面向重介质选煤过程控制的虚拟仿真系统

发布时间：2020-10-17 17:06

　　 煤炭是我国能源的重要组成部分,若不能去除煤炭中的大量杂质,不仅严重影响煤炭利用效率,还将排放大量污染物。选煤是洁净煤生产的关键技术之一,在众多选煤工艺方式中,重介质选煤因其可实现低密度分选、操作便捷、分选效率较高并且易于控制等优点,得到了大量的应用与推广。近年来随着对煤质要求的不断增高,越来越需要更为先进的重介质选煤过程控制算法以保证系统的最优运行。目前重介质选煤过程控制算法的实验研究主要通过两种方式进行,一种是通过实际重介质选煤现场或者自行搭建小型实物平台进行物理实验。但是上述方式占地面积较大,成本较高,更为重要的是设备在运行过程中存在一定的误操作风险,容易导致资源浪费。另一种是数值仿真实验,然而这种方式得到的实验结果的可视化程度较低,难以复现实际工业生产场景。为了便于算法研究人员和领域工程师更好的研究重介质选煤过程先进控制算法,本文结合虚拟仿真技术,开发了一种面向重介质选煤过程控制的虚拟仿真系统,并在此基础上开展了重介质选煤过程控制算法研究,验证了系统的可用性和易用性。本文主要工作内容如下:(1)为提供一种安全、经济的重介质选煤过程控制算法仿真结果可视化分析环境,本文首先进行了整体功能设计,并提出了面向重介质选煤过程控制的虚拟仿真系统框架。(2)以典型的由混料桶、重介质旋流器、脱介筛、磁选机和合格介质桶等设备组成的重介质选煤过程为研究背景,根据物料平衡原理,建立了重介质选煤过程数学模型,并基于四阶龙格库塔法设计了重介质选煤过程模型的求解器。为了提供一种重介质选煤虚拟交互环境,本文基于3ds MAX搭建了相应的重介质选煤三维可视化模型,并采用Unity3D搭建了重介质选煤可视化动态虚拟交互场景,实现了研究人员与虚拟场景的可视化交互。(3)基于Matlab搭建了系统的控制算法仿真编程环境,并利用Unity3D的NGUI以及UGUI开发工具设计了系统的仿真数据结果可视化分析界面,实现了仿真数据的二维以及三维显示等效果,便于研究人员对可视化仿真结果的交互与分析。(4)为验证系统的有效性与易用性,本文通过分析重介质选煤过程的控制目标以及控制难点,设计了一种基于重介质选煤过程的稳定多目标经济模型预测控制,并利用本文所设计的系统进行了仿真实验研究。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD94;TP391.9
【部分图文】：

重介质选煤现场实景拍照、摄影基础建模多边形编辑执行优化命令减少线条/面的分段数选用指定渲染器调整渲染参数设置执行渲染UVW贴图重介质选煤三维模型复合建模图 2-4 重介质选煤设备三维模型设计Figure 2-4 3D model design of dense medium coal preparation equipment模型设计中选用了基础建模以及复合建模的方式，创建大量基础几何体，并利用复合建模中的布尔[55]、放样[56]等方式粗略调整模型，将模型转化为可编辑多边形的形式，可以对模型进行点、线、面、元素等细节调整，初步构造出重介质选煤三维模型。由于构造模型的过程中可能存在共面或者是面数较多等情况，导致模型导入场景中内存占用过多，降低了虚拟场景漫游过程中的每秒传输帧数（FramesPerSecond，FPS），严重时会导致系统的内存溢出，因此需要对模型的面数进行优化[57]。最后对模型的材质进行渲染，选用合适的材质编辑器并调整材质参数，最后根据每个设备的纹理信息对设备进行贴图，完成最终的重介质选煤三维模型设计。

3 面向重介质选煤过程控制的虚拟仿真系统开发与测试模型开发(Development of 3D Model)据实际重介质选煤过程中整理出的现场图像、视频等，得要设备的结构样式以及轮廓信息，通过上述得到的设备信个模型之间的比例，在 3dsMAX 建模软件内通过 1：1 的主要设备。下面给出各个主要设备的三维模型示意图以及2 为两产品重介质旋流器示意图。设备与水平面间有一定倾体初始构成，并通过多边形编辑，对底部进行等比例缩小部分由圆柱体构成，并执行弯曲命令后，对各个圆柱体进面板下执行附加命令，完成支架的构造；管道同样由圆柱体槽与出料槽，槽外表由长方体初始构成，利用布尔运算对再次利用附加命令连接到设计好的管道上，完成最终槽体

并再次利用附加命令连接到设计好的管道上，完成最终槽体图 3-2 两产品重介质旋流器三维模型Figure 3-2 3D model of two product dense medium cyclone-3 为混料桶示意图。主要包括了混料桶的筒体、支架以及可圆柱体进行初始化设计，并将其转化为可编辑多边形模式，及面的补全。底座采用长方体初始化设计，并执行附加命令。可调中心管采用圆柱体进行弯曲构造，并插入筒体中执行的混料桶三维模型。
【参考文献】

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本文编号：2845077