基于自抗扰控制的燃气轮机导叶控制策略研究

作     者：单正 

作者单位：中国舰船研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：王元龙

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：燃气轮机 负载突变 可转导叶 自抗扰控制 半物理仿真 

摘      要：随着船舶综合电力推进技术的迅猛发展,以燃气轮机为发电核心的综合电力推进系统逐渐成为世界各国船舶动力技术的发展方向。在船舶电力系统中负载的变化是不可控的,因此解决燃气轮机负载突变是整个综合电力推进系统中最关键的核心技术。从目前燃气轮机的应用情况及发展趋势看,以燃油流量为单一控制手段的机组逐步优化为以可转导叶联合燃油控制的改进型机组,有必要在负载突变时对燃气轮机的可转导叶控制策略和控制方法进行深入的研究。本文以某型电缸驱动可转导叶的三轴燃气轮机技术参数为基础,采用模块化的建模方法,建立了燃气轮机低压压气机、可转导叶、高压压气机、燃烧室、转子、容积模块和负载等各主要部件的数学模型。针对燃气轮机负载突变过程中燃油流量与可转导叶间的非线性耦合关系,设计了燃气轮机可转导叶自抗扰控制算法,并依据控制要求制定了基于自抗扰控制的可转导叶控制逻辑,同时应用灰狼智能优化算法对自抗扰控制器的参数进行了整定。基于Matlab/Simulink仿真平台,建立面向控制的仿真模型。参考某型电动可转导叶的燃气轮机的运行特性,在以HiGale仿真系统和国产化控制柜搭建的半物理仿真平台上,完成了相应的配置和连接。利用所研究的自抗扰控制策略依托国产化控制系统硬件平台,设计了自抗扰控制器,完成了软件开发,并在半物理仿真平台上进行了研究验证。重点研究了在负载突变2MW、4MW、6MW、8MW以及负载全甩、连续升载、连续减载等不同情况下,常规PID控制算法与所研究的可转导叶自抗扰控制算法的控制规律。通过半物理仿真研究,结果表明,自抗扰控制控制策略较常规PID控制在同样情况下控制效果更好,尤其在负载突变较大时基于自抗扰控制的燃气轮机导叶控制策略优势明显,能够更好的满足燃气轮机负载突变情况下的控制要求。本文的研究成果可以为后续的试验研究和实机验证提供参考。