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摘 要：在不同荷载下进行压缩机的气动特性动态监测，提高压缩机的远程动态控制和自适应故障诊断分析能力，从而改善压缩机的运行工况。提出一种基于气动特征传动匹配和反馈补偿的压缩机的气动特性动态监测与控制方法。构建不同荷載下压缩机的气动特征方程，以进出口压力差、动力转矩、转轴加速度等参量为约束参量，进行压缩机的荷载与气动性的最佳匹配控制，在不同荷载下进行压缩机气动特征提取，以提取的特征量为输入进行模糊决策控制，建立反馈补偿的压缩机动态控制模型，实现不同荷载下的压缩机气动监测控制。仿真结果表明，采用该方法进行不同载荷下压缩机的气动特性动态监测的准确性较好，载荷匹配能力较强，提高了压缩机的动态控制能力。
关键词：载荷； 压缩机； 气动特性； 动态监测； 控制
Abstract： Dynamic monitoring of compressor aerodynamic characteristics under different loads could improve the capability of remote dynamic control and adaptive fault diagnosis and analysis of compressors. In order to improve the operating conditions of the compressor， a dynamic monitoring and control method of the compressor aerodynamic characteristics based on the pneumatic characteristic transmission matching and feedback compensation is proposed， and the aerodynamic characteristic equation of the compressor under different loads is constructed. Taking the parameters such as inlet and outlet pressure difference， dynamic torque， acceleration of rotating shaft as constraint parameters， the optimal matching control of compressor load and aerodynamic performance is carried out， and the aerodynamic characteristics of compressor are extracted under different loads. Taking the extracted characteristic quantity as input， the fuzzy decision control is carried out， the dynamic control model of compressor with feedback compensation is established， and the pneumatic monitoring control of compressor under different loads is realized. The simulation results show that this method has better accuracy and better load matching ability in dynamic monitoring of compressor aerodynamic characteristics under different loads， and improves the dynamic control ability of compressor.
Key words： load； compressor； aerodynamic characteristics； dynamic monitoring； control
引言
压缩机作为气体压缩的重要机械设备，在天然气西气东输工程中具有广泛的应用，天然气压缩机通过压气装置将天然气压缩到适当的强度并输送到管道中实现天然气的远程管道输送。由于西气东输工程是国家的重点建设工程，为了保障西气东输工程的稳定高效运转，需要对沿线压气站的天然气压缩机进行实时动态监测，保障其具有一个稳定的运行工况[1]。天然气压缩机的气动特性能准确反馈压缩机的机械特性和运行状态，通过对压缩机的气动特性监测和控制，提高压缩机的动态监测能力，在不同荷载下，压缩机的气动特性具有相应的动态特征，通过提取不同荷载下的压缩机的气动特性，并进行特征分析和信息融合，实现压缩机气动特性监测与控制，相关的控制方法研究在压缩机状态监测、模式识别与控制和机械故障智能诊断等领域具有很好的应用价值[2-4]。
本文针对传统的压缩机的气动特性动态监测与控制方法存在稳态误差和失真的问题，进行控制模型的改进设计，提出一种基于气动特征传动匹配和反馈补偿的压缩机的气动特性动态监测与控制方法。构建不同荷载下压缩机的气动特征方程，以进出口压力差、动力转矩、转轴加速度等参量为约束参量，在不同荷载下进行压缩机气动特征提取，以提取的特征量为输入进行模糊决策控制，实现不同载荷下压缩机的气动特性监测与控制模型的优化设计。最后进行仿真实验，展示了本文方法在提高压缩机的气动特性动态监测与控制能力方面的优越性。
1 约束参量模型及压缩机气动特性动力学分析
