目录
1喘振的概述 ................................................................................................................. 1
1.1什么是喘振 ....................................................................................................... 1
1.2压缩机产生喘振现象的原因 ........................................................................... 1
1.3如何防止喘振发生 ........................................................................................... 2
1.4喘振区域的确定 ............................................................................................... 3
2压缩机防喘振系统控制方案的确定 ......................................................................... 3
2.1 防喘振控制系统 .............................................................................................. 3
2.2 控制方案 .......................................................................................................... 5
2.3单回路控制系统 ............................................................................................... 6
2.4 被控变量的选择 .............................................................................................. 6
2.5操作变量的选择 ............................................................................................... 7
3压缩机防喘振系统仪表的选型 ................................................................................. 7
3.1 控制阀的选型 .................................................................................................. 7
3.2 压力变送器的选型 .......................................................................................... 8
3.3 温度变送器的选型 .......................................................................................... 8
4传递函数的确定及系统仿真 ..................................................................................... 9
4.1测量变送单元 ................................................................................................... 9
4.2执行器/调节阀 ................................................................................................. 9
4.3被控对象 ........................................................................................................... 9
5总结： ....................................................................................................................... 12
6参考书目 ................................................................................................................... 12
1喘振的概述
1.1什么是喘振
喘振是指压力和体积周期性波动，甚至物料倒流的现象，使得物料在叶片流道内受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。
1.2压缩机产生喘振现象的原因
每种压缩机都有它自己的工作特性曲线，
即使一台压缩机，在不同转速下其工作特性
曲线也不同，如图（1）所示。可知：在一定
转速下（如η1）随流量的变化，出口压力有
一个极大值Pa，相应的入口流量Qa,正常运
行时Q>Qa，随着Q的减少，出口压力相应上
升，当Q继续减少，使得Q
反而下降。这个现象将造成压缩机运行处于
不稳定状态。其产生原因是当进入压缩机叶轮的气体流量小于一定数值时，气体进入叶轮的冲角变化，也即是气体进入叶片的方向与叶片一进口角产生较大的偏差，在叶道中引起气流边界层分离，形成一个气流漩涡区。
如图（2）所示：当入口流量进一步减少但一个特
定值Qa时，气流边界层的分离将扩及整个气流通道，
以致叶道中气流不能通过，没有气体排出。此时，压缩
机的排出压力就会突然下降，而与它出口相连的管网系
统内尚存在较高压力的气体，就会回流到叶轮中；在那
瞬间，回流的气体弥补了叶轮内气量的不足；从而，使
得叶轮回复正常工作，回升压力，重新把回流进来的气
体压出去。但由于此时Q小于Qa，故有产生漩涡区，于
是，出口压力和出口流量的剧烈脉动，即是一种交变的
应力施加在压缩机上，引起机器与管道振动，叶轮和叶片应力增加，并伴随有吼叫噪声，这
种情况称之为压缩机的喘振，有资料又称之为脉动或者飞动。此时工作点称之为喘振点。（如图2 η1转速下为a点）同理，当管网系统压力大于压缩机在此转速下能产生的出口压力的话，也会出现喘振。喘振引起机身的振动，有可能损坏压缩机部件，特别是对轴承和轴密封损坏更加严重。由于密封破坏，将是使轮滑油串入流道，影响冷却器和冷却效率。有时可能引起转子转向串动，损坏轴瓦或打碎叶轮。在严重大的情况下，将出现飞车现象。所以，喘振是一种十分危险的现象，操作时和系统设计时都必须十分注意。压缩机决不允许在喘振情况下运行。引起入了口流量的降低主要原因是操作不佳，入口管道堵塞或工段未补气等因素。
1.3如何防止喘振发生
压缩机在运行中，当管路系统阻力升高时，流量将随之减小，有可能降低到允许值以下。防喘振系统的任务就是在流量降到某一安全下限时，自动地将通大气的放空阀或回流到进口的旁通阀打开，增大经过空压机的流量，防止进入喘振区。取流量安全下限作为调节器的规定值。当流量测量值高于规定值时，放空阀全关，当测量值低于规定值时，调节器输出信号，将放空阀开启，使流量增加。压缩机工作效率高，在正常工况条件下运行平稳，压缩气流无脉动，对其所输送介质的压力、流量、温度变化的敏感性相对较大，容易发生喘振造成严重事故。所以应尽力防止压缩机进入喘振工况。喘振现象是完全可以得到有效控制的，如图（3）所示，根据离心压缩机在不同工况条件下的性能曲线，只要我们把压缩机的最小流量控制在工作区（控制线内），压缩机即可正常工作。喘振的标志是一最小流量点，低于这个流量即出现喘振。因此需要有一个防止压缩机发生喘振的控制系统，限制压缩机的流量不会降低到这种工况下的最低允许值。即不会使压缩机进入喘振工况区域内。
图3压缩机性能曲线与防喘振控制原理图
压缩机的防喘振条件为：△P≥a（p2±bp1）
式中：△p——进口管路内测量流量的孔板前后压差
p1——进口处压力
p2——出口处压力
a、b——与压比、温度、孔板流量计的孔板系数有关的参数,可通过热工计算机和实验取得。
1.4喘振区域的确定
压缩机性能曲线表示出口压力随气体流量而变化的曲线；管网特性曲线是管道进口压力随气体流量而变化的曲线。两条曲线的交点是压缩机的工作点，工作点的横坐标是气体流量，纵坐标是实际排气压力，如图（4）中，驼峰的最高点K，凡是压缩机工作点位于K点以右的下降部分，为稳定工作区，工作点位于K点以左的曲线下降部分为喘振区。
图4喘振区域的界定办法
2压缩机防喘振系统控制方案的确定
2.1 防喘振控制系统
通常把为输送气体连接压缩机的管道、容器等全套设备，包括进、排气管线，称为管网。压缩机进口气体压力为风，经过压缩机增压至肌，经过管道排出，压力下降到肌。压缩机的输气量GD和管网的流量GR相等，或者说压缩机的排气压力等于管网的进口压力肌，压缩机和管网就能稳定运行，即GD=GR或PD=PR。
管网的特性曲线和压缩机的特性曲线的交点恰好能满足上述要求，这就是压缩机和管网
的联合运行点，如图（5）中的A点和B点。
图5 压缩机和管网的联合运行点
要防止压缩机发生喘振，只需要时工作转速下的吸入流量大于喘振点的流量Qp就可以了。因此，当所需的流量小于喘振点的流量时，如生产负荷下降时，需要将出口的流量旁路返回到入口，或将部分出口介质放空，以增加入口流量。满足大于喘振点流量的控制要求最基本的控制方法是最小流量极限控制，这种方法又分为两种：固定极限流量和可变极限流量。
固定极限流量法：如图（6）所示。让压缩机通过的流量总是大于某一定值流量Gp，来达到对压缩机喘振的控制。
图6 固定极限流量
可变极限流量法：如图（7）所示。是设置极限流量跟随着转速而变的一种防喘振控制。
