应用模糊控制的煤矿通风机节能控制装置研制

针对掘进工作面瓦斯突涌通风量滞后,掘进前期通风机电能效率低、风量大、煤尘严重,以及瓦斯排放"一风吹"问题,课题组研究了瓦斯浓度等变量与通风量的关系,设计了风量闭环和瓦斯闭环两个控制闭环。风量闭环采用定值闭环模糊控制方式,能够在低瓦斯浓度下优化通风量,解决了掘进初期风量过大,且随着掘进距离延长通风量变化问题。瓦斯闭环采用随动闭环模糊控制方式,解决因瓦斯变化;系统及时调整风量、稀释瓦斯,以防止瓦斯超限和瓦斯排放问题。对温度、CO_2、粉尘浓度设计为通风量的开环控制,对风量实施限定性控制。采用变结构的模糊控制控制算法,用微控制器对输入变量进行分析运算,优化通风量,在符合《煤矿安全规程》条件下,对局部通风机进行变频节能控制,并进行风量调速控制。该装置可及时调节巷道有害气体浓度,减少了电能浪费,改善了煤矿掘进工人的工作环境。     

模糊控制在掘进巷道变频调速系统中的应用

针对瓦斯爆炸的特点及安全排放的实际情况,在分析煤矿掘进巷道局部通风机恒速运转问题的基础上,设计了一种瓦斯模糊控制的变频调速系统.该系统以变化的瓦斯浓度为参量,利用模糊控制算法,实时控制局部通风机的转速,实现风量的调节.MATLAB仿真实验表明:该方法能较好地实现掘进巷道的正常通风和瓦斯排放,使煤矿生产达到安全节能运行.该系统具有结构简单、成本低、可靠性高、控制能力强等特点,有一定的应用前景.     

煤矿掘进面远程视频监控系统的设计与应用

针对煤矿井下工作面掘进机采用人工操作方式而导致操作人员得不到人身安全保障的问题,设计了一套基于无线网络传输的煤矿掘进面远程视频监控,介绍了该系统的组成、功能特点及在云驾岭煤矿12113工作面的应用情况。应用结果表明,该系统运行状况良好,能在多煤尘且剧烈振动的环境下进行视频采集、分析、处理及数据传输,在掘进巷道中的无线视频传输距离达40m,视频监控距离达500～20 000m,实现了掘进机的远程可视化监控。     

煤矿智能化掘进关键技术研究

介绍了近年来煤矿巷道掘进主要技术（悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术及掘锚一体化掘进技术）的研究成果,分析了这3种主要巷道掘进技术在我国的适用性及推广价值,指出：(1)悬臂式掘进机综掘技术仅能“前掘后锚”,掘进与支护的过程不能同时进行,限制了掘进效率。(2)连续采煤机掘进技术仅可在近水平煤层条件下进行,且对顶板的稳定程度有一定要求,适用性不强。(3)掘锚一体化掘进技术仅适用于巷道断面大的单巷快速掘进,所用到的掘锚一体机机身大且价格昂贵,并对所掘进巷道的底板稳定性有一定的要求。相比连续采煤机掘进技术,掘锚一体化掘进技术在我国有较好的应用前景。将原有掘进机的掘进功能拓展为掘进兼支护的功能,这对掘锚一体化掘进技术的研究与普及可起到推动作用。分析了近年来煤矿巷道机器人化智能掘进技术中智能截割、远程智能监控、智能协同控制3个方面的研究成果,得出：(1)智能截割技术主要集中在对煤岩自适应识别方面的研究。(2)远程智能监控技术已从远程实时监测向远程可视化监控方向发展,虚拟仿真技术的发展将井下掘进巷道的情况可视化地展现在地面,并将控制信号反馈到掘进工作面来对掘进工作面掘进机组进行远程同步控制,成...     

煤矿风机智能远程监控系统的应用研究

针对煤矿通风机高稳定性和强实时性的特殊控制要求,文章设计了一套煤矿风机智能远程监控系统,并提出了一种双机热备变频调速控制方案,主备控制器采用参数互备、故障自动切换等方式,保证了控制系统的实时性和不间断地稳定运行。该系统通过实时监测风机轴温、工作电压、巷道风压等参数,实现了风机工作状态的全面远程监控,并具有超限控制、报警、打印等功能。     

矿用远程信号采集控制器的设计与实现

本文设计了集成了信号采集与远程传输为一体的矿用信号采集控制器,介绍了其工作原理及硬件和软件的实现。具体阐述了信号传输电路和AD转换电路。并将其应用于山西省晋城煤矿,采集现场数据进行分析可得出结论：该控制器保证了传输的低误差和非常小的信号衰减,达到了国家要求的各项指标,在实际应用中取得了良好的效果。     

煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统设计

目前井下危险气体巡检机器人大多采用升降机构或固定探头的形式进行气体环境感知,对机器人的行驶灵活性产生了影响,且受机器人本体结构的限制,大多数巡检机器人只能检测到传感器安装范围内的局部气体环境信息,缺乏针对巷道任意截面空间内的气体浓度检测。针对以上问题,设计了一种基于气体扩散模型的煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统。该系统以气体扩散理论为基础,结合煤矿巷道气体环境特点,引入巷道壁帮围岩、风速、气体扩散系数对煤矿巷道气体扩散模型的影响,采用虚拟像源法和遗传算法优化BP神经网络智能算法建立了巷道气体扩散优化模型。通过传感器检测系统获取巡检机器人在行进过程中任意点的气体浓度等环境信息,代入气体扩散优化模型求解最优气体扩散系数,通过输入巷道某点坐标位置,可计算求解相应点的气体浓度分布情况,随着巡检机器人的移动,可获取其路径中不同巷道截面上气体浓度分布数据。实验结果表明,该系统能够解算出符合检测误差要求的巷道任意截面上任意点的气体浓度,并实现动态实时检测;克服了传统煤矿巷道气体检测方法的局限性。利用巡检机器人取代人工巡检作业,为煤矿井下气体智能检测提供了一种新思路与新方法。     

基于移动互联的煤矿通风机远程监控技术

针对目前煤矿通风机采用冷备用方式及供电系统采用单母线分段运行方式存在安全隐患的问题,介绍了在通风机不停风倒机控制、风门设计、通风机供电安全、通风机监控系统冗余、通风机故障诊断等方面所做的研究,研究成果的应用提高了煤矿通风机的安全运行水平和自动化程度;针对通风机房位置偏远、容易陷入信息孤岛的问题,采用移动互联相关技术,构建了基于移动互联的煤矿通风机远程监控系统,着重介绍了该系统移动客户端的功能设计及基于Socket通信的客户端和服务器端程序设计。该煤矿通风机远程监控系统采用GPRS-DTU模块从PLC采集数据,通过GPRS网络将监控数据上传至基于PC的数据服务中心,并通过数据服务中心与移动客户端的Socket通信,实现随时随地的通风机远程监控功能。     

煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统

针对现有掘进机视频监控和遥测遥控等监控方式存在图像不清晰、无法真实反映掘进机位姿和工况状态等问题,提出了一种煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统,介绍了系统方案设计,对掘进机器人改进设计、虚拟仿真远程监控平台、掘进机器人控制模型等关键技术进行了研究。该系统利用虚拟现实技术有机整合井下操作人员、掘进机器人和井下环境信息,以掘进机器人自动掘进和远程人工干预为目的,实现了掘进过程的运动控制和巷道成型掘进控制功能。实验结果验证了该系统的有效性和良好的控制性能。     

矿井局部通风机智能控制系统的设计

针对传统的矿井局部通风机变频控制系统仅随瓦斯浓度调节风量而存在的不足,文章提出了一种兼顾瓦斯浓度和煤尘浓度的矿井局部通风机智能控制系统的设计方案,介绍了基于模糊PID控制的瓦斯、煤尘浓度的模糊控制器的设计。通过对瓦斯浓度模糊控制器以及煤尘浓度模糊控制器的仿真可以看出,随着工作面瓦斯和煤尘浓度的不同,该智能控制系统会根据爆炸性气体的浓度变化,自动、连续、实时地对局部通风机进行调速。     

液压支架电液控制系统软件在线升级方案设计

针对现有液压支架间架控制器与端头控制器的软件升级需要技术人员在井下对控制器逐一拆装操作,且耗时长、效率低的问题,提出了一种液压支架电液控制系统软件在线升级方案,详细介绍了液压支架电液控制系统组成、代码存储空间变化及在线升级的相关程序流程,并给出了实验数据及分析。该方案实现了对间架控制器和端头控制器的远程在线升级,升级过程简单方便,且升级速度快。     

采煤机网络化远程控制试验系统设计

针对采煤机远程控制系统在实际生产工作面上进行研究成本高、难度大等问题,提出了一种采煤机网络化远程控制试验系统的设计方案,研究了符合试验要求的采煤机内部控制结构,介绍了采煤机机载控制器和无线收发控制器、地面主机和井下主机控制软件的设计。该系统采用远程/本地控制模式搭建了采煤机远程控制系统网络,通过以太网、光纤、RS485总线、无线网络传输控制信号,实现了在地面主机(远程)、井下主机(本地)上控制采煤机动作的功能。该试验系统的搭建也为采煤机远程控制的进一步研究提供了试验平台。     

Stability analysis of the simplest Takagi-Sugeno fuzzy control system using circle criterion

In this paper, we present two sufficient conditions in the frequency domain for the global stability analysis of the simplest Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy control system, based on the circle criterion and its graphical interpretation. These conditions are significant in graphically designing the simplest T-S fuzzy controller in the frequency domain. Four numerical examples are provided to demonstrate the efficiency of our two frequency domain-based conditions. Furthermore, this T-S fuzzy controller and the linear proportional controllers are also compared. It is concluded that the simplest T-S fuzzy controller can outperform the linear proportional controllers in a noisy environment with external disturbances.     

