CN111550429B - 一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法和控制装置，该方法应用于由位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器构成的离心压缩机转子系统稳定性综合控制系统中；该方法包括：周期性获取离心压缩机运行参数及转子的径向振动位移；缓存连续获取的径向振动位移至确定数目，形成位移样本集；根据位移样本集辨识得到转子系统一阶正进动阻尼比；根据转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器参数；根据运行参数、径向振动位移与控制器参数生成控制信号；将所述控制信号输出给运行参数执行器和电磁执行器，以分别更新离心压缩机运行参数和输出电磁力至离心压缩机转子，保障离心压缩机转子系统稳定性。

Description

一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法及装置

技术领域

本发明涉及离心压缩机转子系统稳定性综合控制技术领域，具体而言，涉及一种基于运行参数执行器和电磁执行器的离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法及装置。

背景技术

现代离心压缩机在性能提升的同时，也面临更复杂工况、更多元激励，即对其转子系统稳定性提出了更高的要求：在实际运转作业中，离心压缩机本身应足以应对作用于转子系统中的失稳源，使得转子响应振动能够快速收敛，并最终实现振动微小增幅或者保持失稳前状态。

离心压缩机失稳致因众多，如油膜失稳、密封失稳、碰摩失稳等，其机理大多为作用于转子的切向交叉耦合力激增而引起转子“蓄能”的加剧，在外阻尼(主要来自于支承轴承)不足以耗散这部分能量时，即造成颤振失稳甚至振动发散失稳。

评价离心压缩机稳定性的主要量化指标是转子一阶正进动的阻尼比或对数衰减率。业界普遍遵循的原则是机组对数衰减率应大于0.1。以此为评测指标，改进密封、轴承、叶轮等主要部件结构可在一定程度上提高整机稳定性，并最终通过机组出厂前测试。但是这不能确保系统的稳定性在实际作业中依旧达标，一方面因为出厂测试并不能完好地基于满负荷工况，另一方面则是因为实际作业工况往往更复杂，常伴突发甚至恶劣激励。

由此可见，确保旋转系统稳定性的有效措施之一便是对在役机组实现对数衰减率的实时或固定时间区间内的辨识，以在失稳萌生或临界触发区域时便对系统进行联锁保护，从而规避因失稳带来的恶劣后果。通常使用的对数衰减率识别手段是通过激振器对转子系统施加扫频力，然后获取振动响应，并最终根据响应振动与扫频力的频域关系求得对数衰减率。这样的方法虽然有效、可行，但同样也是在向系统引入附加干扰，此外还有因使用激振器的附加能耗。

电磁轴承、电磁执行器等主动抑振元件为实现离心压缩机振动反馈控制提供了可靠、高效的媒介。离心压缩机系统的阻尼及刚度随之变得可控，意味着其应对外部扰动可以更加智能，实现人工自愈。

当电磁执行器用于转子系统的稳定性控制时，一般考虑将转子振动作为监测及反馈量；通过振动评判发生失稳故障时，电磁执行器将对转子系统施加一定的外阻尼，从而达到耗散失稳能量，稳定振动的目的。但是这样的反馈系统存在如下几个弊病：1)以振动作为反馈量往往不能在失稳萌生或临界区域触发电磁执行器外阻尼的输出，亦即是在发生了失稳故障时才能触发作用力机制；2)以振动作为反馈量往往并不能很好地指导电磁执行输出最优的外阻尼，通常为保险起见将外阻尼设定得很高，这与机械系统节能化需求是相悖的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法及控制装置，以在无人为附加激励下实现转子稳定性的量化评价，并依此对离心压缩机的运行参数做出维稳调整，对转子施以足够的电磁力，完成稳定性综合控制，规避失稳故障。

第一方面，提供一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，该方法应用于由位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器构成的离心压缩机转子系统稳定性综合控制系统中；该方法包括：

