基于模糊免疫比例积分控制的重型燃气轮机温度控制方法

摘要

一种基于模糊免疫比例积分控制的重型燃气轮机温度控制方法，涉及燃气轮机温度控制，该方法参考某单轴燃气轮机模型模拟实际排气温度，将排气温度设定值与实际排气温度的偏差送入模糊免疫比例积分控制器，通过改变燃料行程基准，改变燃料量。此方法结合了模糊控制、免疫控制、比例积分控制，能够使温度控制适应非线性、不确定性等问题，具有良好的动态和静态性能。与传统方法相比，具有更高的控制精度，更小的超调量，更强的抗干扰能力，更强的鲁棒性，防止因透平前温过高而损害透平叶片，有助于提高机组的使用寿命。

主权项

1.一种基于模糊免疫比例积分控制的重型燃气轮机温度控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)在燃气轮机透平排气口等间隔安装N个排气温度传感器，其中，第1～N个排气温度传感器测量的排气温度分别记为T_测1，T_测2…T_测N，N取大于等于16的正整数，排气温度平均值记为T_平均，排气温度设定值记为T_设，第k时刻的排气温度设定值T_设(k)与排气温度平均值T_平均(k)的偏差记为e(k)，作为模糊免疫比例积分控制器的输入值；2)在线计算模糊免疫比例积分控制器的积分作用系数：设计模糊控制器，第k时刻的排气温度设定值T_设(k)与排气温度平均值T_平均(k)的偏差e(k)作为模糊控制器的输入值，第k时刻的排气温度设定值T_设与排气温度平均值T_平均的偏差经微分得到偏差变化率记为ec(k)，也作为模糊控制器的输入值；确定排气温度设定值T_设与排气温度平均值T_平均的偏差的模糊论域{-3，-2，-1，0，1，2，3}，模糊语言值{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，排气温度设定值T_设与排气温度平均值T_平均的偏差变化率的模糊论域{-3，-2，-1，0，1，2，3}，模糊语言值{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，偏差及偏差变化率的隶属度函数均为三角形，确定积分作用系数增量的模糊论域{-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06}，模糊语言值{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，隶属度函数采用三角形；根据工程经验及燃气轮机温度控制要求，设计模糊控制积分作用系数增量：如果e(k)是NB，且ec(k)是NB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NB，如果e(k)是NB，且ec(k)是NM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NB，如果e(k)是NB，且ec(k)是NS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NM，如果e(k)是NB，且ec(k)是Z，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NM，如果e(k)是NB，且ec(k)是PS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NS，如果e(k)是NB，且ec(k)是PM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是NB，且ec(k)是PB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是NM，且ec(k)是NB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NB，如果e(k)是NM，且ec(k)是NM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NB，如果e(k)是NM，且ec(k)是NS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NM，如果e(k)是NM，且ec(k)是Z，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NS，如果e(k)是NM，且ec(k)是PS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NS，如果e(k)是NM，且ec(k)是PM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是NM，且ec(k)是PB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是NS，且ec(k)是NB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NB，如果e(k)是NS，且ec(k)是NM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NM，如果e(k)是NS，且ec(k)是NS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NS，如果e(k)是NS，且ec(k)是Z，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NS，如果e(k)是NS，且ec(k)是PS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是NS，且ec(k)是PM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是NS，且ec(k)是PB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是Z，且ec(k)是NB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NM，如果e(k)是Z，且ec(k)是NM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NM，如果e(k)是Z，且ec(k)是NS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NS，如果e(k)是Z，且ec(k)是Z，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是Z，且ec(k)是PS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是Z，且ec(k)是PM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PM，如果e(k)是Z，且ec(k)是PB