的联合运行点，如图（5）中的A点和B点。
图5 压缩机和管网的联合运行点
要防止压缩机发生喘振，只需要时工作转速下的吸入流量大于喘振点的流量Qp就可以了。因此，当所需的流量小于喘振点的流量时，如生产负荷下降时，需要将出口的流量旁路返回到入口，或将部分出口介质放空，以增加入口流量。满足大于喘振点流量的控制要求最基本的控制方法是最小流量极限控制，这种方法又分为两种：固定极限流量和可变极限流量。
固定极限流量法：如图（6）所示。让压缩机通过的流量总是大于某一定值流量Gp，来达到对压缩机喘振的控制。
图6 固定极限流量
可变极限流量法：如图（7）所示。是设置极限流量跟随着转速而变的一种防喘振控制。
图7 可变极限流量控制
2.2 控制方案
针对本课题，我选择极限流量单回路防喘振控制方案。该方案的策略假设在最大转速下，压缩机的喘振点流量为Qp（已经考虑了安全余量），如果能够使压缩机入口流量总是大于该临界流量Qp就能保证压缩机不发生喘振。控制方案是当入口流量小于该临界流量Qp时，打开旁路控制阀，使出口的部分介质返回到入口，直到使入口流量大于Qp为止。图(8)所示为固定极限流量防喘振控制系统的结构示意图。
图8极限流量防喘振控制系统
表1极限流量控制项目表
2.3单回路控制系统
在现代工业生产装置自动化过程中，即使在计算机控制获得迅速发展的今天，单回路控制系统仍在非常广泛的应用。据统计，在一个年产30万吨合成氨的现代化大型装置中，约有85%的控制系统是单回路控制系统。所以，掌握单回路控制系统的设计原则应用对于实现过程装置的自动化具有十分重要的的意义。单回路控制系统的特点是结构简单，投资少，易于调整，投运，又能满足一般生产过程的工艺要求。单回路控制系统一般由被控过程WO(s)、测量变送器Wm(s)、调节器Wc(s)和调节阀Wv(s)等环节组成，如图（9）所示为单回路控制系统的基本结构框图。
图9 单回路控制系统方框图
2.4 被控变量的选择
在一个生产过程中，可能发生波动的工艺变量很多，但并非对所有的变量都要加以控制。一个化工厂的操作控制大体上可以分为三类，即物料平衡控制和能量平衡控制、产品质量或成分控制、限制条件或软限保护的控制。因而在进行自动控制系统设计时，应深入了解工艺过程，找出对稳定生产、对产品的产量和质量、对确保经济效益和安全生产有决定性作用的工艺变量，或者人工操作过于频繁、紧张，难以满足工艺要求的工艺变量，作为被控变量来设计自动控制系统。这里提出几个选择的基本原则：
1）作为被控变量，其信号最好能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小。
2）若被控变量信号无法直接获取，可选则与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。 3）作为被控变量，必须是独立变量。变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。
4）作为被控变量，必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状被否满足要求。 综上所述，合理选择被控变量是单回路控制系统设计的第一步，同时也是关系到控制方案成败的关键。如果被控变量选择不当，则不管组成什么形式的控制系统，也不管配备多么精良的自动化设备，都不能达到预期的控制效果。因此，本课题所选择的被控变量是出口流量。
2.5操作变量的选择
在生产过程中，工艺总是要求被控变量能稳定在设计值上，因为工艺变量的设计值是按一定的生产负荷、原料组分、质量要求、设备能力、安全极限以及合理的单位能耗等因素综合平衡而确定的，工艺变量稳定在设计值上一般都能得到最大的经济效益。然而由于种种外部的和内在的因素，对工艺过程的稳定运转必然存在着干扰，因而在进行自动控制系统设计时必须深入研究工艺过程，认真分析干扰产生的原因，正确选择操纵变量，建立一个合理的控制系统，以确保生产过程的平稳操作。选择操纵变量时，主要应考虑如下的原则：
1）首先从工艺上考虑，它应允许在一定范围内改变。
2）选上的操纵变量的调节通道，它的放大系数要大，这样对克服干扰较为有利。 3）在选择操纵变量时，应使调节通道的时间常数适当小一些，而干扰通道的时间常数可以大一些。
4）选上的操纵变量应对装置中其它控制系统的影响和关联较小，不会对其它控制系统的运行产生较大的干扰。针对本课题，我选择的操纵变量转速。
3压缩机防喘振系统仪表的选型 3.1 控制阀的选型
参考选型样本可得控制阀型号为：ZHA(B)-2型气动薄膜单座调节阀，其主要技术参数如下：
ⅰ.信号范围：20～100KPa ⅱ.公称通径：20㎜ ⅲ.阀座直径：10㎜ ⅳ.公称压力：1.6MPa ⅴ.额定行程L：16㎜
ⅵ.固有流量特性：直线、等百分比 ⅶ.额定流量系数：直线1.8；等百分比1.6 ⅷ.固有可调比：30 ：1
ⅸ.工作温度t（℃）：-15℃～200℃ ⅹ.作用方式：气开式 3.2 压力变送器的选型
根据变送器的量程，选择型号为ZY-GP1500，其技术参数如下： ⅰ.环境温度宽-40℃～+85℃, ⅱ.测量精度高，0.04%；
ⅲ.量程设定灵活，最大量程比100:1； ⅳ.长期漂移小于0.03%／年； ⅴ.量程：0-30～180KPa； ⅵ.防护等级可达到NEMA 4X； ⅶ.可接受10.5~32VDC的电源；
