大型空压机防喘振控制系统的研究

论文摘要

空分压缩机在国民经济中起着举足轻重的作用,是许多工业部门重要的通用机械。压缩机设备几乎遍及石油、化工、冶金、动力、国防、制冷、制药、食品、机械等各大工业领域。在正常情况下,压缩机工作在安全区域内,由于外界工况因素的改变,压缩机将发生喘振现象。喘振现象的破坏性极大,如何设计出相应的防喘振控制系统,有效的防止喘振的发生,确保压缩机的安全运行以及高效率的运作,具有广泛的社会意义和经济价值。在本文的设计过程中采取理论与实际相结合,实验室实验与工业现场施工、调试相衔接,软件开发与硬件设计相配合的研究方法。本论文通过对压缩机喘振机理以及影响喘振因素的研究,得出了防喘振的控制要点,为防喘振控制方法的改进提供了前提。本文还对压缩机喘振特性进行了分析并说明了这些特性在实际工作中对压缩机在防喘振控制中的作用。论文还研究了压缩机防喘振控制系统的原理以及压缩机防喘振控制常用的四种控制方案,在研究这四种方案所要满足的条件及实际工作中所要满足要求的同时,还对防喘振控制系统的研究和注意事项以及对防喘振技术的研究方案都做了研究,为防喘振控制系统的设计理念以及控制方案的设计奠定了基础。论文还对压缩机回流量的控制系统进行了分析,对预防喘振的发生非常有效。通过建立空压机控制系统的近似模型,把模糊控制和传统PID控制结合起来,分别采用传统的PID控制和Fuzzy-PID控制,用MATLAB对系统进行性能仿真。经过对仿真结果进行比较得出Fuzzy-PID控制的各项参数都优于传统的PID控制,能够更好的适应压缩机系统变工况运行,有利于整个压缩机系统在工况区运行。本文还研究了PLC控制系统在压缩机控制系统中的作用,对控制系统进行了软硬件设计及利用模糊PID控制在可编程控制器上的实现及仿真。压缩机是整个压缩装置的核心部件,除了对压缩机的防喘振控制系统的研究,压力限制控制,容量控制以及温度控制的研究对于压缩机的防喘振控制也有一定的影响,属于压缩机综合控制包含的内容,所以关于压缩机综合控制的研究对于分析压缩机防喘振控制是不可忽略的重要环节。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 空分压缩机简介
• 1.3 喘振控制的国内外发展状况
• 1.3.1 国外现状
• 1.3.2 国内现状
• 1.4 论文研究的问题及主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 压缩机防喘振控制原理及特性分析
• 2.1 喘振现象
• 2.2 喘振机理的研究
• 2.3 喘振发生的条件
• 2.4 影响喘振发生的因素
• 2.5 防喘振控制要点
• 2.6 压缩机喘振特性分析
• 2.6.1 传统的防喘振控制
• 2.6.2 工况变化对传统防喘振控制的影响
• 2.6.3 相似原理及其在压缩机上的应用
• 2.6.4 通用性能曲线在防喘振控制器中的实际应用
• 2.7 防喘振控制各种曲线的作用与求法
• 2.7.1 喘振线的计算
• 2.7.2 控制线计算
• 2.7.3 快速响应线
• 2.7.4 限压线的设置
• 2.7.5 控制器安全措施的设定
• 2.8 本章小结
• 第三章 压缩机防喘振控制系统
• 3.1 引言
• 3.2 防喘振控制的系统原理
• 3.2.1 固定极限流量法
• 3.2.2 可变极限流量法
• 3.2.3 通用性能曲线控制法
• 3.2.4 变频调速控制法
• 3.3 防喘振技术研究方案
• 3.4 本章小结
• 第四章 防喘振控制方案及算法仿真
• 4.1 防喘振控制
• 4.2 防喘振控制方案的研究
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 压缩机系统的近似模型
• 4.3 控制算法的研究
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 PID控制器的设计
• 4.3.3 PID控制算法及其特点
• 4.3.4 PID控制器的设计
• 4.4 模糊自适应PID控制器的设计
• 4.4.1 模糊控制算法介绍
• 4.4.2 模糊控制的基本原理
• 4.4.3 模糊自适应PID控制器的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 防喘振控制系统设计
• 5.1 PLC控制系统硬件架构设计
• 5.1.1 AB-PLC的选取
• 5.1.2 AB-PLC双机热备系统
• 5.1.3 主从PLC通讯
• 5.2 AB-PLC控制系统软件设计
• 5.2.1 RSLogixs编程软件的介绍
• 5.2.2 程序模块功能介绍
• 5.3 模糊PID控制在可编程序控制器上的实现及实现结果
• 5.4 压缩机综合控制
• 5.4.1 排气压力限制
• 5.4.2 入口压力控制
• 5.4.3 容量控制
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读学位期间研究成果