按采样周期周期性获取离心压缩机的运行参数实测值及离心压缩机转子的径向振动位移；

按计算周期周期性连续缓存整数个所述采样周期内的所述径向振动位移，形成确定数目的位移样本集；

根据所述位移样本集按所述计算周期辨识及更新转子系统一阶正进动阻尼比；

根据所述转子系统一阶正进动阻尼比按所述计算周期更新控制器参数：运行参数设定值及电磁力控制参数；

根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值按采样周期更新运行参数控制信号；

根据所述径向振动位移和所述电磁力控制参数按所述采样周期生成电磁力控制信号；

将所述运行参数控制信号和电磁力控制信号分别输出给运行参数执行器及电磁执行器，以使所述运行参数执行器、电磁执行器分别按采样周期调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性的综合控制。

第二方面，提供一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置，应用于由位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器构成的离心压缩机转子稳定性综合控制系统中；获取模块、缓存模块、计算模块、更新模块、更新模块和输出模块顺次连接；该装置包括：

获取模块，用于获取离心压缩机运行参数实测值以及离心压缩机转子的径向振动位移；

缓存模块，用于确保缓存足够径向振动位移，形成位移样本集；

计算模块，用于根据所述位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比；

更新模块，用于根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数；

生成模块，用于根据所述运行参数实测值和所述控制器的运行参数设定值生成运行参数控制信号；还用于根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号；

输出模块，用于将所述运行参数控制信号和电磁力控制信号分别输出给运行参数执行器及电磁执行器，以使所述运行参数执行器、电磁执行器分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性的综合控制。

第三方面，提供一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置，包括：位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器；

所述位移传感器，用于获取转子的径向振动位移，并将所述径向振动位移传输给所述控制器；

所述运行参数传感器，用于获取离心压缩机的运行参数实测值，并将所述运行参数实测值传输给所述控制器；

所述控制器，用于缓存所述的径向振动位移形成位移样本集，根据所述位移样本集得到转子系统一阶正进动阻尼比，根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数，根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值生成运行参数控制信号并输出给所述运行参数执行器，根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号并输出给所述电磁执行器；

所述运行参数执行器，用于根据所述运行参数控制信号调整离心压缩机的运行参数；

所述电磁执行器，用于根据所述电磁力控制信号输出电磁力，用以将所述电磁力施加在所述转子上。

本发明通过使用运行参数传感器和位移传感器分别获取离心压缩机在实际作业中的运行参数实测值和径向振动位移；控制器根据缓存径向振动位移得到的位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比，根据转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值及电磁力控制参数，根据运行参数实测值与运行参数设定值生成运行参数控制信号，根据径向振动位移和控制器参数生成电磁力控制信号；运行参数执行器、电磁执行器依据控制信号分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性的综合控制，以保障转子的稳定性，规避转子失稳故障的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法的流程示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

转子稳定性在当今离心压缩机领域凸显着重要性。转子系统一旦发生失稳而不得整治，后果往往是灾难性的。越来越多的因素催生转子系统的失稳故障，转子稳定性问题在离心压缩机实际作业中变得不可回避。诚然在离心压缩机设备出厂前进行完备的稳定性测试可以有效的保障机械在实际作业中不至发生恶性失稳故障，但出厂测试往往无法达到满负荷，兼之实际作业工况又更加复杂，部件损伤、环境变化、人为失误等都可能使系统超出转子的稳定性区域。这就要求提出一种可在线评价、在线整治，甚至是实时评价、实时整治转子的稳定性问题的手段，以保障转子系统始终处于稳定、安全、高效的状态。

为实现在线评价及在线整治转子稳定性问题，本申请实施例通过使用运行参数传感器和位移传感器分别获取离心压缩机在实际作业中的运行参数实测值和径向振动位移；控制器根据缓存径向振动位移得到的位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比，根据转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值及电磁力控制参数，根据运行参数实测值与运行参数设定值生成运行参数控制信号，根据径向振动位移和控制器参数生成电磁力控制信号；运行参数执行器、电磁执行器依据控制信号分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性的综合控制，以保障转子的稳定性，规避转子失稳故障的发生。