1.1 控制对象与气动特性动态监测约束参量模型 压缩机在工作过程中的气动特性能有效反馈压缩机的工作状况，通过对气动特性监测，能有效实现压缩机的工况评估和实时控制。对压缩机的气动特性动态监测的稳定性控制是建立在对压缩机工作物理环境参量信息的采集的測量基础上的，通过传感器设备和敏感元件进行压缩机的气动特征和力学特征参数采集[5]，并采用如图1所示的Smith模型建立气动特性动态监测模糊控制对象模型。
分析图3得知，采用本文方法进行不同荷载下压缩机的气动特性监测与控制，具有较好的气动稳态控制性能，预测输出和期望输出具有一致跟踪能力，说明能实时监测压缩机的气动特性，提高压缩机的实时状态监控能力。
4 结束语
天然气压缩机的气动特性能准确反馈压缩机的机械特性和运行状态，通过对压缩机的气动特性监测和控制，提高压缩机的动态监测能力，本文提出一种基于气动特征传动匹配和反馈补偿的压缩机的气动特性动态监测与控制方法。建立压缩机的气动特性动态监测控制模型，将压缩机气动特性动态监测控制过程分解为力学控制和机械控制两个独立的控制单元，建立反馈补偿的压缩机动态控制模型，实现不同荷载下的压缩机气动监测控制。研究表明，本文方法能有效实现对压缩机气动特性动态监测，对压缩机的动态稳定性控制能力较好。
参考文献
[1] 杨俊，周丙寅，张毅，等. 基于递归图分析的压缩机故障诊断方法研究[J]. 计算机与数字工程，2013，41（6）： 984-986.
[2] 李可，米捷. 基于变结构PID的仿生机器人机电控制算法[J]. 河南工程学院学报（自然科学版），2016，28（2）：32-37.
[3] 杜学丹， 蔡莹皓， 鲁涛， 等. 一种基于深度学习的机械臂抓取方法[J]. 机器人， 2017， 39（6）： 820-828，837.
[4] 任子武，朱秋国，熊蓉. 冗余仿人臂避关节物理约束的一种逆运动学问题求解方法[J]. 机械工程学报，2014，50（19）：58-65.
[5] 夏红伟，翟彦斌，马广程，等. 基于混沌粒子群优化算法的空间机械臂轨迹规划算法[J]. 中国惯性技术学报，2014，22（2）：211-216.
[6] LIU H， LIANG Bin， WANG Xueqian， et al. Autonomous path planning and experiment study of free-floating space robot for spinning satellite capturing[C]//13th International Conference on Control，Automation，Robotics
关键词：载荷； 压缩机； 气动特性； 动态监测； 控制
Abstract： Dynamic monitoring of compressor aerodynamic characteristics under different loads could improve the capability of remote dynamic control and adaptive fault diagnosis and analysis of compressors. In order to improve the operating conditions of the compressor， a dynamic monitoring and control method of the compressor aerodynamic characteristics based on the pneumatic characteristic transmission matching and feedback compensation is proposed， and the aerodynamic characteristic equation of the compressor under different loads is constructed. Taking the parameters such as inlet and outlet pressure difference， dynamic torque， acceleration of rotating shaft as constraint parameters， the optimal matching control of compressor load and aerodynamic performance is carried out， and the aerodynamic characteristics of compressor are extracted under different loads. Taking the extracted characteristic quantity as input， the fuzzy decision control is carried out， the dynamic control model of compressor with feedback compensation is established， and the pneumatic monitoring control of compressor under different loads is realized. The simulation results show that this method has better accuracy and better load matching ability in dynamic monitoring of compressor aerodynamic characteristics under different loads， and improves the dynamic control ability of compressor.
