17、微型涡轮机建模与控制电路详解

微型涡轮机建模与控制电路详解

1. 微型涡轮机建模概述

微型涡轮机（MT）模型包含温度控制、燃料系统、调速器、加速控制和涡轮动态模块。速度控制、温度控制和加速控制的输出作为低值选择器（LVS）的输入，LVS 的输出是所有输入中的最小值，该输出为燃料系统提供信号。

1.1 速度和加速控制

速度控制器基于参考速度和永磁同步发电机（PMSG）转子速度之间的误差进行操作，其输出进入 LVS。通常使用超前 - 滞后传递函数或比例 - 积分 - 微分（PID）控制器对调速器进行建模。

在速度控制的传递函数(\frac{W(Xs + 1)}{Ys + Z})中，(W)是控制器增益，(X)（(Y)）是调速器超前（滞后）时间常数，(Z)是一个表示调速器模式（下垂或同步）的常数。当(Z = 1)时，表示下垂调速器；当(Z = 0)时，表示同步调速器。

加速控制用于 MT 的启动阶段，在达到运行速度之前限制转子速度的增加速率。当系统运行速度接近额定速度时，在建模中可忽略加速控制，但在本研究中仍考虑该控制。

1.2 温度控制

温度控制系统的输入信号是燃料需求信号和涡轮速度，其输出是一个温度控制信号，该信号输入到 LVS。

涡轮排气温度特性由函数(f_1 = T_R - a_{f1}(1 - W_{f1}) + b_{f1}N)表示，其中(f_1)是根据燃料流量和涡轮速度计算涡轮排气温度的函数，(a_{f1})和(b_{f1})是常数，(T_R)是温度参考值。

排气温度通过一系列带有辐射屏蔽的热电偶进行测量。根据相关传递函数，(K_4)和(K_5)是辐射屏蔽传递函数中的常数，(T