动态压缩机的防冲击控制系统技术方案

本供动态压缩机（１１）使用的一种防冲击控制系统具有一个多重模块控制器（２０），用来操作一个在动态压缩机（１１）外围使气流旁路的反冲击阀门（１２）。多重模块控制器（２０）包括一个ＰＩＤ控制模块（２１）和一个速度控制模块（４０）。ＰＩＤ控制模块（２１）控制反冲击阀门（１２），以便在冲击控制线（７１）附近控制动态压缩机的工作点。速度控制模块（４０）把工作点到冲击控制线（７１）的接近速度作为其可调变量。如果接近速度很高，速度控制模块（４０）就接管反冲击阀门（１２）的控制工作。对速度控制模块（４０）打开反冲击阀门（１２）的设定点进行调节，从而控制冲击控制线（７１）的接近速度，尽量减少ＰＩＤ控制的过调量。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到用来控制压缩机操作的控制系统，特别是涉及到在动态压缩机中防止冲击的控制系统和方法。动态压缩机在生产过程中被广泛地用于提供压缩气体源。为了避免接收这种压缩气体的下游工序的操作出现间断，必须要有效地控制动态压缩机的操作，以便根据下游工序的需要而提供稳定的输出压力或是流率。然而，众所周知，当动态压缩机的流率由于下游工序的状态发生变化等等原因而下降到一定的门限值以下时，在压缩机中就可能出现冲击和完全断流的现象。除了会造成下游工序间断的必然影响之外，冲击还会给动态压缩机带来灾难性的后果，在压缩机内产生听觉噪声和剧烈的振动，在严重的情况下会给动态压缩机带来严重的损害。在低于门限流率时，动态压缩机就会出现冲击，这种门限是动态压缩机两端的压力差的函数。冲击状态通常是用一种压缩机特性线图来表示的，这种图采用实际流量和多变压头的关系来反映压缩机的操作。目前已经发现，如果压缩机轮在压缩机特性线图中的工作点落入由一条冲击线所界定的冲击区域之内，就会出现冲击，这种冲击线大致是一条抛物线，其定义是(实际流量)2/(多变压头)=K，其中的K是一个常数．通常用来防止动态压缩机出现冲击或是使动态压缩机脱离冲击的方法是打开连接到压缩机输出端的一个反冲击阀门，使动态压缩机的一部分输出气流返回到压缩机入口。这样就能增加压缩机的流率，使压缩机的工作点脱离冲击区域。为了控制工作点防止其进入冲击区域，采用比例-积分-微分(PID)控制器构成了一个系统，用来控制反冲击阀门的开/关。这种控制器通常是在压缩机的工作点越过一条预定的冲击控制线之后开始工作的，冲击控制线在压缩机特性线图中的位置处在与冲击线有一个选定的安全余量的范围内。为了有效地防止发生冲击，非常希望能够通过估计流量的扰动是否会使动态压缩机的工作点越过冲击线而预测是否需要打开反冲击阀门。可能发生冲击的一种主要标志就是工作点接近冲击线的速度，也就是工作点与冲击限制线之间距离的时间导数。如果冲击控制系统可以对高速接近作出适当的响应，在工作点到达冲击控制线之前打开反冲击阀门，就可以大大降低冲击的风险。考虑到稳定性的问题，通常用于防冲击控制的PID控制器尽管具有“微分”作用，仍然不能满足对接近速度的响应要求。在防冲击控制的大多数应用场合，PID控制器的可调变量是根据测量的气流计算出来的值。测得的气体流率本身就含有噪声，并且信噪比很低。如果用PID的微分功能来响应这种接近速度，噪声响应就会使反冲击阀门打开和关闭，对过程控制造成不应有的干扰和不必要的能耗。因此不可能依靠PID的微分作用来响应这种接近速度。在Staroselsky等人的美国专利US4949276号中公开了一种用来响应工作点对冲击线的接近速度的方法。该方法是把用来控制反冲击阀门的PID控制器的设定点移动到远离冲击线，因此，PID控制器的过程值有可能会很快跨过设定点。这样一来，PID控制器就可以更快地打开反冲击阀门。按照这种方法，设定点的移动量是工作点向冲击限制的接近速度的一种函数。这种方法具有以下几个缺点。例如，设定点的连续变化会造成难以监视PID控制器的工作。另外，PID控制器会响应由这种方法产生的不断变化的人为误差，使PID控制器的工作缺乏可预测性。此外，由于需要平滑和稳定的工作，用来控制反冲击阀门的普通PID控制器对急剧的流量扰动不能作出最佳的响应，因而就无法对工作点向冲击限制线的接近速度提供反作用的最佳响应，因此，很难形成有效的防冲击控制。针对上述问题，本专利技术的主要目的是为动态压缩机提供一种改进的控制系统，用来有效地防止压缩机受到冲击。为此，本专利技术的目的是为动态压缩机提供一种防冲击控制系统，用来把压缩机工作点的位置控制在冲击控制线附近，同时对工作点向冲击线的高速接近作出最佳的响应。