立井提升机液压制动系统控制技术应用研究

摘要

立井提升机是煤矿开采过程中的大型关键设备之一，其安全稳定运行至关重要。立井提升机液压制动系统作为提升机的制动装置，担负着工作制动与安全制动双重使命。论文分析了现用提升机制动系统存在的问题，有针对性地提出优化设计方案，并对设计方案进行了仿真以及实验验证。 首先，论文介绍了立井提升机液压制动系统的工作原理，并对液压制动控制系统的结构进行了设计。针对提升机制动过程中出现的抖动问题设计了电液比例阀闭环控制系统对提升机进行恒减速制动，并对系统进行了数学建模，分析了系统的动态特性，设计了模糊PID控制算法对系统进行校正，通过AMESim-Simulink联合仿真验证了此系统对提升机恒减速制动效果的改善。 其次，论文从液压站的工作原理出发分析了电磁换向阀可靠与节能驱动的必要性，对电磁换向阀节能驱动电路进行硬件设计，并搭建实验平台对电路功能进行验证。经验证在额定负载下驱动电路节能可达到30%以上。 再次，论文针对提升机液压制动系统故障维修困难的问题设计了状态监测装置，对液压站以及盘式制动闸的运行状态进行实时监测，并对相应传感器以及数据采集卡进行了选型。 最后，论文设计了立井提升机液压制动系统控制器，完成了控制器硬件和软件设计，并开发了上位机进行相关参数的在线监测。论文还对控制器的信号检测模块进行了硬件实验，得出了各信号检测通道的传输误差以及通道精确度，经测试，其传输精度满足系统设计要求。

目录

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1立井提升机液压制动系统

1.2立井提升机液压制动系统控制技术研究现状

1.2.1 电液比例阀控制技术研究现状

1.2.2 电磁换向阀节能驱动研究现状

1.2.3 液压制动系统状态监测研究现状

1.3论文主要研究内容及章节安排

2 液压制动控制系统结构设计

2.1液压制动系统控制与监测需求

2.2控制系统组成及结构

2.3电液比例溢流阀驱动模块

2.4电磁换向阀驱动模块

2.5液压制动系统状态监测模块

2.6本章小结

3 电液比例阀闭环控制技术

3.1电液比例控制系统组成及分类

3.2电液比例阀数学模型建立

3.2.1 电液比例溢流阀的结构与功能

3.2.2 电液比例阀闭环控制系统的动态数学模型

3.2.3 电液比例阀闭环控制系统动态特性分析

3.3电液比例阀闭环控制系统控制算法研究

3.3.1 PID控制及其改进

3.3.2 模糊PID控制算法

3.4电液比例阀闭环控制系统仿真实现

3.4.1 MATLAB与AMESim软件简介

3.4.2 Simulink与AMESim联合仿真

3.5本章小结

4 电磁换向阀节能驱动

4.1 电磁换向阀及其在液压站中的应用

4.2电磁换向阀节能驱动电路设计

4.2.1 系统对电磁阀的性能要求

4.2.2 PWM控制芯片选型

4.2.3 电路设计

4.3 实验验证

4.4本章小结

5 立井提升机液压制动系统状态监测

5.1液压站和盘式制动闸故障机理分析

5.2监测方案确定

5.2.1 液压站监测方案

5.2.2 盘式制动闸监测方案

5.2.3 数据采集卡选择

5.3监测模块总体框图

5.4本章小结

6 立井提升机液压制动系统控制器设计

6.1控制器组成及结构

6.2控制器硬件设计

6.2.1 主控单片机模块

6.2.2 A/D转换模块

6.2.3 分频电路

6.2.4 功率放大模块

6.2.5 电流采样电路

6.2.6 过流保护电路

6.2.7 外部ROM电路

6.2.8 485通信模块

6.2.9 电源电路模块

6.3控制器软件设计

6.3.1 主程序流程图

6.3.2 传感器信息采集模块与A/D数据处理模块

6.3.3 外部ROM存储模块

6.3.4 模糊控制子程序模块

6.3.5 占空比调节模块

6.3.6 串口通信子程序模块

6.4本章小结

7 液压制动系统上位机设计及控制器功能验证

7.1液压制动系统上位机设计

7.1.1 上位机设计总体方案

7.1.2 用户登录界面

7.1.3 状态监测界面

7.1.4 超限报警程序框图

7.2上位机软件实验验证

7.3控制器信号检测功能实验验证

7.3.1 实验平台的搭建

7.3.2 实验验证

7.4本章小结

8 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

附录1

附录2

附录3

作者简历

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