双绳缠绕式深井提升系统容器平稳性控制方法研究

发布时间：2020-10-24 02:53

　　 现有提升系统多为单绳缠绕式和多绳摩擦式,该两类提升系统对于深部煤矿井下提升具有一定局限性,双绳缠绕式深井提升系统在能够克服单绳缠绕式和多绳摩擦式系统用于深井提升时钢丝绳制造难度大和提升能力急剧下降的问题,因此在深井提升方面具有优势。双绳缠绕式深井提升系统在运行过程中会出现钢丝绳提升不同步现象,影响容器运行的平稳性,然而国内外对于该系统相关技术的研究并不成熟。因此,本文在国家重点基础研究发展计划(973计划)“非定常工况下超深井提升系统预防及安全运行研究”的资助下,以双绳缠绕式深井提升系统为研究对象,综合运用提升系统和阀控液压缸系统非线性动力学建模、信号传输与控制信号延时补偿、非线性控制方法等理论,开展双绳缠绕式深井提升系统容器平稳性控制方法的理论与试验研究,为双绳缠绕式深井提升系统容器平稳性控制提供重要理论支持和技术手段。首先,介绍了本文研究的双绳缠绕式深井提升系统的组成和工作原理,考虑系统工作方式分别建立了提升系统本体模型和浮动天轮液压缸系统模型;以提升系统运行过程中容器平稳性为控制目标,结合提升系统不同运行工况,分别建立了双绳缠绕式深井提升系统的位姿调平和钢丝绳张力平衡控制模型;搭建了双绳缠绕式深井提升试验系统,对容器位姿调平和钢丝绳张力平衡控制模型的准确性进行了试验验证,为后续提升系统容器平稳性控制方法的理论与试验研究奠定了基础。其次,针对双绳缠绕式深井提升系统运行过程中容器倾角和钢丝绳张力反馈信号传输及浮动天轮控制信号存在延时问题,建立了存在反馈信号传输和信号延时的容器位姿调平和钢丝绳张力平衡控制矩阵模型;设计了针对反馈信号传输延时和控制信号延时的补偿观测器,并对加入延时补偿观测器之后系统的稳定性进行了证明;开展了延时补偿观测器的试验研究,验证了提出观测器的有效性。再次,针对双绳缠绕式深井提升系统容器位姿调平控制,结合容器位姿调平控制模型,考虑系统存在的参数不确定性和外部干扰,设计了可以对不确定参数进行估计和对外部干扰进行补偿的自适应反步控制方法;考虑自适应反步控制方法中存在可能使系统产生抖动的切换系统,提出了一种基于干扰观测器的自适应反步控制方法,可以对外部干扰进行在线估计和补偿;开展了双绳缠绕式深井提升系统容器位姿调平控制方法的试验研究,验证了提出基于干扰观测器的自适应反步控制方法的有效性。最后,针对双绳缠绕式深井提升系统钢丝绳张力平衡控制,结合钢丝绳张力平衡控制模型,同样考虑系统存在的参数不确定性和外部干扰,设计了用于钢丝绳张力平衡控制的自适应反步控制方法;考虑到钢丝绳张力平衡控制外部干扰不易观测的问题,利用自适应模糊系统对控制律中切换系统进行改进,形成了一种自适应模糊反步控制方法;考虑通过传感器得到的状态变量中存在的噪声,设计了一种低增益状态观测器,与自适应模糊反步控制器相结合,形成了一种混合控制方法;开展了双绳缠绕式深井提升系统钢丝绳张力平衡控制方法的试验研究,验证了提出的混合控制方法的有效性。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD633
【部分图文】：

2 双绳缠绕式深井提升系统建模与试验系统搭建压缸轴向负载力，其中位移传感器选用德国德敏哲公司 1840110200 型号磁致伸缩位移传感器，量程为±100mm，精度为±0.01%，油压传感器选用上海天沐公司NS-I1 型号，量程为 0-25MPa，精度为±0.5%，压力传感器型号与测量钢丝绳张力的传感器相同，选用上海天沐公司 NS-WL2 型号。提升容器上安装有倾角传感器，可以实时反馈容器在提升过程中的位姿，倾角传感器选择 svt628t 型号，量程为±90°，精度为±0.1%。双绳缠绕式深井提升系统试验系统主要工作参数的主要工作参数见表 2-1。表 2-1 双绳缠绕式深井提升系统试验系统主要工作参数Table 2-1 Main working parameters of double-rope winding hoisting experimental system工作参数 值 工作参数 值最大提升高度 6m 液压缸行程 100mm配重尺寸 0.375m*0.375m*0.125m 最大提升加速度 1m/s2配重质量 200kg 最大提升速度 1m/s
【参考文献】

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本文编号：2853921