基于强化学习的燃气轮机转速控制策略研究

以某三轴燃气轮机作为研究对象,针对燃气轮机各工况下转速失稳、不同海况下的动力响应需求、外部干扰等因素对燃气轮机工作状态的影响问题,设计了基于Q-learning强化学习理论的控制策略,以智能算法在线调试代替人工手动调试过程,实现人工智能理论到工程实际的应用在进行软件层智能算法验证后,通过强化学习算法控制参数的自动优化完成了基于强化学习的转速控制策略硬件在环试验。研究表明：该设计算法可以在燃气轮机运行过程中判断触发、自我训练、自我调整控制参数,保证燃气轮机在各种突发情况下的运行稳定;在三轴燃气轮机转速失稳时,在较短时间内即可完成转速的回稳,并可将转速误差控制在2 r/min内,从而实现了转速失稳时的自救。     

基于模糊PID的微型燃气轮机发电机组控制性能研究

以30 kW燃气轮机发电机组为研究对象,基于MATLAB/Simulink平台搭建了微型燃气轮机发电机组各部件及系统仿真模型,研究了微型燃气轮机、发电机和电力变换装置的控制策略。考虑了电力变换过程的损耗影响,设计了微型燃气轮机发电机组的“机-网”功率匹配控制策略。研究了负荷大幅度阶跃突变时“机-电”动态变换规律和功率匹配特征,采用模糊PID控制改善了机组的动态响应特性。结果表明：燃气轮机负载从30 kW突降至15 kW的过程中,模糊PID控制体现出较好的控制性能。相比常规PID控制机组的暂态过程震荡幅度明显减小,其发电功率的稳定速度提高了24.5%,电功率的超调减小9.6%,转速变化更加平缓,透平入口温度的震荡幅度减小20.7%,机组功率因数的恢复速度提高36.0%。     

基于目标起动转速变化规律的起动过程瞬态喷油量控制策略研究

提出了一种基于目标起动转速变化规律的起动过程瞬态喷油量的控制策略以改善柴油机起动性能,详细介绍了这种控制策略的起动过程瞬态喷油量的确定方法,并在2.8T型4缸直喷高压共轨柴油机上与恒定油量控制方法和标定转矩MAP控制方法进行了台架对比试验。结果表明:标定转矩MAP控制方式虽然NO_x排放量最低,但燃烧效率普遍较低,HC与CO排放水平较高;而基于目标转速变化规律的控制策略可根据起动过程中目标转速的变化所对应的需求转矩精确地控制起动过程各循环的瞬态喷油量,实现对起动过程喷油量的循环控制,使各循环燃烧效率均保持在高水平,有效地降低了CO_2排放,且在保持HC和CO排放水平较低的前提下明显降低了NO_x排放量,同时很好地改善了起动到怠速的过渡过程转速的波动现象。     

电控单体泵燃油系统低速供油特性试验研究

在电控单体泵试验台上进行了低速供油特性试验研究,分析了不同喷油持续期、凸轮轴转速条件下的喷油压力和针阀升程变化情况,并研究了低速时电控单体泵的喷油量循环变化规律。试验结果表明:电控单体泵低速工况时,电控单体泵喷油压力与针阀升程曲线存在明显波动,并随凸轮转速增加,波动变化减弱;在不同喷油持续期内,大持续期喷油压力与针阀升程曲线波动规律与小喷油持续期一致;低转速下小喷油持续期喷油量循环波动小于大持续期工况,且随凸轮转速增加,喷油量循环波动降低。     

微型燃气轮机转速模糊PID控制器设计

针对微型燃气轮机发电系统在不同负荷区间建立转速线性局域模型,借助T-S模糊模型将各局域模型由负荷的模糊隶属度函数加权连接成微型燃气轮机燃料—转速的输入输出全局非线性模型,利用并行分配补偿控制思想设计了基于T-S模型的模糊PI控制器,通过仿真比较,验证了其优越的控制品质,对工程应用的控制器设计有借鉴作用。     

高压共轨柴油机的转矩柔性控制策略研究

通过对高压共轨柴油机转矩控制的需求分析,设计了一种前导通道和主控通道相结合的转矩柔性控制架构,给出了前导通道和主控通道相关控制模块的具体控制算法。利用ETAS公司的ASCET软件建立了该控制策略的转矩控制模型,经自动代码生成和编译下载到自制的电子控制单元(ECU)电路板中进行台架试验。试验结果表明:在发动机不同工况下,由于前导通道中微分控制的作用,油门踏板变化时喷油量受控于转矩前导通道,反之则受控于转矩主控通道,并使得发动机转速按照预期目标进行快速稳定地变化。     

