آمار

تعداد نشریات36
تعداد شماره‌ها1,192
تعداد مقالات8,579
تعداد مشاهده مقاله6,988,712
تعداد دریافت فایل اصل مقاله4,032,562
ایمانی, امین. (1401). تحلیل پایداری یک کنترلر چند حلقه حاوی رگولاتورهای فیدبک خروجی و اشباع برای موتور هواپیماهای تجاری. پدافند الکترونیکی و سایبری, 11(1), 159-172.
امین ایمانی. "تحلیل پایداری یک کنترلر چند حلقه حاوی رگولاتورهای فیدبک خروجی و اشباع برای موتور هواپیماهای تجاری". پدافند الکترونیکی و سایبری, 11, 1, 1401, 159-172.
ایمانی, امین. (1401). 'تحلیل پایداری یک کنترلر چند حلقه حاوی رگولاتورهای فیدبک خروجی و اشباع برای موتور هواپیماهای تجاری', پدافند الکترونیکی و سایبری, 11(1), pp. 159-172.
ایمانی, امین. تحلیل پایداری یک کنترلر چند حلقه حاوی رگولاتورهای فیدبک خروجی و اشباع برای موتور هواپیماهای تجاری. پدافند الکترونیکی و سایبری, 1401; 11(1): 159-172.

تحلیل پایداری یک کنترلر چند حلقه حاوی رگولاتورهای فیدبک خروجی و اشباع برای موتور هواپیماهای تجاری

مکانیک سیالات و آیرودینامیک
مقاله 11، دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 29، شهریور 1401، صفحه 159-172    اصل مقاله (1.56 M)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
نویسنده
امین ایمانی*
استادیار، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
تاریخ دریافت: 27 خرداد 1401،  تاریخ بازنگری: 26 تیر 1401،  تاریخ پذیرش: 10 مرداد 1401 
چکیده
یک روش کارآمد جهت کنترل موتور هواپیماهای تجاری ساختار چندحلقه Min-Max است. در این مقاله، یک کنترلر Min-Max با ساختار سوئیچینگ و حاوی رگولاتورهای فیدبک خروجی و تابع اشباع روی نرخ جریان سوخت برای یک موتور توربوفن طراحی می­شود. علاوه بر عملکرد مطلوب، تحلیل پایداری یک مسئله مهم در فرآیند طراحی کنترلر برای موتورهای هوایی است. به دلیل رفتار سوئیچینگ روش Min-Max، پایداری تک‌تک حلقه‌ها پایداری کل سیستم را تضمین نمی­کند؛ بنابراین یک روش جهت تحلیل پایداری سیستم حلقه بسته ارائه می‌شود. برای این منظور، عملگرهای Min، Max و تابع اشباع با معادل‌های غیرخطی آن‌ها جایگزین شده و ساختار سیستم کنترلی به شکل متعارف سیستم لور تبدیل می­شود. سپس شرایط برای پایداری مجانبی استخراج شده و با استفاده از روش ارائه شده، اثبات پایداری مجانبی برای سیستم حلقه بسته انجام می­گیرد. در یک شبیه‌سازی با مدل غیرخطی از یک موتور توربوفن، عملکرد کنترلر Min-Max طراحی شده در برآوردن تراست و مدیریت قیود با روش Min-Max/SMC مقایسه می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موتور توربوفن تجاری؛ ساختار سوئیچینگ Min-Max؛ رگولاتور فیدبک خروجی؛ تابع اشباع غیرخطی؛ پایداری مجانبی
عنوان مقاله [English]
Stability Analysis of a Multi-loop Controller Containing Output Feedback Regulators and a Saturation Function for Commercial Aircraft Engines
نویسندگان [English]
Amin Imani
Assistant Professor, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]
An efficient approach to control the engine of a commercial aircraft is the Min-Max multi-loop structure. In this paper, a Min-Max controller with a switching structure containing output feedback regulators and a saturation function on the fuel flow rate is designed for a turbofan engine. In addition to desirable performance, the stability analysis is an important issue in the process of controller design for aero-engines. Because of the switching behavior of the Min-Max approach, the stability of each single loop by itself does not ensure the stability of the whole system. Therefore, a procedure is provided to analyze the stability of the closed loop system. For this purpose, the Min and Max operators and the saturation function are replaced by their nonlinear equivalents and the structure of the control system is converted to the canonical configuration of the Lure’s system. Then, the conditions for asymptotic stability are extracted and using the presented approach, an asymptotic stability proof is achieved for the closed loop system. In a simulation study with the nonlinear model of a turbofan engine, the performance of the designed Min-Max controller in the thrust attainment and limitation management is compared with the Min-Max/SMC technique.
کلیدواژه‌ها [English]
Commercial turbofan engine, Min-Max switching structure, Output feedback regulator, Nonlinear saturation function, Asymptotic stability
مراجع

. Csang, J.T., May, R.D., Guo, T.H., and Litt, J. “The Effect of Modified Control Limits on the Performance of a Generic

Commercial Aircraft Engine”, NASA/TM—2012-217261, Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, 2012.

  1. May, R.D., and Garg, S. “Reducing Conservatism in Aircraft Engine Response Using Conditionally Active Min-Max Limit

Regulators”, NASA/TM—2012-217814, Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, 2012.

  1. Garg, S. “Aircraft Turbine Engine Control Research at NASA Glenn Research Center”, NASA/TM-2013-217821, Glenn

Research Center, Cleveland, Ohio, 2013.

