离心式压缩机防喘振模糊PID控制系统研究

51科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald工业技术2011NO.13ScienceandTechnologyInnovationHerald科技创新导报离心压缩机由法国教授奥古斯都雷克于19世纪发明。这种压缩机可靠性高、适用性强,几乎适用于任何气体的压缩。但是和其它种类型的压缩机一样,其存在喘振现象。喘振是压缩机系统一种不稳定的工作状态,通常发生在压缩机进口流量过小引起内部流道中出现严重的旋转脱离,流动严重恶化,使压缩机出口压力突然严重下降。由于这时候与压缩机相连的管网中的气体压力并不马上减小,严重时管网中的气体压力就反大于压缩机出口压力,并造成管网中的气体倒流向压缩机,直到管网中的压力下降至低于压缩机出口压力为止,此时倒流停止,压缩机开始正常向管网供气,其流量增大,恢复正常工作。但是当管网中的压力也恢复到原来的压力时,压缩机的流量减小,系统中气体又产生倒流。如此周而复始的变化使整个系统中的气流产生周期性的振荡。过去的几十年以来,喘振的控制技术已经有了更广、更深的发展。评判一种控制技术是否优越,主要从其控制技术性能、适用性、以及在新系统的移植性方面来考虑。通常防喘振控制分为主动控制和被动控制,前者直接着眼于失稳现象本身,抑制诱发喘振的气流不稳定过程来改善整个压缩机系统的性能,阻止喘振发生;而后者则通过防喘振控制,使压缩机运行点在管网流量减少到少于喘振流量限下仍不穿过喘振线,维持在稳定运行区,避免喘振的发生,这种控制策略相对简单,易于实现[1～3]。本论文设计了一种基于模糊PID控制的可变极限流量被动控制方法。PID控制作为一种经典的控制策略,已经在各行各业广泛应用。而模糊逻辑控制设计简单、性能优异,两者的结合使得PID参数更加精确,控制器性能更加优越。1防喘振原理防喘振控制的目的就是要保证压缩机工况点始终运行在防喘振线以下的安全区域。从喘振的形成过程可以看出,在一定的排气压力下,防止压缩机流量过小就能避免喘振发生。所以在实际工程应用中,采用降低排气压力(放空)来增大压缩机流量,消除喘振[4]。根据这一要求防喘振阀通常选为气关阀,并且要求快开慢关。防喘振控制就是利用这一原理来设置防喘振线,防止喘振的发生。沿离心式压缩机在不同转速下的特性曲线的最高轨迹近似做一条抛物线,这条曲线即是喘振线,如图1所示。为了安全期间,实际中将喘振线纵坐标参数下移3%作为喘振裕度,即放空线,工况点在放空线以下,放空阀关闭,如果工况点在放空线以上,放空阀全开来防止喘振的发生。实测喘振线纵坐标参数下移8%得到该压缩机的防喘振控制线,当出口压力到达控制线时,控制系统自动调节防喘振阀放风,降低出口压力防止喘振发生[5][6]。如图1所示,压缩机防喘振安全工作线为一条抛物线,方程式如下:2211PPabQ=+(1)a,b—均为设备常数,由制造厂提供。假设压缩机入口气体温度1θ较稳定,若将横坐标取为211/Qθ,则抛物线型防喘振安全工作线变为一条斜率为K的直线。因此,由式(1)可得22111PPaKQθ=+(2)式中,1Kb=θ。又因为标准节流装置流量测量经验公式为1111QhPβθ=(3)式中,1Q为压缩机吸入流量;1h流量测量差压;1θ为吸入侧绝对温度;1P为吸入侧绝对压力;β为流量系数。所以,把式(3)代入式(2)可得221111PPaKhβθ=+(4)由式(4)可得121()hMPaP=−(5)其中()12MKβ−=。防喘振约束条件为:121()hMPaP≥−(6)2控制系统设计2.1压缩机控制系统分析压缩机控制系统示意图如图2所示。离心式压缩机防喘振模糊PID控制系统研究庞天照(海军驻葫芦岛431厂军事代表室辽宁葫芦岛125004)摘要:研究探讨了离心式压缩机防喘振控制的方法与原理,确定了可变极限流量的被动控制方法;利用模糊控制与传统PID控制相结合的控制方法,设计了离心式压缩机的防喘振控制系统;在Simulink仿真平台中对控制系统进行仿真,结果表明该模糊PID控制系统的设计方案是可行的。关键词:离心式压缩机模糊PID防喘振可变极限流量中图分类号:TH45文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0051-02图1离心式压缩机特性曲线图2压缩机控制系统示意图52科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald2011NO.13ScienceandTechnologyInnovationHerald工业技术科技创新导报压缩机转速发生变化后,入口压力1P与出口压力2P发生变化,两者加权相加后,再乘M得到在新转速下的控制器设定值21()MPaP−。当入口流量较大,1h大于设定值21()MPaP−时,调节器FC正作用输出最大,调节阀FV为气关阀,处于关闭状