[发明专利]一种基于自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法，包括外环和内环，外环为二阶线性自抗扰控制器、内环为一阶线性自抗扰控制器，外环二阶线性自抗扰控制器包括比例微分控制器Kp_out，Kd_out与扩张状态观测器ESO_out，内环一阶线性自抗扰控制器包括比例控制器Kp_in与扩张状态观测器ESO_in。本发明的技术方案，采用串级控制的方式实现燃气轮机功率闭环控制，且内环采用一阶线性自抗扰控制器、外环采用二阶线性自抗扰控制器，能够保证低压轴扭矩、动力涡轮功率的无扰控制，且能够实现控制器抗饱和的作用。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机控制方法。

背景技术

燃气轮机具有功率密度高、燃料适应性强、效率高等优势，广泛应用于航空飞机、船舶动力推进、联合循环发电等领域中。随着电子电力技术、测控技术、先进控制技术、人工智能技术等新兴技术的兴起，对燃气轮机的控制将有更大的提升。如何利用新兴技术提高燃气轮机性能，解决限制燃气轮机发展问题，成为燃气轮机发展亟需解决的问题。特别是在船舶推进应用中，实现燃气轮机推进低耗能、低污染问题已迫在眉睫。

船舶燃气轮机既可用于驱动，又可用于发电等，多工作用途的特点，导致燃气轮机的控制方式存在差异。特别是在燃气轮机发电过程中，燃气轮机并网控制要求高，要求转速控制精确，波动误差小；燃气轮机推进过程中，同样需要其转速控制稳定以实现稳定推进。另一方面，由于燃气轮机工作模式众多，且存在排温、转速等限制，要求在模式切换时能够实现无扰切换。由于燃气轮机热力过程复杂，存在非线性、大时滞的特点，传统的比例积分控制很难实现燃气轮机的精准控制，亟需寻求一种能够解决燃气轮机上述问题的先进控制方法。

自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)为近年兴起的一种先进控制技术，其通过扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)将系统总扰动估计出来，将控制对象转换为积分串联型，再通过控制率进行补偿，实现无扰控制。燃气轮机运行过程中存在众多扰动如负载突变、燃料发生器非线性时延等特点，严重影响燃气轮机的控制。将自抗扰控制技术应用到燃气轮机上，将能够解决燃气轮机对扰动敏感、非线性、时滞等特点，特别能够实现燃气轮机无扰切换及跟踪控制，能够对燃气轮机运行性能有显著提升。

以燃气轮机发电或推进的船舶，应用自抗扰控制技术，能够解决发电并网转速控制要求高、推进时转速控制无扰动的难点。其对燃气轮机的船舶航行环境对燃气轮机扰动、燃烧室内燃动、燃料发生器扰动、压气机进气流量等扰动具有很好的适应性，相较于传统比例积分控制，控制过程更加稳定。因此，将自抗扰技术应用于船舶燃气轮机领域十分具有研究意义，亟需提出一种新的燃气轮机自抗扰技术方案，实现对燃气轮机的精确稳定控制。

发明内容

本发明的目的在于提供能解决燃气轮机工作过程具有非线性、延迟导致控制难的问题，并且实现多模式运行切换无扰控制，实现燃气轮机功率精确控制的一种基于自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于自抗扰控制的串级燃气轮机功率控制方法，其特征是：包括外环和内环，外环为二阶线性自抗扰控制器、内环为一阶线性自抗扰控制器，外环二阶线性自抗扰控制器包括比例微分控制器Kp_out，Kd_out与扩张状态观测器ESO_out，内环一阶线性自抗扰控制器包括比例控制器Kp_in与扩张状态观测器ESO_in。

本发明还可以包括：

1、内环一阶线性自抗扰控制器设计包括以下步骤：