一种直驱式涡旋机侧向接触力控制方法技术

本发明专利技术直驱式涡旋机侧向接触力控制方法：S1.读取涡旋机的动涡盘在XY坐标系下的变量信息，并映射到n

【技术实现步骤摘要】
一种直驱式涡旋机侧向接触力控制方法


[0001]本专利技术属于涡旋机动态密封控制
，特别涉及一种直驱式涡旋机侧向接触力控制方法。

技术介绍

[0002]涡旋机是在20世纪80年代发展起来的一种新型容积式压缩机,它的核心部件为动涡盘和静涡盘。涡旋机的动涡盘和静涡盘的型线组成相同，两者相位旋转180
°
安装，形成若干封闭的月牙形工作腔，通过各个工作腔的容积变化来实现气体的压缩。
[0003]涡旋式压缩机普遍采用间隙密封，这种技术可以增加涡旋压缩机可靠性，然而间隙过大会产生不必要的泄漏，间隙过小会使零件不能正常配合运转，这阻碍了涡旋压缩机往高压力和大容量方向的发展。
[0004]为了解决涡旋机工作过程中的泄漏问题，近年来国内外许多学者提出了涡旋机的泄漏模型以及密封方案。例如，Chen Rong等人建立了切向泄漏模型和径向泄漏模型，研究了不同间隙下的泄露损失以及压缩效率的规律。查海滨等人针对实际的涡旋压缩机原型拓扑出几何模型并运用一种复合的网格构建方法，建立了CFD模型来对气体泄漏进行建模。王建吉等人对涡旋齿的齿顶光滑间隙密封、齿顶迷宫密封以及齿顶组合密封这3种密封结构进行了研究和对比，最后提出一种新型径向组合密封结构。李海生等人对涡旋齿顶的聚四氟乙烯密封条做了有限元分析，为密封条的设计提供了新方法。叶剑等人针对压缩机的切向泄漏，提出了一种切向密封结构来减少泄漏且改善了增压过程。
[0005]上述针对涡旋机密封的研究方案都是从结构和材料上入手，属于被动密封方案，动静涡盘之间的机械耦合较为紧密，计算和建模较为复杂。针对被动密封方案的缺点，颜禧龙等人提出了一种用于涡旋压缩机主动密封的控制方法，分别建立了冷态和热态下动涡盘平动轨迹的数据库，根据数据库里的轨迹点来实现涡旋机的侧面密封，但是从接触力的角度上来说这种方法仍属于开环控制，依然存在接触力难以控制的问题。
[0006]以上研究工作均没有对涡旋机工作过程中的接触力进行深入分析，而动涡盘与静涡盘保持接触是涡旋机正常工作的必要条件，否则会导致气体泄漏，影响涡旋机的工作效率，但同时涡盘间接触压力过大会导致过摩擦现象发生，影响涡旋机的使用寿命。所以把涡盘间的接触力控制在合理的范围内非常重要，对力控制的研究带来了新的考验。
[0007]物体之间既要发生接触，同时为了顺从环境的约束还要精确地控制物体之间的接触力，避免过大的冲击力对物体造成损害，柔顺控制可以实现对力的有效控制。柔顺控制可分为主动柔顺控制和被动柔顺控制，物体间通过安装具有柔顺控制功能的装置(如弹簧、气缸、阻尼器等)来被动调节接触力的方法称为被动柔顺控制，此方法需要增加额外的被动柔顺装置，且不具备控制能力，与涡旋机的工况不匹配。主动柔顺是根据力反馈信息，采取一定策略对物体间作用力进行主动控制，与被动型的控制相比，主动控制虽然省略了部分机械装置，降低了耦合度，但少了这些约束后对于控制器的设计要求变高了。在主动柔顺控制器研究方面，Kazuo Kiguchi等人针对未知环境的抛光任务下设计了基于模糊神经网络的
力位混合控制器；Jonas Buchli等人针对复杂的环境加工任务使用了基于强化学习的变阻抗控制。
[0008]Gholamreza Nazmara等人设计了基于梯度下降法的模糊控制器来调整阻抗控制器的参数，用于有障碍环境下的轨迹规划。
[0009]上述研究针对未知环境各自提出了相应的柔顺控制方法，基于模糊规则的控制方法的控制精度有限，强化学习方法需要多次试验得到最优控制参数，影响设备运行；但针对涡旋机侧向密封弧形控制建模过程中存在的参数耦合问题，没有相应的柔顺控制解决方案。总结上述现有研究存在的技术问题如下：
[0010]1、现有技术大部分为被动式密封方案，这些方案仅从结构和材料上入手，计算、设计难度大，对材料要求会较高，或者会导致结构、安装工艺复杂化，导致成本高、维护保养工作复杂，且在工况变动时，难以较灵活适应。
[0011]2、现有部分主动密封方法，针对被动密封方案的缺点，分别建立了冷态和热态下动涡盘平动轨迹的数据库，根据数据库里的轨迹点来实现涡旋机的侧面密封。但目前此类方法需要建立离线数据库，没有以接触力为直接切入点来解决涡旋机侧向密封问题，没有相应的针对涡旋机侧向密封建模过程中存在的参数耦合问题提出解决方案。

