王迪 趙轉(zhuǎn) 李星宇

摘 要

本文設(shè)計了一款適用于微型燃氣輪機的非線性PID控制器，并將非線性PID控制器和經(jīng)典PID控制器分別加入微型燃氣輪機模型中進行仿真對比，仿真結(jié)果表明非線性PID控制器可使微型燃氣輪機有更好的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞

微型燃氣輪機;非線性PID控制器;穩(wěn)定性

中圖分類號： TM311;TP273 ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 17

0 引言

微型燃氣輪機一般是指功率在幾百千瓦以內(nèi)的小型熱動裝置。功率為數(shù)百千瓦及以下的燃氣輪機在20世紀40～60年代就已存在，但由于其發(fā)電效率低，長期以來，幾十至幾百千瓦的小型發(fā)電機組市場一直由內(nèi)燃發(fā)電機組占領(lǐng)。隨著高效回?zé)崞饔绍娪棉D(zhuǎn)入民用，微型燃氣輪機的發(fā)電效率明顯提高。與常規(guī)發(fā)電機組相比，微型燃氣輪機具有可靠性高、壽命長、環(huán)境污染小、燃料適應(yīng)性好和便于靈活控制等優(yōu)點，這些優(yōu)點使得微型燃氣輪機在熱電聯(lián)供、分散式供電和車輛混合動力方面的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。

該領(lǐng)域大多數(shù)學(xué)者把研究的重點放在微型燃氣輪機的模型建立上，對微型燃氣輪機的新型控制器的研究還較少，現(xiàn)將非線性PID控制器應(yīng)用于該領(lǐng)域，在穩(wěn)定性方面與經(jīng)典PID控制器做比較。

1 微型燃氣輪機模型

微型燃氣輪機的工作原理為：壓氣機輸出的高壓空氣進入燃燒室與燃料混合，持續(xù)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣;輸出的高溫高壓燃氣進入燃氣渦輪膨脹產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩推動渦輪轉(zhuǎn)動，進而帶動壓氣機及發(fā)電機高速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了燃料的化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。微型燃氣輪機模型如圖1所示。

微型燃氣輪機的控制包含三方面：速度控制、溫度控制和燃料控制。

2 非線性PID控制器

3.2 仿真結(jié)果對比及分析

仿真時，在25s的時候?qū)⒇摵蓽p小0.3（標(biāo)幺值），在45s的時候再將負荷升回1（標(biāo)幺值）。

由圖4和圖5的仿真結(jié)果可以看到，非線性PID控制器明顯提高了微型燃氣輪機的穩(wěn)定性。對于燃料流量和轉(zhuǎn)速，不論是在剛開始的過渡過程，還是在負載發(fā)生變動，然后恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的過程，都可明顯看到，在非線性PID控制器作用下系統(tǒng)的超調(diào)量較經(jīng)典PID控制器作用下的小，且過渡時間和恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的時間明顯地縮短，尤其是轉(zhuǎn)速能夠被較快控制在給定轉(zhuǎn)速。

4 結(jié)論

本文設(shè)計了一種適用于微型燃氣輪機控制的非線性PID控制器，并將其應(yīng)用在微型燃氣輪機模型上。仿真結(jié)果表明，非線性PID控制器能夠提高微型燃氣輪機的穩(wěn)定性，較經(jīng)典PID有更好的控制性能。

參考文獻

[1]韓京清.非線性PID控制器[J].自動化學(xué)報，1994，20（4）：487-490.

[2]韓京清，王偉.非線性跟蹤-微分器[J].系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué)，1994，14（2）：177-183.