طراحي كنترل پيش بين مدل چند متغيره براي موتور توربوفن و مقايسه عملكرد با كنترل‌كننده Min-Max

Multivariable Model Predictive Control Design for a Turbofan Engine and Performance Comparison with Min-Max Controller

كنترل‌كننده موتور توربوفن وظيفه تأمين رانش مورد درخواست خلبان را در حين حفظ قيود متنوع حاكم بر محدوديت‌هاي ساختاري و عملكردي بر عهده دارد. لذا، راهبرد‌هايي كه جهت كنترل موتور هواپيما به‌كار ‌گرفته مي ­شوند، مي­ بايست امكان لحاظ قيود سامانه را در ساختار خود داشته باشند. در اين تحقيق، يك كنترل‌كننده پيش‌بين مدل چند متغيره بر اساس مدل فضاي حالت خطي براي يك موتور توربوفن طراحي مي‌شود. اين كنترل‌كننده توانايي لحاظ قيود متنوع ورودي و خروجي را در حين تأمين دستور رانش دارد. به دليل عدم تطبيق بين مدل خطي‌سازي­شده براي كنترل‌كننده و مدل غيرخطي موتور در ساختار كنترلي ارائه‌شده از روش اصلاح بازخورد جهت بهبود عملكرد كنترل‌كننده MPC استفاده مي‌شود. در اين روش، علاوه بر سوخت به‌عنوان ورودي كنترلي اصلي، نشتي نيز به‌عنوان يك ورودي كنترلي كمكي جهت كاهش احتمال وقوع سرج كمپرسور به‌صورت حلقه بسته مدنظر قرار مي­ گيرد. در شبيه­ سازي با استفاده از مدل غيرخطي ترموديناميكي، عملكرد كنترل‌كننده طراحي‌شده با روش چند حلقه‌اي Min-Max كه به‌طور معمول جهت كنترل موتورهاي هوايي به ­كار گرفته مي­ شود، مقايسه مي‌شود. نتايج شبيه­ سازي عملكرد مؤثر كنترل‌كننده پيشنهادي را نشان مي ­دهد.

The turbofan engine controller is responsible for providing the thrust requested by the pilot while maintaining structural and operational constraints. Therefore, the strategies used to control the engine of the aircraft should be able to consider the constraints of the system in their structure. In this research, a multivariable model predictive controller based on a linear state space model for a turbofan engine is designed. This controller has the ability to accommodate various input and output constraints during supplying of required thrust. Due to the lack of matching between the linearized model for the controller and the nonlinear engine model, the feedback correction method is used in the control structure to improve the performance of the MPC controller. In this method in addition to fuel as the main control input, bleed is also considered as an auxiliary control input for closed loop to reduce the possibility of compressor surge. In simulation using a non-linear thermodynamic model, the controller performance is compared with the Min-Max method which is typically used to control aircraft engines. Results of this simulation show the effective performance of the proposed controller.