ⅷ.提供HART/4~20mA，Profibus-PA，Foundation Fieldbus或Modbus通讯协议，满足现场通信要求。 3.3 温度变送器的选型
温度变送器采用WAT-TT型通用型智能温度变送器。它采用了先进的数字化技术，具备了传统模拟仪表所不具备的多项先进性能，在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现，即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用，在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程中有着广泛应用。其技术参数如如下：
ⅰ.基本误差：±1.0%、±0.5%、±0.25%。二线制输出，无补偿导线。
ⅱ.输出信号：4~20mA，抗干扰能力强，
ⅲ.负载电阻：250Ω，允许范围为0~500Ω，结构简单。
ⅳ.工作温度：-25～+60℃
ⅴ.储运环境温度：-40～+80℃
ⅵ.相对湿度：10-90％RH（40℃时）
ⅶ.供电电源：24V DC允许范围为18～30VDC。小型化，安全可靠。
ⅷ.输入功率：0.9～1.8W
ⅸ.外形尺寸：宽×高×深：22.5×100×115mm
ⅹ.净 重：140g±20g
4传递函数的确定及系统仿真
4.1测量变送单元
假设流量测量仪表经开方处理后为线性单元，动态滞后可忽略则有：
Qm(s)=GQM s =KQM=10% (T hr) 4.2执行器/调节阀
假设调节阀为近似线性阀，其动态滞后忽略不计，而且
GV s =fV(s)=KV 式中，fV为调节阀的流通面积，KV通常在一定范围内变化。这里假设
KV=（0.5~1.0）%/（即控制器的输出变化1%，调节阀的相对流通面积变化0.5%~1.0%）。取KV=1
4.3被控对象
对于流量对象，假设控制通道的动态特性可表示为
Gp2 s =fQ(s)v=T(s)K2
2S+1 ,
式中，流量控制环节的时间常数T2≫0基本不变，而K2和Kd2通常在一定范围内变化。这
里假设K2=0.05~0.20（T/hr）/%,T2=1.5min,Kd2=5~12(T/hr)/MPa.而蒸汽调节阀阀前压力Pv的变化范围为±0.1MPa，取K2=0.1。
而流量对象，假设控制系统与扰动通道的动态特性可表示为：
Kp1e−τpsG(s)Gp1 s == Tp1s+1 Tp2s+1
T(s)Kd1e−τds
Gd1 s == d1并假设：
Kp1=5~10℃/(T/hr),Tp1=3~6min,Tp2=0~2min,τp=2~4min,
Kd1=−2~−0.5℃/(T/hr),Td1=2~4min,τd=2~3min
而介质进口处温度的变化范围为±20T/hr，
选取：Kp1=5℃/(T/hr),Tp1=4min,Tp2=1min,τp=3min,
Kd1=−0.5℃/(T/hr),Td1=3min,τd=2min。
由上述模块所组成的SIMULINK模型如图（10）所示，采用温度单回路PID控制。
图10单回路控制系统仿真图
当被控参数为0.25，TS=0.75，TD=0时，其仿真曲线如下图（11）：
图11仿真曲线图
改变被控参数，0.25，TS=0.25，TD=0时，其仿真曲线如下图12：
图12改变参数后的仿真曲线图
5总结：
正如高老师在指导课上所说大的那样，课程设计也是一门课程，我们的大学课程还没有结束。经过两周的课程设计，从接到任务书，再到自己动手做课程设计这个过程。体会到了如何运用所学知识来解决一些实际的问题。特别像“压缩机喘振现象”属于专业知识的范畴；也是将来工作中可能会遇到的情况。这对我们将来在实际生活中解决实际问题有很大的帮助。课程设计是一门实用性很强的“课程”；作为大四即将毕业的学生来说，将所学运用于实际是一个人在将来的生活和工作中“可塑性”的内在体现。这是未来生活的需要，也是企业对人才的能力要求。
此外，在课程设计的这两周时间里了解了matlab软件在实际生活中的运用；进一步熟悉了simulink的工作坏境。由此可见，课程设计存在客观上开设的需要；对每一个工科学子来说，这些软件的运用和实践是必不可少的步骤和必须具备的能力。
在过去的这些日子真诚的感谢高老师、刘老师等所有老师的辛勤指导和精心栽培。然而学无止境，还有更多的理论知识需要我们充分大的发挥我们的主观能动性，将理论知识与实践心相结合。不是步入了社会就不需要学习了，而且会有比在学校里面需要学习的东西更多。只有不断的学习新的知识，并付诸实践才能在现在全球化的世界充分的发挥自己的才能。而课程设计只是其中的一小步而已，继续学习才是我们的成功之道。
6参考书目
[1]《过程装备控制技术及其应用》 王毅 主编化学工业出版社
[2]《过程自动化及仪表》 俞金寿主编化学工业出版社
[3]《工业过程控制工程》 王树青主编化学工业出版社
[4]《控制仪表及装置》 吴勤勤主编化学工业出版社
[5]《过程控制仪表》 徐春山主编冶金工业出版社
[6]《过程装备成套技术设计指南工程》 黄振仁主编化学工业出版社
[7]《过程控制装置》 张永德主编化学工业出版社
[8]《化工单元过程及设备课程设计》 匡国柱主编化学工业出版社
[9]《化工设备设计设计手册》（上、下） 朱有庭主编化学工业出版社
