本發(fā)明涉及工業(yè)自動控制，尤其是涉及一種壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法。

背景技術(shù)：

1、壓氣機(jī)是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片給空氣作功以提高空氣壓力的部件。壓氣機(jī)中有固定的葉輪葉片稱為進(jìn)口導(dǎo)流葉片、進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉(igv，inlet?guidevanes)。igv葉片位于壓縮機(jī)入口缸體裝置上游，其作用是將氣體無沖擊的導(dǎo)入工作葉輪，減小氣流沖擊損失，通過調(diào)整igv葉片的角度，可以控制進(jìn)氣流量，使燃?xì)廨啓C(jī)的排煙溫度保持在較高水平，提高壓氣機(jī)效率、擴(kuò)展壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍、防止壓氣機(jī)喘振，從而提高聯(lián)合循環(huán)裝置的總體熱效率。

2、igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制igv的角度，是實現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)功率調(diào)節(jié)、喘振裕度調(diào)節(jié)、熱部件溫度控制、燃燒穩(wěn)定性調(diào)節(jié)等調(diào)控的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到燃?xì)廨啓C(jī)的性能指標(biāo)和安全可靠性。

3、igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括進(jìn)氣可調(diào)導(dǎo)葉、連桿、拉動環(huán)、拉桿和伺服執(zhí)行器，伺服執(zhí)行器控制性能，各傳動零件如進(jìn)氣可調(diào)導(dǎo)葉、連桿、拉動環(huán)、拉桿的加工誤差、受力變形以及裝配間隙等多種因素都會對igv葉片的最終實際角度產(chǎn)生影響。

4、現(xiàn)有的igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制技術(shù)通常采用間接測量方法，即控制系統(tǒng)的位置反饋傳感器放置在伺服執(zhí)行器上，通過測量igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服執(zhí)行器的液壓缸線位移作為igv葉片實際角度的反饋信號，與控制系統(tǒng)一起進(jìn)行pid調(diào)節(jié)。但是由于igv葉片本身的加工誤差使的igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)整環(huán)igv葉片之間存在分散度，且各個機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)也存在加工誤差，每一支igv葉片的傳動環(huán)節(jié)都不一樣，傳動環(huán)節(jié)中的各個零件也有偏差，這將使得igv伺服執(zhí)行器至igv葉片之間的傳動機(jī)構(gòu)都存在傳動偏差，導(dǎo)致最終的igv葉片實際角度與液壓缸線位移對應(yīng)的igv葉片角度之間存在偏差。igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)整環(huán)igv葉片的分散度及igv葉片實際控制角度偏差的存在，將影響壓氣機(jī)整體性能，使得壓氣機(jī)無法保持最佳的效率和喘振裕度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，通過虛擬裝配和數(shù)字孿生技術(shù)，結(jié)合試驗整定，減小整環(huán)igv葉片的分散度及igv葉片控制偏差，實現(xiàn)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的對igv葉片的高精度控制。

2、本發(fā)明的具體方案如下：

3、一種壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，包括：

4、步驟s1：構(gòu)建igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字孿生模型；

5、步驟s2：利用igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字孿生模型進(jìn)行虛擬試驗，并利用葉片分散度作為指標(biāo)對葉片安裝位置進(jìn)行優(yōu)化，獲得優(yōu)化后的葉片安裝位置；

6、步驟s3：按照優(yōu)化后的葉片安裝位置對igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)實裝配；

7、步驟s4：進(jìn)行igv葉片控制試驗整定，繪制伺服執(zhí)行器控制指令與igv葉片實際角度的關(guān)系曲線，對igv控制指令進(jìn)行迭代修正，直至igv控制指令下的igv葉片目標(biāo)開度與igv葉片實際角度相吻合。

8、進(jìn)一步的，步驟s1包括：

9、步驟s101：進(jìn)行igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計，并按初步設(shè)計參數(shù)進(jìn)行加工；

10、步驟s102：對加工好的igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量，獲得igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)各組成部分的加工偏差，確定igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的葉片安裝位置；

11、步驟s103：按照測量結(jié)果構(gòu)建igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字孿生模型。

12、進(jìn)一步的，所述igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括igv葉片、連桿、驅(qū)動環(huán)、u形叉和伺服執(zhí)行器。

13、進(jìn)一步的，所述數(shù)字孿生模型包括葉片孿生模型、連桿孿生模型、u形叉孿生模型和驅(qū)動環(huán)孿生模型。

14、進(jìn)一步的，步驟s2包括：

15、步驟s201：利用數(shù)字孿生模型根據(jù)葉片安裝位置進(jìn)行虛擬裝配；

16、步驟s202：利用數(shù)字孿生模型對igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動作仿真，獲取不同連桿行程下的igv葉片角度值，所述連桿與伺服執(zhí)行器中的油缸活塞桿連接；

17、步驟s203：根據(jù)igv葉片角度值，計算葉片分散度；判斷葉片分散度是否符合預(yù)設(shè)條件，若符合，則虛擬試驗結(jié)束；若不符合，跳轉(zhuǎn)步驟s204；

18、步驟s204：調(diào)整葉片安裝位置，并重復(fù)步驟s201-步驟s203，直到葉片分散度符合預(yù)設(shè)要求，并最終獲得優(yōu)化后的葉片安裝位置。

19、進(jìn)一步的，所述步驟s204中，調(diào)整葉片安裝位置具體為：對igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)整環(huán)上的每支igv葉片以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)上每個可用于安裝葉片的位置分別進(jìn)行編號，將不同編號的igv葉片與不同編號的位置之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行排列組合。

