掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制策略及其控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容簡介

本書對掘進(jìn)巷道內(nèi)紊流傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行了深入的分析，得出通風(fēng)控制策略中必須考慮的因素。綜合分析現(xiàn)在的控制理論，采用模糊控制理論制定控制策略，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法計算不同位置的權(quán)值。采用變頻技術(shù)進(jìn)行實驗，并在此基礎(chǔ)上深入研究掘進(jìn)巷道物理模型，設(shè)計實物縮比模型。在縮比模型上進(jìn)行通風(fēng)控制策略的驗證。

第1章緒論

1.1掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制系統(tǒng)研制的重要性

1.1.1巷道的掘進(jìn)工藝及通風(fēng)特點

1.1.2局部通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.2智能控制及現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)在掘進(jìn)巷道通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.2.1智能控制技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

1.2.2現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

1.3電力電子技術(shù)以及微處理器的發(fā)展與應(yīng)用

1.4主要研究工作

第2章掘進(jìn)巷道內(nèi)紊流傳質(zhì)機(jī)理及數(shù)學(xué)模型

2.1掘進(jìn)巷道瓦斯運移機(jī)理及瓦斯?jié)舛确植紨?shù)學(xué)模型

2.1.1掘進(jìn)巷道瓦斯運移機(jī)理

2.1.2瓦斯運移的數(shù)學(xué)模型

2.2壓入式圓形受限貼附射流通風(fēng)特征及風(fēng)流作用下瓦斯?jié)舛确植?

2.2.1圓形貼附射流特征

2.2.2掘進(jìn)巷道內(nèi)風(fēng)流作用下瓦斯?jié)舛扔嬎?

2.2.3掘進(jìn)巷道紊流傳質(zhì)過程的數(shù)學(xué)描述

2.2.4掘進(jìn)巷道通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)需求分析

2.3本章小結(jié)

第3章適用掘進(jìn)巷道通風(fēng)的模糊控制模型研究及仿真

3.1模糊控制與模糊控制系統(tǒng)

3.1.1模糊控制系統(tǒng)的組成

3.1.2模糊控制模型

3.1.3模糊控制系統(tǒng)分析與設(shè)計

3.2適用掘進(jìn)巷道通風(fēng)的常規(guī)雙模模糊控制模型的建立

3.2.1論域設(shè)定

3.2.2隸屬函數(shù)的確定

3.2.3正常通風(fēng)時控制規(guī)則的制定

3.2.4瓦斯超限排放時控制規(guī)則的制訂

3.2.5模糊推理方式選擇

3.2.6四輸入單輸出常規(guī)雙模模糊控制模型的建立

3.3多輸入權(quán)值系數(shù)

3.3.1AHP法計算權(quán)值

3.3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）計算輸入量的權(quán)值

3.3.3組合賦權(quán)和變權(quán)

3.4自學(xué)習(xí)模糊控制模型

3.4.1模糊控制算法的改進(jìn)

3.4.2自學(xué)習(xí)模糊控制算法

3.4.3適用于掘進(jìn)巷道通風(fēng)自學(xué)習(xí)控制模型參數(shù)的確定

3.4.4適用于掘進(jìn)巷道通風(fēng)自學(xué)習(xí)模糊控制算法的實現(xiàn)

3.4.5軟件程序

3.4.6掘進(jìn)巷道通風(fēng)自學(xué)習(xí)模糊控制模型的建立以及仿真

3.5本章小結(jié)

第4章掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制系統(tǒng)的變頻調(diào)速實現(xiàn)

4.1掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制系統(tǒng)變頻調(diào)速的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢

4.2礦用局部通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特性

4.2.1礦用局部通風(fēng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

4.2.2通風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)

4.2.3局部通風(fēng)機(jī)的運行特性

4.3直接轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理以及結(jié)構(gòu)組成

4.3.1直接轉(zhuǎn)矩控制的基本概念

4.3.2直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

4.3.3定子電壓空間矢量的選擇

4.3.4磁鏈觀測與轉(zhuǎn)矩觀測的實現(xiàn)

