طراحی و پیاده‌سازی کنترل پیش‌بین مبتنی بر مدل خطی گسسته برای کنترل سوخت موتور توربوفن

در این مقاله، طراحی و پیاده‌سازی کنترل پیش‌بین مدل برای کنترل سوخت موتور توربوفن انجام شده است. ارضاء قیود عملکردی و ساختاری موتور چالشی برای طراحی کنترل‌کننده ایجاد می‌کند. سیستم کنترل باید اطمینان دهد که موتور در شرایط سلامت کامل، یعنی بدون فرارفت سرعت محور، استال کمپرسور، خاموشی محفظه احتراق و فرارفت دمای توربین کار می‌کند. در این راستا کنترل‌کننده‌ای مورد نیاز است که بتواند این قیود را ضمن بدست آوردن سیگنال کنترل بهینه لحاظ کند. به همین دلیل، کنترل پیش‌بین مدل برای کنترل سوخت موتور توربوفن با استفاده از یک مدل خطی از موتور در یک نقطه عملکردی طراحی شده است. نتایج عملکرد این کنترل‌کننده نشان می‌دهد که ضمن تولید سیگنال کنترلی بهینه، تمامی قیود در محدوده مورد نظر قرار گرفته‌اند. پس از اطمینان از عملکرد مناسب کنترلر در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، الگوریتم کنترل سوخت به صورت سخت‌افزاری پیاده‌سازی شده است. بدین منظور الگوریتم کنترلی بر روی یک میکروکنترلر پیاده‌سازی شده و تست سخت‌افزار در حلقه انجام گرفته است. نتایج حاصل از تست سخت‌افزار در حلقه، نشان‌دهنده پیاده‌سازی صحیح کنترل پیش‌بین طراحی‌شده بر روی سخت افزار مورد نظر می‌باشد.

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

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 overspeed of the shaft, compressor stall, combustion chamber blow out and turbine overtemperature. 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 hardwareintheloop test is performed. The results of the hardwareintheloop simulation indicate the correct implementation of the model predictive controller on the hardware framework.