Echtzeitsimulation einer Gasturbine Real-Time-Simulation of a Gas-Turbine Till Hoffmann -Diplomarbeit - September 2000

? Wozu Simulation Umstellung der vorhandenen Gasturbinenregelung von dem mechanischen Regler auf eine ECB Keine Erfahrungen mit dieser Kombination vorhanden Unter Berücksichtigung von Alter und Ersatzteilversorgung der Turbine kein Trial and Error Verfahren erstrebenswert Reglerauslegung an einem Modell der Turbine

Reglerauslegung an der Simulation Bekanntes Verfahren aus der Automobilindustrie: Rapid Controller Prototyping Entwickelt zur schnellen und ungefährlichen Auslegung von Reglern mit Hilfe von Simulationen Neu: Übertragen des RCP auf die Auslegung des Reglers der Turbine Entwicklungsprozess in drei Punkte gegliedert

Entwicklungsprozess Off-line Simulation Test an der realen Turbine Hardware-in-the-Loop Betrieb

Ziel dieser Arbeit Erstellen eines Modells der Turbine zur Off-line Simulation Verifizierung des Modells anhand der Versuchsdaten Überprüfen des Modells auf Echtzeitfähigkeit

Arbeitsschritte Literaturbeschaffung Datenbeschaffung und –konvertierung aus Versuchen an der Turbine Einarbeitung in Theorie und Werkzeuge Entwicklung eines mechanischen Modells zur schnellen Bestimmung erster Reglerparameter Entwicklung von Modellen des Kraftstoffventils und der Kinematik Entwicklung eines thermodynamischen Modells

Thermodynamisches Modell 1.Aufstellen eines allgemeinen Simulationsalgorithmus aus der Theorie 2.Ermittlung turbinenspezifischer Parameter aus Versuchsdaten 3.Aufstellen des Programms (S-Functions) 4.Verifizierung des Modells 5.Off-line Simulation 6.Übertragen auf den DSP und Überprüfen auf Echtzeitfähigkeit

Aufstellen eines allgemeinen Simulationsalgorithmus Erkennen der thermodynamischen Zusammenhänge Aufstellen eines Grundgerüstes der Simulation Allgemeines Modell für diese Turbinenart Beisp.: Druckverhältnis abhängig von der Drehzahl

Abgleich auf die vorhandene Turbine Ermitteln der turbinenspezifischen Daten: Aufarbeitung in eine programmtechnisch umsetzbare Form:

Aufstellen des Programms Umsetzung der Zusammenhänge in Programmcode

Aufstellen des Programms Verwendung von S-Functions –Geschwindigkeit –Anpassungsfähigkeit –Kompatibilität Einarbeitung Programmierung in C Tests zur Funktionalität und Implementierung von Fehlerabfragen Umsetzung der Zusammenhänge in Programmcode

Verifizierung des Modells Unter Zuhilfenahme von Versuchsdaten Anhand von mehreren Versuchen

Off-line Simulation Erstellen eines vollständigen Modells unter Simulink –Modell der Turbine –Modell der Kinematik –Modell des Anlassers –Modell des Kraftstoffventils Simulation der für die ECB notwendigen Parameter

Übertragen auf den DSP Kompilierung des Modells in Code für den DSP Aufstellen einer Bedienoberfläche unter dem Control Desk Überprüfen des Modells auf Echtzeitfähigkeit

Oberfläche des Control Desks Steuerung aller wichtiger Parameter

Zusammenfassung Bestehendes Modell simuliert off-line alle wichtigen Zustände der Turbine Implementiert auf DSP Läuft in Echtzeit Grundvoraussetzungen für Hardware-in-the-Loop Betrieb geschaffen