[發明專利]時變工況下制冷設備轉子壓縮機載荷激勵辨識方法

有效

• 申請號: 201710059710.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106815446B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 盧劍偉;秦振振;蘇雨;邵浩然;曹興楓;張炎;胡潔義;姜俊昭
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F04B51/00
• 代理公司: 34101 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

1.一種時變工況下制冷設備轉子壓縮機載荷激勵辨識方法，其特征是：對時變工況下制冷設備轉子壓縮機排回氣管口進行振動測試，獲得制冷設備轉子壓縮機排回氣管口的實測加速度響應時間歷程信號，構建加速度期望響應矩陣；利用有限元方法構建制冷設備轉子壓縮機的虛擬樣機模型，并應用虛擬樣機模型分析制冷設備轉子壓縮機在白噪聲載荷作用下排回氣管口測點的加速度響應，求出傳遞函數矩陣；由時變工況下轉子壓縮機排回氣管口測點的振動測試結果反算時變工況下制冷設備轉子壓縮機的載荷激勵，并利用迭代方法消除誤差；

所述時變工況下制冷設備轉子壓縮機載荷激勵辨識方法是按如下步驟進行：

步驟1、針對采用轉子壓縮機的制冷設備，在壓縮機單體試驗臺架上或者在空調整機系統上進行時變工況下的排回氣管口振動測試，所述轉子壓縮機包括壓縮機本體(1)和儲液桶(2)，排氣口(3)位于壓縮機本體(1)的頂部，回氣口(4)位于儲液桶(2)的頂部；

步驟2、分別取所述排氣口(3)為測點A、取所述回氣口(4)為測點B，并以測點A為坐標原點O，以過原點O的豎直方向為Z軸方向，以垂直于Z軸的平面為XOY平面，測點A和測點B的連線在XOY平面上的投影為X軸，Y軸垂直于XOZ平面，確立坐標系OXYZ；

步驟3、經實測并通過低通濾波信號處理獲得時變工況下制冷設備轉子壓縮機測點A在X、Y及Z方向上的加速度響應時間歷程信號為a_x、a_y、a_z，以及測點B在X、Y和Z方向上的加速度響應時間歷程信號分別為b_x、b_y、b_z，構建加速度期望響應矩陣Y為：

Y＝[a_x a_y a_z b_x b_y b_z] (1)

步驟4、利用有限元方法構建制冷設備轉子壓縮機的虛擬樣機模型，按如下過程分析制冷設備轉子壓縮機在白噪聲激勵載荷作用下測點A和測點B的試驗加速度響應時間歷程信號：

步驟a、對制冷設備轉子壓縮機的虛擬樣機模型，在加載點P上分別施加不同方向上的力和力矩，分別是：

在X方向施加均值為零、方差為1的高斯白噪聲載荷序列F_x0(k),將F_x0(k)也記為F_x0；

在Y方向施加均值為零、方差為1的高斯白噪聲載荷序列F_y0(k),將F_y0(k)也記為F_y0；

在Z方向施加均值為零、方差為1的高斯白噪聲載荷序列F_z0(k),將F_z0(k)也記為F_z0；

繞X方向施加均值為零、方差為1的高斯白噪聲載荷序列M_x0(k),將M_x0(k)也記為M_x0；

繞Y方向施加均值為零、方差為1的高斯白噪聲載荷序列M_y0(k),將M_y0(k)也記為M_y0；

繞Z方向施加均值為零、方差為1的高斯白噪聲載荷序列M_z0(k),將M_z0(k)也記為M_z0；

通過時間響應歷程分析得到：

在F_x0的作用下測點A的加速度響應的時間歷程信號a_x1、a_y1、a_z1，以及測點B的加速度響應的時間歷程信號：b_x1、b_y1、b_z1；

在F_y0的作用下測點A的加速度響應的時間歷程信號a_x2、a_y2、a_z2，以及測點B的加速度響應的時間歷程信號：b_x2、b_y2、b_z2；

在F_z0的作用下測點A的加速度響應的時間歷程信號a_x3、a_y3、a_z3，以及測點B的加速度響應的時間歷程信號：b_x3、b_y3、b_z3；

在M_x0的作用下測點A的加速度響應的時間歷程信號a_x4、a_y4、a_z4，以及測點B的加速度響應的時間歷程信號：b_x4、b_y4、b_z4；

在M_y0的作用下測點A的加速度響應的時間歷程信號a_x5、a_y5、a_z5，以及測點B的加速度響應的時間歷程信號：b_x5、b_y5、b_z5；

在M_z0的作用下測點A的加速度響應的時間歷程信號a_x6、a_y6、a_z6，以及測點B的加速度響應的時間歷程信號：b_x6、b_y6、b_z6；

每個載荷序列對應的六組傳遞函數為：

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為快速傅里葉變換函數，利用六組載荷的6×6頻響函數構建傳遞函數矩陣G為：

所述加載點是指轉子壓縮機的載荷作用點，取所述加載點為壓縮機本體1/3高度處圓截面與壓縮機軸線的交叉點；

步驟b、利用式(3)得到時變工況下制冷設備轉子壓縮機的載荷激勵：

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))

則：

(F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z)＝IFFT(F) (4)

其中：IFFT為快速傅里葉逆變換函數，F_x和M_x為加載點P上X方向的載荷激勵，F_y和M_y為加載點P上Y方向的載荷激勵，F_z和M_z為加載點P上Z方向的載荷激勵；

步驟c、將所述F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z加載到制冷設備轉子壓縮機虛擬樣機模型中的加載點，通過時間響應歷程分析，得到虛擬樣機模型中測點A的X、Y和Z方向加速度響應的時間歷程分別為a_x10、a_y10、a_z10，測點B的X、Y和Z方向加速度響應的時間歷程分別為b_x20、b_y20、b_z20，構建如式(5)所示的加速度響應矩陣Y₀(k)，也記為Y₀，

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

步驟d、將所述加速度期望響應矩陣Y和加速度響應矩陣Y₀按式(6)進行比較：

其中：δ為設定的允許誤差,k＝0,1,2……

若滿足式(6)，步驟(b)中所獲得的載荷激勵F_x、F_y、F_z、M_x、M_y和M_z即為所要求解的時變工況下的制冷設備轉子壓縮機載荷激勵；

若不能滿足式(6)，則繼續進入步驟(e)；

步驟e、利用式(7)獲得更新的制冷設備轉子壓縮機載荷激勵F₁：

F₁＝IIFT(F)+IFFT(G^-1×FFT(Y-Y₀)) (7)

步驟f、將式(7)得到的新的制冷設備轉子壓縮機載荷激勵F₁重復步驟c-步驟d，利用迭代的方法消除誤差，直到滿足式(6)的要求，獲得時變工況下制冷設備轉子壓縮機的載荷激勵。