基于模糊控制的局部通风机瓦斯智能排放研究

论文摘要

局部通风机是井下掘进过程中的主要设备,其使用的灵活性和效能直接影响着瓦斯的安全排放。目前,我国大多数煤矿井下局部通风机调速能力较差,智能化程度较低,且多数是不调速的。在井下,局部通风机一接进电网便无控制地长期恒速运转,“一风吹”现象非常严重。这样既浪费了电能,又极易造成上隅角瓦斯聚集,形成事故隐患。针对这一问题,本文设计了一种结合模糊控制技术的局部通风机瓦斯智能排放自动调节系统。论文首先阐述了掘进工作面局部通风机瓦斯排放的现状和存在的问题,以及本文研究的主要内容及意义。然后对局部通风理论进行了总结和概括,包括掘进巷道的通风要求及布置情况,掘进工作面通风方式和工作面风量计算,并对风机节能原理作了说明。论文对瓦斯浓度模糊控制器进行了设计,控制器以掘进巷道瓦斯浓度的偏差和偏差变化率作为输入,控制变频器的输入电压为其输出。在常规模糊控制器的基础上,设计了自调整参数、自调整因子和复合型等优化模糊控制器。采用优化模糊控制算法后,系统响应速度变快,控制性能显著改善。为减少掘进工作面上隅角瓦斯聚集,运用双模模型理论,制定了掘进工作面正常通风和瓦斯超限排放两种状态下掘进工作面迎头、掘进巷道回风流和回风巷混合风流处三点瓦斯浓度的隶属度函数,仿真得出了两种状态下各点对应瓦斯浓度范围及对应的电源频率和电机转速。论文以TMS320F2812DSP为基础,对系统软硬件进行了研究设计,包括系统主电路、控制电路和保护电路的设计。软件部分采用模块化设计思想,编制了主要模块的软件流程框图。结合变频器综合控制实验台,做了相应实验。研究证明,本论文将模糊控制思想引入到掘进工作面瓦斯排放中,有效地提高了系统的智能化水平和安全性指标,为掘进工作面瓦斯智能排放提供了一定的方法指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题选题背景
• 1.2 矿用局部通风机现状与发展
• 1.3 研究意义
• 1.4 课题来源
• 1.5 论文研究主要工作
• 1.6 论文章节安排
• 2 局部通风理论
• 2.1 掘进工作面巷道布置情况
• 2.2 掘进工作面通风方式
• 2.3 通风机参数和特性
• 2.4 掘进工作面风量选择和风筒选择方法
• 2.5 风机调速节能原理
• 2.6 本章小结
• 3 模糊控制在瓦斯智能排放系统中的应用
• 3.1 瓦斯智能排放系统简介
• 3.2 模糊控制理论简介
• 3.2.1 模糊控制概况
• 3.2.2 模糊控制系统组成及基本原理
• 3.2.3 模糊控制器特点
• 3.2.4 模糊控制应用研究现状
• 3.2.5 模糊控制研究方向展望
• 3.3 瓦斯浓度模糊控制器设计
• 3.3.1 输入输出变量的确立
• 3.3.2 输入输出变量的模糊语言描述
• 3.3.3 模糊规则的确立
• 3.3.4 模糊决策
• 3.4 本章小结
• 4 系统建模与仿真
• 4.1 MATLAB/SIMULINK 仿真平台简介
• 4.2 变频器-电动机模型
• 4.3 常规模糊控制器建模仿真
• 4.4 优化模糊控制器的设计与仿真
• 4.4.1 自调整参数模糊控制器的设计与仿真
• 4.4.2 自调整因子模糊控制器的设计与仿真
• 4.4.3 复合型模糊控制器的设计与仿真
• 4.5 正常通风和瓦斯排放双模模糊模型的设计与仿真
• 4.6 本章小结
• 5 硬件研究设计
• 5.1 TM5320F2812DSP 芯片简介
• 5.2 TM5320F2812DSP 事件管理器简介
• 5.3 DSP 的SVPWM 波形生成方法
• 5.3.1 软件设置
• 5.3.2 硬件设置
• 5.3.3 SVPWM 波形
• 5.4 主电路设计
• 5.5 保护电路设计
• 5.6 控制电路设计
• 5.7 本章小结
• 6 软件研究设计
• 6.1 DSP 软件编程特点
• 6.1.1 TM5320F2812DSP 的调试环境
• 6.1.2 DSP 中定点数的计算
• 6.2 主要软件模块
• 6.2.1 主程序模块
• 6.2.2 中断子程序
• 6.2.3 故障中断服务子程序
• 6.3 软件抗干扰设计
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录