燃气轮机启动用的自动启动阀

本文介绍了在4000马力机车燃气轮机上为自动启动用的自动启动阀,该阀能在启动过程中按照燃气轮机实际转速,自动给出燃油量,以达到燃气轮机快速自动启动的目的。     

基于LabVIEW的燃气轮机发电机组测控系统设计

采用基于NI CompactRIO控制器开发的燃气轮机发电机组测控系统,利用LabVIEW语言开发了具有燃机启动控制、闭环式转速控制及温度保护功能软件,对开发的测控系统进行突增和突降燃机25%负荷的试验。结果表明,本测控系统在突增或突降负荷时,使燃机最大瞬时减速或增速不超过设定转速的7%,能够在负荷变化很短时间内恢复到与最终稳态转速的偏差小于1%,满足船舶燃气轮机通用规范的要求。     

带回热微型燃气轮机系统动态过程分析

分析了微型燃气轮机的动态数学模型,利用解析方法,求解了带回热单轴燃气轮机动态方程,对定转速和变转速两种情况下微型燃气轮机负荷变化和甩负荷的动态过程进行了仿真,提出了机组变工况动态性能优化和控制优化的途径。该研究能够为实际机组的运行和系统性能参数的合理匹配提供理论指导。     

微型燃气轮机可变论域自适应模糊PID控制

微型燃气轮机是一个多变量、非线性的复杂系统,采用常规的控制方法仅能在其稳定运行时有较好的控制效果,而在负荷变化或特定工作点运行时,由于多种耦合限制的存在,往往难以取得令人满意的控制效果。基于微型燃气轮机发电系统的动态特性,在仿真平台上建立了含微型燃气轮机及发电系统完整的数学模型,并在模型中加入了可变论域自适应模糊PID(比例、积分、微分控制)控制环节,在燃气轮机孤网带载运行状态下,研究了燃气轮机的转速、燃料量、排气温度和机械转矩等动态特性。仿真结果表明:当负荷突变时,转速能够快速达到稳定且超调量不超过1.9%,燃料量在满载时能维持在1 p.u.附近,满足燃气轮机运行要求,具有稳态性能好、动态响应快和鲁棒性强的优点。     

柴油机起动过程瞬态喷油量的控制策略

为了改善柴油机起动过程的性能,提出了一种基于柴油机瞬时转速的起动油量斜坡控制策略.通过台架试验研究了喷油量对起动过程的影响,确定了起动油量斜坡控制策略的关键参数,并验证了斜坡策略的控制效果.结果 表明:根据瞬时转速控制的斜坡起动油量特性能够更好地适应柴油机起动过程,在保证柴油机迅速起动的前提下,降低起动过程的排放,实现...     

基于瞬态轨压下喷孔流量变化的控制策略

针对高压共轨电磁式喷油器喷孔变大或其它原因导致喷油量变大的问题,提出喷孔流量变动的在线诊断方法。通过对高压共轨燃油系统轨压变化基本原理,试验研究了转速、喷油提前角对瞬态轨压压降变化的影响,结果表明,转速和喷油提前角变化对高压共轨中瞬态轨压压降的影响属于正常范围。通过加电时间修正喷油脉宽,使理论喷油量和实际喷油量相符,研究了瞬态轨压的变化规律,并提出一套基于瞬态轨压来识别喷油器磨损的控制策略,通过轨压压降识别喷油器流量的变化。     

基于WINDOWS的微型燃气轮机实时智能监控系统

微型燃气轮机是一种新型的低排放的分布式发电装置，可广泛应用于分布式电站、冷热电联产以及混合电动汽车等领域。为对微型燃气轮机和动力电池组合进行混合动力应用试验研究，将微型燃气轮机与油耗仪、外接电池组和负载组成试验系统，通过控制发电机功率的数字功率控制器的用户维护串口，在Windows环境下开发监控程序，对微型燃气轮机运行状态参数，进行自动实时监控，并对发电功率进行自动调节。     

国产电控单体泵供油量精确测量与一致性规律分析

采用先进的EFS瞬时喷油量测量仪,对国产电控单体泵的供油量进行精确的测量,通过大量试验数据分析,总结了国产电控单体泵之间供油一致性随发动机工况的变化规律,即随着发动机转速的上升,单体泵之间供油一致性偏差先减小后增大。同时分析确定了造成国产电控单体泵供油一致性波动较大的主要原因,并提出了国产单体泵随发动机转速的理想修正趋势,为设计电控单体泵的修正控制策略提供了可靠的试验依据。     

