基于模糊控制的压缩机防喘振研究

发布时间：2020-07-14 04:18

【摘要】： 离心式压缩机是生产过程中十分重要的气体输送设备,解决离心式压缩机的喘振问题,对提高压缩机运行的质量和效率具有重要意义。本文涉及的离心式压缩机防喘振模糊控制系统来源于大庆油田有限责任公司天然气分公司科技攻关项目,具有广阔的应用前景。论文首先介绍了压缩机防喘振控制的国内外发展现状和应用情况,在综合各种现有的压缩机防喘振控制系统解决方案的情况下,基于对离心式压缩机防喘振控制方案研究的目的,本文介绍了离心式压缩机工作的基本原理,并对其喘振特性和防喘振控制系统进行了具体分析。讲述了压缩机防喘振的四个基本方法:固定极限法、可变极限流量法、通用性能曲线控制法和变频调速控制法,并对固定极限法举例说明,采用模糊控制器来实现喘振控制。在举例中,通过对现场采集数据进行分析,得到防喘振的两条基本曲线:喘振极限线和防喘振安全工作线,并设计一个模糊控制器来控制防喘振阀的开度,以达到防止喘振发生的目的。最后,基于Matlab中的Simulink和Fuzzy Controller仿真环境,对设计的模糊控制器进行仿真。本方案的最终目的是使压缩机脱离喘振的危险,通过对仿真结果中入口流量和回流阀开度的比照,所设计模糊控制器基本符合控制要求,达到了防止喘振发生的目的。
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH452
【图文】：

曲线,被动控制,压缩机,曲线

系统是否产生失稳现象标志的观点[5]。Moore 采用小扰动理论,有限扰动理论和极限环理论分别对不同边界条件下的旋转失速特性进行了细致的理论研究,并与 Greitzer 合作,提出了分析压缩机失稳现象的统一模型,简称 M-G 模型,这一模型在系统稳定性分析、失速与喘振的数值模拟和压缩机动态特性模型构造等方面已得到较好应用。Mccaughan 依据M-G模型,运用分叉理论分析了压缩系统非稳定性的特性,定性地提出了经典喘振与深度喘振的区别。并提出了压缩机的动态响应规律与旋转失速的特性有关。与以上研究者不同,Elder 和 Gill 把离心压缩机喘振的特征与具体压缩机部件对非稳定产生的效应联系起来,大致把影响喘振特性的因素归纳为:特性线的压力梯度、进口导叶的冲角、扩压器通道形式和集流器类型等[6]。喘振控制技术的发展与现状1）喘振被动控制在正常运行情况下,压缩机运行在运行点(OP)处,压力和流量在运行点与过程所需运行条件相适应。图 1 所示为压缩机运行状态的典型特性曲线, OP 的位置决定于流量和压头,当入口流量减少出口压力增加时将使压缩机运行点(OP)更靠近喘振线,压缩机的运行状况随时发生变化如停机,入口或出口流量阀可能关小或关闭,即通过改变流量影

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单次,开环,运行点,回流阀

器则打开回流阀。当 OP 缓慢移动时,防喘振控制将以控制的 PID 回路开回流阀,使 OP 保持在喘振控制点处。②快速RAMP开路(图1和图3),由于防喘振控制并不能控制运行点移动速率,只能对引起运行点加快移动的因素进行预测补偿,压缩机控制软件在喘振线与喘振控制线之间建立第二条线(快速 RAMP 线)。如果防喘振控制无法将运行点保持在喘振控制线,当运行点快到 RAMP 线时,防喘振控制将向回流阀发出信号,开启至预定开度。来自控制器的信号为阶跃信号,阀响应为快速开启动作,即为开环控制动作。之后,开环控制回路要求防喘振控制等待一小段时间,如果OP停止移动将开始关阀直至命令信号达到PID回路设定值,如果第一次开环控制后,OP 仍向喘振点移动,防喘控制将再次利用开环控制开阀。③微分控制,如果运行点快速移动,而回流阀及管路回路延时较大,防喘振控制应预测到运行点将超过喘振控制点的情况,即微分控制测出运行点的快速移动,在运行点到达喘振控制线之前,向回流阀发出命令。在哪点给出命令开阀,决定于运行点移动速率和回流阀响应时间,因为控制系统必须在运行点到达喘振控制线之前使阀门有足够开度。④喘振检测尽管有前三种控制方法,但在极特殊情况下,OP 仍可能达到喘振线。此时控制系统必须意识到第一次喘振,并尽力防止第二次喘振。这种被动控制曾得到广泛应用,但这种方法是以降低压缩机即“喘振裕度”实际工作范围,牺牲压缩机某些性能为代价的。2）喘振主动控制随着压缩机向高压比、高转速和高性能方向发展，以及人们对压缩系统失速问题研究的深入，并且伴随着微电子技术、测试技术和控制技术的发展，在 1985 年前后由Epstein、Ffowcs Williams 和 Greitzer 提出了对叶轮机械压缩系统失稳现象实施主动控制的设想

【参考文献】