DISPOSITIVO DE CONTROL DE UN SISTEMA REGULADO Y MOTOR QUE INCORPORA DICHO DISPOSITIVO.

Dispositivo (10) de control de al menos una variable (V) de funcionamiento de un sistema regulado (40),

incluyendo este dispositivo: - un módulo (20) de filtrado de al menos una consigna (C) proporcionada a la entrada de dicho dispositivo de control (10), utilizando este módulo de filtrado (20) un integrador de primer orden; y - un módulo (30) de corrección de dicha al menos una variable (V) por realimentación, tomando en cuenta este módulo de corrección (30) una medida de dicha variable (V) y dicha al menos una consigna (C*) filtrada por dicho módulo de filtrado (20) para generar al menos un comando (U) de dicho sistema (40); caracterizándose dicho dispositivo (10) porque incluye: - un módulo (50) de control apto para generar un factor (º) de control de ganancia a partir de al menos un parámetro (P) de dicho sistema (40) y de un valor (LFP) de límite funcional asociado a este parámetro (P); y - medios para ponderar la ganancia (K) de dicho módulo de filtrado (20) en función de dicho factor (º) y del residuo (º) entre dicha consigna (C) y su valor filtrado (C*) por dicho módulo de filtrado (20)

Antecedentes de la invención

La invención se sitúa en el ámbito del control del funcionamiento de un sistema complejo.

Ésta encuentra aplicación privilegiada, aunque no limitativa, en el control de un motor.

Con carácter general, los sistemas complejos regulados responden a consignas externas, ajustando la ley de regulación unas variables de funcionamiento internas que tienden a conducir y mantener el sistema en el punto de funcionamiento conforme a las consignas.

Por ejemplo, en el caso de un motor, una consigna creciente de empuje tiene como primer efecto el de aumentar la variable representativa de la presión en la cámara de combustión del motor.

Para la regulación de un sistema complejo, es sabido utilizar una consigna filtrada mediante un filtro de primer orden, según se representa en la figura 1A.

En este ejemplo, la consigna filtrada C* es obtenida a partir de la consigna C mediante la ecuación (1) subsiguiente, en la que la ganancia K representa la dinámica del filtro y C*n−1, un valor anterior de la consigna filtrada:

C* = K × (C-C* ) + C *. (1)

n-1n−1

En la figura 1A, las referencias 21, 24 y 25 designan respectivamente: un restador, un sumador, un retardador, conocidos para el experto en la materia.

Por otro lado, los sistemas complejos incluyen, la mayoría de las veces, subsistemas cuyos parámetros internos han de mantenerse inferiores a un límite funcional, todo ello cualquiera que sea el régimen deseado de funcionamiento del sistema.

Por ejemplo, en un motor, la velocidad de rotación de una turbina nunca debe sobrepasar un valor límite predeterminado. Por tanto, se pueden producir conflictos entre la necesidad de cumplir con los límites de funcionamiento del subsistema y el objetivo de responder a las consignas.

Estos conflictos pueden ser debidos en particular a un mal conocimiento de los campos de utilización en el diseño del sistema o a una deriva con el tiempo de algunas características del sistema.

Para tratar de mitigar este problema, la técnica anterior propone unos sistemas, tales como el que está representado en la figura 1B, en el que se utiliza un saturador 26 para limitar la velocidad de los cambios de los puntos de funcionamiento y un saturador 27 para limitar la amplitud de los mismos.

Una saturación SAT sobre la velocidad de evolución de las consignas es aplicada sobre el parámetro K x (C − C*n−1), obteniéndose el valor de la consigna filtrada C* mediante la ecuación (2) que sigue:

C* = SAT (K × (C-C* )) + C *. (2)

n-1n−1

Se puede utilizar también un segundo saturador de la amplitud de evolución de las consignas, obteniéndose entonces el valor de la consigna filtrada C* mediante la ecuación (3):

C* = SAT (SAT (K × (C-C* )) + C * ). (3)

n-1n−1

Pero esta solución no es satisfactoria, ya que, si bien permite frenar el cambio de los puntos de funcionamiento para tender a la consigna, y limitar la consigna, no garantiza de ningún modo que los parámetros críticos de los subsistemas se mantengan dentro de sus límites funcionales.

