一种微型燃气轮机解耦控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105863850A(43)申请公布日2016.08.17(21)申请号201610178952.1(22)申请日2016.03.25(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人刘彦翔张帆张俊礼周霞沈炯(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人肖明芳(51)Int.Cl.F02C9/00(2006.01)F25B15/06(2006.01)F25B49/04(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种微型燃气轮机解耦控制方法(57)摘要本发明针对微型燃气轮机冷热电联供系统可分解为两个子系统的特点，提出了一种微型燃气轮机解耦控制方法，采用效能相对增益矩阵准确判断输入量与输出量的配对方式，通过奇异值分解的解耦方法对控制对象进行控制器设计。单元机组的协调控制的仿真结果表明，基于效能相对增益矩阵—奇异值分解解耦控制方法与传统的PID控制方法相比可以减少调节时间，减弱耦合，降低超调量，使系统获得良好的动态和静态特性。与一般的解耦控制方法相比，消除耦合的效果好，计算简单，工程上易于实现。CN105863850ACN105863850A权利要求书1/2页1.一种微型燃气轮机解耦控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将MGT-CCHP系统中三输入三输出结构的控制问题，分解成两个双输入双输出结构的控制问题，即微型燃气轮机子系统和溴化锂制冷机子系统的独立闭环控制问题，获取两个子系统的传递函数；步骤2，对获取的微型燃气轮机子系统和溴化锂制冷机子系统的传递函数进行降阶处理得到微型燃气轮机子系统和溴化锂制冷机子系统降阶后的传递函数；步骤3，根据微型燃气轮机子系统降阶后的传递函数，计算得到稳态增益矩阵G1(0)及带宽矩阵Ω1(0)，求解出效能增益矩阵E1(0)和效能相对增益矩阵Φ1(0)，根据配对规则判断变量的最佳配对方式；步骤4，根据溴化锂制冷机子系统降阶后的传递函数，计算得到稳态增益矩阵G2(0)及带宽矩阵Ω2(0)，求解出效能增益矩阵E2(0)和效能相对增益矩阵Φ2(0)，根据配对规则判断变量的最佳配对方式；步骤5，对微型燃气轮机子系统的稳态增益矩阵G1(0)进行奇异值分解，得到微型燃气轮机子系统的设计结果；步骤6，对溴化锂制冷机子系统的稳态增益矩阵G2(0)进行奇异值分解，得到溴化锂制冷机子系统的设计结果；步骤7，根据微型燃气轮机子系统和溴化锂制冷机子系统的设计结果，完成MGT-CCHP控制系统的设计。2.根据权利要求1所述的一种微型燃气轮机解耦控制方法，其特征在于，步骤2包括：对获取的微型燃气轮机子系统和溴化锂制冷机子系统的传递函数进行降阶，通过比较响应曲线的方法，将传递函数中的高阶惯性环节近似为一阶惯性环节加上纯延迟环节，得到微型燃气轮机子系统和溴化锂制冷机子系统降阶后的传递函数。3.根据权利要求2所述的一种微型燃气轮机解耦控制方法，其特征在于，步骤3包括如下步骤：步骤3-1，根据微型燃气轮机子系统降阶后的传递函数，得到稳态增益矩阵G1(0)：其中gij(0)表示传递函数中第i行，第j列的稳态增益，n为稳态增益矩阵G1(0)的行数；步骤3-2，根据求出带宽矩阵Ω1(0)：其中wB,ij是使得第i行，第j列传递函数的稳态增益gij(0)为倍时的频率值，B代表带2CN105863850A权利要求书2/2页宽，带宽是指在频率特性上，使输出为时的频率值；步骤3-3，根据稳态增益矩阵G1(0)和带宽矩阵Ω1(0)求解出效能增益矩阵E1(0)：其中eij表示第i个输入与第j个输出之间的效能增益关系；步骤3-4，根据效能增益矩阵求出效能相对增益矩阵Φ1(0)：其中φij表示第i个输入与第j个输出之间的效能相对增益关系；步骤3-5，根据效能相对增益矩阵Φ1(0)的配对规则判断微型燃气轮机子系统输入输出之间的最佳配对方式。4.根据权利要求3所述的一种微型燃气轮机解耦控制方法，其特征在于，步骤5包括：对微型燃气轮机子系统的稳态增益矩阵G1(0)进行奇异值分解，得到左奇异值矩阵U1、右奇异值矩阵V1和主对角矩阵Σ1，将控制回路闭环，保持溴化锂制冷机子系统回路开环，调整PID或者PI控制器的参数，使得响应曲线的过渡过程时间最小和超调量最小，从而得到微型燃气轮机子系统的设计结果。5.根据权利要求4所述的一种微型燃气轮机解耦控制方法，其特征在于，步骤6包括：对溴化锂制冷机子系统的稳态增益矩阵G2(0)进行奇异值分解，得到左奇异值矩阵U2，右奇异值矩阵V2，主对角矩阵Σ2，将控制回路闭环，保持微型燃气轮机子系统回路开环，调整PID或者PI控制器的参数，使得响应曲线的过渡过程时间最小和超调量最小，从而得