  1. Imani, A., and Montazeri-Gh, M. “Improvement of Min–Max Limit Protection in Aircraft Engine Control: An LMI

Approach”, J. Aerosp. Sci. Technol. Vol. 68, pp. 214-222, 2017.

  1. Neto, A. H., and Yoneyama, T. “A Novel Approach for Stall Prevention and Rotation Speed Limiting in a Min–Max

Controller Structure”, J. Control, Automat. Electr. Systs. Vol. 30, pp. 27-40, 2019.

  1. Liu, X., Luo, C., and Xiong, L. “Compensators Design for Bumpless Switching in Aero-Engine Multi-Loop Control

System”, Asian J. Control, Published Online, 2021.

  1. Mohammadi, S.J., Miran-F, S.A., Jafari, S., and Nikolaidis, T. “A Scientometric Analysis and Critical Review of Gas

Turbine Aero-Engines Control: from Whittle Engine to More-Electric Propulsion”, J. Meas. Control, Vol. 54, No. 5, pp.

935-966, 2021.

  1. Mohammadi, E., and Montazeri-Gh, M. “Active Fault Tolerant Control with Self-Enrichment Capability for Gas Turbine

Engines”, J. Aerosp. Sci. Technol. Vol. 56, pp. 70-89, 2016.

  1. Seborg, D.S., Edgar, T.F., Mellichamp, D.A., and Edgar, T.F. “Process Dynamics and Control”, 3rd ed., John Wiley &

Sons, Inc, New Jersey, US, 2011.

  1. Lopez, A.A., and Martin, J.A. “Using Multivariable Nonlinear Stability Theory for Override Control Systems”; In: Eur.

Control Conf., Karlsruhe, Germany, 31 August–3 September 1999.

  1. Glattfelder, A.H., and Schaufelberger, W. “Control Systems with Input and Output Constraints”, Springer, London, UK,

2003.

  1. Johansson, M. “Piecewise Linear Control Systems. In Lecture Notes in Control and Information Sciences”, Vol. 284.,

Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, Germany, 2003.

  1. Richter, H. “A Multi-Regulator Sliding Mode Control Strategyfor Output-Constrained Systems”, Automatica, Vol. 47, No.

10, pp. 2251-2259, 2011.

  1. Richter, H. “Multiple Sliding Modes with Override Logic: Limit Management in Aircraft Engine Controls”, AIAA J. Guid.

Control Dyn. Vol. 35, No. 4, pp. 1132-1142, 2012.

  1. Imani, A., and Montazer-Gh, M. “Stability Analysis of Override Logic System Containing State Feedback Regulators and

its Application to Gas Turbine Engines”, Eur. J. Control, Vol. 52, pp. 97-107, 2020.

  1. Imani, A., and Montazer-Gh, M. “A Multi-loop Switching Controller for Aircraft Gas Turbine Engine with Stability

Proof”, Int. J. Control Autom. Syst., Vol. 17, No. 6, pp. 1359-1368, 2019.

  1. DeCastro, J.A., Litt, J.S., and Frederick, D.K. “A Modular Aero-Propulsion System Simulation of a Large Commercial

Aircraft Engine”, NASA/TM—2008-215303, Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, 2008.

  1. Litt, J., Frederick, D., and Guo, T.H. “The Case for Intelligent Propulsion Control for Fast Engine Response”,

NASA/TM—2009-215668, Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, 2009.

  1. Imani, A., and Montazeri-Gh, M. “A Min-Max Selector Controller for Turbofan Engines with Improvement of Limit

Management and Low Computational Burden”, T. I. Meas. Control, Vol. 41, No. 1, pp. 36-44, 2018.

  1. Montazeri-Gh, M., Hosseini, S.M., and Imani, A. “Min-Max Controller Design for Double Shaft Unmixed Turbofan

Engine’s Thermodynamic Model”, Aerosp. Mech. J., Vol. 15, No. 2, pp. 17-32, 2019. (In Persian)

  1. Walsh, P.P., and Fletcher, P. “Gas Turbine Performance”, 2nd ed., Blackwell Science, UK, 2004.
  2. Montazeri-Gh, M., Ehteshami, M., and Imani, A. “Multivariable Model Predictive Control Design for a Turbofan Engine

and Performance Comparison with a Min-Max Controller”, J. Fluid Mech. and AeroDyn., Vol. 8, No. 1, pp. 161-176, 2019.

(In Persian)

  1. Zinnecker, A.M., Chapman, J.W., Lavelle, T.M., and Litt, J. S. “Development of a Twin-Spool Turbofan Engine

Simulation Using the Toolbox for Modeling and Analysis of Thermodynamic Systems (T-MATS)”, NASA/TM—2014-

218402, Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, 2014.

  1. Chapman, J.W., and Litt, J.S. “Control Design for an Advanced Geared Turbofan Engine”, NASA/TM—2017-219569,

Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, 2017.

  1. Richter, H. “Advanced Control of Turbofan Engines”, Springer, New York, US, 2012.
  2. Khalil, H.K. “Nonlinear Control”, Pearson Education, London, UK, 2015.
  3. Haddad, W.M., and Bernstien, D.S. “Explicit Construction of Quadratic Lyapunov Functions for the Small Gain, Positivity,

Circle, and Popov Theorems and Their Application to Robust Stability. Part I: Continuous-Time Theory”, Int. J. Robust

Nonlin. Vol. 3, No. 4, pp. 313-339, 1993.

  1. Scherer, C.W., and Weiland, S. “Linear Matrix Inequalities in Control”, Delft University of Technology, Netherlands,

2004.

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 115
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 141