本发明专利技术涉及用于管理发动机的功率的方法和系统。具体而言，本发明专利技术涉及一种用于发动机(10)的在线功率管理的功率管理系统(100)。该功率管理系统包括配置成从以第一带宽操作的发动机控制系统(104)接收至少一个数据输入(112)的基线功率管理构件(102)，其中该基线功率管理构件配置成以第二带宽操作，以及模型预测控制装置(204)。该模型预测控制装置配置成利用该至少一个数据输入和发动机的闭环模块来对期望的未来时间段预测发动机操作条件，基于所述预测而确定最佳发动机功率管理，得出用于期望优化目标的约束优化，并且输出最佳发动机功率管理。
【技术实现步骤摘要】
本公开的领域总体上涉及涡轮发动机，并且更具体地，涉及用于发动机的动态在线功率管理的方法和系统。
技术介绍
在至少一些已知的飞行器发动机中，功率管理系统是离线配置的。在离线配置中，确定用于受控输出(例如，总推力、风扇速度)的控制基准时间表(schedule)、用于输入(例如，一些可变几何形状)的开环时间表和约束限制(例如，燃料-空气比率、转子速度变化率等)的单独优化。基准时间表然后由发动机在操作期间利用并且不再更新直至下一次离线配置。在当前发动机的复杂性增加以及输入与输出之间的多变量交互的前提下，功率管理系统的离线配置不必要地限制了发动机的总体执行性能，即使使用先进的发动机控制技术。在一些发动机、尤其是飞行器发动机，将由于在飞行控制与发动机控制之间的紧密集成而最频繁地在瞬态下操作的情况下，最佳功率管理的设计变得更富有挑战性，其中飞行控制将连续地调整某些关键的发动机控制变量。
技术实现思路
在一个实施例中，提供一种用于控制涡轮发动机的在线功率管理的方法。该方法包括使发动机控制系统以第一带宽操作，将来自发动机控制系统的至少一个数据输入滤波为第二带宽，以及通过以第二带宽操作的功率管理系统接收至少一个经滤波的数据输入。该方法还包括利用该至少一个经滤波的数据输入来预测发动机操作条件，基于该预测而确定最佳发动机控制，得出用于期望优化目标的约束优化，以及向发动机控制系统输出最佳发动机控制。在另一实施例中，提供一种用于涡轮发动机的在线功率管理的方法，所述方法包括:使发动机控制系统以第一带宽操作；将来自所述发动机控制系统的至少一个数据输入滤波为第二带宽；通过以所述第二带宽操作的功率管理系统接收所述至少一个经滤波的数据输入；利用所述至少一个经滤波的数据输入和闭环动态发动机模型来对期望的未来时间段预测发动机操作条件；基于所述预测而确定最佳发动机功率管理；得出用于期望优化目标的约束优化；以及将所述最佳发动机功率管理输出到所述发动机控制系统。在另一实施例中，滤波至少一个数据输入还包括滤波传感器输入、促动器位置输入和外界条件输入中的至少一个。在另一实施例中，方法还包括利用所述至少一个经滤波的数据输入来确定基线发动机功率管理。在另一实施例中，预测发动机操作条件还包括利用所确定的基线发动机功率管理来预测发动机操作条件。在另一实施例中，输出所述最佳发动机功率管理还包括输出基准、开环输入和约束限制中的至少一个。在另一实施例中，滤波还包括粗略估计所述至少一个数据输入。在另一实施例中，粗略估计还包括对预定时间段粗略估计所述至少一个数据输入。在另一实施例中，提供一种功率管理系统。该功率管理系统包括配置成接收至少一个数据输入的基线功率管理构件和模型预测控制装置(control)。该模型预测控制装置配置成利用该至少一个数据输入来预测发动机操作条件，基于该预测而确定最佳发动机控制，得出用于期望优化目标的约束优化，并且输出最佳发动机控制。在另一实施例中，提供一种用于在飞行器中使用的燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括配置成感测发动机参数并配置成生成代表该发动机参数的传感器输入的至少一个传感器、配置成控制所述燃气涡轮发动机和飞行器中的至少一个的控制系统、以及用于动态地管理发动机的操作的功率管理系统。该功率管理系统包括配置成接收至少一个数据输入的基线功率管理构件和模型预测控制装置。该模型预测控制装置配置成利用该至少一个数据输入来预测发动机操作条件，基于该预测来确定最佳发动机控制，得出用于期望优化目标的约束优化，并且输出最佳发动机控制。在另一实施例中，燃气涡轮发动机中的功率管理系统以第二带宽操作。在另一实施例中，所述燃气涡轮发动机还包括配置成粗略估计从第一带宽到第二带宽的传感器输入的至少一个低通滤波器。在另一实施例中，所述最佳发动机功率管理还包括基准、开环输入和约束限制中的至少一个。附图说明图1是示例性可变循环燃气涡轮发动机的示意图。图2是可与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用的示例性功率管理系统的示意图。图3是图2中所示的功率管理系统的示例性实施方案的示意图，该实施方案采用了对已有的基线功率管理方案(scheme)的修改。图4是用于与图2中所示的功率管理系统一起使用的示例性流程图。