[发明专利]带式输送机的低阶建模方法、装置及存储介质

权利要求书

1.一种带式输送机的低阶建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用有限元方法建立带式输送机有限元模型；

步骤2，建立带式输送机高阶复杂有限元模型；

步骤3，分析带式输送机高阶复杂有限元模型的动态特性，合并相似动态特性的微元段；

步骤4，根据带式输送机的动态特性分析结果就计算得到带式输送机模型简化矩阵；

步骤5，根据得到的模型简化矩阵，对带式输送机的高阶复杂有限元模型进行变换，得到带式输送机低阶有限元模型；

步骤1建立带式输送机有限元模型的方法为：带式输送机的输送带是一个环状闭合结构，将其从一端张开，形成一个水平带状结构，接着，将其总长度等距离划分为n段加1个重锤微元段，重锤单独作为一段；由于输送带是具有显著粘弹特性的胶带，需要将每一段采用Vogit模型加质量块作为等效模型，其中，Vogit模型是由一个弹簧器与一个阻尼器并联组合而成；然后，将每一段的质量等效为一个质量块，并和Vogit模型串联在一起，就组成了每一段的有限元模型；最后，将所有微元段的有限元模型组合在一起即为带式输送机的有限元模型；其中n为大于1的整数。

2.根据权利要求1所述的带式输送机的低阶建模方法，其特征在于，步骤2建立带式输送机高阶复杂有限元模型的方法为：基于牛顿运动力学第二定律建立带式输送机的运动学方程，联立步骤1所建立的带式输送机有限元模型，以及加载到带式输送机上的驱动力方程，得到带式输送机的高阶复杂有限元模型。

3.根据权利要求2所述的带式输送机的低阶建模方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4的具体步骤包括：提取带式输送机高阶复杂有限元模型的速度信息、位移信息、加速度信息、动张力信息；根据建立的带式输送机复杂高阶有限元模型建立有限元仿真模型，每一个微元段使用一个模块来等效，模块的数量等于微元段的数量；接着，将有限元仿真模型与驱动力方程组成带式输送机仿真模型；根据建立的带式输送机仿真模型进行实验，研究带式输送机在启动以及平稳运行过程中的位移、速度、加速度、动张力的动态特性，找出动态特性相似的微元段；最后，将相似动态特性的微元段进行合并，形成不等分的带式输送机有限元模型，得到模型简化矩阵。

4.根据权利要求3所述的带式输送机的低阶建模方法，其特征在于，所述带式输送机高阶复杂有限元模型具体通过下式表示：

其中，为带式输送机高阶复杂有限元模型的状态变量，由每个微元段的速度矩阵和位移矩阵S构成，阶数为2n+2；表示x的导数；为带式输送机高阶复杂有限元模型的系统矩阵，由每个微元段的等效质量矩阵M、阻尼系数矩阵C、弹性系数矩阵K以及单位矩阵I构成；为带式输送机高阶复杂有限元模型的控制矩阵；为带式输送机高阶复杂有限元模型的输出矩阵，取第一段的速度作为模型的输出；y为带式输送机高阶复杂有限元模型的输出量；u＝F_M-f为控制变量，表示加载到带式输送机上的驱动力，F_M是电机驱动力，f是摩擦力。

5.根据权利要求4所述的带式输送机的低阶建模方法，其特征在于，步骤5所述带式输送机低阶有限元模型具体通过下式表示：

其中，r为带式输送机低阶有限元模型的阶数；为所述带式输送机低阶有限元模型的状态变量，由每个微元段的速度矩阵和位移矩阵S_r构成，阶数为2r；T为模型简化矩阵；为带式输送机低阶有限元模型的系统矩阵，由每个微元段的等效质量矩阵M_r、阻尼系数矩阵C_r、弹性系数矩阵K_r和单位矩阵I构成；为带式输送机低阶有限元模型的控制矩阵；为带式输送机低阶有限元模型的输出矩阵，取第一段的速度作为模型的输出；y_r为带式输送机低阶有限元模型的输出量；u＝F_M-f为控制变量，表示加载到带式输送机上的驱动力。

6.根据权利要求5所述的带式输送机的低阶建模方法，其特征在于，带式输送机系统的驱动方式包括单端驱动、两端驱动，单端驱动的带式输送机低阶有限元模型的阶数为5阶，两端驱动的带式输送机低阶有限元模型的阶数为6阶。