目录
1喘振的概述 ................................................................................................................. 1
1.1什么是喘振 ....................................................................................................... 1
1.2压缩机产生喘振现象的原因 ........................................................................... 1
1.3如何防止喘振发生 ........................................................................................... 2
1.4喘振区域的确定 ............................................................................................... 3
2压缩机防喘振系统控制方案的确定 ......................................................................... 3
2.1 防喘振控制系统 .............................................................................................. 3
2.2 控制方案 .......................................................................................................... 5
2.3单回路控制系统 ............................................................................................... 6
2.4 被控变量的选择 .............................................................................................. 6
2.5操作变量的选择 ............................................................................................... 7
3压缩机防喘振系统仪表的选型 ................................................................................. 7
3.1 控制阀的选型 .................................................................................................. 7
3.2 压力变送器的选型 .......................................................................................... 8
3.3 温度变送器的选型 .......................................................................................... 8
4传递函数的确定及系统仿真 ..................................................................................... 9
4.1测量变送单元 ................................................................................................... 9
4.2执行器/调节阀 ................................................................................................. 9
4.3被控对象 ........................................................................................................... 9
5总结： ....................................................................................................................... 12
6参考书目 ................................................................................................................... 12
1喘振的概述
1.1什么是喘振
喘振是指压力和体积周期性波动，甚至物料倒流的现象，使得物料在叶片流道内受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。
1.2压缩机产生喘振现象的原因
每种压缩机都有它自己的工作特性曲线，
即使一台压缩机，在不同转速下其工作特性
曲线也不同，如图（1）所示。可知：在一定
转速下（如η1）随流量的变化，出口压力有
一个极大值Pa，相应的入口流量Qa,正常运
行时Q>Qa，随着Q的减少，出口压力相应上
升，当Q继续减少，使得Q
反而下降。这个现象将造成压缩机运行处于
不稳定状态。其产生原因是当进入压缩机叶轮的气体流量小于一定数值时，气体进入叶轮的冲角变化，也即是气体进入叶片的方向与叶片一进口角产生较大的偏差，在叶道中引起气流边界层分离，形成一个气流漩涡区。
如图（2）所示：当入口流量进一步减少但一个特
定值Qa时，气流边界层的分离将扩及整个气流通道，
以致叶道中气流不能通过，没有气体排出。此时，压缩
机的排出压力就会突然下降，而与它出口相连的管网系
统内尚存在较高压力的气体，就会回流到叶轮中；在那
瞬间，回流的气体弥补了叶轮内气量的不足；从而，使
得叶轮回复正常工作，回升压力，重新把回流进来的气
体压出去。但由于此时Q小于Qa，故有产生漩涡区，于
是，出口压力和出口流量的剧烈脉动，即是一种交变的
应力施加在压缩机上，引起机器与管道振动，叶轮和叶片应力增加，并伴随有吼叫噪声，这
种情况称之为压缩机的喘振，有资料又称之为脉动或者飞动。此时工作点称之为喘振点。（如图2 η1转速下为a点）同理，当管网系统压力大于压缩机在此转速下能产生的出口压力的话，也会出现喘振。喘振引起机身的振动，有可能损坏压缩机部件，特别是对轴承和轴密封损坏更加严重。由于密封破坏，将是使轮滑油串入流道，影响冷却器和冷却效率。有时可能引起转子转向串动，损坏轴瓦或打碎叶轮。在严重大的情况下，将出现飞车现象。所以，喘振是一种十分危险的现象，操作时和系统设计时都必须十分注意。压缩机决不允许在喘振情况下运行。引起入了口流量的降低主要原因是操作不佳，入口管道堵塞或工段未补气等因素。
1.3如何防止喘振发生
压缩机在运行中，当管路系统阻力升高时，流量将随之减小，有可能降低到允许值以下。防喘振系统的任务就是在流量降到某一安全下限时，自动地将通大气的放空阀或回流到进口的旁通阀打开，增大经过空压机的流量，防止进入喘振区。取流量安全下限作为调节器的规定值。当流量测量值高于规定值时，放空阀全关，当测量值低于规定值时，调节器输出信号，将放空阀开启，使流量增加。压缩机工作效率高，在正常工况条件下运行平稳，压缩气流无脉动，对其所输送介质的压力、流量、温度变化的敏感性相对较大，容易发生喘振造成严重事故。所以应尽力防止压缩机进入喘振工况。喘振现象是完全可以得到有效控制的，如图（3）所示，根据离心压缩机在不同工况条件下的性能曲线，只要我们把压缩机的最小流量控制在工作区（控制线内），压缩机即可正常工作。喘振的标志是一最小流量点，低于这个流量即出现喘振。因此需要有一个防止压缩机发生喘振的控制系统，限制压缩机的流量不会降低到这种工况下的最低允许值。即不会使压缩机进入喘振工况区域内。
图3压缩机性能曲线与防喘振控制原理图
压缩机的防喘振条件为：△P≥a（p2±bp1）
式中：△p——进口管路内测量流量的孔板前后压差
p1——进口处压力
p2——出口处压力
a、b——与压比、温度、孔板流量计的孔板系数有关的参数,可通过热工计算机和实验取得。
1.4喘振区域的确定
压缩机性能曲线表示出口压力随气体流量而变化的曲线；管网特性曲线是管道进口压力随气体流量而变化的曲线。两条曲线的交点是压缩机的工作点，工作点的横坐标是气体流量，纵坐标是实际排气压力，如图（4）中，驼峰的最高点K，凡是压缩机工作点位于K点以右的下降部分，为稳定工作区，工作点位于K点以左的曲线下降部分为喘振区。
图4喘振区域的界定办法
2压缩机防喘振系统控制方案的确定
2.1 防喘振控制系统
通常把为输送气体连接压缩机的管道、容器等全套设备，包括进、排气管线，称为管网。压缩机进口气体压力为风，经过压缩机增压至肌，经过管道排出，压力下降到肌。压缩机的输气量GD和管网的流量GR相等，或者说压缩机的排气压力等于管网的进口压力肌，压缩机和管网就能稳定运行，即GD=GR或PD=PR。
管网的特性曲线和压缩机的特性曲线的交点恰好能满足上述要求，这就是压缩机和管网
的联合运行点，如图（5）中的A点和B点。
图5 压缩机和管网的联合运行点
要防止压缩机发生喘振，只需要时工作转速下的吸入流量大于喘振点的流量Qp就可以了。因此，当所需的流量小于喘振点的流量时，如生产负荷下降时，需要将出口的流量旁路返回到入口，或将部分出口介质放空，以增加入口流量。满足大于喘振点流量的控制要求最基本的控制方法是最小流量极限控制，这种方法又分为两种：固定极限流量和可变极限流量。
固定极限流量法：如图（6）所示。让压缩机通过的流量总是大于某一定值流量Gp，来达到对压缩机喘振的控制。
图6 固定极限流量
可变极限流量法：如图（7）所示。是设置极限流量跟随着转速而变的一种防喘振控制。
