一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法与流程

技术特征：
1.一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法，其特征在于，包括：步骤1、确定电液执行器的初始状态和三相异步电机输出的电磁转矩信号η
α
；步骤2、电磁转矩信号η
α
作用于双向齿轮泵产生的电信号与伺服阀、无杆腔液压缸的反馈信号，转换成油液流量信号q；步骤3、油液流量信号q经无杆腔液压缸转换为阀杆的机械位移x；步骤4、构建完成整体四部分机理及故障模型，仿真生成正常流量、阀杆位移信号；步骤5、设置输入输出信号外干扰力的形式及强度，外干扰力n
f
主要为阀杆的反推力；步骤6、确定典型故障类型进行模拟、设置模拟故障起始时间t
q
、模拟故障模拟故障结束时间t
j
，改变原电液执行器内部机理结构，根据选择的故障类型生成对应的故障模拟信号；最终根据故障模拟信号改变检测流量信号和阀门位置反馈信号的大小。2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法，其特征在于，所述步骤1中，三相异步电机电磁转矩信号η
α
作为输出，建模步骤如下：步骤101、首先定子磁链φ
a
包括定子电压u
a
和定子电流i
a
的关系式如下：φ
a
＝∫(u
a-i
a
r
a
)dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，r
a
为定子电阻；步骤102、电磁转矩信号η
α
：其中，n
s
为电动机极对数；i
a1
为第一对电极的定子电流；i
a2
为第一对电极的定子电流；φ
a1
为第一对电极的定子电流，v
·
s；为第一对电极的定子电流，v
·
s。3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法，其特征在于，所述步骤2中，建模步骤如下：步骤201、主动齿轮dt时间内以角速度ω匀速转过的角度、体积dv的关系式如下：步骤201、主动齿轮dt时间内以角速度ω匀速转过的角度、体积dv的关系式如下：其中，r
d1
主动齿轮节圆半径；w为主动齿轮宽度；步骤202、排出的油液体积为齿轮节圆与啮合圆之间的总体积、渐开线齿轮的关系式如下：油液流量信号量信号量信号其中，l；r
d2
从动齿轮节圆半径；r
z1
、r
z2
的主、从动齿轮齿顶高；r
i
渐开线齿轮基圆半径；转矩η
α
与角速度ω的关系式如下：
ω＝2πη
α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，η
α
为三相异步电机输入，n
·
m。4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法，其特征在于，所述步骤4中，通过正常条件下的电液执行器故障模型包括：三相异步电机机理模型、双向齿轮泵机理模型、无杆腔液压缸机理模型、伺服阀机理模型；所述三相异步电机机理模型如下：其中，t为转动惯量；η
l
为负载转矩；所述双向齿轮泵机理模型如下：其中，r
q
由齿轮啮合点和齿轮中心的关系计算得到：其中，主动轮、从动轮的参数一致，所以r
d1
＝r
d2
＝r
d
；l1为齿轮啮合点边距；所述无杆腔液压缸机理模型如下：其中v
β
为缸进油腔容积与初始容积v
α
有关：v
β
＝v
α
cx
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)其中，q
k
为内漏系数；v
α
为液压缸初始容积，c为液压缸缸腔面积；所述伺服阀机理模型如下：其中，g
d
为流量系数；ω为主阀面积梯度；ρ为流体密度；f1为缸油液压力。5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法，其特征在于，所述步骤5中，外干扰力n
f
与无杆腔液压缸输出力f
e
的机理关系式如下：其中，c为液压缸缸腔面积；k为液压缸粘性阻尼系数；m1为液压缸重量。6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法，其特征在于，所述步骤6中，典型故障注入其中包括：外部泄露故障模型、内部泄漏模型、阀门阻塞模型、阀门及阀内部件老化模型。

技术总结
本发明公开了属于燃气轮机控制系统故障诊断领域的一种燃气轮机电液执行器的故障建模方法。先确定电液执行器的初始状态和三相异步电机输出的电磁转矩信号并，转换成油液流量信号；随后油液流量信号经无杆腔液压缸转换为阀杆的机械位移；故障注入部分通过设置故障起始时间、结束时间等故障参数，根据选择的故障类型生成对应的故障模拟信号，这些故障模拟信号会改变检测流量信号和阀门位置反馈信号的大小。本发明优化传统单一建模，新型无杆腔液压缸与双向齿轮泵，相对于传统的有杆对称、非对称液压缸、单向齿轮泵效率更高，诊断结果更准确。准确。准确。


技术研发人员：刘延泉 田乐乐 李朝雅 高文捷 张文广 牛玉广
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2021.08.30
技术公布日：2022/3/15