随着现代工业的快速发展,燃气轮机的应用越来越广泛,其控制系统的研究一直备受能源电力和复杂控制系统领域的重视。现有的单一控制器和普通切换控制,已经不能满足多工况切换的现代高性能燃气轮机的控制要求。因此,本文以某型燃气轮机为被控对象,当系统动态因工况变化而发生变化或受到大的输入扰动时,为确保控制器切换瞬间系统控制量平滑过渡,设计了可以主动观测干扰并补偿的自抗扰主控制器和基于自适应增益补偿器的无扰切换控制策略。最后,通过数值仿真和硬件在环实验,验证了本文提出的无扰切换控制策略的可行性和自抗扰为主控制器的控制系统优越性。本文主要工作如下:1.研究燃气轮机非线性数学模型和燃料系统AMEsim模型。以某型单轴燃气轮机为例,根据热力学、转子动力学等公式,建立了燃气轮机各部件的数学模型。最后,根据功率守恒定律建立非线性燃气轮机机理模型。燃料系统作为控制系统的执行机构,不同工况下对应的各通道流量比例不同,为了更真实地反映燃料通道比例切换瞬间总燃气流量的变化,在AMEsim软件中建立了燃料系统模型。2.设计了燃气轮机控制方案。从燃气轮机起动到并网发电的过程需要依次经历起动控制、升速控制、转速控制和负荷控制。为了保证燃料稳定供应,还设计了燃料系统控制器。系统进行燃料通道比例切换时会引起燃料总量波动,自抗扰控制器可以利用观测器观测这一扰动并予以补偿以达到较好的抗扰性,并将其应用于燃气轮机控制系统。最后,针对孤岛运行模式、并网运行模式分别以自抗扰和PID为主控制器进行了数值仿真实验,验证了自抗扰控制器相较于PID有更好的抗扰性。3.设计了基于自适应增益补偿器的无扰切换控制策略。在控制器切换瞬间,控制信号可能会发生剧烈波动。针对这一问题,本文提出了基于自适应增益补偿器的无扰切换控制策略,并通过李雅普诺夫第二方法证明了系统的稳定性。在燃气轮机并网运行模式下进行了数值仿真实验,结果表明本文提出的无扰切换控制策略在切换时刻既可以平滑过渡,又能提高系统响应速度。4.搭建硬件在环仿真平台并开展硬件在环实验。实物平台主要包括STM32F746G控制器、燃气轮机模型仿真机。软件主要有控制器模型、燃气轮机模型和用于数据监控与仿真控制的上位机。对控制器和仿真机通信准确性和实时性做了验证,接着在燃气轮机并网运行模式下进行了硬件在环仿真实验,验证了本文提出的无扰切换控制策略和自抗扰控制器在燃气轮机控制系统应用的可行性。