[发明专利]使用卡尔曼滤波器来初始化动态模型状态的系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及燃气轮机建模，特别是涉及使用卡尔曼(Kalman)或类似类型滤波器来初始化动态模型状态的系统和方法。

背景技术

在旋转机器例如燃气轮机中的燃烧系统的设计和操作可能很复杂。为了设计和操作这样的发动机，可以使用常规模型来预测各个发动机部件的性能参数，包括发动机的静态和动态状态。发动机的动态状态的一个示例是储存在燃气轮机部件(例如转子、叶片或机匣)中的热能。在一些情况下，常规的模型需要在预测其它性能参数之前对一个或多个性能参数进行初始化。

例如，一种典型方法是通过选择当热通量近似为零时的时间点或者当燃气轮机热稳定时的时间点来初始化模型的热状态。实际经验表明，可能需要在预定负载设定下工作大约30-60分钟来获得热稳定或平衡。在任何情况下，当真实动态状态并未被精确初始化时，可能在其它性能参数的建模中有残余误差。根据该误差的量，在模型和发动机的工作过程中可能要花费大量的时间来消减这些误差。

因此，需要自适应的控制系统和方法。进一步需要这样的自适应系统和方法，其中，控制系统能够自己实时更新。还需要能够通过使用计算机而自动化的自适应系统和方法。而且，还需要用于控制燃气轮机的自适应控制系统和方法，该燃气轮机诸如是在飞机发动机、发电站、船舶推进或工业应用中的燃气轮机。

发明内容

本发明实施例能够实现一些或全部上述要求。本发明实施例总体上涉及利用卡尔曼或类似类型的滤波器来初始化和设置动态模型状态的系统和方法，以便与燃气轮机的测量性能匹配。根据本发明的一个实施例，一系统可以包括模型，该模型有至少一个滤波器，该滤波器适用于初始化该模型的至少一个动态状态，以便与相关发动机的至少一个性能测量值相匹配。该系统还可以包括至少一个控制器，该控制器适用于至少部分基于该被初始化的模型来产生用于该相关发动机的指令。

根据本发明的一个方面，滤波器可以是卡尔曼滤波器。

根据本发明的另一方面，模型可以包括暖机模型。

根据本发明的另一方面，模型的动态状态可以是模型的热通量状态。

根据本发明实施例，用于控制燃气轮机的方法可以包括：获得与发动机的当前状态相关的动态类型信息。该方法还可以包括：用该动态类型信息的至少一部分来初始化发动机模型，其中，至少部分基于该动态类型信息的至少一个值被输入至该发动机模型。而且，该方法可以包括：至少部分基于至少一个值来由该模型确定该发动机的该当前状态。此外，该方法可以包括：至少部分基于该发动机的该状态来确定发动机控制动作。而且，该方法可以包括：输出控制指令，以便执行该发动机控制动作。

在本发明的一个方面，动态类型信息可以包括下列中的至少一个：温度、压力、该发动机的至少两点之间的温度差、排气温度、或者压缩机出口温度。

在本发明的另一方面，获得与发动机的当前状态相关的动态类型信息可以包括获得关于下列中至少一个的信息：该发动机、发动机部件、发动机系统、发动机系统部件、发动机控制系统、发动机控制系统部件、该发动机中的气体通路、气体通路的动态特性、促动器、执行器、改变发动机行为的控制装置、传感器、监视器、检测系统、燃料计量系统、燃料传送系统、润滑系统、液压系统、发动机与发动机的差异、退化、机械故障、电故障、化学故障、机械失效、电失效、化学失效、机械损坏、电损坏、化学损坏、系统故障、系统失效和系统损坏。

在本发明的还一方面，该发动机模型可以包括自适应的实时发动机模拟模型。

在本发明的还一方面，该模型滤波器可以包括卡尔曼滤波器。

而且，在本发明的另一方面，用该动态类型信息的至少一部分来初始化发动机模型可以包括向该发动机模型输入至少一个测量的性能值。

在本发明的另一方面，用该动态类型信息的至少一部分来初始化发动机模型可以包括实现卡尔曼滤波器。

在本发明的另一方面，该方法包括重复前述步骤的至少一部分，其中，附加动态类型信息被输入该发动机模型，以便改善发动机控制。

本发明的还一方面可以包括由计算机自动执行该方法。