Se tiene conocimiento asimismo, por el documento US4.280.083, de un sistema de realimentación que incluye medios para evitar una aceleración demasiado elevada de una parte móvil, aun cuando se le aplica una señal de entrada anómala. Objeto y resumen de la invención

La invención propone un dispositivo de control de un sistema regulado que permite tender al punto de consigna deseado, privilegiando al propio tiempo el cumplimiento de los límites funcionales de parámetros internos a ese sistema.

Más precisamente, la invención se refiere a un dispositivo de control de al menos una variable V de funcionamiento de un sistema regulado, incluyendo este dispositivo:

- un módulo de filtrado de al menos una consigna proporcionada a la entrada del dispositivo de control, utilizando este módulo de filtrado un integrador de primer orden;

- un módulo de corrección de la variable V por realimentación, tomando en cuenta este módulo de corrección una medida de esta variable V y la consigna C* filtrada por el módulo de filtrado para generar al menos un comando U del sistema;

- un módulo de control apto para generar un factor º de control de ganancia a partir de al menos un parámetro P del sistema y de un valor LFP de límite funcional asociado a este parámetro P; y

- medios para ponderar la ganancia K del módulo de filtrado en función del factor º y del residuo º entre dicha consigna C y su valor filtrado C*.

Con carácter general, la ganancia del módulo de filtrado, en otras palabras, la dinámica del filtro, se ajusta de modo que el parámetro antedicho cumpla su límite funcional.

De conformidad con la invención, esta restricción es prioritaria al cumplimiento de la consigna.

En una forma de realización particular de la invención, el módulo de control obtiene el factor de control de ganancia º mediante una relación del tipo º = f(º), donde º es la diferencia entre el parámetro P y su límite funcional LFP, y f, una función afín saturada.

El experto en la materia comprenderá que la banda de paso normal del filtro se obtiene cuando º = 1.

De forma ventajosa, el factor de control de ganancia º puede adoptar valores negativos, definiendo estos la velocidad de retorno del parámetro crítico por debajo de su límite funcional en caso de superación.

De conformidad con la invención, se pueden implantar simultáneamente varias restricciones.

En esta forma particular de puesta en modalidad de la invención, el módulo de control toma en cuenta una pluralidad de parámetros del sistema y elige el factor de control de ganancia para que sea el valor mínimo de los ºi, donde ºi = f(ºi), siendo ºi la diferencia entre un parámetro Pi y su límite funcional (LFPi) y f, una función afín saturada.

En una forma de realización preferida de la invención, la diferencia entre el parámetro protegido y su límite funcional tan sólo es tomada en cuenta cuando el residuo entre la consigna y su valor filtrado es positivo (demanda de crecimiento del punto de funcionamiento), sin ponderarse la ganancia de filtro cuando el residuo es negativo (demanda de decrecimiento del punto de funcionamiento).

Esta característica permite, ventajosamente, frenar el cambio de los puntos de funcionamiento cuando el parámetro protegido se acerca al límite funcional y aplicar una dinámica normal (º no aplicado) en caso de demanda de decrecimiento de la consigna, en otras palabras, de distanciamiento con relación al límite funcional.

En una forma particular de la invención, el módulo de control fija el factor de control de ganancia en una constante con la detección de al menos un evento predeterminado.

Así, se puede cortocircuitar o inhibir la función de cálculo del factor de control de ganancia y devolverlo a su valor inicial o a otro valor predeterminado.