Key words： load； compressor； aerodynamic characteristics； dynamic monitoring； control
引言
压缩机作为气体压缩的重要机械设备，在天然气西气东输工程中具有广泛的应用，天然气压缩机通过压气装置将天然气压缩到适当的强度并输送到管道中实现天然气的远程管道输送。由于西气东输工程是国家的重点建设工程，为了保障西气东输工程的稳定高效运转，需要对沿线压气站的天然气压缩机进行实时动态监测，保障其具有一个稳定的运行工况[1]。天然气压缩机的气动特性能准确反馈压缩机的机械特性和运行状态，通过对压缩机的气动特性监测和控制，提高压缩机的动态监测能力，在不同荷载下，压缩机的气动特性具有相应的动态特征，通过提取不同荷载下的压缩机的气动特性，并进行特征分析和信息融合，实现压缩机气动特性监测与控制，相关的控制方法研究在压缩机状态监测、模式识别与控制和机械故障智能诊断等领域具有很好的应用价值[2-4]。
本文针对传统的压缩机的气动特性动态监测与控制方法存在稳态误差和失真的问题，进行控制模型的改进设计，提出一种基于气动特征传动匹配和反馈补偿的压缩机的气动特性动态监测与控制方法。构建不同荷载下压缩机的气动特征方程，以进出口压力差、动力转矩、转轴加速度等参量为约束参量，在不同荷载下进行压缩机气动特征提取，以提取的特征量为输入进行模糊决策控制，实现不同载荷下压缩机的气动特性监测与控制模型的优化设计。最后进行仿真实验，展示了本文方法在提高压缩机的气动特性动态监测与控制能力方面的优越性。
1 约束参量模型及压缩机气动特性动力学分析
1.1 控制对象与气动特性动态监测约束参量模型 压缩机在工作过程中的气动特性能有效反馈压缩机的工作状况，通过对气动特性监测，能有效实现压缩机的工况评估和实时控制。对压缩机的气动特性动态监测的稳定性控制是建立在对压缩机工作物理环境参量信息的采集的測量基础上的，通过传感器设备和敏感元件进行压缩机的气动特征和力学特征参数采集[5]，并采用如图1所示的Smith模型建立气动特性动态监测模糊控制对象模型。
分析图3得知，采用本文方法进行不同荷载下压缩机的气动特性监测与控制，具有较好的气动稳态控制性能，预测输出和期望输出具有一致跟踪能力，说明能实时监测压缩机的气动特性，提高压缩机的实时状态监控能力。
4 结束语
天然气压缩机的气动特性能准确反馈压缩机的机械特性和运行状态，通过对压缩机的气动特性监测和控制，提高压缩机的动态监测能力，本文提出一种基于气动特征传动匹配和反馈补偿的压缩机的气动特性动态监测与控制方法。建立压缩机的气动特性动态监测控制模型，将压缩机气动特性动态监测控制过程分解为力学控制和机械控制两个独立的控制单元，建立反馈补偿的压缩机动态控制模型，实现不同荷载下的压缩机气动监测控制。研究表明，本文方法能有效实现对压缩机气动特性动态监测，对压缩机的动态稳定性控制能力较好。
参考文献
[1] 杨俊，周丙寅，张毅，等. 基于递归图分析的压缩机故障诊断方法研究[J]. 计算机与数字工程，2013，41（6）： 984-986.
[2] 李可，米捷. 基于变结构PID的仿生机器人机电控制算法[J]. 河南工程学院学报（自然科学版），2016，28（2）：32-37.
[3] 杜学丹， 蔡莹皓， 鲁涛， 等. 一种基于深度学习的机械臂抓取方法[J]. 机器人， 2017， 39（6）： 820-828，837.
[4] 任子武，朱秋国，熊蓉. 冗余仿人臂避关节物理约束的一种逆运动学问题求解方法[J]. 机械工程学报，2014，50（19）：58-65.
[5] 夏红伟，翟彦斌，马广程，等. 基于混沌粒子群优化算法的空间机械臂轨迹规划算法[J]. 中国惯性技术学报，2014，22（2）：211-216.
[6] LIU H， LIANG Bin， WANG Xueqian， et al. Autonomous path planning and experiment study of free-floating space robot for spinning satellite capturing[C]//13th International Conference on Control，Automation，Robotics