طراحي بهينه‌ي عملگرِ هيدرومكانيكي سيستم كنترل موتور سوخت مايع بر اساس مدل مرجع حلقه باز

Optimized Design of LPRE Control System Hydro Mechanical Actuator Based on Open Loop Reference Model

در اين مقاله، طراحي يك عملگر هيدرومكانيكي براي سيستم كنترل يك موتور سوخت مايع انجام شده است. با هدف سرعت پاسخ مناسب، ساختار عملگر به گونه‌اي طراحي شده است تا كورس حركتي المان كنترلي كم شود. لذا، مكانيزم حركتي المان كنترلي، دوراني در نظر گرفته شده است. در طراحي عملگر، توجه ويژه‌اي به پروفيل المان كنترلي كه تعيين‌گر ضريب تبديل موتور است شده است. ايده‌ي نويني كه مبناي طراحي بهينه قرار گرفته است، طراحي عملگر بر اساس نزديك كردن مدل حلقه باز شيي كنترلي به مدل مرجع مطلوب حلقه بازي است كه از پيش و با توجه به معيارهاي رفتار ديناميكي مناسب، تعيين مي‌شود. شيي كنترلي شامل موتور، سرووموتور و عملگر هيدرومكانيكي است. بر اين اساس با در دست بودن مدل رياضي موتور سوخت مايع و پس از طراحي ساختاريِ عملگر هيدرومكانيكي، مدل پارامتريك آن تعيين و فرآيند بهينه‌سازي روي مدل شيي كنترلي و مدل پارامتريك عملگر به روش الگوريتم تفاضلات تكاملي انجام و با اصلاح پارامترهاي عملگر، پاسخ ديناميكي مدل تجميعي به پاسخ مدل مرجع حلقه باز نزديك شده است. نتايج بيانگر آن است كه با طراحي بهينه عملگر و اصلاح پارامترهاي هندسي آن و بهره‌ي جبران‌ساز، مقدار تابع هزينه‌ي تعييني بر مبناي خطاي تعقيب سيگنال مرجع فشار محفظه احتراق موتور سوخت مايع چهار برابر بهبود يافته است.

In this paper, a novel design approach for a hydro mechanical actuator of LPE control system is investigated. At the point of admissible response rate, actuator mechanism is designed rotational. The control element profile in the design of the actuator determines the conversion efficiency of the liquid propellant engine. Fitness of engine+ servomotor+ hydro mechanical actuator model to the open loop reference model is the key factor considered as optimized design basis. Reference model is determined based on desired dynamic behavior criteria. With the availability of LPE mathematical model and after the design of hydro mechanical actuator, its parametric model is developed. When engine+ servomotor modeling development are completed and optimization criteria are assigned, parametric model optimization based on evaluation algorithm is accomplished. Finally, fitness improvement between integrated and open loop reference models is evaluated. Before starting the optimized design process, the input signal and its corresponding cost function are properly defined. Results show that by correction of actuator geometrical parameters and compensator gain, cost function amount – based on tracking error of liquid propellant engine combustion chamber pressure reference signal - is improved 4-fold.