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摘要：燃气轮机的控制是保证燃气轮机可靠性运行的关键，为此，本文对燃气控制技术进行了研究。首先，结合现代控制理论对燃气轮机控制过程中的一些问题进行了阐述;其次，对于燃气轮机系统构成进行分析以及工作原理进行分析;最后，对燃气轮机今后的发展提出了看法。本文分别讨论了燃气轮机的拉制问题，频域设计方法，开环最优控制和自适应控制等，希望能够起到借鉴意义。
关键词：燃气轮机;控制系统;监控检测
引言
航空工业的发展限制了中国燃气轮机的发展，它在一段时间内仍然处于停滞状态。伴随着对于国内外相关优秀技术的不断学习，我们燃气轮机的相关技术取得了很大进步。燃气轮机所涉及的学科很多，如材料，测量和控制。随着造船和航空业的快速发展，燃气轮机技术已然得到改善。
1燃气轮机的控制问题
作为动力单元，燃气轮机包括了很多部件，有燃烧室相关部件、压气机及涡轮机等。燃气轮机应用较为广泛，其被常用于发电、车辆、船舶及航空等领域。燃气轮机通过使用中间冷却、多轴、可变几何及回热等方式来满足整体负荷的匹配和相关机械性能的要求。燃气轮机系统很复杂并且具有相对多的控制变量，燃气轮机是一个复杂的多变量控制系统[1] 。其系统对于不同的工况条件有一定的非线性。
燃气轮机的控制目标在不同的应用中是不同的，民用的重点是低油耗，而军用的重点是加速，但压缩机喘振会对军用燃气轮机产生过热影响，而在其运行期间涡轮叶片也会对其产生过热影响。此时就需要控制器，控制器就是要在各种约束条件下使其达到正常运行的规格，对于控制器的设计，通常采用现代频域法，另外，还分别应用了开环最优控制和自适应控制[2] 。本文将对此进行讨论并简要描述与控制系统设计密切相关的建模、预测和检测问题。
2开环最优及自适应控制
如今，开环最优控制和自适应控制都应用在燃气轮机系统中。就以下状态来说，可以将其描述成为开环最优控制，假设其系统有：
状态方程：X=f（x，μ，t）;
初始条件：X|t0=x0
末端条件：h（xT）=0;
约束条件：g（x，μ，t）≥U;
性能指标：J=k（xT，T）+∫Tt0L（x，μ，t）dt
开环最优控制解决了μ，因此可以在控制变量、状态变量、结束条件等的约束下优化其性能指标。然而，这样却使得动态优化的解决变得困难重重。所以，在实际的现实应用中，需要根据具体情况选择最佳算法，再适当的简化其系统的数学模型。
在讨论关于最小燃料控制在燃气轮机运行中的问题时，过渡过程中，燃气轮机的涡轮叶片过热问题及压缩机喘振问题会限制Weiner-Ashret。离散非线性微分方程是解决首选方案，它使用每个节点作为一个独立变量来通过静态优化来解决问题[3] 。在过渡过程控制中作为开环的最优控制，由于它充分的考虑了非线性影响，比线性化方程设计的闭环恒定反馈增益系统更好[4] 。当然，它和闭环控制的区别之处在于它仅对单个初始和结束条件有效。事实上，燃气轮机加速过程的启动和停止条件是随机的。因此，为了进一步应用开环最优控制，我们认为应该以其初始条件和控制量的相似于参数的形式来引入控制规律。除此，所选择性能指标函数应小于结束条件和初始相关性。
如上所述，燃气轮机的数学模型在不同的工作条件和外部条件下会有不同的变化。在燃气轮机控制系统的设计中，要使得控制系统的自适应能力满足其自身运行的各种条件，人们大胆使用了自校正控制和模型参考控制。模型参考控制的重点是在系统的确定性等效线性控制器中直接添加自适应控制。通过调整控制器的一个或多个参数，从而使闭环系统的有效响应接近了最为理想的目标。
在线执行系统参数预测和最佳控制参数计算的能力是自校正控制的特征。由于可以在线直接完成计算，因此它是几乎能够很好的适应任何情况的。自校正控制在燃氣轮机系统中已有较为深入的研究，当然其与实际应用依然存在着一定的距离。
3燃气轮机的发展趋势
3.1燃气轮机有更复杂的复合系统
为能够有效提高燃气轮机在可变工作条件下的热效率及机械性能，在其装置上增加涡轮机可调节喷嘴[5] 等，这样其控制对象也就变得更加的复杂。其动力系统的应用包括：联合炼油厂燃气联合循环系统、燃气-蒸汽联合循环系统、燃气轮机与柴油机超高压复合系统、燃气机在化学催化裂化能量回收系统等等。必须要与系统有绝佳的配合，燃气轮机的控制才能很好的满足其自身运行的要求。
