Entwicklung vereinfachter Triebwerksmodelle zur modell-prädikativen Regelung eines M250 Triebwerks

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Entwicklung einer elektronischen Kraftstoffregelung für das Rolls-Royce M250-C20B-Triebwerk untersucht. Anstelle der bestehenden pneumatisch-mechanischen Einheit sowie des bereits implementierten Kaskadenreglers soll ein modellprädiktiver Regler (Model Predictive Control) eingesetzt werden. Grundlage hierfür bildet ein CARIMA-Modell, das mithilfe vergangener Zustandsgrößen Vorhersagen über die Reaktion des Triebwerks bei Änderungen des Kraftstoffflusses liefert. Auf Basis dieser Prognosen bestimmt ein Optimierer durch eine Kostenfunktion die optimalen Stellgrößenverläufe. Die Umsetzung und Evaluierung erfolgen vollständig in der Simulationsumgebung Matlab/Simulink. Neben der Modellidentifikation und Vorhersage wird insbesondere die Integration des Optimierers sowie die Gestaltung der Kostenfunktion detailliert beschrieben. Abschließend wird das Regelverhalten des Model Predictive Controls mit dem konventionellen Kaskadenregler verglichen und die erzielten Verbesserungen hinsichtlich Stabilität, Regelgüte und Rechenaufwand dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Model Predictive Control das Regelverhalten des M250-Triebwerks deutlich verbessert und das Potenzial hat, klassische Regelansätze langfristig zu ersetzen. Für einen realen Einsatz ist jedoch eine weitere Optimierung hinsichtlich Berechnungsaufwand und Echtzeitfähigkeit notwendig.