4.3.5空間矢量PWM調(diào)制

4.3.6直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制仿真模型的建立

4.4掘進(jìn)巷道通風(fēng)的雙模模糊變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

4.5本章小結(jié)

第5章掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

5.1局部通風(fēng)機(jī)選型

5.2掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

5.2.1系統(tǒng)主電路

5.2.2三相逆變器

5.2.3PWM信號隔離驅(qū)動電路

5.2.4電流電壓檢測及其轉(zhuǎn)換電路

5.2.5轉(zhuǎn)速反饋電路

5.2.6控制系統(tǒng)保護(hù)電路

5.2.7其他電路

5.3掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

5.3.1系統(tǒng)軟件組成

5.3.2傳感器讀數(shù)與顯示

5.3.3數(shù)字PI調(diào)節(jié)器模塊

5.3.4空間矢量PWM的DSP實現(xiàn)

5.4掘進(jìn)巷道內(nèi)通風(fēng)控制系統(tǒng)實驗

5.4.1調(diào)速系統(tǒng)實物和測試裝置

5.4.2試驗結(jié)果及分析

5.5掘進(jìn)巷道通風(fēng)控制系統(tǒng)樣機(jī)制作

5.6掘進(jìn)巷道通風(fēng)實物縮比模型

5.7本章小結(jié)

第6章結(jié)論與展望

6.1結(jié)論

6.2進(jìn)一步工作的設(shè)想

參考文獻(xiàn) 2100433B

《永磁同步電動機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計》是在某項目子課題《高效率電動機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計》基礎(chǔ)上整理編寫的，針對大功率永磁同步電動機(jī)及其配套智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行了一定探討。

《永磁同步電動機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計》由概論、高力能密度永磁同步電動機(jī)電磁設(shè)計、永磁同步電動機(jī)損耗計算與熱負(fù)荷設(shè)計、永磁同步電動機(jī)強(qiáng)度分析與設(shè)計、永磁同步電動機(jī)控制技術(shù)、永磁同步電動機(jī)控制系統(tǒng)建模與仿真、永磁同步電動機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計、永磁同步電動機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計共8章組成。

《永磁同步電動機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計》可作為普通高等院校電氣類、自動化類、電子信息類本科生和研究生的擴(kuò)展讀物，也可供從事相關(guān)技術(shù)工作的工程技術(shù)人員參考。

控制策略標(biāo)準(zhǔn)（Control Performance Standard，CPS）

目前我國許多互聯(lián)電網(wǎng)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線控制中通常采用的是傳統(tǒng)的A1、A2控制策略。其中A1要求ACE（Area Control Error）每10min過零一次，因此機(jī)組調(diào)節(jié)頻繁。在系統(tǒng)發(fā)生事故時，有些電廠由于調(diào)速器的一次調(diào)頻作用自動增、減出力而受到不合理的考核，從而降低了ACE的偏差控制有利于系統(tǒng)頻率恢復(fù)的作用。

隨著研究的深入，逐步推出了新的更有效、更科學(xué)的聯(lián)絡(luò)線控制模式。北美電氣可靠性委員會（NERC）在1996年推出了適應(yīng)于互聯(lián)電網(wǎng)AGC控制的CPS。CPS是基于統(tǒng)計學(xué)方法導(dǎo)出的。美國從1998年初開始采用CPS，實現(xiàn)控制區(qū)域內(nèi)機(jī)組的最優(yōu)控制，同時調(diào)整電網(wǎng)頻率，對事故頻率的恢復(fù)起到了良好效果，減少了控制區(qū)內(nèi)機(jī)組調(diào)整的頻度，充分發(fā)揮了互聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)勢。

