某型燃气轮机建模与自适应控制研究

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1、中图分类号：V233.7论文编号：102870218-S073学科分类号：082502硕士学位论文某型燃气轮机建模与自适应控制研究研究生姓名欧阳慈学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向飞行/推进系统综合控制指导教师黄向华教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonModelingandAdaptiveControlofa

2、GasTurbineAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringByOuYangciAdvisedbyProf.HuangXianghuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

3、南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要建模、控制算法研究以及仿真试验都是燃气轮机研制过程中必不可少的环节，本文针对这三者展开研究。首先，采用容积惯性法代替牛顿-拉普逊法建立三轴燃气轮机非线性动态模型，并考虑变比热、引气与冷却等环节，通过与试车数据比较验证了所建模型具有良好的仿真精度。采用容积惯性法不但提高了模

4、型的实时性，并且动态过程更接近真实燃气轮机运转状态。分析了容积惯性法建模中低转速阶段仿真时出现的参数振荡现象产生的原因，通过增加低转速特性数据消除了参数振荡，并提出了一种基于指数平衡与样条拟合的外推方法来获得低转速特性数据。通过低压压气机特性数据外推计算与分析，证明了该外推方法具有较好的准确性。然后，针对重型燃气轮机非线性强、惯性大和负载多变等特点，提出了一种基于深度信念网络的自适应控制器。该控制器结合了深度信念网络和传统PID控制器，其中深度信念网络作用是在线调整PID参数，而传统PID控制器负责控制量的计算与输出。通过数字仿真，验证了该控

5、制器满足燃气轮机转速控制的要求，并且具有良好的自适应性，在燃气轮机不同工况下，能够对其转速进行准确控制，使得系统快速响应的同时无超调量。最后，针对燃气轮机硬件在环仿真平台的需要，设计了一种能够采集并模拟多种范围电压、电流与频率信号的接口模拟器。搭建了燃气轮机硬件在环控制平台，在试验前对接口模拟器以及控制器进行了标定与平台的实时性验证。在已有的控制器上，完成了基于RTX操作系统的多任务嵌入式控制系统开发。通过硬件在环试验，进一步验证了本文设计的控制器具有良好的控制效果与较强的自适应能力。关键词：燃气轮机，容积惯性，建模，仿真，自适应控制，深度信

6、念网络，硬件在环i某型燃气轮机建模与自适应控制研究ABSTRACTModeling,researchoncontrolalgorithm,simulationandtestareessentialelementsinthedevelopmentprocessofagasturbine,andtheyarealsotechnicaldifficulties.Thispaperfocusesonthesethreepoints.Firstly,volumeinertiamethodisusedtoestablishathree-shaftgast

7、urbinenonlineardynamicmodelinsteadofNewton-Raphsonmethod,whichtakingvariablespecificheat,airbleeding,coolingandsoonintoconsideration.Thesimulationaccuracyofthemodelisverifiedbycomparingwithtestdata.Usingvolumeinertiamethodcanimprovethereal-timeperformanceofthemodel,andthedy

8、namicprocessofthemodelisalsoclosertotherealoperatingstateofthegasturbine.Theparame