^^^ en sortie du deuxième différentiateur 517 et la valeur ∆^^^ calculée par la boucle 510 à l’instant précédent . On note ici que ∆^^ correspond soit à la valeur ∆^^^^^ soit à la valeur ∆^^^^^ selon que l’on maintienne le régime haute pression ou basse pression. La boucle 510 comprend également un module 512 de calcul de vecteurs d’état. Le module 512 de calcul de vecteurs d’état reçoit en entrée les sorties des modules 514, 515 et 516. Selon un premier mode de réalisation, le module 512 détermine la valeur ∆NH pour l’arbre haute pression, à l’instant courant #, notée ∆NHk respectivement ∆NL pour l’arbre basse pression, à l’instant courant #, notée ∆NLk .
Figure imgf000012_0001
Cette détermination s’appuie sur une modélisation particulière de la turbomachine par un système linéaire encore appelé LTI pour « linéaire temps invariant ». Cette équation représente un modèle de synthèse qui permet de relier la consigne carburant/consigne de couple au régime du moteur. Dans cette équation, « A » représente une constante de temps caractéristique du temps de réponse de la turbomachine et est donc liée à celle-ci. Le terme « B » est un gain statique établissant un lien entre un incrément de consigne et un incrément de vitesse obtenu par cet incrément de consigne une fois le régime stabilisé. Selon un second mode de réalisation, pour annuler l’erreur dynamique, encore appelée « trainage », c’est-à-dire un retard entre une variation linéaire de la consigne et la variation correspondante du régime moteur, un modèle de synthèse augmenté peut être utilisé. Ce modèle de synthèse augmenté détermine les valeurs ∆NH et ENH à l’instant courant # notées ∆NHk et ENHk pour l’arbre haute pression et ∆^^ et ^^^ à l’instant courant #, notées ∆^^^ et ^^^^ pour l’arbre basse pression Les valeurs notées ∆NHk et ENHk sont obtenues par l’équation suivante : ^^^^^ = ^ ^ 0 ^ ^^^^"^^ + ^^ Δ^^^^ ^ ^ ^"^ ^ ^0 ^ ^
Figure imgf000013_0001
k et k sont par : ^^^^^^ ^ ^ 0 ^^^^"^ ^ ^^ Δ^^^^^"^ 0
Figure imgf000013_0002
Dans ces équations, selon un mode de réalisation particulier, la constante « I » prend la valeur « 1 ». La boucle 510 comprend également un module 511 d’interpolation des gains. Le module 511 comprend une matrice K pour chaque point du domaine de fonctionnement. Ces matrices d’interpolation comprennent des coefficients ki,j qui représentent l’état de la turbomachine en fonction des paramètres de séquencement. Ainsi, en fonction des paramètres de séquencement qui représentent l’état de la turbomachine dans le domaine de fonctionnement, chaque coefficient ki,j est interpolé linéairement. La détermination de la matrice de gain K revient à effectuer « la synthèse du calculateur multi- variable ». Cette synthèse est du type retour d’état linéaire quadratique (LQ) et consiste à minimiser un critère ‘J’ ou une quantité ‘J’ dans laquelle apparaissent les matrices de pondération Q, R et S. Ceux-ci sont fixés en début de calcul en fonction du comportement souhaité du moteur, et en particulier en fonction de l’absence de trainage souhaitée. Plus précisément, c’est le choix des matrices de pondérations Q, R et S qui permet d’obtenir différents réglages du correcteur et le comportement moteur souhaité, par exemple la suppression du trainage c’est-à- dire la minimisation du transfert entre la consigne et l’erreur d’asservissement au sens de la norme 2 en contraignant la dynamique de l’erreur. Pour l’arbre haute pression :