相较于目前已知的转子稳定性处理手段，本发明将工作模态在线辨识技术与反馈振动控制相结合，实现在无需人工激励的条件下，借由振动数据实现转子稳定性的定量估算，并以此作为反馈信息用于对离心压缩机的运行参数进行维稳调整，对转子系统施加外部整治力，最终实现提高转子稳定性、规避失稳故障的目的。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置进行详细介绍。

参见图1所示，本申请实施例提供的离心压缩机转子动态稳定性综合控制装置包括：位移传感器10、运行参数传感器20、控制器30、运行参数执行器40以及电磁执行器50；

所述位移传感器10，用于获取转子的径向振动位移，并将所述径向振动位移传输给所述控制器30；

所述运行参数传感器20，用于获取离心压缩机的运行参数实测值，并将所述运行参数实测值传输给所述控制器30；

所述控制器30，用于缓存所述的径向振动位移形成位移样本集，根据所述位移样本集得到转子系统一阶正进动阻尼比，根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数，根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值生成运行参数控制信号并输出给所述运行参数执行器40，根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号并输出给所述电磁执行器50；

所述运行参数执行器40，用于根据所述运行参数控制信号调整离心压缩机的运行参数；

所述电磁执行器50，用于根据所述电磁力控制信号输出电磁力，用以将所述电磁力施加在所述转子上。

在具体实现时，位移传感器用于对转子监测径向横截面上一对正交的x轴、y轴方向上的径向振动位移进行感应、转换，最终生成可用于控制器30使用的振动位移信号；

运行参数传感器用于对离心压缩机的转速、压比、气体参数配比进行识别、转换，最终生成可用于控制器30使用的运行参数实测值，包括：转速实测值ω_q、压比实测值α_q以及气体参数配比β_q；下标q＝1,2,3…表示第q个采样周期。

控制器用于对接收到的径向振动位移信号进行缓存、解析、反馈计算。控制器30具体包括：缓存器、解析器、调参器以及计算器；

其中，缓存器用于对径向振动位移进行缓存，并将累积到每个计算周期内的径向振动位移形成位移样本集，输出给解析器；

解析器用于根据所述位移样本集对转子系统一阶正进动阻尼比进行识别，将识别值分别输出给调参器和计算器；

具体地，解析器通过以下方法获取转子系统一阶正进动阻尼比：

对位移样本集中的径向振动位移数据点进行正进动成分和反进动成分的区分；

依据位移样本集中的径向振动位移数据点得到转子系统矩阵估算值A；

在转子一阶临界转频f_s±10Hz范围内，对所述系统矩阵估算值A进行特征值分解，得到系统的固有频率序列{f_n}及对应的阻尼比序列{ξ_n}；

从所述固有频率序列{f_n}和所述阻尼比序列{ξ_n}中筛选出对应所述正进动成分的正进动固有频率序列

和正进动阻尼比序列

从所述正进动阻尼比序列

中去除虚假模态，将最终保留的元素作为一阶正进动阻尼比ξ。

控制器30中的调参器用于根据一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值，并根据当前采样周期内的运行参数实测值和运行参数设定值生成运行参数控制信号，并将运行参数控制信号输出给运行参数执行器40；

具体地，运行参数设定值包括：转速设定值ω_i、压比设定值α_i以及气体参数配比设定值β_i；所述运行参数设定值满足公式(1)

其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期，同理，下标i-1表示第i-1个计算周期；i＝1时有[ω_i-1,α_i-1,β_i-1]＝[ω₀,α₀,β₀]表示运行参数设定值的初始值；ξ_i为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比，ξ_c、ξ₀分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值，且有ξ_c＞ξ₀；h_ω(·),h_α(·),h_β(·)均为与ξ_i和ξ_c相关的函数，具体解析形式与由离心压缩机系统结构决定；

