淺議燃?xì)廨啓C(jī)的控制技術(shù)

周未艾

摘要：燃?xì)廨啓C(jī)的控制是保證燃?xì)廨啓C(jī)可靠性運(yùn)行的關(guān)鍵，為此，本文對(duì)燃?xì)饪刂萍夹g(shù)進(jìn)行了研究。首先，結(jié)合現(xiàn)代控制理論對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)控制過(guò)程中的一些問(wèn)題進(jìn)行了闡述;其次，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行分析以及工作原理進(jìn)行分析;最后，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)今后的發(fā)展提出了看法。本文分別討論了燃?xì)廨啓C(jī)的拉制問(wèn)題，頻域設(shè)計(jì)方法，開(kāi)環(huán)最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制等，希望能夠起到借鑒意義。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);控制系統(tǒng);監(jiān)控檢測(cè)

引言

航空工業(yè)的發(fā)展限制了中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，它在一段時(shí)間內(nèi)仍然處于停滯狀態(tài)。伴隨著對(duì)于國(guó)內(nèi)外相關(guān)優(yōu)秀技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)，我們?nèi)細(xì)廨啓C(jī)的相關(guān)技術(shù)取得了很大進(jìn)步。燃?xì)廨啓C(jī)所涉及的學(xué)科很多，如材料，測(cè)量和控制。隨著造船和航空業(yè)的快速發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)已然得到改善。

1燃?xì)廨啓C(jī)的控制問(wèn)題

作為動(dòng)力單元，燃?xì)廨啓C(jī)包括了很多部件，有燃燒室相關(guān)部件、壓氣機(jī)及渦輪機(jī)等。燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用較為廣泛，其被常用于發(fā)電、車輛、船舶及航空等領(lǐng)域。燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)使用中間冷卻、多軸、可變幾何及回?zé)岬确绞絹?lái)滿足整體負(fù)荷的匹配和相關(guān)機(jī)械性能的要求。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)很復(fù)雜并且具有相對(duì)多的控制變量，燃?xì)廨啓C(jī)是一個(gè)復(fù)雜的多變量控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)對(duì)于不同的工況條件有一定的非線性。

燃?xì)廨啓C(jī)的控制目標(biāo)在不同的應(yīng)用中是不同的，民用的重點(diǎn)是低油耗，而軍用的重點(diǎn)是加速，但壓縮機(jī)喘振會(huì)對(duì)軍用燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生過(guò)熱影響，而在其運(yùn)行期間渦輪葉片也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生過(guò)熱影響。此時(shí)就需要控制器，控制器就是要在各種約束條件下使其達(dá)到正常運(yùn)行的規(guī)格，對(duì)于控制器的設(shè)計(jì)，通常采用現(xiàn)代頻域法，另外，還分別應(yīng)用了開(kāi)環(huán)最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制。本文將對(duì)此進(jìn)行討論并簡(jiǎn)要描述與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)的建模、預(yù)測(cè)和檢測(cè)問(wèn)題。

2開(kāi)環(huán)最優(yōu)及自適應(yīng)控制

如今，開(kāi)環(huán)最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制都應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中。就以下?tīng)顟B(tài)來(lái)說(shuō)，可以將其描述成為開(kāi)環(huán)最優(yōu)控制，假設(shè)其系統(tǒng)有：

狀態(tài)方程：X=f（x，μ，t）;

初始條件：X|=x

末端條件：h（x）=0;

約束條件：g（x，μ，t）≥U;

性能指標(biāo)：J=k（x，T）+∫L（x，μ，t）dt

開(kāi)環(huán)最優(yōu)控制解決了μ，因此可以在控制變量、狀態(tài)變量、結(jié)束條件等的約束下優(yōu)化其性能指標(biāo)。然而，這樣卻使得動(dòng)態(tài)優(yōu)化的解決變得困難重重。所以，在實(shí)際的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇最佳算法，再適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化其系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

在討論關(guān)于最小燃料控制在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中的問(wèn)題時(shí)，過(guò)渡過(guò)程中，燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片過(guò)熱問(wèn)題及壓縮機(jī)喘振問(wèn)題會(huì)限制Weiner-Ashret。離散非線性微分方程是解決首選方案，它使用每個(gè)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)獨(dú)立變量來(lái)通過(guò)靜態(tài)優(yōu)化來(lái)解決問(wèn)題。在過(guò)渡過(guò)程控制中作為開(kāi)環(huán)的最優(yōu)控制，由于它充分的考慮了非線性影響，比線性化方程設(shè)計(jì)的閉環(huán)恒定反饋增益系統(tǒng)更好。當(dāng)然，它和閉環(huán)控制的區(qū)別之處在于它僅對(duì)單個(gè)初始和結(jié)束條件有效。事實(shí)上，燃?xì)廨啓C(jī)加速過(guò)程的啟動(dòng)和停止條件是隨機(jī)的。因此，為了進(jìn)一步應(yīng)用開(kāi)環(huán)最優(yōu)控制，我們認(rèn)為應(yīng)該以其初始條件和控制量的相似于參數(shù)的形式來(lái)引入控制規(guī)律。除此，所選擇性能指標(biāo)函數(shù)應(yīng)小于結(jié)束條件和初始相關(guān)性。