Figure imgf000013_0003
^ Pour l’arbre basse pression :
Figure imgf000013_0004
^ Δ^^^^^^ ^ La minimisation du critère J par le Lagrangien permet de travailler avec une expression analytique de la matrice de gain K sous la forme : [MATH. 14] ! = ^^ + ^/^^)"^^^/^^ + *) Dans cette expression analytique, les matrices R, B, A et S sont connues, seule la matrice P est de Riccati discrète :
Figure imgf000013_0005
[MATH. 15] ^0/^^0 − ^ − ^^0/^ + *)1^2/^^2 "^ + ^3 ^^2/^^0 + */) + ^ = 0 Avec : ^0 = ^ ^ 0 et
Figure imgf000014_0001
= Cette dernière équation permet de déterminer P et par conséquent la matrice de gain K. Il est à noter que la matrice de gain K dépend en fait du point de fonctionnement moteur. Plus précisément, la matrice de gain K est déterminée à partir des termes A et B qui eux, dépendent du point de fonctionnement moteur. Cela est pris en compte en pratique en prédéterminant un jeu de matrices de référence et, en fonction de la mesure du point de fonctionnement moteur, de calculer la matrice de gain par interpolation entre deux matrices de référence. Le jeu de matrices de référence est préalablement déterminé avant la mise en œuvre du procédé. Chaque matrice de référence est associée à un point de fonctionnement de la turbomachine, dit point de référence. Une matrice de référence est associée à une équation d’évolution d’un vecteur de suivi d’une commande de vitesse angulaire formé d’une variation de vitesse angulaire à un instant, d’une différence de vitesse à la commande à l’instant et d’une intégrale de la différence Le point de fonctionnement peut notamment être déduit d’une mesure interne du moteur comme par exemple une mesure de la vitesse de l’arbre moteur ou bien une mesure de la pression en entrée de la chambre de combustion, et d’une mesure externe au moteur comme par exemple la pression extérieure. Le point de fonctionnement peut donc être associé à un vecteur de plusieurs mesures. Le point de fonctionnement mesuré (ou plutôt le vecteur « point de fonctionnement ») permet de déterminer la matrice de gain K à utiliser en ce point par interpolation linéaire entre des matrices de référence associées à des vecteurs référence qui encadre le vecteur « point de fonctionnement ». La boucle anti-verrouillage comprend également un module 513 de multiplication matricielle pour déterminer des valeurs de consigne carburant et de couple électrique à l’instant courant. Connaître la matrice de gain K permet lors du procédé de commande de déterminer simultanément la variation de débit de carburant ∆WF et la variation de couple électrique ∆TRQ en fonction de ∆^ et de la grandeur ^^ en utilisant l’équation suivante :
Figure imgf000014_0002
[MATH. 18] ^Δ^^^^^^^ = −! ^^^^ ^ ^ ^ Et pour l’arbre basse pression ^ Δ^^^^^^ = −! ^^^
Figure imgf000015_0001
La et de couple électrique ∆TRQ obtenues par le module 513 sont transmises au module 550 de sélection de boucle. Comme mentionné précédemment, ces consignes de couple et de carburant peuvent être déclinées soit pour l’arbre haute pression 220, soit pour l’arbre basse pression 210, soit pour les deux.

