基于紧连控制阀的离心式压缩机防喘振控制

摘要

离心式压缩机是冶金、石油化工等工业部门广泛使用的大型关键设备。离心式压缩机有很多优点，如排气压力高、适用于气量小的场合等等，但也有其本身难以克服的缺点，如效率低、易喘振等等。传统的防喘振被动控制虽然能够确保压缩机的安全，但是却严重的影响了压缩机的工作范围。 针对上述问题主动控制应运而生，通过引入主动控制来改变压缩机性能曲线或管网性能曲线的形状，从而使离心式压缩机能够稳定的工作在任何质量流量下。紧连控制阀由于其结构简单、效果明显，因此被认为是目前最有前景的主动控制器。但引入紧连控制阀的同时又不可避免的带来能耗增加的问题，从而影响了其在实际情况中的应用。本文从以下几个方面入手，试图解决上述问题。 首先，本文通过深入分析离心式压缩机中各种能量损失的原理，建立了压缩机性能曲线的函数关系表达式；并利用质量守恒以及动量守恒关系建立了压缩机系统的三阶非线性状态空间模型，从而为控制器的设计以及控制策略的研究奠定基础。 其次，针对紧连控制阀引起系统能耗增加的问题，并结合非线性系统的特性采用变结构控制的策略来达到节能降耗的目的，即当压缩机工作在稳定工作区的时候进行PI控制，而当压缩机工作在喘振区的时候利用紧连控制阀的作用对压缩机实施主动控制。本文还利用李雅普诺夫稳定性理论证明了在引入紧连控制阀后闭环系统的稳定性，并采用SIMULINK对整个系统进行了仿真。 另外，为了考查控制策略的效果，本文还利用MATLAB与组态王的DDE通讯功能建立了离心式压缩机系统仿真平台，将仿真结果以可视化的形式显示出来，使其更为直观。

目录

文摘

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1绪论

1.1离心式压缩机防喘振控制中存在的问题

1.2离心式压缩机防喘振主动控制的发展

1.3本文的主要工作

2离心式压缩机的工作原理、性能曲线与调节

2.1离心式压缩机的工作原理与结构组成

2.2离心式压缩机的性能曲线

2.3压缩机与管网联合工作

2.4旋转失速和喘振

2.4.1旋转失速

2.4.2喘振

2.5离心式压缩机的调节

2.5.1节流调节

2.5.2变转速调节

2.5.3变压缩机元件调节

2.6小结

3喘振控制的发展与现状

3.1离心式压缩机的防喘振被动控制

3.2离心式压缩机的防喘振被动控制策略

3.3离心式压缩机的防喘振主动控制

3.4小结

4离心式压缩机系统模型

4.1离心式压缩机系统模型简介

4.2离心式压缩机系统理论模型

4.3叶轮进出口气流速度三角形

4.3.1叶轮进口气流速度三角形

4.3.2叶轮出口气流速度三角形

4.4离心式压缩机中的能量损失

4.4.1摩擦损失与冲击损失

4.4.2离心式压缩机中其他能量损失

4.5离心式压缩机的能量传递

4.5.1离心式压缩机的转矩

4.5.2理想情况下的能量传递

4.5.3离心式压缩机的效率

4.6阻塞对离心式压缩机工作范围的影响

4.7能量与压力升高之间的关系

4.8离心式压缩机系统的动力学模型

4.9小结

5离心式压缩机防喘振主动控制

5.1离心式压缩机防喘振主动控制分析

5.2基于紧连控制阀的离心式压缩机系统模型

5.3控制器的设计

5.3.1变结构控制简介

5.3.2切换函数的选择

5.3.3稳定性分析

5.3.4变结构控制器设计

5.4仿真

5.5控制策略的设计

5.6小结

6离心式压缩机系统的仿真平台设计

6.1离心式压缩机系统仿真平台功能概述

6.2组态王与MATLAB的通讯

6.2.1组态王与MATLAB通讯功能概述

6.2.2 DDE简介

6.2.3 MATLAB和组态王的DDE技术

6.2.4 MATLAB和组态王之间的DDE通讯

6.3组态王与MATLAB混合监控软件开发

6.3.1组态王编制人机界面

6.3.2 MATLAB和组态王的DDE连接

6.3.3运行和调试

6.4 小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