具体地，所述运行参数控制信号包括：转速控制信号序列{u_ω,j}、压比控制信号序列{u_α,k}以及气体参数配比控制信号序列{u_β,l}；j、k、l分别为各自序列元素的个数，具体值均与离心压缩机运行参数调控结构相关；运行参数控制信号满足公式(2)

其中，J(ω_i,ω_q)为与转速设定值ω_i和转速实测值ω_q相关的函数；K(α_i,α_q)为与压比设定值α_i和压比实测值α_q相关的函数；L(β_i,β_q)为与气体参数设定值β_i和气体参数配比β_q相关的函数；J(ω_i,ω_q)、K(α_i,α_q)、L(β_i,β_q)的具体解析形式与离心压缩机运行参数调控结构相关。

控制器30中的计算器用以根据一阶正进动阻尼比更新控制器的电磁力控制参数，并根据当前采样周期内的径向振动位移和控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号，并将电磁力控制信号输出给电磁执行器50。

其中，控制器的电磁力控制参数包括：x轴方向的刚度系数k_x、阻尼系数d_x和y轴方向的刚度系数k_y、阻尼系数d_y；其中，阻尼系数又由初始值和更新值组成，初始值包括x轴、y轴方向上的初始阻尼系数d_x0、d_y0，更新值包括x轴、y轴方向上的可变阻尼系数d_x,i、d_y,i，其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期。控制器参数在更新时，刚度系数与阻尼系数的初始值保持不变，而只更新阻尼系数的更新值。

具体地，刚度系数满足公式(3)：

其中，k_sx、k_sy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力位移系数；k_ix、k_iy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力电流系数；k_sx、k_sy、k_ix、k_iy均与所使用的电磁执行器结构特征相关。

阻尼系数的初始值一般情况下可设置为0，但也可根据实际离心压缩机转子系统特征进行人为设定，且必须满足d_x0≥0；d_y0≥0.

阻尼系数的更新值满足公式(4)：

其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期，同理，下标i-1表示第i-1个计算周期；d_x,0＝d_y,0＝0；d_x0和d_y0分别为x轴、y轴方向上的初始阻尼系数；ξ_i为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比，ξ_c、ξ₀分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值，且有ξ_c＞ξ₀；g_x(·)是与(d_x,i-1+d_x0)和(ξ_i-ξ₀)相关的函数，g_y(·)是与(d_y,i-1+d_x0)和(ξ_i-ξ₀)相关的函数，g_x(·)和g_y(·)的具体函数形式由离心压缩机转子系统及电磁执行器结构性质决定。则最终的阻尼系数为所述初始值和所述更新值的代数和，满足公式(5)：

电磁力控制信号包括：x轴方向的控制电压u_sx，以及y轴方向的控制电压u_sy，满足公式(6)：

其中，σ为线圈电流-电压线性化系数；k_x、k_y分别为x轴、y轴方向上的控制器刚度系数；d_x、d_y分别为x轴、y轴方向上的控制器阻尼系数；x₁、y₁分别为转子在x轴、y轴方向上的径向振动位移；对x₁、y₁分别进行基于时间t的一阶导数，得到转子在x轴、y轴方向上的振动速度

运行参数执行器40用以根据运行参数控制信号调整离心压缩机的运行参数。具体地，运行参数执行器包括离心压缩机转速调整单元、压比调整单元以及气体参数配比调整单元。所述各个单元视离心压缩机运行参数调整结构而定，一般地，转速调整单元为变频器，压比调整单元为进出口气阀，气体参数配比调整单元为气体混配器或气体配比器。

电磁执行器50用于将控制器输出的控制电压转化为控制电流，并将控制电流施加在电磁线圈上；电磁线圈受电流激励后会产生与该控制电流对应的电磁力，并将电磁力施加给转子。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了与离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置对应的离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，由于本发明实施例中的装置解决问题的原理与本发明实施例上述离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置相似，因此方法的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