設(shè)計機(jī)器人力控制結(jié)構(gòu)，處理力和位置控制二者之間的關(guān)系，也就是機(jī)器人柔順控制之策略，為主動柔順控制研究中的首要問題.有關(guān)力控制的研究首先集中于此，都是從不同的角度對控制策略進(jìn)行闡述，雖然觀點各異，但從機(jī)器人實現(xiàn)依從運動的特點來看，一般可歸結(jié)為4大類：阻抗控制策略、力/位混合控制策略、自適應(yīng)控制策略和智能控制策略。

柔順控制阻抗控制

其特點是不直接控制機(jī)器人與環(huán)境的作用力，而是根據(jù)機(jī)器人端部的位置(或速度)和端部作用力之間的關(guān)系，通過調(diào)整反饋位置誤差、速度誤差或剛度來達(dá)到控制力的目的，此時接觸過程的彈性變形尤為重要，因此也有人狹義地稱為柔順性控制。此中以Whitney, Salisbury, Hogan,Kazarooni等人的工作具有代表性。并且Maples和Becker進(jìn)行了總結(jié)：這類力控制不外乎基于位置和速度的兩種基本形式。當(dāng)把力反饋信號轉(zhuǎn)換為位置調(diào)整量時，這種力控制稱為剛度控制當(dāng)把力反饋信號轉(zhuǎn)換為速度修正量時，這種力控制稱為阻尼控制當(dāng)把力反饋信號同時轉(zhuǎn)換為位置和速度的修正量時，即為阻抗控制。阻抗控制結(jié)構(gòu)，其核心為力運動轉(zhuǎn)換矩陣K設(shè)計，運動修正矩陣似WX=K F，從力控角度，希望K陣中元素越大越好，則系統(tǒng)柔一些；從位控來看，希望K中元素越小越好，則系統(tǒng)剛一些。從而也體現(xiàn)了機(jī)器人剛?cè)嵯酀?jì)要求的矛盾，這也給機(jī)器人力控制帶來了極大的困難。

柔順控制力/位混合控制

從具有代表性的Mason, Paul和Mills等人的研究可以看出力/位混合控制的提出有一個過程。

機(jī)器人力控制的最佳方案：以獨立的形式同時控制力和位置，理論上機(jī)器人力自由空間和位置自由空間是兩個互補(bǔ)正交子空間，在力自由空間進(jìn)行力控制，而在剩余的正交方向上進(jìn)行位置控制。此時的約束環(huán)境被當(dāng)作不變形的幾何問題考慮，也有人狹義地稱為約束運動控制。

Mason于1979年最早提出同時非矛盾地控制力和位置的概念和關(guān)節(jié)柔順的思想，他的方法是對機(jī)器人的不同關(guān)節(jié)根據(jù)具體任務(wù)要求分別獨立地進(jìn)行力控制和位置控制，明顯有一定局限性。1981年Raibert和Craig在Mason的基礎(chǔ)上提出了力/位混合控制，即通過雅可比矩陣將作業(yè)空間任意方向的力和位置分配到各個關(guān)節(jié)控制器上，可這種方法計算復(fù)雜。為此H. Zhang等人提出了把操作空間的位置環(huán)用等效的關(guān)節(jié)位置環(huán)代替的改進(jìn)方法。但必須根據(jù)精確的環(huán)境約束方程來實時確定雅可比矩陣并計算其坐標(biāo)系，要實時地用反映任務(wù)要求的選擇矩陣來決定力和位控方向?？傊?，力/位混合控制理論明確但付諸實施難。下圖為力/位混合控制結(jié)構(gòu)。

