9FA燃气轮机控制系统分析

论文摘要

9FA燃气轮机采用美国通用公司技术,是目前最先进的大型燃机,自2003年引入中国,由哈电集团(秦皇岛)重型装备有限公司进行组装生产。本课题针对9FA重型燃气轮机新型集成控制单元MarkⅥ进行硬件和软件工程分析,并开展燃气轮机建模与控制研究,以希望达到改善燃气轮机性能的目的。本文首先对Mark VI集成控制单元的硬件进行了剖析,主要分析MarkⅥ控制单元的硬件框架、典型控制单元的各个板卡的功能、MarkⅥ控制单元三层网络拓扑结构。在此基础上进一步展开MarkⅥ集成控制单元处理多控制对象、多输入变量、实现多控制目标的可靠性和稳定性分析。本文进一步详细研究了Mark VI控制单元编程工具软件Control System Toolbox (通用软件工具包),包括:系统参数、硬件模块库、硬件和I/O定义和功能块库等;尤其开展了9FA燃机MarkⅥ控制程序模块功能分析,对燃气轮机控制单元软件关键技术和控制代码进行了研究,为Mark VI控制单元的实际应用与调试以及二次开发奠定了基础。在硬件剖析和软件研究的基础上,本文从燃气轮机的工作原理出发,建立了燃机的数学模型,包括单独运行数学模型和并网运行数学模型;并开展控制单元仿真研究,探索了一种燃机模糊控制的新方法,以期望解决常规控制技术难以保证燃机控制指标问题。进而建立了基于MATLAB的仿真模型,并对传统PI控制和模糊控制进行了比较研究。研究表明,模糊控制不完全依赖于系统精确数学模型,具有较强的鲁棒性,有益于提高燃机的转速控制性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 燃气轮机发展概述
• 1.3 GE 9FA 燃气轮机的结构特点和主要参数
• 1.3.1 GE 9FA 燃气轮机的结构特点
• 1.3.2 9FA 燃机的性能参数
• 1.4 燃气轮机MARK VI 集成控制单元的发展
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 MARK VI 控制单元硬件分析
• 2.1 MARK VI 集成控制单元的硬件组成和剖析
• 2.1.1 网络系统构成及功能分析
• 2.1.2 Mark VI 控制单元配置分析
• 2.2 MARK VI 控制单元的可靠性分析
• 2.2.1 冗余系统配置和三冗余系统运行
• 2.2.2 三冗余工作模式
• 2.2.3 输出信号处理
• 2.2.4 输入信号处理
• 2.2.5 数字量和模拟量表决处理
• 2.2.6 响应频率和故障处理
• 2.2.7 轮机保护
• 2.3 本章小结
• 第3章 MARK VI 控制单元软件分析
• 3.1 引言
• 3.2 MARK VI 控制单元CONTROL SYSTEM TOOLBOX
• 3.2.1 系统参数
• 3.2.2 硬件模块库
• 3.2.3 硬件和I/O 定义
• 3.2.4 宏和模块库
• 3.2.5 功能块库
• 3.2.6 功能组
• 3.3 MARK VI 控制功能及程序模块分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 GE 9FA 型燃气轮机的数学模型及其模糊控制仿真研究
• 4.1 数学模型及其简化
• 4.2 GE 9FA 级重型燃气轮机的简化模型
• 4.2.1 建模对象
• 4.2.2 GE 9FA 燃气轮机数学方程
• 4.3 GE 9FA 燃机的MATLAB 建模和单给定闭环仿真
• 4.3.1 燃机模型的MATLAB/SIMULINK 实现
• 4.3.2 模型的开环运行
• 4.3.3 经典PI 控制
• 4.3.4 现代模糊控制
• 4.4 GE 9FA 燃气轮机的双给定双调节器闭环系统仿真
• 4.4.1 双给定双调节系统的构建
• 4.4.2 双给定双调节系统的仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介