参见图2所示，本申请实施例提供的离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法流程，该方法应用于由位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器构成的离心压缩机转子稳定性综合控制系统中；该方法包括：

S201：按采样周期周期性获取离心压缩机的运行参数实测值以及转子的径向振动位移。

S202：检测当前是否已满一个计算周期,已满进行S203，未满进行S204。

S203：对缓存的该计算周期内的位移样本集进行转子系统一阶正进动阻尼比识别，具体地，通过以下方法获取转子系统一阶正进动阻尼比：

对位移样本集中的径向振动位移数据点进行正进动成分和反进动成分的区分；

依据位移样本集中的径向振动位移数据点得到转子系统矩阵估算值A；

在转子一阶临界转频f_s±10Hz范围内，对所述系统矩阵估算值A进行特征值分解，得到系统的固有频率序列{f_n}及对应的阻尼比序列{ξ_n}；

从所述固有频率序列{f_n}和所述阻尼比序列{ξ_n}中筛选出对应所述正进动成分的正进动固有频率序列

和正进动阻尼比序列

从所述正进动阻尼比序列

中去除虚假模态，将最终保留的元素作为一阶正进动阻尼比ξ。识别完成进入S205。

S204：将该采样周期内的径向振动位移数据点存至缓存区，进入S206。

S205：更新控制器参数；其中，控制器参数包括：运行参数的设定值、电磁力控制参数；

运行参数设定值包括：转速设定值ω_i、压比设定值α_i以及气体参数配比设定值β_i；所述运行参数设定值满足公式(1)

其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期，同理，下标i-1表示第i-1个计算周期；i＝1时有[ω_i-1,α_i-1,β_i-1]＝[ω₀,α₀,β₀]表示运行参数设定值的初始值；ξ_i为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比，ξ_c、ξ₀分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值，且有ξ_c＞ξ₀；h_ω(·),h_α(·),h_β(·)均为与ξ_i和ξ_c相关的函数，具体解析形式与由离心压缩机系统结构决定；

电磁力控制参数包括：x轴方向的刚度系数k_x、阻尼系数d_x和y轴方向的刚度系数k_y、阻尼系数d_y；其中，阻尼系数又由初始值和更新值组成，初始值包括x轴、y轴方向上的初始阻尼系数d_x0、d_y0，更新值包括x轴、y轴方向上的可变阻尼系数d_x,i、d_y,i，其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期。控制器参数在更新时，刚度系数与阻尼系数的初始值保持不变，而只更新阻尼系数的更新值；

具体地，刚度系数满足公式(3)：

其中，k_sx、k_sy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力位移系数；k_ix、k_iy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力电流系数；k_sx、k_sy、k_ix、k_iy均与所使用的电磁执行器结构特征相关；

阻尼系数的初始值一般情况下可设置为0，但也可根据实际离心压缩机转子系统特征进行人为设定，且必须满足d_x0≥0；d_y0≥0.

阻尼系数的更新值满足公式(4)：

其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期，同理，下标i-1表示第i-1个计算周期；d_x,0＝d_y,0＝0；d_x0和d_y0分别为x轴、y轴方向上的初始阻尼系数；ξ_i为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比，ξ_c、ξ₀分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值，且有ξ_c＞ξ₀；g_x(·)是与(d_x,i-1+d_x0)和(ξ_i-ξ₀)相关的函数，g_y(·)是与(d_y,i-1+d_x0)和(ξ_i-ξ₀)相关的函数，g_x(·)和g_y(·)的具体函数形式由离心压缩机转子系统及电磁执行器结构性质决定。则最终的阻尼系数为所述初始值和所述更新值的代数和，满足公式(5)：

进入S207。

S206：保持控制器参数不变，进入S207。

S207：生成控制信号；具体地，控制信号包括：运行参数控制信号、电磁力控制信号；

其中，运行参数控制信号包括：转速控制信号序列{u_ω,j}、压比控制信号序列{u_α,k}以及气体参数配比控制信号序列{u_β,l}；j、k、l分别为各自序列元素的个数，具体值均与离心压缩机运行参数调控结构相关；运行参数控制信号满足公式(2)