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PM，如果e(k)是PS，且ec(k)是NB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NM，如果e(k)是PS，且ec(k)是NM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为NS，如果e(k)是PS，且ec(k)是NS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是PS，且ec(k)是Z，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是PS，且ec(k)是PS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是PS，且ec(k)是PM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PM，如果e(k)是PS，且ec(k)是PB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PB，如果e(k)是PM，且ec(k)是NB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是PM，且ec(k)是NM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是PM，且ec(k)是NS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是PM，且ec(k)是Z，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是PM，且ec(k)是PS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PM，如果e(k)是PM，且ec(k)是PM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PB，如果e(k)是PM，且ec(k)是PB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PB，如果e(k)是PB，且ec(k)是NB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是PB，且ec(k)是NM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为Z，如果e(k)是PB，且ec(k)是NS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PS，如果e(k)是PB，且ec(k)是Z，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PM，如果e(k)是PB，且ec(k)是PS，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PM，如果e(k)是PB，且ec(k)是PM，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PB，如果e(k)是PB，且ec(k)是PB，则第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)为PB；第k时刻排气温度设定值T_设(k)与排气温度平均值T_平均(k)的偏差e(k)、偏差变化率ec(k)分别乘以量化因子量化为模糊论域上的模糊量，根据模糊控制规则，得到第k时刻的积分作用系数增量Δki(k)的模糊控制量，乘以量化因子将其精确化，再加上常规比例积分控制器参数整定方法整定出的常规比例积分控制器积分作用系数初值，得到第k时刻模糊免疫比例积分控制器的积分作用系数ki(k)＝ki0+Δki(k)×α其中，ki(k)为第k时刻的模糊免疫比例积分控制器的积分作用系数，ki0为常规比例积分控制器参数整定方法整定出的常规比例积分控制器积分作用系数初值，α为积分作用系数增量的量化因子；3)在线计算模糊免疫比例积分控制器的比例作用系数：设计免疫模糊控制器，设第i代的抗原数量为ε（i），抗原刺激细胞的输出为T_H(i)，T_H(i)＝k₁ε(i)，k₁为激励因子，抗原抑制细胞的输出为T_S(i)，T_S(i)＝k₂f(·)ε(i)，k₂为抑制因子，f(·)为非线性函数，抗原细胞的总刺激为S(i)＝T_H(i)-T_S(i)＝(k₁-k₂f(·))ε(i)＝K(1-ηf(·))ε(i)，以第k时刻排气温度设定值T_设(k)与排气温度平均值T_平均(k)的偏差e(k)作为抗原数量ε(i)，则免疫模糊控制器输出为K(1-ηf(·))e(k)，模糊免疫比例积分控制器的比例作用系数为K(1-ηf(·))，其中，K＝k₁控制反应速度，控制稳定效果，f(·)为选定的非线性函数；采用模糊推理的方法逼近非线性函数f(·)，第k时刻的模糊免疫比例积分控制器输出记为G(k)，模糊免疫比例积分控制器输出经微分得到输出变化率，第k时刻的值记为ΔG(k)，G(k)，ΔG(k)均作为免疫模糊控制器的输入值，确定模糊免疫比例积分控制器输出的模糊论域{-1，1}，模糊语言值{N，P}，模糊免疫比例积分控制器输出变化率的模糊论域{-1，1}，模糊语言值为{N，P}，输出及输出变化率的隶属度函数均采用三角形，确定非线性函数f(·)取值的模糊论域{-1，1}，模糊语言值{N，Z，P}，隶属度函数采用三角形，设计非线性函数f(·)：如果G(k)是N，且ΔG(k)是N，则第k时刻的非线性函数f(·，k)是P；如果G(k)是N，且ΔG(k)是P，则第k时刻的非线性函数f(·，k)是Z；如果G(k)是P，且ΔG(k)是N，则第k时刻的非线性函数f(·，k)是Z；如果G(k)是P，且ΔG(k)是P，则第k时刻的非线性函数f(·，k)是N；第k时刻的模糊免疫比例积分控制器输出G(k)，输出变化率ΔG(k)分别乘以量化因子模糊化，根据上述模糊规则，得到第k时刻非线性函数f(·，k)的模糊控制量，乘以f(·)的量化因子将其精确化，得到第k时刻非线性函数f(·，k)的精确值，从而得到第k时刻模糊免疫比例积分控制器的比例作用系数kp(k)＝K(1-ηf(·,k))其中，kp(k)为第k时刻的模糊免疫比例积分控制器的比例作用系数，K，η为参数；4)计算第k时刻的温度控制燃料行程基准G(k)$G\left(k\right)=\mathrm{kp}\left(k\right)\times e\left(k\right)+\mathrm{ki}\left(k\right)\times \underset{j=0}{\overset{k}{\Sigma }}e\left(j\right)\times T$其中，T表示采样时间；5)将第k时刻的温度控制燃料行程基准G(k)送入燃料行程基准选择模块，参与燃料流量的控制，得到第k时刻的燃料量w_f(k)，通过燃料控制阀门送入燃烧室。