كنترل مد لغزشي توربين گازي مبتني بر رويت‌گر تطبيقي غيرخطي

Sliding Mode Control of Gas Turbine Based on Adaptive Nonlinear Observer

با توجه به نقش حساس و پر اهميتي كه توربينهاي گازي در صنايع توليدي مادر ايفا مي­ كنند، پايش عملكرد آن­ها اهميت بسيار داشته زيرا اين امر مي­ تواند در پيش­گيري از بروز خسارت هاي سنگين مالي به صنايع مادر و افزايش عمر مفيد توربين­ ها موثر باشد. يكي از قسمت هاي مهم توربين­ هاي گازي محفظه ي احتراق بوده كه پايش وضعيت آن از لحاظ فشار و دما حائز اهميت است و ميتواند به­ طور مستقيم در عمر مفيد توربين تاثير گذار باشد. اما برخلاف اهميت بالاي كميت فشار محفظه ­ي احتراق، امكان اندازه­ گيري آن توسط سنسور وجود ندارد. بنابراين انتظار مي ­رود كه با در اختيار داشتن متغير فشار تخمين زده شده بتوان به عملكرد و پايداري نسبي بيشتري نسبت به روش­ هايي كه امكان دسترسي به متغير فشار را ندارد، دست يافت. از اين­ رو در اين تحقيق ابتدا يك مدل ديناميكي غيرخطي مناسب با نظر گرفتن خروجي­ هاي توان توليدي و دماي گاز خروجي انتخاب شده است. در ادامه براي تخمين متغيرهاي حالت توربين كه شامل فشار و دماي محفظه­ ي احتراق هستند يك رويت­گر غيرخطي مبتني بر روش سطح لغزش تطبيقي طراحي گرديده است. سپس با به­ كار­گيري متغيرهاي حالت تخمين زده شده و طراحي كنترل­ كننده­ ي مد لغزشي، توان توليدي و دماي گاز خروجي به مقدار مطلوب همگرا خواهند شد. در اين مقاله پايداري سيستم حلقه­ بسته شامل رويت­ گر و كنترل­ كننده به كمك روش لياپانوف بررسي و تضمين مي­ گردد. در انتها صحت نتايج به كمك شبيه سازي در محيط سيمولينك متلب بررسي خواهد شد.

According to the critical role of gas turbines in the industry, monitoring the performance of gas turbines is an important issue since it can prevent unexpected shutdowns and the serious consequent financial harms. One of the most important parts of a gas turbine is the combustion chamber. Although the internal pressure and temperature of the combustion chamber can directly affect the performance and useful life of this part, however, it is not possible to measure it directly through sensors. Therefore, estimation of pressure variable is a good choice to achieve greater performance and more relative stability comparing with the methods in which there is no access to the internal pressure of the chamber. In this research, a suitable nonlinear dynamic model with produced power and exhausted gas temperature as its outputs is chosen. Thereafter, an adaptive surface sliding observer is designed in order to estimate the combustion pressure and temperature which are the state variables of the gas turbine. Afterward, utilizing a sliding mode controller and applying the estimated states, the produced power and exhaustion gas temperature of the gas turbine is controlled. In this paper, the stability of the closed-loop system in the presence of the state observer through the Lyapunov approach is guaranteed. Finally, simulation results are provided to verify the validity and efficiency of the proposed method.