数字电液控制系统多粒度层次模块化混合建模与联合仿真研究

发布时间：2016-06-08 22:18

1绪论

随着汽轮机组容量的增大和电气元件可靠性的提高，对汽轮机组的安全性、经济性、负荷适应性和白动化水平的要求也越来越高。在20世纪二、三十年代出现了电气液压式控制系统。同机械液压式控制系统相比，电气液压式控制系统的执行机构仍然由液压部件构成，不同的是它的两个控制器分别由电气部件和机械部件构成。这种系统具有较高的运算精度和可靠性，可适应多种复杂的运行工况。相对于第一代的机械液压式控制系统，电气液压式控制系统在响应速度、调节精度和降低迟缓率方面有了不小的进步，但是由于早期电子元件的可靠性不高，单一控制器运行，不能完全满足机组连续运行的要求。控制系统大多设计为机械液压式控制系统和电气液压式控制系统共存、机械液压式控制系统作为电气液压式控制系统的备选调节方案。

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2汽轮祝数字电液控制系统多粒度层次模块划分

2.1引言

针对这个问题，需要对汽轮机DEH系统进行重新划分，本章提出了一种多粒度层次的模块划分方法。在对汽轮机DEH系统的结构和功能进行分析的基础上，根据模块层次性和独立性巧准则，依据粒度大小的不同将汽轮机DEH系统划分为不同层次的模块。＂自顶向下＂的思路分别对系统的模块对象进行分解，确定各个不同粒度层模块的接口和输入输出变量，在分析模块对象的基础上，再自底向上＂的思路分别建立各粒度层层模块的数学模型，确定各粒度层模块的参数变量传递关系，最后得到汽轮机DEH系统的模块划分方案。

2.2基于多粒度层次的汽轮机DEH系统模块划分准则与方法

合理的模块划分是模块化建模仿真研究的前提条件，模块划分是否合理对系统的模块化拼装与分析具有重要的影响。由于汽轮机DEH系统是蒸汽、液压、电气控制等多学科精合的系统，如何对汽轮机DEH系统进行合理的模块划分是一个比较复杂的过程，涉及到多个步骤。合理的模块分解方法应当能够使得系统的分解和组合过程比较容易，从而得到具有高内聚度、易于维护的模块。汽轮机DEH系统的模块划分一般功能分析和结构分解为基础，充分考虑模块间的相互作用和影响，及模块本身的物理性质、动态特性，确保各个模块具有独立性。因此，一般考虑以下几个准则，确保对汽轮机DEH系统的模块划分能够得到最佳的效果。（1）层次性准则，模块是模块化建模的基本单元，描述汽轮机DEH系统各个组成部分的无法再划分的单元。上层模块又可划分为更低一层的模块直至最底层的基本模块。在划分汽轮机DEH系统进行的模块时，必须先对系统进行全面的分析，同时考虑各个模块之间的相互影响和连接关系。（2）功能独立性准则，汽轮机DEH系统相互独立的功能部件和基础元件为对象建模。各个模块具有独立的物理性质，模块间的连接难度较小，功能独立性最主要的体现是可以独立地对系统中所有模块进行相关的性能分析和仿真试验。（3）数学独立性准则，即汽轮机DEH系统各个模块的数学模型具有独立性，模块的数学模型主要包括描述模块物理特性和动态特性的所有关系式和微分方程，且各个模块的数学模型可以进行单独的仿真试验。

3考虑模块颖合性的汽轮机DEH系统混合模型构建.....24

3.1引言.....24
3.2汽轮机DEH系统液压一控制一蒸汽模块賴合性分析.....25
3.3汽轮机DEH系统过程与对象混合的建模方法.....26
3.4汽轮机DEH系统模块混合建模实例.....33
3.5本章小结.....42
4基于模糊控制的汽轮机DEH系统控制器优化设计.....43
4.1引言.....43
4.2汽轮机DEH系统控制器优化模型分析.....43
4.3基于模糊PID的汽轮机DEH系统控制性能优化.....45
4.4汽轮机DEH系统控制性能优化对比分析.....54
4.5本章小结.....57
5汽轮机数字电液控制系统联合仿真.....57
5.1引言.....57
5.2汽轮机数字电液控制系统联合仿真架构.....57
5.3汽推机数字电液控制系统联合仿真系统的实现.....59
5.4汽轮机数字电液控制系统动态特性仿真研究.....64
5.5本章小结...........68

5汽轮机数字电液控制系统联合仿真

5.1引言

本章将基于《粒度层次模块划分的混合建横方法运用于＂工业汽轮机数字样机集成仿真研究＂项目，分析了汽轮机DEH系统多学科联合建模机理，结合各学科建模仿真软件的特点，分别构建汽化机DEH系统液压、蒸汽、电气控制子系统的仿真模型，设置了软件间的接口和仿真初始参数，将不同软件中的多学科子系统模型通过联合仿真接口集成在一起，实现了汽轮机DEH系统的多学科联合仿真；通过对各个工况和试验条件下的运行仿真，对比联合仿真的结果和实际情况，使仿真模型的准确性和新建棋方法的可行性得到验证，为提高系统控制性能提供了参考。

5.2汽轮机数字电液控制系统联合仿真架物

从图中可以看出，在第一步中，换向阀1接口B与C接通，连通压为油与开关油，压力油进入活塞缸M的F腔，活塞O在压为油的推动下向右移动直至与活塞P贴紧。活塞O向右移动的距离为9.15ｍｍ。在第二步中，换向阀2接口A与C接通，换向阀1，使其接口B与A连通，启动油接通回油，活塞缸F腔中的压为随之降低，在压差的作用下活塞O、活塞P一起向左移动，祸轮启动。活塞O和活塞P向左移动的距离为0.05ｍｍ。在第三步中，换向阀2210的接口A与B接通，接口A流量为负，活塞缸M中D腔中的速关油与回油连通迅速排泄，D腔的压力迅速降低活塞P在弹黃的推动下向右移动。活塞P向右移动的距离为9.15ｍｍ。仿真试验的结果符合汽轮机速关阀的实际运动情况。
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6总结与展望

6.1全文总结

针对汽轮机控制系统的复杂化和对于系统稳定性、精度和动态特性的要求，改进了汽轮机DEH系统的控制器的控制方法，将模糊控制理论的思想运用到汽轮机DEH系统的控制过程中，以原来传统的阻控制方法为基础，采用了橫糊控制巧略和传统串级pm控制相结合的模糊参数自整定PID控制器眷代了原有的功率控制器，对原先的负荷控制系统回路的仿真模型进行了优化，将改进后的汽推机DEH系统和采用传统PID控制的系统的转速、功率输出曲线进行对比，，得到了更巧的控制效果。

6.2工作展望

在上述研究的基础上，本文所论述的基于摸块化混合建模方法的汽轮机数字电液控制系统联合仿真研究还存在以下几个方面的不足或需要继续深入研究和完善的地方：（1）本文对汽轮机数字电液控制系统采用基于多粒度层次模块划分的混合建模方法的模型和仿真结果进行了验化，没有同单一采用面向徵分方程的建樸方法和面向物理对象的建模方法的模型和仿真结果进行对比，后续可将这三种方法进行定量的对比研究，并且选择最优的方法。（2）本文提出的基于多粒度层次模块划分的混合建模方法主要运用在汽轮机数字电液控制系统的建模仿真工作，以此为例，这种方法可以推广到其他多学科精合系统的建模仿真研究中去，提供一种新的思路。

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参考文献（略）

本文编号：54970