本發(fā)明屬于發(fā)電機，具體涉及一種磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機湍流擾動抑制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、當天然氣壓差發(fā)電機中氣體受到限制時，氣室內(nèi)壓升到達臨界點，此時天然氣壓差發(fā)電機內(nèi)的氣壓小于氣室內(nèi)的氣壓，氣體被迫向天然氣壓差發(fā)電機入口處回流，影響了天然氣壓差發(fā)電機系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動，導致天然氣壓差發(fā)電機內(nèi)氣體產(chǎn)生振蕩，出現(xiàn)湍流擾動。在湍流擾動即將發(fā)生的壓強臨界點稱為湍流擾動點，其在天然氣壓差發(fā)電機特性曲線上的位置接近峰值位置。

2、天然氣壓差發(fā)電機等流體機械的湍流擾動使得級間壓力失調(diào)引起強烈振動，使密封及軸承損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子元件相碰，氣體外泄，引起爆炸等惡性事故。磁懸浮軸承具有無接觸、效率高等優(yōu)點，應用于天然氣壓差發(fā)電機中具有顯著優(yōu)勢。對于磁懸浮式天然氣壓差發(fā)電機，利用磁懸浮推力軸承，調(diào)整天然氣壓差發(fā)電機葉輪的葉頂蝸殼之間的葉尖間隙可以實現(xiàn)防湍流擾動控制。

3、磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)相對較為復雜，存在發(fā)生故障風險，另外以磁軸承的葉尖間隙來抑制湍流擾動的發(fā)生也具有帶寬的限制，因此需要合理設計來提高系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提出一種磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機湍流擾動抑制方法及系統(tǒng)。

2、第一方面，本技術(shù)提出一種磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機湍流擾動抑制方法，包括：

3、實時獲取磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的葉輪尖端與蝸殼之間的間隙以及轉(zhuǎn)子振動信息；

4、根據(jù)葉輪尖端與蝸殼之間的間隙以及所述間隙和磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升之間的關(guān)系，得到待控制的壓升信息；

5、將待控制的壓升信息輸入到預建立的磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的增強模型中；

6、采用壓力傳感器獲取增強模型輸出的壓升信息，根據(jù)增強模型輸出的壓升信息，采用流量狀態(tài)觀測器估計得到磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量變化信息，將磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量變化信息輸入主湍流擾動控制器；

7、在轉(zhuǎn)子振動信息滿足第一條件的情況下，采用主湍流擾動控制器的反饋值控制磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機中磁懸浮軸承；

8、在轉(zhuǎn)子振動信息不滿足第一條件的情況下，采用副湍流擾動控制器控制閉式耦合控制閥的開度。

9、所述增強模型，建立過程包括：以天磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量、靜壓室壓升、閉式耦合控制閥的壓升和靜壓室的質(zhì)量流量為狀態(tài)變量，以天磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量、閉式耦合控制閥開度以及靜壓室壓升之間關(guān)系，基于管道動力學建立磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的增強模型。

10、所述在轉(zhuǎn)子振動信息不滿足第一條件的情況下，采用副湍流擾動控制器控制閉式耦合控制閥的開度，包括：

11、在轉(zhuǎn)子振動信息不滿足第一條件的情況下，將磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機中磁懸浮軸承的軸向位置參考值置為零，并且判斷基于最小方差的控制性能評估器的輸出值是否大于第二條件；

12、在基于最小方差的控制性能評估器的輸出值大于第二條件的情況下，將軸向極限參考值設定為軸向葉尖間隙的預設定百分比，采用置零后的軸向位置參考值以及設定后的軸向極限參考值控制磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機中磁懸浮軸承；

13、在基于最小方差的控制性能評估器的輸出值不大于第二條件的情況下，采用副湍流擾動控制器控制閉式耦合控制閥的開度，所述閉式耦合控制閥設置于磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機與靜壓室之間，用于調(diào)節(jié)磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機與靜壓室之間的質(zhì)量流量和壓升信息。

14、所述增強模型，計算式如下：

15、；

16、其中，為狀態(tài)變量的導數(shù)，b為格雷策穩(wěn)定性參數(shù)，為赫姆霍茲頻率，為第一常數(shù)，為磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量，為第五常數(shù)，為壓差發(fā)電機曲線的特性常量，為大氣密度，u為磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機葉輪葉頂處的線速度，為葉尖間隙常量，為葉輪尖端與蝸殼之間的間隙，為靜壓室的壓升，為靜壓室的壓升的導數(shù)，為靜壓式的質(zhì)量流量信息，為閉式耦合控制閥的壓升信息，為第二常數(shù)，為磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機管道的截面積，為此時管道的密度，為第六常數(shù)，為閉式耦合控制閥開度，為閉式耦合控制閥常數(shù)，為靜壓室質(zhì)量流量的導數(shù)，用于構(gòu)建狀態(tài)方程，為第三常數(shù)，為第四常數(shù)，為第七常數(shù)，為第八常數(shù)，為大氣壓強。

17、所述間隙和磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升之間的關(guān)系，獲取過程包括：