En una forma particular de puesta en práctica de la invención, el módulo de corrección sigue una ley de control multivariable del tipo MIP (Modelo Interno Predictivo). Este control multivariable permite tener un importante margen de estabilidad. Éste es, por otro lado, muy robusto en el caso de los sistemas de parámetro medianamente variante.

La invención se refiere asimismo a un motor que incluye dos bombas que alimentan una cámara de combustión con dos propulsantes, pudiendo ser regulado el caudal de cada uno de los propulsantes mediante una válvula, incluyendo este motor un dispositivo de control tal y como se ha mencionado anteriormente, en el que:

- las variables V de funcionamiento son una presión PC en la cámara de combustión y una relación RM de los caudales másicos de los dos propulsantes a la entrada de la cámara;

- las consignas C son una consigna PCC de presión en la cámara de combustión y una consigna RMC de relación de los caudales másicos de los dos propulsantes a la entrada de la cámara;

- los parámetros P son unas velocidades de rotación de las bombas; y

- los comandos U son unos comandos de ajuste de la apertura de las válvulas. Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas...

1. Dispositivo (10) de control de al menos una variable (V) de funcionamiento de un sistema regulado (40), incluyendo este dispositivo:

- un módulo (20) de filtrado de al menos una consigna (C) proporcionada a la entrada de dicho dispositivo de control (10), utilizando este módulo de filtrado (20) un integrador de primer orden; y

- un módulo (30) de corrección de dicha al menos una variable (V) por realimentación, tomando en cuenta este módulo de corrección (30) una medida de dicha variable (V) y dicha al menos una consigna (C*) filtrada por dicho módulo de filtrado (20) para generar al menos un comando (U) de dicho sistema (40);

caracterizándose dicho dispositivo (10) porque incluye:

- un módulo (50) de control apto para generar un factor (º) de control de ganancia a partir de al menos un parámetro (P) de dicho sistema (40) y de un valor (LFP) de límite funcional asociado a este parámetro (P); y

- medios para ponderar la ganancia (K) de dicho módulo de filtrado (20) en función de dicho factor (º) y del residuo (º) entre dicha consigna (C) y su valor filtrado (C*) por dicho módulo de filtrado (20).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo de control (50) obtiene dicho factor (º) mediante una relación del tipo º = f(º), donde º es la diferencia entre dicho parámetro (P) y dicho límite funcional (LFP) y f, una función afín saturada.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo de control (50) toma en cuenta una pluralidad de parámetros (Pi) de dicho sistema (40) y porque dicho factor (º) se elige para que sea el valor mínimo de los ºi, donde ºi = f(ºi), siendo ºi la diferencia entre un parámetro Pi y su límite funcional (LFPi) y f, una función afín saturada.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la ganancia (K) de dicho módulo de filtrado (20) no es ponderada cuando dicho residuo (º) es negativo (º−).

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado

porque dicho módulo de control (50) fija dicho factor (º) en una constante (º1) a la detección de al menos un evento (EV) predeterminado.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado

porque dicho módulo de corrección (30) sigue una ley de control multivariable del tipo Modelo Interno Predictivo.

7. Motor que incluye dos bombas (111, 112) que alimentan una cámara de combustión (100) con dos propulsantes, pudiendo ser regulado el caudal de cada uno de dichos propulsantes mediante una válvula (121, 122), caracterizado porque incluye un dispositivo de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que:

- dichas variables (V) de funcionamiento son una presión (PC) en dicha

cámara de combustión (100) y una relación (RM) de los caudales másicos de los dos 15 propulsantes a la entrada de dicha cámara (100);

- dichas consignas (C) son una consigna (PCC) referente a la presión en dicha cámara de combustión (100) y una consigna (RMC) referente a la relación de los caudales másicos de los dos propulsantes a la entrada de dicha cámara (100);

- dichos parámetros (P) son unas velocidades (RT1, RT2) de rotación de 20 dichas bombas; y

- dichos comandos (U) son unos comandos (VR1, VR2) de ajuste de la apertura de dichas válvulas (121, 122).