شبیه سازی سخت افزار در حلقه واحد کنترل سوخت موتور توربین گاز هوایی با روش پیش بینی بر مبنای مدل

شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه واحد کنترل سوخت یک موتور توربین گاز هوایی ارائه شده است. واحد کنترل سوخت، شامل یک شیر کنترل تناسبی است که در آن سروموتور و بادامک باعث حرکت اسپول شیر کنترل جریان می‌شود. در این شبیه‌سازی، واحد کنترل سوخت واقعی در کنار شبیه‌سازی زمان واقعی موتور توربین گاز هوایی، آزمایش و ارزیابی می‌شود. دبی خروجی از واحد کنترل سوخت توسط یک دبی‌سنج اندازه‌گیری و به شبیه‌ساز ارسال می‌شود. برای اتصال واحد الکتروهیدرولیکی به رایانه شبیه‌ساز، نیاز به عملگرها و حسگرهای اضافی به‌عنوان سیستم انتقال است که در موتور واقعی وجود ندارد. دینامیک سیستم انتقال می‌تواند باعث کاهش دقت شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه شود. برای جبران اثر دینامیکی ناخواسته ناشی از سیستم انتقال، از روش پیش‌بینی برمبنای مدل استفاده شده است. مقایسه‌ی نتایج شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه به‌صورت تجربی بیان‌گر توانایی روش پیش‌بینی برمبنای مدل در کاهش خطای شبیه‌سازی به کم‌تر از 5٪ است.

Hardwareintheloop simulation of a gas turbine engine fuel control unit using modelbased predictor

HardwareIntheLoop (HIL) is a kind of simulation in which an actual component of a closedloop control system is tested within computerbased realtime simulation of the rest of the system. In a conventional HIL simulation, the hardware is an Electronic Control Unit (ECU) in which electronic control signals are communicated between the hardware and the software. But, HIL simulation of a mechanical component, within a closedloop control system, requires additional sensors and actuators named transfer systems. The transfer systems are used to connect the software and hardware parts. The HIL simulation can achieve unstable behavior or inaccurate results due to unwanted timedelay dynamic of the transfer systems. In this paper, a test bench is implemented for the hardwareintheloop simulation of the fuel control unit (FCU) of a gas turbine engine. The FCU is an electrohydraulic actuator of the fuel control system. In a real engine, the FCU contains a miniature geartype liquidfuel pump which is driven at a fraction of the engine rotor speed mechanically by gears. In the HIL simulation, the engine is simulated numerically and an electric motor is employed to drive the pump of the FCU. The realtime simulation of the gas turbine engine thermodynamic model is implemented on an industrial personal computer with an input/output board in connection with the electrohydraulic system. There is timedelay in the forward path of the fuel control system due to the use of flowmeter for measuring the outlet flow rate of the FCU in HIL simulation. According to extensive experimental works, the AC motor’s lag dynamics has no considerable effect on the HIL testing, and the flowmeter is the only additional transfer system of which the dynamic effect needs to be mitigated. The results show instability of the hardwareintheloop simulation due to unwanted timedelay of the flowmeter. Therefore, a modelbased predictor is designed for timedelay compensation of the flowmeter. The consistency of the experimental realtime simulation and offline simulation shows the applicability of the presented method for mitigating the effect of unwanted dynamic of the transfer system in the HIL simulation.