其中，J(ω_i,ω_q)为与转速设定值ω_i和转速实测值ω_q相关的函数；K(α_i,α_q)为与压比设定值α_i和压比实测值α_q相关的函数；L(β_i,β_q)为与气体参数设定值β_i和气体参数配比β_q相关的函数；J(ω_i,ω_q)、K(α_i,α_q)、L(β_i,β_q)的具体解析形式与离心压缩机运行参数调控结构相关。

电磁力控制信号包括：x轴方向的控制电压u_sx，以及y轴方向的控制电压u_sy，满足公式(6)：

其中，σ为线圈电流-电压线性化系数；k_x、k_y分别为x轴、y轴方向上的控制器刚度系数；d_x、d_y分别为x轴、y轴方向上的控制器阻尼系数；x₁、y₁分别为转子在x轴、y轴方向上的径向振动位移；对x₁、y₁分别进行基于时间t的一阶导数，得到转子在x轴、y轴方向上的振动速度

S208：将控制信号输出至运行参数执行器以及电磁执行器，以使运行参数执行器、电磁执行器按照控制信号分别调整离心压缩机运行参数、输出电磁力，保障转子稳定性。

本申请实施例通过使用运行参数传感器和位移传感器分别获取离心压缩机在实际作业中的运行参数实测值和径向振动位移；控制器根据缓存径向振动位移得到的位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比，根据转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值及电磁力控制参数，根据运行参数实测值与运行参数设定值生成运行参数控制信号，根据径向振动位移和控制器参数生成电磁力控制信号；运行参数执行器、电磁执行器依据控制信号分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性的综合控制，以保障转子的稳定性，规避转子失稳故障的发生。

参见图3所示，本申请实施例还提供一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置，应用于由位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器构成的离心压缩机转子稳定性综合控制系统中；该装置包括：

获取模块301，用于获取离心压缩机运行参数实测值以及离心压缩机转子的径向振动位移；

缓存模块302，用于确保缓存足够径向振动位移，形成位移样本集；

计算模块303，用于根据所述位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比；

更新模块304，用于根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数；

生成模块305，用于根据所述运行参数实测值和所述控制器的运行参数设定值生成运行参数控制信号；还用于根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号；

输出模块306，用于将所述运行参数控制信号和电磁力控制信号分别输出给运行参数执行器及电磁执行器，以使所述运行参数执行器、电磁执行器分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性的综合控制。

对应于图2中的离心压缩机转子稳定性综合控制方法，本发明实施例还提供了一种计算机设备，如图4所示，该设备包括存储器1000、处理器2000及存储在该存储器1000上并可在该处理器2000上运行的计算机程序，其中，上述处理器2000执行上述计算机程序时实现上述离心压缩机转子稳定性综合控制方法的步骤。

具体地，上述存储器1000和处理器2000能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器2000运行存储器1000存储的计算机程序时，能够执行上述离心压缩机转子稳定性综合控制方法，从而提高离心压缩机转子稳定性，规避失稳故障。

对应于图2中的离心压缩机转子稳定性综合控制方法，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述离心压缩机转子稳定性综合控制方法的步骤。

具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述能够执行上述离心压缩机转子稳定性综合控制方法，从而提高离心压缩机转子稳定性，规避失稳故障。

本发明实施例所提供的离心压缩机转子稳定性综合控制方法以及控制装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，其特征在于：该方法包括：