3.2多变量联合控制系统发展
在出现计算机控制后，最优控制变成了可实现的现实，然而也还是有一些问题存在：第一个问题，要是在复杂系统状态下设计的，其也会有非常复杂的反馈控制系统，需要更多可变组件，这样就降低了可靠性。要解决这个问题，一是通过简化系统模型并通过采用部分状态反馈的形式;二则是通过提高控制器的适应性来解决。从理论上来说，自适应控制系统是能够很好的解决掉这些问题的，只是在实际应用中仍存在一些困难。
3.3燃气轮机建模仿真趋智能化
燃气轮机的控制系统虽然相对复杂，但它始终也只是不同的典型热元件的组合而已。如今，对于典型热元件的建模早已不再有任何问题，如果要大大简化系统建模过程，则可以使用计算机来实现组件之间的组合和连接。但是，还存在一些问题：首先，某些结构类型的连接存在一些困难;其次的问题则是，因在后续的程序处理中存在一些难题，这就对机械的高智能性产生了很大负面影响。不久的未来可以通过对使用模拟语言的讨论，并模拟框图和微分方程，用微分方程描述子组件，并使用框图来制作典型热组件的不同组合。
4结语
综上所述，本文针对燃气轮机中的控制系统进行了研究。且由于计算机技术的迅速发展以及在控制系统中得到广泛应用，近年来在燃气轮机系统的全面控制方面实现了很大突破，这卓有成效的降低了生产及使用成本，更有效的提高了机械的整体性能。我国为了使控制系统更加完善也将对系统的控制、检测实现一体化。总的来说，用计算机实现燃气轮机的控制是一个发展的方向。
参考文献：
[1] 张建生，吕欣荣.浅谈燃气轮机的控制[J].节能，2000（3）：9-11.
[2] 崔继哲，薛俊峰，李有国，等.燃气轮机控制系统改造总结[J].大氮肥，1999（3）：181-183.
[3] 徐鸿影，丁丽婧.燃气轮机协调优化控制系统研究[J].黑龙江科学，2018（1）：40-41.
[4] 武泽.燃气轮机自动控制技术的应用[J].中国新技术新产品，2014（7）：4-4.
[5] 崔继哲，薛俊峰，李有国，等.燃气轮机控制系统改造总结[J].大氮肥，1999（3）：181-183.
（作者单位：南京汽轮电机（集团）有限责任公司南京燃汽轮机研究所）
关键词：燃气轮机;控制系统;监控检测
引言
航空工业的发展限制了中国燃气轮机的发展，它在一段时间内仍然处于停滞状态。伴随着对于国内外相关优秀技术的不断学习，我们燃气轮机的相关技术取得了很大进步。燃气轮机所涉及的学科很多，如材料，测量和控制。随着造船和航空业的快速发展，燃气轮机技术已然得到改善。
1燃气轮机的控制问题
作为动力单元，燃气轮机包括了很多部件，有燃烧室相关部件、压气机及涡轮机等。燃气轮机应用较为广泛，其被常用于发电、车辆、船舶及航空等领域。燃气轮机通过使用中间冷却、多轴、可变几何及回热等方式来满足整体负荷的匹配和相关机械性能的要求。燃气轮机系统很复杂并且具有相对多的控制变量，燃气轮机是一个复杂的多变量控制系统[1] 。其系统对于不同的工况条件有一定的非线性。
燃气轮机的控制目标在不同的应用中是不同的，民用的重点是低油耗，而军用的重点是加速，但压缩机喘振会对军用燃气轮机产生过热影响，而在其运行期间涡轮叶片也会对其产生过热影响。此时就需要控制器，控制器就是要在各种约束条件下使其达到正常运行的规格，对于控制器的设计，通常采用现代频域法，另外，还分别应用了开环最优控制和自适应控制[2] 。本文将对此进行讨论并简要描述与控制系统设计密切相关的建模、预测和检测问题。
2开环最优及自适应控制
如今，开环最优控制和自适应控制都应用在燃气轮机系统中。就以下状态来说，可以将其描述成为开环最优控制，假设其系统有：
状态方程：X=f（x，μ，t）;
初始条件：X|t0=x0
末端条件：h（xT）=0;
约束条件：g（x，μ，t）≥U;
性能指标：J=k（xT，T）+∫Tt0L（x，μ，t）dt
开环最优控制解决了μ，因此可以在控制变量、状态变量、结束条件等的约束下优化其性能指标。然而，这样却使得动态优化的解决变得困难重重。所以，在实际的现实应用中，需要根据具体情况选择最佳算法，再适当的简化其系统的数学模型。
