(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110814452.3 (22)申请日 2021.07.19 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113339310 A (43)申请公布日 2021.09.0 3 (73)专利权人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 杨东升　魏宏岩　张化光　胡博　 周博文　李广地　王迎春　杨珺　 罗艳红　金硕巍　马占超　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李在川(51)Int.Cl. F04D 27/00(2006.01) F04D 27/02(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01) (56)对比文件 CN 110242610 A,2019.09.17 CN 111059074 A,2020.04.24 CN 111262379 A,2020.0 6.09 CN 111188784 A,2020.0 5.22 CN 109058151 A,2018.12.21 CN 10762072 9 A,2018.01.23 CN 106438021 A,2017.02.2 2 US 4309871 A,1982.01.12 审查员 李丹 (54)发明名称 基于磁悬浮轴 向位置控制的压缩机喘振预 测控制方法 (57)摘要 本发明提供一种基于磁悬浮轴 向位置控制 的压缩机喘振 预测控制方法， 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， 即调整转子轴向叶轮与蜗壳间距， 增大转子径向控制电流以消除喘振， 本发明方法 能够预测磁悬浮压缩机下一刻是否发生喘振进 而调整控制策略， 以使磁悬浮压缩机能够始终保 持紧靠在喘振线的右侧运行， 有效缩小了喘振裕 度， 使压缩机既能够有效避免喘振的发生， 又能 够在最高效率 点运行。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 113339310 B 2022.09.13 CN 113339310 B 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， Φc为压缩机质量流量， B为Greitzer稳定参数， ωH为赫姆霍兹频率， Ψc为压缩机 压升， Ψp为气室压 升， Φth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：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113339310 B 2式中， po1为进口大气压强， Δp为进出口大气压强差， Ac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＝pc‑po1         (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， Ψc(Φc)为压缩机无量纲压 升。 4.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3包括： 步骤3.1： 建立磁悬浮压缩机出口压力模型为： p(k+1)＝[p(k), …,p(k‑n),v(k), …,v(k‑m),ki(k),…,ki(k‑m)]     (11) 式中， ki(k)、 v分别为压缩机节流阀的控制信号和压缩机转速， p(k)是k时刻的出口压 力， n为模型阶次， m为控制输入阶次； 步骤3.2： 根据公式(11)建立的出口压力模型， 令xi取值为[p(i), …,p(i‑n),v(i), …,v (i‑m),ki(i),…,ki(i‑m)]， yi取值为p(i+1)， 获取l个采样点构成集 合S： S＝{xi,yi|i＝1,2,…,l},xi∈Rn+2m,yi∈R              (12) 步骤3.3： 建立最佳函数表达式为： 其中 为映射函数， w为系 数， b为偏置量； 步骤3.4： 根据磁悬浮压缩机出口压力模型， 建立喘 振预测的优化问题mi nJ为： 式中， c为惩罚系数， ξi为误差； 步骤3.5： 根据公式(13)构建拉格朗日方程 为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113339310 B 3