[发明专利]一种燃气轮机气动执行器的故障建模方法

说明书

本发明公开了属于燃气轮机装置领域的一种燃气轮机气动执行器的故障建模方法；设置模拟故障的类型、模拟故障的起始时间、模拟故障的结束时间及故障最大强度，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，经过故障模型后，转化为故障模拟产生的阀杆位置和阀门流量；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。本发明采用基于解析法和数据知识的复合故障建模方法，从根本上克服了传统基于解析法的故障建模必须获取很多气动执行器本身的细节信息和复杂方程需要理论求解的缺陷，且可以快速准确的模拟燃气轮机气动执行器故障。

技术领域

本发明属于蒸汽机技术领域，具体为一种燃气轮机气动执行器的故障建模方法。

背景技术

近年来，燃气轮机在能源电力领域正发挥着越来越重要的作用。但是燃气轮机控制系统由于其复杂原因在运行工程中会存在各种故障，而没有计划的停机将会产生极大的经济损失。据统计，80％的燃气轮机控制系统失效起因于传感器和执行器的故障。在燃气轮机机组中气动执行器由于其结构简单、动作可靠、平稳、输出推力大，所以较其他类型的执行机构更为广泛。因此，研究燃气轮机气动执行器故障，在气动执行器微小故障发生后、故障进一步恶化前，能够准确地做出故障诊断，将具有重大的意义。

目前燃气轮机气动执行器的故障建模主要采用基于解析法的故障建模方法，如论文Karnopp D.Computer simulation of stick-slip friction in mechanical dynamicsystems[J].Journal of dynamic systems,measurement,and control,1985,107(1):100-103、论文Kano M,Maruta H,Kugemoto H,et al.Practical model and detectionalgorithm for valve stiction[C].IFAC symposium on dynamics and control ofprocess systems.2004:5-7和论文Garcia C.Comparison of friction models appliedto a control valve[J].Control Engineering Practice,2008,16(10):1231-1243的公开，这类模型在特定的参数下大都能够比较准确的模拟气动执行器的故障现象。但是基于解析法的故障建模运用的前提是必须获取很多气动执行器本身的细节信息，如阀杆质量、各类摩擦力系数的大小，另外复杂的方程关系需要复杂的理论求解。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了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。