局部通风机智能控制系统研究

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1、硕士学位论文局部通风机智能控制系统研究ResearchonIntelligentControlSystemofthePartialVentilator作者：侯秀杰导师：雷汝海副教授中国矿业大学二О一六年四月中图分类号TP274学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文局部通风机智能控制系统研究ResearchonIntelligentControlSystemofthePartialVentilator作者侯秀杰导师雷汝海副教授申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业控制科学

2、与工程研究方向局部通风机控制答辩委员会主席李明教授评阅人二○一六年四月论文审阅认定书研究生侯秀杰在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢二十载读书路，离不开父母及众亲朋好友的支持，父母在自己求学生涯中给予的不仅仅是物质上的支持，更多的是精神上的鼓励，他们用不断增长的皱纹换来了我的成长。一路走来

3、，很幸运的是，所遇到的每一位老师都对自己关怀备至，每一位同学都能与自己和睦相处。研究生学习期间更是有幸遇到了雷汝海副教授，雷老师给予我的不仅仅是学业上的指导，更多的是人生的启迪。雷老师在科学研究中严谨认真，言谈举止中无不透出人生智慧、显示人格魅力。虽然马上就要毕业了，聆听雷老师教诲的机会越来越少，好在雷老师已经教会了我如何做学问、如何为人处世、如何思考生活。同门师兄弟师姐妹们亲如一家，生活上互相帮助、学业上共同进步，消融了求学生涯中的孤独。研究生生涯中，遇到信电学工团队也是我人生一大幸事，他们为学生

4、无私奉献的精神给予我的不仅仅是感动，更为我树立了榜样。在学工办公室的每一天都是人生中的珍贵回忆，一起为了2013级奋斗的李瑞军老师、翟文艳老师、付娟娟、李晗杰、刘雪薇、曹伟……每一个人都将是我一生难忘的师长和朋友。当然那一群充满活力的信电2013级学生也是我莫大的财富，和他们相处的900多个日夜里虽然有苦痛，但是更多的是幸福和甜蜜。论文撰写期间，雷老师、杨春雨教授、王楚师弟等老师和同学都给予了我很多指导和帮助，在此不一一提名致谢。此外，徐州兆恒工控科技有限公司以及大屯煤电姚桥煤矿的工作人员在我论文的

5、研究过程中为我提供了很大的支持。最后，感谢矿大对我七年的培养，以后无论路在何方，“勤奋、求实、进取、奉献”的校风将永伴我左右，真诚地说一句：矿大，我爱你。摘要局部通风是煤矿通风系统的重要组成部分，局部通风的状况直接影响煤矿的安全生产。目前，我国众多煤矿局部通风系统中风机长期处于工频运转状态，风速、风量不能根据井下瓦斯浓度等现场生产环境变化实现自动调节，系统需要人工控制主备局部风机进行切换试验，另外，对于风机故障，主要靠人工凭借经验进行诊断。这些问题的存在为煤矿生产埋下了很大的安全隐患，同时也造成了电

6、能的极大浪费。本文将在对煤矿局部通风系统进行深入研究的基础上，提出局部通风机智能控制策略，设计局部通风机智能控制系统，解决风机转速不能自动调节和主备风机切换、故障诊断需要依靠人工操作的问题，实现局部通风机控制系统的“无人值守”，提高局部通风机系统的安全性和节能性。局部通风系统是一个复杂的非线性系统，很难对其建立一个精确的数学模型，本文选择利用基于T-S模型的模糊控制技术，将专家语言转化为模糊控制规则，摆脱对精确模型的依赖，实现对风机风量的智能控制。另外，传统的局部通风机控制技术都属于“事后控制”，不

7、能对下一时刻的瓦斯浓度变化做出及时反应，大量的现场瓦斯浓度等数据得不到有效利用，本文引入模糊预测控制，实现对瓦斯浓度的时间预测，据此实现风机转速调节，在瓦斯发生积聚前自动提高风速消除潜在危险。此外，针对长期以来煤矿主要依靠人工经验开展风机故障诊断的情况，本文利用小波分析技术和支持向量机技术，通过对局部通风机振动信号进行分析，并与风机典型故障特征进行对比，实现对局部通风机故障的诊断与预测，提高煤矿生产的安全性。为了实现所提出的局部风机模糊预测控制和故障诊断策略，本文对系统的硬件结构进行设计，井下控制分

8、站选用STM32F103VB作为主控制器，实现对井下各种数据的采集、处理和传送以及主备风机的自动切换、掘进机头电源、采煤机电源等的控制功能。上位机采用LabVIEW编程实现风机控制算法以及故障诊断算法的调用和执行功能。通过MATLAB仿真实验，验证本文所提控制策略对于局部通风机的风量调节以及故障诊断具有良好的效果。该论文有图51幅，表20个，参考文献76篇。关键词：局部通风系统；自动调节；故障诊断；预测控制AbstractPartialventilationisani