[發明專利]自適應控制器及磁懸浮壓縮機葉頂間隙的在線調節方法

在審

• 申請號: 202111263469.0
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN114047695A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 張舒月;伍繼浩;龔領會
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

本發明適用于壓縮機領域，公開了自適應控制器及磁懸浮壓縮機葉頂間隙的在線調節方法，磁懸浮壓縮機葉頂間隙的在線調節方法通過自適應控制器實施，自適應控制器根據磁懸浮轉子所在的平衡位置自動調整控制參數，保證想要的系統響應性能，磁懸浮壓縮機葉頂間隙的在線調節方法包括：根據所需葉頂間隙調整磁懸浮壓縮機的轉子的平衡位置；自適應控制器自適應調整控制參數后輸出控制信號控制磁懸浮壓縮機的磁懸浮軸承以使轉子穩定于平衡位置；當壓縮機轉子的平衡位置改變時，自適應控制器的控制參數自動更改，無需手動調試參數，依然能保證系統的穩定和良好的響應性能，保證壓縮機正常運行時實現葉頂間隙的實時調節。

技術領域

本發明涉及壓縮機領域，尤其涉及自適應控制器及磁懸浮壓縮機葉頂間隙的在線調節方法。

背景技術

目前國際上普遍采用離心式冷壓縮機對過冷槽減壓降溫來獲得大流量超流氦。主動式磁懸浮軸承利用電磁力將轉子無摩擦無潤滑地懸浮于空間，具有無磨損、高轉速、壽命長等普適優點。主動式磁懸浮軸承還能通過設計控制算法以達到期望性能，實現壓縮機穩定、高效運行。因此，主動式磁懸浮軸承是當前超流氦制冷系統中冷壓縮機轉子支撐部件的最佳選擇。

圖4給出了現有技術中磁懸浮壓縮機葉頂間隙示意圖，在使用過程中，通過控制轉子推力盤的軸向位置，可調節壓縮機葉頂間隙，從而可以獲得磁懸浮壓縮機不同運行工況下的特定性能，例如，較小的葉頂間隙有利于提高壓比和效率；當流量增加時則需要及時增加葉頂間隙，拓寬壓縮機穩定運行區域，以達到預防喘振的效果。此外，壓縮機在停機階段，需要較大葉頂間隙以防止復溫較快的葉輪和復溫較慢的蝸殼由于熱變形導致的粘結損壞，影響下次正常開機。因此，在葉頂間隙范圍內，轉子能魯棒、平穩地平衡于指定位置對于處理上述問題至關重要。在設計控制器時，通常根據其在平衡點附近的線性化模型設計位移-電流雙閉環的線性控制器，但線性化模型只在平衡點附近范圍內有效，如果保持控制參數不變，在小范圍直接更改平衡位置，轉子或許能夠魯棒、平穩地平衡于指定位置，但是當平衡位置調整較大時，保持控制參數不變，系統響應速度和運行情況將會受到影響，例如當平衡位置調幅接近30微米時，系統的響應速度變慢；當平衡位置調幅接近100微米時，系統出現往復震蕩的情況，因此傳統的控制器具有一定的局限性和較差的魯棒性，從而影響主動磁懸浮軸承的穩定性和控制精度等。

此外，在目前磁懸浮壓縮機頂隙調壓模型與實驗中，轉子的軸向定位并非在線完成。這意味著，更改不同平衡位置時，需要壓縮機停機，并離線調試控制器的參數，保證磁懸浮系統在該平衡位置可以穩定之后在開啟壓縮機。因此，無法保證壓縮機在運行過程中葉頂間隙的實時快速調整以便實現在提高效率和預防喘振之間迅速切換。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種自適應控制器，其自適應控制器就能根據磁懸浮軸承系統轉子所在的平衡位置自動調整控制參數，且能保證想要的系統響應性能。

為達到上述目的，本發明提供的方案是：

自適應控制器，用于控制磁懸浮軸承系統，所述自適應控制器包括用于將磁懸浮軸承系統的極點從復平面的右半平面移動到左半平面的狀態控制器，所述自適應控制器采用如下方法構建：

構建磁懸浮軸承系統的非仿射參數依賴型LPV數學模型；

基于磁懸浮軸承系統的非仿射參數依賴型LPV數學模型構建磁懸浮軸承系統和自適應控制器構成的閉環系統的狀態空間模型；

根據閉環系統的預設響應特性求解空間狀態模型，得到自適應控制器隨磁懸浮轉子平衡位置動態變化的控制參數的關系式，控制參數包括狀態反饋器的參數和穩態誤差系數；

隨磁懸浮轉子平衡位置動態變化的狀態反饋器和穩態誤差系數構成動態變化的自適應控制器。

示例性地，所述磁懸浮軸承系統的非仿射參數依賴型LPV數學模型表示為：