[发明专利]一种基于扩展卡尔曼滤波的船用燃气轮机参数估计及性能寻优方法

权利要求书

1.一种基于扩展卡尔曼滤波的船用燃气轮机参数估计及性能寻优方法，其特征是：

(1)建立船用三轴燃气轮机数学模型，引入表征气路健康状态的流量、效率健康状态的健康参数：

三轴燃气轮机非线性模型中引入表征各部件流量、效率健康状态的健康参数h，采用变比热方法计算三轴燃气轮机此工作点低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮与动力涡轮的工作参数及性能参数：

y_k＝g(x_k，h_k，u_k)+v_k

x为状态参数，u为输入参数，y为可测参数，w、v为系统噪声，k为离散的时间间隔；

(2)求解船用三轴燃气轮机非线性模型:

使用Matlab/Simulink中的S-function模块，调用三轴燃气轮机模型M文件，选择燃气轮机燃油量、压气机可转导叶角度作为输入量，流量不平衡量作为输出量，使用Newton-Raphson迭代法求解下式，

得到稳态工作点各部件特性，求解结果作为求解变工况动态过程的基础；

使用S-function模块，调用三轴燃气轮机模型M文件，选择燃气轮机稳态工作点各部件特性、燃油量、可转导叶角度作为输入量，功率的导数作为输出量，使用四阶Runge-Kutta方法求解下式，求解变工况动态过程：

β为建立数学模型时引入的求解各部件特性参数的自变量，e为流量不平衡方程的残差，n为高压轴与低压轴的转速向量，h′为迭代步长，K为不同步长下高压轴与低压轴转速的导数向量；

(3)建立船用三轴燃气轮机气路状态估计模型：

将三轴燃气轮机发生故障时带有测量噪声的可测参数测量值输入到扩展卡尔曼滤波器，故障状态下已知可测参数与基准模型参数的偏差量估计出动态系统状态参数变化过程：

P是状态预测误差的协方差阵，K是滤波增益阵，Q是系统噪声w的协方差矩阵，R是系统噪声v的协方差矩阵，系统矩阵A和测量方程C通过Jacobian计算方法来获得：

(4)故障状态下三轴燃气轮机的性能寻优方法：

利用序列二次规划算法对故障状态下的船用三轴燃气轮机进行性能寻优，扩展卡尔曼滤波器将对状态参数的估计结果输入到优化算法程序，即在已知三轴燃气轮机气路故障状态下，以燃油量、低压压气机可转导叶角度、高压压气机可转导叶角度为被控参数，寻求使三轴燃气轮机输出功率回复到故障之前状态的稳态工作点，保证燃机输出；优化过程中建立非线性不等式约束条件：n_L≤n_L，max＝1.02n_L，D，n_H≤n_H，max＝1.02n_H，D，

n_L，max是低压转子最大转速，n_H，max是高压转子最大转速，n_L，D是低压转子故障前转速，n_H，D是高压转子故障前转速，是高压涡轮进口最大温度，是高压涡轮故障前温度，是动力涡轮出口最大温度，是动力涡轮故障前温度。