智能化采煤系统架构及关键技术研究

针对我国当前推广应用的可视化远程干预智能化采煤模式进行了分析,介绍、总结了基于视频监控的远程干预综采智能化、以巡检机器人辅助的工作面智能化,以及基于惯性导航技术的综采智能导航等3个方向的技术发展情况,提出了当前可视化远程干预智能化采煤所面对的"看、动、想、稳"4个方面实际问题。分析了复杂开采条件下智能化采煤所面对的自适应技术和综采机器人技术2项技术难题,归纳出开采空间多元信息采集及交叉融合、智能化采煤决策基础理论、综采装备群智能化协作3个科学难题。围绕技术、科学难题,提出了智能化开采系统需要具备的4个基本要素,分别为:煤炭开采空间感知能力、智能分析及决策能力、自动执行能力、可靠及稳健运维能力,设计了以"感知、决策、执行、运维"为4个维度的智能化采煤系统架构。研究了关键技术待突破方向,包括开采地质环境增强感知技术、智能开采工艺分析决策技术、开采装备智能化技术、煤矿智能巡检机器人技术、开采系统智能运维技术、辅助生产环节智能化技术、综采智能服务等方面。最后,以国能集团神东榆家梁煤矿智能化采煤示范工程项目为例,开展了基于"透明工作面"的数字化采煤应用,初步实现了智能化自主采煤。     

基于DSP嵌入式煤矸识别系统的设计

为了提高综采放顶煤工作面自动化水平,提高煤质,介绍一种基于DSP的嵌入式煤矸识别系统,包括整个系统的硬件、软件设计及算法分析。该系统可高速采集振动声波信号,IIR低通滤波去噪后,经过快速傅里叶变换和小波变换对数据进行频谱、功率谱分析,实现煤与矸石的比例识别。CPLD协同DSP实现整个系统的地址译码和逻辑控制,并可以通过RS485/RS232接口实现通信或组网。     

基于多Agent的矿井通风仿真系统研究及应用

根据矿井通风的工作特点，采用Mult—agnet技术对通风系统进行实时仿真。针对对实时性有一定要求的通风仿真系统中必须满足的时间和空间复杂度要求，提出了一种基于多Agent系统的分析和解决方案，介绍了基于多Agent系统仿真的特点和功能，给出了通风仿真系统中Agent的结构。最后，采用了一种“投票”式的协同策略，从一个新角度来解决通风中风网解算存在的问题，并构筑了一个通风仿真系统，矿井实际数据检测表明，系统的仿真结果与实际符合良好。图1，表1，参5。     

综采工作面煤矸频谱特征

采用数字信号处理技术，实时计算煤矸放落量比例.数字滤波首先消除煤矸放落环境噪声，再应用短时窗技术将信号按10~30 ms的短帧为单位来处理，根据信号特征加凯塞窗处理，提高信号的分辨率，利用快速傅里叶变换分析数据的频谱特征.实验结果给出了煤矸信号的时域波形、频域波形和三维谱图，表明落煤振动频率集中在0.8~2 kHz附近，而落矸振动频率集中在3~4 kHz附近，具体数值需要根据综采工作面的地质环境修正.     

基于无差拍预测控制和扰动观测器的永磁同步电机电流控制

永磁同步电机(PMSM)转速或转矩驱动系统都要求具有良好的电流控制性能,因此对电流环的控制至关重要。为了提高电流的动态性能和鲁棒性,基于无差拍预测控制和扰动观测器提出了一种新的PMSM电流控制方法。利用预测控制动态性能好,易于数字实现等优点,基于无差拍原理设计了预测电流控制器,但该方法对电机模型及参数依赖较大。针对实际应用中由于建模误差及参数变化等产生的扰动,设计了一种简单的扰动观测器,并用于电流环的前馈补偿控制,有效地提高了系统的鲁棒性。基于d SPACE平台完成了试验验证。试验结果表明:所提出的电流控制方法能实现电流的快速跟踪控制,而且具有较强的鲁棒性。     

矿井通风非线性网络建模与控制器设计

矿井通风系统是矿井安全生产的重要组成部分,为了解决因通风网络控制和设计不当而引起的瓦斯爆炸等问题,根据通风网络分支间流量和压力相互影响的动力学特性,利用电路Kirchhoff电流电压定律、图论原理和每一分支的流体动力学方程(微分方程),建立了矿井通风网络的多变量非线性全阶和降阶模型,其中分支的模型利用不可压缩的Navier-Stokes方程为集中参数逼近来建立,然后基于反馈线性化进行非线性控制器设计.建立的非线性模型反映了矿井通风流体运动的非线性本质,克服了流体运动的非稳定性.仿真结果表明,设计的控制器能使通风流量和压力可以快速地收敛于其参考值,风量控制准确率除了分支1为98.11%,其它均超过99%,实现矿井通风的精确控制.     

一种无电解电容高压大功率LED驱动电源

传统的发光二极管(LED)驱动电源普遍采用电解电容作为储能元件,其相对较短的寿命成为制约LED驱动电源寿命的重要因素。为此,提出采用一种新型的电流型五电平DC-DC电路来搭建LED驱动电源。不仅去除了电解电容,延长了LED驱动电源的使用寿命,还能实现高输入功率因数和恒流驱动LED负载。详细分析了这种LED驱动电源的工作原理以及多电平PWM调制技术。最后基于PSIM仿真环境搭建系统模型,仿真结果验证了LED驱动电源拓扑的可行性。     

矿井设备安全检测数字测试仪

为了改善矿井设备安全检测的自动化程度,研制了基于DSP的数字测试仪.测试仪可以同时连接32路传感器,传感器信号经过信号调理板后进入信号采集板进行高速的数据采集,并将采集信号通过USB接口实时发送给PC机.PC机上运行VC编写的数据分析、计算、绘图、存储、报表生成等功能的程序,能实时生成符合安全检测报告格式要求的Word报表.使用测试仪可以实现提升机、水泵、空气压缩机和通风机四种矿井设备的安全检测,可以提高安全检测的精度和效率,实现矿井设备安全检测的自动化.     

基于FFT雷达图的气体传感器温度调制模式

通过快速傅里叶变换提取特征参数,建立气体传感器动态响应的雷达图,并在此基础上研究了6种周期、4种温度幅值的正弦波、三角波、锯齿波以及矩形波等共96种温度调制模式下的微热板式气体传感器对3种易燃易爆气体的响应,分析温度幅值、周期和波形对3种气体的辨识情况影响,确立了一种基于FFT雷达图的温度调制模式优化选择的方法。     

非平衡环境下相干对量子电池存储能的影响

量子电池是一类储能量子器件,在量子传感、分子马达等众多量子小系统中具有重要的应用前景。基于碰撞模型框架,研究了单量子比特电池在非平衡相干环境下充电时,环境相干对电池稳态存储能的影响。通过推导系统演化的量子主方程,解析给出量子电池的稳态存储能,进而分析了构成非平衡环境中的压缩相干与热交换相干对电池存储能的影响。研究表明：环境辅助单元中的压缩相干对储能无贡献,而热交换相干(包括相干强度和相对相位)则能够有效提升电池的存储能,可视作一类有用的电池“燃料”资源。