Robust Control of Small Turbojet Engines

Abstract

Modern turbojet engines mainly use computerized digital engine control systems. This opens the way for application of advanced algorithms aimed at increasing their operational efficiency and safety. The theory of robust control is a set of methods known for good results in complex control tasks, making them ideal candidates for application in the current turbojet engine control units. Different methodologies in the design of robust controllers, utilizing a small turbojet engine with variable exhaust nozzle designated as iSTC-21v, were therefore investigated in the article. The resulting controllers were evaluated for efficiency in laboratory conditions. The aim was to find a suitable approach and design method for robust controllers, taking into account the limitations and specifics of a real turbojet engine and its hardware, contrary to most studies which have used only simulated environments. The article shows the most effective approach in the design of robust controllers and the resulting speed controllers for a class of small turbojet engines, which can be applied in a discrete digital control environment.

A CFM56 típusú kétáramú gázturbinás sugárhajtómű égésterének numerikus áramlástani modellezése

“…Ez utóbbiak tekintetében megfigyelhető tendencia az egyre növekvő kompresszor-nyomásviszony és kétáramúsági fok, hogy a körfolyamat termikus és propulziós hatásfokait növelni lehessen. Nagyon fontos természetesen a hajtóművek hosszú élettartama, hogy minél kisebb költséggel üzemben tarthatók legyenek, amit napjainkban már igen fejlett digitális elektronikus szabályozó [1] és diagnosztikai rendszerek [20] biztosítanak. Ilyen megoldások mellett más eljárásokra is szükség van, hogy a gazdaságosságon túl további, például környezetvédelmi előírásoknak is megfeleljen az üzemeltetett légi jármű [10].…”

“…Egy alternatív tüzelőanyag esetében azonban igen széles körű vizsgálatokat kell elvégezni annak érdekében, hogy a tervező meggyőződhessen arról, az adott körülmények között a hajtómű biztonságosan üzemeltethető-e, leadja-e a kívánt tolóerőt, nem keletkeznek-e olyan káros mellékhatások (például tömítések tönkremenetele a nem kompatibilis folyadékoktól), amelyek veszélyeztetik az üzembiztonságon túl a gazdaságos működtetést is [2]. Mivel a tényleges égési folyamat kifejezetten összetett, a napjainkban már elterjedtnek számító numerikus áramlástani szimulációk (CFD 1 ) is kiemelt szerepet kapnak az effajta vizsgálatokban [3].…”

Single Neural Adaptive PID Control for Small UAV Micro-Turbojet Engine

“…where a i , b i are the constant coefficients. The structure of Equation (15) was selected according to the experimental results in [33]. For this reason, within the entire operating speed range, the dynamic behavior of MTE can be approximately described by a set of second-order models.…”

Turbojet Thrust Augmentation through a Variable Exhaust Nozzle with Active Disturbance Rejection Control

“…Turbojet control, on the other hand, has been a subject of interest of many researchers and different methods to overcome its difficulties have been developed. For instance, H ∞ synthesis algorithms [7], single neural adaptive propositional-integral-derivative PID controllers [8] and non-linear controllers based on a linear control-loop with an exogenous non-linearity [4] have been developed to handle the process non-linearities. On the other hand, model uncertainty has been handled through model predictive control in [9,10].…”