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基于嵌入式的矿井提升机故障诊断系统的研究

作　者: 屈海峰
导　师: 李文江
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 提升机故障诊断嵌入式 S3C2440 BP神经网络 matlab
分类号: TD534
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

提升机系统是煤矿的四大系统之一,素有矿山咽喉之称。提升机系统的安全至关重要,从超前防护的思想模式出发,研究提升机系统故障的早期故障预兆与做出预测,目前是个难题。本文对提升机故障诊断做了研究与设计,总体讨论了矿井提升机的组成,对其各个部分进行了故障分析。以ARM S3C2440为核心设计了嵌入式数据采集的硬件系统,并基于linux操作系统对提升机数据采集部分驱动程序进行了开发,具有精度高、速度快的特点。综合现代智能测试与诊断技术,研究开发了一个基于BP神经网络系统的提升机故障诊断系统。应用三层BP神经网络可以实现任意非线性的输入输出逻辑关系,用在故障模式识别时,其结果有收敛解。所以我们引入智能BP网络在诊断过程中,利用发生故障时的各种信息作为样本,应用Matlab工具箱进行仿真,以部分故障为例进行了网络训练,训练好的神经网络经测试达到了诊断的效果,可以进行提升机故障模式的识别。

全文目录

致谢  9-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-17
  1.1 问题的提出  12
  1.2 国内外研究概况  12-15
  1.3 课题的研究意义及现状  15-16
  1.4 本文研究内容  16-17
2 嵌入式系统及Linux 系统  17-28
  2.1 嵌入式系统发展现状  17-18
    2.1.1 无操作系统发展阶段  17
    2.1.2 简单操作系统发展阶段  17-18
    2.1.3 实时操作系统发展阶段  18
    2.1.4 面向Internet 网络发展阶段  18
  2.2 嵌入式系统概述  18-19
  2.3 嵌入式系统的基本结构  19-24
    2.3.1 嵌入式处理器  19-20
    2.3.2 嵌入式外围接口电路和设备接口  20-21
    2.3.3 嵌入式操作系统  21-23
    2.3.4 嵌入式系统应用软件  23-24
  2.4 嵌入式系统的开发方法  24-25
    2.4.1 嵌入式系统的设计准则和流程  24
    2.4.2 嵌入式系统模型  24-25
  2.5 嵌入式系统的开发模式  25-26
  2.6 Linux 操作系统简介  26-28
    2.6.1 Linux 概念和历史  26
    2.6.2 Linux 的特性和内核体系结构  26-28
3 BP 神经网络理论  28-45
  3.1 神经元模型  28-31
    3.1.1 生物神经元模型  28
    3.1.2 人工神经元模型  28-29
    3.1.3 激活函数或转移函数  29-31
  3.2 人工神经网络结构  31-32
  3.3 神经网络的发展概况  32-34
    3.3.1 人工神经网络的发展概况  32-34
    3.3.2 神经网络在我国的发展情况  34
  3.4 前馈神经网络  34-41
    3.4.1 BP 神经网络  34
    3.4.2 BP 神经网络学习算法规则  34-38
    3.4.3 多层前馈BP 神经网络的主要能力  38-39
    3.4.4 多层前馈网络局限性  39
    3.4.5 标准BP 算法的改进  39-41
  3.5 神经网络的训练  41-42
  3.6 BP 神经网络的设计  42-45
    3.6.1 隐含层的神经元数目  43
    3.6.2 BP 神经网络的评价  43-45
4 嵌入式数据采集ARM 硬件系统部分  45-51
  4.1 S3C2440 芯片介绍  45-51
    4.1.1 硬件平台核心母板的主要模块介绍  45-48
    4.1.2 PC 机与S3C2440 的通用串行接口  48-49
    4.1.3 时钟和电源管理  49
    4.1.4 A/D 转换和触摸屏接口  49-51
5 矿井提升机系统故障分析  51-64
  5.1 矿井提升机系统组成和故障分析  51-56
    5.1.1 矿井提升机故障的基本组成  51-52
    5.1.2 矿井提升机的故障分析  52-56
  5.2 提升机故障具体分析  56-60
    5.2.1 提升机电控系统  56-57
    5.2.2 逻辑控制部分  57
    5.2.3 传动部分  57
    5.2.4 系统PLC 控制部分  57-58
    5.2.5 电枢调节部分  58-59
    5.2.6 综合电源和数字控制操作台  59-60
  5.3 提升机系统主要故障分析  60-64
    5.3.1 防止过卷装置  60
    5.3.2 防止过速装置  60-61
    5.3.3 闸间隙保护装置  61-62
    5.3.4 减速功能保护装置  62
    5.3.5 深度指示器失效保护装置  62
    5.3.6 液压站、润滑站保护  62-64
6 提升机故障诊断系统及数据采集驱动的实现  64-73
  6.1 提升机故障诊断系统的组成  64-67
    6.1.1 传感器  65
    6.1.2 数据采集系统  65-67
    6.1.3 上位机故障诊断  67
  6.2 嵌入式Linux 操作系统参数采集驱动程序  67-73
    6.2.1 S3C2440A/D 转换数据采集的实现  67-69
    6.2.2 A/D 转换驱动的开发  69-73
7 BP 神经网络结构的确定和Matlab 仿真的实现  73-87
  7.1 BP 神经网络结构组成的确定  73-76
    7.1.1 输入层节点数目的确定  73-74
    7.1.2 输出层节点数目的确定  74-75
    7.1.3 BP 神经网络隐含层数与隐含层节点数  75-76
  7.2 应用MATLAB 工具箱实现提升机故障诊断的仿真  76-83
    7.2.1 BP 神经网络仿真的步骤  76-77
    7.2.2 BP 网络进行故障模式识别  77-83
  7.3 大兴矿监控与故障诊断屏幕布局设计  83-87
结论  87-88
参考文献  88-90
附录A 电路图  90-91
作者简历  91-92
学位论文数据集  92-93

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