基于数据驱动的带式输送机速度控制及故障诊断的研究-控制科学与工程专业论文.docx

中图分类号：TP273+.2 密 级：公开 UDC： 621.3 单位代码：10460 基于数据驱动的带式输送机速度控制及故 障诊断的研究 Research on Control System and Fault Diagnosis Based on Data-driven for Belt Conveyor 申 请 人 姓 名 李小娟 学 位 类 别 工学硕士 专 业 名 称 控制科学与工程 研 究 方 向 控制理论及应用 导 师 胡伟 职 称 副教授 提 交 日 期 2014 年 4 月 答 辩 日 期 2014 年 6 月 河南理工大学 河 南 理 工 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他 个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做 的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。 学位论文作者签名 : 年 月 日 河 南 理 工 大 学 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采 用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版 本学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权。 学位论文作者签名： 导师签名： 年 月 日 年 月 日 致 谢 走过桂花飘香的金秋九月，又到了荷花亭立的六月毕业季，三年的研究生生 活即将进入尾声。随着硕士论文的完成，我也心潮澎湃。我要向的导师—胡伟老 师致以深深的谢意，历时三载，不管是思想、学习还是生活，胡老师都给予我极 大的帮助。论文的修改整理过程，也是老师帮我开拓思路，指点迷津的重要过程， 胡老师严谨求实的态度，踏踏实实的精神，足够我一辈子受益。 感谢三年来传授专业知识的各位老师，他们每一次对知识无私的奉献都为我 的人生增添了一笔宝贵的财富。 感谢研究生的全体同学，我们团结友爱、互帮互助，作为其中的一员，我感 觉非常幸运。 感谢我的父母和我的哥哥，感谢你们对我无私的关怀和支持，今后我会更加 的积极进取，奋力拼搏。 最后，感谢各位专家老师对本论文的评阅和赐教！ I I PAGE PAGE IV 摘 要 随着科技的飞速发展，长距离、大运量、多机驱动的皮带机已成为一种发展 趋势。趋于大型化的带式输送机面临的主要难题有：可控软启动技术，多机功率 平衡以及带式输送机故障诊断技术，解决好这三方面问题对于煤矿企业的安全生 产起着至关重要的作用。可控软启动技术和多机功率平衡问题的核心是驱动装置 和控制策略的选择，所以文中首先经过对比分析采用了交流电机变频调速系统为 驱动装置，驱动带式输送机运动。其次，由于软启动和功率平衡一个是希望皮带 机按照“S”曲线启动，一个是在多电机速度同步基础上的功率平衡，所以要想实 现皮带机的软启动和功率平衡，我们需要首先处理好皮带机的速度控制问题。而 交流异步电机是一个高阶次，强耦合，非线性的多变量系统，很难准确辨识其动 态模型，采用传统的控制方法使带式输送机的控制达不到较高的性能指标和精度 要求。而数据驱动控制方法之一的无模型自适应控制（MFAC）算法在进行控制器 的设计时，被控系统的数学模型不被依赖,而且采用 MFAC 算法,需要调整的参数 少,控制效果十分好。本文研究了无模型自适应控制方法,将其应用于带式输送机 的速度控制过程中,主要研究工作如下： 针对可控软启动问题，首先给出了理想的速度启动曲线，其次通过设计无模 型自适应控制器，控制带式输送机按照理想起动曲线平稳启动。针对多机功率平 衡问题，通过对目前国内、外存在的功率平衡方案进行研究分析，采用了按转矩 进行负荷分配。主机为速度闭环的矢量控制，从机为主机速度级联下的转矩控制， 主、从机在转矩分配给定的情况下进行转矩闭环控制。其中，主回路采用基于无 模型自适应控制的调速控制器取代传统的速度控制器进行主机的速度闭环矢量控 制。 由于带式输送机在运行监测过程中，传感器种类数量多，采集到的数据信息 量大，我们采用数据驱动故障诊断的方法中的一种，即主元分析（PCA）根据各 传感器位置对故障分类的贡献率优化检测所用的传感器数目，然后利用径向基函 数 神 经 网 络 （ RBFNN ） 对 采 集 到 的 特 征 向 量 进 行 分 类 识 别 ， 最 后 利 用 Dempster-Shafer（D-S）证据理论进行融合处理，实现故障检测和分离。 关键词：带