基于Smith预估补偿的地下水位模型参考自适应控制器的设计

针对地下水位控制的纯滞后性和特殊性,本文给出了一种将模型参考自适应控制与Smith-Fuzzy控制器相结合的控制策略,通过对模糊PID参数和Smith预估器滤波时间常数的在线整定与仿真,获得了比普通模糊PID控制和Smith预估器控制更好的控制效果与性能。     

基于射频的学习型红外线遥控器设计

设计了一款基于射频的学习型红外线遥控器,给出了硬件设计原理图与系统主要程序设计框架。该学习型红外线遥控器实现了学习、存储、再现家用电器遥控器对应信号等功能。如果手机和智能家居主机相互通信,再由智能家居主机的射频模块与学习型红外线遥控器上的射频模块进行通信,则能够实现对家用电器的远程遥控。随着智能家居成本的不断降低,该设计将会越来越多地被广大家庭所接受。     

控制方向未知的SISO非仿射系统间接自适应模糊输出反馈控制

针对一类单输入单输出(SISO)非仿射非线性系统控制方向未知时出现的控制器奇异问题,提出了一种间接自适应模糊控制方案.利用中值定理将非仿射系统转化为仿射系统,通过模糊逻辑系统逼近该仿射系统中的未知函数,并构造模糊控制器,同时利用Lyapunov稳定性定理设计自适应律,最终克服了控制器的奇异问题;在此基础上,通过构造观测器估计跟踪误差,设计输出反馈自适应模糊控制器,解决了状态不可测时系统控制器设计难题,采用Lyapunov稳定性定理证明控制器能使得跟踪误差收敛同时闭环系统所有信号均有界.仿真结果验证了所设计控制方案的可行性与有效性.     

Enhanced direct adaptive fuzzy control of robot manipulators

In this article, an enhanced direct adaptive fuzzy robot controller is developed to overcome problems of high‐frequency oscillations across the boundary of the constraint set and large control signals. The direct adaptive fuzzy robot control algorithm employs tracking errors of the joint motion to drive the parameter adaptation. The predominant concern of the adaptation law is to reduce the tracking errors, and closed‐loop stability is ensured by appending a supervisory controller. This adaptive controller, appended with the supervisory controller, does not require the exact robot dynamics, but only the boundary of the dynamics. Theoretical results and simulation studies on a two‐link robot manipulator show that by modifying the activation function of the supervisory controller, the enhanced direct adaptive fuzzy robot controller is as robust as before and the problems of high‐frequency oscillations across the boundary of the constraint set and large control signals are alleviated. ©1999 John Wiley & Sons, Inc.     

Symbiotic organisms search algorithm for optimal evolutionary controller tuning of fractional fuzzy controllers

With the development of technology and the practical needs of complex engineering applications, fuzzy controllers have been widely applied. In contrast to a traditional integer-order fuzzy controller, a fractional fuzzy controller can extend the integral and differential order of a fuzzy controller to any real number, which describes the controlled object more accurately and enhances its control performance. However, a fractional fuzzy controller has a larger number of control parameters, which makes it difficult to calibrate. Because the parameter controller tuning values of the fuzzy controller clearly influence its control performance, this paper proposes to optimize the parameter controller tuning process using the symbiotic organisms search algorithm. A large number of simulation tests were carried out to compare the symbiotic organisms search-based parameter controller tuning method with parameter controller tuning based on five other representative swarm intelligence algorithms. The experimental results show that the symbiotic organisms search algorithm better optimizes the parameters of the fractional fuzzy controller.     

基于以太网的多通道时序控制系统设计与实现

针对光电检测系统对时序控制的多样化需求,设计了基于以太网的多通道时序控制器.采用ARM+FPGA架构设计系统控制核心,提高时序信号精度的同时保证了系统的灵活性.利用可编程控制液晶显示器设计用户界面,使人机交互更加方便快捷.基于LabVIEW开发系统上位机软件,上位机通过串口转以太网模块与下位机通信.实验结果表明:控制器时间精度达到1μs,时序信号运行周期可达24 h,并具有外部触发功能和以太网远程控制功能,可应用于有毒有害等危险环境,具有很高的实用价值.