本专利技术的一个相关目的是为动态压缩机提供一种防冲击控制系统，它可以在冲击控制线附近对动态压缩机的工作点位置提供最佳的PID控制，并且对工作点向冲击线的高速接近提供最佳的响应，同时不会对PID控制操作造成不利的影响。按照本专利技术的上述和其他目的，本专利技术提供了一种控制系统，用于防止动态压缩机中的冲击，并且采用一种对压缩机工作点的位置和速度控制都是最佳的多重模块控制。压缩机在压缩机特性线图中具有一个可以确定的可变工作点，这种特性线图包括一个稳定区域，一个冲击区域，把两个区域分开的一条冲击线，以及靠近但是离开冲击线的一条冲击控制线。由控制系统操作一个反冲击阀门，该阀门具有一个用于调节阀门打开的电输入端，用来可控地增加通过动态压缩机的流量。该控制系统采用一种多重模块控制器，它具有用于接收代表动态压缩机工作点的一个控制变量的输入端，并且具有一个用来控制反冲击阀门打开的输出信号。多重模块控制器中的PID控制模块接收作为过程输入的控制变量，并且具有一个对应着冲击控制线的设定点，用来产生在冲击控制线的区域内对动态压缩机的工作点发挥控制作用的第一输出信号。多重模块控制器中的微分模块接收控制变量，并且产生一个速度信号，该信号的幅值代表着工作点向冲击控制线接近的速度。多重模块控制器中的速度控制模块接收作为过程输入的流率信号，并且在接近速度超过一个设定点时产生一个第二输出信号，开始适当地打开反冲击阀门。一个输出信号选择器接收包括第一和第二输出信号的多个输入信号，并且选择一个输入信号作为多重模块控制器的输出信号。本专利技术的特征在于采用闭环PID控制模块把压缩机工作点的位置控制在冲击控制线的区域之内，并且使用速度控制模块来直接控制工作点的接近速度。速度控制模块接管反冲击阀门的控制，并且在接近速度过高时开始打开反冲击阀门，甚至可以在PID控制模块动作之前。本专利技术的特征在于速度控制模块具有一种积分器的功能，可以把流率控制器的误差减少到零。本专利技术的另一个特征是速度控制模块的设定点是按照工作点到冲击控制线的接近程度来调节的，以免不必要地打开反冲击阀门。本专利技术的再一个特征是速度控制模块的增益是按照动态压缩机的操作状态来调节的，以便使速度控制模块的作用线性化。通过以下结合附图的详细说明可以认识到本专利技术的其他目的和优点，在附图中附图说明图1是一个示意图，表示一个具有反冲击阀门的动态压缩机，该阀门是由一个体现本专利技术的多重模块控制器来控制的；图2是一个示意图，表示用于防止冲击的一个多重模块控制器，这种控制器具有一个PID控制模块和一个速度控制模块；图3是用于防止冲击的速度控制模块的一个实施例的示意图，它具有一个积分器和一个跟踪元件；图4表示速度控制模块设定点与控制变量与PID控制模块的设定点的接近程度之间的一种形式的功能相关性；图5是一个方框图，用来表示在速度控制模块中产生增益，设定点，以及过程变量的步骤；图6是动态压缩机的一种压缩机特性线图，图中表示了压缩机工作点的不同位置；以及图7是一个方框图，有助于理解按照本专利技术提出的方法如何防止在动态压缩机中发生冲击。以下参见附图，图1是具有防冲击控制系统的一个动态压缩机11的示意图。这种防冲击控制包括调节一个连接到动态压缩机11输出端的反冲击阀门12。在图1所示的系统中，反冲击阀门12同时还连接到动态压缩机11的入口10。反冲击阀门12具有一个可调节的开口，它是由发送给反冲击阀门12的控制输入112的电信号来控制的。在反冲击阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制系统，用于避免动态压缩机中的冲击，压缩机在一个压缩机特性线圈中具有一个可以确定的可变工作点，这种特性线图包括一个稳定区域，一个冲击区域，把两个区域分开的一条冲击线，以及在稳定区域内靠近但是离开冲击线的一条冲击控制线，该控制系统包括以下组合： 连接到压缩机的一个选择响应反冲击阀门，用于可控制地增加压缩机流量； 一个多重模块控制器，用于接收代表压缩机工作点的一个控制变量，并且产生一个用来控制反冲击阀门的控制信号；多重模块控制器包括： 一个ＰＩＤ控制模块，用来响应控制变量而产生一个第一输出信号，对处在冲击控制线和冲击线之间的压缩机工作点施加控制作用； 一个闭环速度控制模块，它响应一个代表工作点向冲击控制线的接近速度的信号，产生一个对压缩机工作点施加控制作用的第二输出信号，用于限制其接近速度；以及 一个输出信号选择器，用于有选择地将第一或第二输出信号作为控制信号连接到反冲击阀门。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LD麦莱斯特，
申请(专利权)人：伍德沃德调控器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]