دانلود ترجمه مقاله کنترل فضای حالت بهینه از موتور توربین گازی (ASTM 2015) (ترجمه ویژه – طلایی ⭐️⭐️⭐️)

کنترل فضای حالت بهینه از موتور توربین گازی

Optimal State Space Control of a Gas Turbine Engine

چکیده

1- مقدمه و توصیف مدل

2- تحلیل

2-1 مقیاس دهی

2-2 کنترل فیدبک (بازخورد) حالت

2-3 کنترل تنظیم کننده خطی درجه دوم (LQR)

2-4 راهکار Bellman برای بهینه سازی

2-5 جستجوی چند ضلعی

3- خلاصه و نتیجه گیری

کنترل آنالوگ موتور توربین گازی با چندین کنترل کننده سوخت به دست آمده از فضای حالت مقایسه شده است. یک موتور توربین گازی تک spool با استفاده از زبان شبیه سازی سطح بالا (ACSL) مبتنی بر FORTRAN مدل سازی شده است. این مدل دربرگیرنده کنترل آنالوگ سوخت است که نشان دهنده کنترل های تجاری موجود سوخت است. مدل ACL شامل چندین حالت غیر نمایشی برای تولید مدل فضای حالت خطی هشت حالته موتور است. ماتریس های A، B و C که از شرایط عملیاتی به دست آمده اند، برای دستیابی به بهره های کنترل فیدبک توسط روش های پیش رو مورد استفاده قرار گرفته اند: (1) بازخورد حالت، (2) نظریه LQR، (3) روش Belman و (4) جستجوی چند ضلعی. یک انتقال off-load پس از انتقال on-load برای هر یک از این کنترل کننده های سوخت به کار گرفته شده است. منحنی های گذرا برای مقایسه کنترل کننده های فضای حالت سوخت با کنترل کننده های آنالوگ سوخت مورد استفاده قرار گرفته اند. کنترل کننده های فضای حالت سوخت عملکرد بهتری در مقایسه با کنترل کننده های آنالوگ داشته اند.

1- مقدمه و توصیف مدل

توسعه کنترل فضای حالت سوخت در یک موتور توربین گازی تک محور و دارای سیکل ساده موضوع این مقاله است. مدل این موتور ساده همراه با کنترل آنالوگ سوخت موجود است. انتقال بار این مدل با انتقال بار واقعی مقایسه شده است و مشخص شده است که دقیق است. این مدل تایید شده به ابزاری برای توسعه کنترل کننده های چند حالتی فضای حالت برای بیشتر موتورهای پیچیده تبدیل شده است. به عنوان مثال، یک موتور با کارایی بالا برای قدرت بخشی به کشتی های دریایی یک موتور توربین گازی بازسازی شده و دارای سرمایش داخلی (ICR) است [1]. کنترل این موتور آینده دربرگیرنده نظارت بر چندین خروجی خواهد بود و دارای سه تا پنج ورودی است. تعداد ورودی ها با حالت کاری متغیر است. یک رایانه در حلقه مرکزی امکان انجام بسیاری از حالت های پیچیده را فراهم می کند و همچنین امکان بهبود در استراتژی کنترل را پس از توسعه اولیه و حتی پس از نصب نیز فراهم می کند. کنترل کننده های سوخت برای موتورهای آینده با استفاده از این مدل ساده تر موتور به عنوان یک ابزار توسعه می یابند و تایید می شوند.

3- خلاصه و نتیجه گیری

روش های مختلفی برای کنترل کننده های موتور توربین گازی مورد بررسی قرار گرفته است. یک مدل آنالوگ که به زبان ACSL برنامه نویسی شده است، برای توسعه نمایش فضای حالت خطی شده برای استفاده در MATLAB به کار گرفته شده است. روش های متعددی برای دستیابی به بهره های بازخورد و نتایج حاصل از هر مجموعه بهره ارائه شده است. این روش ها شامل بازخورد حالت، LQR، Bellman و جستجوی چند ضلعی است.
روش فضای حالت برای توسعه کنترل کننده ها از طریق شبیه سازی قابل دسترسی است. به ویژه کنترل کننده های چند حالتی سوخت به این روش قابل اعمال هستند.
هیچ گونه مقایسه ی برای تحلیل این که کدام یک از این روش های فضای حالت عملکرد بهتری دارند انجام نشده است. بنابراین تحقیقات بیشتری در این زمینه می بایست انجام شود.

An analog fuel control for a gas turbine engine was compared with several state space derived fuel controls. A single spool, simple cycle gas turbine engine was modeled using ACSL (high level simulation language based on FORTRAN). The model included an analog fuel control representative of existing commercial fuel controls. The ACSL model was stripped of non-essential states to produce an 8 state linear state space model of the engine. The A, B, and C matrices, derived from rated operating conditions, were used to obtain feedback control gains by the following methods: (1) state feedback; (2) LQR theory; (3) Bellman method; and (4) polygonal search. An off-load transient followed by an on-load transient was run for each of these fuel controls. The transient curves obtained were used to compare the state space fuel controls with the analog fuel control. The state space fuel controls did better than the analog control.

1-0 Introduction and Model Description

The development of a state-space fuel control on a singleshaft, simple cycle gas turbine engine is the subject of this paper. A model of this simple engine with analog fuel control was available. The load transients of this model have been compared with actual load transients and found to be accurate. This verified model becomes a tool for developing multimode state-space controllers for more complicated engines. For example, a possible future high-efficiency engine for powering naval ships is an intercooled, regenerated (ICR) gas turbine engine [1], The control for this future engine will involve monitoring several outputs and will have three to five inputs. The number of inputs will vary with the mode of operation. A computer in the control loop will allow for many sophisticated modes and, also, allow for improvements in control strategy after initial development and even after installation. Fuel controls for future engines will be developed and verified with this simpler engine model as a tool.

3-0 Summary and Conclusions

Several different schemes for arriving at controllers for a gas turbine engine have been investigated. An analog model programmed in ACSL was used to develop a linearized statespace representation for use in MATLAB. The different approaches for obtaining feedback gains and the results from each set of gains are presented. The approaches are: state feedback, LQR, Bellman, and polygonal search.
The state-space approach to developing controllers is a viable one for simulations of this size and larger. In particular, multiinput, multimode fuel controllers are readily adaptable to this approach.
No comparison hasbeen attempted to analyze which of these state-space approaches is the “best” other than a graphical comparison of the controller in action. Much research of the seemingly endless variations in these methods needs to be conducted.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل فضای حالت بهینه از موتور توربین گازی

Optimal State Space Control of a Gas Turbine Engine