[发明专利]一种基于温度和压比的往复压缩机排量气量控制方法

权利要求书

1.一种基于温度和压比的往复压缩机排量控制方法，其特征在于：

(1)在往复压缩机吸气阀上安装卸荷器，通过控制吸气阀延时撤回角度调节机组排气量；

(2)压缩机的压缩级数为N，各级额定进气温度设计值为T_i，单位为K，开尔文，i＝1,2…N；在设计温度工况下，设往复压缩机的额定排气量是Q₀，单位为Nm³/min，即标准立方米毎分钟，机组满负荷运行的总压比为ε，各级压比为ε_i，i＝1,2…N，ε＝ε₁×ε₂×...×ε_N，机组各级进气压力为P_i，i＝1,2…N；

(3)进行排气量调节时，生产工艺在t时刻实际需要的气量为Q(t),单位为Nm³/min，此时各级进气温度为T_is(t)，单位为K，则第1级气缸额定排气量修正为T₁第1级额定进气温度设计值；则往复压缩机第1级气量在t时刻的负荷比为：

(4)调节后的各级压比设为ε_is，i＝1,2…N，ε＝ε_1s×ε_2s×...×ε_Ns，总压比保持不变，设第1级的进气压力为P_1s，第i+1级进气压力P_(i+1)s为P_is×ε_is，i＝1,2…N-1；

(5)根据第2到N级气缸进气压力，计算第2到第N级负荷比η₂(t),…,η_N(t)；

(6)根据负荷比转化公式式中，λ_i为压缩机各级的连杆长度与曲轴半径之比，计算各级气缸卸荷器延时撤回的角度θ_i：

设定第i级气缸数量为W_i，定义第i级第j个气缸活塞位于外止点时，曲轴转角θ_ij＝0°，活塞位于内止点时，曲轴转角θ_ij＝180°；若气缸为外侧单作用气缸，则对第i级的W_i个气缸，每个气缸的吸气阀卸荷器在θ_ij＝180°+θ_i时完成撤回；若气缸为内外侧双作用气缸，则对第i级的W_i个气缸，每个气缸外侧的吸气阀卸荷器在θ_ij＝180°+θ_i时完成撤回，每个气缸内侧的吸气阀卸荷器在θ_ij＝θ_i时完成撤回；卸荷器对气阀的控制实现了机组排气量和各级的压比的调节。

2.根据权利要求1所述的基于温度和压比的往复压缩机排量控制方法，其特征在于所述步骤(5)建立的第i级气缸基于PID控制算法的负荷比计算方法：

1)分别在除一级外其他各级负荷比η_i施加阶跃信号，采集各级进气压力的值P_i，第i级进气压力的第L个采样值为

β_iL＝P_i(LZ_s),L＝1,2...D

式中，Z_s为阶跃响应采样时间，β_iL为第i级进气压力在LZ_s时刻的幅值，D表示采样总长度；

2)除一级外其他各级进气压力的在施加负荷比阶跃信号后某一时刻M之后趋于稳定，压力上下波动小于5％，则用向量

作为预测模型向量，M为模型的时域长度；

3)在某时刻k起第i级未来M时刻负荷比增量向量为得到在未来M个时刻第i级的进气压力预测输出值：

式中,表示无负荷比增量时，第i级进气压力的预测初始值，等式右边第一项是在第(k-M+n-1)时刻的控制作用下的压力稳态值，第二项为时刻k前M个时刻负荷比增量Δη_i(k-1)、Δη_i(k-2)、…、Δη_i(k+n-M)所产生的压力变化值；

4)采集当前的过程输出测量值P_i(k)与模型的预测值进行比较，用其偏差c_i(k)来修正模型输出的预测值

P_i^c(k+n)＝P^m_i(k+n)+αc(k),n＝1,2...M

式中，P_i^c(k+n)为修正后的时刻k+n预测值，P^m_i(k+n)为模型时刻k+n预测输出值，即为P_i(k)为实际采集压力值，α为加权系数，取值为1；

5)P_iss为第i级进气压力的设定值，为了避免出现输入和输出的急剧变化,保证压力P_i(k+m)沿着某一平滑的参考曲线达到设定值P_iss，参考曲线

P_i^r(k+m)＝δⁿP_i(k)+(1-δⁿ)P_iss,m＝1,2...P`

式中，δ＝exp(Z_s/Z_r)，Z_s为采样时间；Z_r为参考曲线时间常数,P为控制域长度；

6)通过在线校正得到系统的修正预测值和参考曲线,进而得到预测偏差

e_i(k+m)＝P_i^r(k+m)-P_i^c(k+m),m＝1,2...P

7)计算第i级负荷比增量Δη_i(k+m-1)为Δη_i(k+m-1)＝A_ie_i(k+m-1)-B_ie_i(k-2+m)+C_ie_i(k-3+m),m＝1...P

式中：Z_s为采样时间，K_pi为第i级PID比例增益，T_Ii为第i级PID积分时间常数，T_di为第i级PID微分时间常数，K_pi、T_Ii、T_di均通过采集各级进气压力利用反应曲线法进行整定获得；

8)实际第i级在时刻k的负荷η_i(k)为

η_i(k)＝η_i(k-1)+Δη_i(k),i＝2...N

式中，η_i(k-1)为k-1时刻的负荷比。