Claims

Revendications [Revendication 1] Procédé de contrôle d’une turbomachine caractérisé en ce qu’il comprend - la détection d’un régime d’un arbre moteur de la turbomachine en-dessous d’un régime au ralenti ; - la détection d’une saturation de la consigne de carburant ; - la sélection d’une boucle de régulation combinée de carburant et de couple parmi au moins une boucle de régulation moteur mono variable et, - la détermination, de manière combinée, d’une valeur représentative d’une consigne de carburant et d’une valeur représentative d’une consigne de couple telle que ladite consigne de couple compense la saturation de ladite consigne de carburant pour permettre un maintien d’un régime stabilisé de ladite turbomachine. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite turbomachine possédant un corps haute pression, ledit régime est le régime dudit corps haute pression et ladite consigne de couple déterminée permet un maintien du régime stabilisé au ralenti de ladite turbomachine pour éviter un dévissage dudit moteur. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite turbomachine possédant un corps basse pression, ledit régime est le régime dudit corps basse pression et ladite consigne de couple déterminée permet un maintien du régime stabilisé au ralenti dudit moteur. [Revendication 4] Procédé selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la détermination de valeurs représentatives d’une consigne de carburant et d’une consigne de couple comprend, dans ladite boucle de régulation combinée, le calcul d’un incrément de carburant et d’un incrément de consigne de couple par rapport à un instant précédent. [Revendication 5] Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce qu’il détermine lesdites consignes de couple et de carburant combinées pour un instant courant à partir - de paramètres de séquencement, - d’une valeur représentative du régime de l’arbre moteur à l’instant courant et à l’instant précédent, - d’une valeur de consigne de ralenti et, - des valeurs de consignes de couple et de carburant calculées à un instant précédent. [Revendication 6] Procédé selon les revendications 2, 3 et 5 caractérisé en ce qu’il comprend dans ladite boucle de régulation combinée : - la détermination d’une variation (∆^^, ∆^^)^du régime de l’arbre moteur entre l’instant courant et l’instant précédent, -la détermination d’une différence (^^^, ^^^)^entre ladite valeur de consigne de ralenti et la valeur représentative du régime de l’arbre moteur à l’instant courant, - la détermination d’une différence ^∆^^^ , ∆^^^^)^entre l’incrément de carburant et de couple en sortie de ladite boucle de régulation et un incrément calculé à partir de la différence entre deux valeurs précédentes de consigne déterminées, -la détermination d’un vecteur d’état représentatif du régime de l’arbre moteur à l’instant suivant ^∆^^^^^, ∆^^^^^)^et d’une différence entre ladite valeur de consigne de ralenti et le régime de l’arbre moteur à l’instant suivant (^^^^^^, ^^^^^^)^selon : ^ Δ^^^^ ^^^^^^^^ ^ 0 ^^^^^ ^^ ^ 0^
Figure imgf000017_0001
A, B et I étant des constantes déterminées, ^^^ ^ étant la différence entre la consigne de couple de régime basse pression à l’instant k et à l’instant k-1, ^^^ ^ étant la différence entre la consigne de couple de régime haute pression à l’instant k et à l’instant k-1, - la détermination d’une matrice de gain K, - l’obtention de l’incrément de carburant et de l’incrément de consigne de couple par rapport à un instant précédent étant obtenu selon la formule suivante : ^ Δ^^^^^ ^ Δ^^^^^^^ = −! ^ ^^ ^^^ ^ ^^ pour l’arbre moteur haute pression et ^ moteur basse pression.
Figure imgf000017_0002
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend une intégration de l’incrément de couple et de carburant obtenu en sortie de la boucle de régulation selon la formule suivante ^^^ =^∆^^^ +^^^^"^^et ^^^^ =^∆^^^^ +^^^^^"^. [Revendication 8] Programme d’ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre d’un procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par un ordinateur. [Revendication 9] Support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur selon la revendication 8. [Revendication 10] Dispositif de contrôle, dans une turbomachine, comprenant un ou plusieurs processeurs configurés pour - détecter un régime d’un arbre moteur de la turbomachine en-dessous d’un régime au ralenti et - détecter une saturation de la consigne de carburant, - sélectionner une boucle de régulation combinée de carburant et de couple parmi au moins une boucle de régulation moteur mono variable - déterminer, de manière combinée, une valeur représentative d’une consigne de carburant et une valeur représentative d’une consigne de couple telle que ladite consigne de couple compense la saturation de ladite consigne de carburant pour permettre un maintien d’un régime stabilisé de ladite turbomachine. [Revendication 11] Aéronef comprenant un dispositif de contrôle selon la revendication 10.
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FR3027061B1 (fr) * 2014-10-10 2019-10-25 Safran Helicopter Engines Procede et dispositif de notification d'une autorisation d'arret complet d'un moteur a turbine a gaz d'aeronef

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