[發明專利]一種燃氣輪機的抗擾動控制器設計方法

在審

• 申請號: 202210449207.1
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114967442A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 杜靜文;楊慶材;姚文丹;隋永楓;許運賓;溫思歆;杜憲;孫希明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學人工智能大連研究院;浙江燃創透平機械股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 青島恒昇眾力知識產權代理事務所(普通合伙) 37332
• 代理人: 蘇友娟

1.一種燃氣輪機的抗擾動控制器設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一，建立燃氣輪機配套的燃料系統模型，包括液壓驅動的流量閥、快關閥、減壓閥和管道組成的主燃料通道、值班燃料通道和二次燃料通道模型；

步驟二，建立包括燃氣輪機數學模型的數值仿真程序；

步驟三，設計控制器，使得燃氣輪機的輸出能快速、穩定地達到期望信號，所涉及的控制器包括PID和ADRC；

步驟四，將步驟三中的PID和ADRC控制器進行組合，再引入無擾動切換方法來抑制由原始PID控制器切換到ADRC控制器的擾動。

2.根據權利要求1所述的一種燃氣輪機的抗擾動控制器設計方法，其特征在于：所述步驟一中燃料系統中的主燃料通道、值班燃料通道和二次燃料通道分別對應通道A、B和C，另外由液壓驅動的壓力控制閥主要用于母管壓力控制。

3.根據權利要求1所述的一種燃氣輪機的抗擾動控制器設計方法，其特征在于：所述步驟二中燃氣輪機數學模型可表示為：

其中f為系統狀態的非線性函數；為系統輸出的非線性函數；y為被控對象的輸出量；u為控制器輸出的控制量。

4.根據權利要求1所述的一種燃氣輪機的抗擾動控制器設計方法，其特征在于：所述步驟三中的控制器為ADRC和PID，

第一，針對非線性燃氣輪機模型設計ADRC二階控制器，考慮到ADRC是無模型控制器，通用二階被控模型可表示為：

其中a₁，a₂為被控模型未知量，g，w分別表示被控模型自身未知擾動和外部擾動，y表示輸出，u表示輸入，

引入廣義擾動得：

可得控制律u：

其中為總擾動的估計值，

令狀態變量矩陣擴張為：

令狀態空間方程可表示為：

其中C＝(1 0 0)，

通過狀態觀測器可觀測總擾動f，線性狀態觀測器可表示為：

其中L＝[l₁ l₂ l₃]^T，分別為各階狀態反饋增益，

再通過極點配置方式可得：l₁＝3ω₀，l₂＝3ω₀³，l₃＝ω₀³；

第二，針對非線性燃氣輪機模型設計PID控制器，同樣PID控制器也是無模型控制器，可表示為：

5.根據權利要求1所述的一種燃氣輪機的抗擾動控制器設計方法，其特征在于：所述步驟三中控制量u的微分項表示為s(x)為控制器切換選擇函數，表示當前處于激活狀態為第i個控制器；則在第k個運行周期的控制器輸出量u_k可表示為：

由上式可知，當前控制量u_k是在上一時刻的控制量u_k-1的基礎上增加了當前閉環回路控制器的控制增量因此不同控制器切換時不會導致控制量u突變，即實現了不同控制器切換瞬間的平滑過渡。