20、進(jìn)一步的，所述步驟s204中，設(shè)定所有排列組合的葉片分散度的最小值作為所述預(yù)設(shè)條件。

21、進(jìn)一步的，所述步驟s4包括：

22、步驟s401：進(jìn)行igv葉片控制試驗，試驗時，給定油缸不同的開度及動作方向，獲取相應(yīng)的伺服執(zhí)行器反饋信號并測量每支igv葉片實際角度；

23、步驟s402：繪制伺服執(zhí)行器控制指令與igv葉片實際角度的關(guān)系曲線；將關(guān)系曲線嵌入控制系統(tǒng)，確認(rèn)igv葉片角度與伺服執(zhí)行器的反饋信號是否吻合，如果吻合，則輸出伺服執(zhí)行器控制指令與igv葉片實際角度的關(guān)系曲線，用于實際設(shè)置伺服執(zhí)行器控制指令；如果不吻合，則修正伺服執(zhí)行器控制指令后，跳轉(zhuǎn)到步驟s401，直至igv控制指令下的igv葉片目標(biāo)開度與igv葉片實際角度相吻合，輸出伺服執(zhí)行器控制指令與igv葉片實際角度的關(guān)系曲線，并設(shè)置伺服執(zhí)行器控制指令。

24、進(jìn)一步的，igv伺服執(zhí)行器包括油缸和活塞桿，活塞桿與連桿連接，通過調(diào)整油缸開度，調(diào)整igv葉片開度。

25、進(jìn)一步的，所述步驟s401中，測量每支igv葉片實際角度具體為：測量不同開度下開方向的每支葉片角度的第一平均值；測量不同開度下關(guān)方向的每支葉片角度的第二平均值；取第一平均值和第二平均值的平均值作為igv葉片實際角度。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相對比，本發(fā)明的有益效果如下：

27、1.本發(fā)明借助數(shù)字孿生技術(shù)，以虛擬裝配方法建立igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字孿生模型并進(jìn)行虛擬試驗，獲得最佳葉片安裝位置，通過實際的整定試驗，獲得伺服執(zhí)行器控制信號與葉片角度關(guān)系曲線，實現(xiàn)了igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高精度控制；

28、2.本發(fā)明通過igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生模型的虛擬傳動仿真結(jié)合以分散度為目標(biāo)函數(shù)對igv葉片安裝位置進(jìn)行排列優(yōu)化；

29、3.本發(fā)明考慮了伺服執(zhí)行器自身控制偏差、葉片加工偏差及傳動機(jī)構(gòu)傳動偏差的影響，對伺服執(zhí)行器控制信號進(jìn)行修正，使得igv控制指令下的igv葉片目標(biāo)開度與igv葉片實際角度相吻合，實現(xiàn)了igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高精度控制。

技術(shù)特征：

1.一種壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，步驟s1包括：

3.如權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括igv葉片、連桿、驅(qū)動環(huán)、u形叉和伺服執(zhí)行器。

4.如權(quán)利要求3所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述數(shù)字孿生模型包括葉片孿生模型、連桿孿生模型、u形叉孿生模型和驅(qū)動環(huán)孿生模型。

5.如權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，步驟s2包括：

6.如權(quán)利要求5所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述步驟s204中，調(diào)整葉片安裝位置具體為：對igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)整環(huán)上的每支igv葉片以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)上每個可用于安裝葉片的位置分別進(jìn)行編號，將不同編號的igv葉片與不同編號的位置之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行排列組合。

7.如權(quán)利要求6所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述步驟s204中，將所有排列組合的葉片分散度的最小值作為所述預(yù)設(shè)條件。

8.如權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述步驟s4包括：

9.如權(quán)利要求8所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，igv伺服執(zhí)行器包括油缸和活塞桿，活塞桿與連桿連接，通過調(diào)整油缸開度，調(diào)整igv葉片開度。

10.如權(quán)利要求9所述的壓氣機(jī)igv執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于，所述步驟s401中，測量每支igv葉片實際角度具體為：測量不同開度下開方向的每支葉片角度的第一平均值；測量不同開度下關(guān)方向的每支葉片角度的第二平均值；取第一平均值和第二平均值的平均值作為igv葉片實際角度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種壓氣機(jī)IGV執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，屬于工業(yè)自動控制技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：構(gòu)建IGV執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字孿生模型；利用IGV執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)字孿生模型進(jìn)行虛擬試驗，并利用葉片分散度作為指標(biāo)對葉片安裝位置進(jìn)行優(yōu)化，獲得優(yōu)化后的葉片安裝位置；按照優(yōu)化后的葉片安裝位置對IGV執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)實裝配；進(jìn)行IGV葉片控制試驗整定，繪制伺服執(zhí)行器控制指令與IGV葉片實際角度的關(guān)系曲線，對IGV控制指令進(jìn)行迭代修正，直至IGV控制指令下的IGV葉片目標(biāo)開度與IGV葉片實際角度相吻合。該方法通過虛擬裝配和數(shù)字孿生技術(shù)，結(jié)合試驗整定，減小整環(huán)IGV葉片分散度及IGV葉片的控制偏差，實現(xiàn)IGV執(zhí)行機(jī)構(gòu)高精度控制。

技術(shù)研發(fā)人員：楊慶材,許運賓,劉湘琪,余沛坰,王良,隋永楓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江燃創(chuàng)透平機(jī)械有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10