部件列表 10发动机 12纵向中心线 14飞行器 16入口 18外界空气 20风扇组件22涡轮发动机24HPC26燃烧器28HPT30LPT32增强器(augmentor)34第一轴36第二轴38外壳体40内壳体42前区段44旁通管道46扩散器衬套48阀组件50内旁通管道52外旁通管道54风扇旁通流56内旁通流58外旁通流60分离衬套62阀部分64密封件66第一空气流部分68旁通空气70排放装置72风扇入口温度传感器74总压力传感器76排出静压力传感器78排出静压力传感器80管道静压力传感器82衬套静压力传感器84火焰探测器86排气温度传感器88压缩机排出温度传感器90压缩机入口温度传感器92风扇速度传感器94核心速度传感器100功率管理系统102功率管理构件 104控制系统 106传感器 108促动器 110发动机控制器 112传感器数据 114低通滤波器 118促动器位置数据 120外界飞行条件数据 122基准 124约束 126控制输入 200实施方案 202基线功率管理构件 204模型预测控制装置(MPC) 210优选控制 212最佳修正 214基准 216开环输入 218约束限制 300不例性流程图 302所接收的数据 304确定功率管理 308输出功率管理 310执行模型预测 312确定功率管理 314输出功率管理。具体实施例方式本文中所述的实施例在诸如全权数字式发动机控制装置(FADEC)和/或机载计算机的控制系统内提供模型。该模型用来利用测量的参数而在操作期间在控制系统中管理功率。本文中所述的实施例可在系统内实施并且足够灵活以满足用于系统的不同操作模式的严格控制规格。例如，本文中所述的实施例可在具有翼载模式和喷气动力模式的飞行器中实施，其中本文中所述的实施例可适合于以喷气动力模式或悬停模式操作的要求。以下详细描述以举例方式而不是以限制方式来说明实施例。如本文所用，以单数叙述并前接用词“一”或“一个”的元件或步骤应该理解为不排除多个元件或步骤，除非清楚地叙述了这种排除。此外，本公开对“一个实施例”的参考不应解释为排除也结合了所叙述的特征的另外的实施例的存在。图1是具有纵向中心线12的示例性可变循环燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10被示为与飞行器14联用。但是，应理解，燃气涡轮发动机10可在任何合适的商业、工业、和/或民用系统和/或应用中使用。燃气涡轮发动机10包括环形入口 16，其接收被引导到风扇组件20下游的外界空气18。发动机10还包括核心燃气涡轮发动机22，其包括与入口 16成轴向流动关系的高压压缩机(HPC)24、燃烧器26、高压涡轮(HPT) 28、低压涡轮(LPT) 30和增强器32。HPT 28经由第一轴34为HPC 24提供动力。LPT 30经由第二轴36为风扇组件20提供动力。发动机10还包括与内壳体40隔开的外壳体38。内壳体40包括限定旁通管道44的前区段4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于发动机(10)的在线功率管理的功率管理系统(100)，所述功率管理系统包括：基线功率管理构件(102)，其配置成从以第一带宽操作的发动机控制系统(104)接收至少一个数据输入(112)，其中，所述基线功率管理构件配置成以第二带宽操作；以及模型预测控制装置(204)，其配置成：?利用所述至少一个数据输入和所述发动机的闭环模型来对期望的未来时间段预测发动机操作条件；基于所述预测而确定最佳发动机功率管理；得出用于期望优化目标的约束优化；并且输出所述最佳发动机功率管理。
【技术特征摘要】
2012.01.18 US 13/352,7291.一种用于发动机(10)的在线功率管理的功率管理系统(100)，所述功率管理系统包括: 基线功率管理构件(102)，其配置成从以第一带宽操作的发动机控制系统(104)接收至少一个数据输入(112)，其中，所述基线功率管理构件配置成以第二带宽操作；以及模型预测控制装置(204)，其配置成: 利用所述至少一个数据输入和所述发动机的闭环模型来对期望的未来时间段预测发动机操作条件； 基于所述预测而确定最佳发动机功率管理； 得出用于期望优化目标的约束优化；并且 输出所述最佳发动机功率管理。2.根据权利要求1 所述的功率管理系统，其特征在于，所述基线功率管理构件还配置成利用所述至少一个数据输入来确定基线发动机功率管理。3.根据权利要求1所述的功率管理系统，其特征在于，所述至少一个数据输入包括传感器输入、促动器位置输入和外界条件输入中的至少一个。4.根据权利要求1所述的功率管理系统，其特征在于，所述模型预测控制装置还配置成利用所确定的基线发动机功率管理和闭环发动机模型来对未来时间段预测发动机操作条件。5.根据权利要求1所述的功率管理系统，其特征在于，所述最佳发动机功率管理还包括基准、开环输入和约束限制中的至少一个。6.根据权利要求1所述的功率管理系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：A库马，S查特吉，PG博南尼，AV塔维尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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