[发明专利]一种矿用百叶式连续调节风窗及分支风量的PID调控方法有效

专利信息
申请号: 202110637129.3 申请日: 2021-06-08
公开(公告)号: CN113236335B 公开(公告)日: 2022-09-27
发明(设计)人: 王凯;郝海清;蒋曙光;吴征艳;裴晓东;奚弦;郭朝伟 申请(专利权)人: 中国矿业大学
主分类号: E21F1/10 分类号: E21F1/10;E21F1/12;E21F17/18;E21F17/00
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 黄雪兰
地址: 221116 江苏省徐*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 百叶 连续 调节 分支 风量 pid 调控 方法
【权利要求书】:

1.一种矿用百叶式调节风窗的PID连续精确调控方法,其特征在于,所述调控方法具体包括以下步骤:

S1、通过远程监控软件对矿井风量进行快速风网解算软件得到井下用风地点的需风量,利用专家系统确定安设风窗分支需调节风量Q,分别在风窗叶片(2)的两侧10m处巷道(9)内布置压力传感器(10),并将压力传感器(10)连接到差压传感器上,差压传感器与PID连续调控系统进行连接,对风窗叶片(2)两侧巷道(9)的静压差△P进行实时监测,实时计算风窗叶片(2)调节过程中造成的通风阻力h,并反演计算实际巷道(9)风量Q,将所需调节风量和实际巷道(9)风量的偏差值e反馈和偏差变化量ec给PID控制器进行调节;

S2、将安设风窗分支所需调节风量和巷道(9)的实际风量的差值△Q输入PID精确调控系统,通过微分单元(22)和模糊逻辑调节器(23)得到PID控制器的三个控制参数KP、KI和KD,对风窗叶片(2)进行PID控制,得到风窗叶片(2)角度的控制指令,并通过差压传感器反演计算的风量进行负反馈调控,直到调节至需要的风量;

S3、将PID连续调控系统给出的风窗叶片(2)角度控制指令作为伺服电机系统的输入量,伺服电机系统通过伺服驱动器对叶片角度的控制指令进行位置控制器、速度控制器及电流控制器调节,进而即可对伺服电机(8)精确动作控制叶片轴(4)进行旋转,对控制后的叶片角度大小、动作速度和脉冲电流进行三个闭环负反馈调节,直至调节到需要的叶片角度,再通过联动杆(6)和联动链条(5)行程控制其他叶片进行同步转动,达到对风窗叶片(2)的开度大小进行远程精确调控,从而实现巷道(9)风量连续自动调节的功能;

S4、当远程自动调控不能达到巷道(9)所需调节的风量时,也可在井下进行手动调节,通过原位调节控制器按钮和继电器对伺服电机系统进行控制,从而对风窗叶片(2)角度进行原位调节,直至调节到巷道(9)需要的风量,当远程自动调控和原位调控叶片都发生故障或需大面积通风时,可控制电动推杆(15)运行,则电动推杆(15)推动齿杆(16)运动,使得齿杆(16)带动齿轮(17)旋转,则齿轮(17)带动转轴(24)转动,转轴(24)通过连接板(20)带动连接框(19)旋转,使得连接框(19)可以带动叶片框体(1)及风窗叶片(2)展开一定角度,使得巷道(9)处于打开状态,此时相关工作人员可以进入巷道(9)维护,同时也可实现大面积通风工作。

2.根据权利要求1所述的一种矿用百叶式调节风窗的PID连续精确调控方法,其特征在于:所述风窗叶片(2)两侧巷道(9)的静压差△P反演计算实际巷道(9)风量计算公式为:式中:Ri为不同风窗面积下的风阻值,由实验测试计算得出,根据风窗安设巷道(9)的所需调节风量计算风窗叶片(2)角度的计算公式为:当S/S≤0.5时,当S/S0.5时,式中:θ为百叶式风窗的叶片角度,Q为风窗设置巷道(9)所需调节的风量,n为百叶式风窗的叶片数量,S为百叶式风窗的单个叶片的面积,S为风窗设置在巷道(9)的断面积,h为百叶式调节风窗的阻力Pa,关于风量与风窗面积的位置型PID控制算法的离散化公式为:式中:S(n)为调节n次后百叶式风窗的面积,分支所需风量与第n次巷道(9)中实际风量的偏差值,T为调控时间s,KP、TI、TD分别为PID控制器的比例常数、积分时间常数和微分时间常数,S0为调节前的百叶式风窗的面积。

3.根据权利要求2所述的一种矿用百叶式调节风窗的PID连续精确调控方法,其特征在于,所述模糊PID控制具体方法为:首先将风量偏差值e和由微分单元(22)对差值进行微分处理得到的偏差变化量ec作为模糊逻辑调节器(23)的输入变量,经量化因子作用模糊化处理得到风量偏差和偏差的变化量的模糊量E和EC,将模糊量用相应的模糊语言设置模糊集,采用模糊控制规则对模糊集进行模糊处理得到输出模糊量KP0、KI0、KD0,对模糊量分别乘以比例因子进行解模糊得到三个参数的真实的控制输出值△KP、△KI和△KD,进而得到KP、KI、KD分别作为PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数,PID控制器的传输函数为:所述微分单元(22)、模糊逻辑调节器(23)和PID控制器之间连接,且根据微分单元(22)和模糊逻辑调节器(23)得到的比例参数、积分参数和微分参数进行比例-积分-微分调节,从而对偏差值处理得到控制指令信号发送到伺服电机系统,进一步对风窗叶片(2)进行精确调控,差压传感器反演计算的当前巷道(9)的实际风量反馈回模糊PID控制器修正调控指令,直至调节到所需风量值。

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