20981

۲۰۹۸۱

كاربرد شبيه سازي سخت افزار در حلقه جهت تست واحد كنترل الكترونيكي توربين گاز مولد قدرت

دكتري

ارتعاشات، كنترل و ديناميك

۱۳۹۱

آذر ۱۳۹۶

دكتر مرتضي منتظري

مكانيك

استفاده از توربين‌هاي گازي (چه هوايي و چه صنعتي)، امروزه در بسياري از صنايع، نه تنها امري اجتناب‌ناپذير است بلكه روندي رو به رشد نيز دارد. در اين ميان، استفاده از توربين‌هاي صنعتي مولد قدرت از جايگاه ويژه‌اي در صنايع مختلف نظير قطارها، ايستگاه‌هاي پمپاژ، هواناو و ... برخوردار مي‌باشد. در نتيجه، طراحي مدار كنترل توربين، از لحاظ اهميت قابل انكار نيست زيرا سيستم‌ كنترل الكترونيكي موتورهاي توربين گاز وظيفه مهمي در تعيين مقدار سوخت مورد نياز به همراه ارضاء قيود و محدوديت‌هاي فيزيكي موتور دارد. يكي از چالش‌هاي اساسي در طراحي اين سيستم، اطمينان از صحت عملكرد و پياده سازي الگوريتم كنترل سوخت روي سخت¬افزار الكترونيكي آن با انجام تست¬هاي جامع و تكرارپذير مي¬باشد. شبيه¬سازي سخت¬افزار در حلقه، روشي كم‌هزينه، جامع و تكرارپذير براي انجام تست¬هاي مختلف روي سيستم¬هاي تعبيه‌شده مي‌باشد. در اين رساله، كاربرد شبيه¬سازي سخت¬افزار در حلقه براي تست واحد كنترل الكترونيكي يك توربين گاز مولد قدرت ارائه گرديده است. همچنين دلايل ايجاد خطا در تست¬هاي مذكور مورد بررسي قرار گرفتند. لازم به ذكر است، تاكنون نه تنها گزارشي مبني بر انجام تست سخت‌افزار در حلقه براي واحد كنترل الكترونيكي توربين گاز مولد قدرت و به ويژه موتور توربوشفت دومحوره ارائه نشده است، بلكه گزارشي نيز در مورد نحوه تحليل خطاي مربوط به تست سخت‌افزار در حلقه، عوامل ايجاد خطا و چگونگي كاستن آن تا جاي ممكن نيز در دست نيست. بنابراين انجام اين آزمايش و شبيه‌سازي به همراه تحليل خطاي آن كه هدف اصلي اين رساله مي‌باشد، از اهميت بالايي برخوردار است و نوآوري اصلي اين پروژه محسوب مي‌گردد. در ادامه اين پژوهش، از نتايج حاصل شده براي كاربرد در يك پروژه صنعتي نيز استفاده شده است. بدين منظور ابتدا با استفاده از يك مدل ديناميكي با ساختار بلوكي وينر، الگوريتم كنترل سوخت بر اساس روش مين-مكس طراحي گرديد. سپس كنترلر طراحي شده، بر روي سخت¬افزار پي¬سي104پياده‌سازي شد و براي اطمينان از كاركرد آن، در تست سخت¬افزار در حلقه مورد آزمايش قرار گرفت. در ادامه، عوامل بروز اختلاف بين تست¬هاي انجام شده مورد بررسي قرار گرفت و سهم هر كدام در ايجاد خطا تعيين گرديد. همچنين در پايان، واحد سوخت‌رسان موتور توربوشفت نيز به صورت مدل فيزيكي در حلقه تست قرار داده شد تا با نتايج حاصل از تست سخت¬افزار در حلقه¬هاي قبلي كه در آنها واحد سوخت‌رسان به صورت نرم‌افزاري بود، مقايسه گردد. نتايج حاصل از تست سخت‌افزار در حلقه در اين رساله نشان‌دهنده موفقيت پياده‌سازي كنترل‌كننده طراحي‌شده روي سخت‌افزار پي‌سي 104 مي‌باشد. همچنين از تحليل خطاي تست، اين نتيجه حاصل شد كه سهم عمده خطا، ناشي از عوامل سخت‌افزاري و گسسته‌سازي كنترلر مي‌باشد كه با تحليل صحيح آنها، خطاي مزبور مي‌تواند كاسته شود.

1398/06/09

Application of Hardware In the Loop Simulation for an Electronic Control Unit of a Power Generation Gas Turbine Engine

8/31/2019 12:00:00 AM

The use of gas turbines (whether aerospace or industrial) is not only inevitable in many industries, but also a growing trend. In this regard, industrial gas turbines have become one of the most commonly used power-generating machines in almost any high-technology industry including locomotive, oil and gas, hovercrafts, etc. Proper functionality of any gas turbine engine is highly dependent on the application of a reliable fuel controller which regulates the appropriate amount of fuel required for the engine at any timealong with the satisfaction of the constraints and physical limitations of the engine. One of the main challenges in designing this system is to ensure the correct operation and implementation of the fuel control algorithmon an electronic hardware by performing comprehensive and repeatable tests.Hardware in the loop simulation in the comprehensive and repeatable method for performing various tests on embedded systems. In this thesis, the application of hardware in the loop simulation is presented to evaluate the electronic control unit performance of a power generating gas turbine. The reasons for error occurrence in these tests have also been studied. It should be noted that so far, not only no report has been provided on hardware in the loop simulation for an electronic control unit of a power generating gas turbine, and in particular a turboshaft engine, but also no study have been performed on how to analyze the error in an HIL simulation in order to reduce it as much as possible. So doing this experiment and simulation, along with its error analysis, which is the main purpose of this thesis, is of great importance and is the main innovation of this project. The results of this research have been used for application in an industrial project. For this purpose, using a dynamic model with a Weiner block structure, a fuel-control algorithm is designed based on the Min-Max algorithm. Then, the designed controller has been implemented on the PC/104hardware. In order to ensure its reliable operation, it has been tested in numerous HIL simulations in each of which, the contributing factors to the simulation errors have been investigated. At the end, the physical FCU has also been introduced into the HIL simulation along with the ECU which was implemented on PC/104 hardware. The corresponding results have been compared with those of the previous HIL simulations in which the FCU was used as a software package. The results of the HIL simulations in this thesis illustrate the success of the controller algorithm implementation on the PC/104 hardware. Also from the simulations’ error analysis, it has been concluded that the major contributors to the simulation error, which can be reduced by correct analysis, are discretization factors and hardware equipments.