融合先验知识的燃气轮机欠定气路故障诊断方法研究

摘要

燃气轮机气路故障诊断是燃气轮机信息化和智能化的重要研究领域。一方面由于燃气轮机是效率高，安全环保，稳定可靠的新型动力设备，在广大领域内应用越来越广泛，加强对燃机运行状态监测、故障诊断乃至避免安全事故就必不可少；另一方面气路故障作为燃气轮机最主要的故障类型之一，具有条件恶劣，监测困难，信息不足的特点，一旦发生燃机气路故障，轻则性能下降，影响可靠性和安全性，重则引发安全事故。因此燃机推广应用的迅猛势头和燃机气路故障的恶劣后果迫使对燃气轮机气路故障诊断进行理论和应用研究。本文主要的研究内容是在监测参数信息不足情况下形成的燃气轮机欠定气路故障诊断问题。研究融合燃机气路故障先验知识的诊断方法及其应用的关键技术。
　　首先，建立了燃机故障模型并进行典型气路故障仿真分析。建立的模型与实际燃机运行数据相符，故障设置满足典型气路故障特点。重点分析了典型气路故障和变工况因素条件下的测量参数偏差规律，形成定性的燃机气路故障先验知识。
　　其次，对燃机欠定气路故障问题进行分析并对诊断方法进行了研究。通过线性气路分析建立了燃机气路故障方程，通过讨论无约束最小二乘、基于l1范数约束和基于l2范数约束的解决方法，发现其约束规则不符合实际燃机气路故障情况而使得诊断效果不佳。提出将典型气路故障先验知识融入到遗传算法对欠定气路故障问题进行解决，验证实验表明了方法的可行性。
　　再次，融合先验知识对燃气轮机气路故障进行诊断。先利用测量参数偏差方向和相对大小对燃机气路故障进行隔离，然后利用相应的约束项进行辨识。诊断结果表明，融合先验知识能够对燃机气路故障进行诊断。
　　最后，讨论了气路故障诊断实际应用性。针对变负荷、大气环境和传感器故障的实际情况，通过对影响系数矩阵扩维使得这些影响因素能够与气路故障隔离开来。最后讨论了测量噪声的影响。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2燃机欠定故障诊断的研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 燃机故障仿真模型及典型故障仿真

2.1 引言

2.2燃机故障的参数描述

2.3燃机故障仿真模型

2.4燃机典型气路故障分析

2.5燃机典型气路故障仿真分析

2.6燃机变工况对测量参数影响的仿真分析

2.7本章小结

第3章 燃机欠定气路故障分析及诊断方法研究

3.1引言

3.2燃机气路故障诊断欠定问题分析

3.3燃机线性欠定气路故障诊断方法

3.4基于遗传算法的燃机欠定气路故障诊断方法

3.5实验验证

3.6本章小结

第4章 融合先验知识的燃机欠定气路故障诊断

4.1引言

4.2燃机气路故障诊断先验知识

4.3融合先验知识的燃机气路故障隔离

4.4基于遗传算法的燃机气路故障辨识

4.5实验验证

4.6本章小结

第5章 燃机欠定故障诊断方法工程应用的适应性设计

5.1引言

5.2考虑变负荷运行的燃机气路故障诊断适应性设计

5.3考虑大气模式变化的燃机气路故障诊断适应性设计

5.4考虑传感器故障的燃机气路故障诊断适应性设计

5.5测量噪声对于燃机气路故障诊断的影响及对策

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