بهبود صيانت از قيود و تحليل پايداري الگوريتم Min-Max جهت كنترل سوخت موتور توربوفن

دكتري

چكيده سيستم كنترل نقش بسزايي در توسعه عملكرد و ايمني موتورهاي توربيني دارد. روش متداولي كه جهت كنترل سوخت موتورهاي توربوفن به كار مي¬رود، الگوريتم Min-Max است. طبق اين الگوريتم سوئيچينگ، تراست مورد درخواست خلبان مي¬بايست تأمين شود و قيود حاكم بر محدوديتهاي ساختاري و عملكردي موتور حفظ شوند. دو موضوع مهم در طراحي الگوريتم Min-Max، اطمينان از حفظ قيود موتور توسط اين كنترلر و تحليل پايداري اين ساختار سوئيچينگ است. تحقيقات محدودي در اين دو زمينه منتشر شده است. در اين رساله، بحث صيانت از قيود كنترلر Min-Max و تحليل پايداري آن مدنظر قرار گرفته است. ابتدا براساس آناليز پاسخ كنترلر Min-Max رايج، يك استراتژي جديد جهت طراحي رگولاتورهاي الگوريتم Min-Max با هدف بهبود صيانت از قيود اين الگوريتم ارائه شده است. براي اين منظور، يك مدل غيرخطي ترموديناميكي از يك موتور توربوفن دو محوره در كلاس 30000 پوند (130 كيلونيوتن) تراست، حول يك نقطه كاري خطي سازي شده و يك كنترلر Min-Max معمول حاوي جبرانسازهاي خطي براي آن طراحي شده است. سپس، با استفاده از نتايج حاصل از آناليز پاسخ سيستم كنترلي در حين گذر از قيود، در يك مرحله، طراحي رگولاتور حلقه¬هاي مختلف بصورت بدون فراجهش انجام گرفته و در مرحله¬اي ديگر، قيد مربوط به خروجيهاي متأثر از شتاب سيستم در طراحي رگولاتور حلقه¬هاي ديگر وارد شده¬است. سپس رگولاتور مربوط به اين خروجيها از ساختار Min-Max حذف شده است. براي اين هدف، از روش فيدبك حالت و يك مجموعه از نامساويهاي ماتريسي خطي (LMIs) استفاده شده و رگولاتور هر حلقه در قالب يك مسئله بهينه سازي محدب طراحي گرديده است. بدين ترتيب علاوه بر بهبود صيانت از قيود، بار محاسباتي كنترلر نيز بدليل كم شدن تعداد حلقه¬ها، كاهش يافته است. با توجه به اينكه الگوريتم Min-Max يك ساختار سوئيچينگ دارد، پايداري تك تك حلقه¬هاي آن لزوماً پايداري كل سيستم را نتيجه نمي¬دهد. لذا در ادامه براي اولين بار، روشي جهت تحليل پايداري سيستم حلقه بسته حاوي كنترلر Min-Max در حالت كلي ارائه شده است. در اين راستا، ساختار Min-Max به صورت يك فرم كانونيكال تبديل شده و با استفاده از معيار دايره چندمتغيره شرايط لازم براي تضمين پايداري مجانبي سيستم حلقه بسته استخراج شده است. سپس با استفاده از روش ارائه شده، پايداري مجانبي كنترلر Min-Max طراحي شده با رگولاتورهاي فيدبك حالت تضمين گرديده است. در بخش شبيه¬سازي، عملكرد كنترلر طراحي¬شده با هدف بهبود صيانت از قيود، روي سيستم خطي و غيرخطي ترموديناميكي مورد ارزيابي قرار گرفته و نتايج با روش Min-Max رايج و روش جديد Min-Max حاوي رگولاتورهاي مود لغزشي مقايسه شده است. با توجه به نتايج شبيه¬سازي، استراتژي جديد در تأمين تراست مطلوب، كاهش احتمال رد شدن قيود موتور در حالت گذرا و كاهش بار محاسباتي موثر عمل كرده و يك راهكار مفيد جهت بهبود عملكرد الگوريتم Min-Max براي كنترل سوخت موتور توربوفن به حساب مي¬آيد. واژه‌هاي كليدي: موتور توربوفن، الگوريتم Min-Max، صيانت از قيود، نامساويهاي ماتريسي خطي، پايداري مجانبي

192113

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

دكتر مرتضي منتظري قهجاورستاني