[发明专利]基于磁悬浮轴向位置控制的压缩机喘振预测控制方法

权利要求书

1.一种基于磁悬浮轴向位置控制的压缩机喘振预测控制方法，其特征在于，通过采集不同转速下压缩机出口压力值与流量值来绘制喘振曲线，通过建立压缩机数学模型推导出压升与质量流量的函数关系，建立压缩机出口压力预测模型来确定压缩机下一时刻的运行点坐标，当运行点坐标与喘振曲线相交时说明下一刻将发生喘振，需要对压缩机中轴承的轴向和径向分别进行调节来消除喘振；包括：

步骤1：控制磁悬浮压缩机在不同转速下进行实验，得到压缩机不同转速下的特性曲线以生成喘振曲线；

步骤2：根据Greitzer模型生成压升与质量流量的函数关系；

步骤3：采用基于最小二乘法的支持向量机建立预测模型以估计磁悬浮压缩机下一时刻出口压力；

步骤4：根据预测得到的下一时刻出口压力，经过拓展卡尔曼滤波得到对应的质量流量估计值，即得到下一刻关于出口压力和流量质量的坐标点，即压缩机下一时刻的运行点；

步骤5：对比压缩机下一刻的运行点与喘振曲线的关系，若坐标点与喘振曲线相交，则说明下一时刻将发生喘振，需要根据压升与质量流量关系对转子的轴向位移和径向进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮轴向位置控制的压缩机喘振预测控制方法，其特征在于，所述步骤1具体表述为：在磁悬浮压缩机上进行实验时，实时采集压缩机的出口压力与流量值，在压缩机保持稳定时逐渐关闭节流阀，推动压缩机进入喘振区，当检测到喘振不稳定迹象时，实验停止，绘制出压缩机在当前转速下的压强-流量曲线，则压强-流量曲线的最高点为喘振点，在不同转速下进行多次实验，绘制出不同转速下的压强-流量曲线，连接所有曲线上的喘振点得到喘振曲线。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮轴向位置控制的压缩机喘振预测控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1：建立简化后的二阶Greitzer模型为：

式中，Φ_c为压缩机质量流量，B为Greitzer稳定参数，ω_H为赫姆霍兹频率，Ψ_c为压缩机压升，Ψ_p为气室压升，Φ_th为节流阀质量流量；

步骤2.2：根据步骤2.1建立的Greitzer模型，通过仿真实验拟合得到磁悬浮压缩机在稳定工作区的特性曲线为：

式中，为压缩机压比，为流量为零时的压比，φ为质量流量，H和W为特性曲线的系数；

当磁悬浮压缩机处于喘振区时，其特征曲线可由稳定区域特性曲线拓展得到：

步骤2.3：建立无量纲的压升与质量流量的函数关系式：

式中，p_o1为进口大气压强，Δp为进出口大气压强差，A_c为压缩机管道截面积，U为压缩机叶轮边缘旋转线速度，Ψ为无量纲压升，Φ为无量纲质量流量；

步骤2.4：由压差公式：Δp＝p_c-p_o1 (7)

压比公式：

将(7)(8)代入(5)式可得：

步骤2.5：将公式(6)、公式(9)分别带入公式(3)、公式(4)得到无量纲压升与质量流量的函数关系：

式中，Ψ_c(Φ_c)为压缩机无量纲压升。