的联合运行点，如图（5）中的A点和B点。
图5 压缩机和管网的联合运行点
要防止压缩机发生喘振，只需要时工作转速下的吸入流量大于喘振点的流量Qp就可以了。因此，当所需的流量小于喘振点的流量时，如生产负荷下降时，需要将出口的流量旁路返回到入口，或将部分出口介质放空，以增加入口流量。满足大于喘振点流量的控制要求最基本的控制方法是最小流量极限控制，这种方法又分为两种：固定极限流量和可变极限流量。
固定极限流量法：如图（6）所示。让压缩机通过的流量总是大于某一定值流量Gp，来达到对压缩机喘振的控制。
图6 固定极限流量
可变极限流量法：如图（7）所示。是设置极限流量跟随着转速而变的一种防喘振控制。
图7 可变极限流量控制
2.2 控制方案
针对本课题，我选择极限流量单回路防喘振控制方案。该方案的策略假设在最大转速下，压缩机的喘振点流量为Qp（已经考虑了安全余量），如果能够使压缩机入口流量总是大于该临界流量Qp就能保证压缩机不发生喘振。控制方案是当入口流量小于该临界流量Qp时，打开旁路控制阀，使出口的部分介质返回到入口，直到使入口流量大于Qp为止。图(8)所示为固定极限流量防喘振控制系统的结构示意图。
图8极限流量防喘振控制系统
表1极限流量控制项目表
2.3单回路控制系统
在现代工业生产装置自动化过程中，即使在计算机控制获得迅速发展的今天，单回路控制系统仍在非常广泛的应用。据统计，在一个年产30万吨合成氨的现代化大型装置中，约有85%的控制系统是单回路控制系统。所以，掌握单回路控制系统的设计原则应用对于实现过程装置的自动化具有十分重要的的意义。单回路控制系统的特点是结构简单，投资少，易于调整，投运，又能满足一般生产过程的工艺要求。单回路控制系统一般由被控过程WO(s)、测量变送器Wm(s)、调节器Wc(s)和调节阀Wv(s)等环节组成，如图（9）所示为单回路控制系统的基本结构框图。
图9 单回路控制系统方框图
2.4 被控变量的选择
在一个生产过程中，可能发生波动的工艺变量很多，但并非对所有的变量都要加以控制。一个化工厂的操作控制大体上可以分为三类，即物料平衡控制和能量平衡控制、产品质量或成分控制、限制条件或软限保护的控制。因而在进行自动控制系统设计时，应深入了解工艺过程，找出对稳定生产、对产品的产量和质量、对确保经济效益和安全生产有决定性作用的工艺变量，或者人工操作过于频繁、紧张，难以满足工艺要求的工艺变量，作为被控变量来设计自动控制系统。这里提出几个选择的基本原则：
1）作为被控变量，其信号最好能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小。
2）若被控变量信号无法直接获取，可选则与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。 3）作为被控变量，必须是独立变量。变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。
4）作为被控变量，必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状被否满足要求。 综上所述，合理选择被控变量是单回路控制系统设计的第一步，同时也是关系到控制方案成败的关键。如果被控变量选择不当，则不管组成什么形式的控制系统，也不管配备多么精良的自动化设备，都不能达到预期的控制效果。因此，本课题所选择的被控变量是出口流量。
2.5操作变量的选择
在生产过程中，工艺总是要求被控变量能稳定在设计值上，因为工艺变量的设计值是按一定的生产负荷、原料组分、质量要求、设备能力、安全极限以及合理的单位能耗等因素综合平衡而确定的，工艺变量稳定在设计值上一般都能得到最大的经济效益。然而由于种种外部的和内在的因素，对工艺过程的稳定运转必然存在着干扰，因而在进行自动控制系统设计时必须深入研究工艺过程，认真分析干扰产生的原因，正确选择操纵变量，建立一个合理的控制系统，以确保生产过程的平稳操作。选择操纵变量时，主要应考虑如下的原则：
1）首先从工艺上考虑，它应允许在一定范围内改变。
2）选上的操纵变量的调节通道，它的放大系数要大，这样对克服干扰较为有利。 3）在选择操纵变量时，应使调节通道的时间常数适当小一些，而干扰通道的时间常数可以大一些。
4）选上的操纵变量应对装置中其它控制系统的影响和关联较小，不会对其它控制系统的运行产生较大的干扰。针对本课题，我选择的操纵变量转速。
3压缩机防喘振系统仪表的选型 3.1 控制阀的选型
参考选型样本可得控制阀型号为：ZHA(B)-2型气动薄膜单座调节阀，其主要技术参数如下：
ⅰ.信号范围：20～100KPa ⅱ.公称通径：20㎜ ⅲ.阀座直径：10㎜ ⅳ.公称压力：1.6MPa ⅴ.额定行程L：16㎜
ⅵ.固有流量特性：直线、等百分比 ⅶ.额定流量系数：直线1.8；等百分比1.6 ⅷ.固有可调比：30 ：1
ⅸ.工作温度t（℃）：-15℃～200℃ ⅹ.作用方式：气开式 3.2 压力变送器的选型
根据变送器的量程，选择型号为ZY-GP1500，其技术参数如下： ⅰ.环境温度宽-40℃～+85℃, ⅱ.测量精度高，0.04%；
ⅲ.量程设定灵活，最大量程比100:1； ⅳ.长期漂移小于0.03%／年； ⅴ.量程：0-30～180KPa； ⅵ.防护等级可达到NEMA 4X； ⅶ.可接受10.5~32VDC的电源；
