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第 42 卷第 4 期 东 北 师 大 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Vol .42 No .4
2010 年 12 月 Journal of Northeast Normal University(Natural Science Edition) December 2010
[文章编号]1000‐1832(2010)04‐0076‐04
[收稿日期] 2010‐09‐24
[基金项目] 国家科技支撑计划项目 (2007BAE17B03) .
[作者简介] 金星 (1976 — ) ,男 ,硕士 ,讲师 ,主要从事智能仪器与故障诊断研究 ;通讯作者 :姜长泓 (1969 — ) ,男 ,教授 ,主要从事智
能控制 、信号检测等研究 .
离 心 式 空 压 机 防 喘 振 广 义 预 测 控 制 方 法 的 研 究
金 星 ,姜长泓 ,王盛慧
(长春工业大学电气与电子工程学院 ,吉林 长春 130012)
[摘 要] 分析了离心式空压机防喘振控制过程中诸多参数之间的相互关系 ,建立了空压机
防喘振受控自回归积分滑动平均系统模型 ,提出了基于串级控制的广义预测控制方法 ,并应用
于某化工厂深冷空气分离空压机调节系统 .结果表明 ,该控制方法可抑制不确定干扰和非线性
因素对系统的不良影响 ,能有效防止喘振现象的发生 .
[关键词] 离心式空压机 ;防喘振 ;时变系统 ;广义预测控制
[中图分类号] TP274 + 畅2 [学科代码] 510 · 80 [文献标志码] A
自 1986 年 Moore 和 Greitzer 首次提出空压机失速 、喘振 M‐G 模型以来 ,喘振的预测与防范就成为
空压机研究领域的热点 .Fink 建立了离心式空压机非定转速喘振模型 ,Meuleman 提出不稳定流速模
型 ,Willems 研究了在有限反馈条件下空压机的稳定性问题 .随后 ,Schmitz 和 Galindo 等人针对涡轮增
压机的特性曲线 、喘振极限与周期问题也进行了科学研究
[1‐3]
.不难看出 ,预测喘振最根本的问题就是如
何建立实用 、有效的空压机动态模型 .这些研究方法多数集中于线性时不变过程 ,将现场采集到的管网
排气量 、压力 、流量等数据表示为彼此独立的时间序列 ,实现线性时不变函数的平稳过程 .然而 ,实际空
压机运行过程具有一定程度的时变性和非线性 ,如采样分析数据本身存在一定的自相关 ,并不满足彼此
统计独立 ,管网流量扰动改变 ,压力 、流量 、温度传感器和电机 、导叶阀执行器的非线性等 .因此 ,为真实
反映喘振受机组本身因素 、管网压力 、温度 、流量等因素影响的复杂过程 ,建立时变的数学模型是非常必
要的
[4‐5]
.
本文以空压机变负荷运行数据为参数 ,分析参数时变和非线性特性 ,计算相关矩阵 ,结合空压机装
置特性曲线 ,建立一种基于受控自回归积分滑动平均 CARIMA (Controlled autoregressive integrated
moving average)的空压机装置防喘振模型 ,设计模型目标函数 ,引入 Diophantine 方程
[6]
,计算了广义
预测控制律 ,实现空压机变负荷防喘振运行的广义预测控制 .
1 装置
离心式空压机恒压控制是以管路输出口压力为恒定 ,改变同步电机的励磁电流 ,调节电动机转速实
现的 .该控制系统采用主 、副串级调节结构
[7‐9]
,主控制调节回路实现管路气体恒压控制 ,副控制调节回
路实现管路气体流量控制 ,如图 1 所示 .
这种利用改变励磁电流的调节方式 ,不可避免地会受到电网谐波扰动的影响 ,再加之气体在叶轮和
扩压器的流道内流动 ,利用离心升压作用和降速扩压作用 ,气体压缩 、压力提高 、所携带的能量在压缩前
后发生了变化 ,即比容 、熵 、焓均发生变化 .依据能量守恒定律和伯努力方程 ,考虑管路压变阻力 、环境温
度 、漏气等诸多实际因素 ,管网入口 、出口压比与流量之间表现出明显的时变和非线性 .如果对空压机变
负荷运行简单地采用线性时不变控制方法进行调节 ,那么空压机易出现工作点从平稳工作区移入临界
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