柔順控制自適應(yīng)控制策略

力控制目的是為了有效控制力和位置。但機(jī)器人為多自由度、時變和強(qiáng)耦合的復(fù)雜體，系統(tǒng)本身的位姿隨時而變，加上外部環(huán)境存在極大的模糊性，有時無法確定。上述兩種策略廣義上屬于經(jīng)典控制的范疇，為力控制研究發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)，但從適用范圍和控制效果看仍有不足，更無法使其推廣應(yīng)用。機(jī)器人本身的多自由度和位姿的不確定性，力和位置強(qiáng)耦合的力控制特點，以及阻抗控制和力/位混合控制策略的局限性，決定了眾多學(xué)者進(jìn)行自適應(yīng)研究嘗試的必然性。具有代表性的是：Chung Jack G H , Leininger Gay G 直接在多任務(wù)坐標(biāo)系統(tǒng)中，用學(xué)習(xí)進(jìn)行重力、動摩擦力和柔順反作用力補(bǔ)償，以插孔為目標(biāo)，進(jìn)行自適應(yīng)實驗；KucTae-Yong, Lee Jin S , Park ByungHyun采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)的混合控制方法，進(jìn)行了約束運動控制嘗試，在逆動力學(xué)求解、收斂性及抗干擾方面獲得滿意的效果。NicolettiGuy M 用Lyapunov穩(wěn)定理論，針對約束運動，對模型參考自適應(yīng)PID控制的穩(wěn)定性條件和判據(jù)進(jìn)行了研究。另外，針對機(jī)器人力控制特點眾多學(xué)者進(jìn)行了變結(jié)構(gòu)力控制嘗試.從現(xiàn)有的成果來看，自適應(yīng)控制和變結(jié)構(gòu)控制大部分處于理論研究和仿真實現(xiàn)的水平，并沒有取得突破。

柔順控制智能控制新策略

上述3種控制策略，存在一個共同的建模難題.就機(jī)器人本身來講，時變、強(qiáng)耦合以及不確定性給機(jī)器人控制帶來了困難.再加上力反饋的輸入，更增加了建模的難度.從現(xiàn)有的研究成果來看，上述3種策略各有優(yōu)缺點但大多處于理論探索和仿真階段，無法尋找徹底解決機(jī)器人力控制問題。另外機(jī)器人研究已進(jìn)入智能化階段，決定了機(jī)器人智能力控制策略出現(xiàn)的必然性。具有代表性的研究：Connolly Thomash.等將多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于力拉混合控制，根據(jù)檢測到的力和位置由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算選擇矩陣和人為約束，并進(jìn)行了插孔實驗；日本的福田敏男等用4層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了神經(jīng)伺服控制器，進(jìn)行了細(xì)針刺紙實驗，能將力控制到不穿破紙的極小范圍。此后不久，又將之用于碰撞試驗，取得了一定的成果，但機(jī)構(gòu)簡單，針對性強(qiáng)，尚缺少普遍性；Xu Yangsheng等提出了主動柔順和被動柔順相結(jié)合的觀點，研制了相應(yīng)的機(jī)械腕，采用模糊控制的方法，實施插孔。從研究成果來看，智能控制仍處于起步階段，尚未形成獨立的控制策略，僅僅將智能控制原理如模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對以往研究中無法解決的難題進(jìn)行新的嘗試，仍具有一定的局限性。

從機(jī)器人力控制的特點來看，它是在模擬人的力感知的基礎(chǔ)上進(jìn)行的控制，因而智能控制具有很強(qiáng)的研究價值。有人詳細(xì)分析了各種各樣的研究方法，提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能“力/位并環(huán)”的控制策略。

智能力拉并環(huán)控制結(jié)構(gòu)的基本原理如圖所示。將力控制大系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)，將力拉并行輸入，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合，輸出為位置量。這樣，并不改動機(jī)器人的位置伺服系統(tǒng)，可以充分利用原機(jī)器人的優(yōu)良位置控制性能。另外還有其他特點：

1)它既具有阻抗控制的優(yōu)點又具有力/位混合控制的特點；

2)具有聯(lián)想記憶的功能，容錯、糾錯、自學(xué)習(xí)和自組織為此一大特色。尤其，該策略的學(xué)習(xí)功能明顯優(yōu)于自適應(yīng)學(xué)習(xí)；

3)擁有知識庫一一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各神經(jīng)元之間的聯(lián)接權(quán)值.能根據(jù)輸入力和位置的模糊劃分，自行進(jìn)行匹配，選擇相應(yīng)的權(quán)值；

4)無須進(jìn)行建模，適用范圍廣，且實時性強(qiáng)。