技术实现思路

[0012]针对现有涡旋机存在的上述问题，本专利技术提出了一种带动态坐标变换的涡旋机侧向接触力柔顺控制方法，以实现动涡盘和静涡盘之间接触力的控制
[0013]本专利技术采取以下技术方案：
[0014]一种直驱式涡旋机侧向接触力控制方法，其包括如下步骤：
[0015]S1.读取电机运行之后涡旋机的动涡盘在XY坐标系下的变量信息v
x
、v
y
、s
x
、s
y
、f
cx
、f
cy
，并进行坐标变换映射到法向
‑
切向坐标系即n
‑
t坐标系，得到当前速度
[0016]v
t
、实际的位置s
n
、当前接触力f
cn
；其中，v
x
、v
y
为速度分量，s
x
、s
y
为位置，f
cx
、f
cy
为推力；
[0017]S2.给定一个期望的法向接触力f
dn
，其与当前接触力f
cn
进行叠加，通过阻抗控制器产生位置的修订量
[0018]S3.位置的修订量与期望的位置进行叠加运算，产生位置的参考值
[0019]S4.位置的参考值与实际的位置s
n
进行叠加运算，产生偏差值
[0020]S5.偏差值通过位置闭环控制得到电流分量i
qn
；
[0021]S6.给定一个切向参考速度其与当前速度v
t
进行叠加，产生偏差值
[0022]S7.偏差值通过速度闭环控制得到电流分量i
qt
；
[0023]S8.法向
‑
切向坐标系下的电流分量i
qn
、i
qt
通过坐标变换得到XY坐标系下的电流分量i
qx
、i
qy
；
[0024]S9.根据步骤S8得到的电流分量，电机驱动涡旋机的动涡盘运动；
[0025]S10.判断是否达到法向期望的接触力f
dn
，若是，则返回步骤S1；若否，则执行步骤S11；
[0026]S11.判断接触力是否过大或过小而造成故障，若否，则返回步骤S1；若是，则停止。
[0027]优选的，步骤S1中，由XY坐标系变换为法向
‑
切向坐标系，变量信息的具体变换如下：
[0028]动涡盘平动过程中的速度在n<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直驱式涡旋机侧向接触力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.读取电机运行之后涡旋机的动涡盘在XY坐标系下的变量信息v
x
、v
y
、s
x
、s
y
、f
cx
、f
cy
，并进行坐标变换映射到法向
‑
切向坐标系即n
‑
t坐标系，得到当前速度v
t
、实际的位置s
n
、当前接触力f
cn
；其中，v
x
、v
y
为速度分量，s
x
、s
y
为位置，f
cx
、f
cy
为推力；S2.给定一个期望的法向接触力f
dn
，其与当前接触力f
cn
进行叠加，通过阻抗控制器产生位置的修订量S3.位置的修订量与期望的位置进行叠加运算，产生位置的参考值S4.位置的参考值与实际的位置s
n
进行叠加运算，产生偏差值S5.偏差值通过位置闭环控制得到电流分量i
qn
；S6.给定一个切向参考速度其与当前速度v
t
进行叠加，产生偏差值S7.偏差值通过速度闭环控制得到电流分量i
qt
；S8.法向
‑
切向坐标系下的电流分量i
qn
、i
qt
通过坐标变换得到XY坐标系下的电流分量i
qx
、i
qy
；S9.根据步骤S8得到的电流分量，电机驱动涡旋机的动涡盘运动；S10.判断是否达到法向期望的接触力f
dn
，若是，则返回步骤S1；若否，则执行步骤S11；S11.判断接触力是否过大或过小而造成故障，若否，则返回步骤S1；若是，则停止。2.如权利要求1所述的一种直驱式涡旋机侧向接触力控制方法，其特征在于，步骤S1中，由XY坐标系变换为法向
‑
切向坐标系，变量信息的具体变换如下：动涡盘平动过程中的速度在n
‑
t坐标系下的投影成法向和切向两个分量，其中，速度的法向分量v
n
＞0表示平动半径增大，反之减小；速度的切向分量v
t
＞0表示平动是按逆时针方向进行，反之平动按顺时针方向进行；定义XY坐标系的速度分量v
x
，v
y
与n
‑
t坐标系中的速度分量v
n
，v
t
的关系如式(7)所示：动涡盘所受的推力由电机产生，推力与电机的q轴电流有关；X向电机的q轴电流记作i
qx
，Y向电机的q轴电流记作i
qy
；定义i
qx
，i
qy
与n
‑
t坐标系中的电流分量i
qn
，i
qt
的关系如式(8)所示：定义动涡盘与涡旋机的静涡盘接触所受到的接触力在XY坐标下的分量f
cx
，f
cy
和n
‑
t坐标下的分量f
cn
，f
ct
的关系如式(9)所示：动涡盘只受电机所产...

【专利技术属性】
技术研发人员：周阿镇，瞿晓，方颢，蔡炯炯，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：