طراحي و پياده سازي كنترل پيش بين مدل براي كنترل سوخت موتور توربوفن

Design and Implementation of Model Predictive Controller for Turbofan Engine Fuel Control

در اين مقاله، طراحي و پياده سازي كنترل پيش بين مدل براي كنترل سوخت موتور توربوفن انجام شده است. ارضاء قيود عملكردي و ساختاري موتور چالشي براي طراحي كنترل كننده ايجاد مي كند. سيستم كنترل بايد اطمينان دهد كه موتور در شرايط سلامت كامل، يعني بدون فرارفت سرعت محور، استال كمپرسور، خاموشي محفظه احتراق و فرارفت دماي توربين كار مي كند. در اين راستا كنترل كننده اي مورد نياز است كه بتواند اين قيود را ضمن بدست آوردن سيگنال كنترل بهينه لحاظ كند. به همين دليل، كنترل پيش بين مدل براي كنترل سوخت موتور توربوفن با استفاده از يك مدل خطي از موتور در يك نقطه عملكردي طراحي شده است. نتايج عملكرد اين كنترل كننده نشان مي دهد كه ضمن توليد سيگنال كنترلي بهينه، تمامي قيود در محدوده مورد نظر قرار گرفته اند. پس از اطمينان از عملكرد مناسب كنترلر در شبيه سازي هاي كامپيوتري، الگوريتم كنترل سوخت به صورت سخت افزاري پياده سازي شده است. بدين منظور الگوريتم كنترلي بر روي يك ميكروكنترلر پياده سازي شده و تست سخت افزار در حلقه انجام گرفته است. نتايج حاصل از تست سخت افزار در حلقه، نشان دهنده پياده سازي صحيح كنترل پيش بين طراحي شده بر روي سخت افزار مورد نظر مي باشد.

In this paper, design and implementation of model predictive controller for turbofan engine fuel control are proposed. The satisfaction of operational and structural limits of the engine is a controller design challenge. The control system must ensure that the engine operates without any limit violation at all times, i.e. without over-speed of the shaft, compressor stall, combustion chamber blow out and turbine over-temperature. In this regard, a controller is required which can take into account these constraints while obtaining an optimal control input. Therefore, the model predictive control for turbofan engine fuel control using a linear model of the engine at one operating point is designed. The simulation results show that while model predictive control generate optimal control signal, all the constraints are perfectly satisfied. After assuring the valid performance of the controller in computer simulations, the fuel control algorithm is implemented on a hardware framework. For this purpose, the controller algorithm is implemented on a microcontroller and hardware-in-the-loop test is performed. The results of the hardware-in-the-loop simulation indicate the correct implementation of the model predictive controller on the hardware framework.