[发明专利]带式输送机的低阶建模方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种带式输送机低阶动力学模型的建模方法、装置及存储介质，该方法包括：利用有限元方法建立带式输送机有限元模型；基于牛顿第二定律建立带式输送机高阶复杂有限元模型；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；根据动态特性分析结果计算得到带式输送机模型简化矩阵；使用模型简化矩阵对高阶复杂有限元模型进行变换，得到带式输送机的低阶有限元模型。相较于传统的数学降阶方法，该低阶模型是从物理层面对复杂的有限元模型进行简化，物理意义更加明确，更适用于工业过程控制的要求。本发明对多种类型的输送机具有较高的适应性，且不需要大量的矩阵操作，满足精度要求的同时具有高效计算的优势。

技术领域

本发明涉及带式输送机控制技术领域，特别是涉及一种带式输送机的低阶建模方法、装置及存储介质。

背景技术

随着经济的快速发展和工业化进程的加速，我国煤炭需求与日俱增，促使了智慧矿山产业的发展。带式输送机作为智慧矿山运输的主要设备，具有运输能力强、运输距离远、结构简单、方便检修等特点，是运输散装物料的理想设备。为了适应煤炭需求的快速增加，带式输送机朝着长距离方向快速发展，输送带的长度已经超过一千多米了。所以能对大规模长距离的带式输送机系统进行快速有效的仿真与分析是对带式输送机设计自动化相关领域提出的一项新挑战。

对带式输送机进行仿真分析需要对原始带式输送机系统建立精确的数学模型。然而，传统的设计方法是将输送带视为刚体，依据牛顿刚体力学进行分析研究，已经无法满足实际设计所要求的精度，无法体现出带式输送机自身固有的动态特性。随着带式输送机的输送带长度的快速增加，带式输送机的动态特性愈发明显。实际上，输送带是具有粘弹特性的，即速度、加速度和动张力在输送带上的传递过程是需要一段时间的。利用有限元方法将其等效为若干个微元段，每个微元段使用弹性元件和阻性元件等价，可以很好的体现出实际输送带的物理特性和动态特性。

现有的方法是将实际带式输送机输送带分解成若干段，理论上段数越多，对输送带的研究分析越细致，越精确。但是，依此建立的数学模型的阶次就越高，数据的运算量越大，对其的分析研究工作也越繁重。除此之外，根据高阶复杂模型来设计控制器会带来大量的计算量，对控制系统造成大量的负担，甚至不能及时控制带式输送机系统。

模型降阶技术是解决此类问题的一种非常有效的手段，其目的是剔除原始大规模系统中的冗余信息，寻找一个近似的较小的降阶系统，该降阶系统能很好的近似原始系统的输入输出关系，并且能保留原始系统的主要性质，例如无源性，稳定性等。但是，数学上的降阶方法会改变降阶模型的物理特性，使得系统的状态不可测，需要添加额外的观测器。同时，其模型降阶的运算过程，一般需要计算许多函数的求解和矩阵的逆运算，计算量较大。而且，其降阶过程都是离线运行的，在线控制时无法有效应对实际环境中的干扰和系统参数的变化，无法满足实际系统的需要。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种带式输送机的低阶建模方法、装置及存储介质，用以解决如何在保持输送带高阶模型的相关重要指标和物理特性不变的前提下，构造一个阶次相对较低，结构相对简单的低阶模型的问题。

本发明提供的带式输送机的低阶建模方法包括：

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。