煤矿井下皮带运输系统优化控制研究

摘要

井下皮带运输系统是煤矿生产的主要能耗环节，它的能源利用效率直接关系着煤矿效益，影响着企业竞争力。而传统运行模式下，皮带机经常处于欠载甚至空载的运行状态，能源效率低下，造成大量的电能浪费。为了降低能源消耗，减少能源成本支出，必须对原有系统进行优化处理。
　　首先，介绍了皮带机相关技术的国内外研究现状与应用前景，并指出了与国外相比，国产皮带机技术方面存在的差距。分析了现有皮带机运行模式存在的问题，并指出其中有较大的优化空间。起动过程会产生较大的冲击电流，对设备和电网造成严重的损害；多电机驱动功率不平衡问题，影响设备安全；欠载和空载运行会造成大量的电能损失，且加速了皮带的磨损。根据能源需求侧管理相关原理，以及现有模式的特点，结合电价制度，确定了“分时电价”下的“削峰填谷”“变频调速”优化策略。
　　其次，根据 ISO5048与 DIN22101，分析皮带机运行受力情况，建立了皮带机系统功率数学模型，把所有参数归纳为4个系数，方便了优化计算。建立了灰色预测模型，用于产煤量预测计算；结合分时电价确定了最小电费成本的优化目标函数。针对优化过程存在模型失配与系统干扰影响控制精度的问题，引入了预测控制算法进行优化处理；它滚动优化的思想能有效消除误差，提高优化质量。
　　然后，进行了系统优化仿真。仿真结果表明，与原有运行模式相比，优化后的皮带机系统能源消耗与能源成本均有很大程度的降低；皮带机运行更为平稳，减少了对机械设备以及电网的冲击，系统整体优化效果良好。
　　最后，设计了优化控制系统硬件结构与软件控制流程。控制系统由 DSP、变频器、煤仓料位计、以及转速传感器等部件组成；控制流程包括控制主流程、调速过程子流程、紧急情况处理流程、软起动流程以及功率平衡控制流程。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

2 系统优化分析

2.1 能源效率分析

2.2 优化可行性分析

2.3 优化策略分析

2.4 本章小结

3 系统优化建模

3.1 产煤量预测模型

3.2 皮带机系统模型

3.3 系统优化模型

3.4 本章小结

4 基于MPC的系统优化

4.1 预测控制算法

4.2 井下皮带运输系统优化

4.3 本章小结

5 实验仿真

5.1 仿真软件选择

5.2 基于MATLAB的系统仿真

5.3 本章小结

6 基于DSP的控制系统设计

6.1 控制系统设计总方案

6.2 控制系统硬件组成

6.3 控制系统软件设计

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 附录内容名称

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