在讨论关于最小燃料控制在燃气轮机运行中的问题时，过渡过程中，燃气轮机的涡轮叶片过热问题及压缩机喘振问题会限制Weiner-Ashret。离散非线性微分方程是解决首选方案，它使用每个节点作为一个独立变量来通过静态优化来解决问题[3] 。在过渡过程控制中作为开环的最优控制，由于它充分的考虑了非线性影响，比线性化方程设计的闭环恒定反馈增益系统更好[4] 。当然，它和闭环控制的区别之处在于它仅对单个初始和结束条件有效。事实上，燃气轮机加速过程的启动和停止条件是随机的。因此，为了进一步应用开环最优控制，我们认为应该以其初始条件和控制量的相似于参数的形式来引入控制规律。除此，所选择性能指标函数应小于结束条件和初始相关性。
如上所述，燃气轮机的数学模型在不同的工作条件和外部条件下会有不同的变化。在燃气轮机控制系统的设计中，要使得控制系统的自适应能力满足其自身运行的各种条件，人们大胆使用了自校正控制和模型参考控制。模型参考控制的重点是在系统的确定性等效线性控制器中直接添加自适应控制。通过调整控制器的一个或多个参数，从而使闭环系统的有效响应接近了最为理想的目标。
在线执行系统参数预测和最佳控制参数计算的能力是自校正控制的特征。由于可以在线直接完成计算，因此它是几乎能够很好的适应任何情况的。自校正控制在燃氣轮机系统中已有较为深入的研究，当然其与实际应用依然存在着一定的距离。
3燃气轮机的发展趋势
3.1燃气轮机有更复杂的复合系统
为能够有效提高燃气轮机在可变工作条件下的热效率及机械性能，在其装置上增加涡轮机可调节喷嘴[5] 等，这样其控制对象也就变得更加的复杂。其动力系统的应用包括：联合炼油厂燃气联合循环系统、燃气-蒸汽联合循环系统、燃气轮机与柴油机超高压复合系统、燃气机在化学催化裂化能量回收系统等等。必须要与系统有绝佳的配合，燃气轮机的控制才能很好的满足其自身运行的要求。
3.2多变量联合控制系统发展
在出现计算机控制后，最优控制变成了可实现的现实，然而也还是有一些问题存在：第一个问题，要是在复杂系统状态下设计的，其也会有非常复杂的反馈控制系统，需要更多可变组件，这样就降低了可靠性。要解决这个问题，一是通过简化系统模型并通过采用部分状态反馈的形式;二则是通过提高控制器的适应性来解决。从理论上来说，自适应控制系统是能够很好的解决掉这些问题的，只是在实际应用中仍存在一些困难。
3.3燃气轮机建模仿真趋智能化
燃气轮机的控制系统虽然相对复杂，但它始终也只是不同的典型热元件的组合而已。如今，对于典型热元件的建模早已不再有任何问题，如果要大大简化系统建模过程，则可以使用计算机来实现组件之间的组合和连接。但是，还存在一些问题：首先，某些结构类型的连接存在一些困难;其次的问题则是，因在后续的程序处理中存在一些难题，这就对机械的高智能性产生了很大负面影响。不久的未来可以通过对使用模拟语言的讨论，并模拟框图和微分方程，用微分方程描述子组件，并使用框图来制作典型热组件的不同组合。
4结语
综上所述，本文针对燃气轮机中的控制系统进行了研究。且由于计算机技术的迅速发展以及在控制系统中得到广泛应用，近年来在燃气轮机系统的全面控制方面实现了很大突破，这卓有成效的降低了生产及使用成本，更有效的提高了机械的整体性能。我国为了使控制系统更加完善也将对系统的控制、检测实现一体化。总的来说，用计算机实现燃气轮机的控制是一个发展的方向。
参考文献：
[1] 张建生，吕欣荣.浅谈燃气轮机的控制[J].节能，2000（3）：9-11.
[2] 崔继哲，薛俊峰，李有国，等.燃气轮机控制系统改造总结[J].大氮肥，1999（3）：181-183.
[3] 徐鸿影，丁丽婧.燃气轮机协调优化控制系统研究[J].黑龙江科学，2018（1）：40-41.
[4] 武泽.燃气轮机自动控制技术的应用[J].中国新技术新产品，2014（7）：4-4.
[5] 崔继哲，薛俊峰，李有国，等.燃气轮机控制系统改造总结[J].大氮肥，1999（3）：181-183.
（作者单位：南京汽轮电机（集团）有限责任公司南京燃汽轮机研究所）