按采样周期周期性获取离心压缩机的运行参数实测值及离心压缩机转子的径向振动位移；

按计算周期周期性连续缓存整数个所述采样周期内的所述径向振动位移，形成确定数目的位移样本集；

根据所述位移样本集按所述计算周期辨识及更新转子系统一阶正进动阻尼比；

根据所述转子系统一阶正进动阻尼比按所述计算周期更新控制器参数，控制器参数包括运行参数设定值及电磁力控制参数；

根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值按采样周期更新运行参数控制信号；

根据所述径向振动位移和所述电磁力控制参数按所述采样周期生成电磁力控制信号；

将所述运行参数控制信号和电磁力控制信号分别输出给运行参数执行器及电磁执行器，使所述运行参数执行器、电磁执行器分别按采样周期调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性综合控制。

2.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，其特征在于，计算转子系统一阶正进动阻尼比ξ步骤如下：

对位移样本集中的径向振动位移数据点进行正进动成分和反进动成分的区分；

依据位移样本集中的径向振动位移数据点得到转子系统矩阵估算值A；

在转子一阶临界转频f_s±10Hz范围内，对所述系统矩阵估算值A进行特征值分解，得到系统的固有频率序列{f_n}及对应的阻尼比序列{ξ_n}；

从所述固有频率序列{f_n}和所述阻尼比序列{ξ_n}中筛选出对应所述正进动成分的正进动固有频率序列

和正进动阻尼比序列

从所述正进动阻尼比序列

中去除虚假模态，将最终保留的元素作为一阶正进动阻尼比ξ。

3.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，其特征在于，所述控制器的运行参数设定值包括：转速设定值ω_i、压比设定值α_i以及气体参数配比设定值β_i；

所述运行参数设定值满足公式(1)

(1)

其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期，下标i-1表示第i-1个计算周期；i＝1时，[ω_i-1,α_i-1,β_i-1]＝[ω₀,α₀,β₀]表示运行参数设定值的初始值；ξ_i为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比，ξ_c、ξ₀分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值，且有ξ_c＞ξ₀；h_ω(·),h_α(·),h_β(·)均为与ξ_i和ξ_c相关的函数。

4.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，其特征在于，所述控制器的电磁力控制参数包括刚度系数和阻尼系数；

所述刚度系数包括x轴方向的刚度系数k_x和y轴方向的刚度系数k_y，k_x和k_y由电磁执行器的结构参数决定；

x轴方向的刚度系数k_x和y轴方向的刚度系数k_y满足公式(3)：

(3)

其中，k_sx、k_sy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力位移系数；k_ix、k_iy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力电流系数；

所述阻尼系数由初始值和更新值组成；

其中，阻尼系数包括x轴方向的阻尼系数d_x和y轴方向的阻尼系数d_y，满足公式(5)

(5)

其中，d_x0、d_y0分别为x轴、y轴方向上的初始阻尼系数，d_x0和d_y0共同组成了阻尼系数的初始值；d_x,i、d_y,i分别为x轴、y轴方向上的可变阻尼系数，d_x,i和d_y,i共同组成阻尼系数的更新值，其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期。

5.根据权利要求4所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，其特征在于，所述可变阻尼系数由所述一阶正进动阻尼比决定；

x轴方向上的可变阻尼系数d_x,i和y轴方向上的可变阻尼系数d_y,i满足公式(4)

(4)

其中，下标i＝1,2,3，…,表示第i个计算周期，下标i-1表示第i-1个计算周期；d_x,0＝d_y,0＝0；d_x0和d_y0分别为x轴、y轴方向上的初始阻尼系数；ξ_i为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比，ξ_c、ξ₀分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值，且有ξ_c＞ξ₀；g_x(·)是与(d_x,i-1+d_x0)和(ξ_i-ξ₀)相关的函数，g_y(·)是与(d_y,i-1+d_x0)和(ξ_i-ξ₀)相关的函数，g_x(·)和g_y(·)的具体函数形式由离心压缩机转子系统及电磁执行器结构性质决定。

6.根据权利要求1或3或5所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，其特征在于，运行参数控制信号由运行参数实测值和运行参数设定值决定；

运行参数控制信号包括：转速控制信号序列{u_ω,j}、压比控制信号序列{u_α,k}以及气体参数配比控制信号序列{u_β,l}；j、k、l分别为各自序列元素的个数，具体值与离心压缩机运行参数调控结构相关；

