微燃机效率优化运行及全工况状态反馈控制

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1、第17卷第11期电机与控制学报Vol.17No.112013年11月ElectricMachinesandControlNov．2013微燃机效率优化运行及全工况状态反馈控制12111段建东，孙东阳，吴凤江，赵克，孙力(1．哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨150001;2．哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨150080)摘要:针对微型燃气轮机(简称微燃机)经典控制稳定性差的问题，提出全工况稳定的状态反馈控制策略和固定衰减特性状态观测器。建立较为准确的微燃机非线性数学模型，该模型能够通过解析

2、的方法反映出微燃机中压气机和透平全工况效率和流量的特性。利用转速变化对微燃机效率影响的规律，提出微燃机效率最优的变转速运行方式。利用这种运行方式进行微燃机数学模型的分段线性化，基于此设计了全工况稳定的状态反馈控制器，设计固定衰减特性状态观测器对不可测量状态变量进行估计。仿真结果证明所建模型与CapstoneC30数据具有很好的一致性，系统全工况运行具有较强的鲁棒性，观测器误差较小。关键词:微型燃气轮机;非线性数学模型;效率优化运行;状态反馈控制;状态观测器中图分类号:TM624文献标志码:A文章编号:1007－449

3、X(2013)11－0047－08Optimalefficiencyoperationandoveralloperatingconditionstatefeedbackcontrolofmicroturbine12111DUANJian-dong，SUNDong-yang，WUFeng-jiang，ZHAOKe，SUNLi(1．SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China;2．Scho

4、olofElectricalandEngineering，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin150080，China)Abstract:Againstpoorstabilityissueofclassicalcontrolofmicroturbine，overalloperatingconditionsta-blestatefeedbackcontrolstrategyandfixedattenuationstateobserverwereproposed．Ac

5、curatemicrotur-binenonlinearmathematicalmodelwasestablished，whichreflectsefficiencyandflowcharacteristicsofcompressorandturbineinmicroturbineunderalloperatingconditionsthroughtheanalyticalmethod．U-singtheefficiencylawofmicroturbineaffectedbyspeed，theoptimaleffi

6、ciencyvariablespeedoperationmodeofmicroturbinewasputforward．Themodelwaspiecewiselinearizedusingthisoperationmodeandthestatefeedbackcontrollerwasdesignedtoensurethestabilityforalloperatingconditions．Inordertoestimatetheunmeasuredstatevariablesthefixedattenuation

7、characteristicsstateobserverwasdesigned．SimulationresultsshowthattheproposedmodelisingoodagreementwithCapstoneC30data，thesystemhasstrongrobuststabilityunderalloperatingconditions，andobservererrorissmaller．Keywords:microturbine;nonlinearmathematicalmodel;optimal

8、efficiencyoperation;statefeedbackcontrol;stateobserver收稿日期:2013－01－21基金项目:国家自然科学基金(51107018);高等学校博士学科点专项科研基金(20102302120013);中央高校基本科研业务费专项资金(HIT．NSＲIF．2010103)作者简介:段建东(1985—