18、根據(jù)葉輪尖端與蝸殼之間的間隙和磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的效率之間的關(guān)系，得到以磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機壓比為軸向葉尖間隙變化量的函數(shù)；

19、根據(jù)磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的出口壓強以及進氣口大氣壓之差，得到磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升與磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機壓比之間關(guān)系；

20、根據(jù)以磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機壓比為軸向葉尖間隙變化量的函數(shù)以及磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升與磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機壓比之間關(guān)系，得到葉輪尖端與蝸殼之間的間隙和磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升之間的關(guān)系。

21、所述葉輪尖端與蝸殼之間的間隙和磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升之間的關(guān)系，計算式如下：

22、；

23、其中，為磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升，為大氣壓強，為大氣密度，u為磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機葉輪葉頂處的線速度，為磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)壓升信息，為軸向葉尖間隙常數(shù)，為軸向葉尖間隙，為葉輪出口處的葉片高度，為天然氣的絕熱指數(shù)。

24、所述流量狀態(tài)觀測器，建立過程包括：

25、將增強模型在磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升平衡點以及磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量平衡點處線性化，得到線性化的增強模型的狀態(tài)空間形式以及線性化的增強模型的系統(tǒng)方程；

26、根據(jù)線性化的增強模型的狀態(tài)空間形式以及線性化的增強模型的系統(tǒng)方程，推導流量狀態(tài)觀測器。

27、所述主湍流擾動控制器，建立過程包括：

28、將線性化的增強模型的系統(tǒng)方程進行離散化，得到個控制周期內(nèi)預測的系統(tǒng)狀態(tài)個控制周期內(nèi)預測的控制量，為常數(shù)；

29、將個控制周期內(nèi)預測的系統(tǒng)狀態(tài)個控制周期內(nèi)預測的控制量合并，得到主湍流擾動控制器；

30、采用最小化的成本函數(shù)以及約束條件對主湍流擾動控制器進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的主湍流擾動控制器。

31、所述基于最小方差的控制性能評估器，計算式如下：

32、；

33、其中，為基于廣義最小方差的性能指標，k為過程時延，n為數(shù)據(jù)長度，l為磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的回歸模型的長度，為殘差序列的方差，殘差序列為實際輸出與模型預測輸出之間的差值，為實際輸出的方差，為實際的觀測值向量，包含系統(tǒng)輸出的實際觀測值，x為包含了用于回歸模型的輸入變量觀測值的矩陣形式，為回歸模型的估計系數(shù)向量，t為對應矩陣的轉(zhuǎn)置。

34、第二方面，本技術(shù)提出一種磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機湍流擾動抑制系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、模型控制模塊、數(shù)據(jù)估計模塊、第一控制模塊；

35、所述數(shù)據(jù)獲取模塊與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊連接，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊與模型控制模塊連接，模型控制模塊與數(shù)據(jù)估計模塊連接，數(shù)據(jù)估計模塊與數(shù)據(jù)獲取模塊分別與第一控制模塊連接，第一控制模塊與模型控制模塊連接；

36、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于實時獲取磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的葉輪尖端與蝸殼之間的間隙以及轉(zhuǎn)子振動信息；

37、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)葉輪尖端與蝸殼之間的間隙以及所述間隙和磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的壓升之間的關(guān)系，得到待控制的壓升信息；

38、模型控制模塊，用于將待控制的壓升信息輸入到預建立的磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的增強模型中；

39、數(shù)據(jù)估計模塊，用于采用壓力傳感器獲取增強模型輸出的壓升信息，根據(jù)增強模型輸出的壓升信息，采用流量狀態(tài)觀測器估計得到磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量變化信息，將磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的質(zhì)量流量變化信息輸入主湍流擾動控制器；

40、第一控制模塊，用于在轉(zhuǎn)子振動信息滿足第一條件的情況下，采用主湍流擾動控制器的反饋值控制磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機中磁懸浮軸承；在轉(zhuǎn)子振動信息不滿足第一條件的情況下，采用副湍流擾動控制器控制閉式耦合控制閥的開度。

41、第三方面，本技術(shù)提出一種電子設備，包括：一個或多個處理器，以及存儲器，所述存儲器用于存儲指令，當所述指令被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，使得所述一個或多個處理器執(zhí)行所述的一種磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機湍流擾動抑制方法。

42、第四方面，本技術(shù)提出一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其存儲有可執(zhí)行的指令，所述指令當被執(zhí)行時使得處理器執(zhí)行所述的一種磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機湍流擾動抑制方法。

43、有益效果：

44、本技術(shù)提出一種磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機湍流擾動抑制方法及系統(tǒng)，在考慮管道影響下，建立磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機的增強模型，考慮磁懸浮軸承的帶寬限制，故障發(fā)生等條件，提出基于最小方差的控制性能評估器，當主湍流擾動控制器的控制效果不佳時，引入以閉式耦合控制閥為執(zhí)行器的副湍流擾動控制器，主副控制器聯(lián)合工作擴大所述磁懸浮天然氣壓差發(fā)電機穩(wěn)定運行的范圍，能夠有效的抑制湍流擾動，提高天然氣壓差發(fā)電機的工作效率。