如上所述，燃?xì)廨啓C(jī)的數(shù)學(xué)模型在不同的工作條件和外部條件下會(huì)有不同的變化。在燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要使得控制系統(tǒng)的自適應(yīng)能力滿足其自身運(yùn)行的各種條件，人們大膽使用了自校正控制和模型參考控制。模型參考控制的重點(diǎn)是在系統(tǒng)的確定性等效線性控制器中直接添加自適應(yīng)控制。通過(guò)調(diào)整控制器的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，從而使閉環(huán)系統(tǒng)的有效響應(yīng)接近了最為理想的目標(biāo)。

在線執(zhí)行系統(tǒng)參數(shù)預(yù)測(cè)和最佳控制參數(shù)計(jì)算的能力是自校正控制的特征。由于可以在線直接完成計(jì)算，因此它是幾乎能夠很好的適應(yīng)任何情況的。自校正控制在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中已有較為深入的研究，當(dāng)然其與實(shí)際應(yīng)用依然存在著一定的距離。

3燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1燃?xì)廨啓C(jī)有更復(fù)雜的復(fù)合系統(tǒng)

為能夠有效提高燃?xì)廨啓C(jī)在可變工作條件下的熱效率及機(jī)械性能，在其裝置上增加渦輪機(jī)可調(diào)節(jié)噴嘴等，這樣其控制對(duì)象也就變得更加的復(fù)雜。其動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用包括：聯(lián)合煉油廠燃?xì)饴?lián)合循環(huán)系統(tǒng)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)與柴油機(jī)超高壓復(fù)合系統(tǒng)、燃?xì)鈾C(jī)在化學(xué)催化裂化能量回收系統(tǒng)等等。必須要與系統(tǒng)有絕佳的配合，燃?xì)廨啓C(jī)的控制才能很好的滿足其自身運(yùn)行的要求。

3.2多變量聯(lián)合控制系統(tǒng)發(fā)展

在出現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制后，最優(yōu)控制變成了可實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)，然而也還是有一些問(wèn)題存在：第一個(gè)問(wèn)題，要是在復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)下設(shè)計(jì)的，其也會(huì)有非常復(fù)雜的反饋控制系統(tǒng)，需要更多可變組件，這樣就降低了可靠性。要解決這個(gè)問(wèn)題，一是通過(guò)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型并通過(guò)采用部分狀態(tài)反饋的形式;二則是通過(guò)提高控制器的適應(yīng)性來(lái)解決。從理論上來(lái)說(shuō)，自適應(yīng)控制系統(tǒng)是能夠很好的解決掉這些問(wèn)題的，只是在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些困難。

3.3燃?xì)廨啓C(jī)建模仿真趨智能化

燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)雖然相對(duì)復(fù)雜，但它始終也只是不同的典型熱元件的組合而已。如今，對(duì)于典型熱元件的建模早已不再有任何問(wèn)題，如果要大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)建模過(guò)程，則可以使用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)組件之間的組合和連接。但是，還存在一些問(wèn)題：首先，某些結(jié)構(gòu)類型的連接存在一些困難;其次的問(wèn)題則是，因在后續(xù)的程序處理中存在一些難題，這就對(duì)機(jī)械的高智能性產(chǎn)生了很大負(fù)面影響。不久的未來(lái)可以通過(guò)對(duì)使用模擬語(yǔ)言的討論，并模擬框圖和微分方程，用微分方程描述子組件，并使用框圖來(lái)制作典型熱組件的不同組合。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)中的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。且由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及在控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，近年來(lái)在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的全面控制方面實(shí)現(xiàn)了很大突破，這卓有成效的降低了生產(chǎn)及使用成本，更有效的提高了機(jī)械的整體性能。我國(guó)為了使控制系統(tǒng)更加完善也將對(duì)系統(tǒng)的控制、檢測(cè)實(shí)現(xiàn)一體化?？偟膩?lái)說(shuō)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的控制是一個(gè)發(fā)展的方向。

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（作者單位：南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司南京燃汽輪機(jī)研究所）