[发明专利]一种燃气轮机气动执行器的故障建模方法

权利要求书

1.一种燃气轮机气动执行器的故障建模方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、确定气动执行器的初始状态和阀位调节信号CV(t)；

步骤2、设置输入输出信号干扰噪声的形式及强度，干扰噪声的形式包含有限带宽白噪声和正弦噪声；

步骤3、阀位调节信号CV(t)与控制阀模块反馈信号X_f(t)经阀门定位器子模型转换成带有阀位控制信息的模拟供气压力信号C₁(t)；

步骤4、模拟供气压力信号C₁(t)经气动伺服电机子模型转换为阀杆的机械位移△X(t)；

步骤5、阀杆的机械位移△X(t)经控制阀子模型计算出当前时刻的阀杆位置X(t)与阀门流量F(t)；

步骤6、设置模拟故障的类型f_i、模拟故障的起始时间t_fs、模拟故障的结束时间t_es及故障最大强度M_fs，根据设置的故障参数，生成带有故障信息的故障模拟信号，并根据故障模拟信号，将激活对应的故障模型，改变原气动执行器的输入输出关系，实现燃气轮机气动执行器典型故障的模拟。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机气动执行器的故障建模方法，其特征在于，所述步骤3中，阀门定位器子模型将阀位调节信号CV(t)与控制阀模块反馈信号X_f(t)转换为带有阀位控制信息的模拟供气压力信号C₁(t)，转换步骤分为：

步骤301、阀位调节信号CV(t)首先经过滤波器，形成设定值信号SP(t)：

其中，t为仿真时间，单位为s；

步骤302、设定值信号SP(t)与控制阀模块反馈信号X_f(t)的差值经过控制器并进行数值限制处理后，产生模拟供气压力信号C₁(t)：

其中，C₀为控制器直接输出信号，K_p为控制器比例系数，T_i为控制器可调积分时间常数，τ_d为控制器微分时间常数；

所述步骤4、气动伺服电机子模型将模拟供气压力信号C₁(t)，转换为阀杆位移△X(t)：

ΔX(t)＝[0 1]x×dt (6)

其中，x为状态向量；为状态向量对仿真时间的一阶导数向量；为阀杆移动速度，k_s为弹簧的弹性系数；k_d为膜片的弹性系数；X₀为阀杆在初始时刻的位置；F_vc为阀座的反作用力系数；m为阀移动部分的质量，单位为kg；k_v为阀杆速度阻尼常数；μ为轴衬和阀杆间的摩擦系数；F_N为轴衬对阀杆垂直方向的分力，单位为N；g为重力加速度，单位为m/s²；P_ps为气体压力信号比例系数；A_e为隔膜的有效面积，单位为m²。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机气动执行器的故障建模方法，其特征在于，所述步骤5中，控制阀子模型根据阀杆的机械位移△X(t)，计算出当前时刻的阀杆位置X(t)与阀门流量F(t)：

X(t)＝X₀+ΔX(t) (7)

其中，X₀为阀杆在初始时刻的位置；L_v为阀内流体的尺度系数；K_m为阀的恢复系数；P₁为阀前压力，单位为Pa；r_c为阀内流体的临界压力比；p_va为阀门上游段流体的压力系数；T₁为阀内流体温度，单位为℃；ρ为在温度为T1、压力为P1条件下阀内流体的密度。