运行参数实测值包括：转速实测值ω_q、压比实测值α_q以及气体参数配比β_q；下标q＝1,2,3…表示第q个采样周期；

运行参数设定值包括：转速设定值ω_i、压比设定值α_i以及气体参数配比设定值β_i；

运行参数控制信号满足公式(2)

(2)

其中，J(ω_i,ω_q)为与转速设定值ω_i和转速实测值ω_q相关的函数；K(α_i,α_q)为与压比设定值α_i和压比实测值α_q相关的函数；L(β_i,β_q)为与气体参数配比设定值β_i和气体参数配比β_q相关的函数；J(ω_i,ω_q)、K(α_i,α_q)、L(β_i,β_q)的具体解析形式与离心压缩机运行参数调控结构相关。

7.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法，其特征在于，电磁力控制信号由径向振动位移和控制器的电磁力控制参数决定；

电磁力控制信号包括：x轴方向的控制电压u_sx，以及y轴方向的控制电压u_sy，满足公式(6)：

(6)

其中，σ为线圈电流-电压线性化系数；k_x、k_y分别为x轴、y轴方向上的控制器刚度系数；d_x、d_y分别为x轴、y轴方向上的控制器阻尼系数；x₁、y₁分别为转子在x轴、y轴方向上的径向振动位移；对x₁、y₁分别进行基于时间t的一阶导数，得到转子在x轴、y轴方向上的振动速度

8.一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置，其特征在于，该装置包括：获取模块、缓存模块、计算模块、更新模块和输出模块；获取模块、缓存模块、计算模块、更新模块和输出模块顺次连接；

获取模块，用于获取离心压缩机运行参数实测值以及离心压缩机转子的径向振动位移；

缓存模块，用于确保缓存足够径向振动位移，形成位移样本集；

计算模块，用于根据所述位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比；

更新模块，用于根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数；

生成模块，用于根据所述运行参数实测值和所述控制器的运行参数设定值生成运行参数控制信号；还用于根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号；

输出模块，用于将所述运行参数控制信号和电磁力控制信号分别输出给运行参数执行器及电磁执行器，以使所述运行参数执行器、电磁执行器分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子，实现转子系统稳定性综合控制。

9.根据权利要求8所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置，其特征在于，所述装置置于离心压缩机转子系统稳定性综合控制系统中，离心压缩机转子系统稳定性综合控制系统由位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器构成；

所述位移传感器，用于获取转子的径向振动位移，并将所述径向振动位移传输给所述控制器；

所述运行参数传感器，用于获取离心压缩机的运行参数实测值，并将所述运行参数实测值传输给所述控制器；

所述控制器，用于缓存所述的径向振动位移形成位移样本集，根据所述位移样本集得到转子系统一阶正进动阻尼比，根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数，根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值生成运行参数控制信号并输出给所述运行参数执行器，根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号并输出给所述电磁执行器；

所述运行参数执行器，用于根据所述运行参数控制信号调整离心压缩机的运行参数；

所述电磁执行器，用于根据所述电磁力控制信号输出电磁力，用以将所述电磁力施加在所述转子上。

10.根据权利要求8或9所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置，其特征在于，所述控制器包括缓存器、解析器、调参器以及计算器；

所述缓存器用于对径向振动位移进行缓存，并将累积到每个计算周期内的径向振动位移形成位移样本集，输出给解析器；

所述解析器根据所述位移样本集对转子系统一阶正进动阻尼比进行识别，将识别值分别输出给调参器和计算器；

所述调参器根据一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值，并根据当前采样周期内的运行参数实测值和运行参数设定值生成运行参数控制信号，并将运行参数控制信号输出给运行参数执行器；

所述计算器根据一阶正进动阻尼比更新控制器的电磁力控制参数，并根据当前采样周期内的径向振动位移和控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号，并将电磁力控制信号输出给电磁执行器。

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