燃机压气机进口导叶液压调节系统油缸泄漏系数估算方法与流程

本发明涉及一种燃气轮机压气机的进口可转导叶液压调节系统中油缸内外部泄漏系数的估算方法，适用于在液压系统工作过程中对油缸的泄漏系数进行动态分析和估算。

背景技术：

燃气轮机中压气机由进口可转导叶，多级动叶和静叶组成。其中第一级采用液压伺服系统调节的进口可转导叶，在燃气轮机处于负荷运行时，通过调节进口可转导叶开口角度，调整进气流量，使燃气轮机高效运行。但油缸活塞处的内部泄漏会降低液压系统的承载能力，油缸各腔室的外部泄漏会增大液压系统的响应迟滞，增大导叶开口角度累积误差，甚至导致燃气轮机发生跳闸故障。因此，进口可转导叶液压调节系统的故障极大的影响燃气轮机运行的经济性、稳定性和安全性。

为分析油缸的泄漏部位以及这些部位的泄漏量对燃气轮机运行的影响，需要对油缸内外部泄漏系数进行估算；现有技术主要估算各泄漏点的相对泄漏量或检测油缸是否泄漏，其计算过程较为复杂，难以量化评估泄漏系数，且估算结果误差较大；因此，亟待设计一种计算方便、结果准确的油缸内外部泄漏系数的估算方法。

技术实现要素：

基于现有技术的不足之处，本发明提供了一种燃气轮机压气机的进口可转导叶液压调节系统中油缸内外部泄漏系数的估算方法，在燃气轮机压气机进口可转导叶液压调节系统运行过程对油缸的内外部泄漏系数进行分离和识别，从而解决量化评估油缸内外部泄漏的技术难题，为进口可转导叶液压调节系统泄漏故障分析提供数据支持。

本发明解决上述问题的技术方案包括以下步骤：

1)基于流量连续方程，建立进口可转导叶液压调节系统中油缸的数学模型：

式中qa为油缸腔a的流量，qb为油缸腔b的流量，aa为油缸腔a的活塞面积，ab为油缸腔b的活塞面积，pa为油缸腔a的压力，pb为油缸腔b的压力，l为活塞总行程，xp为活塞位移，βe为有效弹性模量，cip为油缸活塞的内部泄漏系数，cepa为油缸腔a的外部泄漏系数，cepb为油缸腔b的外部泄漏系数；此模型中包含了油缸内外部泄漏模型；

2)改写步骤1)中数学模型为矩阵形式：

[q]＝φ·θ+ε

式中ε为估算误差，

θ＝[1/βecipcepacepb]^t，

3)基于步骤2)，应用递归岭回归方法，计算参数向量θ的估计值如下所示：

k(t)＝d(t)·φ⁺(t)

d(t)＝[i-k(t)·φ(t)]·d(t-1)/λ

式中t≥1，φ⁺＝φ^t[φφ^t+αi]^-1，ф^t为ф的转置矩阵，i为单位矩阵，α为偏常数(0≤α＜∞)，λ为学习速率。

进一步地，所述步骤1)中的油缸数学模型参数βe、cip、cepa、cepb的估计值由步骤3)获得。

本发明的技术效果在于：首先基于流量连续方程，建立进口可转导叶液压调节系统中油缸的数学模型，此模型包含了油缸内外部泄漏系数的泄漏模型；然后将油缸数学模型改写为矩阵形式，从而便于应用模型参数估算方法；为了减少估算参数的均方误差，进一步地运用递归岭回归方法估算模型参数。通过本发明方法对燃气轮机压气机的进口可转导叶液压调节系统中油缸内外部泄漏系数进行动态估算，其实时性强，运算方便，估算结果精度高，误差小，有效解决了燃气轮机压气机进口可转导叶液压调节系统运行过程中进行油缸泄漏系数估算的技术难题。

附图说明

图1所示为油缸内外部泄漏系数估算方法流程图；

图2所示为油缸位移减小时液压系统位移输出和受力；

图3所示为油缸位移减小时油缸内外部泄漏系数估算结果；

图4所示为油缸位移增大时液压系统位移输出和受力；

图5所示为油缸位移增大时油缸内外部泄漏系数估算结果。

具体实施方式

如图1所示，一种燃气轮机压气机的进口可转导叶液压调节系统中油缸泄漏系数的估算方法，包括以下步骤：

1)在进口可转导叶液压调节系统模拟实验台上收集2组油缸位移和受力变化，以及设定的内外部泄漏系数参考值不同时，液压系统活塞的位移、受力、压力、流量数据。

基于流量连续方程，考虑油缸内外部泄漏模型，建立进口可转导叶液压调节系统中油缸的数学模型：

式中qa为油缸腔a的流量，qb为油缸腔b的流量，aa为油缸腔a的活塞面积，ab为油缸腔b的活塞面积，pa为油缸腔a的压力，pb为油缸腔b的压力，l为活塞总行程，xp为活塞位移，βe为有效弹性模量，cip为油缸活塞的内部泄漏系数，cepa为油缸腔a的外部泄漏系数，cepb为油缸腔b的外部泄漏系数。

2)为了应用模型参数估算方法，将油缸的数学模型改写为矩阵形式：

[q]＝φ·θ+ε

式中ε为估算误差，

θ＝[1/βecipcepacepb]^t，

3)为减少估算参数的均方误差并避免矩阵φ的病态条件对估算参数向量θ的影响，基于步骤2)，应用递归岭回归方法，计算参数向量θ的估计值如下所示：

k(t)＝d(t)·φ⁺(t)

d(t)＝[i-k(t)·φ(t)]·d(t-1)/λ

式中t≥1，φ⁺＝φ^t[φφ^t+αi]^-1，ф^t为ф的转置矩阵，i为单位矩阵，α为偏常数(0≤α＜∞)，λ为学习速率。

岭回归方法中的α值设定为0.015，学习速率λ设定为1.2。

本发明步骤1)中的油缸数学模型参数βe、cip、cepa、cepb的估计值均由步骤3)获得。

为了验证不同工作条件下油缸内外部泄漏系数估算方法的有效性和准确性，在不同的油缸位移和受力条件下，设定不同的内外部泄漏系数参考值，采集液压系统活塞位移、受力、压力、流量数据，应用本发明泄漏系数估算方法，计算油缸内外部泄漏系数。

如图2-3所示，在油缸位移减小以及活塞受力变化时，设定一组内外部泄漏系数参考值，采集液压系统活塞位移、受力、压力、流量数据，应用泄漏系数估算方法，获得油缸内外部泄漏系数估算结果，其内外部泄露系数估算结果均与参考值相对应。

如图4-5所示，在油缸位移增大以及活塞受力变化时，设定另一组内外部泄漏系数参考值，采集液压系统活塞位移、受力、压力、流量数据，应用泄漏系数估算方法，获得油缸内外部泄漏系数估算结果，其内外部泄露系数估算结果均与参考值相对应。由此可见，本发明内外部泄露系数估算方法在实际应用中估算结果准确可靠。

进一步地，将估算出的油缸内外部泄漏系数与设定的参考值相比较，获得估算的稳态绝对最大误差和稳态绝对平均误差。

表1油缸内外部泄漏系数绝对误差值

由表1可知，本发明方法的估算值稳态绝对最大误差≤6.9％，而稳态绝对平均误差≤3.49％。可见，该方法可以有效地估算进口可转导叶液压调节系统中油缸内外部泄漏系数值，尤其适用于在液压调节系统运行过程中进行油缸泄漏系数估算。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限制于本文所示的实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和润饰也应视为本发明的保护范围。