膏体充填控制技术优化及管道堵塞预测研究

发布时间：2020-08-22 19:32

【摘要】：煤炭是国家重要的能源和原材料,传统的煤炭开采方式造成了大量的土地塌陷,破坏了矿区的生态环境。煤矸石膏体充填开采方式满足绿色开采的要求,是解决我国煤炭开采衍生问题的重要途径。在传统充填开采过程中,充填能力受多种因素制约,充填效率低下,堵管现象时有发生,严重制约了充填开采技术的应用,无法实现全采全充,故对膏体充填控制技术优化及管道堵塞预测研究,具有重要意义。本文针对膏体制备与充填速率不匹配问题,设计了模糊PD控制器,通过控制每次配料的总体质量实现膏体制备量与充填量之间的动态平衡。仿真结果表明,模糊PD控制超调较小,在t=500s处已基本稳定,可以实现膏体充填量与配比量的动态平衡。针对多泵并联工作时充填泵的负载压力变化影响泵送效率,本文应用AMESim软件搭建了多泵并联系统仿真模型,并结合现场工况,提出了基于迭代学习控制的错时启动控制方法,仿真结果表明,错时启动可有效提升多泵并联输送系统效率,其中双泵提升2.2%,三泵提升3.5%。输送管道堵管事故发生时会导致充填系统瘫痪,论文基于灰色预测理论建立了管道堵塞的预测模型,仿真实验表明,该方法可以监测管道压力变化,从而有效防止堵管事故的发生。最后,将上述控制及预测方法应用到膏体充填监控系统中,实现了膏体充填监控系统的优化。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD823.7;TP273
【图文】：

泵送系统,配比,称重,闭环控制

闭环控制的数学模型组成系统结构如图 2-1 所示。该系统主要由称成，其中称重部分由粉煤灰称重模块、当控制器发出控制信号后，各个称重模执行机构称重一定量的原料[1]，之后进成品缓冲斗，等待泵送，两套称重搅拌系安装料位传感器，检测缓冲斗内的膏体测管道实时流量并反馈给控制器。通过填量，作为下次配料时的目标值，配合，实现膏体充填系统的闭环控制。

结构图,模糊控制器,结构图,称重

在发出控制信号后，物料需要通过称重和搅拌后进入膏体成品缓冲斗，由于称重和搅拌需要时间，所以从控制信号发出，到响应控制命令的执行器动作会有一定延迟，该延迟时间约为 90s。根据系统特性，可确立该控制系统的传递函数为sessGs9035113() +=(2-8)由传递函数可知，该系统具有较大的时滞，导致了常规 PD 控制效果不理想，所以本文使用了模糊 PD 控制算法来改善控制效果[27]。2.3 模糊 PD 控制算法根据控制系统的结构及特点，确定使用的模糊控制器结构为二维输入、二维输出，其结构图如图 2-2 所示[28]。

输入变量,隶属度函数,较小值

图 2-3 输入变量 e 的隶属度函数Fig. 2-3 Input variable e membership function同时，依据 PD 参数整定经验[30-32]：(1)当 e 较大时，为使系统具有较好的跟踪性能，取较大的 Kp 与较小的 Kd。(2)当 e 处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，Kp 取较小值。(3)当 e 较小时，为使系统具有较好的稳定性能，Kp 取较大值，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，Kd 值的选择根据|ec|值较大时，Kd 取较小值，通常 Kd为中等大小。得到模糊制器的模糊规则如表 2-1 所示。表 2-1 模糊控制器规则表Table 2-1 Fuzzy controller rules tableeecNB NS ZE PS PB

【参考文献】