基于matlabsimulink的燃气轮机数控仿真研究

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1、文章编号：!""#$%&’（()""%）")$""!!$"&基于!"#$"%&’()*$(+,的燃气轮机数控仿真研究!余又红，张仁兴，孙丰瑞（海军工程大学动力工程学院，湖北武汉&%""%%）摘要：阐述了燃气轮机控制过程，提出了%轴燃气轮机数控系统的仿真模型，并运用*+,-+./0123-145工具对燃气轮机的加速过程进行仿真，分析了选择不同参数值对系统性能的影响，从中得出参数的最优值6关键词：燃气轮机；数控系统；仿真中图分类号：78&9!文献标识码：:-(.(#"$/0+#10$2()*$"#(0+03."2#*1%(+4%"2450+!"#$"%&’()*$(+,;<

2、;=3>?=4@，AB:CDEF4>G14@，0I31（J=KFIL4@6M=--F@F，C+N+-<41N6=OL4@14FFI14@，P3?+4&%""%%，M?14+）6%2#1"/#：Q4,?1RS+SFI，+R123-+,1=42=TF-=O,?IFF>R?+O,@+R,3I.14FRUT1@1,+-V=4,I=-RWR,F21RSIFRF4,FT+O,FI,?FSI=VFRR=OV=4,I=-RWR,F2R=O,?F@+R,3I.14FR1R1--3R,I+,FT6:VVF-FI+,1=4SI=VFRRFR+IFR123-+,FTK1,?*+,

3、-+.>0123-14567?FFOOFV,R=OR=2F2+14N+I1+.-FS+I+2F,FIR=4,?FRWR,F2SFIO=I2+4VF+IF+4+-WXFT，+4T,?F=S,1232S+I+2F,FIR+IF=.,+14FT674890152：@+R,3I.14F；T1@1,+-V=4,I=-RWR,F2；R123-+,1=4近年来，随着科学技术的发展，燃气轮机越来越向高性能方向发展，良好的动态性能就显得越来越重要，它基本上决定了舰船等的机动性6因此，燃气轮机的数控系统研究在国防上有很重要的实际意义6*+,-+./0123-145是一种新型建模、仿真工具，

4、与传统的模型实现方法相比，具有直观、方便、数值运算准确等优点6运用此工具可以大大缩短模型的开发时间6本文以%轴燃气轮机为原型，应用*+,-+./0123-145工具对燃气轮机的数字控制系统进行仿真研究6!*+,-+./0123-145软件环境简介随着控制理论的迅速发展，控制性能的要求也越来越高，控制算法也越来越复杂6同时随着计算机技术的迅速发展，控制系统的计算机辅助设计方法也达到了相当高的水平6*+,-+.就是一种计算机辅助设计方法优秀软件的代表6它推出的0123-145是一个使用框图进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包，可以方便地建立控制器和控制对象模型，通过

5、仿真不断地优化和改善系统设计6它采用鼠标驱动方式，能够处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统［!］6)燃气轮机及控制系统模型燃气轮机控制系统由控制对象（燃气轮机）和控制部分组成6由于数字计算机具有强大的计算、逻!收稿日期：)"")>"#>)(；修订日期：)"")>!!>!’基金项目：国防预研基金项目作者简介：余又红（!#9Y>），男，硕士生6万方数据·"$·辑、判断和记忆等信息加工能力，所以利用计算机作为控制器具有极大的优势!数字控制系统的任务是：当外界条件改变时，发动机转速应保持稳定；加、减速时，发动机应根据预定的程序，达到

6、给定的转速；为防止超温、超速，还规定了允许的最高温度及最高转速［$］!下面以加速过程为例说明燃气轮机的控制过程!图"为燃气轮机的供油量!"和高压转子#$的关系曲线$图中%&’是稳态线；%(’是加速线；’)%是减速线$对于加速过程，起始阶段发动机的转速为#%，要求加速到#&$当控制指令下达时，控制器按燃气轮机!"#（"#$）特性线中加速线控制油量输出，并不断地采样状态变量#$，与目标值#&相比较$当转速达到#(时，若继续按油量误差信号控制加速过程，则当转速达到##时，油量误差信号为!"%!"，为要结束加速过程，油量误差图"燃气轮机!"#（"#$）特性线#&信号一定要突然降

7、为零，如此剧烈的减油会引起油量及转速的过调或激烈震荡$因此，单纯按油量误差信号来控制加速过程不合适，这时可以引入转速误差信号控制回路来改善!传统的方法是采用&调节、&’调节或&’(调节$考虑到燃气轮机控制延时小，允许有一定的静态误差，故本文对转速误差信号控制回路采用&调节进行仿真研究$对于)轴燃气轮机而言，只对高压转子转速这一状态变量进行闭环控制$图$为燃气轮机数控系统结构示意图$燃气轮机数控系统由)个控制子系统组成［)］$转速控制子系统采用有差调节方式控制，本文采用一个比例调节器（即&调节）进行调节，如图)所示$图中图$燃气轮机数控系统