基于预见控制的多级带式输送机调速节能研究

摘要

带式输送机作为一种运输散装固体材料的有效手段，广泛地应用在物流配送和连续干散货运输中。随着技术手段的发展进步，带式输送机朝着节能高效的方向发展，但是实际工业中带式输送机一般以恒速运行，无法根据实时的物料装载量进行运行状态的调节，导致输送机易出现轻载甚至空载的情况，其有功功率难以保证，不但增加设备的机械损耗而且带来巨大的能源浪费。设法提高带式输送机的工作效率，降低运输成本及能源消耗成为亟需解决的问题。 本文依据德国带式输送机DIN 22101设计标准，结合多级带式输送机系统运载物料的特点，将预见控制理论用于带式输送机的速度控制中，利用预见控制对第二级输送机的速度进行调节，使其维持较高运载量运行。此外，在调速过程中对带式输送机可能由于瞬时速度变化而引起的风险进行分析，将不同瞬时风险的限制归结为输送机最大允许加速度，在此约束下，实现基于加速度约束的预见控制的多级带式输送机调速节能控制。最后，利用卡尔曼滤波算法滤掉信号检测过程的噪声干扰，得到系统状态矢量的最优估计，使提出的预见调速策略适用性更强。 本文的研究工作主要包括以下几个方面： （1）依据德国DIN 22101标准，分析带式输送机运载物料所受阻力及功率消耗，并将物料装载量与运载速度建立联系，进而将带式输送机运载物料的功率消耗与运载速度建立联系，分析调速与功率消耗的关系，确定调速节能的可行性。 （2）确定调速节能的可行性基础上，考虑多级输送机系统运载物料的特点，将预见控制策略运用于多级带式输送机调速中。利用预见控制对第二级输送机的速度进行调节，使其在第一级输送机运载量已知的前提下，保证第二级输送机满载运行。 （3）分析调速可能存在的不同瞬时风险，根据带式输送机工艺与运行时的受力情况确定调速过程中带式输送机最大允许加速度，并将该条件作为保证带式输送机安全运行的约束条件加入到预见调速中，实现含有加速度约束的预见调速。 （4）针对带式输送机物料检测过程中可能会受到各种噪声的干扰，影响预见调速性能，在预见调速的过程中加入滤波算法，利用滤波算法对系统状态信息进行最优估计，使最终的预见控制律更加精确，调速过程更加平稳。

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