ⅷ.提供HART/4~20mA，Profibus-PA，Foundation Fieldbus或Modbus通讯协议，满足现场通信要求。 3.3 温度变送器的选型
温度变送器采用WAT-TT型通用型智能温度变送器。它采用了先进的数字化技术，具备了传统模拟仪表所不具备的多项先进性能，在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现，即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用，在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程中有着广泛应用。其技术参数如如下：
ⅰ.基本误差：±1.0%、±0.5%、±0.25%。二线制输出，无补偿导线。
ⅱ.输出信号：4~20mA，抗干扰能力强，
ⅲ.负载电阻：250Ω，允许范围为0~500Ω，结构简单。
ⅳ.工作温度：-25～+60℃
ⅴ.储运环境温度：-40～+80℃
ⅵ.相对湿度：10-90％RH（40℃时）
ⅶ.供电电源：24V DC允许范围为18～30VDC。小型化，安全可靠。
ⅷ.输入功率：0.9～1.8W
ⅸ.外形尺寸：宽×高×深：22.5×100×115mm
ⅹ.净 重：140g±20g
4传递函数的确定及系统仿真
4.1测量变送单元
假设流量测量仪表经开方处理后为线性单元，动态滞后可忽略则有：
Qm(s)=GQM s =KQM=10% (T hr) 4.2执行器/调节阀
假设调节阀为近似线性阀，其动态滞后忽略不计，而且
GV s =fV(s)=KV 式中，fV为调节阀的流通面积，KV通常在一定范围内变化。这里假设
KV=（0.5~1.0）%/（即控制器的输出变化1%，调节阀的相对流通面积变化0.5%~1.0%）。取KV=1
4.3被控对象
对于流量对象，假设控制通道的动态特性可表示为
Gp2 s =fQ(s)v=T(s)K2
2S+1 ,
式中，流量控制环节的时间常数T2≫0基本不变，而K2和Kd2通常在一定范围内变化。这
里假设K2=0.05~0.20（T/hr）/%,T2=1.5min,Kd2=5~12(T/hr)/MPa.而蒸汽调节阀阀前压力Pv的变化范围为±0.1MPa，取K2=0.1。
而流量对象，假设控制系统与扰动通道的动态特性可表示为：
Kp1e−τpsG(s)Gp1 s == Tp1s+1 Tp2s+1
T(s)Kd1e−τds
Gd1 s == d1并假设：
Kp1=5~10℃/(T/hr),Tp1=3~6min,Tp2=0~2min,τp=2~4min,
Kd1=−2~−0.5℃/(T/hr),Td1=2~4min,τd=2~3min
而介质进口处温度的变化范围为±20T/hr，
选取：Kp1=5℃/(T/hr),Tp1=4min,Tp2=1min,τp=3min,
Kd1=−0.5℃/(T/hr),Td1=3min,τd=2min。
由上述模块所组成的SIMULINK模型如图（10）所示，采用温度单回路PID控制。
图10单回路控制系统仿真图
当被控参数为0.25，TS=0.75，TD=0时，其仿真曲线如下图（11）：
图11仿真曲线图
改变被控参数，0.25，TS=0.25，TD=0时，其仿真曲线如下图12：
图12改变参数后的仿真曲线图
5总结：
正如高老师在指导课上所说大的那样，课程设计也是一门课程，我们的大学课程还没有结束。经过两周的课程设计，从接到任务书，再到自己动手做课程设计这个过程。体会到了如何运用所学知识来解决一些实际的问题。特别像“压缩机喘振现象”属于专业知识的范畴；也是将来工作中可能会遇到的情况。这对我们将来在实际生活中解决实际问题有很大的帮助。课程设计是一门实用性很强的“课程”；作为大四即将毕业的学生来说，将所学运用于实际是一个人在将来的生活和工作中“可塑性”的内在体现。这是未来生活的需要，也是企业对人才的能力要求。
此外，在课程设计的这两周时间里了解了matlab软件在实际生活中的运用；进一步熟悉了simulink的工作坏境。由此可见，课程设计存在客观上开设的需要；对每一个工科学子来说，这些软件的运用和实践是必不可少的步骤和必须具备的能力。
在过去的这些日子真诚的感谢高老师、刘老师等所有老师的辛勤指导和精心栽培。然而学无止境，还有更多的理论知识需要我们充分大的发挥我们的主观能动性，将理论知识与实践心相结合。不是步入了社会就不需要学习了，而且会有比在学校里面需要学习的东西更多。只有不断的学习新的知识，并付诸实践才能在现在全球化的世界充分的发挥自己的才能。而课程设计只是其中的一小步而已，继续学习才是我们的成功之道。
6参考书目
[1]《过程装备控制技术及其应用》 王毅 主编化学工业出版社
[2]《过程自动化及仪表》 俞金寿主编化学工业出版社
[3]《工业过程控制工程》 王树青主编化学工业出版社
[4]《控制仪表及装置》 吴勤勤主编化学工业出版社
[5]《过程控制仪表》 徐春山主编冶金工业出版社
[6]《过程装备成套技术设计指南工程》 黄振仁主编化学工业出版社
[7]《过程控制装置》 张永德主编化学工业出版社
[8]《化工单元过程及设备课程设计》 匡国柱主编化学工业出版社
[9]《化工设备设计设计手册》（上、下） 朱有庭主编化学工业出版社