环境温度对微型燃气轮机运行特性的影响研究

为了研究环境温度对微型燃气轮机关键部件与系统全工况运行特性的影响规律,针对100 kW级微型燃气轮机,通过模块化的建模方法建立了全工况计算模型,在环境温度-30~40 ℃、转速在75%~100%工况下,对机组与关键部件的运行特性进行了计算和分析。结果表明：随环境温度下降压气机压比与流量显著升高;燃气初温降低,回热器换热性能与压损均降低,机组功率、回热度与发电效率得到提升;当环境温度降低使机组功率高于设计功率时,随功率增加发电效率下降。     

柴油机高压共轨燃油系统热力学建模与仿真

以柴油机高压共轨燃油系统为研究对象,结合热力学分析,建立柴油机高压共轨燃油系统数学模型,利用Matlab/Simulink软件对其进行建模与仿真,获得了转速、轨压初始值和油门开度对燃油轨压力、单缸循环喷油量、喷嘴压力和燃油轨压力波动的影响规律。结果表明:喷射压力和单缸循环喷油量随油门开度的增大而增大;喷射压力和单缸循环喷油量随转速的增大而增大;喷射压力和单缸循环喷油量随轨压初始值的增大而增大;燃油轨压力波动量随轨压初始值的增大而减少。研究结果可为高压共轨燃油系统的设计提供参考。     

柴油机起动油量控制策略优化对燃烧的改善

为了改善柴油机起动过程的燃烧,利用基于循环控制的柴油机起动过程测控系统,研究了起动油量对柴油机冷机起动过程燃烧的影响规律,并对起动过程的油量控制策略进行了优化.试验结果表明:冷机条件下,采用不同恒定油量起动,直接进入怠速控制的起动油量控制策略,在起动初始或过渡阶段都存在不同程度的失火现象,供油量与转速变化的不匹配是导致过渡期失火的主要原因.通过采用大油量起动,过渡期随转速变化使用阶梯降低油量进入怠速的供油策略,能够有效减少在起动过渡期的失火和不完全燃烧循环,改善起动过程燃烧.     

柴油机喷油过程循环变动的测量分析

本文建立了一个测量多循环喷油过程连续变化情况的测试系统,在喷油泵试验台上测量分析了油泵齿杆位置固定、转速不变及转速突然变化时油管压力及喷油规律的连续变化情况。研究结果表明,在油泵齿杆位置固定、转速不变时,油管压力峰值大小与循环喷油量的大小并无一定的对应关系,喷油过程有二次喷射时,循环喷油量的波动并不是很大。在油泵齿条拉杆位置固定、转速突然增加时,喷油过程存在所谓超调现象。     

基于Modelica的回热型微型燃气轮机动态模拟

以Bowman TG80微型燃气轮机为研究对象,采用模块化的建模方法,基于Modelica/Dymola平台建立了回热型微型燃气轮机的全工况动态热力系统及控制系统模型。根据试验数据对模型不同负荷下的发电效率进行了对比,并通过验证模型的启动、连续变负荷和停机动态过程,确定了多个关键技术参数。最后,分析了阶跃升降25%负荷过渡过程中不同回热器热惯性、转轴转动惯量、燃烧室容积惯性和控制器参数的系统动态响应。结果表明：不同负荷下的发电效率与试验值吻合良好,设计工况相对误差为0.11%,部分负荷最大相对误差为3.58%;根据停机工况确定的转动惯量和高温气道质量分别为0.016 kg·m²和5 kg,启动和连续变负荷过程与试验数据吻合较好;回热器热惯性和转轴转动惯量是影响系统响应特性的主要因素,回热器和转轴轻量化有利于实现更优的动态响应;合理的PID控制参数可以优化控制品质,比例增益和积分时间对控制效果的影响较大,微分时间作用不明显。     

基于喷雾动量的喷油器各孔喷射特性试验研究

基于喷雾动量搭建了喷油器各孔有效流通截面积与喷油规律测试系统,在验证其准确性的基础上,研究了各孔有效流通截面积、喷油规律与喷射均匀性随着油泵转速、循环油量的变化。研究结果表明:在同一工况下,有效流通截面积、喷油规律各孔变化趋势一致,循环喷油量分布不均匀,第五孔明显小于其他四孔,最大差异达到24%;随着油泵转速的升高,有效流通截面积波动趋于平稳,循环喷油量及喷油持续期均增大,单位凸轮转角喷油速率降低,各孔喷油量不均匀度变小;随着循环喷油量的增加,喷油速率及持续期均变大,各孔喷油量不均匀度变小。