[发明专利]时变工况下制冷设备转子压缩机载荷激励辨识方法

权利要求书

1.一种时变工况下制冷设备转子压缩机载荷激励辨识方法，其特征是：对时变工况下制冷设备转子压缩机排回气管口进行振动测试，获得制冷设备转子压缩机排回气管口的实测加速度响应时间历程信号，构建加速度期望响应矩阵；利用有限元方法构建制冷设备转子压缩机的虚拟样机模型，并应用虚拟样机模型分析制冷设备转子压缩机在白噪声载荷作用下排回气管口测点的加速度响应，求出传递函数矩阵；由时变工况下转子压缩机排回气管口测点的振动测试结果反算时变工况下制冷设备转子压缩机的载荷激励，并利用迭代方法消除误差；

所述时变工况下制冷设备转子压缩机载荷激励辨识方法是按如下步骤进行：

步骤1、针对采用转子压缩机的制冷设备，在压缩机单体试验台架上或者在空调整机系统上进行时变工况下的排回气管口振动测试，所述转子压缩机包括压缩机本体(1)和储液桶(2)，排气口(3)位于压缩机本体(1)的顶部，回气口(4)位于储液桶(2)的顶部；

步骤2、分别取所述排气口(3)为测点A、取所述回气口(4)为测点B，并以测点A为坐标原点O，以过原点O的竖直方向为Z轴方向，以垂直于Z轴的平面为XOY平面，测点A和测点B的连线在XOY平面上的投影为X轴，Y轴垂直于XOZ平面，确立坐标系OXYZ；

步骤3、经实测并通过低通滤波信号处理获得时变工况下制冷设备转子压缩机测点A在X、Y及Z方向上的加速度响应时间历程信号为a_x、a_y、a_z，以及测点B在X、Y和Z方向上的加速度响应时间历程信号分别为b_x、b_y、b_z，构建加速度期望响应矩阵Y为：

Y＝[a_x a_y a_z b_x b_y b_z] (1)

步骤4、利用有限元方法构建制冷设备转子压缩机的虚拟样机模型，按如下过程分析制冷设备转子压缩机在白噪声激励载荷作用下测点A和测点B的试验加速度响应时间历程信号：

步骤a、对制冷设备转子压缩机的虚拟样机模型，在加载点P上分别施加不同方向上的力和力矩，分别是：

在X方向施加均值为零、方差为1的高斯白噪声载荷序列F_x0(k),将F_x0(k)也记为F_x0；

在Y方向施加均值为零、方差为1的高斯白噪声载荷序列F_y0(k),将F_y0(k)也记为F_y0；

在Z方向施加均值为零、方差为1的高斯白噪声载荷序列F_z0(k),将F_z0(k)也记为F_z0；

绕X方向施加均值为零、方差为1的高斯白噪声载荷序列M_x0(k),将M_x0(k)也记为M_x0；

绕Y方向施加均值为零、方差为1的高斯白噪声载荷序列M_y0(k),将M_y0(k)也记为M_y0；

绕Z方向施加均值为零、方差为1的高斯白噪声载荷序列M_z0(k),将M_z0(k)也记为M_z0；

通过时间响应历程分析得到：

在F_x0的作用下测点A的加速度响应的时间历程信号a_x1、a_y1、a_z1，以及测点B的加速度响应的时间历程信号：b_x1、b_y1、b_z1；

在F_y0的作用下测点A的加速度响应的时间历程信号a_x2、a_y2、a_z2，以及测点B的加速度响应的时间历程信号：b_x2、b_y2、b_z2；

在F_z0的作用下测点A的加速度响应的时间历程信号a_x3、a_y3、a_z3，以及测点B的加速度响应的时间历程信号：b_x3、b_y3、b_z3；

在M_x0的作用下测点A的加速度响应的时间历程信号a_x4、a_y4、a_z4，以及测点B的加速度响应的时间历程信号：b_x4、b_y4、b_z4；

在M_y0的作用下测点A的加速度响应的时间历程信号a_x5、a_y5、a_z5，以及测点B的加速度响应的时间历程信号：b_x5、b_y5、b_z5；

在M_z0的作用下测点A的加速度响应的时间历程信号a_x6、a_y6、a_z6，以及测点B的加速度响应的时间历程信号：b_x6、b_y6、b_z6；

每个载荷序列对应的六组传递函数为：

H₁₁(w)＝FFT(a_x1)/FFT(F_x0),H₁₂(w)＝FFT(a_y1)/FFT(F_x0).....H₁₆(w)＝FFT(b_z1)/FFT(F_x0)；

H₂₁(w)＝FFT(a_x2)/FFT(F_y0),H₂₂(w)＝FFT(a_x2)/FFT(F_y0)......H₂₆(w)＝FFT(b_z2)/FFT(F_y0)；

…….

H₅₁(w)＝FFT(a_x5)/FFT(M_y0),H₅₂(w)＝FFT(a_y5)/FFT(M_y0)......H₅₆(w)＝FFT(b_z5)/FFT(M_y0)；

H₆₁(w)＝FFT(a_x6)/FFT(M_z0),H₆₂(w)＝FFT(a_y6)/FFT(M_z0)......H₆₆(w)＝FFT(b_z6)/FFT(M_z0)；

其中：FFT为快速傅里叶变换函数，利用六组载荷的6×6频响函数构建传递函数矩阵G为：

所述加载点是指转子压缩机的载荷作用点，取所述加载点为压缩机本体1/3高度处圆截面与压缩机轴线的交叉点；

步骤b、利用式(3)得到时变工况下制冷设备转子压缩机的载荷激励：

F＝W·G^-1 (3)

其中：

F＝(FFT(F_x),FFT(F_y),FFT(F_z),FFT(M_x),FFT(M_y),FFT(M_z))

W＝(FFT(a_x),FFT(a_y),FFT(a_z),FFT(b_x),FFT(b_y),FFT(b_z))

则：

(F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z)＝IFFT(F) (4)

其中：IFFT为快速傅里叶逆变换函数，F_x和M_x为加载点P上X方向的载荷激励，F_y和M_y为加载点P上Y方向的载荷激励，F_z和M_z为加载点P上Z方向的载荷激励；

步骤c、将所述F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z加载到制冷设备转子压缩机虚拟样机模型中的加载点，通过时间响应历程分析，得到虚拟样机模型中测点A的X、Y和Z方向加速度响应的时间历程分别为a_x10、a_y10、a_z10，测点B的X、Y和Z方向加速度响应的时间历程分别为b_x20、b_y20、b_z20，构建如式(5)所示的加速度响应矩阵Y₀(k)，也记为Y₀，

Y₀＝[a_x10 a_y10 a_z10 b_x20 b_y20 b_z20] (5)

步骤d、将所述加速度期望响应矩阵Y和加速度响应矩阵Y₀按式(6)进行比较：

其中：δ为设定的允许误差,k＝0,1,2……

若满足式(6)，步骤(b)中所获得的载荷激励F_x、F_y、F_z、M_x、M_y和M_z即为所要求解的时变工况下的制冷设备转子压缩机载荷激励；

若不能满足式(6)，则继续进入步骤(e)；

步骤e、利用式(7)获得更新的制冷设备转子压缩机载荷激励F₁：

F₁＝IIFT(F)+IFFT(G^-1×FFT(Y-Y₀)) (7)

步骤f、将式(7)得到的新的制冷设备转子压缩机载荷激励F₁重复步骤c-步骤d，利用迭代的方法消除误差，直到满足式(6)的要求，获得时变工况下制冷设备转子压缩机的载荷激励。